DE102008010269A1

DE102008010269A1 - Positioniervorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objektes im Raum

Info

Publication number: DE102008010269A1
Application number: DE102008010269A
Authority: DE
Inventors: Frank Meier-Maletz; Jan Kretschmer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objektes, insbesondere einer Anbauplattform im Raum und ein Verfahren zum Positionieren eines Objektes im Raum mit der Positioniervorrichtung. Es ist vorgesehen, dass zwischen einer Basisplattform (1) und einer Anbauplattform (7) an jeweils drei Angriffspunkten wenigstens drei lineare, in ihrer Länge veränderbare Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) jeweils mit einem Ende angebaut sind, wobei die Verbindungen in jedem der Angriffspunkte der Basisplattform (1) und der Anbauplattform (7) schwenkbar in jeweils einem Gelenkmittel (3) gelagert und die Angriffspunkte jeweils so positioniert sind, dass die Längsachsen der drei linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) zueinander parallel ausgerichtet sind, wobei die Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) untereinander derart gekoppelt sind, dass deren veränderbare Länge stets untereinander gleich beibehalten wird, und die Anbauplattform von einer Antriebsanordnung (5) in Bezug auf die Basisplattform (1) derart angetrieben ist, dass lediglich die drei translatorischen Freiheitsgrade der Anbauplattform in Bezug auf die Basisplattform (1) durch diese Antriebsanordnung (5) definiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objektes, insbesondere einer Anbauplattform im Raum mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren zum Positionieren eines Objektes im Raum mit den im Oberbegriff des Anspruchs 21 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, bei Aufgaben der Positionierung von Werkstücken und/oder Werkzeugen im Maschinenbau, Anlagenbau sowie Hebebühnenbau die translatorischen Bewegungen durch eine dem kartesischen Koordinatensystem entsprechende 3-Achsen-Anordnung mit gleitbaren Führungen zu verwenden. An einem solchen Aufbau kann dann auch noch eine Drehbewegungseinheit positioniert sein, die je nach Bedarf ein bis drei Rotationsfreiheitsgrade aufweist.
Es kommt jedoch oft vor, dass ein derartiger vollständiger Aufwand mit allen oder vielen Bewegungsfreiheitsgraden für eine bestimmte Aufgabe nicht erforderlich ist und stattdessen beispielsweise eine schnelle dynamische Versteilbarkeit und Positionierbarkeit in eingeschränktem Bewegungsraum und eine hohe mechanische schwingungsfreie Steifigkeit erforderlich ist. Es können beispielsweise Spannvorrichtungen sein, die in einer Fertigungsumgebung wiederholend jeweils ein Werkstück beispielsweise aus einem Lagermagazin entnehmen, es in eine exakte Bearbeitungs-Position bringen, stabil festhalten und dann auswerfen müssen. Ferner besteht das Problem mit den herkömmlichen Spann- und Zuführmitteln, dass sie zu spezifisch ausgelegt sein müssen und daher schlecht oder umständlich an eine geänderte Herstellungsaufgabe anzupassen sind. Das Anfertigen neuer und aufwendiges Anpassen zu spezieller Vorrichtungen verursacht nachteilig Mehrkosten in der Produktion.
Speziell bei Spannvorrichtungen ist es ferner wünschenswert, dass sie den Arbeitsraum möglichst vollständig frei lassen, das heißt, deren eigene mechanische Komponenten sollten nach Möglichkeit nicht in den Arbeitsraum vorragen, damit verschieden große Werkstücke, oder alternativ Werkzeuge, gehandhabt werden können.
DE 10 2004 058 450 A1 offenbart eine Bewegungsvorrichtung mit einer seriell und parallel angeordneten Struktur aus linear wirkenden Schubelementen, zum Beispiel Hydraulikzylindern, die jeweils einzeln in ihrer Länge steuerbar sind, wodurch die Anordnung in der Lage ist, Positionen im Raum gemäß einer Steuerungsvorgabe einzunehmen. Nachteilig hierbei ist, dass jedes Schubelement über eine Längenmess- und Verstellstruktur verfügen muss, im Ausführungsbeispiel sind es sechs Schubelemente, was den Aufwand und die Herstellungskosten erheblich macht. Hierbei sind die einzelnen Schubelemente starr auf einer jeweiligen Grundplatte angeordnet und die Grundplatte der nächstfolgenden seriellen Schubelemente-Struktur ist durch die vorangehende Schubelemente-Struktur in zwei Rotationsfreiheitsgraden und einem Translationsfreiheitsgrad verstellbar. Mechanische Schwingungen können ein weiteres erhebliches Problem dieser Anordnung sein.
DE 60 2004 002 281 T2 beschreibt eine Vorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objektes im Raum, die mindestens zwei Translations-Freiheitsgrade und mindestens zwei Rotations-Freiheitsgrade aufweist. Diese Vorrichtung ist ein Beispiel, bei dem wie oben beschrieben Teile der Vorrichtung weit in die Randbereiche des Arbeitsraums vorragen und dadurch den freien Zutritt zum Arbeitsraum einschränken.
Der Erfindung liegt angesichts obiger Probleme die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Positioniervorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objektes im Raum bereitzustellen, welche die Merkmale aufweist, die die oben aufgeführten Mängel beseitigen.
Dadurch, dass bei einer Positioniervorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objektes, insbesondere einer Anbauplattform, im Raum mit einem elektromechanischen Antrieb, aufweisend eine Basisplattform und eine von der Basisplattform beabstandet positionierte und bewegbar gelagerte Anbauplattform, mit wenigstens einer zwischen Basisplattform und Anbauplattform positionierten linearen Schubeinheit, zwischen der Basisplattform und der Anbauplattform an jeweils drei Angriffspunkten wenigstens drei lineare, in ihrer Länge veränderbare Schub-Synchronisationseinheiten jeweils mit einem Ende angebaut sind, wobei die Verbindungen in jedem der Angriffspunkte der Basisplattform und der Anbauplattform schwenkbar mit jeweils einem Gelenkmittel gelagert und die Angriffspunkte jeweils so positioniert sind, dass die Längsachsen der drei linearen Schub-Synchronisationseinheiten zueinander parallel ausgerichtet sind, wobei die Schub-Synchronisationseinheiten untereinander derart gekoppelt sind, dass deren veränderbare Länge stets untereinander gleich beibehalten wird, und die Anbauplattform von einer Antriebsanordnung in Bezug auf die Basisplattform derart angetrieben ist, dass lediglich die drei translatorischen Freiheitsgrade der Anbauplattform in Bezug auf die Basisplattform durch diese Antriebsanordnung definiert sind, ist die Aufgabe der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine einzelne lineare Schub-Synchronisationseinheit als ein doppelwirkender Gleichlauf-Hydraulikzylinder ausgeführt, dessen Wirkflächen in beide Bewegungsrichtungen gleich groß sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass das oberhalb und unterhalb des Kolbens des Hydraulikzylinders veränderte Volumen gleich ist. Hierzu gibt es Gleichlauf-Hydraulikzylinder mit einer durchgehenden Kolbenstange oder auch ineinander eingesetzte Zylinder mit jeweils für jede Richtung gleich großer Wirkfläche.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine einzelne lineare Schub-Synchronisationseinheit aus zwei einfach wirkenden, einander entgegengesetzt ausgerichteten, parallel angeordneten Hydraulikzylindern zusammengesetzt. Das ermöglicht die Verwendung einfacher Hydraulikzylinder zum Aufbauen der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die als Hydraulikzylinder ausgeführten linearen Schub-Synchronisationseinheiten untereinander derart hydraulisch mittels Zuleitungen verbunden, dass jede der ausfahrseitigen Kolbenkammern jeweils eines Hydraulikzylinders mit der jeweiligen einfahrseitigen Kolbenkammer des nächsten Hydraulikzylinders hydraulisch verbunden ist, so dass dadurch ein geschlossener hydraulischer Kreis gebildet ist und die so gekoppelten linearen Schub-Synchronisationseinheiten einander gegenseitig hydraulisch antreiben und stets eine gleiche Längenänderung erfahren. Das ist die einfachste und daher vorteilhafteste erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schub-Synchronisationseinheiten, da hierdurch gewährleistet ist, dass die veränderbare Länge der drei Schub-Synchronisationseinheiten stets gleichzeitig verändert wird und die Anbauplattform zur Basisplattform parallel ausgerichtet bleibt. Die Schub-Synchronisationseinheiten erhalten keinen aktiven hydraulischen Antrieb, sondern treiben einander gegenseitig an, wobei die mechanische Energie hierzu durch einen Antrieb beliebiger Art auf die Anbauplattform bezüglich der Basisplattform zugeführt sein muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die linearen Schub-Synchronisationseinheiten mechanisch miteinander mit Hilfe mechanischer Kopplungselemente verknüpfte Baueinheiten. Es ist möglich, ohne hydraulische Bauteile mit Hilfe lediglich von mechanischen Bauteilen die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung zu verwirklichen, indem solche mechanischen Elemente wie Kardan-Antriebswellen, Kettenantriebe etc. eingesetzt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung greifen die Kolbenstangen und Zylinder der linearen Schub-Synchronisationseinheiten ineinander jeweils derart gleitend ein, dass ihre Enden gegeneinander jeweils unverdrehbar sind. Hierdurch wird die Anbauplattform in Bezug auf die Basisplattform unverdrehbar gemacht, wenn es in einer Anwendung erforderlich ist.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedes der an den Angriffspunkten der Basisplattform und der Anbauplattform angebauten Gelenkmittel zum schwenkbaren Lagern der linearen Schub-Synchronisationseinheiten als ein Kreuzgelenk oder Kardangelenk ausgeführt. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Anbauplattform in jede Richtung schwenkbar, jedoch nicht verdrehbar ist.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bilden die linearen Schub-Synchronisationseinheiten ein mechanisches Bewegungssystem, in welchem eine vorbestimmte und/oder eine vorgebbare Dämpfung vorhanden ist. Die Dämpfung ermöglicht es, Schwingungen im mechanischen System zu unterdrücken, die durch den Antrieb allein schwierig zu beseitigen sind.
Gemäß noch einer weiteren fortgebildeten Ausgestaltung der Erfindung ist die vorgebbare Dämpfung durch ein als ein hydraulisches Regelventil ausgeführtes Dämpfungsmittel ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das hydraulische Regelventil oder ein zusätzliches Sperrventil an wenigstens einer Stelle in dem hydraulischen Kreis vorgesehen und vollständig sperrbar, so dass der hydraulische Kreis in einen in Richtung der Längenveränderung starren Zustand versetzt ist. Hierdurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung in einer gewünschten Position in der Längenrichtung zu fixieren, was dem Antrieb die Aufgabe der Fixierung der Anbauplattform im Raum erleichtert, insbesondere, wenn die Schub-Synchronisationseinheiten nur geringfügig geneigt sind.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die basisplattformseitigen und anbauplattformseitigen Angriffspunkte der linearen Schub-Synchronisationseinheiten nicht in einer Linie angeordnet, so dass sie ein Dreieck bilden und die kleinste Seitenhöhe dieses Dreiecks so vorgegeben ist, dass eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleistet ist. Das erweitert die Gestaltungsfreiheit und somit die Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung in einer realen Umgebung für irgendeine Positionieraufgabe.
Jedoch in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Dreieckanordnung der Angriffspunkte vorzugsweise eine winkel- und/oder eine seitensymmetrische Anordnung auf. Auf diese Weise sind die mechanischen Belastungen symmetrisch und daher gleichmäßig verteilbar.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in dem hydraulischen Kreis ein Überdruck erzeugt und dieser durch ein Druck-Kontrollmittel überwacht. Das bietet gegenüber einer drucklosen Ausgestaltung den Vorteil, dass eine Undichtheit im hydraulischen System schneller und einfacher entdeckt werden kann. Der Druck kann zum Beispiel durch einen angeschlossenen Druckbehälter erzeugt werden. Viele der erhältlichen hydraulischen Zylinder weisen Dichtungen auf, die erst unter Druck ihre dichtende Wirkung entfalten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Antrieb der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung durch mindestens drei lineare Antriebseinheiten ausgebildet, die jeweils zwischen der Basisplattform und Anbauplattform angeordnet sind und jeweils an einem Ende basisplattformseitig und anbauplattformseitig schwenkbar in einem Gelenkmittel gelagert sind, wobei die Längsachse jeder der Antriebseinheiten gegenüber der Längsachse jeder linearen Schub-Synchronisationseinheit einen vorbestimmten Winkel bildet, und die Längsachse jeder der Antriebseinheiten mit jeder anderen Längsachse der anderen Antriebseinheiten einen vorbestimmten Winkel ausbildet. Durch die Vorgabe der Winkel zwischen den Längsachsen der Antriebseinheiten untereinander und den Längsachsen der Schub-Synchronisationseinheiten ist eine Fixierbarkeit der Anbauplattform in Bezug auf die Basisplattform erreichbar. Je größer diese Winkel gewählt werden, umso steifer kann die Gesamtanordnung bezüglich mechanischer Schwingungen wirken.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Antriebseinheiten des Antriebs jeweils mit einem Längenerfassungsmittel ausgestattet, damit sie mithilfe einer Steuerung genau positionierbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedes der an den Angriffspunkten der Basisplattform und der Anbauplattform angebauten Gelenke zum schwenkbaren Lagern der linearen Antriebseinheiten als ein Kreuzgelenk oder Kardangelenk ausgeführt, um hierdurch das Verdrehen der Anbauplattform gegenüber der Basisplattform der Positioniervorrichtung weiterhin einzuschränken.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Antrieb durch wenigstens einen Roboterarm ausgeführt, der an der Anbauplattform angreift. In diesem Fall dient die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung als eine Verstärkung für einen Roboterarm, der selbst durch seine relativ große Länge und mehrere Gelenke beispielsweise für mechanische Schwingungen anfällig ist.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eines der Gelenkmittel zum schwenkbaren basisplattformseitigen und/oder anbauplattformseitigen Lagern der Schub-Synchronisationseinheiten oder der Antriebseinheiten als ein Einachsen-Scharnier mit einer vorbestimmten Ausrichtung, jedoch parallel zur Basisplattform, ausgeführt. Hierdurch ist es möglich, für eine besondere Anwendung, die Bewegungsfreiheit der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung zusätzlich in einer translatorischen Richtung einzuschränken.
Erfindungsgemäß kann die Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Werkzeugs und/oder Werkstücks eingesetzt oder, in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, zum Positionieren einer Hebebühne eingesetzt werden.
Nach einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Positionieren eines Objektes im Raum, aufweisend die Schritte zum Ermitteln der Position und die Schritte zum Erreichen einer anderen vorgegebenen Position im Raum, mithilfe einer Positioniervorrichtung nach einer der oben beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung;
2 eine Draufsicht der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung aus 1;
3A eine schematische Darstellung des hydraulischen Kreises der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung in einer ersten Ausgestaltung; und
3B eine schematische Darstellung des hydraulischen Kreises der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung in einer alternativen Ausgestaltung.
1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 10.
Eine Basisplattform 1 dient der schwenkbaren Befestigung der drei baugleichen Schub-Synchronisationseinheiten 2, 2, 2 und der drei ebenso untereinander vorzugsweise baugleichen Antriebseinheiten 5, 5, 5 in jeweils unteren Gelenkmitteln 3 und 4, die hierbei als Kreuz- oder Kardangelenke ausgeführt sind. Die oberen Enden der Schub-Synchronisationseinheiten 2, 2, 2 und Antriebseinheiten 5, 5, 5 sind mit Gelenkmitteln 31, 41, die hierbei auch als Kreuz- oder Kardangelenke ausgeführt sind, an der Anbauplattform 7 schwenkbar angebaut.
Die Positioniervorrichtung 10 ist in Position 1 dargestellt und mit gestrichelten Linien als Beispiel in zwei weiteren Positionen II und III gezeigt. Die Anbauplattform 7 ist in der Zeichnung gesehen in vertikaler und horizontaler Richtung verschiebbar und außerdem in Richtung in die Zeichnungsebene hinein/heraus verschiebbar, so dass die drei translatorischen Freiheitsgrade gegeben sind.
Dadurch, dass die Gelenkmittel 3, 4, 31, 41 als Kardangelenke ausgeführt sind, und entweder die Schub-Synchronisationseinheiten 2, 2, 2 oder die Antriebseinheiten 5, 5, 5 unverdrehbar ausgeführt sind, kann die Anbauplatte 7 um eine im Wesentlichen der Längsachsen der Schub-Synchronisationseinheiten parallele Achse nicht rotieren.
Ferner sind die ausfahrseitigen und einfahrseitigen Kolbenkammern der hydraulischen Zylinder jeweils abwechselnd miteinander in Reihe geschaltet, so dass bei jeder Längenänderung die verdrängte Hydraulikflüssigkeit aus einem Hydraulikzylinder in den anderen Hydraulikzylinder fließt (nicht dargestellt, siehe 3A, 3B). Die Hydraulikzylinder sind als Gleichlauf-Hydraulikzylinder ausgeführt, so dass die verdrängten Volumina oberhalb und unterhalb des Kolbens in allen drei Hydraulikzylindern gleich sind. Dadurch kann die Anbauplatte auch in beiden anderen Rotationsrichtungen nicht rotiert werden, das heißt sie wird immer parallel zur Basisplatte 1 ausgerichtet bleiben. Der Antrieb kann daher vereinfacht ausgeführt sein, um nur einen von vielen Vorteilen zu nennen.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 10 aus 1.
Besonders deutlich ist erkennbar, dass durch die Längenänderung der Antriebseinheiten 5, 5, 5 in diesem Beispiel drei Positionen I, II und III der Anbauplattform 7 exemplarisch erreichbar sind, wodurch die zwei translatorischen Freiheitsgrade vorliegen, die mit der Höhenrichtung in 1 zusammen drei translatorische Freiheitsgrade der Anbauplatte 7 ergeben.
3A zeigt eine schematische Darstellung des hydraulischen Kreises der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 10 in einer ersten Ausgestaltung. Hierbei sind Gleichlauf-Hydraulikzylinder verwendet, die jeweils zwei ineinander eingreifende Zylinder 210 und 240 aufweisen, deren Wirkflächen A₁ und A₂ gleich groß sind. Die Pfeile 270 zeigen schematisch die hydraulischen Zuleitungen 270, die die Hydraulikzylinder erfindungsgemäß miteinander verknüpfen.
Eine ausfahrseitige Kolbenkammer 220 des einen Hydraulikzylinders ist mit einer einfahrseitigen Kolbenkammer 230 des nächsten Hydraulikzylinders verbunden und so fort, bis alle sechs Kolbenkammern der drei Hydraulikzylinder miteinander in Reihe verbunden sind. Hierdurch ist die Bewegung der Kolben der drei Hydraulikzylinder untereinander gekoppelt. Da die drei Hydraulikzylinder außerdem untereinander achsenparallel ausgerichtet sind und in jeder geneigten Position bleiben, ist auch die Summe der verdrängten und aufgenommenen Volumina der hydraulischen Flüssigkeit immer gleich.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Hydraulikkreis ein an irgendeiner beliebigen Stelle angeordnetes Sperrventil 260 auf. Das teilweise Sperren dieses Sperrventils 260 bewirkt einen zunehmenden hydraulischen Widerstand oder Dämpfung und im Falle einer vollständigen Sperrung des Sperrventils 260, eine Erstarrung der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 10 in der Längenänderungsrichtung, was zum Beispiel bei Verwendung in einer Spannvorrichtung von Vorteil ist, da es eine Entlastung für den Antrieb bewirken kann.
3B zeigt eine schematische Darstellung des hydraulischen Kreises der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung in einer alternativen Ausgestaltung.
In diesem Beispiel sind die Gleichlauf-Hydraulikzylinder mit einer durchgehenden Kolbenstange 21 ausgeführt, die einen Kolbenboden 250 in dem Zylinder 210 bewegt, wodurch die beiden voneinander abgewandten Wirkflächen A₁ und A₂ gleich groß sind. Die Pfeile 270 zeigen auch hier die hydraulischen Zuleitungen 270 an, die die Hydraulikzylinder erfindungsgemäß miteinander in Reihe verknüpfen.
Die vorangehenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen. Die vorliegende Erfindungslehre kann leicht auf andere Anwendungen übertragen werden. Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist zur Veranschaulichung vorgesehen und nicht, um den Schutzbereich der Patentansprüche einzuschränken. Viele Alternativen, Modifikationen und Varianten sind für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich, ohne dass er hierfür den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen müsste, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

1: Basisplattform
2, 2', 2'': Schub-Synchronisationseinheit
3: unteres Gelenkmittel, Kreuzgelenk, Kardangelenk der Schub-Synchronisationseinheiten
4: unteres Gelenkmittel, Kreuzgelenk, Kardangelenk der Antriebeinheiten
5, 5', 5'': Antriebseinheit; Antriebsanordnung
6: Schubstange
7, 7', 7'': Anbauplattform
10: Positioniervorrichtung
21: Kolbenstange
31: oberes Gelenkmittel, Kreuzgelenk, Kardangelenk der Schub-Synchronisationseinheiten
41: oberes Gelenkmittel, Kreuzgelenk, Kardangelenk der Antriebeinheiten
210: Zylinder
220: ausfahrseitige Kolbenkammer
230: einfahrseitige Kolbenkammer
240: Zylinder, Kolben
250: Kolbenboden
260: Sperrventil
270: hydraulische Zuleitungen
A, A', B, B', C, C': Angriffspunkte
I: Position 1
II: Position 2
III: Position 3
A₁, A₂: Wirkflächen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004058450 A1 [0005]
- DE 602004002281 T2 [0006]

Claims

Positioniervorrichtung (10) zum Bewegen und Ausrichten einer Anbauplattform (7) im Raum mit einer elektromechanischen Antriebsanordnung, aufweisend eine Basisplattform (1) und eine von der Basisplattform (1) beabstandet positionierte und bewegbar gelagerte Anbauplattform (7), mit wenigstens einer zwischen Basisplattform (1) und Anbauplattform (7) positionierten linearen Schubeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Basisplattform (1) und der Anbauplattform (7) an jeweils drei Angriffspunkten (A, A', B, B', C, C') wenigstens drei lineare, in ihrer Länge veränderbare Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) jeweils mit einem Ende angebaut sind, wobei die Verbindungen in jedem der Angriffspunkte der Basisplattform (1) und der Anbauplattform (7) schwenkbar in jeweils einem Gelenkmittel (3) gelagert und die Angriffspunkte jeweils so positioniert sind, dass die Längsachsen der drei linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) zueinander parallel ausgerichtet sind, wobei die Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) untereinander derart gekoppelt sind, dass deren veränderbare Länge stets untereinander gleich beibehalten wird, und die Anbauplattform (7) von einer Antriebsanordnung (5) in Bezug auf die Basisplattform (1) derart angetrieben ist, dass lediglich die drei translatorischen Freiheitsgrade der Anbauplattform (7) in Bezug auf die Basisplattform (1) durch diese Antriebsanordnung (5) definiert sind.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne lineare Schub-Synchronisationseinheit (2, 2, 2) ein doppelwirkender Gleichlauf-Hydraulikzylinder ist, dessen Wirkflächen (A₁, A₂) in beiden Bewegungsrichtungen gleich groß sind.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne lineare Schub-Synchronisationseinheit (2, 2, 2) aus zwei einfach wirkenden, einander entgegengesetzt ausgerichteten, parallel angeordneten Hydraulikzylindern zusammengesetzt ist, dessen Wirkflächen (A₁, A₂) in beiden Bewegungsrichtungen gleich groß sind.
Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Hydraulikzylinder ausgeführten linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) untereinander derart hydraulisch mittels Zuleitungen (270) verbunden sind, dass jede der ausfahrseitigen Kolbenkammern (220, 220, 220) jeweils eines Hydraulikzylinders mit der jeweiligen einfahrseitigen Kolbenkammer (230, 230, 230) des nächsten Hydraulikzylinders hydraulisch verbunden ist, so dass dadurch ein geschlossener hydraulischer Kreis gebildet ist und die so gekoppelten linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) einander gegenseitig hydraulisch antreiben und stets eine gleiche Längenänderung erfahren.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) mechanisch miteinander mithilfe mechanischer Kopplungselemente verknüpfte Baueinheiten sind.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen (21, 21, 21) und Zylinder (210, 240) der linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) ineinander derart gleitend eingreifen, dass ihre Enden gegeneinander jeweils unverdrehbar sind.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der an den Angriffspunkten (A, A', B, B', C, C') der Basisplattform (1) und der Anbauplattform (7) angebauten Gelenkmittel (3, 31) zum schwenkbaren Lagern der linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) als ein Kreuzgelenk oder Kardangelenk ausgeführt ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) ein mechanisches Bewegungssystem bilden, in welchem eine vorbestimmte und/oder eine vorgebbare Dämpfung vorhanden ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Dämpfung durch ein als ein hydraulisches Regelventil ausgeführtes Dämpfungsmittel ausgebildet ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Regelventil oder ein zusätzliches Sperrventil an wenigstens einer Stelle in dem hydraulischen Kreis vorgesehen und vollständig sperrbar ist, so dass der hydraulische Kreis in einen in Richtung der Längenveränderung der Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) starren Zustand versetzt ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die basisplattformseitigen und anbauplattformseitigen Angriffspunkte (A, A', B, B', C, C') der linearen Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) nicht in einer Linie angeordnet sind, so dass sie ein Dreieck bilden und die kleinste Seitenhöhe dieses Dreiecks so vorgegeben ist, dass eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleistet ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreieckanordnung der Angriffspunkte (A, A', B, B', C, C') vorzugsweise eine winkel- und/oder eine seitensymmetrische Anordnung aufweist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hydraulischen Kreis Überdruck erzeugt und dieser durch ein Druck-Kontrollmittel überwacht ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb durch mindestens drei lineare Antriebseinheiten (5, 5, 5) ausgebildet ist, die jeweils zwischen der Basisplattform (1) und Anbauplattform (7) angeordnet sind und jeweils an einem Ende basisplattformseitig und anbauplattformseitig schwenkbar in einem Gelenkmittel (3, 31) gelagert sind, wobei die Längsachse jeder der Antriebseinheiten (5, 5, 5) gegenüber der Längsachse jeder linearen Schub-Synchronisationseinheit (2, 2, 2) einen vorbestimmten Winkel bildet, und die Längsachse jeder der Antriebseinheiten (5, 5, 5) mit jeder anderen Längsachse der anderen Antriebseinheiten (5, 5, 5) einen vorbestimmten Winkel ausbildet.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (5, 5, 5) des Antriebs jeweils mit einem Längenerfassungsmittel ausgestattet sind.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der an den Angriffspunkten der Basisplattform (1) und der Anbauplattform (7) angebauten Gelenkmittel (4, 4, 4, 41, 41, 41) zum schwenkbaren Lagern der linearen Antriebseinheiten (5, 5, 5) als ein Kreuzgelenk oder Kardangelenk ausgeführt ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb durch wenigstens einen Roboterarm ausgeführt ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Gelenkmittel (3, 31, 4, 41) zum schwenkbaren basisplattformseitigen oder anbauplattformseitigen Lagern der Schub-Synchronisationseinheiten (2, 2, 2) oder der Antriebseinheiten (5, 5, 5) als ein Einachsen-Scharnier mit einer vorbestimmten Ausrichtung, jedoch parallel zur Basisplattform (1), ausgeführt ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Positionieren eines Werkzeugs und/oder Werkstücks eingesetzt ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Positionieren einer Hebebühne eingesetzt ist.
Verfahren zum Positionieren eines Objektes im Raum aufweisend die Schritte zum Ermitteln der Position und die Schritte zum Erreichen einer anderen vorgegebenen Position im Raum, mit Hilfe einer Positioniervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.