DE102019008326A1

DE102019008326A1 - XY Theta-Stage with unlimited rotation range and only one load bearing

Info

Publication number: DE102019008326A1
Application number: DE102019008326.1A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-11-30
Publication date: 2020-06-04
Also published as: DE202018005600U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine XYTheta-Stage, die einen unbegrenzten Drehbereich aufweist und die nur ein einziges tragendes Lager aufweist. Dieses Lager soll insbesondere alle Gewichte tragen, die mit der Stage bewegt werden.The invention relates to an XYTheta stage which has an unlimited range of rotation and which has only a single supporting bearing. In particular, this bearing should support all weights that are moved with the stage.

Description

Die Erfindung betrifft ein eine XYTheta-Stage, deren Drehbereich nicht begrenzt ist, und bei der die ebene Bewegung auf einem einzigen tragenden Lager geführt wird.The invention relates to a XYTheta stage, the range of rotation is not limited, and in which the flat movement is carried out on a single supporting bearing.

XYTheta-Stages werden zumeist für Präzisionspositionierungen in der Ebene eingesetzt, wobei verschiedene Klassen von Konstruktionen möglich sind. Nur ein Teil der bekannten Konstruktionen verfügen über einen unbeschränkten Drehbereich, weisen dann aber eine Mehrzahl tragender Lager auf. Ein Tragendes Lager ist dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Gondel trägt.XYTheta stages are mostly used for precision positioning in the plane, whereby different classes of constructions are possible. Only some of the known constructions have an unlimited range of rotation, but then have a plurality of supporting bearings. A load bearing is characterized in that it carries at least part of the weight of the nacelle.

Die Erfindung zeigt eine Möglichkeit auf, eine alternative und unter Kostenaspekten vorteilhafte Konstruktion einer XYTheta-Stage anzugeben.The invention shows a possibility of specifying an alternative construction of an XYTheta stage which is advantageous from a cost point of view.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the features of claim 1. Appropriate developments of the inventive concept can be found in the dependent claims.

Es ist ein Gedanke der Erfindung, dass zum Tragen einer Gondel bei einer planaren Bewegung lediglich eine Planarlagerung erforderlich ist, wohingegen handelsübliche XYTheta-Stages, insbesondere solche welche einen unbegrenzten Drehbereich aufweisen, mit mehreren tragenden Lagern versehen sind. Bei den bekannten XYTheta-Stages mit unbegrenztem Drehbereich wird eine Bewegung in der Ebene, welche bekanntlich 3 Freiheitsgrade (3 DOF) aufweist, mittels mehrerer tragender Lagerungen durch Zwangsbedingungen in zwei kartesische Bewegungen bzw. Positionen und eine Drehbewegung bzw. einen Drehwinkel zerlegt. Hierbei definieren dann die drei einzelnen Lager durch ihre Führungseigenschaften jeweils eine Zwangsbedingung und damit wohl unterschiedene und voneinander abgegrenzte Bewegungen bzw. Positionierungen, nämlich zwei voneinander verschiedene und abgegrenzte kartesische Bewegungen sowie eine rotatorische Bewegung. Die Generierung einer Bewegung bzw. Positionierung in der Ebene (3 DOF) bedarf jedoch keiner solchen Trennung auf dem Wege von Zwangsbedingungen, folglich muß/müssen die Lagerung/Lagerungen einer XYTheta-Stage keine solche Trennung bewirken, was den Einsatz viel einfacher konstruierter Lagerungen ermöglicht. Zu bemerken ist, dass eine hoch genaue Auftrennung der Bewegung durch Zwangsbedingungen, etwa bei Präzisionskinematiken, wegen der erforderlichen Präzision aufwändig und teuer ist.It is a concept of the invention that only one planar bearing is required to carry a gondola during a planar movement, whereas commercially available XYTheta stages, in particular those which have an unlimited range of rotation, are provided with several supporting bearings. In the well-known XYTheta stages with unlimited rotation range, a movement in the plane, which is known to have 3 degrees of freedom ( 3rd DOF) has, by means of a plurality of load-bearing supports, split into two Cartesian movements or positions and a rotary movement or an angle of rotation by constraint conditions. In this case, the three individual bearings each define a constraint by their guiding properties and thus well differentiated and differentiated movements or positioning, namely two different and delimited Cartesian movements and a rotary movement. The generation of a movement or positioning in the plane ( 3rd DOF), however, does not require such a separation by means of constraints, consequently the storage / bearings of an XYTheta stage do not have to bring about such a separation, which enables the use of much simpler structures. It should be noted that a highly precise separation of the movement due to constraints, for example in the case of precision kinematics, is complex and expensive because of the precision required.

Es ist ein weiterer Gedanke der Erfindung, dass eine Planarlagerung auf ganz verschiedene Arten des Gleitens realisiert werden kann. Die Auswahl der Gleitmethode bietet beispielsweise eine Skalierbarkeit im Arbeitsraum, eine Variation der Präzision bzw. im Gegenzug der Herstellungskosten, sowie der Tragfähigkeit.It is a further idea of the invention that a planar bearing can be implemented in very different ways of sliding. The selection of the sliding method offers, for example, scalability in the work area, a variation of the precision or in return the manufacturing costs, as well as the load capacity.

Stand der TechnikState of the art

Es gibt zwei Klassen von XYTheta-Stages. Beide sind auf dem Markt anzutreffen.There are two classes of XYTheta stages. Both can be found on the market.

Erste Klasse: Gestapelte XYTheta-StagesFirst class: stacked XYTheta stages

Dies sind als serielle Kinematik aufgebaute XYTheta-Stages, was bedeutet, dass mehrere Antriebe und ihre Lager aufeinander geschichtet sind. Der Stapel besteht hier aus drei Ebenen von Verstellern, zwei dieser Ebenen werden jeweils durch zumeist paarig angeordnete Linearversteller gebildet, die dritte Ebene bildet ein Drehversteller. Gestapelte XYTheta-Stages erlauben konstruktiv einen unbeschränkten Drehbereich. Ein Nachteil liegt darin, dass für die Linearverstellungen und die Drehverstellung jeweils eigene tragende Lager eingesetzt werden müssen, was zu einer Gewichtssteigerung, konstruktivem Mehr-Aufwand, gesteigerter Komplexität, einem hohen Bauvolumen und überhaupt gesteigerten Kosten führt. Komplexität bedeutet immer auch Anfälligkeit für technische Störungen und einen erhöhten Aufwand in der Instandhaltung. Ein gestapelter Aufbau weist in der Regel eine geringere Steifigkeit auf als eine parallele oder hybride Konstruktion. Die große Masse der tragenden Lager wirkt sich wegen der vergrößerten bewegten Massen auch nachteilig auf die Resonanzfrequenzen der XYTheta-Stage aus. Eine gestapelte XYTheta-Stage ist in der Veröffentlichung von [Bonev] beschrieben. Hier werden auch die Nachteile dieser Konstruktion behandelt. In dieser Klasse kommt es zu der oben beschriebenen unnötigen Bewegungszerlegung durch Zwangsbedingungen der Lagerung.These are XYTheta stages constructed as serial kinematics, which means that several drives and their bearings are stacked on top of each other. The stack consists of three levels of adjusters, two of these levels are each formed by linear adjusters, usually arranged in pairs, the third level is a rotary adjuster. Stacked XYTheta stages allow an unlimited rotation range. A disadvantage lies in the fact that separate load-bearing bearings must be used for the linear adjustments and the rotary adjustment, which leads to an increase in weight, additional design effort, increased complexity, a high construction volume and generally increased costs. Complexity always means susceptibility to technical malfunctions and increased maintenance costs. A stacked structure usually has less rigidity than a parallel or hybrid construction. The large mass of the load bearing also has a disadvantageous effect on the resonance frequencies of the XYTheta stage due to the increased moving masses. A stacked XYTheta stage is described in the publication by [Bonev]. The disadvantages of this construction are also dealt with here. In this class there is the unnecessary movement decomposition described above due to the constraints of storage.

Zweite Klasse: Parallelkinematischer AufbauSecond class: parallel kinematic structure

Drei Linearversteller definieren hier durch ihre Länge die kartesischen Koordinaten und den Verdrehwinkel der Gondel. Ein Nachteil dieser Konstruktion liegt in der Beschränkung der Winkeldrehung. Zumeist weisen diese XYTheta-Stages keine Planarlagerung auf, und haben damit auch noch die diesbezüglichen Nachteile der gestapelten XYTheta-Stages der ersten Klasse, nämlich eine Mehrzahl tragender Lager. Parallekinematische XYTheta-Stages, welche eine Planarlagerung aufweisen, sind konstruktiv in ihrem Bereich der Winkeldrehung beschränkt.Three linear stages define the Cartesian coordinates and the angle of rotation of the nacelle by their length. A disadvantage of this construction is the limitation of the angular rotation. Most of these XYTheta stages do not have a planar bearing, and thus also have the disadvantages of stacked XYTheta stages of the first class, namely a plurality of load-bearing units. Parallel kinematic XYTheta stages, which have a planar bearing, are structurally limited in their range of angular rotation.

Nachteile des Stand der TechnikDisadvantages of the prior art

Im Stand der Technik sind insbesondere zwei Nachteile zu benennen, von denen je nach Klasse der Konstruktion mindestens einer anzutreffen ist. Der eine Nachteil ist die Verwendung mehrerer tragender Lager. Der andere Nachteil liegt im beschränkten Drehbereich.In the prior art, two disadvantages are to be mentioned, of which at least one can be found depending on the class of construction is. One disadvantage is the use of multiple load bearing units. The other disadvantage is the limited range of rotation.

Ganz allgemein weist der Stand der Technik unnötig komplizierte Konstruktionen auf.In general, the prior art has unnecessarily complicated designs.

Beim gestapelten Aufbau weist jedes der drei tragenden Lager eine wohldefinierte und konstruktiv erzwungene Bewegungsmöglichkeit in einem Freiheitsgrad auf. So ist jedem der Linearversteller ihre Ausrichtung, also ein Vektor in der Ebene zugeordnet Der Drehversteller wiederum erzwingt Bewegungen exakt um seine eigene Drehachse. Insgesamt wird also durch die Lagerungen die Bewegung in der Ebene, die 3 Freiheiten aufweist, durch drei Zwangsbedingungen aufgeteilt.With the stacked structure, each of the three load-bearing bearings has a well-defined and structurally enforced possibility of movement in one degree of freedom. Each of the linear adjusters is assigned their orientation, i.e. a vector in the plane. The rotary adjuster in turn forces movements exactly around its own axis of rotation. Altogether, the bearings in the plane, which has 3 freedoms, are divided by three constraints.

Diese Aufteilung ist aufwändig, da eine unzureichende Präzision der Aufteilung die Positioniergenauigkeit der XYTheta-Stage vermindert. Dies zwingt zum Einbau teurer Präzisionslager. Außerdem muss jedes dieser Lager als ein tragendes Lager ausgeführt werden, was den Aufwand weiter vergrößert. Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, kann auf eine solche Aufteilung im Sinne der Erfindung ganz verzichtet werden.This division is complex because inadequate precision of the division reduces the positioning accuracy of the XYTheta stage. This forces the installation of expensive precision bearings. In addition, each of these bearings must be designed as a load bearing, which further increases the effort. As the exemplary embodiment shows, such a division can be completely dispensed with in the sense of the invention.

XYTheta-Stages mit parallelkinematischem Aufbau haben als Nachteil einen eingeschränkten Drehbereich.The disadvantage of XYTheta stages with a parallel kinematic structure is that they have a restricted range of rotation.

Ein Teil der bekannten XYTheta-Stages weist eine Planarlagerung auf, wie etwa US000008496221B2 und DE102008058306A1 .Part of the known XYTheta stages has a planar bearing, such as US000008496221B2 and DE102008058306A1 .

Ein anderer Teil der bekannten XYTheta-Stages, wie etwa US000007707907B2 , weist eine Mehrzahl tragender Lager auf: Die Nachteile dieser Mehrzahl tragender Lager ist im Zusammenhang mit dem gestapelten Aufbau von XYTheta-Stages beschrieben.Another part of the well-known XYTheta stages, such as US000007707907B2 , has a plurality of load-bearing bearings: The disadvantages of this plurality of load-bearing bearings are described in connection with the stacked structure of XYTheta stages.

Vorteile und Einsatzmöglichkeiten der ErfindungAdvantages and possible uses of the invention

Ein Vorteile der erfindungsgemäßen Erzeugnisses besteht darin, dass nur ein einziges tragendes Lager benötigt wird. Die Präzisionsanforderungen an dieses einzigen Lager können sich darauf beschränken, ungewollte Bewegungen in der Z-Richtung und Verkippungen gering zu halten. Dies liegt daran, dass die einzige Zwangsbedingung dieses Planarlagers nur die Höhe (Z-Koordinate) beeinflusst, nicht die anderen Freiheiten in der Ebene. Die Pose der Gondel - die ja nur in der Ebene bewegt wird - ist in ihrem kartesischen und rotatorischen Anteil wird allein durch die Aktoren definiert.An advantage of the product according to the invention is that only a single supporting bearing is required. The precision requirements for this single bearing can be limited to keeping unwanted movements in the Z direction and tilting to a minimum. This is because the only constraint of this planar bearing only affects the height (Z coordinate), not the other freedoms in the plane. The pose of the gondola - which is only moved in the plane - is defined in its Cartesian and rotatory part solely by the actuators.

Ebenso ist im Gegensatz zur rein parallelkinematischen Bauart der Umfang der Drehung konstruktiv nicht beschränkt.In contrast to the purely parallel-kinematic design, the scope of the rotation is not structurally restricted.

Weiterhin ist eine Skalierung des Arbeitsraumes der XYTheta-Stage möglich. Es besteht hier die Möglichkeit, den kartesische Antrieb durch Seile nach Art eines Seilroboters zu gestalten, um die großen Arbeitsräume von Seilrobotern zu gewinnen. Es besteht hier auch die Möglichkeit, große Führungsplatten durch das Aneinanderlegen mehrerer Kugeltische zu erreichen.It is also possible to scale the work space of the XYTheta stage. There is the possibility here to design the Cartesian drive with ropes in the manner of a rope robot in order to gain the large work spaces of rope robots. It is also possible to reach large guide plates by placing several ball tables together.

Die einfache Skalierbarkeit des Arbeitsraumes bietet die Möglichkeiten, entsprechend der Anforderungen vor Ort - man denke an den Einbau/Integration in eine Fabrikationsstraße - eine Skalierung vornehmen zu können. Auch hinsichtlich der Traglast ist eine einfache Skalierung entweder über die Art des Gleitens, oder beispielsweise über die Tragfähigkeit der verwendeten Kugelrollen möglich. Eine Skalierung der Präzision sowie der Herstellungskosten ist auch über die Wahl der Art des Gleitens zu erreichen, die Spanne reicht vom Einsatz von Möbelrollen bis hin zu einer Luftlagerung.The simple scalability of the work area offers the possibility to scale according to the requirements on site - think of the installation / integration in a production line. With regard to the load capacity, simple scaling is possible either via the type of sliding or, for example, via the load capacity of the ball casters used. A scaling of the precision as well as the manufacturing costs can also be achieved through the choice of the type of sliding, the range extends from the use of furniture casters to air storage.

Man ist bei der Skalierung im Hinblick auf den Arbeitsraum nicht darauf beschränkt, XYTheta-Stages aus Kostengründen auf einen Satz von „Konfektionsgrößen“ zu beschränken, sondern kann vor Ort disponieren.When scaling with regard to the work space, you are not limited to limiting XYTheta stages to a set of "clothing sizes" for cost reasons, but can plan on site.

Es besteht weiter die Möglichkeit, gebräuchliche und in großer Stückzahl gefertigte Bauteile zu verwenden, wie etwa Kugeltische.There is also the possibility of using common components manufactured in large numbers, such as ball tables.

Ebenso ist eine Skalierung hinsichtlich der gewünschten Genauigkeit und der Kosten möglich. Höchste Genauigkeiten können beispielsweise durch ein Gleiten auf einem Luftlager erreicht werden.Scaling with regard to the desired accuracy and costs is also possible. The highest levels of accuracy can be achieved, for example, by sliding on an air bearing.

Insbesondere ergibt sich im Gegensatz zu den parallelkinematischen Konstruktionen die Möglichkeit einer vereinfachten Kalibrierung. Hierbei kann als erster Schritt der Drehpunkt in Bezug auf die Tischplatte einfach festgestellt und markiert werden, da Punkte auf der Tischplatte, die nicht mit dem Drehpunkt koinzident sind, bei einer Rotation einen Kreis beschreiben. Ist der Drehpunkt - gegeben durch den Mittelpunkt einer dieser Kreise - bekannt, kann der Drehwinkelfehler durch Mapping im Arbeitsraum kompensiert werfen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Dreheinrichtung zu mappen, ohne auf laterale Verschiebungen eingehen zu müssen.In particular, in contrast to the parallel kinematic constructions, there is the possibility of a simplified calibration. As a first step, the pivot point with respect to the table top can simply be determined and marked, since points on the table top that do not coincide with the pivot point describe a circle during a rotation. If the pivot point - given by the center point of one of these circles - is known, the rotation angle error can be compensated by mapping in the work area. This makes it possible to map the rotating device without having to deal with lateral displacements.

Die Abweichungen in X und Y-Richtung können im Arbeitsraum beispielsweise auf einem kartesischen Gitter von 3X3 Punkten gemessen werden, wobei die X-Abweichung als auch die Y-Abweichung in diesen Punkten in einer bevorzugten Implementation durch bilineare Interpolation in dem Gitter kompensiert werden kann. Bilineare Interpolation bedeutet hier, dass die Abweichungen der X-Koordinaten und Y-Koordinaten getrennt in Abhängigkeit ihres kartesischen Ortes bestimmt werden. Diese Interpolation hat den Vorteil, dass die gemessenen Abweichungen in den Punkten des Gitters abweichungsfrei korrigiert werden können.The deviations in the X and Y directions can be measured in the workspace, for example on a Cartesian grid of 3X3 points, the X deviation and the Y deviation in these points being preferred Implementation can be compensated by bilinear interpolation in the grid. Bilinear interpolation here means that the deviations of the X coordinates and Y coordinates are determined separately depending on their Cartesian location. This interpolation has the advantage that the measured deviations in the points of the grid can be corrected without deviation.

Als Beispiel im Rahmen der Skalierbarkeit im Bereich der Kosten und des Arbeitsbereiches sei die Gondel einer XYTheta-Stage erwähnt, die auf 3 Möbelrollen gleitet, wobei ein auf dieser Gondel sitzender Werker die Pose der Gondel entlang eines Fließbandes durch Pedalen steuern kann und wobei ein großer Arbeitsbereich durch den Einsatz einer Seilkinematik ermöglicht ist, und der Fußboden die Führungsplatte bildet.As an example in the context of scalability in the area of costs and the work area, the gondola of an XYTheta stage should be mentioned 3rd Furniture castors glide, with a worker sitting on this gondola being able to control the pose of the gondola along a conveyor belt by means of pedals, a large working area being made possible by the use of rope kinematics, and the floor forming the guide plate.

Der Erfindung löst die Aufgabe, eine alternative, konstruktiv solide und einfache Bauart für eine XYTheta-Stage mit unbeschränktem Drehbereich zu finden.The invention solves the problem of finding an alternative, structurally solid and simple design for an XYTheta stage with an unlimited rotation range.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

1 Blick auf das geöffnete Getriebe in Schrägansicht
2 Perspektivische Ansicht der Stage von schräg oben gesehen
3 Perspektivische Ansicht der Stage von schräg seitwärts gesehen mit Blick auf das Getriebe
4 Ansicht der Gleitplatte von unten, Kugelrollen und Haltemagnete sind erkennbar
5 Ansicht des Getriebes von oben bei entferntem Getriebedeckel
6 Ansicht des Getriebes von oben, leicht schräg
7 Ansicht des Getriebes von der Seite, leicht schräg von oben
8 Ansicht des Getriebes von der Seite, ohne Getriebegehäuse
9 Perspektivische Ansicht des Getriebes schräg oben, ohne Getriebegehäuse
10 Ansicht des Getriebes von der Seite

Further details, advantages and expediencies of the invention can be derived from the following description of an embodiment with reference to the figures. Of these show:

1 Angled view of the open gearbox
2nd Perspective view of the stage seen obliquely from above
3rd Perspective view of the stage seen obliquely from the side with a view of the gearbox
4th View of the slide plate from below, ball rollers and holding magnets can be seen
5 View of the gearbox from above with the gearbox cover removed
6 Top view of the gearbox, slightly oblique
7 View of the gearbox from the side, slightly oblique from above
8th View of the gearbox from the side, without gearbox
9 Perspective view of the gearbox diagonally above, without gearbox housing
10th View of the gearbox from the side

Die 1 bis 10 beziehen sich auf dasselbe Ausführungsbeispiel.The 1 to 10th refer to the same embodiment.

2 zeigt die XYTheta-Stage von schräg oben. Die Gondel, bestehend insbesondere aus der Gleitplatte 202 und der Tischplatte 203, ist hier gezeigt. Die Gondel gleitet hier auf Kugelrollen, die an der Gleitplatte montiert sind und auf der Führungsplatte 201 rollen.
Die kraft- und momentenübertragende Verbindung zwischen Gondel und Führungsplatte besteht hier in den beiden Linearaktoren 203 und 204, die an einem Ende eine Verbindung zu der Gondel aufweisen, am anderen Ende in den Gelenksäulen 205, 206 drehbar gelagert sind.
Die Gelenksäulen tragen Drehgelenke, deren Drehachsen senkrecht auf der Führungsplatte liegen. Diese Beweglichkeit wäre beispielsweise auch mit Kugelgelenken, Kardangelenken oder Festkörpergelenken zu erreichen. Als Drehgelenke bieten sich Kugellager bzw. Gleitlager an, im Ausführungsbeispiel sind es Kugellager, die in den Figuren nicht gezeigt sind. 2nd shows the XYTheta stage diagonally from above. The gondola, consisting in particular of the sliding plate 202 and the table top 203 is shown here. The nacelle slides here on ball rollers, which are mounted on the slide plate and on the guide plate 201 roll.
The force and torque transferring connection between the nacelle and the guide plate consists in the two linear actuators 203 and 204 , which have a connection to the gondola at one end, at the other end in the joint columns 205 , 206 are rotatably mounted.
The articulated columns have swivel joints, the axes of rotation of which are perpendicular to the guide plate. This mobility could also be achieved, for example, with ball joints, universal joints or solid-state joints. Ball bearings or plain bearings are suitable as swivel joints; in the exemplary embodiment, they are ball bearings that are not shown in the figures.

Beide Linearaktoren enden auch gondelseitig in Drehgelenken, deren Drehachsen identisch sind. Die Kombination der Linaraktoren mit ihren Lagerungen bilden eine Parallelkinematik, bei der der kartesische Ort der beiden identischen gondelseitigen Drehachsen durch die Länge der Linearaktoren eindeutig bestimmt ist, was sich aus elementaren Dreiecksbeziehungen ergibt. Die Eckpunkte des in der Ebene der Führungsplatte liegenden Dreiecks liegen in den Drehachsen der Säulen und dem Mittelpunkt der Getriebeachse.Both linear actuators also end on the nacelle side in swivel joints whose axes of rotation are identical. The combination of the linear actuators with their bearings form parallel kinematics, in which the Cartesian location of the two identical axes of rotation on the nacelle is clearly determined by the length of the linear actuators, which results from elementary triangular relationships. The corner points of the triangle lying in the plane of the guide plate lie in the axes of rotation of the columns and the center of the gear axis.

Diese parallelkinematische kartesische Verschiebung der Drehachse entspricht der kartesischen Verschiebung der Gondel. Die Linearaktoren in Verbindung mit ihren Lagerungen bilden den kartesischen Antrieb.This parallel kinematic Cartesian displacement of the axis of rotation corresponds to the Cartesian displacement of the nacelle. The linear actuators in connection with their bearings form the Cartesian drive.

Die Kinematik kann neben kartesischen Bewegungen überlagernd auch Drehbewegung ausführen.In addition to Cartesian movements, the kinematics can also perform a rotary movement.

3 zeigt die XYTheta-Stage in Schrägsicht. Hier erkennbar die Führungsplatte 307, die Tischplatte 305, die Gleitplatte 306, eine an der Gleitplatte montierte Kugelrolle 303 sowie Haltemagnete 301,302. Zwischen Gleitplatte und Tischplatte befindet sich das Getriebegehäuse 304. 3rd shows the XYTheta stage in an oblique view. The guide plate can be seen here 307 who have favourited Tabletop 305 who have favourited Sliding Plate 306 , a ball roller mounted on the slide plate 303 as well as holding magnets 301 , 302 . The gear housing is located between the sliding plate and the table plate 304 .

4 zeigt die Unteransicht der Gleitplatte. Kugelrollen sind mit 401,402,403 gekennzeichnet, die Haltemagnete mit 404, 405, 406. 4th shows the bottom view of the slide plate. Ball rollers are with 401 , 402 , 403 marked, the holding magnets with 404 , 405 , 406 .

1 zeigt das Getriebe, welches sich zwischen den beiden Platten der Gondel befindet. In der Darstellung fehlt das Getriebegehäuse, weil dieses die Sicht auf den Drehmotor 101, das große Zahnrad 102, das Antriebsritzel 103, die Motorhalterung 105 sowie die Verbindungsschrauben 106, 107 verdecken würde. Eine dritte Verbindungsschraube ist verdeckt. 1 shows the gearbox, which is located between the two plates of the nacelle. The gearbox housing is missing in the illustration because this gives a view of the rotary motor 101 , the big gear 102 , the drive pinion 103 , the engine mount 105 as well as the connecting screws 106 , 107 would cover up. A third connecting screw is covered.

In der Mitte des Getriebes befindet sich die Getriebeachse 108. Diese verbindet Gleitplatte und Tischplatte starr miteinander. Dies bedeutet, dass ihre beiden Zylinderflächen mit den jeweiligen Platten fest verbunden sind. Mit der Getriebeachse fest verbunden ist das große Zahnrad 102, so dass die Drehungen dieses Zahnrades den Drehungen der Gondel entsprechen. Angetrieben wird das große Zahnrad 102 durch das Antriebsritzel 103, welches durch den Motor 101 gedreht wird. Der Motor ist über die Motorhalterung 105 mit dem - nicht sichtbaren - Getriebegehäuse verbunden. Dieses Getriebegehäuse ist über 3 Schrauben am Außenring des unteren Kugellagers 109 verbunden. Dieser Außenring weist eine feste Verbindung mit dem unteren Linearaktor auf. Da der Richtungsvektor des unteren Linearaktors durch die Länge der beiden Linearaktoren über eine Dreiecksbeziehung definiert ist, entsprechend des oben beschriebenen parallelkinematischen Prinzips, können Drehmomente des Drehantriebes an die Führungsplatte übertragen werden.The gear axis is located in the middle of the gear 108 . This rigidly connects the slide plate and table top to one another. This means that their two cylinder surfaces are firmly connected to the respective plates. The large gear is firmly connected to the gear axis 102 , so that the rotations of this gear correspond to the rotations of the nacelle. The large gear is driven 102 through the drive pinion 103 which by the engine 101 is rotated. The engine is over the engine mount 105 connected to the - not visible - gearbox. This gearbox is over 3rd Screws on the outer ring of the lower ball bearing 109 connected. This outer ring has a fixed connection to the lower linear actuator. Since the direction vector of the lower linear actuator is defined by the length of the two linear actuators via a triangular relationship, in accordance with the parallel kinematic principle described above, torques of the rotary drive can be transmitted to the guide plate.

Bezüglich der Übertragung des Drehmoments wäre auch alternativ eine Befestigung des oberen Linearaktors am Getriebegehäuse äquivalent zur oben vorgestellten Befestigungsart möglich.With regard to the transmission of the torque, an attachment of the upper linear actuator to the gear housing equivalent to the type of attachment presented above would also be possible as an alternative.

Diese Kinematik hat die Besonderheit, dass Längenänderungen der Linearaktoren sowohl eine kartesische, als auch eine rotatorische Bewegung der Gondel bewirken. Denn der untere Lineraktor ändert dabei infolge der erwähnten Dreiecksbeziehung seine Richtung, was zu einer Drehung in der Getriebeachse führt. Die Größe dieser parasitären Rotation ist jedoch aus den Längen der Linearaktoren berechenbar. Bei einer Posenkommandierung der XYTheta-Stage - welche ja kartesische Bewegungen und Drehbewegungen durch den Drehmotor umfasst - kann diese parasitäre Drehung deshalb berücksichtigt und somit kompensiert werden kann.The special feature of this kinematics is that changes in the length of the linear actuators cause both a Cartesian and a rotary movement of the nacelle. This is because the lower liner actuator changes its direction as a result of the triangular relationship mentioned, which leads to a rotation in the gear axis. The size of this parasitic rotation can, however, be calculated from the lengths of the linear actuators. When the XYTheta stage is commanded by a post - which includes Cartesian movements and rotary movements by the rotary motor - this parasitic rotation can therefore be taken into account and thus compensated for.

Das Getriebe weist ein oberes Kugellager 112 und ein unteres Kugellager 109 auf. Jeweils der äußere Kranz der Kugellager ist mit den Linearaktoren 110 und 111 fest verbunden, etwa durch Einschraubung in den Außenring des jeweiligen Kugellagers, oder durch Schweißen oder Löten. Die Kugellager sind der Getriebeachse in einer Weise eingepresst, dass insbesondere eine vertikales Verrutschen unmöglich ist. Durch diese Maßnahme kommt es zu keinen Verkantungen, d.h., die Vektoren der Strebenrichtungen bleiben orthogonal zu den Drehachsen der Gelenksäulen 205,206 sowie der Getriebeachse. Die Seelen der Linearaktoren schneiden die Seelen der Drehachsen also stets im rechten Winkel.The gearbox has an upper ball bearing 112 and a lower ball bearing 109 on. The outer ring of the ball bearings is with the linear actuators 110 and 111 firmly connected, for example by screwing into the outer ring of the respective ball bearing, or by welding or soldering. The ball bearings are pressed into the gear axis in such a way that vertical slipping is impossible. This measure does not result in canting, ie the vectors of the strut directions remain orthogonal to the axes of rotation of the joint columns 205 , 206 and the gear axis. The souls of the linear actuators always intersect the souls of the axes of rotation at right angles.

7 zeigt das vollständige, durch den Getriebegehäuse umschlossene Getriebe. Das Getriebegehäuse, bestehend aus Wanne 701 und Deckel 702, weist zwei Durchbrüche unten und oben auf, durch die die Getriebeachse 703 hindurchführt. Das Getriebegehäuse weist keine Verbindung mit dem Außenring des oberen Kugellagers 704 auf. Die feste Verbindung des Getriebegehäuses mit dem Außenring des unteren Kugellagers bedingt den in der Zeichnung erkennbaren geringen Abstand. Der große Abstand zwischen dem oberen Kugellager zum Deckel des Getriebegehäuses verhindert eine Berührung dieser beiden Bauteile. Der Innenring des unteren Kugellagers weist keine Verbindung zum Getriebegehäuse auf. 7 shows the complete gearbox enclosed by the gearbox. The gearbox, consisting of a trough 701 and lid 702 , has two openings at the top and bottom through which the gear axis 703 leads through. The gear housing has no connection with the outer ring of the upper ball bearing 704 on. The fixed connection of the gear housing with the outer ring of the lower ball bearing results in the small distance which can be seen in the drawing. The large distance between the upper ball bearing to the cover of the gear housing prevents contact between these two components. The inner ring of the lower ball bearing has no connection to the gearbox.

8 zeigt nochmal das Getriebe in der Seitenansicht, ohne Getriebegehäuse. Deutlich sichtbar ist die Motorbefestigung 801 sowie zwei Verbindungsschrauben 802,803 zur Befestigung des Getriebegehäuses am Außenring des unteren Kugellagers. Diese drei bezeichneten Konstruktionselemente sind wesentlich für die Momentenübertragung zwischen Gondel und Gleitplatte. 804 zeigt die Drehachse der Gondel. 8th shows the gearbox again in a side view, without gearbox. The engine mounting is clearly visible 801 and two connecting screws 802 , 803 for fastening the gear housing to the outer ring of the lower ball bearing. These three design elements are essential for the torque transmission between the nacelle and the sliding plate. 804 shows the axis of rotation of the nacelle.

9 zeigt den Inhalt der 8 aus einer anderen Perspektive. 9 shows the content of the 8th from a different perspective.

10 zeigt das Getriebe mit Getriebegehäuse in der Seitenansicht, um die Verbindung des Getriebegehäuses mit dem unteren Kugellager nochmals zu zeigen. 10th shows the transmission with gear housing in side view to show the connection of the gear housing with the lower ball bearing again.

In den Figuren sind der Übersichtlichkeit wegen keine Kabel (Spannungsversorgung u. Signalübertragung) eingezeichnet, ebenso nicht Drehencoder, Motoren der Linaraktoren, Längenmeßsensoren der Linearaktoren.For the sake of clarity, no cables (power supply and signal transmission) are shown in the figures, nor are rotary encoders, motors of the linear actuators, linear sensors of the linear actuators.

Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeipiel beschränkt. Es sind viele fachgerechte und sinnvolle Abwandlungen möglich.The invention is not restricted to this exemplary embodiment. Many professional and sensible modifications are possible.

Glossarglossary

Dieses Glossar erklärt Begriffe, die sich in erster Linie auf das Ausführungsbeispiel beziehen, und die zur Erläuterung der diesbezüglichen Zeichnungen dienen.
Zugleich werden Begriffe der Ansprüche und der Beschreibung definiert, die sich nicht nur auf das Ausführungsbeispiel beschränken.
Ebenfalls werden bevorzugte Ausführungsformen benannt.This glossary explains terms that primarily relate to the exemplary embodiment and that serve to explain the drawings in this regard.
At the same time, terms of the claims and the description are defined, which are not limited to the exemplary embodiment.
Preferred embodiments are also named.

„Unbeschränkter Drehbereich, beschränkter Drehbereich“ "Unrestricted rotation range, restricted rotation range"

Beim unbeschränkten Drehbereich können Drehungen um beliebige Winkel ausgeführt werden, wobei vielfache Umdrehungen eingeschlossen sind. Jede reelle Zahl ist als Drehwinkel zulässig.With the unlimited rotation range, rotations can be made at any angle, including multiple rotations. Any real number is allowed as an angle of rotation.

„Gondel“"Gondola"

Die Gondel ist der zu positionierende Teil der XYTheta-Stage, sie besteht im Ausführungsbeispiel aus der Gleitplatte und der Tischplatte, sowie dem Getriebe.The gondola is the part of the XYTheta stage to be positioned; in the exemplary embodiment it consists of the sliding plate and the table top, as well as the gear.

„Zugorgane“"Train organs"

In dieser Schrift ein Oberbegriff für als Gelenkketten ausgeführte Antriebsketten, oder Riemen wie Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen, Zahnriemen, Rundriemen, Zugseile, usw.In this document a generic term for drive chains designed as articulated chains, or belts such as flat belts, V-belts, V-ribbed belts, toothed belts, round belts, traction cables, etc.

„Zugmitteltrieb“"Traction drive"

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist es ein aus zwei Wellen und einem Zugorgan bestehendes Getriebe, welches die Gondel dreht. Die Antriebswelle (Gelenksäule) ist an der Führungsplatte montiert und steht auf ihr senkrecht. Die Gondel trägt eine angetriebene Welle. Diese angetriebene Welle ist entweder die Getriebeachse, oder die kreisrund geformte kreisrunde Gleitplatte bzw. Tischplatte. Eine Spannvorrichtung für das Zugorgan ist vorzusehen.In a first preferred embodiment, it is a transmission consisting of two shafts and a traction element, which rotates the nacelle. The drive shaft (articulated column) is mounted on the guide plate and is perpendicular to it. The gondola carries a driven shaft. This driven shaft is either the gear axis or the circular shaped circular slide plate or table plate. A tensioning device for the tension member must be provided.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist es ein Getriebe, bei dem das Zugmittel auf einem Schwert geführt wird (wie bei einer Motorsäge). Das Schwert ist dabei in einer senkrecht auf der Führungsplatte liegenden Gelenksäule drehbar gelagert. Das Schwert wird dabei durch ein Drehmoment einer zahnbewehrten bzw. dem Zugmitteltrieb angepassten Welle angedrückt. Diese angetriebene Welle ist entweder die Getriebeachse, oder wird durch die kreisrund geformte kreisrunde Gleitplatte bzw. Tischplatte gebildet. Das Schwert versetzt also die Gondel in Drehung. Das erwähnte andrückende Drehmoment kann durch Federkraft erzeugt werden.In a second preferred embodiment, it is a transmission in which the traction means is guided on a sword (like a chainsaw). The sword is rotatably mounted in a joint column lying vertically on the guide plate. The sword is pressed by a torque of a tooth-reinforced shaft or a shaft adapted to the traction mechanism drive. This driven shaft is either the gear axis or is formed by the circular shaped circular slide plate or table plate. So the sword turns the gondola. The mentioned pressing torque can be generated by spring force.

„Gleiten, Gleitvorgang“"Sliding, sliding"

In dieser Schrift ein Oberbegriff für die Methoden der Lagerung einer Bewegung in der Ebene. Zu diesen Methoden der Planarlagerung gehört

a) das Gleiten im umgangssprachlichen Sinn, also ein geschmiertes oder ungeschmiertes „Rutschen“, in dieser Schrift auch als Rutschvorgang bezeichnet
b) das Rollen auf oder mit Kugelrollen
c) das Rollen unter Verwendung eines Kugelrollen-Arrays (gemeinhin als „Kugeltisch“ oder Kugelrollentisch“ bezeichnet)
d) das Rollen auf oder mittels Allseitenröllchen (= Allseitenrollen) oder Allwegröllchen (= Allwegrollen) oder einem hieraus aufgebauteen Array (Bezeichnungen Allseiten-Rollenbahn, Allseiten-Rollentisch, Allweg-Rollenbahn, Allweg-Rollentisch)
e) das Schweben auf einem Luftlager, wobei der Schwebeprozeß auch mittels Abstandssensoren hochgenau gegen Verkippen gehärtet sein kann
f) ein magnetisch hervorgerufenes, gesteuertes oder geregeltes Levitieren, welches auch mittels Abstandssensoren hochgenau gegen Verkippen gehärtet sein kann
g) das Schwimmen auf einem flüssigen Medium
h) das Rollen auf Möbelrollen
i) das Gleiten auf den Borsten einer Bürste
j) das Rollen auf losen Kugeln, deren Mittelpunkte durch Käfigen definiert relativ zueinander gehalten sein können , etc.

In this document a generic term for the methods of storing a movement in the plane. These methods of planar storage include

a) Sliding in the colloquial sense, ie a lubricated or unlubricated "sliding", also referred to in this document as a sliding process
b) rolling on or with ball rollers
c) rolling using a ball roller array (commonly referred to as a "ball table" or ball roller table)
d) Rolling on or by means of all-sided rollers (= all-sided rollers) or all-way rollers (= all-way rollers) or an array constructed from them (names all-sided roller conveyor, all-sided roller table, all-way roller conveyor, all-way roller table)
e) hovering on an air bearing, whereby the hovering process can also be hardened to a high degree against tilting by means of distance sensors
f) a magnetically induced, controlled or regulated levitation, which can also be highly precisely hardened against tilting by means of distance sensors
g) swimming on a liquid medium
h) rolling on furniture rolls
i) sliding on the bristles of a brush
j) rolling on loose balls, the center points of which can be held relative to one another as defined by cages, etc.

Es besteht also eine hohe Flexibilität bei der erreichbaren Präzision der Lagerung, der Kosten der Lagerung, des Gewichts der Planarlagerung, der maximal tragbaren Last.
Zu erwähnen ist, daß die zum Gleiten dienenden Elemente wie Arrays von Kugelrollen als katalogisierte Handelsware erhältlich sind.
Ebenso ist anzumerken, dass die Mittel welche das Gleiten ermöglichen, beispielsweise Kugelrollen, wahlweise an der Gleitplatte oder der Führungsplatte befestigt werden können.So there is a high degree of flexibility in the attainable precision of the storage, the costs of the storage, the weight of the planar storage, the maximum load that can be carried.
It should be mentioned that the sliding elements such as arrays of ball rollers are available as cataloged merchandise.
It should also be noted that the means which make it possible to slide, for example ball rollers, can optionally be attached to the sliding plate or the guide plate.

„Tragendes Lager“"Load bearing"

Ein Lager ist genau dann ein tragendes Lager, wenn es mit Gewichtskräften der Kinematik und/oder ihrer Last beaufschlagt wird.A bearing is a load-bearing bearing if and only if it is subjected to the weight of the kinematics and / or its load.

„Planarlager“"Planar camp"

Lagerung, welche eine Bewegung in der Ebene mit drei Freiheitsgraden zulässt, das sind Bewegungen die sich aus kartesischen Bewegungen in (x,y) Richtung und einer Drehbewegung zusammensetzen.Storage, which allows a movement in the plane with three degrees of freedom, these are movements that are made up of Cartesian movements in (x, y) direction and a rotary movement.

„Gleitplatte“"Sliding plate"

Der Begriff der Gleitplatte ist eingeführt, um das Ausführungsbeispiel zu erläutern. Sie realisiert hier zusammen mit der Führungsplatte die Planarlagerung.
In verallgemeinernder Weise kann bei allen Planarlagerungen von einer vorhandenen Gleitplatte gesprochen werden, wobei die Gleitplatte nicht die Gestalt einer Platte haben muss. Wenn die Gondel beispielsweise auf drei Möbelrollen rollen würde, wäre die Ausgestaltung als Platte nicht notwendig, da die Möbelrollen mittels eines Dreibeins an der Gondel montiert werden können. Dieses mit Rollen versehene Dreibein wäre dann als Gleitplatte anzusehen. Die Gleitplatte gleitet auf der Führungsplatte.
Die Gleitplatte ist Bestandteil der Gondel. Ist die XYTheta-Stage waagerecht und nicht über Kopf montiert, so befindet sich die Gleitplatte oberhalb der Führungsplatte.The term sliding plate is introduced to explain the embodiment. Here it realizes the planar bearing together with the guide plate.
In general, one can speak of an existing sliding plate in all planar bearings, although the sliding plate does not have to have the shape of a plate. If the gondola were to roll on three furniture castors, for example, it would not be necessary to design it as a plate, since the furniture casters can be mounted on the gondola by means of a tripod. This tripod provided with rollers would then be regarded as a sliding plate. The slide plate slides on the guide plate.
The slide plate is part of the nacelle. If the XYTheta-Stage is horizontal and not mounted overhead, the slide plate is located above the guide plate.

„Führungsplatte“"Guide plate"

Der Begriff der Führungsplatte ist eingeführt, um das Ausführungsbeispiel zu erläutern. Sie realisiert hier zusammen mit der Gleitplatte die Planarlagerung.
Im Ausführungsbeispiel ist die Führungsplatte eine Platte, welche der Planarlagerung der Gondel dient. Als Führungsplatte kann auch der Fußboden eines Raumes dienen, wenn die Linearaktoren beispielsweise an den Wänden oder an Säulen im Raum befestigt sind. Wie bei der Gleitplatte auch, ist eine Plattenform der Führungsplatte nicht zwindend erforderlich. Die Gleitplatte könnte auch aus drei Säulen oder einem Dreibein bestehen, wobei hieran drei Möbelrollen montiert sind, auf dem eine plattenförmige Gleitplatte gleiten kann. Ebenso ist es möglich, die Führungsplatte „über Kopf“ zu montieren, so dass die Gondel nach unten schaut und bevorzugt mit Magneten gehalten wird.
Als Führungsplatte können fertig konfektionierte Kugelplatten oder Kugelrollenplatten verwendet werden, diese Teile werden in Serie gefertigt.The concept of the guide plate has been introduced to explain the exemplary embodiment. Here it realizes the planar bearing together with the sliding plate.
In the exemplary embodiment, the guide plate is a plate which is used for the planar mounting of the nacelle. The floor of a room can also serve as a guide plate if the linear actuators are attached, for example, to the walls or to columns in the room. As with the sliding plate, a plate shape of the guide plate is not absolutely necessary. The slide plate could also consist of three pillars or a tripod, with three furniture castors mounted on it, on which a plate-shaped slide plate can slide. It is also possible to mount the guide plate "overhead" so that the nacelle looks down and is preferably held with magnets.
Ready-made ball plates or ball roller plates can be used as a guide plate; these parts are manufactured in series.

„Tischplatte“"Table top"

Im Ausführungsbeispiel ist die Tischplatte jener Teil der Gondel, an dem das Werkzeug, ein Werkstück oder allgemein gesagt ein zu bewegender Körper befestigt wird oder aufgelegt wird. Da handelsübliche XY-Stages und XYTheta-Stages über eine Auflageplatte verfügen, und weil im Ausführungsbeispiel tatsächlich eine Platte eingesetzt ist, taucht das Wort „Platte“ hier auf. In verallgemeinernder Weise kann bei jeder XY-Stage und XYTheta-Stage eine Tischplatte definiert werden, was die technische Beschreibung der Erfindung erleichtert. Diese verallgemeinerte Tischplatte muss nicht die Gestalt einer Platte haben, sondern kann beispielsweise in einer Haltevorrichtung für einen von der XYTheta-Stage zu bewegenden Körper bestehen. Die Tischplatte ist ein Bestandteil der Gondel.In the exemplary embodiment, the table top is that part of the nacelle to which the tool, a workpiece or, generally speaking, a body to be moved is attached or placed on. Since commercially available XY stages and XYTheta stages have a support plate, and because a plate is actually used in the exemplary embodiment, the word “plate” appears here. In a generalized manner, a table top can be defined for each XY stage and XYTheta stage, which facilitates the technical description of the invention. This generalized table top does not have to have the shape of a plate, but can, for example, consist of a holding device for a body to be moved by the XYTheta stage. The table top is part of the gondola.

„Getriebeachse“"Gear axis"

Die Getriebeachse ist im Ausführungsbeispiel jenes zylinderförmige Bauteil, das die starre Verbindung zwischen Gleitplatte und Tischplatte schafft.In the exemplary embodiment, the gear axis is the cylindrical component that creates the rigid connection between the sliding plate and the table plate.

„Pose“"Pose"

Pose ist ein gebräuchlicher Begriff aus der Robotik. Er bezeichnet hier die Lage der Tischplatte (Gondel) im Raum entsprechend ihrer kartesischen und rotatorischen Beweglichkeit, bezogen auf einen Pivotpunkt, welcher mit der Tischplatte mitwandert. Diese Lageangabe bezieht sich weiterhin auf eine Initialpose. Die Pose lässt sich in (X,Y) Koordinaten für die laterale Verschiebung in Verbindung mit einem Winkel für die Drehung W angegeben.Pose is a common term from robotics. Here he describes the position of the table top (gondola) in space according to its Cartesian and rotational mobility, based on a pivot point that moves with the table top. This position information continues to refer to an initial pose. The pose can be specified in (X, Y) coordinates for the lateral displacement in conjunction with an angle for the rotation W.

„Initialpose“"Initial pose"

Eine Pose, bei der definitionsgemäß eine Verschiebung x=0, y=0 und w=0 vorliegt, wobei w der Drehwinkel ist. Diese Pose stellt sich durch einen Initialisierungsvorgang ein, welcher beispielsweise nach dem Einschalten des Gerätes kommandiert/ausgelöst werden kann.
Die Definition dieser Pose geschieht bei Kinematiken durch Referenzschalter, mit deren Hilfe inkrementelle Längensensoren eine definierte Nulllage zugeordnet bekommen oder inkrementelle Winkelsensoren eine definierte Nulllage zugeordnet bekommen, so dass Encoderwerte genullt werden können.A pose in which by definition there is a displacement x = 0, y = 0 and w = 0, where w is the angle of rotation. This pose is set by an initialization process, which can be commanded / triggered, for example, after the device is switched on.
In the case of kinematics, this pose is defined by reference switches, with the aid of which incremental length sensors are assigned a defined zero position or incremental angle sensors are assigned a defined zero position, so that encoder values can be zeroed.

Alternativ können Aktoren eingesetzt werden, die Absolutencoder verfügen, die nicht genullt werden müssen.Alternatively, actuators can be used that have absolute encoders that do not have to be zeroed.

„Referenzierungsvorrichtung“"Referencing device"

Eine weitere Möglichkeit der Definition dieser Initialpose besteht darin, die Gondel selbst gegen Referenzschalter zu bewegen oder an einen Anschlag zu fahren. Diese Referenzschalter oder die Anschläge definieren die Initialpose. Die entsprechenden Vorrichtungen heißen Referenzierungsvorrichtung.
Im Ausführungsbeispiel sind solche Vorrichtungen nicht vorhanden und in den Figuren nicht gezeigt, da im Beispiel das Vorhandensein von Absolutencodern in Linearaktoren und Drehmotor gewählt ist.Another way of defining this initial pose is to move the nacelle itself against the reference switch or to move it to a stop. These reference switches or the stops define the initial pose. The corresponding devices are called referencing devices.
In the exemplary embodiment, such devices are not present and are not shown in the figures, since in the example the presence of absolute encoders in linear actuators and rotary motors has been selected.

„Kugellager“"Ball-bearing"

In den Figuren des Ausführungsbeispiels isind Rillenkugellager dargestellt. Kugellager bestehen insbesondere aus Innenring, Außenring, Wälzkörper. Der Begriff des Außenrings und Innenrings wird im Ausführungsbeispiel zur Erläuterung benötigt, Bezeichnung nach DIN 625. Gleitlager beispielsweise könnten im Ausführungsbeispiel alternativ verwendet werden.Grooved ball bearings are shown in the figures of the exemplary embodiment. Ball bearings consist in particular of an inner ring, outer ring and rolling elements. The term outer ring and inner ring is required in the exemplary embodiment for explanation, designation according to DIN 625. Plain bearings, for example could alternatively be used in the embodiment.

„Linearversteller“"Linear stage"

Im Ausführungsbeispiel ist die Kinematik hybrid ausgelegt. Die kartesische Bewegung wird durch längenveränderliche Streben bewirkt, wobei die Streben durch einen geeignete Ansteuerung auf die der gewünschten Längen gebracht werden. Die Linearversteller verfügen über eine Längenmeßvorrichtung.In the exemplary embodiment, the kinematics is hybrid. The Cartesian movement is brought about by struts variable in length, the struts being brought to the desired lengths by suitable control. The linear adjusters have a length measuring device.

„Kartesische Bewegungen“"Cartesian movements"

Dies bezeichnet die Änderung der kartesischen Koordinaten eines Punktes. In der XYTheta-Stage sind dies ebene Bewegungen in X-Richtung und Y-Richtung.Es ist auch möglich, diese beiden Bewegungen zu koppeln. Der Begriff der kartesischen Bewegung dient der Unterscheidung allgemeiner Bewegungen in der Ebene, die auch Drehbewegungen enthalten können.This is the change in the Cartesian coordinates of a point. In the XYTheta stage, these are flat movements in the X and Y directions, and it is also possible to couple these two movements. The term Cartesian movement is used to differentiate between general movements in the plane, which can also include rotary movements.

„Kartesischer Antrieb“"Cartesian drive"

Hiermit ist die Art gemeint, wie die Gondel kartesisch bewegt wird. Im Ausführungsbeispiel ist es eine Parallelkinematik bestehend aus zwei Linearaktoren. Ebenso möglich ist es, die Bewegung durch eine serielle Kinematik zu bewirken, beispielsweise durch einen - planaren - Knickarmroboter. Ebenso möglich ist es, diese Bewegung durch eine Seilkinematik zu erreichen, also parallelkinematisch auf der Basis von Zugseilen.This means the way the gondola is moved in a Cartesian manner. In the exemplary embodiment, it is a parallel kinematics consisting of two linear actuators. It is also possible to effect the movement using serial kinematics, for example using a - planar - articulated arm robot. It is also possible to achieve this movement by means of rope kinematics, that is to say parallel kinematics on the basis of pull ropes.

„Drehantrieb“"Rotary drive"

Im Ausführungsbeispiel wird die Drehung durch einen Motor und 2 Zahnräder bewirkt. Alternativ ist auch der Einsatz eines Direktmotors möglich, wobei dann die Zahnräder entfallen.
Ebenfalls ist es möglich, die Drehbewegungen durch einen Keilriemen oder Antriebsketten zu erreichen. Dann wird der Antriebsmotor für die Drehung nicht mit der Gondel mitbewegt. Dabei umschlingt die Kette die Antriebsachse der Gondel und eine Antriebsachse, die sich außerhalb der Gondel befindet. Eine Kettenspannvorrichtung wäre vorzusehen, eventuell auch zwei Ketten mit asymmetrisch angebrachten Spannvorrichtungen zur Verhinderung eines Backlash. Es ist ebenfalls der Einsatz einer Antriebskette möglich, die wie bei einer Motorsäge durch ein Schwert geführt wird und das Schwert beispielsweise durch einen Federmechanismus an die Zahnräder der Gondel gedrückt wird.
Der Drehantrieb wird in seinem Drehbereich durch den kartesischen Antrieb nicht beeinträchtigt. Die XYTheta-Stage kann um beliebige Winkel mit beliebig vielen Drehungen rotieren.In the exemplary embodiment, the rotation by a motor and 2nd Gears causes. Alternatively, the use of a direct motor is also possible, in which case the gears are omitted.
It is also possible to achieve the rotary movements using a V-belt or drive chains. Then the drive motor for the rotation is not moved with the nacelle. The chain wraps around the drive axis of the nacelle and a drive axis that is located outside the nacelle. A chain tensioning device should be provided, possibly also two chains with asymmetrically attached tensioning devices to prevent a backlash. It is also possible to use a drive chain which, like a chainsaw, is guided by a sword and the sword is pressed against the gears of the nacelle, for example, by a spring mechanism.
The rotary drive is not affected in its turning range by the Cartesian drive. The XYTheta stage can rotate through any angle with any number of rotations.

Der Drehantrieb verfügt über die Möglichkeit, die eingestellten Winkel beispielsweise mit einen Drehgeber zu bestimmen.The rotary actuator has the option of determining the set angle using a rotary encoder, for example.

„Antriebsvorrichtung“"Drive device"

Drehantrieb plus kartesischer AntriebRotary drive plus Cartesian drive

„Haltemagnete“"Holding magnets"

Die Gleitplatte gleitet auf der Führungsplatte. Haltemagnete pressen die Platten aneinander, um die Konstruktion zusammenzuhalten, etwa beim Transport oder einer Über-Kopf-Montage der Kinematik. Bei einer Über-Kopf-Montage ist die Gondel im Ausführungsbeispiel durch die Linearaktoren gegen Unfälle gesichert, da diese die herabfallende Gondel noch halten können.Außerdem können an der Drehachse auch Halteleinen befestigt werden, welche die Beweglichkeit der XYTheta-Stage nicht beeinträchtigen. Alternativ zu dem Einsatz von Haltemagneten kann eine Ansaugeinrichtung vorgesehen werden.The slide plate slides on the guide plate. Holding magnets press the plates together to hold the structure together, for example when transporting or installing the kinematics overhead. In the case of an overhead installation, the gondola is secured against accidents by the linear actuators in the exemplary embodiment, since they can still hold the falling gondola. As an alternative to the use of holding magnets, a suction device can be provided.

„Getriebe“"Transmission"

Im Ausführungsbeispiel werden die zwischen den Platten angebrachten Teile wie Kugellager, Drehachse, Motor, Zahnräder, Ritzel als Getriebe bezeichnet. Die Linearaktoren gehören nicht mehr dazu.In the exemplary embodiment, the parts attached between the plates, such as ball bearings, axis of rotation, motor, gears, pinions, are referred to as gears. The linear actuators are no longer included.

ZitateQuotes

[Bonev][Bonev]

Ahmed Joubair, Mohamed Slamani, Ilian A. Bonev
A novel XY-Theta precision table and a geometric procedure for its kinematic calibration
Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 28 (2012) 57-65
In [Bonev] sind Bilder von Stages beider Klassen gezeigt
US000007707907B2 ist die Patentschrift zu ebendieser Veröffentlichung. In dieser Erfindung wird keine Planarlager eingesetzt.
US000008496221B2 beschreibt eine parallelkinematische Stage, die ein Planarlager aufweist DE102008058306A1 beschreibt eine parallelkinematische Stage, die ein Planarlager aufweistAhmed Joubair, Mohamed Slamani, Ilian A. Bonev
A novel XY-Theta precision table and a geometric procedure for its kinematic calibration
Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 28 (2012) 57-65
In [Bonev] pictures of stages of both classes are shown
US000007707907B2 is the patent specification for this publication. No planar bearings are used in this invention.
US000008496221B2 describes a parallel kinematic stage that has a planar bearing DE102008058306A1 describes a parallel kinematic stage that has a planar bearing

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 000008496221 B2 [0015, 0074]
DE 102008058306 A1 [0015, 0074]
US 000007707907 B2 [0016, 0074]

Claims

XYTheta stage with unlimited rotation range, characterized in that it has only one load bearing.

XYTheta stage after Claim 1 , characterized in that a sliding plate of the XYTheta stage and a guide plate of the XYTheta stage are pressed together by magnets.

XYTheta stage after one of the Claims 1 to 2nd , characterized in that a Cartesian drive is realized by a parallel kinematics.

XYTheta stage after one of the Claims 1 to 2nd , characterized in that the Cartesian drive is realized by serial kinematics.

XYTheta stage after one of the Claims 1 to 2nd , characterized in that the rotation of the nacelle is effected by at least one traction drive.

XYTheta stage after Claim 5 , characterized in that - the nacelle is rotated by a traction drive and the traction device runs on a sword - the sword is pressed by a pressing device generating a torque to a drive pinion / drive wheel of the nacelle - the sword is pivotably mounted on the guide plate

XYTheta stage after Claim 5 , characterized in that the rotation is achieved by a traction mechanism, one shaft of the traction mechanism being in the axis of the XYTheta stage and the other shaft being fastened to the guide plate and being driven from there

XYTheta stage after Claim 5 , characterized in that the rotation is achieved by two traction mechanism drives, one shaft of each traction mechanism transmission lying in the axis of the XYTheta stage and the other shaft of each traction mechanism drive being fastened to and driven from the guide plate, the traction mechanism tensioning devices of the two traction mechanism transmissions being such are attached differently, that one gear is designed for driving the nacelle clockwise and the other for driving the nacelle counterclockwise, and that the chain tensioning device engages on the respective empty strand.

XYTheta stage after one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the gondola can be mounted upside down by the suction device and / or the magnetic holder being designed in accordance with the weight which results from the mass of the gondola and the loads carried, and holding cables or other holding devices are provided which hold the gondola can catch when falling.

XYTheta stage Claim 1 , characterized in that the gondola is connected to the guide plate by a safety line