JPS63501000A - 特にマニプレ−タのア−ムに用いる２つの部材を相互に連結しかつその相対位置及び向きを変える装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 特にマニプレータのアームに用いる２つの部材を相互に連結しかつその相対位置 及び向きを変える装置本発明は２つの部材を相互に連結しまたその相対位置及び 向きを変えるための装置に関する。

この種の装置は遠隔操作装置又はロボ−／　｝アームの部品である。しかしこれ らの装置はさらに多くの用途を有しており、その理由は円筒状又は球状の回動接 手とこの接手の２つの部分の相対位置及び向きを変える手段とを具備するいずれ かの連結部が、少なくともある場合に本発明の装置によって置き換えることがで きるからである。

公知の遠隔操作装置又はロボットアーム、より一般的には公知のロボットアーム は、接手によって相互に連結された多数の堅い要素を具備し、作動手段が各接手 と共働してアームの形を変えるようにしている。この種のアームは、良好な精度 と、端部が変化する力を受けてもアームの端部における良好な安定性とを得るこ とができる。しかしこのような構造の欠点は、満足できる堅固な要素を保証する のに必要な容量による重量と、弱い衝撃強度及び弱い接合部の摩耗抵抗と、アー ムの一端から他端への振動の全ての伝達とである。

本発明の目的は、衝撃の影響を受けず摩耗から解放されまた振動を吸収すること のできる軽量の装置を提供することである。

本発明はしたがって、２つの部材を相互に連結しその相対位置及び向きを変える ための装置において、その捩り、剪断及び膨張を抑制又は制御しまたその曲げ、 伸長又は短縮を可能とする手段を有している弾性及び変形自在の密閉チューブと 、 第１の部材をチューブの第１の端部に連結する手段及び第２の部材をチューブの 第２の端部に連結する手段と、チューブ周縁上に分配されかつその長手方向の形 状がチューブの局部長手方向の形状に実質的に密接に追従するようチューブと共 働する、多数の長さの変えられる可撓要素であって、これら要素が前記２つの部 材を相互に連結しもしくはこれら部材の一方をチューブ上の任意の場所に連結し 又はチューブの任意の２つの位置を相互に連結し、またこれら要素が係合するチ ューブの前記局部長手方向の形状の伸長に耐えるのに十分な引張り強度を有する 、多数の可変長さの可撓要素と、 前記可撓要素の長さを共に変え又は相互に対し独立して変える手段と、 チューブ内部に圧力を発生させ及び／又は保持する手段とを具備することを特徴 とする装置を提供する。

可撓要素が同じ長さに調節されたときは、チューブ内の圧力はこの装置に真直ぐ な形をとらせる。チューブ内の圧力がこれら可撓要素の長さを変えることな《増 加したときは、すなわちチューブの拡張効果をなくすような張力がこれら要素に 加えられたときは、この２つの部材の位置は変わらずに連結部の剛性が増加する 。一方において、チューブの圧力が可撓要素の長さが同時に増加するように増大 されたときは、これら２つの部材は、その伸長が対応手段によって反対側に生じ るので、相互に対してチューブの軸方向に動く。さらに、可撓要素の長さが相互 に対して変えられたときは、チューブはわん曲した形状をとりまた２つの部材の 相対向きはその位置をとるよう同時に変わる。さらにチューブ圧力と要素の長さ を同時に変える、装置の剛性を変える手段がある。したがってチューブがその捩 れ、剪断及び膨張を抑制及び／又は制御しなければならない手段の目的は、寸法 上の安定性としたがってまた使用される幾何学的形状を問わずまたこの装置が設 計されている荷重を問わずチューブの剛性とを保持するよう、作動することであ る。

非常に有利な特徴によれば、 ２つの部材は、チューブ圧力に固定された金属プレートでありまたこの装置を支 持体もしくは工具又はこの装置によっチューブはゴムで作られまたチューブに沿 って傾斜して、好ましくは３５°の角度で、配設された金属補強形のカーカス（ 骨格）を有している。

このチューブカーカスは、チューブの壁に沿ってらせん状に巻きつけられた網状 組織を形成する、１つ又はそれ以上、好ましくは２つの層のケーブルによって組 立てられる。

このカーカスはゴムのチューブの中に結合される。

このカーカスはゴムのチューブの外側の外被である・ゴムのチューブは適当数の 金属リングにより構成された環又は輪によって強化され、そしてこの装置の設計 荷重のもとてチューブの曲げに耐えるのに十分な強度を有している・環又は輪の うちのあるものは可撓要素のうちのあるものの一端のための固定具を形成する。

第２の部材は同種の装置により第３の部材に連結され、可撓要素のうちのあるも のは第１の部材を第２の部材に連結し一方他の可撓要素は第１の部材を第２の部 材を介して第３の部材に連結する。

可撓要素はチューブの壁に堅く固定さ炸たケーブル通路の中に摺動式に取付けら れたケーブルを具備する。

このケーブル通路は実質的に一定の直径を有する可撓及び／又は拡張可能なチュ ーブによって構成される。

ケーブル通路はチューブの壁に結合される。

可撓要素の長さを変える手段は、ケーブルの端部でそれぞれ作動しかつ部材のう ちの１つに堅く連結されたアクチェータを具備し、ケーブルの他方の端部は、他 の部材又はチューブの任意の個所に堅く固定される。

チューブ内部は、チューブ軸線に平行でかつ実質的に円形断面の多数の室に分割 される。

チューブ断面は横断寸法の比がこの装置の設計平面曲げ効果の比に等しい平らな 形状を有している。

本発明は、添付図面に示される実際的かつ限定されない実施態様を参照し以下に さらに詳細に記載される。

ここで第１図は本発明の装置の、一部を切り欠いた概略全体斜面図、 第２図は第１図の装置と同じの、縮小しかつ曲げた状態の装置を示す図、 第３図は本発明の他の実施態様のチューブ部分の、一部を切り欠いた斜面図、 第４図はスタンドの実施態様の半分部分の斜面図、第５図はスタンドの他の実施 態様の半分部分の斜面図、第６図は本発明の他の実施態様の概略斜面図、第７図 は本発明の他の実施態様の、一部を切り欠いた他の概略斜面図、 第８図は本発明の１つの実施態様のチューブの概略断面図、第９図は本発明の他 の実施態様の、一部を切り欠いた部分斜面図、 第１０図は本発明の他の実施態様の、一部を切り欠いた部分正面図である。

第１図に示す装置はチューブ１と、機械的制御要素を収容するスタンド２と、ヘ ッド３と、このスタンドの機械的要素の動力供給と制御のために特に用いる導通 又は収容セット４を具備している。

チューブ１は円形断面を有しその直径はチューブの長さ方向を通じて一定である が、しかし他の用途においてはチューブ断面は平坦形状とし及び／又は軸方向に 沿って変えることができる。第１図の装置において可撓要素は案内もしくはシー ス６と、この中に自由に摺動できかつこの装置の末端をケーブルを引張る手段に 連結するケーブル７とを具備している。

チューブ自体は基本的には、可撓ゴムチューブ５と、チューブカーカスを形成し かつチューブ５の周りに延在する外側被膜その他８とを具備する。

第１図の装置において、チューブ５の厚さはその中に組込まれるべき案内チュー ブ又はシース６にとって十分な厚さである。これら案内チューブはしたがってカ ーカス８の中に収容されるが、しかしこれら案内チューブがカーカス８の外側に 配設される構造も考えられる。しかし明らかに、チューブの強度はカーカス８と 案内チューブとの間の機械的連結部が多くなりかつ強（なるに比例してより大き くなる。これは、ある場合には案内チューブが２つのカーカスを、その一方がこ のチューブの内側にその他方が外側に配されるようにしているような案内チュー ブにとって望ましいからである。

第１図の装置において、案内チューブ６はその縁が接触しない金属らせんによっ て構成されている。これらのチューブ６は半剛性であり、すなわちその軸線に対 して直角方向に屈撓可能でありかつ軸線に沿って伸長可能又は圧縮可能であるが 、その内側断面を減少させるような圧搾に対しては高度の抵抗を有している。接 触しないで巻きつけた金属らせんとしてチューブ６を構成する方法は最も簡単な 方法であるが、しかしこの他にチューブのゴム上の適当位置に保持されるよう、 多数の連続する間隔をおいて配されたリングを設けることもできるが、その理由 はチェープロの主要な機能はケーブルが自由に摺動できるようにすることである からである。潤滑がチューブ６の中に導入され、ケーブルの摩擦によって生じる 引張り損失を減少させまたそのため材料の摩耗を減少させるものとなる。

第１図及び第３図には６個のケーブルがあるがさらに多くしたり又は簡単な場合 には第２図の装置に示すようにさらに少なくすることもできる。理論的にはスタ ンド２に対し円形チューブのヘッド３に特定の向きを与えるためには３個のケー ブルで十分である。実際上は、チューブの満足すべき寸法上の安定性を保証する ためには６個の数が適当であることがわかっており、そしてこの数は実質的な横 断方向の応力の場合又は軸線の全長に沿ってチューブの曲げをより正確に制御す ることが要求される場合は、さらに多くなる。１つの部分にさらに３個のケーブ ルが固定されているときは、チューブの頭部の任意の１つの向きは、多くの異な った方法で、すなわちこれらケーブル７間に多数の異なった引張り力の配分を行 うことによって、もたらされる。チューブの壁に満足すべき応力の分配を行うた め、さらに詳細には案内チューブによって緊張されるケーブルからチューブの材 料に伝達される局部応力効果を弱めるために、同じ機能をもたらす隣接ケーブル の間に引張り力の大きな差があってはならない。

第３図はチューブ１の他の可能な実施態様の詳細を示す図である。可撓ゴム外被 ９が、ゴムチューブ５の壁に沿って反対方向に巻かれている２組のらせん巻きに よって構成されたカーカス８の周りに延在している。これらの巻きつけ部は強　 ゛い低延伸性のワイヤによって構成される。これらの巻きつけ部とチューブ軸線 に直角な平面との間の角度は約３５°である。外側カーカスと同様な内側カーカ ス（図示しない）がゴムチューブ５の内面上に設けられ緊張されたケーブルのわ ん曲によって生じる局部空所推力の分布を向上させるようにしている。

図示の実例は、チューブを通って急送される圧力流体に耐えることのできるエラ ストマーの密封薄膜可撓内側外被１゜を備えている。チューブの厚さの中に含ま れる輪又は環その他１１はその断面が、この装置の作動時実質的に一定の形状を 保つことができるが、それはこれらの輪が特に、緊張されたケーブルに起り得る わん曲によって生じる局部空所推力に対抗し、案内チューブ６とカーカス８との 間に満足すべき機械的な連結が得られるからである。チューブ６の延長部分に配 設された通路１２はケーブルの摺動の妨害を減少する助けとなるが、これら通路 はまたあるケーブルの端部の１つのための固定基部として作用することができる 。この場合には第３図に図示しない特別の固定部材２８がこの場所に配置されケ ーブル７の端部を輪１１に固定する。

第４図に示すスタンド２は支持体上の固定カラー１４を有する基部１３を具備し 、一端にチューブ１の端部のための密封固定手段１５があり、他端にケーブル７ のためのアクチェータ１６がある。第１図には単一のアクチェータ１６が見える だけである。基部１３は、チューブ内部を加圧しまた第２にはへラド３のための １つ又はそれ以上の制御導管の通路となる貫通して延在する軸方向導管１７と、 ケーブルのための多数の狭い通路１８とを有している。各アクチェータ１６は通 路１８の延長部に配設されまた対応ケーブル１７のためのクランプ１９を有する 。各アクチェータ１６はオリフィス２０によって加圧される。

第１図はアクチェータ１６のための供給導管２１と、チューブ１のための圧力流 体供給導管２２と、これら導管２１　、２２をそれぞれ制御する弁２３　、２４ を示している。これらの弁は勿論スタンド２から離れて配置させることができる 。この例では追加の動力供給及び制御のための補助導管２５が設けられている。

第５図は、アクチェータ１６の配置を示し、ここではアクチェータの軸線は第２ 図におけるようなチューブの軸線と平行であるのに代えてチューブの軸線に対し 約６０°の角度をなしている。アクチェータ１６がチューブ軸線に対して傾斜し ているときは、対応通路１８はケーブル７を摩擦と摩耗が減少するよう案内する ために円弧である。明らかに、一定のチューブの直径にとって、この種の配置は アクチェータの数、したがってまたケーブルの数を増加することができ又はアク チェータの直径したがってまたその動力を増大させることができる。これはある 場合には、アクチェータ１６の各々が適当な傾斜をもって配設されその数を増加 させしかもスタンド２の容積を制限するのに有用である。

へ、ド３は、その向きと位置とが制御されることが必要な１つの部材を固定する ためのカラー２６を具備している。このカラー２６はチューブ１を密封状に閉鎖 するためのプラグ２７と、ケーブル７の端部のためのストッパ２８とを有する。

第６図は本発明の２つの連続して配設された装置によってもたらされしかも共通 のスタンド２と２つのヘッド３，３ａを有する複合わん曲アームを示し、ケーブ ル７のうちのあるものはヘッド３に固定され他のケーブルはへラド３ａに固定さ れ、その反対側端部はスタンド２の各アクチェータに連結されている。流体圧力 がこれら両方の装置で同じであったならば、中間ヘッドのプラグ２７は省略する ことができる。この場合、この装置はケーブル固定位置７のうちのあるものを束 ねて担持する中間部分を持った単一の装置と考えることができるが、それは軸線 方向に沿って配設されたチューブ１の結束又は固定輪１１がまた、末端の前で停 止するケーブル７のための固定具として作用することができるからである。ケー ブルが固定される多くの数のヘッド又は中間結束部があったならば、この種の装 置はアームのためにもたらされるべき多数の曲線を有する幾何学的形状とするこ とができる。ヘッド３ａにより担持された工具２９が制御信号を受け取りそして チューブ１の内側の導管２５を介して動力が供給される。

アームを構成する他のもう１つ゛の方法は、本発明の装置を連続して多数配置し それにより第１の装置のヘッドが次の装置のスタンドとなるようにするものであ る。この場合筒２の装置又はその次の装置のケーブル緊張アクチェータを、例え ば第１のスタンド、又は自転車のブレーキに用いられるようなケーブルと非圧縮 性のシースを備えた１つの装置によって対応スタンドに連結された他の場所に、 配置することができるが、このシースは可撓性であるが案内チューブと異なり長 さ方向には非圧縮性であり、アクチェータの本体又はケーシングを対応スタンド の固定位置に連結するものであり、これに対しこのシースを通って延在するケー ブルは同じアクチェータのピストンを対応ヘッド（又は輪もしくは環）の固定位 置に連結するものである。

第７図は本発明の装置の一実施態様を示す。船の推進用に用いるため、チューブ １は垂直方向に延長された断面を有し動きが主として水平面上に起きるようにし ている。この実施態様は簡単な方法で、著しくエネルギーを節約する魚の推進力 に類似した一種の推進力を提供する。同じような用途が、翼の幾何学的形状を変 更するために航空学において可能である。

チューブ１の断面が非常に延長され及び／又はチューブ内の流体圧力が高い場合 において、チューブ内部が、チューブ軸線に平行に延びる軸線を持ちかつ断面が 実質的に円形の小室もしくは部屋に分割又は仕切られていたならば、破壊強度と 寸法上の安定性は著しく増加する。第８図はこのような断面の概略図である。こ の例は６個の整列した小室を示しており、しかし明らかにさらに多くの又はさら に少ない小室を環境によって設けることができ、またこれらの小室は異なった寸 法とし本発明の装置の作用を何ら変えることなく完全に異なった配置とすること もできる。

第９図に示される例はケーブル７を組立てかつ調節する他の方法に関する。カー カス８はそれぞれが輪又は環１１の各端部で終っている連続して配設された要素 によって構成されている・各要素の２つの輸１１は２つの固定具２８の間に軸方 向に延在する多数のケーブル７によって相互に連結される。

各ケーブルはカーカス８の外側に配設され、また連続した２つの基本ケーブルと その間に引張ることにより作動する油圧式又は電磁式アクチェータとを備えてい る。

第９図を参照すると２つの隣接する要素と共働する２つの輪が図面上簡単のため 相互から分離して示されているが、しかし作動時はこれらの輪は輪１１の凹所３ ４に係合されるボルトｉの締めつけ手段（図示しない）により相互に締着される 。輪１１に堅く固定されたカーカス要素８はゴムチューブ５の上を摺動すること ができる。使用時ケーブルの長さはアクチェータ１６によってこれらケーブルに 加えられる引張り力により調節され、この引張り力はチューブ５内に働く圧力に よって生じる長手方向の力によって対抗される。

第１０図に示される例は第９図の実施態様と相違する点についてのみ記載される 。各ケーブルは、関節結合部３１によって相互に関節接合されかつ引張ることに より作動するアクチェータ３０の連鎖によって、置き換えられている。この連鎖 の両端アクチェータは第９図の輪又は環１１と同様な輪又は環に固定される。こ のアクチェータ連鎖は、このアクチェータ連鎖がチューブと共働してその長手方 向の形状が実質的にチューブの局部長手方向形状に密接して追従するよう作動す る、内側カーカスと外側カーカス８ａとの間に置かれる。

“局部長手方向形状”なる語句は特別な関係母線に実質的に沿うチューブ形状を 意味する。

例えばゴムの可撓外被９は外側カーカス８ａの外側を被覆する。さきに述べたよ うに、アクチェータ３０は２つのカーカス８と８ａとの間に置かれることにより チューブの壁と共働するが、しかしこれらのアクチェータはまたチューブの曲が るのを妨げない隔離装置により周方向に係合される。この例において金属ボール ３２が２つの隣接連鎖の２つの隣接アクチェータの間に配置されて用いられる。

チューブの曲がるのを妨げないようにするために、２つの隣接アクチェータ連鎖 の間のこれらのボール３２はそれ自体が長手方向に、例えばその両端部が２つの 隣接ボールに当接する弱いらせんスプリング（図示しない）によって、相互に長 手方向に離れて保持される。しかし、隣接アクチェータ連鎖を相互に離れるよう 保持する他の機構で十分であり、例えば第１図を参照して記載された案内チュー ブ６とその作用が同じの延伸可能で可撓性のシースでこのチューブの中に各アク チェータ連鎖が摺動自在に案内されるようなもので十分である。

さきに述べたように、本発明の利点は、中空構造でかつ軽い材料、すなわち圧縮 ガス及びゴムを用いることにより、軽量であり、衝撃強度を有し振動を伝達しな いことであり、これらの利点は本発明の装置の構造と圧縮ガス及びゴムの自己減 衰特性とから生じるものである。この装置の振動減衰特性はさらに改良され、ま た固有振動数は、チューブ内に、例えば圧力変化に逆らうことのない多孔質の可 撓発泡体の振動吸収体を配設することにより、変えることができる。

国際調受報告 ＡｊＯｉ”ＥＸ　Ｔｏ　ＴＦｊ　ｒＮτＥＲＮＡτｌ０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣ！（ ＲＥＰＯＲτＯＮ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの部材を相互に連結しかつその相対位置及び向きを変えるための装置に おいて、 捩れ、剪断及び膨張を抑制もしくは制御しかつ曲げ、伸長もしくは短縮を可能と する手段を有する、弾性の変形可能な密封チューブと、 第１の部材を前記チューブの第１の端部に連結する手段及び第２の部材を前記チ ューブの第２の端部に連結する手段と、前記チューブの周辺にわたって分配され かつ前記チューブと共働してその長手方向の形状が実質的に前記チューブの局部 長手方向形状に密接に追従するようになっている、多数の長さの変え得る可撓要 素であって、これら要素が前記２つの部材を相互に連結しもしくはこれら部材の 一方を前記チューブの任意の場所に連結し又は前記チューブの任意の２つの位置 を相互に連結し、またこれら要素がその係合する前記チューブの局部長手方向形 状の伸長に耐えるに十分な強度を有している、多数の可撓要素と、 前記各可撓要素の長さを共に又は相互に独立して変える手段と、 前記チューブ内に圧力を発生させ及び／又は保持する手段と、 を具備することを特徴とする２つの部材を相互に連結しかつその相対位置及び向 きを変える装置。
2. ２．前記部材が前記チューブ端部に固定された金属プレートであり、かつ前記装 置を支持体もしくは工具又は前記装置により担持された付属具あるいは他の同様 の装置に、連結するよう作動することを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置 。
3. ３．前記チューブがゴムで作られ、かつ前記チューブに沿って傾斜して、好まし くは３５°の角度で配設された金属補強形のカーカスを有していることを特徴と する請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。
4. ４．前記チューブのカーカスが、チューブの壁に沿ってらせん状に巻きつけられ た網状組織を形成するケーブルの１つ又はそれ以上の、好ましくは２つの層によ り構成されていることを特徴とする請求の範囲第３項記載の装置。
5. ５．前記カーカスが前記チューブのゴムの中に結合されていることを特徴とする 請求の範囲第３項及び／又は第４項記載の装置。
6. ６．前記カーカスが前記チューブのゴムの外側の外被であることを特徴とする請 求の範囲第３項、第４項又は第５項のいずれかに記載の装置。
7. ７．前記チューブのゴムが、適当数に設けられた金属リングによって構成された 輪又は環によって強化されかつ前記装置の設計荷重のもとで前記チューブの曲げ に耐えるに十分な強さを有していることを特徴とする請求の範囲第３項、第４項 、第５項又は第６項に記載の装置。
8. ８．前記輪又は環のうちのあるものが、前記可撓要素のうちのあるものの一端の ための固定具を形成していることを特徴とする請求の範囲第７項記載の装置。
9. ９．前記第２の部材が同種の装置によって第３の部材に連結され、前記可撓要素 のうちのあるものが前記第１の部材を前記第２の部材に連結しまた他の可撓要素 が前記第１の部材を前記第２の部材により前記第３の部材に連結していることを 特徴とする前記請求の範囲各項中のいずれかに記載の装置。
10. １０．前記可撓要素が前記チューブの壁に堅く固定されたケーブル通路の中に摺 動自在に取付けられたケーブルを具備していることを特徴とする請求の範囲第１ 項から第９項中のいずれかに記載の装置。
11. １１．前記ケーブル通路が可撓及び／又は伸長可能のケーブルにより構成されし かも実質的に一定の直径を有していることを特徴とする請求の範囲第１０項記載 の装置。
12. １２．前記ケーブル通路が前記チューブの壁の中に結合されていることを特徴と する請求の範囲第１０項又は第１１項のいずれかに記載の装置。
13. １３．前記可撓要素の長さを変える前記手段が、ケーブルの端部でそれぞれが作 動しかつ前記部材のうちの１つに連結された、アクチェータを具備し、前記ケー ブルの他端が他の部材に又は前記チューブの任意の場所に堅く固定されているこ とを特徴とする請求の範囲第１０項から第１２項のいずれかに記載の装置。
14. １４．前記チューブ内部がこのチューブの軸線に平行でかつ実質的に円形断面の 多数の室に分割されていることを特徴とする前記請求の範囲各項のいずれかに記 載の装置。
15. １５．前記チューブ断面が、その横断寸法の比が前記装置の設計平面曲げ効果の 比に一致する平坦な形状を有していることを特徴とする前記請求の範囲各項のい ずれかに記載の装置。