DE602004013188T2

DE602004013188T2 - Kinematischer parallelmanipulator für grossen arbeitsraum

Info

Publication number: DE602004013188T2
Application number: DE602004013188T
Authority: DE
Inventors: Torgny Brog Rdh
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: WO2005063453A1; US20050129495A1; ES2303131T3; DE602004013188D1; EP1694472A1; EP1694472B1; US7300240B2; WO2005063453A8; ATE392297T1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solch ein Roboter weist einen Manipulator und ein Steuergerät zum Bewegen eines Gegenstands in einem Raum auf. Der Manipulator weist einen parallelkinematischen Manipulator auf, der wenigstens drei Arme aufweist, wobei jeder Arm eine Verbindungsgliedanordnung aufweist. Der Manipulator weist eine Plattform auf, die durch die drei Arme gelenkig getragen ist. Jeder Arm ist mit einem Aktor verbunden zum Zweck des Bewegens der Verbindungsglieder des Arms derart, dass eine Bewegung der Plattform erhalten wird. Die Aufgabe der Plattform ist, Werkzeuge oder Gegenstände, groß wie klein, direkt oder indirekt, für eine Bewegung, Maßnahme, Bearbeitung, Verarbeitung, Verbindung, usw. zu tragen. Im Besonderen soll der Manipulator in der Herstellungsindustrie verwendet werden, aber auch die Übergabe von Waren und Gänge für Passagiere in Häfen und Flughäfen können in Frage kommen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Rekonfigurieren eines Industrieroboters gemäß der Erfindung.
Stand der Technik
Ein Industrieroboter weist einen Manipulator und eine Steuereinheit mit einem Mittel zum automatischen Betätigen des Manipulators auf. Es gibt verschiedene Arten von Manipulatoren, wie beispielsweise ein seriellkinematischer Manipulator und ein parallelkinematischer Manipulator.
Ein parallelkinematischer Manipulator (PKM) ist als ein Manipulator mit wenigstens einem ortsfesten Element, einem bewegbaren Element, das als Plattform bezeichnet wird, und mit wenigstens drei Armen definiert. Jeder Arm weist eine Verbindungsgliedanordnung auf, die mit der bewegbaren Plattform verbunden ist. Jeder Arm wird durch ein Antriebsmittel, das vorzugsweise an dem ortsfesten Element zum Reduzieren der Bewegungsmasse angeordnet ist, betätigt. Diese Verbindungsgliedanordnungen übertragen Kräfte auf die bewegbare Plattform. Für einen vollständig ausgebildeten parallelkinematischen Manipulator sind zum Bewegen der Plattform mit drei Freiheitsgraden, zum Beispiel in den Richtungen x, y und z in einem kartesi schen Koordinatensystem, drei parallel arbeitende Arme erforderlich. Zum Erhalten eines steifen Armsystems mit einer großen Belastungskapazität und einem geringen Gewicht sollten die Arme des parallelkinematischen Manipulators insgesamt sechs Verbindungsglieder aufweisen. Das heißt, dass sich die Arme sechs Verbindungsglieder zwischen ihnen teilen müssen, und dies kann nur mit bestimmten Kombinationen erfolgen.
Wenn ein rechteckiger Arbeitsraum bei Manipulatoranwendungen erforderlich ist, werden heutzutage sogenannte Gantry-Manipulatoren verwendet. Diese manipulieren eine Plattform mit normalerweise vier Freiheitsgraden: x, y, z und Drehung um die z-Achse. Diese Manipulatoren bestehen aus einer Drehachse und drei in Reihe verbundenen linearen Pfaden, auf denen bewegbare Einheiten in der x-, y- und z-Richtung bewegt werden.
Die internationale Patentanmeldung WO 02/34480 offenbart einen Industrieroboter der Gantry-Art mit einer Plattform, die angeordnet ist zum Tragen eines Gegenstands, einem ersten Arm, der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer ersten Bewegung und einen ersten Aktor, der einen ersten Pfad und einen ersten Schlitten, der linear entlang des ersten Pfads bewegbar ist, aufweist, und wenigstens zwei Verbindungsglieder aufweist, von denen jedes ein äußeres Gelenk, Glas in der Plattform angeordnet ist, und ein inneres Gelenk, das in dem ersten Schlitten angeordnet ist, aufweist, einem zweiten Arm, der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer zweiten Bewegung und einen zweiten Aktor, der einen zweiten Pfad und einen zweiten Schlitten, der linear entlang des zweiten Pfads bewegbar ist, aufweist, und zwei Verbindungsglieder aufweist, von denen jedes ein äußeres Gelenk, das in der Plattform angeordnet ist, und ein inneres Gelenk, das in dem zweiten Schlitten angeordnet ist, aufweist, und einem dritten Arm, der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer dritten Bewegung und einen dritten Aktor und wenigstens ein Verbindungsglied aufweist, das ein äußeres Gelenk, das in der Plattform angeordnet ist, und ein inneres Gelenk, das mit dem dritten Aktor verbunden ist, aufweist. Der Arm trägt eine Drehachse, wenn der Manipulator vier Freiheitsgrade aufweist.
In diesem Dokument ist ein Roboter offenbart, für den sich die drei Arme die sechs Verbindungsglieder zwischen ihnen in einer Kombination 3/2/1 teilen. Zum Erreichen eines konstanten Drehwinkels der Plattform sind die drei Verbindungsglieder des ersten Arms parallel und so angeordnet, dass die Verbindungsglieder ein Parallelogramm bilden. Solch ein Roboter des Stands der Technik ist in 1 der vorliegenden Anmeldung gezeigt. Der Arbeitsraum, der mit dem Roboter in 1 erhalten wird, ist in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Arbeitsraum des Roboters auf lediglich einen Teil des Gebiets zwischen den linearen Pfaden beschränkt. Im Besonderen ist der Arbeitsraum im Vergleich zu dem gesamten Raum, der durch den Roboter eingenommen wird, der die linearen Pfade aufweist, sehr eingeschränkt. Jedoch besteht bei vielen Industrieanwendungen ein Wunsch, einen größeren Arbeitsraum zu haben. Im Besonderen besteht ein Wunsch, in der Lage zu sein, den Großteil des Gebiets zwischen dem ersten und dem zweiten linearen Pfad zu nutzen.
Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Industrieroboter mit einem parallelkinematischen Manipulator anzugeben, der die oben erwähnten Wünsche hinsichtlich eines vergrößerten Arbeitsraums in Relation zu der Größe des Roboters erfüllt.
Diese Aufgabe wird durch den Industrieroboter nach Anspruch 1 gelöst. Gemäß der Erfindung ist der Roboter derart angeordnet, dass es möglich ist, die Plattform und die Verbindungsgliedanordnung zwischen gegenüberliegenden Seiten einer Ebene zu bewegen, die senkrecht zu einer Ebene ist, die den ersten und den zweiten Pfad aufweist und durch den ersten und den zweiten Schlitten verläuft. Solch ein Roboter ist rekonfigurierbar, was bedeutet, dass es dem Roboter möglich ist, in beiden Richtungen zwischen den linearen Pfaden zu arbeiten. Aufgrund der Tatsache, dass der Roboter rekonfigurierbar ist, wird ein vergrößerter Arbeitsraum erreicht. Der Arbeitsraum erstreckt sich an zwei Seiten außerhalb der Verlängerung der linearen Pfade. Daher wird ein großer Arbeitsraum in Relation zu der Größe des Roboters erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungsglied des ersten Arms mit seiner Längsachse nicht parallel zu der Längsachse des zweiten Verbindungsglieds des ersten Arms angeordnet. Bei dieser Ausführungsform weist der erste Arm keine interne Singularität in dem Arbeitsraum auf. Die Steifheit bezüglich Drehungen der Plattform um eine Achse, die senkrecht zu der Ebene ist, die den ersten und den zweiten Pfad aufweist, wird überall in dem Arbeitsraum dieselbe sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen dem inneren Gelenk des ersten Verbindungsglieds und dem inneren Gelenk des zweiten Verbindungsglieds kürzer als der Abstand zwischen dem äußeren Gelenk des ersten Verbindungsglieds und dem äußeren Gelenk des zweiten Verbindungsglieds. Die Kräfte auf die Verbindungsgliedanordnung nehmen ab, da der Abstand zwischen den äußeren Gelenken zunimmt. Auf diese Weise reduziert diese Ausführungsform die Kräfte auf die Verbindungsglieder des ersten Arms.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die inneren Gelenke des ersten und des zweiten Verbindungsglieds des ersten Arms in einem Abstand zueinander in einer Richtung angeordnet, die senkrecht zu der ersten Ebene ist. Entsprechend wird ein größerer Arbeitsraum erreicht, da Kollisionen zwischen den Verbindungsgliedern vermieden werden, und daher ist es der Plattform möglich, sich näher zu dem ersten Pfad zu bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die inneren Gelenke des ersten und des zweiten Verbindungsglieds des ersten Arms entlang einer gemeinsamen Linie angeordnet, die senkrecht zu der ersten Ebene ist. Diese Ausführungsform vereinfacht die Kinematikberechnungen während einer Steuerung der Bewegung des Roboters.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der erste Arm ein drittes Verbindungsglied mit einem äußeren Gelenk, das mit der Plattform verbunden ist, und einem inneren Gelenk, das mit dem ersten Schlitten verbunden ist, auf. Das dritte Verbindungsglied ermöglicht, einen konstanten Neigungswinkel der Plattform während des Betriebs beizubehalten. Dies ist bei mehreren Anwendungen vorteilhaft, bei denen es von Bedeutung ist, das Werkzeug in einem konstanten Winkel relativ zu einem Arbeitsgegenstand zu halten, wie beispielsweise während einem Bohren, Schleifen, Fräsen, Polieren, Schneiden bzw. Spanabheben, Kleben und Schweißen an einem flachen Gegenstand.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das innere Gelenk des dritten Arms auch entlang der Linie angeordnet. Diese Ausführungsform vereinfacht weiter die Kinematikberechnungen während einer Steuerung der Bewegung des Roboters.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die inneren Gelenke des zweiten Arms entlang einer Linie angeordnet, die parallel zu der gemeinsamen Linie ist, entlang der die Gelenke des ersten Arms angeordnet sind. Daher ist die Plattform gegen Drehungen um sowohl die x-Achse als auch um die y-Achse gesperrt, was bedeutet, dass sie einen konstanten Neigungswinkel haben wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das innere Gelenk des ersten Verbindungsglieds und das innere Gelenk des zweiten Verbindungsglieds ein gemeinsames Gelenk. Die Anzahl von Gelenken ist dann reduziert und daher wird ein billigerer Roboter erhalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eines der Verbindungsglieder mit einem Sperrmechanismus versehen, der bei Aktivierung verhindert, dass sich das Verbindungsglied um seine Längsachse dreht. Vorzugsweise ist der Sperreinrichtung angeordnet zum Verhindern, dass sich das Verbindungsglied um seine Längsachse dreht, wenn der Roboter eine Singularität während einer Rekonfiguration durchläuft. Diese Ausführungsform verhindert, dass sich die Plattform unkontrolliert neigt, wenn der Roboter eine Singularität während einer Rekonfiguration durchlauft.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind sowohl das innere als auch das äußere Gelenk von einem der Verbindungsglieder in lediglich zwei Freiheitsgraden bewegbar angeordnet und das eine Verbindungsglied ist mit einem Spiel versehen, das angeordnet ist, für kleinere Drehbewegungen um die Längsachse des Verbindungsglieds zu sorgen. Diese Ausführungsform verhindert auch, dass sich die Plattform unkontrolliert neigt, wenn der Roboter eine Singularität während einer Rekonfiguration durchläuft.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungsglied des dritten Arms mit einer Sperreinheit versehen, die einen gesperrten Zustand, in dem das Verbindungsglied relativ zu seinem inneren Gelenk fixiert ist, und einen gelösten Zustand, in dem es dem Verbindungsglied ermöglicht ist, sich bezüglich seines inneren Gelenks in einer Richtung entlang der Längsachse des Verbindungsglieds zu bewegen, aufweist. Diese Ausführungsform verhindert, dass sich die Plattform tief in der z-Richtung während einer Rekonfiguration des dritten Arms bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungsglied des dritten Arms mit einer einstellbaren Länge angeordnet und der dritte Arm weist einen Aktor auf, der angepasst ist zum Steuern der Länge des Verbindungsglieds. Dies ist eine alternative Ausführungsform, die auch verhindert, dass sich die Plattform tief in der z-Richtung während einer Rekonfiguration des dritten Arms bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eines der Verbindungsglieder des ersten oder zweiten Arms mit einem Sperrbauteil versehen, das bei Aktivierung verhindert, dass sich das Verbindungsglied in einer Richtung bewegt, die senkrecht zu einer Ebene ist, die durch den ersten und den zweiten Pfad verläuft. Vorzugsweise ist das Sperrbauteil angeordnet zum Sperren eines der Gelenke des Verbindungsglieds, das mit dem Sperrbauteil versehen ist, gegen Drehung um eine Achse in einer Richtung, die parallel zu einer Ebene ist, die durch den ersten und den zweiten Pfad verläuft. Diese Ausführungsform ermöglicht, zu verhindern, dass sich die Plattform unkontrollierbar bewegt, wenn die Sperreinheit des Verbindungsglieds des dritten Arms gelöst wird, insbesondere, wenn der Roboter derart montiert ist, dass die Ebene, die durch den ersten und den zweiten Pfad verläuft, senkrecht zu der Schwerkraftrichtung ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die zwei Verbindungsglieder des zweiten Arms im Wesentlichen die gleiche Länge auf und sind mit ihren Langsachsen parallel angeordnet. Diese Ausführungsform hält die Plattform gesperrt gegen Drehung um wenigstens eine der x-Achse und der y-Achse, was bedeutet, dass sie einen konstanten Neigungswinkel haben wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei der Verbindungsglieder des ersten Arms so angeordnet, dass sie von wenigstens einem Blickpunkt aus parallel sind. Vorzugsweise weisen wenigstens zwei der Verbindungsglieder des ersten Arms im Wesentlichen die gleiche Länge auf. Diese Ausführungsform hält die Plattform gesperrt gegen Drehung um sowohl die x-Achse als auch die y-Achse, was bedeutet, dass sie einen konstanten Neigungswinkel haben wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste, das zweite und das dritte Verbindungsglied so angeordnet, dass sie von wenigstens einem Blickpunkt aus parallel sind. Solch ein Roboter ist leicht aufzubauen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Rekonfigurieren eines Industrieroboters gemäß der vorliegenden Erfindung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 20 gelöst.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren auf Bewegen des ersten und des zweiten Schlittens relativ zueinander, bis der Roboter die zweite Position erreicht, Sperren eines der Verbindungsglieder gegen Drehung um dessen Langsachse, Bewegen des ersten und des zweiten Schlittens relativ zueinander, bis der Roboter die dritte Position erreicht, und Bewegen des ersten und des zweiten Schlittens relativ zueinander, bis er die vierte Position erreicht, und Lösen der Sperre eines der Verbindungsglieder gegen Drehung um seine Längsachse. Bewegen des ersten und des zweiten Schlittens relativ zueinander bedeutet, dass entweder nur der erste Schlitten bewegt wird oder nur der zweite Schlitten bewegt wird oder sowohl der erste als auch der zweite Schlitten bewegt werden oder wenigstens ein, der erste oder der zweite Schlitten und der dritte Schlitten bewegt werden. Diese Ausführungsform verhindert, dass sich die Plattform unkontrolliert neigt, wenn der Roboter eine Singularität während einer Rekonfiguration durchläuft.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, wenn der Roboter in der ersten Position ist, das innere Gelenk des Verbindungsglieds des dritten Arms auf einer ersten Seite einer dritten Ebene positioniert, die senkrecht zu dem ersten und dem zweiten Pfad ist und durch die Plattform verläuft und dieser kontinuierlich folgt, und das Verfahren weist weiter auf: Halten des Verbindungsglieds des dritten Arms in einer fixierten Beziehung zu seinem inneren Gelenk, bis der Roboter die dritte Position passiert hat, und wenn der Roboter die dritte Position passiert hat, Sperren eines der Verbindungsglieder des ersten oder des zweiten Arms gegen Bewegung in einer Richtung, die senkrecht zu einer Ebene ist, die durch den ersten und den zweiten Pfad verläuft, Ermöglichen dem Verbindungsglied des dritten Arms, sich in Beziehung zu seinem inneren Gelenk in einer Richtung entlang der Langsachsen des Verbindungsglieds zu bewegen, Bewegen des inneren Gelenks des Verbindungsglieds des dritten Arms zu der zweiten Seite der dritten Ebene, Sperren des Verbindungsglieds des dritten Arms in einer fixierten Beziehung zu seinem inneren Gelenk, und Lösen der Sperre des einen der Verbindungsglieder des ersten oder des zweiten Arms gegen Bewegung in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, die durch den ersten und den zweiten Pfad verläuft. Diese Ausführungsform der Erfindung verhindert, dass sich die Plattform tief in der z-Richtung während einer Rekonfiguration des dritten Arms be wegt, und verhindert auch, dass die Plattform aufgrund der Schwerkraft herabfällt, wenn die Sperre des Verbindungsglieds des dritten Arms gelöst wird und der Roboter mit der erwähnten Ebene montiert wird, die senkrecht zu der Schwerkraftrichtung ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Bewegungen wenigstens eines des ersten und des zweiten Arms durch eine nachgebende Servosteuerung während eines Durchlaufens der dritten Position des Roboters gesteuert. Daher wird der Bedarf an der Steuerungsgenauigkeit während eines Durchlaufens der singulären Position reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun näher durch die Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erklärt.
1 zeigt eine Konstruktion einer Gantry-Art eines parallelkinematischen Manipulators des Stands der Technik.
2 zeigt den Manipulator in 1 in einer Draufsicht.
3 zeigt einen Arm eines Manipulators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt einen Arm eines Manipulators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt die interne Konfiguration des Arms gemäß 4, wenn er in dem Manipulator montiert ist.
6 zeigt den Manipulator in 5 in zwei verschiedenen Konfigurationen A und B.
7 zeigt eine Implementierung des Manipulators in den 5 und 6.
8a–d zeigen verschiedene Mechanismen zum Sperren von Freiheitsgraden des Manipulators und zum Einschränken des Arbeitsraums.
9 zeigt den Manipulator der 7, der mit einer Sperreinrichtung versehen ist, die zu verwenden ist, wenn der Roboter eine Singularität während einer Rekonfiguration durchläuft.
10 zeigt eine alternative Lösung zum Sperren der Drehung eines Verbindungsglieds, wenn es eine Singularität durchläuft.
11 ist eine schematische Zeichnung des Manipulators in 7.
12 zeigt einen Manipulator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
13 zeigt eine Projektion des Manipulators in 12 auf die y_wz_w-Ebene.
14 zeigt eine Projektion des Manipulators in 12 auf die x_wy_w-Ebene.
15 zeigt eine Rekonfiguration des Manipulators in den 12–14.
16 zeigt einen Manipulator gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
17 zeigt einen Manipulator gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
18 zeigt eine besondere Anordnung zum Vermeiden von Kollisionen zwischen einem Ausgleichgewicht und den Pfaden.
19 zeigt ein Beispiel einer geeigneten Anwendung für einen Manipulator gemäß der Erfindung.
20 zeigt einen Manipulator gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Konstruktion einer Gantry-Art eines parallelkinematischen Manipulators (PKM) des Stands der Technik mit einem eher großen Arbeitsraum, der aber nicht eine vollständige Rekonfiguration zum Arbeiten in beiden Richtungen zwischen den linearen Pfaden durchführen kann. Der PKM weist zwei Pfade 1 und 2 auf, die zusammen eine Ebene definieren, die parallel zu der x_wy_w-Ebene des Weltkoordinatensystems ist, das in der Figur gezeigt ist. Auf dem Pfad 1 befindet sich ein Schlitten 4, der durch beispielsweise ein motorgetriebenes Kugelgewindelinearmodul, eine motorgetriebene Bandübertragung, einen Zahnstangenantrieb oder einen direkt getriebenen Linearmotor betätigt wird zum Bewegen entlang des Pfads 1. Ebenso wird ein Schlitten 5 entlang eines Pfads 2 betätigt und ein Schlitten 6 entlang eines Pfads 3. Der Pfad 3 ist parallel zu den Pfaden 1 und 2 und bildet zusammen mit den Pfaden 1 und 2 eine dreieckige Geometrie in der y_wz_w-Ebene. Jeder Schlitten ist mittels eines Arms mit einer betätigten Plattform 16 verbunden, der Schlitten 4 mit einem ersten Arm 7, der Schlitten 5 mit einem zweiten Arm 8 und der Schlitten 6 mit einem dritten Arm 9. Der erste Arm 7 besteht aus drei parallelen Verbindungsgliedern 10, 11, 12. Diese Verbindungsglieder weisen die gleiche Länge auf und an jedem Ende der Verbindungsglieder befindet sich ein Gelenk. Deshalb weist das Verbindungsglied 10 ein inneres Gelenk 10a und ein äußeres Gelenk 10b auf, das Verbindungsglied 11 weist ein inneres Gelenk 11a und ein äußeres Gelenk 11b auf und das Verbindungsglied 12 weist ein inneres Gelenk 12a und ein äußeres Gelenk 12b auf. Der Arm 8 besteht aus zwei parallelen Verbindungsgliedern 13 und 14 mit gleicher Länge und ebenso wie bei dem Arm 7 weisen diese Verbindungsglieder ein inneres und ein äußeres Gelenk 13a und 13b für das Verbindungsglied 13 und 14a und 14b für das Verbindungsglied 14 auf. Schließ lich besteht der Arm 9 aus lediglich einem Verbindungsglied 15 mit einem inneren Gelenk 15a und einem äußeren Gelenk 15b. Für eine nicht-redundante mechanische Anordnung der Armstruktur des Manipulators muss wenigstens eines des inneren und des äußeren Gelenks für jedes Verbindungsglied drei Freiheitsgrade aufweisen, die im Folgenden als DOF bezeichnet werden, während das andere Gelenk wenigstens 2 DOF aufweisen muss. Zum Minimieren des Gewichts der betätigten Plattform ist es ein Vorteil, 2 DOF für die äußeren Gelenke und 3 DOF für die inneren Gelenke aufzuweisen, wenn Universalgelenke verwendet werden.
2 zeigt den Manipulator in 1 von oben, wobei die Pfade 1 und 2 eine Ebene bilden, die parallel zu der x_wy_w-Ebene ist. Diese Figur ist einbezogen, um den Arbeitsraum für die betätigte Plattform in der x_wy_w-Ebene zu zeigen. Der Arbeitsraum ist durch die gestrichelte Linie 17a begrenzt und, wie zu sehen ist, fast die Hälfte des Raumes zwischen den Pfaden 1 und 2 kann nicht durch die betätigte Plattform 16 erreicht werden. Um in der Lage zu sein, diesen Raum zu erreichen, ist eine Rekonfiguration der Armstruktur nötig, was bedeutet, dass die Schlitten derart betätigt werden, dass die Arme von der Manipulation der betätigten Plattform rechts von den Schlitten in der Figur nach links von den Schlitten in der Figur gehen.
Zum Ermöglichen der Rekonfiguration müssen die Verbindungsglieder 11 und 12 in 2 anders an dem Schlitten 4 montiert werden. Deshalb zeigt 3 schematisch die Verbindungsglieder 11 und 12 mit einer Montage an der Plattform 4 derart, dass eine Linie durch die Mittelpunkte der inneren Gelenke 11a und 12a parallel zu dem Pfad 1 ist. Der Arm 7 ist derart drehbar angeordnet, dass die Plattform 16 zwischen gegenüberliegenden Seiten einer Ebene, die durch den Schlitten 4 verläuft und senkrecht zu dem Pfad 1 und 2 ist, bewegbar ist. Mit dieser Montage können die Verbindungsglieder des Arms 7 die Plattform 16 zu beiden Seiten des Schlittens 4 schwenken, was beispielhaft mit der Plattform 16 in einer rechten Konfiguration bei A und B und in einer linken Konfiguration bei C erläutert ist. Der Arm 7 wird in diesen 3 Positionen die internen Konfigurationen 7A, 7B und 7C aufweisen. Jedoch ist ein Problem bei dieser Konstruktion, dass die internen Konfigurationen 7A und 7C in der Nähe einer internen Singularität sind, wenn sich die Verbindungsglieder 11 und 12 decken. Diese internen Konfigurationen werden dem Manipulator eine sehr geringe Steifigkeit verleihen und mit einem Erfordernis von 30 Grad oder mehr zwischen der Längsachse der Verbindungsglieder 11 und 12 bezüglich der Linie durch die Gelenke 11a und 12a für eine hohe Steifigkeit, wird der Arbeitsraum eingeschränkt und deckt lediglich den unteren Teil zwischen den Pfaden 1 und 2 in 2 ab.
4 zeigt die Lösung des Problems bei der parallelen Verbindungsgliedkonstruktion in 3. Hier ist die betätigte Plattform 16 mit den Verbindungsgliedern 11 und 12 mit dem Schlitten 4 verbunden, was eine dreieckige Gestalt bildet, wie in der x_wy_w-Ebene zu sehen ist. Das erste Verbindungsglied 11 ist mit seiner Längsachse nicht parallel zu der Längsachse des zweiten Verbindungsglieds 12 angeordnet. Bei dieser Verbindungsgliedkonstruktion wird die Konstruktion des inneren Arms dieselbe sein, unabhängig davon, wo die betätigte Plattform 16 in dem Arbeitsraum positioniert ist, was bedeutet, dass die Steifigkeit bezüglich Drehungen der Plattform um die z_w-Achse überall in dem Arbeitsraum zwischen den Pfaden 1 und 2 dieselbe sein wird. In der Figur decken sich die Gelenke 11a und 12a, aber ein kleiner Abstand zwischen ihnen in der x_wy_w-Ebene ist erlaubt, selbst falls die Kinematikberechnungen dann etwas komplizierter werden und der Arbeitsraum etwas reduziert wird. Ein Unterschied zur 3 ist der, dass die betätigte Plattform nun gedreht wird, wenn sie in dem Arbeitsraum manipuliert wird. Jedoch ist dies ein kleineres Problem, da die Plattform ein Gelenk mit wenigstens einem Freiheitsgrad aufweisen wird, wodurch diese Drehung der Plattform durch eine entgegenwirkende Gelenkachsendrehung kompensiert wird.
5 zeigt die interne Konfiguration des Arms 7 gemäß 4, wenn er in dem Manipulator montiert ist. Der betätigten Plattform 16 wird nun eine L-Gestalt mit den Gelenken 11b und 12b, die an dem horizontalen Teil des L montiert sind, und dem Gelenk 10b, das an dem vertikalen Teil der L-förmigen Plattform montiert ist, verliehen. Das Verbindungsglied 10 ist relativ zu den Verbindungsgliedern 11 und 12 derart montiert, dass der Neigungswinkel der betätigten Plattform überall in dem Arbeitsraum konstant sein wird. Dies bedeutet, dass, falls beispielsweise ein Bohrwerkzeug an der Plattform mit der z_w-Achse als die Bohrrichtung montiert ist, dann das Bohren in dieser Richtung in dem gesamten Arbeitsraum in sowohl der rechten als auch der linken Konfiguration des Manipulators durchgeführt wird. Zum Erreichen dieses positionsunabhängigen Neigungswinkels bei der Konstruktion der 5 ist das Verbindungsglied 10 parallel zu dem Verbindungsglied 11 und die Verbindungsglieder 10 und 11 weisen die gleiche Länge auf. Außerdem muss eine Linie durch die Gelenke 10b und 11b, welche Linie parallel zu einer Linie durch die Gelenke 10a und 11a + 12a parallel ist, parallel zu einer Linie durch die Gelenke 13b und 14b sein, und da die Verbindungsglieder 13 und 14 parallel und von gleicher Länge sind, wird die Linie durch die Gelenke 10b und 11b auch parallel zu einer Linie durch die Gelenke 13a und 14a sein.
Das Verbindungsglied 12 hat die Verantwortung, für die Drehmomente um die z_w-Achse der betätigten Plattform 16 zu sorgen, und seine Montage an der Plattform ist nicht kritisch. Jedoch sollte der Abstand zwischen dem Gelenk 12b und der Linie durch die Gelenke 10b und 11b so groß wie möglich sein, um die Längsachsenkraft in dem Verbindungsglied 12 zu minimieren, aber dieser Abstand wird gleichzeitig die betätigte Plattform verbreitern, was die Steifigkeit der Plattform reduzieren wird, und er wird außerdem den Arbeitsraum reduzieren, da die Plattform 16 einen größeren Raum zwischen den linearen Pfaden 1 und 2 benötigt, um zu vermeiden, mit diesen zu kollidieren.
Falls der Abstand zwischen den inneren Gelenken 11a, 12a kürzer ist als der Abstand zwischen den äußeren Gelenken 11b, 12b der Verbindungsglieder 11 und 12, nehmen die Kräfte auf die Verbindungsglieder ab. Die Kräfte auf die Verbindungsgliedanordnung nehmen ab, da der Abstand zwischen den äußeren Gelenken zunimmt, aber gleichzeitig wird die Plattform in ihrer Größe zunehmen und den Arbeitsraum zwischen dem ersten und dem zweiten Pfad 1, 2 reduzieren. Deshalb wird in Abhängigkeit von der Anwendung ein geeigneter Abstand zwischen den äußeren Gelenken verwendet.
Das Kollisionsproblem zwischen der betätigten Plattform 16 und dem Pfad 1 ist aus 6 offensichtlich. Hier sind die Arme 7 und 8 zusammen mit der Plattform in einer Ansicht gezeigt, die parallel zu der x_wy_w-Ebene ist. Bei der Manipulatorkonfiguration A kann gesehen werden, wie die Bewegung der betätigten Plattform in der y_w-Richtung durch die Kollision zwischen dem äußeren Gelenk 12b und dem Pfad 1 begrenzt ist. Jedoch tritt bei der gegenüberliegenden Konfiguration B dieses Problem nicht auf und demzufolge wird der Arbeitsraum in der y_w-Richtung größer, wenn der Roboter nach links in der Figur arbeitet (Konfiguration B) als wenn er nach rechts arbeitet (Konfiguration A).
7 zeigt eine Implementierung des Manipulators in den 5 und 6. In 7a ist eines der Universalgelenke mit drei Drehachsen 20, 21 und 22 beschrieben. Die Achse 20 ist durch ein Lager 17, die Achse 21 durch zwei Lager 18 in Reihe und die Achse 22 durch ein Lager 19 angegeben, das derart montiert ist, dass sich die Achse 22 mit der Symmetrieachse des Verbindungsglieds, das mit dem Gelenk verbunden ist, deckt. Für die beste Leistung sollten die Achsen 20, 21 und 22 senkrecht zueinander verlaufend sein. Für Gelenke, die lediglich 2 DOF benötigen, wird das Lager 19 nicht verwendet. In 7b wird die Konstruktion des Lagers der 7a für alle Gelenke des Manipulators verwendet. Wie zuvor wird der Manipulator durch die drei Schlitten 4, 5 und 6 betätigt, die auf drei parallelen Pfaden 1, 2, 3 angetrieben werden, die ein Dreieck in der y_wz_w-Ebene bilden. Der Arm 7 besteht aus drei Verbindungsgliedern 10, 11 und 12 mit inneren Gelenken 10a, 11a und 12a und äußeren Gelenken 10b, 11b und 12b. Die Achse 20 in 7a deckt sich bei den inneren Gelenken 10a, 1la und 12a, was eine gemeinsame Achse 23 in der z_w-Richtung bildet. Die Verbindungsglieder 10 und 11 sind parallel und von der gleichen Länge und das Verbindungsglied 12 bildet in der Projektion des Arms 7 auf die x_wy_w-Ebene einen Winkel relativ zu den Verbindungsgliedern 10 und 11, wie von oben in der Figur zu sehen ist oder genauer beschrieben ist. Wenn der Arm 7 auf eine Ebene projiziert wird, die parallel zu der z_w-Achse ist, wie beispielsweise die y_wz_w-Ebene, müssen die Verbindungsglieder 10 und 11 parallel sein, aber das Verbindungsglied 12 muss nicht parallel zu den Verbindungsgliedern 10 und 11 sein. Außerdem muss das Verbindungsglied 12 nicht die gleiche Länge wie die Verbindungsglieder 10 und 11 aufweisen. Wie vorher beschrieben ist, ist eine Voraussetzung dafür, dass die Achse 23 zu der Linie, die durch die Mittelpunkte der Gelenke 10a und 11a verläuft, zu der Linie durch die Gelenke 13b und 14b und zu der Linie durch die Gelenke 13a und 14a parallel ist.
Es sollte betont werden, dass das Gelenk 12b einen Abstand sowohl in der x_w-Richtung als auch in der y_w-Richtung und mit einem ausreichend großen Abstand in irgendeiner dieser Richtungen auch einen Abstand in der z_w-Richtung haben könnte. Jedoch wird ein Abstand in beispielsweise der x_w-Richtung eine kompliziertere Drehung der Plattform 16 ergeben, was die Kinematikberechnungen schwieriger macht, und mit größeren Abständen wird der Arbeitsraum des Roboters reduziert. In 7 sind auch Achsbegrenzer 28, 29 und 30 gezeigt. Diese Begrenzer werden den Manipulator stoppen, wenn er die Grenzen seines Arbeitsraums erreicht. Ein anderes Detail sind die Anordnungen der einstellbaren Verbindungsgliedlängen für das Verbindungsglied 15. Dieses wird mit einem Linearlager 26 implementiert, das durch Drücken des Zylinders 24 in das Loch 25 des Verbindungsglieds gesperrt wird. Als eine Alternative kann ein mechanischer Bremsmechanismus zum Sperren des Linearlagers verwendet werden. Ein anderer Sperrmechanismus kann bei einem Gelenk 10a gesehen werden, bei dem das Lagerpaar mit einer horizontalen Achse durch einen Zylinder 27 gesperrt werden kann. Es kann auch gesehen werden, dass sowohl das Gelenk 10a als auch 10b bei dem Verbindungsglied 10 lediglich mit 2 DOF ist. All diese besonderen Anordnungen werden implementiert, um in der Lage zu sein, einen kontrollierten Übergang des Manipulators zwischen seinen zwei Konfigurationen durchzuführen.
8a–d zeigt im weiteren Detail die Mechanismen zum Sperren der Freiheitsgrade des Manipulators und zum Begrenzen des Arbeitsraums. Deshalb zeigt 8a, dass das Verbindungsglied 15 mit einer Sperreinheit 24, 26 versehen ist, die einen gesperrten Zustand, in dem das Verbindungsglied 15 relativ zu seinem inneren Gelenk 15a fixiert ist, und einen gelösten Zustand, in dem es dem Verbindungsglied ermöglicht ist, sich bezüglich des Gelenks 15a in einer Richtung entlang der Längsachse des Verbindungsglieds 15 zu bewegen, aufweist. Die Sperreinheit weist ein Linearlager 26 auf, das es dem Verbindungsglied 15 ermöglicht, bezüglich des Gelenks 15a zu gleiten, mit der Absicht, die Länge des Verbindungsglieds anzupassen, wenn der Schlitten 6 zum Ändern der Konfiguration des dritten Arms 9 bewegt wird. Während eines normalen Betriebs ist das Verbindungsglied 15 relativ zu dem Gelenk 15a fixiert, was durch Drücken eines Zylinders 24 in ein Loch 25 des Lagers 26 erfolgt. Natürlich sind verschiedene andere Sperrmechanismen möglich, wie beispielsweise mechanische Bremsen, hydraulische Kupplungen usw.
8b zeigt ein mechanisches Anschlagkonzept für das Gelenk 15b. Wenn ein Lager 32 entlang einer Achse 33 gedreht wird, wird sich eine Stange 31 nach oben und nach unten bewegen und ein Anschlag 29 wird erfasst, wenn sich die Stange 31 zu einer Position bewegt hat, in der die Stange 31 an dem Anschlag 29 anschlägt. Ein entsprechender Anschlag kann auf der anderen Seite des Gelenks 15b zum Begrenzen der Arbeitsreichweite für das Lager 32 in beiden Drehrichtungen verwendet werden. Der Zweck dieses Anschlags ist, Einschränkungen für die Bewegung des dritten Schlittens anzugeben, und kann auch verwendet werden zum Angeben des Winkels des Verbindungsglieds 15, wenn dieses Verbindungsglied gesteuert wird, seine Konfiguration zu ändern. Ein entsprechender Anschlagmechanismus ist in 8c gezeigt. In diesem Fall ist die Arbeitsreichweite eines Lagers 36, wenn es sich um eine Achse 37 dreht, durch einen Anschlag 30 begrenzt. Mit diesem Anschlag 30 wird der Winkel zwischen den Armen 7 und 8 kontrolliert. Wenn diese Arme gesteuert werden, ihre Konfiguration zu ändern, kann dieser Anschlag 30 verwendet werden zum Kontrollieren des Konfigurationstransfers und zum Angeben, wenn der Roboter seine Singularität erreicht hat, wenn die Arme 7 und 8 parallel sind. Dieser Anschlag 30 könnte auch an dem Gelenk 13 montiert sein.
8d zeigt ein Sperrbauteil zum Sperren des Gelenks 10b mit einem Lagerpaar 41. Das Sperrbauteil weist einen Zylinder 27 und einen Flansch 28 auf. Hier wird das Lagerpaar 41 mittels des Zylinders 27, der in ein Loch 38 in einem der Lager 41 eingesetzt wird, gesperrt, dass es den Flansch 28 nicht durchlässt. Dies wird durchgeführt, bevor das Linearlager 26 in 8a gelöst wird, um sicherzustellen, dass sich die Plattform 16 nicht in einer Richtung bewegen wird, die senkrecht zu einer Ebene ist, die durch den ersten und den zweiten Pfad verläuft, wenn dann das Linearlager 26 gelöst wird. Wenn dieses Lösen durchgeführt ist und der Zylinder 27 in das Loch 38 eingesetzt wurde, wird der Zylinder 27 verhindern, dass das Lagerpaar 41 den Flansch 28 durchlässt, und der Manipulator wird in der z_w-Richtung gesperrt. Im normalen Betrieb wird der Zylinder 27 nicht zum Sperren des Lagerpaars 41 verwendet.
8d zeigt auch einen Arbeitsraumbegrenzungsmechanismus mit Anschlägen 39 und 40, die an einem der Lager 41 montiert sind, der in der gleichen Weise wie das Sperrbauteil 27, 38 arbeitet. Deshalb ist das Lagerpaar 41, das sich um eine Achse 42 dreht, durch diese Anschläge 39 und 40 begrenzt. Wenn sich der Arm 7 nach unten bewegt (siehe 7), wird der Anschlag 39 möglicherweise an dem Flansch 28 anschlagen und die Bewegung wird gestoppt, und wenn sich der Arm 7 nach oben bewegt, wird er gestoppt, wenn der Anschlag 40 an dem Flansch 28 anschlägt. Der Flansch 28 ist an dem inneren Lager zwischen dem Lagerpaar 41 befestigt und die Anschläge 39 und 40 sind an dem äußeren Drehteil des Lagers 41 montiert. Die Anschläge 39 und 40 könnten mechanische Anschläge oder elektrische Schalter sein. Dieser Anschlagmechanismus verhindert, dass der Manipulator herunterfällt, wenn die Sperreinheit 24, 26 an dem Gelenk 15a gelöst wird, und kann auch in irgendeinem der Gelenke 11a, 12a, 10b, 11b, 12b, 13a, 14a, 13b oder 14b integriert werden.
Wie in 7 gesehen werden kann, weist das Verbindungsglied 10 ein Gelenk mit 2 DOF sowohl für das innere Gelenk 10a als auch für das äußere Gelenk 10b auf. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Verbindungsgliedstruktur die Singularität während einer Rekonfiguration durchlauft, dann die Plattform 16 einen DOF erlangt und sich ohne jede Steuerung neigen wird, falls alle Verbindungsglieder wenigstens ein Gelenk mit 3 DOF aufweisen. Falls jedoch ein Verbindungsglied lediglich 2 DOF in seinen beiden Gelenken aufweist, kann dann dieses Verbindungsglied ein Verdrehmoment auf den Schlitten übertragen und das unkontrollierte Neigen der Plattform 16 verhindern. Jedoch wird das Aufweisen von Gelenken mit 2 DOF an beiden Enden eines Verbindungsglieds eine redundante mechanische Anordnung ergeben und innere Kräfte und Drehmomente werden in die Struktur eingebaut, wenn sie montiert wird. Wenn ein sehr steifer Manipulator für eine solche Anwendung als Materialentferner montiert wird, kann die Spannung auf die Bauteile sehr hoch werden, was zu hohen Reibungslevels führt und die Lebenszeit verkürzt. In 9 kann eine Lösung für dieses Problem gefunden werden.
9a zeigt den gleichen Manipulator wie in 7 und 9b zeigt das Verbindungsglied 10, das mit einem Spiel versehen ist, um für die kleine Drehung um die Mittelachse des Verbindungsglieds 10 zu sorgen, die aufgrund von kleinen Geometriefehlern in den Bauteilen des Arms auftritt, wenn diese zu einer vollständigen Armstruktur montiert werden. Diese kleine Drehung um die Mittelachse des Verbindungsglieds 10 wird auch die Spannung in der Armstruktur aufgrund von Änderungen in der Temperatur lösen. Deshalb ist das Verbindungsglied 10a in zwei Verbindungsgliedteile 10c und 10d geteilt und befindet sich zwischen diesen Verbindungsgliedteilen ein Lager 44, wobei sich seine Drehachse mit der Mittelachse der Verbindungsgliedteile 10c und 10d deckt.
9c zeigt die Lageranordnung ausführlicher. Das Verbindungsgliedteil 10c weist einen Abschnitt 43 mit einem größeren Durchmesser mit einer Sperreinrichtung auf, die zwei Anschläge 45a und 45b sehr nahe beieinander aufweist. Ein äußeres Drehteil des Lagers 44 ist mit einer Brücke 47 mit dem Abschnitt 43 verbunden, was bedeutet, dass sich das Verbindungsgliedteil 10d relativ zu dem Verbindungsgliedteil 10c drehen kann. Jedoch ist diese Drehung durch die Anschläge 45a und 45b begrenzt, da ein Zylinder 46, der an dem Verbindungsgliedteil 10d montiert ist, zwischen den Anschlägen 45a und 45b eingeengt ist, was deshalb ein Drehspiel zwischen den Verbindungsgliedteilen 10c und 10d bildet. Dieses Spiel ist gestaltet, für die relativen Drehungen des Verbindungsgliedteils zu sorgen, die benötigt werden, Geometriefehler in der Armstruktur zu kompensieren. Wenn die Armstruktur in ihrer Singularität ist, wird der Zylinder 46 entweder in Richtung zu dem Anschlag 45a oder 45b in Abhängigkeit von der Drehmomentrichtung bewegt, die durch die Schwerkraft bewirkt wird, wenn der Roboter anfangt, sich in der Singularität zu neigen. In der Figur befindet sich diese Anordnung fast in der Mitte des ersten Arms 9 zur Klarheit, aber bei einer guten Konstruktion sollte sie so nah wie möglich an dem inneren Gelenk 10a sein.
10 zeigt eine alternative Lösung zum Sperren der Drehung eines Verbindungsglieds, wenn es eine Singularität durchlauft, und zum Sperren eines Gelenks zum Vermeiden, dass die betätigte Plattform herunterfällt, wenn das Linearlager 26 gelöst wird. Deshalb werden in diesem Fall mechanische Scheibenbremsen 48, 49 und 54, 55 verwendet. Wenn die Armstruktur die Singularität durchlauft klemmt eine Klemmeinrichtung 49 an der Bremsscheibe 48, was das Verbindungsgliedteil 10c an dem Verbindungsgliedteil 10d sperrt. Die Klemmeinrichtung 49 ist an einem Lager 51 mit einer Mittellinie der Drehung 54 montiert. Der primäre Teil des Lagers 51 ist an einem Lager 52 mit einer Mittellinie der Drehung 53 montiert. Der primäre Teil des Lagers 52 ist an der betätigten Plattform 16 montiert. Wenn die Armstruktur die Singularität durchlaufen hat, wird die Bremse 48, 49 gelöst und der Manipulator arbeitet ohne jede Anordnungsredundanz, da sich dann die Verbindungsgliedteile 10c und 10d aufgrund des Lagers 61 bezüglich zueinander drehen können.
Ähnlich wird eine Scheibenbremse 54, 55 verwendet zum Anhalten der betätigten Plattform, wenn sich der erste Arm 9 von einer Konfiguration zu einer anderen Konfiguration bewegt, während der das Linearlager 26 gelöst wird. Das Gelenk 10a weist zwei Lager 56 und 59 auf. Eine Scheibe 54 ist an dem sekundären Drehteil des Lagers 56 montiert und wird sich deshalb um eine Drehmittelachse 58 des Lagers 56 drehen. Bevor das Linearlager 26 gelöst wird, wird eine Klemmeinrichtung 55 aktiviert und das Lager 56 wird gesperrt. Die Klemmeinrichtung 55 ist an einem hohlen Zylinder 60 montiert, der an einem sekundären (äußeren) Drehteil des Lagers 59 montiert ist. Das Lager 59 weist eine Drehachse 57 auf und sein innerer Teil ist an dem Schlitten 4 montiert. Es sollte erwähnt werden, dass ebenso wie Klemmen von drehbaren Bremsscheiben in dieser Figur verwendet wird, ein lineares rechteckiges Bremsmetallblech für das Linearlager 26 zum Klemmen des Verbindungsglieds 15 an dem Lagerteil 26 verwendet werden kann.
11 ist eine schematische Zeichnung der Manipulatorstruktur in 7, die verwendet wird zum Beschreiben der kinematischen Möglichkeiten und der Rekonfiguration des Armsystems. Die Gelenke sind hier nur als Kreise gezeichnet und es sind keine Sperranordnungen gezeigt. Kinematisch sollten die Linie 23 durch die inneren Gelenke 10a und 11a, die Linie 62 durch die äußeren Gelenke 10b und 11b, die Linie 64 durch die inneren Gelenke 13a und 14a und die Linie 63 durch die äußeren Gelenke 13b und 14b alle parallel sein, um einen konstanten Neigungswinkel der betätigten Plattform über den gesamten Arbeitsraum aufzuweisen. Mit diesen kinematischen Beziehungen zwischen den Linien 23, 62, 63 und 64 ist die Montage des Verbindungsglieds 12 nicht kritisch, es bildet gerade einmal einen Winkel bezüglich der Verbindungsglieder 10 und 11, wenn der erste Arm 7 auf eine Ebene projiziert wird, die parallel zu der Ebene ist, die durch die Pfade 1 und 2 definiert ist (in der Figur ist diese Ebene auch parallel zu der x_wy_w-Ebene).
Wie in 6 gezeigt ist, wird das Gelenk 12b mit dem Pfad 1 kollidieren, wenn das Armsystem in der rechten Richtung der Figur manipuliert wird, aber nicht, wenn es in der linken Richtung manipuliert wird. Dies ergibt einen kleineren Arbeitsraum in der y_w-Richtung, wenn der Roboter in der rechten Richtung arbeitet. Zum Erreichen der gleichen y_w-Breite des Arbeitsraums in beiden Richtungen können die Verbindungsglieder 11 und 12 in dem ersten Arm 7 wie in 12 montiert werden. Nun weisen beide Gelenke 11b und 12b einen Abstand relativ zu der Linie 62 auf, die durch das Gelenk 10b verläuft und parallel zu den Linien 23, 63 und 64 ist. Jedoch ist nun die Montage des Verbindungsglieds 12 kritisch zum Beibehalten eines konstanten Neigungswinkels der betätigten Plattform 16.
Die Anforderungen an die Montage der Verbindungsglieder 11 und 12, die die Armstruktur in 12 verwendet, sind in 13 definiert. 13 zeigt deshalb eine Projektion des Manipulators in 12 auf die y_wz_w-Ebene und dann ist es erforderlich, dass die Projektionen der Verbindungsglieder 10, 11 und 12 des ersten Arms 7 alle parallel sind, wie in der Figur zu sehen ist. In allgemeineren Ausdrücken werden die Projektionen der Verbindungsglieder 10, 11 und 12 auf eine Ebene gemacht, die parallel zu einer Linie durch die Gelenke 13b und 14b ist. Eine andere Anforderung für einen konstanten Neigungswinkel der betätigten Plattform 16 ist, dass die Ebene, die durch die Gelenke 10b, 11b und 12b definiert ist, in einer gemeinsamen Ebene sein sollte, die parallel zu der Linie durch die Gelenke 13b und 14b ist (die Linie 63 in 12).
14 zeigt eine Projektion der Armstruktur in 12 auf die x_wy_w-Ebene und, wie gesehen werden kann, sowohl das Verbindungsglied 11 als auch 12 bilden in dieser Projektion einen Winkel relativ zu dem Verbindungsglied 10. Außerdem bilden die Gelenke 10b, 11b und 12b eine Linie in dieser Projektion. In allgemeineren Ausdrücken wird diese Projektion auf eine Ebene gemacht, die senkrecht zu der Linie durch die Gelenke 13b und 14b ist (die Linie 63 in 12).
15 stellt die Rekonfiguration dar, wie sie bei einer Projektion auf die x_wy_w-Ebene zu sehen ist. Die verschiedenen Bauteile, die auf diese Ebene projiziert sind, sind in der Pos1 der betätigten Plattform definiert und können mit den Bauteilen verglichen werden, die für 14 beschrieben sind. Der erste Pfad 1 und der zweite Pfad 2 definieren eine erste Ebene C in der x_wy_w-Ebene. Der erste Arm 8 ist um die Achse 23 drehbar, die senkrecht zu der ersten Ebene C ist. Der zweite Arm 7 ist um die Achse 64 drehbar, die senkrecht zu der ersten Ebene C ist. Der erste und der zweite Arm sind derart drehbar angeordnet, dass die Plattform 16 zwischen gegenüberliegenden Seiten einer zweiten Ebene D, die senkrecht zu der ersten Ebene C ist und durch den ersten und den zweiten Schlitten 4, 5 verläuft, bewegbar ist. Die zweite Ebene D folgt den Schlitten 4, 5 kontinuierlich. Deshalb ändert sich die Richtung der Ebene D aufgrund der Positionen der Schlitten 4, 5. Der erste und der zweite Arm 7, 8 sind derart drehbar angeordnet, dass die Plattform 16 zwischen gegenüberliegenden Seiten der zweiten Ebene D bewegbar ist. Eine dritte Ebene E ist senkrecht zu dem ersten und dem zweiten Pfad 1, 2 und durch die Plattform 16 definiert. Die dritte Ebene E folgt der Plattform 16 kontinuierlich. Deshalb ändert sich aufgrund der Position der Plattform die Position der dritten Ebene relativ zu den Pfaden 1, 2.
In einer ersten Position, Pos1, sind die Arme 7 und 8 und die Plattform 16 alle links von den Schlitten 4 und 5. In der ersten Position sind der erste und der zweite Schlitten beide auf der rechten Seite der Plattform positioniert und deshalb auf der rechten Seite der dritten Ebene E. Nach dem Betätigen des ersten Schlittens 5 entlang des Pfads 2 nach rechts wird die Plattform 16 über den Schlitten 4 kommen, wie in Pos2 gezeigt ist, und ein Gehen weiter nach rechts mit dem Schlitten 5 wird die Plattform 16 zwischen die Schlitten 4 und 5 setzen. In einer dritten Position, Pos3, haben die Arme 7 und 8 die Struktur zu einer Singularität gebracht und das Folgende wird empfohlen, zum Durchlaufen der Singularität und zum Fortschreiten weiter in Richtung zu einer vierten Position, Pos4, durchzuführen:

1) Bewegen des Roboters zu einer Position in der Nähe der singulären Position. Ändern des Steuermodus der Betätigung von einem der Schlitten 4 und 5 zu einer nachgebenden Steue rung, was bedeutet, dass sich der fragliche Schlitten durch eine Feder und einen Dämpfer bewegen wird, wenn er einer externen Kraft ausgesetzt wird, während er gesteuert wird. Wenn der nachgebende Steuermodus betätigt wird, wird das Armsystem etwas absacken, und um dies zu vermeiden, können beispielsweise die Bremse 54, 55 in 10 oder der Sperrmechanismus 27, 38 in 8d aktiviert werden. Dies kann erforderlich sein, falls statt eines Verwendens einer nachgebenden Steuerung eine Deaktivierung der Steuerung gemacht wird.
2) Sperren eines der Verbindungsglieder gegen Drehung um seine Langsachsen, beispielsweise mit der Bremse 48, 49 in 10, falls dieses Konzept verwendet wird. Falls das Konzept mit einer besonderen Lageranordnung gemäß 9 verwendet wird, wird das Sperren eines Freiheitsgrads automatisch gemacht.
3) Fahren des Schlittens 6 des dritten Arms, was nicht in der Figur gezeigt ist, siehe stattdessen 13, zum Bewegen des ersten und des zweiten Arms 7 und 8 durch die Singularität bei Pos3.
4) Lösen der Sperre eines der Verbindungsglieder gegen Drehung um seine Langsachsen. Lösen der Bremse 48, 49, falls dieses Konzept verwendet wird. Falls das Konzept mit einer besonderen Lageranordnung gemäß 9 verwendet wird, wird die Sperre eines Freiheitsgrads automatisch gelöst.
5) Neustarten einer gewöhnlichen Positionssteuerung des Schlittens, für den der Steuerungsmodus in 1 oben geändert wurde.
6) Lösen der Bremse 54, 55 in 10 oder des Sperrmechanismus 27, 38 in 8d, falls diese nach 1) gesperrt wurden, zum Vermeiden, dass das Armsystem absackt, wenn die nachgebende Steuerung für einen der Schlitten 4 und 5 verwendet wurde. Nun ist der Schlitten 6 auf der falschen Seite der Plattform 16 und daher ist es erforderlich, den Schlitten 6 hinüber zu der anderen Seite zu bewegen. Dann wird jedoch die Plattform 16 tief nach unten manipuliert, und falls es einen Gegenstand in dem Arbeitsraum gibt, kann eine Kollision stattfinden. Um dies zu vermeiden, wird dem Verbindungsglied 15 des dritten Arms er möglicht, sich in Relation zu seinem inneren Gelenk in einer Richtung entlang der Längsachsen des Verbindungsglieds zu bewegen.
7) Sperren eines der Verbindungsglieder des ersten oder des zweiten Arms gegen Bewegung in einer Richtung, die senkrecht zu einer Ebene ist, die durch den ersten und den zweiten Pfad verläuft, beispielsweise durch Aktivieren der Bremse 54, 55 in 10 oder des Sperrmechanismus 27, 38 in 8d.
8) Ermöglichen dem Verbindungsglied 15, sich in Relation zu seinem inneren Gelenk 15a zu bewegen, beispielsweise durch Lösen der Sperreinheit 24, 25 in 8a.
9) Bewegen des Schlittens 6 hinüber zu der anderen Seite der betätigten Plattform 16.
10) Sperren der Sperreinheit 24, 25 in 8a. Dies sollte in einer exakten Position des Schlittens 6 gemacht werden, oder die Betätigung des Schlittens 6 wird auf nachgebende Steuerung geschaltet und der Sperrmechanismus sperrt das Verbindungsglied 15 in einer Präzisionsklemmposition.
11) Lösen der Sperre eines der Verbindungsglieder des ersten oder des zweiten Arms gegen Bewegung in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, die durch den ersten und den zweiten Pfad verläuft, durch Lösen der Bremse 54, 55 in 10 oder des Sperrmechanismus 27, 38 in 8d.
12) Bewegen des ersten und des zweiten Schlittens 4, 5 relativ zueinander, bis der Roboter eine fünfte Position, Pos5, erreicht, in der der erste und der zweite Schlitten auf der linken Seite der dritten Ebene E, die durch die Plattform verläuft, positioniert sind.

Die obigen Aktivitäten 1–12 können gesteuert werden, dass sie sehr schnell sind, aber die Präzision und die Steifigkeit des Manipulators werden während des Durchlaufens der Singularität in Pos3 nicht beibehalten. 15 zeigt auch die Arme 7 und 8 für die Positionen Pos4 und Pos5 der Plattform und, wie gesehen werden kann, die Plattform kann sich sowohl zwischen den Pfaden 1 und 2 als auch außerhalb an den Enden der Pfade bewegen. Dies bedeutet, dass dieser Manipulator einen größeren Arbeitsraum in Relation zu der Größe des Manipulators als ein herkömmlicher Gantry-Roboter mit serieller Kinematik haben wird. Der Arbeitsraum ist durch die gestrichelte Linie 17b gezeigt.
Eine Möglichkeit, das Kollisionsproblem, das in 6 gezeigt ist und was in gewissem Umfang mit der Konstruktion der Plattform der 13 gelöst wurde, loszuwerden, ist, Arme an den Schlitten zu verwenden, wie in 16 zu sehen ist. In der Figur weisen die Schlitten 4 und 5 Arme 4a und 5a auf, während der Schlitten 6 keinen Arm benötigt. Gleichzeitig wurden die Pfade 1, 2 und 3 nahe zueinander montiert. Nun gibt es keine Pfade 1 und 2, die mit der Plattform kollidieren werden, und die Arme 7 und 8 können weit nach außen in der Plus- und Minus-y_w-Richtung schwenken. Mit den Schlittenarmen 4a und 5a wird es auch möglich sein, den Manipulator zu rekonfigurieren, selbst falls die Längen der Schlittenarme 4a und 5a länger sind als der kürzeste Abstand zwischen den Linien 23 und 64. Diese Konstruktion des Manipulators ist nicht so steif wie die Manipulatoren, die bis jetzt gezeigt wurden. Dies hängt von der Tatsache ab, dass sich die Schlittenarme 4a und 5a als Antwort auf die Kräfte aus den Armen 7 und 8 biegen werden. Dieses Biegen wird auch Steifigkeitsprobleme für die Linearlager zwischen den Schlitten 4 und 5 und den Pfaden, an denen sie montiert sind, ergeben.
Bislang wurde das Verbindungsglied 15 durch einen Schlitten auf einem Pfad 3 manipuliert, der parallel zu den Pfaden 1 und 2 ist, und zum Rekonfigurieren des Verbindungsglieds 15 wurde ein Linearlager 26 und ein Sperrmechanismus 24, 25 eingeführt. Um diese Anordnung loszuwerden, kann eine Lösung gemäß 17 verwendet werden. Hier ist ein Linearaktor in das Verbindungsglied 15 integriert. Deshalb weist das Verbindungsglied 15 ein Teil 15c, das mit dem Gelenk 15a an dem Schlitten 5 montiert ist, und ein zweites Teil 15d, das mit dem Gelenk 15b an der betätigten Plattform montiert ist, auf. Die Teile 15c und 15d werden betätigt, dass sie sich zum Steuern des Abstands zwischen den Gelenken 15a und 15b relativ zueinander bewegen. Um in der Lage zu sein, eine Rekonfiguration der Arme 7 und 8 durchzuführen, wird ein Abstand DX in der x_w-Richtung zwischen den Gelenken 15a und 13a benötigt.
Um in der Lage zu sein, eine Rekonfiguration durchzuführen und gleichzeitig einen Ausgleich des Armsystems zu haben, wird eine besondere Anordnung zum Vermeiden von Kollisionen zwischen einem Ausgleichgewicht und den Pfaden benötigt. Deshalb zeigt 18, wie ein Ausgleichgewicht 67 an dem Hebel 66 mit dem Verbindungsglied 11 über ein einstufiges Getriebe mit Zahnrädern 65a und 65b verbunden ist. Mit dieser Anordnung wird sich das Gewicht 67 nach oben bewegen, wenn sich die Plattform 16 nach unten bewegt, und umgekehrt. Natürlich können auch Federmechanismen für das Ausgleichen verwendet werden, aber es ist schwierig, die gleiche Kompensationsgenauigkeit mit einem federbasierenden Ausgleichsystem zu erreichen.
Es gibt viele Anwendungen für den parallelkinematischen Manipulator mit Rekonfigurationsfunktionalität, die in dieser Patentanmeldung beschrieben ist. Beispiele sind Schleifen, Bohren, Polieren, Fräsen, Entgraten, Abgraten, Materialhandling, Zusammenbau, Auseinanderbau, Laserschneiden, Maßnahmen und Maschinen Bedienen. 19 zeigt ein Beispiel einer möglichen Anwendung. Hier sind die Pfade 1, 2 und 3 vertikal und die Manipulatoren 68 und 69 weisen dreieckige Stützstrukturen auf, die an Füßen 73 montiert sind, die mit Luftlagern oder Rädern bewegbar sind. Bei dieser Anwendung werden die Stützstrukturen an die Gegenstandaufnahmevorrichtung 70 mittels Klemmmechanismen 72 geklemmt. Nach dem Klemmen kann die betätigte Platteform 16 zu Kalibrierungspunkten 74 an der Aufnahmevorrichtung oder an dem Gegenstand 71 selbst zum Kalibrieren des Manipulators gegenüber der Aufnahmevorrichtung und dem Gegenstand bewegt werden. In der Figur arbeiten zwei Manipulatoren 68 und 69 einander gegenüberliegend auf jeder Seite des Gegenstands 71. Beispielsweise bohrt der Manipulator 69 in ein Flugzeug Klappen, während der Manipulator 68 ein Werkzeug hat, um den Kräften entgegenzuwirken, die durch den Bohrvorgang erzeugt werden. Das Armsystem der Roboter kann beispielsweise zuerst Löcher bohren, wenn es in einer Konfiguration ist, in der die betätigte Plattform nach oben arbeitet, und dann Löcher bohren, wenn die Plattform nach einer Rekonfiguration nach unten arbeitet. Einige der Vorteile beim Verwenden dieser Art von Manipulator sind: geringes Gewicht, geringe Kosten, hohe Steifigkeit, insbesondere bei den Klemmmechanismen 72, leicht umherzubewegen, es zu verwenden, wo es benötigt wird, sicher, da der Arbeitsraum im Inneren der Stützstruktur für die Pfade ist, hohe Genauigkeit, kann sehr schnell sein aufgrund von geringer Bewegungsmasse.
Der Roboter gemäß der Erfindung weist eine Steuereinheit auf, die einen Speicher, einen oder mehrere Prozessoren und andere Ausstattung aufweist, die zum Steuern der Bewegung des Roboters erforderlich sind. Die Steuereinheit weist Software zum Ausführen aller Schritte auf, die zuvor erwähnt wurden, zum Durchführen der Rekonfiguration des Roboters, das heißt zum Bewegen der Plattform und der Verbindungsglieder des ersten und des zweiten Arms zwischen gegenüberliegenden Seiten der zweiten Ebene, die durch den ersten und den zweiten Schlitten 4, 5 verläuft.
20 zeigt alternative Verbindungsgliedstrukturen der Arme 7 und 9, die auch eine Rekonfiguration des Roboters ermöglichen. Das Verbindungsglied 10 wurde hier von Arm 7 zu Arm 9 bewegt und ist parallel zu dem Verbindungsglied 15 und weist die gleiche Länge wie das Verbindungsglied 15 auf. Es sollte beachtet werden, dass zum Beschränken von allen 6 DOF der Plattform mit lediglich axialen Kräften in den sechs Verbindungsgliedern es Einschränkungen bei der Montage der Gelenke an dem Gestell der Plattform 16 gibt. Eine Linie 75 ist definiert, dass sie durch die kinematischen Mittelpunkte der Gelenke 11b und 12b verläuft, eine Linie 76 verläuft durch die Mittelpunkte der Gelenke 13b und 14b, eine Linie 77 verläuft durch die Mittelpunkte der Gelenke 10b und 15b und schließlich verläuft eine Linie 78 durch die Mittelpunkte der Gelenke 10a und 15a. Die Linien 77 und 78 sind parallel, selbst falls die Figur dies nicht genau zeigt. Die Einschränkungen bei der Montage der Verbindungsglieder an der Plattform sind: Linie 75 und 76 ist es nicht ermöglicht, parallel zu sein, und die am festesten Montage (soweit möglich aus einer Singularität) wird erreicht, wenn die Linien 77 und 78 senkrecht zueinander verlaufen. Außerdem darf die Linie 77 nicht parallel zu irgendeiner der Linien 75 und 76 sein. Die festeste Montage wird erreicht, wenn die Linie 77 45 Grad bezüglich der Linie 75 und 90 Grad bezüglich der Linie 76 aufweist, wie in der Figur gezeigt ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche variiert und modifiziert werden.

Claims

Industrieroboter zum Bewegen eines Objektes im Raum, mit einer Plattform (16), die angeordnet ist zum Tragen des Objektes, einem ersten Arm (7), der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer ersten Bewegung und einen ersten Aktor, der einen ersten Pfad (1) und einen ersten Schlitten (4), der linear entlang des ersten Pfads beweglich ist, aufweist, und ein erstes (11) und ein zweites (12) Verbindungsglied aufweist, wobei jedes Verbindungsglied ein äußeres Gelenk (11b, 12b), das mit der Plattform verbunden ist, und ein inneres Gelenk (11a, 12a), das mit dem ersten Schlitten verbunden ist, aufweist, einem zweiten Arm (8), der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer zweiten Bewegung, der einen zweiten Aktor, der einen zweiten Pfad (2) und einen zweiten Schlitten (5), der linear entlang des zweiten Pfads beweglich ist, aufweist, und zwei Verbindungsglieder (13, 14) aufweist, wobei jedes Verbindungsglied ein äußeres Gelenk (13b, 14b), das mit der Plattform verbunden ist, und ein inneres Gelenk (13a, 14a), das mit dem zweiten Schlitten verbunden ist, aufweist, einem dritten Arm (9), der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer dritten Bewegung, der einen dritten Aktor und wenigstens ein Verbindungsglied (15) aufweist, das ein äußeres Gelenk (15b), das mit der Plattform verbunden ist, und ein inneres Gelenk (15a), das mit dem dritten Aktor verbunden ist, aufweist, und einer Steuereinheit, die die Bewegungen der Plattform steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsglied (11) des ersten Arms mit seiner Längsachse nicht parallel zu der Langsachse des zweiten Verbindungsglieds (12) des ersten Arms angeordnet ist, der erste Arm um wenigstens eine Achse, die senkrecht zu einer ersten Ebene (C) ist, die den ersten und den zweiten Pfad aufweist, drehbar angeordnet ist, der zweite Arm um wenigstens eine Achse, die senkrecht zu der ersten Ebene ist, drehbar angeordnet ist, der erste und der zweite Arm derart drehbar angeordnet sind, dass die Plattform zwischen gegenüberliegenden Seiten einer zweiten Ebene (D), die senkrecht zu der ersten Ebene ist und durch den ersten und den zweiten Schlitten verläuft und diesen kontinuierlich folgt, beweglich ist, und die Steuereinheit ein Steuermittel aufweist, das angepasst ist, bei Befehl eine Rekonfiguration der Plattform und der Arme des Roboters durchzuführen, bei der die Rekonfiguration ein Bewegen der Plattform zwischen gegenüberliegenden Seiten der zweiten Ebene aufweist.
Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem inneren Gelenk (11a) des ersten Verbindungsglieds und dem inneren Gelenk (12a) des zweiten Verbindungsglieds kürzer ist als der Abstand zwischen dem äußeren Gelenk (11b) des ersten Verbindungsglieds und dem äußeren Gelenk (12b) des zweiten Verbindungsglieds.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Gelenke (11a, 12a) des ersten und des zweiten Verbindungsglieds des ersten Arms in einem Abstand zueinander in einer Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu der ersten Ebene ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Gelenke (11a, 12a) des ersten und des zweiten Verbindungsglieds des ersten Arms entlang einer gemeinsamen Linie (23) angeordnet sind, die senkrecht zu der ersten Ebene ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm ein drittes Verbindungsglied (10) aufweist, das ein äußeres Gelenk (10b), das mit der Plattform verbunden ist, und ein inneres Gelenk (10a), das mit dem ersten Schlitten verbunden ist, aufweist.
Industrieroboter nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gelenk (10a) des dritten Verbindungsglieds auch entlang der gemeinsamen Linie (23) angeordnet ist.
Industrieroboter nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Gelenke (13a, 14a) des zweiten Arms entlang einer Linie (64) angeordnet sind, die parallel zu der gemeinsamen Linie (23) ist, entlang der die Gelenke des ersten Arms angeordnet sind.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gelenk (11a) des ersten Verbindungsglieds und das innere Gelenk (11b) des zweiten Verbindungsglieds ein gemeinsames Gelenk ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Verbindungsglieder mit einem Sperrmechanismus (48, 49) versehen ist, der bei Aktivierung verhindert, dass sich das Verbindungsglied um seine Längsachse dreht.
Industrieroboter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrmechanismus (48, 49) angeordnet ist zum Verhindern, dass sich das Verbindungsglied um seine Längsachse dreht, wenn der Roboter eine Singularität während einer Rekonfiguration durchläuft.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das innere als auch das äußere Gelenk eines der Verbindungsglieder in lediglich zwei Freiheitsgraden beweglich angeordnet sind und das eine Verbindungsglied mit einem Spiel (43, 44), das angeordnet ist, für kleinere Drehbewegungen um die Längsachse des Verbindungsglieds zu sorgen, versehen ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (15) des dritten Arms mit einer Sperreinheit (24, 25) versehen ist, die einen gesperrten Zustand, in dem das Verbindungsglied relativ zu seinem inneren Gelenk (15a) fixiert ist, und einem gelösten Zustand, in dem es dem Verbindungsglied ermöglicht ist, sich bezüglich seines inneren Gelenks in einer Richtung entlang der Längsachse des Verbindungsglieds zu bewegen, aufweist.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (15c, 15d) des dritten Arms mit einer einstellbaren Länge angeordnet ist und der dritte Arm (9) einen Aktor aufweist, der angepasst ist zum Steuern der Länge des Verbindungsglieds.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Verbindungsglieder des ersten oder des zweiten Arms mit einem Sperrbauteil (27, 38; 54, 55) versehen ist, das bei Aktivierung verhindert, dass sich das Verbindungsglied in einer Richtung senkrecht zu der ersten Ebene bewegt.
Industrieroboter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrbauteil (27, 38; 54, 55) angeordnet ist zum Sperren eines der Gelenke des Verbindungsglieds, das mit dem Sperrbauteil versehen ist, dass es sich um eine Achse dreht, die parallel zu der ersten Ebene ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verbindungsglieder (13, 14) des zweiten Arms im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen und mit ihren Langsachsen parallel angeordnet sind.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Verbindungsglieder (10, 11, 12) des ersten Arms so angeordnet sind, dass sie von mindestens einem Blickpunkt aus parallel sind.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Verbindungsglieder (10, 11, 12) des ersten Arms im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen.
Industrieroboter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, das zweite und das dritte Verbindungsglied (10, 11, 12) so angeordnet sind, dass sie von mindestens einem Blickpunkt aus parallel sind.
Verfahren zum Rekonfigurieren eines Industrieroboters nach Anspruch 1, der eine Plattform (16), die angeordnet ist zum Tragen eines Objektes, einen ersten Arm (7), der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer ersten Bewegung, der einen ersten Aktor, der einen ersten Pfad (1) und einen ersten Schlitten (4), der linear entlang des ersten Pfads beweglich ist, aufweist, und wenigstens zwei Verbindungsglieder aufweist, wobei jedes Verbindungsglied ein äußeres Gelenk (11b, 12b), das mit der Plattform verbunden ist, und ein inneres Gelenk (11a, 12a), das mit dem ersten Schlitten verbunden ist, das erste Verbindungsglied des ersten Arms ist mit seiner Längsachse nicht parallel zu der Längsachse des zweiten Verbindungsglieds des ersten Arms angeordnet, einen zweiten Arm (8), der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer zweiten Bewegung, der einen zweiten Aktor, der einen zweiten Pfad (2) und einen zweiten Schlitten (5), der linear entlang dem zweiten Pfad beweglich ist, aufweist, und wenigstens zwei Verbindungsglieder (13, 14), aufweist, wobei jedes Verbindungsglied ein äußeres Gelenk, das mit der Plattform verbunden ist, und ein inneres Gelenk, das mit dem zweiten Schlitten verbunden ist, aufweist, und einen dritten Arm, der angeordnet ist zum Beeinflussen der Plattform in einer dritten Bewegung, und der erste und der zweite Arm derart beweglich angeordnet sind, dass die Plattform zwischen gegenüberliegenden Seiten einer zweiten Ebene, die durch den ersten und den zweiten Schlitten verläuft und diesen folgt und senkrecht zu einer ersten Ebene, die den ersten und den zweiten Pfad aufweist, beweglich ist, bei dem der Roboter in einer ersten Position ist, in der die Plattform auf einer ersten Seite der zweiten Ebene, die durch den ersten und den zweiten Schlitten läuft, positioniert ist, aufweist, und das Verfahren aufweist, Bewegen des Roboters zu einer zweiten Position durch Bewegen wenigstens des ersten und des zweiten Arms relativ zueinander, bis die Plattform in der Nähe der zweiten Ebene positioniert ist, Bewegen des Roboters zu einer dritten Position durch Bewegen wenigstens des dritten Arms derart, dass sich der erste und der zweite Arm mit der zweiten Ebene decken, und Bewegen des Roboters zu einer vierten Position durch Bewegen wenigstens des dritten Arms derart, dass die Plattform auf einer zweiten Seite der zweiten Ebene positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Verfahren aufweist Bewegen wenigstens des ersten und des zweiten Schlittens relativ zueinander, bis der Roboter die zweite Position erreicht, Sperren eines der Verbindungsglieder gegen Drehung um seine Längsachse, Bewegen wenigstens des dritten Arms, bis der Roboter die vierte Position erreicht, und Lösen der Sperre eines der Verbindungsglieder gegen Drehung um seine Längsachse.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem der dritte Arm einen dritten Aktor und wenigstens ein Verbindungsglied aufweist, das ein äußeres Gelenk, das mit der Plattform verbunden ist, und ein inneres Gelenk, das mit dem dritten Aktor verbunden ist, aufweist, und wenn der Roboter in der ersten Position ist, das innere Gelenk des Verbindungsglieds des dritten Arms auf einer ersten Seite einer dritten Ebene, die senkrecht zu dem ersten und dem zweiten Pfad ist und durch die Plattform verläuft und dieser kontinuierlich folgt, positioniert ist, und das Verfahren weiter aufweist: Halten des Verbindungsglieds des dritten Arms in einer fixierten Beziehung zu seinem inneren Gelenk, bis der Roboter die dritte Position passiert hat, und wenn der Roboter die dritte Position passiert hat, Sperren eines der Verbindungsglieder des ersten oder des zweiten Arms gegen Bewegung in einer Richtung, die senkrecht zu der ersten Ebene ist, Ermöglichen dem Verbindungsglied des dritten Arms, sich in Beziehung zu seinem inneren Gelenk in einer Richtung entlang der Langsachsen des Verbindungsglieds zu bewegen, Bewegen des inneren Gelenks des Verbindungsglieds des dritten Arms zu der zweiten Seite der dritten Ebene, Sperren des Verbindungsglieds des dritten Arms in einer fixierten Beziehung zu seinem inneren Gelenk, und Lösen der Sperre des einen der Verbindungsglieder des ersten oder des zweiten Arms gegen Bewegung in einer Richtung senkrecht zu der ersten Ebene.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem die Bewegungen wenigstens eines des ersten und des zweiten Arms durch eine nachgebende Servosteuerung während eines Durchlaufens der dritten Position des Roboters gesteuert werden.