JPS6125517B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、作動アームの種々の作用のためにテ
レスコープの内側部分が互に同心的にかつ回転自
在に入り込んでいる複数の管から構成され、該管
の回転がテレスコープの上側部分内を走つている
回転軸によつて発生されるようなテレスコピツク
状長さ調整装置付きのマニプユレータの作動アー
ムに関する。

運動および力ないし回転トルクを伝達するため
に内側に機械的な伝達要素を有しているような多
数の運動可能性をもつたマニプユレータの作動ア
ームは、主に機械式のパラレル−（マスター−ス
ラブ−）マニプユレータにおいて用いられてい
る。この形式の機器の場合伝達要素としては一般
に、アーム内において鋼線ケーブルおよびないし
鋼製テープが用いられ、ハンドリンクの範囲およ
びクリツパにおいてはローラチエーンも用いられ
ている。かゝる構造は非常に単純であり、その可
動部分はほんの僅かな質量を有している。操作員
は小さな摩擦力を打ち負かすだけで良く、大きな
加速および減速の際に僅かな質量慣性力を感ずる
だけである。マニプユレータは敏感であり、操作
員は大きな器用さと作業速さを得る。かかる機器
はまず第１に、その区で実験が行なわれるいわゆ
る放射性物質取扱室に対して用いられる。

しかしケーブルおよびテープをもつたこの形式
のパラレル−マニプユレータは次のような欠点を
有している。すなわち、たとえば原子炉からの燃
料要素の分解のように重い作業の場合、あるいは
長時間休みのない運転が必要である大きな装填量
をもつた生産性のプラントにおいて、かかる機器
は過負荷がかかる。多目的のために全部で６つの
運動可能性をもたねばならない作動アームは、作
業性を著しく制限してしまうような過度に大きな
寸法を有していないので、ケーブルはほんの小さ
な直径にされ、テープはほんの小さな幅にされ
る。

大きな負荷の際ケーブルに作用する力は、ケー
ブルおよびケーブル車の制限された直径のためお
よび必要な高柔軟性方式のために、長い運転期間
に亘つて前方の伸びにも拘らず連続した伸びが避
けられる程度に小さくされない。この連続した伸
びは、長期間の運転経過後においてしばしば故障
の原因となつている。

この故障の結果、運転の中断を伴なう点検およ
び修理作業が非常にしばしば必要とされるだけで
なく、常に放射能汚染の危険を伴なうゲート操作
並びに作業員の増大した放射線被曝が生ずる。

上述のパラレル−マニプユレータの主な欠点す
なわち基本的にはケーブルの伸びを除去するため
に、アームにおける力ないし作用の伝達が回転軸
および歯車によつて行なわれねばならない。しか
しこの構造様式は高価な費用を伴ない、無負荷の
際大きな可動質量および操作員によつて打ち負か
すべき大きな力が生じ、しかも無負荷力および質
量慣性は、それらが重い作業の際に許容できるよ
うな限界内に保持される。

この実情から出発して本発明の目的は、冒頭に
述べた形式のマニプユレータの作動アームを、そ
の長さ調整が可能であるにも拘らずすべての作用
および力の問題のない伝達が保証されるように形
成することにある。その場合大きな荷重の場合も
連続的な伸びが除去され、それに伴なつて作動ア
ームと操作アームの相応したリンク間における調
整偏差が非常に僅かに保持され、それによつて操
作すべき目的物との接触感覚および取扱いの際の
安全性が高められるようにしようとするものであ
る。その場合特に回転運動が同時に作動アームの
伸びと共に伝達されねばならない接続箇所に注目
しなければならない。

本発明によればこの目的は、テレスコープの内
側部分を形成する４本の管の上端が、上下に配置
された転り軸受によつて、基礎としての伝動装置
スライダブロツクに相互にかつ相対して支持さ
れ、前記伝動装置スライダブロツクが上側テレス
コープ部分の外側管内を摺動し、その場合縦方向
移動性を維持した状態で、角形管として形成され
中心に置かれてないか外側の回転軸の駆動運動
が、伝動装置スライダブロツクに回転自在に支持
され前記角形管の上を摺動しかつ軸方向延長部片
に平歯を有しているローラブツシユによつて、前
記平歯とかみ合う平歯を有しかつ互に内外に位置
している内側テレスコープ部分の管に伝達される
ことによつて達成される。

更に本発明は、伝動装置スライダブロツクが上
側カバーと底とを備えたケーシングから構成さ
れ、その場合内側テレスコープの最外側管の外側
軸受が伝動装置底の中央に配置され、これに対し
て最内側管の外側軸受がこの最内側管を案内する
ローラブツシユを包囲して上側カバーの中央に配
置され、伝動装置ケーシングがその内部室の中に
歯輪ホルダの内側ないし外側で同心的に管を受け
ている転り軸受を上下に位置して保有しているこ
とを提案する。

更にまた本発明は、伝動装置カバーの上側に引
張りチエーンの一端が取り付けられ、前記引張り
チエーンが駆動されるスプロケツトを介して走行
し、該スプロケツトが伝動装置スライダブロツク
の上側で外側テレスコピツク管内に固定してある
いは可動的に挿入された中間床の上に取り付けら
れ、伝動装置スライダブロツクの昇降運動のため
に外側テレスコピツク管における別の回転軸によ
つて駆動されることを提案する。

更に伝動装置スライダブロツクが横側凹部を有
し、該凹部内において伝動装置スライダブロツク
の運動に対して逆に走行できる外側テレスコピツ
ク管におけるカウンタウエイトが昇降し、該カウ
ンタウエイトが前記管内においてレールによつて
案内され、前記管に対してローラを介して支持さ
れかつまたチエーンの他端に取り付けられ、この
カウンタウエイトの重量が、駆動される部品をも
つた伝動装置スライダブロツクの重量と同じ大き
さであると有利である。

更に本発明は、伝動装置スライダブロツクが外
側テレスコピツク管内において別のローラによつ
て案内され、該ローラが前記管の内周に分布され
かつプリズム状表面をもつたスライドレールの上
を走行し、前記伝動装置スライダブロツクがその
外周にプリズム状表面に適合する切欠きを有して
いることを提案する。

本発明の更に別の特徴は、テレスコピツク管の
内側支持のために転り軸受が、前記転り軸受の下
側において中央ローラブツシユの外周に設置さ
れ、回転軸が内側角形管と外形角形管とから構成
され、ローラブツシユが外形角形管の上を滑り、
回転を形状接続で伝達することにある。

本発明の特別な利点は、休みなしの非常に長い
運転時間および僅かな摩耗によつて特長づけら
れ、それによつて点検および修理作業並びにゲー
ト操作がほんの僅かだけ必要とされるようなマニ
プユレータが作られることにある。

以下本発明に基づくマニプユレータアームを第
１図ないし第８図を参照して詳細に説明する。

第１図は、原理的には外側テレスコープ管２か
ら出し入れできる内側テレスコープ管１から構成
されているいわゆる“マスター−スラブ−マニプ
ユレータ”の作動アームを示している。下端４９
にはグリツパ５１が取り付けられており、このグ
リツパ５１の種々の運動は、上側の外側テレスコ
ープ管２の中に入り込んでいる駆動軸５０によつ
て発生される。管２の二重壁構造による中間床３
５の補助的な移動によつて行なわれる図示された
二重の長さ調整は、本発明における問題点を無視
するようにしなければならない。

この問題は第２図ないし第５図に示されてい
る。これらの図面にはグリツパ５１に伝達される
種々の作用が示されている。第２図にはグリツパ
５１あるいは内側テレスコープ管１のいわゆるＺ
運動、すなわち出入れ運動が示されている。その
場合テレスコープ管１は、操作側にあつて操作員
によつて操作される管５２と同様にその方向に移
動される。管１に対して逆走するカウンタウエイ
ト３８は、上側の外側テレスコープ管部分内にお
いて、マニピユレータの操作側にあるカウンタウ
エイト５３と全く同様に、マスバランスとして移
動する。駆動運動は回転軸３６によつてスプロケ
ツト３４に伝えられ、このスプロケツト３４はチ
エーン３３を駆動し、このチエーン３３は内側テ
レスコープ管１がその中に支持されている後述の
伝動装置スライダブロツク１５を駆動する。第２
図におけるＺ運動のほかに、第３図、第４図およ
び第５図に基づく別の作用も保証されねばならな
い。

その場合第３図はグリツパ５１に対するつかみ
運動を示し、このつかみ運動は中心に配置された
回転軸７によつて上から最内側テレスコープ管６
に縦方向移動で伝達される。中央ローラブツシユ
１９は連結素子であり、これは回動運動ないし縦
方向移動を伝達する。

第４図はハンド回転およびハンド傾斜に対する
別の駆動を示している。回転軸８と１０は操作側
からの運動を内側テレスコープ管部分１の同心的
に挿入された管部品４と５に伝達し、同様に第５
図において回転軸９はアーム回転運動をテレスコ
ープ管１の外側同心管３に伝達する。ここでもロ
ーラブツシユ２０，５４，５５はすべての要素の
結合した縦方向移動ないし伸びを保証する。

この構造の主要要素は第６図、第７図および第
８図に拡大断面図で示されている。この主要要素
は伝動装置スライダブロツク１５から成り、この
伝動装置スライダブロツク１５はこれらの図面に
示されたすべての作用およびそのために付属する
機械要素を収容している。伝動装置スライダブロ
ツク１５は、同心的テレスコープ管部分３，４，
５，６へのすべての回転伝達と共に、内側テレス
コープ管１の支持を負つている。

下側ないし内側のテレスコープ管部分１は、同
心的に走る４本の軽金属製の管から構成され、そ
のうちの最内側管６はグリツパ閉鎖運動を、外側
に続く２本の管５と４はグリツパの揺動運動ない
し回転運動を伝達する。最外側管３はテレスコー
プ管１の回転運動を負い、同時に外被管として用
いる。内側テレスコープ管１は外側テレスコープ
管２の下側部分においてローラ５６によつて案内
され（第１図参照）、伝動装置スライダブロツク
１５における伝動装置床１８において、縦方向力
を補助的に受ける転り軸受２８によつて保持され
ている。

伝動装置スライダブロツク１５は本発明の構造
の主要要素である。この伝達装置スライダブロツ
ク１５は内部室２９を取り囲む中空伝動装置ケー
シング１７から構成され、その上側には伝動装置
カバー１６が、その下側には伝動装置底１８がそ
れぞれねじ止めされている。カバー１６は中心に
転り軸受１４を収容し、この転り軸受１４は中央
ローラブツシユ１９を取り囲み、カバー１６内に
おけるその回転を保証している。ローラブツシユ
１９の中にはその軸心に対して垂直な４個の回転
体５７が支持されているので、これらの回転体５
７は自由内部室５８において正方形の角形ガイド
を形成している。この角形ガイドの中において、
グリツパ閉鎖運動のために用いる回転軸７（第３
図参照）の外側角形管４８が摺動する。外側角形
管４８の中には内側角形管４７が置かれており、
この内側角形管４７は中間床３５の上側で駆動装
置の上側部分を形成し、操作側から駆動軸５０を
介して回転される（第１図参照）。ローラブツシ
ユ１９の下側部分においてその外周には、軸受１
４から独立した別の転り軸受１３が設けられてお
り、この転り軸受１３は挿入された同心管５，
４，３に対する内側ガイドを形成している。

カバー１６において中心の転り軸受１４のまわ
りには、別の転り軸受５９，６０，６１がはめ込
みないし設置され（第８図参照）、これらの転り
軸受は伝動装置スライダブロツク１５における外
側回転軸８，９，１０の上側支持部を形成してい
る。この支持部およびそれに付属する下側支持部
の特別な形成は、第８図における回転軸８によつ
て回転軸９と１０に対して代表して示されてい
る。そこには示されていない支持部は、それに付
属するローラブツシユ５４と５５（第５図および
第４図参照）を含めて同一形状である。転り軸受
５９の内輪の中には軸方向の延長部片２１が差し
込まれており、この延長部片２１は縦方向に伸ば
された中空シリンダの形をし、その内部室６２が
回転軸８で貫通され、ローラブツシユ２０の本体
６３の上に設置されている。長手延長部片２１な
いしすべての回転軸ガイドを支持するための第２
の転り軸受６４は、中空のブツシユ本体６３の上
側で延長部片２１の上に設置され、伝動装置ケー
シング１７の下側壁６５に固定されている。従つ
て回転軸８が回転する際、ローラブツシユ２０並
びに延長部片２１も回転する。同時にこれらは回
転軸８の上を昇降移動する。軸受５９と６４との
間において延長部片２１の上には平歯２２が設け
られており、この平歯２２は回転を同心管４に伝
達する。

一点鎖線で示された平歯２３と２４は、第６図
には図示されていない回転軸９と１０（第７図と
第８図参照）の回転をそれに付属する同心管３と
５に伝達するために用いられる。この場合下側の
伝動装置底１８は軸方向延長部片２１によつてそ
れと接触することなしに回転自在に貫通されてい
る。上述したようにこの伝動装置底１８には中心
の下側転り軸受２８が主軸受として設置され、こ
の軸受２８は内側のテレスコープ管１を支持し保
持している。

上述したこれらの支持部ないし回転伝達部のほ
かに、伝動装置スライダブロツク１５はなお貫通
路６６を有し、この貫通路６６は後述のような作
用をする昇降回転軸３６によつて貫通されてい
る。

上述したように同心管３，４，５，６はケーシ
ング内部室２９における転り軸受１３と２８との
間に一緒に支持されている。このために各々の管
４，５，６はそれぞれ次に取り囲む管から部分的
に上方に突き出し、この突き出た箇所でそれぞれ
円筒シリンダ状の中空歯輪ホルダ３０，３１，３
２に接続され、これらの歯輪ホルダは上下に位置
され、同一直径の外側平歯２７，２６，２５を有
している。歯輪ホルダ３０，３１，３２は転り軸
受１１と１２によつて内外にないしは上下に支持
されているので、歯輪２７，２６，２５は上下に
位置することになり、平歯２３，２２，２４とか
み合う。このようにして各同心管３，４，５はそ
の都度の回転軸９，８，１０によつて回転され、
回転伝達を維持した状態において伝動装置スライ
ダブロツクと共に移動できる。

管２内における伝動装置スライダブロツク１５
のガイドは、第８図に示されているように、伝動
装置スライダブロツク１５ないしその要素１６，
１７，１８の外周にそれぞれ対となつてプリズム
状に互に配置されたローラ４４によつて行なわ
れ、これらのローラ４４は管２内に設けられたス
ライドレール４０の上を遊隙なしに転り、その場
合スライドレール４０は、回り止めを可能にする
ために、屋根形プリズム状に形成された表面４５
を備えている。スライドレール４０はスライダブ
ロツク１５の外周にある切欠き凹部４６の中を走
つている。第２図におけるスライダブロツク１５
の昇降運動ないしＺ運動は昇降回転軸３６の回転
によつて行なわれる。この昇降回転軸３６は中間
床３５において移動可能に案内され、その場合中
間床３５は管２を支持し、別の管６７の中に可動
的にあるいは固定して配置できる。中間床３５に
はかさ歯車６８が回転自在に支持され、このかさ
歯車６８は角形開口６９の中に相対回転不能に形
状接続されるが軸方向に移動可能に回転軸３６に
よつて貫通されている。かさ歯車６８は別のかさ
歯車７０を駆動し、このかさ歯車７０にはスプロ
ケツト３４があり、両者は共に回転軸３６に対し
て垂直に軸受台７１によつて中間床３５に取り付
けられている。この中間床３５の開口を通してチ
エーン３３がスプロケツト３４を介して案内さ
れ、そのチエーン３３の一端４２は伝動装置スラ
イダブロツク１５の伝動装置カバー１６に取り付
けられ、他端４３はカウンタウエイト３８を支持
している。従つて軸３６の回転によつて伝動装置
スライダブロツク１５は往復運動し、カウンタウ
エイト３８はこれと逆向きに往復運動する。それ
によつて内側テレスコープ管１を出入れする際マ
スバランスないしトルクバランスが達せられる。

伝動装置スライダ１５の横側凹部３７によつて
そこを貫通するかないしはそこに接触して滑るカ
ウンタウエイト３８を案内することは第８図から
理解できる。伝動装置スライダブロツク１５は外
側ないし上側のテレスコープ管２の内側に三点支
持の形で滑る。カウンタウエイト３８に回転自在
に結合されたローラ７２がその横を転がる丸棒レ
ール３９は、内側に向つてラジアルガイドを行な
い、カウンタウエイト３８にあるローラ４１は管
２に対して外側に向つて当接する。類似のバラン
ス構造は作動アームの操作アームにも設けること
ができ、それによつて両アームのトルクが相互に
バランスされる（第２図参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づくマニプユレータアーム
の全体の縮小断面図、第２図はマニプユレータの
いわゆるＺ運動すなわち長さ調整の原理を示す概
略図、第３図はグリツパ運動の原理を示す概略
図、第４図はハンドの回転および傾斜の原理を示
す概略図、第５図はアームの回転の原理を示す概
略図、第６図は第１図におけるＡ部の拡大詳細図
（第７図および第８図におけるＢ−Ｂ線に沿う断
面図）、第７図は第６図におけるＣ−Ｃ線に沿う
断面図、第８図は第６図におけるＤ−Ｄ線に沿う
断面図である。 １……内側テレスコープ管部分、２……外側テ
レスコープ管部分、３，４，５，６……同心管、
７……中央回転軸、８，９，１０……外側回転
軸、１１，１２，１３，１４……転り軸受、１５
……伝動装置スライダブロツク、１６……伝動装
置カバー、１７……伝動装置ケーシング、１８…
…伝動装置底、１９……中央ローラブツシユ、２
０……外側ローラブツシユ、２１……軸方向延長
部片、２２，２３，２４……平歯、２５，２６，
２７……同心管の平歯、２８……下側転り軸受、
２９……伝動装置ケーシングの内部室、３０，３
１，３２……歯輪ホルダ、３３……チエーン、３
４……スプロケツト、３５……中間床、３６……
昇降回転軸、３７……横側凹部、３８……カウン
タウエイト、３９……丸棒レール、４０……スラ
イドレール、４１……ローラ、４２，４３……チ
エーンの端、４４……ローラ、４５……プリズム
状表面、４６……切欠き、４７……内側角形管、
４８……外形角形管、４９……下端、５０……駆
動軸、５１……グリツパ、５２……管、５３……
カウンタウエイト、５４，５５……ローラブツシ
ユ、５６……ローラ、５７……回転体、５８……
自由内部室、５９，６０，６１……転り軸受、６
２……内部室、６３……本体のローラブツシユ、
６４……転り軸受、６５……下側壁、６６……貫
通路、６７……上側管、６８……かさ歯車、６９
……角形開口、７０……かさ歯車、７１……軸受
台、７２……レールローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ テレスコープの内側部分が作動アームの種々
   の作用のために互に同心的にかつ回転自在に入り
   込んでいる複数の管から構成され、該管の回転が
   テレスコープの上側部分内を走つている回転軸に
   よつて発生され、該回転軸がこの回転軸上に位置
   する移動可能な歯車を介して前記複数の管を互い
   に関係なく回転させるようにされたテレスコピツ
   ク状長さ調整装置付きのマニプユレータの作動ア
   ームにおいて、 (a) テレスコープの内側部分１を形成する４本の
   管３，４，５，６の上端が、上下に配置された
   転り軸受１１，１２，１３，１４，２８によつ
   て、基礎としての伝動装置スライダブロツク１
   ５に相互にかつ相対して支持され、 (b) 前記伝動装置スライダブロツク１５が上側テ
   レスコープ部分の外側管２内を摺動し、 (c) 前記伝動装置スライダブロツク１５が、縦方
   向移動性を維持した状態で、角形管として形成
   され中心に置かれていないか又は外側にある回
   転軸８，９，１０の駆動運動を、内側テレスコ
   ープ部分２に互に入り込んでいる管３，４，
   ５，６に伝達し、 (d) 前記伝達は、伝動装置スライダブロツク１５
   に回転自在に支持され前記角形管８，９，１０
   の上を摺動しかつ軸方向延長部片２１に平歯２
   ２，２３，２４を有しているローラブツシユ２
   ０によつて行われ、その際前記平歯２２，２
   ３，２４は平歯２５，２６，２７を有する同心
   的な管４，５，６または管端部とかみ合い、 (e) 伝動装置スライダブロツク１５が上側カバー
   １６と底１８とを備えたケーシング１７から構
   成され、その場合内側テレスコープ１の最外側
   管３の外側軸受２８が伝動装置底１８の中央に
   配置され、これに対して最内側管６の外側軸受
   １４がこの最内側管６を案内するローラブツシ
   ユ１９を包囲して上側カバー１６の中央に配置
   され、 (f) 伝動装置カバー１６の上側に引張りチエーン
   ３３の一端４２が取り付けられ、前記引張りチ
   エーン３３が駆動されるスプロケツト３４を介
   して走行し、該スプロケツト３４が伝動装置ス
   ライダブロツク１５の上側で外側テレスコピツ
   ク管２内に固定してあるいは可動的に挿入され
   た中間床３５の上に取り付けられ、そして該ス
   プロケツト３４は伝動装置スライダブロツク１
   ５の昇降運動のために外側テレスコピツク管２
   における別の回転軸３６によつて駆動される ことを特徴とするテレスコピツク状長さ調整装置
   付きのマニプユレータの作動アーム。 ２ 伝動装置スライダブロツク１５が横側凹部３
   ７を有し、伝動装置スライダブロツク１５の運動
   に対して逆に走行できる外側テレスコピツク管２
   におけるカウンタウエイト３８が該凹部３７内に
   おいて昇降し、該カウンタウエイト３８が前記管
   ２内においてレール３９によつて案内され、前記
   管に対してローラを介して支持されかつまたチエ
   ーン３３の他端に取り付けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の作動アーム。 ３ カウンタウエイト３８の重量が、駆動される
   部品をもつた伝動装置スライダブロツク１５の重
   量と同じ大きさであることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の作動アーム。 ４ 伝動装置スライダブロツク１５が外側テレス
   コピツク管２内において別のローラ４４によつて
   案内され、該ローラ４４が前記管２の内周に分布
   されたスライドレール４０の上を走行し、このス
   ライドレールはプリズム状表面を持つていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載の作動アーム。 ５ 伝動装置スライダブロツク１５がその外周に
   プリズム状表面４５に適合する切欠き４６を有し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の作動アーム。 ６ テレスコピツク管３，４，５の内側支持のた
   めの転り軸受１３が、転り軸受１４の下側におい
   て中央ローラブツシユ１９の外周に設置されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第５項のいずれかに記載の作動アーム。 ７ 回転軸７，８，９，１０が内側角形管４７と
   外側角形管４８とから構成され、ローラブツシユ
   １９，２０が外側角形管４８上を滑り、回転を形
   状接続で伝達することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の作動ア
   ーム。