WO2013029069A1 - Manipulator - Google Patents

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WO2013029069A1
WO2013029069A1 PCT/AT2012/000209 AT2012000209W WO2013029069A1 WO 2013029069 A1 WO2013029069 A1 WO 2013029069A1 AT 2012000209 W AT2012000209 W AT 2012000209W WO 2013029069 A1 WO2013029069 A1 WO 2013029069A1
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WO
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motion
movement
axis
grid
pivot point
Prior art date
Application number
PCT/AT2012/000209
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German (de)
French (fr)
Inventor
Franz Ehrenleitner
Original Assignee
Eb-Invent Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eb-Invent Gmbh filed Critical Eb-Invent Gmbh
Publication of WO2013029069A1 publication Critical patent/WO2013029069A1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
    • B25J9/0048Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base with kinematics chains of the type rotary-rotary-rotary
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/10Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
    • A61B90/11Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • B25J9/1065Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B2090/506Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms using a parallelogram linkage, e.g. panthograph

Definitions

  • the invention relates to a device by means of which a tool, a medical instrument, a sample, a workpiece or other object can be pivoted about a fixed in space fulcrum or fixed in space axis of rotation, according to the preamble of claim 1 and DE 94 16 957 U.
  • a tool or a camera or a sensor, a milling head, a nozzle, a laser beam, a mirror , a polishing device, a welding device, a toy, a sample, etc. is not only moved along a predetermined path, or is always directed to a fixed point, but also that the processing device, observation device, etc. in is a predetermined angle to the respective processing point.
  • these devices should be lightweight and built with little mass to make rapid changes in the situation without large motor forces and thus without much energy.
  • the devices should be so stiff that significant reaction forces and inertial forces can be taken over and dissipated without causing harmful deformations that could affect the work result. It should be free around the working points, the virtual fulcrum, enough space to allow access to the workpiece, its insertion, application and possibly movement while working easily and easily.
  • a planar device which is able to perform in the plane movement about a virtual pivot point, is known from the aforementioned DE 94 16 957 U.
  • This device consists of two Gelenksparallelogrammen, wherein the one Gelenkreteallelogramm is fixedly mounted with one side and the other joint parallelogram either quasi on the first parallelogram is seated and with him the solid side opposite side has in common, as well as the whole second joint parallelogram , is extended, wherein the other sides of the Gelenk Eisenallelogramms parallel to the other sides of the first joint parallelogram or consist of their extension.
  • this motion grid two Gelenkparallelogramme that have one of their vertices in common and their not going through this common corner points, the base and the free end face, with the intersection
  • Their extensions define the virtual fulcrum and their other sides, which do not go through the common fulcrum, are rigidly extended to their point of intersection, thus creating a four - bar linkage coincident with each of the parallelograms on one side Corner points when holding the base so deformable that the free end face is always directed to the virtual fulcrum.
  • this motion grid consists of the two joint parallels and a four-bar linkage, whereby the rigidity and articulation are increased ldung, in which the four-bar linkage mutated to a (third) articulated parallelogram, a special case, which leads to the aforementioned motion gratings, if then dispensed with one of the internal connections.
  • An embodiment of the invention now consists in the combination of at least two such motion grids, they are according to the invention or not, which are arranged according to a first variant in space so that the intersection line of their planes is parallel to the free end faces of the two motion grid and the two free End sides are connected by a rigid platform, this allows a spherical movement of the platform about a virtual pivot point and each platform-fixed axis parallel to the two end faces describes around the virtual fulcrum a spherical movement.
  • the two motion grids perform not only their movements within their respective plane, but also a rotation about their respective base or about the axis defined by the base.
  • the two end faces of the two motion gratings are formed coincidentally, whereby the movable platform degenerates to an axis, which can be represented by a sleeve on which the two motion gratings attack. This case occurs when, geometrically speaking, the extensions of the two bases and the extensions of the (coinciding) free sides have a common point of intersection.
  • FIG. 2 is a purely schematic representation of the mobility of a planar movement grid according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a device according to the invention with two aligned motion grids
  • FIG. 4 shows a device according to the invention with two mutually intersecting planar motion gratings
  • FIG. 5 shows a variant with two intersecting plane motion gratings
  • FIG. 6 shows a further variant with two intersecting planar motion gratings
  • FIG. 9 shows a variant with three intersecting plane motion grids and FIG. 10 shows a planar motion grating according to the prior art, as it can be used for the device according to the invention.
  • Fig. 1 shows an example of a movement grid 1, as it can be used for a device according to the invention.
  • This motion grid has a first parallelogram, a base parallelogram 8, with the sides C, K, G, F and a second parallelogram, an end parallelogram 9, with the sides D, H, I, E on; with a common fulcrum 2 at the intersection of sides F and D.
  • the "outer" sides K and I are rigidly extended beyond their hinged connection points with sides G and H, indicated by the hatched triangles, to their intersection point 3, in For full length these sides are designated A and B.
  • the extensions of the sides K and I in their form A and B together with the sides G and H of the two articulated parallelograms form a four-bar linkage 10.
  • the motion grid in the plane is deformable in the manner described by the hinged connection through the individual points of intersection, but always such that irrespective of the instantaneous configuration of the movement grid, the extension of the base C, the extension of the free end face E always the same Point, the virtual pivot point 4, cuts.
  • the lengths J and L are always maintained, as an interchange of ideas of the parallelograms and the mobilities shows immediately, the free end E performs around the point of intersection 4 "of the extension of the base C with the extension of the free end face E a real spherical motion Intersection point 4 "and axis 4 always coincide, as well as possibly the trace of a virtual axis 4 '.
  • Fig. 2 shows, omitting almost all reference numerals, different positions of a movement grating 1 of FIG. 1 and thus the large angular range, such a motion grid in the leadership of a tool in the axis of the free end E with respect to a far out of the device virtual fulcrum 4 is able to deliver.
  • This motion grid is also individually usable, not only obvious as a planar kinematics, but also three-dimensional, for example, when it is rotatable about the axis of its base C.
  • FIG. 10 shows a plane movement grating according to the prior art, as is known in particular from the abovementioned DE-U.
  • the two Gelenkparallelogramme and their connection are clearly visible, as well as the rotation around the Base axis, by means of which the spherical movement of the tool 14 is achieved around the pivot point "D".
  • At least two such planar motion gratings no matter which construction, combined with each other to come to the desired mobility about an axis or about a pivot point.
  • two such motion gratings are provided in alignment with one another and braced in accordance with one another, thus forming a truss body which allows rotation about an axis.
  • the course of this axis corresponds to the virtual pivot 4, the axis is normal to the plane of representation.
  • a framework is shown in three different positions, respectively in side view and in perspective view, the diagonal stiffeners 5 for receiving forces or force components in the direction normal to the plane of the movement grid 1 and to secure the aligned position of the movement grid are clear to see.
  • the virtual axis 4 ' is shown only in the side views, their coincidence with the intersection 4 "is evident.
  • the two movement grids 1 are arranged so that the extensions of the two bases C and the two free end faces E intersect each other in the virtual pivot point 4, the actual tool spindle can then on a platform 6, the the two free end faces E formed or fixedly connected to these are fitted and remains in the sequence with each movement of the device directed to the virtual pivot 4; she performs a spherical movement around the virtual fulcrum 4.
  • FIG. 6 shows another variant in which the two bases C of the two motion gratings 1 coincide. Shown is a corresponding half-timbered body in three different positions each in a simplified side view and perspective view
  • the movement of the two motion grating 1 about the base C associated rotation axis is externally, for example, to cause an actuator (not shown), optionally, the base C also the end of a robotic arm or similar.
  • diagonal stiffeners 5 are provided to absorb shear forces.
  • a fixed platform 6 is formed between the free end faces E, the axis directed to the virtual pivot point 4 is entered purely schematically.
  • the "side views" show one of the two motion grids 1 without regard to the second or the stiffeners, therefore the goose feet.
  • this movement grille In order to be able to absorb forces or force components which normally act on the plane of one of the movement grids, it is possible, on the one hand, to make this movement grille correspondingly solid, but it is advantageous to provide it with lateral struts, wherein the strut supports the movements of the movement Grid with power, but it derives the lateral forces.
  • FIG. 7 An example of such a bracing is shown in an interesting embodiment of a device similar to that of Fig. 5 in Figs. 7 and 8:
  • the planes of the two movement grids 1 coincide in a position shown in Fig. 7 together.
  • the axes of the two bases C intersect each other at a point through which the tool axis 10 passes. It is possible to move the tool axis along the connecting line of the two fulcrums while still maintaining motion around a virtual fulcrum (which is then eccentric).
  • This allows the device to be swiveled through the plane state, since both plane movement grids 1 are provided with lateral struts 7 without the formation of a singularity.
  • Fig. 8 shows six different positions of this device in a perspective view, resulting in the large swivel range in in all directions. In these positions an over-determination occurs due to the double formation of the lateral bracing, but this does not play a disadvantageous role.
  • both movement grids are each provided with a lateral strut 7, which receives and derives force components acting normal to the grating plane.
  • This bracing makes of course the deformation of the four-bar linkages and is designed accordingly.
  • the strut consists of a framework over at least one of the sides A, B, F + H, D + G, with the proviso that stiffeners over F + H, and D + G are articulated in the hinge points, as the figure indicates.
  • a lateral bracing 7 while the entirety of the framework is understood.
  • a different embodiment shown in FIG. 9 with the derivation of transverse forces consists of three motion grids 1 whose planes are preferably arranged rotated by 180 ° about a central axis (this in a "normal position", since during operation the angular positions of the planes in order to be able to derive each of the occurring force components within one of the grids even in very extreme positions, in which case it is preferred that the axes of the three bases C do not run in a normal plane to the imaginary central axis of symmetry, but instead a point "below” this normal plane, since thereby an increase of the cone angle, in which the tool axis 10 is to be set is achieved.
  • the motion grids used in a device are always equal to each other (congruent), but this is not necessary as long as only the above-mentioned geometric conditions for each individual motion grid are met.
  • the use of such mutually identical motion grid is generally preferred, only in devices for special designed surfaces, it is conceivable that the use of uneven motion grid brings benefits.
  • each connection 11 must be rotatable about the tool axis 10 independently of the others, each connection 11 should be mounted in alignment with the associated connection 11 '(for example as in FIG. 7 by the rod-like manner spaced from the tool carrier Connection indicated).
  • FIG. 10 which shows an example of a planar motion grating according to the prior art, has already been explained in more detail above. It is well recognizable that the achievable swing angle is significantly smaller than with the new motion grids.
  • the two articulated parallelograms (8, 9) When using the new motion grids, it is necessary for the two articulated parallelograms (8, 9) to have a common pivot point (2) at their corners (F, G; D, H) such that the two adjacent parallelogram sides (G, H) coincide with the always straight extended sides (AB) form the four-bar linkage (10: ABHG), that the side (C) represents the base and that its extension with the extension of the free end face (E) always the fixed virtual pivot point (4) and the fixed , virtual axis (4 ') intersects.
  • the lengths of the pages meet the following requirements:
  • a to I and K are the lengths of the sides designated in claim 1 with the same letter and L and J are the distances from the fixed virtual pivot point (4) and from the fixed, virtual axis (4 ') to the intersection point (FC) or the intersection point (ED).
  • Examination chairs with special virtual fulcrum around the area to be treated

Abstract

The invention relates to a device by means of which a tool, a medical appliance, or another object can be pivoted about a virtual pivot point (4) fixed in space and about a virtual axis (4') fixed in space. The pivoting movement is achieved in that the device comprises at least two flat movement grids (1), each of which comprises two parallelogram linkages (8:CKGF; 9; HIED) and optionally a four-bar linkage (10; ABHG). The planes of the movement grids can be arranged parallel to one another or intersect one another in a straight line that includes the pivot point. If three movement grids are provided, said grids intersect preferably in a common straight line. The invention also relates to a novel kind of the flat movement grids used.

Description

Manipulator  manipulator
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit deren Hilfe ein Werkzeug, ein medizinisches Instrument, eine Probe, ein Werkstück oder ein anderer Gegenstand um einen im Raum festen Drehpunkt bzw. um eine im Raum feste Drehachse geschwenkt werden kann, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 und dem DE 94 16 957 U. The invention relates to a device by means of which a tool, a medical instrument, a sample, a workpiece or other object can be pivoted about a fixed in space fulcrum or fixed in space axis of rotation, according to the preamble of claim 1 and DE 94 16 957 U.
Bei einer Vielzahl von Vorrichtungen, insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen, aber auch in der Medizin, beispielsweise bei Mikrooperationen, bei verschiedenen Diagnoseverfahren und ähnlichem ist es notwendig, dass ein Werkzeug oder eine Kamera oder ein Sensor, ein Fräskopf, eine Düse, ein Laserstrahl, ein Spiegel, eine Poliervorrichtung, eine Schweißvorrichtung, ein Spielzeug, eine Probe, etc., nicht nur entlang einer vorgegebenen Bahn bewegt wird, bzw. stets auf einen fixen Punkt gerichtet wird, sondern auch, dass sich die Bearbeitungsvorrichtung, Beobachtungs- Vorrichtung, etc. in einem vorgegebenen Winkel zur jeweiligen Bearbeitungsstelle befindet. Da es dabei, abhängig von den unterschiedlichsten Parametern, die auch mit der durchzuführenden Arbeit zu tun haben, zu Änderungen der gewünschten Winkellage an vorbestimmten Stellen bzw. zu teils vorbestimmten, teils spontan sich ergebenden Zeiten kommt, besteht die Notwendigkeit, Vorrichtungen zu schaffen, die in der Lage sind, dem Werkzeug, worunter in der Folge alles nur Mögliche verstanden wird, die notwendigen Winkeländerungen zu übertragen, ohne dabei den Arbeitspunkt zu ändern. Eine Drehachse bzw. ein Drehpunkt, um den herum eine solche Bewegung erfolgt, wird in der Beschreibung und den Ansprüchen als„virtuell" bezeichnet, da sie bzw. er an der Vorrichtung nicht materiell verwirklicht ist. In a variety of devices, especially in processing machines, but also in medicine, for example in micro-operations, in various diagnostic procedures and the like, it is necessary that a tool or a camera or a sensor, a milling head, a nozzle, a laser beam, a mirror , a polishing device, a welding device, a toy, a sample, etc., is not only moved along a predetermined path, or is always directed to a fixed point, but also that the processing device, observation device, etc. in is a predetermined angle to the respective processing point. Since, depending on the various parameters, which also have to do with the work to be performed, there are changes in the desired angular position at predetermined locations or partly predetermined, partly spontaneously resulting times, there is a need to provide devices which are able to transmit the necessary angle changes to the tool, which is understood to mean anything possible in the sequence, without changing the working point. An axis of rotation about which such movement occurs is referred to in the specification and claims as "virtual" because it is not materially realized on the device.
Dabei wird eine Reihe von Anforderungen an derartige Vorrichtungen gestellt: There are a number of requirements placed on such devices:
Einerseits sollen diese Vorrichtungen leicht und mit wenig Masse gebaut sein, um rasche Änderungen der Lage ohne große motorische Kräfte und damit ohne großen Energieaufwand bewirken zu können. On the one hand, these devices should be lightweight and built with little mass to make rapid changes in the situation without large motor forces and thus without much energy.
Trotz der verlangten Leichtigkeit sollen die Vorrichtungen so steif sein, dass merkliche Reaktionskräfte und Massenkräfte übernommen und abgeleitet werden können, ohne dass es zu schädlichen Deformationen, die das Arbeitsergebnis beeinträchtigen könnten, kommt. Es soll um den Arbeitspunkte, den virtuellen Drehpunkt, genügend Raum frei zur Verfügung stehen, um den Zugang zum Werkstück, dessen Einbringung, Ausbringung und unter Umständen Bewegung während der Arbeit leicht und problemlos zu ermöglichen. Despite the required ease, the devices should be so stiff that significant reaction forces and inertial forces can be taken over and dissipated without causing harmful deformations that could affect the work result. It should be free around the working points, the virtual fulcrum, enough space to allow access to the workpiece, its insertion, application and possibly movement while working easily and easily.
Es soll die Steuerung und Regelung der Bewegung der Vorrichtung rasch und genau erfolgen können, es sollen insbesondere rekursive Berechnungen vermieden werden, die Berechnung in Form geschlossener Lösungen soll möglich sein. It should be able to control and regulate the movement of the device quickly and accurately, in particular recursive calculations should be avoided, the calculation in the form of closed solutions should be possible.
Eine ebene Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, die in der Lage ist, in der Ebene eine Bewegung um einen virtuellen Drehpunkt zu vollführen, ist aus der eingangs genannten DE 94 16 957 U bekannt. Diese Vorrichtung besteht aus zwei Gelenksparallelogrammen, wobei das eine Gelenksparallelogramm mit einer Seite ortsfest gelagert ist und das andere Gelenksparallelogramm entweder auf dem ersten Parallelogramm quasi aufsitzt und mit ihm die der festen Seite gegenüberliegende Seite gemeinsam hat, die darüber hinaus, so wie das ganze zweite Gelenksparallelogramm, verlängert ist, wobei auch die anderen Seiten des Gelenksparallelogramms parallel zu den andern Seiten des ersten Gelenksparallelogramms verlaufen bzw. aus deren Verlängerung bestehen. Aus der EP 595 291 ist eine ähnliche Vorrichtung, bestehend aus einer Aneinanderreihung von Gelenksparallelogrammen bekannt, ebenso aus der DE 100 15 510, entsprechend der US 2003/0109825, nunmehr US 5,882,294. Diese genannten Druckschriften betreffen medizinische Geräte und dienen insbesondere zur Durchführung komplexer chirurgischer Eingriffe, die gegebenenfalls nicht mehr von Hand, sondern mittels Stellmotoren durch Fernsteuerung oder automatisch nach einem vorgegebenen Programm durch einen Computer bewerkstelligt werden. A planar device according to the preamble of claim 1, which is able to perform in the plane movement about a virtual pivot point, is known from the aforementioned DE 94 16 957 U. This device consists of two Gelenksparallelogrammen, wherein the one Gelenkgleichallelogramm is fixedly mounted with one side and the other joint parallelogram either quasi on the first parallelogram is seated and with him the solid side opposite side has in common, as well as the whole second joint parallelogram , is extended, wherein the other sides of the Gelenkgleichallelogramms parallel to the other sides of the first joint parallelogram or consist of their extension. From EP 595 291 a similar device consisting of a juxtaposition of joint parallelograms is known, as well from DE 100 15 510, corresponding to US 2003/0109825, now US 5,882,294. These publications refer to medical devices and are used in particular for performing complex surgical procedures, which are possibly no longer done by hand, but by means of actuators by remote control or automatically according to a predetermined program by a computer.
Diese auf der Kombination von zwei Parallelogrammen, die linear mit zwei gemeinsamen, unknickbar durchlaufenden Seiten versehen sind, beruhen, sind einfach aufgebaut, benötigen aber, wenn ein großer Schwenkwinkel vorgesehen werden soll, solche Proportionen, dass ihre mechanische Stabilität darunter leidet. Eine weitere Vorrichtung, die eine ebene Schwenkbewegung um einen virtuellen Drehpunkt erlaubt und dabei mechanisch deutlich stabiler ist als die bisher abgehandelten, ist erfindungsgemäß die Folgende, für die es im Stand der Technik kein Vorbild gibt: These are based on the combination of two parallelograms, which are linearly provided with two common, non-buckling passing sides, are simple in construction, but, if a large tilt angle is to be provided, require such proportions that their mechanical stability suffers. Another device, which allows a planar pivoting movement about a virtual pivot point and is mechanically significantly more stable than the previously discussed, according to the invention, the following, for which there is no model in the prior art:
Es weist diese ebene Kinematik, im Folgenden gemeinsam mit den zuvor abgehandelten Kinematiken zumeist„Bewegungsgitter" genannt, zwei Gelenkparallelogramme auf, die einen ihrer Eckpunkte gemeinsam haben und deren nicht durch diesen gemeinsamen Eckpunkt gehenden Seiten, die Basis und die freie Stirnseite, mit dem Schnittpunkt ihrer Verlängerungen den virtuellen Drehpunkt definieren und deren andere, nicht durch den gemeinsamen Drehpunkt gehenden Seiten starr bis zur ihrem Schnittpunkt verlängert sind und so ein mit jedem der Parallelogramme an einer Seite übereinstimmendes Gelenkviereck schaffen. Ein solches ebenes Bewegungsgitter ist nun durch die gelenkige Verbindung an den Eckpunkten beim Festhalten der Basis so deformierbar, dass die freie Stirnseite stets zum virtuellen Drehpunkt gerichtet ist. Letztlich besteht dieses Bewegungsgitter aus den beiden Gelenksparallelogrammen und einem Gelenkviereck, wodurch die Steifigkeit und die Gelenkigkeit erhöht werden. Es stellt die Ausbildung, bei der das Gelenkviereck zu einem (dritten) Gelenkparallelogramm mutiert, einen Sonderfall dar, der zu den eingangs genannten Bewegungsgittern überleitet, wenn dann auf eine der inneren Verbindungen verzichtet wird. It has this plane kinematics, hereinafter referred to together with the previously discussed kinematics mostly "motion grid", two Gelenkparallelogramme that have one of their vertices in common and their not going through this common corner points, the base and the free end face, with the intersection Their extensions define the virtual fulcrum and their other sides, which do not go through the common fulcrum, are rigidly extended to their point of intersection, thus creating a four - bar linkage coincident with each of the parallelograms on one side Corner points when holding the base so deformable that the free end face is always directed to the virtual fulcrum.Finally, this motion grid consists of the two joint parallels and a four-bar linkage, whereby the rigidity and articulation are increased ldung, in which the four-bar linkage mutated to a (third) articulated parallelogram, a special case, which leads to the aforementioned motion gratings, if then dispensed with one of the internal connections.
Um aus der ebenen Schwenkbewegung all dieser Bewegungsgitter um den virtuellen Drehpunkt eine räumliche (sphärische) Bewegung zu machen, ist es im Stand der Technik bekannt, die ortsfeste Seite des ersten Parallelogramms um ihre Längsachse schwenkbar zu gestalten, wodurch ganz einfach die gesamte Arbeitsfläche des Parallelogramms um diese Gerade, die ja den virtuellen Drehpunkt enthält, verdreht wird. In order to make a spatial (spherical) movement out of the planar pivoting movement of all these motion gratings about the virtual pivot point, it is known in the prior art to make the stationary side of the first parallelogram pivotable about its longitudinal axis, thereby simply the entire working surface of the parallelogram around this line, which indeed contains the virtual fulcrum, is twisted.
Eine solche Ausgestaltung ist auch beim neuen Bewegungsgitter möglich, doch haben alle derartigen Konstruktionen den Nachteil, gegenüber Kräften, die nicht innerhalb der Ebene des Bewegungsgitters liegen, ausgesprochen weich zu sein, so dass es rasch zu merklichen Abweichungen vom geraden Zustand der einzelnen Stäbe des Bewegungsgitters kommt, wodurch eine weitere Auslenkung in der Folge auch durch die im Wesentlichen innerhalb der Ebene des Bewegungsgitters liegenden Kräfte zustande kommt, da ja die belasteten Stäbe bereits auf Biegung beansprucht sind und bereits zum Beulen neigen. Dass auch dies für die Gelenke in den Drehpunkten nachteilig ist, braucht hier nur am Rande erwähnt zu werden. Such a configuration is also possible with the new motion grille, but all such constructions have the disadvantage of being extremely soft against forces which are not within the plane of the motion grating, so that there are rapidly noticeable deviations from the straight state of the individual bars of the motion grating comes, which also causes a further deflection in the episode the forces lying substantially within the plane of the movement grid come about, since the loaded bars are already subjected to bending and already tend to buckle. That this is disadvantageous for the joints in the fulcrums, needs to be mentioned only in passing.
Es besteht somit ein Bedarf, eine eingangs genannte Konstruktion, auch tauglich für den räumlichen Bereich anzugeben, die die genannten Nachteile nicht aufweist; auch für die weiterhin ebene Anwendung ist die erfindungsgemäße Lösung vorteilhaft anwendbar, da alle von außen wirkenden Kräfte, die nicht innerhalb der Ebene des Bewegungs- gitters liegen, ebenso wie alle Momente, deren Achsen nicht normal auf diese Ebene stehen, von der erfindungsgemäßen Konstruktion bestmöglich aufgenommen werden. There is thus a need to specify a construction mentioned above, also suitable for the spatial area, which does not have the disadvantages mentioned; The solution according to the invention can also be used advantageously for the further level application, since all externally acting forces which are not within the plane of the movement grating, as well as all moments whose axes are not normal to this plane, are best suited to the construction according to the invention be recorded.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht nun in der Kombination von zumindest zwei derartigen Bewegungsgittern, seien sie erfindungsgemäß oder nicht, die gemäß einer ersten Variante im Raum so angeordnet werden, dass die Schnittgerade ihrer Ebenen parallel zu den freien Stirnseiten der beiden Bewegungsgitter verläuft und die beiden freien Stirnseiten durch eine starre Plattform verbunden werden, so ermöglicht dies eine sphärische Bewegung der Plattform um einen virtuellen Drehpunkt und jede plattformfeste Achse parallel zu den beiden Stirnseiten beschreibt um den virtuellen Drehpunkt eine sphärische Bewegung. Im Zuge dieser Bewegung vollführen die beiden Bewegungsgitter nicht nur ihre Bewegungen innerhalb ihrer jeweiligen Ebene, sondern auch eine Verdrehung um ihre jeweilige Basis bzw. um die durch die Basis definierte Achse. In einer Ausgestaltung werden die beiden Stirnseiten der beiden Bewegungsgitter zusammenfallend ausgebildet, wodurch die bewegliche Plattform zu einer Achse degeneriert, die durch eine Hülse, an der die beiden Bewegungsgitter angreifen, repräsentiert sein kann. Dieser Fall tritt dann ein, wenn geometrisch gesehen, die Verlängerungen der beiden Basen und die Verlängerungen der (zusammenfallenden) freien Seiten einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. An embodiment of the invention now consists in the combination of at least two such motion grids, they are according to the invention or not, which are arranged according to a first variant in space so that the intersection line of their planes is parallel to the free end faces of the two motion grid and the two free End sides are connected by a rigid platform, this allows a spherical movement of the platform about a virtual pivot point and each platform-fixed axis parallel to the two end faces describes around the virtual fulcrum a spherical movement. In the course of this movement, the two motion grids perform not only their movements within their respective plane, but also a rotation about their respective base or about the axis defined by the base. In one embodiment, the two end faces of the two motion gratings are formed coincidentally, whereby the movable platform degenerates to an axis, which can be represented by a sleeve on which the two motion gratings attack. This case occurs when, geometrically speaking, the extensions of the two bases and the extensions of the (coinciding) free sides have a common point of intersection.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen die Fig. 1 eine schematische Darstellung eines neuen ebenen Bewegungsgitters, wie es für die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt werden kann, The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. It shows or show 1 is a schematic representation of a new planar movement grid, as it can be used for the device according to the invention,
die Fig. 2 eine rein schematische Darstellung der Beweglichkeit eines ebenen Bewegungsgitters entsprechend der Fig. 1 , 2 is a purely schematic representation of the mobility of a planar movement grid according to FIG. 1,
die Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei fluchtenden Bewegungsgittern, die Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei einander schneidenden ebenen Bewegungsgittern, 3 shows a device according to the invention with two aligned motion grids, FIG. 4 shows a device according to the invention with two mutually intersecting planar motion gratings,
die Fig. 5 eine Variante mit zwei einander schneidenden ebenen Bewegungsgittern, die Fig. 6 eine weitere Variante mit zwei einander schneidenden ebenen Bewegungs- gittern, 5 shows a variant with two intersecting plane motion gratings, FIG. 6 shows a further variant with two intersecting planar motion gratings,
die Fig. 7 noch eine Variante mit zwei einander schneidenden, mechanisch verstärkten Bewegungsgittern, 7 shows a variant with two intersecting, mechanically reinforced motion gratings,
die Fig. 8 verschiedene Bewegungsmöglichkeiten der Vorrichtung nach Fig. 7, die Fig. 9 eine Variante mit drei einander schneidenden ebenen Bewegungsgittern und die Fig. 10 ein ebenes Bewegungsgitter entsprechend dem Stand der Technik, wie es für die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt werden kann. 9 shows a variant with three intersecting plane motion grids and FIG. 10 shows a planar motion grating according to the prior art, as it can be used for the device according to the invention.
Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein Bewegungsgitter 1, wie es für eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden kann. Dieses Bewegungsgitter weist ein erstes Parallelogramm, ein Basisparallelogramm 8, mit den Seiten C, K, G, F und ein zweites Parallelogramm, ein Stirnparallelogramm 9, mit den Seiten D, H, I, E auf; mit einem gemeinsamen Drehpunkt 2 am Schnittpunkt der Seiten F und D. Die„äußeren" Seiten K und I sind über ihre gelenkigen Verbindungspunkte mit den Seiten G und H starr verlängert, was durch die schraffierten Dreiecke angedeutet ist, bis zu ihrem Schnittpunkt 3, in dieser vollen Länge werden diese Seiten mit A bzw. B bezeichnet. Die Verlängerungen der Seiten K und I in ihrer Form A bzw. B bilden gemeinsam mit den Seiten G und H der beiden Gelenkparallelogramme ein Gelenkviereck 10. Fig. 1 shows an example of a movement grid 1, as it can be used for a device according to the invention. This motion grid has a first parallelogram, a base parallelogram 8, with the sides C, K, G, F and a second parallelogram, an end parallelogram 9, with the sides D, H, I, E on; with a common fulcrum 2 at the intersection of sides F and D. The "outer" sides K and I are rigidly extended beyond their hinged connection points with sides G and H, indicated by the hatched triangles, to their intersection point 3, in For full length these sides are designated A and B. The extensions of the sides K and I in their form A and B together with the sides G and H of the two articulated parallelograms form a four-bar linkage 10.
Wenn man nun die Seite C als ortsfest, somit als Basis, betrachtet, so ist das Bewegungsgitter in der Ebene (Zeichenebene) durch die gelenkige Verbindung durch die einzelnen Schnittpunkte in der beschriebenen Weise deformierbar, stets aber so^ dass, unabhängig von der momentanen Konfiguration des Bewegungsgitters, die Verlängerung der Basis C die Verlängerung der freien Stirnseite E stets an gleicher Stelle, dem virtuellen Drehpunkt 4, schneidet. Dabei bleiben, wie ein gedankliches Vertauschen der Parallelogramme bzw. der Beweglichkeiten unmittelbar zeigt, die Längen J und L stets erhalten, die freie Stirnseite E vollführt um den Schnittpunkt 4" der Verlängerung der Basis C mit der Verlängerung der freien Stirnseite E eine echte sphärische Bewegung. Schnittpunkt 4" und Achse 4 fallen dabei stets zusammen, ebenso wie gegebenenfalls die Spur einer virtuellen Achse 4'. Considering side C as stationary, thus as a basis, the motion grid in the plane (drawing plane) is deformable in the manner described by the hinged connection through the individual points of intersection, but always such that irrespective of the instantaneous configuration of the movement grid, the extension of the base C, the extension of the free end face E always the same Point, the virtual pivot point 4, cuts. The lengths J and L are always maintained, as an interchange of ideas of the parallelograms and the mobilities shows immediately, the free end E performs around the point of intersection 4 "of the extension of the base C with the extension of the free end face E a real spherical motion Intersection point 4 "and axis 4 always coincide, as well as possibly the trace of a virtual axis 4 '.
Diese Bedingung wird immer erfüllt, wenn die folgenden geometrischen Voraussetzungen eingehalten werden, wobei hier die für die einzelnen Stäbe stehenden Buchstaben deren Länge bedeuten: This condition is always met if the following geometric conditions are met, where the letters standing for the individual bars mean their length:
I = (B*L)/(L+E) K = (J*A)/(J+C) I = (B * L) / (L + E) K = (J * A) / (J + C)
D = (B*L)/(L+E) F = (J*A)/(J+C) D = (B * L) / (L + E) F = (J * A) / (J + C)
E = H G = C  E = H G = C
Die in Fig. 1 dargestellten und auch bemaßten Größen X und Y dienen nur zur Symbolisierung der starren Ausführung der Kanten bzw. Stäbe A und B, um anzudeuten, dass diese Stäbe zufolge der Angriffspunkte der Stäbe G bzw. H auch auf Biegung beansprucht werden und daher entsprechend zu dimensionieren sind. Es soll noch festgehalten werden, dass bei diesen Relationen die Punkte 4", 2 und 3 stets auf einer (gedachten) Geraden 11 liegen. The dimensions X and Y shown in FIG. 1 and also dimensioned serve only to symbolize the rigid design of the edges or bars A and B, in order to indicate that these bars are also subjected to bending as a result of the points of application of the bars G and H, respectively Therefore, to be dimensioned accordingly. It should also be noted that in these relations the points 4 ", 2 and 3 always lie on an (imaginary) line 11.
Die Fig. 2 zeigt, unter Hinweglassung fast aller Bezugzeichen, verschiedene Stellungen eines Bewegungsgitters 1 nach Fig. 1 und somit den großen Winkelbereich, den ein solches Bewegungsgitter bei der Führung eines Werkzeuges in der Achse der freien Stirnseite E bezüglich eines weit außerhalb der Vorrichtung liegenden virtuellen Drehpunktes 4 zu liefern vermag. Dieses Bewegungsgitter ist auch einzeln für sich verwendbar, nicht nur naheliegender Weise als ebene Kinematik, sondern auch dreidimensional, beispielsweise, wenn es um die Achse seiner Basis C drehbar angeordnet ist. Fig. 2 shows, omitting almost all reference numerals, different positions of a movement grating 1 of FIG. 1 and thus the large angular range, such a motion grid in the leadership of a tool in the axis of the free end E with respect to a far out of the device virtual fulcrum 4 is able to deliver. This motion grid is also individually usable, not only obvious as a planar kinematics, but also three-dimensional, for example, when it is rotatable about the axis of its base C.
Die Fig. 10 zeigt ein ebenes Bewegungsgitter gemäß dem Stand der Technik, wie es insbesondere aus dem oben genannten DE-U bekannt ist. Die beiden Gelenkparallelogramme und ihre Verbindung sind gut zu erkennen, ebenso die Drehbarkeit um die Basisachse, mittels der die sphärische Bewegung des Werkzeuges 14 um den Drehpunkt „D" erreicht wird. FIG. 10 shows a plane movement grating according to the prior art, as is known in particular from the abovementioned DE-U. The two Gelenkparallelogramme and their connection are clearly visible, as well as the rotation around the Base axis, by means of which the spherical movement of the tool 14 is achieved around the pivot point "D".
Gemäß der bereits genannten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden zumindest zwei solcher ebenen Bewegungsgitter, egal nach welchem Aufbau, miteinander kombiniert, um zu der gewünschten Beweglichkeit um eine Achse bzw. um einen Drehpunkt zu kommen. Bei einer ersten Variante entsprechend der Fig. 3 werden zwei derartige Bewegungsgitter fluchtend zueinander vorgesehen und entsprechend miteinander verstrebt, bilden somit einen Fachwerkskörper, der eine Drehung um eine Achse erlaubt. Bei den Fig. 1 und 2 entspricht der Verlauf dieser Achse dem virtuellen Drehpunkt 4, die Achse verläuft normal zur Darstellungsebene. According to the already mentioned advantageous embodiment of the invention, at least two such planar motion gratings, no matter which construction, combined with each other to come to the desired mobility about an axis or about a pivot point. In a first variant according to FIG. 3, two such motion gratings are provided in alignment with one another and braced in accordance with one another, thus forming a truss body which allows rotation about an axis. In FIGS. 1 and 2, the course of this axis corresponds to the virtual pivot 4, the axis is normal to the plane of representation.
In Fig. 3 ist ein solcher Fachwerkskörper in drei verschiedenen Stellungen jeweils in Seitenansicht und in perspektivischer Ansicht dargestellt, die diagonalen Versteifungen 5 zur Aufnahme von Kräften bzw. Kraftkomponenten in Richtung normal zur Ebene der Bewegungsgitter 1 und zur Sicherung der fluchtenden Lage der Bewegungsgitter sind deutlich zu sehen. Die virtuelle Achse 4' ist nur in den Seitenansichten eingezeichnet, ihr Zusammenfallen mit dem Schnittpunkt 4" ist evident. In Fig. 3, such a framework is shown in three different positions, respectively in side view and in perspective view, the diagonal stiffeners 5 for receiving forces or force components in the direction normal to the plane of the movement grid 1 and to secure the aligned position of the movement grid are clear to see. The virtual axis 4 'is shown only in the side views, their coincidence with the intersection 4 "is evident.
In einer in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausgestaltung werden die beiden Bewegungsgitter 1 so angeordnet, dass die die Verlängerungen der beiden Basen C und der beiden freien Stirnseiten E einander im virtuellen Drehpunkt 4 schneiden, die eigentliche Werkzeugspindel kann dann an einer Plattform 6, die von den beiden freien Stirnseiten E gebildet bzw. mit diesen fest verbunden ist, passend angebracht werden und bleibt in der Folge bei jeder Bewegung der Vorrichtung auf den virtuellen Drehpunkt 4 gerichtet; sie vollführt eine sphärische Bewegung um den virtuellen Drehpunkt 4. In a second embodiment shown in Fig. 4, the two movement grids 1 are arranged so that the extensions of the two bases C and the two free end faces E intersect each other in the virtual pivot point 4, the actual tool spindle can then on a platform 6, the the two free end faces E formed or fixedly connected to these are fitted and remains in the sequence with each movement of the device directed to the virtual pivot 4; she performs a spherical movement around the virtual fulcrum 4.
In einer weiteren, in Fig. 5 gezeigten, Ausgestaltung ist es möglich, wie bereits oben kurz erwähnt, zwischen den beiden freien Stirnseiten E auch dann, wenn die Schnittpunkte 4" ihrer Verlängerung und der Verlängerung der Basen C nur für jeweils ein Bewegungsgitter 1 zusammenfällt, eine feste Plattform 6 an den freien Stirnseiten E anzubringen und auf dieser wiederum die Werkzeugachse so zu positionieren, dass sie stets auf den virtuellen Drehpunkt 4, der dann zwischen den genannten Schnittpunkten liegt, gerichtet ist. In Fig. 5 ist in der perspektivischen Ansicht die Basis C des „hinteren" Bewegungsgitters verdeckt, ihre Drehachse ist im Bereich des Schnittpunktes 4" sichtbar und dort mit„C" bezeichnet. In a further, shown in Fig. 5 embodiment, it is possible, as already briefly mentioned above, between the two free end faces E, even if the intersections 4 "of their extension and the extension of the bases C coincide only for a respective motion grid 1 to attach a fixed platform 6 to the free end faces E and in turn to position the tool axis so that they always point to the virtual pivot point 4, which then between said intersections lies, is directed. In Fig. 5, the base C of the "rear" motion grid is hidden in the perspective view, its axis of rotation is visible in the region of the intersection 4 "and there denoted by" C ".
Die Fig. 6 zeigt eine wieder andere Variante, bei der die beiden Basen C der beiden Bewegungsgitter 1 zusammenfallen. Gezeigt ist ein entsprechender Fachwerkskörper in drei verschiedenen Stellungen jeweils in vereinfachter Seitenansicht und in perspektivischer Ansicht Die Bewegung der beiden Bewegungsgitter 1 um die der Basis C zugehörige Drehachse ist von außen, beispielsweise einen (nicht dargestellten) Aktuator zu bewirken, gegebenenfalls ist die Basis C auch das Ende eines Roboterarms oder ähnliches. Wiederum sind diagonal verlaufende Versteifungen 5 vorgesehen, um Querkräfte aufzunehmen. Eine feste Plattform 6 ist zwischen den freien Stirnseiten E ausgebildet, die zum virtuellen Drehpunkt 4 gerichtete Achse ist rein schematisch eingetragen. Die„Seitenansichten" zeigen eines der beiden Bewegungsgitter 1 ohne Rücksicht auf das zweite oder die Versteifungen zu nehmen, deshalb die Gänsefüßchen. FIG. 6 shows another variant in which the two bases C of the two motion gratings 1 coincide. Shown is a corresponding half-timbered body in three different positions each in a simplified side view and perspective view The movement of the two motion grating 1 about the base C associated rotation axis is externally, for example, to cause an actuator (not shown), optionally, the base C also the end of a robotic arm or similar. Again, diagonal stiffeners 5 are provided to absorb shear forces. A fixed platform 6 is formed between the free end faces E, the axis directed to the virtual pivot point 4 is entered purely schematically. The "side views" show one of the two motion grids 1 without regard to the second or the stiffeners, therefore the goose feet.
Um nun Kräfte bzw. Kraftkomponenten, die normal auf die Ebene eines der Bewegungsgitter wirken, aufnehmen zu können, ist es einerseits möglich, dieses Bewegungsgitter entsprechend massiv auszugestalten, doch ist es vorteilhaft, es mit seitlichen Verstrebungen zu versehen, wobei die Verstrebung die Bewegungen des Gitters mit macht, dabei aber die Seitenkräfte ableitet. In order to be able to absorb forces or force components which normally act on the plane of one of the movement grids, it is possible, on the one hand, to make this movement grille correspondingly solid, but it is advantageous to provide it with lateral struts, wherein the strut supports the movements of the movement Grid with power, but it derives the lateral forces.
Ein Beispiel für eine derartige Verstrebung ist bei einer interessanten Ausgestaltung einer Vorrichtung ähnlich der der Fig. 5 in den Fig. 7 und 8 dargestellt: Die Ebenen der beiden Bewegungsgitter 1 fallen in einer Stellung, die in Fig. 7 gezeigt ist, zusammen. Die Achsen der beiden Basen C schneiden einander in einem Punkt, durch den auch die Werkzeugachse 10 geht. Es ist möglich, die Werkzeugachse entlang der Verbindungslinie der beiden Drehpunkte zu verschieben und dabei dennoch eine Bewegung um einen virtuellen Drehpunkt (der dann exzentrisch liegt) zu erhalten. Dies ermöglicht ein Durchschwenken der Vorrichtung durch den ebenen Zustand, da beide ebenen Bewegungsgitter 1 mit seitlichen Verstrebungen 7 versehen sind, ohne dass es zur Ausbildung einer Singularität kommt. Die Fig. 8 zeigt sechs verschiedene Stellungen dieser Vorrichtung in perspektivischer Ansicht, woraus der große Schwenkbereich in allen Richtungen ersichtlich ist. In diesen Stellungen tritt durch die zweifache Ausbildung der seitlichen Verstrebungen eine Überbestimmung auf, doch spielt dies keine nachteilige Rolle. An example of such a bracing is shown in an interesting embodiment of a device similar to that of Fig. 5 in Figs. 7 and 8: The planes of the two movement grids 1 coincide in a position shown in Fig. 7 together. The axes of the two bases C intersect each other at a point through which the tool axis 10 passes. It is possible to move the tool axis along the connecting line of the two fulcrums while still maintaining motion around a virtual fulcrum (which is then eccentric). This allows the device to be swiveled through the plane state, since both plane movement grids 1 are provided with lateral struts 7 without the formation of a singularity. Fig. 8 shows six different positions of this device in a perspective view, resulting in the large swivel range in in all directions. In these positions an over-determination occurs due to the double formation of the lateral bracing, but this does not play a disadvantageous role.
In Fig. 7 ist sind beide Bewegungsgitter mit jeweils einer seitlichen Verstrebung 7 versehen, die normal zur Gitterebene wirkende Kraftkomponenten aufnimmt und ableitet. Diese Verstrebung macht die Verformung der Gelenkvierecke selbstverständlich mit und ist entsprechend ausgebildet. Dabei gilt, dass die Verstrebung aus einem Stabwerk über zumindest einer der Seiten A, B, F+H, D+G besteht, mit der Maßgabe, dass Versteifungen über F+H, bzw. D+G in den Gelenkpunkten gelenkig ausgebildet sind, wie dies die Figur andeutet. Als seitliche Verstrebung 7 wird dabei die Gesamtheit des Stabwerkes verstanden. In FIG. 7, both movement grids are each provided with a lateral strut 7, which receives and derives force components acting normal to the grating plane. This bracing makes of course the deformation of the four-bar linkages and is designed accordingly. It is true that the strut consists of a framework over at least one of the sides A, B, F + H, D + G, with the proviso that stiffeners over F + H, and D + G are articulated in the hinge points, as the figure indicates. As a lateral bracing 7 while the entirety of the framework is understood.
Eine in Fig. 9 gezeigte, wieder andere Ausgestaltung mit Ableitung von Querkräften besteht darin, drei Bewegungsgitter 1, deren Ebenen bevorzugt um 180° verdreht um eine Zentralachse angeordnet sind (dies in einer„Normalstellung", da sich während des Betriebes die Winkellagen der Ebenen um deren Basen ändert), vorzusehen, wodurch auch in sehr extremen Positionen jede der auftretenden Kraftkomponenten innerhalb eines der Gitter abgeleitet werden kann. In diesem Fall wird bevorzugt, dass die Achsen der drei Basen C nicht in einer Normalebene zur gedachten Zentralsymmetrieachse verlaufen, sondern auf einen Punkt„unterhalb" dieser Normalebene, da dadurch eine Vergrößerung des Kegelwinkel, in dem die Werkzeugachse 10 anzustellen ist, erreicht wird. A different embodiment shown in FIG. 9 with the derivation of transverse forces consists of three motion grids 1 whose planes are preferably arranged rotated by 180 ° about a central axis (this in a "normal position", since during operation the angular positions of the planes in order to be able to derive each of the occurring force components within one of the grids even in very extreme positions, in which case it is preferred that the axes of the three bases C do not run in a normal plane to the imaginary central axis of symmetry, but instead a point "below" this normal plane, since thereby an increase of the cone angle, in which the tool axis 10 is to be set is achieved.
In den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen sind die bei einer Vorrichtung verwendeten Bewegungsgitter stets untereinander gleich (deckungsgleich), doch ist dies nicht notwendig, solange nur die oben angegebenen geometrischen Bedingungen für jedes einzelne Bewegungsgitter erfüllt sind. Aus Gründen der Herstellungskosten und der Lagerhaltung wird im allgemeinen die Verwendung solcher untereinander gleichen Bewegungsgitter bevorzugt, nur bei Vorrichtungen für spezielle gestaltete Oberflächen ist es denkbar, dass die Verwendung ungleicher Bewegungsgitter Vorteile mit sich bringt. Die Angriffspunkte bzw. Verbindungspunkte zwischen den Bewegungsgittern und der das Werkzeug tragenden Plattform, wenn es sich nicht um eine mit den freien Stirnseiten fest verbundene Plattform handelt, somit bei den Varianten gemäß Fig. 7-9 verfügen über passende Beweglichkeit, wie speziell in Fig. 7 angedeutet. Bei der Variante nach Fig. 9 muss jede Verbindung 11 unabhängig von den anderen um die Werkzeugachse 10 drehbar sein, jede Verbindung 11 soll mit der zugehörigen Verbindung 11 ' fluchtend montiert sein (beispielsweise wie in Fig. 7 durch die im Abstand vom Werkzeugträger vorgesehene stabartig Verbindung angedeutet). In the illustrated and described embodiments, the motion grids used in a device are always equal to each other (congruent), but this is not necessary as long as only the above-mentioned geometric conditions for each individual motion grid are met. For reasons of manufacturing costs and storage, the use of such mutually identical motion grid is generally preferred, only in devices for special designed surfaces, it is conceivable that the use of uneven motion grid brings benefits. The points of application or connection points between the motion gratings and the platform carrying the tool, if it is not a platform firmly connected to the free end faces, thus in the variants according to FIGS. 7-9 have suitable mobility, as shown specifically in FIG. 7 indicated. In the variant according to FIG. 9, each connection 11 must be rotatable about the tool axis 10 independently of the others, each connection 11 should be mounted in alignment with the associated connection 11 '(for example as in FIG. 7 by the rod-like manner spaced from the tool carrier Connection indicated).
Die Fig. 10, die ein Beispiel eines ebenen Bewegungsgitters gemäß dem Stand der Technik zeigt, wurde bereits oben näher erläutert. Gut erkenntlich ist, dass der erreichbare Schwenkwinkel deutlich kleiner ist, als bei den neuen Bewegungsgittern. FIG. 10, which shows an example of a planar motion grating according to the prior art, has already been explained in more detail above. It is well recognizable that the achievable swing angle is significantly smaller than with the new motion grids.
Für den Fachmann ist die entsprechende Ausgestaltung der Verbindungen und der Bewegungsgitter, die jeweils unabhängig voneinander angewandt und auf unterschiedlichste Weise miteinander kombiniert bzw. auch einzeln angewandt werden können, in Kenntnis der Erfindung leicht möglich. Als Materialien kommen je nach Anwendungsgebiet alle dort üblichen Materialien in Frage. For those skilled in the art, the corresponding configuration of the compounds and the motion grid, each of which can be applied independently and combined with each other in a variety of ways or individually applied, with knowledge of the invention easily possible. Depending on the field of application, all materials customary there are suitable materials.
Bei Verwendung der neuen Bewegungsgitter ist es notwendig, dass die beiden Gelenkparallelogramme (8, 9) an ihren Ecken (F,G; D,H) einen gemeinsamen Drehpunkt (2) aufweisen, dass die beiden benachbarten Parallelogrammseiten (G, H) mit den stets gerade verlängerten Seiten (AB) das Gelenkviereck (10: ABHG) bilden, dass die Seite (C) die Basis darstellt und dass deren Verlängerung mit der Verlängerung der freien Stirnseite (E) stets den festen virtuellen Drehpunkt (4) bzw. die feste, virtuelle Achse (4') schneidet. When using the new motion grids, it is necessary for the two articulated parallelograms (8, 9) to have a common pivot point (2) at their corners (F, G; D, H) such that the two adjacent parallelogram sides (G, H) coincide with the always straight extended sides (AB) form the four-bar linkage (10: ABHG), that the side (C) represents the base and that its extension with the extension of the free end face (E) always the fixed virtual pivot point (4) and the fixed , virtual axis (4 ') intersects.
Bevorzugt erfüllen dabei die Längen der Seiten die folgenden Maßgaben: Preferably, the lengths of the pages meet the following requirements:
I = (B*L)/(L+E) K = (J*A)/(J+C) I = (B * L) / (L + E) K = (J * A) / (J + C)
D = (B*L)/(L+E) F = (J*A)/(J+C)  D = (B * L) / (L + E) F = (J * A) / (J + C)
E = H G = C wobei A bis I und K die Längen der im Anspruch 1 mit gleichem Buchstaben bezeichneten Seiten sind und L bzw. J die Abstände vom festen virtuellen Drehpunkt (4) bzw. von der festen, virtuellen Achse (4') bis zum Schnittpunkt (FC) bzw. dem Schnittpunkt (ED) bedeuten. E = HG = C where A to I and K are the lengths of the sides designated in claim 1 with the same letter and L and J are the distances from the fixed virtual pivot point (4) and from the fixed, virtual axis (4 ') to the intersection point (FC) or the intersection point (ED).
Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung betreffen, beispielsweise: Further fields of application of the invention relate, for example:
• Untersuchungsstühle (mit speziellem virtuellem Drehpunkt um den zu behandelnden Bereich) z.B. Zahnarztstuhl mit virtuellem Drehpunkt um Mund oder für z.B. für Darmspiegelungen usw.  • Examination chairs (with special virtual fulcrum around the area to be treated) e.g. Dentist's chair with virtual pivot around mouth or for e.g. for colonoscopy etc.
• Krankenbetten mit dieser Kinematik zum Umlagern von liegenden Patienten, somit hat das Pflegepersonal weniger Aufwand  • Hospital beds with this kinematics for relocating recumbent patients, so the nursing staff has less effort
• Kinematik als Tisch für die Untersuchung von Proben aller Art. Bei der optischen Inspektion, der Stereomikroskopie will man die Proben unter dem Mikroskop um den fokussierten (virtuellen) Punkt drehen. Auch die Aufnahme von 3D Bildern durch gesteuerte Achsen des Tisches ist hierdurch möglich • Kinematics as a table for the examination of samples of all kinds. In the optical inspection, stereomicroscopy you want to rotate the samples under the microscope around the focused (virtual) point. It is also possible to record 3D images through controlled axes of the table
• Bearbeiten und Löten von Platinen unter dem Mikroskop (miniaturisierte Bauteile) • Processing and soldering of circuit boards under the microscope (miniaturized components)
• Diffraktionstechnik, hierbei wird mit Röntgenstrahlung auf eine Probe geschossen um dabei die chemische Analyse/Zusammensetzung der Probe durchzuführen. Dabei ist es denkbar entweder den Tisch mit der Probe virtuell zu drehen, oder aber die Detektoren und Strahlquelle selber um den Probenpunkt mit der Kinematik zu drehen.  • Diffraction technique, in which X-rays are shot at a sample to carry out the chemical analysis / composition of the sample. It is conceivable either to virtually rotate the table with the sample or to rotate the detectors and the beam source itself around the sample point with the kinematics.
Liste der Bezugszeichen: List of reference numbers:
1 ebenes Bewegungsgitter 8 Basisparallelogramm 1 plane motion grid 8 basic parallelogram
2 gemeinsamer Drehpunkt 9 Stirnparallelogramm  2 common pivot 9 frontal parallelogram
3 Schnittpunkt AB 10 Gelenkviereck  3 Intersection AB 10 four-bar linkage
4 Virtueller Drehpunkt 11 Werkzeugachse  4 Virtual pivot 11 Tool axis
4' virtuelle Achse 12 Leer  4 'virtual axis 12 Empty
4" Schnittpunkt CE 13 Leer  4 "intersection CE 13 empty
5 diagonale Versteifung 14 Werkzeug  5 diagonal bracing 14 tool
6 Plattform D Drehpunkt  6 Platform D pivot point
7 Seitliche Verstrebung  7 lateral bracing

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Vorrichtung, mit deren Hilfe ein Werkzeug, ein Werkstück, ein medizinisches Gerät, oder ein anderer Gegenstand um einen im Raum festen virtuellen Drehpunkt (4) bzw. um eine im Raum feste, virtuelle Achse (4') geschwenkt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest zwei ebene Bewegungsgitter (1) umfasst, die jeweils zwei Gelenkparallelogramme (8: CKGF; 9: HIED) und gegebenenfalls ein Gelenkviereck (10: ABHG) aufweisen.1. Device by means of which a tool, a workpiece, a medical device, or another object about a solid in space virtual pivot point (4) or about a solid in space, virtual axis (4 ') can be pivoted, characterized characterized in that it comprises at least two planar motion gratings (1) each having two joint parallelograms (8: CKGF; 9: HIED) and optionally a four-bar linkage (10: ABHG).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen der beiden ebenen Bewegungsgitter parallel zueinander verlaufen und die beiden Schnittpunkte (LJ) eine gemeinsame raumfeste virtuelle Achse (4') definieren.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the planes of the two planar movement grid parallel to each other and the two intersections (LJ) define a common solid virtual axis (4 ').
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen der beiden ebenen Bewegungsgitter einander in einer Geraden parallel zu den beiden Basen schneiden und der gemeinsame Schnittpunkte (LJ) einen gemeinsamen raumfesten virtuelle Drehpunkt (4) definiert. 3. A device according to claim 1, characterized in that the planes of the two planar motion grid intersect each other in a straight line parallel to the two bases and the common intersections (LJ) defines a common fixed space virtual pivot point (4).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Stirnflächen (E) der Bewegungsgitter eine Plattform (6) tragen, die um den raumfesten virtuellen Drehpunkt (4) verschwenkt wird.  4. The device according to claim 3, characterized in that the free end faces (E) of the movement grid carry a platform (6) which is pivoted about the fixed space virtual pivot point (4).
5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines ihrer ebenen Bewegungsgitter (1) über eine Verstrebung (7) verfugt.  5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of its planar movement grid (1) has a strut (7).
6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstrebung aus einem Stabwerk über zumindest einer der Seiten (A, B, F+H, D+G) besteht, mit der Maßgabe, dass Versteifungen über (F+H, D+G) in den Gelenkpunkten gelenkig ausgebildet sind.  6. The device according to claim 6, characterized in that the strut consists of a framework over at least one of the sides (A, B, F + H, D + G), with the proviso that stiffeners on (F + H, D + G) are articulated in the hinge points.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei ebene Bewegungsgitter (1) aufweist, deren Ebenen eine gemeinsame Schnittachse aufweisen.  7. The device according to claim 1, characterized in that it comprises three planar movement grid (1) whose planes have a common cutting axis.
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