DE19757133C1

DE19757133C1 - Tool positioning device with parallel structure for orienting final effector with at least three degrees of freedom

Info

Publication number: DE19757133C1
Application number: DE1997157133
Authority: DE
Inventors: Nicolae Prof Dr Ing Plitea; Juergen Prof Dr Ing Hesselbach; Arne Dipl Ing Kusiek; Matthias Dipl Ing Frindt
Original assignee: Individual
Current assignee: Fip Forschungsinstitut Fuer Produktionstechnik Brau
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2017-12-21

Abstract

A separate rotary drive (2,3,4,5) is provided for each degree of freedom for driving parallel shafts. The final effector (18) sits in a holder (17) which can be displaced along the main axis (A) of one of the drive shafts. The holder can pivot perpendicular to the main axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit Parallelstruktur zur Positionierung in Richtung der Vertikalachse und zur Orientie rung eines Endeffektors innerhalb eines nutzbaren Arbeitsraumes mit zumindest drei Bewegungsfreiheiten.The invention relates to a device with a parallel structure Positioning in the direction of the vertical axis and the orientie end effector within a usable work space with at least three freedom of movement.

Strukturell baut eine derartige Vorrichtung auf geschlossenen kinematischen Ketten auf, d. h. der Endeffektor ist mit einem Gestell über mehrere Führungsketten verbunden, die ihn gemeinsam (parallel) bewegen. Mechanismen dieses Aufbaus werden auch als Parallelstrukturen bezeichnet.Structurally, such a device builds on closed ones kinematic chains, d. H. the end effector is with one Frame connected by several chains that hold it together move (parallel). Mechanisms of this structure are also called Referred to as parallel structures.

Vorteile der parallelen Bauweise gegenüber der konventionellen seriellen Anordnung der verschiedenen Antriebe in einer einzigen Führungskette sind vor allem die wesentlich höhere strukturelle Steifigkeit und die Möglichkeit zur gestellfesten Lagerung aller Antriebe, was zu einer Verringerung der zu bewegenden Roboter masse führt. Daher eignen sich Parallelstrukturen vor allem für Aufgabenstellungen, bei denen hohe Lasten aufzunehmen, hohe Ge nauigkeiten gefordert und/oder hohe Geschwindigkeiten erforder lich sind. Advantages of the parallel design compared to the conventional one serial arrangement of the different drives in one Leadership chain are above all the much higher structural Rigidity and the possibility of mounting all of them fixed to the frame Drives, resulting in a reduction in the number of robots to be moved mass leads. Therefore, parallel structures are particularly suitable for Tasks with high loads, high Ge accuracy required and / or high speeds required are.

Zu den bekanntesten Parallelstrukturen zählen die HEXAPOD-Struk tur (Bsp. Lewis, H. W.: Oktahedral-Hexapod-Bearbeitungszentrum. In: Werkstatt und Betrieb, Band 126, 1993, S. 513-514) bzw. die HEXA- Struktur (Bsp. Pierrot, F; Uchiyama, M.; Dauchez, P.; Fournier, A.: A New Design of a 6-DOF Parallel Robot. In: Jl. of Robotics and Mechatronics, Vol. 2 (1990), No. 4, S. 308-315), die beide sechs Führungs ketten zwischen Gestell und Endeffektor besitzen. Beim HEXA ist jeder dieser Führungsketten ein Drehantrieb und beim HEXAPODEN je ein Schubantrieb zugeordnet. Beide Strukturen weisen somit sechs Bewegungsfreiheiten auf, so daß der Endeffektor innerhalb des nutzbaren Arbeitsraums sowohl positioniert als auch hin sichtlich der Winkelstellung orientiert werden kann.The best-known parallel structures include the HEXAPOD structure tur (Ex. Lewis, H. W .: Oktahedral-Hexapod-Machining Center. In: Werkstatt und Betrieb, volume 126, 1993, pp. 513-514) or the HEXA- Structure (e.g. Pierrot, F; Uchiyama, M .; Dauchez, P .; Fournier, A .: A New Design of a 6-DOF Parallel Robot. In: Jl. of Robotics and Mechatronics, Vol. 2 (1990), No. 4, pp. 308-315), both of which are six leaders own chains between frame and end effector. The HEXA is each of these guide chains has a rotary drive and with the HEXAPODEN each assigned a linear actuator. Both structures thus point six freedom of movement so that the end effector is within of the usable work space both positioned and facing can clearly be oriented to the angular position.

Parallelstrukturen mit drei oder vier Bewegungsfreiheiten findet man bei REBOULET (Reboulet, C. et al., Rapport d'avancement pro jet VAP, thème 7, phase 3, Rapport de Recherche 7743, CNES/DERA, Janvier, 1991), KOEVERMANS (Koevermans, W. P. et al., Design and performance of the four d.o.f. motion system of the NLR research flight simulator, AGARD Conf. Proc. No 198, Flight Simulation, pages 17-1/17-11, Le Haye, 20-23 Octobre 1975) und in der DE 31 02 566 A1 (Anmel der: The Franklin Institute, 190103 Philadelphia, Pa., US). Al len diesen Strukturen ist gemeinsam, daß eine Gestellplattform über drei oder vier in ihrer Länge veränderliche Stäbe und eine Stützsäule mit der Endeffektorplattform verbunden ist. Die Stützsäule ist dabei so an die Endeffektorplattform angelenkt, daß drei Drehbewegungen der Plattform um den Gelenkpunkt ermög licht werden. Bei den Varianten vom Freiheitsgrad 4 ist zudem eine Translationsbewegung des Gelenkpunktes und damit der End effektorplattform zu realisieren. Aufgrund dieses strukturellen Aufbaus sind die Bewegungsfreiheiten der beschriebenen Struktu ren miteinander gekoppelt, so daß für jede Bewegung alle Antrie be gleichzeitig bewegt werden müssen. Zudem sind die realisier baren Drehwinkel sehr stark eingeschränkt. There are parallel structures with three or four freedom of movement REBOULET (Reboulet, C. et al., Rapport d'avancement pro jet VAP, thème 7, phase 3, Rapport de Recherche 7743, CNES / DERA, Janvier, 1991), KOEVERMANS (Koevermans, W.P. et al., Design and performance of the four d.o.f. motion system of the NLR research flight simulator, AGARD Conf. Proc. No 198, flight simulation, pages 17-1 / 17-11, Le Haye, 20-23 Octobre 1975) and in the DE 31 02 566 A1 (registration der: The Franklin Institute, 190103 Philadelphia, Pa., US). Al These structures have in common that a rack platform over three or four rods of variable length and one Support column is connected to the end effector platform. The The support column is articulated to the end effector platform that allows three rotations of the platform around the hinge point become light. For the variants with degree of freedom 4 is also a translational movement of the hinge point and thus the end to realize effector platform. Because of this structural Construction are the freedom of movement of the structure described ren coupled with each other, so that for each movement all drives be must be moved at the same time. They are also more real very limited angle of rotation.

Einen zusammenfassenden Überblick über Parallelstrukturen findet man in der Zeitschrift "Journal of Robotic Systems" (New York (NY), USA: John Wiley & Sons, Inc., 10, 1993, 5 und 12, 1995, 12) sowie in dem Buch "Les robots parallèles" (J.-P. Merlet, Paris: Edition Hermès, 1990).Find a summary overview of parallel structures one in the journal "Journal of Robotic Systems" (New York (NY), USA: John Wiley & Sons, Inc., 10, 1993, 5 and 12, 1995, 12) and in the book "Les robots parallèles" (J.-P. Merlet, Paris: Edition Hermès, 1990).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß der eingangs beschriebenen Ausführungsform zu entwickeln, die bei verringertem steuerungstechnischen Aufwand eine kompakte Bauweise ermöglicht.The invention has for its object a device according to to develop the embodiment described above, the a compact one with less control technology Construction allows.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst:
This object is achieved according to the invention by the following features:

a) There is a separate rotary drive for each freedom of movement provided, each of which drives a drive shaft that all are arranged parallel to each other;
b) the end effector sits in a holder that over a first rotary drive along an axis (main axis A) the drive shaft is translationally displaceable;
c) the holder of the end effector is rotated about the main axis stored bar and stands with the drive shaft of a second Rotary actuator kinematically in rotary connection;
d) the holder of the end effector is over a third turn drive around a perpendicular to the main axis Swivel axis swiveling.

Die erfindungsgemäße Struktur ermöglicht eine Orientierung des Endeffektors im Raum sowie gleichzeitig eine Translationsbewegung des Endef fektors in z-Richtung. In Kombination mit einem xy-Tisch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung somit als Werkzeughalter für Bearbeitungsaufgaben eingesetzt werden. The structure according to the invention enables an orientation of the End effector in space as well as a translational movement of the endef fector in the z direction. In combination with an xy table the device according to the invention thus as a tool holder for Machining tasks are used.

In der Konfiguration mit drei Bewegungsfreiheiten (eine Trans lation, zwei Rotationen) eignet sich die erfindungsgemäße Vor richtung für Aufgaben mit rotationssymmetrischem Werkzeug.In the configuration with three freedom of movement (one trans lation, two rotations) the front according to the invention is suitable direction for tasks with rotationally symmetrical tools.

In einer Weiterentwicklung kann ein vierter Drehantrieb für eine vierte Bewegungsfreiheit vorgesehen werden, wobei die dem vier ten Drehantrieb zugeordnete Antriebswelle den Endeffektor um seine eigene Längsachse dreht. In dieser Konfiguration mit vier Bewegungsfreiheiten (eine Translation, drei Rotationen) eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung für Aufgaben, die eine Orientierung des Werkzeugs um seine eigene Längsachse erfordern. Da eine Drehung um 360° um die Endeffektorachse möglich ist, kann diese zusätzliche Freiheit nicht nur zur Orientierung des Werkzeugs sondern auch direkt für Bearbeitungstechnologien ein gesetzt werden, die eine Rotation des Werkzeugs erfordern.In a further development, a fourth rotary drive for one fourth freedom of movement is provided, the four drive shaft assigned to the rotary drive by the end effector rotates its own longitudinal axis. In this configuration with four Freedom of movement (one translation, three rotations) is suitable the device according to the invention for tasks that a Orientation of the tool around its own longitudinal axis. Since a rotation through 360 ° around the end effector axis is possible, can this additional freedom not only for the orientation of the Tool but also directly for processing technologies that require rotation of the tool.

Da erfindungsgemäß die beschriebenen Bewegungen des Endeffektors durch Translationsbewegungen entlang parallelliegender Achsen bzw. durch Rotationsbewegungen um diese Achsen realisiert wer den, ist eine sehr kompakte Bauweise der Vorrichtung möglich. Da sich überdies die Bewegungsfreiheiten der Vorrichtung vollstän dig voneinander entkoppeln lassen, wird der steuerungstechnische Aufwand im Vergleich zu vorbekannten Ausführungsformen erheblich verringert.Since according to the invention the described movements of the end effector by translational movements along parallel axes or realized by rotational movements around these axes a very compact design of the device is possible. There the freedom of movement of the device is also complete dig decoupling from each other, the control technology Effort in comparison to previously known embodiments is considerable decreased.

Wenn alle Drehantriebe gestellfest in einer Ebene angeordnet sind, bleibt die zu bewegende Robotermasse gering. Die erfin dungsgemäße Vorrichtung eignet sich dann besonders für Aufgaben stellungen, die eine hohe Dynamik erfordern.If all rotary actuators are fixed to the frame in one plane the robot mass to be moved remains low. The invent The device according to the invention is then particularly suitable for tasks positions that require high dynamics.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü che und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfin dung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Further features of the invention are the subject of the dependent claims che and are combined with other advantages of the Erfin tion explained in more detail using exemplary embodiments.

In der Zeichnung sind drei als Beispiele dienende Ausführungs formen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing there are three exemplary embodiments Shown forms of the invention. Show it:

Fig. 1 eine Bewegungsvorrichtung mit drei Bewegungsfrei heiten (eine Translation und zwei Rotationen); Fig. 1 is a movement device with three free motion units (one translational and two rotations);

Fig. 2 eine Bewegungsvorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Signal-/Energiezuführung entlang der Hauptachse und FIG. 2 shows a movement device according to FIG. 1 with a signal / energy supply along the main axis and

Fig. 3 eine Bewegungsvorrichtung mit vier Bewegungsfrei heiten (eine Translation und drei Rotationen). Fig. 3 is a movement device with four freedom of movement units (one translation and three rotations).

In allen drei Ausführungsformen umfaßt die dargestellte Vorrich tung ein Gestell 1, das sich aus einer oberen Plattform 1a und einer unteren Plattform 1b zusammensetzt, die über starre Ver bindungsstäbe 1c miteinander verbunden sind. An der Unterseite der unteren Plattform 1b ist eine zum Gestell 1 gehörige Füh rungsbuchse 1d befestigt, deren zentrische Achse eine Hauptachse A der Vorrichtung definiert.In all three embodiments, the illustrated Vorrich device comprises a frame 1 , which is composed of an upper platform 1 a and a lower platform 1 b, which are connected to each other via rigid connecting rods 1 c. On the underside of the lower platform 1 b, a guide bushing 1 d belonging to the frame 1 is fastened, the central axis of which defines a main axis A of the device.

Auf der oberen Plattform 1a sind gestellfest drei Drehantriebe 2, 4, 5 (Fig. 1 und 2) gelagert. Der erste Drehantrieb 2 treibt direkt eine auf der Hauptachse A liegende Antriebswelle 8 an, die in ihrem unteren Abschnitt als Spindel ausgebildet ist, die durch eine Spindelmutter 9 einer Spindelscheibe 10 geführt ist. Durch eine parallel zur Hauptachse A angeordnete Führungs stange 11 wird ein Verdrehen der Spindelscheibe 10 verhindert. An der Unterseite der Spindelscheibe 10 hängt ein in der Füh rungsbuchse 1d verdrehbar und axial verschiebbar geführter Zy linder 15, der an der Spindelscheibe 10 über eine Zylinderbuchse 12 frei drehbar gelagert und mit dieser über Verbindungsstangen 13, 14 fest verbunden ist. Eine Verdrehung der Antriebswelle 8 führt somit zu einem Anheben bzw. Absenken der Spindelscheibe 10 und damit auch des Zylinders 15. On the upper platform 1 a three rotary drives 2 , 4 , 5 ( Fig. 1 and 2) are mounted fixed to the frame. The first rotary drive 2 drives directly a drive shaft 8 lying on the main axis A, which is designed in its lower section as a spindle which is guided through a spindle nut 9 of a spindle disk 10 . By a parallel to the main axis A guide rod 11 , a rotation of the spindle disc 10 is prevented. On the underside of the spindle disc 10 hangs in the Füh approximately 1 d rotatable and axially displaceably guided Zy cylinder 15 , which is rotatably mounted on the spindle disc 10 via a cylinder sleeve 12 and is firmly connected to this via connecting rods 13 , 14 . Rotation of the drive shaft 8 thus leads to an increase or decrease in the spindle disk 10 and thus also in the cylinder 15 .

An unteren Ansätzen 15a des Zylinders 15 sind die U-Schenkel einer als U-förmige Schwinge ausgebildeten Halterung 17 über Drehpunkte 16 angelenkt, die gemeinsam eine senkrecht auf der Hauptachse A stehende Schwenkachse C definieren. Am U-Steg der Halterung 17 ist ein als rotationssymmetrisches Werkzeug ausge bildeter Endeffektor 18 befestigt.At lower lugs 15 a of the cylinder 15 , the U-legs of a bracket 17 designed as a U-shaped rocker are articulated via pivot points 16 , which together define a pivot axis C perpendicular to the main axis A. On the U-web of the holder 17 , an end effector 18 formed as a rotationally symmetrical tool is fastened.

Die Drehbewegung des Drehantriebs 2 bewirkt somit eine Transla tionsbewegung des Endeffektors 18 entlang der Hauptachse A.The rotary movement of the rotary drive 2 thus causes a translational movement of the end effector 18 along the main axis A.

Der zweite Drehantrieb 4 überträgt seine Drehbewegung unmittel bar auf eine parallel zur Hauptachse A liegende Antriebswelle 23, die ihre Drehbewegung über eine drehfest auf ihr sitzende Synchronscheibe 24 und einen Zahnriemen 25 auf eine Synchron scheibe 26 überträgt, die auf der unteren Plattform 1b frei drehbar gelagert ist und mit ihrer Drehachse auf der Hauptachse A liegt. Die den Zylinder 15 mit der Zylinderbuchse 12 verbin denden Verbindungsstangen 13, 14 sind durch die Synchronscheibe 26 hindurchgeführt und übertragen somit deren Drehbewegung auf den Zylinder 15 und die Zylinderbuchse 12.The second rotary drive 4 transmits its rotational movement immediacy bar on a lying parallel to the main axis A drive shaft 23, the disc their rotational movement about a rotatably seated on their timing pulley 24 and a toothed belt 25 to a synchronous 26 transmits the b on the lower platform 1 freely rotatable is stored and lies with its axis of rotation on the main axis A. The connecting rods 13 , 14 connecting the cylinder 15 to the cylinder liner 12 are passed through the synchronizing disk 26 and thus transmit their rotational movement to the cylinder 15 and the cylinder liner 12 .

Eine Drehbewegung des zweiten Drehantriebs 4 führt somit zu ei ner Rotationsbewegung des Endeffektors 18 um die Hauptachse A.A rotary movement of the second rotary drive 4 thus leads to a rotary movement of the end effector 18 about the main axis A.

Der dritte Drehantrieb 5 überträgt seine Drehbewegung unmittel bar auf eine ebenfalls parallel zur Hauptachse A liegende An triebswelle 27, die mit einer mit ihr fluchtenden Spindel 29 über eine Paßfeder 28 in Drehverbindung steht, die eine eine gegenseitige Axialverschiebung von Antriebswelle 27 und Spindel 29 zulassende Drehkupplung bildet.The third rotary drive 5 transmits its rotary movement immediately bar to a drive shaft 27 which is also parallel to the main axis A and which is in rotary connection with an aligned spindle 29 via a feather key 28 , which permits a mutual axial displacement of drive shaft 27 and spindle 29 , the rotary coupling forms.

Auf der frei drehbar in der unteren Plattform 1b gelagerten Spindel 29 ist eine Spindelmutter 30 geführt, die Teil eines Außenringes 31 ist, der ein Ringlager für einen Innenring 32 bildet, der auf der Führungsbuchse 1d verdrehbar und axial ver schiebbar geführt ist. An dem Innenring 32 ist über einen Drehpunkt 33 ein Verschwenkhebel 34 angelenkt, der mit einem an der Halterung 17 sitzenden starren Exzenterhebel 35 über einen Drehpunkt 36 verbunden ist und einen ebenen Zwei schlag bildet.On the freely rotatable in the lower platform 1 b spindle 29 , a spindle nut 30 is guided, which is part of an outer ring 31 , which forms an annular bearing for an inner ring 32 , which is rotatable on the guide bush 1 d and axially slidably guided ver. On the inner ring 32 via a pivot point 33, a pivot lever 34 is articulated, which is connected to a rigid eccentric lever 35 seated on the holder 17 via a pivot point 36 and forms a flat two stroke.

Die Drehbewegung des dritten Drehantriebs 5 führt zu einem Anhe ben bzw. Absenken des durch die Ringe 31, 32 gebildeten Hubele mentes und dadurch zu einer Verschwenkung der Halterung 17 mit dem an ihr befestigten Endeffektor 18 um die Schwenkachse C.The rotary movement of the third rotary drive 5 leads to a lifting or lowering of the hubele formed by the rings 31 , 32 , and thereby to a pivoting of the holder 17 with the end effector 18 attached to it about the pivot axis C.

Bei der vom zweiten Drehantrieb 4 verursachten Drehung des End effektors 18 um die Hauptachse A muß der aus den Gliedern 34, 35 bestehende Zweischlag mitgedreht werden, was die drehbare Lage rung des Innenringes 32 gegenüber der gestellfesten Führungs buchse 1d notwendig macht. Um diese Drehbewegung nicht über den genannten Zweischlag 34, 35 übertragen zu müssen, ist am Zylin der 15 ein Mitnehmer 37 befestigt, der eine Drehung des Zylin ders 15 um die Hauptachse A über eine Verbindungsstange 38 auf den Innenring 32 überträgt.When caused by the second rotary drive 4 rotation of the end effector 18 about the main axis A, the members 34 , 35 consisting of two-stroke must be rotated, which makes the rotatable position tion of the inner ring 32 relative to the fixed guide bush 1 d necessary. To avoid having to this rotational movement is not transmitted via said two-stroke 34, 35, is attached to the Zylin of 15, a driver 37 being the same 15 transmits a rotation of the Zylin about the main axis A through a connecting rod 38 to the inner ring 32nd

An sich könnte die Drehbewegung des dritten Drehantriebs 5 über seine Antriebswelle 27 auch direkt auf den Außenring 31 übertra gen werden. Jedoch würde der erste Drehantrieb 2 dann sowohl eine translatorische Verschiebung des Endeffektors 18 entlang der Hauptachse A als auch eine Verschwenkung des Endeffektors 18 um die Schwenkachse C verursachen; es bestünde also eine Kopp lung zwischen diesen beiden Bewegungsfreiheiten. Diese Kopplung wird durch die durch die Paßfeder 28 gebildete Drehkupplung zwi schen der Antriebswelle 27 und der Spindel 29 beseitigt, indem diese Drehkupplung nur die Drehbewegung der Antriebswelle 27 auf die Spindel 29 überträgt, jedoch eine gegenseitige Verschiebung in Axialrichtung zuläßt. Dadurch bleibt bei der durch den ersten Drehantrieb 2 verursachten Translationsbewegung des Endeffektors 18 der Abstand d zwischen der Spindelscheibe 10 und dem Außen ring 31 konstant, so daß keine gleichzeitige Verschwenkung des Endeffektors 18 um die Schwenkachse C stattfinden kann. As such, the rotational movement of the third rotary drive 5 could also be transmitted directly to the outer ring 31 via its drive shaft 27 . However, the first rotary drive 2 would then cause both a translational displacement of the end effector 18 along the main axis A and a pivoting of the end effector 18 about the pivot axis C; there would therefore be a coupling between these two freedom of movement. This coupling is eliminated by the rotary coupling formed by the parallel key 28 between the drive shaft 27 and the spindle 29 by this rotary coupling only transmits the rotary movement of the drive shaft 27 to the spindle 29 , but allows a mutual displacement in the axial direction. As a result, in the case of the translational movement of the end effector 18 caused by the first rotary drive 2 , the distance d between the spindle disk 10 and the outer ring 31 remains constant, so that no simultaneous pivoting of the end effector 18 about the pivot axis C can take place.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 lediglich darin, daß der erste Drehantrieb 2 seine auf der Hauptachse A liegende Antriebswelle nicht direkt antreibt, sondern seine Drehbewegung über seine ebenfalls parallel zur Hauptachse A liegende Motorwelle 6 und einen Zahnriemen 7 auf die als Hohlspindel 8a ausgebildete, auf der Hauptachse A lie gende Antriebswelle überträgt. Dies eröffnet die Möglichkeit, von dem Gestell 1 zu dem Endeffektor 18 Energie- und/oder Signalleitungen durch einen Schlauch 39 entlang der Hauptachse A zu verlegen.The embodiment according to FIG. 2 differs from that of FIG. 1 only in that the first rotary drive 2 does not directly drive its drive shaft lying on the main axis A, but rather its rotational movement via its motor shaft 6, which is also parallel to the main axis A, and a toothed belt 7 transmits to the drive shaft designed as a hollow spindle 8 a, lying on the main axis A. This opens up the possibility of laying energy and / or signal lines from the frame 1 to the end effector 18 through a hose 39 along the main axis A.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform besitzt somit große Vorteile für Anwendungsgebiete wie Wasserstrahlbearbeitung oder Laserführung.The embodiment shown in FIG. 2 thus has great advantages for areas of application such as water jet machining or laser guidance.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von den Vor richtungen gemäß den Fig. 1 und 2 durch einen vierten Dreh antrieb 3, der eine vierte Bewegungsfreiheit (Rotation) ermög licht.The device according to FIG. 3 differs from the devices according to FIGS. 1 and 2 by a fourth rotary drive 3 , which enables a fourth freedom of movement (rotation).

Die Bewegungsübertragung von dem ersten Drehantrieb 2 entspricht in konstruktiver Hinsicht der Ausführungsform gemäß Fig. 2. Der vierte Drehantrieb 3 überträgt seine Drehbewegung direkt auf eine auf der Hauptachse A liegende Antriebswelle 19, die durch die Hohlspindel 8a hindurchgeführt ist und ihre Drehbewegung über ein Schubgelenk 21 auf eine ebenfalls auf der Hauptachse A liegende Welle 20 überträgt. Das Schubgelenk 21 ermöglicht einen Längenausgleich zwischen der Antriebswelle 19 und der Welle 20 entlang der Hauptachse A.In terms of design, the movement transmission from the first rotary drive 2 corresponds to the embodiment according to FIG. 2. The fourth rotary drive 3 transmits its rotary motion directly to a drive shaft 19 lying on the main axis A, which is guided through the hollow spindle 8 a and its rotary motion via a thrust joint 21 transmits to a shaft 20 also lying on the main axis A. The sliding joint 21 enables a length compensation between the drive shaft 19 and the shaft 20 along the main axis A.

Abweichend von den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 ist der Endeffektor 18 um seine Längsachse B drehbar im U-Steg der Halterung 17 gelagert. Das untere Ende der im Zylinder 15 gelagerten Welle 20 ist mit dem Endeffektor 18 über ein Kardan gelenk 22 verbunden und zwar so, daß der Schnittpunkt der Dreh achsen des Kardangelenks 22 immer auf der Schwenkachse C der Halterung 17 liegt.Deviating from the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the end effector 18 is mounted rotatably about its longitudinal axis B in the U-web of the bracket 17. The lower end of the shaft 20 mounted in the cylinder 15 is connected to the end effector 18 via a cardan joint 22 in such a way that the intersection of the axes of rotation of the universal joint 22 is always on the pivot axis C of the holder 17 .

Eine Drehbewegung des vierten Drehantriebs 3 führt somit zu ei ner Rotation des Endeffektors 18 um seine eigene Längsachse B. Diese zusätzliche Bewegungsfreiheit kann somit nicht nur zur Orientierung des Werkzeugs sondern auch direkt für Bearbeitungs technologien ausgenutzt werden, die eine Rotation des Werkzeugs erfordern (z. B. Fräsen, Gravieren). Aufgrund der Übertragung der Rotationsbewegung über das Schubgelenk 21 und das Kardangelenk 22 ist eine derartige Bearbeitung jedoch nur für weiche Materia lien wie Holz oder Kunststoff sinnvoll.A rotary movement of the fourth rotary drive 3 thus leads to a rotation of the end effector 18 about its own longitudinal axis B. This additional freedom of movement can thus not only be used for orienting the tool but also directly for machining technologies that require a rotation of the tool (e.g. B. milling, engraving). Due to the transmission of the rotational movement via the sliding joint 21 and the universal joint 22 , such processing is only useful for soft materials such as wood or plastic.

Claims

1. Device with parallel structure for positioning in the direction of the vertical axis and for orienting an end effector ( 18 ) within a usable work space with at least three freedom of movement, characterized by the following features:

a) for each freedom of movement, a separate rotary drive ( 2 , 3 , 4 , 5 ) is provided, each of which drives a drive shaft ( 8 or 6 , 8 a; 19 , 20 ; 23 ; 27 , 29 ), of which each arranged in parallel to the others;
b) the end effector ( 18 ) is seated in a holder ( 17 ) which is translationally displaceable via a first rotary drive ( 2 ) along an axis (main axis A) of one of the drive shafts ( 8 ; 8 a; 19 , 20 );
c) the holder ( 17 ) of the end effector ( 18 ) is rotatably supported about the main axis (A) and is kinematically in rotary connection with the drive shaft ( 23 ) of a second rotary drive ( 4 );
d) the holder ( 17 ) of the end effector ( 18 ) can be pivoted via a third rotary drive ( 5 ) about a pivot axis (C) perpendicular to the main axis (A).

2. Device according to claim 1, characterized by a fourth rotary drive ( 3 ) for a fourth freedom of movement, wherein the fourth rotary drive ( 3 ) associated drive shaft ( 19 , 20 ) rotates the end effector ( 18 ) about its own axis (B).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that all rotary drives ( 2 , 3 , 4 , 5 ) are arranged fixed to the frame in one plane.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by a frame ( 1 ) having an upper platform ( 1 a) and a lower platform ( 1 b), on the underside of which a guide bush ( 1 d) for the rotation and Axial displacement of a bracket ( 17 ) for the Endef fector ( 18 ) carrying cylinder ( 15 ) is attached.

5. The device according to claim 4, characterized in that the cylinder ( 15 ) rotates freely on a spindle disc ( 10 ) which is guided on a spindle ( 8 or 8 a), which is the drive shaft of the first rotary drive ( 2 ) .

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the cylinder ( 15 ) with a synchronous pulley ( 26 ) is connected to a toothed belt ( 25 ) or the like from a synchronous pulley ( 24 ) of the drive shaft ( 23 ) of the second Rotary drive ( 4 ) is driven.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the holder ( 17 ) for the end effector ( 18 ) at the lower end of the cylinder ( 15 ) is pivotally mounted and via a pivoting device ( 34 , 35 , 36 ) on one Lifting element ( 31 , 32 ) is articulated ( 33 ), which is guided via a spindle nut ( 30 ) on a spindle ( 29 ) which is aligned with the drive shaft ( 27 ) of the third rotary drive ( 5 ) and is in rotary connection with the latter .

8. The device according to claim 7, characterized in that the lifting element ( 31 , 32 ) has an with the pivoting device ( 34 , 35 , 36 ) connected inner ring ( 32 ) which is rotatably and axially displaceably guided on the guide bush ( 1 d) and is rotatably mounted in an outer ring ( 31 ) which is equipped with the spindle nut ( 30 ).

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the drive shaft ( 27 ) of the third rotary drive ( 5 ) with the spindle ( 29 ) via a mutual Axialver shifting rotary coupling ( 28 ) is connected.

10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the holder ( 17 ) of the end effector ( 18 ) is designed as a U-shaped rocker arm, which with its U-legs to sets ( 15 a) of the cylinder ( 15 ) articulated is in its U-web carries the end effector ( 18 ) and has a rigid eccentric lever ( 35 ) which forms a flat two-stroke with a pivoting lever ( 34 ) articulated on the inner ring ( 32 ).

11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the cylinder ( 15 ) with the inner ring ( 32 ) via a driver ( 37 , 38 ) is in rotary connection.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft of the first rotary drive ( 2 ) is designed as a hollow shaft ( 8 a) which, via a toothed belt ( 7 ) or the like, from the parallel motor shaft ( 6 ) of the first Drive ( 2 ) is ben ben.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that energy / signal lines from the frame ( 1 ) to the end effector ( 18 ) along the main axis (A) through the hollow shaft ( 8 a) and the cylinder ( 15 ) are guided.

14. The apparatus of claim 2 and 12, characterized in that the drive shaft ( 19 ) of the fourth rotary drive ( 3 ) is guided concentrically through the hollow shaft ( 8 a).

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the drive shaft ( 19 ) of the fourth rotary drive ( 3 ) via an axial length compensation Schubge steering ( 21 ) axially aligned with a shaft ( 20 ) rotatably connected to the rotatable in its bracket ( 17 ) mounted end effector ( 18 ) via a universal joint ( 22 ) is in rotary connection, the axes of rotation of which intersect with the pivot axis (C) of the bracket ( 17 ) at one point.