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

Dosavadní stav techniky ίο V nedávné době bylo navrženo a zkonstruováno mnoho paralelních polohovacích mechanismů především pro využití u obráběcích strojů, pro manipulaci robotů apod. 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 vynálezu

Výše uvedené nevýhody a nedostatky jsou do značné míry odstraněny u paralelního polohovacího mechanismu podle vynálezu, 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 s třetím polohovacím vozíkem spojeno prostřednictvím rotačních kloubů, přičemž rotační kloub, spojující polohovací rameno s prvním polohovacím vozíkem, je uspořádán ve větší vzdá35 lenosti 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 polo40 hovacím 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 uspořá45 dány 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.

-1 CZ 299124 B6

Uspořádání paralelního polohovacího mechanismu podle vynálezu přímým spojením platformy na posuvné vedení rotačním kloubem a spojením platformy s posuvným vedením prostřednictvím 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 polo10 hovacího 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.

Přehled obrázků na výkresech

Paralelní polohovací mechanismus podle vynálezu 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 v izometrickém pohledu propojení platformy s posuvnými vedeními prostřednictvím čtyř polohovacích ramen, obr. 5 znázorňuje v čelním pohledu polohovací mechanismus uvedený na 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 vynálezu

Paralelní polohovací mechanismus pro obrábění např. na obráběcích centrech, frézovacích strojích, pro manipulaci např. u průmyslových robotů, s využitím např. i pro měření apod. sestává ze základny i stroje, která nese rám 2 stroje. Rám 2 stroje je uspořádán pevně nebo výsuvně vůči základně I 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 5 a třetím rotačním kloubem lije 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 patrné z obr. 2, obě posuvná vedení 4 jsou přímková, vzájemně různoběžná. Mezi oběma posuvnými vedeními 4 je uspořádána platforma 3, která je s jedním posuvným vedením 4 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 4 a to prostřednictvím polohovatelného vozíku 5, který se pohybuje v posuvném vedení

4. Platforma 3 je pak spojena přímo přes další rotační kloub 11 s druhým posuvným vedením 4. Tento rotační kloub ϋ je pak rovněž uspořádán na polohovatelném vozíku 5, který se pohybuje v tomto druhém posuvném vedení 4. Podélná osa spojnice spojující platformu 3 s druhým polo45 hovacím vozíkem 5 svírá s horizontální rovinou, vedenou rotačním kloubem H_ 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 4 prostřednictvím dvou polohovacích ramen 6, z nichž každé je opatřeno dvěma rotačními klouby ii, jedním pro spojení s platformou 3 a druhým pro spojení s posuvným vedením 4 přes polohovatelné vozíky 5. Spojení platformy 3 s druhým posuvným vedením 4 je obdobné jako u provedení podle obr. 2. Rovněž je možné v rámci vynálezu použít i u provedení podle obr. 3 jedno posuvné vedení 4.

-2CZ 299124 B6

Na obr. 4 je patrné 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 4 a dvě další polohovací ramena 6 spojují platformu 3 s druhým posuvným vedením 4 uspořádaným vzhledem k platformě 3 na opačné straně než je uspořádáno první posuvné vedení 4. Posuvná vedení 4 na každé straně platformy 3 jsou tvořena vždy dvěma vodícími konzolemi, po kterých pojíždí polohovatelné vozíky 5. Každý polohovatelný vozík 5 je veden po obou vodicích konzolách a je spojen přes rotační kloub U vždy s jedním polohovacím ramenem 6. Polohovací ramena 6 vedená na prvním posuvném vedení 4 a na druhém posuvném vedení 4 jsou uspořádána pod sebou. Posuv polohovatelných vozíků 5 je zajištěn ío přes kuličkové šrouby 12 s maticemi poháněnými od pohonných motorů J_0. Pohon polohovatelných vozíků 5 lze řešit alternativně jako pohon s lineárním pohonem (neznázoměno). Primární část pohonu je pak pevně spojena s rámem 2 a sekundární část je spojena s polohovatelnými vozíky 5.

Přesná poloha polohovatelných vozíků 5 vůči rámu 2 stroje je odměřována odměřovacím systé15 mem 14. Polohovatelné vozíky 5 konají lineární přímočarý pohyb po posuvných vedeních 4 na rámu 2 stroje. Tento pohyb je pak přenášen přes rotační klouby 11 na polohovací ramena 6, která jsou rotačními klouby 11 spojena s platformou 3. Polohovací ramena 6 provedená jako tuhý prostorový hranol jsou tepelně stabilizována, případně jsou vyrobena z materiálů s minimální délkovou roztažností. Rotační klouby 11 polohovatelných vozíků 5 a platformy 3 jsou tvořeny přede20 pnutými 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 smýkadlo 13. Výsuv smýkadla 13 s hlavicí 7 je řešen obdobně jako pohon polohovatelných vozíků 5 také rotačním pohonným motorem a kuličkovým šroubem (neznázoměno). Smýkadlo 13 nese pohon osy „Z“ a její odměřovací systém 14 a vytváří posuv hlavice 17 s nástrojem 8 ose „Z“ stroje.

Smýkadlo 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 J_5 a vzdušníkem 9, který svým silovým působením eliminuje tíhu platformy 3 a v ní obsažených částí. Rotační motory W ovládají přes převody, kuličkové šrouby 12 s maticemi a s pomocí odměřovacích systémů

14 posuvný pohon polohovatelných vozíků 5 na posuvných vedeních 4 rámu 2 stroje. Na obr. 4 je znázorněn pouze odměřovací systém J_4 pro odměřování polohy polohovatelných vozíků 5 spojených s jedním posuvným vedením 4. Symetricky umístěný odměřovací systém pro odměřování polohy polohovatelných vozíků 5 spojených s druhým posuvným vedením 4 není znázorněn.

Pohyb polohovatelných vozíků 5 je pomocí polohovatelných ramen 6 a rotačních kloubů U převeden na požadovaný pohyb platformy 3 v rovině XY. Platforma 3 nese smýkadlo 13. s hlavicí 7 a nástrojem 8. Jejich posuv v ose „Z“ je proveden pojezdem smýkadla JJ3 vůči platformě 3. Nástrojem 8 může být obráběcí nástroj nebo chapadlo pro manipulaci nebo měřicí sonda pro měření.

Výsuvnou hlavici 7 je možné nahradit uspořádáním posuvného pracovního stolu před nebo na základně i 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 tři 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 nejobecnější 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, kdy všechna posuvná vedení jsou navzájem různoběžná.

-3 CZ 299124 B6

V rámci vynálezu je možno použít i nepřímková posuvná vedení, podmínkou je zajištění rovnoběžnosti os rotačních kloubů.