TW202304677A - 彎曲結構體 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能夠達成覆蓋第一構件的外周的第二構件的外徑的小徑化或內徑的大徑化的彎曲結構體。本發明包括：第一構件11，能夠彎曲及伸展；第二構件13，覆蓋該第一構件11的外周且能夠與第一構件11一起彎曲及伸展；凹部23，設置於第二構件13的內周；以及金屬線9，以至少一部分於徑向上進入凹部23中的狀態保持於第一構件11與第二構件13間。

Description

彎曲結構體

本發明是有關於一種實現機器人等的關節功能的彎曲結構體。

機器人、機械臂（manipulator）、或致動器等中有具備能夠彎曲/伸展的關節功能者。作為用於實現此種關節功能的彎曲結構體，例如有專利文獻1中記載者。

專利文獻1的彎曲結構體包括作為第一構件的彈性構件、及覆蓋其外周的作為第二構件的可撓構件。該彎曲結構體與驅動金屬線的拉伸相應地彎曲。

驅動金屬線藉由插通分別設置於構成可撓構件的多個波形墊圈上的插通孔而被引導，向周向的位移受到限制。藉此，彎曲結構體的動作不良得到抑制。

但是，於該結構中，需要在相對於波形墊圈的插通孔的徑向的內外確保規定寬度。因此，於先前的彎曲結構體中，於可撓構件的外徑的小徑化或內徑的大徑化的方面產生極限。

此種問題並不限於具有由波形墊圈構成的可撓構件的彎曲結構體，於藉由插通孔等對驅動金屬線等索狀構件進行引導的彎曲結構體中亦廣泛產生。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2020-172001號公報

[發明所欲解決之課題]

所欲解決之問題點為如下方面：覆蓋第一構件的外周的第二構件的外徑的小徑化或內徑的大徑化產生了極限。 [解決課題之手段]

本發明提供一種彎曲結構體，其包括：第一構件，能夠彎曲及伸展；第二構件，覆蓋所述第一構件的外周且能夠與所述第一構件一起彎曲及伸展；凹部，沿徑向設置於所述第一構件及所述第二構件中的至少其中一者；以及索狀構件，以至少一部分於所述徑向上進入所述凹部中的狀態保持於所述第一構件與所述第二構件間。 [發明的效果]

根據本發明，可達成覆蓋第一構件的外周的第二構件的外徑的小徑化或內徑的大徑化。

出於達成覆蓋第一構件的外周的第二構件的外徑的小徑化或內徑的大徑化的目的，藉由在第一構件及第二構件中的至少其中一者設置供索狀構件的至少一部分進入的凹部來實現。

即，彎曲結構體（1）包括第一構件（11）、第二構件（13）、凹部（23）及索狀構件（9）。第一構件（11）能夠彎曲及伸展。第二構件（13）覆蓋第一構件（11）的外周，且能夠與第一構件（11）一起彎曲及伸展。凹部（23）沿徑向設置於第一構件（11）及第二構件（13）中的至少其中一者。索狀構件（9）以至少一部分於徑向上進入凹部（23）中的狀態保持於第一構件（11）與第二構件（13）間。

可為，第一構件（11）及第二構件（13）中的至少其中一者形成為筒狀，凹部（23）設為設置於形成為筒狀的第一構件（11）及第二構件（13）中的至少其中一者的凹條。

可為，於將凹部（23）設為凹條的情況下，將第二構件（13）設為將多個波形墊圈（19）沿軸向接合而成的筒狀，並將凹部（23）分別設置於沿軸向連續的波形墊圈（19）。

凹部（23）可收容並保持多個索狀構件（9）。於該情況下，凹部（23）內的多個索狀構件（9）可構成為對應凹部（23）的形狀而沿著周向配置。 [實施例1]

[彎曲結構體] 圖1是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的正面圖，圖2是局部地表示彎曲結構體的彎曲部的剖面圖，圖3是表示彎曲結構體的彎曲部的平面圖。

彎曲結構體1被應用於機械臂、機器人、致動器之類的醫療用或產業用等的各種機器的關節功能部。關節功能部是具有作為彎曲/伸展的關節的功能的裝置、機構、設備等。

彎曲/伸展是指相對於軸向的彎曲及伸展。軸向是沿著彎曲結構體1的軸心的方向，但無需進行嚴格闡明，亦包括相對於彎曲結構體1的軸心稍微傾斜的方向。

該彎曲結構體1包括基部3及可動部5、彎曲部7、以及作為索狀構件的金屬線9。

基部3及可動部5分別包括由金屬或樹脂等適宜的材料形成的柱狀體、例如圓柱狀體。再者，基部3及可動部5並不限於柱狀體，只要根據應用彎曲結構體1的機器等採用適宜的形態即可。

可動部5藉由彎曲部7支撐於基部3上，能夠相對於軸向移位。

彎曲部7包括第一構件11及第二構件13。

第一構件11是能夠彎曲及伸展的構件。該第一構件11作為芯材發揮功能，抑制彎曲部7的軸向上的壓縮。

本實施例的第一構件11為筒狀的雙重線圈結構，包括內線圈部15及外線圈部17。該第一構件11能夠彈性地彎曲及伸展，且能夠耐受軸向上的壓縮。

再者，作為第一構件11，例如能夠設為單獨的密接線圈、樹脂製的筒狀體、其他能夠耐受軸向上的壓縮的可撓性的筒狀體等。該第一構件11只要具有用於彎曲/伸展的可撓性，則無需具有彈性。

另外，第一構件11只要可於某種程度上抑制基部3與可動部5間的壓縮，則亦可為如壓縮螺旋彈簧等般能夠進行軸向上的壓縮者。

本實施例的內線圈部15及外線圈部17分別是具有相對於軸向能夠彎曲的彈性的螺旋彈簧。內線圈部15及外線圈部17的材質只要根據應用彎曲結構體1的機器採用金屬或樹脂等適宜的材質即可。內線圈部15及外線圈部17的裸線的剖面形狀呈具有相同線徑的圓形，但亦能夠設為半圓或橢圓等。內線圈部15及外線圈部17的剖面形狀或線徑等亦可相互不同。

內線圈部15具有較外線圈部17小的中心直徑，且螺合於外線圈部17內。藉此，內線圈部15的卷部15a嵌合於外線圈部17中的相鄰的卷部17a間。不僅於第一構件11為直線狀時，而且於彎曲時亦維持該嵌合，能夠抑制彎曲部7的軸向上的壓縮。

再者，內線圈部15及外線圈部17的中心直徑自軸向的一端至另一端為止為固定，但亦能夠於軸向上發生變化。

該雙重線圈結構的第一構件11中，於彎曲時，於彎曲的內側，外線圈部17中的相鄰的卷部17a間的間隙變小，於彎曲的外側，外線圈部17中的相鄰的卷部17a間的間隙變大。

藉此，第一構件11中，外線圈部17於彎曲時的軸心處的長度與直線狀時相比未發生變化。因此，於第一構件11以能夠將推拉索（push/pull cable）等可撓構件沿軸向移動地引導至其內周側的方式使用的情況下，可將可撓構件的路徑長度保持為固定。

第二構件13是覆蓋第一構件11的外周且能夠與第一構件11一起彎曲及伸展的構件。本實施例的第二構件13沿軸向積層多個波形墊圈19而整體上構成為筒狀。該第二構件13能夠藉由波形墊圈19的彈性變形而彎曲。

再者，第二構件13能夠以雙重線圈結構、波紋管、其他筒狀體等構成。另外，第二構件13可為壓縮螺旋彈簧等。

各波形墊圈19形成為環狀。於沿軸向相鄰的波形墊圈19間，其中一個波形墊圈19的山部19a與另一個波形墊圈19的谷部19b抵接。該些抵接的山部19a與谷部19b間藉由焊接或接著等適宜的方法而結合。

於第二構件13的軸向的兩端部，安裝有變形量較波形墊圈19小的多個平墊圈21。基部3與可動部5經由該平墊圈21結合於第二構件13的兩端部上。該結合藉由焊接等適宜的方法進行。再者，平墊圈21亦能夠予以省略。

於該第二構件13沿徑向形成有分別對金屬線9進行引導的多個凹部23。所謂徑向，是指沿著彎曲結構體1的直徑的方向，但亦包括相對於彎曲結構體1的直徑稍微傾斜的方向。

多個凹部23沿周向等間隔地配置於第二構件13的內周。本實施例的凹部23沿周向每隔90度設置一個。但是，凹部23能夠以沿周向每隔60度、每隔120度、每隔180度等設置一個的方式變更數量。另外，多個凹部23間的間隔亦可有偏差，而非等間隔。所謂周向，是指沿著彎曲結構體1的外周的方向。

該些凹部23設置於沿軸向連續的各波形墊圈19上。因此，凹部23使波形墊圈19於徑向上變薄，減小波形墊圈19及第二構件13的剛性。

於本實施例中，於沿軸向連續的所有波形墊圈19及平墊圈21設置有凹部23。但是，亦可僅於一部分波形墊圈19設置凹部23。因此，凹部23能夠設置於第二構件13的軸向的一部分或整體上。再者，於將凹部23設置於第二構件13的軸向的一部分的情況下，只要使不具有凹部23的波形墊圈的內徑較具有凹部23的波形墊圈19的內徑大即可。

於波形墊圈19間對應的凹部23沿軸向相互連通，整體上成為設置於筒狀的第二構件13的內周的沿著軸向的凹條。

但是，於波形墊圈19間對應的凹部23亦可藉由沿周向錯開而整體上設為螺旋狀的凹條等。

各凹部23於第二構件13的波形墊圈19的內周開口，面向第一構件11與第二構件13間。本實施例的凹部23於俯視時包括沿著徑向的內周側的直線部23a及與直線部23a連續的外周側的半圓部23b。

再者，凹部23只要至少一部分於徑向上呈凹形狀即可，無需整體為沿著徑向的凹形狀。因此，凹部23亦可整體上沿著相對於徑向傾斜的方向設置。

另外，凹部23只要設置於第一構件11及第二構件13中的至少其中一者即可，因此凹部23不僅能夠設置於第二構件13的內周，亦能夠設置於第一構件11的外周或第一構件11的外周及第二構件13的內周此兩者。

於在第一構件11的外周及第二構件13的內周此兩者設置凹部的情況下，第一構件11及第二構件13的凹部可於徑向上相向而構成一個凹部，或者第一構件11及第二構件13的凹部亦可於周向上錯開而分別構成一個凹部。

金屬線9的前端部安裝於可動部5，通過彎曲部7，基端部與未圖示的操作機構等連接。藉由沿軸向拉拽該金屬線9而對可動部5進行驅動，從而使彎曲結構體1彎曲。

本實施例的金屬線9設置有多根，藉由拉拽一根或多根，能夠使彎曲部7相對於俯視時360°的全方位彎曲。再者，對可動部5進行驅動的金屬線9的數量能夠根據彎曲結構體1被要求的彎曲動作而適宜設定。

該金屬線9於彎曲部7中被凹部23引導，使得周向上的位移受到限制。即，金屬線9以至少一部分於徑向上進入凹部23中的狀態保持於第一構件11與第二構件13間。

藉由如此由面向第一構件11與第二構件13間的凹部23對金屬線9進行引導，與先前的插通孔的情況相比，可使第二構件13的外徑保持原樣而增大內徑，或者能夠使第二構件13的內徑保持原樣而減小外徑。

本實施例的金屬線9的剖面形狀為圓形，該圓形的全部進入凹部23內。第一構件11與第二構件13間的徑向上的間隙S形成得較金屬線9的直徑小，從而使進入凹部23內的金屬線9於周向上的位移得到抑制。

再者，金屬線9為了抑制周向上的位移而只要於徑向上稍微進入凹部23中即可。因此，凹部23只要具有與金屬線9的進入量相應的適宜的形狀即可。另外，若可藉由凹部23抑制周向上的位移，則金屬線9的剖面形狀亦能夠設為橢圓形或矩形等。

金屬線9較佳為具有不妨礙彎曲結構體1的彎曲及伸展的程度的柔軟性。金屬線9亦能夠藉由設為施加了絕緣塗層的金屬製而構成通電路徑。作為索狀構件，並不限於金屬線9，亦能夠設為絞線、單線、鋼琴線、多關節桿、鏈、系帶、紗、繩等。

[動作等] 本實施例的彎曲結構體1中，可由操作者拉拽任意一根或多根金屬線9以使可動部5指向所期望的方向。

此時，金屬線9以一部分進入凹部23中的狀態保持於第一構件11與第二構件13間，因此周向上的位移受到限制。結果，金屬線9被拉拽至適當的位置，從而抑制彎曲結構體1的動作不良並使動作穩定。

於金屬線9被拉拽而彎曲結構體1彎曲時，第一構件11的中心部的長度未發生變化，因此於內部插通金屬線9的構件的路徑長度及彎曲結構體1的動作更穩定。

另外，於彎曲前後，於第一構件11的外線圈部17中的相鄰的卷部17a間持續嵌合內線圈部15中的對應的卷部15a，藉此彎曲結構體1的軸向上的壓縮得到抑制，且於內部插通金屬線的構件的路徑長度及彎曲結構體1的動作更穩定。

第二構件13藉由波形墊圈19彈性變形而與第一構件11一起彎曲。此時，由於第二構件13的各波形墊圈19的剛性因凹部23而變小，因此可以更小的力使彎曲結構體彎曲。

[實施例1的效果] 如以上所說明般，本實施例的彎曲結構體1包括：第一構件11，能夠彎曲及伸展；第二構件13，覆蓋該第一構件11的外周且能夠與第一構件11一起彎曲及伸展；凹部23，設置於第二構件13的內周；以及金屬線9，以至少一部分於徑向上進入凹部23中的狀態保持於第一構件11與第二構件13間。

因此，於彎曲結構體1中，藉由由凹部23對金屬線9進行引導，而動作穩定。而且，與先前的藉由插通孔進行引導的情況相比，彎曲結構體1可達成覆蓋第一構件11的外周的第二構件13的外徑的小徑化或內徑的大徑化。

另外，於彎曲結構體1中，可藉由凹部23減小第二構件13的剛性，從而可以更小的力使彎曲結構體彎曲。

由於凹部23為設置於形成為筒狀的第二構件13的內周的凹條，因此可確實地對金屬線9進行引導。

第二構件13是將多個波形墊圈19沿軸向積層而成的筒狀，凹部23設置於沿軸向連續的波形墊圈19。

因此，於本實施例中，可藉由衝壓等於波形墊圈19容易地形成凹部23，藉由積層具有凹部23的波形墊圈19，可於第二構件13的軸向上的所期望的位置容易地形成作為凹條的凹部23。 [實施例2]

圖4是表示本發明的實施例2的彎曲結構體的平面圖。再者，於實施例2中，對與實施例1對應的結構標註相同符號而省略重覆的說明。

於本實施例中，將凹部23設置於第一構件11。因此，第二構件是藉由積層無凹部23的環狀的波形墊圈19而構成。其他與實施例1相同。

第一構件11是筒狀的可撓構件，於外周包括多個凹部23。凹部23是按照第一構件11的剖面形狀而設定。本實施例的凹部23由第一構件11的凹曲面形成。於第一構件11與凹部23鄰接地設置有包括凸曲面的凸部25。凸部25與第二構件13的內周之間成為較金屬線9的直徑小的間隙S。

於該實施例2中，亦可以起到與實施例1同樣的作用效果。另外，於實施例中，由於在第一構件11設置有凹部23，因此可自由地設定第二構件13的徑向上的寬度，從而可達成第二構件13的外徑的小徑化或內徑的大徑化。 [實施例3]

圖5是表示本發明的實施例3的彎曲結構體的平面圖。再者，於實施例3中，對與實施例1對應的結構標註相同符號而省略重覆的說明。

於本實施例中，將凹部23設置於第二構件13，於該凹部23中收容並保持多個金屬線9。其他與實施例1相同。

各凹部23具有扇形的凹形狀，多根金屬線9按照該凹部23的形狀而沿著周向配置。

本實施例的凹部23收容沿著周向配置的兩根金屬線9，使該些金屬線9的徑向的一部分、於本實施例中為徑向的一半左右進入。

各凹部23內的多根金屬線9為對可動部5進行操作的多根操作用的金屬線的組合、或者操作用的金屬線9與所述引導用的金屬線或通電路徑用的金屬線等的組合。

於該實施例3中，相對於實施例1而增大了凹部23，可藉由多根金屬線9提高彎曲結構體1的功能。此外，實施例3亦可起到與實施例1相同的作用效果。

1:彎曲結構體 3:基部 5:可動部 7:彎曲部 9:金屬線（索狀構件） 11:第一構件 13:第二構件 15:內線圈部 15a:卷部 17:外線圈部 17a:卷部 19:波形墊圈 19a:山部 19b:谷部 21:平墊圈 23:凹部 23a:直線部 23b:半圓部 25:凸部 S:間隙

圖1是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的正面圖。 圖2是局部地表示圖1的彎曲結構體的彎曲部的剖面圖。 圖3是表示圖1的彎曲結構體的彎曲部的平面圖。 圖4是表示本發明的實施例2的彎曲結構體的彎曲部的平面圖。 圖5是表示本發明的實施例3的彎曲結構體的彎曲部的平面圖。

7:彎曲部

9:金屬線(索狀構件)

11:第一構件

13:第二構件

19:波形墊圈

23:凹部

23a:直線部

23b:半圓部

S:間隙

Claims (7)

1. 一種彎曲結構體，包括： 第一構件，能夠彎曲及伸展； 第二構件，覆蓋所述第一構件的外周且能夠與所述第一構件一起彎曲及伸展； 凹部，沿徑向設置於所述第一構件及所述第二構件中的至少其中一者；以及 索狀構件，以至少一部分於所述徑向上進入所述凹部中的狀態保持於所述第一構件與所述第二構件間。
2. 如請求項1所述的彎曲結構體，其中 所述第一構件及所述第二構件中的至少其中一者形成為筒狀， 所述凹部是設置於形成為筒狀的所述第一構件及所述第二構件中的至少其中一者的凹條。
3. 如請求項1或請求項2所述的彎曲結構體，其中 所述第二構件是將多個波形墊圈沿軸向積層而成的筒狀， 所述凹部設置於沿所述軸向連續的波形墊圈。
4. 如請求項3所述的彎曲結構體，其中 所述凹部收容並保持多個索狀構件。
5. 如請求項4所述的彎曲結構體，其中 所述凹部內的所述多個索狀構件是對應所述凹部的形狀而沿著所述周向配置。
6. 如請求項1或請求項2所述的彎曲結構體，其中 所述凹部收容並保持多個索狀構件。
7. 如請求項6所述的彎曲結構體，其中 所述凹部內的所述多個索狀構件是對應所述凹部的形狀而沿著所述周向配置。

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