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JP2003136459A - 産業用ロボット - Google Patents

産業用ロボット

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Publication number
JP2003136459A
JP2003136459A JP2001332515A JP2001332515A JP2003136459A JP 2003136459 A JP2003136459 A JP 2003136459A JP 2001332515 A JP2001332515 A JP 2001332515A JP 2001332515 A JP2001332515 A JP 2001332515A JP 2003136459 A JP2003136459 A JP 2003136459A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shaft
motor
base
drive unit
industrial robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001332515A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryoji Ishibashi
良治 石橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2001332515A priority Critical patent/JP2003136459A/ja
Publication of JP2003136459A publication Critical patent/JP2003136459A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 後段の駆動部への重量の負荷を少なくし、装
置全体の重量の低減および小型化を図ることができる産
業用ロボットを実現することを目的にする。 【解決手段】 本発明は、多軸に駆動される産業用ロボ
ットにおいて、ベース32と、このベースが取り付けら
れ、ベースを水平方向に直線的に移動させるリニア駆動
部と、ベースを貫通するように設けられるシャフト35
と、ベースに設けられ、シャフトを回転させる回転用駆
動部34と、ベースに設けられ、シャフトの軸方向に沿
ってシャフトを移動させる昇降用駆動部33とを有する
ことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多軸に駆動される
産業用ロボットに関し、詳しくは後段の駆動部への重量
の負荷を少なくし、装置全体の重量の低減および小型化
を図ることができる産業用ロボットを実現することにあ
る。
【0002】
【従来の技術】産業用ロボットは、一般的には人間の手
作業を代行する装置であり、旋回、回転、スライド等の
機構を用いて多軸(X軸、Y軸、Z軸等)に駆動される
部分を有して、所望の位置にて作業を行うものである。
このような装置の構成は大きく分けると、スカラー形ロ
ボットと直交座標形ロボットの2つに分類される。
【0003】図5は、スカラー形ロボットの構成を示す
図である。図5において、ベース10はロボットの本体
の基部であり、外部に設けられた図示しない制御部と接
続される。第1アーム駆動用ダイレクトドライブモータ
(以下DDモータと略す)11は、ベース10の上側に
設置される。第1アーム12は、後端部を中心として第
1アーム駆動用DDモータ11によって旋回するように
設けられる。第2アーム駆動用DDモータ13は、第1
アーム12の先端に設置される。第2アーム14は、後
端部を中心として第2アーム駆動用DDモータによって
旋回するように設けられる。リスト部15は、第2アー
ム14の先端に設置され、図示しない上下用モータ及び
図示しないリストひねりモータが内蔵される。リスト部
15の下端には、チャック機構や検査カメラ等が設けら
れ、具体的な作業を行う。
【0004】このような装置の動作を以下に説明する。
リスト部15の下端を作業を行う場所に移動するため、
制御部から信号が送られる。制御部の信号を受け、DD
モータ11、13は、それぞれアーム12、14を水平
面上(X−Y面)でθ1、θ2の方向に旋回し、リスト
部15の水平面上の移動を行う。そして、同様に制御部
の信号を受けリスト部15に内蔵された上下用モータ
は、リスト部15をθ3の上下方向(Z軸)の移動を行
う。また、リストひねりモータは、リスト部15をθ4
の方向に旋回し、所望の場所にて作業を行うことができ
る。
【0005】図6は、直交座標形ロボットの構成を示す
斜視図である。図6において、X軸ベース20は、本体
の基部であり、外部に設けられた図示しない制御部と接
続される。X軸リニアDDモータ21は、X軸ベース2
0の上面に設けられる。Y軸ベース22は、X軸ベース
20の上側に直交してX軸リニアDDモータ21上に取
り付けられ、X軸上をスライドして移動させられる。Y
軸リニアDDモータ23は、Y軸ベース22の上面に設
けられる。θベース24は、Y軸リニアDDモータ23
上に取り付けられ、Y軸上をスライドして移動させられ
る。。回転形DDモータ25は、θベース24上に取り
付けられる。回転形DDモータ25の上面に、所望の作
業を行う道具が設けられ具体的な作業を行う。
【0006】このような装置の動作を以下に説明する。
回転形DDモータ25を作業を行う場所に移動するた
め、制御部から信号が送られる。制御部の信号を受け、
X軸リニアDDモータ21は、Y軸ベース22をX軸方
向にスライドさせ移動を行う。Y軸リニアDDモータ2
3は、θベース24をY軸方向にスライドさせ移動を行
う。回転形DDモータ25は、上面に設けられた道具を
旋回させ角度を合わせる。このようにして所望の場所に
て作業を行うことができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】DDモータは、減速機
構を持たないのでバックラッシュがなくモータ駆動後の
安定性(定められた精度内に収まるまでの時間)および
位置決め精度に優れている。しかし、十分なトルクを得
るためには外形が大きくなることが欠点として上げられ
る。一般的に多軸の産業用ロボットを構成する場合は、
前段の駆動部も一緒に負荷として後段の駆動部が駆動を
行う。そのため、後段の駆動部は必然的にパワーを必要
とするため、大きく重くなるという問題があった。図5
および図6に示した装置で具体的に説明をする。
【0008】図5のスカラー形ロボットにおいて、第2
アーム駆動用DDモータ13は、この第2アーム駆動用
DDモータ13の前段となるリスト部15の駆動部も一
緒に負荷として駆動を行う。同様に、第1アーム駆動用
DDモータ11は、この第1アーム駆動用DDモータ1
1の前段となる第2アーム駆動用DDモータ13、リス
ト部15の駆動部も一緒に負荷として駆動を行う。
【0009】また、図6の直交座標形ロボットにおい
て、Y軸リニアDDモータ23は、回転形DDモータ2
5とこれを支持するθベース24を含めて駆動を行う。
同様に、X軸リニアDDモータ21は、回転形DDモー
タ25とこれを支持するθベース24、Y軸DDモータ
23とこれ支持するY軸ベース22を含めて駆動を行
う。
【0010】このように、後段の駆動部のDDモータは
前段の駆動部も負荷として駆動するので、後段になるほ
ど大きなパワーを要求され、外形の大きなDDモータを
必要とする。しかし、産業用ロボットを設置するスペー
スの関係等の制約から外形が制限され、十分なトルクを
得ることができずDDモータ本来のタクトタイムが短い
高タクト性を生かし切れないという問題があった。
【0011】図5に示した装置において、各駆動部のD
Dモータ11、13にかかる重量低減を図るため、DD
モータ11、13、リスト部15内に設けられるモータ
をベース10に集中し、アーム12、14、リスト部1
5をリンク機構またはベルトなどの伝達機構により駆動
する構成もあるが、伝達機構の抵抗付加などが大きくな
り、あまり適した構成とは言えない。
【0012】そこで本発明の目的は、後段の駆動部への
重量の負荷を少なくし、装置全体の重量の低減および小
型化を図ることができる産業用ロボットを実現すること
にある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
多軸に駆動される産業用ロボットにおいて、ベースと、
このベースが取り付けられ、ベースを水平方向に直線的
に移動させるリニア駆動部と、前記ベースを貫通するよ
うに設けられるシャフトと、前記ベースに設けられ、前
記シャフトを回転させる回転用駆動部と、前記ベースに
設けられ、前記シャフトの軸方向に沿って前記シャフト
を移動させる昇降用駆動部とを有することを特徴とする
ものである。
【0014】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、リニア駆動部は、リニア形ダイレクトドラ
イブモータを用いてベースを移動させることを特徴とす
るものである。
【0015】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、リニア駆動部は、モータと、このモータの
軸に取り付けられたピニオンと、このピニオンと噛み合
うラックとを有し、これらによりベースを移動させるこ
とを特徴とするものである。
【0016】請求項4記載の発明は、請求項1〜3のい
ずれかに記載の発明において、回転用駆動部は、回転形
ダイレクトドライブモータを用いてシャフトを回転させ
ることを特徴とするものである。
【0017】請求項5記載の発明は、請求項1〜4のい
ずれかに記載の発明において、昇降用駆動部は、回転形
ダイレクトドライブモータを用いてシャフトを移動させ
ることを特徴とするものである。
【0018】請求項6記載の発明は、請求項1〜4のい
ずれかに記載の発明において、昇降用駆動部は、リニア
ダイレクトドライブモータを用いてシャフトを移動させ
ることを特徴とするものである。
【0019】請求項7記載の発明は、請求項1〜4のい
ずれかに記載の発明において、昇降用駆動部は、モータ
と、シャフトに噛み合うナットと、前記モータと前記ナ
ットに巻かれ、前記モータの動力を前記ナットに伝達す
るベルトとを有し、これらによりシャフトを移動させる
ことを特徴とするものである。
【0020】請求項8記載の発明は、請求項1〜4のい
ずれかに記載の発明において、昇降用駆動部は、モータ
と、このモータの軸に取り付けられたピニオンと、この
ピニオンと噛み合うラックとを有し、これらによりシャ
フトを移動させることを特徴とするものである。
【0021】請求項9記載の発明は、請求項1〜8のい
ずれかに記載の発明において、シャフトの先端付近に設
けられ、シャフトと連動するアームを備えたことを特徴
とするものである。
【0022】請求項10記載の発明は、請求項1〜9の
いずれかに記載の発明において、アームの先端に回転軸
を設けたことを特徴とするものである。
【0023】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施の
形態を説明する。図1は本発明の実施の形態を示した構
成図である。図1において、レール30は、本体の基部
であり、外部に設けられた図示しない制御部と接続され
る。X軸リニアDDモータ31は、リニア駆動部で、レ
ール30の上面に設けられる。ベース32は、リニアD
Dモータ31上に取り付けられ、X軸上をスライドして
移動させられる。また、ベース32は、レール30より
もY軸方向に突き出ており、この突き出た部分にZ軸方
向の穴を有する。
【0024】昇降用駆動部33は、ベース32の下側に
設けられ、Z軸方向に中空部を有する。回転用駆動部3
4は、ベース33の上側に設けられ、Z軸方向に中空部
を有する。シャフト35は、ベース32と直交するZ軸
方向に、ベース32の穴、昇降用駆動部33、回転用駆
動部34のそれぞれに設けられた中空部を貫通して設け
られる。また、シャフト35は、ボールネジおよびスプ
ラインの両方の機能を有するようにシャフト全体に加工
が施されている。アーム36は、後端部を中心として旋
回するようにシャフト35の上端付近に固定される。リ
スト部37は、アーム36の先端に設置される。このリ
スト部37は、チャック機構等の作業用の道具が取り付
けられ具体的な作業が行える。
【0025】図2は、図1に示す装置における昇降用駆
動部33、回転用駆動部34、これら周辺の詳細な構成
図である。図2において、昇降用モータ40は、ベース
32の下側に設けられる。昇降用モータ40は、例えば
回転形DDモータや、ステッピングモータ等があげられ
る。上下機構ナット41は、ベース32の下側に設けら
れ、中空部を有しておりシャフト35が貫通している。
また、上下機構ナット41は、シャフト35にきられて
いるボールネジと噛み合うようなボールナットとなって
おり、回転運動を直線運動としてシャフト35に動力を
伝達できる機能を有する。ベルト42は、昇降用モータ
40と上下機構ナット41に巻かれ、昇降用モータ40
の動力を上下機構ナット41に伝達する機能を有する。
ここで、昇降用モータ40、上下機構ナット41、ベル
ト42は、シャフト35を上下に昇降させる昇降用駆動
部33を構成している。
【0026】DDモータ43は、ベース32の上側に設
けられ、中空部を有しておりシャフト35が貫通してい
る。回転伝達機構44は、DDモータ43の上側に設け
られ、中空部を有しておりシャフト35が貫通してい
る。回転伝達機構44は、シャフト35にきられている
スプラインと噛み合うような図示しないスプラインナッ
トが設けられており、DDモータ43からの動力をシャ
フト35に伝達する。ここで、DDモータ43、回転伝
達機構44は、シャフト35を回転させる回転用駆動部
34を構成している。
【0027】このような装置の動作を以下に説明する。
図1において、アーム36の先端に設けられたリスト部
37を所望の位置に移動するため制御部から信号が送ら
れる。制御部の信号を受け、X軸リニアDDモータ31
は、ベース32をX軸方向にスライドさせ移動を行う。
図2において、昇降用モータ40は、ベルト42を介し
て上下機構ナット41を回転させ、シャフト35を上下
(Z軸方向)に昇降する。DDモータ43は回転伝達機
構44にてシャフト35を回転(X−Y面上)する。こ
のとき、シャフト35が回転することにより、シャフト
35にきられたボールネジと上下機構ナット41によっ
てシャフト35は上下に移動するが、この移動分の補正
も昇降用駆動部33は行う。これらの、X軸方向の移
動、アーム36の回転および上下の移動の動作は、それ
ぞれ同時にまたは別々に行われる。このようにして、ア
ーム36の先端に設けられたリスト部37を所望の位置
に移動させる。
【0028】このように、アーム35の上下は、ベース
32の下側に設けられた昇降用駆動部33が行い、アー
ム35の回転は、ベース32の上側に設けられた回転用
駆動部34が行う。また、それぞれの駆動部33、34
は、前段の駆動部をもたない。これにより、それぞれの
駆動部33、34を軽量、小型とすることができる。従
って、リニアDDモータ31への負荷が大幅に低減さ
れ、リニアDDモータ31も軽量、小型にすることがで
きるので、装置全体の重量の低減および小型化を図るこ
とができる。
【0029】本発明の第2の実施例を図3に示す。図3
は、図1に示す装置における昇降用駆動部33、回転用
駆動部34、これら周辺の詳細な構成図である。図1、
図2と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。
図3において、DDモータ50は、ベース32の下側に
設けられ、中空部を有しておりシャフト35が貫通して
いる。上下伝達機構51は、DDモータ50の下側に設
けられ、中空部を有しておりシャフト35が貫通してい
る。また上下伝達機構51は、シャフト35にきられて
いるボールネジと噛み合うような図示しないボールナッ
トが設けられており、DDモータ50の回転運動を直線
運動としてシャフト35に動力を伝達できる機能を有す
る。ここで、DDモータ50、上下伝達機構51は、シ
ャフト35を上下に昇降させる昇降用駆動部33を構成
する。
【0030】このような装置の動作を以下に説明する。
DDモータ50は、制御部の信号により駆動する。この
動力を上下伝達機構51によってシャフト35を上下に
昇降する。DDモータ50および上下伝達機構51によ
って、シャフト35を上下に昇降する動作以外は、図2
に示す装置と同様なので説明を省略する。
【0031】このように、アーム35の上下は、ベース
32の下側に設けられた昇降用駆動部33が行い、アー
ム35の回転は、ベース32の上側に設けられた回転用
駆動部34が行う。また、それぞれの駆動部33、34
は、前段の駆動部をもたない。これにより、それぞれの
駆動部33、34を軽量、小型とすることができる。従
って、リニアDDモータ31への負荷が大幅に低減さ
れ、リニアDDモータ31も軽量、小型にすることがで
きるので、装置全体の重量の低減および小型化を図るこ
とができる。
【0032】本発明の第3の実施例を図4に示す。図4
は、図1に示す装置における昇降用駆動部33、回転用
駆動部34、これら周辺の詳細な構成図である。図1、
図2と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。
図4において、昇降用ベース60は、ベース32の下側
に設けられる。リニアDDモータ61は、昇降用ベース
60のZ軸に沿った方向に設けられる。上下伝達機構6
2は、リニアDDモータ61とシャフト35の間に設け
られ、Z軸上をスライドすると共に、シャフト35を上
下に昇降させる。例えば、上下伝達機構62に、ベアリ
ングなどを設けることにより、シャフト35の回転を自
由にしつつ上下に昇降することができる。ここで、昇降
用ベース60、リニアDDモータ61、上下伝達機構6
2は、シャフト35を上下に昇降させる昇降用駆動部3
3を構成する。
【0033】このような装置の動作を以下に説明する。
リニアDDモータ61は、制御部の信号により駆動す
る。これにより上下伝達機構62は、Z軸上をスライド
し、シャフト35を上下に昇降させる。また、昇降用駆
動部33はベアリングを用いているので、回転用駆動部
34によってシャフト35が回転しても、シャフト35
は上下に移動しない。よって昇降用駆動部33は、シャ
フト35の回転による移動分の補正を行う必要はない。
リニアDDモータ61および上下伝達機構62によって
シャフト35を上下に昇降する動作と、シャフト35の
回転による移動分の補正を行わない動作以外は、図2に
示す装置と同様なので説明を省略する。
【0034】このように、アーム35の上下は、ベース
32の下側に設けられた昇降用駆動部33が行い、アー
ム35の回転は、ベース32の上側に設けられた回転用
駆動部34が行う。また、それぞれの駆動部33、34
は、前段の駆動部をもたない。これにより、それぞれの
駆動部33、34を軽量、小型とすることができる。従
って、リニアDDモータ31への負荷が大幅に低減さ
れ、リニアDDモータ31も軽量、小型にすることがで
きるので、装置全体の重量の低減および小型化を図るこ
とができる。
【0035】なお、本発明はこれに限定されるものでは
なく、以下のようなものでもよい。 (1)昇降用駆動部33はベース32の下側に設け、回
転用駆動部34はベース32の上側に設ける構成を示し
たが、昇降用駆動部33をベース32の上側に設け、回
転用駆動部34をベース32の下側に設ける構成として
もよい。
【0036】(2)昇降用駆動部33および回転用駆動
部34は、ベース32を挟んで対向配置とする構成を示
したが、それぞれを積層配置とする構成にしてもよい。
これにより、同一側に昇降用駆動部33および回転用駆
動部34が配置されるので組立、調整が容易になる。
【0037】(3)アーム36は、シャフト35の上側
付近に配置する例を示したが、シャフト35の下側付近
に配置する構成としてもよい。
【0038】(4)ベース32を移動させるリニア駆動
部は、リニアDDモータ31を用いる例を示したが、例
えばベース32に取り付けられるモータ(回転形DDモ
ータやステッピングモータ等)およびモータの軸にピニ
オンを設けて、レール30の上側にピニオンと噛み合う
ラックを形成し、ベース32を移動させる構成としても
よい。
【0039】(5)図4において、昇降用駆動部33
は、リニアDDモータ61を用いる構成を示したが、例
えば昇降用ベース60にリニアDDモータ61の代わり
にラックを形成し、上下伝達機構62にピニオンと、こ
のピニオンを駆動するモータ(例えば回転形DDモー
タ、ステッピングモータ等)を設ける構成としてもよ
い。
【0040】(6)レール30は、X軸方向に継ぎ足
し、ベース32のX軸方向への移動範囲を任意に変更で
きるようにしてもよい。
【0041】(7)リスト部37は、リストひねりモー
タを内蔵して回転軸とし、この回転軸の先端にチャック
機構等を取りつけ具体的な作業を行ってもよい。
【0042】(8)シャフト35の一端にアーム36を
取りつける構成を示したが、シャフト35の一端にアー
ム36の代わりに作業用の道具をとりつけ具体的な作業
を行っても良い。。
【0043】(9)シャフト35は、ボールネジおよび
スプラインの両方の機能を有するようにシャフト全体に
加工が施される例を示したが、ボールネジがシャフト3
5の下側の一部およびスプラインがシャフト35の上側
の一部にきられる構成としてもよく、またボールネジが
シャフト35の全体にきられ、スプラインがシャフト3
5の下側の一部にきられるというように、様々な組み合
わせでシャフトに加工を施してもよい。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果があ
る。請求項1〜8によれば、ベースの上側または下側に
回転用駆動部を設け、回転用駆動部の反対側にベースに
昇降用駆動部を設け、シャフトを回転および移動を行
う。これにより、前段の駆動部を持たないので、それぞ
れの駆動部を軽量、小型にすることが出来る。従って装
置全体の重量の低減およ小型化を図ることができる。
【0045】請求項9によれば、アームはシャフトの先
端付近に設けられ、このシャフトの移動および回転と共
に動作する。これにより、動作範囲をよりひろげること
ができる。
【0046】請求項10によれば、回転軸はアームの先
端付近に設けられ、回転用駆動部とは別に回転を行え
る。これにより、より精密な位置決めを行うことができ
る。
【0047】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示した装置全体の構成図
である。
【図2】本発明の第1の実施例を示した構成図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示した構成図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示した構成図である。
【図5】従来のスカラー形産業用ロボットの構成を示し
た図である。
【図6】従来の直交座標形産業用ロボットの構成を示し
た図である。
【符号の説明】
30 レール 31、61 リニアDDモータ 32 ベース 33 昇降用駆動部 34 回転用駆動部 35 シャフト 36 アーム 37 リスト部 40 昇降用モータ 41 上下機構ナット 42 ベルト 43、50 DDモータ 44 回転伝達機構 51、62 上下伝達機構 60 昇降用ベース

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多軸に駆動される産業用ロボットにおい
    て、 ベースと、 このベースが取り付けられ、ベースを水平方向に直線的
    に移動させるリニア駆動部と、 前記ベースを貫通するように設けられるシャフトと、 前記ベースに設けられ、前記シャフトを回転させる回転
    用駆動部と、 前記ベースに設けられ、前記シャフトの軸方向に沿って
    前記シャフトを移動させる昇降用駆動部とを有すること
    を特徴とする産業用ロボット。
  2. 【請求項2】 リニア駆動部は、リニア形ダイレクトド
    ライブモータを用いてベースを移動させることを特徴と
    する請求項1記載の産業用ロボット。
  3. 【請求項3】 リニア駆動部は、 モータと、 このモータの軸に取り付けられたピニオンと、 このピニオンと噛み合うラックとを有し、これらにより
    ベースを移動させることを特徴とする請求項1記載の産
    業用ロボット。
  4. 【請求項4】 回転用駆動部は、回転形ダイレクトドラ
    イブモータを用いてシャフトを回転させることを特徴と
    する請求項1〜3のいずれかに記載の産業用ロボット。
  5. 【請求項5】 昇降用駆動部は、回転形ダイレクトドラ
    イブモータを用いてシャフトを移動させることを特徴と
    する請求項1〜4のいずれかに記載の産業用ロボット。
  6. 【請求項6】 昇降用駆動部は、リニアダイレクトドラ
    イブモータを用いてシャフトを移動させることを特徴と
    する請求項1〜4のいずれかに記載の産業用ロボット。
  7. 【請求項7】 昇降用駆動部は、 モータと、 シャフトに噛み合うナットと、 前記モータと前記ナットに巻かれ、前記モータの動力を
    前記ナットに伝達するベルトとを有し、これらによりシ
    ャフトを移動させることを特徴とする請求項1〜4のい
    ずれかに記載の産業用ロボット。
  8. 【請求項8】 昇降用駆動部は、 モータと、 このモータの軸に取り付けられたピニオンと、 このピニオンと噛み合うラックとを有し、これらにより
    シャフトを移動させることを特徴とする請求項1〜4の
    いずれかに記載の産業用ロボット。
  9. 【請求項9】 シャフトの先端付近に設けられ、シャフ
    トと連動するアームを備えたことを特徴とする請求項1
    〜8のいずれかに記載の産業用ロボット。
  10. 【請求項10】 アームの先端に回転軸を設けたことを
    特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の産業用ロボ
    ット。
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