CN117177844A - 弯曲结构体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可在多关节的弯曲结构体中获得小转向方便的结构的弯曲结构体。本发明的弯曲结构体包括：多个第一弯曲部9及第二弯曲部11，可相对于轴方向而弹性地弯曲；以及中间部13，位于邻接的第一弯曲部9及第二弯曲部11间。第一弯曲部9及第二弯曲部11在轴方向上包括一体的可挠构件17。中间部13在邻接的第一弯曲部9及第二弯曲部11间被安装于可挠构件17，以抑制可挠构件17相对于轴方向的弯曲。

Description

弯曲结构体

技术领域

本发明涉及一种供机器人或机械手(manipulator)等的关节功能部用的弯曲结构体。

背景技术

作为以往的弯曲结构体，例如已知有如专利文献1那样的多关节的弯曲结构体。

所述弯曲结构体中，多个弯曲段节的相互间通过转动轴部而转动自如地连结。邻接的弯曲段节朝相互正交的方向转动，弯曲结构体可整体上进行自由度高的弯曲。

然而，所述弯曲结构体所采用的结构，朝同一方向弯曲的弯曲段节间因介隔有对其弯曲无帮助的弯曲段节而变长，因而小转向不方便。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2008-237810号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

所要解决的问题在于，在多关节的弯曲结构体中，小转向不方便。

[解决问题的技术手段]

本发明提供一种弯曲结构体，包括：多个弯曲部，能够相对于轴方向而弹性地弯曲；以及中间部，位于邻接的弯曲部间，所述多个弯曲部在所述轴方向上包括一体的可挠构件，所述中间部在所述邻接的弯曲部间被安装于所述可挠构件，以抑制所述可挠构件相对于所述轴方向的弯曲。

[发明的效果]

根据本发明，只要可在邻接的弯曲部间抑制可挠构件的弯曲，便可减小中间部的轴方向的尺寸，作为结果，可减小对于弯曲无帮助的部分，从而可获得小转向方便的结构。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的立体图。

图2是图1的弯曲结构体的非弯曲时的概略纵剖面图。

图3是表示图2的主要部分的放大图。

图4是图1的弯曲结构体的弯曲时的纵剖面图。

图5是变形例的弯曲结构体的非弯曲时的纵剖面图。

图6是变形例的弯曲结构体的弯曲时的纵剖面图。

具体实施方式

在邻接的弯曲部间将抑制弯曲的中间部安装于遍及多个弯曲部的一体的可挠构件，由此来实现在多关节的弯曲结构体中获得小转向方便的结构这一目的。

即，弯曲结构体(1)包括多个弯曲部(9、11)以及中间部(13)。弯曲部(9、11)可相对于轴方向而弹性地弯曲。这些弯曲部(9、11)在轴方向上包括一体的可挠构件(17)。中间部(13)位于邻接的弯曲部(9、11)间，在这些弯曲部(9、11)间安装于可挠构件(17)，以抑制可挠构件(17)相对于轴方向的弯曲。

中间部(13)可采用各种形态，也可为使可挠构件(17)沿轴方向插通的环状构件。此时，中间部(13)的内周被安装于可挠构件(17)。

多个弯曲部(9、11)也可分别包括外部构件(19、21)，所述外部构件(19、21)包围可挠构件(17)的周围且具有弹性。

此时，也可采用下述结构，即，邻接的弯曲部(9、11)的外部构件(19、21)中，在轴方向上夹着中间部(13)而彼此相向的端部分别被安装于中间部(13)的轴方向的两侧。

可挠构件(17)可采用各种形态，但也可具有内线圈部(27)以及外线圈部(29)。此时，内线圈部(27)的对应的卷部(27a)嵌合至外线圈部(29)的邻接卷部(29a)间的间隙(29b)。

[实施例1]

[弯曲结构体]

图1是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的正面图。图2是图1的弯曲结构体的非弯曲时的概略纵剖面图。图3是图2的主要部分的放大图。图4是图1的弯曲结构体的弯曲时的概略纵剖面图。

弯曲结构体1被适用于机械手、机器人、致动器之类的医疗用或工业用等的各种机器的关节功能部。关节功能部是具有作为弯曲/伸展的关节的功能的装置、机构、设备等。

本实施例的弯曲结构体1为多关节结构，包括基部3、可动部5以及多关节部7。

基部3包含由金属或树脂等形成的柱状体例如圆柱状体。所述基部3被安装于机械手的轴的端部等。再者，基部3并不限于柱状体，根据适用弯曲结构体1的机器来采用适当的形态。

可动部5与基部3同样，包含柱状体例如圆柱状体。在可动部5，安装有与适用弯曲结构体1的机器相应的末端执行器等。再者，可动部5也根据适用弯曲结构体1的机器来采用适当的形态，并不限于柱状体。

所述可动部5是通过多关节部7可相对于轴方向而位移地支撑于基部3。

[多关节部]

多关节部7包括第一弯曲部9及第二弯曲部11与中间部13。

第一弯曲部9及第二弯曲部11分别是可作为关节而弯曲及伸展的部分。再者，第一弯曲部9及第二弯曲部11具有可弹性地弯曲及伸展的弹性力，但即便不具有弹性力也可发挥功能。本实施例中，弯曲结构体1采用了包括两个邻接的弯曲部9、11的结构，但也可具有三个以上的弯曲部。

所谓弯曲及伸展，是指相对于沿着弯曲结构体1的轴心的方向(以下称作轴方向)而弯曲及伸展。再者，轴方向并不需要严格地沿着弯曲结构体1的轴心。

第一弯曲部9是相对于中间部13为轴方向的一侧例如可动部5侧的弯曲部，第二弯曲部11是相对于中间部13为轴方向的另一侧例如基部3侧的弯曲部。在具有三个以上的弯曲部的情况下，邻接的弯曲部中，相对于中间部13的轴方向的一侧为第一弯曲部9，轴方向的另一侧为第二弯曲部11。中间部13的数量较弯曲部9、弯曲部11的数量少一个。

第一弯曲部9是受到连接于可动部5的金属线(wire)15操作而弯曲。金属线15插通第一弯曲部9、中间部13以及第二弯曲部11而到达基部3侧，通过基部3侧的拉伸来使第一弯曲部9可弯曲。

第二弯曲部11与第一弯曲部9同样，受到金属线(未图示)操作而弯曲。金属线被安装于中间部13，插通第二弯曲部11而到达基部3侧，通过基部3侧的拉伸来使第二弯曲部11可弯曲。

再者，第一弯曲部9及第二弯曲部11的弯曲除了金属线以外，也可通过单线、绞线、钢琴线、多关节杆、链、带、丝线、绳等的适当的索状体来进行。

第一弯曲部9及第二弯曲部11的轴方向的长度被设定为相同。但也可通过变更中间部13的轴方向的位置来使第一弯曲部9及第二弯曲部11的轴方向的长度不同(参照图5)。

所述第一弯曲部9及第二弯曲部11包含可挠构件17与外部构件19、外部构件21。

可挠构件17沿着轴方向而配置，作为抑制第一弯曲部9及第二弯曲部11朝向轴方向的压缩的芯材发挥功能。所述可挠构件17整体上形成为筒状，在内侧划分出插通孔17a。插通孔17a是使金属线或气管(air tube)等具有可挠性的构件插通的插通孔。再者，可挠构件17也可根据适用弯曲结构体1的机器而采用不划分出插通孔17a的结构。

本实施例的可挠构件17是从第一弯曲部9遍及第二弯曲部11而沿轴方向一体地构成。本实施例的可挠构件17从第一弯曲部9不中断地连续至第二弯曲部11为止，且从基部3延伸设置至可动部5为止。所述可挠构件17通过如后所述那样安装中间部13而被划分为第一部分23以及第二部分25。第一部分23以及第二部分25分别对应于第一弯曲部9及第二弯曲部11。

再者，可挠构件17也可在第一弯曲部9及第二弯曲部11间分离地形成，且分离的端部位于中间部13的轴方向的范围内，由此来实质上一体地构成。

本实施例中，可挠构件17为双重线圈结构，具有内线圈部27以及外线圈部29。再者，可挠构件17可采用各种形态，也可包含单个的密接螺旋弹簧或具有可挠性的筒体等。

内线圈部27以及外线圈部29是分别包含金属或树脂等，且具有可相对于轴方向而弯曲及伸展的可挠性的螺旋弹簧。内线圈部27具有较外线圈部29为小的中径，且螺合于外线圈部29内。由此，内线圈部27的对应的卷部27a嵌合至外线圈部29的邻接卷部29a间的间隙29b。

所述双重线圈形状的可挠构件17整体上可相对于轴方向而弯曲及伸展，轴心的长度在弯曲前后以及弯曲中呈大致固定。

即，在通过外力而弯曲时，可挠构件17的弯曲的内侧收缩且弯曲的外侧伸长，由此，相对于非弯曲时，轴心的长度不发生变化。因此，可使插通插通孔17a的构件的路径长度为固定。

而且，可挠构件17采用了通过内线圈部27的对应的卷部27a嵌合至外线圈部29的邻接卷部29a间的间隙29b来抑制朝向轴方向的压缩的结构。

外部构件19、外部构件21是分别设于第一弯曲部9及第二弯曲部11的具有弹性的构件。这些外部构件19、外部构件21对于第一弯曲部9及第二弯曲部11赋予可在弯曲后复原(伸展)的弹性。因而，可挠构件17可将弹性设定为低，将柔软性设定为高。再者，外部构件19、外部构件21也可予以省略。此时，只要可挠构件17自身具有可在弯曲后复原的弹性即可。

这些外部构件19、外部构件21为包围可挠构件17的周围的环状，且分别被安装于可动部5与中间部13之间以及中间部13与基部3之间。通过所述安装，外部构件19、外部构件21相对于可挠构件17受到定位。再者，本实施例中，外部构件19、外部构件21是与可挠构件17同心地定位，但也可不与可挠构件17为同心。

再者，外部构件19、外部构件21也可仅介隔于可动部5与中间部13之间以及中间部13与基部3之间。

本实施例的外部构件19、外部构件21是将包含金属或树脂等的多个波形垫圈(wave washer)31沿轴方向予以层叠而构成。这些外部构件19、外部构件21可通过波形垫圈31的弹性变形而弯曲。

再者，外部构件19、外部构件21并不限于将波形垫圈31层叠而成的构件，可包含其他构件。例如，外部构件19、外部构件21可包含螺旋弹簧、含有剖面波形状的管体的波纹管(bellows)、与可挠构件17同样的双重线圈等。

中间部13在邻接的第一弯曲部9及第二弯曲部11间被安装于可挠构件17，以抑制可挠构件17相对于轴方向的弯曲。本实施例中，弯曲的抑制是指使其不会弯曲。但弯曲的抑制也可为：在不会对第一弯曲部9及第二弯曲部11的动作造成影响的范围内，中间部13稍稍容许可挠构件17的弯曲。

本实施例的中间部13呈使可挠构件17沿轴方向插通的环状构件。作为环状构件的中间部13形成为在中心部具有可挠构件17的插通孔13a的板状。

但中间部13的形状为任意，除了具有插通孔13a的板状以外，也可为筒状、或者将多个分离的板状体等的构件呈环状地安装于可挠构件17者、或在周方向的一部分具有切口的环状构件等。而且，中间部13的平面形状在本实施例中为圆形，但也可形成为其他的几何学形状。

所述中间部13在使可挠构件17插通的状态下，内周被安装于可挠构件17。所述中间部13的内周向可挠构件17的安装可在中间部13的内周的一部分或全部进行。关于安装方法，只要适当采用熔接、粘着、敛缝等即可。中间部13的安装位置在本实施例中为多关节部7的轴方向的中心部。但中间部13也可相对于所述中心部而朝轴方向位移地安装。

图5以及图6是变形例的弯曲结构体1的非弯曲时以及弯曲时的纵剖面图。再者，图6中表示仅第一弯曲部9发生了弯曲的状态。

图5以及图6的变形例为如下所述，即：相对于多关节部7的轴方向的中心部，中间部13朝基部3侧位移地安装于可挠构件17。所述变形例中，可变更第一弯曲部9及第二弯曲部11的长度来变更特性。例如，可变更第一弯曲部9的弯曲开始位置、第一弯曲部9及第二弯曲部11的弯曲角度、弯曲半径等。

再者，也可与图5的变形例相反地，使中间部13朝可动部5侧位移而安装于可挠构件17。通过如此变更中间部13的安装位置，从而可容易地调整特性。

而且，中间部13也可相对于可挠构件17而可滑动地嵌合安装。此时，通过调整中间部13的位置，从而可变更邻接的第一弯曲部9及第二弯曲部11的长度以使特性发生变化。但第一弯曲部9及第二弯曲部11必须对应于中间部13的位置调整来沿轴方向伸缩。

第一弯曲部9及第二弯曲部11的外部构件19、外部构件21的端部被分别安装于中间部13的轴方向的两侧。所述安装在本实施例中为熔接或粘着等的固接，但也可仅使外部构件19、外部构件21的端部简单地抵接于中间部13而非固接。

由此，中间部13从轴方向的两侧由外部构件19、外部构件21予以保持。

中间部13的内外径与外部构件19、外部构件21的内外径等同。因此，中间部13可抑制相对于外部构件19、外部构件21的朝向径方向的突出，因此可防止外力不慎发生作用。

再者，中间部13的内外径也可相对于外部构件19、外部构件21的内外径而设定为大或小。但中间部13的内径是设为可安装至可挠构件17的范围。

中间部13的轴方向的尺寸是在可抑制可挠构件17的弯曲的范围内设定。因而，弯曲结构体1可在可抑制可挠构件17的弯曲的范围内使中间部13的轴方向的尺寸最小化。再者，中间部13的轴方向的尺寸也可设为可对操作第二弯曲部11的金属线进行固定的最小尺寸。

本实施例的中间部13的轴方向的尺寸小于中间部13的径方向的尺寸(内外径之差)。在与可挠构件17的关系上，中间部13的轴方向的尺寸为可挠构件17的外线圈部29的三圈左右。

但中间部13的轴方向的尺寸可根据可挠构件17的柔软性等来适当设定，也可更小或者更大。此时，可挠构件17也可构成为，对应于其柔软性等来调整安装于中间部13的卷部29a的数量。

中间部13的材质只要根据可挠构件17的材质或对弯曲结构体1所要求的特性等来适当采用金属或树脂等即可。

[动作]

本实施例的弯曲结构体1可通过操作者拉伸任一个或多个金属线15及金属线(未图示)，来使第一弯曲部9及第二弯曲部11朝向360度全方位的任一方位弯曲。

当第一弯曲部9弯曲时，外部构件19、外部构件21的多个波形垫圈31在相对于中立轴的弯曲的内侧受到压缩，并且在弯曲的外侧伸展。

同时，可挠构件17的第一部分23在弯曲的内侧收缩且在弯曲的外侧伸长。本实施例中，在弯曲的内侧，外线圈部29的间隙29b变小而使内线圈部27朝向弯曲的外侧位移，在弯曲的外侧，外线圈部29的间隙29b变大而容许内线圈部27的位移。

此时，中间部13在其安装部分抑制可挠构件17的弯曲。中间部13在所述可动部5侧划分出可挠构件17的第一部分23，且第一弯曲部9的外部构件19被安装于可动部5侧。

因此，中间部13作为第一弯曲部9的基部发挥功能。因而，第一弯曲部9相对于中间部13而整体上弯曲，从而可使可动部5指向所期望的方向。

当第二弯曲部11弯曲时，同样地，使中间部13作为第二弯曲部11的可动部发挥功能，第二弯曲部11相对于基部3而整体上弯曲，可使中间部13指向所期望的方向。

如此，本实施例的弯曲结构体1中，通过第一弯曲部9及第二弯曲部11的弯曲，可使可动部5指向所期望的方向。

[实施例1的效果]

如以上所说明那样，本实施例的弯曲结构体1包括：多个第一弯曲部9及第二弯曲部11，可相对于轴方向而弹性地弯曲；以及中间部13，位于邻接的第一弯曲部9及第二弯曲部11间。第一弯曲部9及第二弯曲部11在轴方向上包括一体的可挠构件17。中间部13在邻接的第一弯曲部9及第二弯曲部11间被安装于可挠构件17，以抑制相对于轴方向的弯曲。

因而，只要可在邻接的第一弯曲部9及第二弯曲部11间抑制可挠构件17的弯曲，便可减小中间部13的轴方向的尺寸。作为结果，弯曲结构体1可减小对于弯曲无帮助的部分，以获得小转向方便的结构。

中间部13是使可挠构件17沿轴方向插通的环状构件，内周被安装于可挠构件17。

因而，中间部13通过使可挠构件17插通而安装，从而可利用简单的结构来容易且确实地抑制可挠构件17的弯曲。

中间部13被固接于可挠构件17，因此可更确实地抑制可挠构件17的弯曲。即便在使中间部13可滑动地嵌合于可挠构件17而安装的情况下，也可抑制可挠构件17的弯曲。

第一弯曲部9及第二弯曲部11分别包括外部构件19、外部构件21，所述外部构件19、外部构件21包围可挠构件17的周围且具有弹性。

因而，本实施例中，可通过外部构件19、外部构件21来对第一弯曲部9及第二弯曲部11赋予弹性，可降低可挠构件17的弹性。

邻接的第一弯曲部9及第二弯曲部11的外部构件19、外部构件21中，在轴方向上夹着中间部13而彼此相向的端部被分别安装于中间部13的轴方向的两侧。

因而，中间部13可兼作抑制可挠构件17的弯曲的构件与外部构件19、外部构件21的支撑构件。因此，在弯曲结构体1中，可进一步减小对于弯曲无帮助的部分，以获得小转向更方便的结构。

可挠构件17具有内线圈部27以及外线圈部29，内线圈部27的对应的卷部27a嵌合至外线圈部29的邻接卷部29a间的间隙29b。

因而，可挠构件17可抑制第一弯曲部9及第二弯曲部11的轴方向的压缩，并且可使穿过内部的构件的路径长度为固定。而且，可挠构件17通过对安装于中间部13的卷部29a的数进行调整，从而可容易地调整弯曲的抑制。

[符号的说明]

1：弯曲结构体

9：第一弯曲部

11：第二弯曲部

13：中间部

17：可挠构件

19、21：外部构件

27：内线圈部

27a：卷部

29：外线圈部

29a：卷部

29b：间隙

31：波形垫圈

Claims (6)

1.一种弯曲结构体，包括：

多个弯曲部，能够相对于轴方向而弹性地弯曲；以及

中间部，位于邻接的弯曲部间，

所述多个弯曲部在所述轴方向上包括一体的可挠构件，

所述中间部在所述邻接的弯曲部间被安装于所述可挠构件，以抑制所述可挠构件相对于所述轴方向的弯曲。

2.根据权利要求1所述的弯曲结构体，其中

所述中间部是使所述可挠构件沿轴方向插通的环状构件，且内周被安装于所述可挠构件。

3.根据权利要求1或2所述的弯曲结构体，其中

所述中间部被固接于所述可挠构件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的弯曲结构体，其中

所述多个弯曲部分别具有外部构件，所述外部构件包围所述可挠构件的周围且具有弹性。

5.根据权利要求4所述的弯曲结构体，其中

所述多个弯曲部的所述外部构件，在所述轴方向上夹着所述中间部而彼此相向的端部被分别安装于所述中间部的所述轴方向的两侧。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的弯曲结构体，其中

所述可挠构件具有内线圈部以及外线圈部，所述内线圈部的对应的卷部嵌合至所述外线圈部的邻接卷部间的间隙。