WO2003106114A1 - Parallelmanipulator mit spielelfreien gestrieben - Google Patents

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WO2003106114A1
WO2003106114A1 PCT/CH2003/000346 CH0300346W WO03106114A1 WO 2003106114 A1 WO2003106114 A1 WO 2003106114A1 CH 0300346 W CH0300346 W CH 0300346W WO 03106114 A1 WO03106114 A1 WO 03106114A1
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gear
motor
transmission
gearing
axis
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PCT/CH2003/000346
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Hans Andrea Schuler
Martino Filippi
Samuel Schuler
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Sig Technology Ltd.
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/54—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only
    • B23Q1/545—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only comprising spherical surfaces
    • B23Q1/5456—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only comprising spherical surfaces with one supplementary rotating pair
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
    • B25J9/0051—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base with kinematics chains of the type rotary-universal-universal or rotary-spherical-spherical, e.g. Delta type manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B25J9/103—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears with backlash-preventing means

Definitions

  • the invention relates to a device for moving and positioning an object in space according to the preamble of claim 1. It is a device referred to in the technical field as a robot with parallel kinematics or delta robot.
  • This delta robot has a base plate, on which first ends of three arms are arranged pivotably. Each arm is individually driven by a motor, the three motors being arranged in a plane defined by the base plate such that one of the motor axes runs along one side of an imaginary equilateral triangle.
  • the second ends of the arms are articulated to a common support plate. Gripping means, for example a suction cup, are arranged on this support plate in order to grip and hold the object to be moved.
  • a telescopic fourth axis, which of a fourth motor is driven, is articulated to the base plate and the support plate.
  • a similar device is known from EP-A-1 '129' 829.
  • the motors are arranged below the level of the base plate.
  • the fourth axis passes through the base plate, being connected to the fourth motor above the base plate.
  • delta robots have proven themselves in automated systems, particularly in the packaging industry. They have the advantage that they can move between two positions at high speed and yet precisely and that they can move to positions within a relatively large three-dimensional range.
  • the drive motors are usually coupled to the individual arms via a gear. These motor / gear units should enable a high reproducible positioning accuracy of the gripping means even with fast start / stop processes.
  • the gearbox should therefore be practically free of play, allow rapid acceleration and have the smallest possible volume.
  • Another problem is the overall height of the suspension device itself, which prevents the use of the device or at least requires a lowering of the delta robot if the room height is correspondingly low. Such a lowering of the work area is not permitted if upstream or downstream work must be carried out manually.
  • DE-A-4 '413' 872 also discloses a transmission with as little play as possible without torsionally elastic tensioning.
  • This planetary gear transmission has gear stages which allow a radial displacement of the bearings of the circulating carrier and the two ring gears during assembly.
  • the gear works the same in both directions of rotation. However, it exhibits negative vibration behavior.
  • DE-A-197 '5V433 deals in more detail with the problems of the known motor / gear units for fast positioning tasks. In addition to the fundamental problem of zero backlash, the unavoidable wear of the gearbox must be taken into account.
  • DE '433 is based on the knowledge that it is sufficient for a high positioning accuracy to minimize any play in the planetary gear in the area of the end positions. Game-related changes in position occurring in intermediate positions are accepted. Measures are therefore proposed, which can only be achieved through the Impact gearbox to transmitted torques. These measures consist in the presence of an additional gearwheel which cooperates with the planet gear and which rotates in the same axis and which has a smaller width than the planet gear.
  • the additional gearwheel is tensioned in a torsionally elastic manner by a spring, the tensioning resulting in the planetary gear taking a defined position in the end positions.
  • This freedom of play which is only available in the end positions, and the associated directional dependency, however, have a negative impact on smooth running and wear, gearbox rigidity and vibration behavior.
  • a backlash-free gear for industrial robots is also known, in which the impact resulting from a change in the direction of rotation is avoided by a directionally separated torque transmission.
  • This directionally separated torque transmission is achieved in that the axes of the planet gears are offset from the axis of the sun gear. The teeth of the planet gears thus mesh in one direction of rotation on one flank of the ring gear and in the opposite direction of rotation on the opposite side.
  • the delta robot according to the invention has a gear mechanism, the at least one gear stage or its components of which is braced and the freedom from play is achieved in that individual gear components are connected to one another in a material and / or form-fitting manner in order to allow the gear mechanism to be free of play over the entire range of motion ,
  • the material and / or form-fitting connection in combination with the bracing of the components of the gear stages leads to increased rigidity in both directions of movement and thus enables a correspondingly optimized control, which leads to a more rigid system behavior.
  • the freedom of play available over the entire range of motion also optimizes the vibration behavior and the accuracy of the delta robot.
  • the rigidity is identical in both directions of movement, so that the same control parameters can be used for both directions.
  • at least one gear stage is clamped rotationally symmetrically. If the motor is connected coaxially to the gear unit, the motor / gear unit can be made very compact and thus relatively small.
  • An exclusively cohesive connection has the advantage over a positive and cohesive or a purely positive connection that the manufacture of the transmission is simplified, that the individual components and the assembly are subject to lower requirements regarding dimensional accuracy, and that the transmission is smaller and can be made lighter.
  • Figure 1 is a perspective view of a delta robot
  • FIG 2 shows a detail of the delta robot according to FIG an engine / transmission unit according to the invention
  • Figure 4 is an exploded view of the attachment of an arm to the motor / transmission unit.
  • FIG. 1 shows a delta robot of a known type, as described, for example, in EP-A-0 '250' 470 and EP-A-1 '129' 829. For this reason, its structure and control are no longer discussed in detail.
  • the delta robot essentially has a base element 1, at least three arms 2, a carrier element 3 with gripping means (not shown), for example a suction device, and a separate motor / gear unit for each arm 5 on.
  • gripping means for example a suction device
  • a separate motor / gear unit for each arm 5 on.
  • the arms 2 are articulated via the associated motor / gear unit 5 on the base element 1, here plate-shaped, and via a lower joint 24 on the common carrier element 3, here likewise plate-shaped, the associated motor / gear units 5 are arranged in a common plane on the sides of an imaginary polygon.
  • the polygon is designed as an equilateral triangle.
  • each motor / gear unit 5 has a motor 50 and a gear 52 on.
  • the motor 50 is connected to a controller (not shown) via motor connections 51.
  • the motor can be a servo motor, an asynchronous motor, a three-phase motor or another motor suitable for the area of application.
  • the motor 50 is coaxially connected to the transmission in order to obtain a compact design.
  • the common axis lies on one side of the imaginary polygon mentioned above.
  • the associated arm 2 is fixedly connected to the gear 52 via a gear-side connection flange 53, which is visible in FIG.
  • the arm 2 therefore consists of an upper arm 21 which is fixedly connected to the gear 52 and a lower arm 23 which is connected to the upper arm 22 via an upper joint 22, for example a universal joint.
  • the upper arm 21 is screwed to the transmission flange 53 via an arm flange 20.
  • the fastening screws 25 are preferably covered with a cover cap 26 in order to prevent contamination or to facilitate cleaning.
  • the gear 52 used in this arrangement has gear stages which can be adjusted relative to one another during assembly in order to compensate for gear tolerances caused by production.
  • the gear stages are preferably braced rotationally symmetrically. Furthermore, it is designed to be practically free of play over the entire range of motion, in that individual gear components are connected in a form-fitting and / or integral manner. At least one of these gear stages preferably has axes of rotation on the input and output sides which run coaxially, the motor 50 likewise running coaxially with respect to this axis.
  • the gear 52 can be designed in one or more stages. It is preferably a planetary gear transmission. Embodiments with combined spur gear and planetary gears or other combinatorial multistage gears are also possible. In the case of the combined spur gear and planetary gear, there is at least one gear stage, the rotational axis of the drive end of which is axially offset from the rotational axis of the driven end.
  • the transmission is a planetary gear transmission as described in DE-A-100 '58' 192 and sold by the Wittenstein company under the type designation TPM 025.
  • This gear has means for permanent play compensation for a desired play-free run.
  • the gearbox is designed as a so-called harmony drive gearbox, namely with an elliptical disc with a central hub and elliptically deformable ball bearings, an elliptically deformable bushing with external teeth and a rigid cylindrical ring with internal teeth.
  • the device according to the invention enables optimization of practically all aspects essential for the delta robot, in particular the increased rigidity, the more direct control behavior, the smaller space requirement, the higher speed and the improved positioning accuracy.
  • Base element arm arm-side connection flange, upper arm, upper joint, lower arm, lower joint, fastening screws, cover cap, support element, fourth axis, motor / transmission unit, motor, motor connections, transmission, transmission-side connection flange

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

Ein Deltaroboter weist Motor/Getriebeeinheiten (5) auf, welche jeweils einem Arm (2) zugeordnet sind und welche je auf einer Seite eines Dreiecks angeordnet sind. Jede Mo­tor/Getriebeeinheit (5) weist ein Getriebe (52) auf, dessen mindestens eine Getriebestufe rotationssymmetrisch ver­spannt ist. Das Getriebe (52) ist durch stoff- und/oder formschlüssige Verbindung von Getriebekomponenten über den gesamten Bewegungsbereich des Getriebes (52) spielfrei. Dieser Deltaroboter ermöglicht eine Optimierung praktisch aller für den Deltaroboter wesentlichen Aspekte, insbeson­dere die Steifigkeit, das Regelverhalten, den Platzbedarf, die Geschwindigkeit und die Positioniergenauigkeit.

Description

PARALLELMΆNIPULATOR MIT SPIELFREIEN GETRIEBEN
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewegen und Positionieren eines Gegenstandes im Raum gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um eine in der Fach- weit als Roboter mit Parallelkinematik beziehungsweise Deltaroboter bezeichnete Vorrichtung.
Stand der Technik
Eine gattungsgemässe Vorrichtung zum Bewegen und Positionieren eines Gegenstandes im Raum ist in EP-A-0'250'470 beschrieben. Dieser Deltaroboter weist- eine Basisplatte auf, an welchem erste Enden dreier Arme schwenkbar angeordnet sind. Jeder Arm ist einzeln über einen Motor angetrieben, wobei die drei Motoren in einer durch die Basisplatte definierten Ebene so angeordnet sind, dass je eine der Motorenachsen entlang je einer Seite eines imaginären gleichseitigen Dreiecks verläuft. Die zweiten Enden der Arme sind mit einer gemeinsamen Tragplatte gelenkig verbunden. An dieser Tragplatte sind Greifmittel, beispielsweise ein Saugnapf, angeordnet, um den zu bewegenden Gegenstand zu ergreifen und zu halten. Eine teleskopartige vierte Achse, welche von einem vierten Motor angetrieben ist, ist gelenkig mit der Basisplatte und der Tragplatte verbunden.
Eine ähnliche Vorrichtung ist aus EP-A-1 ' 129 ' 829 bekannt. Hier sind die Motoren unterhalb der Ebene der Basisplatte angeordnet. Ferner durchsetzt die vierte Achse die Basisplatte, wobei sie oberhalb der Basisplatte mit dem vierten Motor verbunden ist .
Diese Deltaroboter haben sich in automatisierten Anlagen, insbesondere in der Verpackungsindustrie, bewährt. Sie haben den Vorteil, dass sie sich mit hoher Geschwindigkeit und doch präzise zwischen zwei Positionen bewegen können und dass sie Positionen innerhalb eines relativ grossen dreidimensionalen Bereichs anfahren können.
Üblicherweise sind die Antriebsmotoren über ein Getriebe mit den einzelnen Armen gekoppelt . Diese Motor/Getriebeeinheiten sollten auch bei schnellen Start/Stop-Vorgängen eine hohe reproduzierbare Positioniergenauigkeit des Greifmittels ermöglichen. Das Getriebe sollte somit praktisch spielfrei sein, eine schnelle Beschleunigung erlauben und ein möglichst kleines Volumen aufweisen.
So sind aus WO 00/35640 und EP-A-1" 129 ' 829 Motor/Getriebeeinheiten bekannt, welche in diesen Deltarobotern eingesetzt werden. In WO 00/35640 (Fig. 1) wird ein hochbauendes zweistufiges Stirnradgetriebe verwendet; in EP-A-1 '129'829 (Fig. 5) erstreckt sich die Bauhöhe über die Basisplatte hinaus. Dies ist nachteilig, da sich das Eigenfrequenzverhalten der Aufhängevorrichtung, in welche der Deltaroboter montiert wird, bei zunehmender Bauhöhe in etwa der zweiten Potenz verschlechtert . Dadurch wird bei höheren Arbeitsgeschwindigkeiten die geforderte Genauigkeit nicht mehr erreicht. Um dies zu vermeiden, muss der Deltaroboter eine grössere Masse aufweisen, was sich wiederum nachteilig auf die Statik auswirkt .
Ein weiteres Problem ist die Bauhöhe der Aufhängevorrichtung selber, welche bei entsprechend geringer Raumhöhe am Aufstellungsort den Einsatz der Vorrichtung verhindert oder wenigstens eine Absenkung des Deltaroboters erfordert. Eine solche Absenkung des Arbeitsbereiches ist nicht zulässig, wenn vor- oder nachgelagerte Arbeiten manuell ausgeführt werden müssen.
Ebenfalls ein möglichst spielarmes Getriebe ohne drehelastische Verspannungen offenbart DE-A-4 '413 ' 872. Dieses Planetenzahnradgetriebe weist Getriebestufen auf, welche bei der Montage eine radiale Verschiebung der Lager des Umlauf- trägers und der zwei Hohlräder erlauben. Das Getriebe wirkt zwar in beiden Drehrichtungen gleich. Es weist jedoch ein negatives Schwingungsverhalten auf .
DE-A-197' 5V433 geht detaillierter auf die Problematik der bekannten Motor/Getriebeeinheiten für schnelle Positionier- aufgaben ein. Zusätzlich zur grundsätzlichen Problematik der Spielfreiheit muss nämlich der nicht vermeidbare Ver- schleiss des Getriebes berücksichtigt werden. DE' 433 geht von der Erkenntnis aus, dass es für eine hohe Positioniergenauigkeit ausreicht, ein im Planetengetriebe vorhandenes Spiel im Bereich der Endpositionen zu minimieren. In Zwischenpositionen auftretende spielbedingte Lageveränderungen werden akzeptiert . Es werden deshalb Massnahmen vorgeschlagen, welche sich ausschliesslich bei kleineren durch das Getriebe zu übertragenden Drehmomenten auswirken. Diese Massnahmen bestehen darin, dass ein mit dem Planetenrad zusammenwirkendes, achsgleich drehendes Zusatzzahnrad vorhanden ist, welches eine geringere Breite aufweist als das Planetenrad. Das Zusatzzahnrad ist mit einer Feder drehelastisch verspannt, wobei die Verspannung dazu führt, dass das Planetenrad in den Endpositionen eine definierte Position einnimmt. Diese lediglich in den Endpositionen vorhandene Spielfreiheit und die damit verbundene Richtungsabhän- gigkeit wirken sich jedoch negativ auf die Laufruhe und den Verschleiss, die Getriebesteifigkeit und das Schwingungs- verhalten aus.
Aus GB-A-2 '213 '555 ist ferner ein spielfreies Getriebe für Industrieroboter bekannt, bei welchem der bei Drehrichtungsänderung entstehende Schlag durch eine richtungsgetrennte Drehmomentübertragung vermieden wird. Diese richtungsgetrennte Drehmomentübertragung wird dadurch erreicht, dass die Achsen der Planetenräder im Vergleich zur Achse des Sonnenrads versetzt angeordnet sind. Die Zähne der Planetenräder kämmen somit in einer Drehrichtung an einer Flanke des Hohlrads und in gegengesetzter Drehrichtung an der gegenüberliegenden Seite.
DE-A-100'58' 192 beschreibt ein spielfreies Planetenzahnradgetriebe. Die Planetenräder, welche zwischen Sonnenrad und Hohlrad kämmen, sind jeweils um einen Planetenradbolzen drehbar gelagert und über diesen an einem Umlaufträger fixiert. Diese Planetenradbolzen sind ausschliesslich stoffschlüssig fest mit dem Umlaufträger verbunden. Vorzugsweise sind sie verschweisst . Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Deltaroboter der ein- gangs genannten Art zu schaffen, welcher eine in Bezug auf Spiel, Grosse, Schwingungsverhalten und Regelparameter optimierte Antriebseinheit aufweist.
Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemässe Deltaroboter weist ein Getriebe auf, dessen mindestens eine Getriebestufe, beziehungsweise deren Komponenten, verspannt ist und dessen Spielfreiheit dadurch erreicht ist, dass einzelne Getriebekomponenten stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind, um eine Spielfreiheit des Getriebes über den gesamten Bewegungsbereich zu ermöglichen.
Die Stoff- und/oder formschlüssige Verbindung in Kombination mit der Verspannung der Komponenten der Getriebestufen führt zu einer erhöhten Steifigkeit in beiden Bewegungs- richtungen und ermöglicht dadurch eine entsprechend optimierte Regelung, die zu einem steiferen Systemverhalten führt. Die über den gesamten Bewegungsbereich vorhandene Spielfreiheit optimiert zudem das Schwingverhalten und die Genauigkeit des Deltaroboters. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steifigkeit in beiden Bewegungsrichtungen identisch, so dass für beide Richtungen dieselben Regelpa- rameter angewendet werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Getriebestufe rotations- symmetrisch verspannt . Ist der Motor koaxial mit der Getriebeeinheit verbunden, so lässt sich die Motor/Getriebeeinheit sehr kompakt und somit relativ klein ausgestalten. Dies vermindert das Gesamtgewicht und den Platzbedarf der Einheit insbesondere in Bezug auf die Bauhöhe, was sich wiederum vorteilhaft auf das Schwingungsverhalten der Aufhängevorrichtung auswirkt . Da bei Deltaroboter die Einheiten in einer Ebene und je auf einer Seite eines Vielecks, insbesondere eines Dreiecks, angeordnet sind, ist die Minimierung der Grosse der Einheit von zentraler Bedeutung.
Eine ausschliesslich Stoffschlüssige Verbindung hat gegenüber einer form- und stoffschlüssigen beziehungsweise einer rein formschlüssigen Verbindung den Vorteil, dass die Her- Stellung des Getriebes vereinfacht ist, dass an die einzelnen Komponenten und an die Montage geringere Anforderungen betreffend Masshaltigkeit gestellt werden, und dass das Getriebe kleiner und leichter ausgestaltet sein kann.
Weitere vorteilhafte Ausfuhrungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Deltaroboters ;
Figur 2 ein Detail des Deltaroboters gemäss Figur 1 mit einer erfindungsgemässen Motor/Getriebeeinheit;
Figur 3 eine Motor/Getriebeeinheit gemäss Figur 2 und
Figur 4 eine Explosionsdarstellung der Befestigung eines Arms an der Motor/Getriebeeinheit .
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Figur 1 ist ein Deltaroboter bekannter Art dargestellt, wie er beispielsweise in EP-A-0 '250 '470 und EP-A-1 ' 129 ' 829 beschrieben ist . Es wird deshalb nicht mehr im Detail auf seinen Aufbau und seine Steuerung eingegangen. Der Deltaro- boter, dessen Bewegungen nach dem Prinzip der Parallelkinematik ausgeführt werden, weist im wesentlichen ein Basis- element 1, mindestens drei Arme 2, ein Trägerelement 3 mit nicht dargestellten Greifmitteln, beispielsweise ein Sauger, und zu jedem Arm eine eigene Motor/Getriebeeinheit 5 auf. Vorzugsweise ist ferner eine bezüglich der Anordnung der Arme 2 zentrisch angeordnete teleskopartige vierte Achse 4 vorhanden. Speziell am Deltaroboter ist, dass die Arme 2 über die zugehörige Motor/Getriebeeinheit 5 gelenkig am Basiselement 1, hier plattenförmig ausgebildet, und über ein unteres Gelenk 24 am gemeinsamen Trägerelement 3, hier ebenfalls plattenförmig ausgebildet, angeordnet sind, wobei die zugehörigen Motor/Getriebeeinheiten 5 in einer gemeinsamen Ebene auf den Seiten eines imaginären Vielecks angeordnet sind. Vorzugsweise sind drei Arme 2 vorhanden, und das Vieleck ist als gleichseitiges Dreieck ausgebildet.
Wie in Figur 2 ersichtlich ist, weist jede Motor/Getriebeeinheit 5 einen Motor 50 und ein Getriebe 52 auf. Der Motor 50 ist über Motoranschlüsse 51 mit einer nicht dargestellten Steuerung verbunden. Der Motor kann ein Servomotor, ein Asynchronmotor, ein Drehstrommotor oder ein anderer, für den Einsatzbereich geeigneter Motor sein. Wie in der Figur 2 dargestellt, ist der Motor 50 koaxial mit dem Getriebe verbunden, um eine kompakte Bauweise zu erhalten. Die gemeinsame Achse liegt dabei auf einer Seite des oben erwähnten imaginären Vielecks . Mit dem Getriebe 52 ist über einen, in Figur 3 sichtbaren, getriebeseitigen An- schlussflansch 53 der zugehörige Arm 2 fest verbunden. Der Arm 2 besteht deshalb aus einem mit dem Getriebe 52 fest verbundenen Oberarm 21 und einem mit diesem über ein oberes Gelenk 22, beispielsweise ein Kardangelenk, gelenkig verbundenen Unterarm 23.
Der Oberarm 21 ist, wie in Figur 4 sichtbar ist, über einen armseitigen Anschlussflansch 20 mit dem getriebeseitigen Anschlussflansch 53 verschraubt. Die Befestigungsschrauben 25 sind vorzugsweise mit einer Abdeckkappe 26 zugedeckt, um eine Verschmutzung zu verhindern, beziehungsweise eine Reinigung zu erleichtern.
Das in dieser Anordnung verwendete Getriebe 52 weist Getriebestufen auf, welche bei der Montage zueinander ein- stellbar sind, um fertigungsbedingte Getriebetoleranzen auszugleichen. Vorzugsweise sind die Getriebestufen rotationssymmetrisch verspannt . Ferner ist es über den gesamten Bewegungsbereich praktisch spielfrei ausgebildet, indem einzelne Getriebekomponenten form- und/oder stoffschlüssig verbunden sind. Vorzugsweise weist mindestens eine dieser Getriebestufen an- und abtriebsseitige Drehachsen auf, welche koaxial verlaufen, wobei der Motor 50 ebenfalls bezüglich dieser Achse koaxial verläuft. Das Getriebe 52 kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist es ein Planetenzahnradgetriebe. Ausführungsformen mit kombinierten Stirnrad- und Planetengetrieben oder andere kombinatorischen Mehrstufengetriebe sind auch möglich. Im Falle des kombinierten Stirnrad- und Planetengetriebes ist wenigstens eine Getriebestufe vorhanden, deren antriebsseiti- ge Rotationsachse axial versetzt zu ihrer abtriebsseitigen Rotationsachse verläuft .
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das Getriebe ein Planetenzahnradgetriebe, wie es in DE-A-100' 58 ' 192 beschrieben und von der Firma Wittenstein unter der Typenbezeichnung TPM 025 vertrieben wird. Dieses Getriebe weist Mittel zum dauerhaften Spielausgleich für einen gewünschten spielfreien Lauf auf .
In einer anderen Ausfuhrungsform ist es ein Planetenzahnradgetriebe, wie es in GB-A-2 '213 ' 555 beschrieben ist. Das Getriebe ist als sogenanntes Harmonie Drive-Getriebe ausge- bildet, nämlich mit einer elliptischen Scheibe mit zentrischer Nabe und elliptisch verformbaren Kugellagern, einer elliptisch verformbaren Buchse mit Aussenverzahnung und einem starren zylindrischen Ring mit Innenverzahnung.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine Optimierung praktisch aller für den Deltaroboter wesentlichen Aspekte, insbesondere die erhöhte Steifigkeit, das direktere Regelverhalten, den geringeren Platzbedarf, die höhere Geschwindigkeit und die verbesserte Positioniergenauigkeit . Bezugszeichenliste
Basiselement Arm armseitiger Anschlussflansch Oberarm oberes Gelenk Unterarm unteres Gelenk Befestigungsschrauben Abdeckkappe Trägerelement Vierte Achse Motor/Getriebeeinheit Motor Motoranschlüsse Getriebe getriebeseitiger Anschlussflansch

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Bewegen und Positionieren eines Gegenstandes im Raum mit einem Basiselement (1) , mit mindes- tens drei am Basiselement (1) angeordneten Motor/Getriebeeinheiten (5) , mit mindestens drei Armen (2) , welche an einem ersten Ende je mit einer Motor/Getriebeeinheit (5) verbunden sind und welche an einem zweiten Ende gelenkig mit einem gemeinsamen Trag- element (3) verbunden sind, an welchem mindestens ein Greifmittel zum Greifen des Gegenstandes angeordnet ist, wobei die Motor/Getriebeeinheiten (5) in einer durch das Basiselement (1) definierten Ebene oder in einer parallel dazu verlaufenden Ebene so angeordnet sind, dass sie die Seiten eines imaginären Vielecks bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor/Getriebeeinheit (5) ein Getriebe (52) aufweist, dessen mindestens eine Getriebestufe verspannt ist, und dass das Getriebe (52) durch stoff- und/oder form- schlüssige Verbindung von Getriebekomponenten über den gesamten Bewegungsbereich des Getriebes (52) mindestens nahezu spielfrei ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau drei Arme (2) und genau drei Motor/Getriebeeinheiten (5) vorhanden sind und dass je eine Motor/Getriebeeinheit (5) auf je einer Seite eines imaginären Dreiecks angeordnet ist .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das imaginäre Dreieck gleichseitig ist .
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass eine teleskopartige vierte Achse (4) vorhanden ist, welche mit dem Trägerelement (3) verbunden ist .
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor/Getriebeeinheit (5) mindestens eine Getriebestufe aufweist, wobei mindestens eine dieser Getriebestufen, vorzugsweise alle, an- triebsseitige und abtriebsseitige Drehachsen aufweisen, welche koaxial verlaufen, und dass die Motor/Getriebeeinheit (5) einen Motor (50) aufweist, welcher koaxial mit dieser mindestens einen Getriebestufe verbunden ist .
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (52) ein Planetenzahnradgetriebe ist und dass das Planetenzahnradgetriebe zwischen einem Sonnenrad und einem Hohlrad kämmende, jeweils über einen Planetenradbolzen an einem Umlauf- träger fixierte, um den jeweiligen Planetenradbolzen drehbar gelagerte Planetenräder aufweist .
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (52) ein Planeten- Zahnradgetriebe ist und dass das Planetenzahnradgetriebe zwischen einem Sonnenrad und einem Hohlrad kämmende Planetenräder aufweist, wobei die Achsen der Planetenräder im Vergleich zur Achse des Sonnenrads versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (52) ein- oder mehrstufig ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (52) ein kombiniertes Stirnrad- Planetengetriebe ist, wobei mindestens eine Getriebe- stufe vorhanden ist, deren antriebsseitige Achse axial versetzt zu ihrer abtriebsseitigen Achse verläuft.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine verspannte Ge- triebestufe rotationssymmetrisch verspannt ist.
PCT/CH2003/000346 2002-06-13 2003-06-03 Parallelmanipulator mit spielelfreien gestrieben WO2003106114A1 (de)

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