JP2004136388A - Arm driving mechanism of two-joint arm mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は2関節アーム機構を利用した荷重取扱装置におけるアーム駆動機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より2関節アーム機構を平行リンクを用いて形成し、このアーム機構のアームに駆動力を伝動して前記アーム機構を垂直面内で伸縮乃至昇降させることにより、当該アーム機構におけるアーム先端部に形成した荷重の負荷部を垂直面内で前後動、乃至、上下動、あるいは、これらの動作を同時に行うようにした荷重取扱装置は、本願の発明者らによる特許出願等によって、例を挙げるまでもなく数多くの提案がなされており、また、多くの提案が実用に供されている。
【0003】
上記の2関節アーム機構には、平行四辺形リンクによるパントグラフ機構を利用した機構が多い。その理由は、アーム先端の荷重の負荷点を垂直面内で上下動乃至前後動させるに当り、パントグラフ機構の拡大機構を利用することにより、前記負荷点を移動させるための駆動力をアーム機構に伝動する駆動部をコンパクトに形成することができるからである。
【0004】
しかし、上記の平行リンクによるパントグラフ機構の拡大機能を利用して駆動部を構成すると、負荷点を上下動,水平動させるために、そのアーム機構の支点と力点を、水平ガイドと垂直ガイドに支持させた上で、少なくとも力点に駆動力を伝動できる構造としなければならないため、どうしても駆動部全体の構造が複雑になるのみならず、アーム機構に設定する支点と力点が水平方向,垂直方向に移動可能であるため、強度上の問題や負荷点が勝手に移動するいわゆるアーム流れの問題がある。
【0005】
上記のような問題点に鑑み、本発明の発明者は、先に実公平5−12226号に開示した解決案を提案した。提案した解決案は駆動部の構成を簡素化できるメリットが得られる構造であったが、簡素化したことによりアーム機構に昇降動作をさせる駆動源に大出力のモータ等を必要とする、或は、負荷点の位置決め精度を得るため、使用部位の高い加工精度が要求されると同時に高い剛性が要求されるなど、新たな問題点が派生した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような点に鑑み、駆動部の構造を大幅に簡素化できると共に、この部の構成部品に要求される高い剛性も容易かつ低コストにクリアできるアーム駆動機構を提供することを、その課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明アーム駆動機構の構成は、水平方向において平行な第1アームと第2アームを、両アームの根元側においてブラケット部材に枢着するか又は直状ガイドに案内保持させて設けると共に、前記両アームの先端側に垂直方向を向いた第3アームを設け、該第3アームの先端側に荷重の負荷部を設けた2関節アーム機構において、前記第1,第2のいずれかのアーム根元側の支持部を上下揺動又は昇降させるため、前記いずれかのアームの根元側に、モータ等の駆動力によって回転させられるスプロケットに掛回されて進退動作をするチェーンを、そのチェーンの進退部位において連繋したことを特徴とするものである。
【0008】
上記の本発明の構成において、第1,第2アームの根元側がブラケット部材に枢着された2関節アーム機構では、第1アーム又は第2アームの枢着点に関し前方又は後方に、チェーンの進退部位を連繋する。また、第1,第2アームの根元側がブラケット部材に設けた直状ガイドにスライド可能に支持された2関節アーム機構では、垂直な直状ガイドに支持されたアームの根元部に、索体の進退部位を連繋する。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に、本発明機構の実施の形態例を図に拠り説明する。図1は第一例び2関節アーム機構に適用する本発明駆動機構の第一例を説明するための側面図、図2は図1の平面図、図3は第二例の2関節アーム機構に適用する本発明機構の第二例を説明するための側面図、図4は同じく第三例を説明するための側面図、図5は図3,図4の機構の要部の平面図、図6は第二例の2関節アーム機構に適用した本発明駆動機構の第四例を説明するための側面図、図7は図6の駆動機構を説明するための斜視図である。
【0010】
図1,図2において、1,2は水平方向において平行かつ同長の第1アームと第2アームで、両アーム1,2の先端部は、第3アーム3に平行な軸によって枢着P1,P2されている一方、当該両アーム1,2の後端部は、本発明機構が装設される機筺となるブラケット部材4に、水平な軸によって枢着P3,P4(以下、枢着点P3,P4ともいう)されている。ここで、前記ブラケット部材4は、垂直な軸5を介して、ポール6又は天井側の支持部材7に旋回自在に支持されるものである。
【0011】
前記第3アームには、垂直軸の軸受ブラケット8を介してほぼクランク状をなす第4アーム9が連結され、該第4アーム9の先端には、グリップや掴み具などを具備して形成された荷重の負荷部10が形成され、以上により本発明駆動機構を適用する2関節アーム機構aM1の一例を構成する。
【0012】
上記アーム機構aM1は、図1に仮想線で示すように、枢着点P3,P4を軸に垂直面内の上,下方向で角回転(上下揺動)可能であると共に、どの旋回位置においても第3アームが垂直姿勢を維持するので、第4アームは、水平姿勢を変えることなく上下方向で平行移動可能である。そして、このアーム機構aM1は、ブラケット部材4によって垂直軸5を中心に水平面内で旋回できるから、負荷部10を、三次元の可動範囲において任意の位置に位置付けることができる。
【0013】
従来、上記アーム機構aM1を、上,下動又は水平旋回させる、特に上,下動させる駆動機構は、実公平5−12226号のような駆動機構が用いられており、問題があったことは、先に述べた通りである。
【0014】
そこで本発明では、上記アーム機構aM1の駆動機構を次のように形成したので、以下に説明する。まず、上記のブラケット部材4において、枢着点P3,P4より前方に位置し、かつ、上方へ変位した第1アームの根元側と干渉しない部位に、駆動スプロケット12を有する水平な軸11を設け、この軸11のブラケット部材4の外面に設けた入力歯車13に、ブレーキ(又はブレーキとクラッチ)を有すると共に、減速機を経由してその回転出力されるサーボモータなどによる駆動源14の出力側が結合されている。具体的には前記入力歯車13にこの歯車13と同じ面のブラケット部材4の外面に配置された駆動源14の出力歯車15が噛合されている。
【0015】
ここで、入力歯車13と駆動源14の出力歯車15とをブラケット部材4の外面に位置付けたのは、両歯車13,15を、それらの歯数比を適宜変更したものに取換えることにより、増力比(減速比)を変更できるようにしたからである。
【0016】
その理由は、例えば、第1,第2アーム1,2の長さが図示した例より長くなると、当該アーム1,2の先端速度が大きくなるので、その速度をアーム長が短かい場合と同じになるように、歯車13,15の歯数比を変更するためである。
【0017】
この結果、第1,第2アーム1,2の長さが変っても、アーム先端の速度を同程度にしたアーム機構を構成できるので、アームの長さ違いによって負荷部の移動速度が変って取扱いにくくなったり、危険度が増したりすることを簡易な手法(歯車13,15の交換)によって事前に回避することができる。
【0018】
上記の駆動スプロケット12には、先端を第1アーム1に結合16したチェーン17の後方側を掛け、このチェーン17の後端側をブラケット部材4の内部に設けたチェーンガイド18に支持させ、当該チェーン17の後端をブラケット部材4の内部に固定19することにより、本発明駆動機構の一例が形成されている。
【0019】
上記駆動機構の構成により、スプロケット12が駆動源14の出力によって正転又は逆転されると、チェーン17における結合点16とスプロケット12の間に位置した当該チェーン17の長さが変化する。これによって、前記アーム機構aM1の第1アーム1を、垂直面内で上方又は下方へ移動させることができるので、アーム機構aM1全体を上方又は下方へ移動させることを、自在に行うことが可能になる。そして、アーム機構aM1における第1,第2アーム1,2を所望の高さになるようにスプロケット12の回転方向と回転数を制御し、負荷部10の所望の位置(高さ)で駆動源14をロックすれば、アーム機構aM1はその姿勢に保持される。
【0020】
上述した駆動機構は、図3〜図5に例示したアーム機構aM2においても同様に果たせるので、次にこの点について述べる。図3〜図5において、図1,図2と同一部材,同一部位は、同一符号で示している。
【0021】
図3,図4は、2関節アーム機構aM2の第1アーム1と第2アーム2の配置形態を、図1の例から変形させたもので、第1,第2アーム1,2の後端の枢着点P3,P4を、斜めに配置することにより、両アーム1,2の前端側の第3アーム3の枢着点P1,P2が前記枢着点P3,P4と平行になるように形成した。この結果、第3アーム3は、その前面側に垂直な軸受8を有する略台形状をなす形態のものを使用している。
【0022】
図3,図4のアーム機構aM2では、第3アーム3が変形したものであること、特に、第1,第2アーム1,2の先端との枢着点P1,P2が斜めになっていることにより、第4アーム9の先端負荷部10を、より下方に位置付けることができる利点がある。
【0023】
また、図4のアーム機構aM2では、図1,図2におけるチェーン17の結合点16にスプロケット20を配設し、チェーン17の先端側をこのスプロケット20に掛け回したあと、当該チェーン17の先端をブラケット部材4に固定16′することにより、駆動スプロケット12に掛かる負荷の大きさを、動滑車の原理によって1/2に軽減することができる。なお、図5は、駆動源14がサーボモータ14a,ブレーキ14b,減速機14cにより形成されている例を示している。また、駆動源14の出力歯車15とスプロケット12の入力歯車13とは、その歯数比が異なるものを適宜選択して、減速率(増力率)を変更することができる構成を具備する。この点は、図1,図2の本発明駆動機構においても同様である。
【0024】
図6,図7は、本発明駆動機構の別例を第2のアーム機構aM3に適用した例を示したものである。図6の2関節アーム機構は、水平方向において平行な第1と第2のアーム31,32、両アーム31,32の先端に枢着P11,P12した垂直方向の第3アーム33を有する点は、先に述べた図1〜図5のアーム機構aM1,aM2の例と共通しているが、次の点で異なっている。
【0025】
即ち、このアーム機構aM3は、(イ)第1,第2アーム31,32の後端P13,P14と第3アーム33の下端が仮想の直線Lの上にあり、(ロ)第2アーム32の後端が第3アーム33と平行な第4アーム34によって第1アーム31に連結P15されており、(ハ)第1アーム31の後端P13がブラケット部材4に設けた垂直ガイド部材35に支持案内され、(ニ)第2アーム32の後端P14がブラケット部材4に設けた水平ガイド部材36に支持案内され、(ホ)第3アーム33の下端に負荷部10が形成されている点で、先に例示したアーム機構aM1,aM2と構成が異なっている。
【0026】
上記アーム機構aM3において、37,37′は第1アーム後端P13と後述する補助アーム31′の後端P18に設けたローラブラケット38を介して垂直ガイド部材35に案内されるローラ等の転動体、39は第2アーム後端P14に設けたガイド部材36に案内されるローラ等の転動体である。
【0027】
上記アーム機構aM3は、第1アーム31と第3アーム33に夫々に平行な補助アーム31′と33′を具備させ、両補助アーム31′の先端と33′の上端とを、第3アーム33の延長端と第1アーム31の延長端に枢着P16,P17している。なお、補助アーム31′と33′の後端P18と下端P19は、それぞれ第1アーム31と第3アーム33の後端P13と下端(負荷部10)と、平行なアーム姿勢に保持されるように連結されている。
【0028】
上記の2関節アーム機構aM3は、第2アーム32の後端P14を支点、負荷部10を負荷点、第1アーム31の後端P13を力点とする直線Lの仮想定比槓杆と等価の機構であり、パントグラフ機構を利用した2関節アーム機構である。
【0029】
従って、第1アーム31の後端P13を垂直ガイド部材35に沿って上下動させると、仮想直線(槓杆)Lの上の負荷点10が、その支点P14による直線Lの分割比に従って拡大された上下動をする。
【0030】
そこで、上記アーム機構aM3に適用される本発明駆動機構として、第1アーム31の後端P13を垂直ガイド部材35に沿って上下動させるため、次の構成を採った。即ち、第1アーム31とその補助アーム31′の後端P13とP14を結合した略三角状のローラブラケット38の後部にスプロケット40を設け、このスプロケット40に、先端をブラケット部材4の内部に固定16′したチェーン17の後方側を掛け回してから、このチェーン17を駆動源14に駆動される固定位置の駆動スプロケット12に掛け回し、掛け回したあとの当該チェーン17の後方をガイドスプロケット41、テンションスプロケット42を経由させてブラケット部材4の内部に配設する構成とした。なお、43はテンションスプロケット42に連結吊下したテンションウエイト、44はチェーン17の後端固定点である。前記ウエイト43はバネに代えてもよい。
【0031】
上記構成により、チェーン17における先端の固定点16′と駆動スプロケット12の間にあるチェーン17の長さを、駆動源14の出力による駆動スプロケット12の正転又は逆転によって変化させ、これによって第1アーム後端P13の垂直ガイド部材35における位置を、任意に移動させたり、位置決めすることができる。従って、第3アーム33の下端における負荷点10の高さを、このアーム機構aM3が姿勢変形できる垂直面内の範囲において自由に位置決めすることができる。
【0032】
また、このアーム機構aM3は、第2アーム32の後端P14(第4アーム34の下端と共通)が水平ガイド部材38に沿って自由に変位できるので、前記負荷点10は、前記垂直面内で前後動することもできる。
【0033】
本発明駆動機構は、図1〜図7により説明した2関節アーム機構aM1〜aM3に設けた負荷部10を垂直面内で上下動させるために上下動させる第1アームの後端側を、当該アーム1に連結されたチェーン17を駆動スプロケット12を回転させて動作させることによって上下動させるようにしたので、駆動系の構成が、チェーン17とこれを移動させる駆動スプロケット12という既存の市販品を基本部材として形成でき、これにより至って低コストで駆動系を構成することができる。
【0034】
また、市販されているチェーン17や駆動スプロケット12は、品質が安定している上に、耐荷重性能や強度などがきわめて大きいものから小さいものまで豊富にあって容易に入手できるので、荷重取扱装置をその荷重搬送能力別に種々製造する場合であっても、容易に対応できるメリットがある。
【0035】
本発明において、上記チェーン17は歯付ベルトや索を含む概念として用いており、またスプロケット12も前記ベルトや索に対応するプーリ等の回転体を含む概念として用いている。従って、上記チェーン17やスプロケット12は、前記のような均等な代替品を用いても、本発明駆動機構を構成する。
【0036】
【発明の効果】
本発明は以上の通りであって、2関節アーム機構を用いた荷重取扱装置の駆動機構を、前記アーム機構のアームの根元側に、モータ等の駆動力によって回転させられるスプロケットに掛回されて進退動作をするチェーンを、そのチェーンの進退部位において連繋して構成したので、従来のラック,ピニオンや油圧,空圧シリンダを用いる駆動機構に比べ至ってシンプルであり、また、チェーンやスプロケットなどの構成部材は豊富で安定した品質の市販品を使用できるから、部品コストや製造コストの面でも有利になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一例び2関節アーム機構に適用する本発明駆動機構の第一例を説明するための側面図
【図2】図1の平面図
【図3】第二例の2関節アーム機構に適用する本発明機構の第二例を説明するための側面図
【図4】第三例を説明するための側面図
【図5】図3,図4の機構の要部の平面図
【図6】第二例の2関節アーム機構に適用した本発明駆動機構の第四例を説明するための側面図
【図7】図6の駆動機構を説明するための斜視図
【符号の説明】
1 第1アーム
2 第2アーム
3 第3アーム
4 ブラケット部材
5 垂直軸
6 ポール
7 支持部材
8 軸受ブラケット
9 第4アーム
10 荷重の負荷部
11 水平軸
12 駆動スプロケット
13 入力歯車
14 駆動源
15 出力歯車
16 結合点
17 チェーン
18 チェーンガイド[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an arm driving mechanism in a load handling device using a two-joint arm mechanism.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a two-joint arm mechanism is formed by using a parallel link, and a driving force is transmitted to the arm of the arm mechanism to extend or retract the arm mechanism in a vertical plane, thereby raising or lowering the arm end of the arm mechanism. The load handling device that moves the load portion of the formed load forward and backward in a vertical plane, or up and down, or simultaneously performs these operations, will be described in accordance with a patent application by the inventors of the present application. Many proposals have been made without them, and many proposals have been put to practical use.
[0003]
Many of the above two-joint arm mechanisms use a pantograph mechanism using a parallelogram link. The reason for this is that when the load point of the load at the tip of the arm is moved up and down or back and forth in a vertical plane, a driving force for moving the load point is used by using an enlargement mechanism of the pantograph mechanism. This makes it possible to form a compact drive unit that transmits power.
[0004]
However, when the drive unit is configured by using the enlargement function of the pantograph mechanism by the parallel link, the fulcrum and the force point of the arm mechanism are moved to the horizontal guide and the vertical guide in order to move the load point vertically and horizontally. Since the structure must be able to transmit the driving force to at least the power point after being supported, not only does the structure of the entire drive unit become inevitably complicated, but also the fulcrum and the power point set in the arm mechanism are horizontally and vertically. Since it is movable, there is a problem of strength and a problem of so-called arm flow in which the load point moves without permission.
[0005]
In view of the above problems, the inventor of the present invention has proposed a solution disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 5-12226. The proposed solution has a structure that can obtain the advantage that the configuration of the driving unit can be simplified.However, the simplification requires a high-output motor or the like as a driving source for raising and lowering the arm mechanism, or However, in order to obtain the positioning accuracy of the load point, a new problem arises, such as a high processing accuracy of the used part and a high rigidity at the same time.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, the present invention provides an arm drive mechanism that can greatly simplify the structure of a drive unit and that can easily and at low cost clear the high rigidity required for components of this drive unit. That is the subject.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the configuration of the arm drive mechanism of the present invention is such that a first arm and a second arm that are parallel in the horizontal direction are pivotally attached to a bracket member at the root sides of both arms or are straight. In a two-joint arm mechanism provided with a guide held by a guide, a third arm facing the vertical direction at the distal ends of the two arms, and a load load portion provided at the distal end of the third arm, First, in order to swing up or down the supporting portion on the base side of one of the second arms, or to move up and down, the base portion of any one of the arms is wound around a sprocket rotated by a driving force of a motor or the like to advance and retreat. Are linked at the advancing and retreating portions of the chain.
[0008]
In the configuration of the present invention described above, in the two-joint arm mechanism in which the root sides of the first and second arms are pivotally attached to the bracket member, the chain moves forward or backward with respect to the pivot point of the first arm or the second arm. Connect the parts. In the two-joint arm mechanism in which the root sides of the first and second arms are slidably supported by a straight guide provided on the bracket member, a rope body is provided at the base of the arm supported by the vertical straight guide. Connect the reciprocation site.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the mechanism of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view for explaining a first example of a drive mechanism of the present invention applied to a first example and a two-joint arm mechanism, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1, and FIG. 4 is a side view for explaining a second example of the mechanism of the present invention applied to FIG. 4, FIG. 4 is a side view for explaining a third example of the same, FIG. 5 is a plan view of a main part of the mechanism of FIGS. FIG. 6 is a side view for explaining a fourth example of the drive mechanism of the present invention applied to the two-joint arm mechanism of the second example, and FIG. 7 is a perspective view for explaining the drive mechanism of FIG.
[0010]
1 and 2,
[0011]
A substantially crank-shaped
[0012]
As shown by the imaginary line in FIG. 1, the arm mechanism aM1 is capable of angular rotation (vertical rocking) in the vertical direction about a pivot point P3, P4 in a vertical plane, and at any turning position. Since the third arm also maintains the vertical posture, the fourth arm can be translated in the vertical direction without changing the horizontal posture. Since the arm mechanism aM1 can be pivoted about the
[0013]
Conventionally, as the drive mechanism for moving the arm mechanism aM1 up, down, or horizontally or horizontally, particularly up and down, a drive mechanism such as Japanese Utility Model Publication No. 5-12226 has been used, and there has been a problem. As described above.
[0014]
Therefore, in the present invention, the drive mechanism of the arm mechanism aM1 is formed as follows, and will be described below. First, in the
[0015]
Here, the
[0016]
The reason is, for example, that when the length of the first and
[0017]
As a result, even if the lengths of the first and
[0018]
The
[0019]
With the configuration of the drive mechanism, when the
[0020]
Since the above-described drive mechanism can be similarly performed in the arm mechanism aM2 illustrated in FIGS. 3 to 5, this point will be described next. 3 to 5, the same members and portions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0021]
FIGS. 3 and 4 show the arrangement of the
[0022]
In the arm mechanism aM2 of FIGS. 3 and 4, the
[0023]
In addition, in the arm mechanism aM2 of FIG. 4, the sprocket 20 is disposed at the
[0024]
FIGS. 6 and 7 show an example in which another example of the drive mechanism of the present invention is applied to the second arm mechanism aM3. The two-joint arm mechanism in FIG. 6 has first and
[0025]
That is, in this arm mechanism aM3, (a) the rear ends P13, P14 of the first and
[0026]
In the arm mechanism aM3, 37 and 37 'are rolling elements such as rollers guided by the
[0027]
The arm mechanism aM3 has the
[0028]
The above-described two-joint arm mechanism aM3 is a mechanism equivalent to a virtual constant ratio komping rod of a straight line L having the fulcrum at the rear end P14 of the
[0029]
Therefore, when the rear end P13 of the
[0030]
Therefore, the following configuration is employed as the drive mechanism of the present invention applied to the arm mechanism aM3 in order to move the rear end P13 of the
[0031]
According to the above configuration, the length of the
[0032]
Further, in the arm mechanism aM3, the rear end P14 of the second arm 32 (common to the lower end of the fourth arm 34) can be freely displaced along the
[0033]
The drive mechanism of the present invention includes a rear end side of a first arm for vertically moving the
[0034]
The commercially
[0035]
In the present invention, the
[0036]
【The invention's effect】
The present invention is as described above, wherein a drive mechanism of a load handling device using a two-joint arm mechanism is wound around a sprocket that is rotated by a driving force of a motor or the like on a base side of an arm of the arm mechanism. The chain that moves forward and backward is linked at the forward and backward part of the chain, so it is much simpler than conventional drive mechanisms that use racks, pinions, hydraulic and pneumatic cylinders, and the structure of chains and sprockets. Since members can be used in abundant and stable quality on the market, there is an advantage that parts costs and manufacturing costs are also advantageous.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view for explaining a first example of a drive mechanism of the present invention applied to a first example and a two-joint arm mechanism; FIG. 2 is a plan view of FIG. 1; FIG. FIG. 4 is a side view for explaining a second example of the mechanism of the present invention applied to the mechanism. FIG. 4 is a side view for explaining a third example. FIG. 5 is a plan view of a main part of the mechanism in FIGS. FIG. 6 is a side view for explaining a fourth example of the drive mechanism of the present invention applied to the two-joint arm mechanism of the second example; FIG. 7 is a perspective view for explaining the drive mechanism of FIG. 6;
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2002
- 2002-10-16 JP JP2002302153A patent/JP2004136388A/en active Pending
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