DD218302A1 - Mechanisches antriebssystem zur erzeugung mehrdimensionaler bewegungsablaeufe an maschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung fuer ein mechanisches Antriebssystem zur Erzeugung mehrdimensionaler Bewegungsablaeufe an Maschinen, mit Antriebselementen fuer die einzelnen Bewegungsablaeufe von zu bewegenden Objekten, mit Zugmitteln zur Uebertragung der Bewegungen auf die zu bewegenden Objekte, mit bewegten Systemen zur Durchfuehrung der ein- und mehrdimensionalen Bewegungsablaeufe und zusaetzlichen Mitteln zur Umwandlung von translatorischen Bewegungen in rotatorische. Diese Anordnung ist insbesondere fuer Manipulatoren, Roboter und Krananlagen anwendbar. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, auftretende Relativbewegungen der zu bewegenden Objekte zueinander zu kompensieren, um die Positioniergenauigkeit zu erhoehen. Das wird dadurch erreicht, dass die Antriebselemente fuer die einzelnen Bewegungsablaeufe der zu bewegenden Objekte getrennt von diesen Objekten an dem Ort der Maschine angeordnet sind, an dem der Einfluss des Antriebssystems auf die Bewegung der Objekte minimal ist, dass die Bewegungsuebertragung auf die einzelnen Objekte entsprechend den zugeordneten Freiheitsgraden durch die Verbindung der Umlaufraedergetriebe miteinander so geordnet ist, dass unerwuenschte Relativbewegungen der zu bewegenden Objekte zueinander ausgeglichen werden, und dass die Bewegung der einzelnen Systeme in den ihnen zugeordneten Freiheitsgraden so erfolgt, dass das bewegte System an welchem das zu bewegende Objekt angeordnet ist, seine Lage beibehaelt, oder in eine gewuenschte Position gebracht wird. Es ist vorteilhaft wenn die Antriebselemente und Zugmittel vorzugsweise aus Planetengetrieben mit Seilzuegen bestehen. Fig. 2

Description

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!Mechanisches Antriebssystem zur Erzeugung mehrdimensionaler Bewegungsabiäufe an Maschinen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung mehrdimensionaler Bewegungsabläufe, mit .Antriebselementen, umfassend Motoren und Umlaufrädergetriebe für die einzelnen Bewegungsabläufe von zu bewegenden Objekten, mit Zugmitteln zur Übertragung der Bewegungen entsprechend den zugeordneten Freiheitsgraden auf die auf Führungen angeordneten zu bewegenden'Objekte, mit bewegten Systemen, umfassend Führungen und Schlitten zur Durchführung der ein- und mehrdimensionalen Bewegungsabläufe und zusätzlichen Mittel zur Umwandlung von translatorischen Bewegungen in rotatorische Bewegungen am jeweiligen zu bewegenden Objekt. Diese Anordnung ist insbesondere für Manipulatoren, Roboter und Krananlagen anwendbar. _c

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der DE-OS 2452345 und der DE-OS 2717870 sind sogenannte Handhabungsautomaten für ein Werkstück und/oder Werkzeug mit mehreren zugeordneten Freiheitsgraden bekannt, die mehrdimensionale Bewegungsabläufe durchführen. Die Bewegungen des Handhabungsautomaten erfolgen so, daß das gesamte System (Turm) auf einen Sockel stehend sich um eine Achse bewegt und einen halbkugelförmigen Arbeitsbereich erhält. Für weitere durchzuführende lineare Bewegungen zusätzliche Antriebselemente für lineare Bewegungen sind zusätzliche Antriebselemente notwendig, die jedoch vom Turm mitbewegt werden müssen. Dadurch wirken sich die Anlaufmomente dieser Antriebselemente ungünstig auf das Schwingungsveihalten (Arbeits- und Positioniergenauigkeit) aus. Es ist auch bekannt, die Antriebselemente zusammen mit den zu bewegenden Objekten als eine Baueinheit anzuordnen, dadurch müssen die Stütz- und Führungselemente stärker dimensioniert werden. Den bekannten Anordnungen haften eine Reihe von Nachteilen an. Werden bei mehrdimensionalen Bewegungsabläufen neben den rotationssymmetrischen Bewegungen mitgeführt, erhält man ein ungünstiges Schwingungsverhalten, d.h. eine ungenaue Positionierung. Bilden die Antriebselemente und die zu bewegenden Objekte eine Einheit, ist ein großer Massetransport bei den einzelnen Bewegungen notwendig, was eine stärkere Dimensionierung der Stütz-und Führungselemente voraussetzt.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile beseitigt, die Positioniergenauigkeit bei mehrdimensionalen Bewegungsabläufen erhöht und eine günstigere Arbeitsbereichausnutzung erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung /

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das mechanische Antriebssystem zur Erzeugung mehrdimensionaler Bewegungsanläufe an Maschinen so anzuordnen, daß die zwangsläufig auftretenden Relativbewegungen die zu bewegenden Objekte zueinander, die bei der Bewegung der einzelnen Systeme in den ihnen zugeordneten Freiheitsgraden auftreten, ausgeglichen werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Antriebselemente für die einzelnen Bewegungsabläufe der zu bewegenden Objekte getrennt von diesen Objekten an dem Ort der Maschine angeordnet sind, an dem der Einfluß des mechanischen Antriebssystems auf die Bewegung der Objekte minimal ist, daß die Bewegungsübertragung auf die einzelnen Objekte entsprechend den zugeordneten Freiheitsgraden durch die Verbindung der Umlaufrädergetriebe miteinander so geordnet ist, daß die unerwünschten Relativbewegungen der zu bewegenden Objekte zueinander, die bei der Bewegung der einzelnen Systeme in den ihnen zugeordneten Freiheitsgraden auftreten, ausgeglichen werden, und daß die Bewegung der einzelnen Systeme in den ihnen zugeordneten Freiheitsgraden so erfolgt, daß das bewegte System, an welchem das zu bewegende Objekt angeordnet ist seine Lage beibehält, oder in eine gewünschte Position gebracht wird. Es ist vorteilhaft, wenn die Antriebselemente und die Zugmittel zur Übertragung der Bewegungen vorzugsweise aus Planetengetrieben und Seilzügen bestehen, und daß jeder einzelne Seilzug zwischen Winden entgegengesetzter Wickelrichtung fest gespannt ist und das zu bewegende Objekt entsprechend dem zugeordneten Freiheitsgraden an diesem Seil angeordnet ist. Die Seile werden durch Umlenk-oder Leitrollen parallel und rechtwinklig verlaufend gehalten. Durch die Erfindung ist es möglich, bel· mehrdimensionalen Bewegungsabläufen die bei der Bewegung der einzelnen Systeme in den ihnen zugeordneten Freiheitsgraden zwangsläufig auftretenden Relativbewegungen auszugleichen, um damit eine genauere Positionierung zu erreichen. Durch die Anordnung der einzelnen Antriebselemente stationär an einem Ort der Maschine getrennt von den auf Führungen angeordneten zu bewegenden Objekten wird die mitzubewegende Eigenmasse dieser Objekte minimal.

Ausführungsheispiel: '

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1: eine Anordnung zur Durchführung mehrdimensionaler Bewegungsabläufe und Fig. 2: die erfindungsgemäße Anordnung eines mechanischen Antriebssystems zur Erzeugung mehrdimensionaler Bewegungsabläufe.

Fig. 1 zeigt den mehrdimensionalen Bewegungsablauf entsprechend den vorgegebenen Bewegungskoordinaten (Freiheitsgraden) in die Richtungen 1,2 und 3. Auf einem Fundament 4 sind die bewegten Systeme, umfassend Führungen und Schlitten zur Durchführung der ein- und mehrdimensionalen Bewegungsabläufe angeordnet. Ein erstes Führungssystem bestehend aus den Führungen 5 und 6 ist direkt auf dem Fundament 4 angeordnet. Senkrecht zu dem ersten Führungssystem ist ein zweites Führungssystem bestehend aus den Führungen 7 und 8 angeordnet und zwischen den Führungen 7 und 8 ein drittes Führungssystem bestehend aus der Führung 9. Für die einzelnen Führungen 5 bis 9 sind als Zugmittel'zur Übertragung der Bewegungen entsprechend den zugeordneten Freiheitsgraden die Seiizüge 10,11,12 vorgesehen. Die Seilzüge 10,11 und 12 werden durch je eine Umlenk-oder Leitrolle 13für jede einzelne Führung 5 bis 9 in ihrem Verlauf stets parallel und rechtwinklig gehalten. Ist dies nicht der Fall, so treten entsprechend den Winkelfunktionen bei der Bewegungsübertragung auf die einzelnen Objekte zueinander unterschiedliche Seillängen auf. Auf jedem Schlitten 16 der sich auf den Führungen 5 bis 9 bewegt ist je ein Verbindungselement 14 für Seil und Führung vorgesehen, und am Schlitten 16 der Führung 9 das zu bewegende Teil 15, das z. B. ein Greifer sein kann.

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Das in Fig.2 dargestellte Antriebssystem besteht aus den einzelnen Antriebselementen 17,18,19 z.B. Motoren und den Umlauf rädergetrieben 24, 25, 26,27 für die einzelnen Bewegungsabläufe entsprechend den Bewegungskoordinaten 1,2 und 3 auf das zu bewegende Objekt 15. Das gesamte Getriebesystem 20 besteht dabei aus der Getriebekombination 21 für die Bewegung in Richtung der Koordinate 1, der Getriebekombination 22 für die Bewegung in Richtung der Koordinate 2 und der Getriebekombination 23 für die Bewegung in Richtung der Koordinate 3. Die Motoren 17,18 und 19 sind getrennt von den Führungen 5 bis 9 stationär an dem Fundament 4 angeordnet. Durch diese Trennung wird die Belastung des gesamten Bewegungssystems (Fig. 1) vermindert, da die mitzubewegende Masse der einzelnen bewegten Objekte, der Führungen 5 bis 9 geringer wird, sowie die Schwingungserregung. Die zwangsläufig auftretenden Relativbewegungen der einzelnen bewegten Schlitten 16 der Führungen 5 bis 9 werden ausgeglichen. Die Bewegungen des Schlitten 16 der Führungen 5 bis 9 erfolgen hierarchisch, indem die Hierarchie mit der Bewegung 1 beginnt. Das gesamte Getriebesystem 20 setzt sich zusammen aus den einzelnen Getriebekombinationen 21,22 und 23, die vorzugsweise aus den Planetengetrieben 24 und 25 für die Bewegung 3 bestehen, sowie den entsprechenden Seilzügen 10,11,12 für die Bewegungsübertragung, mit der Seilwinde 28 links wickelnd und der Seilwinde 29 rechts wickelnd. Dabei wird jeweils die Bewegung der nächst niedrigeren Ordnung der Bewegungskoordinaten 1,2 und 3 über die Stegwelle des entsprechenden Planetengetriebes 24-27 in dieses eingeleitet und die Seilzüge 10,11,12 mit den Seilwinden 28 und 29 leiten die Bewegung auf die entsprechenden Schlitten 16 der Führungen 5 bis 9 weiter bis zum Teil 15. Eine genaue Positionierung wird dadurch erreicht, daß das Teil 15 für jede Bewegungsrichtung (Vor- und Rücklauf) entsprechend den Bewegungskoordinaten 1-3 durch den Seilzug 12 mit je einer Seilwinde 28 und 29 verbunden ist, indem diese Seilwinden 28 und 29 entgegengesetzte Wickelrichtung haben und eine Seilwinde 28 genausoviel Seil aufnimmt wie die andere Seilwinde 29 abgibt. Die Grundbewegung in Richtung derKoordinate 1 erfolgt dadurch, daß die Seilwinden 28 und 29 über eine Welle 30 vom Antriebselement (Motor) 16 angetrieben werden.

Die Bewegung in Richtung der Koordinate erfolgt so, daß wenn z. B. nur die Koordinate 2 gefordert wird, die Planetengetriebe 24 und 25 Standgetriebe sind, d. h. die, Stegwellen der Planetengetriebe 24 und 25 stehen. Der Motor 18 treibt dann eine Welle 31 mit der Seilwinde 28 und eine Welle 32 mit der Seilwinde 29 an. Durch die unterschiedlichen Wickelrichtungen derSeilwinden 28 und 29 zieht das Seil das Teil 15 in die entsprechende Position. Wird eine gleichzeitige Bewegung in die Richtung der Koordinaten 1 und 2 gefordert, so muß die für die Bewegung 2 auftretende Seilbewegung von den Planetengetrieben 24 und 25 ausgeglichen werden, indem die mit der Antriebswelle 30 der Bewegung 1 mechanisch verbundene Stegwelle des Planetengetriebes 24 und 25 addiert bzw. substrahiert werden. Die Bewegung in Richtung der Koordinate 3 erfolgt analog, indem die Welle 31 auf die Stegwelle des Planetengetriebes 24 Einfluß hat und die Welle 32 auf die Stegwelle des Planetengetriebes 25 für die Bewegung 3 die Welle 33 auf die Stegwelle 26 und die Welle 34 auf die Stegwelle 27.

Claims (5)

1. -3- 249 487

   Erfindungsansprüche:

   1. Mechanisches Antriebssystem zur Erzeugung mehrdimensionaler Bewegungsabläufe an Maschinen,

   — mit Antriebselementen, umfassend Motoren und Umlaufrädergetriebe für die einzelnen Bewegungsäbläufe von zu bewegenden Objekten,

   — mit Zugmitteln zur Übertragung der Bewegungen entsprechend den zugeordneten Freiheitsgraden auf die auf Führungsschienen zu bewegenden Objekte, .. ·'.

   — mit bewegten Systemen, umfassend Führungen und Schlitten zur Durchführung der ein- und mehrdimensionalen Bewegungsabläufe

   — und zusätzlichen Mitteln zur Umwandlung von translatorischen Bewegungen in rotatorische Bewegungen am jeweiligen zu bewegenden Objekt, , ,

   gekennzeichnet dadurch, daß

   — die Antriebselemente für die einzelnen Bewegungsabläufe der zu bewegenden Objekte getrennt von diesen Objekten an dem Ort der Maschine angeordnet sind, an dem der Einfluß des mechanischen Antriebssystems auf die Bewegung der Objekte minimal ist,

   — daß die Bewegungsübertragung auf die einzelnen Objekte entsprechend den zugeordneten Freiheitsgraden durch die Verbindung der Umlaufrädergetriebe miteinander so geordnet ist, daß unerwünschte Relativbewegungen der zu bewegenden Objekte zueinander, die bei der Bewegung der einzelnen Systeme in den ihnen zugeordneten Freiheitsgraden auftreten ausgeglichen werden, und daß

   — die Bewegung der einzelnen Systeme in den ihnen zugeordneten Freiheitsgraden so erfolgt, daß das bewegte System an welchem das zu bewegende Objekt angeordnet ist, seine Lage beibehält, oder in eine gewünschte Position gebracht wird.
2. 2. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Antriebselemente und Zugmittel zur Übertragung der Bewegungen vorzugsweise aus Planetengetrieben und Seilzügen bestehen.
3. 3. Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß jeder einzelne Seilzug zwischen Winden entgegengesetzter Wickelrichtung fest gespannt ist und daß zu bewegende Objekt entsprechend den zugeordneten Freiheitsgraden an diesem Seil angeordnet ist.
4. 4. Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Seile durch Umlenkrollen parallel und rechtwinklig verlaufen.
5. 5. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl der Freiheitsgrade des zu bewegenden Objektes nicht beschränkt ist.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen . .