DE10329474A1 - Epicyclic gearbox - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Objektes mit mindestens zwei Drehpositionierern und einem Objekteingriffsmittel daran zum Eingriff mit dem zu positionierenden Objekt. Hierbei ist vorgesehen, dass die Drehachse eines Drehpositionierers vom Objekteingriffsmittel daran und der Drehachse des weiteren Drehpositionierers versetzt ist.The invention relates to a positioning device for positioning an object with at least two rotary positioners and an object engaging means thereon for engagement with the object to be positioned. It is provided that the axis of rotation of a rotary positioner is offset from the object engaging means thereto and the axis of rotation of the further rotary positioner.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befasst sich somit mit der Positionierung von Objekten insbesondere im dreidimensionalen Raum.The The present invention relates to the term claimed above and thus deals with the positioning of objects in particular in three-dimensional space.
Zur Positionierung von Objekten wie Werkzeugen werden häufig Positioniervorrichtungen verwendet, um eine sichere, präzise und/oder nachvollziehbare Führung des Objektes zu gewährleisten. Es treten dabei unterschiedliche Positionieraufgaben auf; so ist häufig eine Positionierung auf einer Fläche erforderlich und/oder das Erreichen einer bestimmten Ausrichtung eines Objektes im Raum.to Positioning objects such as tools often become positioning devices used to be safe, accurate and / or understandable leadership of the object. There are different positioning tasks; so is often a positioning on a surface is required and / or achieving a particular orientation of an object in the room.
Die Positionierung von Objekten wird oft über mehrere, typisch orthogonal zueinander angeordnete Linearpositionierer realisiert. Dabei vollzieht jeder Linearpositionierer die Po sitionierung des Objektes längs einer Strecke; durch Koppeln dreier solcher Linearpositioniereinheiten wird es möglich, Objekte in einem dreidimensionalen Raum zu positionieren; eine Anordnung mit mehreren Drehpositionierern, deren Achsen typisch paarweise senkrecht zueinander stehen, erlaubt auch eine Ausrichtung im Raum.The Positioning objects is often over several, typically orthogonal realized arranged linear positioner. Thereby takes place each linear positioner is the positioning of the object along a Route; by coupling three such linear positioning units will it be possible To position objects in a three-dimensional space; an arrangement with several rotary positioners whose axes are typically in pairs perpendicular to each other, also allows alignment in space.
Es ist auch möglich, an bekannten Positionierern Aktoren anzubringen, um die Positionierung damit zu automatisieren. Die Ausmaße bekannter Linearpositioniervorrichtungen sind aber bereits groß; zudem werden zur Positionierung in der typischen, vorbeschriebenen Ausführung mindestens zwei Linearpositioniereinheiten aufeinander beweglich gelagert, wobei sich die Instabilitäten bzw. Ungenauigkeiten aufgrund der Serialität addieren.It is possible, too, attach actuators to known positioners for positioning to automate. The dimensions However, known Linearpositioniervorrichtungen are already large; moreover be at least for positioning in the typical, above-described embodiment two linear positioning units movably mounted on each other, being the instabilities or inaccuracies due to seriality.
Für verschiedene Anwendungsgebiete ist es wünschenswert, Positioniervorrichtungen zu entwickeln, die kompakt und/oder schnell sind, etwa, um die Positioniervorrichtungen tragbar oder selbst manipulierbar zu machen, in andere kompakte, insbesondere selbst bewegliche Vorrichtungen zu integrieren usw. Erstrebenswert ist es eventuell auch, eine präzise Ausrichtung zu gewährleisten und/oder eine preiswerte Vorrichtung vorzusehen. Dabei kann auch angestrebt sein, nur einige der vorgenannten Eigenschaften jeweils nur zum Teil und/oder preiswerter erreichbar zu machen. Wünschenswert ist daher, zumindest einige der erwähnten Probleme wenigstens einer partiellen Linderung zuzuführen.For different Application areas it is desirable To develop positioning devices that are compact and / or fast are, for example, portable around the positioning devices or themselves manipulatable, in others compact, in particular itself It is desirable to integrate movable devices, etc. it may also, a precise one To ensure alignment and / or to provide an inexpensive device. It can also be sought be, only some of the above properties only for Part and / or cheaper to reach. Desirable is therefore, at least some of the problems mentioned at least one to provide partial relief.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereit zu stellen.The The object of the invention is new to commercial application to provide.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.The solution this task will be more independent Claimed form. Preferred embodiments can be found in the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken eine Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Objektes vor mit mindestens zwei Drehpositionierern und einem Objekteingriffsmittel daran zum Eingriff mit dem zu positionierenden Objekt, bei welcher vorgesehen ist, dass die Drehachse eines Drehpositionierers vom Objekteingriffsmittel daran und der Drehachse des weiteren Drehpositionierers versetzt ist.The present invention proposes Thus, in a first basic idea, a positioning device for positioning an object with at least two rotary positioners and an object engaging means therefor for engagement with the one to be positioned Object in which it is provided that the axis of rotation of a rotary positioner from the object engagement thereon and the rotation axis of the further rotary positioner is offset.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist somit in der Erkenntnis zu sehen, dass durch Drehpositionierer eine schnellere, kleinere Einheit erhalten werden kann. Es kann dabei ausgenutzt werden, dass typisch eine bestimmte Position des Objekteingriffsmittels in mehr als einer Drehpositioniererausrichtung erreichbar wird. Dies erlaubt eine Systemwahl bei der Bestimmung des Weges zur Ansteuerung bestimmter Positionen, was das Erreichen einer Zielposition wesentlich beschleunigt. Zudem ist es möglich, durch das Wählen unterschiedlicher Drehpositionierergrößen einen der Drehpositionierer deutlich leichter zu bauen und dennoch eine durchgehende Fläche für das Objekt erreichbar zu machen. Bei Linearpositionierern ist eine derartige Verkleinerung typisch nicht möglich. Auch kann eine Fehlpositionierung eines Positionierers durch Nachpositionieren eines anderen zumindest partiell insoweit kompensiert werden, als nicht mehr eine bloße Fehlausrichtung in genau einer Richtung vorliegt.One The basic idea of the invention is thus to be seen in the recognition that by rotary positioner get a faster, smaller unit can be. It can be exploited that typically one certain position of the object engaging means in more than one Rotary positioner orientation is reached. This allows one System selection in determining the way to control certain Positions, which significantly accelerates the achievement of a target position. It is also possible by choosing different Drehpositionierergrößen one of the rotary positioner much easier to build and yet a continuous surface for the object reachable. For Linearpositionierern is such Reduction typically not possible. Also, a mispositioning of a positioner can be repositioned be compensated for at least partially insofar as no longer a mere one Misalignment exists in exactly one direction.
Das zu positionierende Objekt kann ein Gegenstand wie ein Werkstück oder Werkzeug sein. In einem solchen Fall kann es entweder direkt mit dem Drehpositionierer in Eingriff treten oder über einen Werkzeug- bzw. Objektträger, der seinerseits als Teil des Objekteingriffsmittels mit dem Drehpositionierer in Eingriff steht.The The object to be positioned can be an object such as a workpiece or Be a tool. In such a case, it can either be directly with engage the rotary positioner or via a tool or the slide, the in turn, as part of the object engaging means with the rotary positioner in FIG Intervention is.
Gerade im Bereich der Robotik und/oder der Medizintechnik ist es oftmals erforderlich, ein Werkstück oder Werkzeug nachvollziehbar, d. h. reproduzierbar und/oder präzise zu bewegen bzw. zu positionieren, was oft mit einer unterschiedlichen Anzahl von Freiheitsgraden geschehen soll. Wenn lediglich zwei Freiheitsgrade erforderlich sind, reicht ein einzelnes Drehpositioniererpaar aus. Ist das Objekt sehr schwer, können auch zwei oder mehr miteinander gekoppelte Drehpositioniererpaare verwendet werden, um mit diesen die Positionierung eines einzigen Objektes durch simultane Bewegung der einzelnen Drehpositionierer der jeweiligen Paare zu gewährleisten. Wenn hingegen eine Positionierung in mehr als zwei Freiheitsgraden erforderlich ist, kann ein weiteres, positionsveränderliches Objekteingriffsmittel an einem zweiten Drehpositioniererpaar vorgesehen werden. Das zweite Drehpositioniererpaar kann beabstandet zum ersten Drehpositioniererpaar, etwa im Winkel zu diesem, vorgesehen sein, wird aber bevorzugt parallel zum ersten Drehpositioniererpaar und beabstandet zu diesem vorgesehen. Es ergeben sich nun an jedem der voneinander unabhängigen Drehpositioniererpaare zwei Freiheitsgrade, die es erlauben, eine Positionierung des Objekteingriffsmittels auf jeweils einen Punkt auf einer Fläche vorzusehen. Da durch die Verbindungslinie zwischen diesen beiden, unabhängig voneinander eingenommenen Objekteingriffsmittelpositionen in unterschiedlichen Ebenen die Lage einer Achse im Raum definiert wird, ergeben sich somit zwei translatorische und zwei rotatorische Freiheitsgrade.Especially in the field of robotics and / or medical technology, it is often necessary to traceable, ie reproducible and / or precise to move or position a workpiece or tool, which is often done with a different number of degrees of freedom. If only two degrees of freedom are required, a single rotary positioner pair is sufficient. If the object is very heavy, two or more coupled pairs of rotary positioners may be used to provide positioning of a single object by simultaneous movement of the individual rotary positioners of the respective pairs. Conversely, if positioning in more than two degrees of freedom is required, another positionally variable object engaging means may be provided on a second rotary positioner pair. The second Drehpositioniererpaar may be spaced from the first Drehpositioniererpaar, about at an angle to this, be provided, but is preferably provided parallel to the first Drehpositioniererpaar and spaced therefrom. There are now two degrees of freedom at each of the mutually independent Drehpositioniererpaare, which allow to provide a positioning of the object engaging means on each one point on a surface. Since the position of an axis in the space is defined by the connecting line between these two object engagement positions taken independently of one another in different planes, two translatory and two rotational degrees of freedom thus result.
Die Drehpositionierer sind bevorzugt scheiben- bzw. ringförmig und weisen dabei eine Dicke auf, die typisch ausreicht, um eine hinreichende mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die radiale Ausdehnung der Drehpositionierer ist dann im Hinblick auf den erforderlichen Positionierbereich gewählt. Die Ausbildung in Scheiben- bzw. Ringform ist auch deshalb vorteilhaft, weil sich dann der Schwerpunkt der Massen in der Drehachse befindet, was die Laufruhe erhöht. Es kann eine große drehbare Scheibe vorgesehen werden, in welcher dezentral eine kleinere Scheibe drehbar aufgenommen ist, wobei die kleinere Scheibe versetzt von ihrer Mitte das Objekteingriffsmittel trägt.The Rotary positioners are preferably disc or annular and have a thickness that is typically sufficient to a sufficient mechanical stability to ensure. The radial extent of the rotary positioner is then in view selected to the required positioning range. The training in or ring shape is also advantageous because then the focus the masses in the axis of rotation, which increases the smoothness. It can a big rotatable disc are provided, in which decentralized a smaller Disc is rotatably received, the smaller disc offset from its center carries the object intervention.
Um den Positionierbereich groß zu gestalten, sollten die Drehpositionierer mindestens 360° drehbar sein und insbesondere umlaufend gedreht werden können, d. h. keine Beschränkungen in ihrer Drehbarkeit aufweisen.Around the positioning area too large The rotary positioners should be rotatable at least 360 ° be and in particular can be rotated circumferentially, d. H. no restrictions have in their rotation.
Die Positionierung wird bevorzugt mittels einem oder mehreren Aktoren bewirkt und somit von einem manuellen Antrieb bzw. einem manuellen Verstellen unabhängig gemacht werden. Die Ausrichtung mittels Aktoren ist schon deshalb bevorzugt, weil Positionen oft direkt, ohne aufwendiges Justieren, angefahren werden sollen. Eine geeignete, etwa mikroprozessorkontrollierte Aktoransteuerung erlaubt dabei insbesondere, den optimalen Verfahrweg zu bestimmen. Dabei kann die Positioniervorrichtung der Aktoren sehr kompakt bleiben, weil der Antrieb über ein Ritzel oder dergleichen erfolgen kann.The Positioning is preferred by means of one or more actuators causes and thus of a manual drive or a manual Adjust independently be made. The alignment by means of actuators is for that very reason preferred because positions often directly, without costly adjustments, to be approached. A suitable, for example, microprocessor-controlled Actuator control allows in particular, the optimal travel to determine. The positioning of the actuators can be very stay compact because of the drive via a pinion or the like can be done.
Damit die Aktoren gegebenenfalls den Positionierbereich nicht einschränken, sind sie bevorzugt außen angeordnet. Dann kann der Aktor direkt mit dem Drehpositionierer gekoppelt werden. Alternativ treibt der Aktor extern einen Zahnring an, in dessen Innenverzahnung ein Drehpositionierer kämmt. Auch wäre es möglich, einen Aktor mit Hohlwelle vorzusehen und in diesem ein innenlaufendes Element anzuordnen.In order to the actuators may not limit the positioning range, are she prefers the outside arranged. Then the actuator can work directly with the rotary positioner be coupled. Alternatively, the actuator externally drives a toothed ring on, in the internal toothing of a rotary positioner meshes. Also it would be possible to get one To provide actuator with hollow shaft and in this an in-running To arrange element.
Bevorzugt werden Sensoren vorgesehen, die die Drehpositionen der Drehpositionierer erfassen. Die Sensorsignale können insbesondere in eine Steuerung gespeist werden, welche die Aktoren zur Erzielung einer Soll-Position ansteuert, und zwar im Ansprechen auf die drehpositionsindikativen Signale der Aktoren. Durch die drehpositionsindikativen Signale der Sensoren wird es insbesondere auch möglich, eine Abweichung zwischen Ist- und Soll-Position zu kompensieren, was eine besonders präzise und sichere Objektpositionierung gewährleistet.Prefers Sensors are provided which the rotational positions of the rotary positioner to capture. The sensor signals can in particular fed to a controller which the actuators to achieve a desired position, in response on the rotational position-indicative signals of the actuators. By the In particular, rotational position-indicative signals from the sensors become also possible, to compensate for a deviation between the actual position and the desired position, what a particularly precise and secure object positioning.
In einer bevorzugten Variante weist das Objekteingriffsmittel ein Kugelgelenk auf, in dem eine verschiebbare Achse lagert bzw. in dem eine Achse verschiebbar gelagert ist. Auf diese Weise ist bei voneinander beabstandeten Drehpositioniererpaaren die variierende Entfernung zwischen den einzelnen Objekteingriffsmittelpunkten zu kompensieren, die sich ergibt, wenn die Schräglage der Achse verändert wird.In In a preferred variant, the object engagement means comprises a ball joint in which a displaceable axle supports or in which an axle is displaceable is stored. In this way is at spaced apart Rotary positioners pair the varying distance between the to compensate for individual object handles, which results if the skew the axis is changed.
Wenn ein rotierendes Werkzeug positioniert werden soll, ist es möglich, dessen unerwünschtes Drehen durch eine Hemmung zu unterbinden und/oder unterdrücken. Damit kann insbesondere eine Drehmomentabstützung erreicht werden, was über ein Hemmteil geschehen kann, so dass Werkzeuge wie Bohrer usw. auch im Betrieb, d. h. während ihres betriebsbedingten (und nicht positionierbewirkten) Drehens, also nach der Positionierung bzw. während des Positionierens in ihrer Position gehalten werden können.If a rotating tool is to be positioned, it is possible whose unwanted turning by inhibiting and / or suppressing it. In order to In particular, a torque support can be achieved, what about a Hemmteil can happen, so that tools such as drills, etc. also in operation, d. H. while their operational (and not positioning) rotation, So after positioning or during positioning in their position.
Es ist weiter bevorzugt möglich, die beiden Drehpositionierer eines Drehpositioniererpaares insbesondere zur Erzielung eines möglichst großen Positionierbereiches wahlweise unabhängig voneinander drehbar zu machen, wobei sich bevorzugt die Drehachse des Drehpositionierers mit dem Objekteingriffsmittel daran entsprechend der Drehung des anderen Drehpositionierers mitbewegt. Typisch wird eine große Scheibe mit nicht-zentrischem Loch als erster Drehpositionierer vorgesehen, wobei im nicht-zentrischen Loch eine innere Scheibe mit dem Objekteingriffsmittel daran drehbar oder beweglich darin umläuft; es ergibt sich somit ein epizyklischer Positionierer. Wenn der äußere" Ring gedreht wird, kann und wird er den inneren Ring mitdrehen. Der innere Ring kann simultan oder separat selbst wie erforderlich gedreht werden.It is more preferably possible the two rotary positioner of a Drehpositioniererpaares in particular to achieve as much as possible huge Positioning range either independently rotatable to make, with preferably the axis of rotation of the rotary positioner with the object intervening thereon according to the rotation of the other Rotary positioner moved. Typical is a large disc with non-centric Hole provided as a first rotary positioner, wherein in the non-centric Hole an inner disc with the object engagement means rotatable thereon or moveable therein; This results in an epicyclic positioner. When the outer ring is turned, can and he will turn the inner ring. The inner ring can be simultaneous or be rotated separately as required.
Insbesondere in einem solchen Fall können kompakte Ausmaße der Positioniervorrichtung erreicht werden, indem die beiden Drehpositionierer eines Drehpositioniererpaares mit unterschiedlichen Radien gefertigt werden, wobei bevarzugt der Drehpositionierer mit dem Objekteingriffsmittel daran einen kleineren Radius aufweist als der zweite Drehpositionierer. Der Abstand zwischen der Drehachse des Drehpositionierers mit dem Objekteingriffsmittel daran wird bevorzugt dem Abstand der Drehachse zwischen den beiden Drehpositionierern des Drehpositioniererpaares entsprechen.In particular, in such a case compact dimensions of the positioning device can be achieved by making the two rotary positioners of a Drehpositioniererpaares with different radii, bevarzugt the Drehpositionierer with the object engaging means thereon has a smaller radius than the second rotary positioner. The distance between the axis of rotation of the Drehpositionierers with the object engaging means thereto is preferably the distance of the axis of rotation zwi rule correspond to the two Drehpositionierern the Drehpositioniererpaares.
Mit der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung wird typisch ein Verfahren zum Positionieren des Objektes ausgeführt, bei dem ein Objekteingriffsmittel durch die Überlagerung von Drehungen beziehungsweise nur durch die Überlagerung von Drehungen um die beabstandete Drehachse in eine gewünschte Soll-Position bewegt wird.With the positioning device according to the invention Typically, a method for positioning the object is performed, in which an object intervention means by the superposition of rotations or only through the overlay is moved by rotations about the spaced axis of rotation in a desired desired position.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:The Invention will be described below only by way of example with reference to the drawing described. In this shows:
Nach
Die
Positioniervorrichtung
Das
Objekteingriffsmittel ist vorliegend als Welle
Die
Drehpositioniererpaare
Den
Drehpositionierern ist jeweils ein Sensor zur Erfassung der jeweiligen
Winkellage um einen fest gewählten
0-Winkel und ein Aktor zu seiner Drehung zugeordnet. In
Die
Positioniervorrichtung
Zunächst
wird mittels der positionsindikativen Sensoren die aktuelle Ist-Position
jedes Drehpositionierers in der Steuerung
First, by means of the position-indicating sensors, the current actual position of each rotary positioner in the controller
Nachdem
die Soll-Position erreicht ist, werden die Aktoren abgestellt. Es
kann nun erforderlichenfalls unter Auswertung der Beschleunigungssignale
und des Beschleunigungsmessers erfasst werden, ob ein die Positioniervorrichtung
Es sei erwähnt, dass Varianten der vorliegenden Erfindung möglich sind. Insbesondere ist es nicht zwingend erforderlich, kreisrunde Scheiben bzw. Scheiben mit kreisrunden Ausnehmungen zu verwenden.It be mentioned that variants of the present invention are possible. In particular it is not mandatory, circular discs or discs to use with circular recesses.
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Date | Code | Title | Description |
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8143 | Withdrawn due to claiming internal priority |