JP2013531545A - 機器用保持装置 - Google Patents

Abstract

機器用保持装置。本発明は、互いに相対的に動き得る少なくとも２つのパーツ（１６、１８）を有する少なくとも１つのジョイント（１４）とジョイント（１４）に関係する少なくとも１つの駆動ユニットとを備える機器（１２）用保持装置（１０）にする。駆動ユニットは互いに相対的に動き得るジョイント（１４）のパーツ（１８）の少なくとも１つを駆動することでジョイント（１４）を動かすようになされる。保持装置（１０）は、ジョイント（１４）に関係する固定機構と起動される解除ユニット（２４）を有する固定装置も備え、固定機構は、解除ユニットが起動されない限りジョイント（１４）を固定位置に保持するように解除ユニット（２４）と相互作用をする。固定装置は、解除ユニットが起動されなくてもある動きの範囲内で特定の固定された位置からのジョイント（１４）の動きを許容するようになされる。本発明は、保持装置用の固定装置と該固定装置用の運転方法にも関する。
【選択図】図７

Description

本発明は、機器用保持装置に関し、この装置は、互いに相対的に動き得る少なくとも２つのパーツを有する少なくとも１つのジョイントと、そのジョイントに割り当てられた少なくとも１つの駆動ユニットを有する。駆動ユニットは、互いに相対的に動き得るパーツの少なくとも１つを駆動することにより、ジョイントを動かすようになされる。

このようなタイプの駆動される保持装置は、現状で知られている。用途に応じて、そのような保持装置は、スタンド装置とも呼ばれ、医用光学機器、あるいは機器を用いるマニピュレーションユニット付きのロボットを保持する。一般に、ジョイントはスイベルジョイントの形を取り、その場合には、荷重トルクは、互いに相対的に動き得るジョイントのパーツにより、または機器により、スイベルジョイントに生ずる。駆動ユニットは、その荷重トルクを相殺するのに適した対応するカウンタートルクをスイベルジョイントに導入する。

このようなタイプの保持装置は、例えばDE 10 2004 063 606 A1からも既知であり、そこでは、保持装置は荷重トルクをバランスさせる電動モータを含み、スイベルジョイントの位置を記録する手段と組み合わされ、荷重トルクとバランスするカウンターモーメントを生ずるために記録された回転ジョイントの位置に基づくようにして電流が供給される。この目的のため、必要なモータ電流を設定する制御ユニットを備える。

医用光学機器を保持するための、いわゆるスタンド装置あるいは保持装置は、執刀医あるいは他の医療スタッフにとって可能な限り容易に機器を扱えるようにするために、通常用いられる。したがって、保持装置を用いることにより、保持装置に取り付けられた医用光学機器は、位置合わせの手順の間、保持されるべき機器の重量なしで、手動で所望の位置に動かされ、保持装置は位置合わせの手順終了後に機器を所望の位置に保つ。

通常は、保持装置は、機器と保持装置が位置合わせの手順の間容易に相対的に動くようにするとともに、位置合わせの手順の終了後には保持装置の動きを止める固定機構を有する。この目的のために、DE 10 2004 063 606 A1に記載されるように、マグネティックブレーキをスイベルジョイントに備え、起動に応じて、互いに相対的に動き得るスイベルジョイントのパーツの動きを解放し、あるいは、停止する。オペレータが機器と共に保持装置を動かしたいならば、彼／彼女は、先ず例えば解放ボタンを押すことによりマグネティックブレーキを解放し、次に手動で機器を所望の位置に動かす。彼／彼女が解放ボタンを放すとすぐに、マグネティックブレーキが自動的に再係合し、互いに相対的に動き得るスイベルジョイントのパーツのさらなる動きを止め、保持装置が機器をこの時に得られた位置に保持する。

オペレータが位置合わせの手順を実行し、マグネティックブレーキを解放するボタンを押し続けている間、電動モータ、すなわち駆動ユニットは、スイベルジョイントに作用する荷重トルクがカウンタートルクにより釣り合うようにして動き得るスイベルジョイントのパーツに作用し、機器はオペレータにとって垂直方向には荷重がない状態で移動できる。

そのような固定機構のために、例えば執刀医のような人間のオペレータと駆動される保持装置とが、保持装置の作業空間内に居る人の危険性を構成する保持装置なしで、一体となって配置されることを可能にする。オペレータが固定機構を起動しなくなるとすぐに自動的にブレーキが係合することにより、保持装置が人を傷つける可能性のある位置に意図せずに移動することが防止される。この場合にはブレーキの制動作用は、駆動ユニットの駆動力が、ブレーキが係合しているジョイントのパーツを相対的に動かすのに十分ではないように選定される。

保持装置に関して、またすべてのタイプのロボット装置に関しても一般的に知られている一つの問題は、配置の振動減衰にある。原則として、保持装置を位置合わせする手順の完了後の好ましくない後発振と、部屋の天井、部屋の横壁あるいは床を経由して保持装置に伝達され、保持装置を搭載するタイプにより変わる外部建造物の振動の双方は、該保持装置と装置に接続された機器とに入力される。さらに、好ましくない振動は、例えばオペレータが保持装置に取り付けられた機器を使おうとする場合（例えば、顕微鏡を覗こうとする場合）、オペレータが保持装置を押すことによっても、保持装置および機器に入力される。可能な限り保持装置上の機器のこのような好ましくないかつ邪魔な振動をなくすために、現状の技術では追加の振動減衰対策を取ることが知られている。

第一に知られている対策は、振動減衰方法において保持装置を、保持装置が配置される部屋から、例えば保持装置が取り付けられる壁と保持装置との間に配置される減衰性の中間部材によって、切り離すことである。そのような中間部材は、特に多様な周波数の振動を減衰できるものである場合には、非常に精緻でありかつコストのかかるものである。さらに、この方法では建物の振動のみが減衰し、上記の保持装置の後発振は減衰されない。

さらなる対策として、現状技術では、保持装置と組み合わせてアクティブ振動減衰のシステムを使用することが知られている。したがって、公開ドイツ特許公報DE 10 2004 063 606 A1では、アクティブ振動減衰のための機構を開示しており、保持装置の振動を記録するセンサを備え、振動減衰制御ループのための制御された変数を提供する。この振動減衰制御ループは、補正変数によって、電動モータへの重畳モータ電流を出力し、それにより保持装置の記録された周期動や振動が打ち消されるようにスイベルジョイントを動かす。しかし、そのような構成のデメリットは、保持装置の位置を固定するブレーキがスイベルジョイントを遮らない場合に限り、このタイプの振動減衰で周期動や振動が相殺されるということである。

しかし、保持装置が保持位置にあるときには（すなわち、ブレーキが保持装置の少なくとも１つのスイベルジョイントを固定するときには）、保持装置、その結果として機器、の振動を精密に減衰させることが好ましい、あるいは必要である。

よって、また、現状の技術から、スイベルジョイントを動かす駆動ユニットとは別である追加のアクチュエータあるいは駆動装置により振動減衰が可能であることが知られている。例えば、DE 10 2004 004 602 A1から、振動減衰を与えるために追加ドライブを有する医用光学機器用スタンド装置を提供することが知られており、そのドライブは例えば制御回路あるいは制御ループに接続される。

DE 10 2007 034 286 A1は、スタンド用アクティブ振動減衰装置を開示し、その装置は、減衰させる振動を拾う少なくとも１つの振動ピックアップと減衰させるカウンター振動を生ずる少なくとも１つの追加のアクチュエータとを備え、別個のアクチュエータは、例えば圧電要素を備える。

類似の構成は、EP 1 447 700 A2でも知ることができ、ＡＲＥＳ（Actively Reacting Flexible Structure: 能動的応答性フレキシブル構造）コンポーネントを自己調整コンポーネントとして用い、振動の測定に基づいて一体の駆動要素、例えば圧電アクチュエータを、振動をリアルタイムで打ち消すように駆動し、振動が保持装置の位置を変えないようにする。

しかし、このようなタイプの追加のドライブ要素や減衰要素の提供には、各ケースで保持装置の構成に追加要素を構造的に統合しなければならないという必要性がある。これらの要素では労力が増大し、よって設計プロセスの範囲内のみならず製造および組立てにおけるコストの増大を伴う。さらに、これらの追加要素はその機能性に関し定期的にチェックし、不具合のある場合には、交換または修理されなければならないので、このことには検査労力および／または修繕労力の増大が伴う。

したがって、本発明の目的は、保持装置の作業空間に配される人用安全防護対策なしで、固定機構により提供される、保持装置のコスト効率のよい信頼性の高い振動減衰を可能にすることにある。

この目的は、前述の特徴を有する機器用保持装置によって達成され、該装置はジョイントに配置されたロックと動かされるようにできる解除ユニットとを有する固定機構をさらに備え、ロックは、解除ユニットが起動されない限り固定位置にジョイントを保持するように解除ユニットと協働し、固定機構は、解除ユニットが起動されていないときにそれぞれの固定位置から外れる動きの所定範囲内でジョイントの動きを許容するようになされる。

本発明による保持装置の固定機構は、結果として、解除ユニットが起動されたときだけ、すなわち、例えばユーザまたはオペレータが解除ボタンを押し続けることにより、完全に自由に動くことのできるロボットまたは保持装置により、人とロボットの間で協働作業が行われる場合に通常要求される所望の安全性を提供する。解除ユニットが再度停止されると、特別に設計された固定機構のために、駆動ユニットによりもたらされるジョイントの動き、すなわちジョイントの駆動された動きは、それぞれの固定位置から外れて、すなわち解除ユニットが停止されたときにジョイントが配された位置から外れて、動ける所定の範囲内でのみ可能になる。

この方法では、例えば、振動減衰は、動きの所定範囲内でのジョイントの最小の動きがこれに対して十分であるので、保持装置がロックされているときでもジョイントに配置された駆動ユニットの助けにより行うことができる。しかし、同時に、動きの所定範囲は、固定状態の保持装置が保持装置の作業空間に居る人の安全を脅かし得る制御されない動きをすることが、確実にできなくもする。

本書では、用語「機器」は光学および／または医療機器のようなものとロボットのマニピュレーションユニットの双方を包含する。さらに、本発明の保持装置の使用は、保持装置が機器に取り付けられていないときでも、当然に有効である。

ロックは、確動ではない(non-positive)力調整（force-fitting）および／または確動の(positive)形調整（form-fitting）のタイプの接続を含み、接続は、互いに相対的に動き得るジョイントのパーツを互いに接続し、または、駆動ユニットを駆動ユニットにより駆動されないジョイントのパーツに接続できる。ロックが例えば保持装置の別の動かないパーツに確動ではないように、または、駆動ユニットを確動に接続するさらなる構成も、後者を固定するために、考えられ得る。

ジョイントはスイベルジョイントの形を取ってもよく、互いに相対的に動き得るパーツの少なくとも１つは、スイベルジョイントの回転軸周りに旋回できる。しかし、代替として、ジョイントは、互いに相対的に動き得るパーツの少なくとも１つの直線運動を可能にするスライドジョイントの形を取ることもできる。原則として、設計では、例えばスクリュージョイントの形のように、互いに相対的に動き得るジョイントのパーツの１つが線形運動と回転運動との両方をできるようなジョイントの形を取り得る。しかし実際には、スイベルジョイントかスライドジョイントを好適に使用しており、必要に応じて互いに組み合わせていた。

解除ユニットは、保持装置を動かそうというユーザの意図が識別できるようなハンドル、押しボタンまたは他の如何なるタイプの入力装置を含んでもよい。

本発明の駆動ユニットは、互いに相対的に動き得るジョイントのパーツの少なくとも１つを駆動することによりジョイントを動かすように作用する。したがって、最新技術から分かるように、駆動ユニットは、カウンタートルクを導入することでスイベルジョイントの形を取ってジョイントに作用する荷重トルクを相殺するのに利用できる。しかし、代替として、換言すると、そのようなタイプの荷重トルクの全てまたは部分的な機械的な相殺において保持装置の構造的な形態により相殺が行われる場合、あるいは追加で、駆動ユニットは振動減衰の目的にも用いられ得る。

したがって、保持装置は、アクティブ振動減衰用機構としても機能し、アクティブ振動減衰用機構は駆動ユニットにバランス信号を出力するようになされ、バランス信号は駆動ユニットがジョイントを保持装置の振動が相殺されるように動かす効果を有する。この場合、スイベルジョイントの形を取るジョイントのねじれ振動とスライドジョイントの形を取るジョイントの振動の両方が相殺される。

駆動ユニットは、制御ユニットにより周知の方法で制御され、制御ユニットは荷重トルクを相殺するために駆動ユニットに制御信号を出力し、荷重トルクは、スイベルジョイントの形を取るジョイントで機器自体および／または動き得るスイベルジョイントのパーツにより誘発される。その信号は、駆動ユニットがスイベルジョイントに荷重トルクを相殺するカウンターモーメントを生じさせる効果を有する（アクティブ相殺）。

同様に、スライドジョイントの形のジョイントの設計の場合は、制御ユニットで制御される駆動ユニットは、ジョイントの引張力または圧縮力を相殺するカウンター力を生じ、引張力または圧縮力は、保持装置の互いに相対的に動き得るジョイントパーツの、および接続する部材の、自重の力により生じる。

アクティブ振動減衰のため、駆動ユニットがすでにそのようなカウンターモーメントあるいはカウンター力の目的で積極的に用いられているならば、アクティブ振動減衰用機構は制御信号に重ねられるバランス信号を駆動ユニットに出力し、この方法で振動減衰をもたらす。

しかし、同様の振動減衰効果は、駆動ユニットを用いてアクティブ相殺せず、むしろ完全または部分的に機械的に相殺する保持装置の場合にも、得られる。荷重トルクを機械的に相殺する場合には、例えば、保持装置は、保持装置がバランスウェイトにより如何なる位置でも平衡状態に保たれるように構成される。この場合には、相殺は、バランスウェイトと、ジョイントの動くパーツの自重による力のバランス効果とで行われる。完全または部分的に機械的に相殺する場合、その結果、駆動ユニットは、もっぱらまたは少なくとも部分的に振動を相殺するカウンター振動を生成するために用いられる。

制御ユニットとアクティブ振動減衰用機構の双方が、例えば現在のジョイント位置記録用、作用する荷重トルクもしくは作用する引張力または圧縮力記録用、または、保持装置の振動記録用センサなど、内部または外部センサシステムを備え、制御信号またはバランス信号それぞれの基礎となる測定信号を提供してもよい。

さらに、制御ユニットはオペレータにより外部入力インターフェース経由で制御され、オペレータは、例えば、ジョイントの特定位置を指定する。このように、駆動ユニットは、振動減衰用に、必要に応じてアクティブ相殺用に作用するだけではなく、ジョイントの位置を変え、保持装置のリモートコントロール運転を可能にする。

アクティブ振動減衰用機構は追加で入力インターフェースを有し、入力インターフェース経由でオペレータにより特定の入力がなされてもよい。例えば、振動減衰を起動し、停止してもよいし、特定の振動範囲に制限してもよい。

ロックはさらに少なくとも１つの停止面と少なくとも１つのカウンター停止面をさらに備えてもよく、停止面とカウンター停止面はジョイントをその固定位置に保持するために相互作用する。しかし、ジョイントの２つの互いに反対方向の動きでのロックを可能にするため、いくつかの互いに対面する停止面とカウンター停止面を備えてもよい。

停止面と少なくとも１つのカウンター停止面は、例えば、互いに相対的に動き得るジョイントのパーツに、動き得るジョイントパーツと保持装置の動かないパーツに、駆動ユニットと保持装置の動かないパーツに、等のそれぞれの例のように、保持装置のほとんどの多様なパーツに配置されてもよい。この手段により、解除ユニットが起動されなければ、ジョイントが固定位置に保持されることだけが確実にされればよい。

さらに、ロックはブレーキ、特に電磁ブレーキを含んでもよく、ブレーキの動き得るパーツはジョイントの少なくとも１つの駆動されるパーツと結合され、ロックの少なくとも１つの停止面はブレーキの動き得るパーツに、ロックの少なくとも１つのカウンター停止面はジョイントの少なくとも１つの駆動されるパーツに配置される。ジョイントの少なくとも１つの駆動されるパーツと結合される代わりに、ブレーキの動き得るパーツは、駆動ユニットの駆動出力と結合してもよく、駆動出力はジョイントの駆動されるパーツに接続される。

このようなブレーキは、ブレーキを用いてジョイントをブレーキが起動した時に占めていたそれぞれの固定位置に保持するように、少なくとも１つの駆動されるジョイントパーツを動けなくすることを可能にする。ブレーキの動くパーツが、ブレーキの別の動かないパーツであって、保持装置またはジョイントの動かないパーツと結合されるパーツと確動ではない形調整になる、ブレーキの確動でない設計変更は、次の利点を有する。有効なブレーキ力の適切な設計がある場合、必要に応じて、手でジョイントを動かすことができ（最大のブレーキ力、またはそれから生ずる最大のブレーキモーメントを超えることにより）、ブレーキが掛っている場合で保持装置が損傷した場合に、保持装置を所望の位置に動かすことができる。

さらに、特に、例えば電磁閉路ブレーキの形のような、閉路ブレーキの形のブレーキの構成は、その構造的構成のために電圧が印加されない間はブレーキ力を掛けるので、有利である。このように、保持装置の電源が故障した場合に、ロックは保持装置を自動的に安全位置に保持することができ、安全位置では保持装置のさらなる不測の動きにより生死にかかわるような危険が排除される。

代替あるいは追加で、ロックは、止め具、特に止めピンを有し、その上には少なくとも１つの停止面が形成され、ジョイントの２方向の動きを固定する少なくとも２つのカウンター停止面を有する窪みと係合する。この構成は、ジョイントの動き得るパーツあるいは駆動ユニットとジョイントの駆動されないパーツとの確動カップリングに対応する。止めピンの形のある構成では、ジョイントの動きによりカウンター停止面の１つに接触して動きを防止されるようになるピンの横方向面の一部が、停止面を形成する。

そのような止め具はさらに、ジョイントの動きを固定する第１位置と、ジョイントの動きを許容する第２位置との間で前後に動くことができる。よって、カウンター停止面は、引っ込めたり伸ばしたりできる止め具または止めピンと相互作用する堅く形成された表面として提供される。止めピンあるいは止め具は、例えば解除位置のように、２つの位置の内の１つに付勢され、解除ユニットの起動時に止め具が解除位置に維持され、停止時に止め具が解放され、付勢のために自動的に固定位置に動くようにしてもよい。そのようなメカニズムのために取り得る構成には、例えば、２つの位置の内の１つに止め具を付勢するバネや、止め具をそれぞれ別の位置に動かし保持する磁石などが含まれる。

さらに、ロックの停止面とジョイントの動き方向のカウンター停止面の間にクリアランスを設ける方法がある。与えられるクリアランスは、この場合に、解除ユニットが作動していないときに、すなわち、保持装置が固定されているときに、ジョイントが動くことができる所定の範囲を画定するのに役立つ。

さらに、少なくとも１つの弾性中間部材をロックの停止面とジョイントの動き方向のカウンター停止面との間に設ける方法がある。この構成の変更は、上述のクリアランスの代替として、または追加手段として、提供される。代替の構成では、弾性中間部材は、クリアランスに取って替わり、解除ユニットが起動されなかったとしても、その弾性のために所定範囲内の動きでジョイントが動けるようにする。ジョイントの動きの範囲は、この場合、弾性、すなわち弾性中間部材の復元力による、また、中間部材に作用し駆動ユニットにより導入される力又はトルクによる結果となる。

そのような弾性中間部材の目的で、例えば、ゴム部材、ゴムコーティングなどが提供される。しかし代替として、ゴム以外の弾性素材から形成された部材、例えば板バネや金属性の同様のものなど、の構成も考えられる。弾性中間部材はさらに、停止面、カウンター停止面、あるいはその両方に取り付けられてもよい。

弾性中間部材を使用することにより、弾性中間部材の弾性復元力の結果として、さらに、カウンター停止面との関連で、自動的に停止面との中央になったり停止面に整列されたりすることができる。停止された解除ユニットの場合、駆動ユニットの作用する駆動力または作用するトルクの結果として、停止面は、所定の動きの範囲内でカウンター停止面に向けて動かされる。その過程で、弾性中間部材は圧縮され、停止面とカウンター停止面との間のスペースは小さくなる。駆動ユニットの駆動作用、すなわち、作用するトルクや作用する駆動力がなくなると、または弾性復元力が残っている駆動作用より大きくなるように駆動作用が減じられると、停止面は弾性復元力のためにカウンター停止面に関して戻される（整列）。２つのカウンター停止面間に配置された止め具と、止め具とカウンター停止面との間のクリアランスなしの弾性中間部材とを有する構成の変更では、この結果カウンター停止面間で止め具は中央に位置することになる。

この整列と中心化の結果として、ジョイントの自由な動き（解除ユニットが起動されて）の後、停止面は、カウンター停止面に関して、解除ユニットが停止されると弾性中間部材が再び変形してジョイントのさらなる動きが可能なままであるように常に配置される。

しかし、原則として保持装置の１つ以上の部材をジョイントの所定の範囲内での動きができるようにするのに充分な弾性を有し、それにより振動減衰できる構成することも考えられる。ジョイントの動きの範囲は、この場合、弾性により、すなわちロックの領域内のシステムの復元力と、止め具に作用する力又は駆動ユニットに導かれるトルクにより決まる。

止め具の構成変更に置いて、ジョイントが止め具を用いて瞬間的位置に固定されることを可能にするため、止め具が係合する複数の窪みを提供するのがよい。

さらに、保持装置は、ジョイントが所定の範囲内で動いているのかをモニターし、このことについて固定機構にフィードバックを提供するモニター器具を備えてもよい。そのようなモニター器具は、例えば、通信回線経由で固定機構に接続され、フィードバックが固定機構への入力信号の形で固定機構に伝達されてもよい。

さらに、モニター器具のフィードバックに基づいて、固定機構はロックを起動させることができる。この構成では、ロックの起動は事実上２段階で行われる。第１段階では、解除ユニットの停止により、ジョイントが所定の範囲内で動かされているかをモニターするモニター器具を起動する。この場合、解除ユニットが停止されていても、ロックは起動されない。第２段階では、モニター器具はジョイントの動きが所定の範囲から外れていることを示し、固定機構によりロックが起動され、ジョイントの動きを防止する。このことにより、ジョイントが、例えば振動減衰に有効な範囲を超えて移動することができなくなる。

モニター器具は、ジョイントの動きをモニターする少なくとも１つのセンサを備える。そのようなセンサは、例えば視覚位置センサなどのような、駆動ユニットのセンサまたはエンコーダを含む。保持装置の制御ユニットやアクティブ振動減衰用のユニットの内部または外部センサシステムにすでにあり、スイベルジョイントの精密な位置を明確にするのに利用されるセンサを用いるのが特に好ましい。

本発明は、上記に説明した特徴を有する保持装置用の固定機構と、そのための作業プロセスにさらに関連する。

本発明は、添付の模式的図に基づき、例示の方法で、以下に説明される。

図１は、本発明による保持装置の模式的側面図である。 図２は、図１の本発明による保持装置のスイベルジョイントの模式的部分断面側面図である。 図３ａ〜３ｅは、図２によるロック機構の模式的詳細図で、斜視図で示したロック機構の異なった位置と実施例を示す。 図４ａ、４ｂは、図２の詳細Ａによるロック機構の模式的部分断面側面図を示す。 図５は、図１の本発明による保持装置のブレーキの模式的、部分断面側面図である。 図６は、本発明による保持装置のジョイントの一部とブレーキのカップリングの模式的詳細図である。 図７は、本発明による保持装置の固定機構における手順を説明するフローチャートである。

図１に、かなり単純化した形で、本発明による保持装置の実施の形態を側面図で示す。保持装置は、一般に符号１０で示される。保持装置１０は、保持装置１０に接続される例えば図示の顕微鏡のような機器１２を含む。図１に示す実施の形態では、保持装置１０は部屋の床Ｂ上に配置されている。しかし、保持装置１０は側壁や部屋の天井にも取り付けられることは言うまでもない。

図示の保持装置１０は、いくつかのスイベルジョイント１４によって互いに接続された、いくつかの剛な部材１６、１８、２０（以降、「アーム」と称する）を備える、いわゆるスタンドの形の構造となっている。したがって、アーム１６とアーム１８はスイベルジョイント１４_１により、アーム２０とアーム１８はスイベルジョイント１４_２により互いに相対的に動けるように接続される。保持装置１０の自由端には機器レセプタクル２２が付けられ、同様にスイベルジョイント１４_３を介してアーム２０に接続される。保持装置１０のタイプや設計に応じて、このように機器１２は、互いに平行にまたは横方向に配置された、いくつかの軸周りに動かすことができる。図示の保持装置１０の代替として、本発明は、スイベルジョイントの代わりにまたはスイベルジョイントに加えて１つ以上のスライドジョイントを含む保持装置をも含むことは明らかである。このように、可変的に多くの、そして可変的に設計されたジョイントを有する任意のジョイントの組合せが可能である。

スイベルジョイント１４_１の運転モードと構成に関する以下の記載は、同様にスイベルジョイント１４_２やスイベルジョイント１４_３にも適用される。

保持装置１０の個々のスイベルジョイント１４には、例えば電動モータ等の駆動ユニット（不図示）が割り当てられ、スイベルジョイント１４の動き得るパーツの少なくとも１つを駆動する作用をし、このようにそのパーツを他のパーツと相対的に動かす。したがって、図２に示すように、アーム１８は、アーム１８に接続する駆動軸１８ａによりアーム１６に対して動き、自由端にインターフェース１８ｂを備え、アーム１８はインターフェース１８ｂを介して駆動ユニットと接続され、駆動ユニットで駆動される駆動軸１８ａはアーム１８と共に回転軸Ｄ周りに動くことができる。

図２に示す実施の形態では、駆動軸１８ａはアーム１６の貫通孔を通って延在し、その接続で駆動軸１８ａは貫通孔（不図示）内で低い摩擦の状態で支持される。しかし、図２に示すスイベルジョイント１４の構成は例示に過ぎず、よって、駆動ユニットへの接続１８ｂも異なった位置で完全に別の方法で構成されてもよく、例えばアーム１８に係合する駆動ユニットの駆動軸により、駆動ユニットがアーム１８の外側輪郭に係合することにより等、でもよい。

本発明による保持装置１０のような保持装置の場合には通常、駆動ユニットの駆動は各スイベルジョイント１４に与えられる。駆動ユニットは、保持装置１０に取り付けられた機器１２や保持装置の個々の部材の自重による、それぞれのスイベルジョイント１４に生ずる荷重トルクを相殺するように作用する。例として、スイベルジョイント１４_１ではアーム１８に接続する全ての部材（機器１２を含めて）の重量力および関連するレバーアームの結果の荷重トルクが生ずる。

できるだけ単純に機器１２の手動の扱い（手動の配置）を保証するために、それぞれのスイベルジョイント１４の駆動ユニットは同じように大きなカウンターモーメントによりそれぞれの荷重トルクを相殺するように作用し、保持装置１０の作業空間で機器１２の手動の移動の場合に実質的に重さの掛らない状態で機器１２をオペレータにより動かすことができ、慣性力も相殺される（アクティブ相殺）。どのような場合でもスイベルジョイント（ロックを外している）に生ずる摩擦力は、それは僅かであり、保持装置の構成によっても異なるが、同様に駆動ユニットにより相殺され（慣性力も生じているが）、機器１２を自由に動かそうとするオペレータにより操作される。しかし、別の場合には、本発明による保持装置は、各ジョイントで、生ずる荷重トルクの完全または部分的な機械的相殺も示す。

図２でも同様に分かるように、スイベルジョイント１４_１（スイベルジョイント１４_２とスイベルジョイント１４_３も同様に）は、更に例えば止めピン２６の形のロックを備え、ロックは、スイベルジョイント１４_１の互いに相対的に動き得るパーツを互いに連結する作用をし、この方法によりスイベルジョイント１４_１の回転運動を防止する。ロックを用いて、保持装置１０は、位置決め後に所望の位置を維持する。図２に示すように、互いに相対的に動き得るスイベルジョイント１４_１のパーツ１６、１８の確動の連結の代替として、以下に説明するように、確動でない連結も考えられる。さらに、駆動ユニットとスイベルジョイント１４_１の駆動ユニットにより駆動されないパーツ１６との間に、または、スイベルジョイント１４_１の駆動ユニットにより駆動されるパーツ１８と保持装置１０の動かないパーツとの間にロックを配置することも同様に可能であり、これらの部材を連結する。

機器１２上に配置される解除ユニット２４は、ロックと共に、保持装置１０の作業空間に居る人を保持装置１０の不測の動きに対して保護する作用をする、いわゆる固定機構を形成する。したがって、保持装置１０は、解除ユニット２４が起動されたときにその作業空間内で自由に動かせ、それにより解除ユニット２４の起動された状態で、ロックがスイベルジョイント１４を解除するように解除ユニット２４と相互作用する。解除ユニット２４が起動されなくなると、保持装置１０のその作業空間内での自由な動きは、安全上の理由のために、もはやできなくなる。

解除ユニット２４は、ユーザが保持装置１０を動かしたいという事実を表すために作動又は起動するハンドル、プッシュボタン、ジョイスティックあるいは他のタイプの入力ユニットを含んでもよい。

その構造の理由で、本発明による保持装置１０はまた、上述の手動の移動の他に、コントローラによる自動的な移動の可能性も提供する。原理的に、図示しない制御ユニットは、例えばそれぞれのスイベルジョイント１４のカウンタートルクを作り上げるために、駆動ユニットがスイベルジョイント１４の互いに相対的に動き得るパーツの少なくとも１つを所望するように駆動する効果を有する制御信号を生成し、このようにしてスイベルジョイント１４を動かす。しかし、解除ユニット２４が起動されると、保持装置１０も同じ制御ユニットまたは追加の制御ユニットにより、制御ユニットがスイベルジョイント１４の対応する駆動を制御することにより、所定の位置に動かされる（リモートコントロール運転）。

さらに、保持装置１０は、例えば、位置合わせの移動が行われた（手動でまたは自動で）後の保持装置の後発振または、例えば床Ｂを介して保持装置１０に伝わる部屋の振動により生ずる振動が、減衰するように構成される。これはアクティブ振動減衰用機構（不図示）を介して得られ、アクティブ振動減衰用機構は振動減衰のために駆動されるスイベルジョイント１４の駆動ユニットを利用する。この目的のため、アクティブ振動減衰用機構は、それぞれの駆動ユニットにバランス信号を送信し（必要に応じて、制御信号に重ね合わせて）、バランス信号は、駆動ユニットが保持装置１０の振動が相殺されるようにスイベルジョイント１４を動かす効果を有する。通常、そのようなバランス信号は、アクティブ振動に対応するスイベルジョイント１４の周期的な動き（加振振動）を引き起こすように構成され、それにより、アクティブ振動に関連する加振振動の位相のずれのために、アクティブ振動と加振振動は互いに打ち消しあう。

保持装置が作業空間内で自由に動けず、保持位置内に留まるような場合でも、そのようなアクティブ振動減衰が可能となるように、固定機構は、解除ユニット２４が起動されていないならば、所定の角度範囲内のそれぞれの固定位置から外れたスイベルジョイント１４の動きを許容するようになされる。

構成の第１の変更では、図２〜４ｂに示すように、固定機構は少なくとも止めピン２６（図４ａ、ｂには、２つの止めピン２６が示される）を有するロックを含み、その外周面は停止面２６ａを形成する。図４ａおよび図４ｂに示すように、各止めピン２６は、スイベルジョイント１４の動きを固定する第１位置と、スイベルジョイントの動きを許容する第２位置との間で前後に動かされる。各止めピン２６は、その第１位置で、カウンター停止面２８ａ、２８ｂを備える窪み２８（図４ａ、ｂには、２つの窪み２８が示される）に受け入れられる。各止めピン２６は、駆動ユニットにより駆動されるスイベルジョイント１４_１のパーツ１８に、または、スイベルジョイント１４_１の駆動されないパーツ１６に配置され、その場合、カウンター停止面２８ａ、２８ｂを提供する窪み２８はスイベルジョイント１４_１のそれぞれ他の部分に配置される。

止めピン２６を前後に動かすのに示される機構は、図４ａおよび図４ｂによれば、磁石ＭとバネＦを備える。バネＦは、止めピン２６の内部に受け入れられ、バネＦが緩められたときに止めピン２６を第１固定位置に位置するように付勢する。このことは、図４ａで、矢印Ｆ_{ｓｐｒｉｎｇ}によっても示される。バネＦの他の配置でもよいことは断るまでもないであろう。

磁石Ｍ（他のいかなるタイプであっても磁気引力源を代表する物を表すことを意図する）は、止めピン２６を第２位置（図４ｂ参照）に移動させる作用をし、第２位置では、スイベルジョイント１４の動きを許容する。この目的のために、図４ｂで示されるようにＦ_{ｍａｇｎｅｔ}で表される磁力は、止めピン２６に作用し、その結果バネＦが付勢される。磁石Ｍの場合、永久磁石ではなく、例えばコイル等の形の電気的に起動される磁石であるということである。磁石Ｍに電流が作用していないと、磁力Ｆ_{ｍａｇｎｅｔ}は止めピン２６に作用せず、止めピン２６は第１位置に戻り、その結果付勢されたバネＦのバネ力Ｆ_{ｓｐｒｉｎｇ}となる（図４ａ参照）。

止め具を動かすのに示される機構は、一例に過ぎず、例えば、反転動作により、または力を導入する他の部材を用いることによって、置き換えてもよい。

図３ａ〜３ｃにカウンター停止面２８ａ、２８ｂを有するレセプタクル２８の構成が示され、それらの図では、止めピン２６はカウンター停止面２８ａ、２８ｂに関して異なる位置に受け入れられている。よって、明らかに分かるように、窪み２８は、スイベルジョイント１４の移動方向（矢印Ｒで示される）に止めピン２６の停止面２６ａとカウンター停止面２８ａまたはカウンター停止面２８ｂとの間にクリアランスがあるように構成され、ロックが起動されていても所定の角度範囲内でスイベルジョイント１４_１の僅かな動きが許容される。

スイベルジョイント１４のロックを可能な限り考えられる位置にできるように、対応するカウンター停止面２８ａ、２８ｂを有する複数の窪み２８と、少なくとも２つの止めピン２６を提供することが必要であり、止めピン２６は、互いに相対的に関連し、角度のずれ（回転軸Ｄに関して）をもってカウンター停止面２８ａ、２８ｂに関して配置され、止めピン２６の少なくとも１つは、他の止めピンがカウンター停止面２８ｂに固定されていても（図３ｄ参照）、常に窪み２８に係合するようになされる。

さらに、図２〜４ｂによる円筒形状の止めピン２６の構成と図３ａ〜３ｅによる窪みの構成は一例に過ぎない。よって、別の実施の形態では、例えば円錐またはのこぎり歯形状の止め具と対応する窪みの面を有し、止めピン２６の第２位置から第１位置への動きを、望まずに固定することは、カウンター停止面２８ｂ（図３ｄに示されるように）によりかなり阻止できる。

さらに、上記のスイベルジョイント１４_１の動きの方向Ｒにおけるクリアランスの代わりに、または、クリアランスと組み合わせて、止め具の停止面とカウンター停止面２８ａ、２８ｂの間に弾性中間部材Ｅを提供することができ（図３ｅに示すように）、止め具が既に弾性中間部材Ｅに当たっていても（図３ｅ参照）、スイベルジョイント１４_１のさらなる動きが許容される（図３ｅに示すように）。

弾性中間部材Ｅはカウンター停止面２８ａ、２８ｂに配置されても、停止面２６ａに配置されてもよい。例えば、止めピン２６または如何なるタイプの止め具に、例えばゴムのような弾性材料からなる覆いを付けることが考えられる。

代替の確動ではないタイプのロックはブレーキ３０（図５および図６参照）を含んでもよく、ブレーキ３０は、互いに相対的に動けるスイベルジョイント１４のパーツ１６、１８のいずれかを互いに連結し、または、駆動ユニットを例えば駆動ユニットに駆動されないアーム（図２のアーム１６）のような動かないパーツに連結する。そのようなブレーキ３０の例は、いわゆる電磁閉路ブレーキであり、予荷重下に維持されるブレーキディスク３２を備え、ブレーキディスク３２は対応するブレーキ停止面３４を押圧し、このように力調整を達成する。この目的のため、スラストワッシャ３６を有するスプリングＦは、ブレーキディスク３２を対応するブレーキ停止面３４に押し付ける。電圧が閉路ブレーキに印加されるときだけ、スラストワッシャ３６は磁力（電流が供給されるコイル担体（coil carrier）３８により生ずる）によりブレーキ停止面３４から離れるように、バネＦの付勢力Ｆ_{ｓｐｒｉｎｇ}と反対に、動かされ、閉路ブレーキのブレーキ停止面３４とブレーキディスク３２との間に軸方向のスペースを生ずる。この位置で、力調整は無効となり、以前にブレーキ止めされたパーツは互いに相対的に自由に動ける。

そのような閉路ブレーキの利点は、特に、あり得る電源喪失の場合にブレーキが自動的に起動するという事実にあり、この方法で、保持装置がその自重のために望まないように動くことを防止できる。例えばブレーキの形のような確動ではない構成のロックのさらなる利点は、必要なら係合する閉路ブレーキの摩擦力を超えることにより、ロックが起動しているときでも、互いに相対的に動き得るパーツは依然として動け、システム故障のときに、保持装置を手動で危険性の高い位置から動かすことができることにある。

図５および図６に示されるブレーキ３０の場合、ブレーキディスク３２はスイベルジョイント１４_１の駆動されるパーツ１８に結合され、例えばブレーキ停止面３４はスイベルジョイント１４_１の別のパーツ１６または保持装置１０の動かないパーツにしっかりと接続される。ブレーキディスク３２の駆動されるパーツ１８との結合は、駆動されるパーツ１８の駆動軸１８ａの外周面上のスプライン軸上のギア３８ａを介して、ブレーキディスク３２の中央窪み４０の内周面上の実質的に対応するギア４０ａを伴い、効力を発する。ギア３８ａの各歯は、本発明によるロックの停止面を形成する２つの側部フランク４２ａ、４２ｂを備え、ギア４０ａ上の実質的に対応する窪みは、本発明によるロックのカウンター停止面を形成する２つのフランク４４ａ、４４ｂを備える。各停止面と対応する各カウンター停止面の間に、図３ａ〜３ｃと図３ｅを参照して止めピン２６との関連で上記にも説明されたように、クリアランスおよび／または弾性部材Ｅ（図６では、１つだけが例示のために示される）がパーツ１８の動きの方向Ｒに提供される。弾性部材Ｅは、この場合駆動されるパーツ１８の駆動軸１８ａに関してブレーキディスク３２が自ら中心に来るように作用し、駆動されるパーツ１８は噛み合うギア３８ａとギア４０ａを介して接続される。

最後に図７に、本発明による保持装置の固定機構の運転モードを例示するフローチャートを示す。この実施の形態では、図２〜６に示したロックの構成に加え、または、代替として、固定機構のソフトウェアベースの制御が提供される。

ステップＳ１００では、固定機構のコントローラが、解除ユニット２４が起動されているかをチェックする。このために、例えば、従来の押しボタンスイッチや、いろいろなタイプのセンサが用いられて、掴みグリップに配置され、押しボタンと一体化され、または、他のタイプの入力ユニットに配置され、保持装置１０を動かそうというユーザの意図を認識する。例えば対応する押しボタンへの圧力により解除ユニット２４の起動および／または停止の際に、この押しボタンスイッチまたはセンサは、固定機構のコントローラへ信号を発する。ステップＳ１０１で解除ユニット２４が起動されたという信号を固定機構のコントローラが受信すると、ロックを解放するための（ステップＳ１０２）解放信号をロックへ出力する。このための条件は、如何なるやり方でもコントローラによりロックが制御されるということである。そのような制御は、例えば図４ａおよび図４ｂに示す実施の形態で可能であり、そこではロックを解放するために、磁石Ｍに電流が供給され、止めピン２６を第２位置（解放位置）に移動する。

この後、ステップＳ１０３で保持装置は、保持装置１０の全作業空間内で手動または自動で、自由に動くことができる。保持装置１０の所望の動きが完了した後に解除ユニット２４が停止されると、すなわち、ステップＳ１１０で固定機構が解除ユニット２４が停止されたという信号を受信すると、ステップＳ１２０でロックを解放するための信号を同様に伝達する（ステップＳ１０２で上述した）が、ステップＳ１３０で保持装置１０の少なくとも１つのスイベルジョイント１４の動きをモニターするモニター器具（不図示）を起動する。以下の記述はスイベルジョイント１４を参照しているが、保持装置の構成に対応して、保持装置１０のスイベルジョイント１４_１、１４_２、１４_３のような複数のスイベルジョイントや１つ以上のスライドジョイントにも適用できる。

本発明によるモニター器具は、例えば内部または外部センサシステムを用いて、すなわち、スイベルジョイント１４の内部センサによる角度センサ（または、スライドジョイントの変位測定センサ）またはナビゲーションセンサシステムの外部センサ（不図示）等を用いて、スイベルジョイント１４が位置する位置の正確な表示（実際の位置）を求め、必要に応じて、どのような角度（またはスライドジョイントの変位）だけジョイント１４がそれぞれの固定位置から動いたか（動きの角度、または、動いた変位）を求める。

このために、例えば、モニター器具は、解除ユニット２４が起動されていないという信号を固定機構が受信したとき（ステップＳ１１０）にジョイント１４が置かれていたジョイント１４の位置を固定位置として記憶する。この固定位置から始めて、モニター器具はジョイント１４が所定の動きの範囲内で固定位置から動いているかをチェックできる。このために、モニター器具は、例えば固定位置と所定の動きの範囲に基づいて、設定位置を計算し、設定位置を実際の位置と比較し、もしくは、実際の位置に基づいて明らかになった動きの角度（または、動いた変位）を設定位置を特徴付ける角度（または変位）と比較することができる（ステップＳ１４０）。

この関連で、所定の角度または変位若しくは動きの範囲は、用途に応じて、オペレータにより調整されまたは変更され、あるいは、固定された安全な値を備えてもよい。ジョイントの実際の位置またはスイベルジョイント１４の動きの角度（またはスライドジョイントの動きの変位）の、設定位置または所定の角度（変位）との比較の過程で、ジョイント１４が動きの所定の範囲内で動いているとモニター器具が結論したら（ステップＳ１５０）、正のフィードバックを固定機構に伝える（ステップＳ１６０）。

その後、解除ユニット２４が起動されているかというチェック（ステップＳ１００）が再度行われ、解除ユニット２４が依然として停止されている場合にはロックは解除されたままで（ステップＳ１２０）、モニター器具が起動される（ステップＳ１３０）。しかし、モニター器具がジョイント１４０の動きは動きの所定の範囲から外れる恐れがあるとステップＳ１４０で判断すると（ステップＳ１４１）、固定機構に負のフィードバックを伝える。すると、ステップＳ１４３で、ロックに対応する信号を出力することにより、ジョイント１４を固定する。さらに、何故ジョイント１４が動きの所定の範囲を超えて動いたかについてチェックを行うというスコープで、エラー処理（Ｓ１４４）が開始される（Ｓ１４４）。

図７で説明した固定機構の運転モードは、図２〜６によるロックの機械的構成と組み合わされることは明らかであり、それにより、必要に応じて、ロックの停止面とカウンター停止面との間のクリアランスは、ジョイントの動きに対する動きの所定の範囲を超えたときのみ固定が生ずるように選定される。この場合、構造的な構成は、固定機構の制御が故障した場合に、追加の安全装置として作用する。

本発明による保持装置は、その構成のために、特に固定機構の構成のために、一面では、保持装置の固定機構が保持装置の作業空間内に居る人の保護を確実なものにし続け、他の面では、保持装置の保持位置においてジョイントに既に存在する駆動ユニットを利用することによりアクティブ振動減衰が行われるようにすることができる。

Claims (13)

1. 互いに相対的に動き得る少なくとも２つのパーツ（１６、１８）を有する少なくとも１つのジョイント（１４）と、前記ジョイント（１４）に割り当てられた少なくとも１つの駆動ユニットを備える、機器（１２）用の保持装置（１０）であって、前記駆動ユニットは互いに相対的に動き得るジョイント（１４）のパーツ（１８）の少なくとも１つを駆動することによりジョイント（１４）を動かすようになされ、
   保持装置（１０）は、
   ジョイント（１４）に割り当てられたロックを有し、選択的に起動されるようになされた解除ユニットを有する固定機構をさらに備え、
   前記ロックは前記解除ユニット（２４）が起動されない限り前記ジョイント（１４）を固定位置に保持し、
   前記固定機構は、前記解除ユニット（２４）が起動されていなくても、所定の、限定された動きの範囲内で前記固定位置から前記ジョイント（１４）が動くことを許容する、
   保持装置（１０）。
2. 前記保持装置（１０）がアクティブ振動減衰用機構をさらに備え、前記アクティブ振動減衰用機構は前記駆動ユニットにバランス信号を出力するようになされ、前記バランス信号は、前記駆動ユニットが前記保持装置（１０）の振動が相殺されるように前記ジョイント（１４）を動かす効果を有する、
   請求項１の保持装置。
3. 前記ロックは、少なくとも１つの停止面（２６ａ、４２ａ、４２ｂ）と少なくとも１つのカウンター停止面（２８ａ、２８ｂ、４４ａ、４４ｂ）を含み、前記停止面と前記カウンター停止面は相互作用して前記ジョイント（１４）を前記固定位置に保持する、
   請求項１または２の保持装置。
4. 前記ロックは、動くパーツ（３２）を有するブレーキ（３０）、特に電磁ブレーキを含み、前記動くパーツ（３２）は、前記ジョイント（１４）の少なくとも１つの駆動されるパーツ（１８）と連結され、
   前記ロックの前記少なくとも１つの停止面（４２ａ、４２ｂ）は前記ブレーキ（３０）の動くパーツ（３２）に配置され、前記少なくとも１つのカウンター停止面（４４ａ、４４ｂ）は前記ジョイント（１４）の前記少なくとも１つの駆動されるパーツ（１８）に配置される、
   請求項１ないし３のいずれか１項の保持装置。
5. 前記ロックは、前記少なくとも１つの停止面（２６ａ）が形成され、前記少なくとも２つのカウンター停止面（２８ａ、２８ｂ）を有する窪み（２８）と係合でき、前記ジョイントの動きを２つの反対方向の移動方向（Ｒ）で固定する止め具、特に止めピン（２６）を含む、
   請求項１ないし４のいずれか１項の保持装置。
6. 前記止め具は、前記ジョイント（１４）の動きを固定する第１位置と、前記ジョイント（１４）の動きを許容する第２位置との間で前後に動く、
   請求項５の保持装置。
7. 前記ロックの前記停止面（２６ａ、４２）と前記カウンター停止面（２８ａ、２８ｂ、４４ａ、４４ｂ）との間に前記ジョイント（１４）の移動方向（Ｒ）にクリアランスが提供される、
   請求項３ないし６のいずれか１項の保持装置。
8. 前記ロックの前記停止面（２６ａ、４２）と前記カウンター停止面（２８ａ、２８ｂ、４４ａ、４４ｂ）との間に前記ジョイント（１４）の移動方向（Ｒ）に少なくとも１つの弾性中間部材（Ｅ）が提供される、
   請求項３ないし７のいずれか１項の保持装置。
9. 前記保持装置（１０）がモニター器具をさらに含み、前記モニター器具は、前記ジョイント（１４）が所定の動きの範囲内で動いているのかをモニターし、このことに関するフィードバックを前記固定機構に伝える、
   請求項１ないし８のいずれか１項の保持装置。
10. 前記固定機構は、前記モニター器具の前記フィードバックに基づき、前記ロックの起動を許容する、
    請求項９の保持装置。
11. 前記モニター器具は、前記ジョイントの動きをモニターする少なくとも１つのセンサーを含む、
    請求項９または１０の保持装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項の保持装置用の固定機構であって、前記ジョイント（１４）に割り当てられるロックを有し、選択的に起動されるようになされた解除ユニット（２４）を有し、
    前記解除ユニットが起動されない限り前記ロックは前記ジョイント（１４）を固定位置に保持し、
    前記固定機構は、前記解除ユニットが起動されていなくても、所定の、限定された動きの範囲内で前記固定位置から前記ジョイント（１４）が動くことを許容する、
    固定機構。
13. 請求項１２の固定機構の作業プロセスであって、
    前記解除ユニット（２４）が起動されたかをチェックする工程と、
    前記ロック（２６）を解放する工程と、
    前記解除ユニット（２４）が起動されていないときは前記ジョイント（１４）の動きを所定の動きの範囲に制限する工程と、
    前記ジョイント（１４）の動きが前記所定の動きの範囲から外れたときに前記ロック（２６）を起動する工程とを備える；
    作業プロセス。

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