DE4108317C2

DE4108317C2 - Vorrichtung zum Positionieren mit mehreren Freiheitsgraden

Info

Publication number: DE4108317C2
Application number: DE4108317A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Fujiwara; Ryosuke Maruyama
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2011-03-15
Also published as: JPH03265908A; JP2834832B2; DE4108317A1; US5160877A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden, insbesondere eine solche Vorrichtung zum Positionieren, die eine Manipulatorstange besitzt, um einen Gegenstand zu einer gewünschten Position und Ausrichtung mit einer angemessenen Einhaltung vorgegebener Werte zu bewegen, wie sie in einer automatisierten Fertigungsstraße zum Bestücken und Zusammensetzen von gerichtet orientierten Teilen, z. B. elektronischen Bauteilen, benutzt wird, oder wie sie benutzt wird, um eine Feinpositionierung auf einem Werktisch vorzunehmen.

Derartige Geräte zum Feinpositionieren mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden sind bereits vorgeschlagen worden, wie z. B. an der US-PS 4 874 998 zu sehen ist, um ein Bewegen eines Gegenstandes in einer Vielzahl von Freiheitsgraden mit einer geeigneten Einhaltung vorgegebener Werte zu kontrollieren. Das Patent beschreibt eine hexagonal bewegliche Einheit und eine statorunterstützende Einheit zum magnetischen Schwebenlassen der beweglichen Einheit. Die Statoreinheit besitzt einen entsprechend geformten doppelten Randabschnitt, in dem die hexagonal bewegliche Einheit eingelassen ist und trägt sechs Paare von Permanentmagneten, die am Umfang des doppelten Randabschnittes beabstandet voneinander im Zusammenwirken mit sechs Leiterschleifen, die um die hexagonal bewegliche Einheit herum vorgesehen sind, beabstandet angebracht sind.

Jede der Leiterschleifen ist innerhalb eines Magnetspaltes, der zwischen den Permanentmagneten in jedem Paar geformt wird, vorgesehen, so daß die Leiterschleifenfelder, die durch das elektrische Anschalten der entsprechenden Leiterschleifen entstehen, mit den entsprechenden magnetischen Feldern in dem Spalt wechselwirken, um Translationskräfte und Drehkräfte entlang und um drei jeweils rechtwinklig zueinander verlaufende Achsen herum zu erzeugen. Eine End-Ausführeinrichtung wird auf der beweglichen Einheit getragen, um die beabsichtigte Arbeit auszuführen. Das Gerät, das von diesem Patent beschrieben wird, ist jedoch relativ unhandlich insbesondere in radialer Richtung der beweglichen Einheit aufgrund der doppelten Randabschnittsstruktur der Statoreinheit und aufgrund der am Umfang beabstandet voneinander angebrachten Magnete auf diesem doppelten Randabschnitt.

Eine andere Druckschrift, die US-PS 4 620 848, beschreibt einen Stand der Technik anhand eines Gerätes zur Feinpositionierung in einer Vielzahl von Freiheitsgraden, die eine Permanentmagnetmanschette als beweglichen Teil des Gerätes aufweist, und zwei Sätze von Statorleiterschleifen, die an den axialen Enden der Manschette jeweils in parallelen Querebenen angebracht sind. Die Stator-Leiterschleifen werden mit elektrischer Spannung versehen, um mit dem externen Feld der Magnetmanschette in Umkehrrichtung zusammenzuwirken, um eine Reaktionskraft zu erzeugen, die auf die Magnetmanschette wirkt, um sie in drei jeweils rechtwinklig zueinander verlaufenden Achsen, inklusive einer Achse der Magnetmanschette selber, zu bewegen, und sie um zwei der drei Achsen zu rotieren, wobei die Achse der Magnetmanschette ausgenommen ist. In dieser Patentschrift werden die Statorleiterschleifen radial außerhalb der Magnetmanschette vorgesehen, wobei sie die Radialdimension des Gerätes vergrößern. Daher kann dieses Patent auch keine kompakte Struktur, insbesondere in radialer Richtung um eine der Hauptachsen, die durch die bewegliche Einheit oder die Magnetmanschette des Gerätes festgelegt wird, schaffen.

Die US-PS 4 882 836 offenbart eine Vorrichtung zum Postionieren mit mehreren Freiheitsgraden, die eine Manipulatorstange aufweist, mit der ein zu positionierender Gegenstand bewegt werden kann und die eine Achse der Vorrichtung festlegt. Zur Bewegung der Manipulatorstange sind in einer Ebene quer zu der Manipulatorstange um diese herum vier Stellelemente angebracht; die jeweils aus einer an der Manipulatorstange befestigten Leiterschleife und einem an einem die Manipulatorstange umgebenden Gehäuse befestigten Doppelfeldmagneten bestehen. Dieser Doppelfeldmagnet besitzt zwei Magnetpole, die in radialer Richtung, d. h. in der Richtung vom Gehäuse zu der Manipulatorstange, hintereinander angeordnet sind. Diese zwei Magnetpole erzeugen zwei entgegengesetzt gerichtete, radial versetzte Magnetfelder, die im wesentlichen parallel zu der Manipulatorstange verlaufen. Diese zwei Magnetfelder werden durch zwei einander gegenüberliegende Abschnitte der zugeordneten Leiterschleife durchsetzt, so daß bei einem Stromfluß in der Leiterschleife eine in radialer Richtung wirkende Lorentz-Kraft auf die Leiterschleife erzeugt wird. Die Stellelemente sind räumlich voneinander getrennt und gegeneinander jeweils um 90° versetzt. Dabei ist die Orientierung der Magnetfelder eines Doppelfeldmagneten unabhängig von der Orientierung der Magnetfelder der in Umfangsrichtung benachbarten Doppelfeldmagnete. Ebenso sind die Leiterschleifen eines Stellelements getrennt von den Leiterschleifen anderer Stellelemente ausgeführt. Bei der US-PS 4 882 836 führt die Ausführung und Anordnung der Stellelemente wieder zu relativ großen radialen Abmessungen und gestattet nur eine Translationsbewegung um zwei Achsen senkrecht zu der Manipulatorstange, nicht jedoch eine Rotationsbewegung um die Achse der Manipulatorstange.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Feinpositionieren mit mehreren Freiheitsgraden zu schaffen, die sich in einer kompakten Struktur mit verringerten radialen Dimensionen um die Hauptachse der Vorrichtung realisieren läßt.

Diese Aufgabe wird durch eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die überlappende Anordnung der Leiterschleifen ermöglicht es, diese in einer eng benachbarten Beziehung innerhalb eines eng begrenzten Raumbereichs anzuordnen, wodurch der gesamte Aufbau der Positioniervorrichtung kompakter wird. Die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung ermöglicht zusätzlich zu den Translationsbewegungen quer zu der Richtung der Manipulatorstange auch eine Rotationsbewegung um die Achse der Manipulatorstange.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind jeweils an den axialen Enden der Achse der Manipulatorstange zwei beabstandete Gruppen von Stator-Magnetelementen vorgesehen, die Permanentmagnete umfassen und die miteinander zusammenwirken, um magnetische Felder zu erzeugen, die sich im wesentlichen axial entlang der Manipulatorstange erstrecken. Die Manipulatorstange trägt zwei axial beabstandete Gruppen von beweglichen Leiterschleifen, die im wesentlichen in parallelen Querebenen zwischen den Gruppen von Stator-Permanentmagneten liegen. Jede der beweglichen Leiterschleifen hat ihren wesentlichen Abschnitt zwischenliegend zwischen den zwei axial beabstandeten Gruppen von Stator-Magnetelementen, so daß die von Strom durchflossenen Leiterschleifen mit den korrespondierenden Magnetfeldern zusammenwirken, um Lorentz-Kräfte zu entwickeln, die auf die Manipulatorstange wirken, um zwei Translationsbewegungen entlang zweier orthogonaler Achsen rechtwinklig zu der Hauptachse der Manipulatorstange und drei Drehbewegungen um die drei jeweils orthogonalen Achsen herum zu bewirken. Erfindungsgemäß werden die Gruppen der Statormagnetelemente und die Gruppen der beweglichen Leiterschleifen axial entlang der Hauptachse der Vorrichtung in einer sich überlagernden Art angeordnet, die dazu beiträgt, wesentlich die radialen Dimensionen der Vorrichtung um ihre Hauptachse zu vermindern.

Vorzugsweise weist jede Gruppe von Stator-Permanentmagneten vier Permanentmagnete auf, die voneinander beabstandet am Umfang rund um die Manipulatorstange, innerhalb einer Querebene derart angebracht sind, daß jeder der Permanentmagnete in einer Gruppe axial mit einem korrespondierenden Permanentmagneten der anderen Gruppe ausgerichtet ist, um vier im wesentlichen separate magnetische Felder zu schaffen, die voneinander beabstandet am Umfang um die Manipulatorstange herum angeordnet sind und sich im wesentlichen axial zwischen den zwei Gruppen von Permanentmagneten erstrecken. Die Permanentmagnete werden so magnetisiert, daß die vier Magnetfelder jeweils die entgegengesetzte Richtung des benachbarten Magnetfelds haben. Jede Gruppe von beweglichen Leiterschleifen beinhaltet vier bewegliche Leiterschleifen, die um die Manipulatorstange herum im wesentlichen in einer Querebene vorgesehen sind. Jede bewegliche Leiterschleife ist so geformt, daß sie einander entgegenliegende Abschnitte besitzt, in denen ein sie erregender Strom in entgegengesetzten Richtungen fließt. Die vier beweglichen Leiterschleifen in jeder Gruppe sind derart angeordnet, daß jede Leiterschleife ihre entgegengesetzten Abschnitte die zwei benachbarten magnetischen Felder von entgegengesetzer Richtung durchqueren läßt, bzw., so daß die entgegengesetzten Abschnitte jeder Leiterschleife die Lorentz-Kraft im wesentlichen in der gleichen Richtung empfangen. Somit kann jedes magnetische Feld benutzt werden, um mit den zwei benachbarten Leiterschleifen wechselzuwirken, um die Manipulatorstange effizient anzutreiben. Zusätzlich können die beweglichen Leiterschleifen eng benachbart in der Ebene mit den Abschnitten sich einander überlappend angeordnet werden.

Es ist dabei ein Ziel, eine Vorrichtung zum Positionieren mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden zu schaffen, bei der die elektromagnetische Betätigung der Manipulatorstange effizienter ist.

Eine Gruppe von vier Magnetstücken, die in einer Querebene zwischen den beiden Gruppen von Stator-Permanentmagneten angeordnet sind, kann in die Vorrichtung aufgenommen werden. Jedes Magnetstück ist in jedem der vier einzelnen Magnetfelder angeordnet, um acht Magnetspalte zwischen den vier Magnetstücken und den zwei Gruppen von vier Permanentmagneten zu schaffen, so daß zwei Gruppen von vier beweglichen Leiterschleifen jeweils in den acht magnetischen Spalten angeordnet werden, durch die sich die Magnetfelder im wesentlichen axial erstrecken. Die Magnetstücke, die Permanentmagnete sein können, verstärken die magnetischen Felder, die mit den Leiterschleifenfeldern zusammenwirken, um deren Effizienz zu vergrößern.

In einer bevorzugten Ausführung wird ein Elektromagnet in die Vorrichtung eingefügt, der an dem axialen Ende der Mani pulatorstange angebracht ist und relativ zu der Gruppe der Stator-Permanentmagnete befestigt ist. Der Elektromagnet beinhaltet Anregeleiterschleifen-Mittel und einen Anker, der mit einem Ende der Manipulatorstange verbunden ist, so daß die Manipulatorstange dazu gezwungen wird, sich beim selek tiven Anschalten von den Anregeleiterschleifen-Mitteln axial zu bewegen. Damit ist der Elektromagnet ursächlich für eine hinzugefügte translatorische Bewegung der Manipulatorstange entlang ihrer Hauptachse, so daß die Vorrichtung sechs Frei heitsgrade der Bewegung besitzen kann. Der Natur des Elek tromagneten gemäß, ist es sehr einfach, eine relativ starke Kraft im Vergleich zu den Lorentzkräften zu erhalten. Daher ist die Hinzufügung des Elektromagneten insbesondere dann vorteilhaft, wenn von dem Manipulator gefordert wird, daß er eine relativ starke Kraft ausübt, um einen Gegenstand ent lang der Hauptachse zu bewegen, sowie z. B. beim Einfügen eines Gegenstandes in eine entsprechende Ausnehmung entlang der Achse oder um eine vermehrte Einhaltung vorgegebener Werte zu erreichen.

Daher ist es wiederum ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Positionieren mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden zu schaffen, in der ein Elektromagnet zusätzlich vorhanden ist, um die elektromag netische Kraft dazu zu nutzen, eine Translationsbewegung nur entlang einer der Hauptachsen der Vorrichtung zu bewirken, während die anderen Translationsbewegungen entlang den anderen beiden orthogonalen Achsen und die drei Drehbe wegungen um die drei Achsen aus den Lorentzkräften herge leitet werden können.

Alternativ kann eine andere lineare Gleichstrom-Verstellein richtung anstelle des Elektromagneten hinzugefügt werden, um eine Lorentzkraft zum Bewirken einer Translationsbewegung der Manipulatorstange entlang ihrer Achse zu bewirken. Solche linearen Gleichstromverstelleinrichtungen beinhalten Permanentmagnetmittel und eine Leiterschleifeneinheit, die mit dem Ende der Manipulatorstange verbunden ist. Die Per manentmagnetmittel sind relativ zu einer Gruppe der Per manentmagneten fixiert und bewirken ein magnetisches Feld, das mit der Leiterschleifeneinheit zusammenwirkt, um eine solche Lorentzkraft zu bewirken, die auf die Leiter schleifeneinheit wirkt, um die Manipulatorstange axial zu sammen mit der Leiterschleifeneinheit unabhängig von den magnetischen Feldern, die durch die Gruppen von beweglichen Leiterschleifen erzeugt werden, zu bewegen. Außerdem ist es mit dieser Anordnung einfach möglich, die Stärke der Lorentzkraft, die zur Translationsbewegung der Manipulator stange entlang ihrer Achse aufgebracht wird, zu variieren und anzupassen unabhängig von den Kräften, die für die anderen Translationsbewegungen und Drehbewegungen aufge bracht werden.

Es ist daher ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Positionieren mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden zu schaffen, die fähig ist, separat die Translationsbewegungen der Manipulatorstange entlang ihrer Achse unabhängig von den anderen Translations- und Ro tationsbewegungen anzupassen.

Anstelle des Elektromagneten oder der linearen Gleichstrom verstelleinrichtung kann die Vorrichtung eine mechanische Feder beinhalten, die mit der Manipulatorstange verbunden ist, um eine mechanische Einhaltung vorgegebener Werte in ihrer axialen Richtung zu bewirken.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beinhaltet Meß mittel, die die Position und Ausrichtung der Manipulator stange messen und eine Meßmittelausgabe, die die Position und Orientierung der Manipulatorstange anzeigt, ausgeben. Die Meßmittelausgabe wird zu Kontrollmitteln geleitet, die die Energiezufuhr zu den Leiterschleifen steuern, um Trans lations- und Rotationsbewegungen der Manipulatorstange ent lang und um die drei jeweils rechtwinklig zueinander ver laufenden Achsen zu bewirken und sie zu einer gewünschten Position zu bewegen oder sie in einer Position mit einer geeigneten Einhaltung vorgegebener Werte zu halten.

Diese und weitere Inhalte und vorteilhaften Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und anhand der beiliegenden Zeich nung verdeutlicht. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer eher schematischen Darstellung einer Vorrichtung zum Positionieren mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden entsprechend einem ersten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Zeichnung eines Montageroboters an den eine Vor richtung zum Positionieren ent sprechend der vorliegenden Erfindung befestigt ist, um Teile an ein Ge häuse oder ähnliches zu montieren,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht in einer eher schematischen Darstellung einer Vorrichtung zum Positionieren, wobei ein Elektromagnet entfernt wurde,

Fig. 4 eine vertikale Schnittansicht in eher schematischer Darstellung der Positionierungsvorrichtung,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Manipulatorstange mit zwei axial beabstandeten Gruppen von beweglichen Leiterschleifen, wie sie in der Positionierungsvorrichtung benutzt werden,

Fig. 6 eine schematische Draufsicht, die den Zusammenhang zwischen einer Gruppe von beweglichen Leiter schleifen und einer korrespon dierenden Gruppe von vier Permanent magneten der Vorrichtung zeigt,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht in einer detaillierteren Darstellung der Vor richtung zum Positionieren,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht in einer detaillierteren Darstellung der Posi tionierungsvorrichtung, wobei ein Teil herausgeschnitten würde,

Fig. 9 eine perspektivische Explosionsdar stellung der Vorrichtung zum Posi tionieren, wobei die beweglichen Leiterschleifen und anderen Teile stark vereinfacht dargestellt sind,

Fig. 10 und 11 perspektivische Ansichten und Drauf sichten, die die Verbindung der vier beweglichen Leiterschleifen zu der Manipulatorstange der Vorrichtung zum Positionieren verdeutlichen,

Fig. 12 eine Vertikalschnittansicht in eher schematischer Darstellung einer Vor richtung zum Positionieren, die mit einer linearen Gleichstrom-Verstell einrichtung entsprechend einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,

Fig. 13 und 14 vertikale und horizontale Schnittdar stellungen der linearen Gleichstrom- Verstelleinrichtung der Fig. 12 und

Fig. 15 eine vertikale Schnittansicht in einer ziemlich schematischen Dar stellung einer Vorrichtung zum Posi tionieren, die mit einer mechanischen Feder entsprechend in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Positionieren mit einer Mehrzahl von Freiheitsgraden nach einem ersten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Vor richtung zum Positionieren PD beinhaltet eine Manipulator stange 20 die einen Gegenstand 1, wie z. B. ein elek tronisches Bauteil, zum Einfügen, Einbau oder Montieren in oder auf einem Körper trägt. In Fig. 1 wird die Manipulator stange 20 gezeigt, wie sie darstellungshalber den Gegenstand 1 in eine Fassung 3 des Körpers 2 einfügt. Um eine Fein positionierung des Gegenstandes vorzunehmen, wird beab sichtigt, die Manipulatorstange 20 in einer Vielzahl von Freiheitsgraden zu bewegen. Das bedeutet, die Manipulator stange 20 wird derart angetrieben, daß sie sich entlang einer Achse der Manipulatorstange 20 und entlang zweier anderer Achsen rechtwinklig zu der Achse der Manipulator stange bewegt und sich um diese drei jeweils rechtwinklig zueinander stehenden Achsen dreht. In der Beschreibung wird das x-y-z-Koordinatensystem benutzt, um die Bewegung der Vorrichtung zu verdeutlichen, wobei die z-Koordinate durch die Manipulatorstangenachse definiert wird und x- und y- Koordinaten in einer Querebene rechtwinklig zur z-Ko ordinatenachse liegen. Daher ist die Vorrichtung ausgelegt, drei Kräfte F_x, F_y und F_z entlang dreier Koordinatenachsen (x, y, z) und ebenso drei Drehkräfte oder Drehmomente T_x, T_y und T_z zum Bewirken dreier Translationsbewegungen und dreier Rotationsbewegungen der Manipulatorstange 20 entlang und um die drei Koordinatenachsen, (x, y, z) zu bewirken.

Wie in Fig. 2 gezeigt wird, ist die Vorrichtung PD im Be trieb, z. B. an dem Ende eines Betriebsarmes 11 eines Mon tageroboters 10 befestigt, so daß der Betriebsarm 11 eine Grobpositionierung vornimmt, während die Vorrichtung PD eine Feinpositionierung mit einer gewünschten Einhaltung vorgege bener Werte vornimmt. In dieser Figur wird weiterhin die Vorrichtung PD gezeigt, wie sie einen Gegenstandsteil 1 aus einer Palette 5 entnimmt und dann das Gegenstandsteil 1 in die Fassung 3 eines Zielkörpers oder Gehäuses 2 in Zusammen wirken mit der Grobpositionierung des Betriebsarmes 11 ein fügt oder montiert. Zu diesem Zweck ist die Manipulator stange 20 an ihrem unteren Ende mit einem Futter 21 ver sehen, um den Gegenstand 1 zu greifen und wird so gesteuert, daß sie sich in einer oder mehreren Freiheitsgraden inner halb einer gewünschten Einhaltung vorgegebener Werte bewegt.

Die Vorrichtung PD beinhaltet ein axial beabstandetes Paar von Basisplatten 30 und 31 aus einem magnetischen Material, die eine Stator-Einheit darstellen, die mit dem Betriebsarm 11 des Roboters 10 unterstützt wird. Die Basisplatten 30 und 31 sind in parallelen Querebenen vorgesehen und mit zentralen Öffnungen 32 und 33, wie sie in den Fig. 3 und 4 zu erkennen sind, durch die die Manipulatorstange 20 sich mit Spiel erstreckt, versehen, so daß sie relativ zu der Stator-Einheit in allen Freiheitsgraden beweglich ist. An der oberen Basisplatte 30 ist ein Elektromagnet 40 be festigt, der, wie am besten in Fig. 4 dargestellt, aus axial beanstandeten Kernen 41, mit entsprechenden Leiterbahn wicklungen 42 besteht. Ein plattenförmiger Anker 43, der mit dem oberen Ende der Manipulatorstange 20 verbunden ist, ist zwischen die Kerne 41, zwischengelegt, um magnetisch zum oberen und unteren Kern 41 aufgrund jeweiliger Spannungszu fuhr zu den Leiterbahnwicklungen 42 angezogen zu werden, wodurch eine Translationskraft F_z, die auf die Manipulator stange 20 wirkt, um sie entlang der z-Koordinaten Achsenrichtung zu bewegen oder eine erwünschte Einhaltung vorgegebener Werte in dieser Richtung zu geben, erzeugt wird.

Jede der Basisplatten 30 und 31 ist rechtwinklig ausgebildet und trägt an ihrer Innenfläche eine Gruppe von vier Permanentmagneten 51 bis 54 und 61 bis 64 an den vier Eckab schnitten, so daß die vier Permanentmagneten am Umfang, um die Manipulatorstangenachse oder die z-Koordinatenachse gleichmäßig beabstandet sind, während ein freier zentraler Abschnitt freigelassen wird, indem der Manipulatorstange 20 erlaubt wird, sich in der x-y-Ebene zu bewegen. Die Per manentmagneten 51 bis 54 und 61 bis 64 in jeder Gruppe werden axial mit entgegengesetzter Polarisierung in Relation zu den jeweils Benachbarten magnetisiert. Die Permanentmag neten 51 bis 54 in der oberen Gruppe werden axial ent sprechend mit den Permanentmagneten 61 bis 64 in der unteren Gruppe in magnetisch entgegengesetzter Beziehung ausge richtet, so daß zwischen den beabstandeten Gruppen von Permanentmagneten vier im wesentlichen voneinander getrennte magnetische Felder erzeugt werden, die jeweils im Hinblick auf die benachbarten eine entgegengesetzte Richtung auf weisen, und sich im wesentlichen entlang der Achse der Manipulatorstange 20 erstrecken. Zwischenliegend zwischen den Gruppen von Permanentmagneten 51 bis 54 und 61 bis 64 ist eine Gruppe von vier Magnetstücken 71 bis 74 vorgesehen, die voneinander beabstandet rund um die Achse der Mani pulatorstange 20 herum in einer Querebene vorgesehen sind. Diese magnetischen Stücke 71 bis 74, die Permanentmagnete sein können, werden axial zu den Permanentmagneten in den oberen und unteren Gruppen ausgerichtet, so daß sie auf halbem Weg zwischen den vier separaten magnetischen Feldern angeordnet sind, wodurch eine Gesamtzahl von acht mag netischen Spalten sich ergibt, vier mit den Permanentmag neten 51 bis 54 in der oberen Gruppe und vier mit den Per manentmagneten 61 bis 64 in der unteren Gruppe. Eine Gruppe von Permanentmagneten kann durch einen entsprechenden Satz von magnetischen Elementen ersetzt werden, sofern solche magnetischen Elemente mit der anderen Gruppe von Permanent magneten zusammenwirken, um gleiche axial sich erstreckende magnetische Felder zu erzeugen. Weiter kann jede Gruppe von Permanentmagneten in eine einheitliche Struktur zusammenge setzt werden, die ringartig angeordnet voneinander beab standete magnetische Pole besitzt.

Die Manipulatorstange 20 besteht aus nicht magnetischem Material und trägt zwei Gruppen von beweglichen Leiter schleifen 24, wobei jede Gruppe aus vier beweglichen Leiter schleifen zusammengesetzt ist, die unabhängig voneinander durch elektrische Ströme mit Spannung versorgt werden können. Die Manipulatorstange 20 und die beweglichen Leiter schleifen 24a bis 24h definieren eine bewegliche Einheit, die magnetisch freischwebend relativ zur Stator-Einheit vorgesehen ist. Die vier beweglichen Leiterschleifen 24a bis 24d (24e bis 24h) in jeder Gruppe sind um die Manipulator stange 20 herum angeordnet, im wesentlichen innerhalb einer Ebene quer zu deren Achse, wie in Fig. 5 dargestellt. Obwohl die Leiterschleifen 24 in einer sehr schematisierten Dar stellung in Fig. 5 dargestellt werden, sind sie jede in der Art einer flachen Luftkernspule mit normalerweise recht winkliger Leiterbahnausbildung mit entgegengesetzten parallelen Seitensegmenten und einem Endsegment, das die beiden Seitensegmente verbindet, versehen. Die Leiter schleifen 24a bis 24d (24e bis 24h) in jeder Gruppe sind um einen Winkel von 90° um die Manipulatorstange 20 herum derartig versetzt, daß die diametral gegenüberliegenden Leiterbahnen 24 die jeweiligen Endsegmente in einer engen parallelen Beziehung zueinander und jede Leiterbahn 24 ihre entgegengesetzten Seitensegmente in einer die entsprechenden Seitensegmente der benachbarten Leiterbahnen 24 kreuzenden Weise besitzt. Die derartig zusammengesetzte bewegliche Einheit ist mit der Statoreinheit in einer derartigen Art verbunden, daß die vier Leiterbahnen 24a bis 24d (24e bis 24h) in jeder Gruppe ihre wesentlichen Abschnitte zwischen den Gruppen der magnetischen Stücke 71 bis 74 und den unteren und oberen Gruppen der Permanentmagneten 51 bis 54 und 61 bis 64 besitzen, wie in den Fig. 1, 3 und 4 darge stellt wird, und daß jede Leiterbahn 24 ihre entgegenge setzten Seitenelemente die beiden benachbarten Magnetspalten jeweils queren läßt, wie am besten in Fig. 6 dargestellt ist. Zum Beispiel, wenn ein die Leiterschleife mit Spannung versorgender Strom i in der unteren Leiterschleife 24b der Fig. 6 in einer gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Richtung, die durch einen Pfeil dargestellt ist, fließt, führen die einander gegenüberliegenden Seitensegmente den Strom in entgegengesetzten Richtungen. Da die gegenüber liegenden Seitensegmente der Leiterschleife 24b in den be nachbarten magnetischen Spalten, die korrespondierenden magnetischen Felder von entgegengesetzter Polarität durch laufen, wird die Leiterschleife 24b an dem jeweiligen Seitensegment Lorentzkräfte gleicher Richtung, wie sie von den dickeren Pfeilen angezeigt werden, erfahren. Daher wird durch ein selektives Betreiben der Leiterschleifen 24 in einer geeigneten Art und Weise die Manipulatorstange 20 magnetisch derart angetrieben, daß sie sich entlang der x- und y-Koordinatenachsen bewegt und sich um die x-, y- und z- Koordinatenachsen dreht. In diesem Sinn kann von der Mani pulatorstange 20 gesagt werden, daß sie fünf Freiheitsgrade aufgrund des Lorentzkraft-Verstellsystems besitzt. Das be deutet, daß die Lorentzkräfte, die durch die Wechselwirkung der entsprechenden Leiterschleifenfelder entstehen, mit den entsprechenden magnetischen Feldern summiert werden, um die Translationskräfte F_x und F_y entlang der x- und y-Ko ordinatenachsen und die Drehkräfte T_x, T_y und T_z entlang der x-, y- und z-Koordinatenachsen zu bewirken, wodurch die Position der Manipulatorstange 20 mit einer gewünschten Einhaltung vorgegebener Werte in einem oder mehr der fünf Freiheitsgrade festgelegt wird. Im einzelnen werden die Translationsbewegungen und Rotationsbewegungen durch die Vektorsummation der Lorentzkräfte, die an den ausgewählten Leiterbahnen nach den folgenden Relationen ausgeübt werden, bestimmt.

Translation entlang der x-Koordinatenachse:
Die Vektorsumme der Lorentzkräfte, die an den einzelnen Leiterschleifen 24b, 24d, 24f und 24h entstehen.

Translation entlang der y-Koordinatenachse:
Die Vektorsumme der Lorentzkräfte, die an den einzelnen Leiterschleifen 24a, 24c, 24e und 24g entstehen.

Rotation um die x-Koordinatenachse:
Die Vektorsumme der Lorentzkräfte, die an den axial beab standeten Leiterschleifen 24a, 24c und den Leiter schleifen 24e und 24g entstehen.

Rotation um die y-Koordinatenachse:
Die Vektorsumme der Lorentzkräfte, die an den axial beab standeten Leiterschleifen 24b, 24d, 24f und 24h ent stehen.

Rotation um die z-Koordinatenachse:
Die Vektorsumme der Lorentzkräfte, die an den Leiter bahnen 24a bis 24h entstehen.

Hier ist zu bemerken, daß, da die beiden Gruppen der Per manentmagneten 51 bis 54 und 61 bis 64 und die beiden Gruppen von beweglichen Leiterbahnen 24 sich in axialer Richtung der Manipulatorstange 20 überlagern, die Vor richtung kompakt in radialer Richtung hergestellt werden kann. Weiter erlaubt die obige Leiterschleifenanordnung eine enge Verteilung der Leiterschleifen um die Manipulator stangenachse, die zu einer weiteren Verbesserung der Kom paktheit der Vorrichtung beiträgt, und die mit den vier im wesentlichen getrennten magnetischen Feldern dazu beiträgt, eine erhöhte magnetische Ergiebigkeit zum Positionieren der Manipulatorstange 20 in den fünf Freiheitsgraden zu er reichen.

Obwohl nicht in den Zeichnungen dargestellt, enthält die Vorrichtung eine Kontrolleinrichtung, die die in Spannungs versorgung der einzelnen Leiterschleifen 24a bis 24h in der Art einer Rückkopplung steuert, um die obigen zwei Trans lationsbewegungen entlang der x- und y-Koordinatenachse und die Rotationsbewegungen um die x-, y- und z-Koordinaten achsen zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden Sensoren 91 bis 95 zusätzlich vorgesehen, um Ausgaben, die die Position und die Ausrichtung der Manipulatorstange 20 anzeigen, zu er zeugen. Diese Sensoren beinhalten zwei Sensoren 91 und 92 in der oberen Gruppe, zwei Sensoren 93 und 94 in der unteren Gruppe und einen Grundsensor 95, die axial voneinander beab standet sind, wie in den Fig. 1, 3, 8 und 9 dargestellt ist. Jeder Sensor ist ein optischer Distanzsensor oder etwas ähnliches und fest auf der Stator-Einheit montiert und mit seinem Sensorende zu einem entsprechenden Spiegel 91A bis 95A, der auf der Manipulatorstange 20 befestigt ist, ausge richtet, wie in Fig. 9 dargestellt wird, um die ent sprechende Distanz zu messen. Der Spiegel 95A für den Grund sensor 95 ist auf dem Futter 21 befestigt, das mit dem Ende des Manipulatorschaftes 20 verbunden ist, dargestellt. Die Sensoren 91 bis 94 sind zu den Basisplatten 30 und 31 mittels Klammern 35, die die Permanentmagneten 51 bis 54, 61 bis 64 sowie die magnetischen Stücke 71 bis 74 an ihrem Ort in Relation zu den Basisplatten 30 und 31 halten, befestigt, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Der Grundsensor 95 ist in ähnlicher Weise auf die untere Basisplatte 31 mittels einer zusätzlichen Klammer 36 montiert. Die gemessenen Distanzen an den einzelnen Sensoren werden zusammengesetzt, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Position und Orien tierung der Manipulatorstange 20 in den fünf Freiheitsgraden relativ zu der Stator-Einheit anzeigt. Obwohl die Sensoren 91 und 92 in der oberen Gruppe und diejenigen 93 und 94 in den Fig. 1, 3 und 9 als in der gleichen Querebene liegend gezeigt werden, so geschieht dies für schematische Illustrierungszwecke, in Wirklichkeit sind sie, wie in Fig. 8 gezeigt wird, aufgrund der strukturellen Begrenzungen im Hinblick auf die physische Verbindung der beweglichen Leiterschleife 24a und 24h zu der Manipulatorstange 20, die im Detail im folgenden diskutiert werden, in axialer Richtung gestaffelt. Die Meßmittelausgabe wird zu einer Kontrolleinrichtung zum Steuern der die Energie zuführenden Ströme zu den einzelnen beweglichen Leiterschleifen 24a bis 24h geleitet, um die Manipulatorstange 20 zu einer ge wünschten Position zu bewegen, oder sie in einer geeigneten Position mit einer gewünschten Einhaltung vorgegebener Werte in mindestens einem von fünf Freiheitsgraden zu halten. Ein zusätzlicher Sensor 96 ist an dem oberen Ende der Vor richtung vorgesehen, um sich vertikal durch den oberen Kern 41 des Elektromagneten 40 zu erstrecken, wobei sein Sensorende auf einen entsprechenden Spiegel 96a auf der Oberseite des Ankers 43 gerichtet ist, um die Auslenkung der Manipulatorstange 20 in der z-Koordinatenachsenrichtung zu erfassen. Der Sensor 96 ist in der Mitte der Abdeckplatte 44 zur oberen Basisplatte 30 mittels Pfosten 45, die den Elektromagneten 40 zwischen sich halten befestigt, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Die Ausgabe des Sensors 96 wird auch zu der Kontrolleinrichtung geleitet, so daß die Kontrolleinrichtung antworten kann, indem sie den Elektro magneten 40 betreibt, um die Translationsbewegung der Mani pulatorstange 20 in ihrer axialen Richtung in Verbindung mit der obigen Kontrolle in den fünf Freiheitsgraden zu steuern. In diesem Sinne kann gesagt werden, daß die Vorrichtung als ein Ganzes sechs Freiheitsgrade besitzt, einen aus der magnetischen Anziehungskraft des Elektromagneten 40 und fünf andere aus den Lorentzkräften an den beweglichen Leiter schleifen 24a bis 24h. Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß, da die Manipulatorstange 20 durch den Elektromagneten 40 angetrieben wird, um sich entlang ihrer axialen Richtung zu bewegen, es leicht möglich ist, die An ziehungskraft des Elektromagneten 40 zu vergrößern, um eine vergrößerte Translationskraft auf die Manipulatorstange 20 entlang ihrer Achse unabhängig von den anderen Kräften und Drehmomenten auszuüben. Dies ist insbesondere dann vorteil haft, wenn die Manipulatorstange 20 dazu benutzt wird, ihre Achse in Übereinstimmung mit der Richtung des Einsetzens eines Gegenstandes dort zu haben, wo eine erhöhte Trans lationskraft notwendig ist, um den Gegenstand entlang der Achse einzufügen. Weiter kann, durch die Verwendung des Elektromagneten 40 für die Translationsbewegung der Mani pulatorstange 20, die Translationskraft in dieser Richtung mit einer Vergrößerung der horizontalen Dimension des Ankers 43 ohne Hinzufügung einer zusätzlichen axialen Dimension des Elektromagneten 40 erreicht werden, was dazu beiträgt, die axiale Länge der gesamten Vorrichtung minimal zu halten.

Wie in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigt wird, ist jede der be weglichen Leiterschleifen 24a bis 24h eine flache Luftkern leiterschleife mit einer Anzahl von Windungen, die in einer horizontalen Ebene ausgeführt sind. Die Endsegmente jeder Leiterschleife 24 sind um einen rechten Winkel gebogen und in einen Schlitz 26 eingefügt, der sich axial in die Mani pulatorstange 20 erstreckt, um damit in physischen Kontakt zu treten, wie in Fig. 10 gezeigt, indem zwei entgegenge setzte Leiterschleifen 24 ihre Endsegmente aufwärts gebogen in einer aneinanderstoßenden Beziehung zueinander besitzen, und die anderen beiden gegenüberliegenden Leiterschleifen 24 ihre Endsegmente nach unten gebogen in einer gleicherweise aneinanderstoßenden Beziehung besitzen. Der Schlitz 26 be sitzt im Querschnitt die Form eines Kreuzes, wie in Fig. 11 dargestellt, so daß die Endsegmente, die in der gleichen Richtung gebogen sind, in den Schlitz 26 axial von denen, deren Endsegmente in der entgegengesetzten Richtung gebogen sind, beabstandet eingesetzt sind. Hierdurch wird erreicht, daß die verbleibenden planaren Abschnitte der vier Leiter schleifen in einer Gruppe eng gestapelt im wesentlichen in einer Querebene angeordnet werden können.

Fig. 12 und 14 illustrieren eine Vorrichtung zum Positio nieren in Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung, die identisch zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist, außer, daß eine lineare Gleichstromverstelleinrichtung 100, anstelle des Elektro magneten 40, für die Translationsbewegung der Manipulator stange 20 vorgesehen ist. Daher sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren gekennzeichnet. Die Verstelleinrichtung 100 beinhaltet einen Kern eines im wesentlichen E-förmig geformten vertikalen Abschnitts mit einem zentralen Kern 102 und einem Rand-Joch 103, das ihn radial beabstandet umgibt. Ein Permanentmagnet 104 in Form einer Manschette wird auf die innere Oberfläche des Rand- Joches 103 angepaßt, um einen Luftspalt in Form eines ge schlossenen magnetischen Feldes zwischen der Magnetmanschette 104 und dem zentralen Kern 102 zu bilden. Die Magnetman schette 104 wird in radialer Richtung magnetisiert, um ein radiales magnetisches Feld, um den zentralen Kern 102 herum zu erzeugen. In den radialen Spalt ist ein Leiterschleifen zylinder 105 mit einer Windung 106, die sich um den Zentral kern 102 derartig herum erstreckt, daß die Windung 106 ein Leiterschleifenfeld erzeugt, das mit dem magnetischen Feld in dem Spalt wechselwirkt, um eine Lorentzkraft zu erzeugen, die auf den Leiterschleifenzylinder 105 wirkt, um ihn verti kal zu bewegen. Der Leiterschleifenzylinder 105 ist mit einem oberen Ende der Manipulatorstange 20 verbunden, um eine Translationsbewegung von dieser entlang ihrer Achse oder der z-Koordinatenachse zu bewirken, wenn die Windung 106 mit Spannung versorgt wird. Die Windung 106 wird in Ver bindung mit den beweglichen Leiterschleifen 24 durch die gleiche Kontrolleinrichtung, die die Bewegungen der Mani pulatorstange 20 mit einer geeigneten Einhaltung vorgege bener Werte in sechs Freiheitsgraden insbesondere bein haltend in Einhaltung vorgegebener Werte in der z-Ko ordinatenrichtung mit verbesserter Kontrollmöglichkeit durchführt, mit Spannung versorgt.

Fig. 15 stellt eine Vorrichtung zur Positionierung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel ist, außer, daß eine mechanische Feder 110 anstelle des Elektro magneten vorgesehen ist, um eine geeignete Einhaltung vorge gebener Werte in der Richtung der Manipulatorstange 20 ohne positive Translationsbewegungen entlang dieser zu erzeugen. In Fig. 5 werden gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Die positive Translationsbewegung der Manipulatorstange 20 wird durch den Betriebsarm 11 erreicht, an dem die Vorrichtung angebracht ist, wie in Fig. 2 bereits gezeigt. Daher ist die Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels eine Vorrichtung zum Positionieren mit fünf Freiheitsgraden. Die mechanische Feder 110, eine Druckfeder, ist zwischen dem unteren Ende der Manipulatorstange 20 zwischen der unteren Basisplatte 31 und dem Flansch 28 oberhalb des Futters 21 befestigt, um eine geeignete Einhaltung vorgegebener Werte, unabhängig von den anderen Einhaltungen vorgegebener Werte die in einem oder mehreren der fünf Freiheitsgrade erfolgen, zu schaffen. Daher ist durch die Wahl einer mechanischen Feder mit einer geeigneten Federkonstante es einfach möglich, die Einhaltung vorgegebener Werte in der z-Koordinatenachsenrichtung unab hängig von den anderen Bewegungen und Einhaltung vorgege bener Werte für eine besondere Aufgabe der Manipulatorstange 20, z. B. zum Einfügen eines Gegenstandes in ein Zielgehäuse entlang der z-Koordinate, anzupassen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Gegenstand
2 Körper
3 Fassung
5 Palette
10 Montageroboter
11 Betriebsarm
20 Manipulatorstange
21 Futter
24 bewegliche Leiterbahnschleife
26 Schlitz
28 Flansch
30, 31 Basisplatte
32, 33 Öffnung
35, 36 Klammer
40 Elektromagnet
41 Kern
42 Windung
43 Anker
44 Abdeckplatte
45 Pfosten
51-54, 61-64 Permanentmagnet
71-74 Magnetstück
91-96 Sensor
100 lineare Gleichstrom-Verstelleinrichtung
102 zentraler Kern
103 Randjoch
104 Permanentmagnetmanschette
105 Leiterschleifenzylinder
106 Windung
110 mechanische Feder

Claims

1. Vorrichtung zum Positionieren mit mehreren Freiheitsgraden mit

- einer Manipulatorstange (20), um einen Gegenstand (1) in eine gewünschte Position zu bringen, wobei die Manipulatorstange (20) eine Achse der Vorrichtung festlegt,
- einer Gruppe von Stator-Permanentmagneten (51-54, 61-64), welche am Umfang um die Manipulatorstange (20) beabstandet voneinander angeordnet sind, um im wesentlichen getrennte magnetische Feldabschnitte entlang der axialen Richtung zu erzeugen, wobei die Gruppe der Stator-Permanentmagnete (51-54, 61-64) vier Permanentmagneten umfaßt und jeder der Feldabschnitte in die umgekehrte Richtung wie die in Umfangsrichtung benachbarten Feldabschnitte gerichtet ist,
- einer Gruppe von mit elektrischem Strom versorgten beweglichen Leiterschleifen (24), die von der Manipulatorstange (20) getragen werden, im wesentlichen in einer Querebene senkrecht zu der Achse liegen und im wesentlichen am Umfang um die Achse angeordnet sind,

wobei jede Leiterschleife zumindest mit einem Leiterabschnitt einen der Feldabschnitte durchsetzt, um Lorentz-Kräfte zu erzeugen, die an der Manipulatorstange (20) angreifen, um zwei Translationsbewegungen entlang zweier zueinander orthogonaler Achsen, die senkrecht zu der Achse der Manipulatorstange (20) stehen, und eine Rotationsbewegung zumindest um die Achse der Manipulatorstange (20) zu bewirken, und die Gruppe der beweglichen Leiterschleifen vier bewegliche Leiterschleifen (24a-d) umfaßt, wobei jede Leiterschleife Teilbereiche von zwei benachbarten Leiterschleifen überlappt.

2. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beweglichen Leiterschleifen (24) eine im wesentlichen rechteckige Ausbildung mit parallelen Seitensegmenten besitzt, durch die der durch die Leiterschleife fließende Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt, und daß jede der beweglichen Leiterschleifen (24) ein im wesentlichen gerades Endsegment besitzt, das die einander gegenüberliegenden Seitensegmente überbrückt, wobei die vier beweglichen Leiterschleifen (24) in jeder Gruppe so angeordnet sind, daß die Endsegmente der diametral gegenüberliegenden beweglichen Leiterschleifen eng zusammengehalten werden.

3. Positioniervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beweglichen Leiterschleifen (24) als flache Spule ausgeführt ist, die ein flaches Endsegment besitzt und die Manipulatorstange (20) einen axial verlängerten Schlitz (26) mit einem kreuzförmigen Querschnitt besitzt, daß ein Paar von diametral gegenüberliegenden beweglichen Leiterschleifen (24) ihre abgeflachten Endsegmente axial in einer aneinanderliegenden Beziehung aufwärts gebogen und durch den Schlitz (26) sich erstreckend besitzen, und das andere Paar von diametral gegenüberliegenden beweglichen Leiterschleifen (24) ihre flachen Endsegmente axial nach unten in einer aneinanderliegenden Beziehung zueinander gebogen und sich durch den Schlitz (16) erstreckend besitzen.

4. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet

- durch eine weitere Gruppe von Stator-Permanentmagneten (61-64), die von der ersten Gruppe mit vier Stator-Permanentmagneten (51-54) in axialer Richtung beabstandet angeordnet sind und mit diesen zur Erzeugung von getrennten Magnetfeldabschnitten zusammenwirken, die sich in axialer Richtung zwischen den beiden Gruppen der Stator-Permanentmagnete erstrecken,
- durch eine weitere Gruppe von mit elektrischem Strom versorgten Leiterschleifen (24e-h), welche von der Manipulatorstange (20) in einem axial beabstandeten Verhältnis zu der ersten Gruppe von beweglichen Leiterschleifen (24a-d) getragen werden und im wesentlichen in einer Querebene senkrecht zu der Manipulatorstange (20) zwischen den beabstandeten Gruppen der Stator-Magnetelemente (51-54, 61-64) liegen, wobei bei jeder Leiterschleife sich ihr wesentlicher Abschnitt zwischen den zwei axial beabstandeten Gruppen der Stator-Magnetelemente (51-54, 61-64) befindet und zumindest ein Leiterabschnitt jeder Leiterschleife einen axial ausgerichteten Magnetfeldabschnitt durchsetzt, um Lorentz-Kräfte zu erzeugen, die an der Manipulatorstange (20) angreifen, um zwei Translationsbewegungen entlang zweier zueinander orthogonaler Achsen, die senkrecht zu der Achse der Manipulatorstange (20) stehen, und drei Rotationsbewegungen um die drei zueinander orthogonalen Achsen zu bewirken,
- und durch eine Gruppe von vier Magnetstücken (71-74), die in einer Querebene zwischen den beiden Gruppen von Stator-Permanentmagneten (51-54, 61-64) angeordnet sind, wobei jedes der Magnetstücke (71-74) in einem der separaten magnetischen Feldabschnitte liegt, und wobei die Gruppen von beweglichen Leiterschleifen (24) jeweils zwischen der Gruppe von Magnetstücken (71-74) und einer Gruppe von Stator-Permanentmagneten (51-54, 61-64) angeordnet sind.

5. Positioniervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstücke (71-74) Permanentmagnete sind.

6. Positioniervorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Paar von axial beabstandeten Basisplatten (30, 31) aus magnetischem Material, auf denen die Gruppen von Permanentmagneten (51-54, 61-64,) jeweils angebracht sind.

7. Positioniervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (30, 31) eine rechtwinklige horizontale Ausbildung besitzt und die vier Permanentmagnete an ihren vier Eckabschnitten jeweils derart träg, daß ein freier Zentralabschnitt freigelassen wird, in dem der Mani pulatorstange (20) erlaubt wird, sich zu bewegen.

8. Positioniervorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Elektromagneten (40), der an dem axialen Ende der Manipulatorstange (20) vorgesehen ist, wobei der Elektromagnet (40) Anregeleiterschleifenmittel beinhaltet, die relativ zu einer der Gruppen von Stator-Permanentmagneten (51-54, 61-64) befestigt sind, und einen Anker (43), der mit einem Ende der Manipulatorstange (20) verbunden ist, so daß die Manipulatorstange (20) dazu angetrieben wird, sich axial zu bewegen, indem selektiv die Anregeleiterschleifenmittel unter Spannung gesetzt werden.

9. Positioniervorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine lineare Gleichstromverstelleinrichtung (100), die Permanentmagnetmittel und eine Leiterschleifeneinheit beinhaltet, die mit dem Ende der Manipulatorstange (20) verbunden ist, wobei die Permanentmagnetmittel fest in Relation zu einer der Gruppen von Permanentmagneten (51-54, 61-64) angebracht sind und ein magnetisches Feld produzieren, das mit der Leiterschleifeneinheit zusammenwirkt, um eine Lorentz-Kraft zu erzeugen, die auf die Leiterschleifeneinheit wirkt, um die Manipulatorstange (20) axial zusammen mit der Leiterschleifeneinheit unabhängig von den magnetischen Feldern, die durch die Gruppen von beweglichen Leiterschleifen erzeugt werden, zu bewegen.

10. Positioniervorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine mechanische Feder (110), die mit der Manipulatorstange (20) verbunden ist, um eine mechanische Einhaltung vorgegebener Werte in ihrer axialen Richtung zu erzeugen.

11. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- zweite Verstelleinrichtungsmittel mit einem Elektromagnet (40) mit zweiten Leiterbahnmitteln und einem Anker (43), der mit der Manipulatorstange (20) verbunden ist, wobei der Elektromagnet (40) auf das unter Spannung setzen der zweiten Leiterschleifenmittel anspricht, um eine magnetische Anziehung/Abstoßung zu erzeugen, die auf die Manipulatorstange (20) wirkt, um eine Translationsbewegung der Manipulatorstange (20) entlang ihrer Achse zu erzeugen,
- Meßmittel, die die Position und die Ausrichtung der Manipulatorstange (20) ermitteln und eine Meßmittelausgabe erzeugen, die die Position und Ausrichtung der Manipulatorstange anzeigt, und
- zugeschaltete Kontrollmittel, um die Stromzufuhr zu den beweglichen Leiterschleifen und den zweiten Verstelleinrichtungsmitteln ansprechend auf die Meßmittelausgabe zu steuern, um die Translations- und Rotationsbewegungen der Manipulatorstange (20) entlang und um die drei miteinander orthogonalen Achsen zu erzeugen.