DE9117285U1

DE9117285U1 - manipulator

Info

Publication number: DE9117285U1
Application number: DE9117285U
Authority: DE
Original assignee: Luigs & Neumann Feinmechanik U
Current assignee: Luigs & Neumann Feinmechanik U
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2001-10-22

Description

13199 Gbiti Sch/cr13199 Gbiti Sch/cr

Beschreibung ManipulatorDescription Manipulator

Die Erfindung betrifft einen Manipulator mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal.The invention relates to a manipulator with the features specified in the preamble of claim 1.

Bei einem derartigen, aus der DE 36 11 140 Al bekannten Manipulator sind zwei gekreuzte Schlittenführungen für die Bewegung einer Elektrode bekannt, wobei der jeweilige Schlitten mit Hilfe von Wälzkörpern an einem Basisteil gelagert ist und gegenüber diesem mit Hilfe eines Spindeltriebes verschoben werden kann.In a manipulator of this type, known from DE 36 11 140 A1, two crossed slide guides are known for the movement of an electrode, whereby the respective slide is mounted on a base part by means of rolling elements and can be moved relative to this by means of a spindle drive.

Ein wesentliches Erfordernis für einen Manipulator, also eine Einrichtung, mit der ein Gegenstand wie ein Werkzeug, eine Sonde, eine Pipette u.a.m. kontrolliert bewegt und exakt positioniert werden kann, ist ein genaues und reproduzierbares Arbeiten. Dies stellt hohe Anforderungen an die Präzision der Längsführung, was zu entsprechend hohen Kosten führt. Die Präzision muß aber nicht nur bei einem fabrikneuen Manipulator gewährleistet sein, sondern auch bei dem oft rauhen Betrieb im Labor erhalten bleiben, sie darf also nicht durch Verschmutzung oder Abnutzung leiden.An essential requirement for a manipulator, i.e. a device with which an object such as a tool, a probe, a pipette, etc. can be moved in a controlled manner and positioned precisely, is accurate and reproducible work. This places high demands on the precision of the longitudinal guide, which leads to correspondingly high costs. However, the precision must not only be guaranteed in a brand-new manipulator, but also be maintained during the often rough operation in the laboratory, i.e. it must not suffer from contamination or wear.

Zur spielfreien Einstellung einer Lineareinheit für Handhabungsgeräte ist es aus dem G 87 02 349.0 Ul bekannt, in einem Gehäuse zwei Längsbohrungen unter einem geringen Winkel gegen die Gehäuselängsachse vorzusehen und in diesen Bohrungen je ein mit ebendiesem Winkel keilförmiges Führungselement anzuordnen, welches seinerseits wiederum je ein Lagerelement für eine im Gehäuse verschiebbare Pinole trägt. Durch Verschiebung derFor the play-free adjustment of a linear unit for handling devices, it is known from G 87 02 349.0 Ul to provide two longitudinal holes in a housing at a slight angle to the housing’s longitudinal axis and to arrange a wedge-shaped guide element in each of these holes at the same angle, which in turn carries a bearing element for a sleeve that can be moved in the housing. By moving the

Führungselemente in den Bohrungen läßt sich die Lagerung der Pinole im Gehäuse spielfrei einstellen, und dann werden die Führungselemente durch Eingießen eines aushärtbaren Kunststoffes in dafür vorgesehene Bohrungen dauerhaft im Gehäuse fixiert, womit die spielfreie Lagerung der Pinole im Betrieb der Lineareinheit gewährleistet ist.By inserting guide elements into the holes, the bearing of the spindle in the housing can be adjusted to be free of play, and then the guide elements are permanently fixed in the housing by pouring a hardenable plastic into the holes provided for this purpose, which ensures that the spindle is mounted free of play when the linear unit is in operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Manipulator mit einer preiswerten Längsführung zu schaffen, der ein exaktes und reproduzierbares Arbeiten gewährleistet und sich erforderlichenfalls nachjustieren läßt.The invention is based on the object of creating a manipulator with an inexpensive longitudinal guide that ensures precise and reproducible work and can be readjusted if necessary.

Diese Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen Manipulator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Manipulators sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by a generic manipulator with the characterizing features of patent claim 1. Further developments and advantageous embodiments of this manipulator are the subject of subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen Manipulator ist gewährleistet, daß der Schlitten der Längsführung trotz hoher Toleranzbereiche der schienenartigen Führungsteile mittig sitzt und exakt geführt wird. Durch die Verschraubung der Führungsteile am Basisteil besteht die Möglichkeit, bei eventuellen Abnutzungserscheinungen eine Nachjustierung vorzunehmen, wobei lediglich die Schrauben gelöst werden müssen und der Schlitten dann mit Hilfe der Keile wieder exakt eingestellt werden kann, wonach die Schrauben wieder festgezogen werden. Die Keile können danach im Sinne einer Spannungsfreiheit der Führung gewünschtenfalls entfernt werden.The manipulator according to the invention ensures that the carriage of the longitudinal guide is centered and guided precisely despite the high tolerance ranges of the rail-like guide parts. By screwing the guide parts to the base part, it is possible to make adjustments in the event of any signs of wear. All that is required is to loosen the screws and the carriage can then be adjusted precisely again using the wedges, after which the screws are tightened again. The wedges can then be removed if desired in order to ensure that the guide is free of tension.

Die gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehenen Leisten dienen zum Schutz gegen Verschmutzungen und ermöglichen es außerdem, den Manipulator an verschiedene Verwendungszwecke und Betriebsarten einfach anzupassen.The strips provided according to a further development of the invention serve to protect against contamination and also enable the manipulator to be easily adapted to different uses and operating modes.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schlitten wahlweise motorisch oder von Hand verschiebbar.According to a further advantageous embodiment, the carriage can be moved either by motor or by hand.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen. Es zeigen:In the following, a preferred embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings, in which further features and advantages of the invention are also discussed. They show:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen einachsigen Manipulator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung undFigure 1 is a partially sectioned plan view of a single-axis manipulator according to an embodiment of the invention and

Figur 2 einen vereinfachten Querschnitt des Manipulators gemäß Figur 1.Figure 2 shows a simplified cross-section of the manipulator according to Figure 1.

Der in den Zeichnungen dargestellte Manipulator ermöglicht eine exakt gesteuerte, geradlinige Verschiebung längs einer vorgegebenen Achse A. Er kann mit einer zweiten Längsführung, deren Verschiebungsrichtung senkrecht zu der genannten Achse verläuft, und ggf. einer Hubvorrichtung kombiniert werden, so daß die Verschiebung eines bestimmten Objekts, z.B. eines Werkzeugs, einer Pipette, einer Sonde u.a.m. in zwei oder drei Achsen möglich ist.The manipulator shown in the drawings enables a precisely controlled, linear displacement along a given axis A. It can be combined with a second longitudinal guide, the direction of displacement of which is perpendicular to the axis mentioned, and, if necessary, a lifting device, so that the displacement of a specific object, e.g. a tool, a pipette, a probe, etc., in two or three axes is possible.

Der in den Zeichnungen dargestellte einachsige Manipulator enthält ein einstückiges Bauteil 10, welches eine durch Fräsen hergestellte, in Draufsicht hier z.B. parallelogrammförmige, bezüglich der Achse spiegelsymmetrische Ausnehmung aufweist, die von einem rahmenartigen Teil 10a und einem Boden 10b begrenzt ist. In der Ausnehmung 12 befindet sich eine Längsführung 14, welche zwei schienenartige äußere Führungsteile 14a, die mit dem Boden 10b des Basisteils durch Schrauben verbunden sind, zwei innere schienenartige Führungsteile 14b, die mit einem im Querschnitt etwa T-förmigen Schlitten verbunden sind, und eine Anzahl von Wälzkörpern 18, wie RollenThe single-axis manipulator shown in the drawings contains a one-piece component 10, which has a recess produced by milling, in plan view here for example parallelogram-shaped, mirror-symmetrical with respect to the axis, which is delimited by a frame-like part 10a and a base 10b. In the recess 12 there is a longitudinal guide 14, which has two rail-like outer guide parts 14a, which are connected to the base 10b of the base part by screws, two inner rail-like guide parts 14b, which are connected to a carriage with an approximately T-shaped cross-section, and a number of rolling elements 18, such as rollers

oder Kugeln, die zwischen den benachbarten inneren und äußeren Führungsteilen 14a, 14b angeordnet sind und ein Wälzlager zwischen diesen Teilen bilden, enthält. Die Wälzkörper sind in üblicher Weise in einem Käfig gehaltert.or balls which are arranged between the adjacent inner and outer guide parts 14a, 14b and form a rolling bearing between these parts. The rolling elements are held in a cage in the usual way.

Der Schlitten 16 weist eine Längsbohrung auf, in die eine Mutter 19 aus formbeständigem, verschleißfestem Kunststoff, wie PTFE, im Preßsitz eingepaßt und mit einer Spindel 20 gekoppelt ist. Die Spindel ist in den parallelen Seitenteilen des Rahmenteils 10a durch zwei gegeneinander verspannte Kugellager gelagert, welche zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen jeweils in einen bezüglich des Basisteils 10 einstellbaren Kugellagerflansch 22 eingepaßt sind.The carriage 16 has a longitudinal bore into which a nut 19 made of dimensionally stable, wear-resistant plastic, such as PTFE, is press-fitted and coupled to a spindle 20. The spindle is mounted in the parallel side parts of the frame part 10a by two ball bearings braced against each other, which are each fitted into a ball bearing flange 22 that is adjustable with respect to the base part 10 in order to compensate for manufacturing tolerances.

Bei dem vorliegenden Manipulator ist zwischen die schräg verlaufenden Innenwände der Seiten des rahmenartigen Teils 10a und die äußeren Führungsteile 14a der Längsführung 14 jeweils ein Keil 24 eingesetzt. Die Keilanordnung mit den Keilen 24 dient dazu, die Längsführung zu zentrieren und quer zur Achsrichtung vorzuspannen, so daß der Schlitten 16 trotz größerer Toleranzen der Führungen mittig sitzt und exakt sowie reproduzierbar läuft. Der Schlitten 16 hat eine Paßbohrung 26, und der Boden des Basisteiles ist mit mindestens einer entsprechenden Paßbohrung 28 versehen. Zur Justierung wird der Schlitten ohne Spindel durch einen in die Paßbohrungen 26, 28 eingesetzten Stift (nicht dargestellt) genau zentrisch festgesetzt und dann wird die Längsführung von beiden Seiten mittels der Keile 24 vorgespannt und schließlich werden die äußeren Führungsteile 14a am Boden 10b des Basisteils 10 durch Schrauben fixiert, die Spindel 20 wird eingesetzt und die Lagerflansche 22 werden justiert, und dann können die Keile entfernt werden, so daß die Lagerung spannungsfrei wird.In the present manipulator, a wedge 24 is inserted between the slanting inner walls of the sides of the frame-like part 10a and the outer guide parts 14a of the longitudinal guide 14. The wedge arrangement with the wedges 24 serves to center the longitudinal guide and to preload it transversely to the axial direction, so that the slide 16 sits in the center despite larger tolerances of the guides and runs precisely and reproducibly. The slide 16 has a fitting hole 26, and the bottom of the base part is provided with at least one corresponding fitting hole 28. For adjustment, the carriage without spindle is fixed exactly centrally by a pin (not shown) inserted into the fitting holes 26, 28 and then the longitudinal guide is pre-tensioned from both sides by means of the wedges 24 and finally the outer guide parts 14a are fixed to the bottom 10b of the base part 10 by screws, the spindle 20 is inserted and the bearing flanges 22 are adjusted, and then the wedges can be removed so that the bearing is free of tension.

Das in Figur 1 obere Ende der Spindel 2 0 reicht über den rahmenartigen Teil 10a nach außen hinaus und ist dort mit einem Kupplungsteil einer MetalIfaltenbalgkupplung 30 verbunden, z.B. verklebt, das eine Paßbohrung mit einer Klemmschraube aufweist. Mit dieser Kupplung 30 können wahlweise eine Abtriebswelle eines Elektromotors 32 oder ein Handrad 34 verbunden werden, so daß die Verschiebung des Schlittens 16 wahlweise motorisch oder von Hand erfolgen kann. Der Motor 32 ist an einem Motorflansch 36 befestigt und dieser ist über zwei Distanzbolzen 38, die gleichzeitig zur Wärmeisolierung dienen, am Basisteil 10 angeschraubt.The upper end of the spindle 20 in Figure 1 extends outwards beyond the frame-like part 10a and is connected there, e.g. glued, to a coupling part of a metal bellows coupling 30, which has a fitting hole with a clamping screw. An output shaft of an electric motor 32 or a handwheel 34 can be connected to this coupling 30, so that the slide 16 can be moved either by motor or by hand. The motor 32 is attached to a motor flange 36, and this is screwed to the base part 10 via two spacer bolts 38, which also serve for thermal insulation.

Normalerweise ist auf dem Schlitten 16 eine zweite Manipulatoreinheit befestigt, die eine Verschiebung in einer zur Achse der Spindel 20 senkrechten Achse ermöglicht, die jedoch hier nicht dargestellt ist. Diese zweite Verschiebevorrichtung deckt einen großen Teil der Öffnung der Ausnehmung 12 ab, in den E-ndstellungen kann jedoch an den Seiten des rahmenartigen Teils 10a ein kleiner Schlitz offen bleiben, in den Fremdkörper und Schmutz eindringen könnten. Um dies zu vermeiden, sind Leistenteile vorgesehen, die auf die Längsseiten des rahmenartigen Teils 10a aufgeschaubt werden können. Im einfachsten Falle sind die Leistenteile massive Metallteile, wie bei 38a in Figur 2 dargestellt ist. Die Leistenteile können jedoch in vorteilhafter Weise zusätzlich zur primären Schutzfunktion auch noch andere Funktionen übernehmen. Beispielsweise kann ein Leistenteil 38b, wie es in Figur 1 rechts dargestellt ist, vorgesehen sein, welches einen etwa U-förmigen Querschnitt hat, an der Innenseite in Fig. 1 unten eine Durchbrechung 40 aufweist und einen Endschalter 42 aufnimmt, der über eine Kulisse längs justierbar in der Höhlung des Leistenteils 3 8b angeordnet ist. Die Kulisse kann nach Einjustierung des Endschalters mittels einer Schraube 46, die durch ein Langloch 48 geht, fixiert werden.Normally, a second manipulator unit is attached to the carriage 16, which enables displacement in an axis perpendicular to the axis of the spindle 20, but which is not shown here. This second displacement device covers a large part of the opening of the recess 12, but in the end positions a small slot can remain open on the sides of the frame-like part 10a, into which foreign objects and dirt could penetrate. To avoid this, strip parts are provided that can be screwed onto the long sides of the frame-like part 10a. In the simplest case, the strip parts are solid metal parts, as shown at 38a in Figure 2. However, the strip parts can advantageously also take on other functions in addition to the primary protective function. For example, a strip part 38b, as shown on the right in Figure 1, can be provided, which has an approximately U-shaped cross-section, has an opening 40 on the inside at the bottom in Figure 1, and accommodates a limit switch 42, which is arranged in the cavity of the strip part 38b so as to be longitudinally adjustable via a guide. The guide can be fixed after the limit switch has been adjusted using a screw 46 that goes through an elongated hole 48.

Der Endschalter 42 ist über eine Leitung 43 mit dem Motor gekoppelt und schaltet diesen aus, wenn die Endstellung des Schlittens 16 erreicht ist. Am anderen Ende des Leistenteils 38b sind eine entsprechende Durchbrechung und ein entsprechender Endschalter vorgesehen, von dem in Figur 1 nur das vorstehende, lamellenartige Betätigungsglied sichtbar ist.The limit switch 42 is coupled to the motor via a line 43 and switches it off when the end position of the slide 16 is reached. At the other end of the strip part 38b, a corresponding opening and a corresponding limit switch are provided, of which only the protruding, slat-like actuating element is visible in Figure 1.

Ein anderes, in Figur 1 links schematisch dargestelltes Leistenteil 38c hat einen nach oben offenen U- oder L-förmigen Querschnitt und dient zur Anbringung einer Zusatzeinrichtung 48, wie eines Maßstabes 50, der aus Glas bestehen kann.Another strip part 38c, shown schematically on the left in Figure 1, has a U- or L-shaped cross-section that is open at the top and is used to attach an additional device 48, such as a scale 50, which can be made of glass.

Claims

1. Manipulator for the controlled displacement of a carriage (16) along an axis (A), with a base part (10) and a longitudinal guide (14), which contains two guide parts (14a) fastened to the base part, by means of which the carriage (16) is mounted so as to be displaceable along the axis, and a spindle (20) which is coupled to the carriage for displacement and is rotatably mounted on the base part (10), characterized in that a wedge arrangement (24) for pre-tensioning the guide parts (14a) against the centered carriage (16) in the direction of the axis (A) is arranged between the side parts (10a) of the base part (10) and the guide parts (14a) and that the guide parts (14a) are fixed to the base part (10) by screws.

2. Manipulator according to claim 1, characterized in that the base part (10) has a bottom (10b) and a frame-like part (10a) which surrounds a recess (12) which is trapezoidal in plan view, and in that the wedge arrangement contains two wedges (24) which rest on longitudinal sides of the frame-like part (10a) which run obliquely to the axis (A).

3. Manipulator according to claim 1 or 2, characterized in that the spindle (20) is mounted via an adjustable bearing arrangement (22) on parts of the frame-like part (10a) extending transversely to the axis (A).

4. Manipulator according to claim 3, characterized in that the bearings (22) on both sides of the spindle (20) are braced against each other.

5. Manipulator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the spindle is provided with a coupling part (30) to which a motor (32) or a manually operable drive element (34) can be coupled.

6. Manipulator according to one of claims 1 to 5, characterized by strip parts (3 8) which can be mounted on longitudinal sides of the base part (10) and cover edge regions of a recess (12) of the base part which receives the longitudinal guide (14).

(_ 7. Manipulator according to claim 6, characterized in that at least one strip part (38b) has a recess in which at least one switching device (42) is arranged so as to be adjustable in the axial direction.

8. Manipulator according to claim 6, characterized in that one of the strip parts (38c) is designed as a holder for an additional device (48).

9. Manipulator according to claim 6, characterized in that at least one of the strip parts (38a) has the shape of a solid strip.

10. Manipulator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the carriage (16) is coupled to the spindle (20) by a nut (19) made of plastic.