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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotergelenkstruktur.
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Technischer Hintergrund
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Es gibt vertikal gelenkige Roboter, bei denen der Handgelenkantriebsmechanismus (ein 5-Achsen-Antriebsmechanismus im Fall eines 6-Achsen-Mehrfachgelenks), welcher das Handgelenk („wrist”) (einen 5-Achsenabschnitt im Fall eines 6-Achsen-Mehrfachgelenks) von beiden Seiten durch die Gelenkabstützabschnitte abstützt, die am Ende des Arms vorgesehen sind und welcher das Gelenk vertikal dreht, und der Greiferantriebsmechanismus (ein 6-Achsen-Antriebsmechanismus im Fall eines 6-Achsen-Mehrfachgelenks), der den Endeffektor (einen 6-Achsenabschnitt im Fall eines 6-Achsen-Mehrfachgelenks) nach innen und außen dreht, der an dem Handgelenk angeordnet ist, koaxial angeordnet sind.
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Wenn der Handgelenkantriebsmechanismus und der Greiferabschnittantriebsmechanismus im Handgelenkabstützabschnitt auf der gleichen Seite angeordnet sind, ist der Abstand von der Mitte des Arms zwischen den rechten und linken Seiten deutlich unterschiedlich. Es ist daher, um eine Störung zu vermeiden, wenn der Roboter angetrieben wird, nötig, eine Störungsvermeidungsfläche unter Bezugnahme auf denjenigen Handgelenkabstützabschnitt einzustellen, welcher einen größeren Abstand von der Mitte des Arms hat. Demgemäß wird die Störungsvermeidungsfläche vergrößert.
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Die
JP H05-318 378 A offenbart einen Roboter, der den Greiferantriebsmechanismus im Handgelenk aufweist, ohne dass der Handgelenkantriebsmechanismus und der Greiferantriebsmechanismus koaxial angeordnet sind. Bei dieser Struktur kann der Unterschied in der Dicke zwischen den rechten und linken Handgelenkabstützabschnitten, die das Handgelenk abstützen, im Vergleich zu dem Fall verringert werden, in dem der Handgelenkantriebsmechanismus und der Greiferantriebsmechanismus auf der gleichen Seite angeordnet sind.
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Darstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Bei dem vertikal gelenkigen Roboter werden, wenn ein strangähnliches Element (wie zum Beispiel ein Kabel und eine Röhre, die im Folgenden als ein Kabel bezeichnet werden und welches auch eine Röhre, wie zum Beispiel eine Luftröhre, umfasst), die sich von der Basis zu der Greifergrenzfläche, bei der ein Endeffektor vorgesehen ist, erstreckt, zur Außenseite hin offenliegt, Betriebe in einigen Fällen behindert, es ist daher oft nötig, eine Struktur zu haben, in der sich ein Kabel durch das Innere des Arms und das Handgelenk hindurch erstreckt.
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Die Dicke des Kabels, das sich von der Basis zum Handgelenk erstreckt, ist im Wesentlichen fix, unabhängig von der Größe des Roboters. Es wird daher schwieriger, den Platz zu haben, um das Kabel in dem Handgelenk zu verlegen, wenn der Roboter kleiner wird.
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Bei der in Patentdokument 1 offenbarten Struktur ist der Motor zum Antreiben des Greifers im Handgelenk angeordnet, weshalb der Raum im Handgelenk klein wird. Es ist daher nötig, das Kabel mit einem kleinen Krümmungsradius im Handgelenk zu biegen. In einem solchen Fall wird das Kabel leicht beschädigt und somit wird die Dauerhaftigkeit des Roboters verringert. Es ist daher schwierig, die Struktur, die im Patentdokument 1 offenbart ist, für kleine Roboter einzusetzen.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des oben genannten gemacht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Robotergelenkstruktur zu erhalten, in der die Störungsvermeidungsfläche um den Arm herum klein ist und das Kabel, das sich von dem Arm zur Struktur des Handgelenks erstreckt, nicht leicht beschädigt wird.
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Lösung des Problems
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Um die oben genannten Probleme zu lösen und das Ziel zu erreichen, ist die vorliegenden Erfindung eine Robotergelenkstruktur, die einen Arm, in dem ein Paar aus Handgelenkabstützabschnitten an einer Endseite ausgebildet ist, und ein Handgelenk aufweist, bei der eine Greifergrenzfläche an einer Endseite angeordnet ist, die durch das Paar aus Handgelenkabstützabschnitten eingebettet und verschwenkbar abgestützt ist, und bei dem ein strangähnliches Element, um mit einem Endeffektor, einem Sensor oder ähnlichem verbunden zu werden, an der Greifergrenzfläche so angeordnet ist, dass es sich durch einen Innenraum des Handgelenks erstreckt, wobei der Arm einen Handgelenkantriebsmotor und einen Greiferantriebsmotor, die auf einer Basisseite bezüglich der Handgelenkabstützabschnitte angeordnet sind, eine Handgelenkantriebsscheibe, die in einem unter dem Paar an Handgelenkabstützabschnitten angeordnet und zu der eine Drehung des Handgelenkantriebsmotors übertragen wird, und eine Greiferantriebsscheibe aufweist, die in einem anderen unter dem Paar an Handgelenkabstützabschnitten so angeordnet ist, dass sie koaxial mit der Handgelenkantriebsscheibe ist und zu der eine Drehung des Greiferantriebsmotors übertragen wird, und wobei das Handgelenk ein Handgelenkgehäuse aufweist, welches einen Handgelenkantriebsstrukturabschnitt, an den eine Drehung von der Handgelenkantriebsscheibe übertragen ist, einen zylindrischen Abschnitt, der koaxial mit einer Drehachse des Handgelenkantriebstrukturabschnitts angeordnet ist und der durch eine erste Greiferantriebswelle durchdrungen wird, zu der eine Drehung von der Greiferantriebsscheibe übertragen wird, einen Kabeleinführabschnitt, der eine ringförmige Lücke mit dem zylindrischen Abschnitt ausbildet, und einen Greiferantriebswellen-Durchdringabschnitt aufweist, der durch eine zweite Greiferantriebswelle durchdrungen wird, die senkrecht zur ersten Greiferantriebswelle ist und welche die Greifergrenzfläche durch Drehung des ersten Greiferantriebswelle, die hierauf übertragen wird, dreht und wobei das strangähnliche Element, welches aus dem Arm von dem jeweils anderem unter dem Paar aus Handgelenkabstützabschnitten austritt, in das Handgelenkgehäuse von der ringförmigen Nut aus hineingeführt ist, in einem laschen Zustand in das Handgelenkgehäuse gelegt ist und zu einem Innenraum des Greifergrenzflächenabstützabschnitts geführt wird.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Die Robotergelenkstruktur nach der vorliegenden Erfindung weist einen Effekt dahingehend auf, dass die Störungsvermeidungsfläche um den Arm herum klein ist und die Dauerhaftigkeit des Roboters verbessert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Diagramm, welches schematisch eine Ausführungsform eines vertikal gelenkigen Roboters darstellt, auf den eine Robotergelenkstruktur der vorliegenden Erfindung angewandt wurde.
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2 ist eine expandierte Draufsicht eines Abschnitts eines zweiten Arms und eines Handgelenks.
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3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des zweiten Arms und des Handgelenks.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des zweiten Arms und des Handgelenks.
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5 ist eine Querschnittsansicht des zweiten Arms und des Handgelenks.
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6 ist ein Diagramm, welches die Ausgestaltung des Handgelenks darstellt.
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7 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration eines Handgelenkgehäuses darstellt.
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8 ist ein Diagramm, welches das Handgelenkgehäuse darstellt, an dem Kabelführungen vorgesehen sind.
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9 ist ein Diagramm, das den Zustand eines Kabels in dem Handgelenkgehäuse darstellt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Als Beispiele dienende Ausführungsformen einer Robotergelenkstruktur nach der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
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Ausführungsform
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1 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines vertikal gelenkigen Roboters darstellt, auf den eine Robotergelenkstruktur nach der vorliegenden Erfindung angewandt ist. Ein vertikal gelenkiger Roboter 100 nach der Ausführungsform ist ein 6-achsiger vertikal gelenkiger Roboter und weist eine Basis 1, einen ersten Arm 2, einen zweiten Arm 3 und ein Handgelenk 4 auf. Eine erste Achse (J1), um die sich der erste Arm 2 in der Horizontalrichtung dreht, und eine zweite Achse (J2), um die sich der erste Arm 2 in der vertikalen Richtung dreht, sind zwischen der Basis 1 und dem ersten Arm 2 vorgesehen. Eine dritte Achse (J3), um die sich der zweite Arm 2 in der vertikalen Richtung dreht, ist zwischen dem ersten Arm 2 und dem zweiten Arm 3 vorgesehen. Der zweite Arm 3 weist eine vierte Achse (J4) auf, um die sich die Endseite des zweiten Arms 3 so dreht, dass sie mit der Längsrichtung als Axialrichtung gedreht wird. Die Endseite des zweiten Arms 3 ist in zwei Abschnitte aufgeteilt. Der zweite Arm 3 stützt das Handgelenk 4 von beiden Seiten so ab, dass das Handgelenk 4 um eine fünfte Achse (J5) drehbar ist. Das Handgelenk 4 weist eine Greifergrenzfläche (Interface: I/F) 5 auf, an der ein Endeffektor (wie zum Beispiel ein Greifer) angebracht ist. Der Endeffektor, der an dem Greifer-I/F angebracht ist, ist so drehbar, dass er um eine sechste Achse (J6), die senkrecht zu der fünften Achse (J5) ist, als Drehachse gedreht wird.
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2 ist eine expandierte Draufsicht eines Abschnitts des zweiten Arms und des Handgelenks. Die Endseite des zweiten Arms 3 bildet Handgelenkabstützabschnitte 31 und 32 und stützt das Handgelenk 4 schwenkbar ab, indem das Handgelenk 4 zwischen die Handgelenkabstützabschnitte 31 und 32 eingefügt ist.
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3 und 4 sind perspektivische Ansichten eines Abschnitts des zweiten Arms und des Handgelenks. 4 stellt das Innere des zweiten Arms 3 und des Handgelenks 4 in einer aufgeschnittenen Ansicht dar. 5 ist eine Querschnittsansicht des zweiten Arms und des Handgelenks. In 5 sind ein Kabel 39, welches sich von der Basis 1 zu einem Greifer-I/F-Abstützabschnitt 41 erstreckt, und die Teile, wie zum Beispiel eine Abstützung, die nicht direkt in der Leistungsübertragung involviert sind, nicht dargestellt und die Struktur des Gelenkabschnitts wird schematisch dargestellt. Ein Handgelenkantriebsmotor 33 und ein Greiferantriebsmotor 34 sind innerhalb eines Abschnitts des zweiten Arms 3 an der Basisseite (Seite des ersten Arms 2) bezüglich der Handgelenkabstützabschnitte 31 und 32 angeordnet. Eine Greiferantriebsscheibe 35 ist im Handgelenkabstützabschnitt 31 angeordnet, und ein Greiferantriebsriemen 36 ist zwischen der Greiferantriebsmotor 34 und der Greiferantriebsscheibe 35 angeordnet. Eine Handgelenkantriebsscheibe 37 ist in dem Handgelenkabstützabschnitt 32 angeordnet, und ein Handgelenkantriebsriemen 38 ist zwischen dem Handgelenkantriebsmotor 33 und der Handgelenkantriebsscheibe 37 angeordnet.
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6 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration des Handgelenks darstellt und welches das Innere des Handgelenks in einer aufgeschnittenen Art darstellt. Das Handgelenk 4 weist ein Handgelenkgehäuse 42, das in einem Abschnitt angeordnet ist, durch den sich die fünfte Achse (J5) erstreckt, und ein Greifer-I/F auf, das an der Endseite des Handgelenkgehäuses 42 angeordnet ist. 7 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration des Handgelenkgehäuses darstellt. Das Handgelenkgehäuse 42 weist einen Kabeleinführabschnitt 421, einen Handgelenkantriebsstrukturabschnitt 422, einen zylindrischen Abschnitt 423 und einen Greiferantriebswellen-Durchdringabschnitt 424 auf. Der zylindrische Abschnitt 423 und der Greiferantriebswellen-Durchdringabschnitt 424 sind mit einem Abdeckabschnitt 425 abgedeckt, der zwischen dem Kabeleinführabschnitt 421 und dem Handgelenkantriebs-Strukturabschnitt 422 vorgesehen ist und eine äußere Oberfläche bildet. Jedoch ist in 7 ein Teil des Abdeckabschnitts 424 nicht dargestellt, um die Darstellung der inneren Struktur zu ermöglichen. Das Handgelenkgehäuse 42 ist einstückig aus einem metallischen Material ausgebildet. Eine Kabelführung 49 ist innerhalb des Handgelenkgehäuses 42 so vorgesehen, dass dieses den Gabeleinführabschnitt 421, den Handgelenkantriebs-Strukturabschnitt 422, den zylindrischen Abschnitt 423, den Greiferantriebswellen-Durchdringabschnitt 424 und ähnliches abdeckt. 8 ist ein Diagramm, welches das Handgelenkgehäuse darstellt, an dem Kabelführungen vorgesehen sind. Kabelführungen 491 und 492 sind aus einem Harz mit einer geringen Reibung mit dem Kabel 39 ausgebildet.
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Wie in 5 dargestellt, ist der Handgelenkantriebs-Strukturabschnitt 422 mit der Handgelenkantriebsscheibe 37 über einen Geschwindigkeitsverringerer 43 verbunden. Die Drehung des Handgelenkantriebsmotors 33 wird auf den Handgelenkantriebs-Strukturabschnitt 422 über den Handgelenkantriebsriemen 38, die Handgelenkantriebsscheibe 37 und den Geschwindigkeitsverringerer 43 übertragen und das Handgelenk 4 dreht sich um die fünfte Achse (J5) als Drehachse.
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Eine erste Greiferantriebswelle 44, die mit der Greiferantriebsscheibe 35 verbunden ist, ist in den zylindrischen Abschnitt 423 eingeführt. Ein Kegelrad 45 ist an der ersten Greiferantriebswelle 44 vorgesehen, die sich von der Greiferantriebsscheibe 35 erstreckt. Das Kegelrad 45 kämmt mit einem Kegelrad 46, das an einer zweiten Greiferantriebswelle 47 vorgesehen ist, welches durch den Greiferantriebswellen-Durchdringabschnitt 44 hindurchdringt und das Ende des Handgelenkgehäuses 42 erreicht. Aufgrund des Kämmens der Kegelräder 45 und 46 wird die Drehrichtung im Handgelenkgehäuse 42 um 90° verändert. Das Greifer-I/F 5 ist mit dem Ende der zweiten Greiferantriebswelle 47 über einen Geschwindigkeitsverringerer 48 verbunden. Daher wird die Drehung des Greiferantriebsmotors 34 auf das Greifer-I/F 5 über den Greiferantriebsriemen 36, die Greiferantriebsscheibe 35, die erste Greiferantriebswelle 44, Kegelrad 45, Kegelrad 46, die zweite Greiferantriebswelle 47 und den Geschwindigkeitsverringerer 48 übertragen, und das Greifer-I/F 5 dreht sich somit um die sechste Achse (J6) als Drehachse.
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Wenn das Handgelenk 4 verschwenkt wird, steuert der Greiferantriebsmotor 34 die Greiferantriebsscheibe 35 so, dass sie sich dreht, so dass sich die erste Greiferantriebswelle 45 gemäß der Drehung des Geschwindigkeitsverringerers 43 dreht (was als Korotation bezeichnet wird). Demgemäß kann das Handgelenk 4 ohne Drehen des Greifers gedreht werden.
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9 ist ein Diagramm, welches den Zustand des Kabels in dem Handgelenkgehäuse darstellt. 9 stellt den Innenraum des zweiten Arms 3 und des Handgelenks 4 aufgeschnitten dar. Beim Handgelenkabstützabschnitt 31 wird das Kabel 39, welches sich von der Basis 1 zum Greifer-I/F 41 erstreckt, geleitet. Das Kabel 39, das aus dem zweiten Arm 3 von dem Handgelenkabstützabschnitt 31 austritt, wird in das Handgelenkgehäuse 42 von der ringförmigen Lücke zwischen dem zylindrischen Abschnitt 423 und dem Kabeleinführabschnitt 421 geführt, wird um 180°, so dass es eine U-Form ausbildet, auf dem zylindrischen Abschnitt 423 gebogen, tritt aus dem Handgelenkgehäuse 42 aus, nachdem es auf einer Klemmbasis 426, die an dem zylindrischen Abschnitt 423 vorgesehen ist, verklemmt wurde, und erreicht den Greifer-I/F-Abstützabschnitt 41. Anders gesagt wird das Kabel in einem laschen Zustand in dem Handgelenkgehäuse 42 verlegt und wird zu dem Greifer-I/F-Abstützabschnitt 41 geführt.
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Wenn sich das Handgelenk 4 dreht, verändert sich die Menge an Durchhang im Kabel 39 und das Kabel 39 bewegt sich im Handgelenkgehäuse 42. Dadurch wird, wie oben beschrieben, das Kabel 39 daran gehindert, im Handgelenkgehäuse durch das Anbringen der Kabelführung 40 Abrieb zu erfahren und beschädigt zu werden, wodurch die Dauerhaftigkeit des Kabels 39 verbessert werden kann.
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Um das Kabel 39 daran zu hindern, in Kontakt mit dem Greiferantriebsriemen 36 zu geraten, kann eine Abdeckung so angeordnet sein, dass die ringförmige Lücke zwischen dem Kabeleinführabschnitt 421 und dem zylindrischen Abschnitt 423 in der Nähe des Abschnitts abgedeckt ist, an dem der Greiferantriebsriemen 36 angeordnet ist.
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Bei der obigen Ausgestaltung ist es, da der Innenraum des Handgelenkgehäuses 42 mit der Ausnahme des Raums von der Breite des Geschwindigkeitsverringerers 43 verwendet werden kann, um das Kabel 39 zu führen, nicht nötig, das Kabel 39 mit einem geringen Krümmungsradius im Handgelenkgehäuse 42 zu biegen. Dadurch wird die Dauerhaftigkeit des Kabels 39 verbessert und somit kann die Lebensdauer des Roboters 100 verlängert werden. Ferner ist es, da es möglich ist, einen ausreichenden Raum zum Verlegen des Kabels 39 im Handgelenkgehäuse 42 sicherzustellen, nicht nötig, ein spezielles Kabel für das Kabel 39 zu verwenden. Ferner können, da die Handgelenkantriebsscheibe 37, die ein Handgelenksantriebsmechanismus, und die Greiferantriebsscheibe 35, die ein Greiferantriebsmechanismus ist, jeweils getrennt auf der rechten und linken Seite angeordnet sind, die rechten und linken Handgelenkabstützabschnitte 31 und 32 eine im Wesentlichen gleiche Dicke haben. Dadurch kann die Störungsvermeidungsfläche um den Arm herum verringert werden und somit kann der Raum, der zum Einbauen des Roboters 100 benötigt wird, verringert werden. Ferner kann, da die Breite des zweiten Arms 3 verringert werden kann, der Roboter 100 in einem kleinen Raum betrieben werden.
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Bei der obigen Struktur wird das Handgelenk 4 von beiden Seiten durch die Handgelenkabstützabschnitte 31 und 32 abgestützt, weshalb die mechanische Festigkeit des Gelenkabschnitts erhöht werden kann.
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Bei der obigen Erklärung wurde ein Beispiel einer Struktur gegeben, bei der das Kabel aus dem Handgelenkgehäuse zu der Endseite herauskommt, nachdem es um 180° gebogen wurde, so dass es eine U-Form auf dem zylindrischen Abschnitt in dem Handgelenkgehäuse bildet, jedoch kann die Struktur auch so gewählt werden, dass das Kabel aus dem Handgelenkgehäuse zur Endseite herauskommt, nachdem es um 180° gebogen wurde, um eine U-Form auf der unteren Seite des zylindrischen Abschnitts zu bilden. Alternativ kann die Struktur so sein, dass das Kabel, das in das Handgelenkgehäuse von der Lücke zwischen dem Ringabschnitt und dem zylindrischen Abschnitt geführt wird, um den zylindrischen Abschnitt herumgewickelt wird und dann zur Endseite des Handgelenkgehäuses herauskommt.
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Bei der obigen Ausführungsform wurde ein 6-achsiger vertikal gelenkiger Roboter als ein Beispiel beschrieben, jedoch kann die vorliegende Erfindung auf jede Art von einem vertikal gelenkigen Roboter angewandt werden, ohne auf einen 6-Achsen-Typ beschränkt zu sein, solange der vertikal gelenkige Roboter ein Handgelenk und einen Greifer aufweist.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie oben beschrieben ist die Robotergelenkstruktur nach der vorliegenden Erfindung nützlich, da der Raum, der für das Einbauen benötigt wird, klein und die Dauerhaftigkeit des Kabels hoch ist, und sie ist besonders zur Anwendung auf einen kleinen vertikal gelenkigen Roboter geeignet, bei dem der Einbauraum für ein Kabel vergleichsweise klein ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Basis
- 2
- erster Arm
- 3
- zweiter Arm
- 4
- Handgelenk
- 5
- Greifergrenzfläche
- 31, 32
- Handgelenkabstützabschnitt
- 33
- Handgelenkantriebsmotor
- 34
- Greiferantriebsmotor
- 35
- Greiferantriebsscheibe
- 36
- Greiferantriebsriemen
- 37
- Handgelenkantriebsscheibe
- 38
- Handgelenkantriebsriemen
- 39
- Kabel
- 41
- Greifer-I/F-Abstützabschnitt
- 42
- Handgelenkgehäuse
- 43, 48
- Geschwindigkeitsverringerer
- 44
- erste Greiferantriebswelle
- 45, 46
- Kegelrad
- 47
- zweite Greiferantriebswelle
- 100
- vertikal gelenkiger Roboter
- 421
- Kabeleinführabschnitt
- 422
- Handgelenkantriebs-Strukturabschnitt
- 423
- zylindrischer Abschnitt
- 424
- Greiferantriebswellen-Durchdringabschnitt
- 425
- Abdeckabschnitt
- 426
- Klemmbasis
- 491, 492
- Kabelführung
