JP2009066684A - Safety device for operating arm, and link device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操作者が把持する操作アームから過大な力が操作者に作用することを防止する操作アームの安全装置およびそれを備えたリンク装置に関する。 The present invention relates to a safety device for an operation arm that prevents an excessive force from acting on an operator from an operation arm held by the operator, and a link device including the same.
ハプティックデバイスとも呼ばれる力提示装置には、制御装置による制御が不能となって暴走し、操作者が把持する操作アームからその操作者に過大な力が作用しないように、非常停止手段を設けたり、提示力が十分小さいアクチュエータを用いるなどして、操作者の安全を確保している。 The force presentation device, also called a haptic device, runs out of control because it cannot be controlled by the control device, and is provided with emergency stop means so that excessive force does not act on the operator from the operation arm gripped by the operator, The safety of the operator is ensured by using an actuator with a sufficiently small presentation force.
しかし、装置が大型の場合やアクチュエータが高出力の場合、操作アームから操作者への力覚提示を遮断して、操作者を確実に保護する必要があり、そのような操作アームの安全装置が望まれている(たとえば、特許文献1参照)。 However, if the device is large or the actuator has a high output, it is necessary to block the force sense from the operation arm to the operator and to protect the operator reliably. It is desired (see, for example, Patent Document 1).
本発明の目的は、操作者へ過大な力が作用することを防止し、操作者の安全性を向上することができる操作アームの安全装置およびそれを備えたリンク装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a safety device for an operation arm that can prevent an excessive force from acting on an operator and improve the safety of the operator, and a link device including the same.
本発明は、操作者が把持する把持部材と、
前記把持部材が搭載され、面方向に移動自在に設けられる基台と、
前記基台を、操作者への予め定める提示力によって略面方向に移動させる駆動手段と、
前記把持部材と基台とを、予め定める連結力で連結する連結手段とを含むことを特徴とする操作アームの安全装置である。
The present invention includes a gripping member gripped by an operator,
A base on which the gripping member is mounted and provided so as to be movable in the surface direction;
Driving means for moving the base in a substantially plane direction by a predetermined presentation force to the operator;
An operating arm safety device comprising: a connecting means for connecting the gripping member and the base with a predetermined connecting force.
本発明に従えば、基台には連結手段によって把持部材が予め定める連結力で連結される。これによって基台が駆動手段によって予め定める提示力によって平面および曲面を含む略面方向に移動されても、前記予め定める連結力を操作者に適した値に設定しておくことによって、把持部材に操作者から作用する操作力が前記予め定める連結力を超えると、把持部材は基台から分離し、把持部材を把持した操作者へ過大な力が作用することが確実に防がれ、操作者の安全性が向上される。 According to the present invention, the gripping member is connected to the base with a predetermined connecting force by the connecting means. Thus, even if the base is moved in a substantially plane direction including a plane and a curved surface by a predetermined presentation force by the driving means, the predetermined coupling force is set to a value suitable for the operator, so that When the operating force applied by the operator exceeds the predetermined coupling force, the gripping member is separated from the base, and it is reliably prevented that an excessive force is applied to the operator who grips the gripping member. Safety is improved.
また本発明は、前記連結手段は、把持部材が固定される第1連結部と、前記基台に固定され、第1連結部が上載される載置面上で開口しかつ吸引力が導入される吸引空間を有する第2連結部とを含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, the connecting means has a first connecting portion to which a gripping member is fixed and an opening on a mounting surface fixed to the base, on which the first connecting portion is mounted, and suction force is introduced. And a second connecting part having a suction space.
本発明に従えば、把持部材が第1連結部に固定され、この第1連結部が第2連結部に上載される。第2連結部は、前記第1連結部が上載される載置面上で開口する吸引空間を有し、この吸引空間に吸引力が導入されることによって、第1連結部を吸引力によって吸着し、基台と把持部材とが第1および第2連結部を介して連結される。このように連結手段が構成されるので、第2連結部の吸引空間に導かれる吸引力を調整して、基台と把持部材との連結力を操作者に応じて最適な強さに容易に設定することができ、確実に把持部材から操作者に過大な力が作用することを防止することができる。 According to the present invention, the gripping member is fixed to the first connecting portion, and the first connecting portion is mounted on the second connecting portion. The second connecting portion has a suction space that opens on a mounting surface on which the first connecting portion is mounted, and the suction force is introduced into the suction space, so that the first connecting portion is attracted by the suction force. Then, the base and the gripping member are connected via the first and second connecting portions. Since the connection means is configured in this way, the suction force guided to the suction space of the second connection portion is adjusted, and the connection force between the base and the gripping member is easily set to the optimum strength according to the operator. Therefore, it is possible to reliably prevent an excessive force from acting on the operator from the gripping member.
さらに本発明は、前記連結手段は、把持部材が固定される第1連結部と、前記基台に固定され、第1連結部が上載される第2連結部と、第1および第2連結部の少なくともいずれか一方に設けられ、第1および第2連結部のいずれか他方を磁気吸着する磁力発生手段とを含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, the connecting means includes a first connecting portion to which a gripping member is fixed, a second connecting portion that is fixed to the base and on which the first connecting portion is mounted, and first and second connecting portions. And a magnetic force generating means for magnetically attracting the other of the first and second connecting portions.
本発明に従えば、把持部材が第1連結部に固定され、この第1連結部が第2連結部に上載され、第2連結部は基台に固定される。第1および第2連結部のいずれか一方または双方には、磁力発生手段が設けられ、この磁力発生手段によって第1および第2連結部のいずれか他方が磁気吸着される。このように連結手段が構成されるので、磁力発生手段の磁力を調整して、基台と把持部材との連結力を操作者に応じて最適な強さに容易に設定することができ、確実に把持部材から操作者に過大な力が作用することを防止することができる。 According to the present invention, the gripping member is fixed to the first connecting portion, the first connecting portion is mounted on the second connecting portion, and the second connecting portion is fixed to the base. One or both of the first and second connecting portions are provided with magnetic force generating means, and either one of the first and second connecting portions is magnetically attracted by the magnetic force generating means. Since the connecting means is configured in this way, the magnetic force of the magnetic force generating means can be adjusted, and the connecting force between the base and the gripping member can be easily set to the optimum strength according to the operator, It is possible to prevent an excessive force from acting on the operator from the gripping member.
さらに本発明は、前記連結手段は、把持部材が固定される第1連結部と、前記基台に固定される第2連結部と、前記第1連結部および第2連結部を、ばね力によって挟着するばね挟着手段とを含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, the connecting means includes a first connecting portion to which a gripping member is fixed, a second connecting portion to be fixed to the base, the first connecting portion and the second connecting portion by a spring force. And a spring clamping means for clamping.
本発明に従えば、把持部材が固定される第1連結部と、基台に固定される第2連結部とは、ばね挟着手段によって挟着され、基台と把持部材とが第1および第2連結部を介して連結される。このように連結手段が構成されるので、ばね挟着手段のばね力を調整して、基台と把持部材との連結力を操作者に応じて最適な強さに容易に設定することができ、把持部材から操作者に過大な力が作用することを確実に防止することができる。 According to the present invention, the first connecting portion to which the gripping member is fixed and the second connecting portion to be fixed to the base are sandwiched by the spring clamping means, and the base and the gripping member are first and It is connected via the second connecting part. Since the connecting means is configured in this way, the spring force of the spring clamping means can be adjusted, and the connecting force between the base and the gripping member can be easily set to the optimum strength according to the operator. Thus, it is possible to reliably prevent an excessive force from acting on the operator from the gripping member.
さらに本発明は、前記第1連結部と第2連結部とを連結する前記連結手段の連結力を補強する補助連結手段を含むことを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that it includes an auxiliary connecting means for reinforcing a connecting force of the connecting means for connecting the first connecting portion and the second connecting portion.
本発明に従えば、第1連結部と第2連結部とが、前記連結手段と連結補助手段とによって連結されるため、駆動手段から基台への駆動力が大きく、連結手段による連結力だけでは第1および第2連結部間の連結力が不十分である場合、補助連結手段によって連結力を補い、最適な連結力を達成することができる。 According to the present invention, since the first connecting portion and the second connecting portion are connected by the connecting means and the connecting auxiliary means, the driving force from the driving means to the base is large, and only the connecting force by the connecting means is present. Then, when the coupling force between the first and second coupling parts is insufficient, the coupling force is supplemented by the auxiliary coupling means, and the optimum coupling force can be achieved.
さらに本発明は、前記第1および第2連結部の少なくとも一方には、前記第1および第2連結部のいずれか他方に係合する段差部が設けられることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that at least one of the first and second connecting portions is provided with a stepped portion that engages with the other of the first and second connecting portions.
本発明に従えば、第1および第2連結部の少なくとも一方に段差部が設けられるので、第1および第2連結部間の横滑りを防止することができる。 According to the present invention, since the step portion is provided in at least one of the first and second connecting portions, it is possible to prevent a side slip between the first and second connecting portions.
さらに本発明は、前記第1連結部と第2連結部とが分離したことを検出する分離検出手段を含むことを特徴とする。 Furthermore, the present invention includes a separation detecting unit that detects that the first coupling portion and the second coupling portion are separated.
本発明に従えば、分離検出手段によって第1連結部と第2連結部とが分離したことが検出されるので、この分離検出手段による分離検出信号によって駆動手段を停止させ、把持部材が基台から分離した後に基台だけが駆動手段によって駆動されることを阻止し、安全性を向上することができる。 According to the present invention, since the separation detecting means detects that the first connecting portion and the second connecting portion are separated, the driving means is stopped by the separation detection signal from the separation detecting means, and the gripping member is the base. It is possible to prevent only the base from being driven by the driving means after being separated from the base, thereby improving safety.
さらに本発明は、前記連結手段による把持部材と基台との連結力の大きさを調整する連結力調整手段を含むことを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized by including a connecting force adjusting means for adjusting the magnitude of the connecting force between the gripping member and the base by the connecting means.
本発明に従えば、連結手段による把持部材と基台との連結力の大きさを連結力調整手段によって調整することができるので、連結手段による連結力を容易に変更することができ、連結力を容易に最適化することができる。 According to the present invention, since the magnitude of the coupling force between the gripping member and the base by the coupling means can be adjusted by the coupling force adjusting means, the coupling force by the coupling means can be easily changed. Can be easily optimized.
さらに本発明は、前記操作アームの安全装置を備えたリンク装置である。
本発明に従えば、リンク装置の操作アームに前記安全装置が適用されることによって、操作アームに対して設定した力が正しく出力されずに誤って過負荷を発生しても、前記安全装置によって把持部材が基台から分離するので、操作者に過大な力が作用することが防がれ、安全性が向上される。
Furthermore, the present invention is a link device including a safety device for the operation arm.
According to the present invention, when the safety device is applied to the operation arm of the link device, even if the force set for the operation arm is not output correctly and an overload is erroneously generated, the safety device Since the gripping member is separated from the base, it is possible to prevent an excessive force from acting on the operator and improve safety.
本発明によれば、駆動手段によって面方向に移動する基台に連結手段によって連結される把持部材を、操作者に過大な力が作用する前に前記基台から分離することができるので、確実に操作者に過大な力が作用することを防止し、操作者に対する安全性を向上することができる。 According to the present invention, the gripping member connected by the connecting means to the base that moves in the surface direction by the driving means can be separated from the base before an excessive force is applied to the operator. Thus, it is possible to prevent an excessive force from acting on the operator and to improve the safety for the operator.
図1は本発明の実施の一形態の操作アームの安全装置1を示す断面図であり、図2は操作アームの安全装置1の斜視図である。本実施の形態の操作アームの安全装置1は、略面方向に移動自在な基台4に搭載される操作アーム5と、この操作アーム5と前記基台4と予め定める大きさの連結力で連結する連結手段6とを含む。
FIG. 1 is a sectional view showing a
前記操作アーム5は、操作者によって把持される直円筒上の把持部材7と、把持部材7の軸線方向一端部に固定されるフランジ部材8とを有する。フランジ部材8は、直円柱状の第1嵌合突部9と、この第1嵌合突部9に同軸上に連なる直円筒状の第2嵌合突部10と、第1および第2嵌合突部9,10から半径方向外方に延びる円環状のフランジ部11とを有する。第1嵌合突部9には、その外周部に外ねじが刻設される。また把持部材7の軸線方向一端部の内周部には、内ねじが刻設される。このような把持部材7の軸線方向一端部は、第1嵌合突部9に螺着され、把持部材7がフランジ部材8に同一軸線上で固定される。このようにフランジ部材8の第1嵌合突部9には、前記把持部材7の軸線方向一端部が螺着されるので、把持部材7はフランジ部8に対して着脱可能であり、異なる把持部材と容易に交換することができる。
The
前記連結手段6は、前記操作アーム5、したがって把持部材7が固定される第1連結部13と、前記基台4に固定される第2連結部14とを有する。第1連結部13には、操作アーム5のフランジ部11が複数のボルト16によって着脱可能に連結される。この連結部13の前記第2連結部14に対向する部分には、環状のシール部材17が嵌まり込む凹溝18が形成され、周縁部には、半径方向外方および軸線方向一方側に開放した嵌合溝19が形成される。このような第1連結部13は、大略的に円板状に形成される。
The
前記第2連結部14は、同一軸線上に直円柱状の吸引空間21と、吸引空間21から半径方向外方に延びる吸引孔22とを、吸引孔22に連なり、外周面上で開口する接続ポート23とが形成される。接続ポート23には、接続プラグ24が着脱自在に装着され、この接続プラグ24には可撓性の吸引管25を介して真空ポンプまたはエジェクタによって実現される吸引源26から吸引力が導かれる。
The second connecting
第2連結部14の前記第1連結部13に臨む一表面側の外周部には、軸線方向一方側に突出する環状の環状突部27が一体的に形成され、この環状突部27は第1連結部13の嵌合溝19に嵌合し、第1連結部13が第2連結部14に対して横滑り、すなわち図1の左右方向にずれてしまうことが阻止される。このように環状突部27が嵌合溝19に嵌合した状態では、第1連結部13のシール部材17が第2連結部14の環状突部27と前記吸引空間21との間の環状の表面28に弾発的に当接し、これによって吸引空間21を気密が達成され、吸引空間21に導入された吸引力によって第1連結部13が第2連結部14に吸着され、予め定める連結力の強さで把持部材7が基台4に連結される。
An annular
図3は、操作アームの安全装置1が適用される力提示装置31の系統図である。前記操作アームの安全装置1が適用されるリンク装置である力提示装置31は、複数のリンク部材32をサーボモータ33によって駆動し、先端のリンク部材32には前記基台4が連結されるリンクアーム34と、サーボモータ33を制御する制御装置35とを含む。
FIG. 3 is a system diagram of the
この制御装置35は、遮断器36を介して主電源装置40に接続され、第2連結部14に設けられる近接スイッチ37によって第1連結部13が第2連結部14から分離したことを検出すると、その検出信号は入出力部38を経て制御装置35に入力され、この制御装置35に備えられるリレー39の接点が切換えられ、遮断器36が遮断し、主電源装置40から制御装置への電力が遮断される。
The
このような制御装置35は、制御装置35からサーボモータ33への制御指令の誤動作などによって操作者に適した提示力を超えて把持部材7に力が作用したとき、第1連結部13が第2連結部14から分離し、そのことを近接スイッチ37が検出し、基台4にリンクアーム34を介して過大な力が作用しないように、主電源装置40から制御装置35への電力を遮断するように構成され、安全性が確保されている。
When such a
図4は力提示装置31の操作者による操作状態を示す斜視図であり、図5は操作アーム5が分離する手順を説明するための図であり、図5(1)は分離前の状態を示し、図5(2)は分離後の状態を示す。前記力提示装置31において、リンクアーム34の可動端には、前記装置1が設けられる。操作者41は一方の腕42によって把持部材7を把持する。制御装置35は、把持部材7駆動させ、操作者41の操作訓練などが行われる。一方の腕42によって把持部材7が把持された状態で、たとえば予め設定した力が正しく出力されずに誤って過剰な力が操作アーム5に発生すると、連結手段6によって第2連結部14が第1連結部13から分離し、操作者41に過大な力が作用することが回避され、操作者41の安全性を確保するように構成されている。
FIG. 4 is a perspective view showing an operation state of the
図6は連結手段6によって操作アーム5が基台4から分離する原理を説明するための図である。前記リンクアーム34によって駆動される基台4に、連結手段6によって操作アーム5が保持された状態において、把持部材7に操作者41の腕42から負荷力Fが作用すると、その作用位置までの距離をL1とし、吸引空間21からの吸引力Wが中心軸線上に作用した状態で、第1連結部13の半径をdとすると、W・d>F・L1になると、第1連結部13の負荷力Fが作用する方向の下流側の端部が第2連結部14上で参照符43で示される位置を回転中心として転倒し、第1連結部13は操作アーム5とともに第2連結部14および基台4から分離することになる。
FIG. 6 is a view for explaining the principle that the
このような操作アーム5の転倒による分離に先立って、負荷力Fが第2連結部14の表面28上で横滑りしてしまう。このような横滑りを防止するために、前述したように第1連結部13には嵌合溝19を形成し、第2連結部14には環状突部27を形成して、過大な負荷力Fによって第1連結部13が第2連結部14上を横滑りし、予め定める連結力に達する前に操作アーム5が基台4から分離してしまうことを防止している。
Prior to the separation by the fall of the
このように本実施の形態では、基台に連結手段6によって把持部材7が予め定める連結力で連結され、この予め定める連結力を超える力が作用すると第1連結部13が第2連結部14から分離し、操作者41に無理な力が作用することが確実に防がれ、操作者の安全性が向上される。
Thus, in the present embodiment, the gripping
図7は、本発明の実施のさらに他の形態の操作アームの安全装置1aを示す斜視図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には同一の参照符を付す。本実施の形態の操作アームの安全装置1aは、第1連結部13と第2連結部14とが複数のばね挟着手段50によって予め定める連結力で挟着される。各ばね挟着手段50は、大略的にL字状の各対を成す挟着部材51a,51bと、各挟着部材51a,51bを角変位自在に連結するピン52と、各挟着部材51a,51bを相互に近接する方向にばね付勢する引張コイルばね53とによって構成される。
FIG. 7 is a perspective view showing an operating
このようなばね挟着手段50は、前述の実施の形態のように吸引空間21に吸引力を導かずに単独で用いる場合には、連結手段を構成し、個数を調整することによって第1および第2連結部13,14の連結力を最適に設定することができる。またリンク手段34からの駆動力を大きく、吸引空間21からの吸引力だけでは連結力が不足する場合には、補助連結手段を構成し、ばね挟着手段50を補助的に用いて、連結力を最適に設定することができる。
When such a spring clamping means 50 is used alone without introducing a suction force to the
前述の実施の各形態では、第1連結部13を吸引力によって、あるいはばね挟着手段50によるばね力によって連結するように構成されたが、本発明の実施の他の形態では、第2連結部14に電磁石を内蔵して電流を制御し、第1連結部13を磁力によって磁気吸着し、最適な連結力を得るようにしてもよい。またこの磁力による磁気吸着力が不足する場合には、前述のばね挟着手段50を用いて、最適な連結力が得られるように吸着力を補足するようにしてもよい。
In each of the embodiments described above, the first connecting
さらに本発明の実施の他の形態では、前記操作アームの安全装置1,1aを、たとえば6自由度多関節ロボットのロボットアームの手首先端に装備してもよい。
Furthermore, in another embodiment of the present invention, the operation
このように本発明の操作アームの安全装置は、その移動方向が直線、平面、曲面のいずれであってもよく、既存の操作アームを備える駆動装置の本質安全装置として好適に実施することができる。 As described above, the operation arm safety device of the present invention may be moved in any of a straight line, a plane, and a curved surface, and can be suitably implemented as an intrinsic safety device of a drive device including an existing operation arm. .
1,1a 操作アームの安全装置
4 基台
5 操作アーム
6 連結手段
7 把持部材
8 フランジ部材
9 第1嵌合突部
10 第2嵌合突部
11 フランジ部
13 第1連結部
14 第2連結部
17 シール部材
19 嵌合溝
21 吸引空間
26 吸引源
27 環状突部
28 表面
31 力提示装置
34 リンクアーム
35 制御装置
41 操作者
42 腕
50 ばね挟着手段
51a,51b 挟着部材
53 引張コイルばね
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記把持部材が搭載され、面方向に移動自在に設けられる基台と、
前記基台を、操作者への予め定める提示力によって略面方向に移動させる駆動手段と、
前記把持部材と基台とを、予め定める連結力で連結する連結手段とを含むことを特徴とする操作アームの安全装置。 A gripping member gripped by the operator;
A base on which the gripping member is mounted and provided so as to be movable in the surface direction;
Driving means for moving the base in a substantially plane direction by a predetermined presentation force to the operator;
A safety device for an operating arm, comprising: a connecting means for connecting the gripping member and the base with a predetermined connecting force.
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---|---|---|---|---|
JP2020183318A (en) * | 2019-05-09 | 2020-11-12 | 株式会社メイキコウ | Article loading device |
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JP2020183318A (en) * | 2019-05-09 | 2020-11-12 | 株式会社メイキコウ | Article loading device |
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