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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugadapter zur Anbringung eines Werkzeugs an einem Roboterhandgelenk. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Roboter mit einem an einem Handgelenk angebrachten Werkzeugadapter.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Im Allgemeinen weist das Handgelenk eines Industrieroboters (in dieser Beschreibung einfach als Roboter bezeichnet) zwei oder drei Freiheitsgrade auf. In bestimmten Fällen muss beim Anbringen eines Werkzeugs (d. h., eines Endeffektors) wie etwa einer Bolzenschweißpistole oder eines Bohraufsatzes, das eine verhältnismäßig starke Reaktionskraft von einem bearbeiteten Objekt erhält, an dem Handgelenk die Richtung der Reaktionskraft, deren Ausübung von dem Objekt durch das Handgelenk auf das Werkzeug erwartet wird, in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel ist eine Werkzeughaltevorrichtung, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. H07-001276 (
JPH07-001276A ) offenbart ist, dazu ausgebildet, ein Werkzeug auf eine schwenkbare Weise und in einem gravitativ ausbalancierten Zustand an einem Armende eines mehrachsigen Roboters anzubringen, und weist sie eine Pressvorrichtung auf, um das angebrachte Werkzeug an das Werkstück zu pressen. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird verstanden werden, dass das ”Ende eines Roboterarms Ra” so mit dem ”Roboterarm Ra” verbunden ist, dass es um eine erste Achse (die zu der Ebene des Blatts senkrechte Achse) drehbar ist, und dass ein ”Stützträger
10, der an dem Ende des Roboterarms Ra angebracht ist”, so mit dem ”Ende des Roboterarms Ra” verbunden ist, dass er um eine zweite Achse, die orthogonal zu der ersten Achse verläuft, drehbar ist. Ferner wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung auch verstanden werden, dass sich der Vektor der Reaktionskraft, die von dem bearbeiteten Werkstück auf das Werkzeug ausgeübt wird, an einer Position befindet, die von der zweiten Achse, welche in dem ”Stützträger
10” enthalten ist, im Wesentlichen parallel verschoben ist und die erste Achse, die in dem ”Ende des Roboterarms Ra” enthalten ist, nicht schneidet.
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Bei dem oben beschriebenen Aufbau, der in
JPH07-001276A offenbart ist, tritt aufgrund der Reaktionskraft, die von dem bearbeiteten Werkstück auf das Werkzeug ausgeübt wird, an dem ”Ende des Roboterarms Ra”, d. h., dem Handgelenk, ein Kraftmoment um die erste Achse auf. Wenn das Handgelenk durch das Kraftmoment abgelenkt wird, kann die Qualität der Tätigkeit des Roboters, die unter Verwendung des Werkzeugs vorgenommen wird, beeinflusst werden. Wenn in diesem Fall die Position des Vektors der Reaktionskraft, die von dem bearbeiteten Werkstück auf das Werkzeug ausgeübt wird, zur Übereinstimmung mit der zweiten Achse des ”Stützträgers
10” gebracht wird, kann das Auftreten des Kraftmoments vermieden werden. Dieser Aufbau kann jedoch den Abstand von der ersten Achse des ”Endes des Roboterarms Ra” zu dem Werkzeugende erhöhen, so dass es leicht zu einem störenden Eingriff mit dem Werkstück und seinen umgebenden Objekten kommen kann und die Gefahr einer Verschlechterung der Durchführbarkeit der Tätigkeit besteht.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Bei einem Werkzeugadapter zur Anbringung eines Werkzeugs an einem Handgelenk eines Roboters ist gewünscht, den Einfluss einer Reaktionskraft auf die Qualität der Tätigkeit eines Roboters, welche Reaktionskraft von einem Objekt über das Werkzeug auf das Handgelenk ausgeübt wird, zu verringern, ohne die Durchführbarkeit der Tätigkeit des Roboters, die unter Verwendung des Werkzeugs vorgenommen wird, zu verschlechtern.
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Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt einen Werkzeugadapter, der zur Anbringung eines Werkzeugs an einem Roboterhandgelenk ausgebildet ist, wobei das Roboterhandgelenk zwei oder mehr Freiheitsgrade aufweist und ein erstes Drehelement, das um eine erste Achse drehbar ist, und ein zweites Drehelement, das um eine zu der ersten Achse orthogonale zweite Achse drehbar ist, aufweist, bereit, wobei der Werkzeugadapter einen ersten Abschnitt, der mit einem ersten Anbringungsteil versehen ist und dazu ausgebildet ist, an dem ersten Anbringungsteil an dem zweiten Drehelement angebracht zu werden; und einen zweiten Abschnitt, der sich von dem ersten Abschnitt erstreckt, wobei der zweite Abschnitt mit einem zweiten Anbringungsteil versehen ist und dazu ausgebildet ist, an dem zweiten Anbringungsteil an dem Werkzeug angebracht zu werden, umfasst; wobei der erste Anbringungsteil und der zweite Anbringungsteil jeweils an Positionen angeordnet sind, an denen eine Richtung einer Reaktionskraft, die während einer Tätigkeit, die unter Verwendung des Werkzeugs an einem Objekt vorgenommen wird, von dem Objekt über das Werkzeug auf den zweiten Abschnitt ausgeübt wird, so definiert ist, dass sie sowohl die erste Achse als auch die zweite Achse schneidet.
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Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt einen Roboter bereit, der ein Handgelenk mit zwei oder mehr Freiheitsgraden umfasst, wobei an dem Handgelenk der oben genannte Werkzeugadapter angebracht ist.
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Da sich bei dem Werkzeugadapter nach einem Gesichtspunkt der Vektor der Reaktionskraft, die während der Tätigkeit des Roboters über das Werkzeug auf den zweiten Abschnitt des Werkzeugadapters ausgeübt wird, an einer Position befindet, die die erste Achse schneidet, wird verhindert, dass an dem Handgelenk ein Kraftmoment um die erste Achse auftritt. Entsprechend sind die Komponenten des Handgelenks einschließlich des ersten Drehelements und des zweiten Drehelements von einer Ablenkung, die durch die Reaktionskraft verursacht werden kann, frei. Wenn es bei den Komponenten des Handgelenks nicht zu einer Ablenkung kommt, kann der Einfluss der Reaktionskraft auf die Qualität der Tätigkeit beseitigt werden. Da ferner der erste Anbringungsteil und der zweite Anbringungsteil jeweils an Positionen angeordnet sind, an denen die Richtung der Reaktionskraft so definiert ist, dass sie die zweite Achse schneidet, kann das zweite Drehelement, das die zweite Achse aufweist, an einer Position angeordnet werden, die in einem vorherbestimmten Winkel um die erste Achse von dem Werkzeug entfernt ist. Als Ergebnis kann ein möglicher störender Eingriff zwischen dem Handgelenk und dem Objekt oder anderen umgebenden Objekten vermieden werden. Da das Werkzeug an dem zweiten Abschnitt angebracht ist, ist der Abstand zwischen der ersten Achse und dem Ende des Werkzeugs verringert und wird dadurch ein störender Eingriff zwischen dem Handgelenk und dem Objekt oder anderen umgebenden Objekten vermieden. Somit kann nach dem Werkzeugadapter der Einfluss der Reaktionskraft, die von dem Objekt über das Werkzeug auf das Handgelenk ausgeübt wird, auf die Qualität der Tätigkeit des Roboters beseitigt werden, ohne die Durchführbarkeit der Tätigkeit des Roboters, die unter Verwendung des Werkzeugs vorgenommen wird, zu verschlechtern.
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Nach dem Roboterarm des anderen Gesichtspunkts kann die Qualität der Tätigkeit des Roboters verbessert werden, ohne die Durchführbarkeit der Tätigkeit des Roboters, die unter Verwendung des Werkzeugs vorgenommen wird, zu verschlechtern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher werden, wobei
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1 eine Vorderansicht ist, die einen Roboter nach einer Ausführungsform in schematischer Form zeigt;
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2 eine vergrößere perspektivische Ansicht eines Handgelenks des in 1 gezeigten Roboters ist;
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3A eine von einer Richtung her gesehene perspektivische Ansicht eines Werkzeugadapters nach einer Ausführungsform ist;
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3B eine von einer anderen Richtung her gesehene perspektivische Ansicht des Werkzeugadapters nach der einen Ausführungsform ist;
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4 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Beispiel für eine Tätigkeit eines Roboters zeigt, die unter Verwendung eines Werkzeugs, welches über den Werkzeugadapter von 3A an dem Handgelenk angebracht ist, vorgenommen wird;
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5 eine perspektivische Ansicht ist, die ein anderes Beispiel für eine Tätigkeit eines Roboters zeigt, die unter Verwendung des Werkzeugs, welches über den Werkzeugadapter von 3A an dem Handgelenk angebracht ist, vorgenommen wird; und
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6 eine Vorderansicht ist, die das Handgelenk zeigt, an dem ein Werkzeugadapter nach einer anderen Ausführungsform angebracht ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Über die Zeichnungen hinweg sind entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt einen Roboter 10 nach einer Ausführungsform. Der Roboter 10 weist eine stationäre Basis 12, ein Schwenkgestell 14, das so mit der stationären Basis 12 verbunden ist, dass es um eine senkrechte Achsenlinie J1 (nachstehend als Achse J1 bezeichnet) drehbar ist (oder um diese schwenkt), einen unteren Arm 16, der so mit dem Schwenkgestell 14 verbunden ist, dass er um eine waagerechte Achsenlinie J2 (nachstehend als Achse J2 bezeichnet), die orthogonal zu der Achse J1 verläuft, drehbar ist (oder um diese schwingt), einen oberen Arm 18, der so mit dem unteren Arm 16 verbunden ist, dass er um eine waagerechte Achsenlinie J3 (nachstehend als Achse J3 bezeichnet), die parallel zu der Achse J2 verläuft, drehbar ist (oder um diese schwingt), und ein Handgelenk (oder ein Roboterhandgelenk) 20, das so mit dem oberen Arm 18 verbunden ist, dass es um eine Achsenlinie J4 (nachstehend als Achse J4 bezeichnet), die zu der Achse J3 orthogonal verläuft, drehbar ist (oder sich um diese dreht), auf.
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Wie in 2 in vergrößerter Form gezeigt weist das Handgelenk 20 ein erstes Drehelement 22, das so mit dem oberen Arm 18 verbunden ist, dass es um eine erste Achsenlinie J5 (nachstehend als erste Achse J5 bezeichnet), die zu der Achse J4 orthogonal verläuft, drehbar ist (oder sich um diese biegt), und ein zweites Drehelement 24, das so mit dem ersten Drehelement 22 verbunden ist, dass es um eine zweite Achsenlinie J6 (nachstehend als zweite Achse J6 bezeichnet), die zu der Achse J5 orthogonal verläuft, drehbar ist (oder sich um diese dreht), auf. Die Achsen J4, J5 und J6 sind so angeordnet, dass sie einander an einem einzelnen Punkt schneiden. Ein Werkzeugadapter 26 nach einer Ausführungsform ist an dem zweiten Drehelement 24 angebracht, und an dem Werkzeugadapter 26 wird ein Werkzeug 28 getragen.
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Der Roboter 10 nach dieser Ausführungsform weist wie oben beschrieben einen Vertikal-Gelenkmanipulator auf, der einen Armaufbau mit drei Freiheitsgraden (J1 bis J3) und einen Handgelenkaufbau mit drei Freiheitgraden (J4 bis J6) aufweist. Durch Steuern der jeweiligen Achsen J1 bis J6 auf verschiedene Weisen und dadurch Betätigen des unteren Arms 16, des oberen Arms 18 und des Handgelenks 20 auf verschiedene unterschiedliche Weisen kann der Roboter 10 unter Verwendung des Werkzeugs 28 verschiedene Aufgaben erfüllen. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau der Achsen des Roboters 10 nicht auf den obigen bestimmten Aufbau beschränkt. Zum Beispiel kann der Roboter 10 einen Vertikal-Gelenkmanipulator mit fünf oder weniger Achsen oder sieben oder mehr Achsen aufweisen, oder kann er einen Manipulator mit einem beliebigen von verschiedenen bekannten mechanischen Aufbauten wie etwa dem Horizontal-Gelenkstyp oder dem kartesischen Typ aufweisen. Ferner kann das Handgelenk 20 zum Beispiel durch Verzichten auf die Achse J4 so ausgebildet sein, dass es nur zwei Freiheitsgrade aufweist.
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Der Werkzeugadapter 26 nach einer Ausführungsform ist ein Element, um das Werkzeug 28 an dem Handgelenk 20, das das erste und das zweite Drehelement 22 und 24 aufweist und zwei oder mehr Freiheitsgrade aufweist, anzubringen. Wie in 3A gezeigt weist der Werkzeugadapter 26 einen ersten Abschnitt 32, der mit einem ersten Anbringungsteil 30 versehen ist, und einen zweiten Abschnitt 36, der sich von dem ersten Abschnitt 32 erstreckt und mit einem zweiten Anbringungsteil 34 versehen ist, auf. Der erste Abschnitt 32 ist wie in 2 gezeigt dazu ausgebildet, mittels des ersten Anbringungsteils 30 an dem zweiten Drehelement 24 angebracht zu werden und durch Befestigungsmittel wie etwa eine nicht gezeigte Schraube und Mutter an dem zweiten Drehelement 24 fixiert zu werden. Der zweite Abschnitt 36 ist dazu ausgebildet, mittels des zweiten Anbringungsteils 34 an dem Werkzeug 28 angebracht zu werden und durch Befestigungsmittel 38 wie eine Schraube und Mutter an dem Werkzeug 28 fixiert zu werden. Bei dieser Ausführungsform ist der erste Anbringungsteil 30 mit mehreren Durchgangsöffnungen versehen, in die jeweils Schrauben eingesetzt werden, und ist der zweite Anbringungsteil 34 mit einer einzelnen Öffnung versehen, in die eine Schraube eingesetzt wird.
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Wie in 3A gezeigt weist jeder aus dem ersten Abschnitt 32 und dem zweiten Abschnitt 36 eine flache plattenartige Form auf. Bei dieser Ausführungsform sind der erste und der zweite Abschnitt 32 und 36 miteinander einstückig ausgeführt. Der flache plattenartige erste Abschnitt 32, der den ersten Anbringungsteil 30 aufweist, und der flache plattenartige zweite Abschnitt 36, der den zweiten Anbringungsteil 34 aufweist, sind so angeordnet, dass sie in Bezug zueinander einen Winkel θ von nicht Null bilden. Ferner sind wie in 2 gezeigt der erste Anbringungsteil 30 und der zweite Anbringungsteil 34 jeweils an Positionen angeordnet, an denen die Richtung einer Reaktionskraft F, die während der Tätigkeit des Roboters, die unter Verwendung des Werkzeugs 28 vorgenommen wird, von einem Objekt über das Werkzeug 28 auf den zweiten Abschnitt 36 ausgeübt wird, so definiert ist, dass sie sowohl die erste Achse J5 als auch die zweite Achse J6 schneidet.
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Beispiele für die Tätigkeit des Roboters, die unter Verwendung des Werkzeugs 28, das über den Werkzeugadapter 26 an dem Handgelenk 20 angebracht ist, vorgenommen wird, werden nachstehend unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben werden. Bei den veranschaulichten Beispielen ist das Werkzeug 28 eine Bolzenschweißpistole und ist wie gezeigt ein Bolzen 40 an dem Werkzeug 28 angebracht. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Werkzeug 28 nicht auf irgendeine bestimmte Art beschränkt, sondern kann an dem Handgelenk 20 ein beliebiges von verschiedenen bekannten Arten von Werkzeugen 28 angebracht werden. Wenn es sich bei dem Werkzeug 28 um ein Werkzeug, das von einem bearbeiteten Objekt eine verhältnismäßig starke Reaktionskraft erfährt, wie etwa eine Bolzenschweißpistole oder einen Bohraufsatz handelt, ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung erheblich und äußerst vorteilhaft.
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Bei dem Beispiel für die Tätigkeit, das in 4 gezeigt ist, schweißt der Roboter 10 unter Verwendung des Werkzeugs 28, das über den Werkzeugadapter 26 an dem Handgelenk 20 angebracht ist, den Bolzen 40 an das Werkstück W, d. h., das Objekt. Das Werkstück W wird auf einer Haltebasis 42 getragen. Da der Bolzen 40 während des Schweißens mit einer vorherbestimmten Presskraft auf das Werkstück W gepresst wird, wird die Reaktionskraft F der Presskraft über den Bolzen 40 und das Werkzeug 28 auf den zweiten Abschnitt 36 des Werkzeugadapters 26 ausgeübt. Da sich der Vektor der Reaktionskraft F wie in 2 gezeigt an einer Position befindet, die die erste Achse J5 schneidet, wird dabei verhindert, dass an dem Handgelenk 20 ein Kraftmoment um die erste Achse J5 auftritt. Entsprechend kommt es an den Komponenten des Handgelenks 20 einschließlich des ersten und des zweiten Drehelements 22 und 24 nicht zu einer Ablenkung, die durch die Reaktionskraft verursacht werden kann. Wenn an den Komponenten des Handgelenks 20 keine Ablenkung auftritt, kann der Einfluss der Reaktionskraft F auf die Qualität der Tätigkeit (d. h., das Bolzenschweißen), wie etwa ein Rutschen des Bolzens 40 an dem Werkstück W, beseitigt werden.
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Wenn eine ähnliche Robotertätigkeit wie die in 4 gezeigte an einem anderen Bereich des auf der Haltebasis 42 getragenen Werkstücks W vorgenommen wird, wie in 5 gezeigt, kann es zu einem störenden Eingriff des Handgelenks 20 mit dem Werkstück W oder anderen umgebenden Objekten kommen. Bei dem Beispiel von 5 kann das Handgelenk 20 auf einen vorspringenden Bereich Wa des Werkstücks W treffen. In dieser Situation kann das zweite Drehelement 24 mit der zweiten Achse J6 an einer Position angeordnet werden, die um die erste Achse J5 um einen vorherbestimmten Winkel von dem Werkzeug 28 entfernt ist, da der erste und der zweite Anbringungsteil 30 und 34 des Werkzeugadapters 26 wie in 2 gezeigt jeweils an Positionen angeordnet sind, an denen die Richtung der Reaktionskraft F so definiert ist, dass sie die zweite Achse J6 schneidet. Als Ergebnis einer derartigen Anordnung wird zwischen dem ersten Drehelement 22 des Handgelenks 20 und dem zweiten Abschnitt 36 des Werkzeugadapters 26 ein Raum geschaffen, und dient dieser Raum dazu, einen möglichen störenden Eingriff zwischen dem Handgelenk 20 und dem vorspringenden Bereich Wa des Werkstücks W zu vermeiden. Wenn das Werkzeug 28 so an dem ersten Abschnitt 32 des Werkzeugadapters 26 angebracht wäre, dass die Position des Vektors der Kraft F mit der zweiten Achse J6 überstimmen würde, würde der Abstand zwischen der ersten Achse J5 und dem Ende des Bolzens 40 zunehmen und könnte es auch in diesem Fall zu einem störenden Eingriff zwischen dem Handgelenk 20 und dem Werkstück W kommen. Da das Werkzeug 28 im Gegensatz dazu an dem zweiten Abschnitt 36 des Werkzeugadapters 26 angebracht ist, wird der Abstand zwischen der ersten Achse J5 und dem Ende des Bolzens 40 verringert und wird dadurch der störende Eingriff zwischen dem Handgelenk 20 und dem Werkstück W vermieden.
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Auf diese Weise kann gemäß dem Werkzeugadapter 26 der Einfluss der Reaktionskraft F, die von dem Werkstück W über das Werkzeug 28 auf das Handgelenk 20 ausgeübt wird, auf die Qualität der Tätigkeit des Roboters beseitigt werden, ohne die Durchführbarkeit der Tätigkeit des Roboters, die unter Verwendung des Werkzeugs 28 vorgenommen wird, zu verschlechtern. Ferner kann gemäß dem Roboter 10 mit dem an dem Handgelenk 20 angebrachten Werkzeugadapter 26 die Qualität der Tätigkeit des Roboters verbessert werden, ohne die Durchführbarkeit der Tätigkeit des Roboters, die unter Verwendung des Werkzeugs 28 vorgenommen wird, zu verschlechtern.
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Wie in 3B gezeigt weist der Werkzeugadapter 26 ein Paar von Seitenwänden 44, die entlang des Paars von Seitenkanten des flachen plattenartigen ersten und zweiten Abschnitts 32 und 36 bereitgestellt sind, und eine obere Wand 46, die so verläuft, dass sie eine Überbrückung zwischen den beiden Seitenwänden 44 vornimmt und von dem ersten und dem zweiten Abschnitt 32 und 36 im einer im Wesentlichen parallelen Beziehung dazu beabstandet ist, auf. Die Seitenwände 44 und die obere Wand 46 gemeinsam dienen zur Erhöhung der gesamten Starrheit des Werkzeugadapters 26 einschließlich des flachen plattenartigen ersten und zweiten Abschnitts 32 und 36 gegenüber externen Kräften (insbesondere der Reaktionskraft F). Die erhöhte Starrheit des Werkzeugadapters 26 verhindert, dass der Werkzeugadapter 26 zum Beispiel infolge der Reaktionskraft F während der in 4 und 5 gezeigten Robotertätigkeit abgelenkt wird, und beseitigt die Ursache, die die Qualität der Tätigkeit des Roboters beeinflussen kann.
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Der Werkzeugadapter 26 kann verschiedene andere Aufbauten als den hier gezeigten aufweisen. Der erste und der zweite Abschnitt 32 und 36 können so ausgebildet sein, dass sie anstelle des hier gezeigten im Wesentlichen rechteckigen Umrisses einen vieleckigen oder oval geformten Umriss aufweisen. Durch Erhöhen der Dicke des ersten und des zweiten Abschnitts 32 und 36 ist es auch möglich, auf die Seitenwände 44 und die obere Wand 46 zu verzichten. Der erste und der zweite Abschnitt 32 und 36 können als gesonderte Komponenten ausgeführt sein und fest miteinander verbunden sein. Der Winkel θ, den der erste Abschnitt 32 mit dem zweiten Abschnitt 36 bildet, kann wie in 6 auf etwa 90° eingerichtet sein. Der Aufbau des Werkzeugadapters 26 kann je nach dem Aufbau des Roboters 10 und des Arms 20, womit der Werkezugadapter 26 verwendet wird, der Art der Tätigkeit des Roboters, der Form des Objekts (oder des Werkstücks W), der erforderlichen Starrheit usw. auf verschiedenste Weisen abgewandelt werden.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass daran verschiedenste Veränderungen oder Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 07-001276 A [0002, 0003]
