JP2015534910A

JP2015534910A - 関節アーム

Info

Publication number: JP2015534910A
Application number: JP2015542245A
Authority: JP
Inventors: フレデリック・レイ; スリム・アルアニ
Original assignee: コミッサリアアレネルジーアトミークエオゼネルジザルタナテイヴ
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: CN105209223B; FR2997888B1; US9919434B1; KR20150085058A; EP2919947B1; JP6595341B2; CN105209223A; WO2014076080A1; FR2997888A1; EP2919947A1

Abstract

本発明は関節アーム(100)に関し、その関節アーム(100)は、関節毎に少なくとも2つの回転軸線に沿った運動を許可するために、連なって搭載された少なくとも3つの関節を備える関節アーム(100)であって、各々の関節(1)が、第1の支持体(2)と、第2の支持体(3)と、少なくとも3つの線形アクチュエータ(10)とを備え、各々の線形アクチュエータ(10)が、玉間接(41、42、43、44)によって第1の支持体(2)および第2の支持体(3)にそれぞれ関節接合される第1の端および第2の端を有することと、関節アーム(100)が、少なくとも複数の関節を囲み、あらゆる状況において、関節アームによって与えられる動きに追従させることができるような容積を有する変形可能密封鞘体(200)を備えることとを特徴とする。

Description

本発明は、ロボット工学の分野に関し、より詳細には、多関節アームの分野に関する。その非限定的であるが特に有利な用途は、原子炉の検査および修理の分野である。

例えば原子力の分野などの特定の分野では、これまで以上に正確で堅牢なロボットの使用が益々重要である。これは、原子炉の安全性を向上したいという高まる要求において、ロボットを用いることは、原子炉が稼働中に検査および/または修理の任務(これらの任務は、一般的に、「稼働中の検査および修理(In Service Inspection and Repair)」を表すISIRと称される)を実施するためには、特に魅力的であると思われるためである。これらのロボットは、設置-解体の現場(主に原子炉の解体)や、また、原子力事故の間や、人間の作業員に高い危険性をもたらすため、作業することが必要な領域に近づくことを不可能にする、より一般的な産業事故の間にも従事できる。

典型的には、これらのロボットは、原子力ユニットにおける測定および修理のためのセンサと工具とを組み込むことができなければならない。

現在使用されているロボットは、概して、原子炉の主容器の外側から操作されるポールに搭載されている。この容器の内部への主要なアクセス口は、床上に位置付けられている。検査機構または修理機構は、これらのアクセス口を通じて導入され得る。これらの解決方法は、検査される領域がアクセスしやすい場合、全体として満足できる。現在まで、この種類の原子炉の最も奥に浸漬された部品に近づくことは、要求されてこなかった。規則の変更のため、Nuclear Safety Authorityは、現在、これらの領域の全部または一部を検査することが可能であることを求めている。現在まで用いられている手段は、これを可能としていない。

そのため、安全性に関する増大する要件は、ISIR任務の間、ロボットが原子炉ユニットにおける近づくのが難しい領域に近づかなければならないことを求めている。さらに、近づくのが難しいこれらの領域は、ロボットが原子炉に入る位置から比較的遠くに離れて位置されることがある。

ポールを含む公知の解決策は、近づくのが難しく、そのためISIRの観点における厳しい要件に適合されない領域にロボットを位置させることを、可能としていない。さらに、これらの解決策は、洗浄が困難であるため、除染の観点において問題を提起している。検査工具および修理工具は、特定の作業の間に、原子炉の主容器内へと導入される。これらの工具は、これらの期間を除いて容器には留まらず、そのため、原子炉の運転の段階の間には存在しない。そのため、機械化されたISIR手段を外に出して移動することが必要である。この機器の検査および点検および/または保守を実施するための対策も行われる。これらの理由のため、これらの工具が原子炉から外に出されるとき、それらが一緒に持ち出し得る汚染物質を制限することが必要である。同様に、これらの工具は、できるだけ高い洗浄度で、できるだけ容易に洗浄可能でなければならない。これらの理由のため、冷却材がこれらの工具で残されてしまう領域を制限することは必須である。

ロボットは、原子炉床にあるアクセス口を介して、原子炉の主容器内へと導入される。ロボットは、「保定装置」と称される機構を用いて位置決めされ、その保定装置は、容器内への降下を提供するために、回転の一自由度(固有回転)と、並進の一自由度とを含んでいる。保定装置は床に固定される。ロボットは、保定装置の他方の端に固定される。

さらに、一部の原子炉は、ロボットに特に制約のある環境をもたらす。これは、四次発生冷却材を伴う原子炉の場合である。この種類の原子炉では、冷却材は一般的なナトリウムである。この金属は、化学的に非常に反応性が高い。ロボットおよびその関節は、この冷却材流体との接触において完全性を保つ必要がある。

しかしながら、ロボットは、ナトリウムなどの冷却材流体と接触して配置できない電気部品、センサ、モータなどを備えている。さらに、冷却材の温度は、冷却材を液体状態で維持するために、比較的高いままであり、これは追加的な制約を意味している。ASTRID(Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration:工業的実証のための先進ナトリウム技術的原子炉)の原子炉は、この種類の原子炉の例に相当する。

本発明の開発との関連において、例えば工業における組立ラインで使用されるロボットアームは、前述の制約に曝されるとき、欠点を有していることが分かった。

例えば、産業用分野では、用いられるのは、しばしば、関節の接合部においてせん断で動作し、垂直な複数の回転軸線を有する一連の旋回軸によって形成されたロボットアームしかない。このようなアームは、図1に示されている。ナトリウムなどの流体の存在中でロボットの完全性を失わないようにするためには、本発明との関連において、関節を冷却材流体から隔離し、関節を鞘体に包むことが考えられた。その結果、鞘体が比較的すぐに破断してしまうことが分かった。

本発明との関連において、次に、せん断の間に反対に位置付けられるガスケットが表面に設けられる非常に狭い開口を設けることで、関節においてシールを形成することが考えられた。この解決策も、長期間にわたる流体密封性および強度の信頼性の観点において限度があると思われる。

別の解決策が考えられ、その解決策は、ガスケットを、関節の内側から外側へと泡立つ関節内部の気体の過剰な圧力で置き換えるための対策を行っている。この解決策は、複雑であり、十分に信頼できないという欠点がある。

本発明の開発との関連において、指旋回式の連結によって互いに関節接合された一連の分割体によって形成されたアームを用いることが考えられた。この種類の連結の場合、関節は、回転が行われる回転中心を有し、互いに垂直な2つの軸線で回転を行わせることができる。

この種類の関節の負荷容量は比較的制限される。

さらに、この関節は、ロボットアームが浸漬される流体に対する関節の隔離に関する前述の欠点を有している。特に、アームの周りに配置される鞘体がすぐに破断することが分かった。

そのため、少なくとも2つの回転自由度を有し、自身が導入される流体に対して改良された流体密封性を有する機械化されたアームを提案することから成る必要性が存在する。本発明の目的は、この要件に合う解決策を提案することである。

本発明の別の目的、特徴、利点は、以下の説明および添付の図面の精査から明らかとなる。必然的に、他の利点が組み込まれ得る。

この目的を達成するために、本発明の一態様は、少なくとも2つの回転軸線においてアームの運動を可能にするために、連なって搭載された少なくとも3つの関節を備え、各々の関節が、第1の支持体と、第2の支持体と、少なくとも1つであって好ましくは少なくとも3つの伸展可能かつ引込可能な線形アクチュエータとを備え、各々の線形アクチュエータが、旋回連結部によって第1の支持体および第2の支持体にそれぞれ関節接合される第1の端および第2の端を有する関節アームに関係する。したがって、本発明は、向上された堅牢性と負荷容量とを有し、関節によって少なくとも2つの回転自由度で運動する能力を有する多関節アームを提案する。

有利な実施形態によれば、関節アームは、少なくとも複数の関節を包む流体密封変形可能鞘体を備える。

したがって、本発明は、アームが沿って延びる主方向と垂直な2つの軸線において、関節による少なくとも2つの回転自由度を有するロボットアームを提案する。流体密封鞘体は、先行技術に関連する部分で説明した公知の解決策のロボットアームを包む鞘体に対してはるかに優れた耐摩耗性と耐用期間とを有することが分かった。

本発明の開発との関連において、公知の解決策では、回転の中心が鞘谷の内部に位置付けられており、これが非常に小さい曲率半径を生じさせるため、鞘体の小さな領域に応力を集中させていることが認められていた。回転が関節によって発生されるため、これらの領域での疲労は非常に素早く増加し、疲労が現れる。本発明によるロボットアームの場合、各々の関節の回転の中心は、鞘体の外側へと、または、少なくとも関節の外側へと押される。

そのため、鞘体に加えられる応力が、鞘体の全長に沿ってより均一に分配される。したがって、高い疲労の領域が限定されるか、または、排除すらされる。したがって、鞘体の疲労強度および耐用期間が向上される。

したがって、本発明は、関節が動く周囲環境に対して関節の保護を向上するための、信頼性のある堅牢で簡素な解決策を提案する。

さらに、この解決策は、ロボットアームの機構とのナトリウムの接触を防止するという利点がある。これは、ナトリウムの残留する可能性のある領域を著しく制限し、ロボットアームの洗浄および除染に関連する困難を低減する。これは、アームがその作業を容器内で終了し、容器から持ち出すとき、特に有用である。そして、アームは、洗浄、または、点検および保守すらされなければならないが、これは、ナトリウムの制限された存在によって容易にされる。

本発明は、原子炉におけるISIR任務を意図した多関節アームを形成するための特に効果的な解決策を提供する。これは、四次発生ナトリウム冷却材原子炉において特に有利である。

有利な実施形態によれば、鞘体は、好ましくは、関節アームのどのような運動でも、線形アクチュエータおよび旋回連結部から離れて保持されるように適合される。したがって、例えば鞘体の外部包体に加えられる一点における圧力、または、例えば外部環境から鞘体への圧力といった、外圧が鞘体に加えられるときでさえ、鞘体は、関節のアクチュエータから離れて保たれる。そのため、鞘体と線形アクチュエータを支持体に結合する旋回部との間、または、鞘体とジャッキもしくはアクチュエータを形成するそのロッドとの間に、接触がない。

有利な実施形態によれば、鞘体は、好ましくは、例えば液体への浸漬に関連する圧力など、外部圧力の影響によって、または、一点における圧力によって実質的に変更できない容積を有する。したがって、アームが液体に浸漬される場合、または、加圧された流体内に配置される場合であっても、鞘体は、幾何学的考察により固定される、圧力によって影響されない容積を保つ。好ましくは、鞘体の容積は一定である。

有利には、これは、鞘体を破断し得る、または、線形アクチュエータを損傷し得る、鞘体が関節と接触することを、圧力の影響下において防止する。

さらに、同じく有利には、これは、圧縮可能な鞘体に基づく解決策に対して、アームに与えられるアルキメデスの浮力を増加させることができる。アルキメデスの浮力は、アームの重量と対抗させられる。そのため、アームは、例えば、変形可能な鞘体を備えるアーム、または、鞘体のないアームより長くなっていることなどによって、より大きな質量を有することができるが、この質量の増加を補完するための構造的または機械的な補強を設ける必要がない。そのため、アームの操作性および/または外部負荷容量が、相当に向上される。

本発明の目標、目的、特徴、および利点は、以下の添付の図面によって示される本発明の実施形態の詳細な説明から、より明確になる。

先行技術による多関節アームの例の図である。本発明による多関節アームの例の概略図である。本発明による多関節アームの例のさらなる概略図である。本発明による多関節アームに組み込まれた関節の非限定的な例の概略図である。本発明による多関節アームに組み込まれた関節の第2の実施形態の図である。図5に示した実施形態による関節の断面図である。連なって搭載された、図6に示した実施形態による複数の関節を備える多関節アームの図である。図7に示した多関節アームに加えられる力を概略的に示す図である。図5および図6に示した関節とシール鞘体とを含む、本発明による多関節アームの例の概略図である。各々の関節が単一の線形アクチュエータを備える、本発明の別の実施形態の概略図である。力吸収構造体が中空である実施形態の図である。

図面は、例として提供されており、本発明の限定となるものではない。図面は、本発明の理解を容易にするために意図された概略的な輪郭の描写を構成しており、必ずしも実際の適用の縮尺比ではない。具体的には、様々な要素の相対的な寸法は現実を表していない。

本発明の実施形態の詳細な検討を開始する前に、関連して、または、代替で選択的に用いられ得る選択的な特徴を、以下に記載する。
- 好ましくは、鞘体は、関節アームの端の関節を選択的に除いて、すべての関節を包む。
- 有利には、鞘体の容積は、一定のままであるか、または、10%を超えて変化しないか、または、好ましくは、10バール以下の圧力、好ましくは5バール以下の圧力に曝されるとき、5%を超えて変化しない。
- 好ましくは、鞘体は、ベローズ管とも称される、蛇管である。
- 好ましくは、鞘体は、ステンレス鋼、チタン、カーボン、銅、シリコーン含有ポリマー、またはこれらの材料の組み合わせの等級から選ばれた材料から製作される。
- 有利な実施形態によれば、第1の支持体および第2の支持体は、少なくとも1つの線形アクチュエータから離して鞘体を保つように適合される。
- 有利な実施形態によれば、アームは、少なくとも1つの線形アクチュエータから離して鞘体を保持するように構成される支持構造体を備える。他の有利な実施形態によれば、鞘体は、鞘体の内部で行き渡る圧力によって、少なくとも1つの線形アクチュエータから離して保持される。関節アームは、鞘体の内部に閉じ込められたガスを含む。したがって、関節アームは、鞘体の内部に閉じ込められた気体を含む。
- 有利な実施形態によれば、アームは、線形アクチュエータおよび支持体から離して、つまり、関節から離して、鞘体を保持するように構成される。
- 有利な実施形態によれば、鞘体は、関節に加えて、流体を含む。好ましくは、この流体は、アームが中で運動するように意図される流体より軽い。例えば、鞘体内の流体は、空気などの気体であり、アームは、水またはナトリウムなどの液体に浸漬される。気体は鞘体内に閉じ込められる。そのため、ガスが鞘体から漏れる可能性はない。
- 好ましくは、鞘体は単一品になっている。代替で、鞘体は、支持構造体によって支持される流体密封包体を備える。
- 本発明の限定となることなく、支持体は、鋼鉄、ステンレス鋼、チタン、カーボンもしくはガラスから成るものを含む複合材料、またはこれらの材料の組み合わせから選ばれた材料から作られる。
- 好ましくは、各々の関節は、幅に対する長さの割合が0.5から1の間であるように長さと幅とを有し、長さはアームの長手方向において取られ、幅は長手方向に横断する方向で取られる。長手方向は、アームが直線的であるとき、アームが最も大きい寸法を有する方向である。長手方向は、アームが直線的であるとき、アームが延びる方向である。この方向は、Rzで表示される。この割合は、関節アームの機敏性を向上する。
- 有利には、アームは少なくとも8つの関節を備える。
- 好ましくは、線形アクチュエータおよび吸収構造体は、それら自体だけによって、第1の支持体と第2の支持体との間に機械的な関節を提供する。そのため、2つの支持体を互いに対して移動または保持するために設けられる他の要素がない。
- 有利には、関節のうちの少なくとも1つは、六脚関節を形成するために、6つの線形アクチュエータを備える。6つの線形アクチュエータは、有利には、あらゆる擦れまたは詰まり位置を排除するように配置される。
- 有利な実施形態によれば、少なくとも1つの関節であって、好ましくはすべての関節は、一方において第1の支持体に埋め込まれ、他方において旋回連結部によって第2の支持体に結合される力吸収構造体を備える。この構造体は、せん断力を吸収し、アクチュエータの力を回転運動に供する。したがって、各々の関節は、より小さな大きさおよび重量とされ得る。これによって、構造体の全体が軽量化される。そのため、より長くなり得る、および/または、より多くの関節を有し得ることで、関節アームのアクセス性および機敏性を向上させる。
- 有利には、連なっている2つの関節は共通支持体を備える。したがって、部品の数および構造体の重量が減らされる。有利には、関節アームの端の支持体を除いて、すべての支持体は、2つの関節に共通である。
- 好ましくは、力吸収構造体を第2の支持体に結合する旋回連結部の回転中心は、第2の支持体の厚さ内に位置付けられる。
- 有利には、力吸収構造体を第2の支持体において関節接合する旋回連結部の回転中心は、第2の支持体と交差する2つの平面の間に位置付けられ、前記2つの平面は、互いに平行で、かつ、互いに対して垂直な2つの回転軸線Rx、Ryによって定められる平面と平行であり、回転軸線Rx、Ryの周りで、第2の支持体は、第1の支持体を固定したまま第1の支持体に対して回転される。軸線Rzは、第2の支持体の任意の固有回転、つまり、第2の支持体の自身での回転の、軸線である。力吸収構造体は、主方向に延びている。典型的には、方向Rzが、力吸収構造体の主方向である。方向Rzは、埋め込みの連結と、力吸収構造体を第2の支持体において結合する旋回連結部の回転中心とを通る直線によって定められる。そのため、この方向は、線形アクチュエータの展開がどのようであろうとも固定されている。
- 有利には、線形アクチュエータが第1の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部の中心同士は、同一平面上にある。線形アクチュエータが第1の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部の中心によって定められる平面は、互いに並行で、第2の支持体を通り、力吸収構造体を第2の支持体において結合する旋回連結部の回転中心が間に位置付けられる2つの平面と、平行である。
- 第2の支持体の輪郭は外部包体を定め、第2の支持体および力吸収構造体によって形成される旋回連結部の前記回転中心は、この包体の内部に位置付けられる。
- 旋回連結部の回転中心は、理想的には、第2の支持体の中間平面に配置される。
- 好ましくは、第2の支持体は、力吸収構造体の方に向けられた内部面と、内部面と反対の外部面とを有し、回転中心は内部面と外部面との間であって、理想的には、これらの2つの面の真ん中の平面に位置付けられる。
- 好ましくは、第2の支持体の力吸収構造体を結合する旋回連結部の回転中心は、第2の支持体の外部面および内部面から等しい距離に、つまり、第2の支持体の厚さの中間に、位置付けられる。
- 非限定的な実施形態によれば、内部面および外部面は平面である。
- 非限定的な実施形態によれば、力吸収構造体は連結アームであり、その第1の端が第1の支持体に埋め込まれ、第2の端が、旋回連結部によって第2の支持体に結合される。好ましくは、力吸収構造体は管である。
- 一実施形態によれば、本発明は、スチュワートプラットフォーム式の関節に基づかれ、せん断力を吸収するための他の特徴を組み込んだ関節を提供する。
- 線形アクチュエータは引込可能なアームである。線形アクチュエータは、例えば、油圧ジャッキ、空気圧ジャッキ、または螺子ジャッキなどである。
- 線形アクチュエータは、第1の支持体および第2の支持体への線形アクチュエータの結合を可能にする旋回連結部以外の旋回軸または旋回連結部を備えない。そのため、線形アクチュエータは、隔離されており、並進移動のみ、選択的に、その並進軸線の周りの回転移動のみを行うことができる。
- 第1の支持体は剛体である。第1の支持体は、自身が連結される外部要素(例えば、アクチュエータ、力吸収構造体)との関節以外の関節をまったく備えていない。同様に、第2の支持体は剛体である。第2の支持体は、自身が連結される外部要素との関節以外の関節をまったく備えていない。
- 有利には、第2の支持体および力吸収構造体によって形成される旋回部の前記回転中心が、線形アクチュエータが第2の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部によって形成される円の中心に位置付けられる。
- 有利には、力吸収構造体は、線形アクチュエータが第1の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部によって形成される円の中心において、第1の支持体に埋め込まれる。
- 有利には、線形アクチュエータが第1の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部は、各々、第1の支持体の厚さ内に位置付けられる回転中心を有する。したがって、アクチュエータを第1の支持体に結合する旋回連結部の回転中心は、第1の支持体を通る2つの平面の間に位置付けられ、前記2つの平面は、互いに平行で、かつ、互いに対して垂直な2つの回転軸線Rx、Ryによって定められる平面と平行であり、回転軸線Rx、Ryの周りで、第2の支持体は、第1の支持体を固定したまま第1の支持体に対して回転される。好ましくは、アクチュエータを第1の支持体に結合する旋回連結部の回転中心は、第1の支持体を通る2つの平面の間に位置付けられ、前記2つの平面は、互いに平行であり、かつ、一方で力吸収構造体と第1の支持体との間の埋め込みの連結を通りつつ、他方で力吸収構造体を第2の支持体に結合する旋回連結部の中心を通る軸線Rzと垂直である。有利には、旋回連結部と第1の旋回連結部と第1の支持体との間のレバーアームは小さくされ、それによって、第1の支持体と旋回部とに発生される力を制限する。
- 有利には、線形アクチュエータが第2の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部は、第2の支持体の厚さ内に位置付けられる回転中心を有する。有利には、旋回連結部と第2の支持体との間のレバーアームは小さくされ、それによって、第2の支持体と旋回部とに発生される力を制限する。
- 非限定的な実施形態によれば、第1の支持体および第2の支持体のうちの少なくとも1つは、板材を形成する。したがって、力吸収構造体を第2の支持体に結合する旋回部の回転中心は、第2の支持体の厚さe₂内に位置付けられる。厚さe₂は、力吸収構造体が沿って延びる主方向と平行な方向で取られた、第2の支持体上の2点間の寸法によって定められ得る。有利には、第2の支持体の外部面または内部面と、力吸収構造体を第2の支持体に結合する旋回連結部の中心との間の距離は、e₂/2に等しい。
- 非限定的な実施形態によれば、六脚システムの第1の支持体および第2の支持体から選ばれた少なくとも1つの支持体は、埋め込みと旋回連結部とをそれぞれ形成するために、力吸収構造体の一端と協働するように構成される連結器を備える。
- 有利には、連結器は、追加の力吸収構造体と協働するようにも構成されることで、力吸収構造体および追加の力吸収構造体のうちの一方で埋め込まれた連結部と、力吸収構造体および追加の力吸収構造体のうちの他方での旋回連結部とを形成する。したがって、同じ連結器が2つの関節に共通である。
- 有利には、第1の支持体および第2の支持体のうちの少なくとも1つは、前記埋め込みまたはそれぞれの前記旋回連結部を一緒に形成するように、前記力吸収構造体と協働するように構成される連結器を備え、連結器は、さらに、第2の関節の第2の力吸収構造体と協働するように構成され、2つの関節は、この第2の力吸収構造体と共に、旋回連結部またはそれぞれの埋め込みを形成するように連なって搭載され、それにより、同じ連結器が、連なって搭載された2つの関節の力吸収構造体と協働する。
- 有利には、連結器は単一品を形成する。
- 有利には、2つの関節の力吸収構造体は、連結器のみによって、支持体に固定される。
- 有利には、連結器を備える支持体は、連なって搭載される2つの関節に共通である。
- 有利には、2つの関節のアクチュエータは、共通支持体で回転のために関節接合される。
- 有利には、共通支持第は単一品を形成する。
- 有利には、力吸収構造体は、力吸収構造体が第1の支持体で埋め込まれる第1の端と、力吸収構造体が旋回部によって第2の支持体に結合される第2の端とを有し、力吸収構造体の第1の端と第2の端とは固定される。したがって、硬い連結部が第1の端と第2の端とを連結する。第1の端および第2の端は関節接合されない。
- 有利には、力吸収構造体は、一方の支持体から同じ関節の他方の支持体へと延びる。
- 有利には、力吸収構造体は、各々の支持体が延びる平面と垂直な主方向に延びる。力吸収構造体は、実質的に線形に延びている。
- 有利には、各々の関節は、単一の力吸収構造体を備える。
- 有利には、各々の線形アクチュエータの第1の端および第2の端は、旋回連結部だけによって、第1の支持体および第2の支持体にそれぞれ関節接合される。
- 有利には、各々の線形アクチュエータは、並進移動のみを可能にするように構成される。有利には、各々の線形アクチュエータはジャッキである。
- したがって、各々の線形アクチュエータの第1の端および第2の端は、相対回転がまったく許容しない。
- 一実施形態によれば、力吸収構造体は、中空旋回部を保持する中空管を備える。連結器はその中央において中空である。システムは、力吸収構造体と第1の支持体および第2支持体とを通過する通過経路を形成するように構成される。通過経路は、支持体の中心を通過する。複数の六脚システムが備え付けられた多関節アームは、六脚システムの各々の通過経路を通過する少なくとも1つのケーブルまたは少なくとも1つの管を備える。アームの六脚システムの各々の通過経路は、連続する通過経路を形成する。
- 好ましくは、各々の力吸収構造体は、中空旋回部を保持する少なくとも1つの中空管を備え、各々の関節は、力吸収構造体によって少なくとも部分的に形成される通過経路を形成するように構成され、アームは、すべての六脚システムの通過経路を通過することで、すべての六脚システムを通過する少なくとも1つのケーブルまたは少なくとも1つの管も備える。

非限定的な実施形態によれば、ロボットは、厳しい環境で解体および/または作業するためのロボットである。

図2は、本発明による多関節アーム100の実施形態を示している。アームは、連なって配置された複数の関節1を備えている。典型的には、各々の関節1は、第1の支持体2と、第2の支持体3と、線形アクチュエータ10とを備え、線形アクチュエータ10の一端は、旋回連結部によって第1の支持体に結合され、他端は、別の旋回連結部によって第2の支持体に結合されている。線形アクチュエータ10の数は、1つまたは複数である。

有利な非限定的な実施形態によれば、関節1は6つの線形アクチュエータ10を備えており、六脚を形成している。

線形アクチュエータ10の構成によれば、引き込まれるか、または、展開されると、関節1の1つの支持体が、その六自由度のうちの1つまたは複数において、この関節の他の支持体に対して移動する。したがって、各々の線形アクチュエータ10の伸展または引込は、多関節アーム100の位置および形態を正確に三次元で制御することを可能にする。具体的には、線形アクチュエータ10は、図2に示した質量Mを、軸線RxおよびRyの周りで回転運動することを可能にする。質量Mの重量もこの図に示されている。この重量は、多関節アーム100の遠位端に適用できる負荷を示している。この重量の代わりに、アームは、例えば、アームの外部の要素を修理することを目的としたアームによる動きの場合、多関節アームの外部の要素に同一の力を与えることができる。

図2では、符号2で表される第1の支持体は、枠体に固定されている。そのため、支持体3、4は動くことができる。有利には、2つの並列な関節が同じ支持体を共用する。したがって、この図1の図では、5つの支持体2、3、4、5、6は、4つの関節を形成している。

特に有利には、多関節アーム100は、多関節アーム100の周りに、または、関節1の周りに最小限で、スリーブを形成している鞘体200を備えている。

この鞘体200は流体密封である。鞘体200は、変形可能であり、関節の運動に追従できる。軸線RxまたはRyの周りの回転の場合、鞘体200は、多関節アーム100の形に追従する。アーム100の曲率がどのようであっても、関節の曲率半径の中心は、関節の外側であって、通常は、鞘体200の内部の外側に位置付けられることが分かる。そのため、鞘体の変形は、鞘谷の比較的大きな表面にわたって分配される。そのため、変形において応力を受ける領域が拡げられ、これが鞘体200の疲労を軽減する。そのため、鞘体200の流体密封性は有効であり、耐久性がある。

そのため、鞘体200は、関節が保護されなければならない環境において、アーム100の位置を変更するのによく適している。これには、例えば、ナトリウム冷却材の原子炉の場合がある。

好ましくは、鞘体200は、その端のうちの一方において、枠体、または、前記枠体に固定された支持体2、つまり、アーム100の近位端用の支持体に、密封して固定される。鞘体200は、好ましくは、その他方の端において、アーム100の遠位端の支持体6、または、この支持体6に固定された要素に固定される。

好ましくは、鞘体200は、その2つの端の間で連続する流体密封性を有している。鞘体200は、単一品であってもよく、または、密封して一体に組み立てられた複数の部品によって形成されてもよい。

好ましくは、鞘体200は、一定の容積を有するか、または、若干圧縮可能である。したがって、鞘体200は、変形可能であるが、圧縮可能ではないか、または、外部圧力の影響下において若干圧縮可能なだけである。典型的には1から10バールといった、比較的強い周囲圧力に曝されると、鞘体200は一定の容積を実質的に保つ。より大まかには、典型的には1から10バールといった、比較的高い周囲圧力に曝されると、鞘体200の容積は、10%を超えて縮小することはなく、好ましくは、5%を超えて縮小することはない。このような外部圧力は、例えば、多関節アーム100が浸漬される流体によって発生され得る。これは、アーム100がナトリウム冷却材の原子炉でISIR任務を実施するときに起こり得る。

鞘体200は、鞘体200が外部圧力の影響下で線形アクチュエータ10と接触することになるのを防止する一定の容積を有する。そのため、破断の危険性が回避される。さらに、鞘体200は、多関節アーム100の容積を増加させるため、後に与えられるアルキメデスの浮力を増加させる。アルキメデスの浮力は図8に示されている。このアルキメデスの浮力は、多関節アーム100の重量の全部または一部を補完する。これは、アーム100自体の重量が、アームの遠位端によって、および/または、外部要素において遠位端によって与えられる力によって、保持される質量Mの負荷に加えられる傾向があるためである。そのため、アーム100の重量自体によって引き起こされるせん断力が、アーム100の負荷容量を制限してしまう。そのため、本発明のおかげで、アーム100によって展開できる負荷容量が増加される一方、アルキメデスの浮力を用いて、アームの固有重量の全部または一部を補完する。

これは、アーム100が、その長さ、備える関節の数、または、関節の大きさにより、大きな質量を有する場合、特に有利である。

これは、アームが水平に展開されるとき、および/または、アームが水平に近い展開位置で作業するとき、特に有利である。

鞘体200の内部に存在する流体は、アーム100を包囲する媒体の流体より軽量である。典型的には、多関節アーム100が液体内で運動するとき、例えば空気といった、気体が好ましいとされる。アーム100が自由大気中で運動するとき、ヘリウムなど、空気より軽い気体を提供することも可能である。これは、アーム100の重量が、鉛直でないときに力吸収構造体50にせん断力を引き起こすため、より一層有利である。この重量と、この重量が引き起こすせん断力とは、図2に示されている。

好ましくは、鞘体200は、ベローズ管などの蛇管によって形成される。有利には、鞘体200は、例えばステンレス鋼といった、金属から作られた蛇管によって形成される。このような金属の選択は、例えばナトリウム冷却材の場合のとき、周囲流体の圧力、または、さらには温度および/もしくは化学的ストレスに耐えることを可能とさせる。蛇管の剛性は、多関節アームによって与えられる動きに鞘体200を追従させることができる容積を、鞘体200に保たせることができる。

別の実施形態によれば、鞘体200は、柔軟な流体密封の外部包体と、柔軟な包体が圧し掛かる剛体の枠部材とを備えている。したがって、枠部材は支持構造体を形成する。支持構造体は、例えば金属から作られる。支持構造体は、多関節アーム100に取り付けられ得る。

別の実施形態によれば、枠部材は、関節1の支持体2、・・・、6によって形成されている。そのため、それら支持体は、線形アクチュエータ10と、線形アクチュエータを支持体に結合する旋回部とから離して包体を保つような大きさとされている。

さらに別の実施形態によれば、部分的に変形可能であるが、鞘体とアクチュエータ10との間の接触を生じさせることになる変形を防止する鞘体が、提供される。したがって、線形アクチュエータ10と接触するのを防止する剛体の枠部材と直面するまで変形できる柔軟な外部包体によって形成された鞘体を有することが、可能であり得る。したがって、線形アクチュエータ10との接触で鞘体を破断する危険性が排除される。

さらに別の実施形態によれば、アームは、鞘体200の内部の十分な圧力を維持することで鞘体200の容積を維持するように構成される。したがって、鞘体200の内部の圧力が周囲圧力の鞘体への作用と平衡するように、加圧ガスを鞘体に注入するための対策を行うことが可能である。

図3は、多関節アーム100を極めて概略的に示している。この図で、多関節アーム100は7つの関節を備えている。具体的な実施形態によれば、各々の関節1は六脚である。アームに優れた機敏性を与えるために、および、多関節アーム100をアクセスするのが難しい領域で作業させるために、長さ(図3の符号lg)と直径(図3の符号d)との間の割合は、できるだけ小さくなければならず、一方、アームの全重量を制限し、そのため関節の数を制限しなければならない。好ましくは、割合は次のように選択される。
0.5<lg/d<1

支持体は円板または形が円形では必ずしもないことは留意されるべきであり、そのため、直径dは支持体の最大横径である。

図4、図5、および図6は、本発明による多関節アーム100を形成するために、連なって配置され得る関節の特に有利な実施形態を示している。この関節1は、少なくとも3つで、前述したように、好ましくは6つの線形アクチュエータ10を備えている。六脚式のこれらの関節は、上板材によって保持される質量によって与えられる重量が板材と垂直である構成において、その質量を移動する場合、特に有効である。一方、図3に示すように、アームが鉛直ではないとき、各々の関節の重量、および、関節の遠位端に固定される質量の重量は、モーメントおよびせん断力を発生させる。この力は、アーム100の負荷容量を非常に著しく減少させる。同じ力は、アームが、自身が伸びる主方向、つまり、方向Rzに対して横断する力を与えなければならないときに加わる。

これを是正するために、図4に一例が示される有利な実施形態は、3つ以上の線形アクチュエータを備える公知のシステムを、せん断力Tを吸収して線形アクチュエータをこのせん断力から解放するように適合された機械的構造体を組み込むことによって変更するための対策を行っている。

せん断力を吸収するためのこの構造体は、好ましくは、六脚の中心に収容されている。構造体は、運動可能な支持体に対して移動される支持体と共に、固定支持体および旋回連結部に固定される。この関節は、必須の軸線における、つまり、軸線RxおよびRyにおける、2つの回転自由度を提供する旋回部を形成する。

ここで、この関節の例の実施形態が、図4、図5、および図6をそれぞれ参照して、より詳細に説明される。

図4は、典型的には六脚で、第1の支持体2と第2の支持体3とを備える関節1の第1の例を示している。本発明は、支持体の任意の特定の形態に限定されず、非限定的に、各々の支持体は、平面の形態を有してもよく、板材を構成してもよい。

また、非限定的に、本説明では、第2の支持体3は第1の支持体2に対して回転されなければならないことが、考慮されることになる。この目的のために、6つの線形アクチュエータ10a、10b、・・・、10fは、各々、それらの端のうちの1つにより、第1の支持体2において、旋回連結部43a、44a、・・・、43f、44fによって関節接合され、それらの他方の端のうちの1つにより、第2の支持体3において、別の旋回連結部41a、42a、・・・、41f、42fによって関節接合される。各々の旋回連結部41a、・・・、41f、43a、・・・、43fは、2つの支持体2、3のうちの一方によって保持される座部42a、・・・、42f、44a、・・・、44fと協働する。

これらの線形アクチュエータ10a、10b、・・・、10fは、関節アームとも称され、例えば、油圧ジャッキ、空気圧ジャッキ、または螺子ジャッキを備えている。これらの線形アクチュエータ10a、10b、・・・、10fは、例えば、アクチュエータ10bの旋回連結部が、アクチュエータ10aに他のアクチュエータ10c、・・・、10fよりも近くで第1の支持体2に配置されるように、かつ、このアクチュエータ10bがアクチュエータ10cに他の線形アクチュエータ10d、・・・、10aよりも近くで第2の支持体3に配置されるように、対で配置されている。したがって、アクチュエータのこの構成は、機構における擦れ位置または詰まり位置を回避している。

システムは、力吸収構造体50も備えている。この構造体は、第1の支持体2に埋め込まれている。構造体は、旋回連結部51、52によって第2の支持体3に結合されている。この力吸収構造体50は剛体であり、つまり、埋め込み54と旋回連結部51、52との間で力を(Rx、Ry、およびRzに沿って)伝達するように適合されている。好ましくは、力吸収構造体50は、旋回連結部51、52以外の任意の関節を備えていない。

図示した有利な実施形態によれば、この構造体は、連結アームを形成している。連結アームの一端53は、埋め込み54を形成するために、第1の支持体2と協働している。連結アームの他端は、旋回連結部51、52を形成するために、第2の支持体3に固定された座部52と協働する旋回部51を形成している。有利には、連結アームは管を形成している。

第2の支持体3は、図4に示す軸線RxおよびRyの周りに少なくとも2つの回転自由度を有し、回転軸線Rzは、第2の支持体3の必然的な回転軸線である。力吸収構造体が、その主方向において、実質的に線形、円筒形、または円錐形である場合、軸線Rzは、この構造体が沿って位置する主方向と平行である。

具体的な実施形態では、第2の支持体3は、軸線RxおよびRyと垂直な軸線Rz上で、第1の支持体2に対して回転することもできる。軸線Rzにおけるこの回転自由は、例えば、支持体によって保持される工具を用いて、要素をネジ留めするように機能できる。

好ましくは、鞘体200がアーム100に備え付くとき、軸線Rzにおける回転は、鞘体200の破断の危険性を回避するために、防止されることになる。軸線Rzにおける回転のこの排除は、例えば、線形アクチュエータ10を制御することによって得られる。

特に有利には、旋回連結部51、52の中心60は、第2の支持体3の厚さ内に位置付けられている。第2の支持体の厚さは、図4において符号e₂で表されている。例えば、底面31および上面32を有する板材を形成する第2の支持体3の場合、中心60は、これら2つの面31、32の間に位置付けられている。別の言い方をすれば、旋回連結部51、52の回転中心60は、互いに平行で、軸線RxおよびRyによって定められる面と平行な、第2の支持体3を通る2つの面の間に位置付けられている。

特に有利には、旋回部41a、・・・、41f、43a、・・・、43fは、板材3の厚さe₂内と板材2の厚さe₁内とにそれぞれ位置付けられている。旋回部41a、・・・、41fの中心は同一平面上にあり、中心60は、旋回部41a、・・・、41fの中心を含む平面に属している。これは、板材3を動かすために必要なもの以外のアクチュエータ11a、・・・、11fによって与えられる力を減らす助けとなる。中心43a、・・・、43fも同一平面上にある。

したがって、本発明は、回転中心60と、第2の支持体3と、旋回部41a、・・・、41fの中心との間のレバーアームを排除または最小限で小さくし、それによって、運動のために必要な力、および、第2の支持体3で発生される運動の損失に対し、アクチュエータ11a、・・・、11fによって平衡とされる必要のあるせん断力を制限する。力吸収構造体50は、具体的には、第1の支持体2に垂直とならない配向とされて支持体3に与えられる外部力、つまり、軸線RxおよびRyによって定められる平面に垂直とならずに与えられる力によって与えられるせん断力を吸収する。

したがって、システムの大きさおよび重量は、軸線RxおよびRyにおける回転における負荷容量を保ちつつ、減少できる。

好ましくは、線形アクチュエータ10の第2の支持体3との旋回連結部41、42は、平坦な輪郭を形成する。せん断力吸収構造体50の旋回連結部51、52の中心60は、前記平面と垂直で中心60を通る直線も前記輪郭の内部を通るように位置付けられる。好ましくは、旋回部41、42の中心は、円と、その円の中央に、または、その円と垂直でその円の中心を通る直線状に位置付けられた中心60とを定めている。したがって、第2の支持体3の力は、力吸収構造体50にわたって均一に分配される。

好ましくは、同じ力が、埋め込まれた連結部54に加えられる。連結部54は、好ましくは、旋回連結部43、44の中心によって定められた周囲の内部に位置付けられている。好ましくは、この周囲は円を形成しており、埋め込み54は、この円の中央に、または、この円と垂直で円の中心を通る直線上に、位置付けられる。

図5および図6に示された実施形態は、図4を参照して先に説明した実施形態の特徴を繰り返している。また、この実施形態では、線形アクチュエータ10を第2の支持体3で関節接合する旋回部の回転中心41は、この第2の支持体3へとより近くに移動されている。好ましくは、回転中心41は、第2の支持体3の平面に、または、厚さe₂内に位置付けられている。これは、旋回部と第2の支持体3との間のレバーアームをさらに小さくし、それによってこの支持体3と線形アクチュエータ10とに加えられる力を減らす。したがって、システムの埋め込みおよび重量は、軸線RxおよびRyにおける回転容量を失わないようにしつつ、減少できる。

同様に、および好ましくは線形アクチュエータ10を第1の支持体2で関節接合する旋回部の回転中心43は、この第1の支持体2へとより近くに移動されている。好ましくは、回転中心43は、第1の支持体2の平面に、または、厚さe₁内に位置付けられている。

好ましくは、各支持体2、3は金属板材であり、その厚さは、方向Rzで取られるシステムの高さと比べて比較的小さい。これらの金属板材には、アクチュエータ、力吸収構造体、および外部力によって発生される力の作用による自身の変形を抑制するために、自身の剛性を軸線RxおよびRyに沿って増加させる補強材が設けられてもよい。

好ましくは、第1の支持体2および第2の支持体3は、線形アクチュエータ10を関節接合するために旋回連結部の座部42、44が取り付けられる板材である。したがって、システムの製造がそれによって容易にされる。

好ましくは、第2の支持体3は連結器21aを備えている。この連結器21aは、力吸収構造体50を第2の支持体3において関節接合する旋回連結部51、52の座部52を備えている。好ましくは、この連結器21aは、別の力吸収構造体50と共に埋め込みを形成するために、別の力吸収構造体50の端を受け入れるように適合されもしている。したがって、同じ連結器が、旋回連結部を形成し、埋め込みを形成するように機能し得る。したがって、第1の支持体2および第2の支持体3は同様であってもよく、その製造およびコストを容易にする。

有利には、第1の支持体2も連結器21bを備えている。したがって、システムが組み立てられる前、第1の支持体2および第2の支持体3は同一である。

具体的な実施形態によれば、連結器21a、21bは、2つの端を有するスリーブの形態となっている。第1の端210a、210bは、せん断力吸収構造体50の旋回連結部51、52を形成する座部52および旋回部51を受け入れるように構成されている。第2の端211a、221bは、構造体50と共に埋め込みを形成するために、構造体50の端53を受け入れるように構成されている。典型的には、埋め込み接続部54は、連結器21a、21bにおいてせん断力吸収構造体50を捩じ込むことによって得られる。例えば、残っている回転の自由度を排除するために、ピンが設けられてもよい。

有利には、同じ連結器は、旋回連結部を形成するための第1の構造体50と、埋め込み連結部を形成するための第2の構造体50とを同時に受け入れるように構成されている。

したがって、同じ連結器21と同じ支持体とが、連なって搭載された2つの六脚のために使用され得る。

図7は、本発明のこの利点を明確に示している。この図では、第2の支持体3が、一方において支持体2に結合された力吸収構造体50と協働し、他方において支持体4に連結された別の力吸収構造体50と協働する連結器21aを支持している。多関節アーム100のこの特定の構成は、質量がより小さく、組み立てがより容易である。

図8は、アーム100の遠位端によって支持された質量Mの重量が、アーム100が沿って延びる主方向Rzに対し横になっている作業構成における、図7の多関節アーム100を示している。発生される重量およびせん断力は、この図に示されている。

力吸収構造体50は、その役目を完全に実行し、質量Mの重量によって、および、多関節アーム100の固有重量Pによって発生させられるせん断力を吸収している。したがって、線形アクチュエータ10の負荷容量は失われず、質量Mを方向RxおよびRyで回転するために、または、これらの同じ回転でアーム100の外部で要素に作用を与えるために、アームの運動を生じさせることにすべて供され得る。

図9は、せん断力を吸収するための構造体50を関節1が各々備え、関節が鞘体200で覆われている実施形態を示している。

ナトリウム冷却される原子炉でのISIR作業のための多関節アームを製作するために、例えば、以下の特徴を用いることが可能である。
- 関節の数:10〜30。
- 多関節アームの全長:2〜15メートル。
- 横方向における支持体の最大寸法/直径:300〜800ミリメートルで、好ましくは600mm。
- 機械式アクチュエータの展開された構成における関節の長さ:300〜800ミリメートルで、好ましくは600mm。
- ステンレス鋼蛇管により形成された鞘体。
- 作業方向における各々の線形アクチュエータによって発揮され得る力:0〜100kN。

図10は、関節1が1つだけの線形アクチュエータ10を備える特定の実施形態を示している。この実施形態では、力吸収構造体50は、線形アクチュエータ10の数が1つだけに限定されており、そのため、せん断力がこの単一の線形アクチュエータによって吸収される必要があり、多関節アーム100の負荷容量を制限することになるため、特に有利である。具体的な実施形態は、運動がベローズの動きと相容れないため、Rz周りの回転運動を固定するために、指で締め付ける旋回部に向いている。一方、この回転運動が妨げられない場合、捩じ込むことができることも考えられ得る。

図11は、選択的であるが特に有利である実施形態を示している。この実施形態では、力吸収構造体50が全体的に中空である。したがって、各々の六脚システム1は通過経路61を有している。これは、関節1の全体を軽量化し、そのため、多関節アームを軽量化するか、または、同等の重量について負荷容量の増加を可能にする。これは、連結部の中心において、ケーブルまたは管を通過させることも可能にする。したがって、軸線Rz周り、つまり、力吸収構造体が主に沿って延びている軸線周りの関節の回転が、関節を通過するケーブルまたは管の捩じれを、それらケーブルまたは管が多関節アームの一端から他端へと延びていたとしても、引き起こさない。さらに、ケーブルを関節の中心に位置決めすることは、関節の運動の間にケーブルを引き伸ばすことを回避する。これらのケーブルは、例えば、アームに配置される工具を制御することを可能にする、または、アームによって支持されるセンサと通信することを可能にする電気ケーブルである。管は、アームに配置された工具を、例えば空気圧または油圧で、制御および作動することを可能にできる。これらの管は、アームの端から流体を注入、噴射、または抽出することを可能にもすることができる。

図11に示す非限定的な実施形態によれば、力吸収構造体50は、図5および図6を参照して説明したものと実質的に同様である。

連結器21aは中空である。連結器21aは、貫通内部孔を備えている。

連結器の第2の端211aは、力吸収構造体の中空管55の第1の端53の外部面に位置付けられた外側ネジと協働する内側ネジ59を備えている。

連結器の第1の端210aは、連結器によって形成された孔から旋回部51が飛び出すのを防止する、断面の小さくなる部分を備えている。

中空管55は、旋回部51に対して旋回部支持体56を形成する部分外部面によって保持される相補的なネジと協働するように適合されたネジ57を、内部面で保持する第2の端を備えている。したがって、この旋回部支持体56は、捩じ込みによって中空管55に固定される。この実施形態は、関節の製造および組み立てを相当に単純化している。

旋回部支持体56は、旋回部51を受け入れるための部分を備えている。旋回部51は、この受入部分と相補的な孔を備えて、この旋回部支持体56の端から受入部分に嵌められる球体を、主に形成している。保持止め部も、旋回部51の引き抜きを防止するために設けられている。この止め部は、好ましくは、旋回部51のための支持体56の孔によって保持された内側ネジと協働する外側ネジを有するネジを備えている。したがって、ネジが旋回部51の支持体56の端に固定されている。ネジ頭部は、旋回部51の孔より大きな断面を有している。したがって、旋回部51はネジ頭部の底面に当接する。好ましくは、座金がネジ頭部58と旋回部51との間に設けられる。

具体的に有利には、ネジは中空である。そのため、2つの連結器21a、21b、中空管55、旋回部51のための支持体56、旋回部51、およびネジ58を備える力吸収構造体50は、ケーブルまたは管のための通過経路61を形成する貫通口を有している。

有利には、関節1は次のように組み立てられる。
- 好ましくは捩じ込みによって、中空管55を、支持体2に固定された連結器21bに固定する。
- 好ましくは捩じ込みによって、旋回部51のための支持体56を中空管55で固定する。
- 旋回部51のための支持体56を、支持体3に固定された連結器21aに通す。
- 連結器21aによって形成された座部52内部で、旋回部支持体56によって保持された受入部分に、旋回部51を位置決めする。
- 好ましくは捩じ込みによって、保持止め部、ここでは、中空ネジ58および座金を、旋回部51のための支持体56において固定する。

そして、アームの組立体は、第2の関節の組立体へと続くことができる。そのために、上記のステップは、支持体3の連結器21aを用いて繰り返される。したがって、第1のステップは、別の中空管を連結器21aにおいて固定することから成る。

他の実施形態が、各々の関節を通過する通路を形成するために考えることができる。

したがって、本発明が、アクチュエータを解放するために、せん断力を単に吸収するための堅牢な解決策を提供することは明らかである。本発明は、負荷を移動するための、または、少なくとも2つの回転自由度に従う作用を実施するための、機械化された旋回部式の効果的な解決策も提供する。

したがって、本発明は、原子炉においてなど、制約のある環境において、検査または修理の任務で使用される多関節アームを形成するのに特に有効であることが判明した。

本発明は、前述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲によって網羅されるすべての実施形態に及ぶ。

具体的には、本発明は、核環境における検査および修理の任務に対して特に有利であるが、他の任務を有するロボット、または、他の環境で運動するようにとされているロボットの関節にも適用する。

1 関節、六脚システム
2 第1の支持体、板材
3 第2の支持体、板材
4 支持体
5 支持体
6 支持体
10 線形アクチュエータ
10a 線形アクチュエータ
10b 線形アクチュエータ
10c 線形アクチュエータ
10d 線形アクチュエータ
10e 線形アクチュエータ
10f 線形アクチュエータ
11a アクチュエータ
11b アクチュエータ
11c アクチュエータ
11d アクチュエータ
11e アクチュエータ
11f アクチュエータ
21 連結器
21a 連結器
21b 連結器
31 底面
32 上面
41 回転中心
41a 旋回連結部
41b 旋回連結部
41c 旋回連結部
41d 旋回連結部
41e 旋回連結部
41f 旋回連結部
42a 旋回連結部、座部
42b 旋回連結部、座部
42c 旋回連結部、座部
42d 旋回連結部、座部
42e 旋回連結部、座部
42f 旋回連結部、座部
43 回転中心
43a 旋回連結部、中心
43b 旋回連結部、中心
43c 旋回連結部、中心
43d 旋回連結部、中心
43e 旋回連結部、中心
43f 旋回連結部、中心
44a 旋回連結部、座部
44b 旋回連結部、座部
44c 旋回連結部、座部
44d 旋回連結部、座部
44e 旋回連結部、座部
44f 旋回連結部、座部
50 力吸収構造体、せん断力吸収構造体、第1の構造体、第2の構造体
51 旋回連結部、旋回部
52 旋回連結部、座部
53 一端、第1の端
54 埋め込み、埋め込まれた連結部
55 中空管
56 旋回部支持体
57 ネジ
58 ネジ頭部、ネジ
59 内側ネジ
60 回転中心
61 通過経路
100 多関節アーム
200 鞘体
210a 第1の端
210b 第1の端
211a 第2の端
221b 第2の端
211a 第2の端
d 直径
e₁ 第1の支持体の厚さ
e₂ 第2の支持体の厚さ
lg 長さ
M 質量
P 固有重量
Rx 軸線
Ry 軸線
Rz 軸線
T せん断力

そのため、少なくとも2つの回転自由度を有し、自身が導入される流体に対して改良された流体密封性を有する機械化されたアームを提案することから成る必要性が存在する。本発明の目的は、この要件に合う解決策を提案することである。
米国特許第4848179号および米国特許出願第2009/0314119号は、核環境用または極端な環境用の具体的には予測不可能な用途のための関節アームを記載している。これらの解決策は、高い負荷に耐えられないという欠点も有していることが分かっている。そのため、それらの解決策は、限定された用途に限られている。

Claims

関節アーム(100)であって、
関節によって少なくとも2つの回転軸線(Rx、Ry)の周りで前記アーム(100)の運動を可能にするために、連なって搭載された少なくとも3つの関節(1)を備え、各々の関節(1)が、第1の支持体(2)と、第2の支持体(3)と、少なくとも3つの線形アクチュエータ(10)とを備え、各々の線形アクチュエータ(10)が、旋回連結部(41、42、43、44)を用いて前記第1の支持体(2)および前記第2の支持体(3)にそれぞれ関節接合される第1の端および第2の端を有する、関節アーム(100)において、
前記関節(1)を包み、また、前記関節アーム(100)の動きに追従するように、かつ、前記関節アーム(100)のどのような動きでも、前記線形アクチュエータ(10)および前記旋回連結部(41、42、43、44)から離れて維持されるように適合される変形可能流体密封鞘体(200)を備えることと、
少なくとも1つの関節(1)が、一方において前記第1の支持体(2)に埋め込まれ、他方において旋回部(51、52)によって前記第2の支持体(3)に結合される力吸収構造体(50)を備えることと、
前記力吸収構造体(50)が、前記線形アクチュエータ(10a、・・・、10f)が前記第1の支持体(2)において関節接合されるのに用いられる前記旋回連結部(43、44)によって形成される円の中心において、前記第1の支持体(2)に埋め込まれることと、
前記第2の支持体(3)および前記力吸収構造体(50)によって形成される前記旋回部の回転中心(60)が、前記線形アクチュエータ(10)が前記第2の支持体(3)において関節接合されるのに用いられる前記旋回連結部(41、42)によって形成される円の中心に位置付けられるか、または、前記円に垂直で前記円の中心を通る直線上に位置付けられることと
を特徴とする関節アーム(100)。
前記線形アクチュエータ(10a、・・・、10f)が前記第1の支持体(2)において関節接合されるのに用いられる前記旋回連結部(43、44)が、各々、前記第1の支持体(2)の厚さ内に位置付けられる回転中心を有し、前記線形アクチュエータ(10a、・・・、10f)が前記第2の支持体(3)において関節接合されるのに用いられる前記旋回連結部(41、42)が、前記第2の支持体(3)の厚さ内に位置付けられる回転中心を有する、請求項1に記載の関節アーム(100)。
前記アーム(100)が10バール以下の圧力に曝されるとき、前記鞘体(200)の容積が、一定のままであるか、または、10%を超えて変化しない、請求項1または2に記載の関節アーム(100)。
前記鞘体(200)が蛇管である、請求項1から3のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記第1の支持体(2)および前記第2の支持体(3)が、前記線形アクチュエータ(10)から離して前記鞘体(200)を維持するように適合される、請求項1から4のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記アーム(100)が、前記線形アクチュエータ(10)から離して前記鞘体(200)を維持するように構成される支持構造体を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記鞘体(200)の内部で前記線形アクチュエータ(10)から離して前記鞘体(200)を維持するのに適した圧力を確保するように構成される、請求項1から6のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記鞘体(200)が、互いに封止して連結される一連の鞘体部から成る、請求項1から7のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記鞘体(200)が、支持構造体によって支持される流体密封包体を備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記鞘体(200)が単一品になっている、請求項1から7のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記鞘体(200)が金属から作られる、請求項1から10のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
各々の関節(1)が、幅に対する長さの割合が0.5から1の間であるように長さと幅とを有し、前記長さが前記アーム(100)の長手方向において取られ、前記幅が前記長手方向に対する横断方向で取られる、請求項1から11のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記アーム(100)が少なくとも8つの関節(1)を備える、請求項1から12のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記関節(1)のうちの少なくとも1つが、六脚関節を形成するために、6つの線形アクチュエータ(10)を備える、請求項1から13のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記力吸収構造体(50)を前記第2の支持体(3)に結合する前記旋回部(51、52)の回転中心(60)が、前記第2の支持体(3)の厚さ内に位置付けられる、請求項14に記載の関節アーム(100)。
前記力吸収構造体(50)を前記第2の支持体(3)に結合する前記旋回部(51、52)の回転中心(60)が、前記第2の支持体(3)を通る2つの平面の間に位置付けられ、前記2つの平面が、互いに平行であり、かつ、一方で前記力吸収構造体(50)と前記第1の支持体(2)との間の埋め込みの連結を通りつつ、他方で前記力吸収構造体を前記第2の支持体(3)に結合する前記旋回部(51、52)の中心を通る軸線(Rz)と垂直である、請求項14または15に記載の関節アーム(100)。
連なっている2つの関節(1)が共通支持体を備える、請求項1から16のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
六脚システム(1)の前記第1の支持体(2)および前記第2の支持体(3)から選ばれた少なくとも1つの支持体が、埋め込み(54)と旋回部(51、52)とをそれぞれ形成するために、力吸収構造体(50)と協働するように構成される連結器(21a、21b)を備える、請求項1から17のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記連結器(21a、21b)が、第2の関節(1)の第2の力吸収構造体と協働するようにさらに構成され、前記2つの関節(1)が、前記第2の力吸収構造体と共に、旋回連結部(51)と、それぞれの埋め込みとを形成するように連なって搭載され、それにより、同じ前記連結器(21a)が、連なって搭載された2つの関節(1)の前記力吸収構造体(50)と協働する、請求項18に記載の関節アーム(100)。
前記連結器(21a、21b)が単一品を形成する、請求項19に記載の関節アーム(100)。
連なって搭載された前記2つの関節(1)の前記力吸収構造体(50)が、前記連結器(21a、21b)だけによって、前記支持体(2、3)に固定される、請求項19または20に記載の関節アーム(100)。
前記連結器(21a、21b)を備える前記支持体(2、3)が、連なって搭載される前記2つの関節(1)に共通であり、前記2つの関節(1)の前記アクチュエータ(10a、・・・)が、前記共通支持体(2、3)で回転可能に関節接合される、請求項19から21のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記共通支持体(2、3)が単一品を形成し、前記関節(1)のすべてが力吸収構造体(50)を備える、請求項19から22のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
前記力吸収構造体(50)が、前記力吸収構造体(50)が前記第1の支持体(2)で埋め込まれる第1の端と、前記力吸収構造体(50)が旋回部(51、52)によって前記第2の支持体(3)に結合される第2の端とを有し、前記力吸収構造体(50)の前記第1の端と前記第2の端とが固定される、請求項1から23のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
各々の関節(1)が単一の力吸収構造体(50)を備える、請求項1から24のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。
各々の力吸収構造体(50)が、中空旋回部(51)を保持する少なくとも1つの中空管(55)を備え、各々の関節(1)が、少なくとも前記力吸収構造体(50)によって部分的に形成される通過経路(61)を配置するように構成され、前記アーム(100)が、すべての前記六脚システム(1)の通過経路(61)を通過することで、すべての前記六脚システム(1)を通過する少なくとも1つのケーブルまたは少なくとも1つの管も備える、請求項1から25のいずれか一項に記載の関節アーム(100)。