DE19840886C2

DE19840886C2 - Bewegungsvorrichtung mit Parallelstruktur

Info

Publication number: DE19840886C2
Application number: DE1998140886
Authority: DE
Inventors: Juergen Hesselbach; Nicolae Plitea; Hanfried Kerle; Matthias Frindt
Original assignee: Individual
Current assignee: FIP FORSCHUNGSINSTITUT FUER PRODUKTIONSTECHNIK BRAU
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: DE19840886A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bewegungsvorrichtung mit Parallel struktur und mit zumindest drei jeweils separat angetriebenen, d. h. aktiven Führungsgelenkketten zur Parallelführung einer Werkzeugplattform (WP) gegenüber einer raumfesten Gestellplattform (GP) in einem durch die mit der Gestellplattform verbundenen X-, Y- und Z-Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems definierten Raum, wobei jede Führungsgelenkkette einen GP-nahen, mit der Gestellplattform gelenkig verbundenen Gelenkstab sowie einen WP- nahen, sowohl mit dem GP-nahen Gelenkstab als auch mit der Werk zeugplattform gelenkig verbundenen Gelenkstab aufweist, so daß die Werkzeugplattform das gegenüber der Gestellplattform beweg te, alle Führungsgelenkketten als geschlossene kinematische Ket ten miteinander verbindende Glied darstellt.

Bewegungsvorrichtungen mit Parallelstruktur bauen - getriebesy stematisch gesehen - auf geschlossenen kinematischen Ketten auf. Dabei bildet die Werkzeugplattform das gegenüber der Gestell plattform bewegte verbindende Glied aller Führungsgelenkketten.

Zu den heute bekanntesten Bewegungsvorrichtungen mit Parallel struktur zählen die allgemein mit HEXA oder HEXAPOD bezeichneten Maschinen, die im allgemeinen sechs einzeln angetriebene Füh rungsgelenkketten besitzen. Die Antriebe als Dreh- oder Schub antriebe sind entweder in der Gestellplattform gelagert oder als aktive Gelenke in die Führungsgelenkketten integriert. Diese Bewegungsvorrichtungen haben somit sechs Bewegungsfreiheiten und können die gegebenenfalls mit einer Arbeitsspindel bestückte Werkzeugplattform beliebig innerhalb des nutzbaren Arbeitsraumes anordnen, d. h. sowohl positionieren als auch orientieren. Aus konstruktiven, steuerungstechnischen und Kostengründen werden die sechsachsigen Bewegungsvorrichtungen mit Parallelstruktur meist symmetrisch mit sechs gleichartigen Führungsgelenkketten zwischen der Gestellplattform und der Werkzeugplattform sowie sechs gleichen Antrieben ausgeführt. Ein siebter Antrieb dient dann als Drehantrieb der Arbeitsspindel auf der Werkzeugplatt form.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschrie bene Bewegungsvorrichtung hinsichtlich ihres Bauaufwandes zu vereinfachen, jedoch unter Beibehaltung der Möglichkeit, z. B. eine rotatorisch angetriebene Arbeitsspindel im X-Y-Z-Raum genau zu führen (positionieren und orientieren).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Posi tionierung und Orientierung der Werkzeugplattform fünf Frei heitsgrade und somit fünf die Führungsgelenkketten beaufschla gende Antriebe vorgesehen sind, wobei eine aktive oder eine pas sive Führungsgelenkkette insgesamt fünf Gelenkfreiheitsgrade aufweist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für die räumliche Führung eines rotationssymmetrischen Teils - wie es z. B. eine Arbeitsspindel darstellt - nur fünf Bewegungsfreiheiten und da mit auch nur fünf Dreh- oder Schubantriebe notwendig sind. Ande rerseits läßt sich eine sechsachsige Bewegungsvorrichtung mit Parallelstruktur, also mit sechs Führungsgelenkketten, nicht einfach durch Weglassen einer Führungsgelenkkette auf eine Bewe gungsvorrichtung mit fünf Führungsgelenkketten reduzieren. Er findungsgemäß kommt man mit drei Gelenk"ebenen" pro Führungsge lenkkette aus. Die erste und dritte Gelenk"ebene" fällt mit der Gestellplattform bzw. Werkzeugplattform zusammen; die zweite Gelenk"ebene" setzt sich aus den Gelenken zwischen den GP-nahen und den WP-nahen Gliedern aller Führungsgelenkketten zusammen.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

- Vorgesehen sind insgesamt fünf aktive Führungsgelenkketten;
- jede dieser Führungsgelenkketten weist ein aktives, d. h. ein von einem Dreh- oder Schubantrieb beaufschlagtes Gelenk mit einem Gelenkfreiheitsgrad (f = 1) sowie zwei passive, d. h. nicht mit einem Antrieb gekoppelte Gelenke auf;
- bei vier Führungsgelenkketten weisen die beiden passiven Gelenke jeweils zusammen fünf Gelenkfreiheitsgrade (f = 5) auf;
- die beiden passiven Gelenke der fünften Führungsgelenkkette weisen zusammen vier Gelenkfreiheitsgrade (f = 4) auf. ( Fig. 1)

Die beiden zusammen fünf Gelenkfreiheitsgrade aufweisenden pas siven Gelenke können z. B. ein Kardan- oder Kreuzgelenk (f = 2) und ein Kugelgelenk (f = 3) sein, so daß sich bei diesen Füh rungsgelenkketten zusammen mit dem aktiven Gelenk ein sogenann ter Kettenfreiheitsgrad F_k = 6 ergibt. Die beiden passiven Gelen ke der fünften Führungsgelenkkette können z. B. ein Drehgelenk (f = 1) und ein Kugelgelenk (f = 3) oder zwei Kardangelenke (je weils f = 2) sein, so daß sich für die fünfte Führungsgelenkket te zusammen mit dem aktiven Gelenk der Kettenfreiheitsgrad F_k = 5 ergibt.

Eine abgewandelte Ausführungsform ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

- Vorgesehen sind insgesamt vier aktive Führungsgelenkketten;
- zwei Führungsgelenkketten umfassen ein aktives Gelenk mit einem Gelenkfreiheitsgrad (f = 1) und zwei passive Gelenke, wobei letztere jeweils zusammen fünf Gelenkfreiheitsgrade (f = 5) aufweisen;
- eine Führungsgelenkkette umfaßt ein aktives Gelenk mit ei nem Gelenkfreiheitsgrad (f = 1) und zwei passive Gelenke, wobei letztere zusammen vier Gelenkfreiheitsgrade (f = 4) aufweisen;
- die vierte Führungsgelenkkette umfaßt ein aktives, von zwei Antrieben beaufschlagtes Gelenk mit zwei Gelenkfreiheits graden (f = 2) und zwei passive, zusammen vier Gelenkfrei heitsgrade (f = 4) aufweisende Gelenke. (Fig. 3)

Durch den Einsatz eines Doppelantriebs für eine Führungsgelenk kette läßt sich die Anzahl der Führungsgelenkketten um 1 verrin gern. Bei der vierten Führungsgelenkkette ist somit das aktive Gelenk mit zwei Antrieben, die Dreh- oder Schubantriebe sein können, über einen X-Y-Tisch oder Kreuztisch gekoppelt. Für die se vierte Führungsgelenkkette ergibt sich dann der Kettenfrei heitsgrad F_k = 6.

Alternativ besteht die Möglichkeit, jeweils einen Doppelantrieb für zwei Führungsgelenkketten einzusetzen, so daß sich die An zahl der Führungsgelenkketten um 2 verringert. Eine derartige Ausführungsform ist erfindungsgemäß durch folgende Merkmale ge kennzeichnet:

- Vorgesehen sind insgesamt drei aktive Führungsgelenkketten;
- eine Führungsgelenkkette weist ein aktives Gelenk mit einem Gelenkfreiheitsgrad (f = 1) auf;
- die beiden anderen Führungsgelenkketten besitzen jeweils ein aktives Gelenk mit zwei Gelenkfreiheitsgraden (f = 2);
- jede der drei Führungsgelenkketten umfaßt ferner zwei pas sive Gelenke mit jeweils zusammen vier Gelenkfreiheitsgra den (f = 4). (Fig. 4)

Um den konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand weiter zu verringern, besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, hinsicht lich der Gelenkarten gleichartig und/oder hinsichtlich der Ge lenkfreiheiten vergleichbar aufgebaute angetriebene Führungsge lenkketten zu verwenden. Eine entsprechende Alternativlösung ist erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

- Vorgesehen sind fünf aktive Führungsgelenkketten;
- vorgesehen ist ferner eine zusätzliche, zwischen Gestell plattform und Werkzeugplattform angeordnete, nicht ange triebene; d. h. passive Führungsgelenkkette, die einen GP- nahen, mit der Gestellplattform gelenkig verbundenen Ge lenkstab sowie einen WP-nahen, sowohl mit dem GP-nahen Ge lenkstab als auch mit der Werkzeugplattform gelenkig ver bundenen Gelenkstab aufweist;
- die fünf aktiven Führungsgelenkketten weisen jeweils ein aktives Gelenk mit einem Gelenkfreiheitsgrad (f = 1) und zwei passive Gelenke mit zusammen fünf Gelenkfreiheitsgra den (f = 5) und untereinander gleichartige Gelenkarten bzw. vergleichbare Gelenkfreiheitsgrade auf;
- die drei Gelenke der passiven Führungsgelenkkette haben zusammen fünf Gelenkfreiheitsgrade (f = 5). (Fig. 5 und 6)

Alternativ besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, die Antriebe in zwei Gruppen auf zwei senkrecht zueinander stehenden Geraden in der Gestellplattform anzuordnen. Ausgehend von der eingangs beschriebenen Bewegungsvorrichtung, jedoch mit jeweils nur einem Gelenkstab pro Führungsgelenkkette, ist eine erfindungsgemäße Lösung für diese Alternative durch folgende Merkmale gekenn zeichnet:

- Vorgesehen sind insgesamt fünf aktive Führungsgelenkketten;
- jede Führungsgelenkkette weist ein an der Gestellplattform gelagertes Antriebsglied auf, das als Dreh- oder Schubglied (f = 1) ausgebildet ist;
- jede Führungsgelenkkette weist nur einen Gelenkstab auf, der mit seinem einen Ende über ein Kardan- oder Kreuzgelenk an dem GP-eigenen Antriebsglied angelenkt ist;
- jeweils eine Achse der drei Kardangelenke liegt auf einer gemeinsamen Y-Achse;
- bei drei Führungsgelenkketten sind die ihnen zugeordneten Antriebsglieder in der Gestellplattform auf einer gemein samen Y-Achse angeordnet, wobei bei Ausbildung der An triebsglieder als Drehglieder deren Drehachsen senkrecht auf der Y-Achse stehen, während bei der Ausbildung als Schubglieder diese entlang einer gemeinsamen Y-Achse ver schiebbar sind, wobei auch die drei diesen drei Führungs gelenkketten zugeordneten WP-Kardangelenke jeweils mit ih rer Gelenkmitte auf einer gemeinsamen Y-Achse liegen;
- bei den beiden anderen Führungsgelenkketten sind die ihnen zugeordneten Antriebsglieder entsprechend auf einer gemein samen X-Achse angeordnet, während die Anlenkung an der Werkzeugplattform jeweils über ein Kugelgelenk erfolgt, deren beiden Gelenkmitten auf einer gemeinsamen X-Achse liegen. (Fig. 12)

Durch die zusammenfallenden Lagen der beschriebenen Kardange lenkachsen bleiben die zugeordneten Gruppen von drei bzw. zwei Führungsgelenkketten jeweils koplanar und ermöglichen entkoppel te Bewegungen in der Y-Z- bzw. X-Z-Ebene wie bei ebenen Getrie ben, d. h. für Positionierungen des Werkzeugs auf der Werkzeug plattform in den angegebenen kartesischen Ebenen der Gestell plattform sind nur zwei bzw. drei statt fünf Antriebe notwendig. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die mittlere Füh rungsgelenkkette für die Y-Achse die benachbarten Führungsge lenkketten links und rechts jeweils zu Parallelkurbelgetrieben ergänzen kann und damit Kreisschiebungen eines Werkzeugs in der Y-Z-Ebene ermöglicht. Vorteilhaft ist dabei ferner, daß eine Drehung um die Z-Achse konstruktiv ausgeschlossen ist, und daß nur ein erheblich reduzierter Steuerungsaufwand erforderlich ist.

Bei der konstruktiven Umsetzung der vorstehend beschriebenen Lösung ist es zweckmäßig, wenn für bestimmte Stellungen der fünf als Schubglieder ausgebildeten Antriebsglieder der Y-Abstand zwischen zwei benachbarten WP-Kardangelenken dem Y-Abstand zwi schen den beiden zugeordneten Antriebsgliedern und der X-Abstand zwischen den beiden WP-Kugelgelenken dem X-Abstand zwischen den beiden zugeordneten Antriebsgliedern entspricht. Dabei ist es ferner vorteilhaft, wenn das WP-Kardangelenk der mittleren Füh rungsgelenkkette in der geometrischen Mitte der Werkzeugplatt form liegt.

Bei allen vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lösungen ist es grundsätzlich möglich, daß zum rotatorischen Antrieb ei ner in der Werkzeugplattform gelagerten Arbeitsspindel eine zu sätzliche, die Arbeitsspindel mit der Gestellplattform verbin dende angetriebene, d. h. aktive Gelenkkette vorgesehen ist, deren Gelenke insgesamt sieben Freiheitsgrade aufweisen. Durch diese zusätzliche angetriebene Gelenkkette zwischen Gestellplattform und Werkzeugplattform ändert sich das Bewegungsverhal ten der Bewegungsvorrichtung nicht. Erreicht wird dies durch einen Kettenfreiheitsgrad F_k = 7.

Als Gelenke werden vorzugsweise wälzgelagerte Bauformen als Dreh-, Schub-, Kardan-, Kreuz- und Kugelgelenke eingesetzt, die geringes (einstellbares) Spiel und geringe Reibung (geringen Verschleiß) bei großer Lebensdauer aufweisen. Dabei sind die Führungsgelenkketten im allgemeinen nicht gleichartig hinsicht lich der Gelenkarten aufgebaut.

Bei dem als Schubantrieb ausgebildeten Einzelantrieb handelt es sich um einen Linearantrieb, der z. B. aus der konventionellen Kombination "Drehmotor und Gewindespindel" bestehen kann, oder bei dem z. B. das Schubglied das GP-nahe Glied darstellt und selbst Teil eines Linearmotors ist.

Im Normalfall ist die Anordnung der Gelenke zum Anschluß der Führungsgelenkketten in der Gestellplattform und der Werkzeug plattform sowie die Ausrichtung der Gelenkachsen der Gelenke einer Führungsgelenkkette beliebig. Aus steuerungstechnischen und/oder konstruktiven Gründen wird man symmetrische bzw. gleichabständige Anordnungen der Gelenkanschlüsse in der Ge stellplattform und Werkzeugplattform auf Kreisen oder Geraden wählen.

Sofern hinsichtlich der Gelenkarten gleichartige und/oder hin sichtlich der Gelenkfreiheiten vergleichbar aufgebaute angetrie bene Führungsgelenkketten verwendet werden, ist dafür zu sorgen, daß entweder durch eine zusätzliche nicht angetriebene (passive) Gelenkkette mit genau bestimmter Anzahl und Art von Gelenken zwischen der Gestellplattform und Werkzeugplattform oder aber durch eine spezielle Ausrichtung von Gelenkachsen in jeder Füh rungsgelenkkette der Zwangslauf der Werkzeugplattform gegenüber der Gestellplattform bei fünf Antrieben als Einzelantrieb oder in der Einzel-Doppel-Kombination sichergestellt ist.

In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungs formen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung eine Bewegungsvor richtung mit fünf aktiven Führungsgelenkketten;

Fig. 2 eine Ausführungsform gemäß Fig. 1, bei der die Gelenkstange einer aktiven Führungsgelenkkette durch eine Doppelstangenführungskette ersetzt ist;

Fig. 3 eine Bewegungsvorrichtung mit vier aktiven Füh rungsgelenkketten;

Fig. 4 eine Bewegungsvorrichtung mit drei aktiven Füh rungsgelenkketten;

Fig. 5 eine Bewegungsvorrichtung mit fünf aktiven Füh rungsgelenkketten und einer passiven Führungsge lenkkette;

Fig. 6 eine gegenüber Fig. 5 etwas abgewandelte Ausfüh rungsform mit ebenfalls fünf aktiven Führungsge lenkketten und einer passiven Führungsgelenkket te;

Fig. 7 die Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit einer zu sätzlichen aktiven Gelenkkette zum Antrieb einer in der Werkzeugplattform gelagerten Arbeitsspin del;

Fig. 8 Beispiele für einfach angetriebene Führungsge lenkketten mit dem Kettenfreiheitsgrad F_k = 6;

Fig. 9 Beispiele für zweifach angetriebene Führungsge lenkketten mit dem Kettenfreiheitsgrad F_k = 6;

Fig. 10 Beispiele für passive Führungsgelenkketten mit dem Kettenfreiheitsgrad F_k = 5;

Fig. 11 Beispiele für einfach angetriebene Führungsge lenkketten mit dem Kettenfreiheitsgrad F_k = 5 und

Fig. 12 eine Bewegungsvorrichtung mit fünf aktiven Füh rungsgelenkketten, deren Antriebe in zwei Gruppen auf zwei senkrecht zueinander stehenden Geraden angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt eine Bewegungsvorrichtung mit Parallelstruktur mit fünf jeweils separat angetriebenen, d. h. aktiven Führungsgelenk ketten 1 zur Parallelführung einer Werkzeugplattform (WP) 2 ge genüber einer raumfesten Gestellplattform (GP) 3 in einem durch die mit der Gestellplattform 3 verbundenen X-, Y- und Z-Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems definierten Raum.

Jede Führungsgelenkkette 1 weist einen GP-nahen, mit der Ge stellplattform 3 gelenkig verbundenen Gelenkstab 1a sowie einen WP-nahen, sowohl mit dem GP-nahen Gelenkstab 1a als auch mit der Werkzeugplattform 2 gelenkig verbundenen Gelenkstab 1b auf. Die Werkzeugplattform 2 stellt somit gegenüber der Gestellplattform 3 das alle Führungsgelenkketten 1 als geschlossene kinematische Ketten miteinander verbindende Glied dar.

Jede dieser Führungsgelenkketten 1 weist ein aktives Gelenk 4 mit einem Gelenkfreiheitsgrad f = 1 sowie zwei passive, d. h. nicht mit einem Antrieb gekoppelte Gelenke 5, 6 auf. Alle akti ven Gelenke 4 sind jeweils von einem Drehantrieb 7 beaufschlagt.

Vier der mittleren passiven Gelenke sind als Kugelgelenk 5a aus gebildet, während das mittlere passive Gelenk der fünften Füh rungsgelenkkette 1 ein Kardangelenk 5b ist. Alle WP-nahen passiven Gelenke 6 sind in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungs beispiel als Kardangelenk 6b ausgebildet. Somit weisen bei den vier Führungsgelenkketten 1 die beiden passiven Gelenke 5a, 6b jeweils zusammen fünf Gelenkfreiheitsgrade auf, während die bei den passiven Gelenke 5b, 6b der fünften Führungsgelenkkette zu sammen vier Gelenkfreiheitsgrade aufweisen.

Fig. 2 zeigt eine Bewegungsvorrichtung, die im wesentlichen der der Fig. 1 entspricht. Lediglich die fünfte Führungsgelenkkette 1 ist unterschiedlich gestaltet: Der WP-nahe Gelenkstab 1b der Fig. 1 ist ersetzt durch eine Doppelstangenführung 1c, die über zwei Punkte, nämlich über die beiden passiven Kardangelenke 6b an der Werkzeugplattform 2 geführt ist. Außerdem ist bei dieser fünften Führungsgelenkkette das mittlere passive Kardangelenk 5b der Fig. 1 ersetzt durch zwei auf einer gemeinsamen Achse sit zende Kugelgelenke 5a. Eine derartige Doppelstangenführung 1c ermöglicht bei der Kraftübertragung eine Kraftaufteilung.

Fig. 3 zeigt eine Bewegungsvorrichtung mit insgesamt vier akti ven Führungsgelenkketten 1, von denen drei Führungsgelenkketten ein aktives, von einem Drehantrieb 7 beaufschlagtes Gelenk 4 (f = 1) aufweisen, während das aktive Gelenk 4 der vierten Führungsgelenkkette 1 von einem Drehantrieb 7 und einem Schub antrieb 8 beaufschlagt ist und somit zwei Gelenkfreiheitsgrade aufweist.

Bei allen vier Führungsgelenkketten 1 ist das WP-nahe passive Gelenk als Kardangelenk 6b ausgebildet, während bei zwei Füh rungsgelenkketten 1 das mittlere passive Gelenk jeweils ein Ku gelgelenk 5a und bei den anderen beiden Führungsgelenkketten ein Kardangelenk 5b ist. Die beiden passiven Gelenke 5a, 6b der bei den in Fig. 3 links dargestellten Führungsgelenkketten 1 weisen somit jeweils zusammen fünf Gelenkfreiheitsgrade auf, während die entsprechenden passiven Gelenke der beiden anderen Führungs gelenkketten jeweils zusammen nur vier Gelenkfreiheitsgrade ha ben.

Fig. 4 zeigt eine Bewegungsvorrichtung mit nur drei aktiven Führungsgelenkketten 1, von denen die in der Darstellung mitt lere Führungsgelenkkette ein als Drehgelenk ausgebildetes akti ves Gelenk 4 (f = 1) aufweist, während die beiden anderen Füh rungsgelenkketten jeweils ein aktives Gelenk 4 besitzen, das jeweils von einem Drehantrieb 7 und einem Schubantrieb 8 beauf schlagt ist. Jede der drei Führungsgelenkketten 1 umfaßt ferner zwei passive Kardangelenke 5b, 6b mit jeweils zusammen vier Ge lenkfreiheitsgraden.

Fig. 5 zeigt eine Bewegungsvorrichtung mit fünf aktiven Füh rungsgelenkketten 1 sowie eine zusätzliche, zwischen Gestell plattform 3 und Werkzeugplattform 2 angeordnete, nicht angetrie bene, d. h. passive Führungsgelenkkette 9, die einen GP-nahen, mit der Gestellplattform 3 gelenkig verbundenen Gelenkstab 9a sowie einen WP-nahen, sowohl mit dem GP-nahen Gelenkstab 9a als auch mit der Werkzeugplattform 2 gelenkig verbundenen Gelenkstab 9b aufweist.

Die fünf aktiven Führungsgelenkketten 1 weisen jeweils ein von einem Drehantrieb 7 beaufschlagtes aktives Gelenk 4 mit einem Gelenkfreiheitsgrad auf sowie jeweils zwei passive Gelenke 5a, 6b mit zusammen fünf Gelenkfreiheitsgraden. Bei der passiven Führungsgelenkkette 9 ist das GP-nahe passive Gelenk 10 ebenso wie das WP-nahe passive Gelenk 6b als Kardangelenk ausgebildet, während das mittlere passive Gelenk ein Schubgelenk 5c ist. Die drei Gelenke 10, 5c, 6b der passiven Führungsgelenkkette 9 haben zusammen fünf Gelenkfreiheitsgrade.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 entspricht im wesentlichen der der Fig. 5, wobei hier das passive, GP-nahe Gelenk 10 ein ein faches Drehgelenk ist, während die beiden anderen passiven Ge lenke jeweils Kardangelenke 5b, 6b sind.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 entspricht der der Fig. 1, weist dieser gegenüber jedoch eine zusätzliche aktive Gelenkkette 11 auf, die zum rotatorischen Antrieb einer in der Werkzeug plattform 2 gelagerten Arbeitsspindel 12 dient. Das Gelenk 4 dieser zusätzlichen Gelenkkette 11 ist als Kardangelenk ausge bildet; das mittlere Gelenk ist ein Schubgelenk 5c, während das WP-nahe Gelenk 6b ein mit der frei drehbaren Arbeitsspindel 12 verbundenes Kardangelenk ist. Die Gelenke dieser zusätzlichen Gelenkkette 11 weisen somit insgesamt sieben Freiheitsgrade auf.

Fig. 8 zeigt sechs Beispiele für einfach angetriebene Führungs gelenkketten, die jeweils den Kettenfreiheitsgrad F_k = 6 haben. Diese Führungsgelenkketten setzen sich wie folgt zusammen:

a) Ein aktives, von einem Drehantrieb 7 beaufschlagtes Gelenk 4, ein mittleres passives Kugelgelenk 5a und ein unteres passives Kreuz- oder Kardangelenk 6b;
b) wie a), das untere passive Gelenk ist jedoch ein Ku gelgelenk 6a;
c) das aktive Gelenk 4 wird von einem Schubantrieb 8 be aufschlagt, die beiden passiven Gelenke entsprechen denen des Beispiels a);
d) entspricht dem Beispiel c), wobei lediglich das untere passive Gelenk als Kugelgelenk 6a ausgebildet ist;
e) das aktive, von einem Schubantrieb 8 beaufschlagte Gelenk ist in das mittlere Gelenk verlagert; die bei den passiven Gelenke sind als Kugel- bzw. Kardangelenk ausgebildet;
f) entspricht dem Beispiel e) mit zwei als Kugelgelenk ausgebildeten passiven Gelenken.

Fig. 9 zeigt sechs Beispiele für zweifach angetriebene Füh rungsgelenkketten, die jeweils einen Kettenfreiheitsgrad F_k = 6 aufweisen.

In Fig. 10 sind fünf Beispiele für passive Führungsgelenkketten mit F_k = 5 dargestellt.

Fig. 11 zeigt neun Beispiele für einfach angetriebene Führungs gelenkketten mit jeweils F_k = 5. Dabei zeigt das Beispiel f) eine eine Doppelstangenführung 1c aufweisende Führungsgelenkkette, die der fünften Führungsgelenkkette der Ausführungsform in Fig. 2 entspricht. Bei den Ausführungsformen gemäß g) und i) sind in der Doppelstangenführung 1c vier Kugelgelenke vorgesehen, so daß in den Doppelstangen keine Torsionsmomente auftreten können.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 sind insgesamt fünf akti ve Führungsgelenkketten 1 mit jeweils einem Gelenkstab vorgese hen. Jede dieser Führungsgelenkketten 1 weist ein an der Ge stellplattform 3 gelagertes Antriebsglied 13 auf, das als Schub glied (f = 1) ausgebildet ist. Der Gelenkstab jeder Führungsge lenkkette 1 ist mit seinem einen Ende über ein Kardangelenk 14 an dem GP-eigenen Antriebsglied 13 angelenkt. Jeweils eine Achse von drei dieser Kardangelenke 14 liegt auf einer gemeinsamen Achse Y₁. Die diesen drei Kardangelenken 14 zugeordneten An triebsglieder 13 sind in der Gestellplattform 3 auf einer ge meinsamen Y-Achse verschiebbar angeordnet. Diese drei Führungs gelenkketten 1 sind mit ihrem jeweils unteren Ende über WP-Kar dangelenke 15 an der Werkzeugplattform 2 angelenkt, wobei auch die Gelenkmitten dieser drei WP-Kardangelenke 15 auf einer ge meinsamen Achse Y₂ liegen.

Bei den beiden anderen Führungsgelenkketten 1 sind die ihnen zugeordneten Antriebsglieder 13 verschiebbar auf einer gemein samen Achse X₁ angeordnet, während die Anlenkung an der Werkzeug plattform 2 jeweils über ein passives Kugelgelenk 6a erfolgt, deren beiden Gelenkmitten auf einer gemeinsamen Achse X₂ liegen.

Für bestimmte Stellungen der fünf als Schubglieder ausgebildeten Antriebsglieder 13 entspricht der Y-Abstand a1 zwischen zwei benachbarten WP-Kardangelenken 15 dem Y-Abstand a2 zwischen den beiden zugeordneten Antriebsgliedern 13 und der X-Abstand b1 zwischen den beiden WP-Kugelgelenken 6a dem X-Abstand b2 zwischen den beiden zugeordneten Antriebsgliedern 13. Außerdem liegt das WP-Kardangelenk 15 der mittleren Führungsgelenkkette 1 in der geometrischen Mitte der Werkzeugplattform 2.

Claims

1. Bewegungsvorrichtung mit Parallelstruktur und mit zumindest drei jeweils separat angetriebenen, d. h. aktiven Führungs gelenkketten (1) zur Parallelführung einer Werkzeugplatt form (WP)(2) gegenüber einer raumfesten Gestellplattform (GP)(3) in einem durch die mit der Gestellplattform (3) verbundenen X-, Y- und Z-Achsen eines rechtwinkligen Koor dinatensystems definierten Raum, wobei jede Führungsgelenk kette (1) einen GP-nahen, mit der Gestellplattform (3) ge lenkig verbundenen Gelenkstab (1a) sowie zumindest einen WP-nahen, sowohl mit dem GP-nahen Gelenkstab (1a) als auch mit der Werkzeugplattform (2) gelenkig verbundenen Gelenk stab (1b) aufweist, so daß die Werkzeugplattform (2) das gegenüber der Gestellplattform (3) bewegte, alle Führungs gelenkketten (1) als geschlossene kinematische Ketten mit einander verbindende Glied darstellt, dadurch gekennzeich net, daß zur Positionierung und Orientierung der Werkzeug plattform (2) fünf Freiheitsgrade und somit fünf die Füh rungsgelenkketten (1) beaufschlagende Antriebe (7, 8) vor gesehen sind, wobei eine aktive oder eine passive Führungs gelenkkette (1, 9) insgesamt fünf Gelenkfreiheitsgrade (f = 5) aufweist.

2. Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Vorgesehen sind insgesamt fünf aktive Führungsgelenk ketten (1);
b) jede dieser Führungsgelenkketten (1) weist ein akti ves, d. h. ein von einem Dreh- oder Schubantrieb (7) beaufschlagtes Gelenk (4) mit einem Gelenkfreiheits grad (f = 1) sowie zwei passive, d. h. nicht mit einem Antrieb gekoppelte Gelenke (5, 6) auf;
c) bei vier Führungsgelenkketten (1) weisen die beiden passiven Gelenke (5a, 6b) jeweils zusammen fünf Ge lenkfreiheitsgrade (f = 5) auf;
d) die beiden passiven Gelenke (5b, 6b) der fünften Füh rungsgelenkkette (1) weisen zusammen vier Gelenkfrei heitsgrade (f = 4) auf. (Fig. 1)

3. Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Vorgesehen sind insgesamt vier aktive Führungsgelenk ketten (1);
b) zwei Führungsgelenkketten (1) umfassen ein aktives Gelenk (4) mit einem Gelenkfreiheitsgrad (f = 1) und zwei passive Gelenke (5a, 6b), wobei letztere jeweils zusammen fünf Gelenkfreiheitsgrade (f = 5) aufweisen;
c) eine Führungsgelenkkette (1) umfaßt ein aktives Gelenk (4) mit einem Gelenkfreiheitsgrad (f = 1) und zwei passive Gelenke (5b, 6b), wobei letztere zusammen vier Gelenkfreiheitsgrade (f = 4) aufweisen;
d) die vierte Führungsgelenkkette (1) umfaßt ein aktives, von zwei Antrieben (7, 8) beaufschlagtes Gelenk (4) mit zwei Gelenkfreiheitsgraden (f = 2) und zwei passi ve, zusammen vier Gelenkfreiheitsgrade (f = 4) aufwei sende Gelenke (5b, 6b). (Fig. 3)

4. Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Vorgesehen sind insgesamt drei aktive Führungsgelenk ketten (1);
b) eine Führungsgelenkkette {1) weist ein aktives Gelenk (4) mit einem Gelenkfreiheitsgrad (f = 1) auf;
c) die beiden anderen Führungsgelenkketten (1) besitzen jeweils ein aktives Gelenk (4) mit zwei Gelenkfrei heitsgraden (f = 2);
d) jede der drei Führungsgelenkketten (1) umfaßt ferner zwei passive Gelenke (5b, 6b) mit jeweils zusammen vier Gelenkfreiheitsgraden (f = 4). (Fig. 4)

5. Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Vorgesehen sind fünf aktive Führungsgelenkketten (1);
b) vorgesehen ist ferner eine zusätzliche, zwischen Ge stellplattform (3) und Werkzeugplattform (2) angeord nete, nicht angetriebene, d. h. passive Führungsge lenkkette (9), die einen GP-nahen, mit der Gestell plattform (3) gelenkig verbundenen Gelenkstab (9a) sowie einen WP-nahen, sowohl mit dem GP-nahen Gelenk stab (9a) als auch mit der Werkzeugplattform (2) ge lenkig verbundenen Gelenkstab (9b) aufweist;
c) die fünf aktiven Führungsgelenkketten (1) weisen je weils ein aktives Gelenk (4) mit einem Gelenkfrei heitsgrad (f = 1) und zwei passive Gelenke (5a, 6b) mit zusammen fünf Gelenkfreiheitsgraden (f = 5) und untereinander gleichartige Gelenkarten bzw. vergleich bare Gelenkfreiheitsgrade auf;
d) die drei Gelenke (10, 5c, 6b) der passiven Führungs gelenkkette (9) haben zusammen fünf Gelenkfreiheits grade (f = 5). (Fig. 5 und 6)

6. Bewegungsvorrichtung mit Parallelstruktur und mit zumindest drei jeweils separat angetriebenen, d. h. aktiven Führungs gelenkketten (1) zur Parallelführung einer Werkzeugplatt form (2) gegenüber einer raumseitigen Gestellplattform (3) in einem durch die mit der Gestellplattform (3) verbundenen X-, Y- und Z-Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems definierten Raum, wobei jede Führungsgelenkkette (1) über ein GP-Gelenk (14) an der Gestellplattform (3) und über ein WP-Gelenk (15, 6a) an der Werkzeugplattform (2) angelenkt ist, so daß die Werkzeugplattform (2) das gegenüber der Gestellplattform (3) bewegte, alle Führungsgelenkketten (1) als geschlossene kinematische Ketten miteinander verbinden de Glied darstellt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Vorgesehen sind insgesamt fünf aktive Führungsgelenk ketten (1);
b) jede Führungsgelenkkette (1) weist ein an der Ge stellplattform (3) gelagertes Antriebsglied (13) auf, das als Dreh- oder Schubglied (f = 1) ausgebildet ist;
c) jede Führungsgelenkkette (1) weist nur einen Gelenk stab auf, der mit seinem einen Ende über ein Kardan- oder Kreuzgelenk (14) an dem GP-eigenen Antriebsglied (13) angelenkt ist;
d) jeweils eine Achse der drei Kardangelenke (14) liegt auf einer gemeinsamen Y-Achse (Y₁);
e) bei drei Führungsgelenkketten (1) sind die ihnen zu geordneten Antriebsglieder (13) in der Gestellplatt form (3) auf einer gemeinsamen Y-Achse angeordnet, wobei bei Ausbildung der Antriebsglieder als Drehglie der deren Drehachsen senkrecht auf der Y-Achse stehen, während bei der Ausbildung als Schubglieder diese ent lang einer gemeinsamen Y-Achse verschiebbar sind, wo bei auch die drei diesen drei Führungsgelenkketten (1) zugeordneten WP-Kardangelenke (15) jeweils mit ihrer Gelenkmitte auf einer gemeinsamen Y-Achse (Y₂) liegen;
f) bei den beiden anderen Führungsgelenkketten (1) sind die ihnen zugeordneten Antriebsglieder (13) entspre chend auf einer gemeinsamen X-Achse angeordnet, wäh rend die Anlenkung an der Werkzeugplattform (2) je weils über ein Kugelgelenk (6a) erfolgt, deren beiden Gelenkmitten auf einer gemeinsamen X-Achse (X₂) liegen. (Fig. 12)

7. Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß für bestimmte Stellungen der fünf als Schubglieder ausgebildeten Antriebsglieder (13) der Y-Abstand (a₁) zwi schen zwei benachbarten WP-Kardangelenken (15) dem Y-Ab stand (a₂) zwischen den beiden zugeordneten Antriebsgliedern (13) und der X-Abstand (b₁) zwischen den beiden WP-Kugelge lenken (6a) dem X-Abstand (b₂) zwischen den beiden zugeord neten Antriebsgliedern (13) entspricht. (Fig. 12)

8. Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das WP-Kardangelenk (15) der mittleren Führungsgelenkkette (1) in der geometrischen Mitte der Werkzeugplattform (2) liegt. (Fig. 12)

9. Bewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß zum rotatorischen Antrieb einer in der Werkzeugplattform (2) gelagerten Arbeits spindel (12) eine zusätzliche, die Arbeitsspindel (12) mit der Gestellplattform (3) verbindende angetriebene, d. h. aktive Gelenkkette (11) vorgesehen ist, deren Gelenke (4, 5c, 6b) insgesamt sieben Freiheitsgrade (f = 7) aufweisen. (Fig. 7)