DE10211055A1

DE10211055A1 - Positioning mechanism comprises triangular platform mounted on rails and connecting rods pivoted at their upper ends on slides which move up and down rails, lower ends of rods being pivoted on moving support

Info

Publication number: DE10211055A1
Application number: DE2002111055
Authority: DE
Inventors: Steffen Ihlenfeldt; Frank Weidermann; Reimund Neugebauer; Thorsten Lasch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Deckel Maho Seebach GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Deckel Maho Seebach GmbH
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: DE10211055B4

Abstract

The transport and positioning mechanism, for use in machine tools or assembly machines, comprises a triangular platform (10) mounted on rails (2). Connecting rods (5) are attached by pivots (3) at their upper ends to slides which can move up and down the rails. The lower ends of the rods are attached by pivots (8) to a moving support (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung mit einer Basis und einem Träger. The present invention relates to a movement and / or positioning device a base and a support.

Die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist insbesondere als räumliches Parallelführungsgetriebe zum achsparallelen Bewegung und/oder Positionieren von Objekten wie beispielsweise Bearbeitungseinheiten im vorzugsweise kartesischen Raum verwendbar. The present movement and / or positioning device is in particular as spatial parallel guide gear for axis-parallel movement and / or positioning of objects such as processing units in preferably Cartesian Space usable.

Somit ist die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung insbesondere auch bei Maschinen, welche ein Objekt im Raum entlang von vordefinierten Bewegungsachsen (Maschinenachsen) bewegen, wie beispielsweise Werkzeugmaschinen, Bearbeitungsmaschinen sowie Maschinen zur Montage und Handhabung, einsetzbar. Thus, the present movement and / or positioning device is special also for machines that predefined an object in space along Movement axes (machine axes), such as machine tools, Processing machines and machines for assembly and handling, can be used.

Bekannte Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtungen nutzen häufig Anordnungen mehrerer miteinander verbundener und aufeinander aufbauender Bewegungsplattformen mit einem seriellen Aufbau entsprechender Bewegungsachsen der Bewegungsplattformen. Derartige serielle Anordnungen sind beispielsweise bei konventionellen Werkzeugmaschinen mit zwei Bewegungsplattformen realisiert, wobei die Antriebsachsen einer solchen konventionellen Werkzeugmaschine aufeinander aufbauen. Dies bedeutet, dass eine erste Achse eine nachfolgende, meist orthogonal zur ersten Achse angeordnete zweite Achse trägt. Known movement and / or positioning devices often use arrangements several interconnected and building on each other Movement platforms with a serial structure of corresponding movement axes of the Motion platforms. Such serial arrangements are conventional, for example Machine tools realized with two motion platforms, the Build drive axes of such a conventional machine tool on top of each other. This means that a first axis is a subsequent one, usually orthogonal to the first axis arranged second axis carries.

In derartigen Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtungen mit seriellen Anordnungen sind demzufolge zur Umsetzung einer dreiachsigen Bewegung in der Regel auch drei eigenständige Antriebe erforderlich. In such movement and / or positioning devices with serial arrangements are therefore usually three to implement a three-axis movement independent drives required.

Bei seriellen Anordnungen ist es somit notwenig, bei einer Bewegung bzw. Positionierung eines Objektes eine kombinierte Masse aller hintereinander geschalteten Bewegungsplattformen gemeinsam zu bewegen. Angewandt auf die einzelnen Antriebe der Bewegungsplattformen bedeutet dies, dass von den jeweiligen ersten Antrieben einer derartigen Antriebskette die größten Massen bewegt werden müssen und dass die einzelnen Antriebe einer Antriebskette jeweils unterschiedliche Massen bewegen. With serial arrangements it is therefore necessary to move or Positioning an object a combined mass of all connected in series Movement platforms to move together. Applied to the individual drives of the Movement platforms means that one of the respective first drives such drive chain the largest masses must be moved and that the individual drives of a drive chain move different masses.

Dementsprechend weisen derartige serielle Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtungen eine geringe Dynamik bei der Bewegung bzw. Positionierung auf. Zudem werden eventuell auftretende Bewegungs- bzw. Positionierungsfehler durch die gekoppelte Bewegung der Bewegungsplattformen zueinander bei der Bewegung bzw. Positionierung aufsummiert. Weiterhin weisen derartige serielle Anordnungen eine nur geringe Anzahl an gleichartigen Bauteilen, sogenannten Wiederholungsbauteilen auf, wodurch eine Modularisierung nur eingeschränkt möglich und eine Verringerung der Herstellkosten daher nur bedingt umsetzbar ist. Accordingly, such serial movement and / or Positioning devices have a low dynamic during movement or positioning. In addition any movement or positioning errors that may occur due to the coupled Movement of the movement platforms to each other during movement or positioning summed up. Furthermore, such serial arrangements have only a small number on similar components, so-called repetitive components, whereby a Modularization only possible to a limited extent and a reduction in manufacturing costs can therefore only be implemented to a limited extent.

Als Alternativen zu diesen seriellen Anordnungen sind Parallelkinematiken wie Triaglide- Mechanismen, geführte Parallelkinematiken oder ebene Koppelkinematiken (z. B. Dyna- M) mit serieller Zusatzachse bekannt. As an alternative to these serial arrangements, parallel kinematics such as triaglide Mechanisms, guided parallel kinematics or flat coupling kinematics (e.g. Dyna- M) known with additional serial axis.

Bekannte Triaglide-Mechanismen weisen (wie in Fig. 3 gezeigt) eine Arbeitsplattform 100 beispielsweise zum Tragen eines Bearbeitungszentrums auf, wobei die Arbeitsplattform 100 über Koppelglieder mit insgesamt drei Führungsschlitten 120 verbunden ist, wobei die Führungsschlitten 120 unabhängig voneinander entlang von in parallelen Ebenen angeordneten und parallel zueinander ausgerichteten Führungsbahnen 130 verschiebbar an einem Gestell gelagert sind (wie über die in Fig. 3 gezeigten Pfeile a, b, c angedeutet). Die Koppelglieder weisen dabei jeweils zwei Koppelstangen 110 auf, die jeweils über Gelenke 140 mit der Arbeitsplattform 100 und dem entsprechenden Führungsschlitten 120 unabhängig voneinander gelagert sind. Die jeweils zwei Koppelstangen 110 eines Koppelgliedes bilden dabei ein Parallelogramm. Known triaglide mechanisms (as shown in FIG. 3) have a work platform 100, for example for carrying a machining center, the work platform 100 being connected via coupling links to a total of three guide carriages 120 , the guide carriages 120 being arranged independently of one another in parallel planes and parallel guideways 130 are slidably mounted on a frame (as indicated by arrows a, b, c shown in FIG. 3). The coupling links each have two coupling rods 110 , which are each mounted independently of one another via joints 140 with the work platform 100 and the corresponding guide carriage 120 . The two coupling rods 110 of a coupling element each form a parallelogram.

Da somit insgesamt sechs Koppelstangen 110 in drei Parallelogrammanordnungen als Verbindungen zwischen der Arbeitsplattform 100 und einer (nicht gezeigten) Gestellplattform notwendig sind, ist eine große Anzahl von Gelenken 140 (gemäß der obigen Beschreibung insgesamt zwölf) notwendig. Diese Vielzahl an einzelnen Gelenken 140 führt zu einem kostenintensiven Aufbau. Since a total of six coupling rods 110 in three parallelogram arrangements are therefore necessary as connections between the work platform 100 and a frame platform (not shown), a large number of joints 140 (a total of twelve according to the above description) are necessary. This large number of individual joints 140 leads to a cost-intensive construction.

Geführte Parallelkinematiken weisen beispielsweise eine Kombination einer Tripod- Vorrichtung mit einem (redundanten) passiven Führungsmechanismus auf. In Fig. 2 ist eine derartige geführte Parallelkinematik gezeigt, wobei ein Bearbeitungszentrum 200mit drei Streben 210 verbunden ist. Die Streben 210, von denen eine in Fig. 2 fast vollständig durch das Bearbeitungszentrum 200 verdeckt ist, sind in einem nicht im einzelnen gezeigten Maschinengestell 230 jeweils über Kardangelenke 240 angelenkt bzw. abgestützt: Ein Abstand zwischen den Kardangelenken 240 und dem Bearbeitungszentrum 200 ist veränderbar. Das Bearbeitungszentrum 200 ist mit einem passiven Koppelarm 220 zur zusätzlichen Führung des Bearbeitungszentrums 200 verbunden. Der passive Koppelarm 220 ist ebenfalls am Maschinengestell 230 abgestützt. Ein zu bearbeitendes Werkstück ist auf einem drehbaren Werkstücktisch 250 angeordnet. Guided parallel kinematics have, for example, a combination of a tripod device with a (redundant) passive guide mechanism. Such a guided parallel kinematics is shown in FIG. 2, a machining center 200 being connected to three struts 210 . The struts 210 , one of which is almost completely covered by the machining center 200 in FIG. 2, are articulated or supported in a machine frame 230 (not shown in detail) via universal joints 240 : a distance between the universal joints 240 and the machining center 200 can be changed , The machining center 200 is connected to a passive coupling arm 220 for additionally guiding the machining center 200 . The passive coupling arm 220 is also supported on the machine frame 230 . A workpiece to be machined is arranged on a rotatable workpiece table 250 .

Nachteilig an derartigen geführten Parallelkinematiken ist, dass der passive Koppelarm 220 mitbewegt werden muss, wodurch sich eine erhöhte zu bewegende Masse ergibt. Zudem ist ein hoher fertigungstechnischer Aufwand und damit auch ein erhöhter Kostenaufwand für eine hochpräzise Fertigung des passiven Koppelarmes notwendig, da diese Führungskette das Bearbeitungszentrum führt und somit eine hohe Genauigkeit zu fordern ist. A disadvantage of such guided parallel kinematics is that the passive coupling arm 220 must also be moved, which results in an increased mass to be moved. In addition, a high manufacturing outlay and thus also an increased cost for high-precision production of the passive coupling arm is necessary, since this guide chain guides the machining center and thus high accuracy is required.

Eine bekannte ebene Koppelkinematik, die Dyna-M, weist ein Zweiachs-Parallel- Bewegungssystem (in einer Bewegungsebene x, y) verbunden mit einer Zusatzachse in einer zur x, y-Ebene senkrechten z-Richtung auf. A well-known flat coupling kinematics, the Dyna-M, has a two-axis parallel Movement system (in a movement plane x, y) connected to an additional axis in a z direction perpendicular to the x, y plane.

Bei derartigen Anordnungen sind große Massen zu bewegen, da senkrecht auf der x, y-Ebene wirkende Kräfte durch einen steifen Aufbau (und damit durch große Massen) aufgenommen werden müssen. Zudem ist die serielle Zusatzachse kostenträchtig. Weiterhin ist die Anzahl an Wiederholungsbauteilen derartiger ebener Koppelkinematiken niedriger als bei vollparallelen Strukturen. With such arrangements, large masses have to be moved, since perpendicular to the Forces acting on the x, y plane due to a rigid structure (and thus due to large masses) must be included. In addition, the serial additional axis is costly. Furthermore, the number of repetition components is more even Coupling kinematics lower than with fully parallel structures.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung zu schaffen, welche eine belastungsgerechte Gestaltung der Koppelglieder der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht. It is therefore an object of the present invention to provide a movement and / or To create positioning device, which a load-oriented design of the Coupling elements of the movement and / or positioning device on simple and enables inexpensive way.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung mit einer Basis und einem Träger, insbesondere zur achsparallelen Bewegung des Trägers im kartesischen Raum, gelöst, wobei der Träger an der Basis über zumindest drei längenkostante Koppelglieder gelagert ist, die jeweils mit der Basis über erste Gelenke und mit dem Träger über zweite Gelenke verbunden sind, und wobei zumindest eines der ersten Gelenke längsbewegbar angeordnet ist und die ersten und zweiten Gelenke jeweils zwei Freiheitsgrade aufweisen. This object is achieved by a movement and / or Positioning device with a base and a carrier, in particular for movement parallel to the axis of the carrier in Cartesian space, solved, the carrier at the base over at least three length-constant coupling links is mounted, each with the base over the first Joints and are connected to the carrier via second joints, and at least one of the first joints is arranged to be longitudinally movable and the first and second Joints each have two degrees of freedom.

Bei der erfindungsgemäßen Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist insbesondere aufgrund der längenkonstanten Ausführung der Koppelglieder eine belastungsgerechte Gestaltung der Streben auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht. Dementsprechend sind die Koppelglieder einfach an konstruktive Vorgaben anpaßbar, beispielsweise über die Wahl eines Querschnittes an eine zu erreichende Torsionssteifigkeit. Insbesondere ist diese Anpassbarkeit gegenüber konventionellen längenveränderlichen Koppelgliedern vereinfacht. In the movement and / or positioning device according to the invention in particular due to the length-constant design of the coupling links allows the struts to be designed to meet the load in a simple and cost-effective manner. Accordingly, the coupling links can be easily adapted to structural requirements, for example, by choosing a cross-section to be reached Torsional rigidity. In particular, this adaptability is conventional variable-length coupling links simplified.

Zudem können vorteilhafterweise gleichartige erste und zweite Gelenke zum Verbinden der Koppelglieder mit der Basis bzw. dem Träger eingesetzt werden, wodurch die Anzahl an Wiederholungsbauteilen erhöht ist. Insbesondere können auch die zumindest drei längenkonstanten Koppelglieder gleichartig aufgebaut sein, wodurch die Anzahl an Wiederholungsbauteilen noch weitergehend gesteigert ist. In addition, first and second joints of the same type can advantageously be connected the coupling links are used with the base or the carrier, whereby the Number of repeat components is increased. In particular, at least three length-constant coupling elements can be constructed identically, which means that the number of Repetition components is further increased.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist das zumindest eine längsbewegbar angeordnete erste Gelenk mit einem Führungsschlitten verbunden, der entlang einer Linearführung verschiebbar ist. Dabei kann eine Antriebseinheit zwischen dem Führungsschlitten und der Linearführung angeordnet sein. Die Linearführung selbst kann als Führungsschiene, Führungsstange, Führungskette oder Gewindestange ausgebildet sein. According to a preferred embodiment of the movement according to the invention and / or positioning device, the at least one is arranged to be longitudinally movable first joint connected to a guide carriage that runs along a linear guide is movable. A drive unit can be located between the guide carriage and the linear guide. The linear guide itself can be used as a guide rail, Guide rod, guide chain or threaded rod may be formed.

Folglich ist es auf vorteilhafte Weise ermöglicht, die Antriebseinheit der erfindungsgemäßen Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung außerhalb des Kraftflusses der Vorrichtung anzuordnen. Consequently, it is advantageously possible to drive the Movement and / or positioning device according to the invention outside the power flow of the Arrange device.

Zudem sind verschiedenartige Antriebsarten einsetzbar, ohne dass wesentliche Änderungen bei der erfindungsgemäßen Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung notwendig wären. In addition, different types of drives can be used without essential ones Changes in the movement and / or positioning device according to the invention would be necessary.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung weisen die einzelnen ersten und zweiten Gelenke der Koppelglieder jeweils zwei sich schneidende Gelenkachsen auf. According to a further preferred embodiment of the invention Movement and / or positioning device have the individual first and second Joints of the coupling links each have two intersecting joint axes.

Die insbesondere als Kardangelenke ausgebildeten ersten und zweiten Gelenke können dabei jeweils zwei sich senkrecht schneidende Gelenkachsen aufweisen, wobei die der Basis bzw. der Linearführung zugewandten Gelenkachsen der ersten Gelenke und/oder die dem Träger zugewandten Gelenkachsen der zweiten Gelenke in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sein. The first and second joints, which are designed in particular as universal joints each have two vertically intersecting hinge axes, the of which Base or the linear guide facing joint axes of the first joints and / or the joint axes of the second joints facing the wearer in relation to one another parallel planes.

Insbesondere in diesem Ausführungsbeispiel ist auf vorteilhafte Weise ein achsparalleles Führen des Trägers in einem kartesischen Raum ermöglicht. In this exemplary embodiment, in particular, is advantageously Axial parallel guidance of the carrier allows in a Cartesian space.

Bevorzugterweise sind die Koppelglieder als längserstreckte und insbesondere torsionssteife Streben ausgebildet. Somit ist besonders in diesem Ausführungsbeispiel eine konstruktive Anpassbarkeit an unterschiedliche Belastungen und folglich unterschiedliche Verwendungsarten der erfindungsgemäßen Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtungen ermöglicht. The coupling links are preferably elongated and in particular torsionally rigid struts. Thus, especially in this embodiment constructive adaptability to different loads and consequently different types of use of the movement and / or Positioning devices allows.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung genau drei Koppelglieder auf, über die der Träger mit der Basis verbunden ist, wobei jeweils die ersten Gelenke der Koppelglieder längsbewegbar angeordnet sind. According to a further preferred exemplary embodiment, the movement and / or positioning device exactly three coupling links, via which the carrier with the base is connected, wherein the first joints of the coupling links are arranged longitudinally movable.

Auf vorteilhafte Weise ist in diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl an Gelenken und Koppelgliedern minimiert. Zudem ist ein thermosymmetrischer Aufbau ermöglicht. In this exemplary embodiment, the number of joints and Coupling links minimized. A thermosymmetric structure is also possible.

Bei diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung kann jedes der ersten Gelenke mit einem Führungsschlitten verbunden sein, wobei die einzelnen Führungsschlitten entlang von mit der Basis verbundenen Linearführungen verschiebbar angeordnet sind. In this particularly preferred embodiment, the movement and / or Positioning device can each of the first joints with a guide carriage be connected, wherein the individual guide carriages along connected to the base Linear guides are slidably arranged.

In dieser Ausgestaltung ergibt sich auf vorteilhafte Weise eine hohe Anpassbarkeit der Vorrichtung an zu realisierende Bewegungsabläufe des Trägers. This configuration advantageously results in a high degree of adaptability Device for movements to be carried out by the wearer.

Dabei können die Linearführungen an der Basis ein gleichseitiges Dreieck aufspannen und/oder parallel zueinander angeordnet sein. The linear guides can span an equilateral triangle at the base and / or be arranged parallel to one another.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Basis der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung an einem Gestell einer Werkzeugmaschine anbringbar. According to a further preferred exemplary embodiment, the basis of the movement and / or positioning device can be attached to a frame of a machine tool.

Zudem kann der Träger ein Werkzeug, eine Bearbeitungseinrichtung oder eine Haltereinrichtung, insbesondere für ein Werkzeug, ein Werkstück oder ein sonstiges zu bewegendes bzw. zu positionierendes Objekt tragen. In addition, the carrier can be a tool, a processing device or a Holder device, in particular for a tool, a workpiece or another wear moving or positioning object.

Insbesondere ist auch darauf hinzuweisen, dass die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung als räumliches Parallelführungsgetriebe einsetzbar ist. In particular, it should also be noted that the movement and / or Positioning device can be used as a spatial parallel guide gear.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung sind in den entsprechenden weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt. Further preferred embodiments of the movement and / or Positioning devices are set out in the corresponding further dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: The invention is described below on the basis of preferred exemplary embodiments in Connection explained in more detail with the associated drawings. In the drawings demonstrate:

Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung, Fig. 1 is a schematic three-dimensional view of an embodiment of the present movement and / or positioning device,

Fig. 2 eine schematische räumliche Darstellung einer geführten Parallelkinematik und Fig. 2 is a schematic spatial representation of a guided parallel kinematics and

Fig. 3 eine schematische räumliche Darstellung eines Triaglide-Mechanismus. Fig. 3 is a schematic spatial representation of a triaglide mechanism.

In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung am Anwendungsfall eines räumlichen Parallelführungsgetriebes dargestellt. In Fig. 1, a preferred embodiment of the present movement and / or positioning device is shown in the case of application of a spatial parallel linkage transmission.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist der Träger 9 über drei als Streben ausgebildete Koppelglieder 5 an der Basis 10 gelagert. Die Basis 10 wiederum ist an einem (nicht gezeigten) Maschinengestell, beispielsweise einer Werkzeugmaschine oder einer Verpackungsmaschine, gelagert. Dabei kann die Basis 10 am Gestell ortsfest oder bewegbar angeordnet sein. According to the exemplary embodiment of the movement and / or positioning device shown in FIG. 1, the carrier 9 is mounted on the base 10 via three coupling elements 5 designed as struts. The base 10 is in turn mounted on a machine frame (not shown), for example a machine tool or a packaging machine. The base 10 can be arranged in a stationary or movable manner on the frame.

An dem Träger 9 ist eine Bearbeitungseinrichtung 6 gelagert, wobei der Träger 9 gleichfalls ein Werkzeug bzw. eine Halteeinrichtung insbesondere für ein Werkzeug, ein Werkstück oder ein sonstiges zu bewegendes bzw. zu positionierendes Objekt tragen kann. Die Bearbeitungseinrichtung 6 nimmt im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Antriebseinheit, eine Motorspindel und eine Werkzeughalteeinrichtung, vorliegend ein Spannfutter auf. A processing device 6 is mounted on the carrier 9 , the carrier 9 likewise being able to carry a tool or a holding device, in particular for a tool, a workpiece or another object to be moved or positioned. In the exemplary embodiment shown, the processing device 6 receives a drive unit, a motor spindle and a tool holding device, in the present case a chuck.

Der Träger 9 ist mit den Koppelgliedern 5 jeweils gelenkig über die sogenannten zweiten Gelenke 8 verbunden. Die zweiten Gelenke 8 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kardangelenke mit zwei sich in einem Schnittpunkt senkrecht schneidenden Gelenkachsen ausgebildet. Diese zwei Gelenkachsen ermöglichen genau zwei rotatorische Freiheitsgrade zwischen dem jeweiligen Koppelglied 5 und dem Träger 9. The carrier 9 is connected to the coupling members 5 in an articulated manner via the so-called second joints 8 . In the present exemplary embodiment, the second joints 8 are designed as universal joints with two joint axes intersecting at a point of intersection. These two joint axes enable exactly two rotational degrees of freedom between the respective coupling member 5 and the carrier 9 .

Die dem Träger 9 zugewandten Achsen 7" der Kardangelenke 8 sind in zueinander parallelen Ebenen angeordnet. The axes 7 ″ of the universal joints 8 facing the carrier 9 are arranged in mutually parallel planes.

Die Koppelglieder 5 sind an ihrem jeweiligen dem Träger 9 abgewandten (und damit der Basis zugewandten) Ende gelenkig über die sogenannten ersten Gelenke 3 mit jeweils einem Führungsschlitten verbunden. Die als Kardangelenke ausgebildeten ersten Gelenke 3 weisen ebenfalls zwei sich in einem Schnittpunkt senkrecht schneidende Gelenkachsen auf. Folglich weisen die ersten Gelenke 3 vergleichbar den zweiten Gelenken 8 zwei rotatorische Freiheitsgrade auf. The coupling elements 5 are connected at their respective ends facing away from the support 9 (and thus towards the base) in an articulated manner via the so-called first joints 3 , each with a guide carriage. The first joints 3, which are designed as universal joints, likewise have two joint axes intersecting perpendicularly at an intersection. Consequently, the first joints 3 have two rotational degrees of freedom, comparable to the second joints 8 .

Die der Basis 10 zugewandten Achsen 7' der Kardangelenke 3 sind alle in zueinander parallelen Ebenen angeordnet. The axes 7 ′ of the universal joints 3 facing the base 10 are all arranged in mutually parallel planes.

Wesentlich ist dabei, dass die dem Träger 9 zugewandten Achsen 7" der Kardangelenke 8 und die der Basis 10 zugewandten Achsen 7' der Kardangelenke 3 in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind. It is essential that the axes 7 ″ of the cardan joints 8 facing the carrier 9 and the axes 7 ′ of the cardan joints 3 facing the base 10 are arranged in mutually parallel planes.

Die mit den ersten Gelenken 3 verbundenen und nicht im einzelnen gezeigten Führungsschlitten sind jeweils entlang von einzelnen Linearführungen 2 gemäß der in Fig. 1 gezeigten Bewegungspfeife 1 verlagerbar. Die Führungsschlitten weisen jeweils ausschließlich einen translatorischen Freiheitsgrad (entlang der Linearführungen 2) auf. The guide block connected to the first joints 3 and not shown in detail are displaceable along respective individual linear guides 2 in accordance with the movement of pipe 1 shown in Fig. 1. The guide carriages each have only one translatory degree of freedom (along the linear guides 2 ).

Die Linearführungen sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils aus zwei Einzelführungen aufgebaut, wobei die Führungsschlitten in den Linearführungen 2 linear fest geführt und zwischen den Führungsschlitten und den Linearführungen 2 einzelne Antriebseinheiten angeordnet sind. In the present exemplary embodiment, the linear guides are each made up of two individual guides, the guide carriages being guided in a linear manner in the linear guides 2 and 2 individual drive units being arranged between the guide carriages and the linear guides.

Die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist allerdings nicht auf diese vorteilhafte Ausgestaltung beschränkt ist. Beispielsweise können die Führungsschlitten auch entlang von Gewindestangen geführt werden, wobei die Gewindestangen über Servomotoren rotatorisch bewegt werden können. Weiterhin können die Führungsschlitten über insbesondere an der Basis angeordnete Servomotoren, welche mit den Führungsschlitten über Führungsseile oder Führungsbänder verbunden sind, bewegt werden. Ebenso ist die Verlagerung der Führungsschlitten mittels hydraulischen oder pneumatischen Zylindern möglich, wodurch der Einsatz von elektrischen Antrieben zum Bewegen bzw. Positionieren des Trägers vermeidbar ist. However, the present movement and / or positioning device is not open this advantageous embodiment is limited. For example, the Guide slides can also be guided along threaded rods, with the threaded rods over Servomotors can be rotated. Furthermore, the Guide carriage over servomotors arranged in particular on the base, which with the Guide slides are connected via guide ropes or guide bands become. Likewise, the displacement of the guide carriage by means of hydraulic or pneumatic cylinders possible, which means the use of electric drives for Moving or positioning the carrier is avoidable.

Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Linearführungen 2 in den (Abstütz-)Bereichen A1, A2, A3 gelagert. Diese Abstützbereiche A1, A2, A3 bilden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Basis 10 ein gleichseitiges Dreieck. According to the embodiment shown in FIG. 1, the linear guides 2 are mounted in the (support) areas A1, A2, A3. In the present exemplary embodiment, these support areas A1, A2, A3 form an equilateral triangle on the base 10 .

Weiterhin sind die Linearführungen 2 senkrecht zur Basis 10 und parallel zueinander ausgerichtet. Furthermore, the linear guides 2 are aligned perpendicular to the base 10 and parallel to one another.

Insbesondere aufgrund der geschilderten Anordnung der Linearführungen ergibt sich ein thermosymmetrischer Aufbau, wodurch eine hochpräzise Positionierung auch bei Temperaturschwankungen, z. B. abhängig von externen Einflüssen (abhängig vom Einsatzraum) ermöglicht ist. In particular, due to the arrangement of the linear guides as described, a thermosymmetrical design, which means that high-precision positioning is also possible with Temperature fluctuations, e.g. B. depending on external influences (depending on Operational area) is made possible.

Eine Lage und eine Orientierung der Linearführungen 2 ist jedoch auch an einen konkreten Anwendungsfall anpaßbar und abhängig von einer gestellten Einsatzbedingung frei wählbar, wodurch sich eine hohe Anpassbarkeit der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ergibt. A position and an orientation of the linear guides 2 can, however, also be adapted to a specific application and freely selectable depending on a given application condition, which results in a high degree of adaptability of the present movement and / or positioning device.

Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Koppelglieder 5 als längenkonstante, zylindrische Streben ausgebildet und weisen eine kreis- bzw. kreisringförmige Querschnittsfläche auf. According to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the coupling elements 5 are designed as constant-length, cylindrical struts and have a circular or circular cross-sectional area.

Bei bekannten längenveränderlichen Streben ergibt sich die Notwendigkeit von Fügestellen zur Schaffung der Längenveränderlichkeit. Bei den vorliegenden Koppelgliedern 5 sind derartige Fügestellen demgegenüber nicht vorhanden. Somit ergibt sich eine erhöhte Festigkeit der vorliegenden Koppelglieder 5 im Vergleich zu längenveränderlichen Streben. In the case of known struts variable in length, there is the need for joints to create the variable length. In contrast, such joints are not present in the present coupling elements 5 . This results in an increased strength of the present coupling elements 5 in comparison to struts which are variable in length.

Zudem ist die Querschnittsfläche grundsätzlich frei wählbar. Dementsprechend ist beispielsweise ein Durchmesser der Querschnittsfläche der vorliegenden Koppelglieder 5 an eine gewünschte Torsionssteifigkeit anpaßbar. In addition, the cross-sectional area is basically freely selectable. Accordingly, for example, a diameter of the cross-sectional area of the present coupling elements 5 can be adapted to a desired torsional rigidity.

Bei bekannten längenveränderlichen Streben ist die Torsionssteifigkeit außerdem längenabhängig. Demgegenüber ist bei den vorliegenden längenunveränderlichen (längenkonstanten) Koppelgliedern die Torsionssteifigkeit nicht längenabhängig. In the case of known struts with variable length, the torsional stiffness is also length dependent. In contrast, the present length is unchangeable (length constant) Coupling members do not depend on the length of the torsional stiffness.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die zweiten Gelenke 8 (also die Anlenkung der Koppelglieder 5 am Träger 9) am Träger in Form eines gleichseitigen Dreieckes angeordnet. Diese Anordnung der zweiten Gelenke entspricht der Ausrichtung der Linearführungen 2, wodurch Überschneidungen der Koppelgelenke bei Bewegung oder Positionierung des Trägers 9 vermieden werden. Auch dies trägt zum thermosymmetrischer Aufbau der Vorrichtung bei. In the present exemplary embodiment, the second joints 8 (ie the articulation of the coupling links 5 on the support 9 ) are arranged on the support in the form of an equilateral triangle. This arrangement of the second joints corresponds to the alignment of the linear guides 2 , whereby overlaps of the coupling joints during movement or positioning of the carrier 9 are avoided. This also contributes to the thermosymmetric structure of the device.

Im vorliegenden Ausführungsfall sind die den Linearführungen 2 bzw. dem Träger 9 zugewandten Drehachsen 7' bzw. 7" der Kardangelenke 3 bzw. 8 sämtlich in zueinander parallelen Ebenen angeordnet. Eine Parallelführung des Trägers 9 erfolgt parallel zu diesen parallelen Ebenen. Zudem ist jedes der Kardangelenke 3, 8 derart ausgeführt, dass sich die beiden Drehachsen senkrecht schneiden. In the present embodiment, the axes of rotation 7 ′ or 7 ″ of the cardan joints 3 or 8 facing the linear guides 2 or the support 9 are all arranged in mutually parallel planes. The carrier 9 is guided in parallel to these parallel planes Cardan joints 3 , 8 designed such that the two axes of rotation intersect perpendicularly.

Durch diese Gelenkanordnungen werden die rotatorischen Freiheitsgrade des Trägers 9 gesperrt. Somit wird insbesondere durch diese Art der Ausrichtung der Achsen der Kardangelenke zueinander die achsparallele Führung des Trägers 9 im kartesischen Raum x, y, z realisiert. The rotational degrees of freedom of the carrier 9 are blocked by these joint arrangements. Thus, in particular, this type of alignment of the axes of the universal joints relative to one another realizes the axially parallel guidance of the carrier 9 in the Cartesian space x, y, z.

Dabei sind die Antriebseinheiten nicht im Kraftfluss angeordnet. Zudem ergibt sich eine belastungsgerechte Gestaltungsmöglichkeit der Koppelglieder (Streben), wobei insbesondere die Torsionssteifigkeit aufgrund der Längenkonstanz der Streben nicht längenabhängig ist und die Streben auch keine strukturbedingten Fügestellen aufweisen. The drive units are not arranged in the power flow. There is also a Possibility of designing the coupling links (struts), whereby especially the torsional stiffness due to the length constancy of the struts is length-dependent and the struts also have no structural joints.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung anhand von (mehreren) Bewegungsablaufen exemplarisch beschrieben. Für die nachfolgende Betrachtung wird die in Fig. 1 mit C bezeichnete Symmetrieachse des Trägers 9, die gleichzeitig auch die Symmetrieachse der Bearbeitungseinrichtung 6 darstellt, als Bezugspunkt angenommen. Die z-Achse des kartesischen Koordinatensystems ist achssymmetrisch mit der Symmetrieachse C und in Fig. 1 nach unten weisend angeordnet. Die x- und die y-Achse des kartesischen Koordinatensystems stehen senkrecht auf der z-Achse und damit auch senkrecht auf der Symmetrieachse C. In der räumlichen Darstellung der Fig. 1 ist die x-Achse in Richtung der Vorderseite des Bildes, die y-Achse nach rechts weisend angeordnet. The mode of operation of the present movement and / or positioning device is described below using (several) movement sequences as an example. For the following consideration, the axis of symmetry of the carrier 9 , designated C in FIG. 1, which at the same time also represents the axis of symmetry of the processing device 6 , is assumed as the reference point. The z-axis of the Cartesian coordinate system is arranged axially symmetrically with the axis of symmetry C and in FIG. 1 pointing downwards. The x- and the y-axis of the Cartesian coordinate system are perpendicular to the z-axis and thus also perpendicular to the axis of symmetry C. In the spatial representation in FIG. 1, the x-axis is in the direction of the front of the image, the y- Axis arranged to the right.

Als Beispiel soll nun der in Fig. 1 im Hintergrund angeordnete Führungsschlitten und damit auch das mit diesem verbundene erste Gelenk 3a entlang dessen Linearführung 2 aus der in Fig. 1 dargestellten Lage in Richtung der Basis 10 verschoben werden. Aufgrund der längenkonstanten Ausführung des zwischen Gelenk 3a und Träger 9 angeordneten Koppelgliedes 5, wird der Träger und damit die Bearbeitungseinheit 6 in der x, z-Ebene bewegt und "kippt" dementsprechend um eine zur y-Achse parallele Achse. As an example of the move in Fig. 1 arranged in the background guide block and therefore also the connected thereto first articulation 3a along the linear guide 2 from the position shown in Fig. 1 position in the direction of the base 10 now. Due to the constant length version of the intermediate joint 3 a and carrier 9 arranged coupling member 5, the wearer and thus, the processing unit 6 in the x, z plane is moved and "tilts" accordingly about an axis parallel to the y-axis.

Gleichartige Bewegungen ergeben sich, wenn einer der anderen Führungsschlitten und damit das mit diesem verbundene erste Gelenk bewegt werden, wodurch also Bewegungen in der x, y-Ebene bzw. z, y-Ebene erreichbar sind. Similar movements result when one of the other guide carriages and so that the first joint connected to it can be moved, thus Movements in the x, y plane or z, y plane can be achieved.

Werden die Führungsschlitten gemeinsam aus der in Fig. 1 dargestellten Lage in Richtung der Basis 10 bewegt ("verfahren"), so ergibt sich eine achsparallele Bewegung entlang der z-Achse. If the guide carriages are moved together from the position shown in FIG. 1 in the direction of the base 10 (“move”), there is an axis-parallel movement along the z-axis.

Grundsätzlich ist anzumerken, dass in Fig. 1 die Richtung der z-Achse gleichzeitig die Vertikalrichtung (des Erdmagnetfeldes) darstellt. Dementsprechend ist in Fig. 1 die Basis 10 oberhalb des Trägers 9 angeordnet bzw. in anderen Worten der Träger 10 ist an der Basis über die Koppelglieder 5 und die Linearführungen 2 aufgehangen. Basically, it should be noted that in FIG. 1 the direction of the z-axis also represents the vertical direction (the earth's magnetic field). Accordingly, in FIG. 1 the base 10 is arranged above the carrier 9 or in other words the carrier 10 is suspended from the base via the coupling elements 5 and the linear guides 2 .

Die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist jedoch nicht auf diese "Über-Kopf"-Anordnung beschränkt. Vielmehr ist auch eine invertierte Anordnung möglich, d. h. dass der Träger 9 oberhalb der Basis 10 angeordnet und der Träger 9 über die Koppelglieder 5 und die Linearführungen 2 an der Basis abgestützt ist. Jede mögliche Zwischenlage ist ebenso denkbar, ohne dass die Funktionsweise der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung eingeschränkt ist bzw. ohne dass wesentliche Änderungen an der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung durchgeführt werden müssten. However, the present movement and / or positioning device is not limited to this "overhead" arrangement. Rather, an inverted arrangement is also possible, that is to say that the carrier 9 is arranged above the base 10 and the carrier 9 is supported on the base via the coupling elements 5 and the linear guides 2 . Any possible intermediate layer is also conceivable without the functionality of the movement and / or positioning device being restricted or without having to make any significant changes to the movement and / or positioning device at hand.

Claims

1. Movement and / or positioning device with a base ( 10 ) and a carrier ( 9 ), in particular for axis-parallel movement of the carrier ( 9 ) in Cartesian space (x, y, z), the carrier ( 9 ) on the base ( 10 ) is mounted on at least three length-constant coupling links ( 5 ), each of which is connected to the base ( 10 ) via first joints ( 3 ) and to the carrier ( 9 ) via second joints ( 8 ), and at least one of the first Joints ( 3 ) is arranged to be longitudinally movable and the first and second joints ( 3 , 8 ) each have two degrees of freedom.

2. Movement and / or positioning device according to claim 1, characterized in that the at least one longitudinally movably arranged first joint ( 3 ) is connected to a guide carriage which is displaceable along a linear guide ( 2 ).

3. Movement and / or positioning device according to claim 1 or 2, characterized in that a drive unit is arranged between the guide carriage and the linear guide ( 2 ).

4. Movement and / or positioning device according to claim 2 or 3, characterized in that the linear guide ( 2 ) is designed as a guide rail, guide rod, guide chain or threaded rod.

5. Movement and / or positioning device according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the individual first and second joints ( 3 , 8 ) of the coupling members each have two intersecting joint axes ( 7 ).

6. Movement and / or positioning device according to claim 5, characterized in that the first and second joints ( 3 , 8 ), which are designed in particular as universal joints, each have two vertically intersecting joint axes ( 7 ), the base ( 10 ) or the linear guide ( 2 ) facing joint axes ( 7 ') of the first joints ( 3 ) and / or the joint axes ( 7 ) facing the carrier ( 9 ) of the second joints ( 8 ) are arranged in mutually parallel planes.

7. Movement and / or positioning device according to claim 6, characterized in that a parallel guidance of the first joints ( 3 ) parallel to the parallel planes or perpendicular to the joint axes ( 7 ) facing the base ( 10 ) or the linear guide ( 2 ) ') of the first joints ( 3 ) and / or perpendicular to the joint axes ( 7 ") of the second joints ( 8 ) facing the support ( 9 ).

8. Movement and / or positioning device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the coupling members ( 5 ) are designed as elongated and in particular torsionally rigid struts.

9. Movement and / or positioning device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the carrier ( 9 ) is connected to the base ( 10 ) via exactly three coupling elements ( 5 ), the first joints ( 3 ) in each case the coupling links ( 5 ) are arranged to be longitudinally movable.

10. Movement and / or positioning device according to claim 9, characterized in that each of the first joints ( 3 ) is connected to a guide carriage, the individual guide carriages being displaceable along linear guides ( 2 ) connected to the base ( 10 ).

11. Movement and / or positioning device according to claim 10, characterized in that the linear guides ( 2 ) on the base ( 10 ) span an equilateral triangle and / or are arranged parallel to one another.

12. Movement and / or positioning device according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the base ( 10 ) can be attached to a frame of a machine tool.

13. Movement and / or positioning device according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the carrier ( 9 ) is a tool, a machining device ( 6 ) or a holding device, in particular for a tool, a workpiece or another to be moved or positioning object.

14. Movement and / or positioning device according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the movement and / or Positioning device can be used as a spatial parallel guide gear.