TW202216081A - 彎曲結構體 - Google Patents

Abstract

本發明的課題在於提供一種能夠簡化結構的彎曲結構體。本發明的彎曲結構體包括：內筒3，包括第一內線圈部15及第一外線圈部13，第一內線圈部15的對應的卷部15a嵌合於第一外線圈部13的鄰接卷部13a間的間距13b中；外筒5，具有間隙21地覆蓋至少內筒3的外周的一部分，包括第二內線圈部19及第二外線圈部17，第二內線圈部19的對應的卷部19a嵌合於第二外線圈部17的鄰接卷部17a間的間距17b中；及驅動用線9a及引導用線9b，沿著軸方向插通內筒3及外筒5間的間隙21而被引導。

Description

彎曲結構體

本發明是有關於一種供於機器人或操作器等的關節功能部的彎曲結構體。

機器人、操作器、或致動器等中存在包括能夠彎曲、伸展的關節功能部者。作為此種關節功能部，例如有使用如專利文獻1的彎曲結構體者。

專利文獻1的彎曲結構體是將多個圓盤要素以互相自由地搖動的方式卡合而構成，藉由各圓盤要素的搖動，使整體進行彎曲動作。

於各圓盤要素中插通作為索狀構件的啟動線纜並加以引導。藉由對該啟動線纜進行拉伸操作，而進行彎曲結構體的彎曲動作。

然而，所述現有的彎曲結構體由於結合多個圓盤要素，且於各圓盤要素中插通啟動線纜，故而結構複雜。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特表2009-538186號公報

[發明所欲解決之課題]

所欲解決的問題點在於彎曲結構體的結構複雜。 [解決課題之手段]

本發明的彎曲結構體的最主要的特徵在於包括：內筒，包括第一內線圈部及第一外線圈部，所述第一內線圈部的對應的卷部嵌合於所述第一外線圈部的鄰接卷部間的間隙中；外筒，具有間隙地覆蓋至少所述內筒的外周的一部分，包括第二內線圈部及第二外線圈部，所述第二內線圈部的對應的卷部嵌合於所述第二外線圈部的鄰接卷部間的間隙中；及周方向上的多個索狀構件，沿著軸方向插通所述內筒及所述外筒間的所述間隙而被引導。 [發明的效果]

根據本發明，僅藉由在包括內外線圈部的內筒及外筒間的間隙配置操作等所使用的索狀構件，即可以簡單的結構實現能夠彎曲復原的彎曲結構體。並且，於彎曲前後可防止內筒及外筒的壓縮，從而可使姿勢穩定，而可經由內筒及外筒間的間隙確實地引導索狀構件。

藉由在包括內外線圈部的內筒及外筒間的間隙配置索狀構件來實現簡化彎曲結構體的結構的目的。

即，彎曲結構體（1）包括內筒（3）、外筒（5）、及索狀構件（9a、9b）。內筒（3）包括第一內線圈部（15）及第一外線圈部（13），第一內線圈部（15）的對應的卷部（15a）嵌合於第一外線圈部（13）的鄰接卷部（13a）間的間隙（13b）中。外筒（5）具有間隙（21）地覆蓋至少內筒（3）的外周的一部分，包括第二內線圈部（19）及第二外線圈部（17），第二內線圈部（19）的對應的卷部（19a）嵌合於第二外線圈部（17）的鄰接卷部（17a）間的間隙（17b）中。索狀構件（9a、9b）沿著軸方向插通內筒（3）及外筒（5）間的間隙（21）而被引導。

彎曲結構體（1）可包括端部構件（7a、7b），所述端部構件（7a、7b）安裝於外筒（5）及內筒（3）的任一者或兩者的兩端，將索狀構件（9a、9b）插通於第一插通孔（23）中。

又，可為彎曲結構體（1）包括插通內筒（3）的第一內線圈部（15）內的柔性構件（11），端部構件（7a、7b）包括供柔性構件（11）插通的第二插通孔（25）。

可為索狀構件（9a、9b）包括：驅動用索狀構件（9a），用來相對於其中一端部構件（7a）而驅動另一端部構件（7b）；及引導用索狀構件（9b），設置於驅動用索狀構件（9a）的周方向的兩側，對驅動用索狀構件（9a）的路徑進行限定。

亦可將驅動用索狀構件（9a）及引導用索狀構件（9b）的任一者或兩者設為通電路徑。

又，可為於彎曲結構體（1）中，內筒（3）的第一內外線圈部（15、13）與外筒（5）的第二內外線圈部（19、17）互相反向捲繞。 [實施例1]

[彎曲結構體] 圖1是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的立體圖，圖2是表示以同一部分作為截面的立體截面圖，圖3是彎曲結構體的省略了端部構件的平面圖，圖4是表示彎曲結構體的內筒及外筒的截面圖。

本實施例的彎曲結構體1應用於操作器、機器人、致動器等醫療用或產業用等的各種機器的關節功能部，可藉由彎曲、伸展動作使結合於兩側的機器側構件相對位移。

該彎曲結構體1包括內筒3、外筒5、端部構件7a及端部構件7b、作為索狀構件的驅動用線9a及引導用線9b、以及作為柔性構件的柔性管11。

內筒3為相對於軸方向能夠彈性地彎曲及復原的雙重線圈，包括第一外線圈部13及第一內線圈部15。

第一外線圈部13及第一內線圈部15分別包括具有彈性的盤簧。第一外線圈部13及第一內線圈部15的材質可均設為金屬或樹脂等。又，第一外線圈部13及第一內線圈部15的裸線的截面形狀為圓形。但該截面形狀並不限於圓形，亦可設為半圓或橢圓等。又，第一外線圈部13及第一內線圈部15的截面形狀、線徑、材質等可互相不同。

第一內線圈部15具有小於第一外線圈部13的中心徑，螺合於第一外線圈部13內。再者，第一外線圈部13及第一內線圈部15的中心徑自軸方向的一端至另一端為固定。但該第一外線圈部13的中心徑亦可於軸方向上變化。

第一外線圈部13包括間距13b，所述間距13b為使軸方向上鄰接的卷部13a間（鄰接卷部13a間）於軸方向上分離的多個間隙。第一內線圈部15的對應的卷部15a自內側嵌合於該多個間距13b中。藉由該嵌合，第一內線圈部15的卷部15a與鄰接的第一外線圈部13的卷部13a的兩者接觸。

另一方面，第一內線圈部15包括間距15b，所述間距15b為使軸方向上鄰接的卷部15a間（鄰接卷部15a間）於軸方向上分離的多個間隙。第一外線圈部13的對應的卷部13a自外側嵌合於該多個間距15b中。藉由該嵌合，第一外線圈部13的卷部13a與鄰接的第一內線圈部15的卷部15a的兩者接觸。

因此，內筒3的軸方向的壓縮受到限制。

外筒5與內筒3同樣，為相對於軸方向自由地彈性地彎曲及復原的雙重線圈，包括第二外線圈部17及第二內線圈部19。該外筒5具有間隙21地覆蓋內筒3的外周。再者，外筒5於短於內筒3的情形時，於軸方向上局部覆蓋內筒3。因此，外筒5為具有間隙21地覆蓋至少內筒3的外周的一部分的結構即可。

間隙21被劃分於徑方向上的外筒5的第二內線圈部19與內筒3的第一外線圈部13之間。間隙21的徑方向的尺寸被設定為稍大於驅動用線9a及引導用線9b的線徑。

藉此，內筒3及外筒5發揮作為驅動用線9a及引導用線9b的導件的作用。再者，間隙21的徑方向的尺寸可於確保作為驅動用線9a及引導用線9b的導件的功能的範圍內適當設定。

外筒5的第二外線圈部17及第二內線圈部19以與內筒3的第一外線圈部13及第一內線圈部15同樣的方式構成。但外筒5的卷方向可設為與內筒3的卷方向相同或相反的任一方向。

於將內筒3及外筒5的卷方向設為相反（反向捲繞）的情形時，內筒3及外筒5可分別抵抗反向的扭轉，而可提高彎曲結構體1整體的扭轉剛性。

與內筒3的第一外線圈部13及第一內線圈部15同樣，第二外線圈部17及第二內線圈部19包括具有彈性的盤簧，可由金屬或樹脂等形成。第二外線圈部17及第二內線圈部19的裸線的截面形狀為圓形，但並不限於圓形。又，第二內線圈部19及第二外線圈部17的截面形狀、材質、線徑等可互相不同。

第二內線圈部19具有小於第二外線圈部17的中心徑，螺合於第二外線圈部17內。第二外線圈部17及第二內線圈部19的中心徑自軸方向的一端至另一端為固定，亦可於軸方向上變化。

第二外線圈部17包括多個間距17b，所述多個間距17b使軸方向上鄰接的卷部17a間（鄰接卷部17a間）於軸方向上分離，第二內線圈部19的對應的卷部19a自內側嵌合於該多個間距17b中。藉由該嵌合，第二內線圈部19的卷部19a與鄰接的第二外線圈部17的卷部17a的兩者接觸。

另一方面，第二內線圈部19包括間距19b，所述間距19b為使軸方向上鄰接的卷部19a間（鄰接卷部19a間）於軸方向上分離的多個間隙。第二外線圈部17的對應的卷部17a自外側嵌合於該多個間距19b中。藉由該嵌合，第二外線圈部17的卷部17a與鄰接的第二內線圈部19的卷部19a的兩者接觸。

藉此，外筒5的軸方向的壓縮受到限制。

端部構件7a、端部構件7b為包含金屬等的圓柱狀。再者，端部構件7a、端部構件7b亦可設為角柱狀等其他形狀。該些端部構件7a、端部構件7b分別藉由焊接等適當的固著方法安裝於外筒5的軸方向的端部。又，端部構件7a、端部構件7b亦可安裝於內筒3的軸方向的端部或安裝於內筒3及外筒5兩者的軸方向的端部。

端部構件7a、端部構件7b於外筒5的安裝可對第二內線圈部19、第二外線圈部17的任一者進行。於本實施例中，將端部構件7a、端部構件7b安裝於第二外線圈部17。

第一插通孔23及第二插通孔25沿著軸方向貫通設置於該端部構件7a、端部構件7b。第一插通孔23於軸方向上連通於內筒3、外筒5間的間隙21，供驅動用線9a及引導用線9b插通。

第二插通孔25於軸方向上連通於內筒3的內部，供柔性管11插通。本實施例的第二插通孔25設置於端部構件7a、端部構件7b的軸心部，以截面圓形形成。

該端部構件7a、端部構件7b分別安裝於經由彎曲結構體1而相對位移的機器側構件。例如，一端部構件7a安裝於前端側的機器側構件，另一端部構件7b安裝於基端側的機器側構件。該些端部構件7a、端部構件7b亦可省略。於該情形時，將外筒5的兩端直接安裝於機器側構件即可。

驅動用線9a及引導用線9b為包含金屬等的驅動用索狀構件及引導用索狀構件。驅動用線9a及引導用線9b具有不妨礙彎曲結構體1的彎曲及復原的程度的柔軟性。

驅動用線9a及引導用線9b的截面形狀設為與第一插通孔23同樣的圓形，除此以外，亦可設為橢圓形或矩形等不同的形狀。驅動用線9a及引導用線9b只要為索狀構件，則可設為絞線、NiTi（鎳鈦）單線、鋼琴線、多關節桿、鏈、帶、紗線、繩等。

再者，引導用線9b並不限於金屬等，亦可由樹脂形成。進而，引導用線9b可不為索狀構件，亦可設為柱狀或棒狀構件。

該驅動用線9a及引導用線9b沿著軸方向插通內筒3、外筒5間的間隙21而被引導。於本實施例中，驅動用線9a及引導用線9b以周方向的特定間隔設置有多條。再者，驅動用線9a沿著軸方向以筆直狀被引導，除此以外，亦可繞軸以螺旋狀被引導。

驅動用線9a及引導用線9b的端部27插通端部構件7a、端部構件7b的第一插通孔23而被拉出至外部。自一端部構件7a拉出的端部27藉由端部處理進行防脫。

驅動用線9a可相對於一端部構件7a而驅動另一端部構件7b。即，驅動用線9a藉由被沿著軸方向拉拽而使彎曲結構體1彎曲，直接或間接地連接於未圖示的操作機構，沿著軸方向被操作。

再者，所謂沿著軸方向操作意指使驅動用線9a於軸方向上進退。驅動用線9a的數量可根據彎曲結構體1的彎曲動作適當設定。

引導用線9b設置於各驅動用線9a的周方向的兩側，對驅動用線9a的路徑進行限定。引導用線9b對驅動用線9a向周方向的偏移進行限制。於本實施例中，藉由引導用線9b及驅動用線9a互相對向周方向的偏移進行限制，結果對驅動用線9a的路徑進行限定。

再者，引導用線9b亦可作為驅動用線9a發揮功能。又，引導用線9b亦可省略。進而，驅動用線9a及引導用線9b的一者或兩者亦可用作通電路徑。再者，作為通電路徑，亦可使用內筒3。

柔性管11為由樹脂等形成的筒狀構件，插通內筒3的第一內線圈部15內。該柔性管11具有不妨礙彎曲結構體1的彎曲及復原的程度的柔軟性。柔性管11的端部插通端部構件7a、端部構件7b的第二插通孔25而被拉出至外部。又，作為索狀構件，亦可不設置驅動用及引導用，而僅設置通電用者。

該柔性管11於端部中嵌合於第二插通孔25。藉此，可經由柔性管11相對於端部構件7a、端部構件7b而對內筒3進行定位。再者，定位的基準設為端部構件7a及端部構件7b的一者即可。將外筒5安裝於端部構件7a、端部構件7b而定位。

因此，於本實施例中，藉由端部構件7a、端部構件7b將內筒3、外筒5間定位，而準確地劃分供驅動用線9a及引導用線9b插通的間隙21。

於柔性管11的內側插通用於驅動末端執行器等的空氣管或推拉線纜等驅動構件。再者，亦可省略柔性管11，而以空氣管或推拉線纜等驅動構件或其他具有柔性的構件作為柔性構件。亦可省略柔性管11或驅動構件等柔性構件本身。

[動作] 圖5是表示彎曲時的內筒3的截面圖。再者，外筒5的彎曲與內筒3的彎曲相同，因此參照圖5。因此，於圖5中，以帶括號的方式表示外筒5的符號。

本實施例的彎曲結構體1如圖4所示，於未彎曲的筆直狀時（伸展時），第一內線圈部15的對應的卷部15a嵌合於內筒3的第一外線圈部13的鄰接卷部13a間。外筒5亦為第二內線圈部19的對應的卷部19a嵌合於第二外線圈部17的鄰接卷部17a間。

因此，於彎曲結構體1中，即便軸方向上的壓縮力發揮作用，亦可防止內筒3的第一內線圈部15、第一外線圈部13及外筒5的第二內線圈部19、第二外線圈部17的壓縮，而亦防止整體的壓縮。藉由以上述方式防止壓縮，中心部的長度不變，姿勢穩定。

又，於內筒3及外筒5反向捲繞的情形時，內筒3及外筒5分別可抵抗反向的扭轉。因此，即便扭轉方向的力發揮作用，整體的扭轉亦受到抑制，姿勢穩定。

如上所述，彎曲結構體1的耐壓縮性或耐扭轉性高，姿勢穩定，因此可獲得穩定的內筒3及外筒5間的間隙21，而可確實地藉由間隙21引導驅動用線9a及引導用線9b。

該彎曲結構體1藉由操作者拉出任一條驅動用線9a而彎曲，藉由將不同對的驅動用線9a組合拉出，而可向360度全方位彎曲。藉由該彎曲，可使應用彎曲結構體1的機器即操作器的末端執行器等指向所需的方向。

拉出任一條驅動用線9a後，如圖5所示，於彎曲的內側，內筒3及外筒5的第一外線圈部13及第二外線圈部17的鄰接卷部13a、鄰接卷部17a間的間距13b、間距17b變小，於彎曲的外側，內筒3及外筒5的第一外線圈部13及第二外線圈部17的鄰接卷部13a、鄰接卷部17a間的間距13b、間距17b變大。藉此，內筒15的中心部的長度於彎曲時亦不變，姿勢穩定。

此時，將內筒3及外筒5的第一內線圈部15及第二內線圈部19向彎曲的外側擠出。該第一內線圈部15及第二內線圈部19的擠出為彎曲的外側中內筒3及外筒5的第一外線圈部13及第二外線圈部17的鄰接卷部13a、鄰接卷部17a間變大的間距13b、間距17b所容許。因此，可順利地進行彎曲動作。

並且，於彎曲時，第一內線圈部15及第二內線圈部19的對應的卷部15a、卷部19a持續嵌合於內筒3及外筒5的第一外線圈部13及第二外線圈部17的鄰接卷部13a、鄰接卷部17a間。

因此，與筆直狀時同樣，彎曲結構體1的軸方向的壓縮受到抑制，就該方面而言，中心部的長度的變動亦受到抑制，姿勢亦穩定。因此，可獲得穩定的內筒3及外筒5間的間隙21，而可確實地藉由間隙21引導驅動用線9a及引導用線9b。

又，於擠出外筒5的第二內線圈部19時，於彎曲的內側，內筒3及外筒5間的間隙21變小，於彎曲的外側，內筒3及外筒5間的間隙21變大。

彎曲後，內筒3及外筒5均確實地恢復為第一內線圈部15及第二內線圈部19嵌合於第一外線圈部13及第二外線圈部17的鄰接卷部13a、鄰接卷部17a間的未壓縮的彎曲前的筆直狀時的狀態。因此，可藉由內筒3及外筒5間的間隙21，以與彎曲前同樣的方式確實地引導驅動用線9a及引導用線9b。

[實施例1的效果] 如以上所說明，於本實施例中，包括：內筒3，包括第一內線圈部15及第一外線圈部13，第一內線圈部15的對應的卷部15a嵌合於第一外線圈部13的鄰接卷部13a間的間距13b中；外筒5，具有間隙21地覆蓋內筒3的外周，包括第二內線圈部19及第二外線圈部17，第二內線圈部19的對應的卷部19a嵌合於第二外線圈部17的鄰接卷部17a間的間距17b中；及周方向上的多條驅動用線9a及引導用線9b，沿著軸方向插通內筒3及外筒5間的間隙21而被引導。

因此，於本實施例中，僅藉由將驅動用線9a及引導用線9b配置於包括內外線圈部13、15、17、19的內筒3及外筒5間的間隙21，即可以簡單的結構實現能夠藉由驅動用線9a的操作而彎曲復原的彎曲結構體1。

並且，於本實施例的彎曲結構體1中，於彎曲前後可防止內筒3及外筒5的壓縮。因此，可經由內筒3及外筒5間的間隙21確實地引導驅動用線9a及引導用線9b，而可使基於驅動用線9a的操作的動作穩定。

又，本實施例的彎曲結構體1安裝於外筒5的兩端，包括將驅動用線9a及引導用線9b分別插通於第一插通孔23的端部構件7a、端部構件7b。

因此，彎曲結構體1可於兩端將驅動用線9a及引導用線9b間定位，而可更確實地引導驅動用線9a及引導用線9b。

又，本實施例的彎曲結構體1包括插通內筒3的第一內線圈部15內的柔性管11，端部構件7a、端部構件7b包括將柔性管11插通至軸心部的第二插通孔25。

因此，於本實施例中，可作為將柔性管11插通內筒3的第一內線圈部15內的路徑而利用。並且，經由柔性管11將內筒3定位於端部構件7a、端部構件7b，且藉由安裝將外筒5定位於端部構件7a、端部構件7b，因此可確實地定位內筒3、外筒5間而順利地進行彎曲動作。並且，可準確地劃分內筒3、外筒5間的間隙21，而更確實地引導驅動用線9a及引導用線9b。

又，於本實施例中，於內筒3的第一內線圈部15、第一外線圈部13與外筒5的第二內線圈部19、第二外線圈部17互相反向捲繞的情形時，可由內筒3及外筒5抵抗不同方向的扭轉，而可提高整體的扭轉剛性。 [實施例2]

圖6為本發明的實施例2的彎曲結構體的省略了端部構件的平面圖。再者，於實施例2中，對與實施例1對應的結構標註相同的符號，省略重複的說明。

於實施例2中，將內筒3及外筒5的中心錯開。除此以外，與實施例1相同。

於本實施例中，藉由將內筒3及外筒5的中心O及O'錯開，錯開方向的一者中間隙21比另一者窄。該錯開方向的一者中的間隙21窄至無法配置驅動用線9a的程度。並且，僅於錯開方向的另一側的間隙21配置有驅動用線9a。

因此，於實施例2中，藉由省略驅動用線9a而可實現小型化（小徑化）。除此以外，實施例2亦可發揮與實施例1同樣的作用效果。

1:彎曲結構體 3:內筒 5:外筒 7a、7b:端部構件 9a:驅動用線（索狀構件） 9b:引導用線（索狀構件） 11:柔性管（柔性構件） 13:第一外線圈部 13a、15a、17a、19a:卷部 13b、15b、17b、19b:間距 15:第一內線圈部 17:第二外線圈部 19:第二內線圈部 21:間隙 23:第一插通孔 25:第二插通孔 27:端部

圖1是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的立體圖。 圖2是以圖1的彎曲結構體的一部分作為截面的立體截面圖。 圖3是圖1的彎曲結構體的省略了端部構件的平面圖。 圖4是表示圖1的彎曲結構體的內筒及外筒的截面圖。 圖5是表示內筒的動作的截面圖。 圖6是本發明的實施例2的彎曲結構體的省略了端部構件的平面圖。

1:彎曲結構體

3:內筒

5:外筒

7a、7b:端部構件

9a:驅動用線(索狀構件)

9b:引導用線(索狀構件)

11:柔性管(柔性構件)

13:第一外線圈部

15:第一內線圈部

17:第二外線圈部

19:第二內線圈部

21:間隙

23:第一插通孔

25:第二插通孔

27:端部

Claims (6)

1. 一種彎曲結構體，包括： 內筒，包括第一內線圈部及第一外線圈部，所述第一內線圈部的對應的卷部嵌合於所述第一外線圈部的鄰接卷部間的間隙中； 外筒，具有間隙地覆蓋至少所述內筒的外周的一部分，包括第二內線圈部及第二外線圈部，所述第二內線圈部的對應的卷部嵌合於所述第二外線圈部的鄰接卷部間的間隙中；以及 索狀構件，沿著軸方向插通所述內筒及所述外筒間的所述間隙而被引導。
2. 如請求項1所述的彎曲結構體，包括： 端部構件，安裝於所述外筒及所述內筒的任一者或兩者的兩端，將所述索狀構件插通於第一插通孔中。
3. 如請求項2所述的彎曲結構體，包括： 柔性構件，插通所述內筒的所述第一內線圈部內，且 所述端部構件包括供所述柔性構件插通的第二插通孔。
4. 如請求項1至請求項3中任一項所述的彎曲結構體，其中 所述索狀構件包括：驅動用索狀構件，用於相對於其中一端部構件而驅動另一端部構件；以及引導用索狀構件，設置於所述驅動用索狀構件的周方向的兩側，對所述驅動用索狀構件的路徑進行限定。
5. 如請求項4所述的彎曲結構體，其中 所述驅動用索狀構件及所述引導用索狀構件的任一者或兩者為通電路徑。
6. 如請求項1至請求項3中任一項所述的彎曲結構體，其中 所述內筒的第一內外線圈部與所述外筒的第二內外線圈部互相反向捲繞。

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