DD220553A1 - MANIPULATOR - Google Patents

Abstract

Anwendungsgebiet des Manipulators ist die metallverarbeitende Industrie und alle anderen Industriezweige, wo programmierte Beschickungs-, Zufuehrungs- od. a. Bewegungen zu verwirklichen sind. Es ist Ziel der Erfindung, die Leistungsfaehigkeit des Manipulators zu erhoehen und das Anwendungsgebiet zu verbreitern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bewegungen in allen Freiheitsgraden des Manipulators gleichzeitig zu ermoeglichen, dabei ist auch eine Loesung dargestellt, bei der Bewegungen mit unterschiedlichen dynamischen Charakteristiken durchgefuehrt werden koennen. Dies wird erfindungsgemaess dadurch erreicht, dass der Manipulator parallel zur Antriebswelle eine Vorgelegewelle mit zusaetzlichen Kopplungselementen besitzt, wobei die Vorgelegewelle in Zusammenwirkung mit der Antriebswelle und ihren Kopplungselementen steht. Um gleichzeitige Bewegungen mit unterschiedlichen dynamischen Charakteristiken zu ermoeglichen, wird die Antriebswelle als koaxial ineinanderliegende Hohlwellen oder als parallel zueinanderliegende Wellen, oder beides kombiniert gestaltet. Fig. 1The field of application of the manipulator is the metalworking industry and all other branches of industry, where programmed feeding, feeding or a. Movements are to be realized. It is an object of the invention to increase the performance of the manipulator and to broaden the field of application. The invention has for its object to simultaneously allow movements in all degrees of freedom of the manipulator, while also a solution is shown, can be performed in the movements with different dynamic characteristics. This is inventively achieved in that the manipulator has parallel to the drive shaft a countershaft with additional coupling elements, wherein the countershaft is in cooperation with the drive shaft and its coupling elements. In order to allow simultaneous movements with different dynamic characteristics, the drive shaft is designed as a coaxial hollow shafts or as mutually parallel shafts, or both combined. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung Manipulator ,Title of the Invention Manipulator,

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Anwendungsgebiet des Manipulators ist die raetallverar- : beitende Industrie; aber auch in allen anderen Industriezweigen ist eine Anwendung möglich, d.h. überall dort, wo programmierte Beschickungs-, Zuführungs- od»a. Bewegungen zu verwirklichen sind.The field of application of the manipulator is the metalworking industry; but also in all other branches of industry an application is possible, i. wherever programmed feeding, feeding or a. Movements are to be realized.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt ist eine Verfahreinheit für begrenzte Wege nach Erfindungsanmeldung WP B23q/251 571 8, die eine Antriebswelle des Schlittens, die eine feststehende Lineareinheit und eine verfahrbare Lineareinheit verbindet, besitzt, welche senkrecht zu den beiden Lineareinheiten steht. Gleichzeitig kann man die beiden Lineareinheiten nur dann in Bewegung setzen, wenn das bei ein und der selben Drehrichtung der Antriebswelle erfolgen kann, an sonsten müssen die Bewegungen- nacheinander ausgeführt werden. Und das ist als Nachteil zu betrachten.Known is a traversing unit for limited ways according to invention application WP B23q / 251 571 8, which has a drive shaft of the carriage, which connects a fixed linear unit and a movable linear unit, which is perpendicular to the two linear units. At the same time you can set the two linear units only in motion, if this can be done in one and the same direction of rotation of the drive shaft, otherwise the movements must be carried out one after the other. And that's a disadvantage.

•Ziel der Erfindung• Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, die Leistungsfähigkeit des Manipulators zu erhöhen und das Anwendungsgebiet zu verbreitern . ,It is an object of the invention to increase the performance of the manipulator and to broaden the field of application. .

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Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bewegungen in allen Freiheitsgraden des Manipulators gleichzeitig zu ermöglichen, dabei ist auch eine Lösung darzustellen, beider Bewegungen mit unterschiedlichen dynamischen Charakteristiken durchgeführt werden können. / D.ies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Manipulator parallel zur Antriebswelle eine Vqrgelegewelle mit zusätzlichen Kopplungselementen besitzt, wobei die Vorgelegewelle in Zusammenwirkung mit der Antriebswelle und den Kupplungselementen der Antriebswelle steht. Zur Verwirklichung der Bewegung werden sowohl die Kopplungselemente der Antriebswelle, als auch die Kopplungselemente der Vorgelegewelle benutzt,wobei die Nutzung der Kopplungseleraente der Vorgelegewelle zur Änderung der Bewegungsrichtung führt.The invention has for its object to simultaneously allow movements in all degrees of freedom of the manipulator, it is also a solution to represent, both movements with different dynamic characteristics can be performed. / D. This is inventively achieved in that the manipulator parallel to the drive shaft has a Vqrgelegewelle with additional coupling elements, wherein the countershaft is in cooperation with the drive shaft and the coupling elements of the drive shaft. To realize the movement both the coupling elements of the drive shaft, as well as the coupling elements of the countershaft are used, wherein the use of the coupling element of the countershaft leads to change the direction of movement.

Um gleichzeitige Bewegungen mit unterschiedlichen dynamischen Charakteristiken zu ermöglichen, wird die Antriebswelle -als· koaxial ineinanderliegende Hohlwellen oder als parallel zueinanderliegende Wellen, oder beides kombiniertgestaltet.In order to enable simultaneous movements with different dynamic characteristics, the drive shaft is designed as a coaxial hollow shaft or as parallel shafts, or both.

.Alle 'Wellen besitzen eigene Kopplungselemente, die jeweils nur zur Bewegung in einem Freiheitsgrad des Manipulators benutzt werden.Oede Welle besitzt einen eigenen Antrieb, wobei alle Antriebe am Schlitten installiert sind.'All 'shafts have their own coupling elements, which are each used only for movement in one degree of freedom of the manipulator. Each shaft has its own drive, with all drives are installed on the carriage.

AusführungsbeispieIeAusführungsbeispieIe

Aneinigen Ausführungsbeispielen, Figuren 1-6, soll der Manipulator naher erläutert werden« _Λ Der Manipulator, Figur .1, besitzt zwei Lineareinheiten 1 und 2, entsprechend mit den Zahnstangen 3 und 4. Die Lineareinheiten 1 und 2 sind durch einen Schlitten 5 verbunden. In dem Schlitten 5 ist ein Antrieb 6 mit der Antriebswelle 7 ,installiert. Die Antriebswelle 7 besitzt ein Zahnrad 8 mit Kupplung 9, das in Zusammenwirkung mit der Zahnstange 3 steht und ein Zahnrad IO mit Kupplung il, das. in Zusammenwirkung mit der Zahnstange 4 steht. Andersgesagt bildenAneinigen embodiments, Figures 1-6, the manipulator is to be explained in more detail _«Λ The manipulator, Fig .1, has two linear units 1 and 2, corresponding with the racks 3 and 4. The linear units 1 and 2 are connected by a carriage. 5 In the carriage 5, a drive 6 with the drive shaft 7, installed. The drive shaft 7 has a gear 8 with coupling 9, which is in cooperation with the rack 3 and a gear IO with clutch il, which is in cooperation with the rack 4. Make a difference

das Zahnrad 8 und die Kupplung 9 und das. Zahnrad 10 und die Kupplung Ii Kopplungselemente der Antriebswelle 7, bzw. entsprechend der Lineareinheit 1 und 2. Parallel zur Antriebswelle7 ist im Schlitten 5 eine Vor-, gelegewelle 12 installiert, wobei sowohl die Antriebswelle 7, als auch die Vorgelegewelle 12 Zahnräder 13 besitzen, die in Zusammenwirkung stehen. Die Vorgelegewelle 12 besitzt ein Zahnrad 14 mit Kupplung 15, das in Zusammenwirkung mit dem Zahnrad 8 steht und ein Zahnrad 16 mit Kupplung 17, das in Zusammenwirkung mit dem Zahnrad 10 steht. Es ist zu bemerken,daß die Antriebswelle 7 auch mehr Kopplungseleraente, als in Figur 1 gezeigt, zur Verwirklichung von Bewegungen in anderen Freiheitsgraden besitzen kann, dann muß auch die Vorgelegewelle 12 mit entsprechend mehr Kopplungselementen ausgerüstet Werden. Der Manipulator, Figur 2, besitzt drei Freiheitsgrade D-S₁^Sj₃., oder anders gesagt, ist in DSS-Struktur aufgebaut. _; , ' ' ;'^: ::^:·. .. ' .' ·''. ;. '. " , Die Schnitte A-A und B-B (Figuren 3 und 4) zeigen den Aufbau von Antriebselementen des Manipulators. Der Manipulator (Figuren 2, 3 und 4) besitzt einen Grundrahmen 18, an dem eine Drehführung 19 fest angebracht ist. Auf der Drehführung 19 sind drehbar die Platten 20 gelagert, die durch eine Zahnstange 3 untereinander verbunden sind, dabei bilden die Drehführung 19, die Platten 20 und die Zahnstange 3 die Lineareinheit 1.the gear wheel 8 and the clutch 9 and the gear 10 and the coupling Ii coupling elements of the drive shaft 7, or corresponding to the linear unit 1 and 2. Parallel to the Antriebswelle7 is in the carriage 5, a pre, countershaft 12 is installed, both the drive shaft , as well as the countershaft 12 gears 13 have, which cooperate. The countershaft 12 has a gear 14 with clutch 15, which is in cooperation with the gear 8 and a gear 16 with clutch 17, which is in cooperation with the gear 10. It should be noted that the drive shaft 7 may also have more coupling elements, as shown in Figure 1, for the realization of movements in other degrees of freedom, then the countershaft 12 must be equipped with correspondingly more coupling elements. The manipulator, Figure 2, has three degrees of freedom DS ₁ ^ Sj ₃ , or in other words, is constructed in DSS structure. _; , '';' ^{: :::} ·. .. '.' · ''. ;. '. The sections AA and BB (Figures 3 and 4) show the construction of drive elements of the manipulator The manipulator (Figures 2, 3 and 4) has a base frame 18 to which a pivotal guide 19 is fixedly mounted rotatably supported the plates 20 which are interconnected by a rack 3, while the rotary guide 19, the plates 20 and the rack 3 form the linear unit. 1

Verschiebbar hinsichtlich der Lineareinheit I₁ bzw. der Drehführungl9 und Zahnstange 3 und drehbar hinsichtlich der Drehführung 19, auf der Lineareinheit 1 ist ein Schlitten 5 installiert. In dem Schlitten 5 ist verschiebbar und senkrecht zur Lineareinheit 1 die Lineareinheit 2 mit Führungen 21, Platten 22 und Zahnstange 23 montiert. Im Schlitten 5 sind die Wellen 24, 25 und 26 gelagert, dabei ist jede entsprechend mit einem eigenen Antrieb 27, 28 und 29 verbunden. Auf der Welle 24 sitzt das Zahnrad 30,.das in Zusammenwirkung mit der Zahnstange 3 steht. Auf der Welle 25 sitzt das Zahnrad 31, weiches mit der Zahnstange 23 in Zusammenwirkung steht. Welle 26 besitzt eine SchneckeSlidable with respect to the linear unit I ₁ or the Drehführungl9 and rack 3 and rotatable with respect to the rotary guide 19, on the linear unit 1, a carriage 5 is installed. In the carriage 5 is displaceable and perpendicular to the linear unit 1, the linear unit 2 with guides 21, plates 22 and rack 23 is mounted. In the carriage 5, the shafts 24, 25 and 26 are stored, each is correspondingly connected to its own drive 27, 28 and 29. On the shaft 24, the gear 30 sits., Which is in cooperation with the rack 3. On the shaft 25 sits the gear 31, soft with the rack 23 in cooperation. Shaft 26 has a worm

32, die in Zusammenwirkung rait dem Schneckenrad 33 steht, wobei das Schneckenrad 33 verschiebbar auf der Drehführung 19 gelagert ist _e · _: . / .., Die Lagerung der Wellen 24, 25 und 26 kann auch anders . gestaltet werden. Auf der Figur 5 sind sie koaxial gelagert, auf der Figur 6 ist eine kombinierte Lagerung dargestellt, und zwar parallele und koaxiale.32, which in cooperation rait the worm wheel 33 is, wherein the worm wheel 33 is slidably mounted on the rotary guide 19 _{e :.} / .., The storage of shafts 24, 25 and 26 may also be different. be designed. In FIG. 5, they are mounted coaxially; FIG. 6 shows a combined bearing, namely parallel and coaxial.

Hieraus ergibt sich folgende WirkungsweiseThis results in the following mode of action

Durch den Antrieb 6 des Manipulators (s. Figur 1) wird die Antriebswelle 7 in Drehung versetzt. Durch das Zusammenwirken der Zahnräder 13 dreht sich auch die Vorgelegewelle 12, aber in anderer Richtung (s. Figur 1). ,. Das Bewegen "a" des Schlittens 5 wird durch das Zusammenwirken des Zahnrades 8 und der Zahnstange 3 erreicht* Wenn eine Bewegung nach "unten" notwendig ist, wird das. Zahnrad 8 über die Kupplung 9 in Drehung versetzt, wenn nach "oben" - wird das Zahnrad 8 durch das Zahnrad 14 und die Kupplung 15 in Drehung versetzt.By the drive 6 of the manipulator (see Figure 1), the drive shaft 7 is rotated. By the interaction of the gears 13, the countershaft 12 rotates, but in a different direction (see Figure 1). . The movement "a" of the carriage 5 is achieved by the interaction of the gear 8 and the rack 3 * If a movement to "down" is necessary, the. Gear 8 is rotated via the clutch 9 in rotation when "up" - the gear 8 is rotated by the gear 14 and the clutch 15 in rotation.

Ähnlich wie oben beschrieben^ kann man die Bewegung "b" der Lineareinheit 2, sowie die Richtungsänderung der Bewegung "b" verwirklichen. Dabei werden entweder Zahnrad IO mit Kupplung 11, oder Kupplung 17, Zahnrad 16 und Zahnrad 10 in Wirkung versetzt.Similarly as described above, one can realize the movement "b" of the linear unit 2, as well as the change of direction of the movement "b". Either gear IO with clutch 11, or clutch 17, gear 16 and gear 10 are put into effect.

Bei dieser Wirkungsweise von Manipulatoren ist es möglich, gleichzeitige Bewegungen in allen Freiheitsgraden durchzuführen, egal in welche Richtung und egal, wie viele Freiheitsgrade der Manipulator hat. . ,In this mode of action of manipulators, it is possible to perform simultaneous movements in all degrees of freedom, no matter in which direction and no matter how many degrees of freedom the manipulator has. , .

Die Wirkungsweise desManipulators , dargestellt in den Figuren 2, 3 und 4 unterscheidet sich dadurch, daß die Wellen 24, 25 und 26 jeweils durch eigene Antriebe 27, 28 und 29 in Drehung versetzt werden. Die Richtung des Drehens, sowie die dynamische Charakteristik, das Anfahren und Bremsen wird durch die Antriebe 27, 28 und 29 und die Steuerung des Manipulators bestimmt.The operation of the manipulator, shown in Figures 2, 3 and 4 differs in that the shafts 24, 25 and 26 are each rotated by their own drives 27, 28 and 29 in rotation. The direction of rotation, as well as the dynamic characteristics, the starting and braking is determined by the drives 27, 28 and 29 and the control of the manipulator.

Beim Drehen der Welle 24 bewegt sich durch Zusammenwirken des Zahnrades 30 und der Zahnstange 3 der Schlitten 5 in der Sj-Achse, Beim Drehen äer Welle 25 bewegt sich durch Zusammenwirken des Zahnrades 31 und der Zahnstange 23Upon rotation of the shaft 24 moves by cooperation of the gear 30 and the rack 3 of the carriage 5 in the SJ-axis, When rotating a shaft 25 moves by cooperation of the gear 31 and the rack 23rd

die' Lineareinheit 2 in der S₁₁-J-Achse. Beim Drehen der Welle 26 dreht sich durch das Zusammenwirken von Schnecke 32 und Schneckenrad 33 der Schlitten 5 mit der Lineareinheit 2 in der D-Achse.the 'linear unit 2 in the S ₁₁ -J axis. When rotating the shaft 26 rotates by the interaction of worm 32 and worm wheel 33 of the carriage 5 with the linear unit 2 in the D-axis.

Eine andere Lagerung der Wellen 24, 25 und 25, s.FigurS und 6, bringt keine Veränderung in der Wirkungsweise des Manipulstors. ^! .Another mounting of the shafts 24, 25 and 25, see Figures 6 and 6, brings no change in the operation of the Manipulstors. ^! ,

Es ist auch bei diesem Aufbauprinzip möglich, Manipulatoren zu bekommen, die mehr als drei Freiheitsgrade besitzen und jeweils gleichzeitig betrieben werden können.It is also possible with this design principle to get manipulators that have more than three degrees of freedom and can be operated simultaneously.

Claims (2)

Erfindungsanspruchinvention claim 1. Manipulator, bestehend aus zwei beweglichen Führungseinheiten mit Schlitten und einer senkrecht dazu stehenden Antriebswelle, gekennzeichnet dadurch, daß der Manipulator parallel zur Antriebswelle (7) eine Vorgelegewelle (12) mit zusätzlichen Kopplungselementen (13, 14, 15, 16, 17) besitzt, wobei die Vorgelegewelle (12) in Zusammenwirkung mit der Antriebswelle (7) und den Kopplungselementen (8, 9, 10, 11, 13) der Antriebswelle (7) steht*1. manipulator, consisting of two movable guide units with carriage and a perpendicular thereto drive shaft, characterized in that the manipulator parallel to the drive shaft (7) has a countershaft (12) with additional coupling elements (13, 14, 15, 16, 17) in which the countershaft (12) cooperates with the drive shaft (7) and the coupling elements (8, 9, 10, 11, 13) of the drive shaft (7) * 2. Manipulator, bestehend aus zwei beweglichen Führungseinheiten mit Schlitten und einer senkrecht dazu stehenden Antriebswelle, gekennzeichnet dadurch, daß die Antriebswelle (7) als koaxial ineinanderliegende Hohlwellen oder als parallel zueinanderliegende Wellen, oder beides kombiniert (24, 25, 26) gestaltet ist, wobei alle Wellen (24, 25, 26) eigene Kopplungselemente besitzen, die jeweils zur Bewegung in einem Freiheitsgrad des Manipulators benutzt werden und jede mit eigenem Antrieb (27, 28, 29) gekoppelt ist, wobei alle Antriebe (27, 28, 29) am Schlitten (5) angebracht sind.2. manipulator, consisting of two movable guide units with carriage and a perpendicular thereto drive shaft, characterized in that the drive shaft (7) is designed as a coaxial hollow shafts or as mutually parallel shafts, or both combined (24, 25, 26) all the shafts (24, 25, 26) having their own coupling elements each used to move in one degree of freedom of the manipulator and each being coupled to its own drive (27, 28, 29), all the drives (27, 28, 29) are mounted on the carriage (5). "Hierzu 4 Seiten Zeichnungen"."For this 4-page drawings".