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Die
Erfindung betrifft eine Bewegungsvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
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Derartige
Bewegungsvorrichtungen sind unter der Sammelbezeichnung kartesischer
Roboter bekannt. Sie werden insbesondere dazu verwendet, um in Produktionsanlagen
Montagearbeiten auszuführen, also um Einzelteile zu einer
Baugruppe zusammenzusetzen. Dabei ist es notwendig, dass die Position
des Läufers mit einem Positionserfassungssystem ermittelt
wird. Hierfür kommen üblicherweise optische, magnetische
oder induktive Wegmesssysteme zum Einsatz. Bei all diesen Systemen
ist jedem translatorischen Freiheitsgrad der Bewegungsvorrichtung
ein üblicherweise gerader, länglicher Maßstab
mit Positionsmarkierungen zugeordnet, der von einem Sensor zur Positionsbestimmung
abgetastet wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bewegungsvorrichtung mit
einem kostengünstigeren Positionserfassungssystem bereitzustellen. Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an dem Läufer
ein erster Empfänger für ein satellitengestütztes
Positionsbestimmungssystem vorgesehen ist. Satellitengestützte
Positionsbestimmungssysteme sind beispielsweise unter der Bezeichnung
GPS oder GLONASS bekannt. Diese Systeme nutzen als Maßverkörperung
eine Vielzahl von in einer Erdumlaufbahn stationierten Satelliten.
Die von diesen Satelliten ausgesendeten Signale können
von allen Nutzern der genannten Systeme gemeinsam zur Positionsbestimmung
genutzt werden. Für den einzelnen Nutzer ist es daher nicht
mehr erforderlich, eine entsprechende Maßverkörperung
bereitzustellen. Dementsprechend kann bei der gattungsgemäßen
Bewegungsvorrichtung ebenfalls auf die Maßverkörperungen
verzichtet werden. Der erste Empfänger reicht zur Positionsbestimmung
aus.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn der Läufer wenigstens
zwei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade aufweist, da auch in
diesem Fall ein einziger erster Empfänger ausreicht, um
die Position in allen translatorischen Bewegungsfreiheitsgraden
zu bestimmen. Der Kostenvorteil gegenüber einer konventionellen
Bewegungsvorrichtung ist in diesem Fall besonders hoch.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn der Läufer genau zwei translatorische
Bewegungsfreiheitsgrade aufweist, die im Wesentlichen senkrecht
zur Richtung der Schwerkraft ausgerichtet sind. In diesem Fall kann
die Position des Läufers mit dem satellitengestützten
Positionsbestimmungssystem besonders genau ermittelt werden.
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Jedem
translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad kann ein Antrieb zugeordnet
sein, mit dem der Läufer translatorisch bewegt werden kann,
wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, die mit dem ersten Empfänger
am Läufer verbunden ist, um eine IST-Position zu bestimmen,
wobei die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass sie anhand
der IST-Position und einer vorgebbaren SOLL-Position so auf den
Antrieb einwirken kann, dass der Läufer die gewünschte SOLL-Position
erreicht. Die Verwendung von Lageregelungssystemen bei kartesischen
Robotern ist an sich bekannt. Erfindungsgemäß soll
das Positionssignal des ersten Empfängers als IST-Signal
für die Positionsregelung verwendet werden.
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Es
kann ein zweiter Empfänger für das satellitengestützte
Positionsbestimmungssystem vorgesehen sein, der relativ zum Gestell
festgelegt ist, wobei der zweite Empfänger mit der Steuereinheit
verbunden ist und wobei die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass
die IST-Position aus einem Vergleich der Signale vom ersten und
vom zweiten Empfänger ermittelbar ist. Auf diese Weise
kann die Genauigkeit der IST-Position verbessert werden, da durch
den Vergleich der Signale vom ersten und vom zweiten Empfänger
in bekannter Weise bestimmte Fehler bei der Positionsbestimmung
vermieden werden können. Hierfür ist es erforderlich,
dass der Steuereinheit die exakte Position des zweiten Empfängers
in Bezug auf das Koordinatensystem, das dem satellitengestützten
Positionserfassungssystem zugrunde liegt, bekannt ist.
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Der
Läufer kann mittels eines Linearwälzlagers am
Gestell translatorisch beweglich abgestützt sein. Somit
sind eine hohe Genauigkeit und eine lange Lebensdauer der Läuferführung
gewährleistet. Gleichzeitig wird nur wenig Bauraum benötigt.
Linearwälzlager sind beispielsweise aus der
EP 0 971 140 A1 bekannt.
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Der
Antrieb des Läufers kann einen Antriebsriemen, vorzugsweise
einen Zahnriemen, oder eine Gewindespindel, vorzugsweise eine Kugelgewindespindel,
umfassen, die mit einem Elektromotor in Antriebsverbindung steht,
wobei der Elektromotor mit der Steuereinheit verbunden ist. Auf
diese Weise kann ein Antrieb bereitgestellt werden, der auf kostengünstige
Weise die bei einem kartesischen Montageroboter erforderlichen Bewegungen
ausführen kann. Hierbei ist insbesondere auf die hohen
Anforderungen an die Bewegungsgeschwindigkeit und die Positioniergenauigkeit
hinzuweisen. Darüber hinaus besitzen diese Antriebe die
für Montagevorrichtungen erforderliche Lebensdauer.
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Das
Linearwälzlager und der Antriebsriemen oder die Gewindespindel,
die einem translatorischen Freiheitsgrad zugeordnet sind, können
gemeinsam von einem Antriebsgehäuse umschlossen sein. Auf diese
Weise können das Linearwälzlager und der Antriebsriemen
oder die Gewindespindel auf kostengünstige Weise vor Umgebungseinflüssen
geschützt werden, so dass eine lange Lebensdauer gewährleistet
ist. Durch das gemeinsame Antriebsgehäuse wird überdies
Bauraum eingespart. Weiter kann die Baugruppe bestehend aus Linearwälzlager,
Antriebsriemen bzw. Gewindespindel und Elektromotor als Ganzes am
Gestell montiert bzw. im Wartungsfall demontiert werden, wodurch
Zeit bei der Herstellung und Wartung der Bewegungsvorrichtung eingespart wird.
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Das
Antriebsgehäuse kann derart mit dem Gestell verbunden sein,
dass es Kräfte, die auf den Läufer einwirken,
an das Gestell übertragen kann. Das Antriebsgehäuse
dient somit als tragender Bestandteil des Gestells, wodurch die
Bauteilanzahl minimiert und entsprechende Kosten eingespart werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Gestell nahezu ausschließlich
aus dem Antriebsgehäuse gebildet wird.
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Es
können wenigstens drei Sender vorgesehen sein, die Signale
zur Positionsbestimmung aussenden, die von dem ersten und/oder dem
zweiten Empfänger empfangen werden können, wobei
die Sender relativ zum Gestell festgelegt sind. Mit dieser Ausführungsform
kann dem Fall Rechnung getragen werden, dass die Signale der Erdsatelliten
durch den ersten bzw. zweiten Empfänger nicht empfangbar sind.
Dies ist beispielsweise dann denkbar, wenn sich die Bewegungsvorrichtung
in einem geschlossenen Gebäude befindet. Bei der vorgeschlagenen
Lösung werden deshalb die Erdsatelliten durch ortsfeste Sender
ersetzt, die im Übrigen die gleichen Signale aussenden,
wie die zu ersetzenden Erdsatelliten. Bei dieser Lösung
ist es überdies möglich jedes beliebige Verfahren
zur Entfernungsbestimmung zwischen Sender und Empfänger
einzusetzen, beispielsweise bekannte Ultraschall- oder Laserverfahren.
Aus den bekannten Orten der Sender und den gemessenen Entfernungen
kann anschließend die Position des ersten Empfängers
und mithin die des Läufers in bekannter Weise berechnet
werden. Selbstverständlich ist auch bei dieser Ausführungsform
daran gedacht, die Sender von mehreren Bewegungsvorrichtungen gleichzeitig
nutzen zu lassen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Es stellt dar:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Bewegungsvorrichtung; und
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2 einen
schematischen Querschnitt eines Linearmoduls der Bewegungsvorrichtung
gemäß 1.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Bewegungsvorrichtung ganz
allgemein mit 10 bezeichnet. Die Bewegungsvorrichtung 10 umfasst
ein erstes, ein zweites und ein drittes Linearmodul 20a; 20b; 20c, die
im Wesentlichen identisch aufgebaut sind.
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Jedes
Linearmodul 20a; 20b; 20c umfasst ein
Antriebsgehäuse 22a; 22b; 22c,
an dessen Ende ein Elektromotor 23a, 23b, 23c vorgesehen
ist, mit dem die zugeordnete Tischplatte 21a; 21b; 21c geradlinig
bewegt werden kann.
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Die
Tischplatten 21a; 21b des ersten und des zweiten
Linearmoduls 20a; 20b sind mit dem Antriebsgehäuse 22c des
dritten Linearmoduls 20c fest verbunden, so dass sich eine
Bewegungsvorrichtung 10 mit zwei translatorischen Freiheitsgraden
ergibt. Voraussetzung hierfür ist selbstverständlich,
dass das erste und das zweite Linearmodul 20a; 20b von der
Steuereinheit 15 synchron bewegt werden. Die dritte Tischplatte 21c bilden
den Läufer, die Antriebsgehäuse 22a; 22b das
Gestell der Bewegungsvorrichtung 10.
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Auf
der dritten Tischplatte 21c ist ein beweglicher erster
Empfänger 11 zum Empfang der Signale des Global
Positioning Systems (GPS) vorgesehen, der mit der Steuereinheit 13 verbunden
ist. Darüber hinaus ist ein ortsfester zweiter Empfänger 12 vorgesehen,
der im Wesentlichen identisch mit dem ersten Empfänger 11 ausgebildet
ist. Der zweite Empfänger 12 ist ebenfalls mit
der Steuereinheit 13 verbunden, die wiederum mit den drei
Elektromotoren 23a; 23b; 23c verbunden
ist.
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Gemäß 2 umfasst
jedes Linearmodul 20a; 20b; 20c ein U-förmiges
Antriebesgehäuse 22a; 22b; 22c,
das aus Aluminium stranggepresst ist. An der Grundfläche
des Antriebsgehäuses 22a; 22b; 22c ist
die Führungsschiene 32 eines Linearwälzlagers
festgeschraubt. Auf der Führungsschiene 32 ist ein
Führungswagen 31 über eine Vielzahl von
endlos umlaufenden Kugeln 33 linearbeweglich abgestützt. An
dem Führungswagen 31 ist die Gewindemutter 35 eines
Kugelgewindetriebs befestigt, die wiederum mit der bereits erwähnten
Tischplatte 21a; 21b; 21c fest verbunden
ist. In die Gewindemutter 35 greift eine langgestreckte
Kugelgewindespindel 34 ein, die von dem Elektromotor 23a; 23b; 23c in
Drehung versetzt werden kann, so dass sich die Tischplatte 21a; 21b; 21c entlang
der Führungsschiene 32 bewegt.
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- 10
- Bewegungsvorrichtung
- 11
- erster
Empfänger
- 12
- zweiter
Empfänger
- 13
- Steuereinheit
- 20a
- erstes
Linearmodul
- 20b
- zweites
Linearmodul
- 20c
- drittes
Linearmodul
- 21a
- erste
Tischplatte
- 21b
- zweite
Tischplatte
- 21c
- dritte
Tischplatte
- 22a
- erstes
Antriebsgehäuse
- 22b
- zweites
Antriebsgehäuse
- 22c
- drittes
Antriebsgehäuse
- 23a
- erster
Elektromotor
- 23b
- zweiter
Elektromotor
- 23c
- dritter
Elektromotor
- 31
- Führungswagen
- 32
- Führungsschiene
- 33
- Kugeln
- 34
- Kugelgewindespindel
- 35
- Kugelgewindemutter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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