EP4533643A1 - Antriebsmodul für einen zykloidenantrieb und direktangetriebene zykloidenscheibe - Google Patents
Antriebsmodul für einen zykloidenantrieb und direktangetriebene zykloidenscheibeInfo
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- EP4533643A1 EP4533643A1 EP23730382.1A EP23730382A EP4533643A1 EP 4533643 A1 EP4533643 A1 EP 4533643A1 EP 23730382 A EP23730382 A EP 23730382A EP 4533643 A1 EP4533643 A1 EP 4533643A1
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- drive
- disk
- cycloid disk
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
- F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
- F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
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- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
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- H02K41/065—Nutating motors
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- F16H2001/325—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear comprising a carrier with pins guiding at least one orbital gear with circular holes
Definitions
- the drive module has a direct drive, the direct drive being set up to act magnetically on the cycloid disk.
- the cycloid disk interacts with the magnetic field of the direct drive and is deflected or rotated via this interaction, in particular eccentrically.
- at least a part, in particular the (primarily) inner part through which the magnetic flux passes, of the cycloid disk consists of a, preferably particularly, suitable magnetic material.
- the drive module in particular the combination of drive and cycloid gear, can thereby be made significantly more compact, in particular the required installation space can be reduced or made smaller, with the masses and/or mass inertia being advantageously reduced in one embodiment.
- the direct drive has a pole shoe ring with pole shoes, the pole shoe ring being arranged in the opening of the cycloid disk, in particular on a central axis of the drive module.
- the pole shoe ring forms an air gap with the opening of the cycloid disk, so that in particular an eccentric movement of the cycloid disk about the central axis is or is possible.
- the pole pieces are aligned radially outwards in the direction of the cycloid disk. “Radial” is preferably understood here as perpendicular to the central axis.
- the direct drive has a pole shoe ring with pairs of pole shoes, which form a north pole and a south pole, particularly in the axial direction. In one embodiment, this makes it possible to increase the effect of the direct drive.
- the pole shoe ring has a central opening, in particular a feedthrough, in particular a rigid central opening or feedthrough.
- this can be designed as a hollow shaft, which is formed through the, in particular through the entire, assembly of the drive module, in particular without impairing the function of the drive module.
- the central opening is arranged coaxially with the pole shoe ring; in particular, in one embodiment, the center of the opening lies on the central axis.
- the drive module has at least one, in particular at least two or at least three, and/or at most five cycloid disks.
- each of the existing cycloid disks has a direct drive, in particular a pole shoe ring.
- the cycloid disks are arranged in such a way that an overall center of gravity of the existing cycloid disks is or remains stationary during a wobbling movement.
- the phase of the cycloidal disks is shifted relative to one another by 180°, in particular in the case of two cycloidal disks, or by 120°, in particular in the case of three cycloidal disks.
- the phase shift is 3607N, where N is the number of cycloid disks present.
- the drive module can be made possible for the drive module to have low vibration/lower vibration than, in particular, one or more cycloid disk(s) which have a center of mass of the cycloid disk(s) that moves during the wobbling movement of the cycloid disk(s), in particular not being stationary.
- a cycloid drive comprises at least one drive module described herein. In one embodiment, as already described herein, this can reduce a moment of inertia of the drive, in particular enable strong or stronger robots and preferably contribute to an improvement in the aesthetics and / or the reduction of the disruptive contours of a robot.
- the cycloid drive is small, in particular with less mechanically loaded parts or assemblies.
- a method for controlling a drive module for a cycloid drive in particular a drive module described herein, is provided.
- the method includes determining a position of the cycloid disk.
- the method includes determining the position of an output of the drive module.
- the method has the actuation, in particular commutation, of the at least one electromagnet of at least one of the pole pieces, in particular the actuation of at least three electromagnets of at least three pole pieces, in particular in such a way that the cycloid disk of the drive module is positioned and/or moved , based on the determined position of the cycloid disk and/or the determined position of the output.
- an output 40 is shown schematically in FIG. 1 via the external support with output teeth 45.
- the wobbling movement T of the cycloid disk 10, which is triggered by (targeted) activation of the electromagnets and thereby forms a moving air gap 21 between the cycloid disk 10 and the pole shoe ring 13, leads to a rotation of the output 40, shown here as an example.
- the opening 6 offers the possibility of cables, in particular Data cables and/or electrical supply lines are to be guided through the drive module 1. These then do not have to be guided over the outside of the machine or robot.
- the drive module, with its wobbling movement T of the cycloid disk 10, can alternatively be designed for an output via the internal support through the webs. This alternative is not shown in Fig. 1.
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Abstract
Antriebsmodul (1) für einen Zykloidenantrieb, aufweisend: eine Zykloidenscheibe (10), wobei die Zykloidenscheibe (10) exzentrisch um eine Zentralachse taumelbar ist und an ihrem Rand ein Zykloidenprofil (25), das an einer Stelle im Eingriff mit einer äußeren Abstützung (40) ist; eine zentrale Öffnung (6); und wenigstens drei Lagerlöcher (5), eine innere Abstützung mit wenigstens drei Stegen (8), wobei die Lagerlöcher (5) die wenigstens drei Stege (8) aufnehmen und die Zykloidenscheibe (10) mit der inneren Abstützung koppeln; und einen Direktantrieb, der dazu eingerichtet ist magnetisch auf die Zykloidenscheibe (10) zu wirken, so dass die Zykloidenscheibe (10) mit einem Magnetfeld des Direktantriebs wechselwirkt und über dieses translational in Taumelbewegung gebracht wird, wobei ein Abtrieb des Antriebsmoduls (1) über die äußere oder die innere Abstützung erfolgt.
Description
Beschreibung
Antriebsmodul für einen Zykloidenantrieb und direktangetriebene Zykloidenscheibe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein Zykloidenantrieb und einen Zykloidenantrieb, insbesondere für eine mehrachsige Maschine und/oder einen Roboter.
Zykloidenantriebe, auch als Zykloidgetriebe oder als Exzentergetriebe bekannt, weisen üblicherweise eine Exzenterscheibe oder Exzenter auf mit der/dem eine Zykloidenscheibe bewegt wird. Die Exzenterscheibe wird üblicherweise über eine Welle von einem externen Motor bzw. Antrieb rotiert. Zykloidenantriebe werden üblicherweise eingesetzt, um im Vergleich zum Antrieb kleinere Drehzahlen zu realisieren, um am Abtrieb hohe Drehmomente zur Verfügung stellen zu können und kommen entsprechend zum Einsatz wo üblicherweise geringe Drehzahlen, jedoch hohe Momente übertragen werden sollen. Vorteilhaft an Zykloidenantrieben ist, dass diese mit einer Stoßbelastung von einem Vielfachen des nominellen Drehmoments belastet werden können und ihre geringe(re) Bauraumgröße gegenüber anderen Getriebearten vorteilhaft sein kann.
Übliche Zykloidenantriebe umfassen eine Zykloidenscheibe bzw. Taumelscheibe, die exzentrisch um eine Zentralachse taumelbar, jedoch nicht frei drehbar ist. Ein Punkt auf der Scheibe vollführt ohne Eigenrotation eine im Vergleich zu ihrem Durchmesser kleine Kreisbahn aus. Diese Taumelscheibe steht mit ihrer beispielsweise wellenförmig profilierten Außenverzahnung im Eingriff mit einer in exakt passend invers ausgelegten Innenverzahnung eines äußeren Ringes, wobei die Zykloidenscheibe üblicherweise weniger Zähne, insbesondere Wellenberge, aufweist als an dem äußeren Ring Zähne, insbesondere rundliche Zapfen, vorhanden sind. Um die Zykloidenscheibe von der durch den Eingriff in die Außenverzahnung naheliegende Eigenrotation abzuhalten, ist sie auf einem Radius innerhalb der Scheibe mit N Bohrungen versehen, in welche Zapfen oder Stege kleineren Durchmessers hineinragen, die auf einem Abstützring installiert sind, d. h., dass die Zykloidenscheibe relativ zum Abstützring in ihrer gemeinsamen Ebene um diese
Zapfen oder Stege taumelnd gelagert ist, wobei der Abstützring in der Zentralachse bleibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Antriebsmodul für einen Zykloidenantrieb, insbesondere einen Zykloidenantrieb, zu verbessern, insbesondere dieses Antriebsmodul kompakt(er) zu gestalten, und insbesondere ohne rotierende Welle die mit dem Übersetzungsverhältnis des Antriebsmoduls schneller als der Abtrieb rotieren muss.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 11 stellt ein Verfahren unter Schutz, Ansprüche 12, 13 ein System bzw. Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der Erfindung weist ein Antriebsmodul, insbesondere für einen Zykloidenantrieb, eine Zykloidenscheibe, auch als Kurvenscheibe oder Taumelscheibe bekannt, auf. Die Zykloidenscheibe weist in einer Ausführung ein Zykloidenprofil auf, das mit einer äußeren Abstützung kämmt. Ferner weist die Zykloidenscheibe in einer Ausführung eine zentrale Öffnung auf, insbesondere eine Öffnung, die konzentrisch mit der Zykloidenscheibe ausgebildet ist. In einer Ausführung weist die Zykloidenscheibe wenigstens zwei Lagerlöcher auf, insbesondere Lagerlöcher, die auf einer mit der Zykloidenscheibe konzentrischen kreisartigen Bahn, insbesondere einem mit der Zykloidenscheibe konzentrischen Kreis, angeordnet sind. In einer Ausführung sind die Lagerlöcher gleichmäßig, insbesondere über den Kreis, verteilt oder zueinander zumindest im Wesentlichen gleich beabstandet.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Antriebsmodul eine innere Abstützung mit wenigstens drei Stegen auf, wobei die Stege derart ausgebildet sind, dass diese von den Lagerlöchern aufgenommen werden bzw. werden können und eine für die zykloide Bewegung der Zykloidenscheibe erforderliche rotationsartige Bewegung erlauben. Insbesondere sind die Lagerlöcher und die Stege derart ausgebildet, dass die Zykloidenscheibe mit den Lagerlöchern und den Stegen eine zykloidische bzw. taumelnde Bewegung ausführen kann bzw. ausführt. Die
Zykloidenscheibe wird in einer Ausführung mit den Lagerlöchern über die Stege mit der inneren Abstützung gekoppelt bzw. ist mit dieser über die Stege koppelbar.
Nach einer Ausführung der Erfindung weist das Antriebsmodul einen Direktantrieb auf, wobei der Direktantrieb dazu eingerichtet ist, magnetisch auf die Zykloidenscheibe zu wirken. In einer Ausführung wechselwirkt die Zykloidenscheibe mit dem Magnetfeld des Direktantriebs und wird über diese Wechselwirkung ausgelenkt bzw. gedreht, insbesondere exzentrisch. In einer Ausführung besteht wenigstens ein Teil, insbesondere der von dem magnetischen Fluss durchsetzte, (vornehmlich) innere Teil, der Zykloidenscheibe aus einem, vorzugsweise besonders, geeigneten magnetischen Material.
Vorteilhafterweise kann das Antriebsmodul, insbesondere die Kombination aus Antrieb und Zykloidengetriebe, hierdurch deutlich kompakt(er) gebaut werden, insbesondere ein benötigter Bauraum verkleinert werden bzw. kleiner ausgelegt werden, wobei sich in einer Ausführung vorteilhafterweise die Massen und/oder Massenträgheiten reduzieren.
Nach einer Ausführung weist der Direktantrieb einen Polschuhring mit Polschuhen auf, wobei der Polschuhring in der Öffnung der Zykloidenscheibe angeordnet ist, insbesondere auf einer Zentralachse des Antriebsmoduls. In einer Ausführung bildet der Polschuhring einen Luftspalt mit der Öffnung der Zykloidenscheibe aus, so dass insbesondere eine exzentrische Bewegung der Zykloidenscheibe um die Zentralachse ermöglicht wird bzw. möglich ist. Nach einer Ausführung sind die Polschuhe radial nach außen in Richtung der Zykloidenscheibe ausgerichtet. „Radial“ ist hierin vorzugsweise als senkrecht zur Zentralachse zu verstehen.
Nach einer Ausführung weist der Direktantrieb einen Polschuhring mit Polschuhpaare auf, die insbesondere in axialer Richtung einen Nordpol und einen Südpol ausbilden. Hierdurch kann in einer Ausführung ermöglicht werden, dass eine Wirkung des Direktantriebs verstärkt wird.
Nach einer Ausführung weist der Direktantrieb einen Polschuhring mit Polschuhen auf, wobei der Polschuhring außerhalb der Zykloidenscheibe, insbesondere (radial) außerhalb der äußeren Abstützung angeordnet ist. In einer Weiterbildung weist der
Direktantrieb einen Polschuhring in (innerhalb) der Öffnung der Zykloidenscheibe auf und einen Polschuring (radial) außerhalb der Zykloidenscheibe, insbesondere (radial) außerhalb der äußeren Abstützung auf. Der Polschuhring weist in einer Ausführung wenigstens 6, insbesondere wenigstens 10 oder wenigstens 20, und/oder höchstens 200 Polschuhe auf, insbesondere höchstens 120 oder höchstens 60.
Nach einer Ausführung weist der Polschuhring eine zentrale Öffnung, insbesondere Durchführung, auf, insbesondere eine starre zentrale Öffnung bzw. Durchführung. Diese kann in einer Ausführung als Hohlwelle ausgeführt sein, die durch die, insbesondere durch die gesamte, Baugruppe des Antriebsmoduls hindurch ausgebildet ist, insbesondere ohne die Funktion des Antriebsmoduls zu beeinträchtigen. Die zentrale Öffnung ist in einer Ausführung koaxial mit dem Polschuhring angeordnet, insbesondere liegt in einer Ausführung der Mittelpunkt der Öffnung auf der Zentralachse.
Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass Verkabelung durch das Antriebsmodul, insbesondere durch die zentrale Öffnung bzw. Durchführung, hindurch verlegt werden kann bzw. verlegt ist. Ferner kann in einer Ausführung hierdurch ein störkonturärmeres und/oder ästhetischeres Design ermöglicht werden, insbesondere dadurch, dass durch die Öffnung bzw. Durchführung, insbesondere bei mehrachsigen Maschinen und/oder Robotern mit insbesondere sequenziellen Achsen, Bauteile und/oder Verkabelungen nicht nach außen verlagert werden müssen, sondern ästhetisch(er) in der Öffnung bzw. Durchführung untergebracht und/oder durch diese hindurchgeführt werden können. Ein Verlagern von Massen nach „innen“ ermöglicht es in einer Ausführung vorteilhafterweise geringe(re) Trägheitsmomente zu realisieren. Speziell im Bereich von kollaborativen Robotern, die auch als Cobot bekannt sind, ist in einer Ausführung ein ästhetische(re)s Aussehen bzw. Design von Vorteil für eine direkte(re) Interaktion eines Nutzers mit dem Roboter. In einer Ausführung kann hierdurch ermöglicht werden, dass die Oberflächen des Roboters, der mit einem hierin beschriebenen Antriebsmodul ausgestattet ist bzw. dieses umfasst, glatt(er)e, insbesondere ohne Ausbuchtungen, gestaltete Oberflächen ausgebildet werden können, insbesondere wenn das Antriebsmodul in einem Cobot eingesetzt wird bzw. ist. „Roboter“ und Beispiele mit Robotern sind hierin ohne Einschränkung der Allgemeinheit zu verstehen.
Nach einer Ausführung umfasst das Antriebsmodul keinen Exzenter, insbesondere wird die Zykloidenscheibe des Antriebsmoduls nicht über einen Exzenter oder eine Exzenterscheibe bewegt. Vorteilhafterweise kann hierdurch das Antriebsmodul in einer Ausführung einfach(er), insbesondere kompakt(er) gebaut werden.
Nach einer Ausführung weist das Antriebsmodul keine Permanentmagnete auf, insbesondere weist die Aktuierung keine Permamentmagnete auf, so dass diese insbesondere auf Reluktanz basiert. Hierdurch kann in einer Ausführung ein kostengünstigere^, insbesondere materialsparend(er)es Antriebsmodul gebaut werden, insbesondere ohne den Einsatz von Seltenerdmagneten. Ferner kann in einer Ausführung hierdurch Gewicht eingespart werden, insbesondere durch die Einsparung von (vergleichsweise schweren) Permanentmagneten. Durch die Einsparung von Permanentmagneten entstehen in einer Ausführung vorteilhafterweise keine Gegen-EMK (Elektromotorische Kraft), die insbesondere eine betriebsspannungsabhängige maximale Drehzahl zur Folge hätte. In einer Ausführung ist der Direktantrieb (somit)ein Synchron-Reluktanz-Motor.
Ferner stehen nach einer Ausführung die Elektromagneten des Direktantriebs fest, insbesondere in Bezug auf ein Gehäuse des Antriebsmoduls. Vorteilhafterweise ist nach einer Ausführung das Trägheitsmoment klein(er), insbesondere bestimmt sich dieses (nur noch) aus dem sich um den Taumelradius kreisenden Massenschwerpunkt (als reiner Translationsbetrag seiner Masse, insbesondere nicht als Trägheitsmoment bei Drehung) der Zykloidenscheibe und einer Last am Abtrieb. Hierdurch kann in einer Ausführung ermöglicht werden, dass das Antriebsmodul, insbesondere im Vergleich zu einem Antriebsmodul, das elektromotorisch per Exzenter aktuiert wird ein, insbesondere vielfach, niedrige(re)s Trägheitsmoment aufweist.
Nach einer Ausführung weist das Antriebsmodul Mittel zum Bestimmen einer Position, insbesondere wenigstens einen Sensor, auf, insbesondere wenigstens einen Sensor zur Bestimmung einer Position der Zykloidenscheibe und/oder des Abtriebs. In einer Ausführung ist der wenigstens einen Sensor ein Hall-Sensor, zwei xy-Sensoren, ein drehbarer Steg mit einem Positions- bzw. Rotationssensor und/oder dergleichen. Hierdurch kann vorteilhafterweise, insbesondere in Kombination mit einer Steuerung bzw. Mittel zum (An)Steuern der Elektromagnete eine genau(er)e, insbesondere
präzise(re) Positionierung des Antriebsmoduls erreicht, insbesondere vorgenommen werden. In einer Ausführung kann ein Antriebsmodul hierdurch vorteilhafterweise in einem, vorzugsweise stoßbelastungsresistenten, Stellantrieb für eine mehrachsige Maschine, insbesondere einem Roboter, eingesetzt werden.
Nach einer Ausführung weist die Zykloidenscheibe eine Erweiterung, insbesondere einen Vorsprung, auf, die auf der radial inneren Seite der Zykloidenscheibe ringartig ausgebildet ist. Die Erweiterung kann in einer Ausführung einstückig mit der Zykloidenscheibe ausgeführt sein oder in einer Ausführung zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein, insbesondere durch eine formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mit der Zykloidenscheibe verbunden sein. Ferner ist in einer Weiterbildung die Erweiterung einstückig oder mehrstückig ausgebildet, insbesondere ringartig, weiter insbesondere ringsegmentartig. In einer Ausführung sind die Polschuhe des Polschuhrings zweipolig ausgebildet und weisen insbesondere einen magnetischen Nordpol und einen magnetischen Südpol auf, insbesondere bei Aktivierung der Elektromagnete. In einer Ausführung ist ein Polschuh zweigeteilt, insbesondere derart konfiguriert, dass dieser an einem radialen Ende in Richtung der Zentralachse einen Nordpol und einen Südpol ausbildet, insbesondere weist der Polschuhring Polschuhpaare auf, die paarweise derart angeordnet sind, dass ein erster Polschuh und ein zweiter Polschuh des Polschuhpaars in axialer Richtung (In Richtung der Zentralachse) nebeneinander angeordnet sind. In einer Ausführung ist die Erweiterung derart konfiguriert, dass diese, insbesondere bei einer Ausführung mit Polschuhpaaren oder mehreren in axialer Richtung angeordneten Polschuhen, in einen vorhandenen Zwischenraum der Polschuhpaare oder der mehreren Polschuhe passt. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass der Effekt der Elektromagnete, insbesondere der der Reluktanzminimierung, größer ist, als insbesondere ohne Erweiterung.
Nach einer Ausführung weist die Zykloidenscheibe mehr als eine Erweiterung auf, insbesondere wenigstens zwei Erweiterungen. Entsprechend weist der Polschuhring in einer Ausführung in axialer Richtung eine Vielzahl an Polschuhen auf, die alternierend mit den wenigstens zwei Erweiterung angeordnet sind oder paarweise zwischen den wenigstens zwei Erweiterungen. Vorteilhafterweise kann hierdurch in einer Ausführung ermöglicht werden, dass der Effekt auf die Zykloidenscheibe durch
die Erweiterung(en) vergrößert wird, insbesondere im Vergleich mit einer Zykloidenscheibe, die nur eine Erweiterung aufweist, oder nur einen (radial) inneren oder nur einen (radial) äußeren Polschuhring.
In einer Ausführung kann die Erweiterung der Zykloidenscheibe den Polschuh zumindest im Wesentlichen beidseitig umschließen. In anderen Worten kann die Erweiterung in einer Ausführung derart ausgebildet sein, dass der Polschuh zumindest im Wesentlichen beidseitig umschlossen ist. Vorteilhafterweise kann in einer Ausführung hierdurch ermöglicht werden, dass der Effekt der Wechselwirkung zwischen Zykloidenscheibe und Magnetfeld verstärkt wird bzw. größer ist als insbesondere ohne Erweiterung.
In einer Ausführung weist das Antriebsmodul wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei oder wenigstens drei, und/oder höchstens fünf Zykloidenscheiben auf. In einer Ausführung weist jede der vorhandenen Zykloidenscheiben jeweils einen Direktantrieb, insbesondere jeweils einen Polschuhring, auf. In einer Weiterbildung sind die Zykloidenscheiben derart angeordnet, dass ein Gesamt-Schwerpunkt der vorhandenen Zykloidscheiben während einer Taumelbewegung ortsfest ist bzw. bleibt. In einer Ausführung ist die Phase der Zykloidenscheiben zueinander um 180°, insbesondere bei zwei Zykloidenscheiben, oder um 120°, insbesondere bei drei Zykloidenscheiben, verschoben angeordnet. In einer Ausführung ist die Phasenverschiebung 3607N, wobei N die Anzahl der vorhandenen Zykloidenscheiben ist. Vorteilhafterweise kann hierdurch in einer Ausführung ermöglicht werden, dass das Antriebsmodul vibrationsarm/ärmer ist als insbesondere eine oder mehrere Zykloidenscheibe(n) die einen sich während der Taumelbewegung der Zykloidenscheibe(n) bewegenden, insbesondere nicht orstfesten, Massenschwerpunkt der Zykloidenscheiben aufweisen.
In einer Ausführung weisen die vorhandenen, insbesondere die wenigstens zwei oder wenigstens drei, und/oder höchstens fünf, Zykloidenscheiben in axialer Richtung (in Richtung der Zentralachse) unterschiedliche Dicken auf, insbesondere derart, dass ein Gesamt-Massenschwerpunkt der Zykloidenscheiben auf der Zentralachse liegt. Vorteilhafterweise kann hierdurch in einer Ausführung ermöglicht werden, dass das Antriebsmodul vibrationsärmer ist.
Nach einer Ausführung der Erfindung umfasst ein Zykloidenantrieb wenigstens ein hierin beschriebenes Antriebsmodul. Dies kann in einer Ausführung, wie bereits hierin beschrieben, ein Trägheitsmoment des Antriebs reduzieren, insbesondere starke bzw. stärkere Roboter ermöglichen und vorzugsweise zu einer Verbesserung der Ästhetik und/oder der Reduktion der Störkonturen eines Roboters beitragen. Vorteilhafterweise ist der Zykloidenantrieb nach einer Ausführung klein(er), insbesondere mit weniger mechanisch belasteten Teilen bzw. Baugruppen ausgebildet.
Nach einer Ausführung der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsmoduls für einen Zykloidenantrieb insbesondere eines hierin beschriebenen Antriebsmoduls, bereitgestellt. Das Verfahren weist in einer Ausführung ein Ermitteln einer Position der Zykloidenscheibe auf. Alternativ oder ergänzend weist das Verfahren ein Ermitteln der Position eines Abtriebs des Antriebsmoduls auf. Ferner weist das Verfahren in einer Ausführung das Ansteuern, insbesondere Kommutieren, des wenigstens einen Elektromagnets wenigstens eines der Polschuhe auf, insbesondere das Ansteuern von wenigstens drei Elektromagneten von wenigstens drei Polschuhen, , insbesondere derart, dass die Zykloidenscheibe des Antriebsmoduls positioniert und/oder bewegt wird, basierend auf der ermittelten Position der Zykloidenscheibe und/oder der ermittelten Position des Abtriebs. Das Ansteuern der Elektromagnete, bzw. deren Kommutation, wird in einer Ausführung insbesondere nur dann auf Basis einer Position ausgeführt, wenn diese ermittelt wurde, andernfalls wird das Ansteuern auf Basis der Position ausgeführt, die ermittelt wurde, „ermittelt“ wie hierin verwendet ist vorzugsweise als „sofern ermittelt“ zu verstehen. Das Ansteuern bewirkt in einer Ausführung, dass die Zykloidenscheibe einen Luftspalt derart einstellt, dass eine „Wöbbel“- oder „Taumel“-Bewegung der Zykloidenscheibe um die Zentralachse, insbesondere durch das Ansteuern, induziert wird. Vorteilhafterweise kann hierdurch in einer Ausführung ermöglicht werden, dass die Zykloidenscheibe genau positioniert und/oder bewegt werden kann bzw. bewegt wird. Hierdurch kann in einer Ausführung eine genaue(re) Ansteuerung des Antriebsmoduls ermöglicht werden, insbesondere im Vergleich mit einem Exzentergesteuerten Antriebsmodul.
Ferner wird in einer Ausführung der Erfindung ein System zum Betreiben und/oder Überwachen eines Antriebsmoduls für einen Zykloidenantrieb, insbesondere eines Zykloidenantriebs für eine mehrachsige Maschine, das zur Durchführung eines
Verfahrens, wie insbesondere hierin beschrieben, eingerichtet ist, bereitgestellt. In einer Ausführung ist das System zum Betreiben und/oder Überwachen von mehreren Antriebsmodulen eingerichtet. Das System weist in einer Ausführung Mittel zum Ermitteln einer Position, insbesondere der Zykloidenscheibe und/oder des Abtriebs des Antriebsmoduls auf. Ferner weist das System in einer Ausführung Mittel zum Ansteuern des wenigstens einen Elektromagnets, insbesondere Mittel zum Ansteuern von wenigstens drei Elektromagneten auf, insbesondere zum Auslenken der Zykloidenscheibe, weiter insbesondere zum Induzieren einer Taumelbewegung der Zykloidenscheibe um die Zentralachse.
Vorteilhafterweise kann hierdurch in einer Ausführung ermöglicht werden, dass das System genau(er) und/oder präzise€ angesteuert, insbesondere bewegt werden kann bzw. bewegt wird, insbesondere mittels des Antriebsmoduls.
Ein System und/oder ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere wenigstens eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Maschine betreiben bzw. überwachen kann.
Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. von Anweisungen bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm bzw. mit darauf gespeicherten Anweisungen aufweisen, insbesondere sein. In einer
Ausführung veranlasst ein Ausführen dieses Programms bzw. dieser Anweisungen durch ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer oder eine Anordnung von mehreren Computern, das System bzw. die Steuerung, insbesondere den bzw. die Computer, dazu, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen, bzw. sind das Programm bzw. die Anweisungen hierzu eingerichtet.
In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel.
In einer Ausführung weist das System eine mehrachsige Maschine, insbesondere einen Roboter auf.
Hierin beschriebene Ausführungen der Erfindung können (erfindungsgemäß) kombiniert werden, wo immer dies technisch sinnvoll und machbar ist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : ein Antriebsmodul in einer Draufsicht mit einer Zykloidenscheibe mit innenliegenden Elektromagneten für deren Direktantrieb nach Synchron-Relutkanzmotor-Prinzip nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a und 2b: eine Erweiterung der Zykloidenscheibe nach
Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 einen Ausschnitt eines Antriebsmodul in einer Schnittansicht nach Ausführungen der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsmoduls für einen Zykloidenantrieb.
Figur 1 zeigt ein Antriebsmodul 1 für einen Zykloidenantrieb in einer Draufsicht mit einer Zykloidenscheibe 10. Die Zykloidenscheibe 10 umfasst Lagerlöcher 5, die auf einer mit der Öffnung 6 der Zykloidenscheibe 10 konzentrisch angeordneten kreisartigen Bahn gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Ferner ist in Fig. 1 eine innere Abstützung mit Stegen 8 gezeigt, wobei die Stege 8 in die Lagerlöcher 5 derart aufgenommen sind, dass die Zykloidenscheibe 10 eine taumelnde Bewegung um die Zentralachse ausführen kann bzw. bei Aktivierung der Elektromagnete 20 (hier nur anhand der Polschuhe 12 dargestellt) ausführt. Die Polschuhe 12 sind als Polschuhring 13 ausgebildet. Ferner ist in Fig. 1 schematisch ein Abtrieb 40 über die äußere Abstützung mit Abtriebszähnen 45 dargestellt. Die Taumelbewegung T der Zykloidenscheibe 10, die durch (gezielte) Aktivierung der Elektromagnete ausgelöst wird und dabei einen wandernden Luftspalt 21 zwischen Zykloidenscheibe 10 und Polschuhring 13 ausbildet führt zu einer hier exemplarisch dargestellten Rotation des Abtriebs 40. Die Öffnung 6 bietet die Möglichkeit Kabel, insbesondere Datenkabel und/oder elektrische Versorgungsleitungen durch das Antriebsmodul 1 zu führen. Diese müssen dann nicht über eine Außenseite der Maschine oder des Roboters geführt werden. Das Antriebsmodul kann mit seiner Taumelbewegung T der Zykloidenscheibe 10 alternativ für einen Abtrieb über die innere Abstützung durch die Stege ausgebildet sein. Diese Alternative ist in Fig. 1 nicht dargestellt.
Figur 2a zeigt schematisch einen Schnitt in Radialrichtung durch einen Abschnitt der Zykloidenscheibe 10 mit einer Erweiterung 11. Die Erweiterung 11 der Zykloidenscheibe 10 zeigt radial von der Zykloidenscheibe 10 nach innen, in Richtung des Polschuhrings 13. Der Polschuhring 13 weist ein Polschuhpaar mit Polschuhen 12 auf, die hier exemplarisch mit einem Nord- und einem Südpol dargestellt sind. Die Erweiterung 11 stellt ebenfalls einen Luftspalt 21 ein, wenn ein Elektromagnet 20 aktiviert wird. Dabei verschiebt sich der Luftspalt 21 entsprechend der Taumelbewegung T der Zykloidenscheibe 10. Der Mittelpunkt der Öffnung 6 ist schematisch und nicht maßstabsgetreu mit einer gestrichelten Linie (Zentralachse) dargestellt.
Figur 2b zeigt im Gegensatz zu Figur 2a schematisch eine Zykloidenscheibe 10 eines Antriebmoduls 1 mit zwei Erweiterungen 11 , die Polschuhe 12 des Polschuhrings 13 in axialer Richtung umrahmen. Eine der Erweiterungen 11 ist als separates Bauteil ausgeführt und mit der Zykloidenscheibe 10 verbunden. Ein Luftspalt 21 verändert
sich, wie hierin beschrieben, je nach Aktivierung der Elektromagnete 20. Die Polschuhe 12 weisen in Figur 2b vorzugsweise einen Nordpol und einen Südpol auf. Die Elektromagnete können auch anders, insbesondere nach einer hierein beschriebenen Ausführung konfiguriert sein.
Figur 3 zeigt schematisch eine Schnittansicht durch einen Ausschnitt des Antriebsmoduls 1. Das Antriebsmodul 1 weist in der Ausführung der Figur 3 mehrere Zykloidenscheiben 10a, 10b, 10c auf, die in axialer Richtung unterschiedliche Dicken d1 , d2, d3 aufweisen. Die Zykloidenscheiben 10a, 10b, 10c sind zueinander versetzt angeordnet, derart, dass ein Gesamtschwerpunkt der Zykloidenscheiben 10a, 10b, 10c bei einer Taumelbewegung der Zykloidenscheiben 10a, 10b, 10c (zumindest im Wesentlichen) ortsfest ist. Der Mittelpunkt der Öffnung 6 ist schematisch und nicht maßstabsgetreu mit einer gestrichelten Linie dargestellt.
Figur 4 zeigt schematisch ein Verfahren 100 das in einem ersten Schritt S10 ein Ermitteln einer Position der Zykloidenscheibe, in einem zweiten alternativen oder ergänzenden Schritt S20 ein Ermitteln einer Position des Abtriebs des Antriebsmoduls 1 darstellt und in einem dritten Schritt S30 ein Ansteuern eines Elektromagneten basierend auf einer Position nach den Schritten S10 und/oder S20 sofern diese ermittelt wurden.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezuqszeichenliste
1 Antriebsmodul
5 Lagerloch
6 Öffnung
8 Steg
10 Zykloidenscheibe
10a, 10b, 10c Zykloidenscheiben
11 Erweiterung
12 Polschuh
13 Polschuhring
20 Elektromagnet
21 Luftspalt
25 Zykloidenprofil
30 umlaufendes Magnetfeld
40 äußere Abstützung
45 Abtriebszähne
100 Verfahren
T Taumelbewegung der Zykloidenscheibe um die Stege
S10 Ermitteln einer Position der Zykloidenscheibe
S20 Ermitteln einer Position des Abtriebs
S30 Ansteuern eines Elektromagneten
Claims
1 . Antriebsmodul (1 ) für einen Zykloidenantrieb, umfassend:
- eine Zykloidenscheibe (10), wobei die Zykloidenscheibe (10) exzentrisch um eine Zentralachse taumelbar ist und an ihrem Rand ein Zykloidenprofil (25), das an einer Stelle im Eingriff mit einer äußeren Abstützung (40) ist; eine zentrale Öffnung (6); und wenigstens drei Lagerlöcher (5) aufweist,
- eine innere Abstützung mit wenigstens drei Stegen (8), wobei die Lagerlöcher (5) die wenigstens drei Stege (8) aufnehmen und die Zykloidenscheibe (10) mit der inneren Abstützung koppeln; und
- einen Direktantrieb, der dazu eingerichtet ist magnetisch auf die Zykloidenscheibe (10) zu wirken, so dass die Zykloidenscheibe (10) mit einem Magnetfeld des Direktantriebs wechselwirkt und über dieses translational in Taumelbewegung gebracht wird, wobei ein Abtrieb des Antriebsmoduls (1) über die äußere oder die innere Abstützung erfolgt.
2. Antriebsmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Direktantrieb einen Polschuhring (13) mit Polschuhen (12) oder Polschuhpaaren aufweist, wobei der Polschuhring (13) in der Öffnung (6) der Zykloidenscheibe auf der Zentralachse angeordnet ist und zu dieser einen exzentrischen, rotierenden Luftspalt ausbildet und wobei die Polschuhe (12) radial nach außen in Richtung der Zykloidenscheibe (10) ausgerichtet sind.
3. Antriebsmodul (1)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polschuhring (13) die zentrale Öffnung (6), insbesondere eine starre zentrale Öffnung (6) aufweist.
4. Antriebsmodul (1)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul (1), insbesondere die Zykloidenscheibe (10) nicht mittels eines Exzenters aktuiert wird.
5. Antriebsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul (1) keine Permamentmagnete aufweist.
Antriebsmodul (1)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul (1) ferner wenigstens einen Sensor umfasst. Antriebsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykloidenscheibe (10) eine Erweiterung (11) aufweist, die ringartig auf der radial inneren Seite des Zykloidenrings (10) ausgebildet ist. Antriebsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul (1) wenigstens zwei Zykloidenscheiben (10) aufweist, wobei die Zykloidenscheiben (10) derart angeordnet sind, dass der Gesamtmassenschwerpunkt der wenigstens zwei Zykloidscheiben (10) auf der Zentralachse liegt. Antriebsmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Zykloidenscheiben (10) unterschiedliche Dicken aufweisen. Zykloidenantrieb, umfassend ein Antriebsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren zum Steuern eines Antriebsmoduls (1) für einen Zykloidenantrieb, insbesondere eines Zykloidenantriebs, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst:
- Ermitteln (S10) einer Position der Zykloidenscheibe (10); und/oder
- Ermitteln (S20) einer Position eines Abtriebs des Antriebsmoduls (1);
- Ansteuern (S30) des wenigstens einen Elektromagnetens (20) wenigstens eines Polschuhs (12), derart, dass die Zykloidenscheibe (10) des Antriebsmoduls (10) positioniert und/oder bewegt wird, basierend auf der ermittelten Position der Zykloidenscheibe (10) und/oder der ermittelten Position des Abtriebs. System zum Betreiben und/oder Überwachen eines Antriebsmoduls (1), insbesondere eines Antriebsmoduls (1) für eine mehrachsige Maschine, das zur
Durchführung eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Anspruch eingerichtet ist. Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, insbesondere auf einem computerlesbaren und/oder nicht-flüchtigen Speichermedium gespeicherte, Anweisungen enthält, die bei der Ausführung durch einen oder mehrere Computer oder ein System nach Anspruch 12 den oder die Computer oder das System dazu veranlassen, ein Verfahren nach Anspruch 11 durchzuführen.
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