DD294140A5 - Elektrostatischer antrieb mit integrierter fuehrung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Antrieb mit integrierter Fuehrung auf Basis eines Mehrantriebssystems mit paralleler Grundstruktur. Der Fuehrungsmechanismus besteht aus programmgesteuerten Elementen, stellt ein sensomotorisches System dar und wird durch ein Multiprozessorsystem gesteuert. Jede in einem Muster angeordnete Elektrode 7.1 des Fuehrungsmechanismus wird ueber eine Schalteinheit 12 mit einem Sensor-Wandlerelement 13 oder mit einer programmgesteuerten Spannungsquelle 15 verbunden. In Abhaengigkeit von der Position der Elektrode gegenueber der auf dem Objekt angeordneten Elektrode 7.2 erfolgt die Realisierung einer Bewegung in Normalenrichtung oder in tangentialer Richtung. Die Anwendung bezieht sich besonders auf flexible Fertigungssysteme in der Geraetetechnik. Der Antrieb gestattet die zeitlich parallele, voneinander unabhaengige Fuehrung mehrerer kleiner und kleinster Objekte mit glatter, strukturierter Grundflaeche bei gleichzeitiger individueller Formveraenderung bzw. Formstabilisierung der Objekte waehrend der Bewegung. Objekte koennen ohne Traegermittel in der Flaeche und in geringem Umfang im Raum gefuehrt werden, was Roboterstrukturen hoher Flexibilitaet, Praezision, Dynamik und Zuverlaessigkeit ermoeglicht. Fig. 2{elektrostatisch, Antrieb; integriert, Fuehrung; Industrieroboter; parallel, Handhabung; Formveraenderung; Sensor; Mikromechanik; programmierbar, Dynamik; Positioniergenauigkeit; Geraetetechnik; Halbleitertechnologie}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Antrieb mit Integrierter Führung für diezeitlich parallele, voneinander unabhängige Führung mehrerer Objekte mit glatter, strukturierter Grundfläche bei gleichzeitiger individueller Formveränderung der Objekte während der Bewegung. Die Anwendung erfolgt vorrangig zur Führung leichter und flacher Werkstücke, Bauteile, Baugruppen und Werkzeuge in der flexiblen Automatisierung und rechnerintegrierten Produktion.

Unter Führung ist die Bewegung oder Manipulation eines Objekts zu verstehen, die durch eine bestimmte Position und Orientierung seiner Punkte im Raum gekennzeichnet ist. Ein Führungsmechanismus mit paralleler Grundstruktur ist ein Mechanismus mit parallel gesteuert angetriebenen Elementen

zum Führen von Objekten.

Die Führung schließt die Formveränderbarkeit der Objekte ein. Unter dem Objekt sind sowohl Objektträger als auch Werkstücke, Bauteile, Baugruppen, Werkzeuge zu verstehen, die mit einer zur Führung geeigneten, genügend glatten und speziell

strukturierten Grundfläche versehen sind.

Eine vorteilhafte Anwendung besteht dort, wo die Objekte entlang einer Fläche individuell zu führen sind und eine im geringen Grade räumliche Beweglichkeit der Objekte gefordert wird. Charakteristik des bekannten Standes der Technik Von Trimmer, W.S.N; Gabriel, K.J.: Design considerations for a practical electrostatic micro-motor; Sensors and Actuators, 11

(1987) 189-206, wird die praktische Realisierung eines elektrostatischen, linearen und rotatorischen Mikromotors beschrieben.

Verwendet wird ein mikromechanisch strukturierter Silizium-Wafer, auf dem streifenhaft Elektroden isoliert angeordnet sind. Durch Paarung zweier mit Elektroden verschiedenen Abstandes versehenen Wafer derart, daß die Elektroden einen sehr

geringen Abstand zueinander aufweisen, lassen sich durch Anlegen von drei untereinander phasenverschobenen

Spannungsquellen erhebliche tangential Antriebskräfte erzielen. Diese Lösung hat den Nachteil, daß der Läufer gesondert geführt werden muß, was zur Aufrechterhaltung eines Abstandes

zwischen Läufer und Stator von wenigen Mikrometern sr.hr aufwendig ist. Durch größere Sicherheitsabstände zur Vermeidung einer Berührung sinken der Wirkungsgrad und die Leistung des Antriebs stark ab. Der Hauptwiderspruch besteht darin, daß der

Läufer auf Grund der Einfachheit der Konstruktion sehr leicht sein kann, aber seine Elastizität eine starre Gewährleistung eines

notwendig kleinen, aber mit Sicherheit einzuhaltenden Abstandes behindert.

Weitere Nachteile der Lösung sind, daß der Antrieb nur den Freiheitsgrad 1 aufweist, Objekte nicht ohne Objektträger bewegt

oder während der Bewegung in ihrer Form beeinflußt werden können.

Es wurde bereits vorgeschlagen, einen Industrieroboter zum zeitlich parallelen, voneinander unabhängigen Handhaben und/

oder Verändern der Form von Objekten zu gestalten. Hier wird ein Industrieroboter beschrieben, der aus mindestens einer mikrotechnischen Baugruppe besteht, in der programmgesteuerte Elemente flächenhaft, matrixförmig angeordnet sind. In den programmgesteuerten Elementen sind feinstrukturiert, vorzugsweise monolithisch integriert, mikromechanische Aktoren und

Effektoren sowie mikromechanische Sensoren, mindestens ein Stellglied und ein Mikrorechner angeordnet. Weiterhin befinden

sich in den programmgesteuerten Elementen Sensoren zur Bestimmung des Abstandes zwischen mikromechanischer

Baugruppe und Objekt. Diese Lösung hat den Nachteil, daß das Wirkprinzip eines Industrieroboters unter Verwendung von Antriebselementen mit

integrierter Führung nur in einem hohen Abstraktionsgrad dargestellt ist. Das technische Wirkprinzip für die Gestaltung der

Antriebselemente ist nicht konkret benannt. Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Antrieb mit integrierter Führung für die zeitlich parallele und voneinander unabhängige Positionierung und Orientierung eines oder mehrerer Objekte mit hinreichend glatter Grundfläche bei gleichzeitiger individueller Formveränderung bzw. Formstabilisierung der Objekte während der Bewegung zu schaffen. Dabei soll die Masse der Objektträger stark reduziert werden bzw. Trägermittel für das Objekt vermieden und dadurch hohe Dynamik und Flexibilität erreicht werden. Der Antrieb mit integrierter Führung soll sich durch hohe Präzision und Zuverlässigkeit auszeichnen. Er soll insbesondere zur Führung kleiner Objekte und flacher, leichter Objekte und zur Reaü.iierung einer modularen Bauweise geeignet sein. Die Module sind mit integrierter Sensorik auszustatten und mit einem hierarchisch strukturierten Rechnersystem zu steuern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen freiprogrammierbaren Führungsmechanismus zu schaffen, bei dem zu jedem Zeitpunkt mindestens drei Elemente wirksam sind, der sich durch einen hohen funktioneilen Integrationsgrad auszeichnet und die Führung eines oder mehrerer Objekte gestattet. Durch programmgesteuerte Formstabilisierung soll in Positioniersystemen hohe Präzision ohne Verwendung starrer und damit schwerer Objektträger erreicht werden. Damit soll auch die Dynamik verbessert werden. Die Führung soll im Zusammenwirken mit einem integrierten x, y, z-Meßsystem extrem geringe Abstände wischen Objekt und Führungsmechanismus gestatten, so daß die Steifigkeit in der Führung erhöht, die Positioniergenauigkeit auch bei hoher Dynamik wesentlich gesteigert und eine hohe Antriebsleistung erreicht wird. Die Energieversorgung zum Objekt soll durch eine oder mehrere elektrische Leitungen erfolgen und durch zusätzliche Mittel vollständig vermieden werden. Bei Ausfall eines Elementes soll der Mechanisms weitgehend funktionsfähig bleiben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein elektrostatischer Antrieb mit integrierter Führung auf Basis eines Mehrantriebssystems mit paralleler Grundstruktur geschaffen wird. Der Führungsmechanismus besteht aus einer flächenhaften Anordnung zeitlich parallel und voneinander unabhängig arbeitender, programmgesteuerter Elemente. Die Elemente verfügen über eine Aktor·, Effektor-, Sensor· und Stellgliedfunktion.

Merkmal der Erfindung ist es, daß jede Elektrode des Führungsmechanismus ein programmgesteuertes Element darstellt. Sie steht als Sensorprimärelement getaktet mit einem Sensor-Wandler-Element, einem Meßwertumformer und einem Prozessor in Verbindung oder arbeitet unter Nutzung eines Prozessors, eines Digital-Analog-Umsetzers und eines Spannungsverstärkers als

elektrostatisches Antriebselement. Durch Verwendung eines Multiprozessorsystems erfolgen die Sensorfunktion sowie die

Aktorfunktion (oder Effektorfunktion) und die Stellgliedfunktion quasi zeitgleich. Bei sehr hohen Ansprüchen an die Präzision

und Dynamik kann auch eine Arbeitsteilung zwischen benachbarten Elektroden programmiert werden.

Merkmal der ist es weiterhin, daß die vom Prozessor bereitgestellten Daten und daraufhin vom Stellglied bereitgestellten Signale auf die Führung einer Bewegungskoordinate gerichtet sind. Aus dem Charakter der Sensorsignale wird mit Hilfe des Prozessors entschieden, ob die Elektrode zum betrachteten Zeitpunkt von der Objektelektrode vollständig überdeckt ist (die Sensorsignale sind quasi konstant) oder ob die Objektelektrode in einen Zustand nur teilweiser Übeideckung übergeht (die Signale ändern sich quasi linear). Im Falle vollständiger Übordeckung wird das Sensorsignal zur Bestimmung des Abstandes

zwischen Objekt und Elektrode des Führungsmechanismus verwendet. Die Aktivität des Elementes ist auf die Herstellung des

Soll-Wertes für den Abstand, der vom Leitrechner oder einem Rechner für die Elektrodengruppe bereitgestellt wird, gerichtet. Im Falle teilweiser Überdeckung wird das Sensorsignal zur Bestimmung des tangentialen Überstandes ausgenutzt, wobei Meßwerte aus Nachbarelementen in die Berechnung einbezogen werden. Das Rechenergebnis wird genutzt, um den Soll-Wert

für eine tangentiale Differenz zwischen der Elektrode des ObJeK;- und dem Führungsmechanismus einzustellen.

Hohe Genauigkeit bei der Führung einer Objektelektrode v/ird dadurch erreicht, daß auf Grund der Kleinheit mikromechanisch

strukturierter Elektroden kleine Schrittweiten erzielt werden und zwischen zwei benachbarten Elektroden eine Regelung vorgenommen wird. Für den Regelvorgang ist die Genauigkeit des Sensorsignals ausschlaggebend. Das Sensorsignal kann beispielsweise unter Verwendung des Impulsladeverfahrens besonders bei sehr geringem Abstand zwischen den Elektroden sehr genau (im Submikrometerbereich) gewonnen werden. Durch die Messung »vor Ort" werden Meßfehler minimiert.

Hohe Genauigkeit bei der Führung des Objekts wird dadurch erreicht, daß zugleich viele voneinander unabhängige Sensorsignale aufgenommen und viele voneinander unabhängige Aktionen ausgeführt werden. Bezogen auf die Elemente liegt

zeitdiskrete Eingrößenregelung vor. Über das Objekt erfolgt jedoch eine Kopplung vieler Regelgrößen. Der Freiheitsgrad eines

Führungsmechanismus mit paralleler Grundstruktur mit m χ η parallel und unabhängig voneinander gesteuert angetriebenen Elementen, von denen jedes den Freiheitsgrad 3 besitzt, beträgt f = 3 m n. Der erreichbare Freiheitsgrad eines geführten Objekts

ist abhängig von der Anzahl seiner Elemente.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Elektroden innerhalb des Musters auf dem Führungsmechanismus

und dem Objekt in Funktionsgruppen angeordnet und informationsseitig verbunden sind. Dabei sind mindestens zwei

Elektrodengruppen hinsichtlich der Hauptabmessungen ihrer Elektroden senkrecht zueinander angeordnet. Mit der

erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, Präzision, Dynamik und Zuverlässigkeit des Antriebssystems zu verbessern, indem das Elektrodenmuster so gestaltet wird, wie es der vorgesehenen Aufgabe am besten entspricht. Bei der Projektierung des

Führungsmechanismus kann der Grad der Prozeßspezifik und der Prozeßflexibilität bestimmt werden. Eine Objektführung entlang der Bahn s(t) ist vorteilhaft durch eine Elektrodengruppe, deren größte Abmessungen in Bahnrichtung verlaufen und eine Elektrodengruppe mit Hauptabmessungen senkrecht dazu realisierbar. Die Anordnung der Elektrodengruppen auf der Grundfläche des Objekts ist der Anordnung der Elektrodengruppen des Führungsmechanismus ähnlich, die Elektroden zusammengehöriger Elektrodengruppen sind aber auf dem Objekt gegenüber

dem Führungsmechanismus gedehnt oder gestaucht (phasenverschoben) angeordnet. Merkmal der Erfindung ist es, daß das vorrangig für die Realisierung einer Bewegungskoordinate projektierte Muster einer Elektrodengruppe auf dem

Führungsmechanismus in Richtung der zu realisierenden Bewegung in differenzierter Weise gedehnt oder gestaucht wird. Bei

unveränderter Elektrodenstruktur auf dem Objekt werden auf diese Weise Objekte in Abhängigkeit von ihrer Position auf dem

Führungsmechanismus unterschiedlich behandelt. Durch diese Maßnahme der Spezifizierung können Präzision und Dynamik

weiter verbessert werden, da größere Schritte zur Erhöhung der Geschwindigkeit und kleinere Schritte zur Erhöhung der

Führungsgenauigkeit beitragen. Außerdem werden die Kosten für die Informationsverarbeitung gesenkt. Nach der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß eine Differenzierung der Elektroden auch auf dem zu führenden Objekt erfolgt

durch Verwendung eines Musters, bestehend aus mehreren Bereichen paralleler rechteckförmiger Elektroden mit unterschiedlicher Elektrodenbreite und unterschiedlichem Elektrodenabstand. Durch Anlegen einer Spannung an eine

Elektrodengruppe des Objekts wird diese aktiviert. Dadurch kann auch nacheinander und ohne gegenseitige Beeinflussung erst

die eine Bewegungskoordinate und dann eine zweite Bewegungskoordinate realisiert werden, was bei schneller

Informationsverarbeitung auch quasi gleichzeitig erfolgt. In der Erfindung ist vorgesehen, daß Elektrodengruppen sowohl auf dem Führungsmechanismus als auch auf dem Objekt in

mehreren Schichten angeordnet werden können. Dadurch wird die für die Strukturierung verfügbare Fläche noch besser ausgenutzt und die elektrischen Leitungszuführungen können In einfachen Anordnungen somit auch von den Seitenflächen des

Führungsmechanismus oder des Objekts her vorgenommen werden, was Strukturierungsmaßnahmen erleichtert. In diesem Falle ist weiter vorgesehen, daß die Seitenflächen des Führungsmechanismus in di6 Strukturierung einbezogen

werden, um Leitungsverbindungen zwischen gleichen Phasen und Leiterzüge zu den programmgesteuerten Spannungsquellen anzuordnen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ausgewählte Elektroden des Musters auf dem Führungsmechanismus

und dem Objekt oder einem von beiden an ihrer Oberfläche keine Isolation oder eine wesentlich geringere Isolationsschicht besitzen. Entsprechend der Paschenkurve erfolgt in Luft im Falle eines Elektrodenabstandes unter etwa 1 Mm kein Austausch von

Ladungsträgern zwischen den Elektroden. Die ausgewählten Elektroden werden im Falle der Einhaltung des geforderten kleinen Elektrodenabstandes eingeschaltet und ermöglichen einen besondere hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistung des

elektrostatischen Antriebs mit integrierter Führung.

Erfindungsgemäß haben unisolierte Elektroden zusätzlich den Zweck, durch programmgesteuerte, kurzzeitige Berührung der Elektroden oder ohne Berührung bei Überschreitung des kritischen Elektrodenabstandes einen Austausch von Ladungsträgern

zwischen Führungsmechanismus und Objekt zu ermöglichen. Auf diese Weise wird durch ein Refresh die gewünschte

Elektrodengruppe des Objekts aktiviert, und Leitungsführungen zum Objekt werden vermieden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, eine Elektrodengruppe des Objekts so anzuordnen, daß jede zweite Elektrode

mit dem gleichen Spannungspotential beaufschlagt ist und somit alternierend eine positiv geladene Elektrode mit einer negativ geladenen abwechselt. Damit ist der Vorteil verbunden, daß die Bereiche auf der Objektgrundfläche ohne Elektrodenbelegung weiter verkleinert werden und die Antriebsleitung erheblich gesteigert.wird.

Der elektrostatische Antrieb mit integrierter Führung läßt sich mit bekannten Mitteln der Führung von Objekten kombinieren. Erfindungsgemäß wird In der Grundfläche des Objekts eine magnetische Schicht, vorzugsweise eine hartmagnetische Schicht

angeordnet. In Wechselwirkung mit Magneten im Führungskörper wird das Objekt abgestoßen oder angezogen. Be) abstoßenden Magnetkräften ist es somit möglich, das Objekt allein durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den

Elektroden zu führen. Anziehende Mangetkräfte sind von Vorteil, wenn die Gewichtskraft des Objekts teilweise kompensiert

werdensoll.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, das Objekt zusätzlich mit Luft zu führen. Damit besteht die Möglichkeit,

größere Gewichtskräfte zu kompensieren, und die Steifigkeit der Führung wird erhöht.

Ausführungsbeispiel · '· · Die Erfindung soll anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In den einzelnen Abbildungen zeigen

Fig. 1: eine prinzipielle Darstellung eines Mehrantriebssystems mit paralleler Grundstruktur mit dem Objekt, das geführt wird, Fig. 2: den getakteten Anschluß der Elektroden mit dem Sensor-Wandler-Element oder der programmgesteuerten

Spannungsquelle, Fig. 3: die vereinfachte Darstellung der auf eine Elektrode des Objekts durch Elektroden des Führungsmechanismus

ausgeübten Kraftwirkungen, Fig.4: die Anordnung von Elektrodengruppe auf einem Führungsmechanismus und die Steuerung der Elektroden mit Hilfe

eines Multiprozessorsystems, Fig. 5: die Anordnung von Elektrodengruppen auf dem Führungsmechanismus für unterschiedliche

Genauigkeitsanforderungen,

Fig. β: Muster von Elektrodengruppen auf dem Führungsmechanismus in zwei Schichten angeordnet, Fig.7: eine strukturierte Grundfläche des Objekts mit Spannungsanschlüssen, Fig. 8: eine einschichtig strukturierte Grundfläche eines Objekts, Fig. 9: eine zweischichtig strukturierte Grundfläche eines Objekts, Fig. 10: unisoliert angeordnete Elektroden neben isoliert angeordneten Elektroden.

Die Fig. 1 zeigt die prinzipielle Darstellung eines Mehrantriebssystems mit paralleler Grundstruktur mit dem Objekt 1, das im Raum geführt und in der Form während der Bewegung beeinflußt wird. Das Mehrantriebssystem besteht aus programmgesteuerten Elementen 2. Diese bilden eine mikromechanische Struktur 3, die mit einer mikroelektronischen Struktur 4 verbunden ist. Der Führungsmechanismus β besteht aus den programmgesteuerten Elementen 2, der mikromechanischen und der mikroelektronischen Struktur sowie dem Gestell 5.

In Fig. 2 wird der getaktete Anschluß der Elektroden 7.1 des Führungsmechanismus mit dem Sensor-Wandler-Eloment oder der programmgesteuerten Spannungsquelle verdeutlicht. Jede Elektrode 7.1 ist über eine Schaltereinheit 12 mit dem Sensor-Wandler-Element und Meßwertumformer 13 und einem Prozessor 14 verbunden. Über die Rückführung vom Sensor-Wandler-Element und Meßwertumformer 13 zur Schalteinheit 12 wird die Zufuhr elektrischer Quellenergie für die Sensorfunktion 9 getaktet. Über die Rückführung vom Prozessor 14 zur Schaltereinheit wird die Umschaltung zwischen Sensorfunktion und Aktorfunktion vorgenommen. Die Prozessoren 14 der Elemente stehen mit ihrem Leitrechner 10 in Verbindung. Die Soll-Daten werden im Stellglied 15, einer programmgesteuerten Spannungsquelle, unter Nutzung elektrischer Quellenergie für die Aktorfunktion 11 zur Bereitstellung der Aktorsignale genutzt. Die Aktorsignale gelangen über die Schalteinheit 12 zur Elektrode. Die elektrische Energiezuführung für die Informationsverarbeitungseinheiten ist nicht dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung der auf eine Elektrode des Objekts durch Elektroden des Führungsmechanismus ausgeübten Kraftwirkungen. Die mit der programmgesteuerten Spannungsquelle U₂ verbundene Elektrode 7 ist von der Objektelektrode vollständig überdeckt und arbeitet als Sensor zur Ermittlung des Abstandes der Elektroden und bewirkt die Kraft F₂ auf das Objekt. Bei der Darstellung wurde zur Veranschaulichtung von einer zentralen Kräftegruppe ausgegangen, um zu zeigen, daß ein Kräftegleichgewicht in z-Richtung hergestellt werden kann. Die mit den programmgesteuerten Spannungsquellen U₁ und U₃ verbundenen Elektroden bestimmen durch ihre Wirkung hauptsächlich die Kräfte in tangentialer Richtung x. Die Summe aller Momente bezüglich einer Objektelektrode ist im allgemeinen nicht Null. Die Verbindung seiner Verdrehung erfolgt durch das Nachbarelement.

Fig. 4 zeigt die Anordnung von Elektrodengruppen 18,19 auf einem Führungsmechanismus 6 und die Steuerung der Elektroden 7.1 mit Hilfe eines Multiprozessorsystems. Die Elektrodengruppen 18,19 sind hinsichtlich der Hauptabmessungen ihrer Elektroden 7.1 senkrecht zueinander angeordnet. Jede Elektrode steht mit einer Einheit 16, bestehend aus einer Schaltereinheit 12,einem Sensor-Wandler-Element und Meßwertumformer 13, einem Prozessor 14 und einem Stellglied 15 (die Einzelelemente sind nicht dargestellt), In Verbindung. Im Beispiel sind je zwei Elektrodengruppen 18,19 mit einem Rechner 17 verbunden. Deren Verbindung zum Leitrechner 10 ist nicht dargestellt. Der angegebene Führungsmechanismus 6 ist geeignet, zwei Objekte zeitlich parallel und voneinander unabhängig zu führen. Die Struktur der Grundfläche eines Objekts 1 ist nur angedeutet. Durch die Anordnung der Elementegruppen wird das Objekt 1 vorteilhaft in x- und y-Richtung bewegt, und eine Verdrehung γ wird in der Fläche verhindert.

Die Fig. 5 zeigt die Anordnung von Elektrodengruppen 18,19 auf dem Führungsmechanismus 6 für den Fall, daß die Genauigkeitsanforderungen in Bereichen des Führungsmechanismus 6 unterschiedlich sind, Das Objekt 1 weist Elektroden 7.2 in gleichem Abstand auf. Demgegenüber sind die Abstände zwischen den Elektroden 7.1 des Führungsmechanismus 6 unterschiedlich groß. Unter Nutzung von Elektroden 7.1 des Führungsmechanismus 6 mit engem Elektrodenabstand wird das Objekt 1 in acht Phasen um einen Schritt bewegt.

In Fig. β wird ein Muster von Elektrodengruppen 18,19 auf dem Führungsmechanismus β gezeigt, das in zwei Schichten angeordnet Ist. Im Beispiel ist die x-Elektrodengruppe 18 leistungsmäßig bevorzugt auf Grund ihres geringeren Abstandes zum Objekt 1, außerdem wird die Wirkung dery-Elektrodengruppe 19 durch die abschirmende Wirkung derx-Elektrodengruppe 18 vermindert. Die gezeigte Trennung derx-Elektrodengruppe 18 in zwei von beiden Seiten der "uhrungemechanismus 6 zu versorgende Bereiche verdeutlicht, daß auch bei einer einfachen und allgemein anwendbarer/ Struktur der Elektroden 7.1 eine Objektführung im Raum ermöglicht wird.

Die Rg.7 zeigt eine strukturierte Grundfläche des Objekts 1 mit Spannungsanschlüssen. Die leitende Verbindung zwischen Elektroden 7.1,7.2 einer Elektrodengruppe 18,19 kann in einer Schicht technologisch gleichzeitig mit den Elektroden 7.1,7.2 gefertigt werden. Die störenden Wirkungen sind auf Grund kleiner erforderlicher Leitungsquerschnitte gering. Durch Anlegen unterschiedlichen Potentials an Ut und Ua kann selbst im Zusammenwirken mit einer streifenförmigen Elektrodengruppe 18,19 des Führungsmechanismus β eine Objektdrehung γ in der Grundfläche des Objekts 1 erfolgen. Durch Nutzung der Spannungsanschlüsse U₂ und U₆ kann zweckmäßig der Transport des Objekts 1 entlang einer Bahn s(t) erfolgen, wobei mit Hilfe der an U₆ angeschlossenen Elektrodengruppe 18,19 eine Regelung der Position senkrecht zur Bahnkurve vorgenommen werden kann. Unter Nutzung der Spannungsanschlüsse U₄ und U₆ kann das Objekt 1 entlang seiner Bahn um einen Winkel gedreht werden, der in der Fläche senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor gemessen wird. Durch Ausschalten von U₆ und Einschalten Von U₄ kann beispielsweise die Führung entlang einer anderen Bahnkurve im Sinne einer Weiche erfolgen. Die Fig. 8 zeigt eine einschichtig strukturierte Grundfläche eines Objekts 1, wie sie auf Objekte 1 aufgebracht werden kann, die direkt, ohne Verwendung eines Trägermitteis, geführt werden sollen. Das Objekt 1 besitzt eine x-Elektrodengruppe 18 und die einfachste Form einer y-Elektrodengruppe 19. Durch wechselseitiges Einschalten von U₁ und U₂ kann eine Funktionstrennung vorgenommen werden hinsichtlich der Führung in Bahnrichtung und senkrecht dazu. Ui und U₂ können für andere Anwendungen auch miteinander verbunden werden.

Flg. 9 stellt eine zweischichtig strukturierte Grundfläche eines Objekts 1 dar. Die Führung in y-Richtung wird verbessert. Durch Wechsel der Führung auf der Bahn s(t) von Elektroden 7.1 des Führungsmechanismus 6,diemitdereineny-Elektrodengruppe des Objekts 1 in Verbindung stehen auf Elektroden 7.2, die mit der anderen y-Elektrodengruppe 19 in Verbindung stehen, wird ebenfalls ein Übergang auf eine andere Bahnkurve im Sinne einer Weiche realisiert.

In Flg. 10 werden unisoliert angeordnete Elektroden 20 neben isoliert angeordneten Elektroden 7.1,7.2 dargestellt. Unisoliert angeordnete Elektroden 20 werden zur Leistungssteigerung des Antriebs verwendet und können zur Übergabe von Ladungsträgern auf Objektelektroden 7.2 genutzt werden, um Leitungsverbindungen zum Objekt 1 zu vermeiden.

Claims (11)

¹I. Elektrostatischer Antrieb mit integrierter Führung auf Basis eines Mehrantriebssystems mit paralleler Grundstruktur für die zeitlich parallele, voneinander unabhängige Führung mehrerer Objekte mit glatter, strukturierter Grundfläche bei gleichzeitiger individueller Formveränderung der Objekte während der Bewegung bestehend aus einem Führungsmechanismus mit programmgesteuerten Elektroden, die auf dem Führungsmechanismus und dem zu führenden Objekt ein flächenhaftes Muster bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7.1) getaktet mit einem Sensor-Wandlerelement (13) oder mit einer programmgesteuerten Spannungsquelle (15) verbunden sind und die Elektroden (7.1) auf dem Führungsmechanismus (6) in Abhängigkeit von ihrer Position gegenüber den Elektroden (7.2) auf dem Objekt (1) mit Signalen zur Führung einer Bewegungskoordinate beaufschlagt werden und die Elektroden (7.1,7.2) innerhalb des Musters in Funktionsgruppen angeordnet sind und dabei mindestens zwei Elektrodengruppen hinsichtlich der Hauptabmessungen ihrer Elektroden senkrecht zueinander angeordnet sind.

2. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorrangig für die Realisierung einer Bewegungskoordinate projektierte Muster einer Elektrodengruppe (18,19) auf der Grundfläche eines Objekts (1) mit dem Muster der entsprechenden Elektrodengruppe (18,19) mathematisch ähnlich ausgeführt ist, aber das Muster auf dem Führungsmechanismus (6) in Richtung der zu realisierenden Bewegung in Bereichen, die für den Transport vorgesehen sind, eine größere Dehnung aufweist als in Bereichen, die für die Positionierung vorgesehen sind.

3. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7.2) auf dem zu führenden Objekt (1) ein Muster aus mehreren Bereichen paralleler rechteckförmiger Elektroden (7.2) bilden und sich die Bereiche in der Elektrodenbreite und im Elektrodenabstand unterscheiden.

4. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß Elektrodengruppen (18, 19) auf dem Führungsmechanismus (6) und dem zu führenden Objekt (1) oder einem von beiden in mehreren Schichten übereinander oder versetzt übereinander angeordnet sind.

5. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsmechanismus (6) aus streifenartigen Elektrodengruppen (18,19) besteht, die in Schichten isoliert angeordnet sind und die Leitungsverbindungen zwischen gleichen Phasen und Leiterzügen zu den programmgesteuerten Spannungsquellen (15) auf den Seitenflächen des Führungsmechanismus (6) angeordnet sind.

6. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Elektroden (7.1,7.2) des Musters an ihrer Oberfläche unisoliert sind oder eine wesentlich geringere Isolationsschicht besitzen.

7. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unisolierten Elektroden (7.1,7.2) aus der Oberfläche geringfügig herausragen oder mit den isolierten Elektroden (7.1,7.2) eine glatte Fläche bilden.

8. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrodengruppen (18, 19) des Objekts (1) ebenfalls mit programmgesteuerten Spannungsquellen (15) verbunden sind.

9. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (7.1,7.2) von Elektrodengruppen (18,19) zusätzlich kammartig Elektroden (7.1,7.2) anderer Elektrodengruppen (18,19) angeordnet sind, so daß das Potential zwischen benachbarten Elektroden wechselt.

10. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (Deine magnetische Schicht aufweist und im Führungsmechanismus (6) zusätzlich das Objekt (1) abstoßende oder anziehende Magnete angeordnet sind.

11. Elektrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (1) zusätzlich luftgeführt wird.

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