DE102012015408A1

DE102012015408A1 - Drive device for manipulator e.g. robot, has output unit that is connected with circular path unit, such that rotational movement of output unit is performed at circular path of circular path unit

Info

Publication number: DE102012015408A1
Application number: DE201210015408
Authority: DE
Inventors: Stefan Roth
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-06

Abstract

The drive device (1) has a length variation unit (7) that is provided with a shaped memory alloy. A linear actuator (3) is provided with an actuator portion (6) having specific operating direction (15) which is set at a preset angle (12) to predetermined operating direction (14). A circular path unit (4) coupled with linear actuators and output unit (5) is rotated around a rotational axis. The output unit is connected with circular path unit, such that rotational movement of output unit is performed at circular path of circular path unit. An independent claim is included for a method for operating a drive device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, mit wenigstens zwei Linearaktoren sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebes und einen Manipulator mit einem oder mehreren solcher Antriebe.The present invention relates to a drive, in particular a robot drive, with at least two linear actuators and a method for operating such a drive and a manipulator with one or more such drives.

Antriebe, insbesondere Antriebe moderner Roboter sollen heutzutage eine Vielzahl von Aufgaben erfüllen. Zum Einen sollen sie elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandeln und dabei einen hohen Wirkungsgrad und/oder eine hochwertige Regelbarkeit aufweisen. Zum Anderen sollen sie sowohl Beschleunigungen als auch Verzögerungen mit hoher Dynamik umsetzen. Sie stellen über Getriebe eine Untersetzung bereit und liefern Informationen über die Position der durch sie bewegten Roboterachse. Nach betriebsinterner Praxis werden Roboterantriebe heutzutage zumindest teilweise in sogenannter sicherer Technik entwickelt und aufgebaut. Sichere Technik erfüllt für gewöhnlich Anforderungen applikationsspezifischer Normen, z. B. der EN-13849 und/oder IEC-61508 .Drives, especially drives modern robots are nowadays a variety of tasks. On the one hand, they are to convert electrical power into mechanical power and, in the process, have high efficiency and / or high controllability. On the other hand, they should implement both acceleration and deceleration with high dynamics. They provide gear reduction and provide information about the position of the robot axis moving through them. After internal practice robot drives are nowadays at least partially developed and built in so-called safe technology. Safe technology usually meets the requirements of application-specific standards, such as B. the EN-13849 and or IEC 61508 ,

Insbesondere mit dem Einzug von Robotern in immer mehr Bereiche gewerblicher und privater Tätigkeiten, steigen die Anforderungen an Antriebe, insbesondere Roboterantriebe, weiter, insbesondere bezüglich der Leistungsfähigkeit, der Sicherheit, der Robustheit, der Wartbarkeit und der Kosteneffizienz. Eine Vielzahl dieser Probleme kann vor allem durch Innovationen gelöst werden, welche durch eine vereinfachte Technologie die gestellten Anforderungen erfüllen. Solche Innovationen können durch funktionale Integration der Kernkomponenten der zugrunde liegenden Technologie erreicht werden. Auch der Einsatz neuartiger Wirkprinzipien kann zu neuen Differenzierungsmöglichkeiten einer Technologie führen.In particular, with the introduction of robots in more and more areas of commercial and private activities, the requirements for drives, in particular robot drives, continue to increase, in particular with regard to performance, safety, robustness, maintainability and cost-efficiency. A large number of these problems can be solved, above all, by innovations that meet the requirements by means of a simplified technology. Such innovations can be achieved through functional integration of the core components of the underlying technology. The use of novel principles of action can also lead to new differentiation possibilities of a technology.

Ein solches Wirkprinzip ist in der DE 10 2005 043 622 A1 offenbart. Der Gegenstand betrifft eine piezoelektrische Aktoreinheit, die in einer piezoelektrischen Antriebsvorrichtung eingesetzt werden kann. Dabei weist die Antriebsvorrichtung einen Antriebskörper auf, der durch zumindest zwei Aktoreinheiten so in Schwingung gebracht wird, dass eine an dem Antriebskörper anliegende Antriebswelle in Rotation versetzt wird.Such an operating principle is in the DE 10 2005 043 622 A1 disclosed. The subject matter relates to a piezoelectric actuator unit which can be used in a piezoelectric drive device. In this case, the drive device has a drive body, which is brought into vibration by at least two actuator units in such a way that a drive shaft which bears against the drive body is set in rotation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, zu verbessern.The object of the present invention is to improve a drive, in particular a robot drive.

Diese Aufgabe wird durch einen Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 10 stellt einen Manipulator mit einem oder mehreren solcher Antriebe unter Schutz, Anspruch 11 schützt ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Antriebs, insbesondere Roboterantriebs. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend insbesondere am Beispiel eines Roboterantriebs näher erläutert, der eine bevorzugte Verwendung dieser Erfindung darstellt, ohne dass diese hierauf beschränkt wäre. Unter einem Roboterantrieb wird insbesondere ein Antrieb einer Achse eines Manipulators, insbesondere Roboters, verstanden.This object is achieved by a drive, in particular a robot drive, with the features of claim 1. Claim 10 provides a manipulator with one or more such drives under protection, claim 11 protects a method for operating a drive according to the invention, in particular robot drive. The dependent claims relate to preferred developments. The present invention is explained in more detail below, in particular using the example of a robot drive, which represents a preferred use of this invention, without it being limited thereto. A robot drive is understood in particular to mean a drive of an axis of a manipulator, in particular a robot.

Ein erfindungsgemäßer Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, weist einen ersten Linearaktor auf. Ein Linearaktor im Sinne der Erfindung kann insbesondere eine direkt aktuierte Vorrichtung als auch eine mittelbar über einen anderen Aktor aktuierte Vorrichtung umfassen, insbesondere sein. Vorzugsweise dient die Auslenkung eines ersten Linearaktors einer Auslenkung eines mittelbaren aktuierten zweiten Linearaktors. Der erste Linearaktor umfasst ein Stellglied mit einem Längenänderungsmittel. Das Längenänderungsmittel ist zur aktuierten Änderung einer Länge des Stellglieds eingerichtet und wirkt in einer ersten Wirkrichtung. Dabei ändert sich insbesondere auch die Position des Stellglieds in dieser Wirkrichtung. Erfindungsgemäß weist das Längenänderungsmittel eine Formgedächtnislegierung auf. Zusätzlich umfasst der erfindungsgemäße Antrieb einen zweiten Linearaktor, welcher ebenfalls ein Stellglied aufweist. Die Wirkrichtung dieses zweiten Stellglieds schließt mit der Wirkrichtung des ersten Stellglieds einen Winkel ein.An inventive drive, in particular robot drive, has a first linear actuator. A linear actuator in the sense of the invention may comprise, in particular, a directly actuated device as well as a device actuated indirectly via another actuator. Preferably, the deflection of a first linear actuator is a deflection of an indirectly actuated second linear actuator. The first linear actuator comprises an actuator with a length change means. The length change means is adapted to actuated change a length of the actuator and acts in a first direction of action. In particular, the position of the actuator in this effective direction changes. According to the invention, the length change means comprises a shape memory alloy. In addition, the drive according to the invention comprises a second linear actuator, which also has an actuator. The direction of action of this second actuator includes an angle with the effective direction of the first actuator.

Der Antrieb umfasst erfindungsgemäß ein Kreisbahnmittel, welches mit den Linearaktoren, insbesondere reibschlüssig und/oder formschlüssig, gekoppelt ist. Ein Kreisbahnmittel im Sinne der Erfindung kann insbesondere eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweisen. Vorzugsweise erfolgt die Kopplung der Linearaktoren über die äußere Oberfläche des Kreisbahnmittels. Insbesondere kann eine Oberfläche eines Kreisbahnmittels außen und/oder innen eine nicht-runde Form aufweisen, welche insbesondere nicht-glatt ist. Vorzugsweise ist eine Oberfläche außen und/oder innen im Wesentlichen kreisförmig, vorzugsweise sind beide Oberflächen zueinander konzentrisch angeordnet. Ein Kreisbahnmittel kann insbesondere ein Hohlzylinder oder ein Torus sein. Erfindungsgemäß wird das Kreisbahnmittel durch die Linearaktoren auf einer Kreisbahn bewegt. Eine Kreisbahn im Sinne der Erfindung kann insbesondere eine nicht-glatte oder eine glatte Kurvenbahn sein, insbesondere eine elliptische Kurvenbahn, vorzugsweise eine – wenigstens im Wesentlichen – kreisförmige Kurvenbahn. Vorzugsweise kann eine Kreisbahn einen Mittelpunkt und/oder eine Drehachse aufweisen. Erfindungsgemäß weist der Antrieb einen drehbar gelagerten Abtrieb auf, welcher sich um eine Drehachse bewegen kann. Dieser Abtrieb ist mit dem Kreisbahnmittel, insbesondere reibschlüssig und/oder formschlüssig, gekoppelt. In einer Ausführung weist der Abtrieb eine nicht-glatte oder eine glatte, insbesondere ellipsenförmige Außenform auf, vorzugsweise eine im Wesentlichen kreisförmige Außenform, wobei vorliegend auch eine Innen- oder Außenverzahnung mit einem Teilkreis als kreisförmige Innen- bzw. Außenform bezeichnet wird. Vorzugsweise ist der Abtrieb symmetrisch um die Drehachse angeordnet, welche sich insbesondere in dessen Mittelpunkt befindet. Durch die Kreisbahn des Kreisbahnmittels, welche durch die Linearaktoren generiert wird, wird der Abtrieb in eine Drehbewegung um die Drehachse versetzt.According to the invention, the drive comprises a circular path means which is coupled to the linear actuators, in particular by frictional engagement and / or positive engagement. A circular path means according to the invention may in particular have an outer surface and an inner surface. The coupling of the linear actuators preferably takes place via the outer surface of the circular path means. In particular, a surface of a circular path means outside and / or inside may have a non-round shape, which is in particular non-smooth. Preferably, a surface outside and / or inside is substantially circular, preferably both surfaces are arranged concentrically to each other. A circular path means may in particular be a hollow cylinder or a torus. According to the invention the circular path means is moved by the linear actuators on a circular path. A circular path in the sense of the invention may in particular be a non-smooth or a smooth curved path, in particular an elliptical curved path, preferably a - at least substantially - circular curved path. Preferably, a circular path may have a center point and / or an axis of rotation. According to the invention, the drive has a rotatably mounted output, which can move about an axis of rotation. This output is with the circular path means, in particular frictional and / or positive, coupled. In one embodiment, the output has a non-smooth or a smooth, in particular elliptical outer shape, preferably a substantially circular outer shape, wherein in the present case also an inner or outer toothing with a pitch circle is referred to as a circular inner or outer shape. Preferably, the output is arranged symmetrically about the axis of rotation, which is located in particular in the center. By the circular path of the circular path means, which is generated by the linear actuators, the output is set in a rotational movement about the axis of rotation.

In einer Ausführungsform weist auch das Stellglied des zweiten Linearaktors ein Längenänderungsmittel mit einer, insbesondere derselben oder einer anderen, Formgedächtnislegierung auf. Hierdurch können vorteilhaft Skaleneffekte bezüglich der Entwicklungs- und Herstellungskosten realisiert und/oder durch eine gemeinsame Ansteuerung eine erhöhte funktionale Integration erzielt werden. Zusätzlich oder alternativ kann mit einem zweiten Linearaktor mehr Leistung in das System eingebracht werden.In one embodiment, the actuator of the second linear actuator also has a length change means with one, in particular the same or another, shape memory alloy. As a result, scale effects with regard to the development and production costs can advantageously be realized and / or an increased functional integration can be achieved by a common activation. Additionally or alternatively, more power can be introduced into the system with a second linear actuator.

In einer Ausführungsform weist der Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, nach einem Aspekt eine magnetische Formgedächtnislegierung auf. Diese magnetische Formgedächtnislegierung besteht vorzugsweise, insbesondere anteilig, aus einem oder einer Kombination der folgenden Stoffe: NiTi (Nickel-Titan; Nitinol), CuZn (Kupfer-Zinn), CuZnAl (Kupfer-Zink-Aluminium), CuAlNi (Kupfer-Aluminium-Nickel), FeNiAl (Eisen-Nickel-Aluminium), NiMnGa (Nickel-Mangan-Gallium), und/oder eines Formgedächtnispolymers. Insbesondere kann durch ein Magnetfeld eine Dehnung der Formgedächtnislegierung bewirkt werden, welche vorzugsweise eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Länge des Längenänderungsmittels bewirkt. Insbesondere kann eine Kontraktion der Formgedächtnislegierung bewirkt werden, wenn das Magnetfeld verringert wird oder verschwindet, wobei eine Kontraktion vorzugsweise eine Verringerung der Länge des Längenänderungsmittels bewirkt. Vorteilhaft können bei einer magnetischen Formgedächtnislegierung hohe Dynamiken und große Längenänderungen erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Roboterantrieb einen oder mehrere Linearaktoren mit einer thermischen Formgedächtnislegierung aufweisen.In one embodiment, the drive, in particular robot drive, according to one aspect of a magnetic shape memory alloy. This magnetic shape memory alloy preferably consists, in particular proportionally, of one or a combination of the following substances: NiTi (nickel-titanium; nitinol), CuZn (copper-tin), CuZnAl (copper-zinc-aluminum), CuAlNi (copper-aluminum-nickel ), FeNiAl (iron-nickel-aluminum), NiMnGa (nickel-manganese-gallium), and / or a shape memory polymer. In particular, can be effected by a magnetic field, an elongation of the shape memory alloy, which preferably causes an increase or decrease in the length of the extensible means. In particular, contraction of the shape memory alloy may be effected when the magnetic field is reduced or disappears, with contraction preferably causing a reduction in the length of the length change means. Advantageously, in a magnetic shape memory alloy high dynamics and long changes in length can be achieved. Additionally or alternatively, the robot drive may comprise one or more linear actuators with a thermal shape memory alloy.

Nach einem Aspekt weisen ein oder mehrere Linearaktoren einen oder mehrere Elektromagneten zur Beaufschlagung des Längenänderungsmittels mit einem Magnetfeld auf. Insbesondere kann ein Elektromagnet eine oder mehrere Spulen aufweisen, welche zum Erzeugen des Magnetfelds mit einem Strom durchflossen werden. Vorteilhaft kann dadurch ein gewünschtes Magnetfeld zur Erzeugung einer gewünschten Längenänderung des Längenänderungsmittels mit magnetischer Formgedächtnislegierung erzeugt werden.In one aspect, one or more linear actuators have one or more electromagnets for applying a magnetic field to the extensometer. In particular, an electromagnet can have one or more coils, through which a current flows to generate the magnetic field. Advantageously, a desired magnetic field for generating a desired change in length of the magnetic shape memory alloy length-change means can thereby be generated.

In einer Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen zwei nebeneinander bzw. benachbart angeordneten Linearaktoren wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60°. Zusätzlich oder alternativ kann der Winkel höchstens 150°, insbesondere höchstens 135°, vorzugsweise höchstens 120° betragen. In einer Ausführung ist der Winkel zwischen zwei Linearaktoren ungefähr 90°, insbesondere wenn der Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, mit zwei oder vier Linearaktoren betrieben wird. In einer anderen Ausführung ist der Winkel zwischen zwei Linearaktoren ungefähr 120°, insbesondere wenn der Antrieb mit drei Linearaktoren betrieben wird. In einer anderen Ausführung ist der Winkel zwischen zwei Linearaktoren, wenigstens im Wesentlichen, 72°, insbesondere wenn der Antrieb mit fünf Linearaktoren betrieben wird. In einer anderen Ausführung ist der Winkel zwischen zwei Linearaktoren, wenigstens im Wesentlichen, 60°, insbesondere wenn der Antrieb mit sechs Linearaktoren betrieben wird. Der Winkel zwischen zwei Linearaktoren, kann, insbesondere bei Verwendung von mehr als zwei Linearaktoren, folgendem Zusammenhang entsprechen: w ≈ 360° / x, wobei w der Winkel ist und x die Anzahl der im Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, eingesetzten Linearaktoren. Vorteilhaft kann durch eine Mehrzahl an Linearaktoren eine erhöhte Leistungsdichte des Antriebs erzeugt werden. Vorteilhaft kann durch eine geeignete Anordnung der Wirkungsgrad der verwendeten Linearaktoren erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ können kleinere Linearaktoren verwendet werden um vorteilhaft eine, insbesondere vorgegebene Leistungsdichte, zu erreichen. Vorteilhaft können dabei Skaleneffekte realisiert werden.In one embodiment, the angle between two juxtaposed or adjacent linear actuators is at least 30 °, in particular at least 45 °, preferably at least 60 °. Additionally or alternatively, the angle may be at most 150 °, in particular at most 135 °, preferably at most 120 °. In one embodiment, the angle between two linear actuators is approximately 90 °, especially when the drive, in particular robot drive, is operated with two or four linear actuators. In another embodiment, the angle between two linear actuators is approximately 120 °, especially when the drive is operated with three linear actuators. In another embodiment, the angle between two linear actuators is at least substantially 72 °, especially when the drive is operated with five linear actuators. In another embodiment, the angle between two linear actuators is at least substantially 60 °, especially when the drive is operated with six linear actuators. The angle between two linear actuators can, in particular when using more than two linear actuators, correspond to the following relationship: w ≈ 360 ° / x, where w is the angle and x is the number of linear actuators used in the drive, in particular the robot drive. Advantageously, an increased power density of the drive can be generated by a plurality of linear actuators. Advantageously, the efficiency of the linear actuators used can be increased by a suitable arrangement. Additionally or alternatively, smaller linear actuators can be used in order to advantageously achieve one, in particular predetermined power density. Advantageously, economies of scale can be realized.

In einer Ausführungsform ist das Längenänderungsmittel eines oder mehrerer Linearaktoren mechanisch vorgespannt. Eine Vorspannung kann insbesondere durch ein oder mehrere Federmittel erfolgen. Vorzugsweise ist dazu das Längenänderungsmittel eines Linearaktors zwischen zwei Haltemitteln eingespannt, zwischen denen sich eine Feder und/oder ein federartiges, insbesondere ein flexibles und/oder nachgiebiges, Material befindet, welches die Vorspannung erzeugt. Vorteilhaft kann durch eine Vorspannung eine Dehnungsdynamik oder eine Kontraktionsdynamik des Längenänderungsmittels eines oder mehrerer Linearaktoren erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ kann bei Unterbrechung einer Stromversorgung durch eine Vorspannung eine Bewegung eines Linearaktors in einen vorgegebenen, insbesondere sicheren, Zustand erreicht werden. Die Vorspannung kann, insbesondere zugfederartig, einer aktuierten Verlängerung und/oder, insbesondere druckfederartig, einer aktuierten Verkürzung des Formgedächtnismaterials entgegenwirken.In one embodiment, the extensible means of one or more linear actuators is mechanically biased. A bias can be done in particular by one or more spring means. For this purpose, the length-changing means of a linear actuator is preferably clamped between two holding means, between which there is a spring and / or a spring-like, in particular a flexible and / or yielding material, which generates the bias voltage. Advantageously, by means of a prestressing, an expansion dynamics or a contraction dynamics of the length-changing means of one or more linear actuators can be increased. Additionally or alternatively, when a power supply is interrupted by a bias voltage, a movement of a linear actuator into a predetermined, in particular safe, state can be achieved. The bias voltage, in particular Zugfederartig, an actuated extension and / or, in particular pressure spring-like, counteract an actuated shortening of the shape memory material.

In einer Ausführungsform weist das Kreisbahnmittel eine Innenverzahnung und der Abtrieb eine damit kämmende Außenverzahnung auf. In einer Weiterbildung weist die Außenverzahnung des Abtriebs eine um N verringerte Zahnanzahl auf, wobei N insbesondere 1 sein kann. In einer Ausführung ist N größer 1, insbesondere größer 5, vorzugsweise größer 100. In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Kreisbahnmittel und/oder der Abtrieb eine Mikroverzahnung auf. Durch eine Verzahnung kann vorteilhaft eine Untersetzung funktional in den Roboterantrieb integriert werden. In einer Weiterbildung ist das Kreisbahnmittel mit dem Abtrieb zusätzlich oder alternativ reibschlüssig gekoppelt. Vorteilhaft kann dadurch ein nachgiebiges und/oder dämpfendes Verhalten des Roboters bereits im Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, funktional integriert werden.In one embodiment, the circular path means on an internal toothing and the output on a meshing external teeth. In a further development, the external toothing of the output has a number of teeth that has been reduced by N, wherein N can be 1 in particular. In one embodiment, N is greater than 1, in particular greater than 5, preferably greater than 100. In a preferred embodiment, the circular path means and / or the output has a micro-toothing. By a toothing advantageously a reduction can be functionally integrated into the robot drive. In a further development, the circular path means is additionally or alternatively frictionally coupled with the output. Advantageously, a yielding and / or damping behavior of the robot can already be functionally integrated in the drive, in particular the robot drive.

In einer Ausführungsform weist der Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, ein oder mehrere, insbesondere magnetische, Positionserfassungsmittel zur Erfassung einer Auslenkung eines Längenänderungsmittels eines oder mehrerer Linearaktoren auf. Eine Auslenkung im Sinne der Erfindung kann eine relative oder eine absolute Längenänderung sein. Eine Auslenkung kann insbesondere kontinuierlich, diskret, periodisch oder in unregelmäßigen Abständen, insbesondere ereignisgesteuert, erfasst werden. Vorzugsweise umfasst ein Linearaktor, insbesondere zur Erfassung einer relativen Auslenkung, ein Referenzmittel, welches insbesondere dazu dienen kann, in Verbindung mit einer Erfassung einer oder mehrerer relativen Längenänderungen, eine absolute Längenänderung zu erfassen. In einer Weiterbildung umfasst der Linearaktor dazu ein Positionserfassungsmittel mit einem Noniusverfahren. Vorzugsweise wird eine Auslenkung jedes Linearaktors, insbesondere jedes Längenänderungsmittels gemessen. Vorzugsweise wird eine Auslenkung zweier oder mehrerer Linearaktoren gemessen. In einer Weiterbildung umfasst ein Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, zwei oder mehr Positionssensoren, wobei die Positionssensoren eine redundante Information messen, welche insbesondere dazu verwendet werden kann, die Funktionsfähigkeit eines oder mehrerer Positionssensoren, insbesondere in sicherer Technik, zu überprüfen. Zusätzlich oder alternativ weist das Kreisbahnmittel und/oder der Abtrieb ein oder mehrere Positionserfassungsmittel auf. Durch die Erfassung der Längenänderungen eines oder mehrerer Positionserfassungsmittel kann insbesondere auf eine relative und/oder absolute Position des Kreisbahnmittels und/oder des Abtriebs geschlossen werden. Vorteilhaft kann durch diese funktionale Integration eine relative und/oder absolute Positionserfassung am Kreisbahnmittel und/oder am Abtrieb entfallen oder ergänzt werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Positionserfassung und/oder ein Betrieb des Antriebs, insbesondere Roboterantriebs, in sicherer Technik ermöglicht werdenIn one embodiment, the drive, in particular robot drive, one or more, in particular magnetic, position detecting means for detecting a deflection of a length-changing means of one or more linear actuators. A deflection in the sense of the invention may be a relative or an absolute change in length. A deflection can in particular be recorded continuously, discretely, periodically or at irregular intervals, in particular event-controlled. Preferably, a linear actuator, in particular for detecting a relative deflection, comprises a reference means, which in particular can serve to detect an absolute change in length in connection with detection of one or more relative changes in length. In a further development, the linear actuator for this purpose comprises a position detection means with a vernier method. Preferably, a deflection of each linear actuator, in particular each length change means is measured. Preferably, a deflection of two or more linear actuators is measured. In one development, a drive, in particular a robot drive, comprises two or more position sensors, the position sensors measuring redundant information which can be used, in particular, to check the functionality of one or more position sensors, in particular using safe technology. Additionally or alternatively, the circular path means and / or the output comprises one or more position detection means. By detecting the changes in length of one or more position detection means, it is possible in particular to conclude on a relative and / or absolute position of the circular path means and / or the output. Advantageously, this functional integration eliminates or supplements relative and / or absolute position detection on the circular path means and / or on the output. Advantageously, a position detection and / or an operation of the drive, in particular robot drive, can be made possible in a secure technique

In einer Ausführungsform umfasst der Antrieb ein Steuerungsmittel, welches dazu eingerichtet ist eine Auslenkung eines Längenänderungsmittels eines oder mehrerer Linearaktoren vorzugeben. Ein Steuerungsmittel im Sinne der Erfindung kann einen Computer, einen Mikroprozessor und/oder eine elektronische Schaltung umfassen. Ein Steuerungsmittel dient insbesondere dazu, Signale und/oder Daten zu verarbeiten, die über die Eingangskanäle bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ wird durch die Steuerung eine Leistung bereitgestellt, welche insbesondere dazu dient, einen oder mehrere Linearaktoren und insbesondere einen oder mehrere Antriebe, insbesondere Roboterantriebe, zu betreiben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Antrieb durch zwei oder mehr Linearaktoren betrieben. Dabei synchronisiert die Steuerung die Auslenkungen der Linearaktoren vorzugsweise derart, dass das Kreisbahnmittel mit einer, insbesondere optimalen, Kurve den Abtrieb antreibt. Vorteilhaft kann dadurch der Betrieb des Antriebs, insbesondere Roboterantriebs, durch eine einzelne Steuerung erfolgen.In one embodiment, the drive comprises a control means, which is set up to predefine a displacement of a longitudinal change means of one or more linear actuators. A control means according to the invention may comprise a computer, a microprocessor and / or an electronic circuit. In particular, a control means is used to process signals and / or data provided via the input channels. Additionally or alternatively, a power is provided by the controller, which serves in particular to operate one or more linear actuators and in particular one or more drives, in particular robot drives. In a preferred embodiment, a drive is operated by two or more linear actuators. In this case, the controller preferably synchronizes the deflections of the linear actuators in such a way that the circular path means drives the output with a, in particular optimal, curve. Advantageously, the operation of the drive, in particular the robot drive, can be effected by a single control.

In einer Ausführungsform ist der Abtrieb mit einer Roboterachse verbunden. Bevorzugt ist der Abtrieb steif mit der Roboterachse gekoppelt. Vorteilhaft kann durch eine funktionale Integration ein Abtriebsflansch und/oder, in Verbindung mit einer entsprechenden Untersetzung zwischen Kreisbahnmittel und Abtrieb, ein Getriebe entfallen. Entsprechend kann der Abtrieb direkt, insbesondere elastisch und/oder reibschlüssig, mit der Roboterachse gekoppelt sein. Vorteilhaft kann dadurch eine dämpfende, flexible und/oder nachgiebige Anbindung des Abtriebs an eine Roboterachse erreicht und somit ein inherent nachgiebiger Roboter („flexible joint robot”) ermöglicht werden. In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Abtrieb eines Antriebs über ein Getriebe mit der Roboterachse verbunden.In one embodiment, the output is connected to a robot axis. Preferably, the output is rigidly coupled to the robot axis. Advantageously, by a functional integration an output flange and / or, in conjunction with a corresponding reduction between circular path means and output, a transmission omitted. Accordingly, the output can be directly, in particular elastically and / or frictionally coupled to the robot axis. Advantageously, this can achieve a damping, flexible and / or yielding connection of the output to a robot axis and thus an inherently compliant robot ("flexible joint robot") can be made possible. In a preferred embodiment, the output of a drive is connected via a transmission with the robot axis.

Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebs, insbesondere Roboterantriebs, sind nicht auf die erwähnten Ausführungsformen und Weiterbildungen beschränkt, sondern können sich auch aus vorteilhaften Kombinationen der erwähnten Ausführungen und/oder Weiterbildungen ergeben.The embodiments of the drive according to the invention, in particular robot drive, are not limited to the mentioned embodiments and developments, but may also result from advantageous combinations of the mentioned embodiments and / or developments.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments. This shows, partially schematized:

1: eine Vorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und 1 a device according to an embodiment of the present invention; and

2: ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 2 A method according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt einen Antrieb, insbesondere Roboterantrieb, 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit zwei baugleichen Linearaktoren 2, 3, welche jeweils mit einem Widerlager 10 an einem Gehäuse (nicht dargestellt) des Antriebs 1 befestigt sein können. Jeder Linearaktor 2, 3 weist ein Stellglied 6 auf, welche unterschiedliche Wirkrichtungen 14, 15 besitzen. Die Wirkrichtungen 14, 15 der Linearaktoren unterscheiden sich im Winkel 12. Beide Linearaktoren 2, 3 sind mit dem Kreisbahnmittel 4 gekoppelt. Die Positionsveränderung eines Linearaktors 2, 3 wird durch ein Längenänderungsmittel 7 bewirkt, welches aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung (NiMgGa) besteht. Die Längenänderung der Formgedächtnislegierung 7 wird durch eine Spule 8 bewirkt, welche um das Längenänderungsmittel der Linearaktoren 2, 3 angeordnet ist. Die absolute Positionsänderung des Längenänderungsmittels 7 wird durch einen Positionssensor 9 erfasst. Das Kreisbahnmittel 4 ist kreis- bzw. ringfömig und weist eine nach innen gerichtete Verzahnung mit 10 Zähnen auf. Der Abtrieb 5 ist ebenfalls kreisfömig mit einer Außenverzahnung mit 8 Zähnen. Am Abtrieb 5 ist eine Roboterachse 13 direkt, d. h. ohne zwischengeschaltetes Getriebe, befestigt. Eine Steuerung 11 ist mit beiden Linearkatoren 2, 3 verbunden. Durch geeignete Steuersignale an die Linearaktoren 2, 3 wird das Kreisbahnmittel 4 auf einer Kreisbahn um die Außenverzahnung des Abtriebs 5 bewegt. Dies bewirkt durch die ineinandergreifenden Verzahnungen von Kreisbahnmittel 4 und Abtrieb 5 eine Drehbewegung des Abtriebs 5 und damit eine Bewegung der Roboterachse 13. 1 shows a drive, in particular robot drive, 1 according to an embodiment of the present invention with two identical linear actuators 2 . 3 , each with an abutment 10 on a housing (not shown) of the drive 1 can be attached. Every linear actuator 2 . 3 has an actuator 6 on which different directions of action 14 . 15 have. The directions of action 14 . 15 The linear actuators differ in angle 12 , Both linear actuators 2 . 3 are with the circular path means 4 coupled. The position change of a linear actuator 2 . 3 is by a length change means 7 causes, which consists of a magnetic shape memory alloy (NiMgGa). The change in length of the shape memory alloy 7 is through a coil 8th causes which to the length change means of the linear actuators 2 . 3 is arranged. The absolute change in position of the extensible means 7 is through a position sensor 9 detected. The circular path mean 4 is circular or ringfömig and has an inwardly facing teeth with 10 teeth. The downforce 5 is also kreisfömig with an external toothing with 8 teeth. At the downforce 5 is a robot axis 13 directly, ie without intermediate gear, attached. A controller 11 is with both linearcators 2 . 3 connected. By suitable control signals to the linear actuators 2 . 3 becomes the circular path mean 4 on a circular path around the external teeth of the output 5 emotional. This causes by the interlocking teeth of circular path means 4 and downforce 5 a rotational movement of the output 5 and thus a movement of the robot axis 13 ,

2 zeigt ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Betreiben des Antriebs, insbesondere Roboterantriebs, gemäß 1. Über die Positionssensoren S1 und S2 werden die aktuellen Längenänderungen x_A1,act und x_A2,act der Linearaktoren A1, A2 erfasst (Schritte S10, S15). Auf Basis dieser Information wird die Stellung der Roboterachse phi_J1,act ermittelt (Schritt S20). Des Weiteren wird eine Soll-Winkelstellung phi_J1,d der Roboterachse, insbesondere automatisch, vorgegeben (Schritt S30). Aus der aktuellen Stellungsinformation und der Soll-Winkelstellung wird eine Differenzwinkelstellung der Roboterachse phi_J1 ermittelt (Schritt S40) und die dafür hinreichenden Differenzlängenänderungen x_A1, x_A2 der Linearaktoren A1, A2 ermittelt (Schritte S50, S55). Diese Differenzlängenänderungen werden dann an die Linearaktoren kommandiert und von diesen eingeprägt, so dass das Kreisbahnmittel den Abtrieb mit der Roboterachse so bewegt, dass sich die Soll-Winkelstellung der Roboterachse phi_J1,d ergibt S60, S65. 2 shows a method according to an embodiment of the present invention for operating the drive, in particular robot drive according to 1 , The position sensors S1 and S2 detect the current length changes x_A1, act and x_A2, act of the linear actuators A1, A2 (steps S10, S15). On the basis of this information, the position of the robot axis phi_J1, act is determined (step S20). Furthermore, a desired angular position phi_J1, d of the robot axis, in particular automatically, is predetermined (step S30). From the current position information and the desired angular position, a differential angle position of the robot axis phi_J1 is determined (step S40) and the sufficient difference length changes x_A1, x_A2 of the linear actuators A1, A2 determined (steps S50, S55). These differential length changes are then commanded to the linear actuators and impressed by them, so that the circular path means moves the output with the robot axis so that the desired angular position of the robot axis phi_J1, d results S60, S65.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Antrieb, insbesondere RoboterantriebDrive, in particular robot drive
22: erster Linearaktorfirst linear actuator
33: zweiter Linearaktor (baugleich zum ersten Linearaktor)second linear actuator (identical to the first linear actuator)
44: KreisbahnmittelCircular path means
55: Abtrieboutput
66: Stellgliedactuator
77: FormgedächtnislegierungShape memory alloy
88th: SpuleKitchen sink
99: Positionssensorposition sensor
1010: Widerlagerabutment
1111: Steuerungcontrol
1212: Winkel zwischen zwei LinearaktorenAngle between two linear actuators
1313: Roboterachserobot axis
1414: Wirkrichtung des ersten LinearaktorsDirection of action of the first linear actuator
1515: Wirkrichtung des zweiten LinearaktorsDirection of action of the second linear actuator
S10S10: Erfassen einer aktuellen Stellung der Linearaktoren A1Detecting a current position of the linear actuators A1
S15S15: Erfassen einer aktuellen Stellung der Linearaktoren A2Detecting a current position of the linear actuators A2
S20S20: Berechnen einer aktuellen Winkelstellung der Roboterachse J1Calculate a current angular position of the robot axis J1
S30S30: Vorgeben einer Soll-Winkelstellung der RoboterachseSpecifying a desired angular position of the robot axis
S40S40: Berechnen einer Differenzwinkelstellung der RoboterachseCalculating a differential angular position of the robot axis
S50S50: Berechnen einer Differenzlängenänderung des Linearaktors A1Calculating a difference length change of the linear actuator A1
S55S55: Berechnen einer Differenzlängenänderung des Linearaktors A2Calculating a difference length change of the linear actuator A2
S60S60: Kommandieren der Differenzlängenänderung an den Linearaktor A1Commanding the difference length change to the linear actuator A1
S65S65: Kommandieren der Differenzlängenänderung an den Linearaktor A2Commanding the difference length change to the linear actuator A2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005043622 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

EN-13849 [0002]
IEC 61508 [0002]

Claims

Drive, in particular robot drive, ( 1 ) with a first linear actuator ( 2 ), which is an actuator ( 6 ) with a lengthening means ( 7 ) for changing a length of the actuator ( 6 ) in a first direction of action ( 14 ), wherein the length change means ( 7 ) has a shape memory alloy; with a second linear actuator ( 3 ), which is a second actuator ( 6 ) with a second direction of action ( 15 ), which with the first direction of action ( 14 ) an angle ( 12 ) includes; with a circular path means ( 4 ), which with the linear actuators ( 2 . 3 ) and is movable by them on a circular path about a center; and with a rotatably mounted about an axis of rotation output ( 5 ), which with the circular path means ( 4 ) is coupled such that a circular path of the circular path means ( 4 ) a rotational movement of the output ( 5 ) causes.

Drive according to claim 1, characterized in that the actuator of the second linear actuator comprises a length change means with a shape memory alloy.

Drive according to one of the preceding claims, characterized in that a shape memory alloy at least one length-change agent ( 7 ) has a magnetic shape memory alloy, in particular NiMgGa, and / or the actuator ( 6 ) at least one extensor ( 7 ) an electromagnet for acting on the extensible means ( 7 ) having.

Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the angle ( 12 ) is at least 30 °, in particular at least 45 °, preferably at least 60 ° and / or at most 150 °, in particular at most 135 °, preferably at most 120 °.

Drive according to one of the preceding claims, characterized in that at least one length-changing means ( 7 ), in particular by a spring means, is biased.

Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the circular path means ( 4 ) an internal toothing and the output ( 5 ) has a meshing external teeth.

Drive according to one of the preceding claims, characterized by at least one, in particular magnetic, position-detecting means ( 9 ) for detecting a, in particular absolute, deflection of a length-change agent ( 7 ) at least one linear actuator ( 2 . 3 ).

Drive according to one of the preceding claims, characterized by a control means ( 11 ), which is adapted to a deflection of a length change means ( 7 ) at least one linear actuator ( 2 . 3 ) and / or a power for operating at least one linear actuator ( 2 . 3 ).

Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the output ( 5 ), in particular directly, with a robot axis ( 13 ) connected is.

Manipulator, in particular robot, with at least one drive ( 1 ) according to any one of the preceding claims.

Method for operating a drive, in particular a robot drive, ( 1 ) according to one of the preceding claims 1 to 9, comprising the steps of: (S40) determining a circular path for effecting a desired movement of an output ( 5 ), (S50, S55) Compute commanded length changes for one or more linear actuators ( 2 . 3 ), so that the circular path means ( 4 ) moves on the determined circular path, (S60, S65) effecting the length changes by the linear actuator (s) ( 2 . 3 ), so the downforce ( 5 ) performs the desired movement.