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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Roboter-Saughand mit Gewichtsmessfunktion, die das Gewicht eines zu haltenden Objekts misst.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Man kennt unterschiedliche Modelle von Saugvorrichtungen, die ein Objekt ansaugen und halten. Beispielsweise ist in der ungeprüften
japanischen Patentschrift Nr. 06-107394 eine Saugvorrichtung offenbart, in der ein Saugkissen bezüglich einer Saugkammer gleitet und sich in der Richtung bewegt, in der seine Saugwirkung ausgeübt wird. Diese Saugvorrichtung misst das Gewicht eines Objekts, das durch den Gleitvorgang des Saugkissens hängt. Zudem offenbart die
japanische Gebrauchsmusterschrift Nr. 05-016047 eine Saugvorrichtung, die ein Plattenteil mit mehreren Saugdüsen ansaugt.
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Hält jedoch die in der ungeprüften
japanischen Patentschrift Nr. 06-107394 offenbarte Saugvorrichtung ein Objekt, das das Saugkissen nur schwer in luftdichter Weise ansaugen kann, so ist nicht nur unnötige Saugleistung erforderlich, sondern man kann das Gewicht eines derartigen Objekts auch nicht adäquat messen. Zudem, siehe die
japanische Gebrauchsmusterschrift Nr. 05-016047 , müssen zum Ändern der Lage eines Objekts die Positionen einer Anzahl Saugdüsen verändert werden. In einem solchen Fall müssen auch die Positionen und Lagen von Leitungen, die jeweils zu den Saugdüsen verlaufen, verändert werden. Dadurch ist es möglich, dass das zu messende Gewicht eines Objekts beeinflusst wird.
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Die Erfindung erfolgte unter Beachtung der obigen Gegebenheiten. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Roboter-Saughand bereitzustellen, die das Gewicht eines Objekts adäquat messen kann, das schwierig in luftdichter Weise anzusaugen ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zum Erfüllen der genannten Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt eine Roboterhand bereitgestellt, die an einem Roboterarm befestigt ist und die Funktion hat, das Gewicht eines Objekts zu messen, das durch Ansaugen gehalten wird, wobei die Roboterhand umfasst:
ein Messinstrument, das am distalen Ende einer distalen Welle des Roboterarms befestigt ist und das Gewicht eines Objekts misst;
eine hohle Welleneinheit, die am distalen Ende des Messinstruments koaxial zur distalen Welle des Roboterarms befestigt ist;
eine Saugeinheit, die am distalen Ende der hohlen Welleneinheit angebracht ist und das Objekt durch Ansaugen hält;
ein hohles Teil, das die hohle Welleneinheit in Umfangsrichtung drehbar umgibt;
eine Verbindungseinheit für das hohle Teil, die von dem Gehäuse ausgeht, das die distale Welle des Roboterarms trägt, und die mit dem hohlen Teil verbunden ist; und
eine Ansteuereinheit für die Saugeinheit, die mit dem hohlen Teil an einer Position verbunden ist, die nahe an der Umfangsfläche der hohlen Welleneinheit liegt, und die die Saugeinheit ansteuert, wobei die Ansteuereinheit für die Saugeinheit mit dem Innenraum der hohlen Welleneinheit über mindestens eine Öffnungseinheit verbunden ist, die in der Umfangsfläche der hohlen Welleneinheit ausgebildet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt weist der zweite Aspekt zusätzlich zum ersten Aspekt eine Versorgungsteil-Befestigungseinheit auf, die an der Verbindungseinheit für das hohle Teil befestigt ist und ein Versorgungsteil festhält, das das Messinstrument ansteuert.
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Gemäß einem dritten Aspekt, der auf dem ersten Aspekt beruht, weist die Ansteuereinheit für die Saugeinheit einen Unterdruckerzeuger auf, der an dem hohlen Teil befestigt ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt, der auf dem ersten Aspekt beruht, sind in dem hohlen Teil zwei Löcher ausgebildet, die von der hohlen Welleneinheit durchdrungen werden, und die beiden Löcher sind so ausgebildet, dass sie gleiche Flächen haben.
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Gemäß einem fünften Aspekt weist der fünfte Aspekt zusätzlich zum ersten Aspekt Dichtungsteile auf, die zwischen den beiden Löchern in dem hohlen Teil und der hohlen Welleneinheit angeordnet sind.
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Gemäß einem sechsten Aspekt, der auf dem zweiten oder fünften Aspekt beruht, ist die Verbindungseinheit für das hohle Teil eine wasserdichte Struktur, die das Messinstrument vollständig umgibt.
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Gemäß einem siebten Aspekt weist der siebte Aspekt zusätzlich zum ersten Aspekt ein Lager auf, das zwischen der Verbindungseinheit für das hohle Teil und einem Gehäuse angeordnet ist, das die distale Welle des Roboterarms trägt.
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Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der ausführlichen Beschreibung kennzeichnender Ausführungsformen der Erfindung, die in den beiliegenden Zeichnungen erläutert sind, deutlicher hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigt:
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1 eine Querschnittsansicht einer Roboterhand, die auf einer ersten Ausführungsform der Erfindung beruht;
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2 eine Querschnittsansicht einer Roboterhand, die auf einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beruht;
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3 eine Querschnittsansicht einer Roboterhand, die auf einer dritten Ausführungsform der Erfindung beruht; und
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4 eine Querschnittsansicht einer Roboterhand, die auf einer vierten Ausführungsform der Erfindung beruht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zur Vereinfachung der Erklärung ist der Maßstab der Zeichnungen jeweils geeignet angepasst.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Roboterhand, die auf einer ersten Ausführungsform der Erfindung beruht. Wie in 1 dargestellt kann sich eine distale Welle 11 eines Roboters 10, der beispielsweise ein Gelenkroboter ist, mit Hilfe eines Lagers 13 gegen ein Gehäuse 12 drehen. Am distalen Ende der distalen Welle 11 ist eine Roboterhand 20 befestigt.
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Im Einzelnen ist eine Messinstrumenten-Verbindungseinheit 21, die im Querschnitt die Form des Buchstabens H hat, am distalen Ende der distalen Welle 11 angebracht. Ein Messinstrument 22, das das Gewicht eines Werkstücks W misst (im Weiteren beschrieben), ist in die distale Stirnseite der Messinstrumenten-Verbindungseinheit 21 eingesetzt. Damit, siehe 1, ist das Messinstrument 22 koaxial zur distalen Welle 11 angeordnet. Ein Messinstrumentenkabel 23 geht von der Randfläche des Messinstruments 22 aus. Es sei unterstellt, dass dieses Messinstrumentenkabel 23 an eine Roboterkontrollvorrichtung (nicht dargestellt) angeschlossen ist.
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Eine flanschartige Verbindungseinheit 24a, siehe 1, ist am distalen Ende des Messinstruments 22 angebracht. Von der flanschartigen Verbindungseinheit 24a erstreckt sich eine hohle Welleneinheit 24b, die in einem Stück mit der flanschartigen Verbindungseinheit 24a ausgebildet ist, koaxial zur distalen Welle 11. Wie die Zeichnung zeigt ist das proximale Ende der hohlen Welleneinheit 24b von der flanschartigen Verbindungseinheit 24a verschlossen, und das distale Ende der hohlen Welleneinheit 24b ist offen. In der Umfangsfläche der hohlen Welleneinheit 24b sind mehrere Öffnungen 25 in Richtung des Umfangs ausgebildet. In 1 sind mehrere runde Öffnungen 25 mit gleichen Abständen ausgebildet. Die Anzahl und die Form der Öffnungen sind jedoch nicht auf die Darstellung in der Zeichnung eingeschränkt.
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Zudem ist am distalen Ende der hohlen Welleneinheit 24b eine Saugeinheit 26 angebracht. In der Saugeinheit 26 befindet sich eine Öffnung, die mit dem Innenraum der hohlen Welleneinheit 24b verbunden ist. Die Saugeinheit ist bevorzugt ein Saugkissen. Die Saugeinheit 26 ist an eine Unterdruckquelle angeschlossen, beispielsweise eine Unterdruckpumpe (nicht dargestellt), und zwar über eine Leitung, die später beschrieben wird. Mit Hilfe der Unterdruckquelle wird in der Saugeinheit 26 eine Saugwirkung erzeugt.
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In 1 ist auch das Werkstück W dargestellt, das die Saugeinheit 26 ansaugen und halten muss. Wie in der Zeichnung dargestellt ist die Oberfläche des Werkstücks W nicht eben, sondern es sind beispielsweise eine Anzahl Vertiefungen ausgebildet. Wird das Werkstück W von der Saugeinheit 26 einfach angesaugt und gehalten, so ist es möglich, dass Luft durch die Vertiefungen eintritt. Die Roboterhand 20 der Erfindung saugt auch ein derartiges Werkstück W stabil an und misst sein Gewicht. Die Oberfläche des Werkstücks W kann natürlich auch eben sein.
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In 1 ist um die hohle Welleneinheit 24b herum das hohle Teil 32 koaxial dazu angeordnet. Es umgibt die hohle Welleneinheit 24b drehbar in Umfangsrichtung. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird eine ringförmige Kammer 35 zwischen der hohlen Welleneinheit 24b und dem hohlen Teil 32 ausgebildet. Die hohle Welleneinheit 24b und das hohle Teil 32 können jedoch so nahe beieinander angeordnet sein, dass die ringförmige Kammer 35 gar nicht ausgebildet wird. In der Umfangsfläche des hohlen Teils 32 ist eine einzige Öffnung 33 ausgebildet. An die Öffnung 33 ist die Leitung 37 angeschlossen, über die die Saugeinheit 26 betrieben wird.
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Zudem, siehe 1, sind im oberen Ende bzw. unteren Ende des hohlen Teils 32 die Löcher 36a bzw. 36b ausgebildet. Die hohle Welleneinheit 24b durchdringt das hohle Teil 32 in diesen beiden Löchern 36a und 36b. Die Löcher 36a und 36b sind koaxial zueinander angeordnet und haben die gleiche Größe. Folglich löschen sich bei Betrieb der Roboterhand 20 die Kräfte, in die in den Löchern 36a und 36b durch den Unterdruck erzeugt werden, gegenseitig aus. Die in den Löchern 36a und 36b durch den Unterdruck erzeugten Kräfte haben daher keinen Einfluss auf die Gewichtsmessung des Werkstücks W.
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Weiterhin, siehe 1, sind Dichtungsteile 38a und 38b zwischen der hohlen Welleneinheit 24b und dem hohlen Teil 32 angeordnet. Damit kann man auch dann, wenn das Werkstück W vergleichsweise dünn ist, verhindern, dass ein Teil des Werkstücks W in das hohle Teil 32 eintritt. Dies ist besonders dann wirkungsvoll, wenn es sich bei dem Werkstück W um Nahrungsmittel handelt.
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Eine Verbindungseinheit 31 des hohlen Teils, siehe 1, geht von dem Gehäuse 12 der distalen Welle 11 aus. Diese Verbindungseinheit 31 des hohlen Teils erstreckt sich zuerst in radialer Richtung nach außen, anschließend weg von der distalen Welle 11 und dann in radialer Richtung nach innen. Dort ist sie mit dem hohlen Teil 32 verbunden. Die Verbindungseinheit 31 des hohlen Teils kann mit einem Flansch (nicht dargestellt) verbunden sein, der in dem hohlen Teil 32 ausgebildet ist. In 1 kann man sehen, dass das hohle Teil 32 hauptsächlich von dem Gehäuse 12 über die Verbindungseinheit 31 des hohlen Teils gehalten wird.
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Wird die Roboterhand 20 betätigt, so arbeitet die Unterdruckquelle (nicht dargestellt), und es wird Luft über die Saugeinheit 26, die hohle Welleneinheit 24b, die Öffnung 25, die Kammer 35 und Leitung 37 in der genannten Reihenfolge angesaugt. Hierdurch wird eine Saugwirkung in der Saugeinheit 26 erzeugt und das Werkstück W angesaugt.
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Das Messinstrument 22, siehe 1, ist in der proximalen Stirnfläche der hohlen Welleneinheit 24b angeordnet. Die Luft strömt jedoch durch die Öffnung 25, die in der Umfangsfläche der hohlen Welleneinheit 24b ausgebildet ist, in die Leitung 37. Folglich unterliegt das Messinstrument 22 keinem Einfluss des Unterdrucks in der Saugeinheit 26.
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Sind in der Oberfläche des Werkstücks W Vertiefungen ausgebildet, siehe 1, so kann man beim Ansaugen keine Luftdichtheit erreichen. Wie beschrieben ist die Erfindung jedoch so ausgelegt, dass das Messinstrument 22 durch das Saugen nicht direkt beeinflusst wird. Damit kann das Messinstrument 22 auch dann, wenn eine vollständige Luftdichtheit nicht erreicht werden kann, das Gewicht des Werkstücks W geeignet messen.
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Wird die Leitung 37 direkt an die hohle Welleneinheit 24b zwischen dem Messinstrument 22 und dem Werkstück W angeschlossen, so beeinflussen äußere Kräfte, die auf die Leitung 37 wirken, wenn der Roboter arbeitet, das Messinstrument 22, und es besteht die Möglichkeit, dass das Gewicht des Werkstücks W nicht exakt gemessen werden kann. In der Erfindung, siehe 1, ist die Leitung 37 jedoch nicht direkt an die hohle Welleneinheit 24b angeschlossen, die mit dem Messinstrument 22 verbunden ist, sondern sie ist an das hohle Teil 32 angeschlossen, das die hohle Welleneinheit 24b umgibt. Damit hat auch dann, wenn eine äußere Kraft während der Messung auf die Leitung 37 einwirkt, die äußere Kraft keinen Einfluss auf das Gewicht des Werkstücks W. Offensichtlich kann man also das Gewicht des Werkstücks W genauer messen.
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Zudem ist es mit der Erfindung möglich, das Werkstück W zu halten und sein Gewicht zu messen. Damit ist es nicht erforderlich, das Gewicht des Werkstücks W in getrennten Schritten zu bestimmen, und man kann damit die gesamte Verarbeitungszeit des Werkstücks verringern. Man kann zudem das Gewicht des Werkstücks W an die Robotersteuervorrichtung liefern (nicht dargestellt) und abhängig vom gemessenen Gewicht leicht das Ziel ändern, zu dem das Werkstück W befördert wird, d. h. man kann das Werkstück W einfach auswählen.
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Kann sich das hohle Teil 32 bezüglich der hohlen Welleneinheit 24b frei drehen, und zwar auch dann, wenn sich die distale Welle 11 um das Gehäuse 12 dreht, so folgt die Leitung 37 der Bewegung der distalen Welle 11 nicht. Ist der Roboter 10 in Betrieb, so kann man folglich die Wahrscheinlichkeit wesentlich verringern, dass die Leitung 37 an Peripheriegeräten (nicht dargestellt) anstößt.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Roboterhand gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Im Folgenden werden hauptsächlich Unterschiede zur ersten in 1 dargestellten Ausführungsform erklärt. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist eine Verbindungseinheit 31a für das hohle Teil, die vom Gehäuse 12 der distalen Welle 11 ausgeht, so ausgebildet, dass sie das gesamte Messinstrument 22 umgibt.
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Das Messinstrumentenkabel 23 verläuft durch eine Öffnung, die in der Umfangsfläche der Verbindungseinheit 31a für das hohle Teil ausgebildet ist. Wie in der Zeichnung dargestellt ist das Messinstrumentenkabel 23 in der Verbindungseinheit 31a für das hohle Teil mit Hilfe einer Messinstrumenten-Kabelbefestigungseinheit 41 festgehalten, die die Öffnung umgibt. Zieht man in Betracht, dass sich das Messinstrument 22 dreht, so weist das Messinstrumentenkabel 23 in der Verbindungseinheit 31a für das hohle Teil bevorzugt einen gewissen Spielraum auf. Mit Hilfe dieser Messinstrumenten-Kabelbefestigungseinheit 41 kann man verhindern, dass das Messinstrumentenkabel 23 herumgeschwenkt wird und dadurch vermeiden, dass das Messinstrumentenkabel 23 an Peripheriegeräten anstößt.
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Wie bereits beschrieben sind die Dichtungsteile 38a und 38b zwischen der hohlen Welleneinheit 24b und dem hohlen Teil 32 angeordnet. Man bevorzugt, den gleichen Abdichtvorgang für die Messinstrumenten-Kabelbefestigungseinheit 41 vorzunehmen. In diesem Fall kann die Verbindungseinheit 31a für das hohle Teil als wasserdichte Struktur ausgebildet werden, die das Messinstrument 22 vollständig schützt.
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Handelt es sich bei dem Werkstück W um Nahrungsmittel, so muss mit Fluid gewaschen werden, und die Saugeinheit 26 der Roboterhand 20 und ihre umgebenden Teile müssen sauber gehalten werden. Bei einem Nahrungsmittel als Werkstück W ist dies offensichtlich besonders wirksam, da man die Roboterhand 20, wenn sie eine wasserdichte Struktur ist, mit Fluid abwaschen kann.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Roboterhand gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Leitung 37 entfernt, und ein Unterdruckerzeuger 45 sitzt direkt in der Öffnung 33 des hohlen Teils 32. Eine Unterdruckerzeuger-Betriebsleitung 42, die an eine Luftquelle (nicht dargestellt) angeschlossen ist, geht von der Seite des Unterdruckerzeugers 45 aus. Der Unterdruckerzeuger 45 ist eine bekannte Vorrichtung, die Unterdruck gemäß dem Bernoulli-Prinzip erzeugt, wenn der Unterdruckerzeuger-Betriebsleitung 42 Luft zugeführt wird. Folglich wird in der in 3 dargestellten Ausführungsform keine Unterdruckquelle verwendet, beispielsweise eine Unterdruckpumpe.
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In 3 ist der Unterdruckerzeuger 45 an dem hohlen Teil 32 befestigt. Damit liegt der Unterdruckerzeuger 45 vergleichsweise nahe an der Saugeinheit 26. Bei der ersten in 1 dargestellten Ausführungsform und anderen Ausführungsformen, muss im Inneren der Leitung 37 ein Unterdruck erzeugt werden, wenn die Saugeinheit 26 betrieben wird. Damit ist das Ansprechen der Saugwirkung nicht besonders gut. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Unterdruckerzeuger 45 nahe an der Saugeinheit 26 bereitgestellt. Damit wird die Saugwirkung des Unterdruckerzeugers 45 rasch an der Saugeinheit 26 wirksam. Hierdurch kann man das Ansprechen der Saugeinheit 26 verbessern. Zudem benötigt man die flexible Leitung 37 zum Betreiben der Saugeinheit 26 nicht.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Roboterhand gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die Dichtungsteile 38a und 38b entfernt. Statt dessen sind Löcher 36a und 36b benachbart zur hohlen Welleneinheit 24b angeordnet. Die Spalte zwischen den Löchern 36a und 36b und der hohlen Welleneinheit 24b sind so groß, dass sich das hohle Teil 32 drehen kann. Damit kann man offensichtlich auch bei entfernten Dichtungsteilen 38a und 38b im Wesentlichen die oben beschriebene Auswirkung erzielen.
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Ferner ist in 4 das Lager 50 zwischen einem am Gehäuse 12 angebrachten Befestigungsteil 51 und der Verbindungseinheit 31a für das hohle Teil angeordnet. Folglich kann sich die Verbindungseinheit 31a für das hohle Teil frei um die Achse der distalen Welle 11 drehen. Damit dreht sich auch dann, wenn sich die distale Welle 11 des Roboters 10 dreht, die Verbindungseinheit 31a für das hohle Teil nur geringfügig. Man kann damit verhindern, dass das Messinstrumentenkabel 23 an Peripheriegeräten anstößt.
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AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß dem ersten Aspekt verbindet eine hohle Welleneinheit ein Messinstrument und eine Saugeinheit direkt. Die hohle Welleneinheit steht mit einer Betätigungseinheit für die Saugeinheit in Verbindung, und zwar über eine Öffnung, die in ihrer Umfangsfläche ausgebildet ist. Durch Ansaugen von Luft mit Hilfe der Betätigungseinheit für die Saugeinheit kann man das Objekt stabil halten und das Gewicht des Objekts adäquat messen, und zwar auch dann, wenn sich zwischen der Saugeinheit und dem zu haltenden Objekt kein luftdichter Abschluss herstellen lässt. Kann sich das hohle Teil um die hohle Welleneinheit drehen, so kann man das Objekt leicht in eine gewünschte Richtung drehen ohne die Saugfunktion zu verändern. Ist zudem die Saugeinheit durch das hohle Teil von der Betätigungseinheit für die Saugeinheit getrennt, so beeinflusst die Betätigungseinheit für die Saugeinheit, die beispielsweise die Leitung ist, das Messergebnis für das Gewicht des Objekts nicht.
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Gemäß dem zweiten Aspekt kann man auch dann verhindern, dass das Versorgungsteil herumgeschwenkt wird, wenn sich das von der Saugeinheit gehaltene Objekt dreht. Zudem kann man verhindern, dass der geradlinige Körper an Peripheriegeräten anstößt.
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Gemäß dem dritten Aspekt kann man das Ansprechen beim Anlegen von Unterdruck an die Saugeinheit verbessern.
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Sind die Flächen der beiden Löcher untereinander nicht gleich, so entstehen Differenzen zwischen den Kräften, die der Unterdruck in den Löchern erzeugt. Sind dagegen die Flächen der beiden Löcher untereinander gleich, wie in der vierten Ausführungsform, so heben sich die Kräfte gegenseitig auf, und sie haben keinen Einfluss auf die Messung des Gewichts des Objekts.
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Gemäß dem fünften Aspekt kann man vermeiden, dass ein Teil des Objekts in das hohle Teil eindringt, und zwar auch dann, wenn das Objekt vergleichsweise schlank ist. Dies ist besonders wirksam, wenn es sich bei dem Objekt um Nahrungsmittel handelt.
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Gemäß dem sechsten Aspekt kann man die Roboterhand mit Fluid abwaschen, wenn die Roboterhand am Roboter befestigt ist, falls der Roboter wasserdicht aufgebaut ist. Dies ist besonders wirksam, wenn es sich bei dem Objekt um Nahrungsmittel handelt.
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Gemäß dem siebten Aspekt kann man leicht vermeiden, dass das Versorgungsteil, das das Messinstrument speist, an Peripheriegeräten anstößt.
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Die Erfindung ist anhand charakteristischer Ausführungsformen beschrieben. Fachleute wissen, dass man die beschriebenen Abwandlungen und verschiedene weitere Veränderungen, Vereinfachungen und Hinzufügungen vornehmen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 06-107394 [0002, 0003]
- JP 05-016047 [0002, 0003]
