DE102012025432B3

DE102012025432B3 - Robot arrangement i.e. parallel rope robot, has structure components spatially arranged along platform and counter bearings such that torque oriented around one of axes is produced or torque oriented around another axis is produced

Info

Publication number: DE102012025432B3
Application number: DE201210025432
Authority: DE
Inventors: Andreas Pott; Philipp Miermeister; Werner Kraus
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-22

Abstract

The arrangement has a supporting structure comprising supporting structure components that are connected with connection elements. The structure components are attached to platform sections (P-1, P-2) in a rotatable manner around spatial axes (R-1, R-2), respectively. The components are designed as single axle-rotary bearings and spatially arranged along a platform (P) and counter bearings such that torque oriented around one of the axes is produced or torque oriented around another axis is produced by controlling of drives by a control unit for continuously rotating the platform. An independent claim is also included for a method for driving a robot arrangement.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich eine Roboteranordnung nach Art eines parallelen Seilroboters, mit wenigstens einer mittels biegeschlaffen, längenveränderlichen, ausschließlich Zugkräfte übertragenden Verbindungselementen räumlich freitragend aufgehängten Tragstruktur, mit der die Verbindungselemente einerseits in Wirkverbindung stehen und andererseits jeweils mit einem die Längenveränderlichkeit eines einzelnen Verbindungselementes bewirkenden Antrieb verbunden sind, wobei die Antriebe an räumlich um die wenigstens eine Tragstruktur verteilt angeordneten Gegenlagern befestigt sind, sowie mit einer die Antriebe aufeinander abgestimmt ansteuernden Steuereinheit. Ferner wird ein Verfahren zum Antreiben der Roboteranordnung beschrieben.The invention relates to a robot assembly in the manner of a parallel cable robot, with at least one by means of non-rigid, variable-length, exclusively tensile forces transmitting connecting elements spatially cantilevered support structure with which the connecting elements on the one hand in operative connection and on the other hand each connected to the Längenveränderlichkeit a single connecting element causing drive are, wherein the drives are fixed to spatially distributed around the at least one supporting structure arranged thrust bearings, as well as with the drives coordinated with each other controlling control unit. Further, a method for driving the robot assembly will be described.

Stand der TechnikState of the art

Eine für Roboter sehr wesentliche technische Eigenschaft betrifft die Beweglichkeit des Endeffektors, d. h. des letzten auslenkbaren Robotergliedes in einer kinematischen Kette. Die Beweglichkeit des Endeffektors bestimmt für welchen Prozess ein Roboter eingesetzt werden kann. Roboter mit einer seriell gestalteten kinematischen Kette, deren einzelne, zumeist starr ausgebildete Roboterglieder durch aktive Dreh- oder Schubgelenke verbunden sind, verfügen über einen durch die Größe des Roboters bestimmten translatorischen Bewegungsraum. Je nach Ausbildung eines zwei Roboterglieder miteinander verbindenden Drehgelenkes vermögen serielle Roboter endlich große oder endlos um eine Drehachse erfolgende Drehungen zu realisieren. Auf diese Weise sind serielle Robotersysteme mit insgesamt sechs räumlichen Freiheitsgraden, d. h. drei translatorische sowie drei rotatorische Freiheitsgrade, in an sich bekannter Weise realisierbar.A very important technical feature for robots concerns the mobility of the end effector, i. H. the last deflectable robot link in a kinematic chain. The mobility of the end effector determines for which process a robot can be used. Robots with a serially designed kinematic chain, whose individual, mostly rigidly formed robot links are connected by active rotary joints or push joints, have a translatory movement space determined by the size of the robot. Depending on the design of a two robot links interconnecting rotary joint serial robots are finally able to realize large or endless rotation about an axis of rotation. In this way, serial robotic systems with a total of six spatial degrees of freedom, i. H. three translational and three rotational degrees of freedom, in a manner known per se feasible.

Als Alternative zu seriellen Robotern erlangen Robotersysteme mit paralleler Kinematik zunehmende Bedeutung, zumal die aktorischen Stellglieder für die einzelnen beweglichen Roboterglieder endseitig statisch an einer Tragstruktur angebracht sind, so dass die einzelnen Roboterglieder verhältnismäßig leicht ausgebildet sind und schnell beschleunigt und bewegt werden können. Repräsentativ für ein Roboter mit Parallel-Kinematik stellt der so genannte „Delta-Parallel-Roboter” dar, der in der Druckschrift CH 672 089 A5 beschrieben ist und drei Tragegestellseitig montierte Rotationsachsen vorsieht, um die jeweils eine als Endeffektor ausgebildete Plattform schwenkbar gelagert ist. Die schwenkbare Lagerung der Plattform relativ zum Tragegestell erfolgt über gelenkig miteinander verbundene, starre Verbindungsstreben in Art einer Parallelogramm-Führung, die um alle drei gestellseitig angebrachten Rotationsachsen zugleich schwenkbar gelagert ist. Auch in diesem Fall bestimmt sich die Größe des dem Roboter-Endeffektor zugänglichen Translationsbereiches durch die jeweilige Größe der einzelnen starr ausgebildeten Roboterglieder.As an alternative to serial robots, parallel kinematics robotic systems are becoming increasingly important, especially since the actuator actuators for the individual moveable robot members are statically attached to a support structure so that the individual robotic members are relatively lightweight and can be rapidly accelerated and moved. Representative of a robot with parallel kinematics represents the so-called "delta-parallel robot", which in the publication CH 672 089 A5 is described and provides three support frame side mounted rotary axes, around which in each case a designed as an end effector platform is pivotally mounted. The pivotable mounting of the platform relative to the support frame via articulated interconnected, rigid connecting struts in the manner of a parallelogram guide, which is at the same time pivotally mounted around all three frame-mounted rotation axes. In this case too, the size of the translational area accessible to the robot end effector is determined by the respective size of the individual rigidly formed robot members.

Demgegenüber verwenden parallele Seilroboter anstelle von starren Stäben bzw. Robotergliedern biegeschlaffe, längenveränderliche, ausschließlich Zugkräfte übertragende Verbindungselemente, wie Kunststoff- oder Drahtseile, durch die der vom Roboter-Endeffektor zugängliche Bewegungsraum erheblich vergrößert ist. Der bewegliche Seilroboter-Endeffektor stellt zumeist eine Plattform dar, an der ein Drittkörper, bspw. in Form eines Werkzeuges, Handhabungsgutes oder Sensors, anbringbar ist und die durch die Seile gegenüber einer Tragstruktur abgespannt wird. Die Plattform kann durch die Seile fest an einen Ort eingespannt werden, so dass sie äußeren Kräften und Momenten bewegungsfrei widersteht ohne zu pendeln oder zu schwingen. Wenn die wirksame Länge der Seile etwa durch Tragstrukturseitig angebrachte Antriebe, bspw. in Form von Winden, verändert wird, lässt sich die bewegliche Plattform in bis zu drei translatorische und um bis zu drei rotatorische Freiheitsgrade bewegen. Eine Robotersteuerung berechnet dabei die einzelnen Seillängen und synchronisiert die Bewegung der Winden, so dass sich die Plattform sowohl zeitlich als räumlich wohl definiert bewegen lässt.In contrast, use parallel cable robot instead of rigid rods or robot links pliable, variable-length, exclusively tensile forces transmitting fasteners, such as plastic or wire cables, through which the robot end effector accessible movement space is considerably increased. The movable cable robot end effector usually represents a platform on which a third body, for example. In the form of a tool, handling items or sensor, can be attached and is braced by the cables against a support structure. The platform can be firmly clamped by the ropes in one place, so that it withstands external forces and moments without movement, without swinging or swinging. If the effective length of the cables is changed, for example in the form of winches, by drives, for example in the form of winches, the movable platform can be moved in up to three translational and by up to three rotational degrees of freedom. A robot controller calculates the individual cable lengths and synchronizes the movement of the winches, so that the platform can be moved both in terms of time and space.

Eine bekannte Seilroboteranwendung betrifft bspw. die Aufhängung für eine Fernseh-Kamera, die in der Druckschrift DE 33 90 346 C2 beschrieben ist. Derartige Fernseh-Kamera-Aufhängungen werden beispielsweise zur Übertragung von Fußballspielen, Konzertereignissen oder ähnlichen Großveranstaltungen eingesetzt.A known cable robot application relates, for example, the suspension for a television camera, in the document DE 33 90 346 C2 is described. Such television camera suspensions are used for example for the transmission of football matches, concert events or similar major events.

Eine andere Seilroboteranwendung geht aus der DE 10 2009 050 729 A1 hervor, die ein Handhabungssystem zur Bewegung einer Lasttragenden Roboterplattform beschreibt. Die Roboterplattform wird durch Seilzüge verspannt, deren Längen über mehrere, an mobilen Haltestrukturen angebrachte Seilzugwinden veränderbar sind. Die mobile Seilroboteranordnung eignet sich insbesondere zur Montage von Großbaugruppen, beispielsweise von Solarkraftwerksmodulen, Schiffsstrukturen o. ä..Another cable robot application goes out of the DE 10 2009 050 729 A1 which describes a handling system for moving a load-bearing robot platform. The robot platform is braced by cables, the lengths of which are variable over several, attached to mobile support structures cable winches. The mobile cable robot arrangement is particularly suitable for the assembly of large assemblies, such as solar power plant modules, ship structures o. Ä ..

Allen bekannten Seilrobotersystemen haftet jedoch der Nachteil an, dass die Roboterplattform lediglich in kleinen Winkelbereichen von deutlich kleiner als 360° drehbar ist. Die Drehwinkel-Begrenzung ist eine Folge der seilzugbedingten Aufhängung bzw. Abspannung der räumlich frei positionierbar aufgehängten Roboterplattform, zumal die einzelnen Seilzüge konstruktionsbedingt keine Kollisionen untereinander oder gar gegenseitige Seilkreuzungen oder -verdrillungen erlauben.However, all known cable robot systems have the disadvantage that the robot platform is rotatable only in small angular ranges of significantly smaller than 360 °. The rotation angle limitation is a consequence of the cable-related suspension or bracing of the spatially freely positionable suspended robot platform, especially since the individual cables by design do not allow collisions with each other or even mutual cable crossings or -verdrillungen.

Gleichwohl die Konstruktion und Realisierung von endlosen Drehachsen bei den eingangs erwähnten seriellen Robotersystemen mechanisch einfach und vielfach gelöst und umgesetzt sind, wurde für parallel betriebene Seilroboter bislang keine entsprechende Lösung zur Realisierung einer endlosen Drehachse, um die die Roboterplattform gedreht werden kann, gefunden. Vielmehr wird davon ausgegangen, dass die Realisierung einer endlosen Drehachse bei einer auf dem Seilzugprinzip beruhenden Seilrobotik prinzipbedingt nicht möglich ist. Although the design and realization of endless axes of rotation in the aforementioned serial robot systems are mechanically simple and often solved and implemented, no corresponding solution for the realization of an endless axis of rotation around which the robot platform can be rotated has been found for parallel operated cable robots. Rather, it is assumed that the realization of an endless axis of rotation in a rope based on the principle Seilrobotik principle is not possible.

Eine denkbare praktikable Lösung zur Realisierung eines rotatorischen Freiheitsgrades am Ort einer durch Seilzüge abgespannten Roboterplattform sieht die zusätzliche Anordnung einer seriellen Drehachse auf der beweglichen Roboterplattform vor. Dies führt jedoch zu einer erheblichen Erhöhung des Gewichtes der Roboterplattform und erfordert eine zusätzliche Energieversorgung am Ort der Roboterplattform.One conceivable practical solution for realizing a rotational degree of freedom at the location of a robot platform unclamped by cables provides for the additional arrangement of a serial axis of rotation on the mobile robot platform. However, this leads to a considerable increase in the weight of the robot platform and requires an additional power supply at the location of the robot platform.

Alternativ können zusätzliche Drehachsen an Maschinenteilen vorgesehen werden, die an der Roboterplattform je nach Einsatzzweck ohnehin montiert sind.Alternatively, additional axes of rotation can be provided on machine parts which are mounted on the robot platform depending on the purpose anyway.

Ferner ist es denkbar am Ort der Roboterplattform eine Hilfskonstruktion zur Durchführung von Rotationen um eine Drehachse vorzusehen, die mit Hilfe eines Mechanismus oder Getriebes eine kleinere Rotationsbewegung, die durch eine aufeinander abgestimmte Seillängenveränderung initiiert wird, zu vervielfachen vermag. So ist eine Lösung bekannt, bei der durch Relativbewegung von zwei am Ort der Roboterplattform vorgesehenen Plattformhälften durch einen mechanischen Übersetzungsmechanismus eine kleine Rotationsbewegung in eine große Rotationsbewegung umgewandelt wird. Auf diese Weise lassen sich begrenzte Rotationen, beispielsweise von 60° durch entsprechende Übersetzung in einem Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 10:1 auf 600° vergrößern, so dass mehr als eine volle Umdrehung realisierbar ist. Derartige Strukturen sind jedoch konstruktiv aufwendig, schwer und dennoch nicht geeignet, eine endlose Drehung zu realisieren.Furthermore, it is conceivable to provide an auxiliary construction for carrying out rotations about an axis of rotation at the location of the robot platform, which by means of a mechanism or transmission is able to multiply a smaller rotational movement, which is initiated by a coordinated pitch change. Thus, a solution is known in which a small rotational movement is converted into a large rotational movement by relative movement of two provided at the site of the robot platform platform halves by a mechanical translation mechanism. In this way, limited rotations, for example of 60 ° can be increased by appropriate translation in a transmission with a transmission ratio of 10: 1 to 600 °, so that more than a full turn is feasible. However, such structures are structurally complex, difficult and yet not suitable to realize an endless rotation.

Aus US 2012/0211628 A1 ist ein Positionierungssystem für ein Gerät, z. B. für eine Kamera über einem Spielfeld, bekannt. Das Gerät ist an einer Positioniereinheit befestigt, deren Position über wenigstens drei Kabelpaare, die jeweils ein Parallelogramm aufspannen, verändert wird. Die Kabel sind mit einem Ende jeweils an der Positioniereinheit über Befestigungselemente und mit ihrem anderen Ende mit einer von wenigstens drei räumlich verteilten Windenvorrichtungen verbunden. Jede Windenvorrichtung enthält zwei übereinander angeordnete Winden, mit denen das untere bzw. das obere Kabel des jeweiligen Kabelpaares unabhängig voneinander in seiner Länge verändert werden kann. Das Positionierungssystem ermöglicht keine endlose Drehung.Out US 2012/0211628 A1 is a positioning system for a device, eg. B. for a camera on a playing field, known. The device is attached to a positioning unit whose position is changed over at least three pairs of cables, each spanning a parallelogram. The cables are connected at one end to the positioning unit via fastening elements and at the other end to one of at least three spatially distributed winch devices. Each winch device includes two superposed winds, with which the lower and the upper cable of each cable pair can be changed independently in length. The positioning system does not allow endless rotation.

Aus US 5,585,707 ist ein Seilroboter bekannt, bei die Winden, mit denen die Seillänge verändert wird, an der Plattform befestigt sind. Das System erlaubt keine endlose Drehung der Plattform.Out US 5,585,707 a rope robot is known in which the winches, with which the rope length is changed, are attached to the platform. The system does not allow endless rotation of the platform.

Aus WO 2008/080917 A1 ist eine Manipulatoranordnung mit einem parallelen Seilroboter bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Plattform, die zwei starr über eine Struktur verbundene, weberschiffchenartige Platinen aufweist, an denen jeweils vier Seile angreifen. An der Plattform ist eine Vorrichtung angebracht, mit der der Winkelbereich für Rotationen vergrößert werden kann. Die hier gezeigten Vorrichtungen erlauben keine endlose Rotation der Plattform.Out WO 2008/080917 A1 is a manipulator assembly with a parallel cable robot known. The device comprises a platform, which has two, connected via a structure, weaver-like boards, each attacking four ropes. Attached to the platform is a device that can increase the angular range for rotations. The devices shown here do not allow endless rotation of the platform.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Roboteranordnung nach Art eines parallelen Seilroboters mit wenigstens einer mittels biegeschlaffen, längenveränderlichen, ausschließlich Zugkräfte übertragenden Verbindungselementen räumlich frei tragend aufgehängten Tragstruktur, mit der die Verbindungselemente einerseits in Wirkverbindung stehen und andererseits jeweils mit einem die Längenveränderlichkeit eines einzelnen Verbindungselementes bewirkenden Antrieb verbunden sind, wobei die Antriebe an räumlich um die wenigstens eine Tragstruktur verteilt angeordneten Gegenlagern befestigt sind, sowie mit einer die Antriebe aufeinander abgestimmt ansteuernden Steuereinheit, derart weiterzubilden, dass am Ort der Tragstruktur eine endlose Drehung um eine Rotationsachse möglich sein soll, ohne dabei die zum vorstehenden Stand der Technik erläuterten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Insbesondere soll die Roboteranordnung eine endlose Drehung am Ort der Tragstruktur ausschließlich durch Längenveränderung der die Tragstruktur tragenden Verbindungselemente ermöglichen. Die Tragstruktur soll dabei keinerlei Gewichtszunahmen erleiden, so dass die lösungsgemäßen Maßnahmen keine negativen Auswirkungen auf die Bewegungsdynamik der Roboteranordnung haben sollen. Ferner sollen für die Realisierung einer endlosen Drehachse am Ort der Tragstruktur erforderlichen Maßnahmen keine die Komplexität der Konstruktion sowie auch die Komplexität zur Ansteuerung der einzelnen Antriebe zur Variation der Längen der einzelnen Verbindungselemente erhöhenden Auswirkungen haben.The invention is based on the object, a robot assembly in the manner of a parallel cable robot with at least one by means of limp, variable length, exclusively tensile forces transmitting fasteners spatially freely suspended support structure with which the fasteners are on the one hand in operative connection and on the other hand each with a Längenveränderlichkeit a single connection element effecting drive are connected, wherein the drives are fixed to spatially distributed around the at least one support structure arranged thrust bearings, as well as with the drives coordinated with one another controlling control unit, such that at the location of the support structure an endless rotation about a rotation axis should be possible without while having to accept the disadvantages explained above in the art. In particular, the robot assembly should allow an endless rotation at the location of the support structure exclusively by changing the length of the support structure bearing fasteners. The support structure should not suffer any increase in weight, so that the measures according to the solution should not have a negative impact on the dynamics of movement of the robot assembly. Furthermore, measures required for the realization of an endless axis of rotation at the location of the supporting structure need not have the effects of increasing the complexity of the construction as well as the complexity of controlling the individual drives in order to vary the lengths of the individual connecting elements.

Die Lösung die der Erfindung zugrunde liegt ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des nebengeordneten Anspruches 10 ist ein Verfahren zum Antreiben einer gattungsgemäßen Roboteranordnung nach Art eines parallelen Seilroboters. Den lösungsgemäßen Gedanken in vorteilhafter Weise ausbildenden Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The solution on which the invention is based is specified in claim 1. The subject matter of the independent claim 10 is a method for driving a generic robot arrangement in the manner of a parallel cable robot. The According to the invention thoughts forming advantageous features are the subject of the dependent claims and the further description with reference to the exemplary embodiments.

Eine lösungsgemäße Roboteranordnung nach Art eines parallelen Seilroboters gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Tragstruktur wenigstens eine erste und eine zweite Tragstrukturkomponente umfasst, die als zwei separate Bauteile ausgebildet sind und jeweils mit wenigstens zwei Verbindungselementen in Wirkverbindung stehen. Mit den wenigstens zwei räumlich separaten Tragstrukturkomponenten steht eine Plattform in Wirkverbindung, die einen ersten Plattformabschnitt, dem eine erste Raumachse zuordenbar ist, sowie eine mit dem ersten Plattformabschnitt raumfest verbundenen zweiten Plattformabschnitt vorsieht, dem eine zweite Raumachse zuordenbar ist. Beide Raumachsen, d. h. die erste und zweite Raumachse sind parallel zueinander orientiert und weisen einen radialen Abstand zueinander auf.A robot assembly according to the invention in the manner of a parallel cable robot according to the features of the preamble of claim 1 is characterized in that the support structure comprises at least a first and a second support structure component, which are formed as two separate components and are in operative connection with at least two connecting elements. With the at least two spatially separate support structure components is a platform in operative connection, which provides a first platform portion to which a first spatial axis can be assigned, as well as a spatially fixed to the first platform portion second platform section, which a second spatial axis can be assigned. Both spatial axes, d. H. the first and second spatial axes are oriented parallel to one another and have a radial distance from one another.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Plattform beispielsweise in Art einer Kurbel ausgebildet, die wenigstens zwei parallel orientierte und mit einem seitlichen Abstand starr miteinander verbundene Wellenabschnitte vorsieht, von denen ein erster Wellenabschnitt dem ersten Plattformabschnitt und ein zweiter Wellenabschnitt dem zweiten Plattformabschnitt entspricht.In a preferred embodiment, the platform is formed, for example, in the manner of a crank, which provides at least two parallel oriented and rigidly connected at a lateral distance shaft sections, of which a first shaft portion of the first platform portion and a second shaft portion corresponds to the second platform portion.

Die wenigstens erste Tragstrukturkomponente ist axial fest zu und drehbar um die erste Raumachse an dem ersten Plattformabschnitt angebracht und die wenigstens zweite Tragstrukturkomponente ist axial fest zur und drehbar um die zweite Raumachse an dem zweiten Plattformabschnitt angebracht. In vorteilhafter Weise sind beide Tragstrukturkomponenten jeweils separat voneinander als Einachs-Drehlager ausgebildet, die zumindest einen axialen Abschnitt des jeweiligen Plattformabschnittes und dessen Raumachse umfassen und eine radial außen liegende, frei zugängliche Oberfläche aufweisen, mit der jeweils die wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder vier Verbindungselemente pro Tragstrukturkomponente in Wirkverbindung stehen.The at least first support structure component is axially fixed to and rotatably mounted about the first space axis on the first platform portion, and the at least second support structure component is axially fixed to and rotatably mounted about the second space axis on the second platform portion. Advantageously, both support structure components are each formed separately from each other as a single-axis pivot bearing comprising at least an axial portion of the respective platform portion and the spatial axis and a radially outer, freely accessible surface, with each of the at least two, preferably three or four connecting elements per support structure component in operative connection.

Ferner sind die wenigstens zwei Tragstrukturkomponenten längs der Plattform sowie die mit diesen über die Verbindungselemente in Wirkverbindung stehenden Gegenlager derart räumlich angeordnet, so dass durch Ansteuern der Antriebe mittels der Steuereinheit entweder ein über die wenigstens zweite Tragstrukturkomponente um die erste Raumachse orientiertes Drehmoment zu Zwecken einer um die erste Raumachse orientierten Rotation der Plattform erzeugbar ist, oder ein über die wenigstens erste Tragstrukturkomponente um die zweite Raumachse orientiertes Drehmoment zu Zwecken einer um die zweite Raumachse orientierten Rotation der Plattform erzeugbar ist.Furthermore, the at least two supporting structure components along the platform and the abutment operatively connected thereto via the connecting elements are arranged spatially so that by driving the drives by means of the control unit either oriented over the at least second supporting structure component about the first spatial axis torque for purposes of order the first spatial axis oriented rotation of the platform can be generated, or a torque oriented about the at least first support structure component about the second spatial axis can be generated for purposes of rotation of the platform oriented around the second spatial axis.

Das der lösungsgemäßen Roboteranordnung zugrunde liegende Lösungskonzept zur Generierung einer endlosen Drehung um wenigstens eine die Plattform durchsetzenden Raumachse nutzt das Antriebskonzept einer Kurbelwelle, die aufgrund ihrer gekröpften Formgebung eine endlos um einen ersten Kurbelwellenabschnitt orientierte Drehung ermöglicht, indem an dem zweiten Kurbelwellenabschnitt, der zum ersten Kurbelwellenabschnitt radial beabstandet und parallel zu diesem orientiert ist, die endlose Drehung verursachendes kreisförmig um den ersten Wellenabschnitt orientiertes Drehmoment eingebracht wird. Zur raumstabilen Lagerung des jeweils ersten Kurbelwellenabschnitts der Plattform dient wenigstens ein Einachs-Drehlager, das den ersten Kurbelwellenabschnitt ring- oder hülsenartig umfasst und eine raumstabile Lagerung des ersten Kurbelwellenabschnittes ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform dienen zwei längs des jeweils ersten Kurbelwellenabschnittes axial fest und drehbar um die dem ersten Kurbelwellenabschnitt zuordenbare Raumachse angebrachte Einachs-Drehlager, zur raumstabilen Lagerung der Plattform. Die beiden Drehlager werden von jeweils zwei, vorzugsweise drei oder mehr seilförmig ausgebildeten Verbindungselementen relativ zu den raumstabilen mechanischen Gegenlagern abgespannt.The solution concept on which the robot assembly according to the invention is based, for generating an endless rotation about at least one spatial axis passing through the platform, uses the drive concept of a crankshaft which, due to its cranked shape, allows rotation oriented endlessly around a first crankshaft section, at the second crankshaft section leading to the first crankshaft section radially spaced and oriented parallel thereto, the endless rotation causing circular torque oriented around the first shaft portion is introduced. At least one single-axis rotary bearing which surrounds the first crankshaft section in a ring-like or sleeve-like manner and permits a space-stable mounting of the first crankshaft section serves for the space-stable mounting of the respective first crankshaft section of the platform. In a preferred embodiment, two single axle pivot bearings mounted axially along the respective first crankshaft section and rotatable about the spatial axis that can be assigned to the first crankshaft section serve for the space-stable mounting of the platform. The two pivot bearings are braced by two, preferably three or more, cable-shaped connecting elements relative to the space-stable mechanical abutments.

Je nach Längenwahl der einzelnen, die Einachs-Drehlager längs des ersten Kurbelwellenabschnittes tragenden, seilartig ausgebildeten Verbindungselemente kann die Plattform innerhalb eines durch die räumliche Anordnung der mechanischen Gegenlager vorgegebenen Bewegungsraum beliebig positioniert werden.Depending on the length of the individual, the single-axis rotary bearing along the first crankshaft section bearing, rope-like connecting elements, the platform can be positioned anywhere within a predetermined by the spatial arrangement of the mechanical abutment movement space.

Gleichsam zum ersten Kurbelwellenabschnitt ist am zweiten Kurbelwellenabschnitt wenigstens ein Einachs-Drehlager axialfest zur und drehbar um die dem zweiten Kurbelwellenabschnitt zuordenbaren zweiten Raumachse angeordnet, dessen radiale Drehlageraussenseite endseitig seilartig ausgebildeten Verbindungselementen verbunden ist. Durch koordinierte Längenvariation der an diesem Einachs-Drehlager angreifenden seilförmig ausgebildeten Verbindungselemente lässt sich der zweite Kurbelwellenabschnitt unter Ausübung einer Kreisbewegung um die den ersten Kurbelwellenabschnitt durchsetzende erste Raumachse realisieren. Die mit dem am zweiten Kurbelwellenabschnitt angebrachten Einachs-Drehlager verbundenen seilartig ausgebildeten Verbindungselemente sind dabei derart räumlich um das Einachs-Drehlager angebracht, dass sie sich während der Ausübung einer vollständigen Umdrehung des zweiten Kurbelwellenabschnittes nicht berühren. Hierdurch ist es möglich die Drehung des zweiten Kurbelwellenabschnittes um den Ersten beliebig oft zu wiederholen, wodurch der erste Kurbelwellenabschnitt um seine ihm zugeordnete erste Raumachse endlos drehbar gelagert ist und dies ausschließlich unter Nutzung koordinativ aufeinander abgestimmter Längenänderung der mit den Tragstrukturkomponenten in Form von Einachs-Drehlagern verbundenen Verbindungelementen.As with the first crankshaft section, at least one single-axis rotary bearing is axially fixed to the second crankshaft section and rotatable about the second crankshaft section second spatial axis, the radial rotary bearing outer side of which is connected to the end of rope-like connecting elements. By coordinating the length variation of the rope-shaped connecting elements acting on this single-axis rotary bearing, the second crankshaft section can be realized by applying a circular movement about the first spatial axis passing through the first crankshaft section. The rope-like connecting elements connected to the single-axis rotary bearing attached to the second crankshaft section are spatially mounted around the single-axis rotary bearing in such a way that they do not rotate during the execution of a complete revolution of the second crankshaft section touch. This makes it possible to repeat the rotation of the second crankshaft section about the first as often as desired, whereby the first crankshaft section is mounted for rotation about its associated first spatial axis endlessly and this exclusively using coordinated coordinated change in length of the support structure components in the form of single-axis pivot bearings connected connecting elements.

Zur Ausübung einer um die erste Kurbelwellenachse orientierten Drehbewegung bedarf es vorzugsweise wenigstens drei seilförmige Verbindungselemente, die mit wenigstens einem längs des zweiten Kurbelwellenabschnittes angebrachten Einachs-Drehlager verbunden sind.In order to exercise a rotational movement oriented about the first crankshaft axis, it is preferable to use at least three rope-shaped connecting elements, which are connected to at least one single-axis rotary bearing mounted along the second crankshaft section.

Zur Vermeidung von Kollisionen der einzelnen seilförmig ausgebildeten Verbindungselemente, deren Längen koordiniert sowohl zu Zwecken der räumlichen Positionierung der Plattform als auch zu deren Rotation verändert werden, sind die mechanischen Gegenlager und vorzugsweise die jeweils dort angebrachten motorischen Windenantriebe in Abhängigkeit der räumlichen Ausgestaltung der Plattform in einer geeigneten Weise räumlich stationär oder auch beweglich zueinander um die Plattform verteilt angeordnet. Bevorzugte Anordnungsmuster werden im Weiteren unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert.In order to avoid collisions of the individual cable-shaped connecting elements whose lengths are coordinated both for purposes of spatial positioning of the platform as well as their rotation are changed, the mechanical counter bearing and preferably each mounted there motorized winches depending on the spatial configuration of the platform in one suitable manner spatially stationary or movably arranged distributed to each other around the platform. Preferred arrangement patterns will be explained below with reference to specific embodiments.

Der lösungsgemäßen Roboteranordnung liegt eine neuartiges Verfahrenskonzept zugrunde, das sich derart auszeichnet, dass die Plattform von wenigstens zwei räumlich getrennten Tragstrukturkomponenten getragen wird, die mit den Verbindungselementen in Wirkverbindung stehen. Die Längen der mit den Tragstrukturkomponenten in Wirkverbindung stehenden Verbindungselemente werden derart gewählt, dass die Plattform längs einer die Plattform durchsetzenden ersten Raumachse mittels wenigstens einer Tragstrukturkomponente raumstabil gehalten wird, während die Längen der mit der anderen Tragstrukturkomponente in Wirkverbindung stehenden Verbindungselemente derart dynamisch verändert werden, dass über die andere Tragstrukturkomponente ein um die erste Raumachse orientiertes Drehmoment auf die Plattform einwirkt.The robot arrangement according to the invention is based on a novel method concept, which is characterized in that the platform is supported by at least two spatially separated supporting structure components, which are in operative connection with the connecting elements. The lengths of the connecting elements operatively connected to the support structure components are chosen such that the platform is kept space-stable along a first space axis passing through the platform by means of at least one support structure component while dynamically altering the lengths of the connection elements operatively connected to the other support structure component a torque oriented about the first spatial axis acts on the platform via the other support structure component.

Aufgrund der exzentrisch zu der die Plattform durchsetzenden ersten Raumachse mit der Plattform in Wirkverbindung stehenden anderen Tragstrukturkomponente vermögen die mit der anderen Tragstrukturkomponente in Wirkverbindung stehenden, seilartig ausgebildeten Verbindungselemente durch entsprechend aufeinander koordiniert abgestimmte Längenänderung ein um die die Plattform durchsetzende Raumachse orientiertes Drehmoment zu erzeugen. Durch den Kollisionsfreien Verlauf der einzelnen seilartigen Verbindungselemente ist eine beliebige kinematische Umkehrung der Drehbewegungen möglich. So lässt sich nicht nur der Drehsinn des um den ersten Plattformabschnitt auf einer Kreisbahn geführten zweiten Plattformabschnitts umkehren, auch ist es durch geeignete Längenänderung der seilartigen Verbindungselemente möglich, den zweiten Plattformabschnitt raumstabil zu lagern und den ersten Plattformabschnitt zum den zweiten Plattformabschnitt zu führen.Due to the eccentric to the platform passing through the first spatial axis with the platform operatively connected to another support structure component connected to the other support structure component operatively connected, rope-like fasteners by appropriately coordinated coordinated change in length to create an oriented around the platform spatial axis oriented torque. Due to the collision-free course of the individual rope-like connecting elements any kinematic reversal of the rotational movements is possible. Thus, not only can the direction of rotation of the second platform section guided around the first platform section be reversed, but it is also possible by suitable length change of the cable-like connection elements to support the second platform section in a space-stable manner and guide the first platform section to the second platform section.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante sieht die Plattform längs zur Raumachse, um die die Plattform drehbar gelagert ist, eine Verbindungsstruktur vor, an der in Abhängigkeit des jeweiligen Verwendungszweckes der Seilroboteranordnung ein entsprechend ausgebildeter Drittkörper angebracht ist, der gleichsam um die entsprechende Raumachse der Plattform endlos gedreht werden kann.In a preferred embodiment variant, the platform provides a connecting structure along the spatial axis about which the platform is rotatably mounted, to which a suitably designed third body is attached as a function of the respective intended use of the cable robot arrangement, which are, as it were, endlessly rotated about the corresponding spatial axis of the platform can.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:

1a, b Prinzipdarstellung einer lösungsgemäß ausgebildeten Roboteranordnung mit einer technischen Ausführungsvariante, 1a , b schematic representation of a solution designed according to robot assembly with a technical embodiment variant,

2a, b alternative Ausführungsvariante einer lösungsgemäßen Roboteranordnung, 2a , b alternative embodiment of a robot arrangement according to the invention,

3a, b alternative Ausführungsvariante einer lösungsgemäßen Roboteranordnung sowie 3a , b alternative embodiment of a robot arrangement according to the invention as well as

4a, b Illustration alternativer Ausgestaltungsmöglichkeiten von Einachs-Drehlagern. 4a , b Illustration of alternative design possibilities of single-axis rotary bearings.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability

1a zeigt eine kurbelartig ausgebildete Plattform 1, anhand der das lösungsgemäße Seilroboterprinzip zur Ausführung endloser Drehungen um eine Raumachse R1 ausschließlich durch aufeinander abgestimmte Längenänderung der eine Plattform P tragenden, seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V_i,j mit i, j = 1, 2, 3 illustriert werden soll. 1a shows a crank-shaped platform 1 , on the basis of which the solution according to the rope robot principle for executing endless rotations about a spatial axis R1 exclusively by coordinated change in length of a platform P supporting, rope-like connecting elements V _{i, j} with i, j = 1, 2, 3 to be illustrated.

Die Plattform P ist kurbelartig ausgebildet und verfügt über einen ersten und zweiten Plattformabschnitt P1, P2. Beide Plattformabschnitte P1, P2 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel stab- bzw. wellenförmig ausgebildet und verfügen jeweils über eine den Plattformabschnitten P1, P2 zuordenbare Raumachse R1, R2, die parallel zueinander und radial beabstandet zueinander angeordnet sind. Beide Plattformabschnitte P1, P2 sind starr miteinander verbunden, beispielsweise mittels eines orthogonal zu beiden Raumachsen R1, R2 orientierten Verbindungssteges VB der Länge r.The platform P is crank-shaped and has first and second platform sections P1, P2. Both platform sections P1, P2 are in the embodiment shown rod-shaped or wave-shaped and each have a the P1, P2 space sections assignable spatial axis R1, R2, which are arranged parallel to each other and radially spaced from each other. Both platform sections P1, P2 are rigid with each other connected, for example by means of an orthogonal to both spatial axes R1, R2 oriented connecting web VB of length r.

Die Plattform P ist in der in 1a schematisiert dargestellten Ausführungsform an jeweils drei unterschiedlichen plattformseitigen Befestigungsbereichen I, II und III mit den seilartig ausgebildeten Verbindungselementen V_i,j verbunden, so dass die Verbindungselemente V_i,j jeweils einseitig axial fest zur und drehbar um die entsprechende erste bzw. zweite Raumachse R1, R2 an der Plattform P angebracht sind. Die anderen Enden der seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V_i,j sind mit Windenantrieben verbunden (nicht dargestellt), die jeweils an den mechanischen Gegenlagern G_i,j mit i, j = 1 bis 4 angebracht sind.The platform P is in the in 1a schematically illustrated embodiment connected to three different platform-side mounting areas I, II and III with the rope-like connecting elements V _{i, j} , so that the connecting elements V _{i, j} each axially fixed to one and rotatable about the respective first and second spatial axis R1, R2 are attached to the platform P. The other ends of the cord-shaped connecting elements V _{i, j} are connected to winch drives (not shown) which are respectively attached to the mechanical counter bearings G _{i, j} with i, j = 1 to 4.

Die mit dem ersten Plattformabschnitt P1 in Wirkverbindung stehenden Verbindungselemente V₂₁, V₂₂, V₂₃, V₂₄ sowie V₃₁, V₃₂, V₃₃, V₃₄, dienen der räumlichen Positionierung sowie einer raumstabilen Lagerung der dem ersten Plattformabschnitt P1 zuordenbaren Raumachse R1. Die mit dem zweiten Plattformabschnitt P2 im Plattformbereich III verbundenen, seilartigen Verbindungselemente V₁₁, V₁₂, V₁₃, V₁₄ werden bezüglich ihrer Längen derart aufeinander abgestimmt variiert, so dass der zweite Plattformabschnitt P2 auf einer in 1a strichliert gezeichneten Kreisbahn K mit einer vorgegebenen Drehrichtung um die erste Raumachse R1 bewegt wird. Nach einer vollständigen Umdrehung der zweiten Plattformabschnittes P2, die ausschließlich auf aufeinander abgestimmte Längenänderungen der seilartigen Verbindungselementen V₁₁, V₁₂, V₁₃, V₁₄ beruht, kehrt diese in ihre Ausgangslage zurück, ohne jedwede Überkreuzung oder Umschlingung der mit dem zweiten Plattformabschnitt P2 verbundenen seilartigen Verbindungselemente V_1,j mit j = 1, 2, 3, 4. Auf diese Weise ist es möglich, die kreisförmige Bewegung des zweiten Plattformabschnittes P2 beliebig oft zu wiederholen, wodurch eine endlose Rotation des ersten Plattformabschnittes P1 um die Raumachse R1 möglich wird.The connecting elements V ₂₁ , V ₂₂ , V ₂₃ , V ₂₄ and V ₃₁ , V ₃₂ , V ₃₃ , V ₃₄ that are operatively connected to the first platform section P1 serve for the spatial positioning and a space-stable mounting of the spatial axis R1 that can be assigned to the first platform section P1 , The rope-like connecting elements V ₁₁ , V ₁₂ , V ₁₃ , V ₁₄ connected to the second platform section P 2 in the platform region III are varied with respect to one another in terms of their lengths, so that the second platform section P ₂ is mounted on an inward one 1a dashed circle drawn K is moved with a predetermined direction of rotation about the first spatial axis R1. After a complete revolution of the second platform section P2, which is based exclusively on coordinated changes in length of the cable-like connecting elements V ₁₁ , V ₁₂ , V ₁₃ , V ₁₄ , this returns to its original position, without any crossover or wrap the connected to the second platform section P2 rope-like connecting elements V _{1, j} with j = 1, 2, 3, 4. In this way it is possible to repeat the circular movement of the second platform section P2 as often as possible, whereby an endless rotation of the first platform section P1 about the spatial axis R1 is possible ,

Um zu vermeiden, dass die einzelnen seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V_2,j, V_3,j mit j = 1, 2, 3, 4 sowohl zu Zwecken der Plattformpositionierung als auch Plattformdrehung in gegenseitigen Kontakt geraten, gilt es, die plattformseitigen sowie auch die zu Seiten der statischen Gegenlager befindlichen Verbindungsstellen der seilartig ausgebildeten Verbindungselemente geeignet aufeinander abgestimmt räumlich zu wählen. In dem in 1a illustrierten Ausführungsbeispiel befinden sich zum einen die jedem einzelnen plattformseitigen Befestigungsbereich I, II, III zuordenbaren mechanischen Gegenlager G_1,j, G_2,j, G_3,j mit j = 1, 2, 3, 4 jeweils in einem größtmöglichen gegenseitigen Abstand um die jeweilige Raumachse R1 bzw. R2. Zum anderen befinden sich die Gegenlager G_2,j, G_3,j mit j = 1, 2, 3, 4 vorzugsweise jeweils innerhalb getrennter Ebenen E2, E3, die einen gegenseitigen, vorzugsweise vertikalen Abstand besitzen. In gleicher Weise befinden sich die Gegenlager G_1,j in einer separaten Ebene E1, die gegenüber den Ebenen E2 und E3 signifikant, vorzugsweise vertikal, beabstandet ist.In order to avoid that the individual rope-shaped connecting elements V _{2, j} , V _{3, j} come into mutual contact with j = 1, 2, 3, 4 both for purposes of platform positioning and platform rotation, it is the platform-side as well as the on the sides of the static abutment located connecting points of the rope-like fasteners suitably coordinated to choose spatially. In the in 1a illustrated embodiment are on the one hand, each individual platform-side mounting portion I, II, III assignable mechanical abutment G _{1, j} , G _{2, j} , G _{3, j} with j = 1, 2, 3, 4 each in a maximum possible mutual distance the respective spatial axis R1 or R2. On the other hand, the abutments G _{2, j} , G _{3, j} with j = 1, 2, 3, 4 preferably each within separate planes E2, E3, which have a mutual, preferably vertical distance. In the same way, the abutments G _{1, j are located} in a separate plane E1, which is significantly, preferably vertically, spaced from the planes E2 and E3.

Durch die längliche Ausbildung des ersten Plattformabschnittes P1 und die längs der Raumachse R1 axial beabstandeten Befestigungsbereiche I und II ist es ebenso möglich, die Befestigungsebenen E3 und E3 zusammenzulegen in einer gemeinsamen Befestigungsebene E*.Due to the elongated design of the first platform section P1 and along the spatial axis R1 axially spaced mounting areas I and II, it is also possible to merge the mounting planes E3 and E3 in a common mounting plane E *.

Nicht notwendigerweise ist es erforderlich, dass die jeden einzelnen Befestigungsbereich I, II, III zuordenbaren mechanischen Gegenlager in einer einheitlichen Befestigungsebene angebracht sind, gleichwohl ist es erforderlich, die entsprechenden Gegenlager relativ zur geometrischen Ausgestaltung der Plattform P derart räumlich zu verteilen, so dass die vorstehend angesprochenen Kontakte bzw. Überkreuzungen zweier seilartig ausgebildeter Verbindungselemente sicher ausgeschlossen werden können.It is not necessarily required that the mechanical abutment assignable to each individual attachment region I, II, III be mounted in a uniform attachment plane, however, it is necessary to spatially distribute the respective abutment relative to the geometric configuration of the platform P such that the above addressed contacts or crossovers of two rope-like fasteners can be safely excluded.

In dem in 1a illustrierten Ausführungsbeispiel stehen mit der Plattform P in den jeweiligen Befestigungsbereichen I, II, III vier seilartige Verbindungselemente V_i,j in Wechselwirkung. Die Anzahl der pro Befestigungsbereich mit der Plattform P verbundenen seilartigen Verbindungselemente V_i,j kann fallabhängig variieren. So reichen beispielsweise lediglich drei seilartige Verbindungselemente aus, um den zweiten Plattformabschnitt P2 koordiniert auf der Kreisbahn K um die erste Raumachse R1 zu führen.In the in 1a illustrated embodiment, four rope-like connecting elements V _{i, j} interact with the platform P in the respective attachment areas I, II, III. The number of rope-like connecting elements V _{i, j} connected per attachment area to the platform P can vary depending on the case. For example, only three cable-like connecting elements are sufficient to guide the second platform section P2 in a coordinated manner on the circular path K about the first spatial axis R1.

Ferner ist es denkbar, zur raumstabilen Positionierung des ersten Plattformabschnitts P1 lediglich drei seilartig ausgebildete Verbindungselemente vorzusehen, die jeweils an axial unterschiedlichen Stellen längs des ersten Plattformabschnittes P1 mit diesem in Wirkverbindung stehen. Selbstredend sollten in diesem Fall die drei Verbindungselemente einen möglichst großen azimutahlen Abstand um die erste Raumachse einnehmen. Das Gleiche gilt auch für eine mögliche kreisförmige Auslenkung des zweiten Plattformabschnittes P2 um die Raumachse R1 mit Hilfe wenigstens dreier seilartig ausgebildeter Verbindungselemente, die längs des zweiten Plattformabschnittes P2 an jeweils axial unterschiedlichen Verbindungsstellen mit dem zweiten Plattformabschnitt in Wirkverbindung stehen.Furthermore, it is conceivable to provide, for the space-stable positioning of the first platform section P1, only three cable-like connecting elements which are in operative connection with the latter at axially different locations along the first platform section P1. Needless to say, in this case, the three connecting elements should occupy the largest possible azimuthal distance around the first spatial axis. The same also applies to a possible circular deflection of the second platform section P2 about the spatial axis R1 with the aid of at least three rope-like connecting elements, which are in operative connection along the second platform section P2 at respectively axially different connection points with the second platform section.

Alternativ zu der im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 1a erläuterten endlosen Drehung der Plattform um die Raumachse R1 ist es gleichsam möglich, eine endlose Drehung der Plattform P um die Raumachse R2 des zweiten Plattformabschnittes P2 zu realisieren. Hierzu bedarf es einer raumstabilen Lagerung des zweiten Plattformabschnittes P2 mit Hilfe der am Befestigungsbereich III angreifenden seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V_1,j. Zur Ausübung der Drehbewegung des ersten Plattformabschnittes P1 um die Raumachse R2 bedarf es der koordinierten Längenänderung der seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V_2,j sowie V_3,j.Alternatively to that in connection with the embodiment according to 1a explained endless rotation of the platform about the spatial axis R1, it is almost possible, an endless rotation of the platform P to the spatial axis R2 of the second Platform section P2 to realize. For this purpose, a space-stable mounting of the second platform section P2 is required with the aid of the connecting element III engaging rope-like connecting elements V _{1, j} . To exercise the rotational movement of the first platform section P1 about the spatial axis R2 requires the coordinated change in length of the rope-like connecting elements V _{2, j} and V _{3, j} .

In 1b ist eine Prinzipskizze für eine technische Realisierungsform der in 1a schematisiert dargestellten, kurbelartig ausgebildeten Plattform illustriert.In 1b is a schematic diagram for a technical realization of the in 1a illustrated schematically illustrated, crank-shaped platform.

In 1b sind funktionsgleiche Komponenten verglichen mit dem Ausführungsbeispiel in 1a mit unveränderten Bezugszeichen versehen, so dass auf eine wiederholte Erläuterung verzichtet wird.In 1b are functionally equivalent components compared to the embodiment in 1a provided with unchanged reference numerals, so that a repeated explanation is omitted.

Zur raumstabilen Lagerung des ersten Plattformabschnitts P1 sind in den Befestigungsbereichen I und II jeweils zwei ringartig ausgebildete Einachs-Drehlager 1, 2 axialfest längs zur Raumachse R1 angebracht. Die Einachs-Drehlager 1, 2 verfügen über radial außen liegende, drehbar gelagerte Ringe 1r, 2r, an denen jeweils einseitig endseitig die seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V2,_j sowie V3,_j fest angebracht sind. Somit vermag sich der erste Plattformabschnitt P1 relativ zu den Drehlagerringen 1r, 2r und den damit verbundenen seilartigen Verbindungselementen V_2,j, V_3,j um die Raumachse R1 frei zu drehen. In gleicher Weise ist längs der Raumachse R2 am zweiten Plattformabschnitt P2 ein entsprechend ringartig ausgebildetes Einachs-Drehlager 3 angebracht, an dessen Umfangskontur die seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V_1,j fest angebracht sind. In bevorzugter Weise eignen sich für die Einachs-Drehlager 1, 2, 3 Gleit- oder Wälzlager, die es vermögen, radiale als auch axiale Zugkräfte aufzunehmen.For space-stable storage of the first platform portion P1 are in the attachment areas I and II each two ring-shaped single-axis pivot bearing 1 . 2 axially fixed longitudinally to the spatial axis R1 attached. The single-axle pivot bearings 1 . 2 have radially outboard, rotatably mounted rings 1r . 2r , on each of which the cable-like connecting elements V2, _j and V3, _{j are} fixedly attached at one end. Thus, the first platform portion P1 can relative to the pivot bearing rings 1r . 2r and the associated cable-like connecting elements V _{2, j} , V _{3, j} to rotate freely about the spatial axis R1. In the same way along the spatial axis R2 on the second platform section P2 is a correspondingly ring-shaped single-axis pivot bearing 3 attached to the peripheral contour of the rope-like connecting elements V _{1, j are} firmly attached. Preferably, the single-axis pivot bearings are suitable 1 . 2 . 3 Sliding or rolling bearings, which are able to absorb radial and axial tensile forces.

Am unteren Ende des ersten Plattformabschnittes P1 ist eine Verbindungsstruktur 4 angebracht, an der ein beliebig ausgestalteter, nicht dargestellter Drittkörper anbringbar ist. Der Drittkörper richtet sich je nach Einsatzzweck der lösungsgemäß ausgebildeten Roboteranordnung und kann beispielsweise in Form einer Inspektions- oder Handhabungseinheit ausgebildet sein, die lösungsgemäß in endloser Drehung um die Rotationsachse R1 drehbar gelagert ist.At the lower end of the first platform section P1 is a connection structure 4 attached to which an arbitrarily ausgestalteter, not shown third body is attachable. Depending on the intended use, the third body depends on the robot arrangement designed in accordance with the invention and can be designed, for example, in the form of an inspection or handling unit which is rotatably mounted in rotation in an endless rotation around the rotation axis R1.

In 2a ist eine schematisierte Darstellung einer doppelt gekröpft ausgebildeten, kurbelwellenartigen Plattform P gezeigt, die drei Plattformabschnitte P1, P2, P3 besitzt, von denen die Plattformabschnitte P1 und P3 längs einer gemeinsamen Raumachse R1 angeordnet sind. Dem zweiten Plattformabschnitt P2 ist eine parallel zur ersten Raumachse R1 orientierte zweite Raumachse R2 zugeordnet, die zur ersten Raumachse einen radialen Abstand r aufweist. An jeden der drei längs der Plattform P verteilt angeordneten Befestigungsbereiche I, II, III greifen jeweils drei seilartig ausgebildete Verbindungselemente an, die gleichsam wie im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel, axialfest sowie drehbar zu den jeweiligen Raumachsen R1, R2 angebracht sind. Es sei angenommen, dass der zweite Plattformabschnitt P2 eine um die Raumachse R1 gerichtete Kreisbewegung längs der Kreisbahn K durch entsprechende Längenänderung der an diesem Plattformabschnitt P2 angreifenden seilartig ausgebildeten Verbindungselementen V2,_j mit j = 1, 2, 3. Die mit dem ersten und dritten Plattformabschnitt P1 bzw. P3 verbundenen seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V1,_j sowie V3,_j sind in ihren Längen derart aufeinander abgestimmt, so dass der erste und dritte Plattformabschnitt P1, P3 längs zur Raumachse R1 raumstabil gelagert sind. Eine technische Realisierungsform der in 2a schematisierten Roboteranordnung zeigt 2b. Zur axial festen, jedoch drehbaren Anbringung der plattformseitigen Enden der seilartig ausgebildeten Verbindungselemente dienen Einachs-Drehlager 1, 2, 3, vergleichbar zu den in 1b erläuterten Einachs-Drehlagern. Zu Zwecken der Anbringung eines beliebigen Drittkörpers (nicht dargestellt), sieht der untere erste Plattformabschnitt P1 eine Aufnahmestruktur bzw. eine Verbindungsstruktur 4 vor.In 2a is a schematic representation of a double cranked, crankshaft-like platform P shown having three platform sections P1, P2, P3, of which the platform sections P1 and P3 along a common spatial axis R1 are arranged. The second platform section P2 is associated with a second spatial axis R2 which is oriented parallel to the first spatial axis R1 and has a radial distance r from the first spatial axis. Attached to each of the three along the platform P arranged mounting areas I, II, III each engage three rope-like connecting elements, which as it were in the above-described embodiment, axially fixed and rotatable to the respective spatial axes R1, R2 are mounted. It is assumed that the second platform section P2 a directed around the spatial axis R1 circular motion along the circular path K by corresponding change in length of attacking at this platform section P2 rope-like connecting elements V2, _j with j = 1, 2, 3. The with the first and third Platform section P1 and P3 connected cord-like connecting elements V1, _j and V3, _j are coordinated in their lengths to one another, so that the first and third platform section P1, P3 are mounted stable to the space axis R1. A technical realization of the in 2a schematic robot arrangement shows 2 B , For axial fixed, but rotatable attachment of the platform-side ends of the rope-like fasteners serve Einachs pivot bearings 1 . 2 . 3 , comparable to those in 1b explained one-axle pivot bearings. For the purpose of attaching any third body (not shown), the lower first platform portion P1 sees a receiving structure and a connecting structure, respectively 4 in front.

Eine weitere bevorzugte alternative Ausführungsform für die Plattform P ist in den 3a, b illustriert. 3a zeigt eine schematisierte Darstellung, 3b eine technische Realisierungsform einer in Art einer Kurbelwelle ausgebildeten Plattform mit mehreren Kröpfungen. An jeden der einzelnen Plattformabschnitten P1, P2, P3 greifen jeweils drei seilartig ausgebildete Verbindungselemente V1_j, V2_j, V3_j mit j = 1, 2, 3 an. Es sei angenommen, dass die Plattformabschnitte P1 und P3 jeweils auf den in 1a eingezeichneten Kreislinien K, K' mit den dort durch Pfeilen angegebenen Drehrichtungen um die Raumachse R umlaufen. Aufgrund der antagonistischen Kraftwirkung längs der seilartigen Verbindungselemente V_1,j sowie V_3j können jeweils an dem untersten und obersten Plattformabschnitt P1, P3 auch weniger Verbindungselemente als die in der 3a angegebenen drei Verbindungselemente vorgesehen werden.Another preferred alternative embodiment for the platform P is shown in FIGS 3a , b illustrated. 3a shows a schematic representation, 3b a technical realization of a designed in the form of a crankshaft platform with multiple cranks. To each of the individual platform sections P1, P2, P3 three roped connection elements engage _j V1, V2 _j, V3 _j with j = 1, 2, 3 at. It is assumed that the platform sections P1 and P3 respectively correspond to those in FIG 1a drawn circle lines K, K 'with the rotation directions indicated there by arrows around the spatial axis R. Due to the antagonistic force effect along the rope-like connecting _elements V _{1, J} and V _3j also fewer connecting _elements than those in the. In the bottom and top platform section P1, P3 3a specified three connecting elements are provided.

In 3b ist eine technische Realisierungsform der mehrfach gekröpften kurbelwellenartig ausgebildeten Plattform P dargestellt, bei der in jedem Plattformabschnitt P1, P2, P3 ein jeweils axial fest und drehbares Einachs-Drehlager 1, 2, 3 angebracht ist. Sämtliche seilartig ausgebildeten Verbindungselemente verbleiben sowohl zu Zwecken der räumlichen Positionierung als auch zur Drehung der Plattform P kontinuierlich gegenüber ihren jeweiligen mechanischen Gegenlagern G1_j gespannt, wie dies auch in allen übrigen Ausführungsbeispielen der Fall ist.In 3b is a technical realization of the multi-cranked crankshaft-shaped platform P shown in which in each platform section P1, P2, P3 each axially fixed and rotatable single-axis pivot bearing 1 . 2 . 3 is appropriate. All cable-like connecting elements remain both for purposes of spatial positioning as well as rotation of the platform P continuously with respect to their respective mechanical abutments G1 _j tense, as is the case in all other embodiments.

4a, b zeigen zwei alternative Ausführungsbeispiele zur räumlichen Positionierung und Fixierung der Plattform P, die, wie im Fall des in 1a, b gezeigten Ausführungsbeispiels, kurbelwellenartig ausgebildet ist. Zur Befestigung des ersten Plattformabschnittes P1 sieht die in 4a illustrierte Ausführungsvariante zwei räumlich getrennt ausgebildete Einachs-Drehlager 1, 2 vor, die axial separat längs des ersten Plattformabschnittes P1 angebracht sind. Die mit diesen verbundenen seilartigen Verbindungselemente V2_j sowie V3_j vermögen die Plattform P in einer vorgebbaren Raumlage stabil zu halten. Durch entsprechende Längenänderung der mit dem Einachs-Drehlager 3 verbundenen seilartigen Verbindungselemente V1_j wird eine Endlosdrehung der Plattform P um die Raumachse R1 realisiert. 4a , b show two alternative embodiments for the spatial positioning and fixing of the platform P, which, as in the case of in 1a , b embodiment shown, is formed like a crankshaft. For attachment of the first platform section P1 sees in 4a illustrated embodiment, two spatially separated single-axis pivot bearing 1 . 2 which are mounted axially separately along the first platform section P1. The associated with these rope-like connecting elements V2 _j and V3 _j assets to keep the platform P stable in a predeterminable spatial position. By appropriate change in length with the single-axis pivot bearing 3 connected rope-like connecting elements V1 _j is an endless rotation of the platform P realized by the spatial axis R1.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel in 2a umfasst ein hülsenartig ausgebildetes Einachs-Drehlager 1* weitgehend den gesamten axialen Bereich der ersten Plattform P1. Die Drehung erfolgt in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel gemäß 4a. Alternativ zur in 4b dargestellten Anbringung der seilartig ausgebildeten Verbindungselemente V_2,j und V_3,j mit j = 1, 2, 3, können auch lediglich nur drei Verbindungselemente mit dem hülsenartig ausgebildeten Einachs-Drehlagers 1* verbunden sein, die für eine raumstabile Positionierung und Halterung der Plattform P sorgen.In contrast to the embodiment in 2a includes a sleeve-like trained single-axis pivot bearing 1* largely the entire axial area of the first platform P1. The rotation takes place in the same way as in the embodiment according to FIG 4a , Alternatively to in 4b shown attachment of the rope-like connecting elements V _{2, j} and V _{3, j} with j = 1, 2, 3, also only three connecting elements with the sleeve-like Einachs pivot bearing can 1* be connected, which provide a space-stable positioning and mounting of the platform P.

In beiden Fällen dient eine Verbindungsstruktur 4 zur Aufnahme eines beliebig ausgebildeten Drittkörpers (nicht dargestellt).In both cases, a connection structure is used 4 for receiving an arbitrarily formed third body (not shown).

In allen illustrierten Ausführungsbeispielen ist die Plattform P um eine Drehachse endlos drehbar gelagert, die einer Vertikalachse entspricht. Die Drehachse kann jedoch auch beliebig verschwenkt oder gar horizontal ausgerichtet werden. Hierzu ist lediglich die räumliche Anordnung der mechanischen Gegenlager relativ zur Plattform geeignet zu wählen. Auch ist es denkbar, die räumliche Lage der mechanischen Gegenlager beweglich auszuführen, beispielsweise durch Anbringung der Gegenlager an einem dreh- oder schwenkbar ausgebildeten Tragrahmen, wodurch eine Lagevariation der Endlosdrehachse auch während der Durchführung der Drehung möglich wird.In all illustrated embodiments, the platform P is mounted for rotation about an axis of rotation endless, which corresponds to a vertical axis. However, the axis of rotation can also be arbitrarily pivoted or even aligned horizontally. For this purpose, only the spatial arrangement of the mechanical counter bearing relative to the platform is suitable to choose. It is also conceivable to perform the spatial position of the mechanical abutment movable, for example by attachment of the abutment on a rotatable or pivotable support frame, whereby a position variation of the endless rotational axis is also possible during the execution of the rotation.

Zur Realisierung der lösungsgemäßen Seilroboteranordnung eignen sich des weiteren die nachfolgend aufgezählten Variationsmöglichkeiten:
Die seilartig ausgebildeten Verbindungselemente bestehen vorzugsweise aus Stahlseilen, Kunststofffaserseilen, Hanfseilen oder Ähnlichem. Neben Seilen können auch vergleichbare biegeschlaffe Antriebselemente zum Einsatz kommen, wie beispielsweise textile Bänder, Riemen, Ketten, Gurte etc.For realizing the cable robot arrangement according to the invention, the variation possibilities enumerated below are also suitable:
The rope-like connecting elements are preferably made of steel cables, plastic fiber ropes, hemp ropes or the like. In addition to ropes, comparable pliable drive elements can also be used, such as textile tapes, belts, chains, straps, etc.

Die Änderung der Seillängen erfolgt in vorteilhafter Weise mit Hilfe motorisch angetriebener Seilwinden, Umschlingungstrieben oder Linearantrieben, welche mit oder ohne Flaschenzug die Seillänge zu variieren vermögen. Ebenso ist eine Seillängenänderung auch durch gezieltes kontrolliertes Verdrillen der einzelnen Seile möglich.The change of the cable lengths is carried out in an advantageous manner by means of motor-driven winches, belt drives or linear drives, which can vary the rope length with or without pulley. Similarly, a rope length change is also possible by targeted controlled twisting of the individual ropes.

Eine weitere mögliche Realisierungsform zur Ausbildung eines seilartigen Verbindungselementes stellen biegeschlaffe, längenveränderliche Antriebselemente, in Form von pneumatischen Muskeln dar.Another possible realization form for forming a rope-like connecting element are pliable, variable-length drive elements, in the form of pneumatic muscles.

Eine weitere alternative Realisierungsform sieht die Anbringung der die einzelnen Längen der seilartigen Verbindungselemente veränderlichen Antriebe am Ort der Plattform selbst vor.Another alternative embodiment provides for the attachment of the individual lengths of the rope-like connecting elements variable drives at the site of the platform itself.

Selbstverständlich können die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombiniert werden.Of course, the embodiments described above can be combined with each other.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

PP: Plattformplatform
P1, P2, P3P1, P2, P3: Plattformabschnitte Mechanisches GegenlagerPlatform sections Mechanical counter bearing
V_i,j V _{i, j}: Verbindungselementefasteners
RR: Raumachsespatial axis
R1R1: Erste RaumachseFirst space axis
R2R2: Zweite RaumachseSecond space axis
1r, 2r1r, 2r: drehbar gelagerte Ringerotatably mounted rings
rr: Radialer AbstandRadial distance
K, K'K, K ': Kreisliniecircle line
I, II, IIII, II, III: Plattformseitige BefestigungsbereichePlatform-side mounting areas
1, 2, 31, 2, 3: Einachs-DrehlagerSingle-axis rotary bearings
1*1*: Hülsenartig ausgebildetes Einachs-DrehlagerSleeve-like single axle pivot bearing
44: Verbindungsstrukturconnecting structure
VBVB: Verbindungsstegconnecting web
E1, E2, E3E1, E2, E3: Befestigungsebenenattachment levels
E*e *: Gemeinsame BefestigungsebeneCommon attachment level

Claims

Robot arrangement in the manner of a parallel cable robot, with at least one by means of non-rigid, variable length, exclusively tensile forces transmitting connecting elements (V _{i, j} ) spatially cantilevered support structure with which the connecting elements on the one hand in operative connection and on the other hand each with a Längenveränderlichkeit a single connecting element (V _{i, j} ) causing the drive are connected, wherein the Drives on spatially distributed around the at least one support structure arranged thrust bearings (G _{i, j} ) are attached, and with a coordinated drives driving the control unit, characterized in that the support structure comprises at least a first and a second support structure component, each with at least two Connecting elements (V _{i, j} ) are in operative connection, that is provided with the at least two spatially separate support structure components in operative connection platform (P) having a first platform portion (P1), which a first spatial axis (R1) can be assigned, and a provided with the first platform portion (P1) spatially fixed second platform portion (P2) to which a second spatial axis (R2) is assigned, which is parallel to the first spatial axis (R1) and radially spaced therefrom that the at least first support structure component axially fixed to and rotatable about the first spatial axis (R1) on the first platform section (P1), and the at least second support structure component is axially fixed to and rotatable about the second spatial axis (R2) on the second platform section (P2) and that the at least two support structure components extend along and along the platform (P) the connecting elements (V _{i, j} ) are in operative connection abutment (G _{i, j} ) arranged spatially, so that by driving the drives by means of the control unit either one on the at least second support structure component about the first spatial axis (R1) oriented torque for purposes an endless rotation of the platform (P) oriented around the first spatial axis (R1) or a torque oriented about the second spatial axis (R2) over the at least first support structure component for the purpose of endless rotation of the second space axis (R2) Platform (P) can be generated.

Robot arrangement according to claim 1, characterized in that the support structure components each as a single-axis pivot bearing ( 1 . 2 . 3 ) are formed, which comprise at least one axial portion of the respective platform portion (P1, P2) about the spatial axis (R1, R2) and have a radially outer freely accessible surface, with which the at least two connecting elements (V _{i, j} ) are in operative connection ,

Robot arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the platform (P) is at least partially formed in the manner of a crank, with at least two parallel oriented and with a lateral distance (r) rigidly interconnected shaft sections, of which a first shaft portion of the first Platform section (P1) and a second shaft section corresponds to the second platform section (P2).

Robot arrangement according to 3, characterized in that along at least one of the two shaft sections, directly or indirectly, a connection structure ( 4 ) is attached, via which the platform (P) is connectable to a third body.

Robot arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that at least one of the single-axis pivot bearing ( 1 . 2 . 3 ) formed support structure components sleeve-like or ring-like and has a radially outer sleeve or ring outer side, on which at least two connecting elements (V _{i, j} ) are fixedly mounted on one side.

Robot arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the abutments (G _{i, j} ) which can be assigned to the at least two separate support structure components via the connecting elements (V _{i, j} ) operatively connected to them are either in a common plane (E). or in each case in mutually parallel planes (E1, E2, E3) are arranged, so that the standing with the at least two support structure components in operative connection connecting elements (V _{i, j} ) do not intersect.

Robot arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that each of a support structure component via the standing in operative connection with these connecting elements (V _{i, j} ) assignable counter-bearing (G _{i, j} ), each with a maximum mutual distance from each other to the support structure components assignable spatial axis (R1, R2) of the respective platform portion (P1, P2) are arranged distributed.

Robot arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the abutments (V _{i, j} ) are mounted on at least one fixed mounting structure fixing a three-dimensional movement space within which the platform (P) by means of the variable-length connecting elements (V _{i, j} ) can be positioned and about the respective spatial axis (R1, R2) is rotatable.

Robot arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one abutment (G _{i, j} ) relative to the other abutments (G _{i, j} ) is movably mounted on the mounting structure.

Method for driving a robotic arrangement in the manner of a parallel cable robot according to claims 1 to 9, whose platform (P) indirectly via motor-driven, variable-length connecting elements (V _{i, j} ) is supported and spatially positioned, wherein the connecting elements (V _{i, j} ) on the one hand with the platform (P) carrying support structure and on the other with abutments (G _{i, j} ) attached Drives are operatively connected, characterized in that the platform (P) is supported by at least two spatially separated support structure components, which are in operative connection with the connecting elements (V _{i, j} ), that the lengths of the standing with the support structure components in operative connection connecting elements (V _{i, j} ) are chosen such that the platform (P) along a platform (P) passing through space axis (R1, R2) is kept stable by at least one support structure component, while the lengths of the standing with the other support structure component connecting elements (V _{i, j} ) are dynamically changed in such a way that via the other Tr agstrukturkomponente a about the spatial axis (R1, R2) oriented torque acting on the platform (P).