JPH09239686A - ロボットアーム - Google Patents

ロボットアーム

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JPH09239686A
JPH09239686A JP4913596A JP4913596A JPH09239686A JP H09239686 A JPH09239686 A JP H09239686A JP 4913596 A JP4913596 A JP 4913596A JP 4913596 A JP4913596 A JP 4913596A JP H09239686 A JPH09239686 A JP H09239686A
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JP
Japan
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pulleys
robot arm
torque
pulley
joint
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JP4913596A
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Kaku Ejiri
革 江尻
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は連結されたリンクの駆動を行わせる
ためのロボットアームに関し、軽量化を図り、かつ各関
節ごとの駆動制御の実現を図ることを目的とする。 【解決手段】 リンク321 〜325 が連結された各関
節部331 〜334 に第1のプーリ341 〜344 が設
けられて巻回した第1のワイヤ37a,37bを単一の
モータをコントロール部36が駆動制御する。この場
合、各関節部331〜334 に第1のプーリ341 〜3
4 と出力側のリンク321 のコントロール部36で制
御されてロック状態又はロック解除状態に係合させるピ
エゾ素子35 1 〜354 を設けて該当の関節部331
334 の制御を行う構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、連結されたリンク
の駆動を行わせるためのロボットアームに関する。近
年、ロボットは例えば工場内の機械作業に多く用いられ
ていると共に、宇宙等の特殊な環境での需要が高まって
いる。宇宙用ロボットでは打ち上げ重量制限のための軽
量化、及び打ち上げ環境に耐えるための高剛性であるこ
とが要求される。特に、ロボットアームが駆動されると
きには軽量化の要求が高く、また各関節ごとの制御を可
能とすることが望まれている。
【0002】
【従来の技術】従来、ロボットアームは各関節ごとにモ
ータ等の駆動装置が取り付けられて各関節ごとに駆動制
御するものがあるが、重量が大となって好ましくない。
そこで、ワイヤを各関節に巻架させて各リンクを回動さ
せるアーム駆動式が知られている。
【0003】ここで、図8に、従来のロボットアームの
駆動機構の説明図を示す。図8(A)はワイヤ駆動のロ
ボットアームを示したもので、図8(B)は各プーリに
おけるワイヤの巻架状態を示したものである。図8
(A)において、ロボットアーム11は、例えばリンク
121 〜125 が各関節部131 〜134 で回動自在に
連結されており、各連結部分と同軸でプーリ141 〜1
4 が設けられる。
【0004】また、プーリ141 のA点に一端が固定さ
れたワイヤ15が、図8(B)に示すように各プーリ1
1 〜144 にそれぞれ一回ずつ巻付けた状態で各14
1 〜144 間で巻架される。さらに、プーリ141 のB
点に一端が固定されたワイヤ16が第1のワイヤ15と
対向して図8(B)に示すように各プーリ141 〜14
4 にそれぞれ一回ずつ巻き付けた状態で各プーリ141
〜144 間で巻架される。
【0005】ワイヤ15,16のそれぞれの他端は、図
示しないモータの回転軸に取り付けられる。例えば、ワ
イヤ16をモータにより引くことにより、プーリ141
〜144 を矢印方向に回転させ、各リンク121 〜12
5 を矢印B方向に回動させる。また、逆にワイヤ15を
引くことにより各リンク121 〜125 を矢印A方向に
回動させるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図8(A)に
示すように、ワイヤ15又はワイヤ16により回動され
る各リンク121 〜125 は全体が一連で駆動されるこ
とから、各関節部131〜134 を独立に駆動制御する
ことができないという問題がある。各関節部13 1 〜1
4 を独立に駆動制御するために、該各関節部131
134 にそれぞれモータを設けることは上述のように重
量が増大して軽量化を図ることができないという問題が
ある。
【0007】そのため、本出願人はロボットアームの軽
量化を図る発明について既に出願を行っている(特願平
7−289883号)。ここで、図9に、アーム関節固
定の一例の説明図を示す。図9(A)はワイヤ駆動のロ
ボットアームを示したものであり、図9(B)は一つの
関節部分の平面図を示したものである。図9(A)に示
すロボットアーム21は、例えばリンク221 〜225
が各関節部231 〜234 で回動自在に連結され、各連
続部分と同軸で空転自在のプーリ241 〜244 が設け
られる。この場合、各関節部23 1 〜234 には、隣接
のリンク間で回動をロックする手段として、図9(B)
に示すように例えばピエゾ素子(又は電磁石)251
254 (252 〜254 は省略する)が設けられる。
【0008】リンク221 の先端のA点にワイヤ26の
一端が固定され、前述の図8(B)と同様に各プーリ2
2 〜244 にそれぞれ1回ずつ巻き付けられて巻架さ
れる。また、上記A点には、ワイヤ27の一端が固定さ
れ、ワイヤ26と対向位置で同様に各プーリ242 〜2
4 にそれぞれ巻架される。そして、ワイヤ26,27
のそれぞれの他端はモータ(図示せず)の回転軸に取り
付けられる。
【0009】図9(A)において、例えばピエゾ素子2
1 ,253 ,254 を矢印方向に駆動して関節部23
1 ,233 ,234 をロック状態とする。そこで、例え
ばワイヤ27をモータにより引くと、関節部231 ,2
3 ,234 はロック状態であることからプーリ2
1 ,243 ,244 が空転し、プーリ242 のみが回
転して関節部232 を回動させるものである。すなわ
ち、制御したい関節部のみをロック状態解除とすること
で各関節部231 〜234 ごとに駆動制御することがで
きるものである。また、各関節部231 〜234 ごとに
駆動制御するにあたり、単一のモータのみで行うことが
できることから各関節部231 〜234 ごとにモータを
設ける必要がなく、軽量化を図ることができるものであ
る。
【0010】このように、軽量化を図ることができる
が、各関節部231 〜234 の高速駆動によるアーム動
作のスムーズ性が望まれると共に、所定の関節231
234のロック時における傷害物への衝突時における対
処が望まれている。そこで、本発明は上記課題に鑑みな
されたもので、軽量化を図り、かつ各関節部ごとの駆動
制御の実現を図るロボットアームを提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1では、複数のリンクが回動自在に各関節部
で直列に連結されたロボットアームにおいて、前記各関
節部の軸上に設けられた各第1のプーリと、該各第1の
プーリに順次巻回される1組の第1のワイヤと、該1組
の第1のワイヤの押し引きを行う駆動手段と、該各関節
部にそれぞれ設けられ、該第1のプーリ及び前記連結さ
れた隣接のリンクの何れかを所定力で係合させる第1の
係合手段と、該駆動手段及び該各第1の係合手段の駆動
を制御するコントロール手段と、を有してロボットアー
ムが構成される。
【0012】請求項2では、請求項1において、前記各
第1のプーリの同軸上にそれぞれ設けられる第2のプー
リと、該各第2のプーリに順次巻回され、前記駆動手段
で押し引きされる1組の第2のワイヤと、該各第2のプ
ーリ及び前記連結された隣接のリンクの何れかを所定力
で係合させるもので、前記コントロール手段により制御
されるそれぞれの第2の係合手段と、を有する。
【0013】請求項3では、請求項1又は2記載の各第
1及び第2の係合手段を、前記第1及び第2のプーリと
前記連結された隣接のリンクの何れかとをロック状態又
はロック解除状態とするロック部材で構成される。請求
項4では、請求項1又は2記載の各第1及び第2の係合
手段を、前記第1及び第2のプーリと前記連結された隣
接のリンクの何れかとを所定のトルクで係合させるトル
ク制御部材で構成される。
【0014】請求項5では、請求項4記載の第1又は第
2の係合手段の何れかで発生されるトルクの総和のトル
ク値を前記コントロール手段により前記駆動手段で発生
させてなる。上述のように請求項1又は3の発明では、
複数のリンクが連結された各関節部に第1のプーリが設
けられて巻回した第1のワイヤを単一の駆動手段をコン
トロール手段が駆動制御するものであり、各関節部に第
1のプーリと隣接するリンクの何れかとを適宜ロック状
態又はロック解除状態に係合させる第1の係合手段を設
けて該当の関節部の制御する。これにより、単一の駆動
手段で各関節部の駆動が実現されて軽量化が図られると
共に、何れかのリンクがロック状態であっても隣接する
リンク間では空転可能状態であって傷害物等でアーム破
損を防止することが可能となる。
【0015】請求項2の発明では、各第1のプーリの同
軸上に第2のワイヤが巻回される第2のプーリを設け、
第2のプーリと隣接するリンクの何れかを係合させる第
2の係合手段を設けてコントロール手段で制御させる。
これにより、各関節部を独立に任意の方向に回動させる
ことが可能となる。
【0016】請求項4又は5の発明では、上記第1及び
第2の係合手段をトルク制御部材で構成し、駆動手段の
発生トルク値を駆動する該当の第1又は第2の係合手段
で発生させるトルクの総和になるように制御する。これ
により、各関節部でのトルクが制御されてアーム動作の
直線性等のスムーズ性を向上させることが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の第1実施例の主
要構成図を示す。また、図2に、図1のワイヤ駆動の構
成図を示す。図1(A)はワイヤ駆動のロボットアーム
を示したもので、図1(B)は一つの関節部の構成図を
示したものである。
【0018】図1(A),(B)に示すロボットアーム
31A は、例えば先端側より5つのリンク321 〜32
5 のそれぞれは、一端が凹形状の連結部23aが形成さ
れると共に、他端が突形状の連結部23bが形成され
る。そして、各リンク321 〜325 は、隣接するリン
ク間で他端の突形状の連結部32bと一端の凹形状の連
結部23aとが軸23cにより空転自在に直列で連結さ
れて、それぞれ関節部331 〜334 が構成される。ま
た、それぞれの軸32c上には先端側より第1のプーリ
341 〜344 が取り付けられる。
【0019】ここで、2つのリンクを考えたときに、先
端側を出力側のリンク(321 )とし、入力側をリンク
(322 )とすると、関節部(331 )における出力側
のリンク(321 )の連結部(32a)の第1のプーリ
(341 )側に第1の係合手段であるロック部材として
のピエゾ素子(又は電磁石)(351 )が設けられ、各
関節部331 〜334 にそれぞれピエゾ素子(又は電磁
石)351 〜354 が設けられる。
【0020】各ピエゾ素子(又は電磁石)351 〜35
4 はコントロール手段36による制御によりオン、オフ
される。オン時は出力側のリンク(321 )の連結部3
2aと第1のプーリ341 とがロック状態になって第1
のプーリ341 の回転でリンク(321 )は共に回動す
るが、入力側のリンク(322 )とは空転状態である。
また、ピエゾ素子(又は電磁石)351 〜354 がオフ
のときには第1のプーリ(341 )に対して出力側のリ
ンク(321 )は空転状態である。
【0021】一方、各第1のプーリ341 〜344 には
1組の第1のワイヤ37a,37bが巻回されるもの
で、一方の第1のワイヤ37aの一方端は第1のプーリ
341のA点に固定されて約半周巻回され、順次第1の
プーリ342 〜344 に1回転ずつ巻回される。
【0022】続いて、連続する第1のワイヤ37bとし
て図2に示すように、駆動手段であるモータ38の回転
プーリ38aに1回転巻回し、先端側に順次第1のプー
リ344 〜342 に1回転ずつ巻回する。そして、第1
のプーリ341 を半周巻回して他方端をB点に固定する
ものである。モータ38はコントロール部36により駆
動制御される。
【0023】このようなロボットアーム31A は、所望
の関節部331 〜334 の何れかの対応するピエゾ素子
351 〜354 をオン状態にして出力側のリンクを対応
する第1のプーリ341 〜344 にロック状態にし、モ
ータ38を所定量回転させることにより第1のワイヤ3
7a,37bを押し引きして先端のリンク321 を所定
位置に移動させるものである。
【0024】このように、ロボットアーム31A は各関
節部331 〜334 にモータ等を設けることなく、単一
のモータ38で第1のワイヤ37a,37bにより駆動
することができ、軽量化を図ることができるものであ
る。また、何れかのピエゾ素子351 〜354 をオンに
して出力側のリンクをロック状態としても、該出力側の
リンクと入力側のリンクとは空転状態であることから、
傷害物に接触しても空転により接触力が緩和されてアー
ムの破損を防止することができるものである。
【0025】次に、図3に、本発明の第2実施例の主要
構成図を示す。図3(A)は一つの関節部の構成図、図
3(B)はワイヤ駆動によるロボットアームの図であ
る。図3(A),(B)に示すロボットアーム31
B は、図1に示すロボットアーム31A に設けられた第
1の係合手段としてのピエゾ素子(又は電磁石)351
〜354 を、トルク制御可能な磁気粉体クラッチ等のト
ルククラッチ411 〜414に置き換えたもので、他の
構成は図1及び図2と同様である。
【0026】このトルククラッチ411 〜414 は、駆
動電流に応じて出力側のリンク(321 )の連結部(3
2a)と第1のプーリ(341 )との係合力を変化させ
て回転のトルク制御を行うものである。これにより、複
数の関節部331 〜334 を同時に駆動して位置決めす
ることができ、アーム先端のリンク321 をよりスムー
ズに直線運動させることができる。また、各関節部33
1 〜334 がトルク制御されることから、傷害物に接触
しても接触力が軽減されてアームの破損を防止すること
ができるものである。
【0027】ここで、図4に、第2実施例のトルク制御
のブロック図を示す。図4において、コントローラ36
aにはメモリ36bが接続されており、メモリ36bに
はロボットアーム31B の動かし方による各トルククラ
ッチ411 〜414 の動作順序やトルク量の設定値のパ
ラメータが予め記憶されている。コントローラ36a
は、メモリ36bからのパラメータによるトルク量に応
じた制御電流を該当のトルククラッチ411 〜414
供する。
【0028】また、コントローラ36aは各トルククラ
ッチ411 〜414 で発生されるトルクの総和に応じた
制御電圧をドライバ36cに供給し、これに応じた駆動
電流をドライバ36cよりモータ38に供給する。すな
わち、コントローラ36aによるn個の関節部の各関節
部のトルク指令値をτi とすると、モータ38に与える
トルク指令値τm は、
【0029】
【数1】
【0030】となる。なお、上記コントローラ36a,
メモリ36b,ドライバ36cによりコントロール部3
6が構成される。続いて、図5に、第2実施例のトルク
制御の動作フローチャートを示す。また、図6に、図5
のモータのトルク指令値算出の説明図を示す。図5にお
いて、トルク制御が開始されると、コントローラ36a
はメモリ36bよりアーム先端のリンク321 の目標軌
道を読み出し、全体の目標トルクτ(τ=f(M,I,
θ),Mは質量,Iは慣性モーメント、θはリンク間の
角度)が供給される(ステップ(S)1)。この全体の
目標トルクτから、各関節部331 〜334 の目標トル
クの時系列データのトルク指令値τi が算出される(S
2)。
【0031】そこで、各関節部331 〜334 の各トル
ククラッチ411 〜414 にτi のトルク指令値(図6
における各トルク指令値)に相当する制御電流が供給さ
れる(S31 )。また、一方で、図6に示すように各ト
ルククラッチ411 〜414のトルク指令値を総て加算
し、これをモータ38へのトルク指令値τm として、こ
れに相当する制御電圧をドライバ36cに供給する(S
2 )。
【0032】そして、各トルククラッチ411 〜414
へのトルク指令値τi に応じて該当のトルククラッチ4
1 〜414 が駆動されると共に(S41 ),モータ3
8が駆動され(S42 ),アーム全体が駆動されるもの
である(S5)。次に、図7に、本発明の第3実施例の
主要構成図を示す。図7(A)は一つの関節部の構成
図、図7(B)はワイヤ駆動の構成図である。なお、ロ
ボットアームの全体的構成(正面図)は図3(B)と同
様である。
【0033】図7(A)に示すロボットアーム31c
は、図3に示すロボットアーム31Bにおける各関節部
331 〜334 の軸32c上に第2のプーリ421 を設
け、各該第2のプーリ421 に1組の第2のワイヤ43
a,43bを巻回させたものである。この場合、第2の
ワイヤ43a,43bは、各第2のプーリ421 〜42
4 に対する巻回は第1のワイヤ37a,37bと同様で
あるが、図7(B)に示すようにモータ38の回転プー
リ38aに対しては第2のプーリ424 よりクロスにし
て掛けたものである。
【0034】一方、各出力側のリンク(321 )の連結
部32aには第2の係合手段であるトルククラッチ(4
1 )が設けられ(第1実施例のようなピエゾ素子又は
電磁石でもよい)、第2実施例のようにトルク制御され
る。例えば、該当のリンクを正転方向(何れかの方向に
設定)に回転させる場合、正転側のトルククラッチ(4
1 〜444 とする)をトルクゼロ(空転状態)とす
る。また、逆方向に回転させる場合には、正転側のトル
ククラッチ411 〜414 をトルクゼロ(空転状態)と
して、反転側のトルククラッチ441 〜444をトルク
制御するものである。
【0035】これによって、各関節部331 〜334
独立に任意の方向にトルク制御することができるもので
ある。また、モータ38で第2のワイヤ43a,43b
をも押し引きするように巻回させることから、単一のモ
ータ38で駆動することができ、簡易構成で軽量化を図
ることができるものである。
【0036】
【発明の効果】以上のように請求項1又は3の発明によ
れば、複数のリンクが連結された各関節部に第1のプー
リが設けられて巻回した第1のワイヤを単一の駆動手段
をコントロール手段が駆動制御するものであり、各関節
部に第1のプーリと隣接するリンクの何れかとを適宜ロ
ック状態又はロック解除状態に係合させる第1の係合手
段を設けて該当の関節部の制御することにより、単一の
駆動手段で各関節部の駆動が実現されて軽量化が図られ
ると共に、何れかのリンクがロック状態であっても隣接
するリンク間では空転可能状態であって傷害物等でアー
ム破損を防止することができる。
【0037】請求項2の発明によれば、各第1のプーリ
の同軸上に第2のワイヤが巻回される第2のプーリを設
け、第2のプーリと隣接するリンクの何れかを係合させ
る第2の係合手段を設けてコントロール手段で制御させ
ることにより、各関節部を独立に任意の方向に回動させ
ることができる。
【0038】請求項4又は5の発明によれば、駆動手段
の発生トルク値を駆動する該当の第1又は第2の係合手
段で発生させるトルクの総和になるように制御すること
により、各関節部でのトルクが制御されてアーム動作の
直線性等のスムーズ性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の主要構成図である。
【図2】図1のワイヤ駆動の構成図である。
【図3】本発明の第2実施例の主要構成図である。
【図4】第2実施例のトルク制御のブロック図である。
【図5】第2実施例のトルク制御のフローチャートであ
る。
【図6】図5のモータのトルク指令値算出の説明図であ
る。
【図7】本発明の第3実施例の主要構成図である。
【図8】従来のロボットアームの駆動機構の説明図であ
る。
【図9】アーム関節固定の一例の説明図である。
【符号の説明】
31A 〜31C ロボットアーム 321 〜325 リンク 331 〜334 関節部 341 〜344 第1のプーリ 351 〜354 ピエゾ素子 36 コントロール部 37a,37b 第1のワイヤ 38 モータ 411 〜414 ,441 〜444 トルククラッチ 421 〜424 第2のプーリ 43a,43b 第2のワイヤ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のリンクが回動自在に各関節部で直
    列に連結されたロボットアームにおいて、 前記各関節部の軸上に設けられた各第1のプーリと、 該各第1のプーリに順次巻回される1組の第1のワイヤ
    と、 該1組の第1のワイヤの押し引きを行う駆動手段と、 該各関節部にそれぞれ設けられ、該第1のプーリ及び前
    記連結された隣接のリンクの何れかを所定力で係合させ
    る第1の係合手段と、 該駆動手段及び該各第1の係合手段の駆動を制御するコ
    ントロール手段と、 を有することを特徴とするロボットアーム。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記各第1のプーリの同軸上にそれぞれ設けられる第2
    のプーリと、 該各第2のプーリに順次巻回され、前記駆動手段で押し
    引きされる1組の第2のワイヤと、 該各第2のプーリ及び前記連結された隣接のリンクの何
    れかを所定力で係合させるもので、前記コントロール手
    段により制御されるそれぞれの第2の係合手段と、 を有することを特徴とするロボットアーム。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の各第1及び第2の
    係合手段を、前記第1及び第2のプーリと前記連結され
    た隣接のリンクの何れかとをロック状態又はロック解除
    状態とするロック部材で構成されることを特徴とするロ
    ボットアーム。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載の各第1及び第2の
    係合手段を、前記第1及び第2のプーリと前記連結され
    た隣接のリンクの何れかとを所定のトルクで係合させる
    トルク制御部材で構成されることを特徴とするロボット
    アーム。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の第1又は第2の係合手段
    の何れかで発生されるトルクの総和のトルク値を前記コ
    ントロール手段により前記駆動手段で発生させてなるこ
    とを特徴とするロボットアーム。
JP4913596A 1996-03-06 1996-03-06 ロボットアーム Withdrawn JPH09239686A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200070340A (ko) * 2017-10-20 2020-06-17 광동 오-매틱 인텔리전트 로봇 리미티드 조인트 기구 및 이를 제어하기 위한 방법, 멀티 암 장치 및 로봇

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