JP2005131733A - Link for walking type robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人型すなわち二足歩行型等の歩行可能なロボットに係り、特に、腕部や脚部等の可動部を構成するリンクの構造に関する。 The present invention relates to a humanoid robot, such as a biped walking type, and more particularly to a structure of a link constituting a movable part such as an arm part or a leg part.
近年、この種の歩行型ロボットの開発はめざましく、主にエンターテインメント性を重視したものや、人の補助をしたり作業を行ったりするワークロボット等、様々な種類のものが挙げられる。人型の歩行型ロボットは、人体の構成と同様に、胴体に対して腕部や脚部等が関節を介して連結されており、その腕部や脚部は、内部に収容された駆動装置およびこの駆動装置を制御するコンピュータ等で動かされる(例えば、特許文献1,2)。
In recent years, development of this type of walking robot has been remarkable, and there are various types such as a robot that mainly focuses on entertainment, and a work robot that assists and performs work. The humanoid walking robot has an arm and a leg connected to the torso via joints in the same manner as the structure of the human body, and the arm and the leg are housed inside the driving device. And it is moved by the computer etc. which control this drive device (for example,
上記従来のロボットにおける腕部や脚部等の可動部は、概ね、筒状を呈するケーシングのようなリンク本体で外形が形成されており、その中に、関節を駆動して可動部を動かすためのモータや駆動伝達系等からなる駆動装置や、制御用のコンピュータ、あるいはそれらに不随する配線ケーブル類といった各種内装部品が収容されている。リンク本体は、複雑な意匠を得ることが可能なことから、軽合金等の鋳造によって製造される場合が多く、一般には、径方向に分割される(縦割りにされる)一対の半割りパーツを合体させる構造である。この半割り構造により、各種内装部品を各半割りパーツに固定してから合体させ、リンクを組み立てている。 The movable parts such as arms and legs in the above conventional robot are generally formed by a link body such as a cylindrical casing, and in order to move the movable parts by driving the joints therein. Various interior parts such as a drive device including a motor, a drive transmission system, a control computer, and wiring cables not associated with them are housed. Since the link body can obtain a complicated design, it is often manufactured by casting light alloy or the like, and is generally a pair of halved parts that are divided in the radial direction (divided vertically). It is the structure which unites. With this halved structure, various interior parts are fixed to each halved part and then combined to assemble the link.
ところで、このようなリンクの構造では、内装部品の点検や修理といったメンテナンスを行う場合は、一対の半割りパーツの結合を外してリンクを分割し、内装部品を露出させるといった方法を採らざるを得ない。この方法では、作業スペースを広く取れるといった利点はあるものの、半割りパーツの脱着作業が繁雑であり、また、ロボットが稼働可能な状態で速やかにメンテナンスを済ますことができないといった不利な面がある。しかも、半割りパーツの脱着に伴い、全ての内装部品を動かすことになるので、メンテナンスを行ったことにより、修理不要の箇所が新たに故障してしまうといった不具合を招くことも懸念される。さらに、半割パーツの接合面にリブを設け、そのリブに接合用のねじ孔を形成する場合があるが、この形態ではリブの重量がリンク全体の重量増加を招き、また、リブの内側への突出があると、その突出部分がリンクの内部搭載容積を低減させてしまうという問題もあった。
よって本発明は、稼働可能な状態でメンテナンスを行うことができるとともに、メンテナンスを行ったことによって新たな故障を惹起するおそれを回避することができる歩行型ロボットのリンクを提供することを目的としている。
By the way, in such a link structure, when performing maintenance such as inspection and repair of interior parts, it is necessary to take a method in which a pair of halved parts are disconnected and the link is divided to expose the interior parts. Absent. Although this method has an advantage that a large work space can be obtained, it is disadvantageous in that the detaching work of the halved parts is complicated, and that the maintenance cannot be completed quickly while the robot is operable. Moreover, since all the interior parts are moved along with the detachment of the halved parts, there is a concern that the maintenance may cause a trouble that a part that does not require repair newly breaks down. Furthermore, a rib may be provided on the joining surface of the halved part, and a screw hole for joining may be formed in the rib. In this form, the weight of the rib causes an increase in the weight of the entire link, and the inside of the rib If there is a protrusion, there is also a problem that the protruding portion reduces the internal mounting volume of the link.
Therefore, an object of the present invention is to provide a link of a walking robot that can perform maintenance in an operable state and can avoid the possibility of causing a new failure by performing the maintenance. .
本発明は、歩行型ロボットの基体に直接あるいは間接的に連結されるリンクであって、該リンクの外形を形成し、一部に開口が形成された略筒状の一体物のリンク本体と、開口を覆ってリンク本体に着脱自在に取り付けられる蓋体と、開口からリンク本体内に対して出し入れ可能であり、該リンク本体の内壁面に固定される内装部品とを備えることを特徴としている。本発明のリンクは、例えば、ロボットの腕部、脚部、手部等の可動部を構成するものに好適とされる。 The present invention is a link that is directly or indirectly connected to the base of a walking robot, and forms an outer shape of the link, and is a substantially cylindrical integral link body in which an opening is formed in part, A lid that covers the opening and is detachably attached to the link main body, and an interior part that can be inserted into and removed from the link main body through the opening and is fixed to the inner wall surface of the link main body. The link of the present invention is suitable for, for example, one that constitutes a movable part such as an arm part, a leg part, or a hand part of a robot.
本発明のリンクによれば、リンク本体内の内装部品に対するメンテナンスは、リンク本体から蓋体を外し、開口から行うことができる。蓋体を外した状態でロボットを稼働可能な構成にすることは容易であるから、ロボットが稼働可能な状態のままで、リンク本体内の内装部品のメンテナンスを行うことができる。また、従来のように半割りパーツを外してリンクを分割させるといった手間を要さないので、この点からもメンテナンスは容易に行うことができ、しかも、新たな箇所に故障が起こるおそれがない。 According to the link of the present invention, the maintenance for the interior parts in the link body can be performed from the opening by removing the lid from the link body. Since it is easy to make the robot operable with the lid removed, maintenance of the interior components in the link body can be performed while the robot is still operable. Further, since there is no need to remove the half parts and divide the link as in the prior art, maintenance can be easily performed from this point of view, and there is no possibility that a failure will occur at a new location.
本発明では、蓋体が透明材質で形成されていることを好ましい形態としている。この形態によれば、蓋体をリンク本体から外さなくとも、リンク本体内の内装部品を蓋体を通して目視することができるので、内装部品の点検をある程度行うことができるといった利点がある。また、リンク本体は、従来のように半割りパーツを合体させるといった複数のパーツからなるものではなく、一体物であるからこそ、上記の作用ならびに効果を得るものである。そのようなリンク本体としては、複雑な意匠を得ることが可能な観点から、軽合金等の鋳造によって成形されたものが良い。 In the present invention, the lid is preferably made of a transparent material. According to this aspect, it is possible to visually check the interior parts in the link body through the lid body without removing the lid body from the link body. Therefore, there is an advantage that the interior parts can be inspected to some extent. Further, the link main body is not composed of a plurality of parts such as combining the half parts as in the prior art, but the link main body obtains the above-described operations and effects because it is an integral part. As such a link main body, what was shape | molded by casting light alloys etc. from a viewpoint which can obtain a complicated design is good.
本発明のリンクによれば、ロボットが稼働可能な状態のままで、リンク本体内の内装部品のメンテナンスを容易に行うことができるとともに、メンテナンスによって新たな箇所に故障が惹起するおそれがないといった効果を奏する。 According to the link of the present invention, it is possible to easily perform maintenance of interior parts in the link main body while the robot is operable, and there is no possibility of causing a failure at a new location due to the maintenance. Play.
以下、本発明を人型ロボットの上腕部(本発明で言うリンクに相当する)に適用した実施形態を説明する。
図1は実施形態の自立二足歩行が可能な人型ロボットRの全体図であり、(a)は正面図、(b)は左側面図である。このロボットRは、腰部1および胴体2を備え、腰部1には、先端に足部3を有する左右の脚部4が、また、胴体2には、頭部5と、先端に手部6を有する左右の腕部7が、それぞれ連結されている。以下の説明で上下左右、前後といった方向は、注釈しない限り、図1に示す基本姿勢、すなわち、手部6の掌が前方に向き、この手部6および腕部7が真っ直ぐ下方に伸び、脚部4も真っ直ぐに伸び、胴体2および頭部5が前方を向いている姿勢に基づくものとする。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an upper arm portion (corresponding to a link in the present invention) of a humanoid robot will be described.
FIG. 1 is an overall view of a humanoid robot R capable of walking on two legs according to an embodiment, where (a) is a front view and (b) is a left side view. The robot R includes a
胴体2は、腰部1の上に、左右方向に所定角度の範囲で水平回転し、かつ、前後方向に所定角度で傾倒するように取り付けられており、この胴体2の上に、頭部5が左右・前後に首振り可能に取り付けられている。また、胴体2の両肩には、肩関節部11を介して腕部7の上腕部7Aが連結されている。腕部7は、図2にも示すように(図2は左側の腕部7)、上腕部7Aと、上腕部7Aに肘関節部12を介して連結された下腕部7Bとからなり、下腕部7Bの先端に、手首関節部13を介して手部6が連結されている。肩関節部11は、前後方向、左右方向および上下方向に延びる3つの関節軸を有しており、左右方向の関節軸を中心として肩関節部11自体が回転自在に胴体2に取り付けられている。前後方向の関節軸は肩関節部11に回転自在に取り付けられ、その前後方向の関節軸に上下方向の関節軸が取り付けられている。そして、この上下方向の関節軸に、上腕部7Aが回転自在に取り付けられている。肘関節部12は左右方向に延びる関節軸を有し、この関節軸を中心に下腕部7Bが揺動自在とされている。手首関節部13は、上下方向および左右方向に延びる2つの関節軸を有し、上下方向の関節軸を介して下腕部7Bの先端に回転自在に取り付けられ、左右方向の関節軸を介して、手部6が揺動自在に取り付けられている。
The
左右の脚部4は、股関節部14を介して腰部1の下端に連結されている。股関節部14は、軸回りに回転自在に腰部1に取り付けられた前後方向に延びる関節軸に、左右方向に延びる関節軸が取り付けられた構成であり、左右方向の関節軸に、脚部4の上脚部4Aが揺動自在に取り付けられている。脚部4は、上脚部4Aと、上脚部4Aに膝関節部15を介して連結された下脚部4Bとからなり、下脚部4Bの先端に、足首関節部16を介して足部3が連結されている。膝関節部15は左右方向に延びる関節軸を有し、この関節軸を中心に下脚部4Bが揺動自在とされている。足首関節部16は、左右方向および前後方向に延びる2つの関節軸を有し、足部3は、これら関節軸を中心に揺動自在とされている。なお、上記各関節部11〜16を構成する関節軸は、内蔵されているため、図1では図示されていない。
The left and right legs 4 are connected to the lower end of the
上記の各可動パーツ、すなわち胴体2、足部3、脚部4(上脚部4Aと下脚部4B)、頭部5、手部6、腕部7(上腕部7Aと下腕部7B)の回転あるいは揺動動作は、それぞれモータを駆動源とする駆動系と、これら駆動系を制御するコンピュータによってなされる。コンピュータおよびモータの電源であるバッテリは適宜な箇所に収容され、この場合は、コンピュータは胴体2内に、バッテリは腰部1内に収容されている。なお、図1および図2では、脚部4、腕部7および各関節部11〜16は、外観デザインを形成するとともに保護のためのカバーで覆われており、駆動されて実際に可動する主体すなわち被駆動要素は、カバー内に存在する。これら被駆動要素は、マグネシウム合金等の軽合金による鋳造によって成形される。
Each of the movable parts described above, that is, the
図3および図4は、そのようなカバーを外した状態の肩関節部11、上腕部7Aおよび肘関節部12を示しており、図5は、この部分の断面図である。肩関節部11は、被駆動要素としてケーシング110を備えており、このケーシング110の図中上面が、胴体2の側面に対向させられ、図示せぬ左右方向の関節軸を中心として胴体2に対し回転自在に取り付けられている。このケーシング110内には、円筒状を呈する前後方向の関節軸111が回転自在に取り付けられ、この関節軸111は、図示せぬ駆動装置によって回転させられる。図5に示すように、関節軸111には、この関節軸111に直交して下方に延びる上下方向の関節軸112が一体に形成されており、この関節軸112に、ハーモニックドライブ式の減速機ユニット80Aを介して、上腕部7Aが連結されている。これによって腕部7は、前後方向の関節軸111を中心として揺動する。なお、図3〜図5は、図1に示した状態から、上腕部7Aを、関節軸111回りに90°回転させて水平に上げ、かつ、関節軸112回りに内側(図1(b)で反時計方向)に90°回転させた状態を示している。
3 and 4 show the
減速機ユニット80Aは、図6に示すように、関節軸112にボルト81によって固定されるフレックススプライン支持軸82と、関節軸112およびフレックススプライン支持軸82の両者にクロスローラベアリング83を介して回転自在に支持されたギヤケース84と、ギヤケース84の下方にサーキュラスプライン85を挟んで重ねられるキャップ86と、ギヤケース84の上方に重ねられるカバーリング87とを備えている。フレックススプライン支持軸82には入力軸88が外装され、この入力軸88の下端に、従動プーリ89(タイミングプーリ)が一体に固定されている。入力軸88に対し、入力軸ベアリング90を介してキャップ86が回転自在に支持され、また、入力軸88にボルト91で固定されたウェブジェネレータ92と、ボルト81によってフレックススプライン支持軸82に共締めされたフレックススプライン93とが、サーキュラスプライン85と入力軸88との間に介在されている。
As shown in FIG. 6, the reduction gear unit 80 </ b> A is rotated via a
上腕部7Aは、主体となる被駆動要素として、図4に示すように、軸方向が上下方向に沿った円筒状のリンク本体70を備えている。このリンク本体70の側部には、適宜な大きさを有する矩形状の開口70aが形成されており、この開口70aは、リンク本体70にボルト72で着脱自在に固定される蓋体71によって塞がれるようになっている。この蓋体71には、放熱用兼軽量化のための多数のスリット71aが形成されている。また、図4(b)および図6に示すように、リンク本体70の上端開口縁には、フランジ部73が形成されている。図6に示すように、上記減速機ユニット80Aは、カバーリング87からギヤケース84、サーキュラスプライン85、キャップ86を貫通するボルト94を、フランジ部73にねじ込んで締結することにより、リンク本体70に固定され、これによって肩関節部11と上腕部7Aが連結される。
As shown in FIG. 4, the
図4および図5に示すように、リンク本体70内には、減速機ユニット80Aを駆動させて上腕部7Aを上下方向の関節軸112回りに回転させるための駆動源であるモータ120が収容されている。このモータ120は、図5に示すように、駆動プーリ(タイミングプーリ)121が上方に配され、その軸方向がリンク本体70のそれと平行な状態とされており、上部に固定されたブラケット122を介して、リンク本体70の内壁面に、ボルト123で固定されている。この固定状態で、モータ120の駆動プーリ121と、上記減速機ユニット80Aの従動プーリ89とが平行状態で近接し、これらプーリ89,121に、タイミングベルト124が巻回されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the link
モータ120が駆動されると、タイミングベルト124を介して回転力が減速機ユニット80Aの従動プーリ89に伝わり、これに追従して、入力軸88、フレックススプライン支持軸82が回転しようとするが、フレックススプライン支持軸82は肩関節部11の関節軸112を介して関節軸111に固定されているのでこれらは回転せず、その反力がモータ120側に伝わって、このモータ120が固定されているリンク本体70、すなわち上腕部7Aが、関節軸112回りに回転する。
When the
上記リンク本体70は、前述の如く軽合金の鋳造によって一体物に成形されているが、図4(b)および図5に示すように、その下端には、軸方向がリンク本体70のそれに直交する円筒状の肘関節軸ホルダ部74が一体に成形され、さらに、その上方(リンク本体70と肘関節軸ホルダ部74との境界部当たり)に、軸方向が肘関節軸ホルダ部74のそれと平行な円筒状のモータ挿入部75が一体に成形されている。モータ挿入部75からは、下腕部7Bを揺動させるモータ130がリンク本体70内に挿入され、その挿入方向の奥側の端部が、リンク本体70の内壁面に固定されている。肘関節軸ホルダ部74内には、上記減速機ユニット80Aと同様の減速機ユニット80Bが収容、固定されており、図5に示すように、この減速機ユニット80Bのフレックススプライン支持軸82bの一端に、出力軸95が固定されている。この出力軸95には、上記下腕部7Bが固定される。モータ130の駆動プーリ131および減速機ユニット80Bの従動プーリ89bは外部に露出し、これらプーリ89b、131に、タイミングベルト132が巻回されている。
The
モータ130が駆動されると、タイミングベルト132を介して回転力が減速機ユニット80Bの従動プーリ89bに伝わり、これに追従して、減速機ユニット80Bの入力軸88b、フレックススプライン支持軸82b、出力軸95が回転し、これによって、下腕部7Bが揺動する。
When the
リンク本体70内には、上記のように、上腕部7Aの上下方向の軸回りの回転用モータ120と、下腕部7Bの揺動用モータ130がそれぞれ収容、固定されるが、図4に示すように、リンク本体70内には、さらに、上記コンピュータに接続されるモータ制御用の複数の基板140と、その接続用の図示せぬ配線等が収容されている。基板140は、図4(b)に示すような、リンク本体70の内壁面に形成されたボス76に対し、ボルト141で固定される。モータ120および基板140は、開口70aからリンク本体70内に出し入れ可能であり、開口70aを利用してリンク本体70の内壁面に固定することができるようになっている。その固定作業が完了したら、蓋体71によって開口70aが塞がれる。
As described above, the
以上が本実施形態であるが、上記上腕部7Aによれば、リンク本体70内に収容される内装部品、すなわちモータ120、基板140および配線等に対して点検や修理といったメンテナンスの必要が生じた場合には、リンク本体70から蓋体71を外し、開口70aから容易に行うことができる。蓋体71を外した状態でも、当該ロボットRは稼働可能であるから、ロボットRが稼働可能な状態のままで、リンク本体70内の上記内装部品のメンテナンスを行うことができる。また、従来のようにリンク本体を分割するといった手間を要さないので、この点からもメンテナンスは容易に行うことができ、しかも、そのように分割させることによって新たな箇所に故障を惹起させるといった不具合も起こるおそれがない。
Although the present embodiment has been described above, according to the
リンク本体70の開口70aを塞ぐ蓋体71は、リンク本体70に固定された状態で、上腕部7Aの強度を増大させるようなものであることが望ましい。また、図3(b)に示すように、透明な材質の蓋体71Bを採用すると、蓋体71Bをリンク本体70から外さなくとも、リンク本体70内の内装部品を蓋体71Bを通して目視することができるので、内装部品の点検をある程度行うことができるといった利点がある。蓋体を透明なものにする場合には、強化プラスチック等、ある程度強度を有する材質で形成すると良い。
The
なお、上記実施形態は、本発明を上腕部7Aに適用したものであるが、当該ロボットRでは、本発明を、下腕部7Bあるいは脚部4等にも適用することができることは、言うまでもない。
In the above embodiment, the present invention is applied to the
2…胴体(基体)、7A…上腕部(リンク)、70…リンク本体、70a…開口、
71,71B…蓋体、120…モータ(内装部品)、140…基板(内装部品)、
R…二足歩行型ロボット。
2 ... trunk (base), 7A ... upper arm (link), 70 ... link body, 70a ... opening,
71, 71B ... lid, 120 ... motor (interior part), 140 ... substrate (interior part),
R: Biped robot.
Claims (4)
該リンクの外形を形成し、一部に開口が形成された略筒状の一体物のリンク本体と、
前記開口を覆って前記リンク本体に着脱自在に取り付けられる蓋体と、
前記開口から前記リンク本体内に対して出し入れ可能であり、該リンク本体の内壁面に固定される内装部品と
を備えることを特徴とする歩行型ロボットのリンク。 A link directly or indirectly connected to the base of the walking robot,
A link body of a substantially cylindrical one that forms the outer shape of the link and has an opening formed in part;
A lid that covers the opening and is detachably attached to the link body;
A walking robot link comprising: an interior part that can be inserted into and removed from the link body through the opening and is fixed to an inner wall surface of the link body.
The link of the walking robot according to any one of claims 1 to 3, wherein a movable part such as an arm part, a leg part, or a hand part of the robot is configured.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061026 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081205 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20090414 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |