JP6811633B2 - 締付装置 - Google Patents
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Description
そのため、ナットランナの位置をスカラロボットにより順番に変位させることで、複数の締付対象物の締め付けが順番に実施されるようになっている。
そのため、ナットランナの本体部には、出力軸の回転方向とは反対方向に作用する反力(締付反力)が、締付対象物の締付時に発生する。
締付対象物に係合させたツールを、締付対象物の回転軸回りに回転させて、前記締付対
象物に締付トルクを入力するナットランナと、
ナットランナから前記回転軸の径方向に延びる連結アームと、
前記連結アームに前記回転軸方向から係合させた軸部材を、前記回転軸の径方向と前記
回転軸方向に変位させるスカラロボットと、を有し、
前記軸部材を前記回転軸の径方向に変位させて前記ナットランナの位置決めを行うと共
に、前記軸部材を前記回転軸方向に変位させながら前記締付トルクの入力を行うように構
成された締付装置であって、
前記軸部材と前記連結アームとの係合状態を、前記軸部材と前記連結アームとを前記径
方向に相対変位不能に係合させた状態と、前記軸部材と前記連結アームとを前記径方向に
相対変位可能に係合させた状態との間で切り替える切替機構を有しており、
締付トルクの入力を行う際にスカラロボットから軸部に作用する回転軸方向の操作力で、軸部材と連結アームとの係合状態が、連結アームに対して相対変位不能に係合した状態から、相対変位可能に係合した状態に切り替えられる構成とした。
これにより、締付対象物の締め付け時に作用する反力が、スカラロボット側に入力されないので、スカラロボットの駆動用のアクチュエータを、トルクが小さいより小型のものに変更することができる。よって、締付装置の小型化が可能になる。
図1は、実施の形態にかかる締付装置1を説明する図であり、(a)は、締付装置1を上方から見た状態を模式的に示した図であり、(b)は、(a)におけるA−A矢視方向から締付装置1を見た側面図であって、ナットランナ2の本体部20から延びる連結アーム5と、スカラロボット4の作業軸41との係合状態を切り替える切替機構6周りを説明する図である。
図2は、ナットランナ2を支持するトレーサアーム3を説明する斜視図であり、図3は、スカラロボット4を説明する斜視図である。
これらトレーサアーム3とスカラロボット4は、ワークWが載置される矩形形状のワークベース10上に設置されている。
ここで、軸線X1は、ワークベース10の上面10aに対して直交すると共に、締付対象物(ボルトBやナット)の回転軸に沿う軸線である。
出力軸21には、締付対象物(ボルトやナット)の締付に用いられるツール25の連結部251が、軸線X1方向から取り付けられている。
そのため、ツール25を締付対象物に係合させた状態で出力軸21を回転させると、締付対象物に締付トルクが入力されて、締付対象物の締め付けが行われるようになっている。
ワークベース10において支柱31は、ワークベース10の上面10aに対して直交する向きで設けられており、支柱31の先端側には、一対のブラケット311、312を介して、円柱形状の支持軸34が支持されている。
一対の支持壁部351、351の間では、板状の支持梁331の一端と、棒状の補助梁332の一端が、それぞれ回転可能に支持されている。
一対の側壁361、361の間には、板状の連結部37が設けられており、この連結部37の幅方向の両側が、一対の側壁361、361で支持されている。
そのため、連結部37においてナットランナ2の本体部20を、板状の連結部37に直交する向きで保持させることで、ナットランナ2が、本体部20を軸線X1に沿わせた向きで常に配置されるようになっている。
この反力は、ナットランナ2の本体部20を軸線X1に対して傾ける方向や、ナットランナ2を軸線X1方向に変位させる方向に作用する。
実施の形態では、連結部37をナットランナ2の中心軸(軸線X1)に対して直交する方向に所定幅W1で形成して、連結部37の剛性強度を高めている。そのため、締付トルクの反力が本体部20を介して連結部37に入力されても、連結部37が変形して、本体部20が軸線X1に対して傾くことがないようにされている。
そのため、連結部37の剛性強度と、連結部37と補強板38の厚みを利用して、ナットランナ2が、締付トルクの反力の影響で軸線X1に対して大きく傾かないようになっている。
そのため、この支持梁331に捻れが生じて、ナットランナ2が軸線X1に対して大きく傾くことも生じないようにされている。
そのため、締付トルクの反力により、ナットランナ2を軸線X1方向に変位させる応力が発生しても、ナットランナ2が締付トルクの反力により軸線X1方向に急激に変位しないようにされている。
なお、図4の(c)では、筒状部81の内側に位置する部材を仮想線で示している。
挿通孔510の内周には、軸線X1方向から見てリング状を成すボールベアリングBaが、連結部51と保持板52との間に把持された状態で設けられている。そのため、連結アーム5の連結部51は、ナットランナ2の中心軸(軸線X1)回りの回転が許容された状態で、本体部20に取り付けられている。
基部50の先端部には、スカラロボット4の作業軸41と、連結アーム5との係合状態を切り替える切替機構6が設けられている。
嵌合部72は、軸線X1に対して平行な軸線X2に沿って、ワークベース10側の下方(図4の(a)における下側)に突出している。
嵌合部73は、基部50における嵌合部72の反対側の部位から、軸線X2に沿ってワークベース10から離れる方向(図4の(a)における上側)に突出している。
載置部71は、嵌合部72を連結アーム5の係合孔512に軸線X2方向から嵌合させて設けられている。
挿通孔710は、載置部71を軸線X2方向に貫通して設けられており、軸線X2方向から見て載置部71では、挿通孔710が軸線X2周りの周方向に所定間隔で複数設けられている。
フランジ部82は、軸線X2回りの周方向の全周に亘って設けられており、連結部材7の載置部71と整合する外形で形成されている。
ボルト孔820には、連結アーム5の基部50と、連結部材7の挿通孔710とを貫通したボルトBxが螺入しており、連結アーム5と連結部材7と筒状部材8とが、ボルトBxを介して一体に連結されている。
この貫通孔83では、フランジ部82が設けられた領域から筒状部81の途中まで及ぶ範囲が、前記したスプリングSpの収容部84となっており、この収容部84は、前記した嵌合部73の外径D1と整合する内径で形成されている。
係合部85では、収容部84の内径D1よりも小さい内径D2の嵌合部86、87が、軸線X2方向に間隔をあけて2つ設けられている。
ガイド溝89は、軸線X2周りの周方向に180度間隔で2つ設けられており、軸線X2の径方向から見てガイド溝89は、軸線X2に沿って設けられている。
軸線X2の径方向から見て第1ガイド部891と第2ガイド部892は、軸線X2上で直列に設けられており、第2ガイド部892から見て係合部85側に、第1ガイド部891が位置している。
軸部材9は、前記した嵌合部86、87の内径D2よりも小さい外径D4(図4の(a)参照)の軸部91を有しており、筒状部材8の貫通孔83から突出した軸部91の先端側が、スカラロボット4の作業軸41との接続部となっている。
嵌合部46には、円筒状のツール45が外挿されており、ツール45の周壁部451と嵌合部46との間には、スプリングSpが設置されている。
スプリングSpは、嵌合部46の段部462と、周壁部451の内周から突出する突起452の間で軸線X方向に圧縮されている。
よって、嵌合部46に連結された軸部材9は、スカラロボット4の作業軸41の変位に連動して、軸線X2の径方向と軸方向に変位するようになっている。
そのため、ツール45を、筒状部材8から離す方向(図4の(a)における上方向)に変位させると、周壁部451の突起452を、係合子47の径方向外側から外れた位置まで移動させることができるようになっている。
第2アーム44は、作業軸41とは反対側の端部が、第1アーム43の一端に相対回転可能に連結されており、第1アーム43の他端は、ワークベース10に固定された基部42で回転可能に支持されている。
そのため、作業軸41に連結された軸部91は、作業軸41の変位に連動して、軸線X2の軸方向と径方向とに変位するようになっている。
ストッパ部92では、軸線X2に直交する方向に貫通してガイド棒96が設けられており、ストッパ部92の外周から突出したガイド棒96の一端と他端は、筒状部81のガイド溝89内に位置している。
そのため、筒状部材8の内部に配置された軸部材9には、スプリングSpからの付勢力が作用しており、軸部材9は、スプリングSpから作用する付勢力で、連結アーム5から離れる方向(図4の(a)における上方向)に付勢されている。
そして、軸部材9は、スカラロボット4の作業軸41から軸線X2方向の操作力が入力されていない状態で、ストッパ部92の端面921を軸線X2方向から嵌合部87に当接させた基準位置(図4の(a)参照)に保持されるようになっている。
これら大径部94、95は、軸部材9が基準位置に配置されている状態で、前記した筒状部材8側の嵌合部86、87に対向する位置に設けられている。
ストッパ部92から見て嵌合部86、87は、軸線X2方向における一方側(スカラロボット4)側に位置しており、これら大径部94、95は、軸線X2方向に間隔をあけて設けられている。
そうすると、軸部材9が係合した筒状部材8と、この筒状部材8が固定された連結アーム5とが軸線Xの径方向に変位して、連結アーム5を有するナットランナ2もまた、軸線Xの径方向に変位することになる。
そして、ストッパ部92が嵌合部73に当接したのちは、筒状部材8と一体にワークベース10側に移動する。
そうすると、筒状部材8が、連結アーム5を介してナットランナ2に取り付けられているので、作業軸41のワークベース10に近づく方向への変位に連動して、ナットランナ2がワークベース10に近づく方向に変位するようになっている。
そして、前記した嵌合部86における傾斜面941に対向する領域には、ストッパ部92から離れるにつれて内径が小さくなる向きの傾斜面861が設けられており、傾斜面861と、傾斜面941は、軸線X2に対する傾斜角が略同じ角度で設けられている。
図5は、切替機構6の動作を説明する図である。図5の(a)は、軸部材9が基準位置に配置されている状態を示した図であり、(b)は、(a)の場合におけるナットランナ2に取り付けられたツール25とワークWとの位置関係を示した図である。
図5の(c)は、軸部材9が基準位置から遊嵌位置まで変位した状態を示した図であり、(d)は、(c)の場合におけるナットランナ2に取り付けられたツール25とワークWとの位置関係を示した図である。
図5の(e)は、軸部材9で連結アーム5をワークベース10側に変位させながら、締付トルクの入力を実施している状態を示した図であり、(f)は、(e)の場合におけるナットランナ2に取り付けられたツール25とワークWとの位置関係を示した図である。
これにより、ナットランナ2が、ツール25で支持されたボルトBを、ワークWのボルト孔Whの上方に配置した位置に位置決めされる(図5の(b)参照)。
そうすると、作業軸41から作用する操作力が連結アーム5に入力されて、軸部材9と連結アーム5とがワークベース10に近づく方向に一体的に変位する。これにより、ナットランナ2のツール25で支持されたボルトBが、軸線X1に沿って、ワークWのボルト孔Whに近づく方向に変位し、ボルトBが、ワークWのボルト孔Whに到達する。
そして、この反力は、ナットランナ2を軸線X1方向に変位させる応力と、軸線X1に対して傾ける応力を生じるが、主としてトレーサアーム3側の保持力で相殺される。
そのため、ナットランナ2が軸線X1に対して僅かに傾いている場合であっても、ガイド棒96が、ガイド溝89内の第2ガイド部892から第1ガイド部891への変位が阻害されないようになっている。
よって、作業軸41のワークベース10から離れる方向への変位に連動して、軸部材9が、ワークベース10から離れる方向にスムーズに変位できるようになっている。
これにより、連結部51を有するナットランナ2が、ワークベース10から離れる方向に変位することになる。
そして、ナットランナ2がワークベース10から離れた所定位置に配置されたのちに、ナットランナ2の新たな位置決めが、スカラロボット4の作業軸41を軸線X2の径方向に変位させることで開始されることになる。
(1)締付対象物(ボルトB、ナット)に係合させたツール25を、締付対象物の回転軸(軸線X1)回りに回転させて、締付対象物に締付トルクを入力するナットランナ2と、
ナットランナ2から軸線X1の径方向に延びる連結アーム5と、
連結アーム5に、軸線X1方向(軸線X1に平行な軸線X2方向)から係合させた軸部材9を、軸線方向と径方向に変位させるスカラロボット4と、を有し、
軸部材9を径方向に変位させてナットランナ2の軸線X1の径方向の位置決めを行うと共に、軸部材9を軸方向に変位させながら締付トルクの入力を行うように構成された締付装置1であって、
軸部材9と連結アーム5との係合状態を、軸部材9と連結アーム5とを径方向に相対変位不能に係合させた状態と、軸部材9と連結アーム5とを径方向に相対変位可能に係合させた状態との間で切り替える切替機構6を有している構成とした。
これにより、締付対象物の締付時に作用する反力が、スカラロボット4側の駆動用のアクチュエータに入力されないので、スカラロボット4の駆動用のアクチュエータを、トルクが小さいより小型のものに変更することができる。よって、締付装置1の小型化が可能になる。
よって、ナットランナ2の位置決めの精度を損なうことなく、締付対象物の締付時に発生する反力が、スカラロボット4が及ばないようにすることができる。
貫通孔83は、軸部材9が遊嵌する係合部85(第1の孔部)と、係合部85よりも内径が大きい収容部84(第2の孔部)と、を有すると共に、
軸部材9は、貫通孔83に係合させた領域に、係合部85に内嵌する外径の大径部95を有しており、
切替機構6では、軸部材9の軸線X2への変位により、大径部95の位置を、係合部85と収容部84の間で変位させて、係合状態が切り替えられるように構成した。
よって、軸部材9を軸線X2方向に変位させるだけで、軸部材9と連結アーム5との係合状態を切り替えることができる。
貫通孔83では、軸線X2方向における収容部84の一方側(ワークベース10とは反対側)に、係合部85が位置しており、
軸部材9は、貫通孔83に係合させた領域に、収容部84の内径よりも小さく、かつ係合部85の嵌合部87よりも大きい外径のストッパ部92(大径部)を有しており、
ストッパ部92は、当該ストッパ部92の収容部84内での軸線X2方向の変位を可能にする軸線X2方向の長さで形成されており、
軸部材9では、軸線X2方向におけるストッパ部92の一方側に、大径部95が位置している構成とした。
よって複雑な機構を採用することなく、軸部材9と連結アーム5との係合状態を変更できる。
収容部84には、軸部材9を軸線X2方向における一方側(ワークベース10とは反対側)に付勢するスプリングSp(付勢部材)が設けられており、
軸部材9は、当該軸部材9を軸線X2方向における他方側に変位させる操作力が入力されていないときや、軸線X2方向における他方側に変位させる操作力が入力されていても他方側に位置するワークWに、ボルトBが到達していないときには、スプリングSpから作用する付勢力で、ストッパ部92を収容部84と係合部85との境界に当接させた基準位置に配置されており、
軸部材9では、当該軸部材9が基準位置に配置されているときに係合部85内に位置する領域に、大径部95が設けられている構成とした。
これにより、締付トルクの入力時の軸部材9の変位に連動して、軸部材9と連結アーム5との係合状態を、軸部材9と連結アーム5とを軸線X2の径方向に相対変位可能に係合させた状態に切り替えることができる。
この状態では、嵌合部95が係合部85内に位置しており、軸部材9と連結アーム5との係合状態が、軸部材9と連結アーム5とを径方向に相対変位不能に係合させた状態で保持されることになる。
そのため、ナットランナ2の位置決めを行うために、軸部材X2を回転軸の径方向に変位させると、連結アーム5を有するナットランナ2を軸線X1の径方向に速やかに変位させることができるので、ナットランナ2の位置決めを速やかに行うことができる。
係合部85では、軸部材9が基準位置に配置されているときに大径部94、95が内嵌する嵌合部86、87が軸線X2方向に間隔を開けてふたつ設けられており、
大径部94、95では、軸線X2方向における一方側(スカラロボット側)に、一方側に向かうにつれて外径が小さくなる向きで傾斜した傾斜面941、951が設けられている構成とした。
収容部84には、ガイド棒96の軸線X2方向の変位を誘導するガイド溝89が、軸線X2に沿って設けられており、
ガイド溝89は、軸線X2方向における他方側(ワークベース10側)の第2ガイド部892(領域)の幅が、軸線X2方向における一方側(スカラロボット4側)の第1ガイド部891(領域)の幅よりも広い幅で形成されている構成とした。
軸部材9が軸線X2に対して大きく傾くと、ストッパ部92の外周が収容部84の内周に接触して、軸部材9の軸線X2方向への変位に対する抵抗となるが、かかる事態の発生を好適に防止できる。
この場合には、締付トルクの入力時に、軸部材9と貫通孔83との干渉を避けて、軸部材9の変位をスムーズに行いつつ、締付トルクの反力の影響が軸部材9を介してスカラロボット4側に及ぶことを好適に防止できる。
2 ナットランナ
20 本体部
21 出力軸
25 ツール
3 トレーサアーム
31 支柱
32、33 支持アーム
331 支持梁
332 補助梁
35 取付ブラケット
36 連結ブラケット
37 連結部
38 補強板
39 ダンパ
4 スカラロボット
41 作業軸
42 基部
43 第1アーム
44 第2アーム
5 連結アーム
6 切替機構
7 連結部材
71 載置部
72 嵌合部
73 嵌合部
731 小径部
8 筒状部材
81 筒状部
82 フランジ部
83 貫通孔(係合孔)
84 収容部(第2の孔部)
85 係合部(第1の孔部)
86、87 嵌合部
861 傾斜面
88 遊嵌部
89 ガイド溝
891 第1ガイド部
892 第2ガイド部
9 軸部材
91 軸部
92 ストッパ部(大径部)
93 段部
94、95 大径部
941、951 傾斜面
96 ガイド棒
10 ワークベース
B、Bx ボルト
Ba ボールベアリング
Sp スプリング(付勢部材)
W ワーク
X1 軸線
X2 軸線
Y1 軸線
Claims (6)
- 締付対象物に係合させたツールを、前記締付対象物の回転軸回りに回転させて、前記締付対象物に締付トルクを入力するナットランナと、
前記ナットランナから前記回転軸の径方向に延びる連結アームと、
前記連結アームに前記回転軸方向から係合させた軸部材を、前記回転軸の径方向と前記回転軸方向に変位させるスカラロボットと、を有し、
前記軸部材を前記回転軸の径方向に変位させて前記ナットランナの位置決めを行うと共に、前記軸部材を前記回転軸方向に変位させながら前記締付トルクの入力を行うように構成された締付装置であって、
前記軸部材と前記連結アームとの係合状態を、前記軸部材と前記連結アームとを前記回転軸の径方向に相対変位不能に係合させた状態と、前記軸部材と前記連結アームとを前記回転軸の径方向に相対変位可能に係合させた状態との間で切り替える切替機構を有しており、
前記締付トルクの入力を行う際に前記スカラロボットから前記軸部材に作用する前記回転軸方向の操作力で、前記軸部材と前記連結アームとの係合状態が、前記相対変位不能に係合した状態から、前記相対変位可能に係合した状態に切り替えられることを特徴とする締付装置。 - 前記軸部材は、前記連結アーム側の係合孔に前記回転軸方向における一方側から係合しており、
前記係合孔は、前記軸部材が遊嵌する第1の孔部と、前記第1の孔部よりも内径が大きい第2の孔部と、を有すると共に、
前記軸部材は、前記係合孔に係合させた領域に、前記第1の孔部に内嵌する外径の嵌合部を有しており、
前記切替機構では、前記軸部材の前記回転軸方向への変位により、前記嵌合部の位置を、前記第1の孔部と前記第2の孔部の間で変位させて、前記係合状態が切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の締付装置。 - 前記係合孔は、前記回転軸方向における他方側が閉じられた有底孔であり、
前記係合孔では、前記回転軸方向における前記第2の孔部の前記一方側に、前記第1の孔部が位置しており、
前記軸部材は、前記係合孔に係合させた領域に、前記第2の孔部の内径よりも小さく、かつ前記第1の孔部よりも大きい外径の大径部を有しており、
前記軸部材では、前記回転軸方向における前記大径部の前記一方側に、前記嵌合部が位置していることを特徴とする請求項2に記載の締付装置。 - 前記締付トルクの入力は、前記軸部材を前記回転軸方向における他方側に変位させながら実施されるように構成されており、
前記第2の孔部には、前記軸部材を前記回転軸方向における前記一方側に付勢する付勢部材が設けられており、
前記軸部材は、当該軸部材を前記回転軸方向における他方側に変位させる操作力が入力されていないときには、前記付勢部材から作用する付勢力で、前記大径部を前記第1の孔部と前記第2の孔部との境界に当接させた基準位置に配置されており、
前記軸部材では、当該軸部材が前記基準位置に配置されているときに前記第1の孔部内に位置する領域に、前記嵌合部が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の締付装置。 - 前記嵌合部は、前記回転軸方向に間隔をあけて複数設けられており、
前記嵌合部では、前記回転軸方向における前記一方側に、前記一方側に向かうにつれて外径が小さくなる向きで傾斜した傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の締付装置。 - 前記大径部には、当該大径部を前記回転軸の径方向に貫通してガイド棒が設けられており、
前記第2の孔部には、前記ガイド棒の前記回転軸方向の変位を誘導するガイド溝が設けられており、
前記ガイド溝は、前記回転軸方向における前記他方側の領域の幅が、前記回転軸方向における一方側の領域幅よりも広い幅で形成されていることを特徴とする請求項3から請求項5の何れか一項に記載の締付装置。
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