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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Parallelroboter.
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Stand der Technik
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Bekanntermaßen gibt es einen Parallelroboter, der mehrere Arme umfasst, die einen Basisteil und einen beweglichen Teil parallel koppeln (siehe beispielsweise PTL 1). Jeder Arm umfasst ein Antriebsgliedstück, das von einem Aktuator angetrieben wird, und zwei parallele passive Gliedstücke, die mit dem Antriebsgliedstück gekoppelt sind. Ein Aktuator zum Antreiben einer Handgelenkwelle, die in dem beweglichen Teil vorgesehen ist, ist zwischen den zwei passiven Gliedstücken parallel angeordnet und wird von einem zusätzlichen Gliedstück, das zwischen den passiven Gliedstücken platziert ist, gestützt. Der Aktuator und die Handgelenkwelle sind durch eine Kraftübertragungswelle verbunden.
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Liste bekannter Schriften
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Patentliteratur
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[PTL 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2019-38051
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn zur Erweiterung eines Betriebsbereichs des beweglichen Teils die Größe einer mechanischen Einheit erhöht wird und die Länge einer Kraftübertragungswelle erhöht wird, wird ein Trägheitsgrad der Kraftübertragungswelle selbst erhöht, so dass die Biegung der Kraftübertragungswelle während des Betriebs eines Parallelroboters verstärkt wird. Die Verstärkung der Biegung zerstört ein ideales vierstängiges Parallelgestänge und somit wird eine Last jedes Teils zum Zeitpunkt der Bewegung der Arme verstärkt. Deshalb wird gewünscht, dass die Biegung der Kraftübertragungswelle während des Betriebs des Parallelroboters unterdrückt wird, selbst wenn die Länge der Kraftübertragungswelle erhöht wird, und Abrieb oder dergleichen bei Verbindungsteilen mit Aktuatoren wird unterdrückt.
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Lösung des Problems
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Parallelroboter, der Folgendes umfasst: einen Basisteil; einen beweglichen Teil, der eine Zubehörwelle umfasst; mehrere Arme, die den Basisteil und den beweglichen Teil parallel koppeln; und mehrere Aktuatoren, die in den Basisteil angeordnet sind und die jeweiligen Arme antreiben, wobei jeder der Arme ein Antriebsgliedstück, das von jedem der Aktuatoren angetrieben wird, und zwei parallele passive Gliedstücke, die durch Gelenke mit dem Antriebsgliedstück gekoppelt sind, umfasst, zwischen den zwei passiven Gliedstücken mindestens eines der Arme ein zusätzlicher Aktuator mit einer Drehwelle, die parallel zu den passiven Gliedstücken angeordnet ist, von einem ersten zusätzlichen Gliedstück, das zwischen den passiven Gliedstücken platziert und schwenkbar mit jedem der passiven Gliedstücke gekoppelt ist, gestützt wird, die Zubehörwelle und die Drehwelle des zusätzlichen Aktuators durch eine Kraftübertragungswelle gekoppelt werden, und die Kraftübertragungswelle an einer Zwischenposition in einer entlang einer Längsachse der Kraftübertragungswelle verlaufenden Richtung auf einem zweiten zusätzlichen Gliedstück durch ein Lager drehbar um die Längsachse gestützt wird, wobei das zweite zusätzliche Gliedstück zwischen den passiven Gliedstücken platziert und mit jedem der passiven Gliedstücke schwenkbar gekoppelt ist.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Parallelroboter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
- [2] 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen zusätzlichen Aktuator und passive Gliedstücke eines Arms des Parallelroboters von 1 darstellt.
- [3] 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Verbindungsteil des zusätzlichen Aktuators von 2 und eine Kraftübertragungswelle darstellt.
- [4] 4 ist ein Schemadiagramm, das eine Struktur einer Handgelenkwelle des Parallelroboters von 1 darstellt.
- [5] 5 ist eine Längsschnittansicht, die ein Lager und ein zweites zusätzliches Gliedstück, die die Kraftübertragungswelle des Parallelroboters von 1 stützen, darstellt.
- [6] 6 ist eine Längsschnittansicht, die einen elastischen Körper, der zwischen dem Lager von 5 und einem Stützglied angeordnet ist, darstellt.
- [7] 7 ist eine Längsschnittansicht, die eine Wirkung des elastischen Körpers darstellt.
- [8] 8 ist ein Schemadiagramm, das eine Bewegung des zusätzlichen Aktuators und des passiven Gliedstücks des Arms von 2 darstellt.
- [9] 9 ist ein Schemadiagramm, das einen Zustand, in dem eine bewegliche Platte aus einem Zustand von 8 bewegt wird, darstellt.
- [10] 10 ist eine Längsschnittansicht, die eine Modifikation des elastischen Körpers von 6 darstellt
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden wird ein Parallelroboter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Gemäß der Darstellung in 1 umfasst der Parallelroboter 1 gemäß dieser Ausführungsform einen Basisteil 3, der in einem Gehäuse 2 untergebracht ist, eine scheibenartige bewegliche Platte (einen beweglichen Teil) 4 und drei Arme 5, die den Basisteil 3 und die bewegliche Platte 4 parallel koppeln.
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In dem Basisteil 3 sind drei Aktuatoren 6, die die jeweiligen Arme 5 antreiben, vorgesehen. Die Aktuatoren 6 sind jeweils beispielsweise aus einem Servomotor und einem Reduzierer zusammengesetzt.
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Jeder Arm 5 umfasst ein Antriebsgliedstück 7, das von dem Aktuator 6 geschwenkt wird, und zwei parallele passive Gliedstücke 8, die schwenkbar mit dem Antriebsgliedstück 7 gekoppelt sind.
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Beide Enden jedes der zwei passiven Gliedstücke 8 sind jeweils durch ein Kugelgelenk (Gelenk) 9 schwenkbar mit dem Antriebsgliedstück 7 und der beweglichen Platte 4 verbunden. Das heißt, das Antriebsgliedstück 7, die zwei passiven Gliedstücke 8 und die bewegliche Platte 4 bilden ein vierstängiges Parallelgestänge. Demzufolge ist, selbst wenn der Winkel jedes passiven Gliedstücks 8 zu dem Antriebsgliedstück 7 geändert wird, ein Viereck, das durch geradliniges Verbinden der vier Kugelgelenke 9 nacheinander erhalten wird, stets ein Parallelogramm.
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Eine Handgelenkwelle (Zubehörwelle) 10, die um eine Mittelachse X der beweglichen Platte 4 drehangetrieben wird, ist in der beweglichen Platte 4 vorgesehen.
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Gemäß der Darstellung in 2 ist ein zusätzlicher Aktuator 11 zum Antreiben der Handgelenkwelle 10 zwischen den zwei passiven Gliedstücken 8 des einen Arms 5 derart angeordnet, dass eine Drehwelle 12 parallel zu den passiven Gliedstücken 8 ist. Der zusätzliche Aktuator 11 ist beispielsweise ein Servomotor.
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Gemäß der Darstellung in 2 wird der zusätzliche Aktuator 11 von einem zusätzlichen Gliedstück (einem ersten zusätzlichen Gliedstück) 14 gestützt, das zwischen den zwei passiven Gliedstücken 8 platziert ist und das mit den jeweiligen passiven Gliedstücken 8 durch Lager 13 schwenkbar gekoppelt ist. Das heißt, der zusätzliche Aktuator 11 weist ein Ende auf, das mit einem mittigen Abschnitt des zusätzlichen Gliedstücks 14 durch ein Lager 13 schwenkbar verbunden ist.
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Ein Ende einer Kraftübertragungswelle 15, die in der Richtung, in der sich die Drehwelle 12 erstreckt, verläuft, ist mit der Drehwelle 12 des zusätzlichen Aktuators 11 verbunden. Gemäß der Darstellung in 3 werden beispielsweise eine Keilwelle 16 und eine keilverzahnte Öffnung 17 zusammengesteckt, so dass die Drehwelle 12 und die Kraftübertragungswelle 15 dahingehend verbunden sind, in der entlang der Drehwelle 12 verlaufenden Richtung beweglich zu sein. Demzufolge wird die Drehwelle 12 von dem zusätzlichen Aktuator 11 so gedreht, dass die Kraftübertragungswelle 15 um eine Längsachse C gedreht wird.
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Das andere Ende der Kraftübertragungswelle 15 ist durch ein Universalgelenk 18 mit der Handgelenkwelle 10 verbunden.
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4 stellt ein Beispiel für die Handgelenkwelle 10 dar. Eine Drehung der Kraftübertragungswelle 15 wird durch das Universalgelenk 18 auf die Handgelenkwelle 10 übertragen, ein Befestigungsflansch 20 an einem vorderen Ende wird durch ein Zahnradpaar 19 um die mittige Achse X der beweglichen Platte 4 gedreht.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Kraftübertragungswelle 15 gemäß der Darstellung in 2 auch an einer Zwischenposition in der Richtung der Längsachse C von einem zusätzlichen Gliedstück (zweiten zusätzlichen Gliedstück) 21 gestützt, das zwischen den zwei passiven Gliedstücken 8 platziert und durch Lager 13 mit den passiven Gliedstücken 8 schwenkgekoppelt ist. Das zusätzliche Gliedstück 21 umfasst Gliedstückkörper 22, die auf den passiven Gliedstücken 8 um zueinander parallele Schwenkachsen A schwenkbar gestützt werden, und ein Stützglied 23, das schwenkbar bezüglich der Gliedstückkörper 22 um eine Achse B parallel zu den Schwenkachsen A gestützt wird.
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Gemäß der Darstellung in 5 wird das Stützglied 23 durch Lager 24 schwenkbar auf den Gliedstückkörpern 22 gestützt und umfasst ein Durchgangsloch (Loch) 25 zum Gestatten, dass die Kraftübertragungswelle 15 in der Mitte hindurchgeht. Die Kraftübertragungswelle 15 wird durch ein Lager 26, das zwischen dem Durchgangsloch 25 und der Übertragungswelle 15 angeordnet ist, auf dem Stützglied 23 um die Längsachse C drehbar gestützt.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist ein zylindrischer elastischer Körper 27, der das Lager 26 dahingehend stützt, durch elastische Verformung zu ermöglichen, dass sich das Lager 26 geringfügig in der Richtung der Längsachse C der Kraftübertragungswelle 15 bewegt, zwischen dem Durchgangsloch 25 des Stützglieds 23 und einem Außenring 26a des Lagers 26 angeordnet.
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Gemäß der Darstellung in 6 ist eine Steifigkeit reduzierende Struktur zur starken Reduzierung der Steifigkeit des elastischen Körpers 27 in der axialen Richtung im Gegensatz zur Steifigkeit des elastischen Körpers 27 in der radialen Richtung in dem elastischen Körper 27 vorgesehen. Die Steifigkeit reduzierende Struktur ist beispielsweise aus zwei Umfangsnuten (Nuten) 28 zusammengesetzt, die in einer Innenumfangsfläche des zylindrischen elastischen Körpers 27 beabstandet in der axialen Richtung vorgesehen sind und die über den gesamten Umfang hinweg radial nach außen hin vertieft sind.
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In einem Beispiel von 6 sind ringförmige Bereiche, die jeweils eine Dicke von 1/4 der axialen Länge des Lagers 26 in dem elastischen Körper 27 aufweisen, in engem Kontakt zu zwei Abschnitten einer Außenumfangsfläche des Außenrings 26a des Lagers 26 beabstandet in der axialen Richtung. In diesem Fall wird die Steifigkeit des elastischen Körpers 27 in der axialen Richtung im Gegensatz zu einem Fall, in dem die Umfangsnuten 28 nicht vorgesehen sind und der ringförmige Bereich über die gesamte Dicke in der axialen Richtung des Lagers 26 hinweg in engem Kontakt ist, reduziert. Andererseits wird die Steifigkeit des elastischen Körpers 27 in der radialen Richtung reduziert. In 6 kennzeichnet das Bezugszeichen 27a einen Schulterteil, der auf einer Seite in der axialen Richtung des elastischen Körpers 27 angeordnet ist und in der axialen Richtung an dem Außenring 26a des Lagers 26 anliegt.
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Der elastische Körper 27 ist beispielsweise aus Harz gebildet und wird in einem Zustand gehalten, in dem er in engem Kontakt mit der Außenumfangsfläche des Außenrings 26a des Lagers 26 und einer Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 25 des Stützglieds 23 ist, wie in 5 dargestellt wird. Wenn eine Kraft in der entlang der Längsachse C verlaufenden Richtung auf die Kraftübertragungswelle 15 wirkt, kann das Lager 26 durch die elastische Verformung des elastischen Körpers 27 geringfügig in die entlang der Längsachse C verlaufende Richtung bewegt werden, wie in 7 dargestellt wird.
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Im Folgenden wird eine Betriebsweise des so konfigurierten Parallelroboters 1 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
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8 und 9 sind jeweils eine schematische Zeichnung zur Darstellung der Bewegung der passiven Gliedstücke 8 des einen Arms 5, wenn sich die bewegliche Platte 4 bewegt. Wie aus diesen Zeichnungen ersichtlich ist, sind die zwei passiven Gliedstücke 8 vor und nach der Bewegung der beweglichen Platte 4 zueinander parallel. Dann werden auch der zusätzliche Aktuator 11 und die Kraftübertragungswelle 15 parallel zu den zwei passiven Gliedstücken 8 gehalten.
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Das bedeutet, dass die zwei parallelen Gliedstücke 8 und die Kraftübertragungswelle 15 stets parallel zueinander sind und ihre Längen nicht geändert werden. Somit bilden idealerweise das zusätzliche Gliedstück 21, die passiven Gliedstücke 8, die bewegliche Platte 4 und die Kraftübertragungswelle 15 auch ein vierstängiges Parallelgestänge.
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Die Kraftübertragungswelle 15 empfängt jedoch in der Realität, wenn die Länge der Kraftübertragungswelle 15 erhöht wird, eine externe Kraft in der orthogonal zur Längsachse C verlaufenden Richtung durch den Trägheitsgrad der Kraftübertragungswelle 15 selbst während des Betriebs des Arms 5. In einem Fall, in dem die Kraftübertragungswelle 15 durch eine externe Kraft gebogen wird, und ein Abmessungsfehler, ein Montagefehler, Abrieb oder dergleichen auftritt, wird das zuvor erwähnte ideale vierstängige Parallelgestänge zerstört. In diesem Fall wird ein Abstand zwischen dem zusätzlichen Gliedstück 21 und dem Universalgelenk 18 geändert, und somit bewegt sich die Kraftübertragungswelle 15 in der Richtung der Längsachse C bezüglich des zusätzlichen Aktuators 11.
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Gemäß dieser Ausführungsform wird die Kraftübertragungswelle 15 an der Zwischenposition auf dem zusätzlichen Gliedstück 21, das zwischen den zwei passiven Gliedstücken 8 platziert ist, von dem Lager 26 um die Längsachse C drehbar gestützt. Somit besteht ein Vorteil darin, dass eine externe Kraft, die in der die Längsachse C schneidenden Richtung wirkt, von den zwei passiven Gliedstücken 8 durch das Lager 28 und das zusätzliche Gliedstück 21 gestützt wird, und es ist möglich, das Auftreten von Biegung der Kraftübertragungswelle 15 während des Betriebs des Arms 5 zu ausreichend unterdrücken.
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In einem Fall, in dem das ideale vierstängige Parallelgestänge durch den zuvor erwähnten Grund zerstört wird, bewegt sich die Kraftübertragungswelle 15 manchmal in der Richtung der Längsachse C, und die Bewegung wird durch eine Keilverzahnungskopplung an einem Verbindungsteil des zusätzlichen Aktuators 11 und der Kraftübertragungswelle 15 absorbiert. Andererseits stützt das Lager 26, das die Kraftübertragungswelle 15 auf dem zusätzlichen Gliedstück 21 drehbar stützt, die Kraftübertragungswelle 15 dahingehend, durch den elastischen Körper 27 zu ermöglichen, dass sich die Kraftübertragungswelle 15 geringfügig in der Richtung der Längsachse C bewegt.
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Dadurch wird, selbst wenn sich der Arm 5 in einem Zustand, in dem das parallele vierstängige Parallelgestänge zerstört ist, bewegt und sich die Kraftübertragungswelle 15 in der Richtung der Längsachse C bewegt, der elastische Körper 27 elastisch verformt und das Lager 26 bewegt sich in der Richtung der Längsachse C der Kraftübertragungswelle 15. Damit besteht ein Vorteil darin, dass, während die Kraftübertragungswelle 15 von dem Lager 26 um die Längsachse C drehbar gestützt wird, verhindert werden kann, dass eine übermäßige Druckkraft auf das Lager 26 wirkt.
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Insbesondere sind bei dieser Ausführungsform die Umfangsnuten 28, die die Steifigkeit reduzierende Struktur zur starken Reduzierung axialer Steifigkeit im Gegensatz zu radialer Steifigkeit bilden, in dem zylindrischen elastischen Körper 27 vorgesehen, und somit kann, während die Biegung der Kraftübertragungswelle 15 zuverlässig verhindert wird, eine an das Lager 26 angelegte Druckkraft reduziert werden.
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Ein Vorteil besteht darin, dass als die Steifigkeit reduzierende Struktur eine einfache Struktur, bei der die Umfangsnuten 28 lediglich in der Innenumfangsfläche des elastischen Körpers 27 vorgesehen sind, eingesetzt wird, so dass es möglich ist, eine kompakte Konfiguration ohne Erhöhung des Außendurchmessers des elastischen Körpers 27 zu erhalten.
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Bei dieser Ausführungsform werden als die in dem elastischen Körper 27 vorgesehene Steifigkeit reduzierende Struktur die zwei Umfangsnuten 28, die in der Innenumfangsfläche des zylindrischen elastischen Körpers 27 vorgesehen sind, beispielhaft angeführt. Stattdessen kann bzw. können eine oder drei oder mehr Umfangsnuten 28 eingesetzt werden. Die Form jeder Umfangsnut 28 kann eine beliebige Form sein, wie z. B. eine U-förmige Nut, bei der ein Querschnitt einer unteren Fläche ein Bogen ist, eine rechteckige Nut mit einem Rechteck und eine V-förmige Nut.
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Anstatt mehrerer einzelner Umfangsnuten 28 kann eine spiralförmig durchgängige Nut eingesetzt werden.
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Die Umfangsnuten 28, die die Steifigkeit reduzierende Struktur bilden, sind in der Innenumfangsfläche des zylindrischen elastischen Körpers 27 vorgesehen. Stattdessen können die Umfangsnuten jedoch in der Außenumfangsfläche vorgesehen sein, oder die Umfangsnuten können in sowohl der Innenumfangsfläche als auch der Außenumfangsfläche vorgesehen sein.
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Als die Steifigkeit reduzierende Struktur können anstatt der Umfangsnuten 28 gemäß der Darstellung in 10 ein oder mehrere Schlitze 29, die sich radial in der Umfangsrichtung erstrecken, in der Innenumfangsfläche und/oder der Außenumfangsfläche des elastischen Körpers 27 vorgesehen sein. In diesem Fall wird die Steifigkeit des elastischen Körpers 27 im Gegensatz zu einem Fall, in dem kein Schlitz 29 vorgesehen ist und der ringförmige Bereich in engem Kontakt über die gesamte Dicke in der axialen Richtung des Lagers 26 in dem elastischen Körper 27 ist, in der axialen Richtung reduziert und wird nicht in der radialen Richtung reduziert. Der elastische Körper 27 kann durch Stapeln mehrerer Kreisringplatten in der Plattendickenrichtung gebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parallelroboter
- 3
- Basisteil
- 4
- bewegliche Platte (beweglicher Teil)
- 5
- Arm
- 6
- Aktuator
- 7
- Antriebsgliedstück
- 8
- passives Gliedstück
- 9
- Kugelgelenk (Gelenk)
- 10
- Handgelenkwelle (Zubehörwelle)
- 11
- zusätzlicher Aktuator
- 12
- Drehwelle
- 14
- zusätzliches Gliedstück (erstes zusätzliches Gliedstück)
- 15
- Kraftübertragungswelle
- 21
- zusätzliches Gliedstück (zweites zusätzliches Gliedstück)
- 22
- Gliedstückkörper
- 23
- Stützglied
- 25
- Durchgangsloch (Loch)
- 26
- Lager
- 26a
- Außenring
- 27
- elastischer Körper
- 28
- Umfangsnut (Nut, Steifigkeit reduzierende Struktur)
- 29
- Schlitz (Steifigkeit reduzierende Struktur)
- A
- Schwenkachse
- B
- Achse
- C
- Längsachse
