DD218302A1

DD218302A1 - MECHANICAL DRIVE SYSTEM FOR GENERATING MULTI-DIMENSIONAL MOTION ACCESS TO MACHINES

Info

Publication number: DD218302A1
Application number: DD24948783A
Authority: DD
Inventors: Michael Jaeger
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-04-04
Filing date: 1983-04-04
Publication date: 1985-02-06

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. 2The invention relates to an arrangement for a mechanical drive system for generating multi-dimensional Bewegungsablaeufe on machines, with drive elements for the individual movements of objects to be moved, with traction means for transmitting the movements to the objects to be moved, with moving systems for performing the one- and multi-dimensional Bewegungsablaeufe and additional means for converting translational motions into rotational ones. This arrangement is particularly applicable to manipulators, robots and cranes. The object of the invention is to compensate occurring relative movements of the objects to be moved to each other in order to increase the positioning accuracy. This is achieved by arranging the drive elements for the individual movements of the objects to be moved separately from these objects at the location of the machine at which the influence of the drive system on the movement of the objects is minimal, corresponding to the movement transfer to the individual objects the associated degrees of freedom through the connection of the epicyclic gear is so arranged that unwanted relative movements of the objects to be moved are compensated for each other, and that the movement of the individual systems in the degrees of freedom assigned to them takes place so that the moving system on which arranged the object to be moved is, maintains its position, or is placed in a desired position. It is advantageous if the drive elements and traction means preferably consist of planetary gears with Seilzuegen. Fig. 2

Description

-ι- 249487-I- 249487

!Mechanisches Antriebssystem zur Erzeugung mehrdimensionaler Bewegungsabiäufe an Maschinen Anwendungsgebiet der ErfindungMechanical drive system for generating multi-dimensional motion sequences on machines Field of application of the invention

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 The invention relates to an arrangement for generating multi-dimensional movements, with .Antriebselementen, comprising motors and epicyclic gear for the individual movements of objects to be moved, with traction means for transmitting the movements according to the associated degrees of freedom on the guides arranged on bewegenden'Objekte, with moving systems comprising guides and carriages for performing the one- and multi-dimensional movement sequences and additional means for converting translational movements into rotational movements on the respective object to be moved. This arrangement is particularly applicable to manipulators, robots and cranes. _c

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.From DE-OS 2452345 and DE-OS 2717870 so-called handling machines for a workpiece and / or tool with several associated degrees of freedom are known to perform multi-dimensional movements. The movements of the handling machine are made so that the entire system (tower) standing on a pedestal moves around an axis and receives a hemispherical working area. For additional linear movements to be performed additional drive elements for linear movements additional drive elements are necessary, but must be moved by the tower. As a result, the starting torques of these drive elements have an unfavorable effect on the oscillation behavior (working and positioning accuracy). It is also known to arrange the drive elements together with the objects to be moved as a structural unit, thereby the support and guide elements must be more strongly dimensioned. The known arrangements adhere to a number of disadvantages. Be carried in multi-dimensional motion sequences in addition to the rotationally symmetric movements, one obtains an unfavorable vibration behavior, i. an inaccurate positioning. Form the drive elements and the objects to be moved a unit, a large mass transport in the individual movements is necessary, which requires a greater dimensioning of the support and guide elements.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile beseitigt, die Positioniergenauigkeit bei mehrdimensionalen Bewegungsabläufen erhöht und eine günstigere Arbeitsbereichausnutzung erreicht werden.The invention is intended to eliminate the stated disadvantages, to increase the positioning accuracy in the case of multidimensional movement sequences, and to achieve a more favorable utilization of working space.

Darlegung des Wesens der Erfindung /Presentation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to arrange the mechanical drive system for generating multidimensional movement starts on machines so that the inevitably occurring relative movements of the objects to be moved to each other, which occur in the movement of the individual systems in their associated degrees of freedom are compensated.

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.According to the invention, this object is achieved in that the drive elements for the individual movements of the objects to be moved are arranged separately from these objects at the location of the machine where the influence of the mechanical drive system on the movement of the objects is minimal that the motion transmission is arranged on the individual objects according to the associated degrees of freedom by the connection of the epicyclic gear with each other so that the unwanted relative movements of the objects to be moved to each other, which occur in the movement of the individual systems in their associated degrees of freedom, are compensated, and that the movement of the individual systems in the degrees of freedom associated with them takes place so that the moving system on which the object to be moved is arranged retains its position or is brought into a desired position. It is advantageous if the drive elements and the traction means for transmitting the movements preferably consist of planetary gears and cables, and that each individual cable between winds opposite winding direction is tight and the object to be moved is arranged according to the associated degrees of freedom on this rope. The ropes are held by deflection or guide rollers running parallel and at right angles. By means of the invention, it is possible to compensate for the relative movements which inevitably occur in the movement of the individual systems in the degrees of freedom assigned to them in order to achieve a more accurate positioning. Due to the arrangement of the individual drive elements stationary at a location of the machine separated from the arranged on guides to be moved objects mitzubewegende net mass of these objects is minimal.

Ausführungsheispiel: 'Execution example: '

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.The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawings. 1 shows an arrangement for carrying out multidimensional movement sequences, and FIG. 2 shows the arrangement according to the invention of a mechanical drive system for generating multi-dimensional movement sequences.

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.1 shows the multi-dimensional movement sequence corresponding to the given movement coordinates (degrees of freedom) in the directions 1, 2 and 3. The moving systems, comprising guides and slides for carrying out the one-dimensional and multi-dimensional movement sequences, are arranged on a foundation 4. A first guide system consisting of the guides 5 and 6 is arranged directly on the foundation 4. Perpendicular to the first guide system is a second guide system consisting of the guides 7 and 8 and arranged between the guides 7 and 8, a third guide system consisting of the guide 9. For the individual guides 5 to 9 are as Zugmittel'zur transmission of the movements according to the Seiizüge 10,11,12 provided assigned degrees of freedom. The cables 10,11 and 12 are always kept in parallel and at right angles by a respective deflection or guide roller 13für each guide 5 to 9 in its course. If this is not the case, different pitches occur corresponding to the angle functions during the motion transmission to the individual objects. On each carriage 16 which moves on the guides 5 to 9 is ever a connecting element 14 is provided for rope and guide, and the carriage 16 of the guide 9, the moving part 15, the z. B. may be a gripper.

-2- 249 487 3-2- 249 487 3

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.The drive system shown in Fig. 2 consists of the individual drive elements 17,18,19 e.g. Motors and the circulation wheel-driven 24, 25, 26,27 for the individual movements according to the movement coordinates 1,2 and 3 on the object to be moved 15. The entire transmission system 20 consists of the gear combination 21 for the movement in the direction of the coordinate 1, the gear combination 22 for movement in the direction of the coordinate 2 and the gear combination 23 for the movement in the direction of the coordinate 3. The motors 17,18 and 19 are arranged separately from the guides 5 to 9 stationary on the foundation 4. By this separation, the load of the entire movement system (Fig. 1) is reduced because the mitzubewegende mass of the individual moving objects, the guides 5 to 9 is lower, as well as the vibration excitation. The inevitably occurring relative movements of the individual moving carriage 16 of the guides 5 to 9 are compensated. The movements of the carriage 16 of the guides 5 to 9 are hierarchical in that the hierarchy begins with the movement 1. The entire transmission system 20 is composed of the individual gear combinations 21,22 and 23, preferably consisting of the planetary gears 24 and 25 for the movement 3, and the corresponding cables 10,11,12 for the motion transmission, with the winch 28 left winding and the winch 29 winding right. In each case, the movement of the next lower order of the movement coordinates 1,2 and 3 via the web shaft of the corresponding planetary gear 24-27 is introduced into this and the cables 10,11,12 with the winches 28 and 29 direct the movement of the corresponding carriage 16th An accurate positioning is achieved in that the part 15 for each direction of movement (forward and reverse) corresponding to the movement coordinates 1-3 is connected by the cable 12 with a respective winch 28 and 29 in that these winches have 28 and 29 opposite winding direction and a winch 28 takes as much rope as the other winch 29 gives off. The basic movement in the direction of the coordinate 1 takes place in that the cable winches 28 and 29 are driven by a drive shaft (motor) 16 via a shaft 30.

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.The movement in the direction of the coordinate is such that when z. B. only the coordinate 2 is required, the planetary gear 24 and 25 are stationary gear, d. H. which, web waves of the planetary gear 24 and 25 are. The motor 18 then drives a shaft 31 with the winch 28 and a shaft 32 with the winch 29 at. Due to the different winding directions of the rope winches 28 and 29, the rope pulls the part 15 into the corresponding position. If a simultaneous movement in the direction of the coordinates 1 and 2 is required, the cable movement occurring for the movement 2 must be compensated by the planetary gears 24 and 25 by the 24 connected to the drive shaft 30 of the movement 1 web shaft of the planetary gear 24 and 25 adds or be subtracted. The movement in the direction of the coordinate 3 takes place analogously by the shaft 31 has influence on the web shaft of the planetary gear 24 and the shaft 32 on the web shaft of the planetary gear 25 for the movement 3, the shaft 33 on the web shaft 26 and the shaft 34 on the web shaft 27th

Claims

-3- 249 487

Invention claims:

1. Mechanical drive system for generating multi-dimensional movements of machines,

With drive elements comprising motors and epicyclic gearing for the individual movements of objects to be moved,

- With traction means for transmitting the movements according to the associated degrees of freedom on the objects to be moved on guide rails, .. · '.

- with moving systems, comprising guides and carriages for performing the one- and multi-dimensional movements

And additional means for converting translational movements into rotational movements at the respective object to be moved,

characterized in that

The drive elements for the individual movements of the objects to be moved are arranged separately from these objects at the location of the machine at which the influence of the mechanical drive system on the movement of the objects is minimal,

- That the motion transmission to the individual objects according to the associated degrees of freedom by the compound of Umlaufrädergetriebe is arranged with each other so that undesirable relative movements of the objects to be moved to each other, which occur in the movement of the individual systems in the degrees of freedom associated with them, and that

- The movement of the individual systems in their associated degrees of freedom is such that the moving system on which the object to be moved is arranged, maintains its position, or is brought into a desired position.

2. Arrangement according to item 1, characterized in that the drive elements and traction means for transmitting the movements preferably consist of planetary gears and cables.

3. Arrangement according to item 2, characterized in that each individual cable is tensioned between winds of opposite winding direction and that object to be moved is arranged according to the associated degrees of freedom on this rope.

4. Arrangement according to item 2, characterized in that the cables run parallel and at right angles by deflection rollers.

5. Arrangement according to item 1, characterized in that the number of degrees of freedom of the object to be moved is not limited.

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