DE10156871A1

DE10156871A1 - Anordnung zum Antrieb von Mechanismen

Info

Publication number: DE10156871A1
Application number: DE2001156871
Authority: DE
Inventors: Thomas Frank; Klaus Zimmermann; Erik Gerlach
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-07-10

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Antrieb von Mechanismen mit verbesserten dynamischen Eigenschaften bereitzustellen, bei der eine Arbeitsplattform über in ihrer Länge verstellbare Streben mit einem Gestell verbunden ist und der Bewegungsbereich der Arbeitsplattform möglichst groß ist. DOLLAR A Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Anordnung, bei der die Streben (8) jeweils durch ein Kreuzgelenk (4-2) mit dem Gestell (19) verbunden sind. Die Drehbewegung eines am Gestell (19) angebrachten Antriebes (27) wird auf ein Antriebsglied eines an der Strebe (8) angebrachten Mechanismus geleitet, welcher die Drehbewegung in eine Längenänderung der Strebe (8) umwandelt. DOLLAR A Derartige Anordnungen können für den Antrieb von Mechanismen insbesondere im Werkzeugmaschinenbau, als Manipulatoren oder Teile von Manipulatoren, als Handling-Einrichtungen, in der Messtechnik, bei Lasern, bei Elektronenkanonen und bei Flug- und Automobilsimulatoren verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Antrieb von Mechanismen, die mindestens eine geschlossene kinematische Kette aufweisen und bei denen eine Arbeitsplattform über in ihrer Länge verstellbare Streben mit einem Gestell verbunden ist.
Der Antrieb erfolgt durch Änderung des Abstandes zwischen den Aufhängepunkten einer Arbeitsplattform und den Aufhängepunkten am Gestell. Diese Punkte sind durch Streben verbunden, deren Längenänderung den Antrieb des Mechanismus bewirkt. Derartige Mechanismen werden insbesondere im Werkzeugmaschinenbau, als Manipulatoren oder Teile von Manipulatoren, als Handling-Einrichtungen, in der Messtechnik, bei Lasern, bei Elektronenkanonen und bei Flug- und Automobilsimulatoren verwendet.
Im Stand der Technik sind insbesondere Mechanismen in Form von Hexapodanordnungen bekannt. Bei diesen befinden sich am Gestell sechs Gelenke. Diese Gelenke verbinden das Gestell mit sechs Streben, die wiederum durch je ein Gelenk mit einer Arbeitsplattform verbunden sind. Die Verbindung zwischen Gelenk und Gestell bzw. zwischen Gelenk und Arbeitsplattform erfolgt üblicherweise durch eine kraftschlüssige Klemmverbindung, mit der Spiel zwischen diesen Bauteilen verhindert werden soll. Die Änderung der Strebenlänge wird in der Regel durch ein Schraubengetriebe erzeugt, dessen Antriebsbewegung von einem Motor erzeugt wird, der fest an der Strebe montiert ist. Die Übertragung der Drehbewegung auf die Gewindespindel erfolgt meist durch ein Zugmittelgetriebe, z. b. ein Zahnriemengetriebe.

In der DE 196 36 100 A1 ist ein Hexapod-Bearbeitungszentrum beschrieben, welches ein feststehendes Gestell und eine bewegliche Arbeitsplattform aufweist, bei dem die sechs in ihrer Länge verstellbaren Verbindungsstreben an der Arbeitsplattform angelenkt sind. Jeweils drei Anlenkpunkte definieren hierbei eine gemeinsame Angriffsebene, so dass zwei separate Ebenen gebildet werden. Die Anlenkung der Streben am Gestell erfolgt ebenfalls in zwei separaten Angriffsebenen.

Weiterhin sind Mechanismen bekannt, die teilweise aus parallelen und teilweise aus offenen kinematischen Ketten bestehen, die so genannten Hybridkinematiken.

Bei den bekannten Anordnungen ist insbesondere nachteilig, dass die Motoren, das Getriebe und die Lager der für die Längsveränderung der Streben verwendete Gewindespindel mit bewegt werden müssen. Dadurch erhöht sich die zu bewegende Masse und demzufolge verschlechtern sich die dynamischen Eigenschaften. Nachteilig ist ferner, dass der erforderliche Raumbedarf den Bewegungsbereich der Arbeitsplattform einschränkt oder zusätzlichen Bauraum erfordert. Ferner müssen sämtliche Steuer- und Antriebsleitungen mit bewegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die dynamischen Eigenschaften gegenüber den bekannten Anordnungen verbessert werden und bei der der Bewegungsbereich der Plattform möglichst groß ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Anordnung gelöst, welche die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Erläuterung erfolgt am Beispiel einer Hexapod-Kinematik. Die Erfindung kann jedoch auch in einer Vielzahl weiterer Parallel- oder Hybridkinematiken verwendet werden.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtanordnung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Strebe und
Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Anordnung eines Kreuzgelenks am Gestell.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, sind an der Arbeitsplattform 1 sechs Kreuzgelenke 4-1 so angebracht, dass je eine Seite der Kreuzgelenke durch Klemmstücke 2 mit der Plattform verbunden ist. Die andere Seite der Kreuzgelenke ist jeweils mit den Hülsenendstücken 6 fest verbunden. Die translatorische Bewegung zum Verstellen der Strebenlängen erfolgt relativ zwischen der Hülse 7 und der Gewindespindel 10. Dazu wird ein Schraubengetriebe verwendet.
Den Aufbau der Streben 8 erläutert Fig. 2. Im Inneren der Hülse 7 befinden sich zwei axial zueinander verstellbare Muttern 11 und 13. Diese axiale Verstellung dient zur Beseitigung der Auswirkung des Gewindespiels bzw. der Gewindefehler. Die Muttern 11 und 13 besitzen jeweils Innen- und Außengewinde, die unterschiedliche Steigungen aufweisen. Im Innengewinde läuft die Gewindespindel 10. Das Außengewinde dient zum Einschrauben in die Hülse 7. Die Lage der oberen Mutter 11 bezüglich der Hülse 7 wird durch einen Gewindestift 12 gesichert. Die Lagesicherung der unteren Mutter erfolgt durch eine zusätzliche Überwurfmutter 14.
In Fig. 3 ist die Verbindung der Strebe 8 mit dem Gestell 19 dargestellt. An der Gewindespindel ist ebenfalls ein Kreuzgelenk 4-2 durch einen eingepressten Axialstift 5 spielfrei befestigt. Das Kreuzgelenk 4-2 ist drehbar gegenüber einem Zwischenteil 18, das fest mit dem Gestell 19 verbunden ist, gelagert. Für diese Lagerung wird ein geteiltes Kugellager 20 verwendet, dessen Spiel durch eine Nutmutter 21 beseitigt werden kann. Dieses Lager ist ebenfalls spielfrei durch eine zweite Nutmutter 17 mit dem Zwischenteil 18 und damit auch mit dem Gestell verbunden. An diesem Zwischenteil ist ein Schrittmotor 27 angeflanscht.
Die vom Schrittmotor 27 erzeugte Rotationsbewegung wird durch eine Ausgleichskupplung 24 auf eine Welle 22 übertragen. Diese Welle 22 ist ebenfalls spielfrei mittels eingepresster Axialstiftverbindung mit dem Kreuzgelenk 4-2 verbunden. Die Rotationsbewegung wird somit auf die Gewindespindel übertragen. Die Funktion "Drehmoment übertragen" dieser Anordnung ist analog der Funktion einer biegsamen Welle, die auch Drehmomente zwischen sich kreuzenden Wellen überträgt. Im Gegensatz zur biegsamen Welle wird hier jedoch durch die oben beschreibende Anordnung zusätzlich die Funktion "Lagern der Strebe" mit ausgeführt. Bezugszeichenliste 1 Arbeitsplattform
2 Klemmstücke
4-1, 4-2 Kreuzgelenke
5 Axialstift
6 Hülsenendstücke
7 Hülse
8 Strebe
10 Gewindespindel
11 Mutter
12 Gewindestift
13 Mutter
14 Überwurfmutter
17 Nutmutter
18 Zwischenteil
19 Gestell
20 Kugellager
21 Nutmutter
22 Welle
24 Ausgleichskupplung
27 Schrittmotor

Claims

Anordnung zum Antrieb von Mechanismen, die mindestens eine geschlossene kinematische Kette aufweisen und bei denen eine Arbeitsplattform (1) über in ihrer Länge verstellbare Streben (8) mit einem Gestell (19) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (8) jeweils durch ein Kreuzgelenk (4-2) mit dem Gestell (19) verbunden sind, welches die Drehbewegung eines am Gestell (19) angebrachten Antriebes auf ein Antriebsglied eines an der Strebe (8) angebrachten Mechanismus leitet, welcher die Drehbewegung in eine Längenänderung der Strebe (8) umwandelt.