Beschreibung

Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes mit mindestens einem ersten und einem zweiten Achs ^¬ element sowie eine Werkzeugmaschine mit einer derartigen Vor ^¬ richtung.

Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise zur Ausrich ^¬ tung eines Objektes oder zur Erzeugung einer bestimmten Kraft oder eines Drehmomentes eingesetzt werden. Ein typisches Einsatzgebiet im industriellen Umfeld ist eine Werkzeugma ^¬ schine, bei der ein Werkzeug zu Bearbeitungszwecken in eine bestimmte Position relativ zum zu bearbeitenden Werkstück gefahren werden soll. Die entsprechenden Positionsdaten werden von einer übergeordneten Steuerung vorgegeben und können mit Hilfe der Vorrichtung angefahren werden.

Zur Bewegung eines Objektes wie beispielsweise eines Werk ^¬ zeugs gemäß den von einer übergeordneten Steuereinheit vorge ^¬ gebenen Positionsdaten werden heute in der Regel klassische Aktoren eingesetzt. Derartige Aktoren sind beispielsweise E- lektromotoren oder Hydraulik- bzw. Pneumatikantriebe, die häufig über ein Getriebe, eine Zahnstange, Kugelrollspindeln, Hebel und ähnliches auf das zu bewegende Objekt wirken. Bei diesen herkömmlichen Aktorkonzepten werden rotatorische Bewegungen in Linearbewegungen umgewandelt .

Ein neuartiges Antriebskonzept insbesondere für hochpräzise und hochdynamische Positionieraufgaben stellt der so genannte Hexapod dar. Ein Hexapod umfasst sechs stabförmige Elemente, die teleskopartig einzeln verkürzt oder verlängert werden können. Diese sechs Teleskopbeine erzeugen eine parallelkine- matische Struktur. Durch koordinierte Längenänderungen der Teleskopbeine kann ein Objekt bezüglich aller sechs Frei ^¬ heitsgrade bewegt werden.

Aus der DE 199 44 569 Cl ist ein Hexapodbearbeitungszentrum bekannt mit einem Maschinengestell, das einen Arbeitsraum bildet, sechs an das Maschinengestell gelenkig angeschlosse ^¬ nen, in der Länge stellbeweglichen Streben, die in den Ar- beitsraum ragen und programmgesteuerte Stellbewegungen ausführen, einem von den Streben gehaltenen Spindelträger mit Motorspindel und einem Tisch zur Positionierung eines zu bearbeitenden Werkstücks, wobei die Anschlussgelenke von drei Streben am Spindelträger in einer erste Angriffsebene ange- ordnet sind und die Anschlussgelenke der anderen Streben am Spindelträger eine zweite Angriffsebene bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst ein ^¬ fache Bewegung eines Objektes im Raum zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes gelöst, wobei die Vorrichtung ein erstes und ein zweites Achselement aufweist, wobei das erste und das zweite Achselement derart angeordnet sind, dass das Objekt durch im Wesentlichen axial gerichtete Längenänderungen der Achselemente bezüglich zumindest zweier Freiheitsgrade bewegbar ist, wobei die Achselemente aus einem durch eine elektrische, thermische oder magnetische Anregung formveränderbaren Material sind und wobei die jeweilige im Wesentlichen axial ge- richtete Längenänderung der Achselemente durch die Anregung bewirkbar ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bereits ei ^¬ ne Kopplung von nur zwei linear längenveränderlichen Elemen- ten zu einer Parallelkinematik genutzt werden kann, um das Objekt bezüglich zweier Freiheitsgrade im Raum bewegen zu können. Erfindungsgemäß wird eine solche Bewegung durch eine Verlängerung oder Verkürzung der Achselemente bewirkt . Um dies zu ermöglichen, sind die Achselemente aus Materialien ausgeführt, deren Form durch den Einfluss der physikalischen Größen Spannung, Magnetfeld oder Temperatur verändert werden kann. Derartige Materialien werden hier sowie im gesamten Do-

kument auch als intelligente Materialien bezeichnet. Beispie ^¬ le für intelligente Materialien sind elektroaktive Polymere, Magnetic Shape Memory Actuator, Metallschäume und Piezomate- rialien. Derartige Achselemente können durch Anregung mit der entsprechenden physikalischen Größe hochdynamisch in ihrer Länge verändert werden, wodurch eine sehr einfache, präzise und dynamische Bewegung des Objektes bewirkt werden kann.

Im Gegensatz zu den von Hexapodmaschinen bekannten Teleskop- Stäben ist hierbei keine zusätzliche Antriebsmechanik erfor ^¬ derlich. Die Anzahl der zur Bewegungserzeugung notwendigen Komponenten wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Aktorkonzepten sowie den bekannten Hexapodenanordnungen mit Teleskopstäben deutlich reduziert.

Durch die Verwendung intelligenter Materialien sind schnelle Reaktionszeiten und längere Betriebszeiten realisierbar. Bei einem herkömmlichen Ansatz wird typischerweise eine rotatorische Bewegung z.B. eines Elektromotors über eine Zahnstange oder ähnliches in eine Linearbewegung umgewandelt, wobei die Zahnstange schließlich auf die eigentliche Maschinenmechanik wirkt . Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Aufgaben dieser drei Elemente durch eine einzige Komponente be ^¬ stehend aus dem intelligenten Material zusammengefasst .

Durch die mit der Erfindung erzielbare Komponentenersparnis ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Umsetzung in miniaturisierten Anwendungen, wie sie beispielsweise in der Mikromechanik vorkommen, geeignet.

Die Vorrichtung ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als Tripod ausgeführt, wobei die Vorrichtung ein drittes Achselement aus einem durch eine elektrische, thermische oder magnetische Anregung formveränderbaren Mate- rial aufweist, wobei eine im Wesentlichen axial gerichtete Längenänderung des dritten Achselementes durch die Anregung bewirkbar ist und wobei erstes, zweites und drittes Achsele-

ment derart angeordnet sind, dass das Objekt durch deren An ^¬ regung bezüglich zumindest dreier Freiheitsgrade bewegbar ist. Durch die Hinzunahme des dritten Achselementes wird ein weiterer Freiheitsgrad zur Bewegung des Objektes gewonnen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Achselemente einen gemeinsamen Kontaktpunkt zum Objekt auf. Beispielsweise bei einer derartigen Anordnung als Tripod aus drei Achselementen können z. B. eine Verschiebung des Objek- tes bezüglich eines Freiheitsgrades und eine Rotation des Ob ^¬ jektes bezüglich zweier Freiheitsgrade durchgeführt werden. Es ist jedoch auch eine andere Verteilung der 3 möglichen Freiheitsgrade denkbar. Ausschlaggebend hierfür ist die Art der Ankopplung des Objektes an den gemeinsamen Kontaktpunkt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein durch die Achselemente posi ^¬ tionierbares im Wesentlichen axial längenveränderliches Hilfselement , das einen weiteren Kontaktpunkt zum Objekt auf- weist. Enthält das Objekt selbst bewegliche Elemente, so kann mit Hilfe des Hilfselementes und der Tripode eine Relativbe ^¬ wegung dieser beweglichen Elemente erzeugt werden. Eine solche Relativbewegung kann beispielsweise zur Betätigung eines mechanischen Werkzeugs dienen. Zweckmäßig ist insbesondere auch hierbei eine Ausführung des Hilfselementes aus einem durch eine elektrische, thermische oder magnetische Anregung formveränderbaren Material.

Um sowohl alle drei translatorischen als auch alle drei rota- torischen Freiheitsgrade bedienen zu können, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Vorrichtung als Hexapod ausgeführt, wobei die Vorrichtung mit einem vierten, fünften und sechsten Achselement aus einem durch eine elekt ^¬ rische, thermische oder magnetische Anregung formveränderba- ren Material ausgeführt ist, wobei eine im Wesentlichen axial gerichtete Längenänderung des vierten, fünften und sechsten Achselementes durch die Anregung bewirkbar ist und wobei ers-

tes, zweites, drittes, viertes, fünftes und sechstes Achsele ^¬ ment derart angeordnet sind, dass das Objekt durch deren An ^¬ regung bezüglich aller sechs Freiheitsgrade bewegbar ist. Bei der Verwendung von sechs Achselementen ist zum einen sicher- gestellt, dass alle sechs Freiheitsgrade für die Bewegung des Objektes zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ist bei einer Verwendung von sechs Achselementen gewährleistet, dass ein 6- Tupel bestehend aus den sechs Längen der Achselemente einein ^¬ deutig auf genau eine Position und Lage des zu bewegenden Ob- jektes abgebildet wird.

Zur Vermeidung von Biegespannungen innerhalb der Achselemente ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, bei der die Achselemente der Vorrichtung gelenkig an das Objekt anschließbar sind.

Die Art des Gelenkes ist vorzugsweise in Abhängigkeit der An ^¬ zahl der verwendeten Achselemente zu wählen. Um eine stabile Positionierung und Ausrichtung des Objektes sicherzustellen, kennzeichnet sich ein vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass das die gelenkige Anschlussmöglichkeit der Achselemente an das Objekt derart gestaltet ist, dass bei ei ^¬ ner Zahl n an das Objekt angeschlossener Achselemente maximal n Freiheitsgrade für die Bewegung des Objektes zur Verfügung stehen. Diese Bedingung ist notwendig, wenn sichergestellt werden soll, dass ein beliebiges n-Tupel der n Achselement ^¬ längen eineindeutig auf genau eine Position und Ausrichtung des zu bewegenden Objektes abgebildet wird. Bei einer Hexa- pod-Anordnung ist zur Gewährleistung der sechs Freiheitsgrade ein Kugelgelenk zweckmäßig, welches alle drei rotatorischen Freiheitsgrade erlaubt. Bei einem Tripod hingegen wird man vorzugsweise ein Gelenk mit einer gegenüber dem Kugelgelenk reduzierten Anzahl rotatorischer Freiheitsgrade vorsehen, sofern man eine eineindeutige Abbildung jedes 3-Tupels der drei Achslängen auf jeweils genau eine Position und Lage des zu bewegenden Objektes sicherstellen will.

Insbesondere zur Gewährleistung hochdynamischer und hochpräziser Positionieraufgaben im Bereich der industriellen Fertigung ist eine Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, bei der die Vorrichtung zur Spindelführung bei einer Werkzeugma- schine vorgesehen ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Vorrichtung zur Ausrichtung eines Reflektors vorgesehen ist. Ein derartiger Reflektor kann beispielsweise zur gezielten Umlenkung von Laserstrahlen benutzt werden, die für hochpräzise Schneidevorgänge in der Fertigungstechnik verwendet werden.

Durch eine geschickte Verwendung mehrerer Achselemente ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung denkbar, bei der die Vorrichtung zum Transport des Objektes vorgesehen ist. Beispielsweise durch Anordnung vieler Tripoden in einem Array und koordinierte Ansteuerung dieser Tripoden bzw. deren Achselemente lassen sich auf dem Array lose Objekte ähnlich wie auf einem Förderband linear transportieren. Zusätzlich können diese Objekte auch noch gedreht oder in Kurvenbahnen transportiert werden. Durch eine feste Anordnung solcher Tripoden Arrays an der Unterseite des Objektes kann das Objekt sich sogar „selbständig" fortbewegen.

Die gewünschte Formveränderbarkeit der Achselemente lässt sich durch verschiedene Materialien realisieren. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltungsform der Erfindung, bei der das Material der Achselemente ein elektroaktiver Polymer ist. Bei elektroaktiven Polymeren kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine relativ große Formveränderung erzielt werden. Somit kann die zur Bewegung des Objektes erforderliche axiale Längenänderung der Achselemente durch Anlegen der elektrischen Spannung in einem relativ großen Bereich eingestellt werden.

Bei einer hierzu alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Material der Achselemente piezoelektrische Eigen ^¬ schaften auf. Auch hierbei kann durch den piezoelektrischen Effekt eine Längenänderung der Achselemente durch Anlegen ei- ner Spannung erzielt werden. Jedoch ist die erreichbare Längenänderung bei Piezomaterialien im Vergleich zu elektroakti- ven Polymeren vergleichsweise gering.

Die axiale Längenänderung der Achselemente kann alternativ durch ein Magnetfeld erzeugt werden. Bei einer hierzu geeig ^¬ neten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Material der Achselemente ein Magnetic Shape Memory Actuator.

In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Er- findung ist das Material der Achselemente ein Metallschaum, wobei sich die Länge derartiger Achselemente durch den Ein- fluss einer Temperatur ändert.

Insbesondere bei Werkzeugmaschinen ist eine zuverlässige, kostengünstige und hochdynamische Führung des Werkzeugs er ^¬ wünscht. Insbesondere eine derartige Werkzeugmaschine kann mit einer Vorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung realisiert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Dabei zeigen :

FIG 1 eine Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes bezüg- lieh zweier Freiheitsgrade,

FIG 2 eine als Tripod ausgeführte Vorrichtung zur Bewe ^¬ gung eines Objektes im nicht ausgelenkten Zustand, FIG 3 die als Tripod ausgeführte Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes im ausgelenkten Zustand, FIG 4 eine als Tripod ausgeführte Vorrichtung zur Reflek- tion eines Laserstrahls in einem nicht ausgelenkten Zustand,

FIG 5 die als Tripod ausgeführte Vorrichtung zur Reflek- tion eines Laserstrahls in einem ausgelenkten Zu ^¬ stand,

FIG 6 eine erste aus einem Array von Tripoden aufgebaute Vorrichtung zum Transport eines Objektes,

FIG 7 eine zweite aus einem Array von Tripoden aufgebaute Vorrichtung zum Transport eines Objektes,

FIG 8 eine als Hexapod ausgeführte Vorrichtung zur Bewe ^¬ gung eines Objektes, FIG 9 ein Tripod mit einem axial länderveränderlichen Hilfselement in einer ersten Position und

FIG 10 den Tripod mit dem axial länderveränderlichen Hilfselement in einer zweiten Position.

FIG 1 zeigt eine Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes 7 bezüglich zweier Freiheitsgrade. Die Vorrichtung weist ein erstes Achselement 1 und ein zweites Achselement 2 auf, wobei die beiden Achselemente 1,2 aus einem Material gefertigt sind, welches eine Formveränderung durch Einwirkung einer physikalischen Größe zulässt. Prinzipiell kann eine solche physikalische Größe elektrischer, magnetischer oder thermischer Art sein. In dem hier dargestellten Beispiel sei angenommen, dass für das erste und zweite Achselement 1,2 ein e- lektroaktiver Polymer verwendet wurde, dessen Form sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung verändern lässt. Die

Achselemente 1,2 sind stabförmig ausgeführt, wodurch eine an ^¬ gelegte elektrische Spannung im Wesentlichen eine axial ge ^¬ richtete Längenänderung der Achselemente 1,2 zur Folge hat.

Das erste Achselement ist starr mit einer Grundplatte 8 ver ^¬ bunden und über ein Gelenk 16 an das Objekt 7 angeschlossen. Das zweite Achselement ist hingegen sowohl mit der Grundplat ^¬ te 8 als auch mit dem Objekt 7 jeweils über ein Gelenk 16 verbunden. Die verwendeten Gelenke 16 sind als Drehgelenke ausgeführt und erlauben daher nur jeweils eine Bewegung der angeschlossenen Achselemente 1,2 bezüglich eines rotatorischen Freiheitsgrades.

Wird nun beispielsweise an beide Achselemente 1,2 eine elekt ^¬ rische Spannung angelegt, die eine Ausdehnung beider Achsele ^¬ mente 1,2 zur Folge hat, so kann das Objekt 7 in Richtung des ersten Achselementes 1 verschoben werden. Hierdurch ergibt sich ein translatorischer Freiheitsgrad, dessen Orientierung durch die starre Ankopplung des ersten Achselementes an die Grundplatte 8 vorgegeben ist. Wird hingegen nur eines der Achselemente 1,2 gedehnt, während das andere Achselement 1,2 entweder in seiner Länge konstant gehalten wird oder verkürzt wird, so ergibt sich eine Kippbewegung des Objektes 7. Mit Hilfe der zwei Achselemente 1,2 ist hierbei eine Kippung um genau einen Drehwinkel realisierbar, der durch die verwende ^¬ ten Drehgelenke 16 definiert ist. Daher ergibt sich zusätz ^¬ lich zu dem einen translatorischen Freiheitsgrad ein rotato- rischer Freiheitsgrad.

Die Gelenke 16, über die die Achselemente 1,2 mit dem Objekt 7 verbunden sind, müssen derart ausgeführt sein, dass sie ei ^¬ ne Bewegung bezüglich der zwei beschriebenen Freiheitsgrade zulassen. Um die notwendige Stabilität der Vorrichtung zu ge ^¬ währleisten, dürfen die von den Gelenken 16 angebotenen Freiheitsgrade jedoch nicht darüber hinausgehen. Unter Stabilität soll in diesem Zusammenhang die Bedingung verstanden werden, dass zu einem definierten 2-Tupel der Längen des ersten und zweiten Achselementes 1,2 jeweils genau eine Position und

Ausrichtung des Objektes 7 zugeordnet ist. Nur dann kann al ^¬ lein durch die Länge der Achselemente 1,2 eindeutig auf die Position bzw. Lage des Objektes 7 rückgeschlossen werden.

Selbstverständlich sind noch andere mechanische Kontaktierungen des Objektes 7 mit den Achselementen 1,2 denkbar, die sowohl eine Bewegung des Objektes 7 bezüglich zweier Freiheitsgrade als auch die oben beschriebene Stabilität gewährleis ^¬ ten. Beispielsweise ist die starre Verbindung des ersten Achselementes mit einem der dargestellten Gelenke 16 aus ^¬ tauschbar, wodurch sich eine neue Orientierung für den translatorischen Freiheitsgrad ergibt.

FIG 2 zeigt eine als Tripod 15 ausgeführte Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes im nicht ausgelenkten Zustand. Der Tripod 15 umfasst ein erstes Achselement 1, ein zweites Achs ^¬ element 2, und ein drittes Achselement 3. Die drei Achsele- mente 1,2,3 münden in einen gemeinsamen Kontaktpunkt 10, der mit dem zu bewegenden Objekt verbindbar ist. Auch hier sei angenommen, dass zur Gewährleistung der axial gerichteten Längenveränderbarkeit der Achselemente 1,2,3 ein elektroakti- ves Polymer verwendet wird.

Durch die Verwendung von drei Achselementen 1,2,3 kann ein mit dem gemeinsamen Kontaktpunkt 10 verbundenes Objekt bezüg ^¬ lich dreier Freiheitsgrade kontrolliert ausgerichtet bzw. po ^¬ sitioniert werden. Der dargestellte Tripod 15 erlaubt z. B. eine Bewegung des gemeinsamen Kontaktpunktes 10 bezüglich zwei rotatorischer Freiheitsgrade und eines translatorischen Freiheitsgrades. Durch eine synchrone Verkürzung oder Verlän ^¬ gerung der drei Achselemente 1,2,3 ist eine vertikale Trans ^¬ lation des gemeinsamen Kontaktpunktes 10 in vertikaler Rich- tung möglich. Auf der anderen Seite kann der gemeinsame Kontaktpunkt 10 bezüglich zweier Winkel gekippt werden, in dem eine entsprechende Ungleichheit der drei Achselemente 1,2,3 eingestellt wird.

Der dargestellte Tripod 15 kann beispielsweise in einer Werk ^¬ zeugmaschine zur Spindelführung eingesetzt werden. Hierzu weist die Vorrichtung zum einen eine Motion Control Steuerung 11 auf, die die Sollwerte für eine bestimmte Position der Spindel im Raum vorgibt. Um den gemeinsamen Kontaktpunkt 10 an die entsprechenden Koordinaten im Raum zu positionieren, wird von einer Achssteuerung 12 berechnet, welche Längen die drei Achselemente 1,2,3 annehmen müssen, um den gemeinsamen Kontaktpunkt 10 in die entsprechenden Koordinaten zu führen. Um schließlich die entsprechenden Längen der Achselemente 1,2,3 einzustellen, werden elektrische Spannungen erzeugt und an die Achselemente 1,2,3 angelegt.

FIG 3 zeigt die als Tripod 15 ausgeführte Vorrichtung zur Be ^¬ wegung eines Objektes in einem ausgelenkten Zustand. Es handelt sich um denselben Tripod 15 der bereits in FIG 2 darge ^¬ stellt war. Daher wurden gleiche Elemente mit gleichen Be- zugszeichen versehen.

Im Verhältnis zu seiner in FIG 2 dargestellten Ausgangslage wurde der gemeinsame Kontaktpunkt 10 entsprechend einer Kipp ^¬ bewegung geführt. Um dies zu erreichen, wurden das zweite und das dritte Achselement 2,3 im Verhältnis zu ihrer jeweiligen Ausgangslänge verlängert, während das erste Achselement 1 im Vergleich zu seiner Ausgangslänge verkürzt wurde.

Der dargestellte Tripod 15 erlaubt eine sehr einfache und hochdynamische Ansteuerung verschiedener Punkte im dreidimensionalen Raum. Grundlage hierzu ist die Verwendung intelli ^¬ genter Materialien wie beispielsweise der elektroaktiven Polymere oder alternativ piezoelektrischer Materialien. Diese Materialien reagieren auf eine elektrische Spannung nahezu verzugsfrei mit einer Formänderung, die bei den dargestellten Achselementen 1,2,3 im Wesentlichen in Form einer axialen Längenänderung erfolgt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Antriebskonzepten wird neben einer sehr viel schnelleren Reaktionszeit des Positioniersystems eine höhere Zuverlässigkeit erreicht, da nur ein Minimum von Komponenten notwendig ist, um die gewünschte Ausrichtungs- bzw. Positionieraufgabe zu bewältigen. Bei herkömmlichen Antriebssystemen, bei denen eine rotatorische Bewegung zunächst in eine translatorische Be ^¬ wegung umgewandelt wird, ist aufgrund der hohen Anzahl der hierfür notwendigen Komponenten eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit gegeben. Da weiterhin mechanische Komponenten in der Regel ein Spiel aufweisen, wird mit der dargestellten Tripode 15 auch eine weitaus höhere Präzision erreicht.

FIG 4 zeigt eine als Tripod ausgeführte Vorrichtung zur Re- flektion eines Laserstrahls 13 in einem nicht ausgelenkten Zustand. Auch hierbei werden wiederum drei längenveränderli-

che Achselemente 1,2,3 verwendet, die aus einem intelligenten Material gefertigt sind. Die drei Achselemente 1,2,3 sind je ^¬ weils über einen eigenen Kontaktpunkt mit einem Reflektor 14 verbunden. Durch gezielte Längenänderungen der drei Achsele- mente 1,2,3, die auch hier durch eine Motion Control Steue ^¬ rung 11 und eine nachgeschaltete Achssteuerung 12 vorgegeben werden, kann der Reflektor 14 hinsichtlich dreier Freiheitsgrade kontrolliert ausgerichtet werden. Auf den Reflektor 14 ist ein Laserstrahl 13 gerichtet, der im Sinne gleicher Ein- und Ausfallswinkel von dem Reflektor 14 reflektiert wird. So ^¬ mit kann durch Ausrichtung des Reflektors 14 eine gezielte Umlenkung des Laserstrahls 13 bewirkt werden.

FIG 5 zeigt die als Tripod ausgeführte Vorrichtung zur Re- flektion eines Laserstrahls 13 in einem ausgelenkten Zustand. Hierbei wurde der Reflektor 14 derart gekippt, dass der La ^¬ serstrahl 13 in nahezu waagerechte Richtung umgelenkt wurde. Um diese Verkippung des Reflektors 14 zu erreichen, wurden das erste und zweite Achselement 1,2 verkürzt, während das dritte Achselement 3 verlängert wurde.

Da eine solche Ausrichtung des Reflektors 14 unter Verwendung intelligenter Materialien wie elektroaktiver Polymere für die drei Achselemente 1,2,3 äußerst präzise erfolgen kann, ist mit der dargestellten Tripode eine Auslenkung des Laserstrahls 13 für feinste Bearbeitungsvorgänge, wie sie bei ^¬ spielsweise in der Halbleiterindustrie vorkommen, möglich. Eine derart feingranulare Ausrichtung des Reflektors 14 wäre unter Verwendung klassischer Antriebskonzepte aufgrund des in den verschiedenen Komponenten vorhandenen Spiels nur schwer zu realisieren.

FIG 6 zeigt eine erste aus einem Array von Tripoden 15 aufge ^¬ baute Vorrichtung zum Transport eines Objektes 7. Auf der Un- terseite des Objektes 7 sind sechs Tripoden 15 positioniert, wobei außerhalb der Unterseite des Objektes 7 noch weitere nicht dargestellte Tripoden vorhanden sind. Wie bereits in

den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen weisen auch hier die verschiedenen Tripoden 15 jeweils drei Achselemente auf. Durch eine parallelkinematische Ansteuerung der ver ^¬ schiedenen Tripoden auf der Unterseite des Objektes 7 bzw. deren Achselemente ist hier sogar ein Transport des Objektes 7 möglich. Das Objekt 7 kann sowohl bezüglich zweier Freiheitsgrade transportiert werden als auch bezüglich zweier Freiheitsgrade gedreht werden. Darüber hinaus kann das Objekt mit Hilfe der Tripoden 15 in vertikaler Richtung angehoben und abgesenkt werden, wodurch sich der dritte translatorische Freiheitsgrad ergibt. Neben der in der FIG 6 angedeuteten Drehung des Objektes 7 kann das Objekt 7 auch bezüglich zweier weiterer Winkel gekippt werden. Somit wird durch die verschiedenen Tripoden 15 eine Bewegung des Objektes 7 bezüglich aller sechs Freiheitsgrade - drei translatorischer und drei rotatorischer - ermöglicht.

FIG 7 zeigt eine zweite aus einem Array von Tripoden 15 auf ^¬ gebaute Vorrichtung zum Transport eines Objektes 7. Im Ver- gleich zu der in FIG 6 dargestellten Anordnung sind die Tripoden mit der Unterseite des Objektes 7 verbunden, so dass der gemeinsame Kontaktpunkt 10 der Tripoden nun nicht mehr mit dem Objekt 7 verbunden ist, sondern auf einem Boden aufliegt. Durch eine derartige Konstruktion ist es möglich, das Objekt 7 sogar zum „Laufen" zu bewegen. Durch gezielte Ansteuerung der Achselemente der verschiednen Tripoden 15 im Sinne einer Parallelkinematik kann eine unbegrenzte Fortbewe ^¬ gung des Objektes 7 bezüglich zweier translatorischer Freiheitsgrade erreicht werden. Auch in diesem Fall kann sich das Objekt 7 bezüglich eines rotatorischen Freiheitsgrades unbe ^¬ grenzt bewegen. Der entsprechende Drehwinkel ist durch die Pfeile in FIG 7 angedeutet. Auch bei der hier dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, das Objekt 7 durch parallele Ansteuerungen der Tripoden 15 in vertikaler Richtung anzuheben oder abzusenken. Weiterhin kann das Objekt 7 bezüglich der zwei verbliebenen Freiheitsgrade gekippt werden. Somit ergibt sich auch bei der in FIG 7 dargestellten

Ausführung des Arrays aus Tripoden die Möglichkeit, das Ob ^¬ jekt 7 bezüglich sämtlicher Freiheitsgrade zu bewegen.

Durch die hier dargestellte Vorrichtung zur Bewegung des Ob- jektes 7 wird eine vollkommen neue Dimension maschinell ange ^¬ triebener Systeme realisiert. Durch die Verwendung gezielt formveränderbarer intelligenter Materialien kann eine Form der Bewegung maschinell erzeugt werden, wie sie bisher nur aus der Natur bekannt war. Es wird eine Flexibilität er- reicht, die aus der Natur beispielsweise von Insekten bekannt ist, die sich mit Hilfe von sechs Füßen vorwärts bewegen kön ^¬ nen .

FIG 8 zeigt eine als Hexapod ausgeführte Vorrichtung zur Be- wegung eines Objektes. Der dargestellte Hexapod umfasst sechs längenveränderliche Achselemente 1,2,3,4,5,6 die jeweils über ein als Kugelgelenk ausgeführtes Gelenk 16 mit einer Grund ^¬ platte 8 und einer Trägerplatte 9 verbunden sind. Derartige Kugelgelenke 16 erlauben ein Schwenken der Achselemente 1 bis 6 bezüglich aller drei rotatorischer Freiheitsgrade. Mit Hilfe der sechs Achselemente 1,... 6, die beispielsweise aus einem elektroaktiven Polymer, einem Magnetic Shape Memory Actuator, einem Piezomaterial oder einem Metallschaum gefertigt sind, kann die Trägerplatte 9 bezüglich aller sechs möglicher Frei- heitsgrade ausgerichtet werden. Dies wird zum einen dadurch ermöglicht, dass Kugelgelenke zur Verbindung der Achselemente mit der Grundplatte 8 und der Trägerplatte 9 verwendet wer ^¬ den, die alle drei rotatorische Bewegungen zulassen. Zum anderen wird ein kontrolliertes Anfahren der gewünschten Posi- tionen erst dadurch ermöglicht, dass mindestens sechs Achs ^¬ elemente 1,...6 für diese Positionieraufgabe verwendet werden.

Mit Hilfe des dargestellten Hexapod kann insbesondere im Um ^¬ feld der Werkzeugmaschinen eine hochpräzise und hochdynami- sehe Positionierung des Werkzeugs in Relation zum zu bearbei ^¬ tenden Werkstück erzielt werden. Dies geschieht auch hier im Vergleich zu herkömmlichen Antriebssystemen mit einem Minimum

notwendiger Komponenten. Durch die Verwendung von Achselementen 1,...6 aus sogenannten intelligenten Materialien wird im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Teleskopstäben eine sehr viel einfachere Längenveränderung möglich und eine bedeutend schnellere Durchführung der Positionieraufgabe erzielt .

FIG 9 zeigt einen Tripod 15 mit einem axial länderveränderlichen Hilfselement 17 in einer ersten Position. Die Achsele- mente des Tripod 15 bilden einen gemeinsamen Kontaktpunkt 10, der mit einem hier beispielhaft als Schere dargestellten Ob ^¬ jekt 7 verbunden ist.

Der Tripod 15 stützt das Hilfselement 17 und kann durch Ver- änderung der Längen seiner Achselemente, die zu diesem Zwecke beispielsweise aus einem elektroaktiven Polymer hergestellt sind, auch die Lage des Hilfselementes 17 verändern.

Das Hilfselement 17 besitzt einen weiteren Kontaktpunkt 18, über den es mit der Schere 7 in Verbindung steht. Die darge ^¬ stellte Anordnung erlaubt somit eine Ausrichtung der Schere 7 mittels der Achselemente der Tripode und eine öffnen und Schließen der Schere 7 mit Hilfe des Hilfselementes 17.

FIG 10 zeigt den Tripod mit dem axial länderveränderlichen Hilfselement 17 in einer zweiten Position. Hier wurde das beispielsweise ebenfalls aus einem elektroaktiven Polymer ge ^¬ fertigte Hilfselement 17 durch Anlegen einer elektrischen Spannung verlängert, wodurch die Schere 7 geöffnet wird.

Die beispielhafte Ausführung des Objektes 7 in Form einer Schere soll in erster Linie zeigen, das Ausführungen der Erfindung denkbar sind, die auch bewegliche Elemente eines Ob ^¬ jektes relativ zu einander verschieben oder verdrehen können.