JP2019155491A - Flexible rope-like driving device - Google Patents

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礼人 金田
Ayato Kanada
礼人 金田
智昭 真下
Tomoaki Mashita
智昭 真下
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Abstract

To provide a driving device capable of a flexibly large expansion with an inexpensive, lightweight and simple structure, by expansively operating mutually independently arranged flexible rope-like members.MEANS FOR SOLVING THE PROBLEM: A flexible rope-like driving device comprises mutually independently arranged two or more of rope-like flexible members, two or more of driving part units inserted while holding a proper interval between mutual ones of the respective flexible members and having a driving part for independently sliding to the individual flexible members and a fixing part installed in a proper position of the individual flexible members and fixed while holding the proper interval between mutual ones of the respective flexible members.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数本の索状体を駆動機構によって屈曲させ、動作させる長尺な索状駆動装置に関するものである。   The present invention relates to a long cord-like drive device that bends and operates a plurality of cord-like bodies by a drive mechanism.

倒壊した家屋や工業プラントの配管など狭く複雑な環境を探査するために、能動的に屈曲しうる関節ユニットを直列に多数連結し、索状をなす駆動装置が考えられている。従来の索状駆動装置には主に2つの構造が用いられてきた。   In order to explore narrow and complex environments such as collapsed houses and industrial plant pipes, a drive device that has a cable shape by connecting a number of actively bendable joint units in series has been considered. Conventionally, two structures have been used for the cable-shaped drive device.

一つはいわゆるヘビ型ロボットで、駆動源を含めたアクチュエータを各ユニットに内蔵し、あるユニットのアクチュエータを駆動させることで前側のユニットが関節部を軸として複数の方向に回動(例えばヨーイング、ピッチング)するように構成する方法である(非特許文献1参照)。また、これらのヘビ型ロボットは一般にその体幹を能動的にS字に屈曲させ、進行波を発生させることで推進力を得るため、横幅が狭く屈曲運動を行えない環境(例えば細い配管等)では推進力を得ることが出来ない問題があった。これを解決する方法として、大型のヘビやミミズなどが行う体幹を伸縮させて推進する方法が提案されている(特許文献1参照)。このロボットは空気室内への圧縮空気等の流体の供給により径方向に膨張しつつ軸方向に収縮する弾性膨張体を備えた伸縮ユニットを軸方向に複数個連結し、伸縮ユニットを規則的に伸縮動作させることにより狭い管内を進行させるものである。   One is a so-called snake-type robot, which includes an actuator including a drive source in each unit. By driving the actuator of a unit, the front unit rotates in multiple directions around the joint (for example, yawing, This is a method in which the pitching is performed (see Non-Patent Document 1). In addition, these snake-type robots generally have an environment in which the lateral width is narrow and cannot be bent (for example, thin pipes) in order to obtain a driving force by actively bending the trunk into an S-shape and generating traveling waves. Then there was a problem that could not get the driving force. As a method for solving this problem, a method of propelling the trunk by expanding and contracting a trunk performed by a large snake or earthworm has been proposed (see Patent Document 1). This robot connects a plurality of telescopic units with an elastic expansion body that contracts in the axial direction while expanding in the radial direction by supplying fluid such as compressed air into the air chamber, and the telescopic units are regularly expanded and contracted. By operating it, the inside of a narrow pipe is advanced.

もう1つの方法はワイヤ駆動で体幹を屈曲させるものである(特許文献2参照)。複数の関節部を有する管状部材を備え、管状部材には一端が関節部の近傍に固定され、他端がアクチュエータに固定された複数の線状動力伝達部材が挿通している。アクチュエータは管状部材から離れた場所に設置され、線状動力伝達部材を引っ張ることで、管状部材を屈曲させる。線状動力伝達部材には一般に細いワイヤが用いられ、電磁モータが回転することで、その回転軸に繋がったプーリが回転し、ワイヤを巻き取る構造となっている。管状部材内部に機械的な装置を有さないため、関節部は比較的柔軟で外部からの衝撃にも強いが、その外部に設置されたアクチュエータおよびプーリ等の装置が大きな設置スペースを必要とするため、主に内視鏡などの据え置きのマニピュレータとして用いられる。もしマニピュレータが体軸方向に伸長することで、その全体の長さを延長することが出来れば、マニピュレータが周囲の障害物によって前進できないような環境または、マニピュレータの一端が固定された場合においても、その先端部だけを伸ばすことによってより深い場所まで探査することが出来る。   Another method is to bend the trunk by wire driving (see Patent Document 2). A tubular member having a plurality of joint portions is provided, and a plurality of linear power transmission members having one end fixed in the vicinity of the joint portion and the other end fixed to the actuator are inserted into the tubular member. The actuator is installed at a location away from the tubular member, and bends the tubular member by pulling the linear power transmission member. A thin wire is generally used for the linear power transmission member, and when the electromagnetic motor rotates, a pulley connected to the rotation shaft rotates and the wire is wound up. Since there is no mechanical device inside the tubular member, the joint is relatively flexible and resistant to external impacts, but devices such as actuators and pulleys installed outside the joint require a large installation space. Therefore, it is mainly used as a stationary manipulator such as an endoscope. If the entire length of the manipulator can be extended by extending the manipulator in the body axis direction, even in an environment where the manipulator cannot be advanced by surrounding obstacles or when one end of the manipulator is fixed, By extending only the tip, you can explore deeper.

前述の2つの手法は索状駆動装置における最も一般的な屈曲手法であるが,特殊な構造を用いて長軸方向の伸縮と曲げを両立する機構が開発されている(非特許文献2参照)。複数の電磁モータを有する駆動部と、これら電磁モータの出力軸にその端部を接続されるコイルばね、これらコイルばねのもう片側の端部と接続される先端部から構成される。先端部にはコイルばねを収納するためのらせん状の溝を有する穴が設けられている。電磁モータに接続されたコイルばねが回転すると、ちょうど送りネジのように,先端部のらせん状の溝によって回転運動が直線運動に変換され、先端部と駆動部間のコイルばねの長さが変わる。このように各コイルばねの長さの比を変えることで,長軸方向の伸縮と曲げ運動を両立できる。   The above-mentioned two methods are the most common bending methods in a cable-shaped drive device, but a mechanism that achieves both expansion and contraction in the long axis direction using a special structure has been developed (see Non-Patent Document 2). . It comprises a drive unit having a plurality of electromagnetic motors, a coil spring whose end is connected to the output shaft of these electromagnetic motors, and a tip that is connected to the other end of these coil springs. A hole having a spiral groove for accommodating the coil spring is provided at the tip. When the coil spring connected to the electromagnetic motor rotates, the helical motion at the tip changes into a linear motion just like a lead screw, and the length of the coil spring between the tip and the drive changes. . Thus, by changing the ratio of the lengths of the coil springs, both expansion and contraction in the long axis direction and bending motion can be achieved.

特開2009−240713JP 2009-240713 A 特開WO2011−058893JP2011-058893A

広瀬茂男、他2名、3次元索状能動体 ACM-R3 の設計開発とその基本操舵制御、「日本ロボット学会誌」、Vol.23、No.7、886−897(2005)Shigeo Hirose and 2 others Design and development of the three-dimensional active ACM-R3 and its basic steering control, “Journal of the Robotics Society of Japan”, Vol. 23, no. 7, 886-897 (2005) A. Sadeghi, etc., A plant-inspired robot with soft differential bending capabilities, Bioinspiration & Biomimetics, 12 (2017)A. Sadeghi, etc., A plant-inspired robot with soft differential bending capabilities, Bioinspiration & Biomimetics, 12 (2017)

前掲の非特許文献1に開示される技術は、モータがロボット本体に内蔵されているため主に移動体として用いられ、大きな自由度を生かして高い不整地走破性を有する。しかし関節ユニットに衝撃が加わった際に、ユニット同士をつなぐ剛体のリンクと接続されているアクチュエータにも大きな負荷がかかるため壊れやすい問題があった。   The technology disclosed in Non-Patent Document 1 described above is mainly used as a moving body because the motor is built in the robot body, and has a high degree of rough terrain traveling ability utilizing a large degree of freedom. However, when an impact is applied to the joint unit, a large load is applied to the actuator connected to the rigid link that connects the units to each other.

前掲の特許文献1に開示される技術を実現する圧縮空気を使った移動構造体では、流体を供給するコンプレッサはサイズが大きく重いため移動体本体に搭載できない。また前述のヘビ型ロボットと組み合わせることで屈曲運動を行うことも可能だが、体幹を伸縮させる構造と関節部を屈曲させる構造を両立させなければならないため、アクチュエータの数が増え装置が複雑になる問題がある。   In the moving structure using compressed air that realizes the technique disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, the compressor that supplies the fluid cannot be mounted on the moving body because it is large and heavy. In addition, it is possible to perform a bending motion by combining with the above-described snake robot, but since the structure for expanding and contracting the trunk and the structure for bending the joint must be compatible, the number of actuators increases and the apparatus becomes complicated. There's a problem.

前掲の特許文献2では、マニピュレータを挿入または前進させるためには、外部に設置したアクチュエータ及びプーリを含むマニピュレータ全体を別の駆動装置によって動かさなければならず、装置がさらに大型化する問題があった。   In the above-mentioned Patent Document 2, in order to insert or advance the manipulator, the entire manipulator including the actuator and the pulley installed outside must be moved by another driving device, and there is a problem that the device further increases in size. .

長軸方向の伸縮と曲げを両立する機構を開示した前掲の非特許文献2では、先端部に格納できるコイルばねの長さの分しか伸縮できないため、大きなストロークを得るためにはコイルばねを収納している先端部を非常に長くしなければならない。また、この構造を複数用いることで多関節を達成できることは容易に想像できるが、各関節にコイルばねを収納するための大きなスペースが必要となり、さらなるロボットの大型化につながる。   In the above-mentioned Non-Patent Document 2 that discloses a mechanism that achieves both expansion and contraction in the long axis direction, only the length of the coil spring that can be stored at the tip can be expanded and contracted. The leading end must be very long. In addition, although it can be easily imagined that a multi-joint can be achieved by using a plurality of this structure, a large space is required for housing a coil spring in each joint, which leads to further enlargement of the robot.

本発明では、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、安価、軽量、シンプルな構造で、柔軟に大幅な伸縮が可能な索状構造を有する駆動装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a drive device having a cord-like structure that can be expanded and contracted flexibly and flexibly with an inexpensive, lightweight, and simple structure. That is.

請求項1の可撓性索状駆動装置は、相互に独立して配置される2本以上の索状の可撓性部材と、各可撓性部材の相互間に適宜間隔を保持しつつ挿通され、個々の該可撓性部材に対し独立して摺動させる駆動部を有する2個以上の駆動部ユニットと、個々の前記可撓性部材の適宜位置に装着され、各可撓性部材の相互間に適宜間隔を保持しつつ固定してなる固定部とを備えることを特徴とするものである。   The flexible cable-shaped drive device according to claim 1 is inserted through two or more cable-shaped flexible members arranged independently of each other while maintaining an appropriate space between the flexible members. Two or more drive unit units each having a drive unit that is slid independently with respect to each of the flexible members, and is mounted at an appropriate position of each of the flexible members. And a fixing portion that is fixed while maintaining an appropriate distance between each other.

請求項2の可撓性索状駆動装置は、請求項1の固定部が請求項1の可撓性部材の先端を固定するものであることを特徴とするものである。   The flexible cable drive device of claim 2 is characterized in that the fixing portion of claim 1 fixes the tip of the flexible member of claim 1.

請求項3の可撓性索状駆動装置は、請求項1の駆動部ユニットに挿通される請求項1の可撓性部材の相互間に保持される間隔が、請求項1の固定部に固定される請求項1の可撓性部材の相互間に保持される間隔と同一であることを特徴とするものである。   The flexible cable-shaped drive device according to claim 3 is fixed to the fixing portion according to claim 1, with the interval held between the flexible members according to claim 1 inserted through the drive unit unit according to claim 1 fixed to the fixing portion according to claim 1. The distance between the flexible members of claim 1 is the same as that held between the flexible members.

請求項4の可撓性索状駆動装置は、請求項1の駆動部ユニットが、適宜な肉厚を有し、該肉厚方向に向かって前記可撓性部材を挿通する挿通部を備え、該挿通部に挿通される該可撓性部材が該肉厚方向に延出させるものである請求項1〜3のいずれかを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, the driving unit of the first aspect has an appropriate thickness, and includes an insertion portion for inserting the flexible member in the thickness direction. The flexible member inserted through the insertion portion extends in the thickness direction, and is characterized in that it is any one of claims 1 to 3.

請求項5の可撓性索状駆動装置は、請求項1の可撓性部材が長手方向にネジ山が連続するラック部を有しており、請求項1の駆動部は、請求項1のラック部に噛合するピニオンギアと、該ピニオンギアを回転駆動するモータとを備えるものである請求項1〜4のいずれかを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, the flexible cable-like drive device has a rack portion in which the thread of the flexible member according to the first aspect is continuous in the longitudinal direction. A pinion gear that meshes with the rack portion and a motor that rotationally drives the pinion gear are provided.

請求項6の可撓性索状駆動装置は、請求項5のラック部が小径部と大径部とを交互に所定ピッチで配置して構成された請求項5の可撓性部材の表面によって形成されたものであることを特徴とするものでる。   The flexible cable-shaped drive device according to claim 6 is configured by the surface of the flexible member according to claim 5 in which the rack portion according to claim 5 is configured by alternately arranging a small diameter portion and a large diameter portion at a predetermined pitch. It is characterized by being formed.

請求項7の可撓性索状駆動装置は、請求項1の可撓性部材が表面に雄ネジが刻設されたものであり、請求項1の駆動部が請求項1の可撓性部材の雄ネジに螺合する雌ネジ部と、該雌ネジ部を回転駆動させるモータとを備えるものである請求項1〜4のいずれかを特徴とするものである。   According to a seventh aspect of the present invention, in the flexible cable-shaped drive device, the flexible member according to the first aspect has a male screw engraved on the surface thereof, and the drive unit according to the first aspect is the flexible member according to the first aspect. A female screw part that is screwed to the male screw and a motor that rotationally drives the female screw part are provided.

請求項8の可撓性索状駆動装置は、請求項1の駆動部が請求項1の可撓性部材の軸線に直交する方向を軸とするローラと、該ローラを回転駆動させるモータとを備え、請求項1の可撓性部材が少なくとも前記ローラの表面の当接を受ける被当接領域を有するものである請求項1〜4のいずれかを特徴とするものである。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a flexible cable-shaped drive device comprising: a roller having the driving unit according to the first aspect as a shaft perpendicular to the axis of the flexible member according to the first aspect; The flexible member according to claim 1 has at least a contacted region for receiving contact with the surface of the roller.

請求項9の可撓性索状ロボットは、請求項5〜8のいずれかに記載の可撓性索状駆動装置を使用する可撓性索状ロボットであって、2個以上の駆動部ユニットにおけるモータを備える駆動部において、該モータの回転力を制御する制御部を備えることを特徴とするものである。   A flexible cable-shaped robot according to claim 9 is a flexible cable-shaped robot that uses the flexible cable-shaped drive device according to any one of claims 5 to 8, and includes two or more drive unit units. The drive unit having the motor in (1) is provided with a control unit for controlling the rotational force of the motor.

請求項10の可撓性索状ロボットは、請求項9の駆動部ユニットの少なくとも1つは、ロボット本体に固定されることを特徴とするものである。   The flexible cable-shaped robot of claim 10 is characterized in that at least one of the drive unit units of claim 9 is fixed to the robot body.

本発明の可撓性索状駆動装置によれば、安価、軽量、シンプルな構造で、柔軟に大幅な伸縮が可能になるという効果がある。   According to the flexible cable-like drive device of the present invention, there is an effect that it is possible to extend and contract flexibly and flexibly with an inexpensive, lightweight and simple structure.

可撓性索状駆動装置の実施例の斜視図である。It is a perspective view of the Example of a flexible cable-shaped drive device. 駆動部ユニットの実施例の構造図である。It is a structural diagram of the Example of a drive part unit. 可撓性部材への動力伝達方法の実施例の構造図である。It is a structural diagram of the Example of the power transmission method to a flexible member. 可撓性索状駆動装置をマニピュレータとしたロボットの斜視図である。It is a perspective view of the robot which used the flexible cable drive device as the manipulator. 可撓性索状駆動装置の基本動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic operation | movement of a flexible cable-shaped drive device. 可撓性索状駆動装置の移動動作(屈曲)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the movement operation | movement (bending) of a flexible cable-shaped drive device. 可撓性索状駆動装置の移動動作(蠕動)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the movement operation (peristalsis) of a flexible cable-shaped drive device. 可撓性索状駆動装置のマニピュレータ動作(直動)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manipulator operation | movement (linear motion) of a flexible cable-shaped drive device. 可撓性索状駆動装置のマニピュレータ動作(屈曲)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manipulator operation | movement (bending) of a flexible cable-shaped drive device. 可撓性索状駆動装置の移動動作(屈曲)の実験結果の写真である。It is a photograph of the experiment result of the movement operation (bending) of the flexible cable-shaped drive device. 可撓性索状駆動装置の移動動作(蠕動)の実験結果の写真である。It is a photograph of the experimental result of the movement operation (peristalsis) of the flexible cable-shaped drive device. 可撓性索状駆動装置のマニピュレータ動作(直動)の実験結果の写真である。It is a photograph of an experimental result of manipulator operation (linear motion) of a flexible cable-shaped drive device. 可撓性索状駆動装置のマニピュレータ動作(屈曲)の実験結果の写真である。It is a photograph of an experimental result of manipulator operation (bending) of a flexible cable-like drive device. 可撓性索状駆動装置の剛性特性の実験結果である。It is an experimental result of the rigidity characteristic of a flexible cable drive.

以下に本発明の実施形態の構造について詳細に説明する。図1は本発明の実施形態を示す斜視図である。本実施形態は、可撓性索状駆動装置の先端から後端を挿通する2本以上(図は3本を例示)の可撓性部材31、32、33と、可撓性部材31、32、33を貫通させ長手方向に移動する2台以上(図は2台を例示)の駆動部ユニット21、22と、これら可撓性部材31、32、33を所定の間隔で固定する固定部1から構成される。駆動部ユニット21、22に可撓性部材31、32、33を挿通することで、可撓性部材31、32、33が一組をなして可撓性索状駆動装置の先端から後端へ移動することを可能にする。固定部1は、専ら可撓性部材31,32,33の先端において当該可撓性部材31、32、33を固定するものであり、固定部1によって固定される場合の可撓性部材31、32、33の端部を固定端と称し、固定されない場合の端部を自由端と称する。可撓性部材31、32、33が索状で柔軟性があり、片端を固定部1で固定しない場合には、容易に巻き取ることができるため、収納するための空間を設ける必要がなく装置の小型化につながる。各駆動部ユニット21,22間または駆動部ユニット21、22と固定部1間の長さは、駆動部ユニット21、22を移動させることによって可撓性部材31、32、33のほぼ全長に相当する範囲で自由に変更できるため、駆動部ユニット21,22を基準点とした場合に非常に大きなストロークを有する。図1では可撓性部材31、32、33は片側の端部のみを固定部1によって締結することで、自由端になったもう片側の端部を例えば螺旋状に巻きとることで、非常に長い可撓性部材を用いた場合であってもそれらをコンパクトに収納することができる。可撓性部材31、32、33の両端を固定部1によって締結すると、コンパクトに収納することは難しくなるが、可撓性索状駆動装置がねじりモーメントを受けた際に、両端の固定部がモーメントを受けることで、ねじり剛性を高くすることができる。片端が固定されず自由端であっても、もう一端の固定部1から駆動部ユニット21、22の間は、同様にねじれ剛性を高くすることができる。   Hereinafter, the structure of the embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention. In this embodiment, two or more (three are illustrated in the figure) flexible members 31, 32, and 33 that are inserted from the front end to the rear end of the flexible cable drive device, and the flexible members 31 and 32. , 33 and two or more drive unit units 21 and 22 (two are illustrated in the figure) that move in the longitudinal direction, and a fixing unit 1 that fixes these flexible members 31, 32, and 33 at a predetermined interval Consists of By inserting the flexible members 31, 32, 33 into the drive unit 21, 22, the flexible members 31, 32, 33 form a pair from the front end to the rear end of the flexible cable-shaped drive device. Makes it possible to move. The fixing part 1 fixes the flexible members 31, 32, 33 exclusively at the tips of the flexible members 31, 32, 33. When the fixing part 1 is fixed by the fixing part 1, The end portions 32 and 33 are referred to as fixed ends, and the end portions when not fixed are referred to as free ends. When the flexible members 31, 32, 33 are cord-like and flexible, and one end is not fixed by the fixing portion 1, the flexible member 31, 32, 33 can be easily wound up, so there is no need to provide a space for storage. Leads to downsizing. The length between each drive unit 21, 22 or between the drive unit 21, 22 and the fixed unit 1 corresponds to almost the entire length of the flexible members 31, 32, 33 by moving the drive unit 21, 22. Therefore, when the drive unit 21 or 22 is used as a reference point, the stroke is very large. In FIG. 1, the flexible members 31, 32, and 33 are fastened only at one end by the fixing portion 1, and the other end that has become a free end is wound, for example, spirally, Even when long flexible members are used, they can be stored compactly. When the both ends of the flexible members 31, 32, and 33 are fastened by the fixing portion 1, it becomes difficult to store them in a compact manner, but when the flexible cable drive device receives a torsional moment, the fixing portions at both ends are By receiving the moment, the torsional rigidity can be increased. Even if one end is not fixed and is a free end, the torsional rigidity can be similarly increased between the fixed portion 1 at the other end and the drive unit 21, 22.

図2は駆動部ユニット21、22の一つの実施例の構造詳細図である。駆動部ユニットは電磁モータ51、52、53に接続されている歯車41、42、43が回転することによって、その駆動力が円筒スライダ部71、72、73に挿通されている可撓性部材に伝達され、可撓性部材または駆動部ユニットが移動する。このようにモータを可撓性部材が挿通される軸上に配置しない(または中空のモータを使用する)ことで、可撓性部材が装置の先端から後端に挿通することが可能になる。モータ51、52、53の回転軸には回転計測計61、62、63が取り付けられており、これが回転数を測定することによって、可撓性部材31、32、33または駆動部ユニット21,22が移動した距離を測定できる。モータ51、52、53は電磁式または圧電式が適用可能である。圧電式を用いれば、1mmサイズまで小型化が可能で、駆動部ユニットの小型化につながる。   FIG. 2 is a detailed structural diagram of one embodiment of the drive unit 21, 22. When the gears 41, 42, 43 connected to the electromagnetic motors 51, 52, 53 rotate, the driving unit is driven by the flexible member inserted into the cylindrical slider parts 71, 72, 73. Then, the flexible member or the driving unit moves. Thus, by not arranging the motor on the shaft through which the flexible member is inserted (or using a hollow motor), the flexible member can be inserted from the front end to the rear end of the apparatus. The rotation measuring meters 61, 62, 63 are attached to the rotation shafts of the motors 51, 52, 53, and the flexible members 31, 32, 33 or the drive unit units 21, 22 are measured by measuring the rotation speed. The distance traveled by can be measured. The motors 51, 52, and 53 can be applied electromagnetic or piezoelectric. If the piezoelectric type is used, the size can be reduced to 1 mm, which leads to the size reduction of the drive unit.

本発明の可撓性索状駆動装置を移動動作に使う場合、装置全体を床面などの板面に横置きするため、駆動部ユニットが板面に接触状態となる。移動動作時には、後述するように可撓性部材の長さを制御することで駆動部ユニットと板面との摩擦力を上回る力を移動方向に順次個々の駆動部ユニットに与えることで移動することになる。このため、板面と接触する駆動部ユニットの外周辺部の摩擦係数は、可撓性部材の伸縮によって得られ、板面に加わる力を考慮して決める。摩擦係数が大きすぎると可撓性部材の変形による力が大きくなりすぎ、摩擦係数が小さすぎると駆動部ユニットが滑って、上手く移動できないこととなる。   When the flexible cable-shaped drive device of the present invention is used for a moving operation, the drive unit is in contact with the plate surface because the entire device is placed horizontally on a plate surface such as a floor surface. At the time of the moving operation, as described later, the length of the flexible member is controlled so that the force exceeding the frictional force between the drive unit and the plate surface is sequentially applied to the individual drive units in the moving direction. become. For this reason, the friction coefficient of the outer peripheral part of the drive part unit which contacts a board surface is obtained by expansion / contraction of a flexible member, and determines it in consideration of the force added to a board surface. If the friction coefficient is too large, the force due to the deformation of the flexible member becomes too large, and if the friction coefficient is too small, the drive unit slides and cannot move well.

図3は螺旋状の溝を有する可撓性部材への動力伝達方法の例を示す。(a)は可撓性部材31を円筒スライダ部74に挿通し、モータに取付けた歯車75を可撓性部材31に形成された溝に押し付けながら回転することで、可撓性部材31をその長手方向に動かす方法である。(b)は円筒状部品76の穴の内側に螺旋状の溝を掘り、その溝に合わせて可撓性部材31を挿通し、円筒状部品が回転すると可撓性部材の端部が固定部1によって締結され、その回転が抑えられることで可撓性部材をその長手方向に動かす方法である。   FIG. 3 shows an example of a method for transmitting power to a flexible member having a spiral groove. (A) inserts the flexible member 31 into the cylindrical slider portion 74 and rotates the gear 75 attached to the motor while pressing the gear 75 against the groove formed in the flexible member 31, thereby It is a method of moving in the longitudinal direction. In (b), a spiral groove is dug inside the hole of the cylindrical part 76, the flexible member 31 is inserted in accordance with the groove, and when the cylindrical part rotates, the end of the flexible member is fixed. This is a method of moving the flexible member in the longitudinal direction by being fastened by 1 and suppressing its rotation.

図4は可撓性索状駆動装置の片端の可撓性部材を構造物(土台)8に固定してマニピュレータ機能を有するロボットとして使用する際の構造図の実施例の一例である。図では、土台8の内側(図4では、土台8の左側)の可撓性部材の片端が自由端で、自由端側の駆動部ユニットを土台8に固定した実施例であるが、固定端を固定することでも同様なマニピュレータ機能が実現可能である。図示のような自由端を土台8の内側に配置する構造では、土台8の内側に位置する可撓性部材を小さく巻き取ることができ、当該部分(図における土台8の左の構造物)が小型化できる。なお、マニピュレータ機能を発揮させるための前記モータ等の作動は、操作者が手動によって操作する場合のほか、コンピュータによって制御させる場合などがある。ロボットの機能として作動させる場合には、前記モータ等は制御された状態となるが、そのための制御装置については説明を省略する。   FIG. 4 is an example of an embodiment of a structural diagram when a flexible member at one end of a flexible cable-like drive device is fixed to a structure (base) 8 and used as a robot having a manipulator function. In the figure, one end of the flexible member inside the base 8 (left side of the base 8 in FIG. 4) is a free end, and the drive unit on the free end side is fixed to the base 8. A similar manipulator function can also be realized by fixing. In the structure in which the free end as shown in the figure is arranged inside the base 8, the flexible member located inside the base 8 can be wound up small, and the portion (the left structure of the base 8 in the figure) Can be downsized. The operation of the motor or the like for exhibiting the manipulator function may be controlled by a computer in addition to being manually operated by an operator. When operating as a robot function, the motor and the like are in a controlled state, but a description of the control device for that purpose will be omitted.

可撓性部材は、柔軟な構造を持つ索状体で、主に金属やプラスチックで作られている。可撓性部材はその断面形状を問わないが、効率的に移動させるため好適には、歯車等がかみ合うための溝(例えば蛇腹状または螺旋状)が表面にあることである。これを満たす構造としては、コイルばね、配管保護用または流体輸送用のチューブ、柔軟な歯竿(通称、フレキラックと呼ばれる)などが挙げられる。コイルばねは入手しやすくコストを抑えることができるが、ねじれやすく、またねじれた際にその直径が変化してしまうことで、可動しづらくなる問題がある。配管保護用または流体輸送用のチューブは、その内部に気体や液体などの流体を容易に通すことができ、駆動装置の片端から他方の端部に流体を輸送することができる。例えば駆動装置先端に取り付けた流体による稼働装置(空圧のハンドなど)を動作できる。また、先端にノズルを取付け、流体を噴射することも可能である。柔軟な歯竿は単純な溝に比べて、精度の高い歯車同士のかみ合わせを実現し駆動力の伝達効率を向上できるが、一方これらの可撓性部材は曲げ癖が付きやすい欠点がある。駆動伝達機構としてこのような簡単な歯車を用いた機構を説明したが、摩擦車や電磁力、また振動などを用いて可撓性部材と駆動部ユニットの動力伝達を行うこともでき、歯車や溝は必ずしも必要ではない。   The flexible member is a cord-like body having a soft structure, and is mainly made of metal or plastic. The flexible member may have any cross-sectional shape, but preferably has a groove (for example, a bellows shape or a spiral shape) on the surface for meshing with a gear or the like for efficient movement. Examples of the structure satisfying this include a coil spring, a tube for pipe protection or fluid transportation, and a flexible toothpaste (commonly referred to as a flexible rack). Coil springs are easy to obtain and can reduce costs, but they are easily twisted, and the diameter of the coil spring changes when twisted, which makes it difficult to move. The tube for protecting the pipe or transporting fluid can easily pass a fluid such as gas or liquid through the tube, and can transport the fluid from one end of the driving device to the other end. For example, it is possible to operate an operating device (such as a pneumatic hand) using a fluid attached to the tip of the driving device. It is also possible to attach a nozzle to the tip and eject the fluid. A flexible toothbrush can achieve high-precision meshing between gears and improve the transmission efficiency of driving force, compared to a simple groove, but these flexible members have a drawback that they tend to bend. Although a mechanism using such a simple gear has been described as the drive transmission mechanism, power transmission between the flexible member and the drive unit can be performed using a friction wheel, electromagnetic force, vibration, etc. The groove is not always necessary.

次に可撓性索状駆動装置の動作について説明する。図5は可撓性部材の本数を2本から4本の場合の基本動作を表している。駆動部ユニットは2台以上あれば,本発明の機能を満たすことが出来る。図5では、駆動部ユニットを1台と固定部1台の部分のみ表現し、駆動部ユニットを基準に動作状況を示している。駆動部ユニットが2台以上ある場合では、例えばヘビのように駆動装置の体幹をS字に屈曲させる、またはミミズのように蠕動運動を行うことで、駆動装置に推進力を発生できる。図5(a)は可撓性部材を互い違いに摺動動作させ長さを変えることで平面的な(2次元の)屈曲運動を行うことを示している。また、2本の可撓性部材を同じ方向に同じ長さ(ストローク)だけ摺動動作させることで図5(b)のように伸長運動を行うことができる。可撓性部材が3本あれば図5(c)のように可撓性部材の内1本だけ異なる方向に摺動動作させることで空間的な(3次元の)屈曲でき、図には示していないが、(b)と同じように3本同時に同じ方向に長さを変える摺動動作をさせることで直線的な伸縮ができる。可撓性部材は4本以上あれば図5(d)のように、例えば駆動部ユニット21の円周上に配置された3本の可撓性部材31、32、33に縮む動作をさせ、その円周の中心部に配置された可撓性部材34に伸長動作させたとき、それぞれの可撓性部材31、32、33、34が固定部1に与える力F1、F2、F3、F4がF1+F2+F3=F4を満たすと、固定部1の位置を変えることなく、力が拮抗することで駆動装置全体の剛性を高めることができる。可撓性部材は柔軟性があり柔らかいため、剛性を高めた状態でも一定以上の力を与えると座屈してしまうが、これは可撓性部材の材質や直径、構造等を変えることでその座屈強度を変化させることができる。また4本以上の可撓性部材を同時に同じ方向に動作させることで伸縮することもできる。このように空間的な屈曲および伸縮動作以外に可撓性部材へ加わる力で拮抗動作を行うことができる。駆動部ユニットおよび可撓性部材はその数を増やすほど多彩な動作を行うことが出来る。   Next, the operation of the flexible cable drive device will be described. FIG. 5 shows a basic operation when the number of flexible members is two to four. If there are two or more drive units, the function of the present invention can be satisfied. In FIG. 5, only one drive unit and one fixed unit are represented, and an operation state is shown with reference to the drive unit. When there are two or more drive unit units, for example, a driving force can be generated in the drive device by bending the trunk of the drive device into an S shape like a snake or performing a peristaltic movement like an earthworm. FIG. 5A shows that a planar (two-dimensional) bending motion is performed by sliding the flexible members alternately to change the length. Further, the two flexible members can be slid in the same direction by the same length (stroke) to perform the extension movement as shown in FIG. If there are three flexible members, it can be bent spatially (three-dimensionally) by sliding in only one of the flexible members as shown in FIG. 5C. However, as in (b), linear expansion and contraction can be achieved by performing a sliding operation that changes the length in the same direction at the same time. If there are four or more flexible members, as shown in FIG. 5D, for example, the three flexible members 31, 32, 33 arranged on the circumference of the drive unit 21 are contracted, When the flexible member 34 disposed at the center of the circumference is extended, the forces F1, F2, F3, and F4 that the flexible members 31, 32, 33, and 34 give to the fixed portion 1 are applied. When F1 + F2 + F3 = F4 is satisfied, the rigidity of the entire drive device can be increased by force antagonizing without changing the position of the fixed portion 1. Since the flexible member is soft and soft, it will buckle if a certain level of force is applied even when the rigidity is increased. The bending strength can be changed. It is also possible to expand and contract by simultaneously operating four or more flexible members in the same direction. Thus, the antagonistic operation can be performed by a force applied to the flexible member in addition to the spatial bending and expansion / contraction operations. The drive unit and the flexible member can perform various operations as the number thereof increases.

図6は屈曲動作の模式図である。可撓性索状駆動装置は全体で正弦波をつくり、その正弦波が図6(a)から(c)のように駆動装置の前方から後方へ移動するように連続的に駆動部ユニットを起点に屈曲させ、駆動ユニットが板面を押すことで推進力を得る。ここでは板面と平行な正弦波の振幅を0とし、板面に対して垂直な正弦波成分のみを有する。固定部1と駆動部ユニット21間の可撓性部材がある形状をとると(例えば正弦波カーブのある一部)、次に駆動部ユニット21と駆動部ユニット22間の可撓性部材が時間的に少し遅れて同様の形状をとる。この図では駆動部ユニットが2つのみの場合を記載しているが、駆動部ユニットが複数ある場合でも同様に、ある駆動部ユニット間の可撓性部材が、その1つ前方の駆動部ユニット間の可撓性部材の時間的に少し前の形状をとるということを連続的に繰り返すことで、可撓性索状駆動装置全体で正弦波を作り出すことができる。   FIG. 6 is a schematic diagram of the bending operation. The flexible cord-like drive device generates a sine wave as a whole, and the drive unit is continuously started so that the sine wave moves from the front to the back of the drive device as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c). The drive unit pushes the plate surface to obtain a driving force. Here, the amplitude of the sine wave parallel to the plate surface is set to 0, and only the sine wave component perpendicular to the plate surface is included. If the flexible member between the fixed unit 1 and the drive unit 21 has a certain shape (for example, a part having a sine wave curve), then the flexible member between the drive unit 21 and the drive unit 22 becomes time. It takes the same shape with a little delay. This figure shows the case where there are only two drive unit units. However, even when there are a plurality of drive unit units, the flexible member between the drive unit units is the drive unit unit in front of one of them. A continuous sinusoidal wave can be created in the entire flexible cable-shaped drive device by continuously repeating the shape of the flexible member between them in a slightly previous shape.

図7は蠕動動作の模式図である。複数の可撓性部材に対して駆動部ユニットが同じ速度で移動することで、各駆動部ユニット間の長さ、または駆動部ユニットと固定部1間の長さを変えることが出来る。(a)から(c)はこの動作の模式図の時間的変化を示している。(a)ではまず固定部1を可撓性索状駆動装置前方に伸ばしている。このとき駆動装置の重心は駆動部ユニット21と駆動部ユニット22間付近にあるため、駆動装置は床面との滑りをほとんど生じない。固定部1を前方に送り出したのちに、(b)では駆動部ユニット21を同様に前方へ送り出している。このとき駆動部ユニット21は可撓性部材を上方にそらせることでわずかに板面から浮かせており、駆動装置は板面からの反作用を受けないため滑りをほとんど生じない。最後に(c)では駆動部22を前方に送り出している。駆動部ユニット21と同様にわずかに板面から浮かせることで板面からの反作用を軽減できるが、実際には可撓性部材が大きくたわむため、板面と接触し、やや大きな滑りを生じる。この(a)から(c)の動作を繰り返すことで、滑りながらではあるが前方に進むことができる。   FIG. 7 is a schematic diagram of the peristaltic operation. Since the drive unit moves relative to the plurality of flexible members at the same speed, the length between the drive units or the length between the drive unit and the fixed unit 1 can be changed. (A) to (c) show temporal changes in the schematic diagram of this operation. In (a), the fixed portion 1 is first extended forward of the flexible cable-shaped drive device. At this time, since the center of gravity of the drive device is in the vicinity of between the drive unit 21 and the drive unit 22, the drive device hardly slides on the floor surface. After the fixed portion 1 is sent forward, the drive unit 21 is similarly sent forward in (b). At this time, the drive unit 21 is slightly lifted from the plate surface by deflecting the flexible member upward, and the drive device does not receive a reaction from the plate surface, and thus hardly slips. Finally, in (c), the drive unit 22 is sent forward. As with the drive unit 21, the reaction from the plate surface can be reduced by slightly floating from the plate surface. However, since the flexible member actually bends greatly, it comes into contact with the plate surface and slightly slips. By repeating the operations from (a) to (c), it is possible to move forward while sliding.

図8に一例として2台の駆動部ユニットと3本の可撓性部材で構成した可撓性索状駆動装置において、固定部1から見て離れた位置にある駆動部ユニットを固定構造物である土台8に固定し、マニピュレータとして機能させる固定式ロボットとした場合の動作模式図である。(a)は動作開始状態を示し、(b)(c)は、3本の可撓性部材31、32、33を同時に同じ速度で押し出した時の駆動装置の状態を示し、(b)から(c)へ可撓性部材31、32、33を同時に押し出すことで全体の長さが長くなっていることがわかる。固定部1と最後端の駆動部ユニット22間の距離を変化させることができる。   As an example in FIG. 8, in the flexible cable-like drive device configured with two drive unit units and three flexible members, the drive unit unit located away from the fixed unit 1 is a fixed structure. It is an operation | movement schematic diagram at the time of setting it as the fixed robot fixed to a certain base 8 and functioning as a manipulator. (A) shows the operation start state, (b) and (c) show the state of the driving device when the three flexible members 31, 32, 33 are simultaneously pushed out at the same speed, from (b) It can be seen that the entire length is increased by simultaneously extruding the flexible members 31, 32, 33 to (c). The distance between the fixed unit 1 and the drive unit 22 at the rearmost end can be changed.

図9は、駆動部ユニット21,22がそれぞれの可撓性部材31、32、33を異なる速度で送り出す場合のマニピュレータの動作模式図である。(a)は動作開始状態を示し、(b)(c)は、3本の可撓性部材31、32、33を異なる速度で押し出した時のロボットの状態を示している。それぞれの可撓性部材31、32、33に対して異なる速度で駆動部ユニット21,22が移動する場合、それらの速度の比によって、各駆動部ユニット21,22間の曲がり具合、または駆動部ユニット21,22と固定部1間の曲がり具合を変えることが出来る。   FIG. 9 is an operation schematic diagram of the manipulator when the drive units 21 and 22 send out the flexible members 31, 32, and 33 at different speeds. (A) shows the operation start state, and (b) and (c) show the state of the robot when the three flexible members 31, 32, 33 are pushed out at different speeds. When the drive unit units 21 and 22 move at different speeds with respect to the respective flexible members 31, 32 and 33, depending on the ratio of the speeds, the bending state between the drive unit units 21 and 22 or the drive unit The degree of bending between the units 21 and 22 and the fixed portion 1 can be changed.

本発明の構成による効果を検証するための実施例について説明する。試作した駆動装置は、駆動装置の体幹をなす可撓性部材3本と、それらを保持する1つの固定部、2つの駆動部ユニットから構成した。可撓性部材には配管用のステンレスチューブ(KSN8−200、ミスミ製)を用いた。このチューブは内径8mm、外径10.2mmで,その周囲に螺旋状の溝を有する。固定部と駆動部ユニットの一部はABS樹脂製で3Dプリンタを用いて作成した。駆動部ユニットには電磁モータ(75:1 Micro Metal Gearmotor、Pololu)が3つ備えられており、モータが回転するとラックアンドピニオンの原理で、チューブを送り出すまたはチューブに沿って駆動部ユニットが移動できる。試作した可撓性索状駆動装置は全部で6つの自由度を有し、その直径は約80mm、最大長さは600mmである。この実験では、可撓性索状駆動装置の移動動作およびマニピュレータ動作を検証した。   An embodiment for verifying the effect of the configuration of the present invention will be described. The prototyped drive device was composed of three flexible members that form the trunk of the drive device, one fixed part that holds them, and two drive part units. A stainless steel tube for piping (KSN8-200, manufactured by MISUMI) was used as the flexible member. This tube has an inner diameter of 8 mm and an outer diameter of 10.2 mm, and has a spiral groove around it. A part of the fixed part and the drive part unit are made of ABS resin and made using a 3D printer. The drive unit is equipped with three electromagnetic motors (75: 1 Micro Metal Gearmotor, Pololu), and when the motor rotates, the drive unit can be sent out or moved along the tube on the principle of rack and pinion. . The prototype flexible cable drive device has a total of six degrees of freedom, its diameter is about 80 mm, and its maximum length is 600 mm. In this experiment, the movement operation and manipulator operation of the flexible cable drive device were verified.

移動動作の実験結果を写真に基づいて説明する。ヘビやミミズのように,各関節を屈曲または伸縮させることにより、可撓性索状駆動装置が推進力を発生できるか調査した。図10は各モータに位相の異なる正弦波の目標軌跡を与えた際の屈曲動作の様子を示す写真である。写真は(a)から(c)への時間的変化を示している。(a)は今回の実験に用いた駆動装置の全景であるが、写真の右側の撮影範囲外は実験の都合上可撓性部材のチューブがつながって自由端となっている。また、ヘビのような各関節を屈曲させながら推進方法では、駆動装置と板面との摩擦が十分でないと推進力を得られないことが一般に知られるため、摩擦の強いゴム状のシートを板面に敷いてある。(a)の初期状態から(b)は移動開始から3.0秒後、(c)は移動開始から5.8秒後の動作を示したものである。この実験では16mm/秒での移動が確認できた。少ない駆動部ユニット数でも、可撓性索状駆動装置全体が滑らかに曲がることでヘビのような動作を実現し推進力を得ていることが分かる。   The experiment result of the movement operation will be described based on the photograph. We investigated whether the flexible cable-like driving device can generate a propulsive force by bending or expanding / contracting each joint like snakes and earthworms. FIG. 10 is a photograph showing the bending operation when each motor is given a sine wave target locus having a different phase. The photograph shows the temporal change from (a) to (c). (A) is a full view of the drive unit used in this experiment, but outside the photographing range on the right side of the photograph, a tube of a flexible member is connected for the convenience of the experiment and is a free end. In addition, it is generally known that in the propulsion method while bending each joint such as a snake, the thrust cannot be obtained unless the friction between the driving device and the plate surface is sufficient. It is laid on the surface. From the initial state of (a), (b) shows the operation after 3.0 seconds from the start of movement, and (c) shows the operation after 5.8 seconds from the start of movement. In this experiment, movement at 16 mm / second was confirmed. It can be seen that even with a small number of drive unit units, the entire flexible cable-like drive device bends smoothly to achieve a snake-like operation and obtain a propulsive force.

図11は駆動部ユニット間の距離および駆動部ユニットと固定部間の距離を交互に同じ長さだけ伸長させた際の動作(蠕動)状況の写真である。写真は(a)から(c)への時間的変化を示している。(a)は今回の実験に用いた可撓性索状駆動装置の全景であるが、写真より右側の撮影範囲外は実験の都合上可撓性部材のチューブがつながって自由端となっている。前述の図10の写真に示す実験と異なり、板面には滑りやすい紙のシートを敷いてある。(a)の初期状態から(b)は移動開始から1.5秒後、(c)は移動開始から3.7秒後、(d)は移動開始から6.0秒後の動作を示したものである。初めに駆動部ユニット21、22を固定しているとき固定部1を前方に押しだし、つぎに固定部1と駆動部ユニット22を固定しているとき駆動部ユニット21を前方に押しだし、最後に固定部1と駆動部ユニット21を固定しているとき駆動部ユニット22を前方に押しだす。この一連の動作を繰り返すことで滑りやすい床面でも推進力を得ることができる。この実験では10mm/秒での移動が確認できた。蠕動運動を行う駆動装置は一般に伸縮のストロークが大きい程、移動に有利であることが知られており、本発明の駆動装置にも素早い動作が可能である。   FIG. 11 is a photograph of the operation (swing) situation when the distance between the drive unit and the distance between the drive unit and the fixed unit are alternately extended by the same length. The photograph shows the temporal change from (a) to (c). (A) is a full view of the flexible cable drive unit used in this experiment, but outside the shooting range on the right side of the photo, a flexible member tube is connected for the sake of experimentation and is a free end. . Unlike the experiment shown in the photograph of FIG. 10 described above, a slippery paper sheet is laid on the plate surface. From the initial state of (a), (b) shows an operation after 1.5 seconds from the start of movement, (c) shows an operation after 3.7 seconds from the start of movement, and (d) shows an operation after 6.0 seconds from the start of movement. Is. First, when the drive unit 21 and 22 are fixed, the fixing unit 1 is pushed forward. Next, when the fixing unit 1 and the drive unit 22 are fixed, the drive unit 21 is pushed forward and finally fixed. When the unit 1 and the drive unit 21 are fixed, the drive unit 22 is pushed forward. By repeating this series of operations, a propulsive force can be obtained even on a slippery floor surface. In this experiment, movement at 10 mm / sec was confirmed. It is known that a drive device that performs a peristaltic motion is generally more advantageous for movement as the expansion / contraction stroke is larger, and the drive device of the present invention can be operated quickly.

図12はマニピュレータ動作の実験結果の写真である。マニピュレータ動作の実験では、駆動部ユニットの1つを土台に固定し、それと反対側にあるチューブの片端を固定部で保持している。図12の(a)から(c)はこの動作の模式図の時間的変化を示している。固定されている側の駆動部ユニットが各可撓性部材を押し出すことで、駆動装置全体の長さを長くし、その動作範囲を拡大できることが分かる。図12の(a)は初期状態でその全長は130mmであるが、(b)では全長が330mmまで伸びている。   FIG. 12 is a photograph of experimental results of manipulator operation. In the experiment of manipulator operation, one of the drive unit units is fixed to the base, and one end of the tube on the opposite side is held by the fixing unit. (A) to (c) of FIG. 12 show temporal changes in the schematic diagram of this operation. It can be seen that the drive unit on the fixed side pushes out each flexible member, so that the length of the entire drive device can be increased and the operation range can be expanded. In FIG. 12, (a) is 130 mm in the initial state, but (b) is extended to 330 mm.

図13の(a)は初期状態で固定部1と駆動部ユニット21間の曲げ半径は70mmであるが、(b)では曲げ半径が240mmになっており、3倍以上曲げ半径を変化させることが出来る。ロボット全体の長さを一定とし、固定されていない側の駆動部ユニットを動作させている。この駆動部ユニットは固定部と固定されている駆動部ユニット間の任意の位置に移動し、また各可撓性部材のチューブの送り出す速度を変化させることで駆動装置の曲げ半径を自由に変えられることが分かる。   In FIG. 13A, the bending radius between the fixed unit 1 and the drive unit 21 is 70 mm in the initial state, but in FIG. 13B, the bending radius is 240 mm, and the bending radius is changed three times or more. I can do it. The length of the entire robot is fixed, and the drive unit on the non-fixed side is operated. The drive unit moves to an arbitrary position between the fixed unit and the fixed drive unit, and the bending radius of the drive device can be freely changed by changing the feeding speed of the tube of each flexible member. I understand that.

可撓性索状駆動装置の剛性の変化に関する実験を行った。本発明の可撓性索状駆動装置の最も大きな特徴は各駆動部ユニット間または駆動部ユニットと固定部間の長さを大きく変えられることである。駆動装置の曲げ剛性およびねじり剛性は構成部材の材質・構造が同一であれば各駆動部ユニット間または駆動部ユニットと固定部間の長さに依存するため、駆動部ユニットの位置を変えることでロボットの曲げ剛性およびねじり剛性を制御できる。そこで、駆動部ユニットと固定部間の長さを60mm、80mm、100mmと変化させたときの駆動装置先端部にねじりモーメントを与えた際の剛性を測定した。可撓性部材31、32、33は固定部1によってその片側の端部のみを締結されている。図14は駆動部ユニットと固定部1間の長さを変更した際のモーメントとねじれ角の関係である。駆動部ユニットと固定部間の長さが長くなるほど、モーメントに対するねじれ角が大きくなっていることから、ねじれ剛性が低下していることが明らかであり、駆動装置の剛性を制御できることを示した。本実験ではねじれ剛性を制御するために駆動部ユニットと固定部間の長さを変更したが、同様に各駆動部ユニット間の長さを変更することで剛性を制御することもできる。   Experiments on the change in stiffness of the flexible cable drive were performed. The greatest feature of the flexible cable-like drive device of the present invention is that the length between each drive unit or between the drive unit and the fixed part can be greatly changed. Since the bending rigidity and torsional rigidity of the drive unit depend on the length of each drive unit or between the drive unit and the fixed unit if the material and structure of the components are the same, the position of the drive unit can be changed. The bending rigidity and torsional rigidity of the robot can be controlled. Therefore, the rigidity was measured when a torsional moment was applied to the tip of the drive device when the length between the drive unit and the fixed part was changed to 60 mm, 80 mm, and 100 mm. The flexible members 31, 32, and 33 are fastened only at one end by the fixing portion 1. FIG. 14 shows the relationship between the moment and the twist angle when the length between the drive unit and the fixed unit 1 is changed. As the length between the drive unit and the fixed part is increased, the torsional angle with respect to the moment is increased, so that it is clear that the torsional rigidity is reduced, indicating that the rigidity of the drive unit can be controlled. In this experiment, the length between the drive unit and the fixed unit was changed in order to control the torsional rigidity, but the stiffness can also be controlled by changing the length between each drive unit.

1 固定部
21,22 駆動部ユニット
31、32、33、34 可撓性部材
41、42、43 歯車
51、52、53 電磁モータ
61、62、63 回転計測計
71、72、73 円筒スライダ部
8 土台

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed part 21,22 Drive part unit 31,32,33,34 Flexible member 41,42,43 Gear 51,52,53 Electromagnetic motor 61,62,63 Rotation meter 71,72,73 Cylindrical slider part 8 Foundation

Claims (10)

相互に独立して配置される2本以上の索状の可撓性部材と、
各可撓性部材の相互間に適宜間隔を保持しつつ挿通され、個々の該可撓性部材に対し独立して摺動させる駆動部を有する2個以上の駆動部ユニットと、
個々の前記可撓性部材の適宜位置に装着され、各可撓性部材の相互間に適宜間隔を保持しつつ固定してなる固定部と
を備えることを特徴とする可撓性索状駆動装置。
Two or more cord-like flexible members arranged independently of each other;
Two or more drive unit units that have a drive unit that is inserted between the flexible members while maintaining an appropriate distance between them and that is independently slid with respect to the individual flexible members;
A flexible cable-like drive device comprising: a fixing portion that is mounted at an appropriate position of each of the flexible members, and is fixed while maintaining an appropriate interval between the flexible members. .
前記固定部は、前記可撓性部材の先端を固定するものである請求項1に記載の可撓性索状駆動装置。   The flexible cable-shaped drive device according to claim 1, wherein the fixing portion fixes a distal end of the flexible member. 前記駆動部ユニットに挿通される前記可撓性部材の相互間に保持される間隔は、前記固定部に固定される前記可撓性部材の相互間に保持される間隔と同一である請求項1または2に記載の可撓性索状駆動装置。   The interval held between the flexible members inserted through the drive unit is the same as the interval held between the flexible members fixed to the fixing unit. Or the flexible cable drive device according to 2; 前記駆動部ユニットは、適宜な肉厚を有し、該肉厚方向に向かって前記可撓性部材を挿通する挿通部を備え、該挿通部に挿通される該可撓性部材が該肉厚方向に延出させるものである請求項1〜3のいずれかに記載の可撓性索状駆動装置。   The drive unit has an appropriate thickness, and includes an insertion portion for inserting the flexible member in the thickness direction, and the flexible member inserted through the insertion portion has the thickness. The flexible cable drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein the flexible cable drive device is extended in a direction. 前記可撓性部材は、長手方向にネジ山が連続するラック部を有しており、前記駆動部は、前記ラック部に噛合するピニオンギアと、該ピニオンギアを回転駆動するモータとを備えるものである請求項1〜4のいずれかに記載の可撓性索状駆動装置。   The flexible member has a rack portion with continuous threads in the longitudinal direction, and the drive portion includes a pinion gear that meshes with the rack portion and a motor that rotationally drives the pinion gear. The flexible cable drive device according to any one of claims 1 to 4. 前記ラック部は、小径部と大径部とを交互に所定ピッチで配置して構成された前記可撓性部材の表面によって形成されたものである請求項5に記載の可撓性索状駆動装置。   The flexible cable drive according to claim 5, wherein the rack portion is formed by a surface of the flexible member configured by alternately arranging a small diameter portion and a large diameter portion at a predetermined pitch. apparatus. 前記可撓性部材は、表面に雄ネジが刻設されたものであり、前記駆動部は、前記可撓性部材の雄ネジに螺合する雌ネジ部と、該雌ネジ部を回転駆動させるモータとを備えるものである請求項1〜4のいずれかに記載の可撓性索状駆動装置。   The flexible member has a male screw engraved on the surface thereof, and the driving unit rotates and drives the female screw part that is screwed into the male screw of the flexible member. The flexible cable-shaped drive device according to claim 1, comprising a motor. 前記駆動部は、前記可撓性部材の軸線に直交する方向を軸とするローラと、該ローラを回転駆動させるモータとを備え、前記可撓性部材は、少なくとも前記ローラの表面の当接を受ける被当接領域を有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の可撓性索状駆動装置。   The drive unit includes a roller whose axis is orthogonal to the axis of the flexible member, and a motor that rotationally drives the roller, and the flexible member at least makes contact with the surface of the roller. The flexible cable-shaped drive device according to claim 1, wherein the flexible cable-shaped drive device has a contact area to be received. 請求項5〜8のいずれかに記載の可撓性索状駆動装置を使用する可撓性索状ロボットであって、
2個以上の前記駆動部ユニットにおける前記モータを備える駆動部において、該モータの回転力を制御する制御部を備えることを特徴とする可撓性索状ロボット。
A flexible cable robot using the flexible cable drive device according to any one of claims 5 to 8,
A flexible cable-shaped robot comprising: a drive unit including the motor in two or more drive unit units; and a control unit that controls a rotational force of the motor.
前記駆動部ユニットの少なくとも1つは、ロボット本体に固定されるものである請求項9に記載の可撓性索状ロボット。

The flexible cable-like robot according to claim 9, wherein at least one of the driving unit is fixed to a robot body.

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