DE602004002281T2

DE602004002281T2 - Vorrichtung zur bewegung und ausrichtung eines objekts im raum und verwendung davon bei schnellbearbeitung

Info

Publication number: DE602004002281T2
Application number: DE602004002281T
Authority: DE
Inventors: Damien Chablat; Philippe Wenger
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Ecole Centrale de Nantes
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Ecole Centrale de Nantes
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: EP1597017B1; US20070062321A1; EP1597017A1; DE602004002281D1; FR2850599A1; ATE338605T1; US7997161B2; WO2004071705A1; CA2515024A1; CA2515024C; FR2850599B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objekts im Raum, die mindestens zwei Freiheitsgrade in Translation und mindestens zwei Freiheitsgrade in Rotation besitzt und vom parallelen Typ ist, mit den aus der Schrift WO 02/085580 A bekannten Merkmalen, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnt werden.
Man verwendet Vorrichtungen zum Bewegen und Ausrichten von Objekten im Raum beispielsweise, um Bearbeitungen mit hoher Genauigkeit und/oder hoher Geschwindigkeit auszuführen. Das Objekt, dessen Bewegung und Ausrichtung gewährleistet wird, kann aus einem Werkzeug oder aus einem Werkstück bestehen, an dem man eine Bearbeitung vornimmt.
Insbesondere muss man in manchen Industrien über Werkzeugmaschinen wie Fräsen verfügen, um Bearbeitungen hoher Geschwindigkeit auszuführen, deren Bewegung beispielsweise in fünf Achsen vorgenommen werden kann, und zwar drei Translationsbewegungsachsen und zwei Drehbewegungsachsen.
Bisher benutzen derartige Vorrichtungen und insbesondere die in der Industrie verwendeten Fräsen mit digitaler Steuerung eine Konstruktion vom seriellen Typ, d.h. eine Konstruktion, bei der die Bewegungsachsen und die entsprechenden Motorisierungsmittel in Reihe geschaltet sind. Es gibt mehrere Familien von Vorrichtungen oder Maschinen, die man nach ihrer Anzahl von Freiheitsgraden klassifizieren kann. Die gängigsten Maschinen sind Maschinen mit drei, vier oder fünf Achsen, d.h. mit drei, vier oder fünf Freiheitsgraden. Derartige Maschinen, die Konstruktionen vom seriellen Typ verwenden, sind wenig an die Anforderungen der Bear beitung mit hoher Geschwindigkeit angepasst, und zwar aufgrund ihrer großen Trägheit, da eine eingangsseitige Achse der Maschine eine ausgangsseitige Achse und ihre Motorisierungsmittel aushalten muss.
Bei diesem Anwendungstyp ist es also wünschenswert, Konstruktionen vom parallelen Typ zu verwenden, d.h. die von einem feststehenden Gestell der Maschine getragene Motorisierungsmittel umfassen, mit einer nicht motorisierten Übertragung der Bewegungen der einzelnen Teile der Vorrichtung.
Bisher benutzen die Werkzeugmaschinen vom parallelen Typ mit mindestens fünf Bewegungsfreiheitsgraden eines Werkzeugs oder eines Werkstücks hauptsächlich eine Architektur vom Typ "Gough Stewart", wobei diese Maschinen Hexapodmaschinen genannt werden. Derartige Hexapodmaschinen besitzen ein direktes geometrisches Modell, das bis zu vierzig Lösungen besitzt und deren Grenzen sowie die Lage der einmaligen Konfigurationen schwer zu charakterisieren sind. Geringe Änderungen von Konzeptionsparametern können große Änderungen mit sich bringen, die die Stabilität des direkten geometrischen Modells und Leistungen solcher Maschinen betreffen. Außerdem sind die Ausrichtungsmöglichkeiten der Hexapodmaschinen sehr begrenzt. Im Fall einer Werkzeugmaschine, wie einer Fräse mit fünf Achsen, erfordert eine Hexapodmaschine die Verwaltung der Redundanz, da sie sechs Freiheitsgrade besitzt.
Man kennt ferner eine Hybridvorrichtung mit fünf Freiheitsgraden, die einen Träger vom parallelen Typ und ein Kugelgelenk vom seriellen Typ umfasst. Die Stellglieder des Trägers sind nicht feststehend und die von diesen Stellgliedern erzeugte Bewegung ist nicht eine einfache Translationsbewegung. Es bestehen vierundzwanzig Lösungen bei dem direkten geometrischen Modell dieser Vorrichtung und es gibt keine Einmaligkeits domäne im Arbeitsraum. Um die Spindel in konstanter Ausrichtung zu halten, ist es erforderlich, die Ausrichtung des Kugelgelenks zu ändern. Außerdem muss der Träger das Gewicht des Gelenks und seiner Motoren tragen.
Im Bereich der Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise für die Herstellung von Fräsen, ist es also wünschenswert, Vorrichtungen zur Bewegung und Ausrichtung von Werkzeugen vom parallelen Typ zu verwenden, die ein einfaches geometrisches und kinematisches Modell sowie einen Arbeitsraum mit regelmäßigen und genau definierten Grenzen besitzen. Es ist auch erforderlich, dass die kinetisch-statischen Eigenschaften der Vorrichtung nahe denen einer klassischen Werkzeugmaschine sind, und dass die Vorrichtung zu diesem Zweck hinsichtlich der Positionskontrolle als auch hinsichtlich der Ausrichtung in ihrem Arbeitsraum eine isotrope Konfiguration aufweist. Außerdem müssen die Geschwindigkeitsverstärkungsfaktoren der Vorrichtung im ganzen zugänglichen Arbeitsraum beschränkt bleiben.
Man kennt eine Vorrichtung zur Bewegung eines Objekts im Raum gemäß drei Translationsachsen, die drei Schenkel in Parallelogrammform umfasst, die gelenkig an einem ersten Ende montiert sind, und zwar jeweils an einem beweglichen Element, das durch ein von einem feststehenden Gestell getragenes Translationsbewegungsmittel längs einer von dem feststehenden Gestell getragenen Gleitführung bewegt wird, und an einem zweiten Ende an einem Träger des zu bewegenden Objekts. Eine solche Vorrichtung gestattet es nicht, eine Ausrichtung des Objekts in mindestens zwei Achsen durch Steuerung von dem feststehenden Gestell aus auszuführen.
Man kennt ferner aus US-5,966,991 eine Ausrichtungsvorrichtung vom Typ Kugelgelenk, die zwei Stellglieder zum Drehantrieb von zwei Achsen umfasst, auf denen erste Enden von zwei Armen montiert sind, deren zweite Enden bei dem einen an dem Objektträger und bei dem anderen an einem Zwischenarm gelenkig montiert sind, der seinerseits an dem Objektträger gelenkig montiert ist.
Alle Gelenk- und Drehantriebsachsen der Vorrichtung laufen in einem sphärischen Rotationsmittelpunkt der Vorrichtung zusammen. Für ihre Betätigung verlangt eine solche Ausrichtungsvorrichtung die Verwendung von Rotationsstellgliedern, auf deren Achsen die Arme der sphärischen Ausrichtungsvorrichtung befestigt sind. Diese in der Technik bekannten Vorrichtungen zur Bewegung im Raum und zur Ausrichtung sind nicht so ausgebildet, dass sie kombiniert werden können, um ein Bewegungs- und Ausrichtungssystem vom parallelen Typ bilden.
WO-02/85580 beschreibt eine Vorrichtung zum Bewegen eines Werkzeugs vom parallelen Typ. Die Translationsbewegungen des Werkzeugs werden durch angelenkte Schenkel übertragen und Drehbewegungen werden auf das Werkzeug durch in der Längsrichtung der Schenkel montierte Achsen übertragen.
Die Vorrichtung umfasst jedoch keinen Ausrichtungsmechanismus mit sphärischem Rotationsmittel.
Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objekts im Raum zu schaffen, umfassend einen Objektträger, der von einem beweglichen Zwischenträger getragen ist, der mit einem feststehenden Gestell durch gelenkige Verbindungsmittel verbunden ist und Merkmale besitzt, die auf eine Verwendung der oben be schriebenen Art und insbesondere auf den Fall der Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit angepasst sind.
Zu diesem Zweck umfasst der Ausrichtungsmechanismus des Objektträgers der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens zwei Drehbewegungseinheiten, die jeweils eine Steuerachse umfassen, die auf dem beweglichen Zwischenträger drehbar montiert ist und durch ein jeweiliges Drehungsstellglied in Drehung versetzt wird, das von dem feststehenden Gestell getragen ist und mit der entsprechenden Steuerachse durch ein auf Kardangelenken montiertes Übertragungsmittel verbunden ist, sowie einen ersten gekrümmten Arm, der an einem ersten Ende mit der entsprechenden Steuerachse fest verbunden ist und an einem zweiten Ende mit dem Objektträger durch mindestens eine Gelenkachse gelenkig verbunden ist, wobei die Steuerachsen und die Gelenkachsen der gekrümmten Arme zueinander senkrechte Richtungen haben, die an einem einen sphärischen Drehpunkt bildenden Punkt O zusammenlaufen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination genommen werden können:

– umfasst die Vorrichtung mindestens zwei Stellglieder zur Translationsbewegung, gemäß mindestens zwei Achsen seines dreirechtwinkligen Trieders, von Endteilen von mindestens zwei gelenkigen Verbindungsmitteln, die jeweils einen gelenkigen Schenkel umfassen, der sich in einer allgemeinen Längsrichtung zwischen dem feststehenden Gestell und dem beweglichen Zwischenträger erstreckt;
– umfasst der gelenkige Schenkel zwei Längsstangen mit Längsrichtung, die mit Endverbindungsstücken ein Gelenkparallelogramm bilden, das ein bewegliches Element eines Stellglieds zur Translationsbewegung und den beweglichen Zwischenträger verbindet, so dass das Gelenkparallelogramm sich in seiner Ebene verformen und sich um eine in seiner Ebene liegende Achse verschwenken kann, um sich in einer zu seiner Ebene senkrechten Richtung zu bewegen;
– umfasst der Ausrichtungsmechanismus mindestens zwei Einheiten zur Drehbewegung des Werkzeugträgers bezüglich des Zwischenträgers um mindesten zwei Achsen des rechtwinkligen Trieders;
– ist die Übertragungswelle jeder der Drehbewegungseinheiten zwischen den Längsstangen eines entsprechenden gelenkigen Schenkels angeordnet;
– umfassen die Mittel zur Bewegung des beweglichen Zwischenträgers jeweils einen ersten linearen Motor zur Translationsbewegung eines Endteils eines von dem feststehenden Gestell getragenen gelenkigen Verbindungsmittels, ist das gelenkige Verbindungsmittel in der Form eines ersten Gelenkrahmens ausgeführt, der umfasst: zwei parallele Längsstangen, eine erste Achse am ersten Ende des gelenkigen Verbindungsmittels, die mit einem Schub- und Zugelement verbunden ist, das durch den linearen Motor über Lager bewegt wird, die auf der ersten Achse drehbar montiert sind, eine zweite, zur ersten Achse parallele Achse am zweiten Ende des gelenkigen Verbindungsmittels, ein Teil zur Verbindung des Ausrichtmechanismus, der mit auf der zweiten Achse drehbar montierten Lagern verbunden ist, mit dem gelenkigen Verbindungselement, in welchem Teil eine Achse zur Steuerung des Ausrichtmechanismus drehbar montiert ist, einen zweiten von dem feststehenden Gestell getragenen linearen Motor, der über Stangen und Gelenke und mit einem zweiten Gelenkparallelogrammrahmen verbunden ist, der aus einer zu den Längsstangen des ersten Rahmens im wesentlichen parallelen Längsstange und zwei Ständern besteht, die mit Lagern verbunden sind, die auf der ersten bzw. auf der zweiten Achse des ersten Rahmens des gelenkigen Elements drehbar montiert sind, in einer zur ersten und zur zweiten Achse senkrechten Anordnung vorgesehen sind und zueinander parallel sind und mit einem ersten und einem zweiten Ende der Längsstange des zweiten Gelenkparallelogrammrahmens gelenkig verbunden sind, wobei die Stangen zur Verbindung des beweglichen Elements des zweiten linearen Motors und des zweiten Gelenkrahmens mit dem zweiten Gelenkrahmen auf Höhe eines ersten Endes in der Verlängerung des ersten Ständers verbunden sind, der mit dem auf der ersten Achse montierten Lager fest verbunden ist, und das Lager zur drehbaren Montage des zweiten Ständers auf der zweiten Achse mit einem Zahnkranz mit konischer. Verzahnung fest verbunden ist, das mit einem Zahnrad mit konischer Verzahnung in Eingriff ist, das mit der Achse zur Steuerung des Ausrichtmechanismus am zweiten Ende des gelenkigen Elements fest verbunden ist;
– ist der erste gekrümmte Arm einer ersten Bewegungseinheit mit dem Objektträger an seinem zweiten Ende durch eine Gelenkachse verbunden und ist der erste gekrümmte Arm der zweiten Bewegungseinheit an seinem zweiten Ende mit einem ersten Ende eines gekrümmten Zwischenarms gelenkig verbunden, dessen zweites Ende mit dem Objektträger gelenkig verbunden ist;
– besitzt sie drei Drehbewegungseinheiten, die jeweils umfassen: eine Steuerachse, die auf dem beweglichen Zwischenträger drehbar montiert ist und durch ein jeweiliges Stellglied in Drehung versetzt wird, einen ersten gekrümmten Arm, der an einem ersten Ende mit einer jeweiligen Steuerachse fest verbunden ist, und einen zweiten gekrümmten Zwischenarm, der an einem ersten Ende an einem zweiten Ende des ersten gekrümmten Arms und an einem zweiten Ende an dem Objektträger angelenkt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere verwendet werden:

– zur Ausführung der Bewegung eines Werkzeugs bei einem Arbeitsgang der schnellen Bearbeitung von komplexen Formen;
– zur Ausführung der Bewegung eines Laserbrenners bei einem Arbeitsgang des Schneidens von komplexen Formen;
– für die Ausführung der Bewegung eines Laserbrenners zur Polymerisierung eines Kunststoffs in einem Arbeitsgang der schnellen Prototypherstellung;
– für die Herstellung einer Schnittstelle virtueller Realität mit oder ohne haptischer Ausgabe.

Eine elastische Kupplungsvorrichtung kann zwischen einem ersten und einem zweiten Kardangelenk der Übertragungswelle angeordnet sein.
Die Übertragungswelle kann an ihrem zweiten Ende über ein Kardangelenk mit einer Übertragungsstange verbunden sein, die über eine Kupplungsbuchse mit der Ausgangswelle eines von dem feststehenden Gestell getragenen Motors verbunden ist, wobei die Kupplungsbuchse innere axiale Längsnuten und die Übertragungsstange entsprechende Längsrillen umfasst, so dass ein Drehantrieb und eine freie Translationsbewegung der Übertragungsstange und der mit der Stange über das Kardangelenk verbundenen Übertragungswelle bei Bewegungen des entsprechenden gelenkigen Schenkels gewährleistet werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren eine Vorrichtung mit vier, fünf oder sechs Freiheitsgraden gemäß der Erfindung und gemäß mehreren Varianten beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bewegungsvorrichtung mit fünf Freiheitsgraden.
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des funktionellen Teils der Vorrichtung.
3 ist eine schematische Ansicht eines gelenkigen Schenkels der in 1 dargestellten Vorrichtung mit drei gelenkigen Schenkeln.
4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des sphärischen Ausrichtungsmechanismus der Vorrichtung und seiner Mittel zur Verbindung mit den drei gelenkigen Schenkeln.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines sphärischen Ausrichtmechanismus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Achsen.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bewegungsvorrichtung mit vier Freiheitsgraden.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines gelenkigen Schenkels gemäß einer Ausführungsvariante.
In 1 sieht man eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewegung und Ausrichtung mit fünf Freiheitsgraden mit drei Translationsbewegungsachsen und zwei Ausrichtungsachsen.
Die allgemein mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Vorrichtung besitzt einen feststehenden Rahmen 2, auf dem drei Gleitführungen 3a, 3b und 3c befestigt sind, deren Führungslängsrichtungen gemäß drei Achsen eines rechtwinkligen Trieders angeordnet sind.
Auf jeder der Gleitführungen 3a, 3b, 3c ist in der Längsrichtung der Gleitführung beweglich ein entsprechender Wagen 4a, 4b oder 4c beweglich montiert, der den beweglichen Teil einer Vorrichtung zur Translationsbewegung gemäß einer der Achsen des dreirechtwinkligen Trieders bildet.
Auf jeder der Gleitführungen 3a, 3b, 3c ist an einem der Enden der Gleitführung ein Antriebsmotor 5a, 5b oder 5c befestigt, der ein Elektromotor sein kann, dem ein Stellungscodierer und ein Bremssystem zugeordnet ist. Der Motor gewährleistet den Drehantrieb einer Schraube, die drehbar gemäß der Längsrichtung der Gleitführung montiert ist, auf der eine Kugelmutter montiert ist, die mit einem Verbindungsteil des Wagens fest verbunden ist, das in eine Führungslängsöffnung der Gleitführung eingesetzt und in dieser geführt ist. Zwischen dem Antriebsmotor und der Kugelschraube kann eine elastische Kupplung eingesetzt sein, die die Dämpfung der Schwingungen und die Begrenzung des übertragenen Drehmoments im Fall der Blockierung der Vorrichtung gestattet. Jede der Vorrichtungen zur Translationsbewegung umfasst auch Hubbegrenzungsfühler und elektronische Steuermittel.
Wie insbesondere in 2 sichtbar ist, ist jeder Wagen 4a, 4b und 4c über ein Verbindungsteil mit einem gelenkigen Schenkel in Parallelogrammform verbunden, der allgemein mit der Bezugszahl 7 und in Bezugnahme auf die drei mit dem Wagen 4a, 4b und 4c verbundenen gelenkigen Schenkel mit den Bezugszahlen 7a, 7b bzw. 7c versehen ist.
Es wird nur allgemein einer der gelenkigen Schenkel beschrieben, da die drei Schenkel 7a, 7b und 7c auf gleiche Weise ausgebildet sind.
Der gelenkige Schenkel 7 umfasst zwei zueinander parallele Längsstangen 8, die gemäß der Längsrichtung des Schenkels 7 angeordnet sind und jeweils an einem ersten Ende über eine erste Achse 10 und eine zweite Achse 10', die zueinander senkrecht sind, mit einem Teil 9 zur Verbindung mit dem entsprechenden Wagen der Vorrichtung zur Translationsbewegung verbunden sind. Die Achse 10 ist in dem Verbindungsteil 9 drehbar montiert und die Achse 10' gewährleistet die gelenkige Verbindung zwischen dem Ende der Längsstange 8 und der Achse 10.
Das zweite Ende der Längsstangen 8 ist auf ähnliche Weise an einem Ausrichtmechanismusträger 12 über zwei zueinander senkrechte Achsen 11 und 11' angelenkt, die in Reihe angeordnet sind.
Wenn man die Enden der die Teile 9 zur Verbindung mit dem Wagen umfassenden Gelenkarme über die Wagen bewegt, können die in der Form von Gelenkparallelogrammen ausgebildeten Schenkel 7 sich bezüglich des Verbindungsteils 9 und bezüglich des Ausrichtmechanismusträgers 12 verschwenken und sich parallelogrammartig verformen, wobei die mit den Achsen 10 und 11 verbundenen Längsstangen 8 zueinander parallel bleiben.
Die Mechanismustragmittel 12 jedes der Gelenkschenkel 7a, 7b, 7c sind auf einem beweglichen Zwischenträger 13 eines Ausrichtmechanismus 14 der Vorrichtung mit zwei Achsen befestigt.
Der Ausrichtmechanismus 14 und seine Drehungssteuermittel werden insbesondere unter Bezugnahme auf die 2 und 4 beschrieben.
Der bewegliche Mechanismuszwischenträger 13 besitzt vorzugsweise eine Halbkugelform, wobei die Tragmittel 12 jedes der Gelenkschenkel beispielsweise durch Verschraubung auf dem beweglichen Zwischenträger 13 in Form einer halbkugelförmigen Hülle in Stellungen starr befestigt sind, die im Wesentlichen den Schnittstellen der halbkugelförmigen Hülle mit den Achsen eines dreirechtwinkligen Trieders entsprechen, dessen Mittelpunkt sich im Mittelpunkt der halbkugelförmigen Hülle befindet.
Die beiden Drehachsen des Ausrichtmechanismus 14 werden ausgehend von zwei Gelenkschenkeln 7a und 7b gesteuert, deren Tragmittel 12a und 12b, die mit dem beweglichen Mechanismuszwischenträger 13 starr fest verbunden sind, jeweils ein Lager umfassen, das die drehbare Montage einer ersten Achse 15a und einer zweiten Achse 15b gestattet, die in einem Punkt O zusammenlaufen, der dem Rotationsmittelpunkt des in der Form eines Kugelgelenks ausgebildeten Ausrichtmittels 14 bildet.
Auf den Achsen 15a und 15b sind ein erster gekrümmter Arm 16a und ein zweiter gekrümmter Arm 16b befestigt, die mit den jeweiligen Achsen 15a und 15b drehfest verbunden sind.
Die gekrümmten Arme 16a und 16b haben die Form von Ringabschnitten, deren Radius etwas kleiner als der Radius der kugelförmigen Hülle des Zwischenträgers 13 ist, so dass die Gesamtheit des Mechanismus im Inneren der Hülle des beweglichen Mechanismuszwischenträgers 13 untergebracht werden kann.
Das Objekt, dessen Ausrichtung und Bewegung gewährleistet wird und das beispielsweise ein Werkzeug wie ein Fräser sein kann, das auf konventionelle Weise in den 2 und 4 dargestellt ist, und mit der Bezugszahl 17 bezeichnet ist, ist auf einem Objektträger 18 durch angepasste Befestigungsmittel starr fest verbunden angebracht.
Der erste Arm 16a des Ausrichtmechanismus ist an seinem Ende, das dem mit der Drehachse 15a verbundenen Ende entgegengesetzt ist, über eine Gelenkachse 19a, die durch den sphärischen Rotationsmittelpunkt O des Mechanismus verläuft, an dem Objektträger 18 angelenkt.
Der zweite Arm 16b des Ausrichtmechanismus ist über eine Achse 19b an einem Zwischenarm 16'b angelenkt, der seinerseits über eine Achse 19'b an den Objektträger 18 angelenkt ist. Die Achsen 19a, 19b und 19'b zur Anlenkung der Arme 16a, 16b, 16'b sind zueinander rechtwinklig und schneiden sich im sphärischen Symmetriemittelpunkt O der Vorrichtung 13.
Die Drehung des ersten Arms 16a und des zweiten Arms 16b wird durch eine Drehbewegungseinheit gesteuert, die allgemein mit der Bezugszahl 20 bezeichnet ist.
Da die Einheiten zur Drehungssteuerung der Arme 16a und 16b zueinander analog sind, wird nur eine von den beiden Steuereinheiten beschrieben, die allgemein mit der Bezugszahl 20 bezeichnet ist und einem der Gelenkschenkel 7 zugeordnet ist.
Die Einheit 20 umfasst eine Übertragungswelle oder Betätigungsstange 21, die zwischen den Längsstangen 8 des Gelenkschenkels 7 in einer zu den Längsstangen 8 parallelen Anordnung montiert ist und an einem ersten und an einem zweiten Ende über ein erstes bzw. über ein zweites Kardangelenk 22 bzw. 22' auf Höhe des Mechanismustragmittels 12 des Gelenkschenkels 7 mit der Achse des entsprechenden Arms (15a oder 15b) bzw. auf Höhe des Verbindungsteils 9 zwischen dem entsprechenden Wagen 4 und dem Gelenkschenkel mit einer Übertragungsstange 23 verbunden ist, wobei die Übertragungsstange 23 über ein Lager drehbar montiert ist.
Die Kardangelenke 22 und 22' sind zwischen den Achsen 10 bzw. zwischen den Achsen 11 angeordnet, die gemäß den geometrischen Drehachsen des Gelenkschenkels 7 in einer Linie liegen.
Die Übertragungsstange 23 ist ihrerseits über eine Kupplungsbuchse 24 mit der Ausgangswelle eines Motors 25 verbunden, der auf einem mit der Gleitführung 3 des Gelenkarms und dem feststehenden Gestell 2 fest verbundenen Träger befestigt ist. Die Kupplungsbuchse 24 umfasst innere Längsnuten und die Übertragungsstange 23 weist ihrerseits den Nuten der Kupplungsbuchse 24 entsprechende Rillen auf, so dass eine Drehkupplung der Ausgangswelle des Motors 25 und der Übertragungsstange 23 mit einer Translationsbewegungsbreite der Stange 23 bezüglich der Buchse 24 und des feststehenden Gestells 2 gewährleistet wird, um die Bewegungen des Schenkels 7 bei den Translationsbewegungen des Wagens 4 längs der Gleitführung 3 zu gestatten.
Man kann auf diese Weise die Drehbewegung auf die Arme 16a und 16b des Ausrichtmechanismus unabhängig von der Stellung des Mechanismus im Raum übertragen, wobei diese Stellung durch die Bewegung der Gelenkschenkel 7a, 7b und 7c bestimmt wird.
Außerdem gestattet es das Vorhandensein der Kardangelenke 22 und 22', die Drehbewegung auf die Achse und auf den Arm des Mechanismus zu übertragen, unabhängig von der Achsverschiebung des Gelenkschenkels 7 bezüglich der Ausgangswelle des Motors 25.
In 3 ist schematisch ein Gelenkschenkel 7 der Vorrichtung mit fünf Freiheitsgraden, wie er in den 1, 2 und 4 dargestellt ist und die Drehungssteuereinheit 20 der mit dem Gelenkschenkel 7 verbundenen sphärischen Ausrichtvorrichtung dargestellt.
Der Wagen 4 zur Translationsbewegung (Bewegung mit dem Doppelpfeil 26 dargestellt) eines Endes des Gelenkschenkels 7 ist über das Verbindungsteil 9 mit den beiden Längsstangen 8 über zwei in Reihe angeordnete Gelenkachsen 10 und 10' verbunden.
An ihren entgegengesetzten Enden sind die Längsstangen 8 mit dem Ausrichtmechanismustragmittel 12 des Gelenkschenkels 7 über in Reihe angeordnete Gelenkachsen 11 und 11' verbunden. Die zwischen den Längsstangen 8 angeordnete Betätigungsstange 21 ist über die Kardangelenke 22 und 22' jeweils mit einer der Achsen 15 der Ausrichtvorrichtung bzw. mit der Übertragungsstange 23 verbunden. Die Übertragungsstange 23 ist über die Kupplungsbuchse 24 mit der Ausgangswelle des Motors 25 drehfest verbunden und in Translation frei montiert.
Eine zwischen den Kardangelenken 22 und 22' der Betätigungsstange 21 angeordnete elastische Kupplungsvorrichtung 27 gestattet die Kompensierung der Montagespiele und der Herstellungstoleranzen der Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer oben beschriebenen Ausführung mit fünf Achsen gestattet es, eine Bewegung eines Werkzeugs 17 im Raum auf eine Weise auszuführen, die durch die Steuermittel der Motoren 5a, 5b und 5c der drei Gelenkschenkel vollständig gesteuert werden kann, sowie eine Ausrichtung des Werkzeugs gemäß zwei Achsen dank des sphärischen Ausrichtmechanismus 14. Es ist zu bemerken, dass die Translationsbewegungen des Werkzeugs 17 und die Ausrichtungseinstellung des Werkzeugs vollkommen unabhängig voneinander vorgenommen werden können, wobei die Ausrichtung durch die Drehungssteuereinheiten 20 von zwei Gelenkschenkeln über die Motoren 25 vorgenommen wird, die vollständig unabhängig von den Motoren 5a, 5b und 5c zur Translationsbewegung gesteuert werden, wobei die Ausrichtung des Mechanismus 14, d.h. seines beweglichen Zwischenträgers 13, im Raum während der durch die drei Gelenkschenkel gesteuerten Translationsbewegungen des Werkzeugs konstant bleibt.
Man kann auf diese Weise schnelle und vollkommen gesteuerte Bearbeitungen eines Werkstücks, beispielsweise die Fräsung eines Werkstücks komplexer Form, vornehmen.
Die Hüllfläche der Bewegungen der Vorrichtung ist vollkommen definiert und die Bewegungsgeschwindigkeiten des Werkzeugs können im ganzen Raum der Bewegung des Werkzeugs genau gesteuert werden.
Im Allgemeinen ist zur Durchführung eines Schnellbearbeitungsgangs, wie einer Fräsung, eine Bewegungs- und Ausrichtvorrichtung mit fünf Achsen ausreichend. In manchen Fällen kann es jedoch wünschenswert sein, über eine Bewegungs- und Ausrichtvorrichtung mit sechs Freiheits graden zu verfügen, um der Ausrichtungseinstellung eine Redundanz hinzuzufügen.
In diesem Fall verwendet man einen Ausrichtmechanismus 14 mit drei Freiheitsgraden, wie er in 5 dargestellt ist.
Ein Ausrichtmechanismus mit drei Freiheitsgraden, wie er in 5 dargestellt ist, umfasst einen ersten Arm 16a, einen zweiten Arm 16b und einen dritten Arm 16c, die auf analoge Weise wie die Arme 16a und 16b der oben beschriebenen Ausführungsform mit fünf Freiheitsgraden ausgebildet sein können. Jeder der Arme 16a, 16b und 16c des Ausrichtmechanismus 14 ist mit einer Drehachse 15a, 15b bzw. 15c fest verbunden, die dazu bestimmt ist, über eine Kardankupplung mit einer Betätigungsstange eines Drehungssteuermechanismus verbunden zu werden, der dem Gelenkschenkel 7a, 7b bzw. 7c zugeordnet ist. In diesem Fall ist eine Drehungssteuereinheit 20 jedem der drei Gelenkschenkel der Bewegungsvorrichtung zugeordnet.
Jeder der Arme 16a, 16b, 16c des Ausrichtmechanismus 14 ist über eine jeweilige Gelenkachse mit einem ersten Ende eines Zwischenarms 16'a, 16'b, 16'c verbunden.
Die zweiten Enden der Zwischenarme 16'a, 16'b, 16'c sind über drei Achsen an dem Objektträger 18 angelenkt.
Die Gesamtheit der Steuerachsen 15a, 15b, 15c und der Achsen zur Anlenkung der Zwischenarme an dem ersten, zweiten und dritten Arm und an dem Objektträger 18, die zueinander rechtwinklig sind, geht durch ein sphärisches Rotationszentrum O der Ausrichtvorrichtung.
In manchen Fällen ist es nicht erforderlich, eine Vorrichtung mit fünf Freiheitsgraden einzusetzen, da zwei Translationsbewegungsachsen ausreichend sind, um den das Werkzeug tragenden Ausrichtmechanismus in einer Ebene, beispielsweise in einer horizontalen Ebene, zu bewegen.
In 6 hat man eine solche Bewegungs- und Ausrichtvorrichtung mit vier Freiheitsgraden dargestellt, die auf einem feststehenden Gestell 2 montiert ist, das zwei Ständer 2a und 2b in zueinander im Wesentlichen senkrechten Anordnungen umfasst.
Jedes der Gestellelemente 2a und 2b trägt zwei Führungsstangen 3 und 3', die die Funktion von Gleitführungen für einen Wagen 4 haben, der längs der Gleitführungen 3 und 3a durch eine Schnecke 30 in Translation versetzt wird, die durch einen von dem Gestell 2 getragenen Motor 5 in Drehung versetzt wird und mit einer Kugelmutter des Wagens 4 zusammenwirkt, die sich längs der Gleitführungen 3 bewegt, wenn die Schraube 30 durch einen von dem Gestell 2 getragenen Motor 5 in Drehung versetzt wird.
Der Wagen 4 gewährleistet die Translationsbewegung eines Endes eines Gelenkschenkels 7, der beispielsweise, wie in 6 dargestellt, aus vier Längsstangen 8 bestehen kann, die gemäß den Richtungen der Kanten eines Parallelepipeds angeordnet sind und mit dem Wagen 4 und mit einem Träger 12 des Ausrichtmechanismus 8 über Achsen 10 verbunden sind, die alle zueinander parallel sind.
Die Ausrichtmechanismusträger 12 sind starr mit einem beweglichen Zwischenträger des Mechanismus 14 verbunden, der beispielsweise in der Form eines Ausrichtmechanismus mit zwei Achsen ausgeführt sein kann, wie er oben beschrieben wurde.
Jeder der auf einem Bestellelement 2a oder 2b montierten gelenkigen Arme umfasst eine Einheit zur Drehungssteuerung des ersten Arms 16a und des zweiten Arms 16b des Ausrichtmechanismus 14. Jede der Drehungssteuereinheiten 20 umfasst eine Betätigungsstange 21, die im Inneren des Gelenkschenkels in einer zu den Längsstangen 8 parallelen Anordnung montiert ist und über Kardangelenke 22 einerseits mit einer mit einem Arm 16a oder 16b drehfest verbundenen Drehachse und andererseits mit einer Übertragungsstange 23 verbunden ist, die über eine Buchse 24 mit der Ausgangswelle eines von dem Gestell 2 getragenen Motors 25 drehfest verbunden ist, wobei die Buchse 24 eine Translationsbewegung der Übertragungsstange 23 bezüglich des Gestells 2 während der Translationsbewegungen des entsprechenden Gelenkschenkels gestattet, wobei gleichzeitig die Übertragung der Drehung zwischen der Ausgangswelle des Motors 25 und der mit der Betätigungsstange 21 verbundenen Übertragungsstange 23 für die Drehung der Achse zur Steuerung eines Arms des Ausrichtmechanismus 14 gewährleistet wird.
In 7 hat man einen Gelenkschenkel 7 einer erfindungsgemäßen Bewegungs- und Ausrichtvorrichtung dargestellt, der einen Gelenkschenkel wie einen Schenkel 7a, 7b oder 7c einer Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, ersetzen kann und in einer Weise ausgeführt ist, die von den oben beschriebenen Ausführungsformen abweicht.
Der Schenkel 7 verwendet für seine Translationsbewegung einen ersten linearen Motor 31, der an dem feststehenden Träger 2 der Vorrichtung befestigt ist, und einen zweiten linearen Motor 32 zur Gewährleistung der Drehung einer Achse eines Ausrichtmechanismus, der analog zu dem in den 1 bis 6 dargestellten Ausrichtmechanismus 14 ausgeführt sein kann.
Der lineare Motor 31 gewährleistet die Translationsbewegung des Gelenkschenkels 7 in einer Richtung und in der anderen, wie mit dem Doppelpfeil 36 angegeben ist, und zwar über ein Schub- oder Zugteil 35, das durch den linearen Motor 31 in Translation versetzt wird.
An seinem zweiten Ende ist der Gelenkschenkel 7 mit dem beweglichen Träger 13 des Ausrichtmechanismus 14 mit sphärischem Ausrichtmittelpunkt über das Teil 38 verbunden, das das Äquivalent zu dem oben beschriebenen Ausrichtmechanismusträger 12 bildet.
Der Gelenkschenkel 7 ist in der Form eines Rahmens ausgebildet, der zwei parallele Längsstangen 33a und 33b umfasst, zwischen denen an den Enden der Ständer eine erste Achse 34a und eine zweite Achse 34b montiert sind, die zueinander parallel sind und an den Längsstangen 33a und 33b gemäß den Ecken des Rahmens 33 befestigt sind.
Auf der ersten Achse 34a sind zwei Drehlager 37a und 37b montiert, über die der Rahmen 33 mit dem Schub- und Zugteil 35 verbunden ist, das die Bewegungen des linearen Motors 31 überträgt.
Auf der zweiten Achse 34b sind zwei Drehlager 39a und 39b montiert, über die der Ausrichtmechanismusträger 38 mit dem Rahmen 33 verbunden ist.
Der bewegliche Teil des linearen Motors 32 ist über Universalgelenke 44' und 45' und Stangen 44 und 45 mit einem Lager 41' verbunden, das am Ende einer Längsstange 41 einer Einheit zur Drehbewegung der Achse 40 durch den linearen Motor 32 montiert ist. Die Längsstange 41 ist über ein Lager 41' mit einem eine Stange 42 und ein Lager 42'' umfassenden Stän der, mit einem Lager 42' verbunden, das auf der Achse 34a zwischen den Lagern 37a und 37b drehbar montiert ist.
An ihrem zweiten Längsende ist die Längsstange 41 der Vorrichtung zur Drehung der Achse 40 über ein zweites Lager 41'' mit einem ein Lager 43'' und einer Stange 43 umfassenden Ständer verbunden, der mit einem Lager 43' verbunden ist, das auf der zweiten Achse 34b drehbar montiert ist.
Das Lager 43' ist mit einem konischen Zahnkranz 46 fest verbunden, der mit einem Kegelzahnrad 47 in Eingriff ist, das auf der Welle 40 befestigt ist, die in dem Träger 38 über ein Lager 40' drehbar montiert ist.
Wie in 7 sichtbar ist, werden die Translationsbewegungen des Schenkels 7 in seiner Gesamtheit (also auch des Ausrichtmechanismus 14) mit Hilfe des linearen Motors 31 erhalten.
Die Drehbewegung der mit einem gekrümmten Arm des Ausrichtmechanismus 14 verbundenen Achse 40 wird ausgehend von dem linearen Motor 32 erhalten, der über die Stange 44 und die Kardangelenke 44' und 45' die Stangen 45 und 42 um die Achse des Lagers 42' und der ersten Welle 34a in Drehung versetzt. Die Einheit, die aus dem ersten, die Stange 42 und das Verbindungslager 42'' umfassenden Ständer, der Längsstange 41 und dem zweiten die Stange 43' und das Verbindungslager 43'' umfassenden Ständer besteht, bildet ein Gelenkparallelogramm, das sich verformt, wenn man den beweglichen Teil des linearen Motors 32 in der einen oder der anderen Richtung bewegt, wie mit dem Doppelpfeil 46 dargestellt wird. Das Lager 43' und das konische Zahnrad 46 werden um die Achse des Lagers 43' und der zweiten Achse 34b in Drehung versetzt, was das Kegelzahnrad 47 und die Achse 40 des Ausrichtmechanismus 14 mit sphärischem Mittelpunkt in Drehung versetzt. Eine Verstärkung der Drehung kann erhalten werden, indem man eine Anzahl von Zähnen auf dem Rad 46 und dem Zahnrad 47 in einem gewissen Verhältnis vorsieht.
Man erhält auf diese Weise alle für einen Gelenkschenkel gewünschten Bewegungen ausgehend von zwei auf dem feststehenden Träger 2 der Vorrichtung montierten linearen Motoren.
Natürlich kann man beispielsweise in dem Fall einer zu der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform analogen Ausführungsform zwei Gelenkschenkel verwenden, die zu dem in 7 dargestellten Gelenkschenkel analog sind, und einen dritten Gelenkschenkel, wie den Schenkel 7c, der in 1 dargestellt ist, oder wie er in 7 dargestellt ist, wobei er auf den Rahmen 33, auf den linearen Motor 31 und auf die Verbindungsteile 35 und 38 beschränkt ist.
Bei allen Ausführungsformen besitzt die erfindungsgemäße Bewegungs- und Ausrichtvorrichtung eine vollkommen isotrope Konfiguration. Infolgedessen kann die Bewegungs- und Ausrichtvorrichtung an zahlreiche Arten von Bearbeitungen angepasst werden. Außerdem sind die Organe zur Steuerung der Position (die Gelenkschenkel) und der Ausrichtung (der Ausrichtmechanismus) voneinander vollkommen abgekuppelt. Man kann die Vorrichtung auf diese Weise aus modularen Elementen herstellen. Außerdem können die Leistungen der verwendeten Motoren je nach dem Anwendungstyp für jedes der Stellungs- und Ausrichtungssteuerungsorgane angepasst werden, was beispielsweise im Fall einer parallelen Architektur vom Typ "Gough-Stewart" nicht möglich ist, bei der alle Motoren die gleiche Leistung haben müssen.
Aufgrund ihrer Merkmale kann die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere für Bearbeitungen verwendet werden, die die Ausführung von Bewegungsbahnen mit komplexen Formen mit hoher Geschwindigkeit erfordern, beispielsweise bei Arbeitsgängen der schnellen Prototypherstellung oder bei Manipulationsarbeitsgängen vom Typ "pick and place". Außerdem gestatten die Eigenschaften der Isotropie und der regelmäßige und genau definierte Arbeitsraum der Vorrichtung ihre Verwendung als Mechanismus mit Kraftrückkehr im Fall einer Anwendung der Wiedergabe einer Schnittstelle virtueller Realität mit oder ohne haptischer Ausgabe (d.h. mit oder ohne Schaffung eines Kontaktgefühls für den Benutzer). Beispielsweise kann die Vorrichtung für die Erfassung von Kontakten oder Stößen im Fall von Bearbeitungen und schnellen Manipulationen verwendet werden.
Im Fall der Arbeitsgänge der schnellen Prototypherstellung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere verwendet werden, um einen Laserbrenner zu bewegen, der ein Ausschneiden von komplexen Formen oder auch die Polymerisierung eines Kunststoffs für die Herstellung eines komplexen Werkstücks gewährleistet.

Claims

Vorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objekts im Raum, umfassend einen Objektträger (18), der von einem beweglichen Zwischenträger (13) getragen ist, der mit einem feststehenden Gerstell (2) durch gelenkige Verbindungsmittel (7a, 7b, 7c) verbunden ist, umfassend: – Mittel zum Bewegen des beweglichen Zwischenträgers (13) bezüglich des feststehenden Gestells (2), die die Ausrichtung des beweglichen Zwischenträgers (13) bezüglich des feststehenden Gestells (2) beibehalten und Stellglieder (5a, 5b, 5c) zur Translationsbewegung eines Endteils jedes der vom feststehenden Gestell (2) getragenen gelenkigen Verbindungsmittel (7a, 7b, 7c) umfassen, und – einen Mechanismus (14) zum Ausrichten des Objektträgers (18) bezüglich des beweglichen Zwischenträgers (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus zum Ausrichten des Objektträgers mindestens zwei Drehbewegungseinheiten (15a, 15b, 16a, 16b, 16'b, 25) umfasst, die jeweils eine Steuerachse (15a, 15b, 15c) umfassen, die auf dem beweglichen Zwischenträger (13) drehbar montiert ist und durch ein jeweiliges Drehungsstellglied (25) in Drehung versetzt wird, das von dem feststehenden Gestell (2) getragen ist und mit der entsprechenden Steuerachse (15a, 15b, 15c) durch ein auf Kardangelenken (22, 22') montiertes Übertragungsmittel (21) verbunden ist, sowie einen ersten gekrümmten Arm, der an einem ersten Ende mit der entsprechenden Steuerachse (15a, 15b, 15c) fest verbunden ist und an einem zweiten Ende mit dem Objektträger (18) durch mindestens eine Gelenkachse gelenkig verbunden ist, wobei die Steuerachsen (15a, 15b) und die Gelenkachsen der gekrümmten Arme (16a, 16b, 16c, 16'a, 16'b, 16'c) zueinander senkrechte Richtungen haben, die an einem einen sphärischen Drehpunkt bildenden Punkt O zusammenlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Stellglieder (5a, 5b, 5c) zur Translationsbewegung gemäß mindestens zwei Achsen eines rechtwinklingen Trieders von Endteilen von mindestens zwei gelenkigen Verbindungsmitteln (7a, 7b, 7c) umfasst, die jeweils einen gelenkigen Schenkel umfassen, der sich in einer allgemeinen Längsrichtung zwischen dem feststehenden Gestell (2) und dem beweglichen Zwischenträger (13) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gelenkige Schenkel (7a, 7b, 7c) zwei Längsstangen (8) mit Längsrichtung umfasst, die mit Endverbindungsstücken (9, 12) ein Gelenkparallelogramm bilden, das ein bewegliches Element (4a, 4b, 4c) eines Stellglieds (5a, 5b, 5c) zur Translationsbewegung und den beweglichen Zwischenträger (13) verbindet, so dass das Gelenkparallelogramm sich in seiner Ebene verformen und sich um eine in seiner Ebene liegende Achse verschwenken kann, um sich in einer zu seiner Ebene senkrechten Richtung zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungswelle (21) jeder der Drehbewegungseinheiten (15a, 15b, 16a, 16b, 16'b, 25) zwischen den Längsstangen eines entsprechenden gelenkigen Schenkels (7a, 7b, 7c) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bewegung des beweglichen Zwischenträgers (13) jeweils einen ersten linearen Motor (31) zur Translationsbewegung eines Endteils eines von dem feststehenden Gestell (2) getragenen gelenkigen Verbindungsmittels (7) umfassen, dass das gelenkige Verbindungsmittel (7) in der Form eines ersten Gelenkrahmens (33) ausgeführt ist, der umfasst: zwei parallele Längsstangen (33a, 33b), eine erste Achse (34a) am ersten Ende des gelenkigen Verbindungsmittels (7), die mit einem Schub- und Zugelement (35) verbunden ist, das durch den linearen Motor (31) über Lager (37a, 37b) bewegt wird, die auf der ersten Achse (34a) drehbar montiert sind, eine zweite, zur ersten Achse (34a) parallele Achse (34b) am zweiten Ende des gelenkigen Verbindungsmittels (7), ein Teil (38) zur Verbindung des Ausrichtmechanismus (14), der mit auf der zweiten Achse (34b) drehbar montierten Lagern (39a, 39b) verbunden ist, mit dem gelenkigen Verbindungselement (7), in welchem Teil (38) eine Achse (40) zur Steuerung des Ausrichtmechanismus (14) drehbar montiert ist, einen zweiten von dem feststehenden Gestell (2) getragenen linearen Motor (32), der über Stangen und Gelenke (44, 45) und (44', 45') mit einem zweiten Gelenkparallelogrammrahmen verbunden ist, der aus einem zu den Längsstangen (33a, 33b) des ersten Rahmens (33) im wesentlichen parallelen Längsstange (41) und zwei Ständern (42, 43) besteht, die mit Lagern (42', 43') verbunden sind, die auf der ersten bzw. auf der zweiten Achse (34a, 34b) des ersten Rahmens (33) des gelenkigen Elements (7) drehbar montiert sind, in einer zur ersten und zur zweiten Achse (34a, 34b) senkrechten Anordnung vorgesehen sind und zueinander parallel sind und mit einem ersten und einem zweiten Ende der Längsstange (41) des zweiten Gelenkparallelogrammrahmens gelenkig verbunden sind, wobei die Stangen (44, 45) zur Verbindung des beweglichen Elements des zweiten linearen Motors (32) und des zweiten Gelenkrahmens mit dem zweiten Gelenkrahmen auf Höhe eines ersten Endes in der Verlängerung des ersten Ständers (42) verbunden sind, der mit dem auf der ersten Achse (34a) montierten Lager (42') fest verbunden ist, und das Lager (43') zur drehbaren Montage des zweiten Ständers (43) auf der zweiten Achse (34b) mit einem Zahnkranz (46) mit konischer Verzahnung fest verbunden ist, das mit einem Zahnrad (47) mit konischer Verzahnung in Eingriff ist, das mit der Achse (40) zur Steuerung des Ausrichtmechanismus (14) am zweiten Ende des gelenkigen Elements (7) fest verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste gekrümmte Arm (16a) einer ersten Bewegungseinheit (15a, 16a) mit dem Objektträger (18) an seinem zweiten Ende durch eine Gelenkachse (13a) verbunden ist und dass der erste gekrümmte Arm (16b) der zweiten Bewegungseinheit (15b, 16b) an seinem zweiten Ende mit einem ersten Ende eines gekrümmten Zwischenarms (16'b) gelenkig verbunden ist, dessen zweites Ende mit dem Objektträger (18) gelenkig verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei Drehbewegungseinheiten umfasst, die jeweils umfassen: eine Steuerachse (15a, 15b, 15c), die auf dem beweglichen Zwischenträger (13) drehbar montiert ist und durch ein jeweiliges Stellglied (25) in Drehung versetzt wird, einen ersten gekrümmten Arm (16a, 16b, 16c), der an einem ersten Ende mit einer jeweiligen Steuerachse (15a, 15b, 15c) fest verbunden ist, und einen zweiten gekrümmten Zwischenarm (16'a, 16'b, 16'c), der an einem ersten Ende an einem zweiten Ende des ersten gekrümmten Arms und an einem zweiten Ende an dem Objektträger (18) angelenkt ist.
Verwendung einer Vorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objekts im Raum nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Ausführung einer Bewegung eines Werkzeugs (17) bei einem Arbeitsgang der schnellen Bearbeitung von komplexen Formen.
Verwendung einer Vorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objekts im Raum nach Anspruch 8 zur Ausführung der Bewegung eines Laserbrenners bei einem Arbeitsgang des Schneides von komplexen Formen.
Verwendung einer Vorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objekts im Raum nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Ausführung der Bewegung eines Laserbrenners zur Polymerisierung eines Kunststoffs in einem Arbeitsgang der schnellen Herstellung eines Prototyps.
Verwendung einer Vorrichtung zum Bewegen und Ausrichten eines Objekts im Raum nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Herstellung einer Schnittstelle einer virtuellen Realität mit oder ohne haptischer Ausgabe.