JP2010115777A - 双方向腱ターミネーター - Google Patents

Abstract

【課題】非常に狭い空間にうまく嵌まる程の小型で、かつ各種の応用に十分耐えうる強度を備えた、ロボットハンドのための双方向腱ターミネーターを提供する。
【解決手段】ロボットアームの指を操作する腱を終端させるという特別な応用を有する双方向腱ターミネーターが開示される。腱ターミネーターは、連続した単一の腱が貫通する内部溝孔を有する円筒部材を備えている。腱ターミネーターの内部溝孔は、広い部分を有している。球が腱線維内に置かれており、それにより腱が広がっている。また、その球は、溝孔の広い部分内に位置付けされている。その腱を引く動作により、腱が引かれた方向に応じて、ロボットアームの指が開くか、又は閉じることとなる。ある特定の実施形態においては、円筒部材は、互いに組み付けられる２つの円筒部材からなり、球は溝孔内に位置付けされ、円筒部材は、全周に渡って形成されている。
【選択図】図３

Description

ここに記述された発明は、米国政府に対して又はそのために実施料を支払うことなく、米国政府の（つまり非商業的）目的のために、米国政府により、又は米国政府のために製造され、使用される。

本発明は、概して双方向腱ターミネーターに関し、特に、非常に狭い空間にうまく嵌まる程の小型で、かつ各種の応用に十分耐えうる強度を備えた、ロボットハンドのための双方向腱ターミネーターに関する。

各種の機能を実行する器用なロボットシステムが当該技術分野で知られている。器用なロボットシステムは、とりわけ、物や、特定の応用のための部品を掴むように動作する指と関連の関節を伴ったロボットハンドを有するロボットアームを備えている。１つの器用なロボットシステムの設計においては、指を操作するために腱が採用されており、それらの腱は、指の関節に接続されている。指を動かすために腱を操作するアクチュエーターは、典型的には、ロボットアームの前腕領域内に置かれている。腱は、アクチュエーターから指関節に延びて、そこに取り付けられている。とりわけ、指の単一関節を操作するには２本の腱が必要である。つまり、一方の腱は指を閉じるためのものであり、他方の腱は指を開くためのものである。

このタイプの器用なロボットシステムにおける指を操作するのに使用される腱というのは、特定の応用に十分耐えるような強度があり、かつ指に簡単に嵌まる程度の小型の適当な取付け機器により、指に取り付けられる必要がある。

本発明の教示によれば、ロボットアームの指を操作する腱を終端させるという特別な応用を有する双方向腱ターミネーターが開示される。腱ターミネーターは、連続した単一の腱が貫通する内部溝孔を有する円筒部材を備えている。腱ターミネーターの内部溝孔は、広い部分を有している。球が腱線維内に置かれており、それにより腱が拡張している。また、その球は、溝孔の広い部分内に位置付けされている。しかして、その腱を一方向又は他方向に引くと、腱ターミネーターに引張り力が掛かり、その結果、球が溝孔内でくさび状に押しこまれる。この動作により、腱が引かれた方向に応じて、ロボットアームの指が開くか、又は閉じることとなる。ある特定の実施形態においては、円筒部材は、互いに組み付けられる２つの円筒部材からなり、球は溝孔内に位置付けされ、円筒部材は、全周に渡って形成されている。

本発明の更なる特徴は、添付図面を組み合わせることにより、以下の詳細な説明及び付属の請求の範囲から、明らかになるであろう。

図１は、双方向腱ターミネーターを含む器用なロボットアームのための指の斜視図である。 図２は、ロボット指から外された、図１に示す腱ターミネーターの斜視図である。 図３は、図２に示した腱ターミネーターの断面図である。 図４は、他の実施形態による腱ターミネーターの斜視図である。 図５は、他の実施形態による腱ターミネーターの斜視図である。

双方向腱ターミネーターを意図した本発明の実施形態についての以下の議論は、本質的に単なる例示であり、本発明又はその応用もしくは使用を制限しようとするものではない。特に、本発明の腱ターミネーターには、ロボットアームの指を操作するという特定の用途がある。しかしながら、当業者であれば理解できるように、本発明の腱ターミネーターは、他にも応用できる。

図１は、ロボットアームのためのロボット指１０の斜視図である。ロボット指１０は、３つの指の部位、つまり、先端部位１２、中間部位１４及び基底部位１６を有している。先端部位１２は、パッド１８を有しており、中間部位１４は、パッド２０を有しており、また基底部位１６は、パッド２２を有しており、それらのパッドにより、指１０は、特定部分（図示せず）を効果的に掴めるようになっている。指部位１２，１４及び１６並びにパッド１８，２０及び２２は、特定の応用に応じて、適した如何なる材料、例えばアルミニウム、から製造することができる。先端部位１２は、軸２４を中心にして、中間部位１４に対して旋回動作し、中間部位１４は、軸２６を中心にして、基底部位１６に対して旋回動作する。

中間部位１４は、腱２８を操作することにより、基底部位１６に対して旋回する。限定しない一実施形態においては、腱２８は、約０．１２２ｃｍ（約０．０４８インチ）の直径を有する編組みポリマー腱であり、例えば約４５．４ｋｇ（約１００lbs）の力を呈するような各種の器用なロボットの応用に使用される力に耐えることができる。腱２８は、中間部位１４に取り付けられており、その中間部位１４のスロット３２内に置かれている双方向腱ターミネーター３０により終端している。腱２８は、連続する単一部材として、腱ターミネーター３０を貫通して延びている。腱ターミネーター３０の一方の側の腱２８を引くことにより、中間部位１４は、軸２６について回動し、それにより指が閉じ、また腱２８の反対側を引くことにより、腱ターミネーター３０は、指１０を開くようにする。

図２は、ロボット指１０から分離された腱ターミネーター３０の斜視図であり、図３は断面図である。この非限定的実施形態においては、腱ターミネーター３０は、貫く共通協働溝孔４４を有する２つの分離円筒部材４０及び４２を備えており、腱２８はその溝孔４４を貫通して延びている。溝孔４４は、円筒部材４０及び４２の外側端において、狭い部分４６を有しており、その円筒ピースの内側端において、つまり溝孔４４の中央部分において、広い部分５０を有している。球５２が腱２８の編組み線維内に位置付けされており、その直径は、それが広い部分５０にはうまく嵌まるが、溝孔４４の狭い部分４６を貫通するほど小さくない程度のものである。そのため、腱２８の一端を引くことにより、腱ターミネーター３０は一方向に引かれ、腱２８の他端を引くことにより、腱ターミネーター３０は反対方向に引かれる。腱ターミネーター３０は、リッジ部５４及び５６により、スロット３２内でロックされているので、上で議論のように、腱２８を引くと、指１０の中間部位１４が開いたり閉じたりする。

円筒部材４０及び４２は、エポキシ樹脂のような如何なる適した方法でも互いに組み付けることができる。エポキシ樹脂は、球５２の周りのターミネーター３０の広い部分５０内の腱２８の編組み線維に適用でき、それによりそれらのアセンブリを互いに保持できることとなる。これに限定しない一実施形態においては、結合された円筒部材４０及び４２は、長さが約０．５１ｃｍ（約０．２インチ）であり、直径が約０．３２ｃｍ（約０．１２５インチ）である。

一実施形態においては、円筒部材４０及び４２は、アルミニウムから加工されており、それにより製造が簡易になっている。この実施形態においては、円筒部材４０及び４２は、より柔らかい材料でできているので、円筒部材４０及び４２の全周に材料を施すことにより、所望の強度を得ている。例えば、腱２８は、指の所望の握力を実現するために、約４５．４ｋｇ（約１００lbs）の力に耐えることが要求され得る。他の実施形態において、他の設計の腱ターミネーターにしてもよい。

図４は、延びる連続腱６２を終端させるための腱ターミネーター６０の斜視図である。腱ターミネーター６０は、円筒部材６４と、狭い部分６８及び中央の広い部分７０を有するスロット６６とを備えている。上述のように、球７２が腱６２内に位置付けされ、中央部分７０に置かれている。それにより、腱６２を操作すると、上述のような仕方で、腱ターミネーター６０が引かれることになり、それにより指１０が操作される。スロット６６は、円筒部材６４に形成されているので、腱ターミネーター３０のように、２つに分かれた円筒部材を設ける必要がない。しかしながら、また、スロット６６が円筒部材６４に形成されていることから、円筒部材６４の周の一部が取り除かれており、それにより腱ターミネーター３０に対して腱ターミネーター６０の強度は弱くなっている。従って、円筒部材６４がアルミニウム加工で作られるときには、所望の力まで耐えられないかもしれない。しかしながら、スチールのような他の材料を使用すれば、十分な強度が得られる。

図５は、腱ターミネーター８０の斜視図である。腱ターミネーター８０は、上述のように、貫通し、腱８６を収容する溝孔８４を有する単一円筒部材８２を備えている。開口８８が円筒部材８２に形成されており、それは溝孔８４と連通している。球９０が腱８６内に設けられ、そしてそれは開口８８内に位置付けられるようになっている。そしてその部分で、前に議論した仕方で、腱８５の各端に対する張力が腱ターミネーター８０に力を及ぼすこととなる。円筒部材８２は、その両端部において、周方向に連続部位があるので、この実施形態は、腱ターミネーター６０に対してより高い強度を有することとなる。しかしながら、球９０を腱８６内に入れるためには、まず、腱８６を溝孔８４に通し、次にそれを開口８８から引き出す。そして球９０を腱８６内に入れる。この手順においては、腱８６が傷つく可能性がある。

以上の議論は、本発明の単なる例示の実施形態を開示し記述するものである。当業者であれば、かかる議論及び添付の図面及び請求の範囲から、各種の変更、修正及び変形態様が、以下の請求の範囲に規定されたような発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形成できることが認識できるであろう。

１０ ロボット指
１２ 先端部位
１４ 中間部位
１６ 基底部位
１８、２０、２２ パッド
２８ 腱
３０ 双方向腱ターミネーター
３２ スロット
４０、４２ 円筒部材
４４ 共通協働溝孔
４６ 狭い部分
５０ 広い部分
５４、５６ リッジ部
６０ 腱ターミネーター
６２ 延びる連続腱
６４ 円筒部材
６６ スロット
６８ 狭い部分
７０ 広い部分
７２ 球
８０ 腱ターミネーター
８２ 単一円筒部材
８４ 溝孔
８６ 腱
８８ 開口
９０ 球

Claims (18)

1. 狭い端部及び広い中央部を有して貫通して延びる溝孔を備えた円筒部材と、
   前記円筒部材内の前記溝孔を通して延びる腱と、
   前記腱内に位置付けされ、前記溝孔の前記中央部内に置かれる球と、
   を備えた腱ターミネーターであって、
   前記球が、前記溝孔の前記中央部内に嵌まるものの、前記溝孔の前記狭い端部内には嵌まらないような直径を有することにより、前記球は、前記円筒部材内でロックされ、前記円筒部材の各側からの前記腱に対する張力により、前記円筒部材が前記張力の方向に移動することを特徴とする腱ターミネーター。
2. 前記円筒部材は、互いに固定される第一円筒部材及び第二円筒部材を有し、前記円筒部材及び前記第二円筒部材の各々は、前記溝孔の狭い端部を有するともに前記中央部の一部を形成し、前記第一及び第二円筒部材を離すことにより、前記球を前記腱内に位置付けすることができ、そのあと互いに固定することにより前記球を前記溝孔の前記中央部に保持できることを特徴とする請求項１に記載の腱ターミネーター。
3. 前記円筒部材は、当該円筒部材の側壁に形成され、前記溝孔と連通するスロットを備えることを特徴とする請求項１に記載の腱ターミネーター。
4. 前記円筒部材は、当該円筒部材の側壁に形成され、前記溝孔の前記中央部と連通する開口を備えることを特徴とする請求項１に記載の腱ターミネーター。
5. 前記円筒部材は、加工されたアルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の腱ターミネーター。
6. 前記腱ターミネーターは、ロボットアームの指を操作する腱を終端させることを特徴とする請求項１に記載の腱ターミネーター。
7. 前記円筒部材は、長さが約０．５１ｃｍ（約０．２インチ）であり、直径が約０．３２ｃｍ（約０．１２５インチ）であることを特徴とする請求項１に記載の腱ターミネーター。
8. 前記球は、前記腱の編組み線維内に置かれることを特徴とする請求項１に記載の腱ターミネーター。
9. 互いに固定される第一円筒部材及び第二円筒部材から成る円筒部材であって、前記円筒部材の一方の第一の狭い端部と、前記円筒部材の他方の第二の狭い端部と、前記第一及び第二円筒部材の双方に設けられた広い中央部とを有して貫通して延びる溝孔を備えた円筒部材と、
   前記円筒部材内の前記溝孔を通して延びる腱と、
   前記腱の編組み線維内に位置付けされ、前記溝孔の前記中央部内に置かれる球と、
   を備えた腱ターミネーターであって、
   前記球が、前記溝孔の前記中央部内に嵌まるものの、前記溝孔の前記第一及び第二の狭い端部には嵌まらないような直径を有することにより、前記球は、前記円筒部材内でロックされ、前記円筒部材の各側からの前記腱に対する張力により、前記円筒部材が前記張力の方向に移動することを特徴とする腱ターミネーター。
10. 前記円筒部材は、加工されたアルミニウムであることを特徴とする請求項９に記載の腱ターミネーター。
11. 前記腱ターミネーターは、ロボットアームの指を操作する腱を終端させることを特徴とする請求項９に記載の腱ターミネーター。
12. 前記円筒部材は、長さが約０．５１ｃｍ（約０．２インチ）であり、直径が約０．３２ｃｍ（約０．１２５インチ）であることを特徴とする請求項９に記載の腱ターミネーター。
13. ロボットアームの指を操作する腱を終端させるための双方向腱ターミネーターであって、
    狭い端部及び広い中央部を有して貫通して延びる溝孔を備え、アルミニウムから加工された円筒部材と、
    前記円筒部材内の前記溝孔を通して延びる腱と、
    前記腱内に位置付けされ、前記溝孔の前記中央部内に置かれる球と、
    を備えた腱ターミネーターであって、
    前記球が、前記溝孔の前記中央部内に嵌まるものの、前記溝孔の前記狭い端部には嵌まらないような直径を有することにより、前記球は、前記円筒部材内でロックされ、前記円筒部材の各側からの前記腱に対する張力により、前記円筒部材が前記張力の方向に移動することを特徴とする双方向腱ターミネーター。
14. 前記円筒部材は、互いに固定される第一円筒部材及び第二円筒部材を有し、前記円筒部材及び前記第二円筒部材の各々は、前記溝孔の狭い端部を有するともに前記中央部の一部を形成し、前記第一及び第二円筒部材を離すことにより、前記球を前記腱内に位置付けすることができ、そのあと互いに固定することにより前記球を前記溝孔の前記中央部に保持できることを特徴とする請求項１３に記載の腱ターミネーター。
15. 前記円筒部材は、当該円筒部材の側壁に形成され、前記溝孔と連通するスロットを備えることを特徴とする請求項１３に記載の腱ターミネーター。
16. 前記円筒部材は、当該円筒部材の側壁に形成され、前記溝孔の前記中央部と連通する開口を備えることを特徴とする請求項１３に記載の腱ターミネーター。
17. 前記円筒部材は、長さが約０．５１ｃｍ（約０．２インチ）であり、直径が約０．３２ｃｍ（約０．１２５インチ）であることを特徴とする請求項１３に記載の腱ターミネーター。
18. 前記球は、前記腱の編組み線維内に置かれることを特徴とする請求項１３に記載の腱ターミネーター。

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