JPS63193B2 - - Google Patents

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JPS63193B2
JPS63193B2 JP55066959A JP6695980A JPS63193B2 JP S63193 B2 JPS63193 B2 JP S63193B2 JP 55066959 A JP55066959 A JP 55066959A JP 6695980 A JP6695980 A JP 6695980A JP S63193 B2 JPS63193 B2 JP S63193B2
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JP
Japan
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joint
rotation
trunk
angle
acm
Prior art date
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Application number
JP55066959A
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Japanese (ja)
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JPS56163624A (en
Inventor
Shigeo Hirose
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6695980A priority Critical patent/JPS56163624A/en
Publication of JPS56163624A publication Critical patent/JPS56163624A/en
Publication of JPS63193B2 publication Critical patent/JPS63193B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は、例えば狭隘な空間における検査等
の作業、あるいは医療用内視鏡の能動化に効果的
に使用可能とする索状能動体に関する。 索状能動体(Active Cord Mechanism=
ACM)は、ひも状の細長い体幹を有し、しかも
体幹に沿つて直列に装備されたアクチエータ群に
よりその体幹軸形状を能動的且つ柔軟な屈曲運動
で変形し、種々の動作を遂行する機能体、と定義
ずけられる。 このACMは、複数の体幹節を順次直列状に連
結して構成するもので、その体幹姿勢を任意に設
定するには、この体幹節相互を順次連結する関節
機構は、各2自由度の運動自由度を必要とする。
この場合、この関節機構部における2自由度が共
に屈曲姿勢に使用する状態としたのでは、その関
節の軸まわりの回転姿勢は任意に変えることがで
きない。しかし、このACMをマニピユレータの
アームとして考える場合には、その全体的な姿勢
が重要であり、各体幹節の軸まわり姿勢、つまり
体幹表面の向きはあまり重要ではない。ただし、
このACMの終端部における軸まわりの姿勢は、
マニピユレータの場合、ハンドの姿勢を定めるた
めに必要となり、少なくとも終端部においては軸
まわり姿勢に対する自由度が要求される。 ACMの基本自由度配分構造のための2自由度
関節としては、 (a) 軸の法線および従法線の2軸を旋回中心軸と
する手段。 (b) 軸の接線と残りの法線あるいは従法線の2軸
を旋回中心軸とする手段。 の2種類が考えられる。 上記(a)の手段は、例えばユニバーサルジヨイン
トとして知られるもので、体幹関節における連結
部の中心に、その周辺部に取り付けた直動形アク
チエータで、2自由度屈曲運動を生じさせるもの
である。しかし、この手段ではアクチエータ連結
部にも2自由度接手を必要とする構造上の問題点
が存在する。2つの異なる旋回運動を1点で生ず
るように構成することは困難であるため、実際に
は第1図の(A)に示すように、複数の体幹節L1,
L2,L3,…を順次関節機構で連結するもの
で、この関節機構を交互に法線軸の関節Ua、従
法線の関節Ubで構成して、1自由度旋回づつ分
離することが考えられる。この構造では1対の旋
回節間の節長は、充分に短かくしなれば、充分な
意味でのACM基本自由度配分構造とはならない。
すなわちこのような手段では、具現性が劣る状態
となる。 また、前記(b)の手段は、関節をデイフアレンシ
ヤルギヤを用いて、2自由度的に駆動する構造の
ものとするものであるが、その他第1図のBに示
すように体幹節L1,L2,…を連結する関節部
を、体幹軸まわりの同軸旋回節Ucと、前記関節
Uaと同様の屈曲旋回節Udを組み合わせてユニツ
ト関節を構成することで実現できる。 このような構造は比較的簡単でしかもユニツト
関節の1点に2自由度が集中したと等価な運動が
実現でき、しかもその自由度が連続曲線の曲率と
捩率に対応して駆動できるような比較的望ましい
特性を有している。 しかし、このような構造である場合、特に関節
部における屈曲運動を行なわせる場合、モータ等
による回転運動それ自体が屈曲作用となるもので
あり、回転軸に対してねじれの力が直接的に作用
する状態となる。このため、種々の試作実験の結
果においても、充分に堅牢で空間運動を行なう
ACMの節として必要な機能性を発揮させる構造
は得られなかつた。 この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、充分簡潔的に構成し、且つ各種情報伝達機構
を内蔵しながらも、自由な空間運動を行なわせる
ことができ、且つ充分な堅牢度も得られるように
する索状能動体(ACM)を提供することを目的
とするものである。 以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明
する。第2図はこの概略的な構成を示すもので、
複数の体幹節L1,L2,…を直列状に配置連結
し、その各体幹節の連結関節部を、同軸回転関節
Jaと、斜旋回関節Jbとによつて構成するもので、
これら関節JaおよびJbは交互に配分され、その
1組でユニツト関節Jを構成するようにしてな
る。 第3図はこのユニツト関節J部を取り出して示
したもので、体幹軸と同軸に回転する同軸回転関
節Jaiと、体幹軸に角度αをなした斜旋回状態関
節Jbiとによつて、単位ユニツト関節Jを構成す
る。上記斜旋回関節Jbiにおいて、この関節がα
軸のまわりに回転する時、P点は破線で示すよう
に円軌跡上を動く。この時、さらに同軸回転関節
Jaiを回転すると、P点はO点を中心とした最大
角4αの球殻上を運動するようになる。すなわち、
斜旋回関節Jbiと、同軸回転関節Jaiの2自由度の
旋回によつて、体幹節LiはO点を中心とする±2α
の立体角の範囲内に可動運動を行なうようにな
る。 一般に、ACMによる柔軟な屈曲運動を考える
場合、ACMが本来多数のユニツト群から構成さ
れているものであるため、1関節当りの屈曲運動
範囲は、かなり制限させてもよい。例えば、非常
に柔軟な運動を行なう「へび」の場合も、全体幹
が200節程の背椎骨からなるため、単位節当りの
解剖学的可動範囲は±4度程度にすぎない。この
点から考察して、ACMの関節機構として、斜旋
回機構を用いても充分に柔軟な運動が可能とされ
るものである。 そして、このような斜旋回関節を用いてACM
を構成するようにすれば、その幾何学的配置によ
り、外形状に不要な凹凸がなく、円筒形をそのま
ま屈曲するような姿勢変形が可能となる。すなわ
ち、狭隘な空間への侵入等のACM特有の機能性
が効果的に発揮し易いものとなる。また、円筒体
で構成する一種の外骨格構造とすることができる
ため、アクチエータへの角度指令や電源ライン等
を、内部空間を通して伝達し得るものとすること
ができ、その断面寸法の割合には構造上軽量で且
つ堅牢な機構とすることができ、ACMの空間運
動性を容易に向上することができる。 ここで、斜旋回機構の制御について考えてみる
に、まず斜旋回関節の旋回角θiと同軸回転関節の
回転角φiとが屈角ρiと捩角τiとにどのような関係
にあるかを考察する。ここで屈角ρiとは、体幹節
Li-1とLiとがなす角度であり、連続曲線の曲率に
対して屈角を有する方向の体幹節Li-1のまわりの
角度であり、連続曲線の捩率に対応する。また捩
角τiとは、体幹節liがli-1に対して屈角を有する方
向の体幹節Li-1のまわりの角度であり、連続曲線
の捩率に対応するものとする。 まず、このような関係を誘導するための準備と
して、第4図に示すような斜旋回関節とその前後
の同軸回転関節からなる自由度系について考察す
る。第4図において体幹(リンク)ベクトル
Li-1,Liは初期状態で直線状をなすとすると、接
線ベクトルtは、この体幹軸方向にとり、法線ベ
クトルnは、tと垂直で斜旋回中心軸αをt〜n
平面に含むようにとり、従法線ベクトルbは、t
〜n平面に垂直な方向にとる。空間ベクトルの回
転の表記は、牧野の方式、つまりベクトルxのベ
クトルyを軸とする角度θの反時間まわり回転を
回転変換テンソルによつて、Ey〓(x)と表記する
方式にしたがえば、この3自由度リンク系の回転
変換テンソルEiは、 Ei=Eti′Eb〓EtiEb(-) Eti″ ……(1) と示される。ただし、ここで を示している。 (1)式はまずLiをφi″だけ回転補正した後、斜旋
回中心軸αをtと一致させてθだけ回転させ、さ
らにαをもとにもどし、Li-1をφ1′だけその軸の
まわりに回転補正することを示している。 第4図のような3自由度系において、その斜旋
回関節を旋回した時、他の同軸回転関節を協調的
に回転することにより、全体としてねじれのない
単純屈折を生ずるためには、次の条件が必要であ
る。 (a) Liの屈折運動がt〜b平面内のみで生ずる。 (b) ベクトルLi上に立てたn方向ベクトルが、変
換後もその方向を変えない。 上記(a)の条件は、Ei(t)の法線ベクトル成分
が「0」となることであり、(1)式の変換テンソル
からこれを求めれば次のように示される。 sinα{cosα(1−cosθ)cosφ1
+sinθsinφ1′}=0 ……(2) sinの≠0から、この条件は次のようになる。 cosα(1−cosθ)cosφ1
+sinθsinφ1′=0 ……(3) 一方(b)の条件は、E(o)=nが成り立つことであ
る。(1)式の変換テンソルから、この関係を誘導す
ると、特にその接線方向成分の関係は(2)式の
φ1′をφ1″と置換した同形の関係が誘導される。こ
のことから、φi″=φi′≡φiであると云える。つま
り、ねじれなし(τi=0)の屈曲運動を実現する
ためには、斜旋回関節が角度θi旋回した時、その
前後の同軸回転関節は、両者共に同一方向に同一
角度φiの補正回転を行なえばよい。このφiは(3)式
から次のように求められる。 φi=tan-1(−cosα(1−cosθi)/sinθi)……(
4) また、この時に生ずる屈角ρiは、Ei(t)の接
線方向成分と、従法線方向成分の比が次のように
求まる。 ρi=−sgn(θi)cos-1{cosθi +cos2α(1−cosθi)} …(5) ただし、
The present invention relates to a cable-like active body that can be effectively used, for example, for inspection work in a narrow space or for activating a medical endoscope. Active Cord Mechanism
ACM) has an elongated, string-like trunk, and a group of actuators installed in series along the trunk deforms the shape of the trunk axis through active and flexible bending motions to perform various movements. It is defined as a functional body that does This ACM is constructed by sequentially connecting multiple trunk segments in series, and in order to arbitrarily set the trunk posture, each joint mechanism that sequentially connects the trunk segments must be degrees of freedom of movement.
In this case, if the two degrees of freedom in this joint mechanism are both used for the flexed posture, the rotational posture about the axis of the joint cannot be changed arbitrarily. However, when considering this ACM as an arm of a manipulator, its overall posture is important, and the posture around the axis of each trunk segment, that is, the orientation of the trunk surface, is not so important. however,
The attitude around the axis at the end of this ACM is
In the case of a manipulator, it is necessary to determine the posture of the hand, and a degree of freedom regarding the posture around the axis is required at least at the terminal end. Two-degree-of-freedom joints for the basic degree-of-freedom distribution structure of ACM include: (a) A means for making the two axes, the normal and binormal of the axis, the center axis of rotation. (b) Means that uses two axes, the tangent to the axis and the remaining normal or binormal, as the center axis of rotation. There are two possible types. The above means (a) is, for example, known as a universal joint, which is a linear actuator attached to the center and periphery of the joint in the trunk joint, which produces a two-degree-of-freedom bending motion. be. However, this method has a structural problem in that the actuator connection portion also requires a two-degree-of-freedom joint. Since it is difficult to configure a structure in which two different turning movements occur at one point, in reality, as shown in FIG. 1(A), multiple trunk segments L1,
L2, L3, . . . are sequentially connected by a joint mechanism, and it is conceivable that this joint mechanism is alternately composed of a joint Ua of a normal axis and a joint Ub of a binormal axis, and the rotations are separated by one degree of freedom. In this structure, unless the node length between a pair of turning nodes is made sufficiently short, it will not be an ACM basic degrees of freedom distribution structure in the full sense.
In other words, with such means, the concreteness becomes inferior. In addition, although the above means (b) has a structure in which the joints are driven in two degrees of freedom using differential gears, other means such as the one shown in B in FIG. The joints connecting the nodes L1, L2, ... are connected to the coaxial rotation node Uc around the trunk axis and the joint
This can be achieved by constructing a unit joint by combining Ua with the same flexion/swivel joint Ud. Such a structure is relatively simple and can achieve motion equivalent to two degrees of freedom concentrated at one point of the unit joint, and can be driven in accordance with the curvature and torsion of a continuous curve. It has relatively desirable properties. However, in the case of such a structure, especially when bending motion is performed at the joint, the rotational motion by the motor etc. itself becomes a bending action, and the torsional force acts directly on the rotation axis. It becomes a state where For this reason, the results of various prototype experiments show that it is sufficiently robust and can perform spatial movements.
It was not possible to obtain a structure that would provide the necessary functionality as an ACM node. This invention was made in view of the above points, and has a sufficiently simple structure, incorporates various information transmission mechanisms, allows free spatial movement, and has sufficient robustness. The purpose of the present invention is to provide an active cord-like body (ACM) that can be obtained. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 2 shows this schematic configuration.
A plurality of trunk segments L1, L2,... are arranged and connected in series, and the connecting joints of each trunk segment are connected by coaxial rotation joints.
It is composed of Ja and oblique rotation joint Jb.
These joints Ja and Jb are alternately distributed, and one set constitutes a unit joint J. Figure 3 shows this unit joint J section, which is made up of a coaxial rotation joint Ja i that rotates coaxially with the trunk axis, and an oblique rotation joint Jb i that makes an angle α to the trunk axis. This constitutes a unit joint J. In the above oblique rotation joint Jb i , this joint is α
When rotating around the axis, point P moves on a circular locus as shown by the broken line. At this time, the coaxial rotation joint
When Ja i is rotated, point P will move on a spherical shell with a maximum angle of 4α centered on point O. That is,
Due to the two-degree-of-freedom rotation of the oblique rotation joint Jb i and the coaxial rotation joint Ja i , the trunk joint L i moves ±2α around point O.
It becomes possible to perform movable movements within the solid angle range of . Generally, when considering flexible bending motion by ACM, since ACM is originally composed of a large number of unit groups, the range of bending motion per joint may be considerably limited. For example, in the case of the snake, which moves extremely flexibly, the entire trunk consists of about 200 dorsal vertebrae, so the anatomical range of movement per unit segment is only about ±4 degrees. Considering this point, it is believed that sufficiently flexible movement is possible even when an oblique rotation mechanism is used as the joint mechanism of the ACM. Then, ACM using such oblique rotation joint
By configuring the cylindrical shape, the geometrical arrangement eliminates unnecessary irregularities in the outer shape, and it becomes possible to change the posture by bending the cylindrical shape as it is. In other words, it becomes easier to effectively demonstrate the functionality unique to ACM, such as the ability to penetrate into narrow spaces. In addition, since it can be a kind of exoskeleton structure composed of a cylindrical body, it is possible to transmit angle commands to the actuator, power lines, etc. through the internal space, and the proportion of the cross-sectional dimension is The mechanism can be structurally lightweight and robust, and the spatial mobility of the ACM can be easily improved. Now, when considering the control of the oblique rotation mechanism, first, what is the relationship between the rotation angle θ i of the oblique rotation joint and the rotation angle φ i of the coaxial rotation joint with the bending angle ρ i and the torsion angle τ i ? Consider whether there is. Here, the bending angle ρ i is the trunk node
It is an angle formed by L i-1 and L i , and is an angle around the trunk node L i-1 in a direction having an inflection angle with respect to the curvature of the continuous curve, and corresponds to the torsion of the continuous curve. The torsion angle τ i is the angle around the trunk node L i-1 in the direction in which the trunk node L i has an inclination angle with respect to l i-1 , and corresponds to the torsion coefficient of the continuous curve. shall be. First, as a preparation for inducing such a relationship, a degree-of-freedom system consisting of an oblique rotation joint and coaxial rotation joints before and after the oblique rotation joint as shown in FIG. 4 will be considered. In Figure 4, the trunk (link) vector
Assuming that L i-1 and L i are linear in the initial state, the tangential vector t is taken in the direction of this trunk axis, and the normal vector n is perpendicular to t, and the oblique rotation center axis α is taken from t to n
The binormal vector b is taken to be included in the plane, and the binormal vector b is t
~ taken in the direction perpendicular to the n plane. The rotation of a space vector is expressed using Makino's method, in which the rotation of the vector x around the anti-time axis at an angle θ about the vector y is expressed as E y 〓(x) using a rotation transformation tensor. For example, the rotational transformation tensor E i of this 3-degree-of-freedom link system is expressed as E i =E ti ′E b 〓E ti E b(-) E ti ″...(1) .However, here It shows. Equation (1) first corrects the rotation of L i by φ i ″, then aligns the center axis of oblique rotation α with t and rotates it by θ, then returns α to the original value, and changes L i-1 to φ 1 ′. In a three-degree-of-freedom system as shown in Figure 4, when the oblique rotation joint is rotated, by cooperatively rotating other coaxial rotation joints, In order to produce simple refraction without twisting as a whole, the following conditions are necessary: (a) The refraction motion of L i occurs only in the t~b plane. (b) n erected on the vector L i The direction vector does not change its direction even after transformation. The condition (a) above is that the normal vector component of E i (t) is "0", and from the transformation tensor in equation (1), this is shown as follows. sinα{cosα(1−cosθ)cosφ 1
+sinθsinφ 1 ′}=0 ...(2) Since sin≠0, this condition becomes as follows. cosα(1−cosθ)cosφ 1
+sinθsinφ 1 ′=0 (3) On the other hand, the condition (b) is that E (o) = n holds true. When this relationship is derived from the transformation tensor of equation (1), an isomorphic relationship is derived, especially for the tangential component, by replacing φ 1 ′ with φ 1 ″ in equation (2). From this, It can be said that φ i ″=φ i ′≡φ i . In other words, in order to achieve a bending motion without twisting (τ i = 0), when an oblique rotation joint turns at an angle θ i , both coaxial rotation joints before and after it must correct the same angle φ i in the same direction. All you have to do is rotate. This φ i is obtained from equation (3) as follows. φ i = tan -1 (−cosα(1−cosθ i )/sinθ i )……(
4) Furthermore, the inflection angle ρ i that occurs at this time is determined by the ratio of the tangential component and the binormal component of E i (t) as follows. ρ i =−sgn(θ i )cos −1 {cosθ i +cos 2 α(1−cosθ i )} …(5) However,

【式】 また、逆に斜旋回関節の旋回角θiは、屈角ρi
よつて次のように示される。 θi=−sgn(ρi)cos-1 (cosρi−cos2α/1−cos2α) ……(6) 以上のことから、斜旋回関節でねじれなしの屈
折を生ずるためには、その前後の同軸回転関節に
同一方向の等角度補正回路が必要であることが理
解できる。このことから逆に斜旋回機構中の同軸
回転関節では、同時に3つの機能が遂行されてい
ることがわかる。つまり、同軸回転関節Jθiの回
転角φiは、その前後の斜旋回関節の補正旋回φi
φi-1とその関節に与えられた捩角τiを生ずるため、
次式で与えられることになる。 φi=φi+φi-1+τi ……(7) 第5図は、同軸回転関節の具体的な構成例を示
したもので、この関節で連結される1対の体幹節
は、それぞれ円筒状の中空パイプ11a,11b
で構成され、その対向する端面には、それぞれ固
定円板12a,12bが嵌め込み固定される。こ
の固定円板12a,12bの中心軸部には、それ
ぞれ透孔が形成され、中空シヤフト13で結合さ
れ、ナツト14で締付け連結される。ここで、固
定円板12aと12bとの間には、ベアリング押
え15によつて位置設定されるベアリング16を
介在させ、固定円板12aと12bとは相互に自
由に回転し得るように設定するものであり、さら
に固定円板12bに対しては、内周面に歯を有す
るリングギア17を固定して取り付ける。 また、中空パイプ11a内には、エンコーダ出
力で回転制御されるパルスモータ18を設け、こ
のパルスモータ18の回転を減速ギア機構を介し
て、パイプ11aの中より外れた位置の回転軸1
9に取り出す。そして、この回転軸19は固定円
板12aの透孔20を介して導出し、リングギア
17に歯合するギア21を回転し、パルスモータ
18によつて、中空パイプ11aと11bが相互
に同転回転されるようにしてなる。 第6図は、中空パイプ11bと11cとの間に
構成される斜旋回関節の具体的構成例を示したも
ので、パイプ11b,11cの対向端面は旋回角
に対応して軸法線に対して斜めに形成され、この
斜め端面に対応して固定だ円板22a,22bが
嵌め込み固定される。すなわち、この固定だ円板
22a,22bは第5図の固定円板11a,11
bに相当する部材であり、この固定だ円板22
a,22bに関連して、第5図の場合と同様の中
空シヤフト13、ナツト14、ベアリング押え1
5、ベアリング16が組み合わせ構成され、パル
スモータ18でリングギア17を回転して中空パ
イプ11cが旋回運動されるようにしてなる。 ただし、この場合上記旋回運動を行なわせる回
転機構の軸αは、中空パイプ11b,11cの軸
線に対して、角度α傾斜して設定される。 ここで、この斜旋回節の旋回軸斜傾度αは、例
えば25度とすれば、各関節において±50度という
ある程度の屈曲可動範囲を生ずる。また、中空パ
イプ11bと11cの対向端面のだ円形状は、α
=25度の時はその長軸と短軸の長さの差は1割程
度である。 そして、このように構成されるユニツト関節を
複数組連続することによつて、第7図に示すよう
に自由に変形し得るACM機構が完成されるもの
であり、各関節にあるパルスモータをデイジタル
サーボ系として、その回転角、回転角速度をマイ
クロコンピユータによつて直接駆動制御するもの
である。このようなACM全体幹は、床面上の2
次元的運動が可能であると共に、指令通りのバラ
ンスを保つた3次元的姿勢をとりつつ、次にその
姿勢を変えて行くような動作が可能である。ま
た、このACM機構にあつては、その軸方向およ
び法線方向の床面との間の摩擦係数の差を利用し
て、「へび」のようなほふく運動によつて推進運
動をすることが可能である。 しかし、第8図に示すように体幹に沿つて、多
数の脚を設定するように車輪機構25を設け、こ
の車輪機構25それぞれにおいて回転制御駆動機
構を設けるようにすれば、より効果的な推進運動
が実現できる。 この場合、この車輪機構25は、第8図のBに
示すように体幹外周に回転自在にしたリング26
に対して車輪27を取り付ける構造とすれば、体
幹節の回転旋回に関係なく床面に接触する状態が
設定することができ、狭い通路内への侵入、柱状
体に対する巻き付き推進運動等も実現できるもの
である。 以上のようにこの発明によれば、空間運動性等
に優れた機能を発揮する索状能動体の得られるも
のであり、例えば狭隘な作業空間に侵入して行く
マニピユレータのハンド部、小型化して医療用内
視鏡の能動化、さらに原子炉内等の接近性が悪い
環境内での自走形検査ロボツト等の応用が効果的
に期待できるものである。
[Formula] Conversely, the rotation angle θ i of the oblique rotation joint is expressed by the bending angle ρ i as follows. θ i =−sgn(ρ i )cos −1 (cosρ i −cos 2 α/1−cos 2 α) ……(6) From the above, in order to produce refraction without twisting at the oblique rotation joint, It can be understood that equal angle correction circuits in the same direction are required for the coaxial rotary joints before and after the joint. From this, it can be seen that, conversely, the coaxial rotary joint in the oblique rotation mechanism performs three functions at the same time. In other words, the rotation angle φ i of the coaxial rotation joint Jθ i is the corrected rotation angle φ i of the oblique rotation joints before and after it,
To yield φ i-1 and the torsion angle τ i given to its joint,
It is given by the following formula. φ i = φ i + φ i-1 + τ i ...(7) Figure 5 shows a specific configuration example of a coaxial rotation joint, and a pair of trunk segments connected by this joint are: Cylindrical hollow pipes 11a and 11b, respectively
Fixed disks 12a and 12b are fitted and fixed to the opposing end surfaces, respectively. A through hole is formed in each of the central shafts of the fixed disks 12a and 12b, and the fixed disks 12a and 12b are connected by a hollow shaft 13 and tightened with a nut 14. Here, a bearing 16 whose position is set by a bearing presser 15 is interposed between the fixed disks 12a and 12b, and the fixed disks 12a and 12b are set so that they can rotate freely relative to each other. Further, a ring gear 17 having teeth on the inner peripheral surface is fixedly attached to the fixed disc 12b. Further, a pulse motor 18 whose rotation is controlled by an encoder output is provided inside the hollow pipe 11a, and the rotation of this pulse motor 18 is transmitted to a rotating shaft 18 located outside the pipe 11a through a reduction gear mechanism.
Take it out at 9. The rotating shaft 19 is led out through the through hole 20 of the fixed disc 12a, rotates a gear 21 that meshes with the ring gear 17, and the pulse motor 18 causes the hollow pipes 11a and 11b to be aligned with each other. It becomes like being rotated. FIG. 6 shows a specific configuration example of an oblique rotation joint constructed between hollow pipes 11b and 11c. The fixed elliptical plates 22a and 22b are fitted and fixed in correspondence with the oblique end faces. That is, the fixed elliptical plates 22a, 22b are the same as the fixed disks 11a, 11 in FIG.
This fixed elliptical plate 22 is a member corresponding to b.
In relation to a and 22b, a hollow shaft 13, a nut 14, and a bearing retainer 1 similar to those shown in FIG.
5. A bearing 16 is combined, and the ring gear 17 is rotated by a pulse motor 18, so that the hollow pipe 11c is rotated. However, in this case, the axis α of the rotation mechanism that performs the above-mentioned turning movement is set to be inclined at an angle α with respect to the axes of the hollow pipes 11b and 11c. Here, if the rotation axis inclination α of this oblique rotation joint is, for example, 25 degrees, a certain degree of bending movement range of ±50 degrees is generated in each joint. Further, the elliptical shape of the opposing end surfaces of the hollow pipes 11b and 11c is α
= 25 degrees, the difference in length between the major axis and minor axis is about 10%. By connecting multiple sets of unit joints configured in this way, an ACM mechanism that can be freely deformed as shown in Figure 7 is completed, and the pulse motor in each joint can be digitally connected. As a servo system, its rotation angle and rotational angular velocity are directly driven and controlled by a microcomputer. This kind of ACM overall trunk consists of two parts on the floor.
In addition to being capable of dimensional movement, it is also possible to take a three-dimensional posture that maintains the balance as commanded, and then change that posture. In addition, this ACM mechanism can use the difference in the coefficient of friction between the floor surface in the axial direction and the normal direction to perform a propulsion motion by a "snake"-like scouring motion. It is possible. However, as shown in FIG. 8, if the wheel mechanism 25 is provided with a large number of legs along the trunk, and each wheel mechanism 25 is provided with a rotation control drive mechanism, it will be more effective. Propulsion movement can be achieved. In this case, this wheel mechanism 25 includes a ring 26 rotatably attached to the outer periphery of the trunk, as shown in FIG.
If the structure is such that the wheels 27 are attached to the body, it is possible to set the body in contact with the floor regardless of the rotation of the trunk, and it is also possible to penetrate into narrow passages, wrap around columnar bodies, and propel the body. It is possible. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a cable-like active body that exhibits excellent functions such as spatial mobility. It can be expected to be effective in making medical endoscopes more active and in applications such as self-propelled inspection robots in environments with poor accessibility, such as inside nuclear reactors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来考えられているACMを説明する
図、第2図はこの発明の一実施例に係るACMを
説明する概略図、第3図は上記ACMのユニツト
関節を説明する図、第4図は同じくその制御性を
説明する図、第5図および第6図はそれぞれ同軸
および斜旋回関節部の構成を示す分解斜視図、第
7図はACMの全体図、第8図のAは上記ACMの
自走機構を説明する図、同図のBはA図のb―b
線拡大断面図である。 L1,L2,……体幹節、Ja……同軸回転関
節、Jb……斜旋回関節、11a,11b……中
空パイプ、12a,12b……固定円板、13…
…中空シヤフト、16……ベアリング、17……
リングギア、18……パルスモータ、22a,2
2b……固定だ円板。
FIG. 1 is a diagram illustrating a conventionally considered ACM, FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an ACM according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram illustrating unit joints of the above ACM, and FIG. The figure also explains the controllability, Figures 5 and 6 are exploded perspective views showing the configuration of the coaxial and oblique rotation joints, Figure 7 is the overall view of the ACM, and A in Figure 8 is the above A diagram explaining the self-propelled mechanism of ACM, B in the diagram is b-b in diagram A
It is a line enlarged sectional view. L1, L2,... Trunk joint, Ja... Coaxial rotation joint, Jb... Oblique rotation joint, 11a, 11b... Hollow pipe, 12a, 12b... Fixed disc, 13...
...Hollow shaft, 16...Bearing, 17...
Ring gear, 18...Pulse motor, 22a, 2
2b...Fixed disc.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 複数の体幹節を順次連続するようにしてな
り、その各節は順次交互に配置される、体幹軸に
同軸に回転制御自在にした第1の連結機構、およ
び体幹軸に傾斜した状態で回転制御自在にした第
2の連結機構によつて結合し、この第1および第
2の連結機構でそれぞれ同軸にあるいは斜旋回状
態に回転角制御するようにしたことを特徴とする
索状能動体。
1. A plurality of trunk joints are arranged in sequence, and each joint is arranged sequentially and alternately. A first connecting mechanism that can freely control rotation coaxially with the trunk axis, and a first connecting mechanism that is tilted to the trunk axis. The rope-like structure is connected by a second connecting mechanism that can freely control the rotation in the state, and the first and second connecting mechanisms control the rotation angle to be coaxial or obliquely rotating, respectively. active body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59152093A (en) * 1983-02-07 1984-08-30 株式会社東芝 Joint device
DD226242A5 (en) * 1983-08-03 1985-08-21 Kuka Schweissanlagen & Roboter GEAR HEAD FOR MANIPULATORS
DE3480331D1 (en) * 1984-08-03 1989-12-07 Kuka Schweissanlagen & Roboter Driven-tool holder head for manipulators
JP2003025269A (en) 2001-07-12 2003-01-29 National Aerospace Laboratory Of Japan Offset rotational joint unit with rotation correction mechanism
JP2004148449A (en) 2002-10-30 2004-05-27 Kawasaki Heavy Ind Ltd Articulated manipulator
JP4230196B2 (en) 2002-10-30 2009-02-25 川崎重工業株式会社 Positioning calculation method and positioning calculation apparatus
JP3952955B2 (en) 2003-01-17 2007-08-01 トヨタ自動車株式会社 Articulated robot
WO2004069493A1 (en) 2003-02-07 2004-08-19 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Multijoint manipulator
JP4529456B2 (en) * 2003-11-28 2010-08-25 株式会社安川電機 Arm mechanism of industrial robot
JP4647919B2 (en) * 2004-02-18 2011-03-09 川崎重工業株式会社 Control method and control apparatus
WO2008096405A1 (en) * 2007-02-05 2008-08-14 Saney Seiko Inc. Medical treatment device
ES2693923A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-14 Rafael FERRÍN POZUELO Arm articulated by oblique sections (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

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