DE69917180T2

DE69917180T2 - Parallelstangenmechanismus

Info

Publication number: DE69917180T2
Application number: DE69917180T
Authority: DE
Inventors: Ryo Fujiyoshida-shi Yamanashi Nihei; Masaaki Koufu-shi Yamanashi Uematsu; Kuniyasu Minamitsuru-gun Yamanashi Matsumoto; Kenichiro Minamitsuru-gun Yamanashi Abe
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: EP0997238A2; EP0997238B1; EP0997238A3; JP2000130536A; DE69917180D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung eines Parallelgelenk-Mechanismus.
In Parallelgelenk-Mechanismusmen sind ein festes Teil und ein sich bewegendes Teil mittels einer Vielzahl von aneinandergrenzenden Gelenken miteinander verbunden, und die Gelenke werden einzeln angetrieben, um die Position und die Stellung des sich bewegenden Teils in bezug auf das feste Teil zu ändern. Die Gelenke sind in dem Sinn aneinandergrenzend, dass sie derart angeordnet sind, um Seite an Seite arbeiten zu können. Demzufolge sind die Gelenks im gleichen Sinne parallel, in dem elektrische Komponenten parallel statt in Reihe geschaltet sein können. Die Gelenke sind nicht notwendigerweise geometrisch zueinander parallel und sind tatsächlich in vielen Fällen nicht geometrisch parallel zueinander. Das heißt, dass sie sich nicht alle in exakt der gleichen Richtung erstrecken.
Solche Parallelgelenk-Mechanismen, die steifer als serielle Gelenk-Mechanismen sind, haben verschiedene Vorteile einschließlich der Leichtigket einer Hochgeschwindigkeitsbetätigung des sich bewegenden Teils, der hohen Betätigungsgenauigkeit, der Miniaturisierung und der energiesparenden Konstruktion von deren Antriebseinheit sowie einer einfachen allgemeinen Konstruktion. Da in diesen Mechanismen standardisierte identische Teile benutzt werden können, können darüber hinaus die Prozesse der Konstruktion, der Fertigung, der Wartung usw. für die Mechanismens vereinfacht werden. Demzufolge werden Parallelgelenk-Mechanismen in geeigneter Weise in Arbeitsvorrichtungen auf verschiedenen Gebieten einschließlich verschiedener Werkzeugmaschinen, Handhabungs-Roboter usw. benutzt.
In einer Arbeitsvorrichtung, die mit einem solchen Parallelgelenk-Mechanismus versehen ist, können Bearabeitungs- und Handhabungsvorgänge für Artikel mit einer sich bewegenden Platte ausgeführt werden, die an einem End-Wirkorgan eines Werkzeugs, wie ein sich drehendes Werkzeug, eine Schweißpistole oder ein YAG-Laser, oder einem Werkstück-Tisch angebacht ist.
Baulich gesehen bringen Parallelgelenk-Mechanismen jedoch ein Problem dahingehend mit sich, dass Änderungen der Stellung einer sich bewegenden Platte in bezug auf eine feste Platte, insbesondere eine Drehung der sich bewegenden Platte, eingeschränkt sind.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen bereits vorgeschlagenen Parallelgelenk-Mechanismus 100, der das zuvor genannte Problem nach sich zieht.
Der Parallelgelenk-Mechanismus 100 umfasst eine feste Platte 2 zu Benutzung als Haltebasis, eine sich bewegende Platte 3, die an einem End-Wirkorgan anzubringen ist, sechs ausstreckbare Gelenke 4a bis 4f zum Verbinden der Platten 2 u. 3, Antriebsmechanismen 5 zum Umwandeln einer Drehbeweung in eine Linearbewegung, um die Gelenke 4a bis 4f einen ausstrecken oder zusammenziehen zu können, und Servootoren 5a als Antriebsquellen für die Antriebsmechanismen 5. Wie ersichtlich liegen die Gelenks 4a bis 4f nicht geoetrisch parallel zueinander.
Jedes der Gelenke 4a bis 4f ist ein direkt wirkender Mechanismus, der eine muffenförmige Kugelmutter (nicht gezeigt) und eine Kugelumlaufspindel darin enthält. Die Kugelumlaufspindel wird mittels ihres entsprechenden Servomotors 5a als eine Antriebsquelle gedreht, der an jedem Antriebsmechanism 5 angebracht ist. Die Drehung jedes Servomotors 5a veranlasst jeden Antriebsmechanism 5, seine wirkliche Länge jedes der Gelenks 4a bis 4f zu ändern.
In dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, sind die feste Platte 2 und die sich bewegende Platte 3 jeweils als im wesentlichen gleichseitige Dreiecke ausgebildet.
An jedem Scheitelpunktteil des Dreiecks der festen Platte 2 ist Paar von Verbindungsgliedern zum Halten jedes der Gelenke 4a bis 4f durch jeden Antriebsmechanismus 5 angebracht. Andererseits ist ein Verbindungsglied 7, das gemeinsam an den den jeweiligen oberen Endteilen jedes der drei Paare von Gelenken 4a–4b, 4c–4d u. 4e–4f anzubringen ist, an jedem Scheitelpunktteil des Dreiecks der sich bewegenden Platte 3 angebracht.
Jedes Verbindungsglied 6 auf der festen Platte 2 ist aus einem Verbindungsglied mit dem Freiheitsgrad 2 gebildet, was dem entsprechenden der Gelenke 4a bis 4f gestattet, in allen Richtungen in bezug auf die feste Platte 2 zu taumeln.
Andererseits ist jedes Verbindungsglied 7 auf der sich bewegenden Platte 3 aus einem Verbindungsglied mit dem Freiheitsgrad 3 gebildet, was seinen entsprechenden zwei Gelenken 4a bis 4f gestattet, in der zuvor genannten Weise in bezug auf die fests Platte 2 zu taumeln. Jedes Verbindungsglied 7 selbst, das mit seinem entsprechenden Paar von Gelenken 4a–4b, 4c–4d oder 4e–4f verbunden ist, kann sich relativ zu der sich bewegenden Platte 3 drehen. Im einzelnen hat jedes Verbindungsglied 7 einen vereinheitlichten Verbindungsglied-Aufbau, der um erste und zweite Achsen taumeln kann, die sich parallel zu der Ebene der sich bewegenden Platte 3 erstrecken, und ist zur Drehung um eine dritte Achse montiert, die sich unter rechten Winkeln zu der Ebene der sich bewegenden Platte 3 erstreckt. Die oberen Endteile jedes Paars von Gelenken 4a–4b, 4c–4d u. 4e–4f sind in einer Weise zu ihrer Verbindung an den unteren Endteilen jedes entsprechenden Verbindungsglied-Aufbaus angebracht, dass sich das jeweilige Paar von Gelen ken in bezug auf den Verbindungsglied-Aufbau drehen kann.
In dem Parallelgelenk-Mechanismus 100, der auf diese Weise konstruiert ist, kann die sich bewegende Platte 3 hin zu oder fort von der festen Platte 2 ohne Änderung ihrer Stellung relativ zu der festen Platte 2 einfach durch synchrones Zusammenziehen oder Ausstrecken der sechs Gelenke 4a bis 4f bewegt werden. Andererseits kann die Stellung der sich bewegenden Platte 3 relativ zu der festen Platte 2. durch Ausstrecken oder Zusammenziehen jedes der drei Paare von Gelenken 4a–4b, 4c–4d u. 4e–4f in zusammenarbeitender Weise geändert werden.
Beim Trennen der sich bewegenden Platte 3 von der festen Platte 2 werden z. B. gemäß 2 die sechs Gelenke 4a bis 4f gleichzeitig ausgestreckt. Beim Schrägstellen der sich bewegenden Platte 3 auf dieser Seite in 1 werden darüber hinaus die zwei Paare von Gelenken 4c–4d u. 4e–4f synchron ausgestreckt, während die die verbleibenden Paare von Gelenken 4a–4b zusammengezogen werden.
Beim Drrehen der sich bewegenden Platte 3 relativ zu der festen Platte 2 wird überdies für alle der drei Paare von Gelenken 4a–4b, 4c–4d u. 4e–4f ein Gelenk in jedem Paar von Gelenken in bezug auf das andere synchron ausgestreckt oder zusammengezogen.
Wenn z. B. die Gelenke 4a, 4c u. 4e in bezug auf die Gelenke 4b, 4d bzw. 4f ausgestreckt werden, taumelt oder dreht sich die sich bewegende Platte 3 im Uhrzigersinn im wesentlichen um ihren Mittelpunkt G. Wenn die Gelenks 4a, 4c u. 4e in bezug auf die Gelenks 4b, 4d bzw. 4f zusammengezogen werden, taumelt andererseits die sich bewegende Platte 3 oder dreht sich im wesentlichen entgegen dem Uhrzeigersinn um den Mittelpunkt G.
Jeweils zwei Gelenks 4a u. 4b, 4c u. 4d oder 4e u. 4f bil den einzeln zwei Seiten eines Dreiecks. Demzufolge werden, wenn die Gelenke 4a, 4c u. 4e gleichzeitig mit dem gleichen Grad in bezug auf die Gelenks 4b, 4d bzw. 4f ausgestreckt oder zusammengezogen werden, die jeweiligen Formen der drei Dreiecke gleichzeitig verändert. Folglich wird die sich bewegende Platte 3 gezwungen, zu taumeln oder sich im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn im wesentlichen um den Mittelpunkt G zu drehen.
Die sich bewegende Platte 3, welche die in 2 gezeigte Konstruktion hat, kann jedoch maximal in bezug auf die feste Platte 2 taumeln oder um ungefähr 60° in einer Richtung und ungefähr 60° in der entgegengesetzten Richtung (um einen Gesamtbereich von 120°) aus folgenden Grund gedreht werden. Um die sich bewegende Platte 3 in bezug auf die feste Platte 2 taumeln oder sich drehen zu lassen, wie dies zuvor erwähnt wurde, wird für alle der drei Gelenke 4a–4b, 4c–4d u. 4e–4f ein Gelenk in jedem Paar von Gelenken in bezug auf das andere gleichzeitig ausgestreckt oder zusammengezogen, jedoch ist die Ausstreck- oder Zusammenziehbetätigung der Gelenke 4a bis 4f innerhalb eines bestimmten Bereichs aus Furcht, dass sich die Gelenke gegenseitig mit dem Antriebsmechanisms 5 (Servomotor 5a) behindern, eingeschränkt. Deswegen ist der Bereich der Taumel- oder Drehbewegung der sich bewegenden Platte 3 relativ zu der festen Platte 2 bis zu einem vorbestimmten Ausmaß begrenzt.
Um dieses Problem zu lösen und um eine zufriendenstellende Drehbetätigung des End-Wirkorgans sicherzustellen, ist ein Manipulator eines 5-Achsen-Steuertyps (Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 10-29178) vorgeschlagen worden, bei dem ein Arm, der mit einen Drehantriebsmechanismus versehen ist, derart mit einer sich bewegenden Platte verbunden ist, dass der Freiheitsgrad der Drehbetätigung des End-Wirkorgans mittels des körperfernen Endes des Arms verberssert werden kann. Gemäß diesem Manipulator ist der Drehantriebsmechanismus zwischen der sich bewegenden Platte und dem End-Wirkorgan angeordnet, so dass die Distanz zwischen der sich bewegenden Platte und dem Wirkorgan lang ist. Daher ist die allgemeine Steifigkeit des Manipulators zu niedrig, um ein zufriedenstellendes Bearbeiten oder ein genaues Handhaben sicherzustellen.
Andere bekannte Parallelgelenk-Mechanismen sind in der Druckschrift US-A-5,575,597, welche die Merkmale des Oberbegriffs des vorliegenden Anspruchs 1 offenbart, und in der Druckschrift US-A-5,028,180 offenbart, welche eine Werkzeugmachine offenbart, die einen einen Parallelgelenk-Mechanismus umfasst.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Parallelgelenk-Mechanismus zu schaffen, der die zuvor genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, eine gute Steifigkeit hat und in der Lage ist, einen zufriedenstellenden Freiheitgrad bezüglich der Drehung eines End-Wirkorgans sicherzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Parallelgelenk-Mechanismus vorgesehen, der ein stationäres Teil und ein bewegliches Teil hat und derart eingerichtet ist, dass die zwei Teile mittels einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Verbindungsgliedern miteinander verbunden sind und diese Verbindungsglieder einzeln antreibbar sind, um die Position und die Stellung des beweglichen Teils in bezug auf das stationäre Teil ändern zu können, welcher Mechanismus ferner umfasst: eine Montageeinheit, auf der ein End-Wirkorgan oder ein Tisch montiert werden kann, die derart auf dem beweglichen Teil angeordnet ist, dass sich die Montageeinheit um eine Achse drehen kann, und einen Motor, der auf dem beweglichen Teil zum Steuern des Drehantriebs und/oder der Drehposition der Montageeinheit relativ zu dem beweglichen Teil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinheit einen Dreh antriebs-Ausgangs-Flansch umfasst, der in sich ein Montageloch hat, wobei der Flansch zu seiner Drehung durch den Motor angetrieben wird, der an dem beweglichen Teil angebracht ist, und der Flansch im wesentlichen bündig mit der Oberfläche des beweglichen Teils angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung ist das bewegbare Teil des Parallelgelenk-Mechanismus mit dem im wesentlichen bündigen Drehantriebs-Ausgangsflansch versehen, der an einem End-Wirkorgan oder Tisch und der Antriebseinheit (Servomotor oder dgl.) zum Drehen der Montageeinheit anzubringen ist. Die Distanz zwischen dem bewegbaren Teil und dem End-Wirkorgan oder dem Tisch kann verkürzt werden, was zu dem Ergebnis führt, dass der Bereich der Taumel- oder Drehbewegung des End-Wirkorgans oder Tisches ohne Herabsetzung der allgemeinen Steifigkeit des Mechanismus erweitert werden kann.
Die vorstehenden und weitere Merkmale eines Ausführungsbeispiels der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die vorliegenden Figuren ersichtlich.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiel eines Parallelgelenk-Mechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bereits vorgeschlagenen Beispiels für einen Parallelgelenk-Mechanismus.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Parallelgelenk-Mechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Ein Parallelgelenk-Mechanismus 1 umfasst eine feste Platte 2 als ein stationäres Teil, eine sich bewegende Platte 3 als ein bewegbares Teil, sechs ausstreckbare Gelenke 4a bis 4f zum Verbinden der Platten 2 u. 3, Antriebsmechanismem 5 zum einzelnen Ausstrecken oder Zusammenziehen der Gelenke 4a bis 4f und Servomotoren 5a als Antriebsquellen für die Antriebsmechanismen 5. Wie gemäß 2 liegen die Gelenke 4a bis 4f geometrisch parallel zueinander. Der Gelenkmechanismus 1 umfasst ferner: eine Montageeinheit (Flansch 8), die auf der sich bewegenden Platte 3 angeordnet ist und an einem End-Wirkorgan, wie einem Werkzeug oder Tisch, einem Geschwindigkeits-Reduzierglied (nicht gezeigt), von dem eine Ausgangswelle mit der Montageeinheit ausgebildet ist, und eine Antriebseinheit (Servomotor 10) zum Drehen des Reduzierglieds.
Die feste Platte 2, die sich bewegende Platte 3, die Gelenke 4a bis 4f, die Antriebsmechanismen 5 zum Ausstrecken oder Zusammenziehen der Gelenke und die Servomotoren 5a sind in der gleichen Weise wie diejenigen des Parallelgelenk-Mechanismus 100 konstruiert, der zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde. Daher ist eine Beschreibung solcher Teile fortgelassen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Montageeinheit für das End-Wirkorgan oder den Tisch drehbar auf der sich bewegenden Platte 3 angeordnet, und die Antriebsquelle (Servomotor 10) zum Drehen der Montageeinheit und das Geschwindigkeits-Reduzierglied sind fest auf der sieh bewegenden Platte 3 angeordnet. Demzufolge wird das End-Wirkorgan oder der Tisch in einer Weise gedreht, dass die Montageeinheit, auf der das End-Wirkorgan oder der Tisch montiert werden kann, mittels des Servomotors 10 gedreht wird. Demgemäß ist es unnötig, die sich bewegende Platte 3 selbst in bezug auf die feste Platte 2 zu drehen, um das End-Wirkorgan oder den Tisch zu drehen.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können daher Verbindungsglieder mit dem Freiheitsgrad 2, nicht mit dem Freiheitsgrad 3 wie in dem Ausführungsbeispiel, das in
2 gezeigt ist, als Verbindungsglieder 11 zum Anbringen der jeweiligen oberen Endteile der Gelenks 4a bis 4f benutzt werden.
Mehr im einzelnen hat jedes Verbindungsglied 11 einen vereinheitlichten Verbindungsglied-Aufbau, der um erste und zweite Achsen taumeln kann, die sich parallel zu der Ebene der sich bewegenden Platte 3 erstrecken. Der Verbindungsglied-Aufbau ist direkt an der sich bewegenden Platte 3 befestigt. (In dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, ist der vereinheitlichte Verbindungsglied-Aufbau zur Drehung um eine dritte Achse montiert, die sich unter rechten Winkeln zu der Ebene der sich bewegenden Platte 3 erstreckt.) Die oberen Endteile jedes Paars von Gelenken 4a–4b, 4c–4d u. 4e–4f sind zu ihrer Verbindung an den unteren Endteilen jedes entsprechenden Verbindungsglied-Aufbaus in einer Weise angebracht, dass sich das jeweilige Paar von Gelenken in bezug auf den Verbindungsglied-Aufbau drehen kann.
In dem Parallelgelenk-Mechanismus 1, der in 1 gezeigt ist, kann die sich bewegende Platte 3 zu der festen Platte 2 hin oder fort von dieser fort ohne Änderung ihrer Stellung relativ zu der festen Platte 2 durch einfaches synchrones Zusammenziehen der sich erstreckenden sechs Gelenke 4a bis 4f bewegt werden. Andererseits kann die Stellung der sich bewegenden Platte 3 relativ zu der festen Platte 2 durch Ausstrecken oder Zusammenziehen jedes der drei Paare von Gelenken 4a–4b, 4c–d u. 4e–4f in einer zusammenwirkenden Weise geändert werden. Die sich bewegende Platte 3 wird in der gleichen Weise wie die sich bewegende Platte 3 des Parallelgelenk-Mechanismus 100 betätigt, der in 2 gezeigt ist.
Die Montageeinheit, auf der ein End-Wirkorgan oder Tisch montiert werden kann, umfasst ein Loch, das durch den Ausgangs-Flansch 8 auf der Ausgangs-Welle des Geschwindig keits-Reduzierglieds und ein Spannfutter zum Halten des Wellenteils eines sich drehenden Werkzeugs, wie ein Schleifkopf oder Bohrer, das sich innerhalb des Flansches 8 befindet, gebohrt ist. Das Werkzeug wird in einer Weise gedreht, dass sein Wellenteil durch den Ausgangs-Flansch 8 geführt und mittels des Spannfutters gehalten wird.
Der Servomotor 10 ist an der sich bewegenden Platte 3 durch Befestigungsmittel, wie Schrauben, in ein Weise befestigt, dass seine Drehachse senkrecht zu der Ebene der Platte 3 steht.
An dem Ausgangs-Flansch 8 kann ein vereinheitlichtes End-Wirkorgan, wie ein YAG-Laser oder Punktschweißer, durch Vorsehen eines Schafts auf der Unterseite des Gehäuses des Lasers oder Schweißers und Halten des Schafts in dem Loch des Flansches 8 mittels des Spannfutters angebracht sein. Desgleichen kann ein Tisch an dem Ausgangs-Flansch 8 durch Vorsehen eines Schaftt auf der Unterseite des Tisches und Halten des Schaftes in dem Loch des Flansches 8 mittels des Spannfutters angebracht sein.
Da das End-Wirkorgan oder der Tisch, das oder der in dieser Weise auf dem Ausgangs-Flansch 8 montiert ist, mittels des Servomotors 10 und mit Hilfe des Geschwindigkeits-Reduzierglieds gedreht wird, ist der Bereich seiner Drehung unbegrenzt. Wenn ein sich drehendes Werkzeug, wie ein Bohrer, auf dem Flansch 8 montiert ist, kann es daher fortlaufend in einer Richtung gedreht werden, um einen Bohrvogang auszuführen. Ferner kann ein Abstichvorgang oder dgl., der Vorwärts- u. Rückwärtsdrehungen eines Werkzeugs erfordert, sicher durch freies Drehen des Werkzeugs in jeder Richtung mittels des Servomotors 10 ausgeführt werden.
Wenn ein End-Wirkorgan, wie ein Punktschweißer, an dem Ausgangs-Flansch 8 angebracht ist, kann ein Schweißvorgang für ein Werkstück mit einer komplizierten Form, z. B. ein Punktschweißen für den Radkasten eines Automobils, mit Leichtigkeit ausgeführt werden. In dem Fall, in dem ein Artikel durch einen Werkstück-Tisch gehandhabt wird, der auf dem Ausgangs-Flansch 8 montiert ist, kann der Artikel darüber hinaus mit einer hochgenauen Positionierung durch den Servomotor 10 behandelt werden.
Der Ausgangs-Flansch 8, auf dem ein End-Wirkorgan oder ein Tisch montiert werden kann, ist im wesentlichen bündig mit der Ebene der sich bewegenden Platte 3, so dass die Distanz zwischen dem Wirkorgan und der sich bewegenden Platte 3 verkürzt werden kann. Daher kann dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Mängel eines 5-achsengesteuerten Manipulators beheben, der in der zuvor erwähnten Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 10-29178 offenbart ist, wobei der Freiheitsgrad der Drehung des End-Wirkorgans durch separates Vorsehen des Antriebsmechanismus zur Drehung auf halbem Wege zwischen dem End-Wirkorgan und der sich bewegenden Platte, genauer durch Herabsetzen der Steifigkeit, das der Erhöhung der Distanz zwischen dem End-Wirkorgan und der sich bewegenden Platte 3 zuzuschreiben ist, und Herabsetzen der Bearbeitungs- oder Handhabungsgenauigkeit infolge der herabgesetzten Steifigkeit garantiert ist.
Wenn ein Raum durch die Ebene der festen Platte 2 und die Achse senkrecht zu der Ebene der Platte 2 repräsentiert ist, der als eine Y-Ebene bzw. eine Z-Achse gegeben ist, bewegt sich das End-Wirkorgan oder der Tisch, das oder der auf dem Ausgangs-Flansch 8 montiert ist, mit dem Freiheitsgrad 6, der auf der Drehung des End-Wirkorgans oder Tisches um die Z-Achse (d. h. der Drehbewegung des Ausgangs-Flansches 8 mittels des Servomotors 10) zusätzlich zu den Übersetzungen des End-Wirkorgans oder Tisches in den X- u. Y-Richtungen, der Drehung um die X- u. Y-Achsen und der Übersetzung in der Z-Richtung beruht (diese fünf Bewegungen oder fünf Freiheitsgrade können durch Ausstrecken oder Zu sammenziehen der drei Paare von Gelenken 4a bis 4f erreicht werden, wie dies zuvor unter Bezugnahme auf 2 erklärt wurde).
Gemäß dem Ausführungsbeispiel, das zuvor beschrieben wurde, wird der Freiheitsgrad der Drehung eines End-Wirkorgans, wie ein Werkzeug oder Tisch, durch Drehen nur des Ausgangs-Flansches 8 relativ zu der sich bewegenden Platte 3 verbessert. Alternativ dazu kann er jedoch durch direktes Anwenden des Aufbaus der Antriebseinheit, die den Ausgangs-Flansch 8, den Servomotor 10 usw. enthält, die in 1 gezeigt sind, auf den Parallelgelenk-Mechanismus 100 gemäß 2 erhöht werden, in dem die Drehung der sich bewegenden Platte 3 relativ zu der festen Platte 2 bei einigen Maßnahmen gestattet ist.
Die Drehbetätigung des Ausgangs-Flansches 8 in dem Parallelgelenk-Mechanismus, der in dieser Weise konstruiert ist, wird als überschüssiger Freiheitsgrad ausgenutzt, der sich mit demjenigen der Drehbetätigung der sich bewegenden Platte 3 relativ zu der festen Platte 2 überlappt. In diesem Fall können alle der sechs Freiheitsgrade der Übersetzungen in den Richtungen der X-, Y- u. Z-Achsen und der Drehungen um diese Achsen bei einigen Maßnahmen durch Ausstrecken und Zusammenziehen der sechs Gelenke 4a bis 4f (wie in dem Fall, der in 2 gezeigt ist) erreicht werden. Wenn die Drehung des End-Wirkorgans um die Z-Achse jedoch innerhalb des Bereichs von maximal ungefähr +60° nur durch Ausstrecken und Zusammenziehen der Gelenke 4a bis 4f erreicht werden kann, wird die Drehung des Ausgangs-Flansches 8 mittels des Servomotors 10 zum Erweitern des Drehbereichs des End-Wirkorgans hinzugefügt.
Der Ausgangs-Flansch 8 muss sich nicht immer in dem zentralen Teil der sich bewegenden Platte 3 befinden, wie dies in 1 gezeigt ist, und kann alternativ dazu außerhalb des Zentrums der Platte 3 angeordnet sein.
Ferner können der Ausgangs-Flansch 8 und der Servomotor 10 in einer Weise an der sich bewegenden Platte 3 angebracht sein, dass sich deren Drehachse parallel zu oder mit einem bestimmten Winkel zu der Ebene der Platte 3 erstreckt.
In diesem Fall kann die Drehbetätigung des Ausgangs-Flansches 8, auf dem ein End-Wirkorgan oder Tisch montiert werden kann, als eine neue Drehachse (d. h. siebte Achse) mit einem anderen Freiheitsgrad ausgenutzt werden, der sich niemals mit demjenigen der Drehung der sich bewegenden Platte 3 relativ zu der festen Platte 2 überlappt. Diese siebte Achse dient ferner dazu, den Drehbereich für das End-Wirkorgan oder den Tisch zu vergrößern.
Demzufolge ist in dem Fall, in dem die Stellung der sich bewegenden Platte 3 relativ zu der festen Platte 2 nur durch Ausstrecken oder Zusammenziehen der Gelenke 4a bis 4f geändert wird, die Änderung der Stellung der Platte 3 in bezug auf die Platte 2, d. h. die Taumelbetätigung des End-Wirkorgans mit der Platte 2, die als die X/Y-Ebene gegeben ist, durch ein solches Problem, wie eine gegenseitige Behinderung zwischen den Gelenken 4a bis 4f und den Antriebsmechanismen 5 oder Servomotoren 5a, eingeschränkt.
Wenn jedoch der Ausgangs-Flansch 8 und der Servomotor 10 in einer Weise an der sich bewegenden Platte 3 angebracht sind, dass sich deren Drehachse parallel zu oder mit einem kleinen Winkel zu der Ebene der Platte 3 erstreckt, ist dem End-Wirkorgan oder Tisch auf dem Flansch 8 gestattet, sich ebenfalls frei um eine Achse zu drehen, die parallel zu der Ebene (X/Y-Ebene) der festen Platte 2 verläuft. Folglich wird der Drehbereich für das End-Wirkorgan oder den Tisch als Ganzes vergrößert.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das zuvor beschrieben wurde, wird ein Servomotor als die Antriebeinheit zum Drehen des Ausgangs-Flansches 8 benutzt, auf dem ein End-Wirkorgan oder Tisch montiert werden kann. Alternativ dazu kann die Antriebseinheit zum Drehen des End-Wirkorgans jedoch ein gewöhnlicher Motor sein, der in kein Rückkopplungssystem oder irgendeines von verschiedenartigen herkömmlichen mechanischen Elementen einschließlich eines Drehzylinders usw. eingebaut ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Parallelgelenk-Mechanismus geschaffen werden, der steif genug ist, eine hochgenaue Bearbeitung und einen solchen Artikel-Handhabungsvorgang zu überstehen und ein End-Wirkorgan oder einen Tisch frei zu drehen, um mit verschiedenartigen Prozessen der Bearbeitung und Artikel-Handhabung fertig zu werden, die verschiedene Änderungen der Stellung erfordern.
Während der Servomotor 10 in einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung in der Lage ist, die Drehposition des Flansches 8 mit Genauigkeit zu steuern, z. B. wenn ein Bearbeitungstisch durch den Flansch 8 gehalten wird, wird in anderen Ausführungsbeispielen ein einfacher Drehantrieb ausreichend sein, z. B. wenn der Flansch 8 einen Bohrer trägt. In anderen Ausführungsbeispielen wird der Servomotor 10 ausreichend vielseitig sein, den Drehantrieb und die Drehposition zu steuern.
In einem Parallelgelenk-Mechanismus, wie er veranschaulicht und beschrieben worden ist, ist ein Ausgangs-Flansch 8 als eine Montageeinheit, auf der ein End-Wirkorgan eines Werkzeugs oder ein Tisch montiert werden kann, drehbar auf einer sich bewegenden Platte 3 angeordnet, und ein Servomotor 10 zu Benutzung als eine Antriebseinheit zum Drehen des Ausgangs-Flansches 8 ist mit der sich bewegenden Platte 3 verbunden. Da sich der Ausgangs-Flansch 8, auf dem das End-Wirkorgan montiert werden kann, direkt auf der sich bewegenden Platte 3 befindet, kann der Freiheitsgrad der Drehung des End-Wirkorgans oder Tisches ohne Verursachen, dass die Steifigkeit des Parallelgelenk-Mechanismus infolge ei ner Erhöhung der Distanz zwischen der sich bewegenden Platte 3 und dem End-Wirkorgan heargesetzt wird, verbessert werden.

Claims

Parallelgelenk-Mechanismus, der ein stationäres Teil (2) und ein bewegliches Teil (3) hat und derart eingerichtet ist, dass die zwei Teile (2, 3) mittels einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Verbindungsgliedern (4a–4f) miteinander verbunden sind und diese Verbindungsglieder (4a–4f) einzeln antreibbar sind, um die Position und die Stellung des beweglichen Teils (3) in bezug auf das stationäre Teil (2) ändern zu können, welcher Mechanismus ferner umfasst: eine Montageeinheit, auf der ein End-Wirkorgan oder ein Tisch montiert werden kann, die derart auf dem beweglichen Teil 3) angeordnet ist, dass sich die Montageeinheit um eine Achse drehen kann, und einen Motor (10), der auf dem beweglichen Teil (3) zum Steuern des Drehantriebs und/oder der Drehposition der Montageeinheit relativ zu dem beweglichen Teil (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinheit einen Drehantriebs-Ausgangs-Flansch (8) umfasst, der in sich ein Montageloch hat, wobei der Flansch (8) zu seiner Drehung durch den Motor (10) angetrieben wird, der an dem beweglichen Teil (3) angebracht ist, und der Flansch (8) im wesentlichen bündig mit der Oberfläche des beweglichen Teils (3) angeordnet ist.
Parallelgelenk-Mechanismus nach Anspruch 1, wobei der Flansch (8) auf einer Ausgangswelle eines Geschwindigkeits-Reduktionsmittels vorgesehen ist, das durch den Motor (10) zu seiner Drehung angetrieben wird.
Parallelgelenk-Mechanismus nach Anspruch 2, wobei der Flansch (8) auf der Ausgangswelle gebildet ist.
Parallelgelenk-Mechanismus nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Montageeinheit in Form des beweglichen Teils (3) ferner einen Spannmechanismus umfasst, der in dem Flansch (8) angeordnet ist.
Parallelgelenk-Mechanismus nach Anspruch 4, wobei der Spannmechanismus dazu bestimmt ist, eine Welle zu halten, die auf der Unterseite eines Gehäuses eines Werkzeugs, das ein End-Wirkorgan ausmacht, oder auf der unteren Oberfläche eines Tisches vorgesehen ist.
Parallelgelenk-Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sechs der nebeneinander angeordneten Verbindungsglieder (4a–4f) vorgesehen sind.
Parallelgelenk-Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motor (10) ein Servomotor ist.