DE102009035877B4 - compensation actuating - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausgleichsaktorik umfassend eine in drei Raumrichtungen translatorisch bewegbare Bewegungseinheit, mindestens einen Aktor, eine erste Festkörpergelenkbaugruppe umfassend eine mechanisch an die Bewegungseinheit gekoppelte, einen ersten einfachen Hebel ausbildende Festkörpergelenkanordnung (wobei mittels des mindestens einen Aktors die erste Festkörpergelenkanordnung auslenkbar und damit aufgrund dieser ersten Kopplung die Bewegungseinheit translatorisch in die erste Raumrichtung auslenkbar ist), und eine zweite Festkörpergelenkbaugruppe umfassend eine mechanisch an die Bewegungseinheit und/oder die erste Festkörpergelenkbaugruppe gekoppelte, einen Kniehebel ausbildende zweite Festkörpergelenkanordnung (wobei mittels des mindestens einen Aktors die zweite Festkörpergelenkanordnung auslenkbar und damit aufgrund dieser zweiten Kopplung die Bewegungseinheit translatorisch in die zweite Raumrichtung auslenkbar ist).The present invention relates to a compensation actuator comprising a movement unit translatable in three spatial directions, at least one actuator, a first solid joint assembly comprising a mechanically coupled to the movement unit, a first simple lever forming solid-state joint assembly (wherein by means of the at least one actuator, the first solid-state joint arrangement deflectable and so that due to this first coupling, the movement unit is translationally deflected in the first spatial direction), and a second solid-body joint assembly comprising a mechanically coupled to the movement unit and / or the first solid-state joint assembly, a toggle lever forming second solid state joint arrangement (wherein by means of the at least one actuator, the second solid state joint arrangement deflectable and thus due to this second coupling, the movement unit is translationally deflectable in the second spatial direction).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausgleichsaktorik zum Durchführen von translatorischen Ausgleichsbewegungen in mindestens zwei, bevorzugt in drei Raumrichtungen. Die erfindungsgemäße Ausgleichsaktorik kann beispielsweise für Positionieraufgaben in der Werkstückbearbeitung oder in der Produktion, insbesondere in der Waver-Produktion oder für andere hochpräzise Montageaufgaben eingesetzt werden.The present invention relates to a compensation actuator for performing translatory compensation movements in at least two, preferably in three spatial directions. The compensating actuator according to the invention can be used, for example, for positioning tasks in workpiece machining or in production, in particular in wafer production or for other high-precision assembly tasks.

Bei mechanischen Handhabungsgeräten wie beispielsweise Robotern besteht in der Regel ein großes Problem darin, dass diese eine ungenaue Positioniergenauigkeit aufweisen. Positionierfehler können statisch oder prozessspezifisch auftreten und müssen ausgeglichen werden. Dies kann beispielsweise mithilfe einer Ausgleichsaktorik geschehen.In mechanical handling devices such as robots, a major problem is usually that they have inaccurate positioning accuracy. Positioning errors can occur statically or process-specifically and must be compensated. This can be done, for example, by using a compensation factor.

Um die Positioniergenauigkeit von Positioniervorrichtungen, insbesondere der Positioniereinheiten von Robotern zu erhöhen, wird im Stand der Technik auf Mittel der Kalibration, auf mechanische Ersatzmodelle, auf Temperaturkompensationen oder auch auf Ausgleichsachsen beispielsweise zur Schwingungsdämpfung zurückgegriffen. Für Positionieraufgaben sind auch Ausgleichskinematiken bekannt. Weiterhin sind hochdynamische Ausgleichsmechanismen im Bereich von Spindelaufhängungen bekannt, bei denen die hochdynamischen Eigenschaften von Piezoaktoren ausgenutzt werden und schädliche Einflüsse (beispielsweise Schwingungen durch Spindelbewegung, Schwingungsaufschaukeln durch regeneratives Rattern, Werkzeugabdrängungen aufgrund hoher lateraler Bearbeitungskräfte usw.) kompensiert werden.In order to increase the positioning accuracy of positioning devices, in particular the positioning units of robots, recourse is made in the prior art to means of calibration, to mechanical replacement models, to temperature compensations or also to compensation axes, for example for vibration damping. Compensation kinematics are also known for positioning tasks. Furthermore, highly dynamic compensation mechanisms in the field of spindle suspensions are known in which the highly dynamic properties of piezo actuators are utilized and harmful influences (for example vibrations due to spindle movement, oscillation rocking due to regenerative rattling, tool displacements due to high lateral machining forces, etc.) are compensated.

Aus dem Stand der Technik ( US 7,024,925 B2 ) ist darüber hinaus eine Ausgleichsaktorik zum Durchführen von translatorischen Ausgleichsbewegungen einer Bewegungseinheit in drei Raumrichtungen bekannt. Diese Ausgleichsaktorik umfasst Aktoren sowie eine erste Festkörpergelenkbaugruppe und eine zweite. Festkörpergelenkbaugruppe, die durch die Aktoren so auslenkbar sind, dass die Bewegungseinheit translatorische Bewegungen in zwei Raumrichtungen ausführt. Die zweite Festkörpergelenkbaugruppe umfasst eine Festkörpergelenkanordnung, die einen Kniehebel ausbildet. Die erste Festkörpergelenkbaugruppe ist ebenfalls mit einer Festkörpergelenkanordnung ausgeführt, die einen Kniehebel bildet.From the prior art ( US 7,024,925 B2 In addition, a compensation factor for performing translational compensation movements of a movement unit in three spatial directions is known. This compensation factor comprises actuators and a first solid-state joint assembly and a second. Solid-state joint assembly, which are deflected by the actuators so that the movement unit performs translational movements in two spatial directions. The second solid state articulated assembly includes a solid state articulated assembly that forms a toggle. The first solid state articulated assembly is also implemented with a solid state articulation assembly that forms a toggle.

All diese aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und/oder Verfahren haben jedoch ihre spezifischen Nachteile. So sind bei manchen Vorrichtungen Positionierfehler nicht in drei Dimensionen oder nicht rein translatorisch ausgleichbar. Bei anderen ist kein Ausgleich von Positionierfehlern mit hoher Dynamik möglich. Hochfrequente Schwingungen können so nicht ausgeglichen werden. Bei anderen Verfahren ist der Ausgleich lediglich bis zu einem bestimmten Werkzeug- und/oder Werkstückgewicht möglich. Oft ist auch die erreichbare Positioniergenauigkeit begrenzt.However, all of these prior art devices and / or methods have their specific disadvantages. For example, positioning errors can not be compensated for in three dimensions or purely translationally in some devices. For others, it is not possible to compensate for positioning errors with high dynamics. High-frequency vibrations can not be compensated in this way. In other methods, the compensation is possible only up to a certain tool and / or workpiece weight. Often the achievable positioning accuracy is limited.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, basierend auf dem Stand der Technik, eine Ausgleichsaktorik sowie ein Verfahren zum Durchführen von translatorischen Ausgleichsbewegungen zur Verfügung zu stellen, mit denen

  • • statische translatorische Positionierfehler mindestens zweidimensional, bevorzugt dreidimensional ausgleichbar sind,
  • • ein hoch dynamischer Ausgleich möglich ist, das heißt hochdynamische Positionier- bzw. Ausgleichbewegungen geregelt möglich sind,
  • • dynamische Schwingungskompensationen von hochfrequenten Schwingungen möglich sind,
  • • eine mikrometergenaue Positionierung in mindestens zwei, bevorzugt drei Raumrichtungen erreicht werden kann (Absolutgenauigkeit ebenso wie Wiederholgenauigkeit),
  • • eine solche Genauigkeit bei einem Industrieroboter in jedem Fall besser als 20 μm beträgt und
  • • die entsprechende Genauigkeit auch für höhere Gewichte von zu positionierenden Objekten (z. B. Werkstücken oder Werkzeugen) erreicht werden kann (z. B. Gewichte bis etwa 20 kg).
It is therefore an object of the present invention, based on the prior art, to provide a compensating actuator as well as a method for carrying out translatory compensatory movements with which
  • Static translatory positioning errors can be compensated for at least two-dimensionally, preferably three-dimensionally,
  • • highly dynamic compensation is possible, ie highly dynamic positioning or compensation movements are possible in a regulated manner,
  • • Dynamic vibration compensation of high-frequency vibrations are possible
  • A micrometer-accurate positioning in at least two, preferably three spatial directions can be achieved (absolute accuracy as well as repeatability),
  • • In any case, such accuracy is better than 20 μm for an industrial robot, and
  • • The corresponding accuracy can also be achieved for higher weights of objects to be positioned (eg workpieces or tools) (eg weights of up to 20 kg).

Darüber hinaus ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechend genaue Vorrichtung zur Positionierung eines Objekts und/oder zur Bearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung einer solchen Ausgleichsaktorik zur Verfügung zu stellen.Moreover, it is the object of the present invention to provide a correspondingly accurate device for positioning an object and / or for machining a workpiece using such a compensation factor.

Diese Aufgabe wird durch eine Ausgleichsaktorik gemäß Anspruch 1, eine Ausgleichsaktorik-Basisbaugruppe gemäß Anspruch 25, eine Vorrichtung zur Objektpositionierung und/oder Werkstückbearbeitung gemäß Anspruch 26 sowie ein Verfahren zum Durchführen von translatorischen Ausgleichsbewegungen gemäß Anspruch 27 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen lassen sich jeweils den abhängigen Ansprüchen entnehmen. Erfindungsgemäße Verwendungen ergeben sich aus Anspruch 28.This object is achieved by a compensation actuator according to claim 1, a compensation actuator base assembly according to claim 25, an apparatus for object positioning and / or workpiece machining according to claim 26 and a method for performing translational compensation movements according to claim 27. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims. Uses according to the invention emerge from claim 28.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein, dann in Form eines ausführlichen Ausführungsbeispiels beschrieben. Die im Rahmen des Ausführungsbeispiels vorgestellten spezifischen Kombinationen von Einzelmerkmalen müssen dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung (deren Schutzumfang durch die anhängenden Patentansprüche definiert ist) nicht genau in der gezeigten Konfiguration verwirklicht sein, sondern können auch in anderen Merkmalskombinationen verwirklicht werden. Insbesondere können einzelne der im Ausführungsbeispiel gezeigten Merkmale auch weggelassen werden oder mit anderen, gezeigten wie nicht geneigten, Merkmalen auch auf andere Art und weise strukturell und/oder funktionell kombiniert werden.Hereinafter, the present invention will be described first generally, then in the form of a detailed embodiment. In the context of the present invention (the scope of which is defined by the appending claims), the specific combinations of individual features presented in the context of the exemplary embodiment need not be realized exactly in the configuration shown, but can also be realized in other combinations of features. In particular, individual of the Embodiment shown features are also omitted or combined with other, shown as not inclined features in other ways structurally and / or functionally.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dabei unter der Auslenkbarkeit eines Elementes verstanden, dass dieses Element unmittelbar (oder auch mittelbar über andere Elemente) und beispielsweise mithilfe eines Aktors innerhalb eines ortsfesten Koordinatensystems (x, y, z), also relativ zum Ursprung dieses Koordinatensystems, entlang einer Trajektorie bewegbar ist. Bei der Bewegung kann es sich somit um eine geradlinige Verschiebung, um eine Verschiebung entlang einer gekrümmten Bahn, um eine Drehung, ... handeln. Ebenso ist es auch möglich, dass der Schwerpunkt des Elementes (relativ zum ortsfesten Koordinatensystem) nicht bewegt wird, sondern dass des Element in sich dilatiert oder kontrahiert wird. Auch Kombinationen von Bewegungen entlang einer Trajektorie und einer solchen Dilatation und/oder Kontraktion sind möglich. Wird nachfolgend von Raumrichtungen x, y, z gesprochen, so sind in der Regel die drei Koordinaten eines kartesischen Koordinatenystems gemeint. Wird von einer tranlatorischen Bewegung in eine solche Raumrichtung gesprochen, so handelt es sich sofern nicht anders gesagt, um eine Bewegung die ausschließlich translatorische Anteile in diese Raumrichtung umfasst. Dies schließt jedoch nicht aus, dass eine solche Bewegung grundsätzlich auch (in der Regel geringfügige) rotatorische Anteile aufweisen kann.In the context of the present invention, the deflectability of an element is understood to mean that this element is directly (or indirectly via other elements) and, for example, by means of an actuator within a stationary coordinate system (x, y, z), ie relative to the origin of this coordinate system. along a trajectory is movable. The movement may thus be a straight-line displacement, a displacement along a curved path, a rotation, etc. Likewise, it is also possible that the center of gravity of the element (relative to the stationary coordinate system) is not moved, but that the element is in itself dilated or contracted. Combinations of movements along a trajectory and such a dilation and / or contraction are possible. If one speaks below of spatial directions x, y, z, the three coordinates of a Cartesian coordinate system are generally meant. If one speaks of a translatory movement in such a spatial direction, it is, unless otherwise stated, a movement which comprises exclusively translational components in this spatial direction. However, this does not exclude that such a movement basically also (usually minor) rotational portions may have.

Unter einem Kniehebel wird im Rahmen der Erfindung eine Einrichtung bzw. ein Element zur Kraftübertragung und/oder Kraftübersetzung verstanden, die/das zumindest zwei einarmige Hebel mit einem gemeinsamen Endpunkt (in der Regel als beweglicher Drehpunkt ausgebildet) umfasst, wobei die freien Enden der einarmigen Hebel, die gegen einen oder mehrere Körper gestützt sind, unter dem Einfluss einer an dem gemeinsamen Ende angreifenden Kraft bewegt werden können (bei zwei Körpern werden diese dann in der Regel einander angenähert oder voneinander entfernt). In der Regel handelt es sich bei einem erfindungsgemäß verwendeten Kniehebel um einen zwei Kniegelenke aufweisenden Kniehebel (also einen vier in Form einer Raute bzw. näherungsweise in Form einer Raute angeordnete Hebelarme umfassenden Kniehebel, wobei die vier Hebelarme dann in der Regel so ausgebildet sind, dass bei Ausübung einer Kraft auf zwei gegenüberliegende Ecken der Raute sich die beiden anderen Ecken der Raute entweder aufeinander zu bewegen – nach außen gerichtete Kraft oder voneinander wegbewegen – nach innen gerichtete Kraft). Unter der Hauptachse eines solchen Kniehebels wird im Rahmen der Erfindung dann in der Regel die diejenigen beiden gegenüberliegenden Ecken der Raute (”Kniegelenke”) verbindende Achse verstanden, die senkrecht zur vorbeschriebenen Kraftwirkungsrichtung angeordnet ist.In the context of the invention, a knee lever is understood to mean a device or an element for force transmission and / or power transmission which comprises at least two one-armed levers with a common end point (usually designed as a movable pivot point), the free ends of the one-armed links Levers which are supported against one or more bodies can be moved under the influence of a force acting on the common end (in the case of two bodies, these are then usually brought closer to each other or away from each other). As a rule, a knee lever used in accordance with the invention is a toggle lever comprising two knee joints (ie, four toggle lever comprising four lever arms arranged in the shape of a rhombus or approximately in the form of a rhombus, wherein the four lever arms are then usually designed such that when a force is applied to two opposite corners of the lozenge, the other two corners of the lozenge move either toward each other - outward force or away from one another - inward force). In the context of the invention, the main axis of such a toggle lever is then generally understood to mean the axis connecting those two opposite corners of the lozenge ("knee joints"), which axis is arranged perpendicularly to the above-described force action direction.

Die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, translatorische Pasitionierfehler z. B. eines Roboters zu kompensieren und eine hochgenaue (mikrometergenaue) Positionierung eines Objekts relativ zu einem anderen Objekt und/oder einem ortsfesten Koordinatensystem dadurch zu realisieren, dass sogenannte Festkörpergelenke im Rahmen von Festkörpergelenkbaugruppen so angeordnet werden, dass partiell die Steifigkeiten der Festkörpergelenke in verschiedene Richtungen minimiert werden können, um durch Aktoren (insbesondere: Piezoaktoren) ausgelenkt zu werden. Unter einem Festkörpergelen wird dabei ein Körper verstanden, der durch eine Stelle mit verminderter Biegesteifigkeit gekennzeichnet ist (die sich von benachbarten Zonen, die als Starrkörper angesehen werden können, abgrenzt). Mit solchen Festkörpergelenken können kinmatische Paare in einem Teil realisiert werden. Die verminderte Biegesteifigkeit wird in der Regel durch eine lokale Querschnittsverringerung realisiert. Dabei kann der Querschnitt nur entlang einer oder auch entlang zweier Raumrichtungen verringert sein; die Querschnittsveränderungen können unterschiedliche geometrische Formen aufweisen.The basic idea of the present invention is translational Pasierungsierfehler z. B. a robot to compensate and to realize a highly accurate (micrometer accurate) positioning of an object relative to another object and / or a fixed coordinate system, that so-called solid joints are arranged in the context of solid-body joint assemblies so that partially the stiffnesses of the solid joints in different directions can be minimized to be deflected by actuators (in particular: piezo actuators). A solid-state gel is understood to mean a body which is characterized by a position with reduced flexural rigidity (which is delimited by adjacent zones which can be regarded as rigid bodies). With such solid-state joints, kinetic pairs can be realized in one part. The reduced bending stiffness is usually realized by a local reduction in cross-section. In this case, the cross section can be reduced only along one or even along two spatial directions; the cross-sectional changes may have different geometric shapes.

Die in der Regel geringen Stellwege der verwendeten Aktoren werden durch festkörpergelenkartig gebildete Hebelübersetzungen vergrößert, um so größere Ausgleichsbewegungen zu ermöglichen. Die mit Hilfe der Festkörpergelenke übersetzten bzw. vergrößerten Bewegungen der Aktoren werden auf eine Bewegungseinheit (z. B. einen Objekttisch) übertragen. Somit ist erfindungsgemäß eine Anordnung verschiedener Festkörpergelenkskombinationen realisiert, mit der translatorische Ausgleichsbewegungen in mehreren Raumrichtungen möglich sind. Die verschiedenen Getriebeübersetzungen durch die Festkörpergelenke sind so ausgebildet, dass eine Vergrößerung der in der Regel geringen Hubbewegungen der Aktoren (z. B. beim Piezoaktor 180 μm) auf einen mehrfachen Wert möglich ist (z. B. 500 μm).The usually small travel ranges of the actuators used are increased by solid-joint-like lever translations formed so as to allow greater compensation movements. The movements of the actuators which are translated or enlarged with the aid of the solid-body joints are transmitted to a movement unit (eg a stage). Thus, according to the invention, an arrangement of different solid-state joint combinations is realized with which translatory compensation movements in several spatial directions are possible. The various gear ratios through the solid-state joints are designed such that an enlargement of the generally small stroke movements of the actuators (for example in the case of the piezo actuator 180 μm) to a multiple value is possible (for example 500 μm).

Insbesondere werden neben solchen Vergrößerungs-Festkörpergelenken auch weitere Festkörpergelenke eingesetzt, die für eine translatorische Zwangsführung (d. h. für die Vermeidung von rotatorischen Bewegungsanteilen) sorgen.In particular, other solid-state joints are used in addition to such enlargement-solid-body joints, which provide for a translatory positive guidance (that is, for the prevention of rotational movement parts).

Insbesondere setzt die erfindungsgemäße Ausgleichsaktorik (nachfolgend alternativ auch als Ausgleichskinematik bezeichnet) unterschiedliche Festkörpergelenke in Zusammenhang mit (bzw. gekoppelt an) Aktoren ein, wobei die Ausgleichsrichtungen in die erste und die zweite Raumrichtung (x- und y-Richtung) in der Regel von der dritten Raumrichtung (z-Richtung) getragen werden. Hierdurch wird ein Getriebe auf Hebelbasis erzielt, bei dem keine unerwünschten Verdrehungen und/oder Verkippungen der Ausgleichsaktorik bzw. der bewegten Bewegungseinheit stattfinden können, sondern lediglich rein translatorische Bewegungen in die drei Raumrichtungen.In particular, the compensating actuator according to the invention (hereinafter alternatively also referred to as compensating kinematics) uses different solid-state hinges in conjunction with (or coupled to) actuators, the compensating directions in the first and the second spatial directions (x and y directions) generally being determined by the third spatial direction (z-direction) are worn. As a result, a gear is achieved on lever basis, in which no unwanted distortions and / or tilting of the compensating actuator or the moving movement unit can take place, but only purely translational movements in the three spatial directions.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausgleichsaktorik kann es sich um eine in Reihe geschaltete Ausgleichsaktorik handeln, bei der die vorhergehende Achse ihre Befestigung in der jeweils nachfolgenden Ausgleichsrichtung aufweist (so wird z. B. die Bewegungseinheit mittels einer ersten Festkörpergelenkbaugruppe in die x-Richtung bewegt, die erste Festkörpergelenkbaugruppe samt der Bewegungseinheit wird dann mittels einer zweiten restkörpergelenkbaugruppe in die y-Richtung bewegt und diese beiden Festkörpergelenkbaugruppen samt der Bewagungseinheit werden dann von einer dritten Festkörpergelenkbaugruppe in die z-Richtung bewegt. In diesem Fall bewegt somit die dritte Festkörpergelenkbaugruppe in der Regal sämtliche in die x- und die y-Richtung bewegte Massen: Die Ausgleichsrichtungen in x- und y-Richtung werden von der z-Richtung getragen (”serielle Ausgleichskinematik”).A compensatory actuator according to the invention can be a series-connected compensatory actuator, in which the preceding axle has its attachment in the respectively following compensation direction (for example, the movement unit is moved in the x-direction by means of a first solid-body joint assembly, the first one The solid joint assembly, including the motion unit, is then moved in the y direction by a second residual joint joint assembly and these two solid joint assemblies together with the gadget are then moved in the z direction by a third solid joint assembly, in which case the third solid joint assembly in the rack will move all of them into the y direction x- and y-direction moving masses: The compensation directions in the x- and y-direction are supported by the z-direction ("serial compensation kinematics").

Dabei kann jede Ausgleichrichtung bzw. Festkörpergelenkbaugruppe für sich autonom betrieben werden. Die Bewegungseinheit (z. B. Endeffektor, auf welchem eine Werkzeugmaschinenspindel platziert werden kann) kann somit in alle drei Raumrichtungen x, y, z bewegt werden.In this case, each compensation direction or solid-state joint assembly can be operated autonomously. The movement unit (eg end effector on which a machine tool spindle can be placed) can thus be moved in all three spatial directions x, y, z.

Erfindungsgemäß wird somit bevorzugt eine serielle, voneinander unabhängige Anordnung von Festkörpergelenkbaugruppen realisiert, die mit Hilfe von Hebelübersetzungen die Ausgleichsbewegungen in mehrere Raumrichtungen realisieren.According to the invention, a serial, independent arrangement of solid-body joint assemblies is thus preferably realized which realize the compensatory movements in several spatial directions with the aid of lever ratios.

Eine erfindungsgemäße Ausgleichsaktorik umfasst zunächst die in mindestens zwei, bevorzugt drei Raumrichtungen translatorisch bewegbare Bewegungseinheit sowie mindestens einen Aktor (in der Regel ist für jede Raumrichtung ein Aktor vorgesehen). Eine erste Festkörpergelenkbaugruppe der Ausgleichsaktorik umfasst eine mechanisch an die Bewegungseinheit gekoppelte, einen ersten einfachen Hebel ausbildende erste Festkörpergelenkanordnung. Mittels des mindestens einen Aktors ist diese erste Festkörpergelenkanordnung auslenkbar, damit ist aufgrund der vorbeschriebenen, ersten Kopplung die Bewegungseinheit translatorisch in die erste Raumrichtung (x-Richtung) auslenkbar. Eine zweite Festkörpergelenkbaugruppe der Ausgleichsaktorik umfasst eine mechanisch an die Dewegungseinheit und/oder die erste Festkörpergelenkbaugruppe gekoppelte, zweite Festkörpergelenkanordnung. In der Regel ist die zweite Festkörpergelenkanordnung unmittelbar mit der ersten Festkörpergelenkbaugruppe mechanisch gekoppelt und letztere wiederum mechanisch an die Bewegungseinheit. In diesem Fall liegt eine mittelbare Kopplung der zweiten Festkörpergelenkbaugruppe an die Bewegungseinheit vor. Die zweite Festkörpergelenkanordnung bildet einen Kniehebel aus und ist mit dem mindestens einen Aktor so auslenkbar, dass damit aufgrund der vorbeschriebenen Kopplung der zweiten Festkörpergelenkanordnung die Bewegungseinheit translatorisch in die zweite Raumrichtung (y-Richtung) auslenkbar ist.A compensating actuator according to the invention comprises first the at least two, preferably three spatial directions translationally movable moving unit and at least one actuator (usually, an actuator is provided for each spatial direction). A first solid-state joint assembly of the compensation actuator comprises a first solid-body joint arrangement which is mechanically coupled to the movement unit and forms a first simple lever. By means of the at least one actuator, this first solid-body joint arrangement can be deflected, so that the movement unit can be deflected translationally in the first spatial direction (x-direction) on account of the above-described first coupling. A second solid-state joint assembly of the compensation actuator comprises a second solid-body joint arrangement mechanically coupled to the movement unit and / or the first solid-state joint assembly. As a rule, the second solid-state joint arrangement is mechanically coupled directly to the first solid-state joint assembly and the latter in turn mechanically to the movement unit. In this case, there is an indirect coupling of the second solid-state joint assembly to the moving unit. The second solid-state joint arrangement forms a toggle lever and is deflectable with the at least one actuator so that due to the above-described coupling of the second solid-body joint arrangement, the movement unit can be deflected translationally in the second spatial direction (y-direction).

In der Regel handelt es sich bei den Auslenkungen um translatorische Verschiebungen. In der Regel werden zum Auslenken der ersten Festkörpergelenkanordnung und der zweiten Festkörpergelenkanordnung zwei unterschiedliche Aktoren eingesetzt; grundsätzlich ist es jedoch ebenso denkbar hierfür einen einzelnen z. B. über eine weitere Hebelanordnung mit den beiden Festkörpergelenkanordnungen gekoppelten Aktor einzusetzen.As a rule, the deflections are translational displacements. As a rule, two different actuators are used for deflecting the first solid-body joint arrangement and the second solid-body joint arrangement; In principle, however, it is also conceivable for this purpose a single z. B. via a further lever assembly with the two solid-state joint arrangements coupled actuator.

Diese beiden Aktoren sind bevorzugt so ausgebildet und angeordnet, dass die von ihnen auf die beiden Festkörpergelenkanordnungen ausgeübten Kräfte (Kraft F zur translatorischen Bewegung in x-Richtung und Kraft F zur translatorischen Bewegung in y-Richtung) relativ zueinander parallel sind. Hierzu können z. B. zylinderförmige Piezoaktoren mit ihren Längsachsen in der durch die x- und die y-Richtung aufgespannten Ebene beabstandet voneinander und parallel zueinander angeordnet werden.These two actuators are preferably designed and arranged such that the forces exerted by them on the two solid-body joint arrangements (force F for translatory movement in the x-direction and force F for translatory movement in the y-direction) are parallel relative to one another. For this purpose, z. B. cylindrical piezoelectric actuators with their longitudinal axes in the plane spanned by the x- and y-direction plane spaced from each other and are arranged parallel to each other.

Wie bereits vorbeschrieben handelt es sich beim erfindungemäß verwendeten Kniehebel bevorzugt um einen zwei Kniegelenke aufweisenden Kniehebel, dessen einzelne Hebelarme bevorzugt in Rautenform angeordnet sind.As already described above, the toggle lever used according to the invention is preferably a toggle lever having two knee joints whose individual lever arms are preferably arranged in a diamond shape.

Besonders bevorzugt weist die Ausgleichsaktorik eine dritte Festkörpergelenkbaugruppe zum Durchführen einer translatorischen Ausgleichsbewegung auch in z-Richtung auf. Auch diese dritte Festkörpergelenkbaugruppe ist (unmittelbar oder auch mittelbar) mechanisch an die Bewegungseinheit gekoppelt. Die mechanische Verkopplung der einzelnen Einheiten kann dabei so realisiert sein, dass die erste Festkörpergelenkbaugruppe unmittelbar mechanisch an die Bewegungseinheit gekoppelt ist, dass die zweite Festkörpergelenkbaugruppe unmittelbar mechanisch an die erste Festkörpergelenkbaugruppe (und damit mittelbar an die Bewegungseinheit) gekoppelt ist und dass die dritte Festkörpergelenkbaugruppe unmittelbar mechanisch mit der Bewegungseinheit gekoppelt ist, wobei die dritte Festkörpergelenkbaugruppe mittels Versteifungsfüßen und weiterer Festkörpergelenke die beiden ersten Festkörpergelenkbaugruppen samt der Bewegungseinheit tragen und mittels ihrer dritten Festkörpergelenkanordnung translatorisch in die z-Richtung bewegen kann (siehe nachfolgend).Particularly preferably, the compensation factor has a third solid-body joint assembly for performing a translatory compensation movement also in the z-direction. This third solid-body joint assembly is mechanically (directly or indirectly) coupled to the movement unit. The mechanical coupling of the individual units can be implemented such that the first solid-state joint assembly is mechanically coupled directly to the movement unit, that the second solid-state joint assembly is directly mechanically coupled to the first solid-state joint assembly (and thus indirectly to the movement unit) and that the third solid-state joint assembly directly is mechanically coupled to the movement unit, wherein the third solid-state joint assembly by means of stiffening feet and other solid joints wear the first two solid-state joint assemblies together with the movement unit and translate by means of their third solid-body joint assembly in the z-direction (see below).

Vorteilhafterweise umfasst diese dritte Festkörpergelenkbaugruppe eine dritte Festkörpergelenkanordnung, die einen zweiten einfachen Hebel ausbildet und hierüber mechanisch mit der Bewegungseinheit verkoppelt ist. Vorteilhafterweise wird dann diese dritte Festkörpergelenkanordnung mittels eines separaten, dritten (Piezo-)Aktors ausgelenkt und hierdurch die z-Auslenkung der Bewegungseinheit erzeugt. Advantageously, this third solid-body joint assembly comprises a third solid-body joint arrangement which forms a second simple lever and is mechanically coupled thereto by means of the movement unit. Advantageously, this third solid-state joint arrangement is then deflected by means of a separate, third (piezo) actuator, thereby generating the z-deflection of the movement unit.

Der dritte Aktor lenkt vorteilhafterweise mittels der dritten Festkörpergelenkanordnung (und bevorzugt auch unter Zuhilfenahme von Versteifungsfüßen) nicht nur die Bewegungseinheit, sondern auch die ersten beiden Festkörpergelenkbaugruppen in z-Richtung aus.The third actuator advantageously deflects by means of the third solid-body joint arrangement (and preferably also with the aid of stiffening feet) not only the movement unit, but also the first two solid-body joint assemblies in the z-direction.

Vorteilhafterweise wird die hierzu notwendige Kraft Fz senkrecht zu den beiden (parallel ausgeübten) Kräften Fx, Fy, jedoch ebenfalls parallel zur x-y-Ebene mittels eines separaten Piezo-Aktors erzeugt, dessen (Zylinderform vorausgesetzt) Längsachse parallel zur x-y-Ebene und senkrecht zu den Längsachsen der ersten beiden Aktoren angeordnet ist, wobei der dritte Piezo-Aktor beabstandet von und unterhalb der ersten beiden (Piezo-)Aktoren angeordnet ist. Vorteilhafterweise sind die erste und die zweite Festkörpergelenkbaugruppe samt der Bewegungseinheit als ebene Baugruppen in ein- und derselben Ebene ausgebildet, wobei diese Ebene parallel zur x-y-Ebene angeordnet ist.Advantageously, the force F z necessary for this purpose is generated perpendicular to the two (parallel) forces F x , F y , but also parallel to the xy plane by means of a separate piezo actuator whose (cylindrical shape assumed) longitudinal axis parallel to the xy plane and is arranged perpendicular to the longitudinal axes of the first two actuators, wherein the third piezoelectric actuator is spaced from and arranged below the first two (piezo) actuators. Advantageously, the first and the second solid-body joint assembly together with the movement unit are designed as planar assemblies in one and the same plane, this plane being arranged parallel to the xy plane.

Wie nachfolgend noch im Detail beschrieben, weist die erste Festkörpergelenkbaugruppe vorteilhafterweise ein oder mehrere weitere Festkörpergelenke auf, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass die erste Festkörpergelenkanordnung (durch die mittelbare oder unmittelbare mechanische Kopplung an die Bewegungseinheit) eine rein translatorische Bewegung der verkoppelten Bewegungseinheit entlang eines geraden Abschnitts in die erste Raumrichtung x realisiert. Entsprechendes gilt vorteilhafterweise ebenso für die zweite und/oder dritte Festkörpergelenkbaugruppe.As will be described in detail below, the first solid-state joint assembly advantageously comprises one or more other solid-state joints which are designed and arranged such that the first solid-state joint arrangement (by the direct or indirect mechanical coupling to the movement unit) is a purely translational movement of the coupled movement unit realized a straight section in the first spatial direction x. The same applies advantageously also for the second and / or third solid-body joint assembly.

Bei allen drei Festkörpergelenkbaugruppen sind solche weiteren Festkörpergelenke (sofern vorhanden) bevorzugt symmetrisch um die Bewegungseinheit oder die erste Festkörpergelenkbaugruppe herum (erste Festkörpergelenkbaugruppe und zweite Festkörpergelenkbaugruppe) oder so angeordnet (dritte Festkörpergelenkbaugruppe) dass die Projektionen dieser weiteren Festkörpergelenke auf diejenige Ebene, in der die Bewegungseinheit angeordnet ist, symmetrisch um letztere herum angeordnet sind.In all three solid state joint assemblies, such other solid joints (if any) are preferably symmetrical about the moving unit or the first solid joint assembly (first solid joint assembly and second solid joint assembly) or so arranged (third solid joint assembly) that the projections of these further solid joints on the plane in which the moving unit is arranged symmetrically about the latter are arranged around.

Insbesondere können die weiteren Festkörpergelenke der ersten, der zweiten und/oder der dritten restkörpergelenkbaugruppen jeweils an den Ecken eines Quadrats oder Rechtecks angeordnet sein.In particular, the further solid-state joints of the first, the second and / or the third rest body joint assemblies can each be arranged at the corners of a square or rectangle.

Bevorzugt ist die den zweiten einfachen Hebel ausbildende dritte Festkörpergelenkanordnung über mehrere (bevorzugt genau zwei) weitere Festkörpergelenke der dritten Festkörpergelenkbaugruppe mechanisch mit der Bewegungseinheit verbunden (also an diese gekoppelt). Diese Kopplung greift bevorzugt im Schwerpunkt und/oder im geometrischen Mittelpunkt der Bewegungseinheit an.The third solid-body joint arrangement forming the second simple lever is preferably mechanically connected to the movement unit via a plurality of (preferably exactly two) further solid-state joints of the third solid-body joint assembly (that is, coupled thereto). This coupling preferably attacks in the center of gravity and / or in the geometric center of the movement unit.

In einer weiteren bevorzugten Bauform weist die dritte Festkörpergelenkbaugruppe mehrere Versteifungsfüße auf. Bevorzugt werden genau vier solcher Versteifungsfüße verwendet. Die Versteifungsfüße koppeln dabei jeweils über ein weiteres Festkörpergelenk an die erste Festkörpergelenkbaugruppe und/oder die Bewegungseinheit. Die Versteifungsfüße sind dabei vorteilhafterweise in z-Richtung angeordnet und umgeben die Bewegungseinheit (ggf. samt der ersten und/oder zweiten Festkörpergelenkbaugruppe) symmetrisch so, dass mittels der dritten Festkörpergelenkanordnung eine rein translatorische Verschiebung der Bewegungseinheit in die z-Richtung (ohne jegliche x- oder y-Verschiebungsanteile) realisiert werden kann.In a further preferred embodiment, the third solid-body joint assembly comprises a plurality of stiffening feet. Preferably, exactly four such stiffening feet are used. The stiffening feet in each case couple via another solid-body joint to the first solid-body joint assembly and / or the movement unit. The stiffening feet are advantageously arranged in the z-direction and surround the movement unit (possibly together with the first and / or second solid-state joint assembly) symmetrically so that by means of the third solid-body joint arrangement a purely translational displacement of the movement unit in the z-direction (without any x or y-shift shares) can be realized.

Hierzu sind vorteilhafterweise die Stellen verminderter Biegesteifigkeit der weiteren Festkörpergelenke, über die die Versteifungsfüße mittelbar oder unmittelbar mit der Bewegungseinheit verbunden bzw. verkoppelt sind, symmetrisch, insbesondere punktsymmetrisch, um die Bewegungseinheit herum (z. B. entlang der Seiten eines Quadrats) so ausgebildet, dass die Ausdehnung (sowie die Steifigkeit) dieser Stellen in einer Ebene senkrecht zur z-Richtung deutlich größer ist, als ihre Ausdehnung (sowie die Steifigkeit) in z-Richtung.For this purpose, advantageously, the points of reduced bending stiffness of the further solid-body joints, via which the stiffening feet are connected or coupled directly or indirectly to the movement unit, are symmetrical, in particular point-symmetrical, around the movement unit (eg along the sides of a square). that the extent (as well as the stiffness) of these points in a plane perpendicular to the z-direction is significantly greater than their extension (and the rigidity) in the z-direction.

Vorteilhafterweise verläuft die Längsachse des ersten einfachen Hebels (der ersten Festkörpergelenkanordnung) parallel zur Hauptachse des Kniehebels der zweiten Festkörpergelenkanordnung. Diese beiden Achsen verlaufen vorteilhafterweise in ein und derselben Ebene parallel zur x-y-Ebene. Auch die Längsachse des zweiten einfachen Hebels verläuft vorteilhafterweise parallel zu dieser Ebene und/oder zu den vorgenannten beiden Achsen, jedoch beabstandet unterhalb der beschriebenen Längsachse des ersten einfachen Hebels und der Hauptachse des Kniehebels.Advantageously, the longitudinal axis of the first simple lever (the first solid joint assembly) is parallel to the major axis of the bellcrank of the second solid joint assembly. These two axes advantageously run in one and the same plane parallel to the x-y plane. Also, the longitudinal axis of the second simple lever is advantageously parallel to this plane and / or to the aforementioned two axes, but spaced below the described longitudinal axis of the first simple lever and the main axis of the toggle lever.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsformen ist der erste Aktor mit seiner Längsachse entlang der x-Richtung angeordnet. Der zweite Aktor kann innerhalb der durch die vier Hebelarme gebildeten Raute eines rautenförmig ausgebildeten Kniehebels angeordnet sein, wobei seine Längsachse ebenfalls entlang der x-Richtung angeordnet sein kann. Die Kopplung des ersten einfachen Hebels bzw. der ersten Festkörpergelenkanordnung an die Bewegungseinheit kann über einen flexibel ausgebildeten, mit seiner Längsachse bevorzugt in x-Richtung ausgerichteten Steg realisiert sein.In further advantageous embodiments, the first actuator is arranged with its longitudinal axis along the x-direction. The second actuator can be arranged within the lozenge formed by the four lever arms of a diamond-shaped knee lever, wherein its longitudinal axis can also be arranged along the x-direction. The Coupling of the first simple lever or of the first solid-body joint arrangement to the movement unit can be realized by means of a flexibly formed web which is preferably aligned with its longitudinal axis in the x-direction.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment. Show it:

1 einen Schnitt durch die erste Festkörpergelenkbaugruppe, die zweite Festkörpergelenkbaugruppe und die Bewegungseinheit in der Horizontalen x, y 1 a section through the first solid-state hinge assembly, the second solid-state hinge assembly and the movement unit in the horizontal x, y

2 denselben Schnitt mit einem mechanischen Ersatzschaltbild der Dämpfungskonstanten, Fehlerkonstanten, bewegten Massen und Kräfte 2 the same section with a mechanical equivalent circuit of the damping constants, error constants, moving masses and forces

3 einen Schnitt senkrecht zur Horizontalen (also in der Vertikalen y, z) in dem die dritte Festkörpergelenkbaugruppe erkennbar ist 3 a section perpendicular to the horizontal (ie in the vertical y, z) in which the third solid-state joint assembly is recognizable

4 denselben Schnitt mit einem mechanischen Ersatzschaltbild 4 the same section with a mechanical equivalent circuit diagram

5 das Prinzip der Versteifungsfüße 5 eine dreidimensionale Aufsicht auf die erfindungsgemäße Ausgleichsaktorik des gezeigten Beispiels 5 the principle of stiffening feet 5 a three-dimensional view of the compensating actuator according to the invention of the example shown

7 das mechanische Ersatzschaltbild derselben 7 the mechanical equivalent circuit diagram of the same

8 die Verwendung einer erfindungsgemäßen Ausgleichsaktorik in einem Industrierobotersystem 8th the use of a compensating actuator according to the invention in an industrial robot system

1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausgleichsaktorik in einer durch die erste und zweite Raumrichtung (x, y) aufgespannten Ebene. Sichtbar sind die erste Festkörpergelenkbaugruppe 4 sowie die zweite Festkörpergelenkbaugruppe 5 und die Bewegungseinheit 2. Alle diese Elemente sind als ebene, in der x-y-Ebene angeordnete, mechanisch miteinander verbundene bzw. mechanisch aneinander gekoppelte Elemente aus Aluminium ausgebildet. 1 shows a cross section through a compensating actuator according to the invention in a plane defined by the first and second spatial direction (x, y) plane. Visible are the first solid-state joint assembly 4 and the second solid-state joint assembly 5 and the motion unit 2 , All these elements are formed as a flat, arranged in the xy plane, mechanically interconnected or mechanically coupled to each other elements made of aluminum.

Die Bewegungseinheit 2 ist als im Wesentlichen rechteckförmige, zur Aufnahme eines Werkzeugs und/oder eines Werkstücks ausgebildete Platte ausgebildet. Die Bewegungseinheit 2 ist in der x-y-Ebene mit mehreren Öffnungen versehen, die die Ausbildung der nachfolgend beschriebenen, weiteren Festkörpergelenke erlauben. So ist die Bewegungseinheit 2 an zwei gegenüberliegenden Seiten über jeweils zwei weitere Festkörpergelenke 4f bis 4i (nachfolgend auch als Hilfsgelenke bezeichnet) mechanisch mit den sie umgebenden Abschnitten der Festkörpergelenkbaugruppe 4 verbunden: Die beiden in der Figur an der linken Seiten der Bewegungseinheit 2 gezeigten Hilfsgelenke 4f und 4h sind dabei ebenso wie die beiden Hilfsgelenke 4g und 4i an der rechten Seite als mäanderförmig verlaufende, stegförmige Festkörpergelenkfedern ausgebildet. Die vier Hilfsgelenke 4f bis 4i (nachfolgende Bezeichnung: ”4f4i”) sind dabei punktsymmetrisch zum Mittelpunkt M der Bewegungseinheit 2 (der hier mit dem Schwerpunkt dieser Bewegungseinheit zusammenfällt) angeordnet (Punktsymmetrie in der x-y-Ebene gesehen).The movement unit 2 is formed as a substantially rectangular plate formed for receiving a tool and / or a workpiece. The movement unit 2 is provided in the xy plane with a plurality of openings, which allow the formation of the further solid joints described below. That's the movement unit 2 on two opposite sides over two more solid joints 4f to 4i (hereinafter also referred to as auxiliary joints) mechanically with the surrounding portions of the solid-state hinge assembly 4 connected: The two in the figure on the left side of the movement unit 2 shown auxiliary joints 4f and 4h are there as well as the two auxiliary joints 4g and 4i formed on the right side as meandering, web-shaped solid joint springs. The four auxiliary joints 4f to 4i (following name: " 4f - 4i ") Are point-symmetrical to the center M of the movement unit 2 (which coincides here with the center of gravity of this motion unit) arranged (point symmetry seen in the xy plane).

Auch an den beiden anderen sich gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks der Bewegungseinheit 2 (in der Figur an der oberen und der unteren Seite der Bewegungseinheit 2) sind jeweils zwei weitere Festkörpergelenke 4b4e, die nachfolgend auch als Hauptgelenke bezeichnet werden, angeordnet. Auch diese vier Hauptgelenke 4b4e sind (in der x-y-Ebene gesehen) punktsymmetrisch zum Mittelpunkt M der Bewegungseinheit 2 angeordnet. Die vier Hauptgelenke 4b4e sind ebenfalls als stegförmige Festkörpergelenkfedern ausgebildet, weisen jedoch in der x-y-Ebene gesehen einen Ω-förmigen Verlauf auf.Also on the other two opposite sides of the rectangle of the movement unit 2 (in the figure at the upper and lower sides of the moving unit 2 ) are two more solid joints 4b - 4e , which are also referred to as main joints hereinafter, arranged. Also these four main joints 4b - 4e are (as seen in the xy plane) point-symmetric to the center M of the motion unit 2 arranged. The four main joints 4b - 4e are also designed as web-shaped solid-state hinge springs, but have seen in the xy plane on a Ω-shaped course.

Die Hauptgelenke 4b4e sowie die Nebengelenke 4f4i sind so ausgeformt und angeordnet, dass, bei einer nachfolgend noch näher beschriebenen Auslenkung der Bewegungseinheit 2 mithilfe der ersten Festkörpergelenkanordnung 4a bzw. des ersten einfachen Hebels H1, eine rein translatorische Bewegung in x-Richtung realisiert werden kann. Diese Anordnungen und Formen (z. B. die geöffnete Ω-Form) wurden gewählt, um ein Maximum an Steifigkeit bei maximaler Bewegungsmöglichkeit zu realisieren.The main joints 4b - 4e as well as the minor joints 4f - 4i are formed and arranged so that, in a later described in more detail deflection of the moving unit 2 using the first solid-state joint arrangement 4a or the first simple lever H1, a purely translational movement in the x-direction can be realized. These arrangements and shapes (eg, the open Ω shape) were chosen to realize maximum stiffness with maximum motion capability.

An der in der Figur oben liegenden Seite (an der auch die beiden Hauptgelenke 4b und 4c ausgebildet sind) ist die Bewegungseinheit 2 durch einen flexibel ausgebildeten, mit seiner Längsachse in die erste Raumrichtung (x-Richtung) ausgerichteten Steg mit einer ersten Festkörpergelenkanordnung 4a mechanisch verbunden. Diese erste Festkörpergelenkanordnung 4a bildet einen ersten einfachen Hebel H1 aus, dessen Längsachse L in die zweite Raumrichtung, also senkrecht zur x-Richtung in die y-Richtung, ausgerichtet ist. Die erste Kopplung g1 mittels des flexibel ausgebildeten Stegs ist dabei an einem Ende (rechts gezeigtes Ende) des Hebels H1 bzw. der Festkörpergelenkanordnung 4a realisiert. Der am Ende des Hebels H1 angeordnete Steg g1 ist dabei symmetrisch zwischen den beiden Hauptgelenkten 4b und 4c an die Bewegungseinheit 2 bzw. deren obere Seite gekoppelt.At the side in the figure above (at the also the two main joints 4b and 4c are formed) is the moving unit 2 by a flexibly formed web aligned with its longitudinal axis in the first spatial direction (x-direction) and having a first solid-body joint arrangement 4a mechanically connected. This first solid-state joint arrangement 4a forms a first simple lever H1, whose longitudinal axis L is aligned in the second spatial direction, that is perpendicular to the x-direction in the y-direction. The first coupling g1 by means of the flexibly formed web is in this case at one end (end shown on the right) of the lever H1 or the solid-body joint arrangement 4a realized. The arranged at the end of the lever H1 web g1 is symmetrical between the two Hauptgelenkten 4b and 4c to the movement unit 2 or its upper side coupled.

Am gegenüberliegenden Ende (linkes Ende) des Hebels H1 ist, geringfügig beabstandet von diesem Ende, eine hier im Querschnitt näherungsweise hutförmige Öffnung O gezeigt. Diese ist so ausgebildet, dass an ihr ein gehärtetes Druckstück eingebracht werden kann, an dem ein Piezoaktor angekoppelt werden kann (Ausrichtung der Längsachse des Piezoaktors in x-Richtung, vgl. auch 2), so dass mithilfe dieses ersten Piezoaktors der einfache Nebel H1 in der Nähe des linken Endes in x-Richtung ausgelenkt werden kann. Hierdurch ergibt sich durch die vorbeschriebene Kopplung der ersten Festkörpergelenkanordnung 4a bzw. des Hebels H1 vermittels des Stegs g1 an die Bewegungseinheit 2 eine translatorische Bewegung der Bewegungseinheit 2 in x-Richtung, die aufgrund der Zwangsführung mit den Hauptgelenken 4b4e und den Hilfsgelenken 4f4i so ausgebildet ist, dass sie ausschließich Bewegungsanteile in x-Richtung aufweist. Da die erste Festkörpergelenkanordnung 4a am äußersten linken Ende (also in y-Richtung gesehen beabstandet vom Ort der Öffnung O) fest eingespannt ist F, ergibt sich im vorliegenden Fall ein Hebeübersetzungsverhältnis (vgl. auch 2) von etwa 1:4. Wird somit der erste Piezoaktor 3a (2) um beispielsweise 150 μm ausgelenkt, so ergibt sich aufgrund des vorbeschriebenen Nebelansatzpunktes O zwischen F und g1 am rechten Hebelende g1 eine Auslenkung der Einheit 2 von 600 μm in die x-Richtung.At the opposite end (left end) of the lever H1 is slightly spaced from this end, here an approximately hat-shaped in cross-section opening O shown. This is so designed that a hardened pressure piece can be introduced to it, to which a piezoelectric actuator can be coupled (alignment of the longitudinal axis of the piezoelectric actuator in the x direction, see also 2 ), so that with the aid of this first piezoelectric actuator, the simple mist H1 can be deflected in the x-direction near the left end. This results from the above-described coupling of the first solid-state joint arrangement 4a or the lever H1 by means of the web g1 to the moving unit 2 a translational movement of the movement unit 2 in the x-direction, due to the positive guidance with the main joints 4b - 4e and the auxiliary joints 4f - 4i is designed so that it has exclusively motion components in the x direction. Because the first solid-body joint arrangement 4a is firmly clamped at the outermost left end (seen in the y-direction spaced from the location of the opening O) F, results in the present case, a Hebeübersetzungsverhältnis (see also 2 ) of about 1: 4. Will thus be the first piezoelectric actuator 3a ( 2 ) is deflected by, for example, 150 μm, the result is a deflection of the unit due to the above-described mist starting point O between F and g1 at the right-hand end of the lever g1 2 of 600 μm in the x-direction.

Im gezeigten Fall umfasst die erste Festkörpergelenkbaugruppe 4 somit die erste Festkörpergelenkanordnung 4a (bzw. den Hebel H1), den Einspannabschnitt F, die Haupt und die Nebengelenke 4b4i, den ersten Kopplungsabschnitt g1 sowie weitere Plattenabschnitte, die diese Elemente sowie die Bewegungseinheit 2 umgeben. Auch die Bewegungseinheit 2 kann hier als Teil der ersten Festkörpergelenkbaugruppe angesehen werden.In the case shown, the first solid state joint assembly includes 4 thus the first solid-body joint arrangement 4a (or the lever H1), the clamping section F, the main and the minor joints 4b - 4i , the first coupling portion g1 and other plate portions, these elements and the moving unit 2 surround. Also the movement unit 2 can be considered here as part of the first solid-state joint assembly.

Die erste Festkörpergelenkbaugruppe 4 (samt der Bewegungseinheit 2) ist von weiteren Festkörpergelenken 5b5i der zweiten Festkörpergelenkbaugruppe 5 konzentrisch umgeben und somit an die zweite Festkörpergelenkbaugruppe 5 mechanisch gekoppelt. Hierzu sind die äußeren Randabschnitte der ersten Festkörpergelenkbaugruppe 4 (die die Elemente 4a4i umgeben) so ausgestaltet, dass die erste Festkörpergelenkbaugruppe 4 insgesamt gesehen wiederum als im Wesentlichen rechteckförmiges Plattenelement ausgebildet ist. Die beiden sich in x-Richtung gesehen gegenüberliegenden Seiten dieses Rechtecks (die in der Figur links und rechts gezeigten Seiten) weisen dann jeweils zwei Hauptgelenke (die weiteren Festkörpergelenke 5b5e) auf. Sowohl die Hauptgelenke 5b und 5d der linken Seite als auch die Hauptgelenke 5c und 5c der rechten Seite sind dabei (analog zu den Gelenken 4b4e) als stegförmige, im Wesentlichen Ω-förmige Festkörperfedergelenke ausgebildet. Die Hauptgelenke 5b5e sind dabei punktsymmetrisch zum geometrischen Mittelpunkt der ersten Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt Bewegungseinheit 2 (dieser Mittelpunkt ist hier nicht eingezeichnet) angeordnet.The first solid-state joint assembly 4 (including the movement unit 2 ) is from other solid joints 5b - 5i the second solid-state joint assembly 5 surrounded concentrically and thus to the second solid state joint assembly 5 mechanically coupled. For this purpose, the outer edge portions of the first solid-state joint assembly 4 (the the elements 4a - 4i surrounded) so that the first solid-state joint assembly 4 Overall, in turn, is designed as a substantially rectangular plate member. The two opposite sides of this rectangle seen in the x-direction (the sides shown in the figure left and right) then each have two main joints (the other solid joints 5b - 5e ) on. Both the main joints 5b and 5d the left side as well as the main joints 5c and 5c the right side are there (analogous to the joints 4b - 4e ) formed as a web-shaped, substantially Ω-shaped solid-state spring joints. The main joints 5b - 5e are point-symmetrical to the geometric center of the first solid-state joint assembly 4 including movement unit 2 (this center is not shown here) arranged.

Auch an der oberen und der unteren Rechtecksseite der ersten Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt der Bewegungseinheit 2 sind insgesamt vier Nebengelenke 5f5i ausgebildet. Diese sind wie die Nebengelenke 4f4i als stegförmige, mäanderförmig verlaufende Festkörperfedergelenke ausgeformt. Auch die Nebengelenke 5f5i sind punktsymmetrisch zum vorbeschriebenen Mittelpunkt der ersten Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt der Bewegungseinheit 2 angeordnet.Also on the upper and lower sides of the first solid-state hinge assembly 4 including the movement unit 2 are a total of four minor joints 5f - 5i educated. These are like the minor joints 4f - 4i shaped as web-shaped, meander-shaped solid-state spring joints. Also the minor joints 5f - 5i are point symmetrical to the prescribed center of the first solid state joint assembly 4 including the movement unit 2 arranged.

Die Haupt- und die Nebengelenke 5b5i koppeln die erste Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt der Bewegungseinheit 2 mechanisch an einen Rahmenabschnitt R, der die erste Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt der Bewegungseinheit 2 sowie die zweite Festkörpergelenkanordnung 5a (siehe nachfolgend) außenumfengsseitig umgibt.The major and minor joints 5b - 5i couple the first solid-state joint assembly 4 including the movement unit 2 mechanically to a frame portion R, which is the first solid state joint assembly 4 including the movement unit 2 and the second solid-state hinge assembly 5a (see below) surrounds the Außenumfengsseitig.

Mittig zwischen den beiden Hauptgelenken 5b und 5d ist die linke Seite der ersten Festkörpergelenkbaugruppe 4 bzw. des durch sie ausgebildeten rechteckförmigen Plattenabschnitts mechanisch über eine zweite Kopplung g2 mit der zweiten Festkörpergelenkenordnung 5a und über diese mit dem gegenüberliegenden, in der Figur ganz links gezeigten Abschnitt des Außenrahmens R verbunden. Diese zweite Festkörpergelenkanordnung 5a bildet einen zwei Kniegelenke K1 und K2 aufweisenden Kniehebel K aus. Das hier gezeigte doppelte Kniehebelprinzip ist dem Fachmann in seiner Funktionsweise grundsätzlich bekannt, so dass sich ihm anhand des in 1 gezeigten Aufbaus das folgende unmittelbar erschließt: Durch die feste Verbindung des linken Kniegelenks K1 des Kniehebels K mit dem Außenrahmen R wird, wenn die beiden Kniegelenke K1 und K2 entlang der sie verbindenen Hauptachse H des Kniehebels K aufeinander zu bewegt werden (Verringerung des Kniegelenkabstands aufgrund entsprechender Kraftausübung durch den Piezoakter 3b, vgl. 2) aufgrund der zweiten mechanischen Verkopplung g2 die erste Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt der Bewegungseinheit 2 innerhalb des Rahmens R auf das erste Kniegelenk K1 zu bewegt, also in –y-Richtung bewegt. Werden die beiden Kniegelenke K1 und K2 bei entsprechender Kraftausübung durch den Piezoaktor 3b (vergleiche 2) voneinander weg bewegt, so bewegt sich aufgrund der Kopplung g2 der gesamte Komplex aus erster Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt Bewegungseinheit 2 in +y-Richtung.Midway between the two main joints 5b and 5d is the left side of the first solid-state hinge assembly 4 or of the rectangular plate section formed by it, mechanically via a second coupling g2 with the second solid-body hinge arrangement 5a and connected via this with the opposite, shown in the figure far left portion of the outer frame R. This second solid-body joint arrangement 5a Forms a two knee joints K1 and K2 having toggle K. The double toggle lever principle shown here is in principle known to the person skilled in the art, so that it can be described with reference to FIG 1 As a result of the fixed connection of the left knee joint K1 of the toggle lever K with the outer frame R, the two knee joints K1 and K2 are moved toward one another along the main axis H of the toggle lever K joining them (reduction of the knee joint distance due to corresponding knee joint K) Power exerted by the piezoelectric actuator 3b , see. 2 ) due to the second mechanical coupling g2 the first solid state joint assembly 4 including the movement unit 2 moved within the frame R to the first knee joint K1, ie moved in the -y direction. Be the two knee joints K1 and K2 with appropriate force through the piezoelectric actuator 3b (see 2 ) moves away from each other, so moves due to the coupling g2 of the entire complex of first solid-state hinge assembly 4 including movement unit 2 in + y direction.

Da die Anordnung der Haupt- und Nebengelenke 5b bis 5i hier ganz analog wie diejenige der Haupt- und Nebengelenke 4b bis 4i ist (erstere Gelenke sind lediglich in der x-y-Ebene um 90° verdreht angeordnet) ergibt sich auch hier vermittels der Kopplung dieser Gelenke 5b bis 5i an den Außenrahmen R eine Zwangsführung die sicherstellt, dass bei entsprechender Kraftaustübung Fy auf den Kniehebel K die erste Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt der Bewegungseinheit 2 eine rein translatorische Bewegung in die zweite Bewegungsrichtung, also eine ausschließlich lineare Bewegungsanteile in die y-Richtung aufweisende Bewegung ausführt.Because the arrangement of the major and minor joints 5b to 5i here quite analogous to that of the main and minor joints 4b to 4i is (former joints are arranged only in the xy plane rotated by 90 °) is also here by means of the coupling of these joints 5b to 5i on the outer frame R a forced guidance which ensures that with appropriate power exercise F y on the knee lever K is the first solid-state joint assembly 4 including the movement unit 2 a purely translational movement in the second direction of movement, that is, an exclusively linear motion components in the y-direction having movement performs.

Auf der Unterseite der Bewegungseinheit 2 trägt diese einen hier nicht gezeigten quaderförmigen Messklotz, dessen Seitenflächen jeweils parallel zu einer der drei Raumrichtungen x, y und z ausgerichtet sind. Drei kapazitive Sensoren sind unterhalb der Bewegungseinheit in unmittelbarer Nähe zu dieser und zum Messklotz angeordnet und auf die Messklotzflächen ausgerichtet. Mit diesen Sensoren kann dann eine Auslenkung der Bewegungseinheit 2 im Koordinatensystem (x, y, z) bestimmt werden. Die so bestimmte Auslenkung dient dann als Rückführungswert für eine Regelungs- und Steuerungseinrichtung 14 (vgl. 8, hier nicht gezeigt).On the bottom of the movement unit 2 this carries a cuboid measuring block, not shown here, whose side surfaces are each aligned parallel to one of the three spatial directions x, y and z. Three capacitive sensors are arranged below the movement unit in the immediate vicinity of this and the measuring block and aligned with the Meßklotzflächen. With these sensors can then be a deflection of the movement unit 2 in the coordinate system (x, y, z). The deflection determined in this way then serves as feedback value for a regulating and control device 14 (see. 8th , not shown here).

2 zeigt nun den selben Schnitt wie 1, jedoch überlagert mit einem mechanischen Ersatzschaltbild, dass die einzelnen Dämpfungskonstanten, Federkonstanten, bewegten Massen, Auslenkungsrichtungen sowie die Kraftwirkungsrichtungen und die Angriffspunkte der Kräfte zeigt. 2 now shows the same cut as 1 , but superimposed with a mechanical equivalent circuit that shows the individual damping constants, spring constants, moving masses, deflection directions as well as the force action directions and the points of application of the forces.

Gut zu sehen ist hier die parallele Anordnung des ersten Piezoaktors 3a und des zweiten Piezoaktors 3b, die in Bezug auf ihre beiden Längsachsen A1 bzw. A2 beabstandet voneinander und parallel zueinander sowie parallel zur x-y-Ebene ausgerichtet sind. Die beiden Piezoaktoren 3a, 3b sind so positioniert, dass mit ihnen die einfache Hebelauslenkung H1 sowie die Kniehebelauslenkung K realisiert werden kann. Zum Auslenken des Kniehebels K ist der zweite Piezoaktor mit seinen Längsachse A2 senkrecht zur Hauptachsrichtung H des Kniehebels (1) und konzentrisch innerhalb der einzelnen Hebelarme des Kniehebels angeordnet. Die durch den zweiten Piezoaktor 3b generierte Auslenkungskraft Fy ist somit hier wie beim ersten Piezoaktor (Kraft Fx) ebenfalls in die erste Raumrichtung x gerichtet. Da sie jedoch an den beiden sich gegenüberliegenden, den Knien K1 und K2 abgewandten Enden der einzelnen Hebelarme des Kniehebels K angreift, wird durch diese Kraftwirkung in die erste Raumrichtung eine Auslenkung der ersten Festkörpergelenkbaugruppe 4 samt der Bewegungseinheit 2 in die zweite Raumrichtung y bewirkt. Die durch den ersten Piezoaktor 3a in Richtung seiner Längsachse A1 bzw. der x-Richtung generierte Auslenkungskraft Fx realisiert die vorbeschriebene Auslenkung des ersten einfachen Hebels H1 bzw. der ersten Festkörpergelenkanordnung 4a.Good to see here is the parallel arrangement of the first piezoelectric actuator 3a and the second piezoelectric actuator 3b spaced apart from each other and parallel to each other and parallel to the xy plane with respect to their two longitudinal axes A1 and A2, respectively. The two piezo actuators 3a . 3b are positioned so that with them the simple lever deflection H1 and the toggle K can be realized. For deflecting the knee lever K is the second piezoelectric actuator with its longitudinal axis A2 perpendicular to the main axis H of the toggle lever ( 1 ) and arranged concentrically within the individual lever arms of the toggle lever. The through the second piezoelectric actuator 3b generated deflection force F y is thus here as in the first piezoelectric actuator (force F x ) also directed in the first spatial direction x. However, since it acts on the two opposing ends of the individual lever arms of the knee lever K facing away from the knees K1 and K2, this force action in the first spatial direction causes a deflection of the first solid-body joint assembly 4 including the movement unit 2 effected in the second spatial direction y. The through the first piezoelectric actuator 3a Deflection force F x generated in the direction of its longitudinal axis A 1 or the x-direction implements the above-described deflection of the first simple lever H 1 or of the first solid-body joint arrangement 4a ,

Das Funktionsprinzip der Festkörpergelenkanordnung für die x-Ausgleichsbewegung ist somit ein einfacher Hebel H1. Die Schwierigkeit bestand hierbei unter anderem darin, die eigentlich durch diesen Hebel hervorgerufene Kreisbewegung in eine rein translatorische Auslenkung der Bewegungseinheit 2 zu überführen. Dies ist durch den flexiblen Steg g1 in Verbindung mit den Haupt- und Hilfsgelenken 4b bis 4i realisiert. Die y-Auslenkung ist eine parallele Auslenkung mit Hilfe des Kniehebels K, der mit der Kraft Fy beaufschlagt wird. Durch die Verwendung eins Kniehebels und des einfachen Hebels H1, die relative Anordnung dieser beiden Hebel zueinander sowie die vorbeschriebene Anordnung der beiden Piezoaktoren 3a und 3b können die gezeigten Baugruppen parallel und auf sehr engem Raum angeordnet werden. Zum anderen hat die Verwendung eines Kniehebels auch den Vorteil, dass in y-Richtung keine Drehbewegung zu berücksichtigen ist, so dass auf die gezeigte Art und Weise eine sehr stabile Zwangsführung in y-Richtung erzielt werden kann. Die für den Ausgleich in x-Richtung und in y-Richtung verantwortlichen Baugruppen sind somit mechanisch so miteinander verbunden bzw. verkoppelt, dass sich eine serielle Ausgleichskinematik ergibt.The functional principle of the solid-body joint arrangement for the x-compensating movement is thus a simple lever H1. The difficulty here was, among other things, the actually caused by this lever circular motion in a purely translational deflection of the movement unit 2 to convict. This is due to the flexible web g1 in conjunction with the main and auxiliary joints 4b to 4i realized. The y-deflection is a parallel deflection by means of the toggle K, which is acted upon by the force F y . By using a toggle lever and the simple lever H1, the relative arrangement of these two levers to each other and the above-described arrangement of the two piezo actuators 3a and 3b The assemblies shown can be arranged in parallel and in a very small space. On the other hand, the use of a toggle lever also has the advantage that no rotational movement is to be taken into account in the y-direction, so that a very stable positive guidance in the y-direction can be achieved in the manner shown. The assemblies responsible for the compensation in the x-direction and in the y-direction are thus mechanically connected or coupled to one another in such a way that a serial compensation kinematics results.

3 und 4, die jeweils einen Schnitt durch die in 1 und 2 gezeigte Ausgleichsaktorik senkrecht zur x-y-Ebene in der y-z-Ebene zeigen, offenbaren, dass die gezeigte Ausgleichsaktorik zum Durchführen translatorischer Ausgleichsbewegungen in alle drei Raumrichtungen x, y, z ausgebildet ist. 3 and 4 , each one cut through the in 1 and 2 shown compensating actuators perpendicular to the xy plane in the yz plane show that the compensating actuator shown for performing translational compensating movements in all three spatial directions x, y, z is formed.

Hierzu ist eine dritte Festkörpergelenkbaugruppe 6 vorgesehen, die eine dritte Festkörpergelenkanordnung 6a umfasst. Diese Festkörpergelenkanordnung 6a ist in Form eines zweiten einfachen Hebels H2 ausgebildet, dessen Längsachse (vergleiche 4) in y-Richtung ausgerichtet ist. Die dritte Festkörpergelenkanordnung 6a bzw. der Hebel H2 ist beabstandet von den in 1 und 2 gezeigten Plattenelementen und unter halb derselben angeordnet.This is a third solid-body joint assembly 6 provided a third solid-state joint assembly 6a includes. This solid-state joint arrangement 6a is formed in the form of a second simple lever H2 whose longitudinal axis (cf. 4 ) is aligned in the y-direction. The third solid-body joint arrangement 6a or the lever H2 is spaced from the in 1 and 2 plate elements shown and arranged under half of the same.

An einem Ende des Hebels H2 (dem in 3, 4 rechts gezeigten Ende) ist der Hebel H2 an seiner Oberseite über zwei weitere Festkörpergelenke 6c, 6b {doppelt knickbare Festkörpergelenkanordnung) mechanisch über eine Zwischenplatte mit der Unterseite der Bewegungseinheit 2 verbunden bzw. an letztere gekoppelt (dritte Kopplung g3). Die dritte Kopplung g3 ist hier unmittelbar unterhalb des geometrischen Mittel Punktes bzw. Schwerpunktes M der Bewegungseinheit 2 (sowie der Zwischenplatte, aller Piezoaktoren und, bei einer Werkzeugmaschine, der Spindel), also in der Mitte der Bewegungseinheit 2 ausgebildet. Am anderen Ende des Hebels H2 (in den Bildern links gezeigt) ist dieser an seiner Oberseite mechanisch über ein weiteres Festkörpergelenk (einfach knickbares Festkörpergelenk 6h) mit einem brückenförmigen Aufbau verbunden. Diese feste Fixierung am brückenförmigen Aufbau stellt sicher, dass der Hebel in nicht ausgelenkter Ruhelage einen lichten Abstand zum Boden aufweist, also frei hängend und lediglich an seinen beiden Enden über die Festkörpergelenke 6h einerseits und 6c, 6b andererseits am brückenförmigen Element bzw. an der Bewegungseinheit 2 samt der Zwischenplatte aufgehängt ist.At one end of the lever H2 (the in 3 . 4 right) is the lever H2 at its top over two more solid joints 6c . 6b {double foldable solid joint assembly) mechanically via an intermediate plate with the underside of the moving unit 2 connected or coupled to the latter (third coupling g3). The third coupling g3 is here directly below the geometric center point or center of gravity M of the movement unit 2 (And the intermediate plate, all piezo actuators and, in a machine tool, the spindle), ie in the middle of the movement unit 2 educated. At the other end of the lever H2 (shown in the pictures on the left) this is mechanically on its upper side via another solid-body joint (simply bendable solid-state joint 6h ) connected to a bridge-shaped structure. This fixed fixation on the bridge-shaped structure ensures that the lever in undeflected rest position has a clearance to the ground, so hanging freely and only at its two ends on the solid joints 6h on the one hand and 6c . 6b on the other hand, on the bridge-shaped element or on the movement unit 2 is suspended together with the intermediate plate.

Am linken Ende der dritten Festkörpergelenkanordnung bzw. des Hebels H2 ist ein dritter Piezoaktor 3c mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse des Hebels H2 so angeordnet, dass eine Längenausdehnung des Piezoaktors 3c entlang seiner Längsachse eine Auslenkung des zweiten einfachen Hebels H2 bewirkt. Aufgrund der vorbeschriebenen Anordnung bewirkt somit eine Ausdehnung eines dritten Piezoaktors 3c in die +y-Richtung eine Auslenkung des zweiten einfachen Hebels H2 im wesentlichen in ebendiese Richtung und somit durch die Übersetzung bzw. Umlenkung mittels der weiteren Festkörpergelenke 6c und 6b und die mechanische Kopplung an die Bewegungseinheit 2 samt der Zwischenplatte eine Auslenkung letzterer nach oben, also in –z-Richtung.At the left end of the third solid-body joint arrangement or the lever H2 is a third piezoelectric actuator 3c with its longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the lever H2 arranged so that a longitudinal extension of the piezoelectric actuator 3c along its longitudinal axis causes a deflection of the second simple lever H2. Due to the above-described arrangement thus causes an expansion of a third piezoelectric actuator 3c in the + y direction, a deflection of the second simple lever H2 substantially in this same direction and thus by the translation or deflection by means of the other solid joints 6c and 6b and the mechanical coupling to the moving unit 2 including the intermediate plate, a deflection of the latter upwards, ie in the -z direction.

Die dritte Festkörpergelenkbaugruppe 6 umfasst somit im gezeigten Fall die dritte Festkörpergelenkanordnung 6a bzw. den Hebel H2, die weiteren Festkörpergelenke 6b, 6c und 6h sowie den dritten Piezoaktor 3c.The third solid-body joint assembly 6 Thus, in the case shown, the third solid-body joint arrangement 6a or the lever H2, the other solid joints 6b . 6c and 6h as well as the third piezoelectric actuator 3c ,

Darüber hinaus umfasst die dritte Festkörpergelenkbaugruppe 6 vier einzelne Versteifungsfüße 7a bis 7d (von denen in 3 und 4 lediglich die beiden Füße 7c und 7d sichtbar sind, da die beiden Füße 7a und 7b hinter diesen liegend angeordnet sind). Die Versteifungsfüße 7a bis 7d sind als in z-Richtung längsgestreckte Quader ausgebildet, an den Ecken eines (parallel zur x-y-Ebene liegenden) Quadrats aufgestellt und tragen die in den 1, 2 gezeigten Baugruppen 2, 4 und 5 samt der Zwischenplatte und aller Aktoren (sowie ggf. der Spindel). Hierzu weist jeder der vier Versteifungsfüße am oberen Ende genau ein weiteres Festkörpergelenk (Bezugszeichen 6d bis 6g) auf.In addition, the third solid-body joint assembly includes 6 four individual stiffening feet 7a to 7d (of which in 3 and 4 only the two feet 7c and 7d are visible because the two feet 7a and 7b are arranged lying behind them). The stiffening feet 7a to 7d are formed as in the z-direction elongated cuboid, placed at the corners of a (lying parallel to the xy-plane) square and carry in the 1 . 2 shown assemblies 2 . 4 and 5 including the intermediate plate and all actuators (and possibly the spindle). For this purpose, each of the four stiffening feet at the top exactly one more solid joint (reference numeral 6d to 6g ) on.

Es ergibt sich somit eine an vier Positionen realisierte mechanische Kopplung (vierte Kopplung g4) zwischen den Versteifungsfüßen 7a bis 7d einerseits und den beiden Festkörpergelenkbaugruppen 4 und 5 (samt der Bewegungseinheit 2) andererseits über die Festkörpergelenke 6d bis 6g.This results in a four-position mechanical coupling (fourth coupling g4) between the stiffening feet 7a to 7d on the one hand and the two solid-body joint assemblies 4 and 5 (including the movement unit 2 ) on the other hand on the solid joints 6d to 6g ,

5 zeigt die Ausbildung der weiteren Festkörpergelenke 6d bis 6q sowie die Anordnung derselben im Detail. Jedes dieser Festkörpergelenke weist eine parallel zur x-y-Ebene ausgerichtete, versteifte Längsachse (Versteifungsachse), sowie aufgrund des doppel-U-förmigen Querschnitts in einer Ebene senkrecht zu dieser versteiften Längsachse (diese Ebene ist in 5 ganz links gezeigt) senkrecht dazu zwei senkrecht zueinander stehende, nachgiebige Richtungen auf. Die versteiften Längsachsen der vier Festkörpergelenke 6d bis 6g sind dabei jeweils zentriert auf den vier Seiten eines Quadrates angeordnet (vergleiche 5 rechts). Es ergibt sich somit eine punktsymmetrische Anordnung der vier Versteifungsachsen der Elemente 6d bis 6g relativ zu einem Punkt P, der in z-Richtung genau unterhalb des Mittelpunktes M der Bewegungseinheit 2 angeordnet ist (etwa auf Höhe des weiteren Festkörpergelenks 6b, siehe 3). 5 shows the formation of the other solid joints 6d to 6q as well as the arrangement of the same in detail. Each of these solid-state hinges has a stiffened longitudinal axis (stiffening axis) aligned parallel to the xy plane and, due to the double-U-shaped cross section, in a plane perpendicular to this stiffened longitudinal axis (this plane is in FIG 5 shown on the left) perpendicular to two mutually perpendicular, compliant directions. The stiffened longitudinal axes of the four solid-state joints 6d to 6g are each centered on the four sides of a square arranged (see 5 right). This results in a point-symmetrical arrangement of the four stiffening axes of the elements 6d to 6g relative to a point P which is in the z-direction just below the center M of the moving unit 2 is arranged (approximately at the height of the other solid-state joint 6b , please refer 3 ).

Aufgrund der vorbeschriebenen Anordnung dienen die vier Versteifungsfüße 7a bis 7d zur zusätzlichen Versteifung der Ausgleichsaktorik 1 in die z-Richtung. Hierdurch werden zum einen Bearbeitungskräfte abgefangen, zum anderen aber auch eine gleichmäßige Bewegung in die z-Richtung ermöglicht: Da die Versteifungsfüße sowie deren Versteifungsachsen symmetrisch zum Kraftangriffspunkt auf Höhe des geometrischen Zentrums M angeordnet sind, wird sichergestellt, dass bei Auslenkung des zweiten einfachen Hebels H2 mittels des Piezoaktors 3c die hierdurch über die weiteren Festkörpergelenke 6c und 6b in die Bewegungseinheit 2 und die Zwischenplatte eingekoppelte Kraft eine Bewegung der Baugruppen 2, 4 und 5 ergibt, die ausschließlich in –z-Richtung gerichtet ist. Eine Verdrehung und/oder Verkippung um die z-Achse wird somit durch die Anordnung der Versteifungsfüße bzw. deren Versteifungsachsen im Karree verhindert (sehr steife Drehrichtung). Dabei sind die Haupt- und Nebengelenke einerseits und die Versteifungsachsen der Füße andererseits im Winkel von 45° zueinander angeordnet. Auch ein Verkippen um die x-und die y-Achse wird hierdurch minimiert.Due to the above-described arrangement, the four stiffening feet are used 7a to 7d for additional stiffening of the compensation factor 1 in the z direction. As a result, processing forces are intercepted on the one hand, but also allows a uniform movement in the z-direction: Since the stiffening feet and their stiffening axes are arranged symmetrically to the force application point at the level of the geometric center M, it is ensured that upon deflection of the second simple lever H2 by means of the piezo actuator 3c the thereby over the further solid joints 6c and 6b in the movement unit 2 and the intermediate plate coupled force a movement of the assemblies 2 . 4 and 5 results, which is directed exclusively in -z direction. A rotation and / or tilting about the z-axis is thus prevented by the arrangement of the stiffening feet or their stiffening axes in the square (very rigid direction of rotation). The main and auxiliary joints on the one hand and the stiffening axes of the feet on the other hand are arranged at an angle of 45 ° to each other. Tilting around the x and y axes is also minimized.

Die 3 bis 5 zeigen somit das mechanische Konzept einer z-Hubeinheit der erfindungsgemäßen Ausgleichsaktorik 1, bei der ein einfacher Hebel H2 mittels eines Piezoaktors 3c ausgelenkt und diese Auslenkung, die eigentlich eine Kreisbewegung ist, durch die weiteren Festkörpergelenke 6c und 5b in die rein translatorische z-Bewegung übersetzt wird. Die vier Versteifungsfüße dienen dabei der Optimierung dieser Kraftübertragung (Verdreh- und Verkippsicherung).The 3 to 5 thus show the mechanical concept of a z-lifting unit of the compensating actuator according to the invention 1 in which a simple lever H2 by means of a piezoelectric actuator 3c deflected and this deflection, which is actually a circular motion, through the other solid joints 6c and 5b is translated into the purely translatory z-motion. The four stiffening feet serve to optimize this power transmission (anti-twist and anti-tilt).

4 zeigt dabei noch einmal ein mechanisches Ersatzschaubild der z-Hubeinheit, in dem die einzelnen Dämpfungskonstanten, Federkonstanten, Massen und Kraft- und Angriffspunkte zu erkennen sind. Die 3 und 4 zeigen darüber hinaus rechts oben jeweils ein auf der Bewegungseinheit 2 angeordnetes Objekt (hier: Werkzeugspindel), das durch eine Bewegung der Bewegungseinheit 2 translatorisch in den drei Raumrichtungen x, y und z hochgenau positioniert werden kann. 4 shows once again a mechanical equivalent diagram of the z-lifting unit, in which the individual damping constants, spring constants, masses and force and attack points can be seen. The 3 and 4 also show one on top of the movement unit in the top right corner 2 arranged object (here: tool spindle), by a movement of the movement unit 2 translationally in the three spatial directions x, y and z can be positioned highly accurately.

6 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf die Ausgleichsaktorik 1 der 1 bis 5. 6 shows a three-dimensional view of the compensation factor 1 of the 1 to 5 ,

7 zeigt schließlich das mechanische Ersatzschaltbild der seriellen dreidimensionalen Ausgleichskinematik 1 der 1 bis 6: Die einzelnen Translationsrichtungen sind in Reihe geschaltet, die vorhergehende Achse hat ihre Befestigung an der jeweils nachfolgenden Ausgleichsrichtung (die y-Richtung bewegt alle in x-Richtung Bewegte mit, die z-Bewegung bewegt alles in x- und in y-Richtung Bewegte mit; der x-Aktor muss somit nur die Masse mx bewegen, der y-Aktor die Masssen mx und my, der z-Aktor schließlich alle drei Massen mx, my und mz zusammen). 7 finally shows the mechanical equivalent circuit of the serial three-dimensional compensation kinematics 1 of the 1 to 6 : The individual translation directions are connected in series, the preceding axis has its attachment to the respective subsequent compensation direction (the y-direction moves all moving in the x-direction with, the z-movement moves everything in the x- and y-direction Moved with The x-actuator thus only has to move the mass m x , the y-actuator the masses m x and m y , the z-actuator finally all three masses m x , m y and m z together).

c bezeichnet hierbei die Dämpfungskonstanten des Systems in die drei Richtungen, d bezeichnet die Federkonstanten in die einzelnen Richtungen, m bezeichnet die in die einzelnen Richtungen jeweils zusätzlich zu bewegenden Massen des Systems und F bezeichnet die Kraft und die Angriffspunkte derselben: Das Kniehelbelprinzip in y-Richtung sowie die beiden einfachen Hebelprinzipien in x- und in z-Richtung sind hier lediglich schematisch angedeutet.c denotes the damping constants of the system in the three directions, d denotes the spring constants in the individual directions, m denotes the masses of the system to be moved in each direction, and F denotes the force and the points of application of the same: The knee-lever principle in y Direction and the two simple leverage principles in the x and z directions are indicated here only schematically.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die beispielhaft vorgestellte Ausgleichsaktorik 1 lediglich mit der ersten und der zweiten Festkörpergelenkbaugruppe zu realisieren (zweidimensionale Ausgleichsaktorik für einen x- und y-Ausgleich).Of course, it is also possible, the exemplified Ausgleichsaktorik 1 to realize only with the first and the second solid-state joint assembly (two-dimensional compensation factor for an x and y compensation).

Ein prinzipielles Maschinenkonzept, in dem die vorbeschriebene Ausgleichsaktorik eingesetzt werden kann, ist in 8 gezeigt: Ein Industrieroboter 13 trägt am Ende seines Roboterarms 12 ein Werkzeug 11, mit dem ein Werkstück 9 bearbeitet werden soll. Ebenso ist es jedoch möglich, dass der Roboter das Werkstück führt und die Ausgleichsaktorik das Werkzeug (hier nicht gezeigt). Das Werkstück 9 ist auf der Bewegungseinheit 2 (hier nicht gezeigt) einer gemäß den 1 bis 7 ausgebildeten Ausgleichsaktorik 1, die wiederum auf einem festen Sockel 10 platziert ist, angeordnet.A basic machine concept in which the above-described compensatory actuation can be used is in 8th shown: An industrial robot 13 carries at the end of his robotic arm 12 a tool 11 with which a workpiece 9 to be edited. However, it is also possible for the robot to guide the workpiece and the compensation actuator to guide the tool (not shown here). The workpiece 9 is on the movement unit 2 (not shown here) one according to the 1 to 7 trained compensation factor 1 , in turn, on a solid pedestal 10 is placed.

Problematisch ist hier die zu regelnde Distanz zwischen Werkzeug 11 und Werkstück 9, wobei Störgrößen beispielsweise durch unerwünschte Schwingungen des Roboterarms 12 (z. B. aufgrund dessen Eigengewichts und von Bearbeitungskräften) auftreten können. Um diese Störgrößen auszuregeln bzw. zu kompensieren, wird mit einer Absolutsensorik 15 sowohl die Absolutposition des Werkzeugs 11, als auch die Absolutposition des Werkstücks 9 im Raum ermittelt. Mithilfe der Regelungs- und Steuerungseinrichtung 14, die mit den Daten der Absolutsensorik sowohl die Bewegung des Roboterarms 12 als auch die Bewegung der Ausgleichsaktorik bzw. den translatorischen Ausgleich durch die Bewegungseinheit 2 steuert, können durch Durchführen von translatorischen Ausgleichsbewegungen in alle drei Raumrichtungen die Störgrößen bzw. unerwünschten Abweichungen des Werkzeugs 11 von seiner vorgegebenen Soll-Bahn in Echtzeit, also hochdynamisch ausgeglichen werden, indem das Werkstück 9 vermittels der Bewegungseinheit 2 entsprechend ausgleichend bewegt wird. Vom Werkstück 9 aus gesehen bewegt sich somit das zu bearbeitende Werkzeug 11 hochgenau auf seiner Soll-Bahn.The problem here is the distance between tool to be controlled 11 and workpiece 9 , with disturbances, for example, by unwanted vibrations of the robot arm 12 (eg due to its own weight and machining forces). To compensate for these disturbances or to compensate, is with an absolute sensor 15 both the absolute position of the tool 11 , as well as the absolute position of the workpiece 9 determined in the room. Using the control and regulation device 14 , which with the data of the absolute sensors both the movement of the robot arm 12 as well as the movement of the compensation factor or the translational compensation by the movement unit 2 controls, by performing translational compensatory movements in all three spatial directions, the disturbance variables or undesirable deviations of the tool 11 from his predetermined target path in real time, so be highly dynamically balanced by the workpiece 9 by means of the movement unit 2 is moved accordingly compensatory. From the workpiece 9 Thus, the tool to be machined moves 11 highly accurate on its target path.

Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ausgleichsverfahren weist die vorliegende Erfindung eine Reihe wesentlicher Vorteile auf:

  • • Durch die Kombination aus mindestens einem einfachen Hebel und einem Kniehebel wird auf einfache und hochgenaue Art und Weise eine translatorische Zwangsführung in mindestens zwei Dimensionen realisiert.
  • • Die hierfür notwendigen Baugruppen können aufgrund der vorbeschriebenen Anordnung sowie der Verwendung eines Kniehebels auf geringem Bauraum untergebracht werden, so dass sich eine Ausgleichsaktorik mit sehr kompakter Bauweise realisieren lässt.
  • • Die gezeigte Ausgleichsaktorik kann durch geeignete Materialwahl auch für vergleichsweise hohe Gewichte von bis zu ca. 20 kg für die zu bewegenden Objekte realisiert werden, ohne dass hierdurch die hohe Positionsgenauigkeit (von typischerweise einigen Mikrometern bis einigen 10 Mikrometern) gefährdet wird.
  • • Sowohl statisch als auch dynamisch sind somit translatorische Positionierfehler dreidimensional ausgleichbar. Insbesondere können auch hochfrequente Schwingungen dynamisch (bei geeigneter Ausbildung des Regelungs- und Steuerungsmechanismus 14) kompensiert werden. Ein solcher dynamischer Ausgleich ist bis hin zu mehreren hundert Hertz möglich.
Compared to the compensation methods known from the prior art, the present invention has a number of significant advantages:
  • • Due to the combination of at least one simple lever and a toggle lever, a translatory positive guidance in at least two dimensions is realized in a simple and highly accurate manner.
  • • The necessary assemblies can be accommodated in a small space, due to the above-described arrangement and the use of a toggle lever, so that it is possible to realize a Ausgleichsaktorik with very compact design.
  • • By means of a suitable choice of material, the balancing actor shown can also be realized for comparatively high weights of up to approx. 20 kg for the objects to be moved, without jeopardizing the high position accuracy (typically from a few micrometers to a few tens of micrometers).
  • • Both statically and dynamically, translational positioning errors can thus be compensated in three dimensions. In particular, high-frequency vibrations can dynamic (with a suitable design of the control and control mechanism 14 ) are compensated. Such a dynamic compensation is possible up to several hundred hertz.

Die Ausgleichsaktorik kann in Verbindung mit Industrierobotern eingesetzt werden, damit können letztere hochgenaue Bearbeitungsprozesse durchführen. Beispiele hierfür sind das Fräsen von Bauteilen, das Laserschneiden oder Bohrprozesse. Die Ausgleichskinematik kann jedoch ganz allgemein im Bereich beliebiger mikrometergenauer Positionieraufgaben eingesetzt werden, also auch außerhalb der Robotik.The compensation actuator can be used in conjunction with industrial robots so that the latter can perform highly accurate machining processes. Examples include the milling of components, laser cutting or drilling processes. However, the compensation kinematics can be used quite generally in the range of any micrometer-accurate positioning tasks, including outside of robotics.

Claims (28)

Zum Durchführen von translatorischen Ausgleichsbewegungen in eine erste (x) und in eine zweite Raumrichtung (y), bevorzugt auch in eine dritte Raumrichtung (z) ausgebildete Ausgleichsaktorik (1), umfassend: eine in die erste (x) und zweite (y), bevorzugt auch in die dritte Raumrichtung (z) translatorisch bewegbare Bewegungseinheit (2), mindestens einen Aktor (3a, 3b, 3c), eine erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) umfassend eine mechanisch an die Bewegungseinheit (2) gekoppelte, einen ersten einfachen Hebel (H1) ausbildende erste Festkörpergelenkanordnung (4a), wobei mittels des mindestens einen Aktors (3a, 3b, 3c) die erste Festkörpergelenkanordnung (4a) auslenkbar und damit aufgrund dieser ersten Kopplung (g1) die Bewegungseinheit (2) translatorisch in die erste Raumrichtung (x) auslenkbar ist, und eine zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) umfassend eine mechanisch an die Bewegungseinheit (2) und/oder die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) gekoppelte, einen Kniehebel (K) ausbildende zweite Festkörpergelenkanordnung (5a), wobei mittels des mindestens einen Aktors (3a, 3b, 3c) die zweite Festkörpergelenkanordnung (5a) auslenkbar und damit aufgrund dieser zweiten Kopplung (g2) die Bewegungseinheit (2) translatorisch in die zweite Raumrichtung (y) auslenkbar ist.For carrying out translatory compensatory movements in a first (x) and in a second spatial direction (y), preferably also in a third spatial direction (z), compensatory actuators ( 1 ), comprising: a movement unit translatable in the first (x) and second (y), preferably also in the third spatial direction (z) ( 2 ) at least one actor ( 3a . 3b . 3c ), a first solid state joint assembly ( 4 ) comprising a mechanical to the movement unit ( 2 ) coupled, a first simple lever (H1) forming the first solid-state hinge assembly ( 4a ), wherein by means of the at least one actuator ( 3a . 3b . 3c ) the first solid state joint assembly ( 4a ) and thus due to this first coupling (g1) the movement unit ( 2 ) translationally in the first spatial direction (x) is deflectable, and a second solid-state joint assembly ( 5 ) comprising a mechanical to the movement unit ( 2 ) and / or the first solid state joint assembly ( 4 ) coupled, a toggle lever (K) forming the second solid-state joint assembly ( 5a ), wherein by means of the at least one actuator ( 3a . 3b . 3c ) the second solid-state joint arrangement ( 5a ) and thus due to this second coupling (g2) the movement unit ( 2 ) translationally in the second spatial direction (y) is deflected. Ausgleichsaktorik nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) einen ersten Aktor (3a) umfasst, mittels dessen die erste Festkörpergelenkanordnung (4a) auslenkbar ist, und dass die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) einen zweiten Aktor (3b) umfasst, mittels dessen die zweite Festkörpergelenkanordnung (5a) auslenkbar ist, wobei bevorzugt der erste und der zweite Aktor (3a, 3b) so ausgebildet und angeordnet sind, dass die von ihnen auf die Festkörpergelenkanordnungen (4a, 5a) ausübbaren und/oder ausgeübten Kräfte (Fx, Fy) relativ zueinander parallel sind.Ausgleichsaktorik according to the preceding claim, characterized in that the first solid-state joint assembly ( 4 ) a first actor ( 3a ), by means of which the first solid-state joint arrangement ( 4a ) and that the second solid state joint assembly ( 5 ) a second actuator ( 3b ), by means of which the second solid-body joint arrangement ( 5a ) is deflectable, wherein preferably the first and the second actuator ( 3a . 3b ) are designed and arranged such that they can be applied to the solid-state joint arrangements ( 4a . 5a ) exerted and / or applied forces (F x , F y ) are parallel relative to each other. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebel (K) ein zwei Kniegelenke (K1, K2) aufweisender Kniehebel ist, der bevorzugt näherungsweise rautenförmig mit den beiden Kniegelenken (K1, K2) an gegenüberliegenden Ecken der Raute ausgebildet ist.Ausgleichsaktorik according to any one of the preceding claims, characterized in that the toggle (K) is a two knee joints (K1, K2) exhibiting toggle, which is preferably formed approximately diamond-shaped with the two knee joints (K1, K2) at opposite corners of the rhombus. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des mindestens einen Aktors (3a, 3b, 3c), bevorzugt mittels des zweiten Aktors (3b), die zweite Festkörpergelenkanordnung (5a) auslenkbar und damit aufgrund der zweiten Kopplung (g2) nicht nur die Bewegungseinheit (2), sondern auch die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) oder zumindest Abschnitte derselben translatorisch in die zweite Raumrichtung (y) auslenkbar sind.Ausgleichsaktorik according to any one of the preceding claims, characterized in that by means of the at least one actuator ( 3a . 3b . 3c ), preferably by means of the second actuator ( 3b ), the second solid-state hinge assembly ( 5a ) and thus due to the second coupling (g2) not only the movement unit ( 2 ), but also the first solid-state joint assembly ( 4 ) or at least portions thereof translationally in the second spatial direction (y) are deflected. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsaktorik zum Durchführen von translatorischen Ausgleichsbewegungen in drei Raumrichtungen (x, y, z) ausgebildet ist durch Vorsehen einer dritten Festkörpergelenkbaugruppe (6) umfassend eine mechanisch an die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4), die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) und/oder die Bewegungseinheit (2) gekoppelte, einen zweiten einfachen Hebel (H2) ausbildende dritte Festkörpergelenkanordnung (6a), wobei mittels des mindestens einen Aktors (3a, 3b, 3c) die dritte Festkörpergelenkanordnung (6a) auslenkbar und damit aufgrund dieser dritten Kopplung (g3) die Bewegungseinheit (2) translatorisch in die dritte Raumrichtung (z) auslenkbar ist.Ausgleichsaktorik according to one of the preceding claims, characterized in that the Ausgleichsaktorik for performing translational compensation movements in three spatial directions (x, y, z) is formed by providing a third solid-state joint assembly ( 6 ) comprising a mechanical to the first solid-state hinge assembly ( 4 ), the second solid-state joint assembly ( 5 ) and / or the moving unit ( 2 ) coupled, a second simple lever (H2) forming the third solid-body hinge assembly ( 6a ), wherein by means of the at least one actuator ( 3a . 3b . 3c ) the third solid-body joint arrangement ( 6a ) and thus due to this third coupling (g3) the movement unit ( 2 ) translationally in the third spatial direction (z) is deflectable. Ausgleichsaktorik nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kopplung (g3) zwischen der dritten Festkörpergelenkanordnung (6a) und der Bewegungseinheit (2) realisiert ist und/oder dass mittels des mindestens einen Aktors (3a, 3b, 3c), bevorzugt mittels des dritten Aktors (3c), die dritte Festkörpergelenkanordnung (6a) auslenkbar und damit aufgrund der dritten Kopplung (g3) nicht nur die Bewegungseinheit (2), sondern auch die erste und/oder die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (4, 5) oder zumindest Abschnitte derselben translatorisch in die dritte Raumrichtung (z) auslenkbar ist/sind.Compensation actuator according to the preceding claim, characterized in that the third coupling (g3) between the third solid-body joint arrangement ( 6a ) and the moving unit ( 2 ) is realized and / or that by means of at least one actuator ( 3a . 3b . 3c ), preferably by means of the third actor ( 3c ), the third solid-body joint arrangement ( 6a ) and thus due to the third coupling (g3) not only the movement unit ( 2 ), but also the first and / or the second solid-state joint assembly ( 4 . 5 ) or at least portions thereof translatable in the third spatial direction (z) is / are. Ausgleichsaktorik nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) einen ersten Aktor (3a) umfasst, mittels dessen die erste Festkörpergelenkanordnung (4a) auslenkbar ist, dass die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) einen zweiten Aktor (3b) umfasst, mittels dessen die zweite Festkörpergelenkanordnung (5a) auslenkbar ist, und dass die dritte Festkörpergelenkbaugruppe (6) einen dritten Aktor (3c) umfasst, mittels dessen die dritte Festkörpergelenkanordnung (6a) auslenkbar ist, wobei bevorzugt der erste, zweite und dritte Aktor (3a, 3b, 3c) so ausgebildet und angeordnet sind, dass die vom ersten und zweiten Aktor (3a, 3b) auf die erste und zweite Festkörpergelenkanordnung (4a, 5a) ausübbaren und/oder ausgeübten zwei Kräfte (Fx, Fy) relativ zueinander parallel sind und dass die vom dritten Aktor (3c) auf die dritte Festkörpergelenkanordnung (6a) ausübbare und/oder ausgeübte Kraft (Fz) zu diesen beiden Kräften (Fx, Fy) senkrecht steht und bevorzugt auch in ein und derselben Ebene wie diese beiden Kräfte (Fx, Fy) ausgebildet ist.Compensation actuator according to one of the two preceding claims, characterized in that the first solid-state joint assembly ( 4 ) a first actor ( 3a ), by means of which the first solid-state joint arrangement ( 4a ) is deflectable, that the second solid-body joint assembly ( 5 ) a second actuator ( 3b ), by means of which the second solid-body joint arrangement ( 5a ) and that the third solid-state joint assembly ( 6 ) a third actor ( 3c ), by means of which the third solid-body joint arrangement ( 6a ) is deflectable, wherein preferably the first, second and third actor ( 3a . 3b . 3c ) are designed and arranged such that the first and second actuators ( 3a . 3b ) to the first and second solid-state hinge assemblies ( 4a . 5a ) exerted and / or exerted two forces (F x , F y ) are parallel relative to each other and that the third actuator ( 3c ) on the third solid-body joint arrangement ( 6a ) exerted and / or applied force (F z ) to these two forces (F x , F y ) is perpendicular and preferably also in one and the same plane as these two forces (F x , F y ) is formed. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) an der ersten Festkörpergelenkbaugruppe (4) befestigt ist.Compensation actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the second solid-state joint assembly ( 5 ) on the first solid-state joint assembly ( 4 ) is attached. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und die erste Festkörpergelenkbaugruppe (5, 4) als ebene Baugruppen in ein und derselben, bevorzugt durch die erste und die zweite Raumrichtung aufgespannten Ebene (x, y) oder einer Parallelebene derselben ausgebildet sind.Ausgleichsaktorik according to any one of the preceding claims, characterized in that the second and the first solid-state joint assembly ( 5 . 4 ) are formed as planar assemblies in one and the same, preferably by the first and the second spatial direction spanned plane (x, y) or a parallel plane thereof. Ausgleichsaktorik nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, die zweite und/oder die dritte Festkörpergelenkbaugruppe (4, 5, 6) ein oder mehrere weitere(s) Festkörpergelenk(e) (4b, 4c, ..., 5b, 5c, ..., 6b, 6c, ...) aufweist/aufweisen, das/die so ausgebildet und angeordnet ist/sind, dass die jeweilige Festkörpergelenkanordnung (4a, 5a, 6a) rein translatorisch, d. h. entlang eines ausschließlich geraden Abschnitts ohne jeden Kurvenanteil, in die jeweilige Raumrichtung (x, y, z) auslenkbar ist.Ausgleichsaktorik according to one of claims 5 to 9, characterized in that the first, the second and / or the third solid-state joint assembly ( 4 . 5 . 6 ) one or more further solid-state joints (e) ( 4b . 4c , ..., 5b . 5c , ..., 6b . 6c , ...) which is / are designed and arranged in such a way that the respective solid-body articulated arrangement ( 4a . 5a . 6a ) purely translationally, ie along an exclusively straight section without any curve portion, in the respective spatial direction (x, y, z) is deflected. Ausgleichsaktorik nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) mehrere symmetrisch um die Bewegungseinheit (2) herum angeordnete, bevorzugt punktsymmetrisch zum Schwerpunkt und/oder zum geometrischen Mittelpunkt (M) der Bewegungseinheit (2) angeordnete, weitere Festkörpergelenke (4b, 4c, ...) aufweist, wobei bevorzugt die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4), diese weiteren Festkörpergelenke (4b, 4c, ...) und/oder die Bewegungseinheit (2) als ebene Baugruppen in ein und derselben, bevorzugt durch die erste und die zweite Raumrichtung aufgespannten Ebene (x, y) oder einer Parallelebene derselben ausgebildet sind.Ausgleichsaktorik according to the preceding claim, characterized in that the first solid-state joint assembly ( 4 ) several symmetrical about the movement unit ( 2 ), preferably point-symmetrically to the center of gravity and / or to the geometric center (M) of the movement unit ( 2 ), more solid joints ( 4b . 4c , ...), wherein preferably the first solid-state joint assembly ( 4 ), these other solid joints ( 4b . 4c , ...) and / or the movement unit ( 2 ) are formed as planar assemblies in one and the same, preferably by the first and the second spatial direction spanned plane (x, y) or a parallel plane thereof. Ausgleichsaktorik nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) mehrere symmetrisch um die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) samt der Bewegungseinheit (2) herum angeordnete, bevorzugt punktsymmetrisch zum Schwerpunkt und/oder zum geometrischen Mittelpunkt (M) der ersten Festkörpergelenkbaugruppe (4) samt der Bewegungseinheit (2) angeordnete, weitere Festkörpergelenke (5b, 5c, ...) aufweist, wobei bevorzugt die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5), diese weiteren Festkörpergelenke (5b, 5c, ...) und/oder die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) samt der Bewegungseinheit (2) als ebene Baugruppen in ein und derselben, bevorzugt durch die erste und die zweite Raumrichtung aufgespannten Ebene (x, y) oder einer Parallelebene derselben ausgebildet sind.Compensation actuator according to one of the two preceding claims, characterized in that the second solid-state joint assembly ( 5 ) several symmetrically about the first solid-state joint assembly ( 4 ) together with the movement unit ( 2 ), preferably point-symmetrically to the center of gravity and / or to the geometric center (M) of the first solid-state joint assembly (FIG. 4 ) together with the movement unit ( 2 ), more solid joints ( 5b . 5c , ...), wherein preferably the second solid-state joint assembly ( 5 ), these other solid joints ( 5b . 5c , ...) and / or the first solid-state joint assembly ( 4 ) together with the movement unit ( 2 ) are formed as planar assemblies in one and the same, preferably by the first and the second spatial direction spanned plane (x, y) or a parallel plane thereof. Ausgleichsaktorik nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Festkörpergelenkbaugruppe (6) mehrere, bevorzugt genau zwei, die den zweiten einfachen Hebel (H2) ausbildende dritte Festkörpergelenkanordnung (6a) mechanisch an die Bewegungseinheit (2) koppelnde, weitere Festkörpergelenke (6b, 6c) aufweist.Compensation actuator according to one of the three preceding claims, characterized in that the third solid-body joint assembly ( 6 ) a plurality, preferably exactly two, of the second simple lever (H2) forming third solid-body hinge assembly ( 6a ) mechanically to the moving unit ( 2 ) coupling, further solid joints ( 6b . 6c ) having. Ausgleichsaktorik nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte mechanische Kopplung (g3) im Schwerpunkt und/oder geometrischen Mittelpunkt (M) der Bewegungseinheit (2) und/oder einer mit der Bewegungseinheit (2) verbundenen Zwischenplatte an der Bewegungseinheit (2) und/oder der Zwischenplatte angreift.Ausgleichsaktorik according to the preceding claim, characterized in that the third mechanical coupling (g3) in the center of gravity and / or geometric center (M) of the movement unit ( 2 ) and / or one with the movement unit ( 2 ) connected intermediate plate on the moving unit ( 2 ) and / or the intermediate plate attacks. Ausgleichsaktorik nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Festkörpergelenkbaugruppe (6) mehrere, bevorzugt genau vier, über jeweils genau ein weiteres Festkörpergelenk (6d, 6e, 6f, 6g) mechanisch an die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4), die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) und/oder die Bewegungseinheit (2) gekoppelte Versteifungsfüße (7a, 7b, 7c, 7d) umfasst.Compensation actuator according to one of the preceding five claims, characterized in that the third solid-state joint assembly ( 6 ) several, preferably exactly four, each about exactly one other solid-state joint ( 6d . 6e . 6f . 6g ) mechanically to the first solid-state joint assembly ( 4 ), the second solid-state joint assembly ( 5 ) and / or the moving unit ( 2 ) coupled stiffening feet ( 7a . 7b . 7c . 7d ). Ausgleichsaktorik nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsfüße (7a, 7b, 7c, 7d) säulenförmig ausgebildet und mit ihrer Längsachse jeweils senkrecht zu der durch die erste und die zweite Raumrichtung aufgespannten Ebene (x, y) angeordnet sind und/oder dass die Versteifungsfüße (7a, 7b, 7c, 7d) so angeordnet sind, dass ihre Parallelprojektionen auf diese Ebene (x, y) symmetrisch um den Schwerpunkt und/oder den geometrischen Mittelpunkt (M) der Bewegungseinheit (2) herum, bevorzugt punktsymmetrisch zu diesem Schwerpunkt und/oder geometrischen Mittelpunkt (M), zum Liegen kommen.Ausgleichsaktorik according to the preceding claim, characterized in that the stiffening feet ( 7a . 7b . 7c . 7d ) are column-shaped and arranged with their longitudinal axis in each case perpendicular to the plane defined by the first and the second spatial direction plane (x, y) and / or that the stiffening feet ( 7a . 7b . 7c . 7d ) are arranged so that their parallel projections on this plane (x, y) symmetrically about the center of gravity and / or the geometric center (M) of the movement unit ( 2 ), preferably point-symmetrical to this center of gravity and / or geometric center (M), come to rest. Ausgleichsaktorik nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellen mit verminderter Biegesteifigkeit der die vier Versteifungsfüße (7a, 7b, 7c, 7d) mechanisch an die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4), die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) und/oder die Bewegungseinheit (2) koppelnden (g4) vier weiteren Festkörpergelenke (6d, 6e, 6f, 6g) entlang der vier Seiten eines symmetrisch um den Schwerpunkt und/oder den geometrischen Mittelpunkt (M) der Bewegungseinheit (2), der Bewegungseinheit (2) samt der ersten Festkörpergelenkbaugruppe (4) und/oder der Bewegungseinheit (2) samt der ersten und der zweiten Festkörpergelenkbaugruppe (4, 5) herum, bevorzugt punktsymmetrisch zu diesem/n Mittelpunkt(en) und/oder Schwerpunkt(en), liegenden Rechtecks verlaufen.Ausgleichsaktorik according to one of the two preceding claims, characterized in that the points of reduced flexural rigidity of the four stiffening feet ( 7a . 7b . 7c . 7d ) mechanically to the first solid-state joint assembly ( 4 ), the second solid-state joint assembly ( 5 ) and / or the moving unit ( 2 ) coupling (g4) four further solid-state joints ( 6d . 6e . 6f . 6g ) along the four sides of a symmetrical about the center of gravity and / or the geometric center (M) of the moving unit ( 2 ), the moving unit ( 2 ) along with the first solid-state joint assembly ( 4 ) and / or the moving unit ( 2 ) including the first and second solid state joint assemblies ( 4 . 5 ), preferably point-symmetrical to this center (s) and / or center of gravity (s), of lying rectangles. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (L) des ersten einfachen Hebels (H1) der ersten Festkörpergelenkanordnung (4a) parallel zur Hauptachse (H) des Kniehebels (K) der zweiten Festkörpergelenkanordnung (5a) ausgerichtet ist, wobei beide Achsen (L, H) bevorzugt in der durch die erste und die zweite Raumrichtung (x, y) aufgespannten Ebene oder einer Parallelebene derselben angeordnet sind.Ausgleichsaktorik according to any one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal axis (L) of the first simple lever (H1) of the first solid-body joint arrangement ( 4a ) parallel to the main axis (H) of the toggle lever (K) of the second solid-body joint arrangement ( 5a ), wherein both axes (L, H) are preferably arranged in the plane spanned by the first and second spatial directions (x, y) or a parallel plane thereof. Ausgleichsaktorik nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktor (3a) mit seiner Längsachse (A1) entlang der ersten Raumrichtung (x) angeordnet ist und dass der zweite Aktor (3b) innerhalb der von der Raute aufgespannten Fläche des Kniehebels (K) gemäß Anspruch 3 und mit seiner Längsachse (A2) ebenfalls entlang der ersten Raumrichtung (x) angeordnet ist.Ausgleichsaktorik according to one of claims 3 to 18, characterized in that the first actuator ( 3a ) is arranged with its longitudinal axis (A1) along the first spatial direction (x) and that the second actuator ( 3b ) within the area of the toggle lever (K) spanned by the rhombus according to claim 3 and with its longitudinal axis (A2) also along the first spatial direction (x). Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplung (g1) mittels eines flexibel ausgebildeten, bevorzugt mit seiner Längsachse in die erste Raumrichtung (x) ausgerichteten Stegs ausgebildet ist.Ausgleichsaktorik according to any one of the preceding claims, characterized in that the first coupling (g1) by means of a flexibly formed, preferably with its longitudinal axis in the first spatial direction (x) aligned web is formed. Ausgleichsaktorik nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Festkörpergelenkbaugruppe (6) als eine die Bewegungseinheit (2), die erste Festkörpergelenkbaugruppe (4) und die zweite Festkörpergelenkbaugruppe (5) tragende Baugruppe realisiert ist und/oder dass die Bewegungseinheit (2) als Teil der ersten Festkörpergelenkbaugruppe (4) ausgebildet ist.Ausgleichsaktorik according to one of claims 5 to 20, characterized in that the third solid-body joint assembly ( 6 ) as a the motion unit ( 2 ), the first solid-state joint assembly ( 4 ) and the second solid state joint assembly ( 5 ) carrying assembly is realized and / or that the movement unit ( 2 ) as part of the first solid state joint assembly ( 4 ) is trained. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Aktoren (3a, 3b, 3c), bevorzugt alle der Aktoren (ein) Piezoaktor(en) ist/sind.Ausgleichsaktorik according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the actuators ( 3a . 3b . 3c ), preferably all of the actuators (a) piezoelectric actuator (s) is / are. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die. erste, die zweite und die dritte Raumrichtung (x, y, z) paarweise nicht gleichgerichtet sind, wobei bevorzugt diese drei Raumrichtungen (x, y, z) senkrecht aufeinander stehen, also mit den Richtungen eines kartesischen Koordinatensystems zusammenfallen.Ausgleichsaktorik according to any one of the preceding claims, characterized in that the. first, the second and the third spatial direction (x, y, z) are not rectified in pairs, wherein preferably these three spatial directions (x, y, z) are perpendicular to each other, so coincide with the directions of a Cartesian coordinate system. Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinheit (2) einen Objekttisch und/oder eine Objekthalterung umfasst.Ausgleichsaktorik according to any one of the preceding claims, characterized in that the movement unit ( 2 ) comprises a stage and / or an object holder. Ausgleichsaktorik-Basisbaugruppe umfassend eine Ausgleichsaktorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsaktorik (1) keinen Aktor (3a, 3b, 3c) umfasst, jedoch zur Aufnahme mindestens eines solchen Aktors (3a, 3b, 3c) wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beschrieben ausgebildet ist.Compensation actuator base assembly comprising a compensation actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation factor ( 1 ) no actor ( 3a . 3b . 3c ), but for accommodating at least one such actuator ( 3a . 3b . 3c ) as described in one of the preceding claims. Vorrichtung zur Positionierung eines Objekts und/oder zur Bearbeitung eines Werkstücks (9), insbesondere Industrierobotersystem, umfassend eine Ausgleichsaktorik oder eine Ausgleichsaktorik-Basisbaugruppe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinheit (2) als Aufnahme für das Objekt und/oder als Effektor ausgebildet ist, mit dem das Werkstück (9) und/oder ein für dieses zum Bearbeiten vorgesehenes Werkzeug aufnehmbar ist.Device for positioning an object and / or for machining a workpiece ( 9 ), in particular an industrial robot system, comprising a compensation actuator or a compensating actuator base assembly according to claim 25, characterized in that the movement unit ( 2 ) is designed as a receptacle for the object and / or as an effector, with which the workpiece ( 9 ) and / or a tool provided for this purpose can be received. Verfahren zum Durchführen von translatorischen Ausgleichsbewegungen in eine erste (x) und in eine zweite Raumrichtung (y), bevorzugt auch in eine dritte Raumrichtung (z) mit einer dafür ausgebildeten Ausgleichsaktorik (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsaktorik (1) nach einem der vorhergehenden Ausgleichsaktorikansprüche ausgebildet ist.Method for carrying out translatory compensation movements in a first (x) and in a second spatial direction (y), preferably also in a third spatial direction (z) with a compensation factor ( 1 ), characterized in that the compensation factor ( 1 ) is designed according to one of the preceding Ausgleichsaktorikansprüche. Verwendung einer Ausgleichsaktorik (1), einer Ausgleichsaktorik-Basisbaugruppe, einer Vorrichtung zur Positionierung eines Objekts und/oder zur Bearbeitung eines Werkstücks (9) und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 26 bis 27 zum Positionieren eines Bauteils, insbesondere zum Positionieren des Bauteils beim Fräsen, Laserschneiden und/oder Bohren des Bauteils.Use of a compensation factor ( 1 ), a compensation actuator base assembly, a device for positioning an object and / or for machining a workpiece ( 9 ) and / or a method according to one of claims 26 to 27 for positioning a component, in particular for positioning the component during milling, laser cutting and / or drilling of the component.
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