JP7565366B2

JP7565366B2 - コンパクトな６軸位置決めシステム

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Publication number: JP7565366B2
Application number: JP2022550769A
Authority: JP
Inventors: ザンデル，クリスティアン; グレス，ライナー; ルドルフ，クリスティアン
Original assignee: Physik Instrumente PI Se and Co KG
Current assignee: Physik Instrumente PI Se and Co KG
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2024-10-10
Anticipated expiration: 2041-02-24
Also published as: EP4110563B1; US12134185B2; CN115151391B; DE102020104731A1; EP4110563A1; US20230064477A1; JP2023514741A; WO2021170604A1; CN115151391A

Description

本発明は、ベースと、可動ユニットと、６つの可変長アクチュエータとを備える６軸位置決めシステムに関する。各アクチュエータの一端はベースに接続され、各アクチュエータの他端は可動ユニットに接続されている。６つのアクチュエータは、各々３つのアクチュエータを有する２つのグループに分けられる。第１のグループのアクチュエータは、第２のグループのアクチュエータによって囲まれた領域内のベース上に配置され、第１のグループのアクチュエータは、第２のグループのアクチュエータによって囲まれた領域内の可動ユニット上に配置される。第２のグループの３つのアクチュエータの各々の下端および上端は、それぞれの枢動締結システムによってベースおよび可動ユニットにそれぞれ接続される。第１のグループの３つのアクチュエータの各々の上端は、枢動締結システムによって可動ユニットに接続される。

このような６軸位置決めシステムはヘキサポッドとも呼ばれ、コンパクトな空間で６自由度の動きを提供する。可動ユニットは、通常、アクチュエータの上端に接続されたプラットフォーム（可動ユニット）から構成され、その上に、位置決めされる要素またはアタッチメントが配置される。６軸位置決めシステムは、様々なサイズで広範囲の用途に利用可能である。工業生産プロセスにおける部品として、ヘキサポッドは、サブマイクロメートル精度で高負荷を位置決めすることができる。産業用途では、複雑な運動プロファイルであっても便利に実行できるようにする絶対測定位置センサ、適切なソフトウェアおよび運動コントローラの組み合わせがある。アクチュエータの好ましい駆動装置は、ブレーキを備えたブラシレスＤＣモータである。そのような６軸位置決めシステムの作業空間は、アクチュエータの展開長さ（「伸縮式」）に大きく依存する。特に、この点での制限は、重負荷６軸位置決めシステムに生じ、同様に高荷重用途のために拡張された作業空間を有するコンパクトな６軸位置決めシステムを提供するための努力が進められている。

一般的な位置決めシステムは、中国特許出願公開第１０７１３４２０９号明細書に記載されている。この位置決めシステムは、高荷重に耐える位置決めシステムとして設計されており、ベースプレートと、負荷プラットフォームと、６つの外部アクチュエータと、中心に配置された３つの負荷分散装置とを含む。負荷分散装置は、その下端ベースプレートに間接的に接続された斜めに配置された油圧シリンダを備え、その上端に、ローラブロックが配置されたスライドが設けられている。一端に固定された一対のロープは、このプーリブロック上を案内され、他端で別のスライドに取り付けられている。両方のスライドは、斜めに配置されたスライドレールに沿って動く。下側スライド上には、支持アームの下端がヒンジ式に配置されており、支持アームの上端は、負荷プラットフォームに接続されている。油圧シリンダを後退または延長することによって、上側スライド、およびケーブルプルを介して下側スライドが、支持アームと共に動く。ケーブルプルのおかげで、縮小が可能である。

独国特許出願公開第１００６００３２号明細書は、微細位置決め作業のための６自由度の平行機構に関する。構造は、ベースプラットフォームと、可動プラットフォームと、その間に配置された３つの外部リンクおよび内部リンクとを含む。リンクはアクチュエータとして設計されている。特に独国特許出願公開第１００６００３２号明細書の図４から分かるように、外側リンクの下端は、内側リンクの下端によって囲まれた領域内に配置されている。内部リンクの上端は、共通の球状継手によって、プラットフォームの下方に離れて、中心で互いに接続されている。球状継手の内側部分は、プラットフォームに接続されている。この配置により、外側リンクは、内側リンクよりも直立した基本位置を有する。

中国特許出願公開第１０７５３８２３１号明細書は、下側プラットフォームと、上側プラットフォームと、６つの斜めに配置されたアクチュエータと、中心に配置された３つの支持柱とを備える多軸位置決め装置に関する。負荷は、支持柱によって主に吸収される。支持柱は、中国特許出願公開第１０７５３８２３１号明細書の図３により詳細に示されており、その上端に上側プラットフォームに接続されたヒンジ装置であるリニアガイドを備える。リニアベアリングは、加圧ばねによってベース上に支持される。６つのアクチュエータは、精密な制御を提供する。したがって、本発明の課題は、コンパクトな設計、特により平坦な設計のための前述のタイプの６軸位置決めシステムを提供することである。

この問題は、請求項１に記載の特徴を有する６軸位置決めシステムによって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明による６軸位置決めシステムでは、この点において、６つのアクチュエータは、各々が３つのアクチュエータを有する２つのグループに分割される。好ましくは、異なるグループのアクチュエータも異なるように構成される。第１のグループのアクチュエータは、第２のグループのアクチュエータによって囲まれた領域内のベース上に配置され、第１のグループのアクチュエータは、第２のグループのアクチュエータによって囲まれた領域内の可動ユニット上に配置される。第２のグループの３つのアクチュエータの各々の下端および上端は、それぞれの枢動締結システムによって、好ましくは少なくとも２つの枢動軸を用いて、ベースおよび可動ユニットにそれぞれ接続される。第１のグループの３つのアクチュエータの各々の上端は、好ましくは少なくとも２つの枢動軸を有する枢動締結システムによって、可動ユニットに接続される。第１のグループの３つのアクチュエータの各々の下端は、６軸位置決めシステムの調整動作中に、好ましくは少なくとも２つの枢動軸を用いて枢動することができる枢動締結システムによって、それぞれベースに接続される。さらに、作業空間が拡張された可動ユニットは、可動ユニットに取り付けられた第１のグループのアクチュエータの端部の周りを移動することができる。このようにして、第１のグループのこれら３つのアクチュエータを、第２のグループの３つのアクチュエータよりも短く構成することができ、必要に応じてより多くの持ち上げ力を提供することができる。したがって、第１のグループのアクチュエータと第２のグループのアクチュエータとの間の作業の一種の分割が可能であり、全体として、拡張された作業空間を有するよりコンパクトな、特により平坦な設計をもたらす。これは、両方のグループのアクチュエータが、可動ユニットの正確な調整および正確な位置決めに能動的に、かつ共同して関与することを意味する。対照的に、中国特許出願公開第１０７１３４２０９号明細書および中国特許出願公開第１０７５３８２３１号明細書の両方において、より正確に動作する６つの外部アクチュエータは、正確な調整および正確な位置決めを担当するが、内部負荷分散装置または支持柱は、純粋に負荷を支持する役割を果たす。したがって、本発明の好ましい変形例では、第１のグループの正確に３つのアクチュエータおよび第２のグループの正確に３つのアクチュエータも存在し、その精度は特に等しく良好である。

この場合、動作として、またアクチュエータとして、電気信号を機械的運動または物理量の変化に変換し、したがって制御または調整されたプロセスに能動的に介入する駆動ユニットを意味する。

好ましくは、可動ユニット上の第１のグループの３つのアクチュエータの枢動締結システムおよび／またはベース上の第１のグループの３つのアクチュエータの枢動締結システムは、各々互いに別々に構成することができ、すなわち、第１のグループの各アクチュエータは、他の枢動締結システムから離間して、可動ユニット上および／またはベース上に別個の枢動締結システムを有する。さらに、可動ユニット上の第２のグループの３つのアクチュエータの枢動締結システムおよび／またはベース上の第２のグループの３つのアクチュエータの枢動締結システムは、各々互いに別々に構成することができ、すなわち、第２のグループの各アクチュエータは、可動ユニット上および／またはベース上に、他の旋回マウントから離間した別個の枢動締結システムを有する。

第１のグループの３つのアクチュエータが可能な限り大きなストローク荷重を吸収できるようにするために、一実施形態によれば、それらは長さが可変であるように構成され、第１のグループの３つのアクチュエータが各々、鉛直またはベースが及ぶ平面に対する垂直に対して、最大±３０°、好ましくは最大±１５°の角度範囲で可動であるように配置されるように、ベースおよび可動ユニットに枢動可能に接続される。基本位置では、ベースおよび可動ユニットは、鉛直線に対する角度基準が生じるように、それぞれ一般に水平に配置される。しかしながら、原理的には、６軸位置決めシステムは、それ自体異なる角度位置をとることができ、すなわち、例えば、ベースを水平から傾斜させることができるため、鉛直に対する参照が有利である。ベースが及ぶ平面は、例えば、グループの３つのアクチュエータの継手の中心を含む平面によって与えられる。

好ましくは、第２のグループの３つのアクチュエータは、長さが可変であり得、第２のグループの３つのアクチュエータの各々が水平線に対して、またはベースが及ぶ平面に対する平行に対して、０°以上最大４５°、好ましくは０°以上最大３０°の角度範囲に配置されるようにベースおよび可動ユニットに枢動可能に接続され得る。したがって、第２のグループの３つのアクチュエータは、一般に、第１のグループの３つのアクチュエータよりもはるかに平坦に配置される。そのような構成では、第２のグループの３つのアクチュエータは、より高い位置決め経路を必要とする。これは、これらの３つのアクチュエータが第１のグループの３つのアクチュエータを越えて横方向に移動される場合にのみ可能である。

第１のグループの３つのアクチュエータは、特に、一実施形態によれば、それらが基本位置において同じ長さを有し、かつ、この基本位置において第１のグループの３つのアクチュエータの主軸が、鉛直またはベースが及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置される場合、主に耐荷重アクチュエータとして構成することができる。この基本位置では、第１のグループのこれら３つのアクチュエータは、ほぼ全体の負荷を単独で受けることができるが、第２のグループの３つのアクチュエータは、主に位置決めに使用される。アクチュエータの長さが対応して変化すると、比率は変化し、メインリフト荷重は依然として第１のグループの３つのアクチュエータによって運ばれる。

さらなる実施形態によれば、第２のグループの３つのアクチュエータは、長さが可変であり、基本位置を維持しながら、第１のグループの３つのアクチュエータの最小から最大ストローク位置までのストローク移動中に、第２のグループの３つのアクチュエータの各々が、水平またはベースが及ぶ平面に対する平行に対して０°以上１５°以下、好ましくは０°以上３０°以下の角度範囲で移動可能に配置されるように、ベースおよび可動ユニットに枢動可能に接続されることが提供される。したがって、その極限において、第２のグループの３つのアクチュエータは、最小ストローク位置では平坦または水平に、最大ストローク位置では鋭角に配置することができる。全体として、これは非常に平坦でコンパクトな設計をもたらす。

標準的な部品および同一の部品も使用することができるが、第１のグループの３つのアクチュエータと第２のグループの３つのアクチュエータとが異なるように構成されることが好ましい。好ましい実施形態によれば、第１のグループの３つのアクチュエータは、第２のグループの３つのアクチュエータよりも大きい負荷容量を有する重負荷アクチュエータとして設計される。好ましくは、第１のグループの３つのアクチュエータは、第２のグループのアクチュエータの負荷容量の少なくとも２倍を有する。特に偏心的に作用する負荷の場合、第１のグループのアクチュエータが第２のグループのアクチュエータの少なくとも５倍の負荷を運ぶことができれば有利である。

さらに、第１のグループの３つのアクチュエータは、ベースおよび可動ユニット上の第２のグループのアクチュエータによって境界付けられた領域内に配置されるため、これが特定の予測可能な方法で達成される場合が好ましく、したがって、必要に応じてより良好な負荷分散も得ることができる。一実施形態によれば、第１のグループの３つのアクチュエータの枢動締結システムの中心は、ベースおよび／または可動ユニット上の第１の円形線上にあり、第２のグループの３つのアクチュエータの枢動締結システムの中心は、可動ベースおよび／または可動ユニット上の対応する第２の円形線上にあり、第１の円形線は、ベースおよび／または可動ユニット上の対応する関連する第２の円形線内にあり、好ましくは、第１の円形線は、ベースおよび／または可動ユニット上の対応する関連する第２の円形線と同心に配置されることが提供される。ベース上の２つの円形線または可動ユニット上の２つの円形線のみが比較される。

これに関連して、第１の円形線によって境界付けられたベースおよび／または可動ユニット上の領域は、対応して関連付けられた第２の円形線によって境界付けられたベースおよび／または可動ユニット上の領域の少なくとも２倍小さく、好ましくは少なくとも３倍小さく、さらに好ましくは少なくとも４倍小さいことがさらに提供され得る。このようにして、第１のグループの３つのアクチュエータが６軸位置決めシステム上で可能な限りコンパクトかつ中心にグループ化され、中心に配置された３つのアクチュエータとさらに外側に配置されたアクチュエータの両方の対応する構成に十分な空間が利用可能であることが保証される。

アクチュエータの作業分布によれば、さらなる実施形態では、第２のグループの３つのアクチュエータの長さは、第１のグループのアクチュエータが中心位置にあるときに、第１のグループの３つのアクチュエータの長さの少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも２倍大きいことが提供される。

さらに、別の実施形態による６軸位置決めシステムは、可動ユニットが、第２のグループの３つのアクチュエータの、または第２のグループの３つのアクチュエータへの少なくとも１つの構成要素またはアタッチメントが、第１のグループの３つのアクチュエータの完全に後退した位置に挿入される凹部または窓を有するように構成されてもよい。可能な構成要素（例えば、ブラシレスＤＣモータまたはギアボックス）またはアタッチメントにもかかわらず、例えば、第２のグループのアクチュエータの完全に水平な配置がこの位置で可能であり、これは、障害になる構成要素が可動ユニットと衝突せず、凹部または窓に収容できるためである。これは、さらなるコンパクトさに大きく寄与する。

アクチュエータのグループ化は、他の配置形態を可能にする。好ましくは、ベース上および可動ユニット上の第１のグループの３つのアクチュエータの枢動締結システムの中心点の接続線は、それぞれ三角形につながり、ベース上および可動ユニット上の第２のグループの３つのアクチュエータの枢動締結システムの中心点の接続線は、それぞれ三角形につながり、ベース上および可動ユニット上の対応して関連付けられた三角形は、それらの角の同じ向きを有するか、または互いに４５°の最大角度だけ回転されることが提供される。ベース上の２つの三角形または可動ユニット上の２つの三角形のみが比較される。

アクチュエータのグループ化はまた、ベースおよび／または可動ユニットの異なる構成を可能にする。有利な実施形態によれば、ベースおよび／または可動ユニットは、好ましくは丸みを帯びた角を有する三角形形状を有してもよく、または有しなくてもよい。これらの要素は、必要な寸法のみをとる。

特に、標準的な構成要素を利用する実施形態は、有利には、第１のグループの３つのアクチュエータの完全な後退位置において、第２のグループの３つのアクチュエータの主軸の各々が、それぞれの関連付けられつながる三角形の隣接する側縁部および／またはベースおよび／もしくは可動ユニットの三角形形状の隣接する側縁部に対して最大±１５°、好ましくは平行に傾斜するように構成される。特に、第２のグループの３つのアクチュエータが平行に配置される場合、ベースおよび可動ユニットの三角形形状は、同じように整列され、最良の場合には一致して互いに平行に整列される。

別の実施形態では、有利には、第１および第２のグループの３つのアクチュエータの完全な後退位置において、第２のグループの３つのアクチュエータの主軸は各々、関連付けられつながる三角形の隣接する側縁部および／またはベースおよび／もしくは可動ユニットの三角形形状の隣接する側縁部に対して１５°から４５°、好ましくは約３０°の範囲で傾斜して配置されることが提供される。これは、第２のグループの３つのアクチュエータの調整効果が増大し、また、第１のグループの３つのアクチュエータの配置のためにより多くのスペースが達成されるという事実につながる。これにより、特別に構成されたアクチュエータのための空間が与えられる。好ましい実施形態では、３０°の角度を使用して、ベースおよび可動ユニットの三角形形状は、それに対応して互いに対して３０°回転し得る。この場合、第２のグループのアクチュエータのための取り付け点を、対応してさらに外側に、特に関連する三角形形状の角に移動させることが可能である。

第１および／または第２のグループのためにこの場合に使用されるアクチュエータは、可動調整装置（例えば、調整ピストン）を伸縮可能に伸縮させることができる受け取り装置を有する駆動ユニットであり、受け取り装置はベースに取り付けられ、可動調整装置は可動ユニットに取り付けられ、または受け取り装置は可動ユニットに取り付けられ、可動調整装置はベースに取り付けられる。実際の制御されたまたは調整された駆動ユニットは、好ましくは、受け取り装置内および／または受け取り装置上に配置される。

以下、図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。以下を示す。

本発明による６軸位置決めシステムの第１の実施形態の斜視図である。図１に示す６軸位置決めシステムの上面図であり、明確にするために可動ユニットは省略されている。本発明による６軸位置決めシステムの第２の実施形態の斜視図である。図３の６軸位置決めシステムの上面図である。

図１および図２に示す６軸位置決めシステム１の第１の実施形態は、三角形プラットフォームの形態のベース２と、やはり三角形プラットフォームの形態の可動ユニット３と、それらの間に配置されたアクチュエータとを有し、これらはより詳細に説明される。ベース２および可動ユニット３の各々は、実質的に均一な厚さの、鋼など、好ましくは金属のプレートによって形成される。ベース２と可動ユニット３との間に配置されたアクチュエータは、アクチュエータ５．１、５．２および５．３を含む第１のグループ４と、アクチュエータ７．１、７．２および７．３を含む第２のグループ６とにグループ化される。アクチュエータ５．１、５．２および５．３は、アクチュエータ７．１、７．２および７．３とは機能および構成が異なり、それぞれのグループ４または６のアクチュエータは同じ構成を有する。第１のグループ４のアクチュエータ５．１、５．２および５．３は、それらの下端８がベース２上にあり、それらの上端９が可動ユニット３上にある状態で枢動可能に配置される。枢動可能な構成は、２つの軸を中心とした枢動運動が可能であるように、自在継手（カルダン継手）の形態である。よりコンパクトな配置のために、ベース２は、自在継手の軸が窓凹部１０内に取り付けられるように、アクチュエータ５．１、５．２および５．３の各々の下端８を取り付けるための窓凹部１０を有する。同様に、可動ユニット３には、アクチュエータ５．１、５．２および５．３の上端９を枢動可能に配置するための３つの窓凹部１１が設けられている。ここでも、対応する自在継手の軸が窓凹部１１内に固定されている。

アクチュエータ７．１、７．２および７．３の下端は、ベース２上に配置されたそれぞれの軸受ブロック１３上に枢動可能に配置されている。枢動可能な構成では、２つの軸を中心に枢動するために自在継手が再び使用される。同様に、アクチュエータ７．１、７．２および７．３の上端１４は、可動ユニット３に取り付けられた軸受ブロック１５によって配置される。また、上端１４において、枢動配置は、２つの軸を中心に枢動するための自在継手によって作られる。

選択された配置により、第１のグループ４のアクチュエータ５．１、５．２および５．３は、第２のグループ６のアクチュエータ７．１、７．２および７．３よりも直立して配置される。このような配置には、窓凹部１０および１１ならびに２つの軸受ブロック１３および１５も有用である。窓凹部１０および１１の各々は、それぞれ対応する軸受ブロック１３または１５と比較して、ベース２または可動ユニット３のさらに内側に位置する。これにより、第１のグループ４のアクチュエータ５．１、５．２、５．３は、ベース２または可動ユニット３上の第２のグループ６のアクチュエータ７．１、７．２、７．３によって囲まれた領域内に配置される。また、可動ユニット３を介して上方から負荷がかかるため、アクチュエータ５．１，５．２，５．３によって主負荷を吸収することも可能である。したがって、これらは、第２のグループ６の３つのアクチュエータ７．１、７．２、７．３よりもはるかに高い負荷容量を有する、高荷重に耐えるアクチュエータとして構成される。６つのアクチュエータはすべて長さ調整可能（伸縮式）であり、ブラシレスＤＣモータによって駆動される。制御は、コネクタプラットフォーム１６およびコネクタ１７によって実行される。このようにして、電流および電圧供給が提供される。センサ（変位センサなど）は、図面に示されていない。しかしながら、６軸位置決めシステムの基本的な動作および制御はそれ自体既知であり、そのためここでは詳細に説明されない。いずれの場合も、可動ユニット３は、ベース２に対して上昇、下降、またはシフトすることができ、３つの空間軸すべての周りで傾斜することができる。アクチュエータ５．１、５．２、５．３および７．１、７．２および７．３の調整可能性、ならびにそれらの配置は、可能な作業空間を決定する。使用される駆動技術により、重負荷の本領域においてさえ、非常に正確な制御および位置決めが可能である。

図１および図２では、６軸位置決めシステムは、ベース２と可動ユニット３とが互いに平行に整列される基本位置に示されており、すなわち、第１のグループ４のアクチュエータ５．１、５．２および５．３は同じ長さを有し、第２のグループ６のアクチュエータ７．１、７．２および７．３は同じ長さを有する。さらに、アクチュエータ５．１、５．２および５．３はそれらの中心位置にあり、これがアクチュエータ７．１、７．２および７．３もそれらの中心位置をとる理由である。この基本位置では、アクチュエータ５．１、５．２および５．３は、それらの主軸Ａ_ｉと正確に鉛直に整列され、すなわち、それらはベース２が及ぶ平面に対して垂直である。この位置では、アクチュエータ７．１、７．２および７．３は、水平またはベース２が及ぶ平面に対する平行Ｐに対して、約２０°の角度αを有する。

図１および図２に示す実施形態の利点は、既知のアクチュエータをここで使用することができ、工事が必要とされないことである。それにもかかわらず、これは、６軸位置決めシステムの非常にコンパクトで平坦な設計をもたらす。

図２から、可動ユニット３におけるアクチュエータ５．１，５．２，５．３の接続中心（自在継手の交点）が、円形線１８上に配置されていることが分かる。ベース２上の下端８における接続中心の配置についても同様である。アクチュエータ７．１，７．２，７．３の接続中心（例えば、自在継手の交差点）は、円形線１９において可動ユニット３上に位置している。同様に、下端１２の接続点も、円形線１９上に位置している。ベース２に属する円形線１８，１９と可動ユニット３に属する円形線１８，１９とは互いに対して同心円状に配置されている。円形線１８で囲まれた領域は、円形線１９で囲まれた領域よりも実質的に小さい（少なくとも２倍小さい、好ましくは３倍小さい、さらに好ましくは少なくとも４倍小さい）。これは、とりわけ、アクチュエータ５．１、５．２および５．３の小さなストロークであっても比較的大きな枢動が起こり得ることを保証するコンパクトなグループ化をもたらす。それにもかかわらず、アクチュエータ５．１、５．２、５．３および７．１、７．２、７．３の相互作用において正確な位置決めが可能である。

図１および図２に示すアクチュエータ５．１、５．２および５．３の中心位置では、第２のグループ６のアクチュエータ７．１、７．２および７．３は、第１のグループ４のアクチュエータよりもかなり長い（少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも２倍大きい）。したがって、第２のグループ６のアクチュエータ７．１、７．２および７．３の最大調整経路は、第１のグループ４のアクチュエータ５．１、５．２および５．３の最大調整経路よりも実質的に大きい（少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも２倍大きい）。

さらに、図２から、第１のグループ４の３つのアクチュエータ５．１、５．２および５．３の枢動締結システムの中心の各々が、ベース２上および可動ユニット３上の三角形２０につながることが分かる。ベース２上および可動ユニット３上の第２のグループ６の３つのアクチュエータ７．１、７．２および７．３の枢動締結システムの中心の接続線もまた、三角形２１につながる。示されている基本位置では、三角形２０および２１は同じ向きを有し、これは付随してベース２および可動ユニット３の三角形形状の向きにも対応する。したがって、第２のグループ６の３つのアクチュエータ７．１、７．２および７．３の主軸Ａ_Ａは各々、基本位置において、これらのつながる三角形２０、２１の側縁、またはベース２および可動ユニット３の三角形形状に平行に延びる。

以下では、先行する実施形態の動作モードおよび動作をより詳細に説明する。
アクチュエータ５．１、５．２および５．３ならびに７．１、７．２および７．３の駆動の目標制御は、ベース２に対する可動ユニット３の目標位置決めをもたらす。所与の作業空間内の所望の６軸位置決めが可能である。主負荷は、昇降時に第１のグループ４のアクチュエータ５．１，５．２，５．３によって担われる。したがって、これらは相当な負荷を移動させることができるように、対応する重負荷アクチュエータとして構成される。第１のグループ４のアクチュエータ５．１、５．２および５．３は、鉛直またはベース２が及ぶ平面に対する垂直に対して限定された角度範囲だけ枢動する（最大±３０°、好ましくは最大±１５°）。アクチュエータ７．１、７．２および７．３はまた、水平線またはベース２が及ぶ平面に対する平行線Ｐに対して限られた角度範囲（約２０°から最大４５°、好ましくは約２０°から最大３０°）だけ枢動するように適合されている。

例えば、第２のグループ６のアクチュエータ７．１、７．２および７．３を短くするかまたは伸縮させ、それに対応して第１のグループ４のアクチュエータ５．１、５．２および５．３を枢動させて長くすることによって、可動ユニット３を、必ずしも距離を変えることなく、ベース２に対して回転させることができる。全体として、アクチュエータ７．１、７．２および７．３の必要経路は、アクチュエータ５．１、５．２および５．３の経路よりも大きい。

概して、結果は、コンパクトで、特に平坦で、重負荷を運ぶことができる６軸位置決めシステムである。これは、アクチュエータの２つのグループの機能をそれに応じてグループ化および分割することによって達成される。

図３および図４を参照して、本発明による６軸位置決めシステム１の第２の実施形態をより詳細に説明する。以下では、前の実施形態との主な違いのみを説明する。したがって、同様の構成要素について同じ参照番号を使用して、補足として上記の説明を参照し、本質的な違いのみに集中する。

図３および図４に示す６軸位置決めシステム１は、ここでも、特別に適合されたアクチュエータを使用して特別に構成されている。アクチュエータ５．１、５．２および５．３は、後退位置においてさらにコンパクトであり、すなわち、長さがより短く、アクチュエータ７．１、７．２および７．３は、それらの主軸Ａ_Ａがアクチュエータ５．１、５．２および５．３の完全な後退位置においてベース２が及ぶ平面に対して水平または平行になるように配置することができる（特に図３を参照されたい）。これにより、６軸位置決めシステム１のさらにコンパクトな、特により平坦な構成が得られる。

別の重要な違いは、アクチュエータグループ４および６の互いに対する位置決め、すなわちグループ化である。図４から、まず、三角形のベース２と三角形の可動ユニット３とが基本位置において互いに対して３０°回転して配置されていることが分かる。この目的のために、軸受ブロック１３および１５ならびに対応するアクチュエータ７．１、７．２および７．３は、ベース２上にある角度で、また基本位置において可動ユニット３に対してある角度で配置される。すなわち、第１および第２のグループ４および６の３つのアクチュエータ５．１、５．２および５．３の完全な後退位置では、第２のグループ６の３つのアクチュエータ７．１、７．２および７．３の主軸Ａ_Ａは、対応するつながる三角形２１の側縁および／またはベース２および可動ユニット３の三角形形状の側縁に対してそれぞれ約３０°に配置される。これはまた、アクチュエータ７．１、７．２および７．３の主軸Ａ_Ａが、示されている基本位置（図４）において三角形２０の側縁に平行であることを意味する。したがって、ベース２および可動ユニット３上の窓凹部１０および１１または取り付け点も、ベース２または可動ユニット３のそれぞれの三角形形状に対して３０°回転して対応して配置される。対応する軸受ブロック１３および１５もまた、結果としてより安定にすることができ、逆Ｕ字形を有することができる。

アクチュエータ７．１、７．２および７．３は、アタッチメント２２を有する。これは、例えば、アクチュエータ７．１、７．２および７．３の中心により近く移動されるブラシレスＤＣモータとすることができる。このアタッチメント２２は、可動ユニット３の方向に突出している。図３に示すアクチュエータ７．１、７．２、７．３の敷設された平坦な位置では、各々が可動ユニット３と衝突する。したがって、可動ユニット３は、これらの領域の各々に、アタッチメント２２が収容される凹部２３を有する。凹部２３は、アタッチメント２２と可動ユニット３との衝突を引き起こすことなく、可動ユニット３の適切な動き（すなわちベース２に対する回転を含む）を可能にするのに十分な大きさになるように選択される。

アクチュエータ７．１、７．２および７．３はまた、図３および図４に示す基本位置においてそれらの中心位置にある。この基本位置から開始して、これらは、水平線またはベース２が及ぶ平面に対する平行線Ｐに対して鋭角α（０°以上最大４５°、好ましくは０°以上最大３０°）の角度範囲で枢動することができる。

アクチュエータグループ４および６のグループ化および特殊化により、高負荷６軸位置決めシステムの前記平坦で非常にコンパクトな構成が得られる。このようにして、適切な寸法の６軸位置決めシステムを用いて最大２ｔ以上の荷重を移動させ、提供される作業空間内に正確に位置決めすることができる。

明確にするために、図３および図４はコネクタプラットフォーム１６およびコネクタ１７を示していないことにも留意されたい。最初に述べた実施形態によれば、図示の６軸位置決めシステム１は、６つのアクチュエータの相互作用によって作動および制御される。

参照符号のリスト
１６軸位置決めシステム
２ベース
３可動ユニット
４第１のグループ
５．１，５．２，５．３アクチュエータ
６第２のグループ
７．１，７．２，７．３アクチュエータ
８下端
９上端
１０窓凹部
１１窓凹部
１２下端
１３軸受ブロック
１４上端
１５軸受ブロック
１６コネクタプラットフォーム
１７コネクタ
１８円形線
１９円形線
２０三角形
２１三角形
２２アタッチメント
２３凹部
α 角度
Ａ_Ａ主軸７．１、７．２、７．３
Ａ_ｉ主軸５．１、５．２、５．３
Ｐ平行線

Claims

ベース（２）と、可動ユニット（３）と、６つの可変長アクチュエータ（５．１、５．２、５．３；７．１、７．２、７．３）とを備え、各アクチュエータの一端（８、１２）が前記ベース（２）に接続され、各アクチュエータの他端（９、１４）が前記可動ユニット（３）に接続され、前記６つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３；７．１、７．２、７．３）は、各々が３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３；７．１、７．２、７．３）を有する２つのグループ（４、６）に分割され、前記第１のグループ（４）の前記アクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、前記第２のグループ（６）の前記アクチュエータ（７．１、７．２、７．３）によって囲まれた領域内で前記ベース（２）上に配置され、前記第１のグループ（４）の前記アクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、前記第２のグループ（６）の前記アクチュエータ（７．１、７．２、７．３）によって囲まれた領域内で前記可動ユニット（３）上に配置され、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の各々の下端および上端は、それぞれの枢動締結システムによって前記ベース（２）および前記可動ユニット（３）にそれぞれ接続され、前記第１のグループの前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の各々の前記上端は、枢動締結システムによって前記可動ユニット（３）に接続され、前記第１のグループの前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の各々の前記下端は、６軸位置決めシステム（１）の調整動作中に枢動することができる枢動締結システムによって前記ベース（２）に接続され、
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、長さが可変であり、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の各々が、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して最大±３０°の角度範囲で移動可能に配置されるように、前記ベース（２）および前記可動ユニット（３）に枢動可能に接続され、
前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２および７．３）は、長さが可変であり、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２および７．３）の各々が、水平または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する平行（Ｐ）に対して０°以上最大４５°の角度範囲で移動可能に配置されるように、前記ベース（２）および前記可動ユニット（３）に枢動可能に接続される、６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、長さが可変であり、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の各々が、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して最大±１５°の角度範囲で移動可能に配置されるように、前記ベース（２）および前記可動ユニット（３）に枢動可能に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２および７．３）は、長さが可変であり、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２および７．３）の各々が、水平または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する平行（Ｐ）に対して０°以上最大３０°の角度範囲で移動可能に配置されるように、前記ベース（２）および前記可動ユニット（３）に枢動可能に接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、基本位置において同じ長さを有し、この基本位置において、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の主軸（Ａｉ）は、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２および７．３）は、長さが可変であり、前記基本位置を維持しながら、前記第１のグループの前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の最小から最大ストローク位置までのストローク移動中に、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２および７．３）の各々が、水平または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する平行（Ｐ）に対して０°以上３０°以下の角度範囲で移動可能に配置されるように、前記ベース（２）および前記可動ユニット（３）に枢動可能に接続されることを特徴とする、請求項４に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２および７．３）は、長さが可変であり、前記基本位置を維持しながら、前記第１のグループの前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の最小から最大ストローク位置までのストローク移動中に、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２および７．３）の各々が、水平または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する平行（Ｐ）に対して０°以上１５°以下の角度範囲で移動可能に配置されるように、前記ベース（２）および前記可動ユニット（３）に枢動可能に接続されることを特徴とする、請求項４に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）が、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）よりも高い負荷容量を有する重負荷アクチュエータとして構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の前記枢動締結システムの中心は、前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の第１の円形線（１８）上にあり、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の前記枢動締結システムの中心は、前記ベース（２）および／または可動ユニット（３）上の対応する第２の円形線（１９）上にあり、前記第１の円形線（１８）は、前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の対応する関連する前記第２の円形線（１９）内にあることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の前記枢動締結システムの中心は、前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の第１の円形線（１８）上にあり、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の前記枢動締結システムの中心は、前記ベース（２）および／または可動ユニット（３）上の対応する第２の円形線（１９）上にあり、前記第１の円形線（１８）は、前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の対応する関連する前記第２の円形線（１９）内にあり、前記第１の円形線（１８）は、前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の対応する関連する前記第２の円形線（１９）と同心に配置されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１の円形線（１８）によって境界付けられた前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の領域の少なくとも２倍の面積は、対応して関連付けられた前記第２の円形線（１９）によって境界付けられた前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の領域の面積より小さいことを特徴とする、請求項８または９に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１の円形線（１８）によって境界付けられた前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の領域の少なくとも３倍の面積は、対応して関連付けられた前記第２の円形線（１９）によって境界付けられた前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の領域の面積より小さいことを特徴とする、請求項８または９に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１の円形線（１８）によって境界付けられた前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の領域の少なくとも４倍の面積は、対応して関連付けられた前記第２の円形線（１９）によって境界付けられた前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）上の領域の面積より小さいことを特徴とする、請求項８または９に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、基本位置において同じ長さを有し、前記基本位置において、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の主軸（Ａｉ）は、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置され、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は前記基本位置にあるときに、前記第２のグループ（６）のアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の長さが、前記第１のグループ（４）のアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の長さよりも少なくとも１．５倍大きいことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、基本位置において同じ長さを有し、前記基本位置において、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の主軸（Ａｉ）は、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置され、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は前記基本位置にあるときに、前記第２のグループ（６）のアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の長さが、前記第１のグループ（４）のアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の長さよりも少なくとも２倍大きいことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、基本位置において同じ長さを有し、前記基本位置において、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の主軸（Ａｉ）は、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置され、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は前記基本位置にあるときに、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の、または前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）への少なくとも１つの構成要素またはアタッチメントが挿入される凹部（２３）または窓を有することを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第２のグループ（６）のアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の最大調整経路が、前記第１のグループ（４）のアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の最大調整経路よりも少なくとも１．５倍大きいことを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第２のグループ（６）のアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の最大調整経路が、前記第１のグループ（４）のアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の最大調整経路よりも少なくとも２倍大きいことを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の前記枢動締結システムの中心の接続線の各々が、前記ベース（２）上および前記可動ユニット（３）上に三角形（２０）を形成し、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の前記枢動締結システムの中心の接続線の各々が、前記ベース（２）上および前記可動ユニット（３）上に三角形（２１）を形成し、前記ベース（２）上および前記可動ユニット（３）上の対応して関連付けられる三角形（２０、２１）は、それらの角の同一の向きを有するか、または互いに対して４５°の最大角度だけ回転されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の前記枢動締結システムの中心の接続線の各々が、前記ベース（２）上および前記可動ユニット（３）上に三角形（２０）を形成し、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の前記枢動締結システムの中心の接続線の各々が、前記ベース（２）上および前記可動ユニット（３）上に三角形（２１）を形成し、前記ベース（２）上および前記可動ユニット（３）上の対応して関連付けられる三角形（２０、２１）は、それらの角の同一の向きを有するか、または互いに対して３０°の最大角度だけ回転されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）が、角を有する三角形形状を有することを特徴とする、請求項１から１９のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）が、丸みを帯びた角を有する三角形形状を有することを特徴とする、請求項１から１９のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、基本位置において同じ長さを有し、前記基本位置において、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の主軸（Ａｉ）は、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置され、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は前記基本位置にあるときに、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の主軸（Ａ_Ａ）の各々は、前記それぞれ関連付けられつながる三角形（２１）の隣接する側縁ならびに／または前記ベース（２）および／もしくは前記可動ユニット（３）の前記三角形形状の隣接する側縁に対して、最大±１５°の角度βを有して傾斜していることを特徴とする、請求項１８から２１のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、基本位置において同じ長さを有し、前記基本位置において、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の主軸（Ａｉ）は、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置され、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は前記基本位置にあるときに、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の主軸（Ａ_Ａ）の各々は、前記それぞれ関連付けられつながる三角形（２１）の隣接する側縁ならびに／または前記ベース（２）および／もしくは前記可動ユニット（３）の前記三角形形状の隣接する側縁に対して平行であることを特徴とする、請求項１８から２１のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、基本位置において同じ長さを有し、前記基本位置において、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の主軸（Ａｉ）は、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置され、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は前記基本位置にあるときに、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の主軸（Ａ_Ａ）の各々は、前記対応するつながる三角形（２１）の隣接する側縁および／または前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）の前記三角形形状の隣接する側縁に対して、１５°から４５°の範囲の角度βを有して傾斜して配置されることを特徴とする、請求項１８から２１のいずれか１項に記載の６軸位置決めシステム（１）。
前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は、基本位置において同じ長さを有し、前記基本位置において、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）の主軸（Ａｉ）は、鉛直または前記ベース（２）が及ぶ平面に対する垂直に対して平行に配置され、前記第１のグループ（４）の前記３つのアクチュエータ（５．１、５．２、５．３）は前記基本位置にあるときに、前記第２のグループ（６）の前記３つのアクチュエータ（７．１、７．２、７．３）の主軸（Ａ_Ａ）の各々は、前記対応するつながる三角形（２１）の隣接する側縁および／または前記ベース（２）および／または前記可動ユニット（３）の前記三角形形状の隣接する側縁に対して、３０°の角度βを有して傾斜して配置されることを特徴とする、請求項１８から２１に記載の６軸位置決めシステム（１）。