DE4431494A1 - Device for independent rotation of object about two axes - Google Patents

Device for independent rotation of object about two axes

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DE4431494A1
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Philipp Suhm
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    • B25J19/0029—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement

Abstract

The rotation angle of both axes is adjustable independent of each other without angular limiting and mechanical free play by hollow shafts (1,2). Pref. the rotator can be incorporated in cascade. If the inner and outer hollow shafts rotate in the same direction by the same amount, only the horizontal angle of the mirror (4) is adjusted. If only the inner hollow shaft (1) is rotated, only the vertical angle is adjusted via a friction wheel (3). Both angles can be adjusted by superimposition of both rotary motions.

Description

Es ist bekannt, daß zur unabhängigen Rotation eines Objektes um zwei Achsen zwei voneinander unabhängige Stellantriebe notwendig sind, die in geeigneter Weise mit dem Objekt verbunden sein müssen.It is known that for the independent rotation of an object by two Axes require two independent actuators, which are in appropriately connected to the object.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu­ grunde, eine Verbindung zwischen den obengenannten Stellantrieben mit dem Objekt herzustellen, ohne dabei mechanische Winkelbegrenzungen bzw. -abhängigkeiten oder mechanisches Spiel zuzulassen.The invention specified in claim 1 has the problem reasons, a connection between the above-mentioned actuators with the object without mechanical angle limits or dependencies or mechanical play.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkma­ le gelöst.This problem is solved by the feature listed in claim 1 le solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit minimalster Anzahl mechanischer Teile eine kompakte zweidimensiona­ le rotatorische Ansteuerung des Objektes erzielt wird, wobei die Stellan­ triebe keinen integralen Anteil der Vorrichtung bilden und in ihrer räumli­ chen Lage und Orientierung nicht verändert werden müssen; dadurch be­ sitzt die Vorrichtung eine geringe Masse.The advantages achieved by the invention are in particular that a compact two-dimensional with the minimum number of mechanical parts le rotational control of the object is achieved, the Stellan shoots do not form an integral part of the device and in their spatial Chen position and orientation need not be changed; thereby be the device sits a small mass.

Es ist weiterhin bekannt, daß beim Aufbau einer kinematischen Kette (z. B. ein Roboterarm) entweder die Stellantriebe teilweise einen integralen Be­ standteil bilden und/oder die Ansteuerung der Gelenke der kinematischen Kette mittels translatorischer Kräfteübertragung (z. B. Schub-/Zugstangen bzw. Bowdenzüge) erfolgt.It is also known that when building a kinematic chain (e.g. a robot arm) either the actuators partially an integral loading Form part and / or the control of the joints of the kinematic Chain by means of translational force transmission (e.g. push / pull rods or Bowden cables).

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 2 ange­ geben. Hier liegt das Problem zugrunde, kinematische Ketten mit geringer Masse und kleinen Abmessungen aufzubauen.An advantageous embodiment of the invention is in claim 2 give. This is the problem underlying kinematic chains with less Build up mass and small dimensions.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 2 aufgeführten Merkmale gelöst.This problem is solved by the features listed in claim 2 solved.

Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, daß auch bei Kaskadierung von Vorrichtungen nach Patentanspruch 1 alle Stellantriebe sich außerhalb der kinematischen Kette befinden. Dadurch werden einerseits lageabhängige Trägheitsmomente und Gravitationskräfte auf die kinematische Kette erheblich vermindert. Andererseits sind die mini­ malen Außenmaße der kinematischen Kette nur von den Abmessungen der obengenannten Vorrichtung abhängig und nicht von den Stellantrieben.Another advantage achieved by the invention is in particular that even when cascading devices according to claim 1 all  Actuators are outside the kinematic chain. Thereby become position-dependent moments of inertia and gravitational forces significantly reduced to the kinematic chain. On the other hand, the mini paint external dimensions of the kinematic chain only from the dimensions of the Above device dependent and not on the actuators.

Ein Ausführungsbeispiel nach Patentanspruch 1 der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 3 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment according to claim 1 of the invention is in the Drawings 1 to 3 shown and will be described in more detail below.

Bei der in der Zeichnung abgebildeten Vorrichtung handelt es sich um eine Ausführung zur Ablenkung von Licht. Zur punktförmigen Ablenkung des Lichtstrahls wurde ein Spiegel (4) verwendet, der an der Oberfläche reflek­ tiert (z. B. ein Metallspiegel). Die Oberfläche des Spiegels (4) befindet sich exakt auf der horizontalen Achse. Dadurch wird vermieden, daß sich der Reflexionspunkt bei Veränderung des vertikalen Winkels des Spiegels ver­ schiebt. Für die Plazierung der Lichtquelle, des Detektors bzw.- eines Ent­ fernungsmessers stehen zwei sinnvolle Positionen zur Verfügung:The device shown in the drawing is an embodiment for deflecting light. For the point-shaped deflection of the light beam, a mirror ( 4 ) was used, which reflects on the surface (e.g. a metal mirror). The surface of the mirror ( 4 ) is exactly on the horizontal axis. This avoids that the reflection point shifts ver when changing the vertical angle of the mirror. There are two useful positions for placing the light source, the detector or a range finder:

  • a) unterhalb der Vorrichtung, wobei der Lichtstrahl durch die innere Hohl­ welle (1) geht, odera) below the device, the light beam going through the inner hollow shaft ( 1 ), or
  • b) oberhalb der Vorrichtung.b) above the device.

Alternative b) ist zu bevorzugen, wenn der Durchmesser des Lichtstrahls größer ist als der Innendurchmesser der inneren Hohlwelle (1).Alternative b) is preferred if the diameter of the light beam is larger than the inner diameter of the inner hollow shaft ( 1 ).

Soll ausschließlich der horizontale Winkel des Spiegels verändert werden, so müssen sich beide Hohlwellen (1, 2) um den gleichen Betrag in die gleiche Richtung drehen.If only the horizontal angle of the mirror is to be changed, both hollow shafts ( 1 , 2 ) must rotate in the same direction by the same amount.

Soll ausschließlich der vertikale Winkel des Spiegels verändert werden, so darf sich nur die innere Hohlwelle (1) drehen.If only the vertical angle of the mirror is to be changed, only the inner hollow shaft ( 1 ) may rotate.

Sollen beide Winkel gleichzeitig verändert werden, so müssen sich die bei­ den Hohlwellen (1, 2) entsprechend drehen, wobei sich die Änderung des vertikalen Winkels aus der Phasenverschiebung zwischen den beiden Rota­ tionswinkeln der Hohlwellen ergibt.If both angles are to be changed simultaneously, the hollow shafts ( 1 , 2 ) must rotate accordingly, the change in the vertical angle resulting from the phase shift between the two rotation angles of the hollow shafts.

In der abgebildeten Vorrichtung wurde ein Reibrad (3) zur Übertragung der Winkeldifferenz zwischen den beiden Hohlwellen (1, 2) verwendet. So konnte minimaler Aufwand an Bauteilen mit Spielfreiheit verbunden wer­ den.In the device shown, a friction wheel ( 3 ) was used to transmit the angular difference between the two hollow shafts ( 1 , 2 ). In this way, minimal expenditure on components could be combined with zero backlash.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist unterschiedlich einsetzbar:The embodiment described above can be used in different ways:

  • 1. Bei Einsatz eines optisch/quasioptisch arbeitenden Entfernungsmes­ sers ist mit dieser Vorrichtung sehr leicht ein zweidimensionaler Scanner aufzubauen.1. When using an optical / quasi-optical distance measurement With this device, sers is very easily a two-dimensional scanner build up.
  • 2. Bei Einsatz eines optischen/quasioptischen Detektors kann eine Kamera mit einem fast kugelförmigen Blickwinkel aufgebaut werden.2. When using an optical / quasi-optical detector, a camera can with an almost spherical angle of view.
  • 3. Optische/quasioptische Strahlen können in einem fast kugelförmigen Ar­ beitsbereich abgelenkt werden.3. Optical / quasi-optical rays can be in an almost spherical ar be distracted.

Ein Anwendungsbeispiel nach Patentanspruch 2 der Erfindung ist in der Zeichnung 4 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Bei der in der Zeichnung 4 abgebildeten Vorrichtung handelt es sich um die erste Stufe einer zweistufigen kinematischen Kette mit vier Freiheitsgraden. Dabei befinden sich in Verlängerung der Hohlwellen (1 bis 4) die Stellan­ triebe. An den Hohlwellen (8 und 9) können Werkzeuge, wie z. B. ein Boh­ rer, Fräser oder eine weitere Vorrichtung nach Patentanspruch 1, montiert werden.An application example according to claim 2 of the invention is shown in the drawing 4 and is described in more detail below:
The device shown in drawing 4 is the first stage of a two-stage kinematic chain with four degrees of freedom. The actuators are located in an extension of the hollow shafts ( 1 to 4 ). On the hollow shafts ( 8 and 9 ) tools such. B. a Boh rer, milling cutter or another device according to claim 1, are mounted.

Die Hohlwellen (1 und 2) verhalten sich analog zu dem Ausführungsbeispiel nach Patentanspruch 1. Darüber hinaus sind weitere Hohlwellen (3 und 4) vorhanden, die über die Reibräder (5 und 6) mit den Hohlwellen (8 und 9) rotatorisch gekoppelt sind. Die Ansteuerung der Hohlwellen (8 und 9) er­ folgt über die Hohlwellen (3 und 4), die wiederum relativ zur Hohlwelle (2) angesteuert werden müssen, vergleichbar der Phasensteuerung im Aus­ führungsbeispiel nach Patentanspruch 1.The hollow shafts ( 1 and 2 ) behave analogously to the exemplary embodiment according to claim 1. In addition, there are further hollow shafts ( 3 and 4 ) which are rotationally coupled to the hollow shafts ( 8 and 9 ) via the friction wheels ( 5 and 6 ). The control of the hollow shafts ( 8 and 9 ) it follows on the hollow shafts ( 3 and 4 ), which in turn must be controlled relative to the hollow shaft ( 2 ), comparable to the phase control in the exemplary embodiment from claim 1.

Claims (2)

1. Die Vorrichtung zur unabhängigen Rotation eines Objektes um zwei Ach­ sen ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationswinkel beider Achsen un­ abhängig voneinander, ohne Winkelbegrenzung und ohne mechanisches Spiel mittels Hohlwellen einstellbar ist.1. The device for independent rotation of an object by two axes is characterized in that the angle of rotation of both axes can be adjusted independently of one another without angle limitation and without mechanical play by means of hollow shafts. 2. Die im Patentanspruch 1 beschriebene Vorrichtung ist darüber hinaus da­ durch gekennzeichnet, daß sie kaskadierbar ist.2. The device described in claim 1 is also there characterized in that it is cascadable.
DE4431494A 1994-09-03 1994-09-03 Device for independent rotation of object about two axes Withdrawn DE4431494A1 (en)

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