DE4431494A1 - Vorrichtung zur zweidimensionalen Rotation eines Objektes um zwei Achsen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß zur unabhängigen Rotation eines Objektes um zwei Achsen zwei voneinander unabhängige Stellantriebe notwendig sind, die in geeigneter Weise mit dem Objekt verbunden sein müssen.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu­ grunde, eine Verbindung zwischen den obengenannten Stellantrieben mit dem Objekt herzustellen, ohne dabei mechanische Winkelbegrenzungen bzw. -abhängigkeiten oder mechanisches Spiel zuzulassen.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkma­ le gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit minimalster Anzahl mechanischer Teile eine kompakte zweidimensiona­ le rotatorische Ansteuerung des Objektes erzielt wird, wobei die Stellan­ triebe keinen integralen Anteil der Vorrichtung bilden und in ihrer räumli­ chen Lage und Orientierung nicht verändert werden müssen; dadurch be­ sitzt die Vorrichtung eine geringe Masse.

Es ist weiterhin bekannt, daß beim Aufbau einer kinematischen Kette (z. B. ein Roboterarm) entweder die Stellantriebe teilweise einen integralen Be­ standteil bilden und/oder die Ansteuerung der Gelenke der kinematischen Kette mittels translatorischer Kräfteübertragung (z. B. Schub-/Zugstangen bzw. Bowdenzüge) erfolgt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 2 ange­ geben. Hier liegt das Problem zugrunde, kinematische Ketten mit geringer Masse und kleinen Abmessungen aufzubauen.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 2 aufgeführten Merkmale gelöst.

Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, daß auch bei Kaskadierung von Vorrichtungen nach Patentanspruch 1 alle Stellantriebe sich außerhalb der kinematischen Kette befinden. Dadurch werden einerseits lageabhängige Trägheitsmomente und Gravitationskräfte auf die kinematische Kette erheblich vermindert. Andererseits sind die mini­ malen Außenmaße der kinematischen Kette nur von den Abmessungen der obengenannten Vorrichtung abhängig und nicht von den Stellantrieben.

Ein Ausführungsbeispiel nach Patentanspruch 1 der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 3 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Bei der in der Zeichnung abgebildeten Vorrichtung handelt es sich um eine Ausführung zur Ablenkung von Licht. Zur punktförmigen Ablenkung des Lichtstrahls wurde ein Spiegel (4) verwendet, der an der Oberfläche reflek­ tiert (z. B. ein Metallspiegel). Die Oberfläche des Spiegels (4) befindet sich exakt auf der horizontalen Achse. Dadurch wird vermieden, daß sich der Reflexionspunkt bei Veränderung des vertikalen Winkels des Spiegels ver­ schiebt. Für die Plazierung der Lichtquelle, des Detektors bzw.- eines Ent­ fernungsmessers stehen zwei sinnvolle Positionen zur Verfügung:

• a) unterhalb der Vorrichtung, wobei der Lichtstrahl durch die innere Hohl­ welle (1) geht, oder
• b) oberhalb der Vorrichtung.

Alternative b) ist zu bevorzugen, wenn der Durchmesser des Lichtstrahls größer ist als der Innendurchmesser der inneren Hohlwelle (1).

Soll ausschließlich der horizontale Winkel des Spiegels verändert werden, so müssen sich beide Hohlwellen (1, 2) um den gleichen Betrag in die gleiche Richtung drehen.

Soll ausschließlich der vertikale Winkel des Spiegels verändert werden, so darf sich nur die innere Hohlwelle (1) drehen.

Sollen beide Winkel gleichzeitig verändert werden, so müssen sich die bei­ den Hohlwellen (1, 2) entsprechend drehen, wobei sich die Änderung des vertikalen Winkels aus der Phasenverschiebung zwischen den beiden Rota­ tionswinkeln der Hohlwellen ergibt.

In der abgebildeten Vorrichtung wurde ein Reibrad (3) zur Übertragung der Winkeldifferenz zwischen den beiden Hohlwellen (1, 2) verwendet. So konnte minimaler Aufwand an Bauteilen mit Spielfreiheit verbunden wer­ den.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist unterschiedlich einsetzbar:

• 1. Bei Einsatz eines optisch/quasioptisch arbeitenden Entfernungsmes­ sers ist mit dieser Vorrichtung sehr leicht ein zweidimensionaler Scanner aufzubauen.
• 2. Bei Einsatz eines optischen/quasioptischen Detektors kann eine Kamera mit einem fast kugelförmigen Blickwinkel aufgebaut werden.
• 3. Optische/quasioptische Strahlen können in einem fast kugelförmigen Ar­ beitsbereich abgelenkt werden.

Ein Anwendungsbeispiel nach Patentanspruch 2 der Erfindung ist in der Zeichnung 4 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Bei der in der Zeichnung 4 abgebildeten Vorrichtung handelt es sich um die erste Stufe einer zweistufigen kinematischen Kette mit vier Freiheitsgraden. Dabei befinden sich in Verlängerung der Hohlwellen (1 bis 4) die Stellan­ triebe. An den Hohlwellen (8 und 9) können Werkzeuge, wie z. B. ein Boh­ rer, Fräser oder eine weitere Vorrichtung nach Patentanspruch 1, montiert werden.

Die Hohlwellen (1 und 2) verhalten sich analog zu dem Ausführungsbeispiel nach Patentanspruch 1. Darüber hinaus sind weitere Hohlwellen (3 und 4) vorhanden, die über die Reibräder (5 und 6) mit den Hohlwellen (8 und 9) rotatorisch gekoppelt sind. Die Ansteuerung der Hohlwellen (8 und 9) er­ folgt über die Hohlwellen (3 und 4), die wiederum relativ zur Hohlwelle (2) angesteuert werden müssen, vergleichbar der Phasensteuerung im Aus­ führungsbeispiel nach Patentanspruch 1.

Claims (2)

1. Die Vorrichtung zur unabhängigen Rotation eines Objektes um zwei Ach­ sen ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationswinkel beider Achsen un­ abhängig voneinander, ohne Winkelbegrenzung und ohne mechanisches Spiel mittels Hohlwellen einstellbar ist.

2. Die im Patentanspruch 1 beschriebene Vorrichtung ist darüber hinaus da­ durch gekennzeichnet, daß sie kaskadierbar ist.