CZ23002U1 - Paralelní polohovací mechanismus, zvláště pro obrábění a/nebo manipulaci a/nebo měření - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká paralelního polohovacího mechanismu, zvláště pro obrábění a/nebo manipulaci a/nebo měření, sestávající z platformy pro nesení a/nebo manipulaci např. s nástrojem, výrobkem, měřicím zařízením a pod., přičemž platforma je spojena s rámem stroje prostřednictvím alespoň jednoho polohovacího ramene.

Dosavadní stav techniky

V nedávné době bylo navrženo a zkonstruováno mnoho paralelních polohovacích mechanismů především pro využití u obráběcích strojů, pro manipulaci robotů a pod. Manipulátory a roboty byly prvotními zařízeními, kde byly paralelní polohovací mechanismy uplatněny. Jejich výhodou oproti mechanismům sériových robotů je především vyšší tuhost a vyšší dynamika. Vyšší tuhost je dána podstatou paralelních ramen jako příhradové konstrukce. Vyšší dynamika spočívá v tom, že pohony mohou být na rámu a nemusí být přemisťovány s pohyblivými rameny jako u sériových robotů, z čehož vyplývá menší hmotnost pohybujících se strojních částí. Nevýhodou stávajících polohovacích mechanismů je častější výskyt singulárních poloh, které omezují pracovní prostor. V singulární poloze má mechanismus nadbytečné stupně volnosti a ztrácí tuhost.

Další nevýhodou mnoha paralelních polohovacích mechanismů je to, že paralelní ramena jsou připevněna k rámu stroje nebo na druhém konci k platformě nesoucí nástroj pomocí sférického kloubu, který má nižší tuhost v důsledku bodového kontaktu přenosu sil, nebo se jedná o Cardanův kloub s omezenou úhlovou pohyblivostí.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody a nedostatky jsou do značné míiy odstraněny u paralelního polohovacího mechanismu podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že horizontální rovina, vedená rotačním kloubem spojujícím platformu s polohovacím ramenem, svírá s podélnou osou spojnice spojující platformu s druhým polohovacím vozíkem tupý úhel, přičemž vedení jsou navzájem různoběžná.

Alternativně je na prvním vedení, nad prvním polohovacím vozíkem, uspořádán třetí polohovací vozík, mezi nímž a platformou je uspořádáno polohovací rameno, které je jak s platformou, tak i se třetím polohovacím vozíkem spojeno prostřednictvím rotačních kloubů, přičemž rotační kloub, spojující polohovací rameno s prvním polohovacím vozíkem, je uspořádán ve větší vzdálenosti od základny stroje, než rotační kloub spojující toto polohovací rameno s platformou.

U provedení, kde platforma je spojena jednak prostřednictvím prvého a druhého polohovacího ramene s prvním a druhým polohovacím vozíkem, suvně upravenými na prvním vedení na rámu stroje a jednak prostřednictvím třetího a čtvrtého polohovacího ramene se třetím a čtvrtým polohovacím vozíkem, suvně upraveným na druhém vedení na rámu stroje, přičemž všechna polohovací ramena jsou spojena jak se svými polohovacími vozíky, tak i s platformou prostřednictvím rotačních kloubů, tvoří průměty podélných os rotačních kloubů spojujících polohovací ramena s polohovacími vozíky do roviny k nim kolmé vrcholy lichoběžníku, přičemž rotační klouby, spojující k základně stroje přilehlá polohovací ramena s jejich polohovacími vozíky, jsou uspořádány ve větší vzdálenosti od základny stroje, než rotační klouby spojující tato polohovací ramena s platformou, přičemž vedení jsou navzájem různoběžná.

Alternativně je pro každý ze čtyř polohovacích vozíků na rámu stroje upraveno samostatné vedení, přičemž dvě z protilehle uspořádaných vedení jsou navzájem rovnoběžná a dvě z protilehle uspořádaných vedení jsou navzájem různoběžná.

Uspořádání paralelního polohovacího mechanismu podle technického řešení přímým spojením platformy na posuvné vedení rotačním kloubem a spojením platformy s posuvným vedením pro-1 CZ 23002 Ul střednictvím jednoho polohovacího ramene nebo i pro spojení platformy a posuvného(ých) vedení užitím nadbytečných, tedy čtyř polohovacích ramen pro tři stupně volnosti, přičemž natočení v rovině může být udržováno jako trvale konstantní, znamená důležité zvětšení pracovního prostoru a zároveň dosažení zvýšené rovnoměrnosti mechanických vlastností tuhosti a dynamiky.

Ke zvýšení tuhosti přispívá užití všech kloubů jako rotačních.

Přímé upevnění platformy na posuvné vedení rotačním kloubem a prostřednictvím jednoho polohovacího ramene nebo užití nadbytečných polohovacích ramen pro spojení platformy s posuvným(i) vedením(i) snižuje výskyt singulárních poloh. Nadbytečná polohovací ramena významně snižují nerovnoměrnost tuhosti a dynamických vlastností v pracovním prostoru stroje.

io Přehled obrázků na výkresech

Paralelní polohovací mechanismus podle technického řešení je znázorněn schematicky na přiložených obrázcích, kde obr. 1 znázorňuje propojení platformy s jedním posuvným vedením, obr. 2 znázorňuje propojení platformy s posuvnými vedeními s použitím jednoho polohovacího ramene, obr. 3 znázorňuje propojení platformy s posuvnými vedeními s použitím dvou polohovacích ra15 men, obr. 4 znázorňuje v izometrickém pohledu propojení platformy s posuvnými vedeními prostřednictvím čtyř polohovacích ramen, obr. 5 znázorňuje v čelním pohledu polohovací mechanismus uvedený v obr. 4, avšak s rozdílným uspořádáním posuvných vedení a obr. 6 znázorňuje další alternativní provedení, kde platforma je propojena se čtyřmi různoběžnými posuvnými vedeními prostřednictvím čtyř polohovacích ramen.

Příklady provedení technického řešení

Paralelní polohovací mechanismus pro obrábění např. na obráběcích centrech, frézovacích strojích, pro manipulaci např. u průmyslových robotů, s využitím např. i pro měření a pod., sestává ze základny i stroje, která nese rám 2 stroje. Rám 2 stroje je uspořádán pevně nebo výsuvně vůči základně 1 stroje, přičemž jsou v něm uspořádána posuvná vedení 4.

Na obr. 1 je platforma 3 spojena s jedním posuvným vedením 4 přes tři rotační klouby 11, z nichž dva jsou uspořádány na jednom polohovacím rameni 6 a třetím rotačním kloubem 11 je platforma 3 spojena s posuvným vedením 4 přímo. Rotační klouby 11 uvedené na tomto, jakož veškeré další rotační klouby 11 ve všech dalších provedeních, jsou představovány klouby otočnými kolem jedné osy a jsou vždy navzájem rovnoběžné.

Jak je patmé z obr. 2, obě posuvná vedení 42, 4 jsou přímková, vzájemně různoběžná. Mezi oběma posuvnými vedeními 42, 422 je uspořádána platforma 3, která je s jedním posuvným vedením 42 spojena prostřednictvím jednoho polohovacího ramene 6, které je na každém konci opatřeno rotačním kloubem 11, jedním pro otočné spojení s platformou 3 a druhým pro spojení s prvním posuvným vedením 42, a to prostřednictvím polohovacího vozíku 52, který se pohybuje v posuvném vedení 4Λ Platforma 3 je pak spojena přímo přes další rotační kloub 11 s druhým posuvným vedením 422- Tento rotační kloub li je pak uspořádán na polohovacím vozíku 522, kteiý se pohybuje v tomto druhém posuvném vedení 422- Podélná osa spojnice S spojující platformu 3 s druhým polohovacím vozíkem 5 svírá s horizontální rovinou R, vedenou rotačním kloubem 11 spojujícím platformu 3 s polohovacím ramenem 6, tupý úhel.

Na obr. 3 je znázorněn obdobný paralelní polohovací mechanismus, jak je patrný podle obr. 2, kdy je platforma 3 spojena s prvním posuvným vedením 42 prostřednictvím dvou polohovacích ramen 6, z nichž každé je opatřeno dvěma rotačními klouby 11, jedním pro spojení s platformou 3 a druhým pro spojení s posuvným vedením 42 přes polohovací vozíky 52, 5'. Spojení platformy 3 s druhým posuvným vedením 422 je obdobné jako u provedení podle obr. 2. Rovněž je možné v rámci technického řešení použít i u provedení podle obr. 3 jedno posuvné vedení 4.

Na obr, 4 je patmé uspořádání paralelního polohovacího mechanismu se čtyřmi polohovacími rameny 6, kdy dvě polohovací ramena 6 opatřená na obou koncích rotačními klouby 11 spojují platformu 3 s prvním posuvným vedením 42 a dvě další polohovací ramena 6 spojují platformu 3

-2CZ 23002 Ul s druhým posuvným vedením 4 uspořádaným vzhledem k platformě 3 na opačné straně než je uspořádáno prvním posuvné vedení 42 Posuvná vedení 42, 4 na každé straně platformy 3 jsou tvořena vždy dvěma vodícími konzolemi, po kterých pojíždí polohovací vozíky 52 až 5. Každý polohovací vozík 52 až 5'' ie veden po obou vodicích konzolách a je spojen přes rotační kloub JJ. vždy s jedním polohovacím ramenem 6. Polohovací ramena 6 vedená na prvním posuvném vedení 42 a na druhém posuvném vedení 4 jsou uspořádána pod sebou. Posuv polohovacích vozíků 52 až 5 ie zajištěn přes kuličkové šrouby 12 s maticemi poháněnými od pohonných motorů 10.

Pohon polohovacích vozíků 5 lze řešit alternativně jako pohon s lineárním pohonem (neznázorněno). Primární část pohonu je pak pevně spojena s rámem 2 a sekundární část je spojena s polohovacími vozíky 5.

Přesná poloha polohovacích vozíků 5 vůči rámu 2 stroje je odměřována odměřovacím systémem 14. Polohovací vozíky 5 konají lineární přímočarý pohyb po posuvných vedeních 4 na rámu 2 stroje. Tento pohyb je pak přenášen přes rotační klouby IT na polohovací ramena 6, která jsou rotačními klouby ii spojena s platformou 3. Polohovací ramena 6 provedená jako tuhý prostorový hranol jsou tepelně stabilizována, případně jsou vyrobena z materiálů s minimální délkovou roztažnostf. Rotační klouby 11 polohovacích vozíků 5 a platformy 3 jsou tvořeny předepnutými kuželíkovými ložisky s vysokou radiální a axiální tuhostí a únosností. Platforma 3 nese hlavici 7 s nástrojem 8, jejichž výsuv je realizován přes lineární valivé vedení a smykadlo 13. Výsuv smykadla 13 s hlavicí 7 je řešen obdobně jako pohon polohovacích vozíků 5 také rotačním pohonným motorem Γ0 a kuličkovým Šroubem (neznázoměno). Smykadlo L3 nese pohon osy „Z“ a její odměřovací systém 14 a vytváří posuv hlavice 7 s nástrojem 8 v ose „Z“ stroje.

Smykadlo 13 je uloženo v platformě 3 na lineárních valivých vedeních. Mezi platformou 3 stroje a rámem 2 stroje je uspořádán vyvažovači systém s pneumatickým válcem 15 a vzdušníkem 9, který svým silovým působením eliminuje tíhu platformy 3 a v ní obsažených částí.

Rotační pohonné motory 10 ovládají pres převody, kuličkové šrouby 12 s maticemi a s pomocí odměřovacích systémů 14 posuvný pohon polohovacích vozíků 5 na posuvných vedeních 4 rámu 2 stroje. Na obr. 4 je znázorněn pouze odměřovací systém 14 pro odměřování polohy polohovacích vozíků 5 spojených s jedním posuvným vedením 4, symetricky umístěný odměřovací systém 14 pro odměřování polohy polohovacích vozíků 5 spojených s druhým posuvným vedením 4 není znázorněn.

Pohyb polohovacích vozíků 5 je pomocí polohovacích ramen 6 a rotačních kloubů 11 převeden na požadovaný pohyb platformy 3 v rovině „XY“. Platforma 3 nese smykadlo 13 s hlavicí 7 a nástrojem 8. Jejich posuv v ose „Z“ je proveden pojezdem smykadla 13 vůči platformě 3. Nástrojem 8 může být obráběcí nástroj nebo chapadlo pro manipulaci nebo měřicí sonda pro měření.

Výsuvnou hlavici 2 je možné nahradit uspořádáním posuvného pracovního stolu před nebo na základně 1 stroje (nezakresleno), příp. je možné využití jak výsuvné hlavice 7, tak posuvného pracovního stolu.

Na obr. 4 jsou posuvná vedení 4 rovnoběžná s jednou přímkou. Je rovněž možné uspořádání, kdy čtyři polohovací ramena 6 jsou vedena každé na samostatném posuvném vedení 4, případně jsou pro čtyři polohovací ramena 6 vytvořena tri posuvná vedení 4.

Na obr. 2, 3 a 5 je znázorněno alternativní provedení uspořádání posuvných vedení 4, kdy tato vedení jsou rovnoběžná se dvěma přímkami a na obr. 6 je znázorněno nej obecnější uspořádání posuvných vedení 4, kdy všechna posuvná vedení 4 mají obecné směry, v tomto případě jsou dvě posuvná vedení 4 vzájemně rovnoběžná a současně různoběžná s dalšími dvěma posuvnými vedeními 4. Je možné i uspořádání čtyř posuvných vedení 4, kdy všechna posuvná vedení 4 jsou navzájem různoběžná.

-3CZ 23002 Ul

V rámci technického řešeni je možno použít i nepřímková posuvná vedení 4, podmínkou je zajištění rovnoběžnosti os rotačních kloubů 1J_.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Paralelní polohovací mechanismus, zvláště pro obrábění a/nebo manipulaci a/nebo měření,

   5 sestávající z platformy (3) pro nesení a/nebo manipulaci zejména s nástrojem, výrobkem, měřicím zařízením, přičemž platforma (3) je spojena jednak prostřednictvím polohovacího ramene (6) s prvním polohovacím vozíkem (5'), upraveným suvně na prvním posuvném vedení (4 ) na rámu (
2. 2) stroje a jednak prostřednictvím rotačního kloubu (11) s druhým polohovacím vozíkem (5), upraveným suvně na druhém posuvném vedení (4) na rámu (2) stroje, přičemž polohovací ío rameno (6) je spojeno jak s prvním polohovacím vozíkem (5'), tak s platformou (3) prostřednictvím rotačních kloubů (11), vyznačující se tím, že horizontální rovina (R), vedená rotačním kloubem (11) spojujícím platformu (3) s polohovacím ramenem (6), svírá s podélnou osou spojnice (S) spojující platformu (3) s druhým polohovacím vozíkem (5) tupý úhel, přičemž posuvná vedení (4', 4) jsou navzájem různoběžná.

   15 2. Paralelní polohovací mechanismus podle nároku 1, vyznačující se tím, žena prvním posuvném vedení (4') je, nad prvním polohovacím vozíkem (5'), uspořádán třetí polohovací vozík (5”'), mezi nímž a platformou (3)je uspořádáno polohovací rameno (6), které je jak s platformou (3), tak i se třetím polohovacím vozíkem (5') spojeno prostřednictvím rotačních kloubů (11), přičemž rotační kloub (11), spojující polohovací rameno (6) s prvním polohovacím

   20 vozíkem (5'), je uspořádán ve větší vzdálenosti od základny (1) stroje, než rotační kloub (11) spojující toto polohovací rameno (6) s platformou (3).
3. 3. Paralelní polohovací mechanismus, zvláště pro obrábění a/nebo manipulaci a/nebo měření, sestávající z platformy (3) pro nesení a/nebo manipulaci např. s nástrojem, výrobkem, měřicím zařízením, přičemž platforma (3) je spojena jednak prostřednictvím polohovacích ramen (6) s

   25 prvním a druhým polohovacím vozíkem (5', 5”), suvně upravenými na prvním a druhém posuvném vedení (4', 4) na rámu (2) stroje a jednak prostřednictvím polohovacích ramen (6) se třetím a čtvrtým polohovacím vozíkem (5^P, 5), suvně upravenými na prvním a druhém posuvném vedení (4', 4) na rámu (2) stroje, přičemž všechna polohovací ramena (6) jsou spojena jak se svými polohovacími vozíky (5' až 5”), tak i s platformou (3) prostřednictvím rotačních

   30 kloubů (11), vyznačující se tím, že průměty podélných os rotačních kloubů (11) spojujících polohovací ramena (6) s polohovacími vozíky (5' až 5) do roviny k nim kolmé tvoří vrcholy lichoběžníku, přičemž rotační klouby (11), spojující k základně (1) stroje přilehlá polohovací ramena (6) s jejich polohovacími vozíky (5' až 5), jsou uspořádány ve větší vzdálenosti od základny (1) stroje, než rotační klouby (11) spojující tato polohovací ramena (6) s

   35 platformou (3), přičemž posuvná vedení (4', 4) jsou navzájem různoběžná.