Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem sowie ein Verfahren zur Verwen dung eines Antriebssystems.

Beispielsweise Roboter, wie Industrieroboter, Fertigungsroboter, serielle Kinematiken, Werkzeugmaschinen oder Messmaschinen weisen üblicherweise bewegliche Strukturen wie Arme oder bewegliche Werkzeuge auf, die translatorisch oder rotatorisch um bzw. entlang bestimmter Achsen bewegt werden können. Dabei kann entweder eine Zielposition der beweglichen

Strukturen vorgegeben werden (Point-to-Point Bewegung), oder es können Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung für die gesamte Bewegung vorge geben werden (Bahnprozess). Typische Anwendungen solcher Anlagen erfordern dabei hohe Geschwindig keiten sowie ein hohes Maß an Präzision. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, kommen Direktantriebe zum Einsatz. Derartige Direktantriebe, die

typischerweise eine direkte Anbindung mit einer l:l-Übersetzung aufweisen, zeichnen sich durch geringe Einschwingdauern aus. Direktantriebe haben al lerdings im Vergleich zu herkömmlichen Antrieben mit vergleichbarer Leistung im Betriebspunkt den Nachteil eines hohen Energieverbrauchs. Außerdem sind solche Direktantriebe vergleichsweise teuer und groß.

Ziel der vorliegenden Anmeldung ist es, ein vergleichsweise kostengünstiges und kompaktes Antriebssystem bzw. Antriebsverfahren vorzuschlagen, mit dem hohe Geschwindigkeiten und eine hohe Präzision bei geringem Energie verbrauch sowohl für Bahnprozesse, als auch für Point-to-Point Bewegungen erreicht werden können.

Dies wird durch ein Antriebssystem gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 oder durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 18 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den Figuren.

Ein solches Antriebssystem umfasst eine erste Struktur, eine zweite Struktur und eine zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur angeordnete Antriebseinheit, die zwei parallele Antriebsstränge aufweist. Die zwei paralle len Antriebsstränge sind jeweils mit der ersten Struktur und der zweiten Struktur verbunden. Dabei ist in einem ersten der beiden Antriebsstränge ein als Direktantrieb ausgebildeter erster Antrieb angeordnet. In einem zweiten der beiden Antriebsstränge befinden sich ein zweiter Antrieb und ein elasti sches Element, die seriell angeordnet sind. An einer Schnittstelle zwischen dem zweiten Antrieb und dem elastischen Element ist ein Fußpunkt des elas tischen Elements definiert. Dieser Fußpunkt ist mittels des zweiten Antriebs verstellbar.

Die Antriebseinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf einem ersten Ein gangssignal, welches eine Zielposition und/oder eine Sollgeschwindigkeit des ersten Antriebs umfasst, und basierend auf einem zweiten Eingangssignal, welches eine Zielposition und/oder eine Sollgeschwindigkeit des zweiten An triebs umfasst, eine Relativbewegung der zweiten Struktur relativ zu der ers ten Struktur zumindest mittels des ersten Antriebs zu bewirken. Das Antriebssystem umfasst weiterhin eine erste Messeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Weggröße, also insbesondere beispielsweise eine Positi on und/oder eine Geschwindigkeit der zweiten Struktur relativ zu der ersten Struktur als erstes Ausgangssignal zu erfassen.

Es sei erwähnt, dass in beiden Fällen als Weggrößen neben Position und Ge schwindigkeit auch beispielsweise eine Beschleunigung eine Rolle spielen kann. Eine Bestimmung von Position und/oder Geschwindigkeit erfolgt typi scherweise zu vielen, dicht aufeinander folgenden Zeitpunkten, so dass zum Beispiel, wenn eine Position auf diese Weise ermittelt wird, auch die Ablei tungen Geschwindigkeit und Beschleunigung und höhere Ableitungen ermittelbar sind. Wenn von Position und/oder Geschwindigkeit die Rede ist, ist auch ein zeitlicher Verlauf der Position und/oder der Geschwindigkeit ge meint, so dass dementsprechend auch andere Bewegungsparameter beinhal tet sind.

Der zweite Antriebsstrang, der das elastische Element enthält, weist dabei im Betrieb typischerweise eine höhere Elastizität auf als der erste Antriebsstrang. Das bedeutet, dass der zweite Antriebsstrang aufgrund des elastischen Ele ments elastischen Verformungen unterliegen kann, im Gegensatz zu dem ers ten Antriebsstrang mit dem Direktantrieb, der keinerlei zusätzliche elastische Elemente enthält, und somit im Betrieb so starr wie möglich ausgebildet ist.

Das Antriebssystem bzw. die Antriebseinheit des Antriebssystems umfasst demnach zwei unabhängige Antriebsstränge. Die Antriebsstränge sind jeweils dazu eingerichtet, die zweite Struktur relativ zu der ersten Struktur zu bewe gen. Im Falle des zweiten Antriebsstrangs wird durch den zweiten Antrieb der Fußpunkt des elastischen Elements bewegt. Dadurch kann die zweite Struktur, die über das elastische Element mit dem Fußpunkt verbunden ist bewegt werden. Aufgrund der Elastizität bzw. aufgrund des weiterhin vorhandenen ersten Antriebs wird es durch den Antrieb ermöglicht, dass der Fußpunkt und die zweite Struktur sich nicht genau gemeinsam bewegen. Vielmehr können der Fußpunkt und die zweite Struktur unabhängig voneinander oder mit einer gewissen Toleranz zueinander bewegt werden, z.B. mit unterschiedlicher Be schleunigung, in unterschiedliche Richtungen oder unterschiedlich weit. Da durch wird den unterschiedlichen Ausgestaltungen der in den beiden An- triebssträngen vorhandenen Antrieben Rechnung getragen und eine wirt schaftliche gleichzeitige Nutzung beider Antriebe ermöglicht.

Die durch die beiden parallelen Antriebe bewirkte Bewegung der zweiten Struktur folgt dabei in beiden Fällen der gleichen Bahn, d.h. der erste und der zweite Antrieb sind dazu ausgebildet, eine gleichartige Bewegung, die bei spielsweise durch eine Achse, etwa eine Längsachse oder eine Rotationsachse, vorgegeben wird, zu bewirken, so dass zum Beispiel der zweite Antrieb den ersten Antrieb unterstützen kann. Die beiden Antriebe bewirken nicht etwa unterschiedliche Bewegungen. In diesem Sinne wirken die beiden Antriebs stränge parallel.

Insbesondere ist es durch die beschriebene Ausgestaltung aber möglich, dass eine Bewegung durch den Direktantrieb des ersten Antriebs bewirkt wird, während der zweite Antrieb ruht oder sich verglichen zu dem Direktantrieb sehr langsam bewegt, so dass der zweite Antriebsstrang statische oder quasi statische Lasten trägt und der Direktantrieb, der die Last einer

höherfrequenten Bewegung trägt, dadurch unterstützt wird. Andererseits trägt in ruhendem Zustand der Direktantrieb typischerweise gar keine Last und der zweite Antriebsstrang trägt die gesamte statische Last alleine.

Durch eine derartige Ausgestaltung der Antriebseinheit können die Vorteile eines Direktantriebs genutzt und seine Nachteile kompensiert werden. Durch den als Direktantrieb ausgebildeten ersten Antrieb können die gewünschte Präzision und Geschwindigkeit erreicht werden, während durch den zweiten Antrieb eine Leistungsunterstützung bereitgestellt werden kann. Dadurch kann der Direktantrieb kleiner dimensioniert werden. Geschwindigkeitsunter schiede oder den verschiedenen Antriebsarten geschuldete Verzögerungen des zweiten Antriebs gegenüber dem ersten Antrieb sowie die oben beschrie bene Lastenaufteilung in höherfrequente und niedrigerfrequente Anteile kön nen aufgrund des elastischen Elements toleriert werden und müssen dadurch nicht zwangsläufig in der Regelung berücksichtigt werden. Durch die Ausge staltung kann also eine Frequenztrennung in einen höherfrequenten Fre quenzbereich für den Direktantrieb und einen niedrigerfrequenten Frequenz bereich für den zweiten Antrieb erreicht werden. Eine Bandbreite des Fre quenzbereichs des zweiten Antriebs kann dabei durch die Elastizität des elas- tischen Elements bestimmt bzw. beschränkt sein.

Wie erwähnt, wird die Relativbewegung der zweiten Struktur gegenüber der ersten Struktur typischerweise zumindest teilweise durch den ersten Antrieb bewirkt. Unter bestimmten Bedingungen wird diese Relativbewegung unter stützend durch den zweiten Antrieb mit bewirkt. Das ist, wie erwähnt, typi scherweise bei niedrigen Anregungs- oder Belastungsfrequenzen der Fall. Sie kann aber auch von dem ersten Antrieb alleine bewirkt werden. Das wird nachstehend noch weiter ausgeführt.

So kann beispielsweise der Direktantrieb, ungeachtet der Limitationen des zweiten Antriebs, eine Bewegung initiieren und seine Zielposition sehr schnell anfahren. Der zweite Antrieb kann, möglicherweise zeitverzögert, eine ent sprechende Bewegung ausführen und unterstützend wirken. Während der zweite Antrieb seine Zielposition zeitverzögert anfährt, reduziert sich die Last, die von dem ersten Antrieb übernommen wird und diejenige, die von dem zweiten Antrieb übernommen wird, steigt entsprechend. Ist die Bewegung vollendet und die Zielposition beider Antriebe erreicht, übernimmt der zweite Antrieb die statische Last alleine, so dass im ruhenden Zustand keine Energie mehr verbraucht wird, wie es beim Halten mittels eines Direktantriebs der Fall sein kann.

Es ist auch möglich, dass der zweite Antrieb in einer Position verharrt und sta tische Lasten aufnimmt, während durch den als Direktantrieb ausgebildeten ersten Antrieb eine Bewegung ausgeführt wird. Das ist insbesondere ange dacht, wenn es sich um eine Bewegung mit kleiner Amplitude und/oder hoher Frequenz handelt. Derartige Bewegungen liegen dann oberhalb der Bandbrei te des zweiten Antriebs.

Bei einem derartigen Antriebssystem können das erste und das zweite Ein gangssignal gleich sein. Dann sind also die Zielposition und/oder die Sollge schwindigkeit des ersten Antriebs und die Zielposition bzw. Sollgeschwindig keit des zweiten Antriebs identisch. Eine Frequenzzerlegung erfolgt dann im Betrieb aufgrund der unterschiedlichen im Betrieb wirkenden Elastizitäten der beiden Antriebsstränge. Abhängig von der im zweiten Antrieb im Betrieb wir kenden Steifigkeit des elastischen Elements des zweiten Antriebsstrangs ergibt sich die Bandbreite des zweiten Antriebsstrangs und somit zum Beispiel eine Frequenz oberhalb derer die Last alleine vom ersten Antrieb, dem Di rektantrieb, getragen wird. Die Frequenztrennung muss also nicht von einer Regelungseinheit bewirkt werden.

Gleichwohl sind Ausführungen möglich, in denen das Antriebssystem eine Regelungseinheit umfasst. . Die Regelungseinheit ist typischerweise dazu ein gerichtet, das erste und das zweite Eingangssignal bereitzustellen. Das erste Eingangssignal und das zweite Eingangssignal können dabei gleich oder ver schieden sein.

Insbesondere können das erste und das zweite Eingangssignal von der Rege lungseinheit zum Beispiel basierend auf dem ersten Ausgangssignal bereitge stellt und/oder modifiziert werden.

Die Regelungseinheit kann alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet sein, das erste und/oder das zweite Eingangssignal basierend auf einem von einer Steuerung bereitgestellten Steuersignal bereitzustellen und/oder zu modifi zieren und an den ersten bzw. zweiten Antrieb zu senden.

Das Antriebssystem kann ein zweites Messsystem umfassen, welches eine Position und/oder Geschwindigkeit des Fußpunktes als zweites Ausgangssig nal erfasst. Das zweite Ausgangssignal kann zusätzlich zu dem ersten Aus gangssignal und dem möglichen Steuersignal an die Regelungseinheit über mittelt werden, die, basierend auf den an sie übermittelten Signalen, das ers te und/oder das zweite Eingangssignal generiert und/oder modifiziert.

Das erste Ausgangssignal bezieht sich auf eine Position bzw. Geschwindigkeit der zweiten Struktur relativ zur ersten Struktur, die mit einer Position bzw. Geschwindigkeit des als Direktantrieb ausgebildeten ersten Antriebs korres pondiert, da der Direktantrieb unmittelbar mit beiden Strukturen verbunden ist. Das zweite Ausgangssignal, das sich auf den Fußpunkt bezieht, korrespon diert gleichermaßen mit einer Position bzw. Geschwindigkeit des zweiten An triebs. So ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten, die jeweiligen Aus gangssignale zu erfassen. Sie können in unterschiedlichen Ausführungen über die Lage der jeweiligen Struktur oder des Fußpunkts direkt gemessen und/oder über den Motor, beispielsweise aus einem Motorstrom ermittelt oder geschätzt werden.

Während in Antriebssystemen gemäß dieser Anmeldung der erste Antriebs strang mit dem Direktantrieb im Betrieb so starr wie möglich ausgeführt wer den sollte, ist eine Elastizität in dem zweiten Antriebsstrang gewünscht. Vor zugsweise ist das elastische Verhalten des elastischen Elements für verschie den starke Verformungen bekannt.

Eine Verformung des elastischen Elements erfolgt dabei in den beschriebenen Szenarien typischerweise als linear-elastische Verformung. Nichtlinear elastische Verformungen sind dabei in der Anmeldung nicht ausgeschlossen. Ein linear-elastisches Verhalten ist häufig in Bezug auf Verschleiß sowie Steue rung und Kontrollierbarkeit vorteilhaft, es kann aber sein, dass bei größeren Amplituden ein nichtlinearelastisches Verhalten notwendig ist. Es können ein oder mehrere mechanische Anschläge vorgesehen sein, die eine Überlastung des elastischen Elements durch zu große Verformungen verhindern.

In typischen Ausführungen des Direktantriebs ist dieser getriebelos ausgestal tet und eine Bewegung des Motors wird ohne Über- oder Untersetzung 1:1 auf eine Folgeachse umgesetzt. Beispielsweise kann der Direktantrieb einen Elektromotor umfassen. Es sind aber beispielsweise auch Piezoantriebe oder hydraulische Antriebe als Direktantriebe denkbar.

In typischen Ausführungen weist der Direktantrieb und damit das vorgeschla gene Antriebssystem eine hohe Dynamik auf. Typischerweise liegt eine Band breite, in der der Direktantrieb Kräfte und Momente erzeugt, in einem Fre quenzbereich zwischen 0 Hz und einigen Kilohertz, beispielsweise in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 3000 Hz oder in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 1000 Hz.

Der zweite Antriebsstrang, der eine höhere Elastizität aufweist, besitzt diese höhere Elastizität aufgrund des elastischen Elements und/oder aufgrund der Eigenschaften des in dem zweiten Antriebsstrang vorhandenen zweiten An triebs. In dem zweiten Antriebsstrang kommen beispielsweise Antriebe mit Getrieben zum Einsatz. Der zweite Antrieb kann beispielsweise ebenfalls ei- nen Elektromotor umfassen oder auch hydraulische Motoren oder Zylinder.

Der zweite Antrieb im zweiten Antriebsstrang erzeugt typischerweise Kräfte und Momente in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und höchstens 100 Hz, beispielsweise in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 30 Hz oder 0 Hz und 10 Hz.

In manchen Ausführungen umfasst die Regelungseinheit einen Regler, der eine Weg- und/oder Geschwindigkeitsrückführung beinhalten kann und/oder ein Verteilerelement.

Der Regler ist dazu eingerichtet, aus dem Steuersignal und/oder aus den ers ten und möglichen zweiten Eingangssignalen einen Last-Sollwert zu ermitteln.

Das Verteilerelement kann beispielsweise einen Hochpassfilters und/oder einen Tiefpassfilter umfassen, und dazu eingerichtet sein, den Last-Sollwert in Lasten niedriger Frequenz und hoher Frequenz zu zerlegen. Lasten niedriger Frequenz werden dann mit dem zweiten Antriebsstrang übernommen und von Lasten bzw. Bewegungen mit hoher Frequenz, die durch den ersten An triebsstrang übernommen bzw. ausgeführt werden, überlagert, so dass sich insgesamt die auszuführende, beispielsweise durch das Steuersignal vorgege bene, Bewegung der zweiten Struktur relativ zur ersten Struktur ergibt. Damit kann neben der oben beschriebenen konstruktionsbedingten Lastenaufteilung aufgrund der durch das elastische Element definierten Bandbreite des zweiten Antriebsstrangs eine zusätzliche Frequenzzerlegung stattfinden, die beispiels weise dazu dienen kann, eine Energieeffizienz zu erhöhen.

Jeder der beiden Antriebe kann in möglichen Ausführungen einen eigenen Kaskadenregler aufweisen.

Die Bewegung bzw. Relativbewegung der zweiten Struktur relativ zu der ers ten Struktur kann sowohl eine rotatorische als auch eine translatorische Be wegung sein. Bei den Antrieben kann es sich also sowohl um Drehantriebe als auch um Linearantriebe handeln.

Bei dem vorgeschlagenen Antriebssystem kann in einer Ausführung außerdem im zweiten Antriebsstrang ein schaltbares Element vorgesehen sein. Durch Öffnen des schaltbaren Elements kann der zweite Antriebsstrang unterbro chen werden, sodass bei geöffnetem schaltbarem Element der Direktantrieb alleine die gesamte Last trägt. Das elastische Element entspannt sich dann. So kann beispielsweise bei sehr schnellen Bewegungen mit großer Amplitude der zweite Antriebsstrang abgekoppelt werden, um eine zu starke Belastung des elastischen Elements, beispielsweise eine Verformung, die außerhalb des line ar-elastischen Bereichs liegen würde, zu vermeiden. Basierend auf der ersten Messgröße kann die Position der zweiten Struktur relativ zur ersten Struktur ermittelt werden. Der zweite Antrieb kann entsprechend nachgefahren und das schaltbare Element wieder geschlossen werden, sodass der zweite Antrieb die statische Last wieder übernimmt. Ein Signal zum Öffnen und/oder Schlie ßen des schaltbaren Elements kann, wie auch das Bewegen bzw. Nachfahren des zweiten Antriebs, in dem zweiten Eingangssignal enthalten sein oder da raus errechenbar sein. Es kann aber auch sein, dass das Signal zum Öffnen und/oder Schließen aus dem Steuersignal und/oder dem ersten Ausgangssig nal und/oder dem zweiten Ausgangssignal ermittelt und an das schaltbare Element übergeben wird. Das kann beispielsweise dann geschehen, wenn beide Antriebe das gleiche Eingangssignal erhalten. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Signal zum Öffnen und/oder Schließen des schalt baren Elements dann gegeben wird, wenn der Antrieb aufgrund des Steuer signals eine bestimmte Dynamik aufweist, zum Beispiel, wenn eine Amplitude und/oder eine Dauer der Bewegung der zweiten Struktur gegenüber der ers ten Struktur einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Bei dem elastischen Element kann es sich beispielsweise um eine Spiralfeder, ein Elastomer, eine Getriebeübersetzung oder ein Kupplungselement handeln. In jedem Fall kann das elastische Element dazu ausgebildet sein, eine Torsi onssteifigkeit gegen ein Verdrehen der zweiten Struktur gegenüber der ersten Struktur darzustellen, wenn es sich bei der Bewegung um eine rotatorische Bewegung handelt, oder, wenn es sich bei der Bewegung um eine

translatorische Bewegung handelt, dazu ausgebildet sein, eine translatorische Steifigkeit, beispielsweise gegenüber Dehnung und/oder Kompression, darzu stellen, die einer Translation der zweiten Struktur gegenüber der ersten Struk tur entgegenwirkt. Ein als Kupplungselement ausgebildetes elastisches Element kann gleichzeitig das schaltbare Element darstellen.

In einer Ausführung ist die Steifigkeit, also das im Antrieb wirkende Elastizi tätsmodul, des elastischen Elements einstellbar. Das zweite Eingangssignal kann dann ein Signal zum Regeln der einstellbaren Steifigkeit enthalten. Die Einsteilbarkeit kann beispielsweise durch eine einstellbare Vorspannung des elastischen Elements oder durch eine einstellbare Länge des elastischen Ele ments erreicht werden.

Das erste Messsystem und/oder das zweite Messsystem können jeweils einen Hallgeber, einen inkrementeilen und/oder absoluten Winkelsensor oder Weg sensor und/oder eine optische Messeinrichtung, aber auch eine Messeinrich tung zur Messung eines Motorstroms umfassen. Im Falle, dass eine Messein richtung zur Messung eines Motorstroms vorhanden ist, wird im ersten Mess system ein Motorstrom eines Motors des ersten Antriebs, und im zweiten Messsystem ein Motorstrom eines Motors des zweiten Antriebs gemessen, sofern es sich jeweils um Elektromotoren handelt.

In rotatorischen Ausführungen umfasst der erste Antriebsstrang typischerwei se einen Rotor und einen Stator.

Es ist vorgesehen, dass der zweite Antriebsstrang ein selbsthemmendes Ge triebe umfassen kann. Ein solches Getriebe kann im Gegensatz zu typischen Direktantrieben statische Lasten aufnehmen bzw. halten, ohne Energie zu verbrauchen.

Der zweite Antriebsstrang kann beispielsweise ein Schneckengetriebe und/oder ein Planetengetriebe aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Maschinen oder Geräte, die ein wie oben beschriebenes Antriebssystem aufweisen. Insbesondere betrifft das Roboter systeme, wie Industrieroboter, Fertigungsroboter, serielle Kinematiken, Werk zeugmaschinen oder Messmaschinen. Dort ist der Einsatz eines solchen An triebssystems zum Bewegen eines Roboterarms oder eines Werkzeugs eines Roboters besonders geeignet. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Verwendung eines Antriebssystems.

Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

Senden eines ersten Eingangssignals an eine Antriebseinheit des Antriebssys tems, wobei die erste Eingangsgröße eine Zielposition und/oder eine Sollge schwindigkeit eines in einem ersten Antriebsstrang der Antriebseinheit ange ordneten, als Direktantrieb ausgebildeten, ersten Antriebs umfasst;

Senden eines zweiten Eingangssignals an die Antriebseinheit, wobei das zwei te Eingangssignal eine Zielposition und/oder eine Sollgeschwindigkeit eines Fußpunkts eines in einem zweiten Antriebsstrang der Antriebseinheit ange ordneten zweiten Antriebs umfasst, wobei in dem zweiten Antriebsstrang der zweite Antrieb und ein elastisches Element seriell angeordnet sind und an einer Schnittstelle zwischen dem zweiten Antrieb und dem elastischen Ele ment der Fußpunkt definiert ist;

Bewegen einer zweiten Struktur relativ zu einer ersten Struktur zumindest durch Bewegen des ersten Antriebs gemäß dem ersten Eingangssignal, wobei die zweite Struktur zumindest während eines Teils der Bewegung relativ zum dem Fußpunkt bewegt wird;

Messen einer Position und/oder Geschwindigkeit der zweiten Struktur relativ zu der ersten Struktur als erstes Ausgangssignal.

Mit einem solchen Verfahren wird ebenfalls die eingangs formulierte Aufgabe gelöst.

Das Verfahren ist dabei insbesondere dazu geeignet, im Zusammenhang mit einem Antriebssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 bzw. einem wie oben beschriebenen Antriebssystem verwendet zu werden.

Das Verfahren kann weiterhin einen Schritt umfassen zum Generieren des ersten und des zweiten Eingangssignals aus dem ersten Ausgangssignal. Das Verfahren kann auch einen Schritt zum Messen einer Position und/oder einer Geschwindigkeit des Fußpunktes relativ zu der ersten Struktur als zwei tes Ausgangssignal umfassen. Dann können das erste Eingangssignal und das zweite Eingangssignal basierend auf dem ersten Ausgangssignal und dem möglichen zweiten Ausgangssignal berechnet bzw. modifiziert werden.

Das erste und das zweite Eingangssignal zum Steuern des ersten und zweiten Antriebs können außerdem basierend auf einem Steuersignal, das beispiels weise von einem Nutzer vorgegeben wird oder von einem Computer errech net wird, unter Berücksichtigung des ersten und des möglichen zweiten Aus gangssignals, berechnet werden. Eine durch das Steuersignal vorgegebene Bewegung der zweiten Struktur kann dann energieeffizient durch den ersten und den zweiten Antrieb ausgeführt werden.

Bei dem Verfahren weist der zweite Antriebsstrang im Betrieb typischerweise eine höhere Elastizität auf als der erste Antriebsstrang. Das Verfahren kann auch einen Schritt umfassen zum Einstellen der Elastizität des elastischen Elements.

Bei den hier beschriebenen Verfahren wird aufgrund der Bewegung der zwei ten Struktur relativ zur ersten Struktur auch die zweite Struktur relativ zu dem Fußpunkt bewegt. Eine derartige Bewegung der zweiten Struktur relativ zum Fußpunkt kann aufgrund des elastischen Elements toleriert werden, welches sich, wenn eine solche Bewegung stattfindet, elastisch verformt. Vorzugswei se handelt es sich in dem vorgeschlagenen Verfahren um eine linear elastische Verformung. Mittels des zweiten Antriebsstrangs kann bei Bewe gung des Fußpunkts über das elastische Element die Bewegung des ersten Antriebs unterstützt werden. Diese Unterstützung erfolgt also mittelbar über das elastische Element und unter Verformung des elastischen Elements.

Die Beweglichkeit der beiden Antriebe zueinander ermöglicht es, zu einer Be wegung der zweiten Struktur gegenüber der ersten Struktur gehörende Lasten auf die beiden Antriebsstränge aufzuteilen. Das heißt, bei den vorgeschlage nen Verfahren kann der erste Antrieb einen ersten Teil der Last einer Bewe gung bewirken und der zweite Antrieb einen zweiten Teil der Last einer Be wegung bewirken. Typischerweise unterscheiden sich die beiden Teile der Last durch ihre Frequenz oder Geschwindigkeit. Der erste Teil der Last umfasst typischerweise höhere Frequenzen oder Geschwindigkeiten als der zweite Teil der Last. Eine durch den ersten Antrieb ausgeführte zugehörige Bewegung zum Bewegen der zweiten Struktur ist also schneller bzw. höherfrequenter als eine durch den zweiten Antrieb ausgeführte Bewegung zum Bewegen des Fußpunkts.

Dabei ist es beispielsweise auch vorgesehen, dass in bestimmten Ausführun gen des Verfahrens der Fußpunkt mittels des zweiten Antriebs gegenüber der ersten Struktur gar nicht bewegt wird, sondern während einer einzig durch den ersten Antrieb bewirkten Bewegung der zweiten Struktur festgehalten wird. Der zweite Antriebsstrang des zweiten Antriebs kann dann eine statische Last tragen. So findet eine Frequenztrennung zwischen Lasten des ersten An triebs und Lasten des zweiten Antriebs statt.

Beispielsweise kann es sein, dass bei einem Verfahren gemäß dieser Anmel dung eine Position der zweiten Struktur relativ zur ersten Struktur sehr schnell verändert werden soll, beispielsweise wenn eine Rotation der zweiten Struk tur um die erste Struktur mit einer großen Winkelgeschwindigkeit bzw. einem großen Drehmoment initiiert werden soll. Dann übernimmt der Direktantrieb im ersten Antriebsstrang maßgeblich die Initiierung der Bewegung, während der zweite Antrieb im zweiten Antriebsstrang, beispielsweise aufgrund seiner Beschaffenheit, zumindest zu Beginn zeitverzögert zu dem ersten Antrieb agiert. Dadurch wird zumindest zu Beginn aufgrund der durch den ersten An trieb bewirkten verhältnismäßig schnellen Bewegung die zweite Struktur nicht nur relativ zu der ersten Struktur, sondern auch relativ zum Fußpunkt des zweiten Antriebsstrangs bewegt und das elastische Element verformt („Arbei ten des ersten Antriebs in das elastische Element"). Nach einer Anlaufphase kann der zweite Antrieb die neue Position des ersten Antriebs erreichen und die durch den ersten Antrieb initiierte Bewegung unterstützen, sodass die Last auf beide Antriebe verteilt wird. Das ist beispielsweise sinnvoll bei

rotatorischen oder translatorischen Bewegungen mit großer Amplitude oder bei rotatorischen Bewegungen mit mehreren Umdrehungen.

Bei langsamen Bewegungen kann es hingegen auch vorgesehen sein, dass ein Großteil der Last über den zweiten Antriebsstrang läuft. Eine optimale bzw. maximal energieeffiziente Verteilung der Last auf beide Antriebe bei langsa men Bewegungen ergibt sich jeweils aus der genauen Ausgestaltung der An triebe und der angestrebten Bewegung und kann in den beschriebenen Ver fahren errechnet bzw. genutzt werden. Es kann bei solchen Bewegungen auch eine Einstellung der Elastizität des elastischen Elements vorgesehen sein. Zum Beispiel, eine Versteifung des elastischen Elements bei langsamen Bewegun gen oder niederfrequenten Bewegungen, wenn Phasenunterschiede zwischen den beiden Antrieben gering sind.

Im Fall langsamer Bewegungen kann der erste Antrieb aufgrund seiner unmit telbaren Anbindung besonders effektiv auch für eine aktive Schwingungskom pensation genutzt werden, beispielsweise, um einen Bahnprozess, bei dem ein Großteil der Last über den zweiten Antrieb läuft, möglichst präzise auszu führen.

Dabei ist es weiterhin möglich, dass in einem Schritt des Verfahrens aus dem ersten und/oder dem zweiten Sensorsignal das erste Eingangssignal für die aktive Schwingungskompensation ermittelt wird. Die Stärke der Schwingungs kompensation, also die Stärke einer durch den Direktantrieb bewirkten Dämp fung, kann in einem Schritt modifiziert werden. Typischerweise erfolgt eine Bereitstellung und/oder Anpassung der Stärke der aktiven Schwingungskom pensation auf Grundlage von Geschwindigkeiten des ersten und/oder des zweiten Antriebs.

Es ist allerdings auch möglich, dass das Verfahren beinhaltet, dass, bevor die Bewegung durch den als Direktantrieb ausgebildeten ersten Antrieb initiiert wird, der zweite Antriebsstrang durch Öffnen eines schaltbaren Elements un terbrochen bzw. abgetrennt wird, wodurch sich das elastische Element ent spannt, sodass die komplette Last vom ersten Antrieb übernommen wird. Der erste Antrieb fährt dann seine Zielposition, bzw. die Zielposition der zweiten Struktur an und der zweite Antrieb fährt hinterher, sodass der Fußpunkt nach geführt wird. Wenn der Fußpunkt sich an einer entsprechenden Zielposition befindet kann das schaltbare Element wieder geschlossen werden, damit der zweite Antrieb die statische Last übernehmen kann. Die Zielposition des zwei ten Antriebs bzw. des Fußpunkts kann dabei aus dem ersten Ausgangssignal generiert werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise sinnvoll bei schnel- len rotatorischen oder translatorischen Bewegungen, deren Amplitude so groß ist, dass ein Überfahren der Amplitude nicht durch eine elastische Ver formung des elastischen Elements bei ruhendem zweiten Antrieb und ge schlossenem schaltbaren Element toleriert werden könnte, die aber nicht so groß ist, dass zum Ausführen der Bewegung selbst eine Unterstützung durch den zweiten Antrieb notwendig oder wirtschaftlich wäre. Vielmehr soll der zweite Antrieb nur nachgefahren werden, um anschließend an die Bewegung die statischen Lasten zu übernehmen. Er ist nicht am Ausführen der Bewe gung selbst beteiligt. Das beinhaltet auch die Möglichkeit, dass Start- und Zielposition der zweiten Struktur identisch sind, sodass der Fußpunkt nicht verstellt werden muss, da dann auch Ausgangsposition und Zielposition des Fußpunktes identisch sind. Dann muss das schaltbare Element lediglich geöff net und nach Abschluss einer alleine durch den ersten Antrieb bewirkten Be wegung, wenn die zweite Struktur an ihre Ausgangsposition zurückbewegt wurde, wieder geschlossen werden.

Angedacht ist ebenfalls ein Verfahren, bei dem der zweite Antrieb bzw. der Fußpunkt ruht, während durch das erste Eingangssignal eine Bewegung der zweiten Struktur relativ zu der ersten Struktur mit geringer Amplitude, insbe sondere eine hochfrequente oszillierende Bewegung, vorgegeben wird, aber ein mögliches schaltbares Element geschlossen gehalten wird. Eine solche Bewegung wird dann durch die Steifigkeit des elastischen Elements toleriert. Der zweite Antrieb übernimmt in diesem Szenario wieder die statische Last und der erste Antrieb ist wieder alleine für die Bewegung zuständig.

Die beschriebenen Operationsmodi lassen sich bei weiteren Verfahren, die insbesondere mit wie eingangs beschriebenen Antriebssystemen ausführbar sind, noch verallgemeinern. Im zuletzt beschriebenen Beispiel hat der zweite Antrieb die statische Last übernommen, während der erste Antrieb höherfrequente Oszillationen bewirkt hat. Das entspricht einer Aufteilung der Bewegung in einen niederfrequenten Anteil (in diesem Fall Frequenz null) und einen höherfrequenten oszillatorischen Anteil. Es ist aber auch möglich, dass der niederfrequente Anteil nicht etwa statisch (also Frequenz null) ist, son dern ebenfalls eine Bewegung beinhaltet. So kann beispielsweise durch den zweiten Antrieb eine langsame Bewegung des Fußpunktes und der über das elastische Element mit dem Fußpunkt verbundenen zweiten Struktur um die erste Struktur bewirkt werden (beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 0 und 10 Hz), während durch den ersten Antrieb kleine Auslenkungen der zwei ten Struktur relativ zu dem Fußpunkt mit hoher Frequenz (beispielsweise zwi schen 10 und 1000 Hz) bewirkt werden. Weitere Modi in denen eine derartige oder ähnlich geartete Frequenztrennung vorteilhaft nutzbar ist, ergeben sich für den Fachmann.

Die Regelungseinheit eines wie oben beschriebenen Antriebssystems kann zur Durchführung der beschriebenen Verfahren optional ein Verteilerelement, welches Hoch- und/oder Tiefpassfilter aufweist, beinhalten. Die Regelungs einheit eines wie oben beschriebenen Antriebssystems kann dazu ausgebildet sein, die im Rahmen des Verfahrens beschriebene Frequenzzerlegung auto matisch, basierend auf Parametern einer vorgesehenen Bewegung, auszufüh ren und die korrespondierenden ersten und zweiten Eingangssignale aus den Parametern der Bewegung sowie den ersten und möglichen zweiten Aus gangssignalen zu errechnen bzw. zu filtern und an den ersten und/oder den zweiten Antrieb zu senden. Typischerweise fließen in derartige Berechnungen Parameter des elastischen Elements mit ein. Dabei kann die Regelungseinheit auch dazu ausgebildet sein, basierend auf Parametern einer vorgesehenen Bewegung und den ersten und möglichen zweiten Eingangssignalen einen entsprechenden Modus zu wählen, in dem die Steifigkeit des elastischen Ele ments verändert und/oder das mögliche schaltbare Element geöffnet und/oder geschlossen wird.

Es sei betont, dass Merkmale, die z.B. nur in Bezug auf das Antriebssystem genannt wurden, auch für das genannte Verfahren beansprucht werden kön nen und anders herum.

Im Folgenden werden die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen anhand von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 schematisch ein Antriebssystem mit einem Direktantrieb,

Figur 2 schematisch ein Antriebssystem mit einem Antrieb und einer Getriebeübersetzung,

Figur 3 schematisch ein Antriebssystem mit zwei parallelen

Antriebssträngen,

Figur 4 schematisch ein Antriebssystem mit zwei parallelen

Antriebssträngen und Messeinrichtungen,

Figur 5 schematisch ein Antriebssystem mit Eingangs- und

Ausgangssignalen zur Steuerung / Regelung des Antriebssystems,

Figur 6 schematisch ein Antriebssystem mit einem Regelkreis,

Figur 7 schematisch ein Antriebssystem mit einem Regelkreis und

einer Steuereinheit,

Figur 8 schematisch ein Verteilerelement eines Regelkreises eines

Antriebssystems,

Figur 9 eine serielle Kinematik mit mehreren Freiheitsgraden,

Figur 10 ein als Drehantrieb ausgebildetes Antriebssystem, und

Figur 11 ein als Drehantrieb ausgebildetes Antriebssystem in einer

alternativen Ausgestaltung.

Figur 1 zeigt schematisch ein Antriebssystem mit einer ersten Struktur 1, einer zweiten Struktur 2 und einem zwischen der ersten Struktur 1 und der zweiten Struktur 2 angeordneten Antrieb, der als Direktantrieb 11 ausgebildet ist. Der Direktantrieb ist als Elektromotor ausgebildet und mit der ersten 1 und der zweiten Struktur 2 verbunden und dazu eingerichtet, eine Bewegung der zweiten Struktur 2 relativ zu der ersten Struktur zu bewirken. Bei der gewähl ten schematischen Darstellung ist nicht konkretisiert, ob es sich um eine rotatorische oder translatorische Bewegung handelt, da die getroffenen Aus sagen allgemein für alle Arten der mit einem gegebenen Antrieb realisierba- ren Bewegungen gelten. Bei dem Direktantrieb 11 im Sinne dieser und der weiteren Figuren handelt es sich um einen unmittelbar angebundenen, also getriebelosen, elektrischen Antrieb ohne mechanische Übersetzungselemen te. Eine hohe Präzision der Bewegung kann durch den Direktantrieb 11 dabei sowohl bezüglich einer gewünschten Geschwindigkeit der zweiten Struktur 2 während der Bewegung, als auch bezüglich einer Endposition, in welche die zweite Struktur 2 möglicherweise überführt werden soll, erreicht werden.

Figur 2 zeigt ein Antriebssystem in der gleichen schematischen Darstellungs weise wie in Figur 1. Durch das in der Figur 2 gezeigt Antriebssystem kann wieder die zweite Struktur 2 gegenüber der ersten Struktur 1 bewegt werden. In einem mit der ersten 1 und der zweiten Struktur 2 zu diesem Zweck ver bundenen Antriebsstrang befinden sich seriell ein Antrieb 12 und eine Getrie beübersetzung 13. Diese Art von Antrieb mit Getriebeübersetzung 13 ist im Vergleich zu dem in Figur 1 gezeigten Direktantrieb in der Regel energiespa render und kompakter. Durch eine mittels der Getriebeübersetzung einstell bare Über- oder Untersetzung kann eine hohe Effizienz bzw. ein hohes Dreh moment in unterschiedlichen Drehzahlbereichen bzw. für unterschiedlich große Lasten erreicht werden. Ein solcher Antrieb wie in der Figur 2 gezeigt, zeigt im Betrieb elastische und/oder dämpfende Effekte, die zumindest teil weise von der Getriebeübersetzung herrühren. Weiterhin können

Unstetigkeiten und/oder Nichtlinearitäten auftreten, zum Beispiel bei einem Wechsel der Bewegungsrichtung. Diese Eigenschaften werden in der vorlie genden Anmeldung ausgenutzt, wie nachfolgend weiter erläutert wird.

Figur 3 zeigt ein Antriebssystem zum Bewegen der zweiten Struktur 2 relativ zu der ersten Struktur 1, wiederum in der schematischen Darstellungsweise aus den Figuren 1 und 2, wobei in dem Antriebssystem zwei Antriebe enthal ten sind, deren Antriebsstränge parallel zueinander sind. Ein erster der zwei Antriebsstränge A umfasst einen ersten Antrieb 5, der als Direktantrieb 11, wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, ausgebildet ist. Ein zweiter der zwei Antriebsstränge B umfasst, in Reihe zueinander geschaltet, einen zweiten Antrieb 3 und ein elastisches Element 4. Dabei kann es sich im zwei ten Antriebsstrang B um den Antrieb 12 und die Getriebeübersetzung 13 aus Figur 2 handeln, wobei die Getriebeübersetzung 13 das elastische Element 13 darstellt, es kann sich bei dem zweiten Antrieb 3 aber auch um einen anderen Antrieb handeln und/oder das elastische Element 4 kann anstatt der Getrie- beübersetzung 13 oder zusätzlich zu der Getriebeübersetzung andere elasti sche Komponenten, wie eine Spiralfeder, ein Elastomer und/oder ein Kupp lungselement enthalten. In manchen Ausführungen ist eine Steifigkeit des elastischen Elements einstellbar. Es kann sich beispielsweise um eine einstell bare Torsionssteifigkeit eines elastischen Elements in einem Drehantrieb han deln, oder um ein elastisches Element mit einstellbarer translatorischer Steif igkeit in Reihe zu einem Linearantrieb.

An einer Schnittstelle zwischen dem zweiten Antrieb 3 und dem elastischen Element 4 ist ein Fußpunkt F definiert. Bei dem Fußpunkt F kann es sich bei spielsweise um ein Verbindungselement handeln, das in dem Antriebsstrang zwischen dem zweiten Antrieb 3 und dem elastischen Element 4 angeordnet ist. Bei einer wie hier gezeigten Anordnung wird dann bei einer durch den zweiten Antrieb 3 ausgelösten Bewegung zuerst der Fußpunkt F gegenüber der ersten Struktur 1 bewegt, und eine Bewegung der zweiten Struktur 2 re lativ zu der ersten Struktur 2 erfolgt sekundär und hängt von einer Verfor mung des elastischen Elements 4 ab. Der zweite Antrieb 3 stellt also in erster Linie eine Fußpunktverstellung dar. Entsprechend kann durch den ersten An trieb 5 die zweite Struktur 2 gegenüber dem vom zweiten Antrieb gesteuerten Fußpunkt F bewegt werden.

Parallelschaltung von Antrieben, beziehungsweise parallele Antriebsstränge bedeutet hier, dass der erste Antriebsstrang A des ersten Antriebs 5 und ein zweiter Antriebsstrang B eines zweiten Antriebs 3 jeweils mit der ersten Struktur 1 und der zweiten Struktur 2 verbunden sind, sodass durch jeden einzelnen der beiden Antriebsstränge eine Bewegung der zweiten Struktur 2 relativ zur ersten Struktur 1 bewirkt werden kann oder bewirkt werden könn te, wenn der jeweils andere Antrieb nicht vorhanden wäre. Eine Bahn auf der die zweite Struktur 2, ausgelöst durch den ersten 5 oder den zweiten Antrieb 3, bewegt wird, ist dabei in beiden Fällen die gleiche. Die Bahn wird üblicher weise durch Achsen, beispielsweise Rotationsachsen oder lineare Achsen, um die oder entlang derer die zweite Struktur bewegbar ist, vorgegeben. Diese Bahnen werden durch die konstruktive Ausgestaltung der Lagerung und Füh rung der beiden Strukturen zu einander definiert. Die Bahn der Bewegung hängt also bei derartig parallel geschalteten Antrieben nicht von dem ver wendeten Antrieb ab, vielmehr können sich die Antriebe gegenseitig beim Ausüben von Bewegungen auf ein- und derselben Bahn unterstützen, wobei sich die durch die beiden Antriebe bewirkten Beiträge zu solchen Bewegun gen, beispielsweise welcher der beiden Antriebe welchen Anteil einer Last übernimmt, unterscheiden bzw. verändern können. Das Ziel einer wie in der Figur 3 gezeigten Parallelschaltung ist es also, eine Verteilung von Lasten auf zwei parallele Antriebsstränge A, B, einen ersten Antriebsstrang A mit einem Direktantrieb 5 und einen zweiten Antriebsstrang B mit einem Antrieb 3 und einem elastischen Element 4, zu ermöglichen. Eine Bewegung der zweiten Struktur 2 relativ zu der ersten Struktur 1 erfolgt demnach in einer solchen Anordnung zumindest mittels des ersten Antriebs 5.

In dem zweiten Antriebsstrang B kann ferner ein schaltbares Element (nicht gezeigt), z.B. am Verbindungspunkt zwischen dem elastischen Element 4 und der daran angeschlossenen zweiten Struktur 2, vorgesehen sein. Das schaltba re Element durchtrennt bzw. entkoppelt, wenn es geöffnet wird, den zweiten Antriebsstrang B. Das elastische Element entspannt sich dann und die gesam te Last läuft über den ersten Lastpfad A. Der Fußpunkt F kann dann unabhän gig von einer durch den ersten Antrieb 5 bewirkten Bewegung der zweiten Struktur 2 verstellt werden. Wenn eine Lastübernahme durch den zweiten Antriebsstrang B wieder gewünscht ist, kann das schaltbare Element dann wieder geschlossen werden.

Figur 4 zeigt ein Antriebssystem in der Darstellung aus den vorhergehenden Figuren. Das Antriebssystem umfasst die erste Struktur 1 und die gegenüber der ersten Struktur bewegliche zweite Struktur 2. Eine Antriebseinheit 8, die dazu eingerichtet ist, die zweite Struktur 2 relativ zu der ersten Struktur 1 zu bewirken, umfasst dabei die beiden unabhängigen und parallelen Antriebs stränge A, B aus Figur 3. Außerdem umfasst die Antriebseinheit 8 eine erste Messeinrichtung 7, mit der sich eine Position und/oder Geschwindigkeit der zweiten Struktur 2 relativ zu der ersten Struktur erfassen lässt. Da die Position und/oder Geschwindigkeit der zweiten Struktur 2 relativ zu der ersten Struk tur 1 einer Position und/oder Geschwindigkeit des ersten Antriebs 5 ent spricht, kann die erste Messeinrichtung 7 auf verschiedene Weise realisiert werden. Beispielsweise kann es sich um einen Hallgeber, einen inkrementei len oder absoluten Winkelsensor oder eine optische Messeinrichtung oder eine Kombination daraus handeln. Es ist aber auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich die Position und/oder Geschwindigkeit der zweiten Struktur 2 über einen Motorstrom eines Motors des ersten Antriebs 5 ermittelt oder geschätzt wird. Die Geschwindigkeit kann dabei typischerweise direkt aus dem Motorstrom entnommen werden und eine Position z.B. aus einem zeitlichen Geschwindigkeitsverlauf errechnet oder geschätzt werden. Die gezeigte An triebseinheit 8 umfasst im gezeigten Fall weiterhin eine für manche Betriebs modi nicht zwingend benötigte zweite Messeinrichtung 6. Diese zweite Mess einrichtung 6 dient dazu eine Position und/oder Geschwindigkeit des Fuß punkts F relativ zu der ersten Struktur 1 zu bestimmen. Hierbei besteht die gleiche Analogie zwischen Position und Geschwindigkeit des Fußpunkts F und Position und Geschwindigkeit des zweiten Antriebs 3 wie oben zwischen Posi tion und Geschwindigkeit der zweiten Struktur 2 und Position und Geschwin digkeit des ersten Antriebs 7. Entsprechend kann die zweite Messeinrichtung 6 analog zur ersten Messeinrichtung 7 ausgestaltet sein. Sind Position und/oder Geschwindigkeit des Fußpunkts F und der zweiten Struktur 2 jeweils bezogen auf die erste Struktur 1 bekannt, so ergeben sich daraus auch Positi on und/oder Geschwindigkeit zwischen Fußpunkt F und zweiter Struktur 2.

In Figur 5 wird das in Figur 4 gezeigte Antriebssystem mit Ein- und Ausgangs signalen graphisch dargestellt. Die mit der ersten Struktur 1 und der zweiten Struktur 2 verbundene Antriebseinheit 8 wird vereinfacht als schraffierter Kasten dargestellt. Sie ist dazu eingerichtet, erste Eingangssignale 20 für den ersten Antrieb 5 und zweite Eingangssignale 21 für den zweiten Antrieb 6 bzw. in dem zweiten Antriebsstrang B enthaltene Komponenten, wie das elastische Element 4 und das schaltbare Element, zu empfangen, wie durch einlaufende Pfeile dargestellt wird, und, basierend auf den Eingangssignalen, Aktionen auszuführen. Ferner ist die Antriebseinheit 8 dazu eingerichtet erste Aus gangssignale 22, die mit der ersten Messeinrichtung 7 bestimmte Messgrößen enthalten, und zweite Ausgangssignale 23, die mit der zweiten Messeinrich tung 6 bestimmte Messgrößen enthalten, zu senden. Basierend auf den ers ten Eingangssignalen 20 wird der erste Antrieb betrieben, um eine Bewegung der zweiten Struktur 2 relativ zu der ersten Struktur 1 mit einer in dem ersten Eingangssignal 20 enthaltenen vorgegebenen Geschwindigkeit oder an eine in dem ersten Eingangssignal 20 enthaltene vorgegebene Position zu bewirken. Gleichermaßen wird basierend auf dem zweiten Eingangssignal 21 eine Bewe gung des Fußpunktes F gegenüber der ersten Struktur mittels des zweiten Antriebs 3 bewirkt.

Figur 6 zeigt die Anordnung aus Figur 5, eingebettet in einen Regelkreis. Der Regelkreis umfasst eine Regelungseinheit 17, die ihrerseits einen Regler 10 und ein optionales Verteilerelement 9 umfasst. Weiterhin können in dem Re gelkreis, z.B. zwischen dem Regler und den Antrieben, auch noch Leistungs verstärker vorhanden sein. Das zuvor beschriebene erste Ausgangssignal 22 und das zweite Ausgangssignal 23 werden an den Regler 10 übergeben. Der Regler 10 gibt einen Last-Sollwert 24 aus, der zum Beispiel aus dem ersten Ausgangssignal 22 und dem zweiten Ausgangssignal 23 errechnet wird. Der Last-Sollwert 24 bzw. die darin enthaltenen Informationen werden an das Verteilerelement 9 übergeben. Das Verteilerelement 9 ermittelt daraus die erste Eingangsgröße 20 für den ersten Antrieb 5 und die zweite Eingangsgröße 21 für den zweiten Antrieb 3 bzw. für das elastische Element 4 und/oder das schaltbare Element und gibt diese jeweils an die Antriebseinheit 8 weiter. Die gemäß den ersten und zweiten Eingangsgrößen 20, 21 ausgeführten Bewe gungen bzw. Betätigungen der beiden Antriebe 3, 5, sowie möglicherweise des elastischen Elements 4 und/oder des schaltbaren Elements, resultieren in einer durch den Last-Sollwert 24 vorgegebenen Bewegung der zweiten Struk tur 2 relativ zu der ersten Struktur 1. Der Regler 10 kann eine Weg-und/oder Geschwindigkeitsrückführung beinhalten.

Figur 7 zeigt den Regelkreis aus Figur 6, wobei zusätzlich eine Steuereinheit 15 bereitgestellt wird, die ein Steuersignal 16, welches die Geschwindigkeit und/oder Position der zweiten Struktur 2 betreffende Sollwerte umfassen kann, an den Regler 10 der Regelungseinheit 17 übergibt. So wird mit dem Steuersignal 16 neben den Ausgangssignalen 22, 23 der Messeinrichtungen 6, 7 ein drittes Signal an den Regler 10 übermittelt und von diesem verarbeitet. Über die Steuereinheit 15 können beispielsweise von einem Benutzer oder durch ein Computerprogramm Anweisungen zum Ausführen einer Bewegung der zweiten Struktur 2 an die Regelungseinheit 17 und von dort an das An triebssystem eingegeben werden. Der Regler 10 berücksichtigt dann neben dem Steuersignal 16 auch die Ausgangssignale 22, 23, die einen aktuellen Zu stand des Antriebssystems beschreiben, um den Last-Sollwert 24 zu ermitteln. Der Last-Sollwert 24 umfasst typischerweise bei Point-to-Point Bewegungen zumindest die Endposition und bei Bahnprozessen die Geschwindigkeit oder einen Geschwindigkeitsverlauf der zweiten Struktur 2. Dieser wird dann di rekt oder wieder über das optionale Verteilerelement der Regelungseinheit 17 an die Antriebseinheit 8 übergeben, wo durch Aktivieren der beiden Antriebe 3, 5 die gewünschte Bewegung, unter zweckmäßiger Verteilung der Lasten gemäß einem der hier vorgestellten Modi, ausgeführt wird.

Figur 8 zeigt schematisch den Aufbau des in den Figuren 6 und 7 gezeigten optionalen Verteilerelements 9 der Regelungseinheit 17. Das Verteilerelement 9 umfasst zwei Komponenten 25, 26, die den Last-Sollwert 24 in die beiden Eingangssignale 20, 21 des ersten Antriebsstrangs A bzw. des zweiten An triebsstrangs B aufteilt. Die Aufteilung der Last kann dabei beispielsweise mit tels fester Faktoren erfolgen. Die Aufteilung der Last kann beispielsweise auch durch Verwendung von Hoch- bzw. Tiefpassfiltern passieren. Typischerweise ist eine erste Komponente 25 der zwei Komponenten, die das erste Eingangs signal 20 für den ersten Antrieb 5 liefert, als Hochpassfilter ausgebildet bzw. enthält einen solchen und eine zweite Komponente 26 der zwei Komponen ten, die das zweite Eingangssignal 21 für den zweiten Antrieb 3 liefert, ent sprechend als Tiefpassfilter ausgebildet bzw. enthält einen solchen. Auf diese Weise werden die Komponenten 25, 26 den Eigenschaften des jeweiligen An triebs 3, 5, mit dem sie verbunden sind, gerecht. Der Hochpassfilter und der Tiefpassfilter können so abgestimmt sein, dass sich die Frequenzbereiche überschneiden. Dann werden Signale im Bereich der Überschneidung an beide Antriebe übertragen. Die Filter können dann weiterhin so abgestimmt sein, dass sich im Bereich der Überschneidung eine Abschwächung des Signals ergibt. In dem Fall können die gefilterten und die nicht gefilterten bzw. die abgeschwächten Frequenzen beispielsweise so abgestimmt werden, dass eine Abschwächung bei Eigenfrequenzen des Antriebssystems stattfindet. Dabei ist es auch möglich, dass während eines Betriebes des Antriebssystems Bereiche der Überschneidung und oder der Abschwächung von Signalen dynamisch angepasst werden, wenn sich beispielsweise aufgrund sich verändernder Las ten die Eigenfrequenzen das Antriebssystems ändern. Das Verteilerelement 9 kann seinerseits also auch steuerbar sein.

Figur 9 zeigt eine serielle Kinematik mit drei Freiheitsgraden, je einen entlang einer Linearachse 53 und um zwei Drehachsen 54, 55. Die serielle Kinematik umfasst eine Basis 50, die entlang der Linearachse 53 eine translatorische Be- wegung 56 relativ zu einer Schiene 57 ausführen kann. Diese translatorische Bewegung 56 wird durch eine erste als Linearantrieb ausgebildete Antriebs einheit 8.1 gemäß dieser Anmeldung bewirkt. Aus Sicht dieses Linearantriebs stellt die Schiene 57 die erste Struktur 1 und die Basis 50 die zweite Struktur 2 dar. An der Basis 50 ist wiederum ein erster Arm 51 befestigt, der mittels ei ner zweiten, als Drehantrieb ausgebildeten, Antriebseinheit 8.2 gemäß dieser Anmeldung um eine erste der beiden Drehachsen 55 eine rotatorische Bewe gung 59 ausführen kann. Aus Sicht dieser als Drehantrieb ausgebildeten zwei ten Antriebseinheit 8.2 stellt die Basis 50 die erste Struktur 1 und der Arm 51 die zweite Struktur 2 dar. Weiterhin ist ein zweiter Arm 52 mit dem ersten Arm 51 verbunden und relativ zu diesem um eine zweite der zwei Drehachsen 54 mittels einer dritten, als Drehantrieb ausgebildeten, Antriebseinheit 8.3 gemäß dieser Anmeldung drehbar. Der zweite Arm 52 führt also eine rotatorische Bewegung 58 relativ zu dem ersten Arm 51 aus. Am Ende des zweiten Arms 52 ist ein Endeffektor 60 angeordnet. Für eine Bewegung des Endeffektors 60 aus Sicht eines feststehenden Koordinatensystems 61 müssen Geschwindigkeiten und Positionen der drei beschriebenen Antriebseinheiten 8.1, 8.2, 8.3 berücksichtigt werden.

Figur 10 zeigt eine als Drehantrieb ausgebildete Antriebseinheit 8.4. Sie stellt eine mögliche Ausgestaltung der vorangehend beschriebenen Antriebseinheit 8 dar. Die Antriebseinheit 8.4 dient dazu, zwei mit ihr verbundene Strukturen (nicht gezeigt) gegeneinander um eine Achse 70.1 einer Welle 70 zu verdre hen. Hierzu ist die Welle 70 mit zwei Lagern 71 gelagert. Außenringe 72 der Lager 71 sind starr mit einer ersten der zwei Strukturen verbunden und die Welle 70 ist starr mit einer zweiten der zwei Strukturen verbunden. Die An triebseinheit 8.4 weist den ersten Antrieb 5 auf, der als Direktantrieb ausge bildet ist und einen mit der Welle 70 verbundenen Rotor 79 und einen mit der ersten Struktur verbundenen Stator 78 umfasst. Der Rotor 79 ist durch den ersten Antrieb 5 um die Achse 70.1 drehbar.

Weiterhin weist die Antriebseinheit 8.4 den zweiten Antrieb 3 auf, der als Schneckenantrieb ausgebildet ist. Der zweite Antrieb 3 umfasst einen Motor 73, beispielsweise einen Elektromotor, der eine Schneckenwelle 74.1 eines Schneckengetriebes 74 antreibt. Durch die auf diese Weise bewegbare Schne ckenwelle 74.1 kann ein Schneckenrad 74.2 des Schneckengetriebes 74 ange- trieben werden. Das Schneckenrad 74.2 ist an einem ersten Anknüpfungs punkt 77 mit einem ersten Ende des elastischen Elements 4 verbunden, wel ches in der gezeigten Antriebseinheit als auf Torsion belastete Spiralfeder ausgebildet ist. An einem zweiten Anknüpfungspunkt 76, der sich an einem zweiten, dem ersten Ende entgegengesetzten Ende des elastischen Elements 4 befindet, ist das elastische Element 4 starr mit der Welle 70 verbunden. Die Welle ist dabei durch eine Lagerung 75 rotatorisch zur Welle 70 gelagert. Es wird also durch den zweiten Antrieb 3 in erster Linie der Anknüpfungspunkt 77 bewegt, der den Fußpunkt F des elastischen Elements darstellt. Diese Be wegung des Anknüpfungspunkts 77 bzw. Fußpunktes F zieht eine Verformung des elastischen Elements 4 und daraus folgend eine anschließende Rotation des zweiten Anknüpfungspunktes 76 des elastischen Elements 4 und damit verbundener Strukturen um die Achse 70.1 nach sich. Das Schneckengetriebe 74 mit dem Motor 73 und der rotatorischen Lagerung 75 stellt also im vorlie genden Fall eine Fußpunktverstellung dar. Anstelle einer torsionsbelasteten Spiralfeder kann in einer solchen Antriebseinheit 8.4 als elastisches Element 4 beispielsweise auch ein Elastomer, das als Torsionsfeder verwendet wird, ein gesetzt werden. Es kann beispielsweise auch ein elastisches Element 4 mit einstellbarer Steifigkeit verwendet werden.

Der erste und der zweite Antriebsstrang des ersten bzw. zweiten Antriebs sind in der Figur 10 nicht näher gekennzeichnet.

Figur 11 zeigt ein Antriebssystem mit einer als Drehantrieb ausgestalteten Antriebseinheit 8.5, die eine Ausführung einer Antriebseinheit 8 darstellt. Das Antriebssystem umfasst die zweite Struktur 2, die relativ zu der ersten Struk tur 1 (in der Figur nicht dargestellt) mittels der Antriebseinheit 8.5 rotatorisch bewegbar ist. Dazu umfasst die Antriebseinheit 8.5 ein entsprechendes Lager 71' und den als Direktantrieb sowie als Drehantrieb ausgebildeten ersten An trieb 5 mit dem ersten Antriebsstrang A und den zweiten Antrieb 3, der eben falls als Drehantrieb ausgebildet ist, mit dem zweiten Antriebsstrang B. Die beiden Antriebsstränge A, B sind jeweils durch gestrichelte Linien angedeutet.

Der erste Antrieb 5 umfasst einen Rotor 79' und einen Stator 78'. Der zweite Antrieb 3 umfasst ein Planetengetriebe 90 und ein elastisches Element 4, das als torsionselastisches Kupplungselement ausgebildet ist. Der Rotor 79' ist starr mit der ersten Struktur 1, einem Gehäuse des zweiten Antriebs 3, sowie einem feststehenden Teil des Planetengetriebes 90 verbunden. Eine Drehbe wegung des zweiten Antriebs wird durch das Plantengetriebe 90 übersetzt und in das elastische Kupplungselement 4 eingeleitet.

Bezugszeichenliste

1 Erste Struktur

2 Zweite Struktur

3 Zweiter Antrieb (Fußpunktverstellung)

4 Elastisches Element

5 Erster Antrieb (Direktantrieb)

6 Zweites Messsystem

7 Erstes Messsystem

8 Antriebseinheit

8.1, 8.2,

8.3, 8.4 Ausgestaltungen der Antriebseinheit 8

9 Verteilerelement

10 Regler

11 Direktantrieb

12 Antrieb

13 Getriebeübersetzung

15 Steuereinheit

16 Steuersignal

17 Regelungseinheit

20 Erstes Eingangssignal

21 Zweites Eingangssignal

22 Erstes Ausgangssignal

23 Zweites Ausgangssignal

24 Last-Sollwert

25 Erste Komponente des Verteilerelements

26 Zweite Komponente des Verteilerelements

50 Basis

51 Erster Arm 52 Zweiter Arm

53 Linearachse

54 Zweite Drehachse

55 Erste Drehachse

56 Translatorische Bewegung

57 Schiene

58 Zweite rotatorische Bewegung

59 Erste rotatorische Bewegung

60 Endeffektor

61 Feststehendes Koordinatensystem

70 Welle

70 Wellenachse

71, 71' Lager

72 Lageraußenring

73 Motor

74 Schneckengetriebe

74.1 Schneckenwelle

74.2 Schneckenrad

75 Lagerung des Schneckengetriebes

76 Zweiter Anknüpfungspunkt des elastischen Elements

77 Erster Anknüpfungspunkt des elastischen Elements

78, 78' Stator

79, 79' Rotor

90 Getriebe

A Erster Lastpfad

B Zweiter Lastpfad

F Fußpunkt