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Die Erfindung geht aus von einem Industrieroboter mit Parallelkinematik, welcher mit einer Roboterbasis, mit einem als Aufnahme für einen Greifer oder ein Werkzeug dienenden Trägerelement und mit mehreren Betätigungseinheiten zum Bewegen des Trägerelements ausgestattet ist.
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Derartige Industrieroboter mit Parallelkinematik dienen zum Bewegen, Positionieren und/ oder Bearbeiten eines Gegenstands im Raum. Sie sind mit einer ortsfest angeordneten Roboterbasis und einem beweglichen Trägerelement zur Aufnahme eines Greifers, eines Werkzeugs oder eines sonstigen Maschinenelements oder Maschinenteils ausgestattet. Das Trägerelement ist über mindestens zwei Betätigungseinheiten mit der Roboterbasis verbunden. Jede Betätigungseinheit wird über eine ihr zugeordnete und an der Roboterbasis angeordnete Antriebseinheit bewegt. Eine Bewegung der Betätigungseinheiten führt zu einer Bewegung des Trägerelements. An dem Trägerelement kann beispielsweise ein Greifer zum Aufnehmen eines Gegenstands oder ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Gegenstands oder ein Maschinenteil, wie beispielsweise ein Lager oder ein Getriebe angeordnet sein. Hierzu ist das Trägerelement mit einem Trägerelement-Kopplungsteil ausgestattet, welches einen Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenteil aufnimmt. Durch die aufeinander abgestimmte Bewegung der angetriebenen Betätigungseinheiten kann der an dem Trägerelement angeordnete Greifer, das Werkzeug oder das Maschinenelement gezielt in mehreren Dimensionen im Raum bewegt werden. Die Betätigungseinheiten bewirken eine räumliche Parallelogrammführung des Trägerelements. Die daraus resultierende parallele Kinematik ermöglicht eine schnelle und präzise Bewegung des Trägerelements und des daran angeordneten Greifers, Werkzeugs oder Maschinenteils. Diese Bewegung ist eine translatorische Bewegung des Trägerelements. Ist der Industrieroboter mit drei Betätigungseinheiten ausgestattet, handelt es sich um eine translatorische Bewegung in drei Raumrichtungen. Die Bewegung hat drei Freiheitsgrade und kann in einem Koordinatensystem mit x-, y- und z-Achse beschrieben werden. Ist der Industrieroboter mit zwei Betätigungseinheiten ausgestattet, handelt es um eine translatorische Bewegung in zwei Raumrichtungen. In diesem Fall hat die Bewegung zwei Freiheitsgrade und kann in einem Koordinatensystem mit x- und z-Achse beschrieben werden.
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Bei einer Bewegung des Trägerelements in Richtung der z-Achse verändert sich der Abstand zwischen der Roboterbasis und dem Trägerelement. Die x-Achse und die y-Achse sind zueinander senkrecht und zur z-Achse senkrecht ausgerichtet.
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Jede Betätigungseinheit weist eine an der Roboterbasis angeordnete, ein Drehmoment um eine Antriebsachse erzeugende Antriebseinheit auf. Ferner ist jede Betätigungseinheit mit einem Oberarm ausgestattet, der an eine Antriebswelle der Antriebseinheit direkt oder indirekt drehfest gekoppelt ist. Darüber hinaus weist jede Betätigungseinheit einen Unterarm auf, der mit zwei parallelen Stangen oder Streben ausgestattet ist. Mit einem ersten Ende sind die beiden Stangen um eine gemeinsame Drehachse drehbar mit dem Oberarm verbunden. Mit ihrem zweiten Ende sind die beiden Stangen beweglich mit dem Trägerelement verbunden. Dabei sind die beiden Stangen des Unterarms um eine gemeinsame Unterarm-Trägerelement-Drehachse drehbar an dem Trägerelement aufgenommen. Darüber hinaus sind die unteren Enden der beiden Stangen um zwei zueinander parallele Kipp-Achsen drehbar. Der Abstand dieser Kipp-Achsen entspricht im wesentlichen dem Abstand der beiden Stangen. Die beiden Kipp-Achsen des Unterarms verlaufen bevorzugt im wesentlichen senkrecht zu der Unterarm-Trägerelement-Drehachse des Unterarms. Diese Bewegung der Unterarme relativ zu dem Trägerelement kann durch Gelenke mit sich kreuzenden Achsen oder durch Kugelgelenke realisiert werden.
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Die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen der Betätigungseinheiten des Industrieroboters liegen in einer Ebene, die als Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene bezeichnet wird.
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Die maximale Strecke, die das Trägerelement bei einem Industrieroboter mit Parallelkinematik in Richtung der z-Achse zurücklegen kann, wird als z-Hub bezeichnet. Der z-Hub hängt unter anderem von dem Winkel ab, um den die Oberarme mit den ihnen zugeordneten Antriebseinheiten maximal gedreht werden können und der Länge der Oberarme. Darüber hinaus wird der z-Hub bei bestimmten Anwendungsfällen durch die Unterarme begrenzt. Da die Unterarme unter einem von der Position des Trägerelements abhängigen Winkel seitlich von dem Trägerelement abstehen, kann das Trägerelement nicht in einen Hohlraum eingeführt werden, dessen Öffnungsquerschnitt kleiner ist als der durch die Unterarme beanspruchte Raum. Dadurch wird beispielsweise das Ablegen von Gegenständen in Verpackungsbehältern mittels eines an dem Industrieroboter angeordneten Greifers stark eingeschränkt. Ein Ablegen ist nur dann möglich, wenn der Verpackungsbehälter eine ausreichend große Öffnung aufweist. Das Ablegen von Gegenständen am Rand des Verpackungsbehälters nahe einer den Behälter seitlich begrenzenden Behälterwand ist nicht möglich. Entsprechendes gilt für den Einsatz eines an dem Trägerelement angeordneten Werkzeugs oder Maschinenteils in Vertiefungen oder Hohlräumen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industrieroboter mit Parallelkinematik zur Verfügung zu stellen, bei dem der Bereich vergrößert ist, innerhalb dem ein an dem Trägerelement angeordneter Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenteil in Richtung der z-Achse bewegt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Industrieroboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Industrieroboter zeichnet sich dadurch aus, dass das Trägerelement mit einem Ansatz ausgestattet ist, der über die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene in die der Roboterbasis entgegen gesetzte Richtung vorsteht. Der Ansatz bildet eine Verlängerung des Trägerelements in die der Roboterbasis abgewandte Richtung. Das Trägerelement-Kopplungsteil ist an dem der Roboterbasis abgewandten Ende der Verlängerung angeordnet. Damit steht das Trägerelement-Kopplungsteil über eine Distanz über die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene über, die durch die Länge des Ansatzes vorgegeben ist. Die Verlängerung kann damit an den Einsatzort und den Anwendungsbereich des Industrieroboters angepasst werden. Soll mit einem an dem Trägerelement angeordneten Greifer, einem Werkzeug oder einem Maschinenteil eine Bearbeitung in einem Hohlraum, beispielsweise in einem Behälter, vorgenommen werden, so kann der Ansatz insbesondere hinsichtlich seiner Länge an diesen Einsatzort und den Anwendungsbereich angepasst werden. Die Anpassung ist auch hinsichtlich der äußeren Form des Ansatzes möglich.
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Da der Ansatz des Trägerelements in die der Roboterbasis entgegen gesetzte Richtung über die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene übersteht, beeinflusst die Verlängerung des Trägerelements den Bewegungsumfang des Trägerelements in Richtung der z-Achse. Ein an dem Trägerelement angeordneter Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenteil kann um eine der Länge des Ansatzes entsprechende Strecke weiter von der Roboterbasis entfernt positioniert werden als bei einem bekannten Industrieroboter. Damit wird der Bereich, innerhalb dem ein an dem Trägerelement angeordneter Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenteil in Richtung der z-Achse bewegt werden kann, vergrößert.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Ansatz einen länglichen Hohlkörper. Der Ansatz kann insbesondere als Rohr ausgebildet sein. Der Hohlkörper hat den Vorteil, dass er ein geringes Gewicht und eine hohe Stabilität aufweist. Darüber hinaus kann der Hohlraum innerhalb des Hohlkörpers für die Anordnung von Versorgungsleitungen für den Greifer, das Werkzeug oder das Maschinenteil genutzt werden, welches an dem Trägerelement angeordnet ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Trägerelement-Kopplungsteil einen Flansch zum Anordnen eines Greifers, eines Werkzeugs oder eines Maschinenteils. Der Flansch kann auch als Werkzeugflansch bezeichnet werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Industrieroboter mit einem zwischen der Roboterbasis und dem Trägerelement beweglich angeordneten Teleskop ausgestattet. Das Teleskop ist dabei mit einem Ende beweglich an der Roboterbasis und mit dem anderen Ende beweglich an dem Trägerelement aufgenommen. Dabei bildet das Teleskop beispielsweise eine vierte Achse zur Übertragung eines Drehmoments eines an der Roboterbasis angeordneten zusätzlichen Antriebs auf einen an dem Trägerelement angeordneten Greifer, ein Werkzeug oder Maschinenelement. Alternativ oder kumulativ bildet das Teleskop einen Hohlkörper, der Versorgungsleitungen eines an dem Trägerelement angeordneten Greifers, Werkzeugs oder Maschinenteils. Dabei ist das Teleskop mit seinem der Roboterbasis abgewandten Ende über ein Gelenk mit mehreren Freiheitsgraden an dem Trägerelement beweglich aufgenommen. Das Gelenk ist zumindest teilweise in dem Ansatz des Trägerelements angeordnet. Im Unterschied dazu befindet sich bei bekannten Industrierobotern mit Parallelkinematik und Teleskopachse als vierte Achse das Gelenk, mit welchem das Teleskop an dem Trägerelement aufgenommen ist, stets zwischen der Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene und der Roboterbasis. Der erfindungsgemäße Industrieroboter weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Gelenk in dem Ansatz am Trägerelement aufgenommen ist und damit in größerer Entfernung zur Roboterbasis positioniert ist als bei bekannten Industrierobotern. Dies wiederum hat zur Folge, dass das Teleskop des erfindungsgemäßen Industrieroboters länger ist als bei bekannten Industrierobotern und damit einen größeren z-Hub ermöglicht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gelenk ein Zentrum auf, welches auf der der Roboterbasis abgewandten Seite der Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene angeordnet ist. Handelt es sich bei dem Gelenk beispielsweise um ein Kardangelenk, so ist das Zentrum des Gelenks der Schnittpunkt der sich kreuzenden Achsen des Kardangelenks.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Ansatz eine gegenüber dem Ansatz drehbare Welle angeordnet. Dabei ist das eine Ende der Welle mit dem Gelenk verbunden, mit welchem das Teleskop an dem Trägerelement aufgenommen ist. Das andere Ende der Welle ist an dem Trägerelement-Kopplungsteil drehbar aufgenommen oder mit diesem verbunden. Damit wird ein Drehmoment von dem als Teleskopachse ausgebildeten Teleskop auf die Welle übertragen und von der Welle auf einen an dem Trägerelement-Kopplungsteil angeordneten Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenteil.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Welle in dem Ansatz gegen ein Verkippen abgestützt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Welle stets ihre Ausrichtung in dem Ansatz beibehält, auch wenn das Trägerelement durch die Betätigungseinheiten im Raum bewegt wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Welle in dem Ansatz zentriert.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Welle innen hohl. Dies hat den Vorteil, dass die Welle bei geringem Gewicht eine hohe Stabilität aufweist. Ferner kann die Welle in ihrem Hohlraum Versorgungsleitungen eines an dem Trägerelement angeordneten Greifers, eines Werkzeugs oder eines Maschinenteils aufnehmen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Figurenliste
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 Industrieroboter mit Parallelkinematik in Seitenansicht,
- 2 Trägerelement des Industrieroboters gemäß 1 in Seitenansicht,
- 3 Schnitt durch das Trägerelement gemäß 2,
- 4 Trägerelement gemäß 2 beim Absetzen eines Gegenstandes in einem Behälter,
- 5 Trägerelement eines aus dem Stand der Technik bekannten Industrieroboters beim Absetzen eines Gegenstandes in einem Behälter.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In den 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters 1 mit Parallelkinematik nach dem Delta-Prinzip mit einer Roboterbasis 2, einem Trägerelement 3 und drei als Steuerarme ausgebildeten Betätigungseinheiten dargestellt. Von den drei Betätigungseinheiten sind in der Zeichnung nur die beiden Betätigungseinheiten 4 und 4a erkennbar. Die dritte Betätigungseinheit ist durch ein Teleskop 10 verdeckt. An dem Trägerelement 3 ist ein als Sauggreifer ausgebildeter Greifer 13 angeordnet. Jede der drei Betätigungseinheiten 3 weist einen Antrieb, einen Oberarm und einen Unterarm auf. In 1 sind bei der Betätigungseinheit mit der Bezugszahl 4 der Antrieb 5, der Oberarm 6 und der Unterarm 7 erkennbar. Bei der Betätigungseinheit mit der Bezugszahl 4a sind der Oberarm 6a und der Unterarm 7a erkennbar. Alle drei Betätigungseinheiten sind prinzipiell gleich aufgebaut. Im Folgenden ist die erste Betätigungseinheit 4 stellvertretend für alle drei Betätigungseinheiten erläutert. Der Antrieb 5 ist an der Roboterbasis 2 ortsfest angeordnet. Er erzeugt ein Drehmoment um eine Antriebachse. Der Oberarm 6 ist an die Antriebsachse gekoppelt.
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Der Oberarm 6 ist als länglicher einarmiger Hebel ausgebildet, der durch den Antrieb 5 um die Antriebsachse zur Rotation angetrieben wird. An seinem der Antriebsachse abgewandten Ende ist der Oberarm 6 beweglich mit dem Unterarm 7 verbunden. Der Unterarm 7 weist zwei parallel verlaufende Stangen 8 und 9 auf. Die beiden Stangen 8 und 9 des Unterarms 7 sind an ihrem dem Oberarm 6 abgewandten Ende beweglich mit dem Trägerelement 3 verbunden.
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An der Roboterbasis 2 ist ein vierter Antrieb 11 angeordnet, der ein Drehmoment auf ein Teleskop 10 überträgt, welches eine als Teleskopachse ausgebildete vierte Achse bildet.
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In 2 ist die Unterarm-Trägerelement-Drehachse 14 dargestellt, um welche die beiden Stangen 8, 9 des Unterarms 7 gemeinsam relativ zum Trägerelement 3 drehbar sind. Die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen aller drei Betätigungseinheiten des Industrieroboters verlaufen in einer gemeinsamen Ebene, der Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene 17, welche in 3 dargestellt ist. Um der Bewegung des Trägerelements folgen zu können, sind die beiden Stangen 8, 9 des Unterarms 7 darüber hinaus über Kipp-Achsen 15, 16 beweglich an dem Trägerelement aufgenommen.
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Das Trägerelement 3 ist mit einem Ansatz 12 ausgestattet, der über die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene 17 in die der Roboterbasis 2 abgewandte Richtung vorsteht. Bei dem Ausführungsbeispiel befindet sich die Roboterbasis 2 oberhalb des Trägerelements 3. Der Ansatz 12 des Trägerelements steht damit nach unten über die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene 17 über und verlängert damit das Trägerelement nach unten. An dem Ansatz 12 ist über ein Trägerelement-Kopplungsteil 22 ein Sauggreifer 13 angeordnet. Das Trägerelement-Kopplungsteil 22 ist in 3 erkennbar.
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In 3 ist das Trägerelement 3 im Längsschnitt dargestellt. In dieser Darstellung ist das mit mehreren Freiheitsgraden ausgestattete Gelenk 19 erkennbar, mit dem das Teleskop 10 beweglich an dem Trägerelement 3 aufgenommen ist. Bei dem Gelenk 19 handelt es sich um ein Kardangelenk mit zwei sich kreuzenden Achsen. Das durch die beiden kreuzenden Achsen gebildete Zentrum 20 des Gelenks 19 befindet sich unterhalb der Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene 17. Das Gelenk 19 ist in dem Ansatz 12 teilweise aufgenommen.
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Das Trägerelement 3 umfasst einen Abschnitt 18 mit Aufnahmen für die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen der drei Betätigungseinheiten. An diesen Abschnitt 18 schließt sich nach unten in die der Roboterbasis 2 abgewandte Richtung der Ansatz 12 an. Dieser ist als länglicher Hohlkörper in Form eines Rohrs ausgebildet. In dem Ansatz 12 ist eine Welle 21 drehbar angeordnet. Die Welle 21 ist mit ihrem oberen Ende mit dem Gelenk 19 und mit ihrem unteren Ende mit dem Trägerelement-Kopplungsteil 22 verbunden. Über die Abstützung 23 ist die Welle 21 in dem Ansatz 12 gegen Verkippen geschützt. Über die Welle 21 wird ein Drehmoment des Teleskops 10 auf das Trägerelement-Kopplungsteil 22 übertragen.
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In 4 ist dargestellt, wie der Industrieroboter 1 einen Gegenstand 24 mit dem Sauggreifer 13 in einem Behälter 25 absetzt. Die Darstellung zeigt, dass der Sauggreifer 13 dank des Ansatzes 12 an dem Trägerelement 3 den Gegenstand 24 in unmittelbarer Nähe zu einer seitlichen Wand des Behälters 25 positionieren kann.
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Im Vergleich dazu zeigt 5 einen nicht erfindungsgemäßen Industrieroboter 100, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Industrieroboter 100 weist eine in der Zeichnung nicht erkennbare Roboterbasis, drei Betätigungseinheiten mit Oberarmen und Unterarmen, ein Trägerelement 103 mit einem Sauggreifer 113 und ein Teleskop 110 auf. Von einem der Unterarme sind die beiden Stangen 108, 109 erkennbar. Das Zentrum eines Gelenks 119, mit dem das Teleskop 110 beweglich an dem Trägerelement 103 aufgenommen ist, befindet sich oberhalb des Trägerelements und oberhalb einer Ebene 117, in welcher die Unterarm-Trägerelement-Drehachsen verlaufen. Der Sauggreifer 113 ist an der nach unten weisenden Seite des Trägerelements 113 angeordnet. Die Darstellung zeigt, dass ein Gegenstand 24 mit einem derartigen Industrieroboter 100 nicht in dem Behälter 25 an der gekennzeichneten Position abgesetzt werden kann, da die Unterarme des Industrieroboters mit den seitlichen Wänden des Behälters 25 kollidieren. Um den Gegenstand 24 positionieren zu können, müsste der Behälter 25 seitlich einen Ausschnitt für den Unterarm 107a aufweisen.
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Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Industrieroboter
- 2
- Roboterbasis
- 3
- Trägerelement
- 4
- Betätigungseinheit
- 4a
- Betätigungseinheit
- 5
- Antrieb
- 6
- Oberarm
- 6a
- Oberarm
- 7
- Unterarm
- 7a
- Unterarm
- 8
- Stange
- 9
- Stange
- 10
- Teleskop
- 11
- Antrieb
- 12
- Ansatz
- 13
- Sauggreifer
- 14
- Unterarm-Trägerelement-Drehachse
- 15
- Kipp-Achse
- 16
- Kipp-Achse
- 17
- Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene
- 18
- Abschnitt des Trägerelements
- 19
- Gelenk
- 20
- Zentrum des Gelenks
- 21
- Welle
- 22
- Trägerelement-Kopplungsteil
- 23
- Abstützung
- 24
- Gegenstand
- 25
- Behälter
- 100
- Industrieroboter
- 103
- Trägerelement
- 107a
- Unterarm
- 108
- Stange
- 109
- Stange
- 110
- Teleskop
- 113
- Sauggreifer
- 117
- Unterarm-Trägerelement-Drehachsen-Ebene
- 119
- Gelenk
