DE102015003919A1

DE102015003919A1 - Measuring rod and use of the measuring rod for measuring tasks

Info

Publication number: DE102015003919A1
Application number: DE102015003919.9A
Authority: DE
Inventors: Klaus Meeners; Franz Ehrenleitner
Original assignee: EB-INVENT GmbH; Daimler AG; EB INVENT GmbH
Current assignee: EB-INVENT GmbH; EB INVENT GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-03-29
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messstab zur Aufnahme von Kräften in dessen Achsrichtung mit wenigstens einem integrierten Sensorelement und wenigstens zwei Lagerelementen, wobei der Messstab (94) durch eine monolithische Lagerung (96) und einstückig damit verbundene Zug- und/oder Drucksensoren (54) gebildet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verbindungsvorrichtung (10) zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters, mit einer Roboterplattform (12) als erster Plattform, welche an der Achse des Roboters befestigbar ist, mit einer Werkzeugträgerplattform (14) als zweiter Plattform, an welcher der Werkzeugträger befestigbar ist, und mit einer Führungseinrichtung (40), mittels welcher die Plattformen bezogen auf drei orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen drehfest miteinander verbunden und entlang der drei Raumrichtungen relativ zueinander verschiebbar geführt sind, wobei relativ zueinander bewegbare Bauelemente (86, 88) der Verbindungsvorrichtung (10) einstückig miteinander ausgebildet und über wenigstens eine einstückig mit den relativ zueinander bewegbaren Bauelementen (86, 88) ausgebildete monolithische Lagerung (90) miteinander verbunden sind.The invention relates to a measuring rod for receiving forces in its axial direction with at least one integrated sensor element and at least two bearing elements, wherein the measuring rod (94) by a monolithic bearing (96) and integrally connected to train and / or pressure sensors (54) is formed , Furthermore, the invention relates to a connecting device (10) for connecting a tool carrier to an axis of a robot, with a robot platform (12) as a first platform, which can be fastened to the axis of the robot, with a tool carrier platform (14) as a second platform on which the tool carrier can be fastened, and with a guide device (40), by means of which the platforms relative to three mutually orthogonal directions in space rotatably connected to each other and guided along the three spatial directions relative to each other, relative to each other movable components (86, 88) of the connecting device (10) integrally formed with each other and at least one integrally with the relatively movable components (86, 88) formed monolithic bearing (90) are interconnected.

Description

Die Erfindung betrifft einen Messstab zur Aufnahme von Kräften in seiner Achsrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie dessen Verwendung für allgemeine Messaufgaben. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 3.The invention relates to a measuring rod for receiving forces in its axial direction according to the preamble of claim 1 and its use for general measurement tasks. Furthermore, the invention relates to a connecting device for connecting a tool carrier with an axis of a robot according to the preamble of patent claim 3.

Ein solcher Messstab sowie eine solche Verbindungsvorrichtung sind aus der DE 10 2011 105 383 A1 als bekannt zu entnehmen. Dort ist eine Roboterplattform als erste Plattform gezeigt, welche an der Achse des Roboters befestigbar ist. Unter der Achse des Roboters ist beispielsweise ein Roboterarm zu verstehen, wobei der Roboter beispielsweise eine Mehrzahl von Achsen beziehungsweise Roboterarmen aufweist. Diese Roboterachsen sind miteinander verbunden und relativ zueinander bewegbar, so dass beispielsweise die Roboterplattform und ein an dem Roboter angeordnetes Werkzeug zum Durchführen wenigstens eines Arbeitsschrittes mittels des Roboters im Raum umherbewegt werden kann. Die bekannte Verbindungsvorrichtung umfasst ferner eine Werkzeugträgerplattform als zweite Plattform, an welcher der Werkzeugträger befestigbar ist. An dem Werkzeugträger wiederum kann das Werkzeug befestigt werden, so dass das Werkzeug unter Vermittlung der Verbindungsvorrichtung an der Achse des Roboters gehalten ist.Such a dipstick and such a connecting device are known from DE 10 2011 105 383 A1 to be known as known. There, a robot platform is shown as a first platform, which is attachable to the axis of the robot. By the robot's axis is meant, for example, a robot arm, wherein the robot has, for example, a plurality of axes or robot arms. These robot axes are connected to each other and movable relative to each other, so that, for example, the robot platform and arranged on the robot tool for performing at least one step by means of the robot can be moved around in space. The known connection device further comprises a tool carrier platform as a second platform to which the tool carrier can be fastened. In turn, the tool can be fastened to the tool carrier, so that the tool is held on the axis of the robot by means of the connecting device.

Die Verbindungsvorrichtung umfasst darüber hinaus eine Führungseinrichtung. Mittels der Führungseinrichtung sind die Plattformen bezogen auf drei orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen drehfest miteinander verbunden. Mittels der Führungseinrichtung sind die Plattformen entlang der drei Raumrichtungen relativ zueinander verschiebbar geführt. Dies bedeutet, dass die Plattformen zwar nicht um die drei Raumachsen relativ zueinander gedreht, jedoch entlang der drei Raumrichtungen relativ zueinander translatorisch bewegt werden können. Dies bedeutet auch, dass die Führungseinrichtung die drei rotatorischen Freiheitsgrade um die drei Raumachsen aufhebt.The connecting device further comprises a guide device. By means of the guide means, the platforms are rotatably connected to each other with respect to three mutually orthogonal spatial directions. By means of the guide device, the platforms along the three spatial directions are guided relative to each other displaceable. This means that although the platforms are not rotated about the three spatial axes relative to one another, they can be moved in a translatory manner along the three spatial directions relative to one another. This also means that the guide device cancels the three rotational degrees of freedom about the three spatial axes.

Hierdurch kann beispielsweise ein zwischen den Plattformen angeordneter und insbesondere piezoelektrischer Kraftsensor, mittels welchem Kräfte, die von einer der Plattformen auf die andere Plattform wirken, erfassbar sind, zumindest im Wesentlichen frei von Biegemomenten und somit Drehmomentbelastungen gehalten werden. Dadurch können mittels des Sensors entlang der drei Raumrichtungen wirkende Kräfte besonders präzise erfasst werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine durch einen Menschen bewirkte Führung des Roboters zu realisieren, wobei der Roboter exakt die Bewegungen des Menschen nachahmt. Dadurch können beispielsweise Menschen auch schwere Bauteile im Rahmen einer Montage bewegen. Die jeweilige Gewichtskraft der Bauteile übernimmt dabei der Roboter, die Steuerung des Roboters der Mensch. Dies kann beispielsweise mittels der Verbindungsvorrichtung umgesetzt werden. Die Umsetzung erfordert nämlich die präzise Erfassung von entlang der Raumrichtung wirkenden Kräften, wobei die Führungseinrichtung um die Raumrichtungen wirkende Drehmomente aufnehmen, das heißt abstützen, die entlang der linearen Freiheitsgrade (drei Raumrichtungen) wirkenden Kräfte jedoch an den wenigstens einen piezoelektrischen Kraftsensor durchleiten soll.As a result, for example, an arranged between the platforms and in particular piezoelectric force sensor, by means of which forces acting from one of the platforms on the other platform can be detected, at least substantially free of bending moments and thus torque loads are maintained. As a result, forces acting along the three spatial directions can be detected particularly precisely by means of the sensor. This makes it possible, for example, to realize a guided by a human leadership of the robot, wherein the robot exactly mimics the movements of man. As a result, for example, people can move heavy components during assembly. The respective weight of the components takes over the robot, the control of the robot man. This can be implemented, for example, by means of the connecting device. Namely, the implementation requires the precise detection of forces acting along the spatial direction, wherein the guide device absorbs torques acting around the spatial directions, that is, supports the forces acting along the linear degrees of freedom (three spatial directions) but should be transmitted to the at least one piezoelectric force sensor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Messstab zu schaffen, welcher zuverlässig und mit hoher Präzision die Kräfte in einer Koordinatenachse aufnimmt. Weiterhin ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die entlang der drei Raumrichtungen und bei Bedarf entlang der drei Rotationsachsen wirkenden Kräfte besonders präzise erfasst werden können.Object of the present invention is therefore to provide a dipstick which reliably and with high precision absorbs the forces in a coordinate axis. Furthermore, an object of the invention to provide a connecting device of the type mentioned, in which the forces acting along the three spatial directions and if necessary along the three axes of rotation forces can be detected very precisely.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Messstab mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a measuring rod with the features of claim 1 and a connecting device with the features of claim 3. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Messstab eine monolithische Lagerung sowie einstückig damit verbundene Zug- und/oder Drucksensoren umfasst.It is inventively provided that the measuring rod comprises a monolithic storage and integrally connected thereto tensile and / or pressure sensors.

Unter solchen monolithischen Einheiten sind Strukturen zu verstehen, welche Bewegungen der Bauelemente relativ zueinander nicht durch Verschiebungen relativ zueinander, sondern durch örtliche Verformung zulassen.Such monolithic units are to be understood as structures which permit movements of the components relative to one another not by displacements relative to one another, but by local deformation.

Um eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher entlang der drei Raumrichtungen wirkende Kräfte besonders präzise erfasst werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass relativ zueinander bewegbare Bauelemente der Verbindungsvorrichtung einstückig miteinander ausgebildet und über wenigstens eine einstückig mit den relativ zueinander bewegbaren Bauelementen ausgebildete monolithische Lagerung miteinander verbunden sind. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche Lagerungen wenigstens zwei separat voneinander ausgebildete und gelenkig miteinander verbundene Bauteile umfassen. Eine solche herkömmliche Lagerung ist beispielsweise ein Kugelgelenk, welches als erstes Bauteil einen Kugelkopf und als zweites Bauteil eine Kugelpfanne aufweist, in der der Kugelkopf zumindest teilweise aufgenommen ist. Der Kugelkopf und die Gelenkpfanne sind relativ zueinander bewegbar. Werden diese Bauteile relativ zueinander bewegt, so entsteht Reibung und somit eine Reibkraft, wobei diese Reibkraft die Erfassung von Kräften, die von einer der Plattformen auf die andere Plattform wirken, beeinflussen kann. Da nun jedoch eine monolithische Lagerung vorgesehen ist, umfasst die Lagerung beziehungsweise die Verbindung der Führungselemente keine mehreren, relativ zueinander bewegbaren Bauteile, so dass auch das Auftreten von Lager- beziehungsweise Reibungskräften vermieden werden kann.In order to provide a connecting device of the aforementioned type, in which forces acting along the three spatial directions can be detected particularly precisely, it is inventively provided that relatively movable components of the connecting device integrally formed with each other and at least one integrally with the relatively movable components trained monolithic storage are interconnected. The invention is based on the finding that conventional bearings comprise at least two separately formed and hingedly interconnected components. Such a conventional mounting is, for example, a ball joint, which as a first component a ball and a second component a ball socket, in which the ball head is at least partially received. The ball head and the socket are movable relative to each other. If these components are moved relative to one another, the result is friction and thus frictional force, which frictional force can influence the detection of forces acting on the other platform from one of the platforms. However, since now a monolithic bearing is provided, the bearing or the connection of the guide elements does not comprise a plurality of relatively movable components, so that the occurrence of bearing or friction forces can be avoided.

Darüber hinaus liegt der Erfindung die Idee zugrunde, dass zum Erfassen von entlang der drei Raumrichtungen wirkenden Kräften lediglich Mikrobewegungen eines der Bauelemente relativ zu dem anderen Bauelement erforderlich und somit ausreichend sind. Dadurch können anstelle herkömmlicher Lager wie beispielsweise Kugelgelenke monolithische Strukturen verwendet werden, über welche die Bauelemente einstückig miteinander ausgebildet und miteinander verbunden sind. Derartige monolithische Strukturen lassen Mikrobewegungen zwischen den Bauelementen zu, so dass eine hinreichende Bewegung der Plattformen relativ zueinander und in die drei Raumrichtungen möglich ist. Gleichzeitig ermöglichen die monolithischen Strukturen jedoch das Aufheben der rotatorischen Freiheitsgrade.In addition, the invention is based on the idea that only micro-movements of one of the components relative to the other component are required and thus sufficient for detecting forces acting along the three spatial directions. As a result, instead of conventional bearings such as ball joints monolithic structures can be used, via which the components are integrally formed with each other and interconnected. Such monolithic structures allow micro-movements between the components, so that a sufficient movement of the platforms relative to each other and in the three spatial directions is possible. At the same time, however, the monolithic structures enable the cancellation of the rotational degrees of freedom.

Unter solchen monolithischen Strukturen beziehungsweise monolithischen Lagerungen sind Strukturen zu verstehen, welche Bewegungen der Bauelemente relativ zueinander nicht durch Verschiebungen relativ zueinander, sondern durch örtliche Verformung zulassen. Durch das Fehlen einer solchen Relativverschiebung kann auch eine Gegenkraft durch ein Lagermoment im Zusammenwirken mit einer Lagerreibung entstehen. Einzig Kräfte durch die Verformung der monolithischen Strukturen wirken einer Messkraft entgegen. Da jedoch die Bewegungen sehr klein sind und beispielsweise im Zehntel Millimeterbereich erfolgen, ist auch eine die der Messkraft entgegenwirkende Kraft sehr gering und wirkt nur noch durch diese Bewegung, aber nicht durch die Kraftwirkung. Somit ist ein Lastmoment für die Messung von Kräften, die von einer der Plattformen auf die andere Plattform entlang der Raumrichtung wirken, unwirksam.Under such monolithic structures or monolithic bearings structures are to be understood, which allow movements of the components relative to each other not by shifts relative to each other, but by local deformation. Due to the absence of such a relative displacement, a counterforce can also arise due to a bearing moment in cooperation with a bearing friction. Only forces due to the deformation of the monolithic structures counteract a measuring force. However, since the movements are very small and take place, for example, in the tenths of a millimeter range, a force counteracting the measuring force is also very small and acts only by this movement, but not by the force effect. Thus, a load moment for the measurement of forces acting from one of the platforms to the other platform along the spatial direction is ineffective.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Führungseinrichtung eine Parallelkinematik. Die Parallelkinematik kann insbesondere als Delta-Kinematik oder 3-2-1-Kinematik ausgebildet sein. Mittels einer solchen Parallelkinematik können die rotatorischen Freiheitsgrade besonders vorteilhaft aufgehoben werden bei gleichzeitigem Freigeben der translatorischen Freiheitsgrade. Somit lässt sich eine besonders präzise Erfassung der Kräfte realisieren.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the guide means is a parallel kinematic. The parallel kinematics can be designed in particular as delta kinematics or 3-2-1 kinematics. By means of such parallel kinematics, the rotational degrees of freedom can be canceled particularly advantageously while simultaneously releasing the translational degrees of freedom. Thus, a particularly precise detection of the forces can be realized.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Bauelemente im Bereich der Lagerung eine geringere Dicke und/oder Breite aufweisen als in jeweiligen, sich beidseitig an die Lagerung anschließenden Bereichen. Hierdurch kann eine monolithische Lagerung geschaffen werden, welche eine definierte Führung der Bauelemente relativ zueinander ermöglicht und somit eine definierte und präzise Bewegung der Bauelemente relativ zueinander zulässt. Unerwünschte Relativbewegungen zwischen den Bauelemente können jedoch vermieden werden.A further embodiment is characterized in that the components in the region of the bearing have a smaller thickness and / or width than in respective areas adjoining the bearing on both sides. In this way, a monolithic bearing can be created, which allows a defined guidance of the components relative to each other and thus allows a defined and precise movement of the components relative to each other. However, undesirable relative movements between the components can be avoided.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zwischen den Plattformen eine Sensoreinrichtung angeordnet ist, mittels welcher Kräfte, welche von einer der Plattformen auf die andere Plattform zumindest entlang der drei Raumrichtungen wirken, erfassbar sind. Mittels einer solchen, zwischen den Plattformen angeordneten Sensoreinrichtung können die Kräfte besonders präzise erfasst werden. Gleichzeitig kann die Sensoreinrichtung zumindest im Wesentlichen frei von auf die Sensoreinrichtung wirkenden Biegemomenten gehalten werden. Solche Biegemomente könnte die Kraftmessung beeinträchtigen, was jedoch mittels der erfindungsgemäßen Führungseinrichtung vermieden oder zumindest besonders gering gehalten werden kann.It has proven to be particularly advantageous if a sensor device is arranged between the platforms, by means of which forces which act on one platform on the other platform at least along the three spatial directions can be detected. By means of such, arranged between the platforms sensor means the forces can be detected very precisely. At the same time, the sensor device can be kept at least substantially free of bending moments acting on the sensor device. Such bending moments could affect the force measurement, but this can be avoided by means of the guide device according to the invention or at least kept particularly low.

Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Sensoreinrichtung einen dreiachsigen Kraftsensor zum Erfassen der Kräfte, die entlang der drei Raumrichtungen wirken, aufweist. Mittels eines solchen dreiachsigen Kraftsensors lässt sich eine besonders einfache und insbesondere kostengünstige Erfassung der Kräfte realisieren, so dass die eingangs geschilderte und durch einen Menschen zu bewirkende Steuerung des Roboters besonders kostengünstig umgesetzt werden kann.Finally, it has proven to be particularly advantageous if the sensor device has a three-axis force sensor for detecting the forces acting along the three spatial directions. By means of such a three-axis force sensor, a particularly simple and, in particular, cost-effective detection of the forces can be realized, so that the control of the robot described at the outset and to be effected by a human being can be implemented in a particularly cost-effective manner.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, wobei 1 bis 5, 7 und 9 bis 13 zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dienen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings, wherein 1 to 5 . 7 and 9 to 13 serve to explain the background of the invention.

Die Zeichnungen zeigen in:The drawings show in:

1 eine schematische Perspektivansicht auf eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters; 1 a schematic perspective view of a connecting device to Connecting a tool carrier to an axis of a robot;

2 eine schematische Perspektivansicht auf eine weitere Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters; 2 a schematic perspective view of another connecting device for connecting a tool carrier with an axis of a robot;

3 eine schematische Perspektivansicht auf eine weitere Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters; 3 a schematic perspective view of another connecting device for connecting a tool carrier with an axis of a robot;

4 eine schematische Perspektivansicht auf eine weitere Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters; 4 a schematic perspective view of another connecting device for connecting a tool carrier with an axis of a robot;

5 eine schematische Seitenansicht auf eine weitere Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters; 5 a schematic side view of another connecting device for connecting a tool carrier with an axis of a robot;

6 eine schematische Seitenansicht auf eine weitere Verbindungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters, mit einer Roboterplattform als erster Plattform, welche an der Achse des Roboters befestigbar ist, mit einer Werkzeugträgerplattform als zweiter Plattform, an welcher der Werkzeugträger befestigbar ist, und mit einer Führungseinrichtung, mittels welcher die Plattformen bezogen auf drei orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen drehfest miteinander verbunden und entlang der drei Raumrichtungen relativ zueinander verschiebbar geführt sind, wobei relativ zueinander bewegbare Bauelemente der Verbindungsvorrichtung einstückig miteinander ausgebildet und über wenigstens eine einstückig mit den Führungselementen ausgebildete monolithische Lagerung miteinander verbunden sind; 6 a schematic side view of another connecting device according to a first embodiment for connecting a tool carrier with an axis of a robot, with a robot platform as the first platform, which is attachable to the axis of the robot, with a tool carrier platform as a second platform to which the tool carrier is fastened , and with a guide device, by means of which the platforms with respect to three orthogonal mutually extending directions of space are rotatably connected to each other and slidably guided along the three spatial directions relative to each other, wherein relatively movable components of the connecting device formed integrally with each other and formed over at least one integral with the guide elements monolithic storage are interconnected;

7 eine schematische Perspektivansicht auf eine weitere Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters; 7 a schematic perspective view of another connecting device for connecting a tool carrier with an axis of a robot;

8 eine schematische Perspektivansicht auf eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von entlang drei Raumrichtungen wirkenden Kräften; 8th a schematic perspective view of a sensor device for detecting forces acting along three spatial directions forces;

9 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht auf die Verbindungsvorrichtung gemäß 7; 9 a detail of a schematic perspective view of the connecting device according to 7 ;

10 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht auf die Verbindungsvorrichtung gemäß 9; 10 a detail of a schematic side view of the connecting device according to 9 ;

11 eine schematische und perspektivische Unteransicht auf die Verbindungsvorrichtung gemäß 7; 11 a schematic and perspective bottom view of the connecting device according to 7 ;

12 eine schematische Unteransicht auf die Verbindungsvorrichtung gemäß 11; 12 a schematic bottom view of the connecting device according to 11 ;

13 eine schematische Perspektivansicht auf ein Führungselement der Verbindungsvorrichtung gemäß 7; 13 a schematic perspective view of a guide element of the connecting device according to 7 ;

14 eine schematische und perspektivische Draufsicht auf eine monolithische Struktur einer zweiten Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung gemäß 6; 14 a schematic and perspective plan view of a monolithic structure of a second embodiment of the connecting device according to 6 ;

15 eine schematische und perspektivische Seitenansicht auf monolithische Strukturen der Verbindungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform; 15 a schematic and perspective side view of monolithic structures of the connecting device according to the second embodiment;

16 eine weitere schematische und perspektivische Seitenansicht auf die monolithischen Strukturen gemäß 15; 16 a further schematic and perspective side view of the monolithic structures according to 15 ;

17 eine schematische und perspektivische Seitenansicht auf die Verbindungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform; 17 a schematic and perspective side view of the connecting device according to the second embodiment;

18 eine weitere schematische und perspektivische Seitenansicht auf die Verbindungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit der Sensoreinrichtung gemäß 8; 18 a further schematic and perspective side view of the connecting device according to the second embodiment with the sensor device according to 8th ;

19 eine schematische und perspektivische Seitenansicht auf eine dritte Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung gemäß 6; 19 a schematic and perspective side view of a third embodiment of the connecting device according to 6 ;

20 eine schematische und perspektivische Seitenansicht auf monolithische Strukturen der Verbindungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform; 20 a schematic and perspective side view of monolithic structures of the connecting device according to the third embodiment;

21 eine Ausführungsform eines Messstabs; 21 an embodiment of a measuring rod;

22 drei alternative Anordnungen des Messstabs in einer Messvorrichtung sowie 22 three alternative arrangements of the dipstick in a measuring device as well

23 einen Aufbau einer Messvorrichtung zum Messen der Kräfte zwischen zwei Plattformen. 23 a structure of a measuring device for measuring the forces between two platforms.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine Verbindungsvorrichtung 10 zum Verbinden eines Werkzeugträgers mit einer Achse eines Roboters. Unter einer Achse eines Roboters ist eine Roboterachse beziehungsweise ein Roboterarm zu verstehen, mittels welchem der Roboter den Werkzeugträger im Raum umherbewegen kann. Beispielsweise umfasst der Roboter eine Mehrzahl von Roboterarmen, welche gelenkig miteinander verbunden sind. 1 shows a connecting device 10 for connecting a tool carrier to an axis of a robot. An axis of a robot means a robot axis or a robot arm, by means of which the robot can move the tool carrier around in the space. For example, the robot comprises a plurality of robot arms which are hinged together.

Die Verbindungsvorrichtung 10 weist eine Roboterplattform 12 als erste Plattform auf, welche an der Achse des Roboters befestigbar ist. Ferner weist die Verbindungsvorrichtung 10 eine Werkzeugträgerplattform 14 als zweite Plattform auf, an welcher der Werkzeugträger befestigbar ist. Am Werkzeugträger wiederum ist ein Werkzeug zu befestigen, mittels welchem wenigstens ein Arbeitsschritt durchgeführt werden kann. Bei dem Werkzeug handelt es sich beispielsweise um einen Greifer zum Handhaben von Gegenständen wie etwa Bauteilen im Rahmen einer Fertigung von Kraftwagen.The connection device 10 has a robot platform 12 as the first platform on which attachable to the axis of the robot. Furthermore, the connecting device 10 a tool carrier platform 14 as a second platform on which the tool carrier can be fastened. On the tool carrier, in turn, a tool is to be fastened by means of which at least one working step can be carried out. The tool is, for example, a gripper for handling objects such as components in the context of a production of motor vehicles.

Die Verbindungsvorrichtung 10 kann beispielsweise dazu verwendet werden, eine durch einen Menschen bewirkte Steuerung des Roboters umzusetzen. Im Rahmen einer solchen Steuerung führt der Mensch Bewegungen aus, die der Roboter nachahmt beziehungsweise mit ausführt. Dadurch kann der Mensch eine Handhabung von beispielsweise Bauteilen mit hohem Gewicht bewirken, da nicht der Mensch, sondern der Roboter die Bauteile bewegt. Der Mensch übernimmt lediglich die Steuerung des Roboters.The connection device 10 For example, it can be used to implement human-induced control of the robot. Within the framework of such a control, the human performs movements that the robot imitates or carries along. As a result, it is possible for a person to handle components of high weight, for example, because not the human, but the robot moves the components. Man only takes control of the robot.

Um eine solche Steuerung eines Roboters umzusetzen, werden Kräfte, die von einer der Plattformen auf die andere Plattform wirken, erfasst. Dabei sollen Kräfte erfasst werden, die entlang dreier orthogonal zueinander verlaufender Raumrichtungen wirken. Diese Kräfte werden beispielsweise mittels wenigstens eines Kraftsensors erfasst. Dabei soll vermieden werden, dass auch Biege- beziehungsweise Drehmomente um die drei Raumrichtungen auf den Kraftsensor wirken. Um dies zu realisieren, sind die Plattformen entlang der drei Raumrichtungen linear, das heißt translatorisch relativ zueinander bewegbar, können jedoch nicht um die drei Raumrichtungen relativ zueinander rotiert werden. Mit anderen Worten sind die drei linearen Freiheitsgrade freigegeben, die drei rotatorischen Freiheitsgrade im Raum sind jedoch aufgehoben. Die mittels des Kraftsensors erfassten, entlang der drei Raumrichtungen wirkenden Größen dienen als Messgrößen für die Bewegungssteuerung des Roboters. Bei dem Kraftsensor handelt es sich beispielsweise um einen dreiachsigen piezoelektrischen Kraftsensor.To implement such control of a robot, forces acting from one of the platforms to the other platform are detected. In this case, forces are to be detected which act along three mutually orthogonal spatial directions. These forces are detected, for example, by means of at least one force sensor. It should be avoided that also bending or torques around the three spatial directions act on the force sensor. In order to realize this, the platforms along the three spatial directions are linear, that is to say translationally movable relative to one another, but can not be rotated relative to one another about the three spatial directions. In other words, the three linear degrees of freedom are released, but the three rotational degrees of freedom in space are canceled. The variables detected by means of the force sensor and acting along the three spatial directions serve as measured variables for the motion control of the robot. The force sensor is, for example, a three-axis piezoelectric force sensor.

Zum Aufheben der rotatorischen Freiheitsgrade und zum Freigeben der translatorischen Freiheitsgrade umfasst die Verbindungsvorrichtung 10 eine Führungseinrichtung 16 mit einer Mehrzahl von relativ zueinander bewegbaren Führungselementen 18 und 20.To cancel the rotational degrees of freedom and to release the translational degrees of freedom includes the connecting device 10 a leadership facility 16 with a plurality of relatively movable guide elements 18 and 20 ,

Würde der Kraftsensor einerseits mit der Roboterplattform 12 und andererseits mit der Werkzeugträgerplattform 14 verbunden werden, und wären die rotatorischen Freiheitsgrade nicht aufgehoben, so können insbesondere bei dynamischen Anwendungen erhebliche Momentenbelastungen auf den Kraftsensor wirken und über diesen geführt werden. Dadurch kann es beispielsweise bei hochdynamischen Vorgängen zu einem Bruch des Kraftsensors kommen. Um diese Gefahr zu vermeiden, können beispielsweise vier dreiachsige Kraftsensoren zwischen der Roboterplattform 12 und der Werkzeugträgerplattform 14 angeordnet werden. Dies würde jedoch einen aufwendigen, kosten- und gewichtsintensiven Aufbau bedeuten. Um diese hohen Kosten zu vermeiden, wird die Führungseinrichtung 16 verwendet, welche die drei rotatorischen Freiheitsgrade sicher bindet und dabei die linearen Freiheitsgrade möglichst ohne Beeinflussung am Kraftsensor zulässt. Insbesondere kann dadurch ein Bruch des Kraftsensors bei überlast vermieden werden.Would the force sensor on the one hand with the robot platform 12 and on the other hand with the tool carrier platform 14 be connected, and if the rotational degrees of freedom were not abolished, so in particular in dynamic applications considerable moment loads on the force sensor and act on this. This can lead to a break in the force sensor, for example, in highly dynamic processes. To avoid this risk, for example, four three-axis force sensors between the robot platform 12 and the tool carrier platform 14 to be ordered. However, this would mean a complex, cost and weight-intensive design. To avoid these high costs, the management device 16 used, which securely binds the three rotational degrees of freedom and thereby allows the linear degrees of freedom as possible without affecting the force sensor. In particular, a breakage of the force sensor can be avoided in case of overload.

Dabei kann vorgesehen sein, dass beispielsweise ein Kugelgelenk einerseits mit dem Kraftsensor verbunden ist. Der Kraftsensor ist starr mit einer der Plattformen verbunden, insbesondere verschraubt. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass dadurch Kräfte und Drehmomente separiert werden können.It can be provided that, for example, a ball joint is connected on the one hand to the force sensor. The force sensor is rigidly connected to one of the platforms, in particular screwed. The advantage of this solution is that forces and torques can be separated.

Die Führungseinrichtung 16 gemäß 1 macht sich einen anderen Ansatz zunutze. Bei der Führungseinrichtung 16 gemäß 1 sind einzelne Verschiebeachsen seriell aneinander gefügt. Die Führungselemente 18 und 20 können beispielsweise relativ zueinander entlang zweier orthogonal zueinander verlaufender Raumachsen verschoben werden. Mit anderen Worten wird bei der Führungseinrichtung 16 gemäß 1 das Prinzip genutzt, dass orthogonal aufeinander stehende Linearachsen oder auch Rotationsachsen in den drei Raumrichtungen angeordnet werden. Dadurch sind alle drei Raumrichtungen frei und alle Momente sind gebunden.The management device 16 according to 1 takes advantage of a different approach. At the management facility 16 according to 1 Individual displacement axes are serially joined together. The guide elements 18 and 20 For example, they can be displaced relative to each other along two mutually orthogonal spatial axes. In other words, in the guide device 16 according to 1 used the principle that orthogonal linear axes or axes of rotation are arranged in the three spatial directions. As a result, all three spatial directions are free and all moments are bound.

So ist es möglich, mittels der Führungseinrichtung 16 die Plattformen bezogen auf die drei orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen drehfest miteinander zu verbinden, jedoch entlang der drei Raumrichtungen relativ zueinander verschiebbar zu führen.So it is possible by means of the guide device 16 the platforms relative to the three mutually orthogonal directions in space rotatably connected to each other, but to guide along the three spatial directions relative to each other.

2 zeigt eine weitere Führungseinrichtung 16, wobei die Führungselemente 20 Scharniergelenke sind, wodurch eine serielle Kinematik aufgebaut ist. 2 shows a further guide device 16 , wherein the guide elements 20 Hinge joints are, whereby a serial kinematics is constructed.

7 zeigt eine weitere Verbindungsvorrichtung 10, bei welcher die Führungseinrichtung 16 als Parallelkinematik ausgebildet ist. Hier werden in einer geschlossenen kinematischen Kette alle Bewegungen ermöglicht. Die Parallelkinematik gemäß 7 ist als Delta-Kinematik ausgebildet. 7 shows another connection device 10 in which the guide device 16 is designed as a parallel kinematic. Here all movements are made possible in a closed kinematic chain. Parallel kinematic according to 7 is designed as a delta kinematics.

3 und 4 zeigen hybride Lösungen, bei denen serielle und parallele Lösungsansätze und -wege kombiniert sind. Hierbei werden zwei Bewegungsrichtungen parallel betätigt und zusätzliche eine Achse seriell mit der Parallelkinematik verbunden. Die Führungseinrichtung 16 gemäß 3 und 4 weist eine serielle Kinematik 22 und eine parallele Kinematik 24 mit Kardangelenken auf. All diese anhand von 1 bis 4 und 7 veranschaulichten Lösungen beruhen darauf, dass Lager zum Bewegen der Führungselemente 18 und 20 relativ zueinander eingesetzt werden. Derartige Lager sind immer reibungsbehaftet. Dies bedeutet, dass eine Reibkraft oder ein Reibmoment überwunden werden muss, um ein Lager, auf das eine Kraft wirkt, zu bewegen beziehungsweise um über ein solches Lager relativ zueinander bewegbare Bauelemente wie beispielsweise die Führungselemente 18 und 20 relativ zueinander zu bewegen. 3 and 4 show hybrid solutions that combine serial and parallel approaches and paths. Here, two directions of movement are operated in parallel and additional one axis connected in series with the parallel kinematics. The management device 16 according to 3 and 4 has a serial kinematics 22 and a parallel kinematics 24 with universal joints. All of these are based on 1 to 4 and 7 solutions illustrated are based on bearings for moving the guide elements 18 and 20 be used relative to each other. Such bearings are always fraught with friction. This means that a frictional force or a frictional torque must be overcome in order to move a bearing on which a force acts or about such a bearing relative to each other movable components such as the guide elements 18 and 20 to move relative to each other.

Bei der Verbindungsvorrichtung 10 sind die Plattformen voneinander beabstandet, so dass diese Lager immer unter einer Normalkraft stehen. Mit anderen Worten wirkt auf diese Lager eine Normalkraft. Dies kann anhand von 5 veranschaulicht werden. Auf die Werkzeugträgerplattform 14 wirkt beispielsweise eine Wirkkraft 31, welche beispielsweise aus der Gewichtskraft des an der Werkzeugträgerplattform 14 befestigten Werkzeugträgers resultiert. Die Führungseinrichtung 16 gemäß 5 umfasst Führungselemente 18 und 20 in Form von Hebelelementen, welche relativ zueinander bewegbare Bauelemente der Verbindungsvorrichtung 10 sind, wobei die Führungselemente 18 und 20 jeweils einerseits über jeweilige Lager 26 und 27 gelenkig mit der Werkzeugträgerplattform 14 und andererseits über jeweilige Lager 28 und 29 gelenkig mit der Roboterplattform 12 verbunden sind.In the connection device 10 the platforms are spaced apart so that these bearings are always under a normal force. In other words, a normal force acts on these bearings. This can be done by means of 5 be illustrated. On the tool carrier platform 14 For example, an active force acts 31 , which, for example, from the weight of the on the tool carrier platform 14 attached tool carrier results. The management device 16 according to 5 includes guide elements 18 and 20 in the form of lever elements, which are movable relative to each other components of the connecting device 10 are, with the guide elements 18 and 20 on the one hand via respective bearings 26 and 27 articulated with the tool carrier platform 14 and on the other hand via respective bearings 28 and 29 articulated with the robot platform 12 are connected.

Die Führungselemente 18 und 20, die Roboterplattform 12 und die Werkzeugträgerplattform 14 sind somit Bauelementen der Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 5, welche über die Lager 26, 27, 28, 29 gelenkig miteinander verbunden und demzufolge relativ zueinander bewegbar sind. Um eine aus der Wirkkraft 31 resultierende Bewegung der Werkzeugträgerplattform 14 relativ zur Roboterplattform 12 zu vermeiden, ist eine Gegenwirkkraft 30 aufzubringen.The guide elements 18 and 20 , the robot platform 12 and the tool carrier platform 14 are thus components of the connecting device 10 according to 5 which about the bearings 26 . 27 . 28 . 29 articulated to each other and therefore are movable relative to each other. To one out of the potency 31 resulting movement of the tool carrier platform 14 relative to the robot platform 12 to avoid is a counteractive force 30 applied.

Ferner sind in 5 Reibmomente 32 der jeweiligen Lager 26, 27, 28, 29 veranschaulicht. Die Gegenwirkkraft 30 kann aufgeteilt werden in eine Messkraft 34 und eine Haltekraft 36 aus der Lagerreibung. Darüber hinaus ist in 5 die bereits erwähnte Lagernormalkraft gezeigt und mit 38 bezeichnet.Furthermore, in 5 friction moments 32 the respective camp 26 . 27 . 28 . 29 illustrated. The counteracting force 30 can be divided into a measuring force 34 and a holding force 36 from the bearing friction. In addition, in 5 shown the bearing normal force and with 38 designated.

Hierbei errechnet sich die Haltekraft 36 aus der Lagerreibung aus: Haltekraft 36 aus der Lagerreibung = 4·(((Wirkkraft 21·R_L)/A_L)·μ·R_La)/R_S This calculates the holding force 36 from the bearing friction from: Holding force 36 from the bearing friction = 4 · (((effective 21 · R _L ) / A _L ) · μ · R _La ) / R _S

Hierbei ist μ der Reibungskoeffizient in den jeweiligen Lagern 26, 27, 28, 29, wobei R_L, A_L, R_La und R_S jeweilige Abstände sind. Ferner vermindert sich die Messkraft 34 um die Haltekraft 36 aus der Lagerreibung. Dies bedeutet: Messkraft 34 = Wirkkraft 21 – Haltekraft 36 aus Lagerreibung. Here, μ is the friction coefficient in the respective bearings 26 . 27 . 28 . 29 where R _L , A _L , R _La and R _{S are} respective distances. Furthermore, the measuring force decreases 34 around the holding force 36 from the bearing friction. This means: Measuring force 34 = effective force 21 - Holding force 36 from bearing friction.

An diesem Beispiel ist zu erkennen, dass die Messkraft 34 im direkten Zusammenhang mit den auftretenden Momenten steht. Dies ist aber nicht akzeptabel für eine präzise Erfassung der Kräfte, da dies die Sensibilität der Anordnung wesentlich beeinflussen würde. Es ist durchaus möglich, dass bei hohen Lastmomenten die Handkraft des Menschen, das heißt des Bedieners, durch die Lagerreibung vollständig aufgezehrt wird und dass der Messsensor diese nicht erfassen kann. Grundsätzlich ist dieses Problem bei Gleitlagern am größten. Jedoch auch bei Wälzlagern ist dieser Effekt zwar grundsätzlich kleiner, aber nicht zu unterschätzen. Zusätzlich entsteht bei Wälzlagern noch das Problem, dass aufgrund der kleinen Auslenkbewegungen und Auslenkwinkel nur kleinste Bewegungen in den Lagern 26, 27, 28, 29 indiziert werden.This example shows that the measuring force 34 is directly related to the occurring moments. However, this is not acceptable for a precise detection of the forces, as this would significantly affect the sensitivity of the arrangement. It is quite possible that at high load moments, the manual force of the person, that is, the operator, is completely consumed by the bearing friction and that the measuring sensor can not detect this. Basically, this problem is largest for plain bearings. However, even with rolling bearings, this effect is basically smaller, but not to be underestimated. In addition, the problem still arises with rolling bearings that due to the small deflection movements and deflection angle only the smallest movements in the camps 26 . 27 . 28 . 29 be indexed.

Dadurch kann mit der Zeit der Schmierfilm reißen, das Fett verharzen oder sogar das Lager festrosten. Dadurch ist es möglich, dass die Verbindungsvorrichtung 10, welche im Neuzustand noch eine hinreichende Funktion aufweist, mit zunehmender Lebensdauer letztendlich versagt und die Handkraft durch den Kraftsensor nicht mehr erfasst werden kann. Die Ursache für diese Probleme und negativen Erscheinungen liegt letztendlich im Wirkmoment. Somit ist eine Lösung zu finden, welche verhindert, dass die durch den Kraftsensor gemessene Kraft durch das Wirkmoment beeinflusst wird.As a result, over time, the lubricating film may crack, resinize the grease or even rust the bearing. This makes it possible for the connecting device 10 , which still has a sufficient function in the new state, ultimately fails with increasing life and the manual force can not be detected by the force sensor. The cause of these problems and negative phenomena ultimately lies in the moment of action. Thus, a solution can be found which prevents the force measured by the force sensor from being influenced by the moment of action.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist in 6 veranschaulicht. 6 zeigt eine Verbindungsvorrichtung 10 zum Verbinden des Werkzeugträgers mit der Achse des Roboters, wobei die Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 6 die Roboterplattform 12 und die Werkzeugträgerplattform 14 aufweist. Die Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 6 umfasst ferner eine Führungseinrichtung 40, mittels welcher die Plattformen bezogen auf die drei orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen drehfest miteinander verbunden und entlang der drei Raumrichtungen relativ zueinander verschiebbar geführt sind.One way to solve this problem is in 6 illustrated. 6 shows a connecting device 10 for connecting the tool carrier to the axis of the robot, wherein the connecting device 10 according to 6 the robot platform 12 and the tool carrier platform 14 having. The connection device 10 according to 6 further comprises a guide means 40 , By means of which the platforms relative to the three orthogonal mutually extending directions in space rotatably connected to each other and guided along the three spatial directions relative to each other.

Bei der Führungseinrichtung 40 ist es nun jedoch vorgesehen, dass die relativ zueinander bewegbaren Bauelemente in Form der Führungselemente 18, 20 und der Plattformen einstückig miteinander ausgebildet und über jeweilige, einstückig mit den relativ zueinander bewegbaren Bauteilen ausgebildete monolithische Lagerungen 42, 44, 46, 48 miteinander verbunden sind. Da zum Erfassen der Kräfte nur Mikrobewegungen zwischen den relativ zueinander bewegbaren Bauelementen ausreichen, können anstelle der in 5 veranschaulichten, reellen Lager 26, 27, 28, 29 monolithische Strukturen der Lagerungen 42, 44, 46, 48 verwendet werden. Bei diesen monolithischen Lagerungen 42, 44, 46, 48 sind die relativ zueinander bewegbaren Bauelemente nicht separat voneinander ausgebildete Bauteile, sondern einstückig miteinander ausgebildet, so dass die anhand von 5 gezeigten Lagerreibkräfte beziehungsweise Reibmomente 32 vermieden werden können. Unter solchen monolithischen Strukturen sind Strukturen zu verstehen, welche die Relativbewegungen zwischen den relativ zueinander bewegbaren Bauelementen nicht durch Relativverschiebungen, sondern durch örtliche Verformungen ermöglichen. Durch das Fehlen dieser Relativverschiebungen kann auch keine Gegenkraft durch das Lagermoment im Zusammenwirken mit der Lagerreibung entstehen. Einzig Kräfte durch die Verformung der Strukturelemente wirken der Messkraft entgegen. Da die Bewegungen beispielsweise im Zehntel Millimeterbereich erfolgen, sind auch diese der Messkraft entgegenwirkenden Kräfte sehr klein und können vernachlässigt werden.At the management facility 40 However, it is now provided that the relatively movable components in the form of the guide elements 18 . 20 and the platforms integrally formed with each other and via respective, integrally formed with the relatively movable components monolithic bearings 42 . 44 . 46 . 48 connected to each other. Because to capture the forces only Micro-movements between the relatively movable components sufficient, instead of in 5 illustrated, real camp 26 . 27 . 28 . 29 monolithic structures of the bearings 42 . 44 . 46 . 48 be used. In these monolithic bearings 42 . 44 . 46 . 48 are the relatively movable components not separately formed components, but integrally formed with each other, so that the basis of 5 Lagerreibkräfte or friction moments shown 32 can be avoided. Such monolithic structures are to be understood as structures which make possible the relative movements between the relatively movable components not by relative displacements but by local deformations. Due to the absence of these relative displacements, no counterforce can also be produced by the bearing moment in cooperation with the bearing friction. Only forces due to the deformation of the structural elements counteract the measuring force. Since the movements take place, for example, in tenths of a millimeter range, these forces counteracting the measuring force are also very small and can be neglected.

Die Kraftableitung ist dabei identisch mit der Lösung mit reellen Lagern gemäß 5. Durch die Normalkraft 38 entsteht aber kein Reibmoment, welches zur Bewegung überwunden werden muss. Anstelle dessen entsteht in der jeweiligen monolithischen Struktur vor allem durch Schubkräfte eine Strukturverformung. Durch diese Strukturverformung wird im jeweiligen einstückigen Bauteil beziehungsweise Bauelement Energie beziehungsweise Kraft gespeichert, welche wiederum, ähnlich dem Reibmoment, anteilsmäßig nicht den Kraftsensor erreicht und somit nicht von diesem gemessen werden kann.The power dissipation is identical to the solution with real bearings according to 5 , By the normal force 38 But there is no frictional torque, which must be overcome to move. Instead, structural deformation occurs in the respective monolithic structure, primarily due to shear forces. By this structural deformation energy or force is stored in the respective one-piece component or component, which in turn, similar to the friction torque, proportionately not reached the force sensor and thus can not be measured by this.

Die Führungseinrichtung 40 mit den monolithischen Lagerungen 42, 44, 46, 48 hat im Wesentlichen zwei Vorteile. Die zuvor genannte Energie, beispielsweise in Form einer Kraft oder eines Moments, wird anders als bei reellen Lagern nicht in Wärme gewandelt, sondern in der Struktur gespeichert und stellt den Mechanismus bei fehlenden äußeren Krafteinflüssen in die neutrale Lage zurück. Da die Energie bei reellen Lagern nicht gespeichert, sondern in Wärme umgewandelt wird, steht hier keine Energie zur Rückstellung zur Verfügung. Es könnte hier, vor allem bei Haftreibung, dazu kommen, dass der Kraftsensor auch bei keiner äußeren Kraftwirkung durch die Haftreibung eine Spannung misst und dies zu entsprechenden Messfehlern führt.The management device 40 with the monolithic bearings 42 . 44 . 46 . 48 has two main advantages. The previously mentioned energy, for example in the form of a force or a moment, unlike real bearings, is not converted into heat but stored in the structure and returns the mechanism to the neutral position in the absence of external forces. Since the energy is not stored in real camps but converted into heat, there is no energy available for recovery here. It could come here, especially with static friction, to the fact that the force sensor measures even with no external force by the static friction voltage and this leads to corresponding measurement errors.

Ein weiterer Vorteil ist, dass kein Haltemoment zum Bewirken der Relativbewegung überwunden werden muss. Die in der monolithischen Struktur gespeicherte Energie steigt linear an. Da der Kraftsensor bei Kraft entsprechend seiner Steifigkeit und entsprechend der Steifigkeit seiner Anbindung in Richtung der Kraft sich linear zur Wirkkraft verschiebt und diese Verschiebung entsprechend linear auch die Energie in der monolithischen Struktur speichert, wird der Kraftsensor einen annähernd konstanten Prozentsatz der Wirkkraft von außen registrieren. Da dieser Wert nun durch entsprechende Algorithmen in Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung umgesetzt wird, ist diese zum Absolutwert konstante Gegenkraft der monolithischen Struktur für die Funktion nicht von Bedeutung.A further advantage is that no holding torque for effecting the relative movement has to be overcome. The energy stored in the monolithic structure increases linearly. Since the force sensor according to its stiffness and according to the stiffness of its connection in the direction of force shifts linearly to the effect and this shift linearly stores the energy in the monolithic structure, the force sensor will register an approximately constant percentage of the active force from the outside. Since this value is now implemented by corresponding algorithms in path, speed and acceleration, this constant force of the monolithic structure, which is constant with respect to the absolute value, is of no importance for the function.

Durch ihren einfachen und kompakten Aufbau bietet sich als kinematische Basis die anhand von 7 und 9 bis 13 veranschaulichte Parallelkinematik in Form der Delta-Kinematik an. 7 und 9 bis 13 zeigen die Verbindungsvorrichtung 10, bei welcher die Führungseinrichtung 16 als Delta-Kinematik ausgebildet ist. Die Delta-Kinematik beruht auf der Kombination von genau drei Führungselementen in Form von Drehpaddeln 50, welche um eine jeweilige Drehachse relativ zur Roboterplattform 12 drehbar an der Roboterplattform 12 befestigt sind.Due to their simple and compact structure offers as a kinematic basis based on 7 and 9 to 13 illustrated parallel kinematics in the form of delta kinematics. 7 and 9 to 13 show the connection device 10 in which the guide device 16 is designed as a delta kinematics. Delta kinematics is based on the combination of exactly three guide elements in the form of rotary paddles 50 which are about a respective axis of rotation relative to the robot platform 12 rotatable on the robot platform 12 are attached.

8 zeigt eine Sensoreinrichtung 52 zum Erfassen der Kräfte, die entlang der drei Raumrichtungen von einer der Plattform und auf die andere Plattform wirken. Die Sensoreinrichtung 52 umfasst den in 8 mit 54 bezeichneten Kraftsensor sowie Anbindungsplatten 56 und 58, über die der Kraftsensor 54 mit den Plattformen verbunden werden kann. Der Kraftsensor 54 ist dabei vorzugsweise als dreiachsiger piezoelektrischer Kraftsensor ausgebildet. 8th shows a sensor device 52 for detecting the forces acting along the three spatial directions of one of the platform and on the other platform. The sensor device 52 includes the in 8th With 54 designated force sensor and connection plates 56 and 58 , about which the force sensor 54 can be connected to the platforms. The force sensor 54 is preferably designed as a three-axis piezoelectric force sensor.

Die Delta-Kinematik umfasst weitere Führungselemente in Form von Stäben 60, welche besonders gut aus 9 bis 12 erkennbar sind. Die Stäbe 60 sind einerseits über ein jeweiliges Kugelgelenk 62 mit der Werkzeugträgerplattform 14 gelenkig gekoppelt. Andererseits sind die jeweiligen Stäbe 60 über ein jeweiliges Kugelgelenk 64 gelenkig mit dem jeweiligen Drehpaddel 50 gekoppelt. Mit anderen Worten dreht das jeweilige Drehpaddel 50 an seinem einen Ende um eine aus 9 erkennbare Achse 66 und an seinem anderen Ende um die jeweils zwei Stäbe 60. Diese beiden Stäbe 60 sind vorliegend durch Kugelgelenke 62 gelenkig an der Werkzeugträgerplattform 14 angebunden. Alternativ kann auch eine Verbindung über Kardangelenke vorgesehen sein.The delta kinematics includes further guide elements in the form of rods 60 which are especially good 9 to 12 are recognizable. The bars 60 are on the one hand via a respective ball joint 62 with the tool carrier platform 14 articulated coupled. On the other hand, the respective bars 60 over a respective ball joint 64 articulated with the respective rotating paddle 50 coupled. In other words, the respective rotating paddle rotates 50 one at one end 9 recognizable axis 66 and at the other end around the two bars 60 , These two bars 60 are present through ball joints 62 hinged to the tool carrier platform 14 tethered. Alternatively, a connection can be provided via cardan joints.

Durch diese Anordnung bindet ein kinematisches Element 68 umfassend eines der Drehpaddel 50 und zwei der Stäbe 60 einen rotatorischen Freiheitsgrad, welcher in 9 durch einen Richtungspfeil 70 veranschaulicht ist und normal zur Achse 66 und zu einer von der ersten Achse 66 beabstandeten und parallel dazu verlaufenden zweiten Achse 72 des Drehpaddels 50 verläuft.By this arrangement binds a kinematic element 68 comprising one of the rotary paddles 50 and two of the bars 60 a rotational degree of freedom, which in 9 by a directional arrow 70 is illustrated and normal to the axis 66 and to one from the first axis 66 spaced and parallel thereto extending second axis 72 of the rotary paddle 50 runs.

Durch eine in Sternform angebrachte Kombination von drei solcher kinematischer Elemente 68 ist es nun möglich, alle drei rotatorischen Freiheitsgrade um die orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen zu binden, jedoch eine Relativbewegung zwischen den Plattformen entlang der drei Raumrichtungen zuzulassen. Die zwei Achsen 66, 72 und der gebundene Freiheitsgrad sind in 13 sehr gut veranschaulicht. Grundlegend an dieser Anordnung ist, dass die Drehpaddel 50 den gewünschten Freiheitsgrad durch Torsion binden. Durch den Richtungspfeil 70 ist auch eine Torsionsbelastung im Drehpaddel 50 durch die Momentenabstützung veranschaulicht. Dies widerspricht aber grundsätzlich dem Wunsch, eine monolithische Lagerung aufzubauen. Bei monolithischen Ansätzen soll nämlich die Bewegung günstigerweise über eine Kombination von schlanken Elementen mit lange Biegehebeln erfolgen. Dadurch ist es möglich, bei geringen Rückstellkräften und relativ kleinen Bauteilspannungen eine Bewegung über Biegeelemente zu ermöglichen. By a star-shaped combination of three such kinematic elements 68 It is now possible to bind all three rotational degrees of freedom about the mutually orthogonal spatial directions, but to allow a relative movement between the platforms along the three spatial directions. The two axes 66 . 72 and the bound degree of freedom are in 13 very well illustrated. Basic to this arrangement is that the rotating paddles 50 Tighten the desired degree of freedom by torsion. By the directional arrow 70 is also a torsional load in the rotary paddle 50 illustrated by the moment support. However, this basically contradicts the desire to build a monolithic storage. Namely, in monolithic approaches, the movement is desirably made via a combination of slender elements with long bending levers. This makes it possible to allow for low restoring forces and relatively small component voltages movement over bending elements.

Wird dieser Ansatz weiterverfolgt, so kann beispielsweise eine in 14 gezeigte monolithische Struktur 74 geschaffen werden. Die in 14 gezeigte monolithische Struktur 74 kann jedoch nur Kräfte abstützen, die in durch Richtungspfeile 76 veranschaulichte Richtungen wirken. Der einzuschränkende rotatorische Freiheitsgrad jedoch müsste durch ein entgegen gerichtetes Kräftepaar 78 abgestützt werden. Dies ist jedoch in einer dünnen Struktur nicht möglich. Wird dieser Einsatz weiterverfolgt, so ist es beispielsweise möglich, die in 14 gezeigte monolithische Struktur 74 um eine in 15 gezeigte monolithische Struktur 80 zu ergänzen. Die monolithischen Strukturen 74 und 80 bilden ein im Ganzen mit 82 bezeichnetes monolithisches Element, welches die Funktion eines der Drehpaddeln 50 erfüllen kann.If this approach is followed, for example, an in 14 shown monolithic structure 74 be created. In the 14 shown monolithic structure 74 However, it can only support forces in directional arrows 76 illustrated directions act. The restricted rotational degree of freedom, however, would have to be due to an oppositely directed force pair 78 be supported. However, this is not possible in a thin structure. If this mission is followed up, then it is possible, for example, in 14 shown monolithic structure 74 around one in 15 shown monolithic structure 80 to complete. The monolithic structures 74 and 80 form a whole with 82 designated monolithic element, which has the function of one of the rotary paddles 50 can fulfill.

Durch das monolithische Element 82 ist es nun möglich, ohne großvolumige Körper ein monolithisches Drehpendel aufzubauen, welches zum einen die gewünschte Bewegungsrichtung freigibt, aber auch zuverlässig das Torsionsmoment in die Struktur leitet. Mit anderen Worten ist das monolithische Element 82 ein monolithisches Drehpendel, dessen freie Bewegungsrichtung in 15 durch einen Doppelpfeil 84 veranschaulicht ist. Die zuvor genannten relativ zueinander bewegbaren und einstückig miteinander ausgebildeten und über wenigstens eine einstückig mit den relativ zueinander bewegbaren Bauelementen ausgebildete monolithische Lagerung miteinander verbundenen Bauelemente der Verbindungsvorrichtung 10 sind beispielsweise durch Teile beziehungsweise Bereiche der monolithischen Strukturen 74 und 80 gebildet. Zwei dieser Bereiche sind in der 15 beispielsweise mit 86 und 88 bezeichnet, wobei die monolithische Lagerung zwischen diesen Bauelementen (Bereiche 86 und 88) mit 90 bezeichnet ist.Through the monolithic element 82 It is now possible to build a monolithic torsion pendulum without bulky body, which on the one hand releases the desired direction of movement, but also reliably conducts the torsional moment into the structure. In other words, it is the monolithic element 82 a monolithic torsion pendulum whose free direction of movement in 15 by a double arrow 84 is illustrated. The above-mentioned relatively movable and integrally formed with each other and formed over at least one integrally formed with the relatively movable components monolithic storage interconnected components of the connecting device 10 are for example by parts or areas of the monolithic structures 74 and 80 educated. Two of these areas are in the 15 for example with 86 and 88 wherein the monolithic bearing between these components (areas 86 and 88 ) With 90 is designated.

Gemäß 16 sind die monolithischen Strukturen 74 und 80 um Stäbe 92 ergänzt, welche die Funktion der Stäbe 60 erfüllen. Aus 16 ist erkennbar, dass die Stäbe 92 eine keulenförmige Struktur aufweisen.According to 16 are the monolithic structures 74 and 80 around bars 92 complements the function of the bars 60 fulfill. Out 16 it is recognizable that the rods 92 have a club-shaped structure.

17 zeigt die Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 6 in einer zweiten Ausführungsform, welche drei monolithische Elemente 82 aufweist. Die monolithischen Elemente 82 sind einstückig miteinander ausgebildet, wodurch eine monolithische Gesamtstruktur gebildet ist. Durch diese monolithische Gesamtstruktur ist wiederum eine Delta-Kinematik geschaffen. 17 shows the connection device 10 according to 6 in a second embodiment, which comprises three monolithic elements 82 having. The monolithic elements 82 are integrally formed with each other, whereby a monolithic structure is formed. This monolithic structure in turn creates a delta kinematics.

18 zeigt die Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 17, wobei zwischen den Plattformen die Sensoreinrichtung 52 angeordnet ist. 18 shows the connection device 10 according to 17 , wherein between the platforms, the sensor device 52 is arranged.

19 zeigt eine dritte Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 6, wobei anstelle eines sechsachsigen Kraftsensors sechs Messstäbe 94 zum Einsatz kommen. Mittels dieser Messstäbe 94 können sowohl die entlang der drei Raumrichtungen wirkenden Kräfte als auch die um die drei Raumrichtungen wirkenden Momente erfasst werden. 20 zeigt einen der Messstäbe 94 beispielhaft. Die grundsätzlichen Überlegungen, welche bezüglich der Lagerung der Messachsen bei der Dreiachsmessung angestellt wurden, sind hier ebenfalls gültig. Kinematisch kann hier jegliche Sechsachs-Parallelkinematik Verwendung finden. Dies könnte beispielsweise eine Steward-Kinematik oder eine 3-2-1-Kinematik sein. All diesen Kinematiken gemeinsam ist, dass diese auf dem Prinzip der linearen Aktoren beruhen. 19 shows a third embodiment of the connecting device 10 according to 6 , where instead of a six-axis force sensor six measuring rods 94 be used. By means of these measuring rods 94 Both the forces acting along the three spatial directions and the moments acting around the three spatial directions can be detected. 20 shows one of the dipsticks 94 exemplary. The basic considerations, which were made regarding the mounting of the measuring axes in the three-axis measurement, are also valid here. Kinematically, any six-axis parallel kinematics can be used here. This could be for example a steward kinematics or a 3-2-1 kinematics. What all these kinematics have in common is that they are based on the principle of linear actuators.

Der jeweilige Messstab 94 nimmt Kräfte in Achsrichtung auf und misst diese Kräfte. Die Anbindung an die Plattformen erfolgt beispielsweise über jeweilige Kardangelenke oder Kugelgelenke. Mit anderen Worten kann die Anbindung über ein Kardangelenk und ein Kugelgelenk oder über zwei Kugelgelenke erfolgen. Damit diese Gelenke möglichst nicht die parallel arbeitenden Messsensoren beeinflussen, wird der als Linearmessstab ausgebildete Messstab 94 mit monolithischen Lagerungen 96 ausgestattet. Aus Redundanzgründen sind zwei Kraftsensoren 54 vorgesehen.The respective dipstick 94 absorbs forces in the axial direction and measures these forces. The connection to the platforms, for example via respective cardan joints or ball joints. In other words, the connection can be made via a cardan joint and a ball joint or two ball joints. So that these joints do not influence the measuring sensors working in parallel, the measuring rod designed as a linear measuring rod is used 94 with monolithic bearings 96 fitted. For redundancy reasons are two force sensors 54 intended.

Die monolithischen Lagerungen 96 werden durch jeweilige monolithische Strukturen 98 gebildet. Die zuvor erwähnten, relativ zueinander bewegbaren und einstückig miteinander ausgebildeten Bauelemente werden durch Teile beziehungsweise Bereiche der jeweiligen monolithischen Struktur 98 gebildet, die sich an die monolithischen Lagerungen 96 anschließen. Hierdurch werden Mikrobewegungen zwischen diesen Bauelementen zugelassen, so dass die geschilderte Erfassung der Kräfte erfolgen kann. Der Aufbau eines solchen Messstabs 94 kann nun wie erwähnt grundsätzlich zum Aufbau jeglicher Sechsachs-Parallelkinematiken mit Stabstruktur verwendet werden.The monolithic bearings 96 are by respective monolithic structures 98 educated. The aforementioned, relatively movable and integrally formed with each other components are by parts or areas of the respective monolithic structure 98 formed, attached to the monolithic bearings 96 connect. As a result, micro-movements between these components are allowed, so that the described detection of the forces can be done. The structure of such a dipstick 94 can now be used as mentioned basically to build any six-axis parallel kinematics with rod structure.

Bei der Führungseinrichtung 40 gemäß 19 verlaufen die jeweiligen Längsachsen der Messstäbe 94 orthogonal zueinander. Es ist aber auch möglich, eine der vorher genannten Kinematiken zu wählen. Somit kann durch eine entsprechende mathematische Gleichung die auftretende Belastung an einer der Plattformen in die drei linearen und die drei rotatorischen Komponenten erfasst und ausgewertet werden.At the management facility 40 according to 19 The respective longitudinal axes of the measuring rods run 94 orthogonal to each other. But it is also possible to choose one of the previously mentioned kinematics. Thus, the load occurring on one of the platforms in the three linear and the three rotary components can be detected and evaluated by a corresponding mathematical equation.

21 zeigt ein weiteres Ausführungsbespiel eines Messstabs 94. Er umfasst eine monolithische Lagerung in Form von zwei monolithischen Lagern 96, die einstückig miteinander verbunden sind und dazwischen einen Zug-/Drucksensor 54 aufweisen. Der Zug-/Drucksensor kann beispielsweise als Dehnungsmessstreifen oder als Piezo-Element ausgebildet sein. Der Messstab 94 ist mit zwei monolithischen Lagern 96 ausgestattet, so dass er an vordefinierter Stelle im kleinsten Maßstab, welcher unter Umständen im Mikrometer-Bereich liegen kann, seitlich ausweicht und erster Näherung nur einen Freiheitsgrad bindet. 21 shows a further Ausführungsbespiel a dipstick 94 , It includes a monolithic storage in the form of two monolithic bearings 96 , which are integrally connected to each other and in between a pull / pressure sensor 54 exhibit. The pull / pressure sensor can be designed for example as a strain gauge or as a piezoelectric element. The dipstick 94 is with two monolithic camps 96 equipped so that it at a predefined location on the smallest scale, which may be in the micrometer range, laterally evades and first approximation binds only one degree of freedom.

Durch diese einachsige Bindung ist gewährleistet, dass der Messstab 94 die noch offenen Freiheitsgrade nur gering und in einem Wert, der berechenbar ist, beeinflusst. An beiden Enden weist der Messstab 94 Anschraubgewinde 100 mit Anlageflächen 102 zur Befestigung auf. Diese sind exakt in Länge und Planheit bekannt und können dabei in dem Gleichungssystem zur Berechnung von realen Kräften und Momenten aus den gemessenen Größen als genau bekannt zugrunde gelegt werden.This uniaxial binding ensures that the dipstick 94 the still open degrees of freedom are only slightly and in a value that is calculable influenced. At both ends the dipstick points 94 Screw threads 100 with contact surfaces 102 for attachment. These are known exactly in length and flatness and can be used in the equation system for the calculation of real forces and moments from the measured quantities as accurately known.

Bei den bisher bekannten Lagern zum Bewegen der Elemente zueinander liegt immer Reibung innerhalb des Lagers vor. Das heißt, will man ein Lager, auf welches eine Kraft einwirkt, bewegen, muss zunächst eine Reibkraft überwunden werden. Dabei muss zuerst die sogenannte Haftreibung überwunden werden, um dann in Gleitreibung überzugehen.In the previously known bearings for moving the elements to each other is always friction within the camp before. That is, if you want to move a bearing on which a force acts, a frictional force must first be overcome. In this case, the so-called static friction must first be overcome, in order then to go into sliding friction.

Somit steht die Messkraft im direkten Zusammenhang mit der auftretenden Reibkraft. Dies ist aber für exakte Messungen nicht akzeptabel und würde die Sensibilität der Anordnung wesentlich beeinflussen. Grundsätzlich ist diese Problematik natürlich bei Gleitlagern am größten, tritt aber auch bei Wälzlagern in kleinerem Maßstab auf. Zusätzlich entsteht bei Wälzlagern noch das Problem, dass aufgrund der kleinen Auslenkbewegungen und -winkel nur kleinste Bewegungen in den Lagern induziert werden. Dadurch kann mit der Zeit der Schmierfilm reißen, das Fett verharzen oder sogar das Lager festrosten. Damit kann es passieren, dass solch ein Messstab, welcher im Neuzustand eventuell noch akzeptabel funktioniert, mit zunehmender Lebensdauer letztendlich den Dienst versagt, so dass kleine Kräfte durch den Sensor nicht mehr erfasst werden können.Thus, the measuring force is directly related to the friction force occurring. However, this is not acceptable for exact measurements and would significantly affect the sensitivity of the device. Basically, this problem is of course greatest in plain bearings, but also occurs in rolling bearings on a smaller scale. In addition, the problem still arises with roller bearings that, due to the small deflection movements and angles, only the smallest movements in the bearings are induced. As a result, over time, the lubricating film may crack, resinize the grease or even rust the bearing. Thus, it can happen that such a dipstick, which may still be acceptable in the new state, with service life ultimately fails the service, so that small forces can not be detected by the sensor.

Die Ursache für diese Probleme und negativen Erscheinungen liegt letztendlich in der Reibkraft. Dies vorrangig deshalb, da diese sich wie beschrieben einerseits über die Zeit und andererseits über die Gleitgeschwindigkeit ändert. Dies ist mathematisch schwer bis gar nicht errechenbar. Somit kann diese die Messung beeinflussende Kraft nicht oder nicht genau genug bei der Auswertung der Messergebnisse berücksichtigt werden.The cause of these problems and negative phenomena is ultimately the frictional force. This is primarily because it changes as described on the one hand on the time and on the other hand on the sliding speed. This is mathematically difficult or impossible to calculate. Thus, this force influencing the measurement can not or not be considered accurately enough in the evaluation of the measurement results.

Da hier zum Messen nur Mikrobewegungen benötigt werden, bietet es sich an, anstelle der reellen Lager monolithische Lager 96 zu verwenden. Diese ermöglichen Bewegungen nicht durch Relativverschiebung zueinander, sondern durch örtliche Verformung. Durch das Fehlen der Relativverschiebung kann auch keine Gegenkraft durch das Lagermoment im Zusammenwirken mit der Lagerreibung entstehen. Einzig Kräfte durch die Verformung der Strukturelemente wirken der Messkraft entgegen. Da die Bewegungen aber im zehntel Millimeterbereich erfolgen, ist auch diese Kraft sehr klein und wirkt nur durch diese Bewegung, aber nicht durch die Kraftwirkung. Somit ist das Lastmoment für die Messung unwirksam.Since only micro-movements are needed here for measuring, it makes sense to use monolithic bearings instead of the real bearings 96 to use. These allow movements not by relative displacement to each other, but by local deformation. Due to the absence of the relative displacement, no counterforce can also be produced by the bearing moment in cooperation with the bearing friction. Only forces due to the deformation of the structural elements counteract the measuring force. But since the movements take place in tenths of a millimeter range, this force is also very small and acts only by this movement, but not by the force effect. Thus, the load torque for the measurement is ineffective.

Die Kraftableitung ist identisch mit der Lösung mit reellen Lagern. Durch die Normalkraft entsteht jedoch bei der Verwendung monolithischer Lager kein Reibmoment, welches zur Bewegung überwunden werden muss. Stattdessen entsteht in der Struktur vor allem durch die Schubkräfte eine Strukturverformung. Durch diese Strukturverformung wird im Bauteil Energie gespeichert, welche wiederum, ähnlich dem Reibmoment, anteilmäßig nicht den Messsensor erreicht und somit von diesem nicht gemessen werden kann.The power dissipation is identical to the solution with real bearings. Due to the normal force, however, no friction torque is created when using monolithic bearings, which must be overcome for movement. Instead, a structural deformation occurs in the structure, primarily due to the shear forces. As a result of this structural deformation, energy is stored in the component which, in turn, similar to the frictional torque, does not reach the measuring sensor proportionally and thus can not be measured by it.

Diese Energie wird anders als bei reellen Lagern nicht in Wärme gewandelt, sondern in der Struktur gespeichert und stellt den Mechanismus bei fehlendem äußerem Krafteinfluss in die neutrale Lage zurück. Da die Energie bei reellen Lagern nicht gespeichert, sondern in Wärme umgewandelt wird, steht hier diese Energie nicht mehr zur Rückstellung zur Verfügung. Es kann im Extremfall, vor allem beim Beispiel mit der Haftreibung, dazu kommen, dass der Messsensor auch ohne äußere Kraftwirkung durch die Haftreibung eine ”Spannung” misst und dies zu entsprechenden Messfehlern führt. Weiterhin muss bei diesen monolithischen Lagern die Bewegung kein ”Haltemoment” überwinden. Die in der Struktur gespeicherte Energie steigt linear an. Da der Sensor bei Kraft entsprechend seiner Steifigkeit linear zur Wirkkraft verschiebt und diese Verschiebung entsprechend linear auch die Energie in der monolithischen Struktur speichert, wird der Sensor einen annähernd konstanten Prozentsatz der Wirkkraft von außen registrieren. Der exakte Wert der linear steigenden Kraft durch die monolithischen Lager 96 ist, da dieser nur vom Weg und nicht wie bei der Reibung von der Strukturverschiebungsgeschwindigkeit und von der Zeit abhängig ist, einfach zu errechnen und kann somit in die Auswerteberechnung mit berücksichtigt werden.This energy, unlike real camps, is not converted into heat, but stored in the structure and returns the mechanism to the neutral position in the absence of external force. Since the energy is not stored in real camps but converted into heat, this energy is no longer available for recovery. In extreme cases, especially in the example with static friction, it can happen that the measuring sensor measures a "tension" even without external force due to the static friction and this leads to corresponding measuring errors. Furthermore, in these monolithic camps the Motion does not overcome a "holding moment". The energy stored in the structure increases linearly. Since the sensor shifts linearly to the effective force in accordance with its stiffness and this displacement linearly stores the energy in the monolithic structure, the sensor will register an approximately constant percentage of the effective force from the outside. The exact value of the linearly increasing force through the monolithic bearings 96 is, because it depends only on the way and not as in the friction of the structural displacement speed and time, easy to calculate and can thus be taken into account in the evaluation calculation.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass das monolithische Element, da es keine gleitenden Elemente aufweist, weitgehend unsensibel gegen Alterungserscheinungen istAnother significant advantage is that the monolithic element, since it has no sliding elements, is largely insensitive to aging

Durch dieses Element ist es nun einfach durch eine Anordnung dieser Elemente im Raum, eine Einheit zu schaffen, welche z. B. eine Kraft in einer gewünschten Richtung oder alle Kräfte oder alle Momente und Kräfte misst.By this element, it is now easy by an arrangement of these elements in space to create a unit which z. B. measures a force in a desired direction or all forces or all moments and forces.

Dies kann durch einen speziell für diese Messstäbe 94 gefertigte Vorrichtungen geschehen aber auch einfach dadurch, dass solche Messstäbe 94 in Anlagen eingefügt werden, um auf diese Weise die Anlage zu stützen und die Kräfte und wenn gewünscht die Momente auch im laufenden Betrieb zu ermitteln.This can be done by a special for these dipsticks 94 manufactured devices but also happen simply by the fact that such dipsticks 94 be inserted in systems to support in this way the plant and determine the forces and, if desired, the moments during operation.

Auf diese Weise lässt sich der Messstab 94 modular von einem Ein-Achs-Kraftmesssystem auf ein bis zu sechs-Achs-Messsystem erweitern.In this way, the dipstick can be 94 expand modularly from a single-axis force measuring system to one to six-axis measuring system.

In den 22a bis c sind drei unterschiedliche Anordnungen des Messstabs 94 gezeigt. Diese zeigen bis zu drei jeweils orthogonal zueinander angeordnete Messstäbe 94, die dann Kräfte in bis zu drei Raumrichtungen aufnehmen können.In the 22a to c are three different arrangements of the dipstick 94 shown. These show up to three orthogonal measuring rods 94 , which can then absorb forces in up to three spatial directions.

23 zeigt darüber hinaus eine Messanordnung 110 zur Ermittlung der Kräfte und Momente zwischen einem Fundamentrahmen 104 und einem Trägerrahmen 106. Auf dem Trägerrahmen kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug 108 angeordnet sein, welches beispielsweise durch ein Förderband 112 bewegbar ist. Durch die dargestellte Messanordnung 110 ist es möglich, vom Kraftfahrzeug 108 auf den Fundamentrahmen 104 ausgeübte Kräfte und Momente in allen sechs Freiheitsgraden hochgenau zu ermitteln. Die hier gezeigte Anordnung der Messanordnung 110 mit den Messstäben 94 in Form einer Stewart-Plattform ist nur beispielhaft, es könnte auch eine andere Parallelkinematik, beispielsweise eine 3-2-1-Kinematik gewählt werden. 23 also shows a measuring arrangement 110 to determine the forces and moments between a foundation frame 104 and a support frame 106 , On the support frame, for example, a motor vehicle 108 be arranged, which for example by a conveyor belt 112 is movable. Through the illustrated measuring arrangement 110 it is possible from the motor vehicle 108 on the foundation frame 104 To determine forces and moments in all six degrees of freedom with high accuracy. The arrangement of the measuring arrangement shown here 110 with the measuring rods 94 in the form of a Stewart platform is only an example, it could also be another parallel kinematics, for example, a 3-2-1 kinematics are selected.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011105383 A1 [0002]

Claims

Measuring rod for absorbing forces in its axial direction with at least one integrated sensor element and at least two bearing elements, characterized in that the measuring rod ( 94 ) by monolithic storage ( 90 . 96 ) and integrally connected pull and / or pressure sensors ( 54 ) is formed.

Measuring rod according to claim 1, characterized in that the monolithic bearing by two bearing elements ( 96 ) is formed.

Connecting device ( 10 ) for connecting a tool carrier with an axis of a robot, with a robot platform ( 12 ) as a first platform, which is attachable to the axis of the robot, with a tool carrier platform ( 14 ) as a second platform, to which the tool carrier can be fastened, and with a guide device ( 40 ), by means of which the platforms are connected to one another in a rotationally fixed manner relative to three spatial directions extending orthogonally relative to one another and are displaceable relative to one another along the three spatial directions, characterized in that components which are movable relative to one another ( 86 . 88 ) of the connection device ( 10 ) are integrally formed with each other and at least one integrally with the relatively movable components ( 86 . 88 ) monolithic storage ( 90 ) are interconnected.

Connecting device ( 10 ) according to claim 3, characterized in that the guide device ( 40 ) is a parallel kinematic.

Connecting device ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the parallel kinematics is designed as a delta kinematics or 3-2-1 kinematics.

Connecting device ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the relatively movable components ( 86 . 88 ) in the field of storage ( 90 ) have a smaller thickness and / or width than in respective, on both sides of the storage ( 90 ) adjoining areas.

Connecting device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the platforms a sensor device ( 52 ) is arranged, by means of which forces which act from one of the platforms on the other platform at least along the three spatial directions, are detectable.

Connecting device ( 10 ) according to claim 7, characterized in that the sensor device ( 52 ) a three-axis force sensor ( 54 ) for detecting the forces acting along the three spatial directions.