JP2017217729A - 並列ばねによる2自由度回転機構 - Google Patents
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Abstract
Description
第1の実施形態では、本発明に係る並列ばねによる2自由度回転機構を適用した装置として、例えば術中腹腔鏡下超音波診断用のマニピュレータを例示して説明する。図1は、第1の実施形態に係るマニピュレータ装置ユニットの構成図である。
それぞれの姿勢まで回転した試験機先端に荷重が与えられたときの変位量を動き解析マイクロスコープ(例えばVW-6000,KEYENCE)により測定し、剛性値を算出した。このとき、ピッチ軸回転は、20〜90°の範囲で10°ずつ姿勢を変えた後に測定を行った。なお、測定では、常にプローブ面垂直方向に荷重が作用するよう配慮し、荷重を0〜1.5Nまで0.5Nずつ増加させた後、0Nまで0.5Nずつ除荷を行った。
第2の実施形態では、本発明に係る並列ばねによる2自由度回転機構を適用した装置として、前腕運動支援装置を例示して説明する。図15は、第2の実施形態に係る前腕運動支援装置の斜視図である。
FEM解析を用い、試験機により手首関節に得られる支援トルクの解析を行った。解析は、手が正常位(中指と前腕の長軸が平行となる姿勢)にある場合について行った。
27、75 第1板ばね
29、77 第2リンク
31、79 第2板ばね
33 第1支持杆
35 第2支持杆
37 ピッチ軸
39 揺動ディスク
41 ヨー軸
43 超音波プローブ
47 第1基端ピン
49 第2基端ピン
57 超音波プローブホルダ(ホルダ)
63 回転ディスク(従動リンク)
65、99 第1先端ピン
67、101 第2先端ピン
69 先端屈曲部
81 装置本体(基体)
93 第1基端ピン
95 第2基端ピン
97 ホールドプレート(従動リンク)
100 マニピュレータ(並列ばねによる2自由度回転機構)
200 前腕運動支援装置(並列ばねによる2自由度回転機構)
Claims (9)
- 基体と、
前記基体に対して長手方向に進退自在に支持される第1リンクと、
前記第1リンクの先端に、長手方向基端が板厚方向で貫通する第1基端ピンにより回転対偶で接続される矩形状の第1板ばねと、
前記第1リンクに並列し、前記基体に対して長手方向に進退自在に支持される第2リンクと、
前記第2リンクの先端に、長手方向基端が板厚方向で貫通する前記第1基端ピンと同方向の第2基端ピンにより回転対偶で接続される矩形状の第2板ばねと、
前記第1板ばねの先端が前記第1基端ピンと同方向の第1先端ピンにより回転対偶で接続され、更に、前記第2板ばねの先端が前記第1基端ピンと同方向の第2先端ピンにより回転対偶で接続される従動リンクと、を備える、
並列ばねによる2自由度回転機構。 - 請求項1に記載の並列ばねによる2自由度回転機構であって、
基端が前記基体に固定され、前記第1リンク及び前記第1板ばねに沿って延在する第1支持杆と、
基端が前記基体に固定され、前記第2リンク及び前記第2板ばねに沿って延在する第2支持杆と、
前記第1支持杆及び前記第2支持杆の先端同士に両端が支持されるピッチ軸と、
直径に平行な方向が前記ピッチ軸に沿って回転自在に支持される揺動ディスクと、
前記揺動ディスクに垂直方向で回転自在に支持されるヨー軸と、
前記ヨー軸の一端に固定され、前記揺動ディスクに対し回転自在となるホルダと、を更に備え、
前記従動リンクが、前記ヨー軸の他端に固定されて前記揺動ディスクに対し回転自在となる回転ディスクである、
並列ばねによる2自由度回転機構。 - 請求項2に記載の並列ばねによる2自由度回転機構であって、
前記第1板ばね及び前記第2板ばねは、先端が互いに接近する方向に屈曲したJ字形状の先端屈曲部を有する、
並列ばねによる2自由度回転機構。 - 請求項2又は3に記載の並列ばねによる2自由度回転機構であって、
前記第1板ばね及び前記第2板ばねは、基端同士の離間距離よりも先端同士の離間距離が小さい、
並列ばねによる2自由度回転機構。 - 請求項2〜4のうちいずれか一項に記載の並列ばねによる2自由度回転機構であって、
前記ホルダが、超音波プローブを着脱自在に保持する、
並列ばねによる2自由度回転機構。 - 請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の並列ばねによる2自由度回転機構であって、
前記第1板ばね及び前記第2板ばねは、ニッケルチタン合金を用いて形成される、
並列ばねによる2自由度回転機構。 - 請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の並列ばねによる2自由度回転機構であって、
前記第1リンク及び前記第2リンクは、平行である、
並列ばねによる2自由度回転機構。 - 請求項1に記載の並列ばねによる2自由度回転機構であって、
前記基体が人体の関節の周辺部位に取り付け固定され、
前記従動リンクが前記周辺部位の第1箇所と前記周辺部位の第2箇所との間に取り付け固定される、
並列ばねによる2自由度回転機構。 - 請求項8に記載の並列ばねによる2自由度回転機構であって、
前記人体の関節の周辺部位は前腕であり、
前記第1箇所は手首であり、前記第2箇所は指のつけ根である、
並列ばねによる2自由度回転機構。
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