JPH0211520B2 - - Google Patents

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JPH0211520B2
JPH0211520B2 JP57210103A JP21010382A JPH0211520B2 JP H0211520 B2 JPH0211520 B2 JP H0211520B2 JP 57210103 A JP57210103 A JP 57210103A JP 21010382 A JP21010382 A JP 21010382A JP H0211520 B2 JPH0211520 B2 JP H0211520B2
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JP
Japan
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arm
joint
gear
stand
respect
Prior art date
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JP57210103A
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Japanese (ja)
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JPS5999141A (en
Inventor
Makoto Kuboyama
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPS5999141A publication Critical patent/JPS5999141A/en
Publication of JPH0211520B2 publication Critical patent/JPH0211520B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/28Counterweights, i.e. additional weights counterbalancing inertia forces induced by the reciprocating movement of masses in the system, e.g. of pistons attached to an engine crankshaft; Attaching or mounting same

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は、スタンドの先端部の第一関節に回動
自在に第一アームを設けると共にこの第一アーム
の先端部の第二関節に回動自在に第二アームを設
けてなり任意の位置で各アームをバランスして静
止できる二関節自立形アームのアームバランス機
構に関し、特にアーム装置全体を小形かつ軽量と
することができるアームバランス機構に関する。
[Detailed Description of the Invention] (1) Technical Field of the Invention The present invention provides a first arm rotatably provided at a first joint at the distal end of a stand, and a rotatable first arm at a second joint at the distal end of the first arm. This invention relates to an arm balance mechanism for a two-jointed free-standing arm that has a second arm that is movable so that each arm can balance and stand still at any position, and particularly relates to an arm balance mechanism that can make the entire arm device small and lightweight. .

(2) 従来技術と問題点 従来のこの種のアームにおいて第二アームの先
端部を操作して第一及び第二アームを適宜の角度
回動した場合に、第一及び第二アームのそれぞれ
の関節に作用するトルクを打ち消して上記第二ア
ームの操作を停止した位置で各アームをバランス
して静止させるには、上記第一及び第二アームの
それぞれ関節の外方に腕を延長して該関節に作用
するトルクとつり合うだけの錘りを上記腕に取り
付けていた。しかしこの場合、上記錘りの分だけ
アーム装置全体の重量が増加するものであつた。
また、上記錘りは第一及び第二アームの関節外方
に腕を延ばして取り付けるため、上記腕の長さ分
だけアーム装置全体が大形化するものであつた。
さらに、上記腕と錘りが関節外方に延びて設けら
れていたので、アーム装置の設置空間及びアーム
の操作空間が大きくなるものであつた。
(2) Prior Art and Problems In a conventional arm of this type, when the tip of the second arm is operated to rotate the first and second arms by an appropriate angle, the respective angles of the first and second arms are In order to cancel out the torque acting on the joints and keep each arm balanced and stationary at the position where the operation of the second arm is stopped, extend the arms outward from the joints of each of the first and second arms. A weight sufficient to balance the torque acting on the joint was attached to the arm. However, in this case, the weight of the entire arm device increases by the weight.
Further, since the weight is attached by extending the arms outside the joints of the first and second arms, the entire arm device becomes larger by the length of the arms.
Furthermore, since the arm and the weight are provided extending outside the joint, the installation space for the arm device and the space for operating the arm become large.

(3) 発明の目的 本発明は上記の問題点を解消するためになされ
たもので、アーム装置全体を小形かつ軽量とする
ことができると共に設置空間及び操作空間を小さ
くすることができるアームバランス機構を提供す
ることを目的とする。
(3) Purpose of the Invention The present invention has been made to solve the above problems, and provides an arm balance mechanism that can make the entire arm device small and lightweight, and can also reduce the installation space and operation space. The purpose is to provide

(4) 発明の構成 そして上記の目的は本発明によれば、取付台に
固定されるスタンドの先端部に設けられた第一関
節に該スタンドに対して回動自在の第一アームを
枢着すると共に、この第一アームの先端部に設け
られた第二関節に該第一アームに対して回動自在
の第二アームを枢着し、上記第一アームに対する
第二アームの開き角とスタンドに対する第一アー
ムの傾斜角との差を取り出す差動歯車を第一アー
ムに設け、この差動歯車の回転角を取り出す出力
レバーにかかるトルクを定出力ばねで打ち消すと
共に、第一アームの傾斜によつて第一関節にかか
るトルクを他の定出力ばねで打ち消すようにした
ことを特徴とするアームバランス機構を提供する
ことによつて達成される。
(4) Structure of the Invention According to the present invention, the above object is achieved by pivoting a first arm rotatable with respect to the stand to a first joint provided at the tip of the stand fixed to a mounting base. At the same time, a second arm rotatable with respect to the first arm is pivotally connected to a second joint provided at the tip of the first arm, and the opening angle of the second arm with respect to the first arm and the stand are A differential gear is provided on the first arm to extract the difference between the angle of inclination of the first arm and the rotation angle of the differential gear. This is achieved by providing an arm balance mechanism characterized in that the torque applied to the first joint is canceled out by another constant output spring.

(5) 発明の実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基いて詳細
に説明する。
(5) Embodiments of the invention Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明によるアームバランス機構を示
す概略説明図である。取付台1に垂直に固定され
るスタンド2の先端部に設けられた第一関節O1
には、該スタンド2に対して回動自在の第一アー
ムA1が枢着されている。そして、この第一アー
ムA1の先端部に設けられた第二関節O2には、該
第一アームA1に対して回動自在の第二アームA2
が枢着されている。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing an arm balance mechanism according to the present invention. A first joint O 1 provided at the tip of the stand 2 that is vertically fixed to the mounting base 1
A first arm A1 that is rotatable with respect to the stand 2 is pivotally connected to the stand 2. A second joint O2 provided at the tip of the first arm A1 includes a second arm A2 that is rotatable with respect to the first arm A1 .
is pivoted.

ここで、第一アームA1及び第二アームA2は一
様な棒状体であるとして、それらの長さをそれぞ
れl1、l2とし、それらの自重をそれぞれW1、W2
とする。また、第二アームA2の先端に作用する
荷重をW3とし、アームを操作したときの垂直な
スタンド2に対する第一アームA1の傾斜角をθ1
上記第一アームA1に対する第二アームA2の開き
角をθ2とする。
Here, assuming that the first arm A 1 and the second arm A 2 are uniform rod-shaped bodies, their lengths are respectively l 1 and l 2 , and their own weights are W 1 and W 2 , respectively.
shall be. Further, the load acting on the tip of the second arm A 2 is W 3 , and the inclination angle of the first arm A 1 with respect to the vertical stand 2 when the arm is operated is θ 1 ,
The opening angle of the second arm A 2 with respect to the first arm A 1 is defined as θ 2 .

この場合、まず、第二アームA2によつて第二
関節O2に作用するトルクT2は、自重W2は第二ア
ームA2の重心にかかるとして、 T2=W2×l2/2sinθ+W3×l2sinθ =(W2/2+W3)l2sinθ ここで、第1図からも明らかなようにθ=θ2
θ1であるから、 T2=(W2/2+W3)l2sin(θ2−θ1)……(1) となる。次に、第二アームA2及び第一アームA1
によつて第一関節O1に作用するトルクT1は、同
じく自重W1は第一アームA1の重心にかかるとし
て、 T1=W1×l1/2sinθ1+(W2+W3)×l1sinθ1+T2 =(W1/2+W2+W3)l1sinθ1+T2 ……(2) となる。
In this case, first, the torque T 2 acting on the second joint O 2 by the second arm A 2 is expressed as T 2 = W 2 × l 2 / assuming that the weight W 2 is applied to the center of gravity of the second arm A 2 . 2 sin θ + W 3 × l 2 sin θ = (W 2 /2 + W 3 ) l 2 sin θ Here, as is clear from Figure 1, θ = θ 2
Since θ 1 , T 2 =(W 2 /2+W 3 )l 2 sin(θ 2 −θ 1 )...(1). Next, the second arm A 2 and the first arm A 1
The torque T 1 acting on the first joint O 1 due to the equation is T 1 = W 1 ×l 1 /2sinθ 1 + (W 2 + W 3 ), assuming that the self-weight W 1 is applied to the center of gravity of the first arm A 1 . ×l 1 sinθ 1 +T 2 = (W 1 /2 + W 2 + W 3 )l 1 sinθ 1 +T 2 ...(2).

上記(1)、(2)式から、まず、第二アームA2を任
意の位置でバランスして静止させるためには、第
二関節O2に(1)式で表わされるT2と等しい大きさ
の反トルクをかけて上記トルクT2を打ち消して
やればよい。このようにして第二アームA2をバ
ランスさせたならば、上記(2)式においてT2=0
となるから、第一アームA1を任意の位置でバラ
ンスして静止させるためには、 T1′=(W1/2+W2+W3)l1sinθ1 ……(3) で表わされるT1′と等しい大きさの反トルクを第
一関節O1にかけてやればよい。すなわち、第二
関節O2における第二アームA2の操作角度θ=θ2
−θ1を取り出して上記(1)式で表わされるT2と等
しい反トルクを上記第二関節O2にかけると共に、
第一関節における第一アームA1の傾斜角度θ1
取り出して上記(3)式で表わされるT1′と等しい反
トルクを上記第一関節O1にかけてやれば、第一
アームA1及び第二アームA2を共に任意の位置で
バランスして静止させることができる。
From equations (1) and (2) above, first, in order to balance and keep the second arm A 2 stationary at an arbitrary position, the second joint O 2 must have a size equal to T 2 expressed by equation (1). The above torque T 2 can be canceled out by applying a counter torque of . If the second arm A 2 is balanced in this way, then T 2 = 0 in the above equation (2).
Therefore, in order to keep the first arm A 1 balanced and stationary at an arbitrary position, T 1 expressed as T 1 ′ = (W 1 /2 + W 2 + W 3 )l 1 sinθ 1 ...( 3 ) ′ can be applied to the first joint O 1 . That is, the operating angle θ of the second arm A 2 at the second joint O 2 = θ 2
−θ 1 and apply a counter torque equal to T 2 expressed by the above equation (1) to the second joint O 2 , and
If we take the inclination angle θ 1 of the first arm A 1 at the first joint and apply a counter torque equal to T 1 ' expressed by the above equation (3) to the first joint O 1 , the first arm A 1 and the first Both arms A2 can be balanced and stationary at any position.

次に、本発明によるアームバランス機構の具体
的な構造を第2図を参照して説明する。スタンド
2は、アーム装置全体の支えとなるもので、適宜
の取付台の上に垂直に固定される。このスタンド
2の先端部には固定歯車3が固着されており、こ
の固定歯車3の中心を通つて該歯車3に固着され
た棒状の第一関節O1が張設されている。そして、
上記第一関節O1の両端部には、細長状の側板4,
4′の下端部を上記両端部にベアリング5,5を
利用して回動可能に結合して平行に配置された第
一アームA1が設けられている。したがつて、第
一アームA1は第一関節O1のまわりに矢印B,C
のように回動することとなる。
Next, the specific structure of the arm balance mechanism according to the present invention will be explained with reference to FIG. The stand 2 supports the entire arm device and is vertically fixed on a suitable mounting base. A fixed gear 3 is fixed to the tip of the stand 2, and a rod-shaped first joint O1 fixed to the gear 3 is stretched through the center of the fixed gear 3. and,
At both ends of the first joint O1 , there are elongated side plates 4,
A first arm A1 is provided, the lower end of which is rotatably connected to both ends of the arm 4' using bearings 5, 5, and which are arranged in parallel. Therefore, the first arm A1 has arrows B and C around the first joint O1 .
It will rotate like this.

上記第一アームA1の先端部には、棒状の第二
関節O2が上記第一関節O1と略平行に張設されて
いる。この第二関節O2は、上記第一アームA1
ベアリング5′,5′を利用して回転可能に張設さ
れると共に略中央部にはプーリ6が設けられてお
り、該第二関節O2の一側端には適宜の長さで棒
状の第二アームA2が固着されている。したがつ
て、この第二アームA2を第二関節O2のまわりに
回動すると、上記プーリ6は矢印D,Eのように
上記第二関節O2と共に回動することとなる。な
お、この第二アームA2の先端部には、適宜の測
定器等が取り付けられる。
A rod-shaped second joint O 2 is stretched substantially parallel to the first joint O 1 at the tip of the first arm A 1 . This second joint O2 is rotatably stretched over the first arm A1 using bearings 5', 5', and a pulley 6 is provided approximately at the center. A rod-shaped second arm A 2 of an appropriate length is fixed to one end of O 2 . Therefore, when the second arm A2 is rotated around the second joint O2 , the pulley 6 is rotated together with the second joint O2 as shown by arrows D and E. Note that an appropriate measuring device or the like is attached to the tip of the second arm A2 .

上記第一アームA1の下端の二枚の側板4,
4′の間には、差動歯車7が設けられている。こ
の差動歯車7は、上記第二アームA2の第一アー
ムA1に対する開き角θ2と、第一アームA1のスタ
ンド2に対する傾斜角θ1との差を取り出すもので
ある。上記第二関節O2のプーリ6と対向する位
置に設けられた他のプーリ6′との間にはタイミ
ングベルト8が巻回されており、上記プーリ6′
には第二入力歯車9が軸で結合されている。この
第二入力歯車9は、上記第二アームA2の開き角
θ2を差動歯車7に入力するもので、該差動歯車7
を構成する一方の歯車11とかみ合つている。差
動歯車7は第4,5図に示すように、第一入力歯
車12に軸26,27がピン28で固着され、軸
26に歯車11と出力歯車14が、軸27に歯車
29がそれぞれ回動自在にかみ合う歯車列を構成
する。この差動歯車7の回転は歯車11の回転を
N1、第一入力歯車12の回転をN2、出力歯車1
4の回転をN3とすると次の式となる。N3=2N2
−N1 第一アームA1の傾斜角θ1は、第一アームA1
矢印B、C方向に回動すると、第一関節O1に固
着した固定歯車3と歯数比1:2でかみ合う第一
入力歯車12が回動し差動歯車7に傾斜角θ1が入
力される。このように、、第一入力歯車12及び
第二入力歯車9によつて入力された角度θ1、θ2
は、かさ歯車の組み合せからなる差動歯車機構に
より、差動歯車7を構成する他方の歯車14にそ
の差θ2−θ1が出力される。この出力歯車14に
は、他の歯車15がかみ合されており、この歯車
15の回転軸には出力レバー16が固着されてお
り、上記出力歯車14の回転に応じて適宜の角度
回動する。この出力レバー16の先端には、第二
アームバランス用の定出力ばね17の出力端18
が連結されている。この定出力ばね17のばね力
及び上記出力レバー16の長さは、上記第二関節
O2に作用するトルク、すなわち前述の(1)式の
(W2/2+W3)l2と等しい値となるように選択され ている。
The two side plates 4 at the lower end of the first arm A1 ,
4', a differential gear 7 is provided. This differential gear 7 takes out the difference between the opening angle θ 2 of the second arm A 2 with respect to the first arm A 1 and the inclination angle θ 1 of the first arm A 1 with respect to the stand 2. A timing belt 8 is wound between the pulley 6 of the second joint O 2 and another pulley 6' provided at an opposing position.
A second input gear 9 is coupled to the shaft by a shaft. This second input gear 9 inputs the opening angle θ 2 of the second arm A 2 to the differential gear 7 .
It meshes with one of the gears 11 that constitutes the. As shown in FIGS. 4 and 5, the differential gear 7 has shafts 26 and 27 fixed to the first input gear 12 with pins 28, and the shaft 26 has the gear 11 and the output gear 14, and the shaft 27 has the gear 29, respectively. It constitutes a gear train that meshes with each other in a rotatable manner. The rotation of the differential gear 7 is caused by the rotation of the gear 11.
N 1 , the rotation of the first input gear 12 is N 2 , the output gear 1
Letting the rotation of 4 be N3 , the following equation is obtained. N3 = 2N2
−N 1 The inclination angle θ 1 of the first arm A 1 is such that when the first arm A 1 is rotated in the directions of arrows B and C, the ratio of the number of teeth to the fixed gear 3 fixed to the first joint O 1 is 1:2. The meshing first input gear 12 rotates, and the inclination angle θ 1 is input to the differential gear 7. In this way, the angles θ 1 and θ 2 input by the first input gear 12 and the second input gear 9
The difference θ 2 −θ 1 is outputted to the other gear 14 of the differential gear 7 by a differential gear mechanism consisting of a combination of bevel gears. This output gear 14 is meshed with another gear 15, and an output lever 16 is fixed to the rotating shaft of this gear 15, and rotates by an appropriate angle in accordance with the rotation of the output gear 14. . At the tip of this output lever 16, an output end 18 of a constant output spring 17 for second arm balance is attached.
are connected. The spring force of this constant output spring 17 and the length of the output lever 16 are determined by the second joint.
The value is selected to be equal to the torque acting on O 2 , that is, (W 2 /2+W 3 )l 2 in equation (1) above.

また、スタンド2の中間部には、レバー19が
突出しており、このレバー19の先端部に第一ア
ームバランス用の定出力ばね20の出力端21が
連結されている。この定出力ばね20のばね力及
び第一関節O1からレバー19の付け根に至る長
さは、上記第一関節O1に作用させるべきトルク、
すなわち前述の(3)式の(W1/2+W2+W3)l1と等 しい値となるように選択されている。
Further, a lever 19 protrudes from an intermediate portion of the stand 2, and an output end 21 of a constant output spring 20 for first arm balance is connected to the tip of the lever 19. The spring force of this constant output spring 20 and the length from the first joint O1 to the base of the lever 19 are determined by the torque to be applied to the first joint O1 ,
That is, the value is selected to be equal to (W 1 /2+W 2 +W 3 )l 1 in the above-mentioned equation (3).

このように構成されたアームバランス機構にお
いて、第二アームA2を操作して第一アームA1
び第二アームA2を適宜回動したとき、第二アー
ムA2によつて第二関節O2にかかるトルクを定出
力ばね17で打ち消すと共に、第一アームA1
よつて第一関節O1にかかるトルクを他の定出力
ばね20で打ち消し、第一アームA1及び第二ア
ームA2を共に任意の位置でバランスして静止さ
せることができる。
In the arm balance mechanism configured in this way, when the second arm A 2 is operated and the first arm A 1 and the second arm A 2 are rotated appropriately, the second joint O is moved by the second arm A 2 . 2 is canceled out by the constant output spring 17, and the torque applied to the first joint O1 by the first arm A1 is canceled out by another constant output spring 20, and the torque applied to the first arm A1 and the second arm A2 is canceled out by the other constant output spring 20. Both can be balanced and stationary at any position.

第3図は本発明によるアームバランス機構の使
用の一例を示すもので、診察台22の上に患者2
3を寝かせ、この患者23の例えば胸部を診断す
る装置24において、第二アームA2の先端に診
察用のプロープ25を取り付け、このプロープ2
5を適宜移動してその位置で静止させ診断するよ
うにしたものである。
FIG. 3 shows an example of the use of the arm balance mechanism according to the present invention, in which a patient is placed on an examination table 22.
In the device 24 for diagnosing, for example, the chest of this patient 23, a diagnostic probe 25 is attached to the tip of the second arm A2 , and this probe 2
5 is appropriately moved and then stopped at that position for diagnosis.

(6) 発明の効果 本発明は以上のように構成されたので、第二ア
ームA2を操作して第一アームA1及び第二アーム
A2を適宜回動したとき、それぞれの関節O1,O2
にかかるトルクを定出力ばね17,20で打ち消
し、第一アームA1及び第二アームA2を共に任意
の位置でバランスして静止させることができる。
また、従来のようにバランス用の錘りを取り付け
ることを要さないので、アーム装置全体の重量を
軽くすることができる。さらに、上記錘りを取り
つけるため従来のように第一、第二の関節外方に
腕を延ばすことを要さないので、アーム装置全体
を小形化することができる。このことから、アー
ム装置の設置空間及びアームの操作空間を小さく
することができる。
(6) Effects of the Invention Since the present invention is configured as described above, by operating the second arm A2 , the first arm A1 and the second arm
When A 2 is rotated appropriately, each joint O 1 , O 2
The torque applied to the arm is canceled out by the constant output springs 17 and 20, and both the first arm A1 and the second arm A2 can be balanced and stationary at an arbitrary position.
Further, since it is not necessary to attach a weight for balance as in the conventional case, the weight of the entire arm device can be reduced. Furthermore, since it is not necessary to extend the arm outside the first and second joints as in the conventional art in order to attach the weight, the entire arm device can be downsized. Therefore, the installation space for the arm device and the operation space for the arm can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるアームバランス機構を示
す概略説明図、第2図はその具体的な構造を示す
斜視図、第3図はその使用例を示す説明図、第4
図は差動歯車7の構成を示す断面図、第5図は第
4図のX−X矢視図である。 1……取付台、2……スタンド、3……固定歯
車、4,4′……第一アームの側板、5,5′……
ベアリング、6,6′……プーリ、7……差動歯
車、8……タイミングベルト、9……第二入力歯
車、12……第一入力歯車、14……出力歯車、
16……出力レバー、17,20……定出力ば
ね、19……レバー、A1……第一アーム、A2
…第二アーム、O1……第一関節、O2……第二関
節。
Fig. 1 is a schematic explanatory diagram showing the arm balance mechanism according to the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing its specific structure, Fig. 3 is an explanatory diagram showing an example of its use, and Fig. 4 is an explanatory diagram showing an example of its use.
The figure is a sectional view showing the configuration of the differential gear 7, and FIG. 5 is a view taken along the line X--X in FIG. 4. 1... Mounting base, 2... Stand, 3... Fixed gear, 4, 4'... Side plate of first arm, 5, 5'...
Bearing, 6, 6'... Pulley, 7... Differential gear, 8... Timing belt, 9... Second input gear, 12... First input gear, 14... Output gear,
16... Output lever, 17, 20... Constant output spring, 19... Lever, A 1 ... First arm, A 2 ...
...Second arm, O 1 ...First joint, O 2 ...Second joint.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 取付台に固定されるスタンドの先端部に設け
られた第一関節に該スタンドに対して回動自在の
第一アームを枢着すると共に、この第一アームの
先端部に設けられた第二関節に該第一アームに対
して回動自在の第二アームを枢着し、上記第一ア
ームに対する第二アームの開き角とスタンドに対
する第一アームの傾斜角との差を取り出す差動歯
車を第一アームに設け、この差動歯車の回転角を
取り出す出力レバーにかかるトルクを定出力ばね
で打ち消すと共に、第一アームの傾斜によつて第
一関節にかかるトルクを他の定出力ばねで打ち消
すようにしたことを特徴とするアームバランス機
構。
1 A first arm rotatable with respect to the stand is pivotally connected to a first joint provided at the tip of the stand fixed to the mounting base, and a second arm provided at the tip of the first arm A second arm rotatable with respect to the first arm is pivotally attached to the joint, and a differential gear is provided for extracting the difference between the opening angle of the second arm with respect to the first arm and the inclination angle of the first arm with respect to the stand. A constant output spring cancels out the torque applied to the output lever installed on the first arm to extract the rotation angle of this differential gear, and another constant output spring cancels out the torque applied to the first joint due to the inclination of the first arm. An arm balance mechanism characterized by:
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