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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Roboterarm und einen Roboter, welcher den Roboterarm beinhaltet. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung einen Roboterarm und einen Roboter, welcher den Roboterarm beinhaltet, welcher verhindert, dass die Länge eines Drahtes verändert wird durch eine Drehung eines Gelenks in einem Roboterarm, welcher eine Vielzahl von Gelenken aufweist, welche von dem Draht angetrieben werden.
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Ein Roboter, insbesondere ein tragbarer Roboterarm, welcher in einer Industrieumgebung verwendet wird, ist typischerweise zusammengesetzt aus einer Vielzahl von Verbindungen und Gelenken, um sich zusammen mit einem Arm des Trägers zu bewegen. Der Roboterarm fügt Zusatzkraft zu der Bewegung des Trägers hinzu, und ermöglicht, dass der Träger einfach ein schweres Objekt transportieren kann durch das Halten des Objektes.
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In der verwandten Technik ist ein Motor zur Verfügung gestellt in jedem Gelenk des tragbaren Roboterarms, und als ein Resultat ist eine Vielzahl von Motoren in dem Arm zur Verfügung gestellt. Jedoch bewirkt die Vielzahl von Motoren, dass das Gewicht des Roboterarms exzessiv gesteigert wird, und wenn der Träger müde wird aufgrund des großen Gewichts, verschlechtert sich die Arbeitseffizienz signifikant.
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Demzufolge, um dieses Problem zu lösen, wurden in den letzten Jahren kein Motor in jedem Gelenk zur Verfügung gestellt, jedoch ein Draht, welcher die Vielzahl von Gelenken verbindet und eine Antriebseinheit, welche den Draht antreibt, wurden stattdessen zur Verfügung gestellt. Außerdem wurde die Vielzahl von Gelenken bewegt durch eine geringe Anzahl von Antriebseinheiten, wodurch das Gewicht des Roboterarms verringert wurde. Jedoch kann die Länge des Drahtes nicht verändert werden, während ein Winkel der Gelenke verändert wird, wenn der Roboterarm betrieben wird durch bestimmten Gelenks.
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Die
US 2011/0132880 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Rohroberfläche.
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Die
US 2009/0242535 A1 beschreibt eine Drahtzuführeinrichtung.
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Die
US 2004/0199147 A1 beschreibt einen Manipulator mit einer Vielzahl von Gelenken.
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JP H02 - 249 894 A beschreibt eine Antriebseinrichtung für einen künstlichen Arm.
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Die
KR 10 2013 0 057 362 A beschreibt eine Gelenkanordnung.
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Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrundabschnitt zur Verfügung gestellt sind, sind nur zur Steigerung des Verständnisses des Hintergrundes der Offenbarung, und sollten daher nicht als ein Zugeständnis angesehen werden, dass diese Informationen der verwandten Technik schon einer Person mit gewöhnlichen Fachkenntnissen bekannt sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Roboterarm und einen verbesserten Roboter zur Verfügung zu stellen.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Roboterarm gemäß Anspruch 1, einen Roboterarm gemäß Anspruch 7 und einen Roboter gemäß Anspruch 11 zur Verfügung.
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Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht in einem Bestreben, um einen Roboterarm und einen Roboter, welcher mit dem Roboterarm versehen ist, zur Verfügung zu stellen, beinhaltend eine Drahtführung, welche ermöglicht, dass ein Draht durch das Zentrum eines Gelenkes zu jeder Zeit verläuft, in welchem ein Winkel geändert wird, so dass verhindert wird, dass die Länge eines Drahtes, welcher mit einer bestimmten Verbindung verbunden ist, geändert wird aufgrund der Veränderung des Winkels zwischen den Verbindungen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Roboterarm beinhalten: einen ersten Verbindungsabschnitt, welcher zu einem Endabschnitt eines Drahtes verbunden ist, um sich zu drehen, wenn der Draht gezogen wird; einen zweiten Verbindungsabschnitt, welcher zu dem ersten Verbindungsabschnitt über eine Verbindung verbunden ist; und eine Drahtführung, welche zusammengesetzt ist aus einer Drehplatte, welche drehbar installiert ist an dem zweiten Verbindungsabschnitt, und einem Paar von freilaufenden Rollen, welche zur Verfügung gestellt sind, um kontinuierlich die Drehplatte zu kontaktieren, in welcher der Draht zwischen jeden freilaufenden Rollen verläuft.
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Eine Einsatzwelle, welche in den zweiten Verbindungsabschnitt eingesetzt ist, ist auf der Drehplatte zur Verfügung gestellt, und ein Lager ist zur Verfügung gestellt an einer äußeren Umfangsoberfläche der Einsatzwelle. Als Ergebnis ist der zweite Verbindungsabschnitt drehbar um die Einsatzwelle.
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Ein Paar von freilaufenden Rollenwellen kann eingesetzt werden in eine Wellenrichtung der Drehplatte, und die freilaufenden Rollen können zur Verfügung gestellt sein an einem Endabschnitt der freilaufenden Rollenwellen. Das Paar von freilaufenden Rollen kann zur Verfügung gestellt sein, um nach außen von der Drehplatte hervorzutreten. Das Paar von freilaufenden Rollen kann angeordnet sein, so dass ein Punkt, an dem das Paar von freilaufenden Rollen sich einander kontaktieren, kontinuierlich positioniert ist auf einer Zentralachsenlinie der Drehplatte.
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Das Paar von freilaufenden Rollen kann angeordnet sein, so dass ein Punkt, an dem das Paar von freilaufenden Rollen miteinander in Kontakt ist, kontinuierlich positioniert ist auf einer Zentralachsenlinie des zweiten Verbindungsabschnitts. Der Draht kann kontinuierlich durch einen Kontaktpunkt des Paares von freilaufenden Rollen verlaufen.
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Ein Roboterarm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann beinhalten: eine erste Verbindung, wobei ein Ende davon verbunden ist zu einem Draht, und sich dreht, wenn der Draht gezogen wird, eine zweite Verbindung, wobei ein Ende davon drehbar verbunden ist zu dem anderen Ende der ersten Verbindung; eine dritte Verbindung, wobei ein Ende davon drehbar verbunden ist zu dem anderen Ende der zweiten Verbindung; und eine Drahtführung, welche sich frei dreht an einem Ort, wo die zweite Verbindung und die dritte Verbindung miteinander verbunden sind, und auf welchen ein Paar von freilaufenden Rollen, welche sich einander kontaktieren, zur Verfügung gestellt ist.
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Eine Drehplatte, welche sich frei dreht, ist an dem Ort angeordnet, an dem die zweite Verbindung und die dritte Verbindung miteinander verbunden sind, und die Drahtführung ist auf der Drehplatte zur Verfügung gestellt.
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Der Kontaktpunkt des Paares von freilaufenden Rollen kann angeordnet sein auf einer Zentralachsenlinie der Drehplatte. Der Draht kann kontinuierlich über den Kontaktpunkt des Paares von freilaufenden Rollen verlaufen, und wird um die freilaufende Rolle gebogen als eine Achse, wenn die zweite Verbindung sich dreht. Die freilaufende Rolle kann sich drehen, wenn der Draht gebogen wird, so dass eine Linie, welche das Zentrum der entsprechenden freilaufenden Rolle verbindet, den Biegewinkel des Drahtes halbiert.
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Ein Roboter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen Roboterarm beinhalten, welcher mit einem ersten Verbindungsabschnitt versehen ist, welcher zu einem Endabschnitt eines Drahtes verbunden ist, um sich zu drehen, wenn der Draht gezogen wird, einen zweiten Verbindungsabschnitt, welcher mit dem ersten Verbindungsabschnitt über eine Verbindung verbunden ist, und eine Drahtführung, auf welchen ein Paar von freilaufenden Rollen zur Verfügung gestellt ist, um kontinuierlich die Drehplatte zu kontaktieren, welche drehbar auf dem zweiten Verbindungsabschnitt angeordnet ist.
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Gemäß dem Roboterarm, welcher die oben genannte Struktur aufweist, kann eine Zielverbindung, welche betätigt werden soll, genau gesteuert werden, da die Länge des Drahtes nicht verändert wird aufgrund des Wechsels des Winkels zwischen den Verbindungen. Ferner, da die Struktur nicht kompliziert ist, gibt es ein geringes Bedenken der Fehlbetätigung, und eine Betätigungskraft kann einheitlich und kontinuierlich zur Verfügung gestellt werden, um den Wert eines Produktes zu steigern.
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Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun in Genauigkeit mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben, welche in den beigefügten Figuren dargestellt sind, welche hiernach nur zur Illustration gegeben werden, und daher nicht die vorliegende Offenbarung beschränken, und wobei:
- 1 ein Konfigurationsdiagramm eines Roboterarms und eines Roboters, welcher den Roboterarm beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
- 2 eine Schnittansicht des Roboterarms und des Roboters, welcher den Roboterarm beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, welche entlang der Linie A-A genommen wurde; und
- 3 ein Diagramm ist, welches einen Betriebszustand des Roboterarms und des Roboters, welcher den Roboterarm beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale zeigen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die speziellen Merkmale der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich von zum Beispiel bestimmten Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen werden zum Teil durch die Vorgaben und Bedingungen der speziell angestrebten Anwendung und Verwendung bestimmt. In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung durch die verschiedenen Figuren der Zeichnung.
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Hiernach wird in Genauigkeit auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, wobei Beispiele davon dargestellt werden in den beigefügten Zeichnungen und unten beschrieben werden. Während die Offenbarung beschrieben wird in Verbindungen mit beispielhaften Ausführungsformen, sollte es verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung nicht gedacht ist, um die Offenbarung auf die bestimmten Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist die Offenbarung dazu gedacht, um nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, äquivalente und andere Ausführungsformen, welche beinhaltet sein können in dem Geist und dem Bereich der Offenbarung wie definiert durch die beigefügten Patentansprüche.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung daher in keiner Weise einschränken. Wie sie hierin verwendet werden, sollen die Singularformen „ein, eine, eines“; und „der, die, das“ auch die Pluralformen umfassen, solange aus dem Kontext nicht klar etwas anderes ersichtlich ist. Weiter soll verstanden werden, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente und/oder Komponenten/Bestandteile angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten/Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie er hierin verwendet wird, schließt der Begriff „und/oder“ jegliche und alle Kombination eines oder mehrerer der damit verbundenen aufgelisteten Punkte ein.
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Hiernach wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Roboterarms und eines Roboters, welcher den Roboterarm beinhaltet, gemäß der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Roboterarms und eines Roboters, welcher den Roboterarm beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der Roboterarm und der Roboter, welcher den Roboterarm beinhaltet, beinhaltet gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen ersten Verbindungsabschnitt 120, welcher zu einem Endabschnitt eines Drahtes 200 verbunden ist, und sich dreht, wenn der Draht 200 gezogen wird; einen zweiten Verbindungsabschnitt 140, welcher mit dem ersten Verbindungsabschnitt 120 über eine Verbindung verbunden ist; und eine Drahtführung 300, welche zusammengesetzt ist aus einer Drehplatte 310, welche drehbar auf dem zweiten Verbindungsabschnitt 140 installiert ist, und einem Paar von freilaufenden Rollen 331, welche bereitgestellt sind, um kontinuierlich die Drehplatte 310 zu kontaktieren, in welcher der Draht 200 zwischen den freilaufenden Rollen 331 verläuft.
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In größerer Genauigkeit beinhaltet der Roboterarm eine erste Verbindung 110, eine zweite Verbindung 130, und eine dritte Verbindung 150, und kann den ersten Verbindungsabschnitt 120, welcher zusammengesetzt ist aus einem Ende der ersten Verbindung 110 und einem Ende der zweiten Verbindung 130, und welcher Durchgangslöcher aufweist, um mit einem Stift gelenkig verbunden zu werden, und den zweiten Verbindungsabschnitt 140, welcher zusammengesetzt ist aus dem anderen Ende der zweiten Verbindung 130, und einem Ende der dritten Verbindung 150, welcher auch Durchgangslöcher aufweist, beinhalten. Der Draht 200 dient, um den ersten Verbindungsabschnitt 120 und die erste Verbindung 110 in einer Ziehrichtung zu drehen, wenn der Draht 200 gezogen wird. Ein Greifer (nicht dargestellt) oder eine andere Verbindung kann bereitgestellt sein auf der ersten Verbindung 110, und das andere Ende der dritten Verbindung 150 kann verbunden werden zu einem Roboteroberkörper (nicht dargestellt), wo der Roboterarm installiert ist oder zusätzlich verbunden ist mit einer anderen Verbindung. Alternativerweise kann der zweite Verbindungsabschnitt 140 zu dem Roboteroberkörper verbunden werden.
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Die zweite Verbindung 130 ist mit einem weiteren Draht 200 abgesehen von dem Draht 200 verbunden, und als ein Ergebnis kann die zweite Verbindung 130 sich um einen Zentralpunkt des zweiten Verbindungsabschnitts 140 drehen, wenn eine äußere Kraft aufgebracht wird durch Ziehen des weiteren Drahtes 200, und die zweite Verbindung 130 erschafft einen vorherbestimmten Winkel mit der dritten Verbindung 150 während sie rotiert. Daher ist in dem Roboterarm gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Drahtführung 300 bereitgestellt an dem zweiten Verbindungsabschnitt 140, um dem Draht 200 zu ermöglichen, um kontinuierlich durch den Zentralpunkt des zweiten Verbindungsabschnitts 140 zu verlaufen ungeachtet einer Rotation des zweiten Verbindungsabschnitts 140, obwohl der Winkel zwischen der zweiten Verbindung 130, und der dritten Verbindung 150 verändert wird, um die resultierende Veränderung in der Länge des Drahtes 200 zu verhindern.
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Eine Konfiguration der Drahtführung 300 für den obigen Betrieb wird beschrieben in Genauigkeit in 2, wobei eine Einsatzwelle 311, welche eingesetzt ist in den zweiten Verbindungsabschnitt 140, zur Verfügung gestellt ist auf der Drehplatte 310, und ein Lager 312 zur Verfügung gestellt ist auf einer äußeren Umfangsoberfläche der Einsatzwelle 311. Als Ergebnis werden der zweite Verbindungsabschnitt 140 und der dritte Verbindungsabschnitt bereitgestellt, um drehbar zu der Einsatzwelle 311 zu sein.
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Die Drehplatte 310 ist bereitgestellt mit einer Oberfläche davon freigelegt zu der Außenseite, und die andere Oberfläche zeigt zur Innenseite des zweiten Verbindungsabschnitts 140. Die Einsatzwelle 311 kann ein zylindrisches Paneel sein, welches ausgebildet ist entlang einer äußeren Umfangsoberfläche der Drehplatte 310, oder kann ausgebildet sein in einer Stabform eines Zylinders, welcher sich zu der Innenseite des zweiten Verbindungsabschnitts 140 auf der anderen Oberfläche der Drehplatte erstreckt. Verschiedene Ausführungsformen können angewendet werden auf die Form der Einsatzwelle 311.
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Ein Paar von freilaufenden Rollenwellen 330, welche eine kreisförmige Stabform aufweisen, wird eingesetzt in eine Wellenrichtung der Drehplatte 310, und die freilaufende Rolle 331 ist vorzugsweise zur Verfügung gestellt an einem Endabschnitt der freilaufenden Rollenwelle 330. Ferner ist das Paar von freilaufenden Rollen 331 vorzugsweise zur Verfügung gestellt, um nach außen von der Drehplatte 310 hervorzutreten. Daher, wenn die freilaufende Rollenwelle 330 eingesetzt wird in die Drehplatte 310, ist ein Endabschnitt davon freigelegt zu der Außenseite, und die freilaufende Rolle 331 wird an dem freigelegten Endabschnitt installiert. Die freilaufende Rolle 331 kann eine separate freilaufende Rolle 331 sein, welche einem unterschiedlichen Material als die freilaufende Rollenwelle ist, oder die freilaufende Rolle 331 kann ausgebildet sein, um einen Vorsprung auszubilden an einem Endabschnitt der freilaufenden Rollenwelle 330 entlang einer äußeren Umfangsoberfläche davon. Ferner kann die freilaufende Rollenwelle 330 eingesetzt werden in die Drehplatte 310 an der Außenseite, oder kann auf der Drehplatte 310 hervortreten.
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Das Paar von freilaufenden Rollen 331 ist vorzugsweise derart positioniert, so dass ein Punkt, bei dem das Paar von freilaufenden Rollen 331 einander kontaktiert, kontinuierlich positioniert auf einer Zentralachsenlinie der Drehplatte 310. In dieser Hinsicht sind die freilaufenden Rollenwelle 330 und die freilaufende Rolle 331 vorzugsweise angeordnet, um zueinander zu zeigen um eine Zentralachsenlinie 400 der Drehplatte 310. Ferner ist das Paar von freilaufenden Rollen 331 vorzugsweise angeordnet, so dass ein Punkt, an dem das Paar von freilaufenden Rollen 331 sich kontaktiert, kontinuierlich positioniert ist auf einer Zentralachsenlinie des zweiten Verbindungsabschnitts 140. Zusätzlich kann der Draht 200 vorzugsweise ausgebildet sein, um kontinuierlich durch den Kontaktpunkt des Paares von freilaufenden Rollen 331 zu verlaufen. Daher wird der Draht 200 positioniert, um kontinuierlich zwischen dem Paar von freilaufenden Rollen 331 zu verlaufen.
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Als Ergebnis deckt sich die Zentralachsenlinie 400 der Drehplatte 310 kontinuierlich mit der Zentralachsenlinie des zweiten Verbindungsabschnitts 140, und der Draht 200 verläuft durch die Zentralachsenlinie 400 der Drehplatte 310, welche kontinuierlich drehbar ist, und die Zentralachsenlinien der zweiten Verbindung 130 und der dritten Verbindung 150. Als Resultat kann der Draht 200 kontinuierlich durch einen vorherbestimmten Punkt verlaufen, ohne irgendeinen Einfluss von der Drehung des zweiten Verbindungsabschnitts 140.
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3 ist ein Diagramm, welches einen Betriebszustand des Roboterarms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie oben beschrieben, ist der Draht 200 bereitgestellt, um verbunden zu sein mit der ersten Verbindung 110, und verläuft zwischen dem Paar von freilaufenden Rollen 331. 3(A) zeigt einen Fall, in welchem die zweite Verbindung 130 und die dritte Verbindung 150 auf derselben Linie positioniert sind, und der Draht 200 durch die Zentralachsenlinie 400 der Drehplatte 310 verläuft. Dann, wenn die zweite Verbindung 130 gedreht wird durch eine äußere Kraft, dreht sich die zweite Verbindung 130, wie dargestellt in 3(B), und die erste Verbindung 110 bewegt sich mit, und als Ergebnis wird der Draht 200 um die freilaufende Rolle 331 gebogen. In diesem Fall, da der Draht 200 gebogen wird, dreht sich die Drehplatte 310 auch zusammen, und wie oben beschrieben, ist die Drehplatte 310 drehbar zu dem zweiten Verbindungsabschnitt 140, und die freilaufende Rolle 331 wird kontinuierlich positioniert an einem Endabschnitt des Drahtes 200 durch einen Ausgleich der Kraft des Drahtes 200. Daher wird die freilaufende Rolle 331 kontinuierlich positioniert an dem Zentrum eines Biegeabschnitts des Drahtes 200 ungeachtet eines Biegewinkels des Drahtes 200. Daher zweiteilt eine Linie, welche die Zentren des Paares von freilaufenden Rollen 331 verbindet, kontinuierlich einen Winkel, welcher durch den Draht 200 gebildet wird.
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Die Drehplatte 310 ist drehbar, und da die freilaufenden Rollen 331 ein Paar bilden, wird der Draht 200 gestützt an beiden Seiten, ungeachtet einer Biegerate und einer Biegerichtung des Drahtes 200 (zum Beispiel in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung). Daher kann der Draht 200 durch die Zentralachsenlinie 400 der Drehplatte 310 verlaufen, und wenn der Draht 200 nicht gezogen wird, wird ein Punkt des Drahtes 200, welcher zuerst positioniert ist auf der Zentralachsenlinie 400 der Drehplatte 310 auf der Zentralachsenlinie 400 der Drehplatte 310 positioniert, sogar wenn der Draht 200 gebogen wird. Demzufolge, da eine Länge von dem Punkt des Drahtes 200, welcher auf der Zentralachsenlinie 400 der Drehplatte 310 positioniert ist, bis zu einem Endabschnitt, welcher mit der ersten Verbindung 100 verbunden ist, im Wesentlichen konstant gehalten wird, ist es möglich, um eine Fehlfunktion, oder eine Fehlbetätigung zu verhindern, sogar wenn der Draht 200 gebogen wird aufgrund der Drehung der zweiten Verbindung 130.
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Unterdessen kann die Länge des Drahtes 200 verändert werden, wenn der Draht 200 sich bewegt auf einer äußeren Umfangsoberfläche der freilaufenden Rolle 331, wo ein Durchmesser der freilaufenden Rolle 331 groß ist, und der Biegewinkel des Drahtes 200 groß ist. Als Ergebnis ist der Durchmesser der freilaufenden Rolle 331 vorzugsweise derart zu einem Wert gesetzt, um die Längenänderung durch die äußere Umfangsoberfläche in einem erlaubbaren Rahmen des Biegewinkels des Drahtes 200 zu minimieren.
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Gemäß dem Roboterarm, welcher die oben genannte Struktur aufweist, kann eine Ziehverbindung, welche betrieben werden soll, genau gesteuert werden, da die Länge des Drahtes 200 konstant bleibt ungeachtet einer Änderung des Winkels der Verbindung. Außerdem ist die Struktur nicht kompliziert, und als ein Ergebnis gibt es ein geringes Bedenken eines Fehlers, und eine einheitliche Betätigungskraft kann kontinuierlich zur Verfügung gestellt werden, wodurch der Wert eines Produktes gesteigert wird.
