DE19928891A1 - lambda-förmige Schere mit linearisiertem Antrieb - Google Patents

Description

Aus der technischen Literatur über Parallelkinematiken zur Bewegung von Plattformen im Bereich von Montage- und Bearbeitungsmaschinen sind λ- förmige Scheren bekannt, die den Vorzug besitzen, auf einer Führungs­ schiene F über vorzugsweise 2 numerisch gesteuerte Antriebe A1, A2 zwei Freiheitsgrade in z- und R-Richtung gemäß Fig. 1 steuern zu können. Zur Bewegung in z-Richtung bewegen sich beide Antriebe in gleicher Weise in z- Richtung, zur Veränderung des Radius R bleibt der Antrieb A1 fest positio­ niert und nur Antrieb 2 bewegt sich entgegengesetzt zur Radiusrichtung, d. h. für abnehmenden Radius vergrößert sich der Abstand um Δz zwischen den Antrieben A1, A2. Der Nachteil dieser Anordnung liegt in der starken Nichtli­ nearität zwischen der Antriebsbewegung des Antriebs A2 und der Radius­ veränderung ΔR. Wie Fig. 1 deutlich zeigt, ist die Bewegung Δz bei kleinem Radius für eine vorgegebene Radiusveränderung ΔR sehr klein, bei großem Radius wird Δz für die gleiche Veränderung von ΔR sehr groß. Hierdurch erleidet sowohl die Geschwindigkeitsübersetzung als auch die Steifigkeit große Nachteile. Zur Abhilfe dient der vorliegende Erfindungsgedanke.

Die Grundüberlegung des vorliegenden Erfindungsgedankens gemäß An­ spruch 1 geht davon aus, durch eine Umlenkung den Kraftfluß der Antriebe so zu beeinflussen, daß eine linearisierende Wirkung erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird dieser Effekt erreicht durch eine Veränderung des Kraftangriffspunktes von Antrieb 2, der in den bisher bekannten Anordnun­ gen am Fußpunkt des langen Scherenelementes L angreift. Der Fußpunkt wird erfindungsgemäß, über einen antriebslosen Schlitten S gemäß Fig. 2 geführt und der Antrieb 2 greift nunmehr über einen Kurbeltrieb in den Dreh­ punkt des Fußpunktes von Scherenelement L/2 ein. Dazu wird der Antrieb 2 auf einen gesonderten Schlitten A2 geführt und an einem Hebel H über einen Kniehebel K vorzugsweise der gleichen Länge wie H angelenkt, wobei H über eine winkelmäßige feste Verbindung mit dem Fußpunkt des kurzen Scherenelementes L/2 verfügt und damit das Element L/2 um den Drehpunkt des Fußpunktes von L/2 verdreht. Die Drehwirkung wird optimal, wenn der Winkel zwischen H und L/2 90° beträgt. In diesem Fall folgt die Bewegung des Antriebs A2 streng linear proportional der Radiusbewegung ΔR. Sofern die Längen von K, H und L/2 gleich gewählt werden, entspricht die Radiusbewegung 1 : 1 der Antriebsbewegung A2 in der Geschwindigkeit. Natürlich lassen sich durch die Wahl der Längen auch andere Übersetzungs­ verhältnisse einstellen.

Die Anordnung der neuen Stellelemente K und H müssen nicht gemäß Fig. 2 symmetrisch zur Führungsschiene F gegenüber der Schere L, L/2 an­ geordnet werden, sondern können auf der gleichen Seite wie die Schere lie­ gen. Zu diesem Zweck ist, wie in der gestrichelten Ausführung nach Fig. 1 gezeigt, das Vorzeichen des Winkels zwischen H und L/2 und damit die An­ griffsrichtung des Hebels H zu tauschen. Wird die Führungsbahn von Antrieb A1 separat zu Antrieb A2 ausgeführt, läßt sich der Tool Center Point TCP mit einer durchgängigen Bewegung des Antriebs A2 von A2 nach A2' von rechts nach links zur Stelle des TCP verstellen.

Eine zweite Variante entsteht, wenn zwei λ-förmige Scheren L, L/2 und L', L'/2, deren Ebenen beliebig im Raum (z. B. 90°) gegeneinander versetzt sind, entsprechend Fig. 2, mit den Fußpunkten der Stäbe L, L' und mit den Fuß­ punkten der kurzen Stäbe L/2, L'/2 über den Antrieb A1 verbunden sind und entweder der Kniehebelantrieb A2 oder der Kniehebelantrieb A2' die Radius­ bewegung übernimmt. In diesem Fall liegt die Kniehebelbewegung K/H bzw. K'/H' vorteilhafterweise außerhalb des Radiusraumes, so daß sich der nutz­ bare Arbeitsraum günstiger gestalten läßt.

Weitere Varianten ergeben sich, wenn der Hebel H nicht das Scherenele­ ment L/2 um A1 verdreht, sondern das Scherenelement L um den Drehpunkt in S. Hierzu wird gemäß Fig. 4 für eine dritte Variante der Hebel H mit sei­ nem Kniehebel K und seinem Antrieb A2 mit dem Scherenelment L über ei­ nen Winkel von 90° in der Scherenebene fest verbunden und der Antrieb (A1) in den Schlitten S verlegt. Anstelle des Antriebs (A1) wird dafür der antriebslose Schlitten (S) gesetzt.

Eine vierte Variante ergibt sich, wenn der Hebel H gemäß Fig. 4 das Sche­ renelement L um einen nicht angetriebenen passiven Drehpunkt in S schwenkt. Hierzu wird der Hebel H mit seinem Kniehebel K und seinem An­ trieb A2 mit dem Scherenelment L über einen Winkel von 90° in der Sche­ renebene fest verbunden und der Antrieb 1 steuert den Fußpunkt des Sche­ renelementes L/2. Bei reiner Radiusveränderung über den Antrieb A2 bleibt hier die Höhe z des TCP erhalten.

Da die geometrischen Beziehungen zwischen den Stabelementen H und L/2 gemäß Fig. 2 stets gleich und unabhängig von der Position z, R sind, kann eine einfache feste Winkelverbindung über eine feste Verbindung der Stäbe H und L/2 erzwungen werden, wie sie beispielsweise durch die Verbindung V (gestrichelt gezeichnet) in Fig. 2 und Fig. 4 erfolgt.

Sofern nur für kleine Radien eine Verbesserung der Kraftübersetzung zwi­ schen dem Kraftangriffspunkt am TCP in Radienrichtung und der Reaktions­ kraft in Antrieb 2 gemäß Fig. 1 erfolgen muß, kann erfindungsgemäß eine günstige Kraftumlenkung des Antriebs A1 über den kurzen Scherenstab L/2 und einen zusätzlichen Hilfshebel E erfolgen. Der Hebel bewirkt eine zu­ sätzliche Winkelauslenkung des Stabes L/2 und bewirkt, daß eine Radius­ änderung auch eine Fußpunktveränderung des Stabes L/2 und damit eine Bewegung des Antriebs A1 nach sich zieht. Diese Bewegung von A1 über­ nimmt bei kleinen Radien einen großen Teil der Bewegungsarbeit und trägt damit zur kräftemäßigen Entlastung des Antriebs A2 bei. Als Nachteil muß eine kleine z-Veränderung des Antriebs A1 bei reiner Radiusänderung in Kauf genommen werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Bewegung einer NC-gesteuerten Plattform im Raum mit Hilfe von X-förmigen Scherenelementen gemäß Fig. 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Linearisierung der Bewegung zwi­ schen dem Antrieb (A2) zur Radiusbewegung der λ-förmigen Sche­ ren und dem radiusbestimmenden Tool Center Point (TCP) der λ- förmigen Schere die Ankopplung mindestens einer der beiden An­ triebe A1, A2 über ein linearisierend wirkendes Getriebe an die Schere erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußpunkt des langen Stabelemen­ tes L über einen antriebslosen Schlitten S an der Führungsbahn F geführt wird und der radiusverändernde Antrieb A2 an die λ-förmige Schere gemäß Fig. 2 über eine zweite Schere K, H wirkt, die fest mit der ersten Schere über deren kurzen Stab verbunden ist, wobei beide Scheren in einer Ebene, jedoch um einen Winkel von vor­ zugsweise 90° zueinander angeordnet sind und der Verbindungs­ punkt beider Scheren als Drehpunkt um den Antrieb A1 ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Antrieb A1 fernen Punkte der Elemente H und L/2 der beiden Scheren mit einem Verbindungs­ element V fest verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dieser Anordnung eine weitere λ-förmige Schere so angeordnet wird, daß deren Radius­ ebene um einen beliebigen Winkel zur ersten Anordnung versetzt ist, wobei deren Fußpunkte so an der ersten Anordnung befestigt sind, daß sie die gleichen Bewegungen wie die der ersten λ-förmigen Schere ausführen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahnen für die beiden Antriebe A1, A2 getrennt voneinander angeordnet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffspunkt des an der Radius­ veränderung beteiligten Antriebs A2 über einen gemäß Fig. 4 be­ weglich angelenkten Kniehebel K und einem in dessen Verlängerung beweglich angeordneten Hebel H erfolgt, der seinerseits rechtwinklig fest mit dem Fußpunkt des langen Scherenelementes L in der Scherenebene verbunden ist, wobei dieser Fußpunkt über einen Antriebsschlitten (A1) auf der Führungsbahn F der Antriebe geführt wird und der Fußpunkt des kurzen Scherenelementes L/2 über einen antriebslosen Schlitten (S).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Fig. 3 der Fußpunktantrieb A1 des kurzen Scherenelementes L/2 über Hilfshebel in einer Distanz E an das lange Scherenelement L angelenkt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffspunkt des an der Radius­ veränderung beteiligten Antriebs A2 über einen gemäß Fig. 4 be­ weglich angelenkten Kniehebel K und einem in dessen Verlängerung beweglich angeordneten Hebel H erfolgt, der seinerseits rechtwinklig fest mit dem Fußpunkt des langen Scherenelementes L in der Scherenebene verbunden ist, wobei dieser Fußpunkt über einen antriebslosen Schlitten S auf der Führungsbahn F der Antriebe geführt wird und der Fußpunkt des kurzen Scherenelementes L/2 über einen Antriebsschlitten A1.