DE10001604A1

DE10001604A1 - Hexapod-Stabwerk

Info

Publication number: DE10001604A1
Application number: DE2000101604
Authority: DE
Inventors: Knut Grosmann; Klaus Mader; Volker Moebius; Bernd Wunderlich; Guenter Wuttke
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hexapod-Stabwerk, bestehend aus mehreren längenveränderlichen Stabachsen (1) mit Kugelgewindetrieben, die zwischen einem Grundrahmen (2) und einer bewegbaren Plattform (3) angeordnet sind. Das Hexapod-Stabwerk ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stabachsen (1) an ihren beiden Enden kardanisch und drehfest gelagert ist, die Stabachse (1) von dem Kugelgewindetrieb in der Längsachse verdrehfrei geführt wird, so dass sich die Antriebsmomente der Kugelgewindetriebe an der von den längenveränderlichen Stabachsen (1) bewegten Plattform (3) selbst abstützen, wobei die entstehenden kinematischen Fehler berechnet und durch Überlagerung mit den Vorgaben der Bewegungssteuerung kompensiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hexapod-Stabwerk, bestehend aus mehreren längenveränderlichen Stabachsen mit Kugelgewindetrieben, die zwischen einem Stützrahmen und einer bewegbaren Plattform angeordnet sind.

Es sind Hexapod-Strukturen bekannt, die über gelenkig verbundene, längenveränderlich gesteu erte Stabwerke eine Nutzeinrichtung tragen und definiert bewegen können. Die Stabachsen ver wenden bei Nutzung eines Kugelgewindes noch eine zusätzliche Führung, um das Antriebsmo ment der Kugelgewindespindel relativ zur Kugelgewindemutter abzustützen. Da frei bewegliche Plattformen für Kippungen und Verdrehungen einen Drehfreiheitsgrad zwischen Stabachse und Plattform benötigen, wird zumindest an einem Gelenk der Stabachse ein zusätzlicher Drehfrei heitsgrad angeordnet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anzahl der für die Stabachsen notwendigen kon struktiven Elemente zu verringern und damit den Aufwand für die Stabachsen senken.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Mittel er findungsgemäß dadurch gelöst, dass jede der Stabachsen an ihren beiden Enden kardanisch und drehfest gelagert ist, die Stabachse von dem Kugelgewindetrieb in der Längsachse verdrehfrei geführt wird, so dass sich die Antriebsmomente der Kugelgewindetriebe an der von den längen veränderlichen Stabachsen bewegten Plattform selbst abstützen, wobei die entstehenden kine matischen Fehler berechnet und durch Überlagerung mit den Vorgaben der Bewegungssteuerung kompensiert werden.

Vorteilhaft wird die Verbindungsstelle der Mutter und der Spindel des Kugelgewindetriebes als Drehfreiheitsgrad um die Längsachse der Stabachse genutzt, um die für Kippen oder Drehen der Plattform um die Längsachse der Stabachsen notwendigen Verdrehungen zu ermöglichen. Die entstehende Verdrehung aus der Bewegungsbahn der Plattform wird berechnet und jeweils die beim Verdrehen relativ zwischen Spindel und Mutter durch die Steigung entstehende Längenän derung als Kompensationsbetrag für den rechnerischen Gelenkpunktabstand der Stabachsen von der Steuerung verarbeitet.

Zur Verringerung von Reaktionen an der Plattform durch die hier aufgenommenen Antriebsmo mente sind die an den Dreiecksknoten der beweglichen Plattform mit drehfesten Kardangelenken befestigten Stabachsen vorteilhaft jeweils paarweise rechts- und linkssteigend ausgeführt.

Der bei den Kardangelenken aus unterschiedlichen Winkelstellungen entstehende Übertragungs fehler wird vorteilhaft ebenfalls als Funktion der Bewegungsbahn der Plattform berechnet und ebenfalls über die Steuerungsvorgaben an die Stabachse kompensiert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Hexapod-Stabwerk,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße längenveränderliche Stabachse.

Fig. 1 zeigt ein Hexapod-Stabwerk mit den erfindungsgemäßen längenveränderlichen Stabach sen 1. Alle stützenden Elemente sind über Verbindungsknoten zu Dreiecken angeordnet und bil den sowohl in dem veränderlichen Stabachsteil mit den 6 Stabachsen 1 zwischen dem Grun drahmen 2 und der bewegten Plattform 3 als auch zwischen der Plattform und dem festen Stab werk 4 mit dem Trägerrahmen 5 näherungsweise Oktaederstrukturen. Da Oktaederstrukturen bei Einleitung der Kräfte in den Verbindungsknoten vorwiegend Zug-Druck-Belastungen in dem Stabwerk hervorrufen, wird damit ein günstiges Steife-Masse-Verhältnis der Einrichtung reali siert.

Die 6 Stabachsen 1 sind auf der festen Seite des Stabwerkes über je ein Kardangelenk 6 drehfest mit dem Grundrahmen 2 verbunden. Eine gleiche kardanische Gelenkausführung 7 befindet sich am anderen Ende der Stabachse und ist ebenfalls drehfest mit der beweglichen Plattform 3 ver bunden. Damit stützen sich die Drehmomente aller Kugelgewindeantriebe an der beweglichen Plattform ab, was bei Vernachlässigung von Nachgiebigkeiten nicht zu Verlagerungen der Platt form führt. Um jedoch die durch die Momenteneinleitung hervorgerufenen realen Reaktionen an der Plattform möglichst klein zu halten, werden erfindungsgemäß die in einem der Dreiecks knoten 8 an der Plattform befestigten Stabachsen paarweise mit einem rechtssteigenden und ei nem linkssteigenden Kugelgewindetrieb ausgeführt, so dass sich die Momente an der Plattform zu einem großen Anteil kompensieren.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Hexapod-Stabachse, wie sie in der Struktur nach Fig. 1 ein gesetzt wird. Die Spindel 9 des Kugelgewindetriebes ist über die Lagerung 10 im Gehäuse 11, dass auch den Motor 12 mit dem Riementrieb 13 trägt, über das schon beschriebene kardanische Gelenk 6 drehfest mit dem hier nicht dargestellten festen Grundrahmen verbunden. Die Mutter 14 des Kugelgewindetriebes ist an einem Stützrohr 15 befestigt, das ebenfalls wie beschrieben mit einem Kardangelenk 7 drehfest mit der beweglichen Plattform 3 verbunden ist. Das äußere Rohr 16 hat nur eine Schutzfunktion und nimmt keine Kräfte auf. Mit dieser Anordnung wird die Kontaktstelle der drehfesten Teilsysteme zwischen Spindel 9 und Mutter 14 als Drehfreiheits grad genutzt. Diese Verdrehung zwischen Mutter 14 und Spindel 9 des Kugelgewindetriebes führt aber durch die Steigung des Kugelgewindetriebes zu einer Längenänderung der Stabachse 1 zwischen den die Lage der Plattform bestimmenden Gelenkpunkten 17 und 18. Erfindungsge mäß wird diese Verdrehung in Abhängigkeit von der Plattformbewegung berechnet und der Längenvorgabe der Stabachse als Korrekturbetrag überlagert. Ebenso wird als weiterer Korrek turbetrag die von den Kardangelenken verursachten Verdrehungen der Stabachse berechnet und kompensiert.

Bezugszeichenliste

1

Stabachse

2

Grundrahmen

3

Plattform

4

Stabwerk

5

Trägerrahmen

6

Kardangelenk

7

Kardangelenk

8

Dreiecksknoten

9

Spindel

10

Lagerung

11

Gehäuse

12

Motor

13

Riementrieb

14

Mutter

15

Stützrohr

16

Rohr

17

Gelenkpunkt

18

Gelenkpunkt

Claims

1. Hexapod-Stabwerk, bestehend aus mehreren längenveränderlichen Stabachsen (1) mit Ku gelgewindetrieben, die zwischen einem Grundrahmen (2) und einer bewegbaren Plattform (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stabachsen (1) an ihren beiden Enden kardanisch und drehfest gelagert ist, die Stabachse (1) von dem Kugelgewindetrieb in der Längsachse verdrehfrei geführt wird, so dass sich die Antriebsmomente der Kugelgewin detriebe an der von den längenveränderlichen Stabachsen (1) bewegten Plattform (3) selbst abstützen, wobei die entstehenden kinematischen Fehler berechnet und durch Überlagerung mit den Vorgaben der Bewegungssteuerung kompensiert werden.

2. Hexapod-Stabwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstelle der Mutter (14) und der Spindel (9) des Kugelgewindetriebes als Drehfreiheitsgrad um die Längsachse der Stabachse (1) genutzt wird, um die für Kippen oder Drehen der Plattform (3) um die Längsachse der Stabachsen (1) notwendigen Verdrehungen zu ermöglichen, wobei die entstehende Verdrehung aus der Bewegungsbahn der Plattform (3) berechnet wird und jeweils die beim Verdrehen relativ zwischen Spindel (9) und Mutter (14) durch die Steigung entstehende Längenänderung als Kompensationsbetrag für den rechnerischen Gelenk punktabstand der Stabachsen (1) von der Steuerung verarbeitet wird.

3. Hexapod-Stabwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Drei ecksknoten (8) der beweglichen Plattform (3) mit drehfesten Kardangelenken (7) befestigten Stabachsen (1) zur Verringerung von Reaktionen an der Plattform (3) durch die hier aufge nommenen Antriebsmomente jeweils paarweise rechts- und linkssteigend ausgeführt sind.

4. Hexapod-Stabwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der bei den Kar dangelenken (6, 7) aus unterschiedlichen Winkelstellungen entstehende Übertragungsfehler ebenfalls als Funktion der Bewegungsbahn der Plattform (3) berechnet wird und ebenfalls über die Steuerungsvorgaben an die Stabachse (1) kompensiert wird.