JP3165763B2 - ハンド保持装置 - Google Patents
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Description
に接続されるハンドをハンド設置台に保持するためのハ
ンド保持装置に関する。
やボルトの締結等の作業を行う宇宙ロボットが開発され
ている。こうしたロボットは複数のハンドを付け替えて
各種作業に対応するようにしている。本発明は、こうし
た複数のハンドのうち、使用されていないハンドをハン
ド設置台に保持する際のハンド保持装置に関し、特に宇
宙空間特有の課題を解決しているものであるが、FAシ
ステムにも適用可能なものである。
は、ロボットアームがハンド設置台に近づき、ロボット
アームの先端に設けられたツールフィクスチャと呼ばれ
るハンド装着機構に装着されたハンドを分離してハンド
設置台に置き、新しいハンドをツールフィクスチャに装
着するということが行われる。
を利用してツールフィクスチャからハンドの分離を行な
っている。また、分離後のハンドの保管に関しても、ハ
ンドの重力を利用してハンドをハンド設置台に拘束して
いる。
重力が殆ど無いため、ツールフィクスチャからハンドを
分離する際には、ハンドをハンド設置台側で保持する必
要があり、また、ハンドの保管時にハンドをハンド設置
台に止め置く保持装置が必要となる。
料の伸縮を考慮して、宇宙ロボットアームの関節はかな
りのガタを持つ。このため、ロボットアーム先端の位置
決め精度が悪く、したがって、ハンドを分離すべくハン
ド設置台の所定位置へ位置決めしたり、新たにハンドを
ツールフィクスチャに装着すべく位置決めしたりする際
に正確な位置決めができず、ハンドの交換がスムーズに
できないという問題点がある。
げ時には激しい振動があるので、ロボットアーム先端を
何処かに固定しておく必要がある。本発明は、このよう
な課題や要請に応えるべくなされたものであり、ハンド
をハンド設置台側で保持することを図ったハンド保持装
置を提供することを目的とする。
や装着がスムーズにできるハンド保持装置を提供するこ
とである。さらに、本発明の他の目的は、衛星の打ち上
げ時にロボットアーム先端を固定できるハンド保持装置
を提供することである。
成するために、図1に示すように、ロボットアーム1の
先端に接続されるハンド2をハンド設置台3に保持する
ためのハンド保持装置が提供される。この装置は、ハン
ド2に接触する爪部を備えるとともに、ハンド設置台3
に固定された軸を中心に回転自在なフック5と、フック
5の回転面に垂直な面を回転面として回転してカム面に
よりフック5を回転させるカム11とを有することを特
徴とする。
径位置のカム面がフック5に接するときフック5が開
き、このときにハンド2がハンド設置台3に装着され
る。その後、カム11が回転され、最大半径位置のカム
面がフック5に接し、これによりフック5が閉じ、フッ
ク5先端の爪部によりハンド2がハンド設置台3に固定
される。
する。図1は、ハンド保持装置を含む宇宙ロボットアー
ムの概略構成を示す正面図である。図中、衛星に固定さ
れた宇宙ロボットアーム1の先端にはハンド2が装着さ
れている。ハンド2はハンド設置台3にハンド保持装置
4によって保持されている。ハンド設置台3は衛星に固
定されている。ここで、ハンド保持装置4に接触するハ
ンド2の部分は円筒状を成しているものとする。
置4の平面図である。ハンド保持装置4は主に、120
度おきに配置された3つのフック5〜7と、120度お
きに配置された3つの円錐ガイド8〜10と、カム11
とから構成され、ハンド設置台3には、円錐ガイド8〜
10が設けられる。
る。フック5〜7はそれぞれ同一の構造を有しているの
で、フック5のみの構造を示し、他のフック6,7の説
明は省略する。
軸5aで支持され、軸5aを中心に矢印12,13方向
に回転自在となっている。フック5の一端にはハンド2
に接触する鉤状の爪部5bが設けられ、他端にはローラ
14がローラ軸15を介して接続される。またフック5
の凸部5cとハンド設置台3の凸部3bとの間にコイル
バネ16が設けられ、このコイルバネ16によりフック
5は常時矢印12方向へ付勢される。
視図である。円錐ガイド8〜10はそれぞれ、ハンド設
置台3に設けられ、ハンド2をハンド設置台3の中心位
置に位置決めするための中心方向を向いたテーパ面8
a,9a,10a(9aは図4では見えず)を備えてい
る。さらに、円錐ガイド10だけは更に、放射方向に沿
ったV字状の溝部10bを備えている。
(A)はカム11の平面図、(B)は(A)のOA位置
でのカム11とフック5との関係を示す立面図、(C)
は(A)のOB位置でのカム11とフック5との関係を
示す立面図である。
0度ごとの回転対称となっており、回転端部にカム面を
有し、このカム面にローラ14,16,17(16,1
7はフック6,7に接続されるローラ)がコイルバネ1
6等の作用により常時接するようになっている。カム1
1の回転面はフック5〜7の回転面に対し直角となって
おり、カム11はステッピングモータ(図示せず)によ
って回転駆動されるものである。また、カム11のカム
面は、最大半径部では回転面に直角に〔図5(B)〕、
最小半径部では回転面に鋭角に〔図5(C)〕設けら
れ、ローラの接触面とカム面との馴染みをよくしてい
る。
を、ハンド保持装置4の立面図である図6および既に参
照した図1〜図5を用いて説明する。まず、カム11の
最小半径部がローラ14,16,17に接していて、フ
ック5〜7が図5(C)に示すような回転位置にあると
き、ハンド2がハンド設置台3に接近し、ハンド設置台
3に設けられた円錐ガイド8〜10のテーパ面8a,9
a,10aに沿って移動し、その結果、ハンド2がハン
ド設置台3の中心へ位置決めされる。これと同時に、ハ
ンド2の円筒側面に設けられた棒状のガイドピン2aが
円錐ガイド10aに設けられた溝部10bのV字壁面に
沿って溝底に移動し、これにより、ハンド2が所定の回
転位置に位置決めされる。
より回転される。これにより、カム11の最大半径部が
ローラ14,16,17に接し、フック5〜7が図5
(B)に示すような回転位置に移動し、これによりハン
ド2がハンド設置台3に固定される。
5〜7の回転面に対し直角となっているため、力の伝達
が不可逆となり、一度閉じたフック5〜7は振動等によ
り開くことはなく、確実で高い剛性をもったハンド2の
保持ができる。したがって、重力が殆ど無い宇宙空間で
も、ロボットアーム1のツールフィクスチャ(図示せ
ず)からハンド2を容易に分離でき、また、ハンド2の
保管時にハンド2をハンド設置台3に確実に止め置くこ
とができる。
1の先端にハンド2を装着したまま、剛性の高い本発明
のハンド保持装置によってハンド2をハンド設置台3に
保持しておけば、ロボットアーム1の固定は容易に実現
できる。
場合でも、フック5〜7の爪部の形状や円錐ガイド8〜
10のテーパ面8a,9a,10aの形状を変更するだ
けで対処できる。
〜7やカム11等の部品寸法にばらつきがあった場合、
フック5〜7のハンド2への接触状態や押しつけ力が所
望のものにならない恐れがある。フック5〜7がハンド
2に接触しない場合はハンド2を確実に保持できず、ま
た、押しつけ力が過大な場合はハンド2が破壊されるこ
とになる。こうしたことを考慮したフックを図7を参照
して説明する。
るフックを説明する図であり、(A)は調整手段を含む
フックおよびローラ付近の斜視図、(B)はそれらの断
面図である。すなわち、フック18の端部にローラ19
を、ローラ軸20および調整手段21を介して接続す
る。フック18の構成は図3に示した構成と同一であ
り、ローラ19は、図7の上部でカム11(図示せず)
のカム面に接触する。調整手段21は円柱状を成してお
り、調整手段21の一端にローラ軸20が、この円柱に
対して偏心した軸位置で固定されている。調整手段21
の他端の円柱部はフック18の端部に埋め込まれてお
り、先端にマイナスドライバと係合するすりわり21a
が設けられている。また、フック18には、この調整手
段21の他端の円柱部に当接する位置にロックネジ22
が設けられている。
マイナスドライバを係合して調整手段21を回転させる
と、ローラ軸20は、軸が偏心しているために、図にお
いて上下方向に移動して、ローラ19の位置が上下方向
に調節される。ローラ19の位置が適切な位置になった
ときにロックネジ22によって調整手段21を固定し、
回転しないようにする。
ンドへの接触状態や押しつけ力を所望のものに調整がで
き、ハンドをハンド設置台に確実に固定できる。つぎ
に、こうしたハンド保持装置が設けられたハンド設置台
を、基台となる衛星から浮かせ、基台の面に沿って移動
できるようにした第1の装置を図8を参照して説明す
る。
した第1の装置を示し、(A)はその平面図、(B)は
その立面図である。なお、ハンド保持装置は、図1〜図
6で示した構成と同一であるので、同一の符号を付して
説明を省略する。なお、図8(B)では、フック5〜
7、円錐ガイド8,9、カム11等の図示が省略されて
いる。
行リンク機構24を介して基台に接続される。ベアリン
グ23は、ハンド設置台3に、基台の平面に平行な平面
を回転面とする回転を自在に行わせるためのものであ
り、言い換えれば、ベアリング23は、ハンド設置台3
をハンド設置台3の平面内で回転自在に支持するもので
あり、また、平行リンク機構24は、ハンド設置台3
を、基台に平行な平面に沿って姿勢を保持したまま移動
自在にするためのものである。
4との間には、両端をハンド設置台3と平行リンク機構
24とに固着した蔓巻きバネ25が設けられる。蔓巻き
バネ25は、基台に対するハンド設置台3の回転位置を
原点位置に保持するためのものである。
ド設置台3を所定の平面原点位置に復帰させるための復
帰手段26が設けられる。なお、図8(B)では復帰手
段26の図示が省略されている。
すなわち、ハンド設置台3の一部3cに円筒部26aが
設けられ、基台に設けられたポスト26b〜26d(2
6dは図9では見えず)と円筒部26aとの間に3本の
コイルバネ26e〜26g(26gは図9では見えず)
が配置される。円筒部26aの内部にはコイルバネ26
hおよび鋼球26iが設けられ、また、この鋼球26i
の受け側として基台に受け台26jが設けられる。受け
台26jは、位置決め用の窪み部26jaとガイド部2
6jbとを有する。
ハンド設置台3の一部3cは、3本のコイルバネ26e
〜26gによる付勢力の均衡した位置に常に復帰しよう
とする。また、その均衡位置付近では復帰力が弱いの
で、均衡位置付近に受け台26jの窪み部26jaを配
置する。これにより、コイルバネ26hの付勢力で鋼球
26iが窪み部26jaに落ち込み、ハンド設置台3を
所定の平面原点位置に正確に復帰させることができる。
なお、ガイド部26jbは、ハンド設置台3の一部3c
がコイルバネ26e〜26gの付勢力に抗して大幅に移
動することを阻止するためのものである。
に、ハンド設置台3の平面移動運動を阻止する阻止手段
27が設けられる。なお、図8(B)では阻止手段27
の図示が省略されている。
る。まず、ハンド設置台3の一部3dにピン穴3daが
設けられる。このピン穴3daに挿入されるピンを備え
たフック27aが基台に回転自在に支持される。上記ピ
ンの形状は円錐状にしてピン穴3daからのピンの離脱
を容易にする。このフック27aにはローラ27bが取
り付けられ、このローラ27bに接するカム27cが基
台に設けられる。カム27cは、フック27aの回転面
と直角な面を回転面として、力の伝達が不可逆となるよ
うにし、一度閉じたフック27aが振動等で開かないよ
うにする。なお、カム27cはカム駆動モータ27dに
よって駆動される。
カム27cの回転によってフック27aが矢印28方向
に回転し、これによってフック27aに設けられたピン
がハンド設置台3の一部3dのピン穴3daに挿入また
は離脱される。挿入されたときはハンド設置台3の平面
移動が阻止されるとともに、カム27cとフック27a
との間の力の伝達が不可逆であることにより、高い剛性
をもってハンド設置台3を衛星本体に固定でき、また、
フック27aに設けられたピンの離脱は、ピンの形状を
円錐状にしたことにより確実に行われ得る。
を、つぎに説明する。まず、ハンド2がハンド設置台3
に搭載されていないときには、蔓巻きバネ25により、
ハンド設置台3の回転位置が原点位置に復帰保持されて
おり、また、復帰手段26により、ハンド設置台3が所
定の平面原点位置に復帰保持されている。このように原
点位置への復帰を図ることにより、ベアリング23およ
び平行リンク機構24、所謂コンプライアンス機構に起
因する、ハンド2がハンド設置台3に結合するときの位
置ずれの堆積を防止できる。なお、衛星の打ち上げ時等
には阻止手段27により、コンプライアンス機構で支持
されたハンド設置台3が固定されており、打ち上げ後に
は阻止手段27がハンド設置台3の固定を開放する。
がハンド設置台3の固定を開放した後、ハンド2がハン
ド設置台3に接近し、ハンド設置台3に設けられた円錐
ガイド8〜10に接すると、平行リンク機構24がハン
ド2の位置に追従して作動し、ハンド設置台3を、基台
に平行な平面に沿って姿勢を保持したまま移動させる。
また、ハンド2の円筒側面に設けられた棒状のガイドピ
ン2aが円錐ガイド10aに設けられた溝部10bのV
字壁面に接したときに、ベアリング23がハンド2の回
転位置に追従して作動し、ハンド設置台3を、ハンド設
置台3の平面内で回転させる。
アンス機構を設置し柔軟性を持たせる場合が多いが、そ
の可動範囲は±数mmである。それに対し、故意にガタ
を持たせた宇宙ロボットアームでは±10mm前後の誤
差がある。しかし、上記のような平行リンク機構24お
よびベアリング23の設置により、ロボットアームの先
端位置誤差を十分吸収することができ、先端位置精度の
悪いロボットアームでもハンド交換、装着等が確実に行
える。また、平行リンク機構を用いたことにより、平面
内での姿勢が一定に保て、また、比較的軽量な装置を得
ることが可能となる。
aとローラ27bの回転軸との間に、図7に示すような
偏心軸を備えた調整手段を介在させ、この調整手段によ
り両者の距離を調節するようにする。これにより、ピ
ン、ピン穴、カム等の部品寸法のばらつきに起因するピ
ンのピン穴からの外れや、ピンのハンド設置台への押し
つけ力の不適切を防止でき、ハンド設置台を衛星本体に
確実に固定できる。
ド設置台を、基台となる衛星から浮かせ、基台の面に沿
って移動できるようにした第2の装置を図11を参照し
て説明する。
支持した第2の装置を示し、(A)はその平面図、
(B)はその立面図である。なお、ハンド保持装置は、
図1〜図6で示した構成と同一であるので、同一の符号
を付して説明を省略する。なお、図11(B)では、フ
ック5〜7、円錐ガイド8,9、カム11等の図示が省
略されている。
ニアガイド機構29を介して基台に接続される。ベアリ
ング23は図8で示したものと同一の構成をもつ。ま
た、リニアガイド機構29は、2組のリニアガイドを互
いに直交させたものであって、図8で示した平行リンク
機構24と同一の機能を有し、ハンド設置台3を、基台
に平行な平面に沿って姿勢を保持したまま移動させる。
接近し、ハンド設置台3に設けられた円錐ガイド8〜1
0に接したときに、リニアガイド機構29がハンド2の
位置に追従して作動し、ハンド設置台3を、基台に平行
な平面に沿って姿勢を保持したまま移動させる。また、
ハンド2の円筒側面に設けられた棒状のガイドピン2a
が円錐ガイド10aに設けられた溝部10bのV字壁面
に接したときに、ベアリング23がハンド2の回転位置
に追従して作動し、ハンド設置台3を、ハンド設置台3
の平面内で回転させる。
差を十分吸収することができ、先端位置精度の悪いロボ
ットアームでもハンド交換、装着等が行える。また、リ
ニアガイド機構を用いたことにより、平面内での姿勢が
一定に保て、また、比較的剛性の高い装置を得ることが
可能となる。
第2の装置にも、第1の装置と同様に、蔓巻きバネ2
5、復帰手段26、阻止手段27が設けられ、同様な動
作を行う。
ロボットアーム用のハンド保持装置を説明したが、本発
明を、地上のFAシステムで使用されるロボットアーム
用のハンド保持装置に適用するようにしてもよい。
に接触するハンド2の部分は円筒状を成しているものと
したが、この部分が円筒状でない場合は、ハンドに円筒
状または円盤状のガイドを設けるようにする。
を保持するフックと、フックの回転駆動を行うカムとを
設けることにより、ハンドをハンド設置台側で確実に保
持することが可能となり、また衛星の打ち上げ時にロボ
ットアーム先端を固定することもできるようになる。特
に、フックとローラの回転軸との距離を調整する調整手
段を設けたので、フックのハンドへの接触状態や押し付
け力を所望のものに調整でき、ハンドをハンド設置台に
確実に固定できる。そして、ハンドをハンド設置台の所
定の位置に位置決めするためのテーパ面有するガイドを
設けたので、位置決めを確実に行うことができ、より確
実にハンドを固定できる。
機構、ベアリング、蔓巻きバネ、復帰手段を設けること
により、ハンドの分離や装着がスムーズにできるように
なる。
星の打ち上げ時の振動に耐えられるハンド保持装置を提
供することでできる。
略構成を示す正面図である。
ある。
図、(B)は(A)のOA位置でのカムとフックとの関
係を示す立面図、(C)は(A)のOB位置でのカムと
フックとの関係を示す立面図である。
明する図であり、(A)は調整手段を含むフック及びロ
ーラ付近の斜視図、(B)はそれらの断面図である。
置を示し、(A)はその平面図、(B)はその立面図で
ある。
の装置を示し、(A)はその平面図、(B)はその立面
図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 ロボットアーム(1)の先端に接続され
るハンド(2)をハンド設置台(3)に保持するための
ハンド保持装置において、 前記ハンド(2)に接触する爪部を備えるとともに、前
記ハンド設置台(3)に固定された軸を中心に回転自在
なフック(5)と、 カム面を備え、前記フック(5)の回転面に垂直な面を
回転面として回転して前記カム面により前記フック
(5)を回転させるカム(11)と、前記フック(5)に設けられ、前記カム(11)のカム
面と接触するローラと、 前記フック(5)と前記ローラの回転軸との間に介在さ
れ、両者の距離を調節するための偏心した軸を備えた調
整手段と、 前記ハンド設置台(3)に設けられ、前記ハンド(2)
を前記ハンド設置台(3)の所定位置に位置決めするた
めのテーパ面を備えたガイドと、 を有することを特徴とするハンド保持装置。 - 【請求項2】 前記ハンド(2)に設けられたガイドピ
ンと、 前記ガイドに設けられ、前記ガイドピンと係合して前記
ハンド(2)の回転位置を位置決めするためのV字状の
溝部と、 を更に有することを特徴とする請求項1記載のハンド保
持装置。 - 【請求項3】 ロボットアーム(1)の先端に接続され
るハンド(2)をハンド設置台(3)に保持するための
ハンド保持装置において、 前記ハンド(2)に接触する爪部を備えるとともに、前
記ハンド設置台(3)に固定された軸を中心に回転自在
なフック(5)と、 カム面を備え、前記フック(5)の回転面に垂直な面を
回転面として回転して前記カム面により前記フック
(5)を回転させるカム(11)と、 基台に設けられ、前記ハンド設置台(3)を支持する平
行リンクと、 を有することを特徴とするハンド保持装置。 - 【請求項4】 前記基台と前記ハンド設置台(3)との
間に設けられた複数のコイルバネからなり、前記ハンド
設置台(3)を所定の平面原点位置に復帰させるための
復帰手段を、更に有することを特徴とする請求項3記載
のハンド保持装置。 - 【請求項5】 前記ハンド設置台(3)に設けられたピ
ン穴と、 前記基台に設けられ、前記ピン穴に係合するピンを備え
た係合手段と、 を更に有することを特徴とする請求項3記載のハンド保
持装置。 - 【請求項6】 前記係合手段は、前記基台に固定された
軸を中心に回転自在なフック部と、前記フック部の回転
面に垂直な面を回転面として回転してカム面により前記
フック部を回転させるカム部と、前記フック部に設けら
れ、前記カム部のカム面と接触するローラ部と、前記フ
ック部と前記ローラ部の回転軸との間に介在され、両者
の距離を調節するための偏心した軸を備えた調整部とを
有することを特徴とする請求項5記載のハンド保持装
置。 - 【請求項7】 前記平行リンクと前記ハンド設置台
(3)との間に介在され、前記ハンド設置台(3)を前
記ハンド設置台(3)の平面内で回転自在に支持するベ
アリングを、更に有することを特徴とする請求項3記載
のハンド保持装置。 - 【請求項8】 前記基台と前記ハンド設置台(3)との
間に介在され、前記基台に対する前記ハンド設置台
(3)の回転位置を原点位置に保持するための蔓巻きバ
ネを、更に有することを特徴とする請求項7記載のハン
ド保持装置。 - 【請求項9】 ロボットアーム(1)の先端に接続され
るハンド(2)をハンド設置台(3)に保持するための
ハンド保持装置において、 前記ハンド(2)に接触する爪部を備えるとともに、前
記ハンド設置台(3)に固定された軸を中心に回転自在
なフック(5)と、 カム面を備え、前記フック(5)の回転面に垂直な面を
回転面として回転して前記カム面により前記フック
(5)を回転させるカム(11)と、 基台に設けられ、前記ハンド設置台(3)を支持するリ
ニアガイドと、 を有することを特徴とするハンド保持装置。 - 【請求項10】 前記基台と前記ハンド設置台(3)と
の間に設けられた複数のコイルバネからなり、前記ハン
ド設置台(3)を所定の平面原点位置に復帰させるため
の復帰手段を、更に有することを特徴とする請求項9記
載のハンド保持装置。 - 【請求項11】 前記ハンド設置台に設けられたピン穴
と、 前記基台に設けられ、前記ピン穴に係合するピンを備え
た係合手段と、 を更に有することを特徴とする請求項9記載のハンド保
持装置。 - 【請求項12】 前記係合手段は、前記基台に固定され
た軸を中心に回転自在なフック部と、前記フック部の回
転面に垂直な面を回転面として回転してカム面により前
記フック部を回転させるカム部と、前記フック部に設け
られ、前記カム部のカム面と接触するローラ部と、前記
フック部と前記ローラ部の回転軸との間に介在され、両
者の距離を調節するための偏心した軸を備えた調整部と
を有することを特徴とする請求項11記載のハンド保持
装置。 - 【請求項13】 前記リニアガイドと前記ハンド設置台
(3)との間に介在され、前記ハンド設置台(3)を前
記ハンド設置台(3)の平面内で回転自在に支持するベ
アリングを、更に有することを特徴とする請求項9記載
のハンド保持装置。 - 【請求項14】 前記基台と前記ハンド設置台(3)と
の間に介在され、前記基台に対する前記ハンド設置台
(3)の回転位置を原点位置に保持するための蔓巻きバ
ネを、更に有することを特徴とする請求項9記載のハン
ド保持装置。
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---|---|---|---|
JP21964093A JP3165763B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | ハンド保持装置 |
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JP21964093A JP3165763B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | ハンド保持装置 |
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JP21964093A Expired - Fee Related JP3165763B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | ハンド保持装置 |
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JP3868474B1 (ja) * | 2006-05-08 | 2007-01-17 | 司工機株式会社 | 加工工具 |
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1993
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