DE19843737A1

DE19843737A1 - Mechanismen zur Anpassung der Kraft, des Arbeitshubes und der Steifigkeit von Aktoren

Info

Publication number: DE19843737A1
Application number: DE1998143737
Authority: DE
Inventors: Torsten Gramsch
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-03-30

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit der die Steifigkeit, der Weg und die Kraft linearer Aktoren in weiten Grenzen variiert werden können. Die Anordnung soll mit dem Aktor eine kaskadierbare Einheit bilden. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich ein oder mehrere Aktoren an einem oder mehreren sehr steifen Elementen, die untereinander gelenkig verbunden sein können, derart abstützen, daß durch Einstellung bestimmter Parameter, wie Längen und Winkel, beim Betrieb der eingesetzten Aktoren die geforderten Kräfte und Wege erreichen werden und die Kraft über den Weg andere quantitative Abhängigkeiten annehmen kann, als bei den eingesetzten Aktoren. DOLLAR A Durch separate oder gruppenweise Ansteuerung können die mechanischen und dynamischen Eigenschaften der Anordnung variiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übersetzung von Wegen und Kräften an Gelenkmechanismen, die von linearwirkenden Primäraktoren angetrieben werden. Sie dient zum Anpassen der Kraft, des Arbeitshubes und der Steifigkeit von Aktoren an spezielle Aufgaben bzw. nachfolgende Mechanismen.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das Anpassen des Arbeitshubes gegebe ner Aktoren an die Erfordernisse einer Aufgabe. Durch die Anpassung des Aktors an die Bewegungsaufgabe können nachfolgende Übersetzungsme chaniken auf ein Minimum reduziert werden. Neben der Anpassung des Arbeitshubes kann auch die Kraft und die Steifigkeit des Aktors an die zu bewegenden Mechanismen angepaßt werden.

Der Antrieb von Mechanismen wie z. B. Miniaturgreifern oder Laufmaschi nen benötigt Aktoren.

Bisher werden häufig nur an einen der geforderten Parameter, wie Weg oder Kraft, angepaßte Antriebe verwendet. Damit läßt sich zwar die gestellte Antriebsaufgabe lösen, es muß aber mehr Antriebsenergie aufgewendet werden, als eigentlich für die Erfüllung der Aufgabe nötig ist. Dies ist nicht kritisch, wenn die Anlage immobil ist und von einem vorhandenen Energie versorgungsnetz gespeist wird, aus dem quasi unbegrenzt Energie bezogen werden kann. Probleme kann dann höchstens die Abführung der Abwärme bringen. Weiterhin können durch überdimensionierte Antriebe Schwingun gen und Vibrationen erzeugt werden, die wiederum Energie verbrauchen.

Werden jedoch Anlagen oder mechanische Einheiten autonom betrieben, so ist die Menge der für bestimmte Aufgaben mitzuführenden Energie auch ein Maß für die Größe bzw. Masse des zu transportierenden Energiespeichers. Die Energie, die durch schlechte Abstimmung von Antrieb und restlicher Mechanik zusätzlich zur Erfüllung der Aufgabe benötigt wird, erhöht die Masse bzw. schränkt den Aktionsradius ein.

Für eine optimale Energieübertragung zwischen Aktor und nachfolgendem Getriebe müssen die Steifigkeiten beider betragsmäßig gleich groß sein.

Im Stand der Technik gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Antriebsprinzi pien, die jeweils nur einen eng begrenzten Steifigkeitsbereich abdeckt. Für eine optimale Anpassung der Energieübertragung müssen die Übertragungs getriebe eine Transformation der Wege und Kräfte übernehmen. Bei einer Änderung der Belastung müssen dann die Getriebe verändert oder ausge wechselt werden, wenn wieder für eine optimale Energieübertragung gesorgt werden soll. Dies ist kompliziert, da Getriebe immer in den Energiefluß eingebaut sind, also einen Antrieb und einen Abtrieb haben. Andererseits ist eine Anpassung an eine veränderte mindestens benötigte mechanische Energiemenge nicht möglich, da der Antrieb in der Anlage verbleibt.

Einfacher ist es, austauschbare Antriebselemente mit wählbarer Steifigkeit und wählbarer Leistungsfähigkeit oder Antriebe mit verstellbarer Steifigkeit und Leistungsfähigkeit einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit der die Steifigkeit, der Weg und die Kraft linearer Aktoren in weiten Grenzen variiert werden können. Die Anordnung soll mit dem Aktor eine kaskadierbare Einheit bilden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem System von einem oder mehreren Hebeln und mehreren Gelenken ein Primäraktor so angebracht ist, daß er mit einem Hebel oder einem anderen Aktor einen Winkel einschließt und somit in wenigstens einer Ebene ein Dreieck aufspannt. Durch die Änderung der Länge des Primäraktors während des Arbeitshubes werden die Verhältnisse im Dreieck verändert und die primär erzeugten Kräften und Wege können an bestimmten Punkten des Systems abgenommen werden.

Diese relativ einfache Mechanische Anordnung läßt sich gut zu Gruppen Verbinden und auch mit mehreren Primäraktoren bestücken.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es befinden sich ein oder mehrere Aktoren an einem oder mehreren sehr steifen Elementen, die gelenkig verbunden sein können und sind so befestigt, daß durch Einstellung bestimmter Parameter, wie Längen und Winkel, beim Betrieb der eingesetzten Aktoren die geforderten Kräfte und Wege erreicht werden und die Kraft über den Weg andere quantitative Abhängigkeiten annehmen kann, als sie bei den eingesetzten Primäraktoren hat.

Um gut reproduzierbare Kräfte und Wege zu erhalten, sollte das Überset zungsverhältnis im Bereich von 0,05 bis 20 liegen.

Sollte die von einem Aktor lieferbare mechanische Energie, oder der Weg oder die Kraft nicht ausreichen, können mehrere Aktoren oder ganze, Antriebskonstruktionen hintereinander oder nebeneinander genutzt werden.

Die Erfindung ist vorzugsweise für kontrahierende Aktoren anwendbar, deren Arbeitshub für eine direkte Verwendung zu klein und deshalb eine Wegvergrößerung nötig ist.

Die erfindungsgemäße Verwendung gestattet es, den Primärweg eines Aktors z. B. auf das 20fache zu vergrößern, die Primärkraft auf ein Zwanzig stel zu verringern und damit die Steifigkeit des Aktors auf ein Vierzigstel zu verringern.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläu tert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Anordnung zur Vergrößerung des Weges mit zwei Aktoren und einem Stab,

Fig. 2: kaskadierte Anordnung zur Vergrößerung des Weges mit zwei Aktoren (expandiert),

Fig. 3: kaskadierte Anordnung zur Vergrößerung des Weges mit zwei Aktoren (kontrahiert),

Fig. 4: Anordnung zur Vergrößerung des Weges mit zwei Stäben und einem Aktor (expandiert),

Fig. 5: Anordnung zur Vergrößerung des Weges mit zwei Stäben und einem Aktor (kontrahiert),

Fig. 6: kaskadierte Anordnung zur Vergrößerung des Weges mit einem Aktor (expandiert),

Fig. 7: kaskadierte Anordnung zur Vergrößerung des Weges mit einem Aktor (kontrahiert).

In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung werden zwei kontrahierende Aktoren derart an einem Stab befestigt, daß sie mit diesem ein Dreieck bilden. Kontrahieren die Aktoren, wie in Fig. 1 dargestellt, so bewegt sich der Verbindungspunkt auf den Stab zu. Der damit erreichbare Weg ist größer als der Weg, um den die Einzelaktoren kontrahieren. Der Betrag des Weges ist abhängig von den Längen und damit Winkelverhältnissen.

Die gezeigte Anordnung eignet sich sehr gut dazu, mit weiteren gleichen Anordnungen hintereinander oder nebeneinander verbunden zu werden. Derartige Möglichkeiten erläutern Fig. 2 und 3.

Durch separate oder gruppenweise Ansteuerung können die mechanischen und dynamischen Eigenschaften der Anordnung variiert werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Anordnung, in der der Weg nur eines Aktors mittels zweier gelenkig miteinander verbundener Stäbe vergrö ßert wird. Der Weg am Abtrieb ist größer als der Weg, um den der Einzelaktor kontrahiert. Der Betrag des Weges ist abhängig von den Längen und damit von den bestehenden Winkelverhältnissen. Auch diese Anordnung eignet sich sehr gut dazu, mit weiteren gleichen Anordnungen hintereinander oder nebeneinander verbunden zu werden, wie in den Fig. 6 und 7 darge stellt. Durch separate oder gruppenweise Ansteuerung können die mechani schen und dynamischen Eigenschaften der Anordnung variiert werden. Mit der Verlagerung eines der Befestigungspunkte des Primäraktors, vom Abtrieb aus gesehen, hinter dem Drehpunkt, kann die Bewegungsrichtung umgekehrt werden.

Bezugszeichenliste

1

Aktor inaktiv (gedehnt)

2

Aktor aktiv (kontrahiert)

3

Stab

4

Punkt für Auskopplung von Nutzkraft und Arbeitshub

5

Gelenk

6

Gestell

Claims

1. Anordnung zur Übersetzung von Wegen und Kräften, an Gelenkmecha nismen, die von linearwirkenden Primäraktoren angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Primäraktor an mindestens einem stabilen Element so angebracht ist, daß er mit diesem einen von Null verschiedenen Winkel einschließt bzw. ein Dreieck aufspannt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anord nung in Wirkrichtung nebeneinander oder hintereinander kaskadiert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl expandierende als auch kontrahierende Aktoren an einer kaskadier baren Grundeinheit beteiligt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Aktor durch ein oder mehrere stabile Elemente, ein oder mehrere passive Elemente oder eine oder mehrere Federn oder eine Kombi nation dieser ersetzt ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke durch Soffelastizitäten oder Spiel gebildet werden.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Bewegungs- oder Abstands-Sensoren in die Anord nung integriert sind.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Fluide durch die Anordnung hindurchgeleitet werden.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß energieführende Substanzen in die Anordnung integriert sind.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelaktoren einzeln oder gemeinsam angesteuert werden.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren und/oder Komponenten der Ansteuerung oder weitere Teile in die Anordnung integriert sind.