JP2009018390A - ロボットハンド - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化および低コスト化を可能とするロボットハンドを提供する。
【解決手段】ロボットハンド1は、ベース2と、フィンガー6〜8と、それぞれ同構成からなる一軸スライダー3〜5とを備える。そして、一軸スライダー3は、位置制御部31と、従動支持部322とを備えている。位置制御部31は、一方向に延伸するレール311と、レール311に沿って移動可能にレール311に支持される移動部312と、レール311における移動部312の位置を制御する駆動部313とを有する位置制御部31とを有し、従動支持部322は、移動部312に従動し、フィンガー6が取り付けられ、フィンガー6を支持する。
【選択図】図1
【解決手段】ロボットハンド1は、ベース2と、フィンガー6〜8と、それぞれ同構成からなる一軸スライダー3〜5とを備える。そして、一軸スライダー3は、位置制御部31と、従動支持部322とを備えている。位置制御部31は、一方向に延伸するレール311と、レール311に沿って移動可能にレール311に支持される移動部312と、レール311における移動部312の位置を制御する駆動部313とを有する位置制御部31とを有し、従動支持部322は、移動部312に従動し、フィンガー6が取り付けられ、フィンガー6を支持する。
【選択図】図1
Description
本発明は、ロボットハンドに関するものである。
ロボットハンドは、フィンガー(指に相当する部分)を動作させることで、対象物を把持または解放する。ロボットハンドは、例えば、製造ライン等における対象物(ワーク)の搬送等に用いられる。
ここで、ロボットハンドには、例えば、特開2006−255805号公報(特許文献1)に開示されているように、フィンガーを一方向に位置制御可能とする位置制御機構を有するものがある。これにより、フィンガーの動作の自由度が大きくなっている。
特開2006−255805号公報
ところで、ロボットハンドは、対象物を把持した際、当該把持による負荷を受ける。例えば、ロボットハンドが対象物を把持した際、フィンガーを支持する部分には、把持によるモーメントがかかる。詳細には、フィンガーを支持する部分が支持点、フィンガーと対象物との接触点が作用点となり、支持点にモーメントが発生する。フィンガーを支持する部分の強度(許容負荷モーメント等)が乏しい場合、フィンガーの脱落、支持部分の変形・破損、および、スライド動作不良等の不具合が発生する虞がある。
ここで、特許文献1のロボットハンドの構成では、フィンガーの位置制御を行う部分に把持による負荷(モーメント等)がかかる。つまり、特許文献1のロボットハンドにおいて、上記不具合を発生させないためには、フィンガーの位置制御を行う部分が、当該負荷に対抗できる強度(許容負荷モーメント等)を有し且つ位置制御できるように設計されなければならない。従って、必然的に、フィンガーの位置制御を行う部分は大型化し、ロボットハンドの小型化が困難であった。
また、特許文献1のロボットハンドの構成では、想定された対象物を把持した際に受ける負荷に対応できるよう、フィンガーの位置制御を行う部分をロボットハンド専用に設計、製造しなければならない。従って、設計および製造に多大なコストがかかってしまい、コスト面においても問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型化および低コスト化を可能とするロボットハンドを提供することを目的とする。
本発明のロボットハンドは、ベースと、ベースに対して指定動作を行うフィンガーと、フィンガーを支持すると共にベースに取り付けられフィンガーを一方向に位置制御可能な一軸スライダーとを備えるロボットハンドであって、一軸スライダーは、位置制御部と、従動支持部とを備えることを特徴とする。位置制御部は、一方向に延伸する案内部と、案内部に沿って移動可能に案内部に支持される移動部と、案内部における移動部の位置を制御する駆動部とを有する。従動支持部は、移動部に従動し、フィンガーが取り付けられ、当該フィンガーを支持する。なお、指定動作とは、例えば、対象物を把持、解放する動作等である。
本発明のロボットハンドによれば、フィンガーの位置制御を行う部分(位置制御部)とは別の部分、すなわち、従動支持部によってフィンガーが支持されている。つまり、フィンガーが対象物を把持した際にかかる負荷モーメントは、従動支持部が負担する。これにより、位置制御部は、単に移動部の位置制御ができるものであればよく、許容負荷モーメントは小さくてもよい。つまり、位置制御部は、上記負荷に対する強度を必要としない分、大幅な小型化が可能となる。
本発明のロボットハンドでは、フィンガーに対する位置制御機能と、支持機能とを別手段とすることにより、位置制御部の大幅な小型化が可能となり、全体としてよりコンパクトなロボットハンドを実現することができる。
さらに、上記のように、位置制御部は、単に移動部の位置制御ができるものであればよい。つまり、位置制御部は、ロボットハンド専用に設計および製造されたものでなく、例えば、一般の電気機器(プリンタ等)に用いられる汎用のスライダー(電動スライダー、電動アクチュエータ等)であってもよい。また、従動支持部においても、移動部に従動し負荷に対する十分な強度を有していればよく、例えば、駆動源を有さない単なるスライド機構を従動支持部として用いることもできる。
すなわち、位置制御機能と支持機能とを別手段とすることで、各手段を簡素化でき、その結果、大幅なコスト削減が可能となる。本発明によれば、ロボットハンドの小型化および低コスト化を実現することができる。
また、本発明のロボットハンドでは、位置制御部によりフィンガーの位置を制御することができるため、フィンガー動作の自由度は確保されている。つまり、フィンガーに把持動作させる駆動源は、自由度の高いモータであっても、構成がシンプルなエアシリンダ等であってもよい。さらに、把持に対する従動支持部の強度(許容負荷モーメント等)も自由に設定することができ、多種多様な対象物を把持可能にすることは容易に設計できる。例えば、数kgの対象物を把持したい場合、当該負荷に耐えうる強度の従動支持部を備えるよう設計すればよい。すなわち、本発明のロボットハンドでは、設計が容易となり、且つ、設計自由度も向上する。
ここで、本発明のロボットハンドは、フィンガーが、エアシリンダを駆動源とする場合に好適である。モータを駆動源とするフィンガーは、位置制御が容易であるが、高コストである。そこで、本発明が上記構成を有するため、エアシリンダを駆動源とすれば、低コストで位置制御可能なロボットハンドとなる。つまり、位置制御部および従動支持部を有する本発明の構成による上記効果が、より顕著に発揮される。ここでの駆動源は、例えば、フィンガーを屈曲動作させる駆動源である。
さらに、エアシリンダを駆動源とすれば、モータに比べて、複雑な制御および配線の必要がなく、構成が簡素化され、省スペース化も可能となる。従って、本発明のロボットハンドにおいて、小型化および低コスト化が可能となる。
本発明のロボットハンドによれば、ロボットハンドの小型化および低コスト化が可能となる。
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態のロボットハンド1について、図1〜図3を参照して説明する。図1は、ロボットハンド1を示す図である。図2は、図1のロボットハンド1を上から見た図である。図3は、図1のロボットハンド1を左から見た図である。ただし、図3において、フィンガー6〜8は模式的に表されている。
図1〜図3に示すように、ロボットハンド1は、ベース2と、一軸スライダー3〜5と、フィンガー6〜8とを備えている。ベース2は、平板部21と、枠状部22とを有している。平板部21は、略長方形の平板であり、表面にはその長手方向に平行に延びる4つの貫通孔211〜214が設けられている。枠状部22は、略長方形の枠状となっており、平板部21の端部から上方に延在し、平板部21を支持している。
一軸スライダー3は、電動リニアスライダー31(本発明における「位置制御部」に相当する)と、リニアガイド32と、伝達プレート33とを備えている。電動リニアスライダー31は、レール311(本発明における「案内部」に相当する)と、移動部312と、駆動部313とを有している。レール311は、一方向(図1、2の左右方向)に延伸する一軸のレール部材である。レール311の軸直交断面は、中央が上方に突出した凸形状となっている。当該突出部分の両側面には、レール311の延伸方向に沿って延びるレール溝(図示せず)が形成されている。レール311は、ベース2の平板部21上の貫通孔211と貫通孔212の間に設置されている。レール311の延伸方向は、貫通孔211、212の延伸方向と同方向となっている。
移動部312は、断面が略凹形状で、当該凹形状の開口端には突起が形成されている。この突起がレール311のレール溝に挿入されており、移動部312とレール311が上下方向に係合している。つまり、移動部312は、レール311の上方部分に配置され、レール311に沿って移動可能にレール311に支持されている。
駆動部313は、レール311の一端に設けられている。駆動部313は、ボールねじ(図示せず)や磁力等により、移動部312を駆動させると共に、移動部312の位置決めを可能とする。つまり、駆動部313は、レール311上における移動部312の位置制御を行う。
リニアガイド32(本発明における「従動支持部」に相当する)は、ガイドレール321と、従動部322とを備えている。ガイドレール321は、レール311と同方向に延伸する一軸のレール部材である。ガイドレール321の軸直交断面は、略「工」字形状となっている。つまり、ガイドレール321の側面には、ガイドレール321の延伸方向に沿って延びるレール溝(図示せず)が形成されている。ガイドレール321は、ベース2の平板部21下面側の貫通孔211と貫通孔212の間に設置されている。ガイドレール321の延伸方向は、貫通孔211、212およびレール311の延伸方向と同方向となっている。つまり、ガイドレール321は、平板部21を介したレール311のちょうど下方位置に配置されている。
従動部322は、断面が略凹形状で、当該凹形状の開口端には突起が形成されている。この突起がガイドレール321のレール溝に挿入されており、従動部322とガイドレール321が上下方向に係合している。つまり、従動部322は、ガイドレール321の下方部分に配置され、ガイドレール321に沿って移動可能にガイドレール321に支持されている。従動部322の下面には、後述するフィンガー6が取り付けられている。
伝達プレート33は、全体として略コ字形状であり、上面プレート331と、側面プレート332、333とからなっている。上面プレート331は、長方形のプレートであり、長手方向とレール311の延伸方向とが直交するように移動部312の上面に取り付けられている。上面プレート331の長手方向幅は、移動部312の一辺より大きくなっている。
側面プレート332、333は、長方形のプレートであり、上面プレート331の長手方向の両端部にそれぞれ取り付けられている。つまり、側面プレート332は上面プレート331の一辺から垂直下方に延伸し、側面プレート333は上面プレート331の上記一辺に対向する他辺から垂直下方に延伸している。そして、側面プレート332は、貫通孔211に挿入されており、側面プレート333は、貫通孔212に挿入されている。つまり、側面プレート332、333は、それぞれ貫通孔211、212の延伸方向に移動可能となっている。これら対向する側面プレート332、333の間には、電動リニアスライダー31とリニアガイド32が配置されている。そして、側面プレート332、333の下方内面(対向する面の下方側)には、後述するフィンガー6が取り付けられている。
一軸スライダー4、5の構成については、一軸スライダー3と同構成となっているため、説明は省略する。なお、一軸スライダー4におけるリニアガイドをリニアガイド42、従動部を従動部422とし、一軸スライダー5におけるリニアガイドをリニアガイド52、従動部を従動部522とする。また、一軸スライダー4は、貫通孔212と貫通孔213の間に設置されており、一軸スライダー5は、貫通孔213と貫通孔214の間に設置されている。各一軸スライダー3〜5は、平板部21上で互いに平行に配置されている。
フィンガー6〜8は、図1の手前から奥に向かって、フィンガー6、フィンガー7、フィンガー8の順に配置されている。つまり、一軸スライダー3にフィンガー6、一軸スライダー4にフィンガー7、一軸スライダー5にフィンガー8がそれぞれ対応する。
フィンガー6〜8は、それぞれ同構成からなっている。フィンガー6は、上端部分(後述する基節部61)が従動部322に固定されている。そして、当該上端部分の側面には、側面プレート332、333が取り付けられている。同様に、フィンガー7は一軸スライダー4の従動部422に、フィンガー8は一軸スライダー5の従動部522にそれぞれ取り付けられている。ただし、フィンガー7については、フィンガー6、8と左右対称に取り付けられている。フィンガー6〜8の詳細については、後述する。
ここで、一軸スライダー3の動作について説明する。電動リニアスライダー31において、移動部312は、駆動部313によりレール311上で位置制御される。ここで、例えば、移動部312が左方へ駆動されると、同時に、伝達プレート33は移動部312に従動して左方に移動する。そして、伝達プレート33が左方に移動すると同時に、それに従動し、フィンガー6が左方に移動する。このとき、フィンガー6が固定されている従動部322は、フィンガー6に従動し、ガイドレール321に沿って左方に移動する。つまり、従動部322は、移動部312に従動して移動する。
上記のように、電動リニアスライダー31は、伝達プレート33を介して、フィンガー6の左右方向の位置を制御する。そして、フィンガー6は、移動部312に従動する従動部322を備えるリニアガイド32に支持されている。一軸スライダー4、5も、同様に動作する。
ここで、フィンガー6の構成について、図1および図4を参照して説明する。図4は、図1のフィンガー6を詳細に示す図である。なお、フィンガー7、8については、フィンガー6と同構成であるため、説明を省略する。
図1および図4に示すように、フィンガー6は、基節部61と、中節部62と、末節部63と、ヒンジピン91〜96とを有している。基節部61は、基節本体611と、長アーム612と、エアシリンダ613とからなっている。基節本体611は、その上面が従動部322の下面に固定されている。つまり、基節部61は、従動部322に固定されている。そして、基節本体611には、側面プレート332、333が取り付けられている。なお、基節本体611と側面プレート332、333とは、左右方向に係合するような構成でもよい。
長アーム612は、基節本体611と一体に形成されており、基節本体611の右方部分から略右下方向に延伸している。エアシリンダ613は、シリンダ本体613aと、可動ロッド613bとを有している。エアシリンダ613は、シリンダ本体613aが左方、可動ロッド613bが右方となるように配置されている。可動ロッド613aは、シリンダ本体613に対して一方向(左右方向)に駆動する。そして、ヒンジピン91により、シリンダ本体613aの左端が基節本体611の左端にヒンジ結合されている。つまり、エアシリンダ613は、ヒンジピン91を中心に回動可能に基節本体611に支持されている。
中節部62は、中節本体621と、エアシリンダ622と、短アーム623とからなっている。中節本体621の左中央部分は、ヒンジピン92により長アーム612の先端とヒンジ結合されている。つまり、中節本体621は、ヒンジピン92を中心に回動可能に基節部61に支持されている。
短アーム623は、中節本体621と一体に形成されており、中節本体621の左上部分から略左上方向に延伸している。つまり、短アーム623は、中節本体621の上端よりも上方に位置している。短アーム623は、長アーム612よりも短く形成されている。短アーム623は、ヒンジピン93により可動ロッド613bの先端とヒンジ結合されている。
エアシリンダ622は、シリンダ本体622aと、可動ロッド622bとを有している。エアシリンダ622は、シリンダ本体622aが上方、可動ロッド622bが下方となるように配置されている。可動ロッド622bは、シリンダ本体622aに対して一方向(上下方向)に駆動する。シリンダ本体622aの上方端部は、ヒンジピン94により中節本体621の右上部分にヒンジ結合されている。
末節部63は、右上部分がヒンジピン95により可動ロッド622bの先端とヒンジ結合されている。末節部63の左上部分は、ヒンジピン96により中節本体621の下方部分にヒンジ結合されている。
ここで、フィンガー6の動作について説明する。まず、基節部61に対する中節部62の動作について説明する。エアシリンダ613において可動ロッド613bが右方へ駆動されると、中節部62は、ヒンジピン92を中心に回動する。詳細には、可動ロッド613bに連動し、短アーム623が右方へ移動しようとする。このとき、中節部62がヒンジピン92により長アーム612に軸支されているため、短アーム623は、ヒンジピン92を中心とした円軌道に沿って右方へ移動する。つまり、ヒンジピン93の位置は、右方に移動する際、上下する。
このとき、エアシリンダ613は、シリンダ本体613aがヒンジピン91により回動可能に支持されているため、短アーム623の上下動に連動してヒンジピン91を中心に回動する。つまり、エアシリンダ613がヒンジピン91により一軸支持(枢支)されているため、中節部62の回動軌跡(円軌道)を許容することができる。
そして、末節部63は、中節部62がヒンジピン92を中心に回動するのに連動し左方に移動する。その後、エアシリンダ613において可動ロッド613bが左方へ駆動されると、中節部62がヒンジピン92を中心に上記逆方向に回動し、末節部63は右方に移動する。
次に、中節部62に対する末節部63の動作について説明する。エアシリンダ622において可動ロッド622bが下方へ駆動されると、末節部63はヒンジピン96を中心に回動し、末節部63の先端が左方へ移動する。その後、可動ロッド622bが上方へ駆動されると、末節部63はヒンジピン96を中心に上記逆方向に回動し、末節部63の先端が右方へ移動する。
中節部62に対する末節部63の動作においても、基節部61に対する中節部62の動作同様、エアシリンダ622がヒンジピン94により一軸支持されているため、エアシリンダ622がヒンジピン94を中心に回動でき、末節部63の回動軌跡(円軌道)を許容することができる。
ここで、例えば、エアシリンダ613において、シリンダ本体613aを2点以上で支持する場合、ヒンジピン91付近に長孔(回転スライド機構)を設けなければ屈曲動作させることができない。しかし、上記フィンガー6では、長孔を設けなくても屈曲動作可能となり、構成の簡素化が可能となる。さらに、長孔を設けない分、可動部分が少ないのでフィンガー6の耐久性は向上する。例えば、繰り返し動作の衝撃は緩和される。
上記のように、フィンガー6は、ベース2に対して屈曲動作(把持、解放動作)を行うことができる。例えば、フィンガー6、8とフィンガー7の間に対象物(ワーク)が配置するよう、各電動リニアスライダーにより各フィンガー6〜8を位置決めする。そして、エアシリンダを駆動させて、フィンガー6、8の中節部および末節部が左方に屈折し、フィンガー7の中節部および末節部が右方に屈折することで、ロボットハンド1は対象物を把持する。
以上、ロボットハンド1によれば、電動リニアスライダー31によりフィンガー6が位置制御され、リニアガイド32の従動部322にフィンガー6が固定されている。つまり、フィンガー6〜8が対象物(ワーク)を把持する際、各フィンガー6〜8にかかる負荷モーメントは、各フィンガー6〜8を支持する部分、すなわち、リニアガイド32、42、52にかかる。つまり、負荷モーメントは、電動リニアスライダー31ではなく、リニアガイド32が負担する。つまり、位置制御機能と、支持機能とが別手段となる。
この結果、位置制御機構の簡素化および大幅な小型化が可能となり、全体としてよりコンパクトなロボットハンドを実現することができる。さらに、電動リニアスライダーは、本実施形態のように市販製品(超小型電動アクチュエータ:IAI製)でよく、ロボットハンド専用に設計および製造する必要がない。また、従動部を有するリニアガイドにおいても、一般機器用の市販製品(LMガイド:THK製)でよい。すなわち、ロボットハンド1によれば、ロボットハンドの小型化および低コスト化を実現することができる。
また、ロボットハンド1では、各電動リニアスライダーによりフィンガー6〜8の位置を制御することができるため、フィンガー動作の自由度は確保されている。さらに、把持に対するリニアガイド32、42、52の強度も自由に設定することができ、多種多様な対象物を把持可能にすることは容易に設計できる。すなわち、ロボットハンド1では、設計が容易となり、且つ、設計自由度も向上する。
また、フィンガー6〜8の駆動源がエアシリンダであるため、駆動源がモータであるものに比べ、上記効果が顕著となり、さらなる小型化および低コスト化が可能となる。さらに、エアシリンダ613、622が一軸支持(枢支)されることにより、構成が簡素化され、低コスト化が可能となる。そして、強度および耐久性を向上させることもできる。
また、フィンガー6の上記構成を発明として抽出すると、フィンガーは、従動支持部に取り付けられた基節部と、基節部の一枢支点で枢支された中節部と、中節部の一枢支点で枢支された末節部と、基節部の他の一枢支点と中節部の他の一枢支点で枢支された第一エアシリンダと、中節部の他の一枢支点と末節部の他の一枢支点で枢支された第二エアシリンダとを備えることを特徴とする。これにより、上記のような効果を発揮させることができる。
なお、本発明は、ロボットハンド1に限られるものではない。例えば、伝達プレート33の側面プレート332、333を、フィンガー6(基節本体611)にではなく、従動部322に取り付けたものでもよい。この場合、従動部322は、伝達プレート33を介して移動部312に従動し、上記同様の効果を発揮する。つまり、伝達プレートは、電動リニアスライダーの動力をフィンガーまたは従動部に伝達する伝達手段(連結手段)であればよい。また、伝達プレート33と従動部322とが一体となっているものでもよい。また、フィンガーの数は、上記以外に複数あってもよく、そのうちの1本または数本のフィンガーがベース2に固定されているものでもよい。
1:ロボットハンド、
2:ベース、 3、4、5:一軸スライダー、
31:電動リニアスライダー、 311:レール、 312:移動部、
313:駆動部、
32、42、52:リニアガイド、 321:ガイドレール、
322、422、522:従動部、
33:伝達プレート、
6、7、8:フィンガー、
61:基節部、 62:中節部、 63:末節部、 613、622:エアシリンダ
2:ベース、 3、4、5:一軸スライダー、
31:電動リニアスライダー、 311:レール、 312:移動部、
313:駆動部、
32、42、52:リニアガイド、 321:ガイドレール、
322、422、522:従動部、
33:伝達プレート、
6、7、8:フィンガー、
61:基節部、 62:中節部、 63:末節部、 613、622:エアシリンダ
Claims (2)
- ベースと、前記ベースに対して指定動作を行うフィンガーと、前記フィンガーを支持すると共に前記ベースに取り付けられ前記フィンガーを一方向に位置制御可能な一軸スライダーとを備えるロボットハンドであって、
前記一軸スライダーは、
前記一方向に延伸する案内部と前記案内部に沿って移動可能に前記案内部に支持される移動部と前記案内部における前記移動部の位置を制御する駆動部とを有する位置制御部と、
前記移動部に従動し、前記フィンガーが取り付けられ、前記フィンガーを支持する従動支持部と、
を備えることを特徴とするロボットハンド。 - 前記フィンガーは、エアシリンダを駆動源とする請求項1に記載のロボットハンド。
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