JP7373613B2 - 屈曲構造体及びこれを用いた関節機能部 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット等の関節機能部に供される屈曲構造体及びこれを用いた関節機能部に関する。

各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部を有するものがある。このような関節機能部に適用される屈曲構造体としては、例えば、特許文献１に記載の可撓性部材がある。

この特許文献１の可撓性部材は、複数のディスク要素を相互に揺動自在に係合して構成され、各ディスク要素の揺動により全体として屈曲動作を行うようになっている。

かかる構成の可撓性部材は、屈曲動作を円滑に行うことができると共に軸方向の圧縮に対する剛性を確保でき、屈曲動作の安定化を図ることができる。

しかし、特許文献１の可撓性部材は、複数のディスク要素を相互に係合するため、構造が煩雑であるという問題があった。

特表２００９－５３８１８６号公報

解決しようとする問題点は、屈曲動作の安定化を図ると、構造が煩雑になる点である。

本発明は 軸方向に対して屈曲可能な屈曲構造体であって、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合し、前記内コイル部が前記外コイル部の軸心に対して径方向に移動することを（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となるように規制し、前記屈曲の外側で大きくなった前記外コイル部の前記隙間を介した前記内コイル部の相対的な乗り越えによる脱落を防止する規制部材を有する、ことを特徴とする屈曲構造体の最も主な特徴とする。

また、本発明は、上記屈曲構造体を適用した関節機能部であって、基部及び該基部に対して変位する可動部と、前記軸方向における前記基部及び前記可動部間に介設され前記軸方向に伸縮可能な可撓チューブと、を備え、前記屈曲構造体は、前記軸方向における前記基部と可動部との間に設けられ、前記基部に対する前記可動部の変位に応じて屈曲し、前記基部及び前記可動部は、前記屈曲構造体の両端をそれぞれ前記軸方向に挿通して取り付けられた挿通孔を有し、前記可撓チューブは、両端が前記基部及び前記可動部にそれぞれ径方向の外側から被せられたことを関節機能部の最も主な特徴とする。

本発明によれば、屈曲構造体が内コイル部を外コイル部内に位置させて構成されているため、構造を簡素化することができる。

また、内コイル部の巻部が外コイル部の隣接する巻部に接触しつつそれら隣接する巻部間に嵌合しているので、軸方向の剛性を確保することができる。

また、屈曲時には、屈曲の内側で外コイル部の隙間を小さくしつつ屈曲の外側に内コイル部を変位させ、屈曲の外側で外コイル部の隙間を大きくして内コイル部の変位を許容することで、軸方向の剛性を確保しても十分な可撓性を確保することができる。また、内コイル部が外コイル部から脱落することを防止できる。

結果として、本発明では、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化することが可能となる。

しかも、本発明では、屈曲の内側で外コイル部の隙間が小さくなり、屈曲の外側で外コイル部の隙間が大きくなるので、外コイル部の軸心における長さが直状時と比較して変化せず、内周側に可撓部材を軸方向で移動可能にガイドするように用いる場合、可撓部材の移動量を確実に一定に保つことができる。

屈曲構造体を示す断面図である（実施例１）。 図１の屈曲構造体の一部を示す拡大図である（実施例１）。 図１の屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図である（実施例１）。 図３の屈曲構造体の一部を示す拡大図である（実施例１）。 内コイル部の外コイル部からの脱落を示す概略断面図であり、（Ａ）は脱落前、（Ｂ）は脱落後の状態である（実施例１）。 （Ａ）は比較例に係る屈曲構造体を示す断面図、（Ｂ）は比較例に係る屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図である（実施例１）。 屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（実施例２）。 屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（実施例３）。 屈曲構造体を示す断面図である（実施例４）。 屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（実施例５）。 ロボット鉗子の一部を示す斜視図である（実施例６）。 図１１のロボット鉗子の断面図である（実施例６）。 図１１のロボット鉗子の屈曲部を示す斜視図である（実施例６）。 図１３の屈曲部の断面図である（実施例６）。

屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化するという目的を、外コイル部内に内コイル部を位置させた二重コイル形状の屈曲構造体により実現した。

すなわち、屈曲構造体は、軸方向に対して屈曲可能な屈曲構造体であって、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなり、外コイル部内に位置する内コイル部とを備える。

外コイル部は、軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、内コイル部は、巻部が外コイル部の隙間に対応して設けられ、外コイル部の隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する。

外コイル部は、軸方向で隣接する巻部の各間に隙間を有してもよいが、軸方向の一部にのみ隙間を有する構成とすることも可能である。

内コイル部が外コイル部の軸心に対して径方向に移動可能な可動長さは、（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下としてもよい。

この場合、可動長さが（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となるように、内コイル部の移動を規制する規制部材を有する構成としてもよい。具体的には、内コイル部が外コイル部の軸心に対して径方向に移動することを（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となるように規制し、屈曲の外側で大きくなった外コイル部の隙間を介した内コイル部の相対的な乗り越えによる脱落を防止する規制部材を有してもよい。

規制部材を可撓部材とし、屈曲構造体を可撓部材を軸方向に移動可能に挿通して可撓部材と共に屈曲可能である構成としてもよい。

また、内コイル部と外コイル部とは、別体又は一体に構成することが可能である。内コイル部と外コイル部とを別体に形成する場合は、内コイル部が外コイル部内に螺合された構成としてもよい。

可撓部材の屈曲構造体を適用した関節機能部は、基部及び該基部に対して変位する可動部を備えた構成としてもよい。この場合、屈曲構造体は、基部と可動部との間に設けられ、基部に対する可動部の変位に応じて屈曲する。

また、関節機能部は、基部及び可動部間に介設された軸方向に伸縮可能な可撓チューブを備えてもよい。基部及び可動部は、屈曲構造体の両端をそれぞれ軸方向に挿通して取り付けられた挿通孔を有し、可撓チューブは、両端が基部及び可動部にそれぞれ径方向の外側から被せられる。この場合、屈曲構造体は、可撓チューブの軸心部に沿って軸方向に配置される。

［屈曲構造体の構造］
図１は、本発明の実施例１に係る可撓部材の屈曲構造体を示す断面図、図２は、同一部を示す拡大図である。

屈曲構造体１は、例えば各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部に適用されるものである。この屈曲構造体１は、関節機能部の基部及び可動部間に設けられ、屈曲により基部に対して可動部を変位可能に支持する。

本実施例の屈曲構造体１は、二重コイル形状であり、外コイル部５と、内コイル部７とを備えている。この二重コイル形状により、本実施例の屈曲構造体１は、軸方向に対して屈曲可能であって、外力により屈曲する際に屈曲の内径側が収縮しかつ屈曲の外径側が伸長することにより、軸方向中心軸又は軸心Ｏの長さが屈曲前後及び屈曲中においてほぼ一定であり、非屈曲の際に軸方向への圧縮を規制する構成となっている。かかる本実施例の屈曲構造体１は、規制部材としての可撓部材３も備えている。

可撓部材３は、屈曲構造体１を軸方向に移動可能に挿通し、詳細は後述するが、内外コイル部５，７の径方向へのずれを規制するものである。本実施例の可撓部材３は、例えば、プッシュプルケーブル等を利用して構成されている。これに応じて、屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向へガイドする機能も有し、関節機能部の屈曲動作に応じて可撓部材３と共に屈曲可能となっている。

なお、屈曲とは、関節機能部又は屈曲構造体１の軸心Ｏを湾曲又は屈曲させることを意味する。また、可撓部材３は、省略することも可能である。

外コイル部５は、コイルばねであり、コイル状に巻かれた線材５ａからなる。従って、外コイル部５は、軸方向に複数の巻部５ｂを有する。なお、巻部５ｂは、コイル形状を構成する一巻きを意味する（以下、同じ。）。

線材５ａの材質は、金属や樹脂等とすることが可能である。線材５ａの断面は、円形に形成されているが、楕円等としてもよい。

外コイル部５の中心径Ｄ１は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、外コイル部５の中心径Ｄ１は、軸方向で変化させることも可能である。

外コイル部５は、軸方向で隣接する巻部５ｂ間を軸方向で離間させた複数の隙間５ｃを有している。本実施例の隙間５ｃは、軸方向で隣接する巻部５ｂの各間に形成され、全ての隙間５ｃは、同一の軸方向の寸法を有している。ただし、隙間５ｃは、軸方向で一部の巻部５ｂ間にのみ設けることも可能である。また、隙間５ｃの軸方向の寸法を変化させることも可能である。

内コイル部７は、コイルばねであり、軸方向に複数の巻部７ｂを有するコイル状に巻かれた線材７ａからなる。内コイル部７は、外コイル部と同様、線材７ａの材質を金属や樹脂とすることが可能であり、線材７ａの断面が円形であるが、楕円等とすることも可能である。

この内コイル部７は、外コイル部５の内側に位置し、内周に可撓部材３を挿通するための挿通部９が区画されている。本実施例の内コイル部７は、外コイル部５内に螺合されている。この螺合により、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂの各間に位置している。従って、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられた構成となっている。

また、内コイル部７の巻部７ｂは、中心径Ｄ２及び線材７ａの線径ｄ２の設定により、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ当該巻部５ｂ間に嵌合している。

なお、内コイル部７の中心径Ｄ２は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、内コイル部７の中心径Ｄ２は、外コイル部５の中心径Ｄ１に応じて、軸方向で変化させること等も可能である。

また、線材７ａの線径ｄ２は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１と同一になっている。ただし、線材７ａの線径ｄ２は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１よりも大きく又は小さく形成してもよい。

内コイル部７は、隣接する巻部７ｂ間を軸方向で離間させた複数の隙間７ｃを有している。隙間７ｃは、外コイル部５との螺合に応じ、隣接する巻部７ｂの各間に形成され、全ての隙間７ｃは、同一の軸方向の寸法を有している。

なお、外コイル部５及び内コイル部７は、外コイル部５内に内コイル部７が位置していない自由状態で、隣接する巻部５ｂ，７ｂの各間に隙間５ｃ，７ｃを有する構成の他、自由状態で隣接する巻部５ｂ，７ｂが密着した構成（密着ばね）とすることも可能である。さらに、外コイル部５及び内コイル部７の一方のみを密着ばねとすることも可能である。

外コイル部５及び内コイル部７が自由状態で密着ばねである場合は、内コイル部７と外コイル部５とを螺合することにより相互に巻部５ｂ，７ｂ間を離間させ、外コイル部５の隙間５ｃ及び内コイル部７の隙間７ｃが形成される。この場合、二重コイル形状の屈曲構造体１に初張力を付与することが可能である。

［屈曲構造体の動作］
図３は、図１の屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図、図４は、同一部を示す拡大図である。

屈曲構造体１は、図１及び図２のように、軸心Ｏ（外コイル部５の軸心でもある）が屈曲していない直状時に、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつそれら隣接する巻部５ｂ間に嵌合している。

このため、屈曲構造体１は、軸方向での圧縮力が作用しても、外コイル部５の隙間５ｃが圧縮されることを内コイル部７の巻部７ｂが規制し、全体としての圧縮が抑制される。なお、内コイル部７を基準にすると、内コイル部７の隙間７ｃが圧縮されるのを外コイル部５の巻部５ｂが規制することになる。

従って、屈曲構造体１は、自身の圧縮ひいては適用される関節機能部の圧縮を抑制することができる。この結果、可撓部材３の軸方向への移動をガイドする際に、軸心Ｏの長さ並びに軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量を一定に保つことができ、可撓部材３の動作の安定性を確保することもできる。

図３及び図４のように、屈曲構造体１の軸心Ｏが屈曲すると、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間５ｃが大きくなる。

このとき、屈曲構造体１は、内コイル部７が径方向の外側に変位することにより屈曲を円滑に行うことができる。

すなわち、内コイル部７の各巻部７ｂは、屈曲構造体１の屈曲の内側で、外コイル部５の隙間５ｃが小さくなることにより径方向の内側に押し込められる。これに応じ、内コイル部７は、全体として径方向の外側に変位するが、この変位は、内コイル部７の各巻部７ｂが外コイル部５の大きくなった隙間５ｃに入り込むようにして許容される。

従って、屈曲構造体１は、軸方向の圧縮を規制することができる構成でありながら、可撓性が阻害されることはない。結果として、屈曲構造体１は、屈曲動作の安定化が図られる。

また、屈曲構造体１が屈曲する際は、上記のように、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間が大きくなるので、軸心Ｏ上で隙間５ｃの大きさが直状時と比較して変化しないことになる。

従って、屈曲構造体１は、直状時だけでなく屈曲時にも、軸心Ｏの長さ及び屈曲構造体１の軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量を一定に保つことができ、可撓部材３の動作の安定性を確保することができる。

また、本実施例の屈曲構造体１は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で外コイル部５の隣接する巻部５ｂが接触する（図４参照）。

従って、屈曲構造体１では、巻部５ｂが接触したときから、軸心Ｏ上の長さが大きくなり始める。このため、可撓部材３の移動量の変化により、関節機能部の操作者に所定角度以上に屈曲したことを通知することができる。

かかる屈曲構造体１の屈曲動作時には、可撓部材３により内コイル部７の外コイル部５からの脱落が防止される。

すなわち、上記のように、屈曲構造体１の屈曲時には、内コイル部７の各巻部７ｂが外コイル部５の大きくなった隙間５ｃに入り込むようにして、内コイル部７が全体として径方向の外側に変位する。

この変位（内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さ）は、（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となっている。なお、ここでの直径は、外コイル部５及び内コイル部７の中心径Ｄ１及びＤ２を意味する。ただし、直径は、外コイル部５及び内コイル部７の外径又は内径であってもよい。

図５は、内コイル部７の外コイル部５からの脱落を示す概略断面図であり、（Ａ）は脱落前、（Ｂ）は脱落後の状態である。

図５のように、直状時に内コイル部７の径方向への移動量Ｌが（外コイル部５の直径－内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１－Ｄ２）／２を超えると、内コイル部７が外コイル部５を乗り越えて脱落する状態となる。なお、図５において、移動量Ｌは、内コイル部７の軸心と外コイル部５の軸心とのズレ量として示している。

屈曲構造体１の屈曲時においても、内コイル部７の径方向への移動量Ｌが（外コイル部５の直径－内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１－Ｄ２）／２を超えると、直状に戻った際に図５のように脱落が生じてしまう結果になるため、本実施例では、内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さが、（外コイル部５の直径－内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１－Ｄ２）／２以下となっている。

この可動長さは、本実施例において、可撓部材３が屈曲構造体１を挿通することで設定されている。こうして、本実施例では、可撓部材３により内コイル部７の外コイル部５からの脱落が防止される。ただし、可動長さは、屈曲構造体１が可撓部材３を挿通しない場合や可撓部材３の径が上記可動長さを設定できない程度に細い場合、外コイル部５及び内コイル部７の線径ｄ１及びｄ２の何れか一方又は双方の設定により設定することも可能である。

［比較例の移動量］
図６（Ａ）は、比較例に係る屈曲構造体を示す断面図、図６（Ｂ）は、同屈曲時を示す断面図である。

比較例に係る屈曲構造体１Ａは、密着ばねのみからなっており、屈曲が可能であると共に圧縮が規制されるようになっている。

この屈曲構造体１Ａでは、屈曲時に、屈曲の内側で巻部１Ａａが接触した状態を維持し、屈曲の外側で巻部１Ａａ間に隙間が形成される。

この結果、屈曲時には、屈曲構造体１Ａの屈曲内外の中央部でも巻部１Ａａ間に隙間１Ａｂが形成される。その隙間１Ａｂの分だけ、屈曲構造体１Ａの軸心Ｏの長さ及び軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量が大きくなる。

このため、比較例では、可撓部材３をガイドする際に、実施例１のように、可撓部材３の動作の安定性を確保することはできないものとなっている。

［実施例１の効果］
以上説明したように、本実施例の屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向に移動可能に挿通して、可撓部材３と共に屈曲可能な屈曲構造体であって、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部５ｂを有する線材５ａからなる外コイル部５と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部７ｂを有する線材７ａからなり、外コイル部５内に位置する内コイル部７とを備える。

外コイル部５は、隣接する巻部５ｂ間を離間させた複数の隙間５ｃを有し、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられ、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ、それら隣接する巻部５ｂ間に嵌合する。

従って、屈曲構造体１は、屈曲構造体が内コイル部を外コイル部内に位置させて構成されているため、構造を簡素化することができる。

また、屈曲構造体１は、軸方向での圧縮力が作用しても、外コイル部５の隙間５ｃが圧縮されることを内コイル部７の巻部７ｂが規制し、全体として圧縮が抑制される。このため、屈曲構造体１は、関節機能部を圧縮させない程度の軸方向の剛性を確保することができる。

また、屈曲時には、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃを小さくしつつ屈曲の外側に内コイル部７を変位させ、屈曲の外側で外コイル部５の隙間を大きくして内コイル部７の変位を許容することで、軸方向の剛性を確保しても関節機能部と共に屈曲するための十分な可撓性を確保することができる。

結果として、屈曲構造体１は、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化することが可能となるため、ロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部を有する機器の動作の安定性を確保することが可能となる。

しかも、本実施例の屈曲構造体１は、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間５ｃが大きくなるので、外コイル部５の軸心Ｏにおける長さが直状時と比較して変化せず、可撓部材３の移動量を確実に一定に保つことができる。

このため、可撓部材３の動作の安定性を確保することができ、ひいては関節機能部を有する機器の動作の安定性を、より確保することが可能となる。

また、本実施例では、内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さ（変位量）が（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となっているので、内コイル部７が外コイル部５から脱落することを防止できる。

また、本実施例では、規制部材としての可撓部材３により、可動長さが（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となるように、内コイル部７の移動を規制するため、内コイル部７及び外コイル部５の形状を変更することなく、容易に内コイル部７の脱落を防止できる。

屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向に移動可能に挿通して、可撓部材３と共に屈曲可能であるため、可撓部材３をガイドする態様において、可撓部材３を利用して内コイル部７の脱落を防止できる。

本実施例では、外コイル部５が軸方向で隣接する巻部５ｂの各間に隙間５ｃを有したため、屈曲構造体１を円滑に屈曲させることができる。

本実施例では、内コイル部７と外コイル部５とが別体に形成され、内コイル部７が外コイル部５内に螺合されたため、組み付けが容易である。また、内コイル部７及び外コイル部５の何れか一方又は双方の特性を変更することにより、屈曲構造体１の特性を容易に変更することができる。

また、本実施例の屈曲構造体１は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で外コイル部５の隣接する巻部５ｂが接触するので、可撓部材３の移動量の変化により、関節機能の操作者に所定角度以上に屈曲したことを通知することができる。

図７は、実施例２に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、実施例２では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

実施例２の屈曲構造体１は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１と内コイル部７の線材７ａの線径ｄ２とを異ならせたものである。実施例２では、外コイル部５の線径ｄ１を内コイル部７の線径ｄ２よりも大きくしている。なお、外コイル部５の線径ｄ１を内コイル部７の線径ｄ２よりも小さくすることも可能である。

このように、屈曲構造体１は、外コイル部５の線径ｄ１と内コイル部７の線径ｄ２とを異ならせても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、線径ｄ２と線径ｄ１とを異ならせることにより、屈曲構造体１の自由長や特性を調整することができる。

図８は、実施例３に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、実施例３では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

実施例３の屈曲構造体１は、外コイル部５の軸方向の一部において、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつそれら隣接する巻部５ｂ間に嵌合する。

すなわち、内コイル部７は、軸方向で漸次中心径Ｄ２（図１参照）が小さくなるように形成されている。これに応じて、内コイル部７は、上記のように、軸方向の一部でのみ外コイル部５の隣接する巻部５ｂ間に嵌合している。

なお、本実施例では、内コイル部７及び外コイル部５がそれぞれ密着コイルであり、内コイル部７の中心径Ｄ２が小さくなるにつれて、外コイル部５の隙間５ｃが小さくなっている。

このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。加えて、本実施例では、外コイル部５の軸方向の一部でのみ内コイル部７の巻部７ｂを外コイル部５の隣接する巻部５ｂ間に嵌合させることにより、屈曲構造体１の自由長や特性を調整することができる。

図９は、実施例４に係る屈曲構造体を示す断面図である。なお、実施例４では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

実施例４の屈曲構造体１は、軸方向の一部に漸次拡径する拡径部１１を設けたものである。本実施例では、屈曲構造体１の軸方向の一端に拡径部１１を設けている。ただし、拡径部１１は、屈曲構造体１の軸方向の中間部や他端に設けることも可能である。

拡径部１１では、外コイル部５及び内コイル部７の中心径Ｄ１及びＤ２が共に漸次拡大し、且つ内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ巻部５ｂ間に嵌合する状態を維持している。

このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、拡径部１１により屈曲構造体１の特性を調整することができる。

図１０は、実施例５に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、実施例５では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

実施例５の屈曲構造体１は、外コイル部５及び内コイル部７をそれぞれ二つのコイル部で構成したものである。具体的には、外コイル部５が第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５で構成され、内コイル部７が第一内コイル部１７及び第二内コイル部１９で構成されている。

第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５は、軸方向で交互に巻部１３ａ，１５ａが位置し、第一内コイル部１７及び第二内コイル部１９も、軸方向で交互に巻部１７ａ，１９ａが位置する。

すなわち、外コイル部５は、第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５の巻部１３ａ，１５ａが軸方向で隣接し、それら隣接する巻部１３ａ，１５ａ間に隙間５ｃが形成されている。

内コイル部７の第一内コイル部１７の巻部１７ａ及び第二内コイル部１９の巻部１９ａは、それぞれ第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５の巻部１３ａ，１５ａに接触しつつそれら巻部１３ａ，１５ａ間に嵌合している。

このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を奏することができ、且つ屈曲構造体１の特性や自由長を調整することができる。

なお、外コイル部５及び内コイル部７を構成するコイル部の数は変更することが可能である。また、外コイル部５及び内コイル部７の一方のみを複数のコイル部で構成することも可能である。

図１１は、本発明の実施例６に係り、屈曲構造体を適用したロボット鉗子の一部を示す斜視図、図１２は、同断面図、図１３は、図１１のロボット鉗子の関節機能部を示す斜視図、図１４は、同断面図である。なお、実施例６では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例のロボット鉗子２１は、医療用マニピュレーターである手術ロボットのロボットアーム先端を構成するものである。

なお、ロボット鉗子２１は、関節機能部を有する機器の一例である。関節機能部を有する機器は、上記のとおり医療用マニピュレーターに限られるものではない。すなわち、関節機能部を有する機器としては、屈曲動作を行う関節機能部を有し、且つ可撓部材３を軸方向に移動させて動作等を行うものであれば、他の分野のロボット、各種のマニピュレーター、或はアクチュエータ等、特に限定されるものではない。また、医療用マニピュレーターの場合は、手術ロボットに取り付けない内視鏡カメラや手動鉗子等も含まれる。

本実施例のロボット鉗子２１は、シャフト２３、関節機能部２５、外科手術用のエンドエフェクタとしての把持ユニット２７によって構成されている。

シャフト２３は、例えば円筒形状に形成されている。シャフト２３内には、関節機能部２５を駆動するための駆動ワイヤ２９や把持ユニット２７を駆動するためのプッシュプルケーブルからなる可撓部材３が通っている。シャフト２３の先端側には、関節機能部２５を介して把持ユニット２７が設けられている。

関節機能部２５は、基部３１と、可動部３３と、可撓チューブ３５と、屈曲構造体１とを備えている。

基部３１は、樹脂や金属等によって形成された円柱体であり、シャフト２３の先端に取り付けられている。基部３１には、貫通孔３１ａにより駆動ワイヤ２９が軸方向に挿通し、軸心部の挿通孔３１ｂにより可撓部材３を挿通している。

可動部３３は、樹脂や金属等によって形成された円柱体であり、後述する把持ユニット２７に取り付けられている。可動部３３には、駆動ワイヤ２９の先端部が固定されている。このため、可動部３３は、駆動ワイヤ２９の操作により、基部３１に対して変位し、把持ユニット２７を所望の方向に指向させる。可動部３３の軸心部には、挿通孔３３ｂが設けられ、可撓部材３を挿通している。

可撓チューブ３５は、基部３１と可動部３３との間に介設され、基部３１に対する可動部３３の変位に応じて屈曲する。可撓チューブ３５は、駆動ワイヤ２９及び可撓部材３を軸方向に通している。

本実施例の可撓チューブ３５は、断面波形状の管体からなるベローズによって構成されている。ただし、可撓チューブ３５は、コイルばね、筒体等を用いることも可能であり、可撓性を有するチューブ状を呈していれば、特に限定されるものではない。

屈曲構造体１は、実施例１と同一構成である。この屈曲構造体１は、可撓チューブ３５の軸心部に沿って配置され、基部３１と可動部３３との間に設けられている。なお、関節機能部２５には、実施例２～５の何れかの屈曲構造体１を適用することも可能である。

屈曲構造体１は、挿通部９に可撓部材３を挿通した状態で、両端が基部３１及び可動部３３の挿通孔３１ｂ及び３３ｂにそれぞれ取り付けられている。これにより、屈曲構造体１は、基部３１に対して可動部３３を軸方向移動不能に支持し、基部３１に対する可動部３３の変位に応じて可撓部材３と共に屈曲するようになっている。

把持ユニット２７は、関節機能部２５の可動部３３に対し、一対の把持部３７が開閉可能に軸支されている。この把持ユニット２７は、関節機能部２５を貫通した可撓部材３が接続され、可撓部材３の軸方向移動（進退動作）により、把持部３７が開閉するように構成されている。なお、エンドエフェクタとしては、把持ユニット２７に限られず、例えば、鋏、把持レトラクタ、及び針ドライバ等とすることも可能である。

かかる構成のロボット鉗子２１では、医師等の操作者が可撓部材３を進退させることにより把持ユニット２７の把持部３７に開閉動作を行わせることができる。

また、操作者が何れか一つ或は複数の駆動ワイヤ２９を引くことにより、関節機能部２５が屈曲してシャフト２３に対して把持ユニット２７を所望の方向に指向させることができる。この状態で、可撓部材３を進退させれば、把持ユニット２７の把持部３７に開閉動作を行わせることができる。

かかる開閉動作は、実施例１で説明したように、可撓部材３の移動量が一定であるため、安定して正確に行わせることができる。

その他、本実施例では、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

１屈曲構造体 ３可撓部材 ５外コイル部 ５ａ，７ａ線材 ５ｂ，７ｂ巻部 ５ｃ隙間 ７内コイル部 ２５関節機能部 ２７把持ユニット ３１基部 ３３可動部 ３５可撓チューブ

Claims (11)

1. 軸方向に対して屈曲可能な屈曲構造体であって、
   コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、
   コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、
   前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、
   前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合し、
   前記内コイル部が前記外コイル部の軸心に対して径方向に移動することを（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となるように規制し、前記屈曲の外側で大きくなった前記外コイル部の前記隙間を介した前記内コイル部の相対的な乗り越えによる脱落を防止する規制部材を有する、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
2. 請求項１記載の屈曲構造体であって、
   前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部の各間に前記隙間を有した、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
3. 請求項１又は２に記載の屈曲構造体であって、
   前記規制部材は可撓部材である、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
4. 請求項３に記載の屈曲構造体であって、
   前記可撓部材を前記軸方向に移動可能に挿通して前記可撓部材と共に屈曲可能である、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
5. 請求項３又は４記載の屈曲構造体であって、
   前記内コイル部は、内周により前記可撓部材を挿通する挿通部を区画する、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
6. 請求項１～５の何れか一項に記載の屈曲構造体であって、
   前記内コイル部と前記外コイル部とが別体に形成され、前記内コイル部が前記外コイル部内に螺合された、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
7. 請求項１～６の何れか一項に記載の屈曲構造体であって、
   前記外コイル部は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で隣接する巻部が接触する、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
8. 請求項１～７の何れか一項に記載の屈曲構造体を適用した関節機能部であって、
   基部及び該基部に対して変位する可動部と、
   前記軸方向における前記基部及び前記可動部間に介設され前記軸方向に伸縮可能な可撓チューブと、を備え、
   前記屈曲構造体は、前記軸方向における前記基部と前記可動部との間に設けられ、前記基部に対する前記可動部の変位に応じて屈曲し、
   前記基部及び前記可動部は、前記屈曲構造体の両端をそれぞれ前記軸方向に挿通して取り付けられた挿通孔を有し、
   前記可撓チューブは、両端が前記基部及び前記可動部にそれぞれ径方向の外側から被せられた、
   ことを特徴とする関節機能部。
9. 請求項８記載の関節機能部であって、
   前記軸方向における前記基部及び前記可動部間において、前記径方向における前記可撓チューブと前記屈曲構造体との間に隙間を有する、
   ことを特徴とする関節機能部。
10. 請求項８又は９記載の関節機能部であって、
    前記屈曲構造体は、前記可撓チューブの軸心部に沿って前記軸方向に配置された、
    ことを特徴とする関節機能部。
11. 請求項１～７の何れか一項に記載の屈曲構造体であって、
    前記内コイル部及び前記外コイル部は、断面形状が円形である、
    ことを特徴とする屈曲構造体。
    
    
    

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