AT503730A2 - Parallelkinematik, insbesondere roboter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft mechanische Vorrichtungen, die zumindest zwei zueinander entlang mehrerer Freiheitsgrade bewegliche feste Bauteile aufweisen, beispielsweise Hubtische, Hängebahnen, Hubroboter, Knickarmroboter, Bagger, Fräsen, Schneideinrichtungen, etc.. 5 Alle diese letzten Endes auf das Problem der ausreichend genauen und raschen Bewegung entlang mehrerer Freiheitsgrade zwischen einer Basis oder Grundplattform und einer Arbeitsplattform bzw. beweglichen Plattform oder auch Endplattform zurückzufiihrenden Detailprobleme werden seit langem mittels der sogenannten „seriellen Kinematik“ gelöst: Dabei wird auf der Grundplattform, die zumeist raumfest in einem Inertialsystem ange-10 ordnet ist, ein Gebilde entlang eines Freiheitsgrades bewegt, auf diesem Gebilde ein weiteres Gebilde um einen anderen Freiheitsgrad, usw., bis zum Schluss, je nach Anzahl der notwendigen Freiheitsgrade und entsprechend vielen Gebilden die Endplattform erreicht wird, die beispielsweise im Falle einer Werkzeugmaschine das gewünschte Werkzeug aufweist, im Falle eines Fördermittels das Fördergut trägt etc.. Diese serielle 15 Kinematik hat sich vielfach bewährt, insbesondere weil es möglich ist, die aneinander gereihten Freiheitsgrade zu „orthogonalisieren“ d.h. dass eine Bewegung entlang eines Freiheitsgrades die Lage der Endplattform nur in dessen Richtung beeinflusst, die Lage bezüglich aller anderen Richtungen aber konstant bleiben. Dadurch wird ein einfacher und anschaulicher Steuer- und Regelmechanismus für die Bewegung ermöglicht. 20

Nachteilig aber sind die Additionen aller Toleranzen in allen jeweils anfallenden Richtungen, die hohen zu bewegenden toten Massen der verschiedenen Zwischenplattformen und die Notwendigkeit, speziell ausgestaltete Elemente für die einzelnen Freiheitsgrade vorzusehen. Man denke dabei nur an eine Fräsmaschine, bei der Support entlang einer 25 Schiene mittels einer Spindel verfahren wird, worauf auf dem Support ein Schlitten mit einer passenden Stellvorrichtung normal zur Spindelachse verfahren wird etc..

Andere Lösungen dieses Grundproblems sind schon seit langem von Reifentestmaschinen, den sogenannten Gough Plattformen, und bei Flugsimulatoren zur Bewegung der Kabine, 30 die das Cockpit darstellt (Erfinder Stewart), bekannt. Diese alternative Kinematik erhielt die Bezeichnung „Parallelkinematik“, weil zur gezielten Bewegung der Endplattform eine parallele (eigentlich simultane) Betätigung aller Antriebe entlang aller Achsen notwendig ist. Damit ist die Problematik der Parallelkinematik schon im wesentlichen angedeutet, sie erfordert einen hohen Steuer- und Regelaufwand (damit auch Rechenaufwand) für die gewünschte Bewegung der beweglichen Plattform.

Der Rechenaufwand wird besonders dadurch in die Höhe getrieben, dass keine geschlos-5 senen Lösungen für die Steuerung vorliegen und daher iterativ gerechnet werden muß. Dies fuhrt insbesondere bei langen Wegen der beweglichen Plattform, seien es nun Winkel oder Längen, noch zum Problem der weit überlinear ansteigenden Rechenarbeit und dem Problem der nicht (leicht) zu erkennenden Verzweigung der Lösungen. Eine derartige Verzweigung kann dazu führen, dass die Aktuatoren (Aktuator, zumeist Stäbe, deren 10 Länge veränderlich ist oder deren Fußpunkt, das ist der Anlenkpunkt an der festen Plattform, beweglich ist, aber aus der US 5,966,991 A ist auch eine rotatorische Parallelkinematik bekannt) falsch betätigt werden und es zur Kollision von Stäben kommt.

Wie man aus der Vorgabe, dass jeder Aktuator nur einen Freiheitsgrad festlegen soll, die 15 anderen fünf aber nicht beeinträchtigen soll, leicht erkennen kann, sind extrem aufwendige, hochgenaue und damit teure Lager für jeden der Antriebe notwendig.

Um dies zu verdeutlichen Folgendes: 20 Bei einer Vorrichtung mit allen sechs Freiheitsgraden zwischen der festen und der bewegten Plattform benötigt man sechs Stäbe, von denen jeder in fünf Freiheitsgraden frei sein muss, somit sind dreißig Bewegungsrichtungen möglichst genau und somit vorgespannt zu verwirklichen, z.B. zwei Kardangelenke und ein Achsial-Radiallager pro Stab oder ein Kardangelenk und ein Kugelgelenk pro Stab. Damit einher geht die problema-25 tische Kalibrierung von Parallelkinematiken, darunter versteht man die Berücksichtigung mechanischer Ungenauigkeiten im Rechenmodell für die Ansteuerung der Bewegung der einzelnen Stäbe. Dies ist wohl der Hauptgrund dafür, dass der erste Prototyp einer Werkzeugmaschine mit Parallelkinematik erst 1994 auf der IMTS in Chicago vorgestellt wurde. 30 Bei näherer Betrachtung fällt auch auf, dass die Parallelkinematik unter dem Problem leidet, nur geringe Schwenkwinkel zuzulassen, da ansonsten die Stäbe einander ins Gehege kommen, und dass es Stellungen zwischen den beiden Plattformen gibt, bei denen die Parallelkinematik eine Position einnimmt, die einer sogenannten Singularität entspricht, ······ · ··· · • · · · ♦·♦· ♦ · · · • · · · · · · # · ·· ·· · ♦··♦ ·· · -3- aus der sie nicht mehr von sich aus gelöst werden kann. Auch der große Platzbedarf der Parallelkinematik gemäß dem Stand der Technik ist zu erwähnen, so benötigen noch im Jahr 2003 fertigt entwickelte und produzierte Werkzeugmaschinen die einen Arbeitsraum von 0,6 x 0,6 x 0,6 m aufweisen, eine Kubatur von 3,5 x 3,5 x 3,5 m. 5

Trotz dieser Nachteile kommt die Parallelkinematik für viele Anwendungsgebiete, insbesondere wenn hohe Bewegungsdynamik und hohe Wiederholgenauigkeiten der anzufahrenden Positionen bzw. der zu befahrenden Wege verlangt werden und ganz speziell, wenn diese Anforderungen mit der Notwendigkeit hoher Steifigkeit der Konstruktion einhergeht, 10 mehr und mehr zur Anwendung. Dabei hat das hervorragende Verhältnis von bewegbarer Last zu Eigengewicht, das bis 2:1 reicht, während serielle Kinematik nur 1:20 erzielt, und so zu merklicher Energieerspamis führt, einen wesentlichen Anteil am Wunsch, die parallele Kinematik vermehrt einzusetzen. 15 Dazu kommt noch, dass die einzelnen Teile der Parallelkinematiken nur eine geringe mechanische Komplexität aufweisen und dass in vielen Fällen für alle oder zumindest eine Mehrzahl der abzudeckenden Freiheitsgrade identische Bauteile verwendet werden können, sodass der Aufbau der Parallelkinematiken an sich einfach und kostengünstig ist. 20 Im Hinblick auf diesen einfachen und modularen Aufbau, aber auch für die anderen genannten Eigenschaften wird auf den sogenannten DELTA-Roboter, das Hexapod und den IRB 940 Tricept verwiesen.

Eine dem schon damals lange bekannten Hexapod kinematisch vollständig entsprechende 25 Konstruktion, die dennoch patentiert wurde, ist aus der EP 1 095 549 B, entsprechend der DE 199 51 840 A, bekannt: Sie betrifft eine Dreipunkt-Anhängevorrichtung für ein Zugfahrzeug, die mittels sechs in ihrer Länge verstellbaren Stäben in sechs Freiheitsgraden bezüglich des Zugfahrzeuges bewegt werden kann. Im Sinne der Nomenklatur dieser Beschreibung entspricht das Zugfahrzeug der festen Plattform und die Anhängevorrichtung 30 der beweglichen Plattform.

Eine Anwendung der Parallelkinematik auf sogenannte Mikromanipulatoren mit Bewegungsbereichen von wenigen Millimetern oder noch darunter, dafür aber hoher Anfahr- • · · · • · · · · • · · ····

4 • · · • · · genauigkeit, ist aus den aus einer Anmeldung hervorgegangenen US 6,671,975 B und US 6,769,194 B bekannt. Die Vorrichtung beruht auf dem Hexapod und verbessert die Präzision der Längenänderungen der Stäbe durch Einsatz von Piezoelementen. 5 Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Ziel der Erfindung eine Parallelkinematik für die eingangs genannten Anwendungsgebiete zu schaffen, die auf der Kombination von Aktuatoren (durch Fusspunktverschiebung wirkende oder längenveränderliche Stäbe) mit passiven Stäben beruht, wobei insbesondere die Probleme der komplexen Steuerung und der Lagerung vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden soll. 10

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass in der kinematischen Kette zumindest an einer Stelle drei Stäbe mittelbar oder unmittelbar an einem Punkt, einem sogenannten Tripelpunkt, angreifen bzw. enden. Dadurch sind die linearen Freiheitsgrade definiert, die mathematische Lösung der Steuerung wird geschlossen, damit gegenüber den offenen 15 Lösungen gemäß dem Stand der Technik wesentlich, meist um den Faktor eintausend, vereinfacht und ist beispielsweise über die Winkelfunktionen darstellbar. Dies ermöglicht auch auf einfache Weise eine „Vorsteuerung“ der Bewegung. Darüber hinaus wird der Bewegungsablauf der kinematischen Ketten auch wesentlich anschaulicher und es können ohne komplexe Analysen die Fragen der Kollision der einzelnen Bauteile und des 20 Auftretens von Singularitäten beurteilt werden.

Die Bezeichnung mittelbar oder unmittelbar wurde gewählt, da es für die praktische technische Ausführung völlig reicht, wenn einer der drei Stäbe knapp am Ende eines der anderen beiden Stäbe angreift. Dadurch wird zwar in diesem Stab ein Biegemoment 25 induziert, doch vereinfacht sich die praktische Ausführung des Lagers und es werden dessen mögliche Schwenkwinkel deutlich erhöht, ohne der Vereinfachung der Rechenarbeit oder der Grundlage der Erfindung, nämlich der Definition der linearen Freiheitsgrade, großen Abbruch zu tun. 30 Wenn diese mittelbare Ausführung bei Tripelpunkten im Bereich der festen Plattform verwendet wird, so gehen die mathematischen Vorteile teilweise verloren, da die Lage des Fußpunktes des so angebundenen Stabes sich mit der Lage des Stabes, an dem er angelenkt ist, ändert. Die mechanischen Vorteile, insbesondere das Lager betreffend, bleiben aber ·· ·· t ·· ·· ···· ····· ··· · ······ · ··· · • · · ····· ·· ·· ···· · · ··· ·· ·· · ···· ·· · -5- voll erhalten. Es kann gegebenenfalls nach der geschlossenen Lösung iur den Tripelpunkt eine iterative Berechnung der exakten Endlage erfolgen, doch betrifft dies ausschließlich kurze Wege und ist daher auch iterativ ohne großen Aufwand und jedenfalls ohne die oben genannten Probleme möglich. Aus mechanischen Gründen ist es bevorzugt, dass der auf 5 Biegung belastete Stab deijenige sein sollte, der nach Analyse des zugrunde liegenden Problems sich als der am geringsten belastete der Kinematik herausstellt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, eine sogenannte überdefinierte bzw. überbestimmte Kinematik zu verwenden. Damit erreicht man eine Erhöhung 10 der Steifigkeit der Vorrichtung, kann die bewegliche Plattform, was oft günstig ist, leichter und damit weniger steif bauen, weil sie durch die überbestimmte Fixierung stabilisiert wird und weil dies, zumindest in einem gewissem Ausmaß, notwendig ist, um die Toleranzen der überbestimmten Führung auszugleichen und so Beschädigungen der Lager bzw. der Aktuatoren (Antriebe, Getriebe und ausfuhrende Organe in ihrer Gesamtheit) zu verhin-15 dem.

Eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung, die mit der vorstehend genannten nicht in Widersprach steht, besteht darin, durch Lager für einzelne Stäbe, die keine allseitige Bewegung zulassen (Kardangelenk statt sphärischer Lagerung), Stäbe „einzusparen“ und 20 dafür Biegebeanspruchungen in Kauf zu nehmen. Diese zusätzliche mechanische Beanspruchung ist bei vielen Anwendungsgebieten, bei denen keine großen Kräfte auftreten, z.B. bei der Führung eines Laserkopfes zum Schneiden von Material, leicht zu beherrschen und reduziert den Aufwand und Platzbedarf nochmals. 25 Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, nach der Festlegung der drei in einem Tripelpunkt zusammenlaufenden Stäbe die anderen drei notwendigen Stäbe gemäß den speziellen Systemanforderangen anzuordnen und auszuwählen. Besonders günstig ist es hier, ein weiteres Zeigerpaar (zwei Stäbe, die in einem Punkt angreifen) und einen Einzelstab vorzusehen. Damit reduziert sich der für die Steuerung der Bewegung 30 notwendige mathematische Aufwand nochmals dramatisch und in mechanischer Hinsicht erlaubt eine solche Anordnung den Einsatz von Gleichlaufelementen, Führungen etc.. In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen wird zur besseren Lesbarkeit immer von einem „Tripelpunkt“ gesprochen, es sei denn, es wird speziell die nahe des Punktes ·· ·· · ·# ·· ···· ··«·· · ♦ · · ······ · ··· · • · · · ···· · · · · • · · · · · · · · ·♦ ♦· · ·· · -6- angreifenden Variante, der sogenannte „Pseudo-Tripelpunkt“ erläutert oder wenn die Unterschiede zwischen Tripelpunkt und Pseudo-Tripelpunkt eine erwähnenswerte Rolle spielen. 5 In einer Anzahl von Fällen können einzelne oder mehrere Stäbe und/oder Aktuatoren durch Zugmittel wie Seile, Ketten, Bänder, etc. ersetzt werden, dies ändert nichts an der Erfindung an sich. Es spielt auch in zahlreichen Anwendungsfällen keine Rolle, ob einzelne oder mehrere Aktuatoren als längenveränderliche Stäbe oder als Stäbe konstanter Länge, aber mit Fußpunktverschiebung (Kopfpunktverschiebung) verwendet werden. Der Fach-10 mann auf dem Gebiet der Parallelkinematik kann in Kenntnis der Erfindung die entsprechende Auswahl leicht vornehmen, in der Beschreibung und den Ansprüchen wird nicht darauf eingegangen.

Bei einer Anwendung dieses Prinzips auf Fertigungsroboter kommt es insbesondere darauf 15 an, die Reichweite des Werkzeugträgers zu vergrößern (man denke an das oben genannte, sehr kleine Verhältnis von Arbeitsvolumen zu Platzbedarf) und dabei doch die gewünschte bzw. benötigte Orientierung des Werkzeuges an der Spitze des Roboterarmes in weiten Grenzen erreichen zu können. 20 Erfindungsgemäß werden diese Ziele dadurch erreicht, dass auf der beweglichen Plattform ein Arm bzw. Zwischenteil mit merklicher Längserstreckung befestigt ist und dass an dessen von der beweglichen Plattform abgewandtem Endbereich der Werkzeugträger um zumindert eine Achse rotierbar befestigt ist. So erreicht man, dass mit relativ geringen geometrischen Änderungen der Parallelkinematik der Werkzeugträger eine relativ große 25 Reichweite aufweist und dass durch die verschwenkbare Montage des Werkzeugträgers am Arm das Werkzeug in weiten Bereichen die gewünschte Orientierung einnehmen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen: 30 die Fig. 1-7 rein schematisch verschiedene Grundausbildungen der Erfindung, die Fig. 8 einen Tripelpunkt, die Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht eines Details des Tripelpunktes der Fig. 8, ·· 99 9 • · · · · 99 99 ···· • · · 9 9 9 • · · 9 9999 9 9 9 9 9 99 99 · ♦ ♦ ♦ 9 • ·♦♦ · ♦ · 9 · • · · · ·♦·♦ 9# · 7 die Fig. 10 eine Variante eines indirekten Tripelpunktes in einer Ansicht entsprechend der

Ansicht der Fig. 8, die Fig. 11 ein Detail der Fig. 10 und die Fig. 12 - 40 erfindungsgemäße Varianten von Robotern. 5

In Fig. 1 ist eine rein schematische Darstellung einer erfmdungsgemäßen Parallelkinematik dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet wird. Wie eingangs der Beschreibung erläutert, verbindet eine solche Kinematik eine feste Plattform A2 mit einer beweglichen Plattform A3, wobei, im Gegensatz zur seriellen Kinematik, keine Zwischenplattformen 10 vorgesehen sind. Die Bezeichnung „feste Plattform“ bedeutet nicht notwendigerweise, dass diese in einem Inertialsystem ruht, es wird durch diese Bezeichnung nur unterschieden, von welcher Plattform ausgehend die Bewegung innerhalb des betrachteten Systems erfolgt. 15 Auf diese Weise erreicht man es, dass die Gesamtkinematik bei der Parallelkinematik aus geschlossenen Ketten besteht, d.h. es gibt verschiedene geschlossene Systeme von Stäben, die auf einem Weg von einer Plattform zur anderen und auf einem anderen Weg wieder zurück von dieser anderen Plattform zur einen gehen. Dies ist, man denke nur an die Werkzeugführung einer Drehbank, bei der seriellen Kinematik völlig ausgeschlossen und 20 mit ein Grund für die höhere Steifigkeit aber auch die komplexere Bewegungsmathematik der Parallelkmematiken. Erfindungsgemäß wird mm diese Komplexität, ohne auf die Vorteile der Parallelkinematik zu verzichten, dadurch drastisch verringert, dass zumindest ein Anlenkpunkt vorgesehen wird, von dem drei Stäbe ausgehen. 25 In Fig. 1 ist eine Parallelkinematik 1 dargestellt, bei der eine feste Plattform A2 mittels sechs Stäben S1 bis S6 mit einer beweglichen Plattform A3 verbunden ist. Diese Parallelkinematik 1 verfügt über einen sogenannten Tripelpunkt P3, er ist auf der beweglichen Plattform A3 vorgesehen. Durch das Ausbilden des dreifachen Punktes P3 wird aus den dort angelenkten Stäben Sl, S2 und S5 ein Gebilde geschaffen das als 30 „Zeigerpaar“ bezeichnet wird und über einen zusätzlichen Stab verfügt. De facto werden eigentlich drei Zeigerpaare gebildet, nämlich jeweils die Kombination S1-S2, S1-S5 und S2-S5. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein weiteres Zeigerpaar vorgesehen, das ·· ·· · ·· ·· ♦«·· ····· · · · ♦ ······ · ··· ♦ • · · · ···· · · · · ···· · · ··# ·· ·· · ···· ·· ♦ -8- von den Stäben S3 und S4 gebildet wird, die beide im Punkt P2, der, so wie der Punkt P3, auf der beweglichen Plattform 3 angeordnet ist.

Durch passende Anordnung der jeweils „anderen“ Enden der Stäbe Sl, S4 bzw. S2, S3 5 bleiben diese beiden Zeigerpaare bei einer ganzen Reihe von in der Technik üblichen Anwendungen und Bewegungen zueinander in paralleler Lage und können daher auch einer gemeinsamen Bewegungsbeschreibung und somit Regelung unterworden werden.

Der letzte, einzeln, angeordnete Stab S6, der ohne Beschränkung der Allgemeinheit normal 10 zwischen den beiden Plattformen in der dargestellten Position verläuft, bestimmt mm den letzten Freiheitsgrad und definiert die Lage der beweglichen Plattform A3 gegenüber der festen Plattform A2 endgültig.

Wenn man das so aufgebaute Gebilde nun von seiner Kinematik her betrachtet, so ergibt 15 sich klar, dass durch die jeweilige Länge der Stäbe Sl, S2 und S5 die Lage des Punkte P3 (immer, ohne dass es in der weiteren Beschreibung stets angeführt wird, gegenüber der festen Plattform A2) eindeutig definiert ist, und dass die jeweilige Länge der anderen drei Stäbe S3, S4 und S6 die Winkellage der beweglichen Plattform definiert. 20 Da die praktische Ausbildung eines Lagers, in dem drei Stäbe sphärisch fixiert sein sollen, aufwendig ist (Fig. 9) und durch die notwendigen Lagerflächen die zulässigen Schwenkwinkel der drei Stäbe stark eingegrenzt sind, ist es für die technische Anwendbarkeit ohne weiteres möglich und zulässig, und wird in der Erfindung als vollwertige Alternative angesehen, einen der drei Stäbe an einem anderen der drei Stäbe angreifen (Altemativ-25 punkt A) zu lassen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Die mechanische Beanspruchung des Stabes, an dem der andere angreift, kann durch die in der Beschreibungseinleitung angegebenen Maßnahmen in zulässigen Grenzen gehalten werden, die mathematischen Vereinfachungen bleiben so gut wie zur Gänze erhalten und 30 die Problematik der Lagerung wird umgangen. In der Beschreibung und den Zeichnungen wird diese Ausbildung des Tripelpunktes P3 als P’3 bezeichnet, auf die Unterschiede wird nur dort eingegangen, wo sie von Bedeutung sind oder im einzelnen erläutert werden. ·· ···· ·· ·· · ·· ····· ··· # ······ · ··· · • · · · ···· · · · · t · · · · · ··· Μ ·· · ···· ·· f -9-

Die Fig. 3 zeigt eine weitergehende Ausgestaltung in der Richtung, wie sie zwischen der Fig. 1 und Fig. 2 vorgenommen wurde. Es wird bei dieser Variante auch eine Entbünde-lung der Doppellager P2 auf völlig analoge Weise zur Entbündelung des Tripelpunktes P3 vorgenommen, der ja in der Variante der Fig. 2 zu einem Doppelpunkt P2 und einem 5 Altemativpunkt A wurde. Dabei wurde auch der Doppelpunkt der Stäbe S4 und S5 an der festen Plattform A2 entbündelt, auf die dadurch entstehenden mathematischen Probleme wurde bereits oben hingewiesen. Es besteht diese Konstruktion somit nur mehr aus den üblichen Befestigungspunkten, die an sich kein Bezugszeichen tragen, und den Altemativ-punkten A. Analog zur Bezeichnung des Tripelpunktes P3 wird eine Kombination eines 10 solchen normalen Befestigungspunktes und eines Altemativpunktes als P’2 bezeichnet, eine Kombination eines Befestigungspunktes mit zwei Altemativpunkten als P’3.

Von der Vereinfachung gegenüber der Parallelkinematik gemäß dem Stand der Technik her gesehen ist die Variante der Fig. 4 mit der Variante der Fig. 3 völlig gleichwertig, vom 15 mathematischen Standpunkt aber vorteilhafter, da auch der Stab S5 einen festen Fußpunkt auf der festen Plattform A2 aufweist und daher mathematisch leicht zu beschreiben ist. Dabei wird der Befestigungspunkt des Stabs S5 an der festen Plattform A2 nicht wie bei Fig. 3 auf den Stab S4 verlegt, sondern als eigener Befestigungspunkt in die unmittelbare Nachbarschaft des Befestigungspunktes des Stabes S4. Damit bleiben alle mechanischen 20 Vorteile gegenüber dem Stand der Technik gewahrt, auch die mathematische Darstellung der Bewegung bleibt vereinfacht und voll erhalten, die Bezeichnung als P‘2 trägt dem Rechnung.

Eine Ausgestaltung, bei der die oben erwähnte Überbestimmung bzw. Redundanz des 25 Systems verwendet wird, ist in Fig. 5 dargestellt. Damit kann im Falle des Versagens eines Teils der Struktur ein Zusammenbruch verhindert werden, was insbesondere in der Fördertechnik von eminenter Bedeutung ist, weiters erlaubt, ja verlangt diese Überbestimmung sogar, dass die bewegliche Plattform A3 nicht steifer ist, als es die Toleranzen der einzelnen kinematischen Elemente zulassen, ohne dass die gesamte Steifigkeit darunter 30 leidet. Hier wird aus Gründen der Übersichtlichkeit wieder auf die ursprüngliche Darstellung mit Tripelpunkten und zweifachen Punkten zurückgegangen, ohne darauf beschränkt zu sein. Wesentlich ist, dass der Stab S6 ersetzt worden ist durch zwei Stäbe ·· φφφφ ·· φφ φ ·· φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ · φφφ φ • φ · φ φ··· ♦ φ φ φ • φ · φ φ φ φφφ φφ φφ φ φφφφ φφ φ - 10- S6’, deren Längenänderung so synchronisiert sein muss, dass sie gemeinsam den einen Freiheitsgrad des ursprünglichen S6 nachbilden.

Die Fig. 6 zeigt eine ähnliche Situation wie die Fig. 1, nur dass die bewegliche Plattform 5 A3‘ deutlich kleiner ausgebildet ist als die feste Plattform A2, wodurch die Lage der einzelnen Stäbe sich naturgemäß ebenfalls ändert. Selbstverständlich müssen die einzelnen Plattformen nicht viereckig und nicht einmal eben sein, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist.

Die Fig. 7 zeigt in allgemeiner Darstellung eine Möglichkeit, durch eine Kombination 10 längenveränderlicher Stäbe, angedeutet als hydraulische Zylinder-Kolben-Einheiten mit Stäben konstanter Länge, unter Heranziehung der erfindungsgemäßen Prinzipien eine erfindungsgemäße Parallelkinematik zu schaffen, bei der die Berechnung der Bewegungsgleichungen gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert ist. Darüber hinaus ist es bei dieser Ausbildung der Kinematik möglich, die bewegliche Plattform A3 um 360° und 15 darüber gegenüber der festen Plattform A2 (Summe aller Fußpunkte) zu drehen, was üblicherweise nicht möglich ist.

In Fig. 8 und 9 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Tripelpunkt P3 zur näheren Erläuterung dieses erfindungswesentlichen Bauelementes in einer konstruktiven Ausge-20 staltung dargestellt. Die drei in ihm zusammenlaufenden Stäbe Sl, S2, S5, analog zur Fig. 1 ausgewählt, sind auf die folgende Weise, die aus Fig. 9 deutlicher zu entnehmen ist, miteinander gekoppelt:

Die Stäbe Sl und S2 die, wie oben erläutert, ein sogenanntes Zeigerpaar mit der Zeiger-25 achse Al2 bilden, greifen, um diese Zeigerachse schwenkbar, zu beiden Seiten einer Hohlkugel 4 an. Der Stab S5 greift über einen Bügel A5 an der Kugel A4 um eine zur Achse Al2 normal angeordneten und sie schneidende Achse A5 an. Der Schnittpunkt der Achsen Al 2 und A5 liegt im Mittelpunkt der Hohlkugel A4 und damit auch im Mittelpunkt des sphärischen Teils eines in der Hohlkugel A4 sphärisch drehbar gelagerten 30 Zapfens A6, der mit der beweglichen Plattform 3 (nicht dargestellt) fest verbunden ist.

Wie aus dieser Konstruktion ersichtlich ist, wird bei Änderung der Länge der Stäbe Sl, S2 und S5 (oder bei Verschiebung von deren Fußpunkten [Fig. 8]) die räumliche Lage des ·· ·<··· ·· ·· t ·· ····· ··· · • · · · · · · ··· · • · · ····· · · · · • · · · · · ··· ·· *· · Μ·· ·· · - 11 -

Kugelmittelpunktes stets eindeutig definiert. Dabei ist der Bügel A5 um die Achse des Stabes S5 drehbar und die entsprechenden Bügel der Stäbe S1 und S2 um diese (nur bei ganz speziellen Anordnungsfällen kann dies entfallen), um Verspannungen zu vermeiden. 5 Es ist leicht ersichtlich, dass die Ausbildung des Punktes P3 gemäß der Fig. 8 und 9 aufwendig ist und dabei doch den Nachteil aufweist, nur geringe Verschwenkungen um den Kugelmittelpunkt zuzulassen, ohne dass es zu Problemen mit aneinander schlagenden Bauteilen kommt. 10 Die Fig. 10 und 11, in ihren Ansichten im wesentlichen entsprechend den Fig. 8 und 9, stellen nun eine Lösung dieses Problems dar, die, wie bereits erwähnt, die Vorteile der Ausbildung von Tripelpunkten erhält, deren Nachteile aber vermeidet. Um dies zu erreichen, greift der Stab S5 nicht direkt im Bereich des Tripelpunktes an, sondern in kleinem Abstand von ihm, an einem der beiden anderen Stäbe, die am Tripelpunkt enden, 15 im dargestellten Beispiel am Stab Sl. Wie bereits erwähnt, wird es bevorzugt, dass dieser alternative Angriffspunkt A an demjenigen der beiden zur Verfügung stehenden Stäbe liegt, der mechanisch weniger belastet wird. Dadurch kann dessen Mehrbelastung durch die Induzierung eines Biegemomentes am Angriffspunkt A leichter abgefangen und beherrscht werden, als bei einem Angriffspunkt auf einem schon an sich hoch belasteten 20 Stab.

Aus Fig. 11 gut ersichtlich ist der einfache Aufbau des nunmehr in seinem Kem einen Doppelpunkt darstellenden Pseudo-Tripelpunktes, statt der komplexen und teuren sphärischen Geometrie kann eine einfache kardanische Aufhängung für den Zapfen A6, 25 der auf die bewegliche Plattform A3 (nicht dargestellt) überleitet, gewählt werden.

Die bisher beschriebenen Ausführungsformen und Varianten der Erfindung sind mm für alle ihre Anwendungen einsetzbar, aber selbstverständlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann die Ausbildung eines Angriffspunktes A anders ausgestaltet sein als in 30 den Fig. 10 und 11 dargestellt, es muss bei einem Doppelpunkt, unabhängig davon ob es sich um einen Pseudo-Tripelpunkt oder um einen echten Doppelpunkt handelt, keine kardanische Aufhängung verwendet werden, sondern es kann auch hier eine sphärische

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Ausbildung vorgesehen sein, bei der dann nur die Anlenkung an die beiden angreifenden Stäbe einfacher als in Fig. 9 dargestellt ausfällt, etc..

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Beispiele erläutert. Dabei werden gleiche 5 bzw. für die Erfindung gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, ähnliche mit unterschiedlicher Zahl von Apostrophen.

Die Fig. 12 zeigt rein schematisch eine erste Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Roboters 1. Der Roboter 1 besteht im wesentlichen aus einer parallelkinematischen 10 Vorrichtung 2, einem mit der beweglichen Plattform 6 fest verbundenen Arm 3 und einer den Werkzeugträger aufweisenden Spitze 4.

Die Parallelkinematik 2 ist im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel eine sogenannte 3-2-1-Kinematik mit drei Aktuatoren und drei Stäben fester Länge. Auf einer festen Plattform 5 15 sind die drei Aktuatoren Al, A2 und A3 und die drei Stäbe fester Länge Sl, S2 und S3 in Einzelgelenken gelagert. Ihre Angriffspunkte (Kopfpunkte bzw. Fußpunkte) auf einer beweglichen Plattform 6 bestehen aus einem Tripelpunkt TP, einem Doppelpunkt DP und einem Einzelpunkt EP. 20 Fest mit der beweglichen Plattform 6 verbunden ist der Arm 3, der an seinem vorderen Ende die Spitze 4 mit dem Werkzeugträger 7 und dem Werkzeug 8 trägt. Zwischen dem Werkzeugträger 7 und dem Arm 3 ist eine Gliederkette 9 mit mehreren zueinander parallelen Achsen 9’ angeordnet. Um diese Achsen 9’ können die Glieder der Gliederkette 9 nach Art menschlicher Finger gekrümmt werden. 25

Darüber hinaus ist im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel die Spitze 4, somit im wesentlichen die Gliederkette 9 samt Werkzeugträger 7 und Werkzeug 8, um die Armachse 3’ rotierbar, sodass, bei Verdrehung um diese Achse um etwa 90° das Werkzeug 8 je nach Drehrichtung im wesentlichen normal zur Zeichenebene zum Betrachter hin oder 30 vom Betrachter weg orientiert wäre.

Die Besonderheit der dargestellten Vorrichtung ist mm, dass durch relativ geringe Längenänderungen der Aktuatoren Al, A2, A3 durch die große Länge des Armes 3 ein ·· •t ···· • φ ·· · #···· φ · φ · • φ φ φ φ φ φ φφφ · • · · · ···· φ φ φ φ Φ Φ · * ♦ · Φ t ι ·· ·Φ · φφφφ φφ φ - 13- großer Arbeitsbereich für den Werkzeugträger 7 erreicht wird. Nutzbar wird dieser Arbeitsbereich aber nur dadurch, dass sich die Orientierung des Werkzeugträgers 7 bezüglich des Armes 3, beziehungsweise bezüglich dessen vorderer Endfläche, durch die Gliederkette 9 und, was bevorzugt wird, die Drehmöglichkeit bezüglich der Armachse 3’ 5 in weiten Grenzen verändern lässt, so dass zu jedem Arbeitspunkt, den die Spitze des Werkzeuges 8 anfahren kann, auch ein großer Bereich an zugänglichen Richtungen für die Werkzeugachse 8’ erreichbar ist, was für die praktische Benutzung imbedingt erforderlich ist. Es sei dazu nur darauf verwiesen, dass beim Schweißen, beim Lackieren, beim Ergreifen oder Absetzen von Bestandteilen, die Orientierung des jeweiligen Werkzeugs am 10 Arbeitspunkt genauso wichtig ist wie die Erreichbarkeit des Arbeitspunktes.

Die erfindungsgemäße Kombination macht sich die hohe Genauigkeit der Bewegungen parallelkinematischer Vorrichtungen und die Wiederholbarkeit dieser Bewegungen zu nutze, da mit herkömmlicher serieller Kinematik die angestrebten Ziele nicht erreichbar 15 wären. Nur diese hohe Genauigkeit, verbunden mit dem hervorragenden Verhältnis von Nutzlast zu toter Last und die Anordnung der Armachsen bzw. Fingerachsen 3’ und 9’ nahe des Werkzeuges 8, wodurch nur geringe Massenträgheitsmomente überwunden werden müssen und ein eventueller Positionierungsfehler sich nicht mehr fortpflanzt, ermöglicht es, diese Ziele zu erreichen. 20

Die Fig. 13 zeigt eine mit der Fig. 12 ganz ähnliche Vorrichtung, bei der nur der Aufbau der Gliederkette etwas anders ist, darüber hinaus wird dargestellt, wie durch geringe Längenänderung der Aktuatoren Al, A2, A3 eine deutliche Änderung der Position des vorderen Endes des Armes 3 erreicht wird, und wie die Orientierung der Werkzeugachse 8’ 25 leicht und im großen Ausmaß geändert werden kann.

In Anbetracht der Übereinstimmung der parallelkinematischen Vorrichtung wurde auf eine Eintragung der Bezugszeichen großteils verzichtet, auch von der Spitze 7 wurden nur die wesentlichen Elemente mit Bezugszeichen versehen.

Es soll noch kurz erläutert werden, dass die Gliederkette 9 in Fig. 12 durch Segmente von Zahnrädern kinematisch miteinander gekoppelt ist, während diese Kopplung bei der Gliederkette 9“ durch Synchronisierstangen, die gut sichtbar sind, erfolgt. Es ist schließlich 30 ·· fl · ·· *· #··♦ ····· I ff · f ff fff · fff · • V f « ffff f f f f «nt · i ft» ·· ·· · ···· ·· · - 14- der Aufbau der Spitze 4, 4’ nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern kann durch jede Art von Gelenk, beispielsweise durch das aus der US 2005/0040664 A bekannte, ersetzt werden. 5 Es ist auch nicht notwendig, dass die parallelkinematische Vorrichtung eine 3-2-1-Kinematik ist, hier kann jede parallelkinematische Vorrichtung verwendet werden.

Die Fig. 14 bis 16 zeigen eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Roboters. Er besteht wiederum aus einem parallelkinematisch aufgebauten Bereich 2 und auf der 10 beweglichen Plattform 6 ist ein Arm 3 fest angeordnet bzw. bildet einen Teil dieser beweglichen Plattform 6. Um eine Armachse 9’ am freien Ende des Armes 3 ist ein Werkzeugträger 7 verschwenkbar am Arm 3 befestigt, die Verschwenkung um diese Achse 9’ erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 10. 15

Die Parallelkinematik 2 besteht aus drei Aktuatoren und drei Stäben fester Länge und ist, so wie bei den Beispielen gemäß den Fig. 12 und 13, als 3-2-1-Kinematik ausgebildet. Aus Gründen der Übersicht wurde auf die Einzeichnung der Tripel- und Doppelpunkte verzichtet, dies ist im Hinblick auf den ähnlichen Aufbau zur Vorrichtung gemäß den 20 Fig. 12 und 13 für den Fachmann ohne Verlust an Information möglich.

Aus der Zusammenschau der Fig. 14, 15 und 16 ist ersichtlich, in welch weitem Bereich der Werkzeugträger 7 bezüglich der festen Plattform 5 sowohl verfahren als auch orientiert werden kann, und dies trotz nur relativ geringer Längenänderungen der Aktuatoren und des 25 Stellantriebes 10 für die Verschwenkung um die Handachse 9’.

Die Fig. 17 bis 22 zeigen eine Variante bei der die parallelkinematische Vorrichtung 2 aus vier Aktuatoren Al bis A4 und zwei Stäben gleicher Länge Sl, S2 besteht. Der Arm 3 ist so, wie beim Beispiel gemäß den Figuren 14 bis 16 aufgebaut, doch ist es, wie die Figuren 30 zeigen, möglich, durch den zusätzlichen Freiheitsgrad der parallelkinematischen Vorrichtung die Orientierbarkeit und die Reichweite des Werkzeugträgers 7 weiter zu erhöhen. Insbesondere aus der Zusammenschau der Fig. 19 und 20 geht hervor, dass schon bei geringer Verstellung der Aktuatoren auch eine Bewegung quer zur bevorzugten • · · • · · · • · · · · • · · ···· • · · · • · • · · ·· ···♦ • ··· • · · • · · • · · ···· · · 15

Bewegungsrichtung möglich ist und, dass es dabei ebenso möglich ist, die Orientierung des Werkzeugträgers 7 zu erhalten.

Fig. 21 und 22 schließlich zeigen die weiten Bereiche in denen die Orientierung des 5 Werkzeugträgers 7 erfolgen kann. »

Die Fig. 21 und 22 zeigen auch die hohe Beweglichkeit der beweglichen Plattform 6, die ja wesentlich für die Orientierbarkeit des Werkzeugträgers 7 mitverantwortlich ist. Zur Fig. 22 ist noch auszuführen, dass durch einen Zeichenfehler statt des Antriebes 10 ein 10 Stab konstanter Länge eingezeichnet ist, dies ist natürlich falsch, hier gehört eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit bzw. ein elektrischer Linearantrieb oder ein anderer als Betätigung für das Verschwenken des Werkzeugträgers 7 um die Achse 9’ wirksamer Antrieb eingezeichnet. 15 Die Fig. 23 bis 27 zeigen eine erfindungsgemäße Variante, die deshalb bedeutsam ist, weil der Arm 3 die Form einer parallelkinematischen Vorrichtung aufweist, bei der die Lage eines Punktes des Werkzeugträgers 7 bezüglich der beweglichen Plattform 6 durch drei Stäbe S konstanter Länge fixiert wird, wobei weiters durch entsprechende Ausbildung des Lagers dieser drei Stäbe ein Verdrehen des Werkzeugträgers 7 um die Achse 3’ des Armes 20 verhindert wird, oder ein anderer Freiheitsgrad fixiert wird. Die Position bezüglich der beiden verbleibenden Freiheitsgrade, im Ausführungsbeispiel das Verschwenken um zwei zueinander normal verlaufende, durch den Festpunkt F gehende Achsen, ist durch zwei Antriebe 10,11 variabel einstellbar. 25 Durch diese erhöhte Beweglichkeit im Bereich des Werkzeugträgers 7 kommt die eigentliche Parallelkinematik 2 in einem weiten Arbeitsbereich mit drei Aktuatoren Al bis A3 und drei Stäben konstanter Länge S1 bis S3 aus.

Insbesondere bei einem Vergleich der Fig. 26 mit der Fig. 27 und der Fig. 23 mit Fig. 24 30 geht die hohe Beweglichkeit der Orientierung des Werkzeugträgers 7 bei praktisch unverändertem Arbeitspunkt hervor.

Eine weitere Flexibilisierung geht aus der Variante gemäß den Fig. 28 bis 32 hervor. Wiederum besteht die parallelkinematische Anordnung 2 aus drei Aktuatoren Al, A2, A3 und drei Stäben unveränderlichen Länge Sl, S2 und S3, der Arm 3 allerdings trägt einen um drei Achsen schwenkbaren Werkzeugträger 7 und besteht aus drei Stäben 5 unveränderlicher Länge, die einen zentralen Punkt oder Festpunkt F des Werkzeugträgers 7 bezüglich der beweglichen Plattform 6 fixieren, und drei Antrieben 10, 11, 12, die den Werkzeugträger 7 um die drei Achsen des Festpunktes F verschwenken können, wie aus den Figuren deutlich hervorgeht, wenn auch aus Gründen der Übersichtlichkeit die drei Handachsen durch den Festpunkt F nicht eingezeichnet sind. 10

Die Fig. 33 bis 39 zeigen eine Variante der Erfindung, bei der der Werkzeugträger 7 um zwei Achsen gelenkig am Arm 3 angeordnet ist. Der parallelkinematische Abschnitt 2 besteht, wie beim letzten Beispiel, aus drei Stäben konstanter Länge Sl, S2, S3 und drei Aktuatoren Al, A2, A3, der Arm 3 besteht aus fünf Stäben S konstanter Länge, die die 15 Lage einer Handachse 9’ bezüglich der beweglichen Plattform 6 definieren. Um diese Handachse schwenkbar ist eine weitere Handachse 10’ verdrehbar gelagert. Die Lage des Werkzeugträgers 7 bezüglich dieser beiden einander unter einem rechten Winkel schneidenden Achsen 9’, 10’ wird durch zwei Antriebe 10,11 bestimmt. 20 Diese Antriebe greifen einerseits passend an der beweglichen Plattform 6 an und mit ihrem anderen Ende am Werkzeugträger 7.

Es ist aus den Darstellungen der Ausführungsbeispiele, somit aus den Fig. 12 bis 39 ersichtlich, dass die Parallelkinematiken 2 in ihren verschiedenen Ausführungsformen an 25 die jeweiligen Arbeitsgebiete angepasst sind und, dass die für Parallelkinematiken nicht übliche Verwendung von Stäben konstanter Länge in Verbindung mit Aktuatoren bei geeigneter Wahl der Anordnung dieser Elemente eine ausreichend hohe Beweglichkeit zur Verfügung stellt. Insbesondere in Verbindung mit der 3-2-1-Kinematik und der Verwendung von Pseudotripelpunkten und Pseudodoppelpunkten erzielt man auf 30 unerwartet einfache und damit kostengünstige Weise kinematische Vorrichtungen, die von ihrer Genauigkeit und Tragfähigkeit hier den parallelkinematischen Vorrichtungen des Standes der Technik entsprechen, dabei aber erlauben ihre Bewegungen in Form geschlossener Lösungen anzugeben, sodass die Verfahrbarkeit wesentlich rascher und • · - 17- genauer möglich ist und die, durch die spezielle Ausgestaltung der beweglichen Plattform 6, denn der Arm 3 ist ja ein fester Bestandteil dieser Plattform, und das Vorsehen zumindest einer Schwenkachse für den Werkzeugträger 7 im Bereich des Überganges vom Arm 3 zum Werkzeugträger 7, wird eine Größe des Arbeitsbereiches und eine Flexibilität 5 der Orientierung des Werkzeugträgers und damit des Werkzeugs erzielt, die im Stand der Technik bei bisher keiner Vorrichtung erreichbar war.

Die Fig. 40 zeigt eine Variante eines Roboters, der ähnlich dem der Fig. 12 aufgebaut ist. Dabei sind aus mechanischen Gründen die beiden Stäbe fester Länge S1 und S2, die beide 10 am Tripelpunkt TP ihren Kopfpunkt haben, und daher nur um die Verbindungsgerade ihrer Fußpunkte drehen können, zu einer Fläche F vereint. Dadurch erreicht man eine wesentliche Erhöhung der mechanischen Steifigkeit und somit eine weitere Gewichts-erspamis samt einer Vereinfachung des mechanischen Aufbaues des Tripelpunktes TP. Selbstverständlich können bei allen gezeigten Ausführungsformen die Zeigerpaare von 15 Stäben fester Länge zu solchen Flächen umgebildet werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann verschiedentlich abgewandelt werden. So kann beispielsweise auch bei den Ausführungsformen 12 und 13 der Arm 3, statt aus einem geschlossenen, 20 rohrartigen Gebilde zu bestehen, aus einzelnen Stäben, somit einem Stabwerk, aufgebaut sein. Die Betätigungsorgane und Antriebe für die Verschwenkung des Werkzeugträgers 7 um die verschiedenen ihm zur Verfügung gestellten Schwenkachsen können anders ausgebildet sein, als in den dargestellten Beispielen und es können selbstverständlich auch parallelkinematische Vorrichtungen verwendet werden, die statt mit Aktuatoren 25 veränderlicher Länge mit lageveränderlichen Fußpunkten bewegt werden. Diese Arten von parallelkinematischen Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, ebenso wie die Anwendungsgebiete bzw. die kinematischen Grundlagen, die es für den Fachmann auf dem Gebiet der Kinematik möglich machen, die für das jeweilige Anwendungsgebiet günstigste Form an kinematischer Vorrichtung zu bilden.

In den Darstellungen wurden die Tripelpunkte bzw. die Pseudotripelpunkte und die Doppelpunkte bzw. die Pseudodoppelpunkte nicht in ihrem konstruktiven Aufbau dargestellt, meist wurde zur Vermeidung einer Überfrachtung der Zeichnung ein 30

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Zusammenfließen der Stabumrisse als Darstellung gewählt. Selbstverständlich bedeutet dies aber nicht, dass die so quasi als Einheit dargestellten Stäbe zueinander unbeweglich wären, es wird damit nur ihr Angreifen an einen gemeinsamen Punkt bzw. einen Pseudogemeinsamen Punkt angezeigt. 5

Die bewegliche Plattform 6 kann, wie aus den Zeichnungen deutlich ersichtlich ist, die unterschiedlichsten Formen aufweisen und, wie in Fig. 12, tatsächlich einer Plattform ähneln, sie kann aber auch, wie bei den Vorrichtungen entsprechend in Fig. 14 bis 22 in ein starres Stabwerk aufgelöst sein, an dessen Knoten die Stäbe der Parallelkinematik 2 10 angreifen. Schließlich ist es auch möglich, dass die bewegliche Plattform 6 eine Art Platte oder dergleichen trägt, wie in den Beispielen gemäß den Fig. 23 bis 32, um eine ausreichend stabile und doch leichte Befestigungs- und Angrififsmöglichkeit für die Stäbe S, die den Arm 3 bilden, und die Betätigungseinrichtungen 10, 11, 12, die den Werkzeugträger 7 verschwenken, zu schaffen. 15

Die feste Plattform 5 schließlich ist nicht zwingend wirklich raumfest oder fest bezüglich eines Inertialsystems zu denken, sondern kann ihrerseits auf Rollen, Rädern oder dergleichen beweglich sein, insbesondere wenn der Roboter 1 große Ausmaße aufweist und beispielsweise in der Fertigung von LKWs oder im Schiffsbau oder dergleichen 20 eingesetzt wird.

Wesentlich für die Erfindung ist die Kombination einer Parallelkinematik 2 mit einem länglichen Arm 3, der auf der beweglichen Plattform 6 montiert ist und zumindest einer Drehachse 9’ im Bereich des Werkzeugträgers 7. Schon das Vorsehen weiterer Drehachsen 25 3’ bzw. 10’ oder eine Vervielfachung der Achsen 9’ stellt Ausgestaltungen dar, eine eventuelle Beweglichkeit des Armes bezüglich der beweglichen Plattform ebenso. Die Länge des Armes 3, die notwendig ist, um die der Erfindung zugrundeliegenden Ziele zu erreichen, kann vom Fachmann der Kinematik in Kenntnis der Erfindung und des Anwendungsgebietes leicht bestimmt werden, die Definition der Punkte, zwischen denen 30 die Länge gemessen wird, kann wegen der zahllosen Ausgestaltungen und Varianten schwanken. De facto immer einsetzbar ist der geometrische Schwerpunkt der Fuß- bzw. Kopfpunkte der Parallelkinematik und die Lage der Drehachse, die der Drehachse 9’ der Beispiele entspricht. Diese muss natürlich nicht die Armachse 3’ (sofeme es eine solche überhaupt gibt) schneiden, doch lässt sich ein Bezugspunkt (Festpunkt F bei den Fig. 23 bis 32, Zentrum des Kardangelenkes bei den Fig. 33 bis 39), der die Beweglichkeit des Werkzeughalters 7 bezüglich des Armes 3 verkörpert, stets finden.

Als erfindungsgemäß brauchbaren, unteren Wert der so definierten Armlänge kann man 50 % der mittleren Länge der Aktuatoren und Stäbe in der kürzesten Konfiguration der Parallelkinematik 2 ansehen, bevorzugt 100 % dieser Länge. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, sind in der Praxis auch deutlich höhere Werte nützlich einsetzbar.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1. Kinematische Verbindung einer festen Plattform (A2, 5) mit einer beweglichen Plattform (A3, 6) mit bis zu sechs Freiheitsgraden in geschlossenen kinematischen Ketten, sogenannte Parallelkinematik, wobei die Verbindungselemente Stäbe veränderlicher Länge, sogenannte Aktuatoren, gegebenenfalls teilweise Stäbe konstanter Länge, sogenannte passive Stäbe, und gegebenenfalls Zugmittel sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwei solcher Verbindungselemente an einem gemeinsamen Punkt der beweglichen Plattform (A3, 6) angreifen, und dass ein drittes Verbindungselement nahe des so gebildeten Doppelpunktes an einem dieser beiden Verbindungselemente angreift und einen sogenannten Pseudo-Tripelpunkt (P3‘) bildet.
2. 2. Kinematische Verbindung einer festen Plattform (A2, 5) mit einer beweglichen Plattform (A3, 6) mit bis zu sechs Freiheitsgraden in geschlossenen kinematischen Ketten, sogenannte Parallelkinematik, wobei die Verbindungselemente Stäbe veränderlicher Länge, sogenannte Aktuatoren, gegebenenfalls teilweise Stäbe konstanter Länge, sogenannte passive Stäbe, und gegebenenfalls Zugmittel sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwei solcher Verbindungselemente an einem gemeinsamen Punkt einer der Plattformen (A2, 5, A3, 6) angreifen, und dass ein drittes Verbindungselement nahe des so gebildeten Doppelpunktes an der Plattform angreift und einen sogenannten Pseudo-Tripelpunkt (P3‘) bildet.
3. 3. Kinematische Verbindung einer festen Plattform (A2, 5) mit einer beweglichen Plattform (A3, 6) mit bis zu sechs Freiheitsgraden in geschlossenen kinematischen Ketten, sogenannte Parallelkinematik, wobei die Verbindungselemente Stäbe veränderlicher Länge, sogenannte Aktuatoren, gegebenenfalls teilweise Stäbe konstanter Länge, sogenannte passive Stäbe, und gegebenenfalls Zugmittel sind, dadurch gekennzeichnet, dass an einem solchen Verbindungselement, nahe seines Angriffspunktes an einer der Plattformen (A2, 5, A3, 6) zwei weitere Verbindungselemente angreifen und einen sogenannten Pseudo-Tripelpunkt (P3‘) bildet.
4. 4. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Verbindungselemente exakt an einem Punkt angreifen und einen Tripelpunkt (P3) bilden. ·· ·· • # • · · ··· · ··· · • · · · ···· · · · · • · · · · · · β 9 ·· · · ······· · -21 -
5. 5. Kinematische Verbindung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein länglicher Arm (3) fest mit der beweglichen Plattform (6) verbunden ist, an dessen Ende ein Werkzeugträger (7) um zumindest eine Achse (9’, 10’) verdrehbar angeordnet ist.
6. 6. Kinematische Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Arms (3) zwischen dem geometrischen Schwerpunkt der Kopfpunkte der Parallelkinematik (2) und der Drehachse (9’) zumindest halb so groß ist wie der kleinste Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt der Kopfpunkte und dem geometrischen Schwerpunkt der Fußpunkte der Parallelkinematik (2).
7. 7. Kinematische Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Arms (3) zwischen dem geometrischen Schwerpunkt der Kopfpunkte der Parallelkinematik (2) und der Drehachse (9’) zumindest so groß ist wie der geringste Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Kopfpunkte und dem Schwerpunkt der Fußpunkte der Parallelkinematik (2).
8. 8. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (9’) im wesentlichen normal zur Armachse (3’) angeordnet ist.
9. 9. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Arm (3) und dem Werkzeugträger (7) mehrere, zueinander parallele Achsen (9’) vorgesehen sind.
10. 10. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (9’) in Verbindung mit einer sie schneidenden und zu ihr im wesentlichen normal verlaufende Achse (10’) eine kardanische Aufhängung für den Werkzeugträger (7) bildet.
11. 11. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeich- 25 net, dass der Arm (3) im wesentlichen zylindrische Form mit einer Achse (3’) aufweist, und dass die Achse (9’) auf einem um die Achse (3’) rotierbaren Bauteil angeordnet ist.