WO2020209386A1 - 可撓部材 - Google Patents

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WO2020209386A1
WO2020209386A1 PCT/JP2020/016214 JP2020016214W WO2020209386A1 WO 2020209386 A1 WO2020209386 A1 WO 2020209386A1 JP 2020016214 W JP2020016214 W JP 2020016214W WO 2020209386 A1 WO2020209386 A1 WO 2020209386A1
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WO
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flexible member
main body
wave
washers
axial direction
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/016214
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English (en)
French (fr)
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幹之 大塚
貴史 平田
真平 黒川
壮一 中山
正紘 稲葉
Original Assignee
日本発條株式会社
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Publication date
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Priority to US17/601,425 priority patent/US20220193932A1/en
Priority to CN202080026715.8A priority patent/CN113677487A/zh
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/32Belleville-type springs
    • F16F1/328Belleville-type springs with undulations, e.g. wavy springs
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28Surgical forceps
    • A61B17/29Forceps for use in minimally invasive surgery
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00Arms
    • B25J18/06Arms flexible
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B25J9/0015Flexure members, i.e. parts of manipulators having a narrowed section allowing articulation by flexion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/025Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by having a particular shape
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    • A61B17/00234Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A61B2017/00292Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery mounted on or guided by flexible, e.g. catheter-like, means
    • A61B2017/003Steerable
    • A61B2017/00305Constructional details of the flexible means
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    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • A61B2034/301Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • A61B2034/305Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A61B2034/306Wrists with multiple vertebrae

Definitions

  • the present invention relates to a flexible member provided for a joint function part such as a robot.
  • Some robots, manipulators, actuators, etc. in various fields have joint function parts that enable bending motion by using flexible members.
  • a flexible member used for such a joint function portion a coil spring is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-38075.
  • the coil spring can secure a high degree of freedom for the bending motion of the joint function part.
  • there is a limit to the miniaturization of the coil spring due to the need to secure the load capacity and the flexibility.
  • the problem to be solved is that there was a limit to ensuring load capacity and flexibility while trying to reduce the size.
  • the present invention provides a flexible member capable of having excellent load capacity and flexibility while achieving miniaturization.
  • This flexible member has a plurality of wave washers laminated in the axial direction and joined to each other, and has a main body portion that can be bent in the axial direction by elastic deformation of the wave washer, and a main body portion of the main body portion. It includes an elastically deformable coupling member provided at the end and coupled to another member, and the coupling member has a deformation amount smaller than the deformation amount of the wave washer when the main body portion is bent.
  • the main body of the flexible member can be bent by deforming a plurality of wave washers, it is possible to obtain a flexible member having excellent load capacity and flexibility while reducing the size.
  • the stress acting on the wave washer at the end of the main body can be relaxed by deforming the connecting member when the main body is bent.
  • the present invention can improve the durability of the flexible member.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a manipulator using the flexible member according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing the manipulator of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the manipulator of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view in which a part of the manipulator of FIG. 1 is omitted and the joint function portion is mainly shown.
  • FIG. 5 is a side view mainly showing the joint functional portion of FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the VI portion of FIG. 7 (A) and 7 (B) are cross-sectional views showing a flexible member of the joint function portion in the line VII-VII of FIG. 4, where FIG. 7 (A) is normal and FIG. 7 (B) is bent. Indicates the time.
  • FIG. 7 (A) is normal and FIG. 7 (B) is bent. Indicates the time.
  • FIG. 8A is a plan view showing a wave washer used for the main body portion of the flexible member
  • FIG. 8B is a plan view showing a flat washer used for the joint portion of the flexible member.
  • FIG. 9 is a side view showing mainly the joint function portion by omitting a part of the manipulator using the flexible member according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view showing mainly the joint functional portion by omitting a part of the manipulator using the flexible member according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a side view showing mainly the joint function portion by omitting a part of the manipulator using the flexible member according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a side view showing mainly the joint function portion by omitting a part of the manipulator using the flexible member according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view showing mainly the joint functional portion by omitting a part of the manipulator using the flexible
  • FIG. 12A is a plan view showing a wave washer used for the main body of the flexible member according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 12B is a plan view showing a flat washer used for the joint portion of the flexible member. It is a figure.
  • FIG. 13 (A) is a plan view showing a wave washer used for the main body of the flexible member according to the modified example of the fifth embodiment
  • FIG. 13 (B) is a plan view showing a flat washer used for the joint portion of the flexible member. It is a figure.
  • the flexible member has a plurality of wave washers laminated in the axial direction and joined to each other, and has a main body portion that can be bent in the axial direction by elastic deformation of the wave washers, and an end of the main body portion.
  • a coupling member provided in the portion and elastically deformable to be coupled to another member is provided, and the coupling member has a configuration in which the deformation amount is smaller than the deformation amount of the wave washer when the main body portion is bent.
  • Various elastic members can be used as the coupling member, but an annular plate material having a larger spring constant than the wave washer of the main body may be used.
  • the connecting member may be composed of a plurality of flat washers laminated in the axial direction and joined to each other.
  • Each of the plurality of wave washers has a plurality of peaks in the circumferential direction and valleys provided between the peaks, and the peaks and valleys of adjacent wave washers are joined in contact with each other.
  • the flat washers may be joined to each other at positions corresponding to the joint portions of the wave washers.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a manipulator using a flexible member according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view thereof
  • FIG. 3 is a sectional view thereof.
  • a medical manipulator 5 will be described as an example of a robot, a manipulator, or an actuator having a joint function unit 3 using a flexible member 1.
  • the manipulator 5 constitutes the tip of the robot arm of the surgical robot and is operated by a doctor or the like.
  • the manipulator 5 may be a manual manipulator that is directly operated by a doctor or the like without being attached to the surgical robot.
  • the robot, manipulator, or actuator to which the flexible member 1 can be applied is not limited to the manipulator 5, and may be of other fields such as an industrial robot.
  • the manipulator 5 includes a shaft portion 7, a joint function portion 3, and an end effector 9.
  • the shaft portion 7 is formed in a hollow tubular shape, for example, a cylindrical shape.
  • a drive wire 11 for driving the joint function portion 3 and a push-pull cable 13 for driving the end effector 9 pass through the shaft portion 7.
  • An end effector 9 is provided at the tip of the shaft portion 7 via the joint function portion 3.
  • the joint function unit 3 bends in the axial direction in response to the operation of the drive wire 11.
  • the axial direction means a direction along the axial center of the flexible member 1 described later. However, the axial direction does not have to be exactly parallel to the axial center. Therefore, the axial direction also includes a direction slightly inclined with respect to the axial center. Details of the joint function unit 3 will be described later.
  • the end effector 9 is a device that is attached to the movable portion 17 of the joint function portion 3 and performs an operation according to a purpose.
  • the end effector 9 of this embodiment is a forceps and includes a pair of gripping portions 9a and 9b.
  • the end effector 9 can be directed in a desired direction according to the bending motion of the joint function portion 3. Further, the pair of grip portions 9a and 9b can be opened and closed according to the operation of the push-pull cable 13.
  • the end effector 9 is not limited to forceps, and can be, for example, scissors, a gripping retractor, a needle driver, a camera, or the like.
  • FIG. 4 is a perspective view mainly showing the joint function portion 3 with a part of the manipulator 5 of FIG. 1 omitted
  • FIG. 5 is a side view of the same
  • FIG. 6 is an enlarged view of the VI portion of FIG. 5
  • FIG. (A) and (B) are cross-sectional views showing the flexible member 1 of the joint function portion 3 in the line VII-VII of FIG. 4, where FIG. 7 (A) is normal and FIG. 7 (B) is bent. Indicates the time.
  • FIG. 8A is a plan view showing a wave washer used for the main body portion of the flexible member
  • FIG. 8B is a plan view showing a flat washer used for the joint portion of the flexible member.
  • the joint function portion 3 includes a base portion 15, a movable portion 17, and a flexible member 1.
  • the base portion 15 is formed in a columnar shape made of metal or the like, and is attached to the tip of the shaft portion 7.
  • a push-pull cable 13 is inserted through the axial center of the base 15 in the axial direction.
  • a drive wire 11 is axially inserted through the base 15.
  • the movable portion 17 is formed in a columnar shape made of metal or the like, and is attached to the end effector 9.
  • a push-pull cable 13 is inserted through the axial center of the movable portion 17. The tip of the push-pull cable 13 is coupled to the end effector 9.
  • the movable portion 17 is supported by the base portion 15 via the flexible member 1.
  • the tip of the drive wire 11 is fixed to the movable portion 17. Therefore, the movable portion 17 is displaced with respect to the base portion 15 by the operation of the drive wire 11, and the end effector 9 can be directed in a desired direction.
  • the flexible member 1 enables the joint function portion 3 to flex.
  • the flexible member 1 is interposed between the base portion 15 and the movable portion 17.
  • the flexible member 1 bends according to the displacement of the movable portion 17 with respect to the base portion 15.
  • a drive wire 11 and a push-pull cable 13 are passed through the flexible member 1 in the axial direction.
  • the flexible member 1 is composed of a main body portion 19 and connecting members 21a and 21b.
  • the main body 19 has a plurality of wave washers 23.
  • the wave washers 23 are laminated in the axial direction and are joined to each other in the adjacent wave washers 23 in the axial direction.
  • the main body 19 can be bent by elastic deformation of the wave washer 23.
  • Each wave washer 23 is a plate material formed in a closed ring shape by metal or the like.
  • the wave washer 23 of this embodiment is an annular plate material made of stainless steel.
  • the radial width and plate thickness between the inner and outer circumferences of the wave washer 23 are constant in the circumferential direction. However, the width and plate thickness of the wave washer 23 do not have to be constant in the circumferential direction.
  • Each wave washer 23 has a plurality of peaks 23a and valleys 23b in the circumferential direction.
  • the valley portions 23b are provided between the mountain portions 23a adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the wave washer 23 of this embodiment has two peaks 23a facing each other in the radial direction, and has two valleys 23b facing each other in the radial direction between the peaks 23a. Therefore, in this embodiment, the peaks 23a and the valleys 23b are alternately provided at 90 degree intervals in the circumferential direction.
  • the mountain portion 23a and the valley portion 23b extend from the inner circumference to the outer circumference of the wave washer 23 in the radial direction. These peaks 23a and valleys 23b are formed by being curved in an arc shape opposite in the axial direction. In the wave washer 23 adjacent in the axial direction, the peak portion 23a of one wave washer 23 is in contact with the valley portion 23b of the other wave washer. Due to the expansion and contraction of the peaks 23a and the valleys 23b, each wave washer 23 can be deformed by elastic expansion and contraction in the axial direction.
  • peaks 23a and valleys 23b that come into contact with each other are joined by appropriate means such as welding or adhesion. As a result, the laminated state of the main body 19 of the flexible member 1 is maintained.
  • the mountain portion 23a and the valley portion 23b do not have to come into contact with each other.
  • the mountain portion 23a and the valley portion 23b may be slightly displaced from each other in the circumferential direction and come into contact with the inclined portion 23c.
  • each wave washer 23 the mountain portion 23a and the valley portion 23b are continuous by the inclined portion 23c.
  • the inclined portion 23c is inclined in the circumferential direction and has a slightly twisted shape between the inner circumference and the outer circumference.
  • the inclined portion 23c is provided with an insertion hole 23d as a through portion through which the drive wire 11 is passed.
  • a plurality of insertion holes 23d are provided in the circumferential direction of the main body portion 19.
  • the four insertion holes 23d in each wave washer 23 are provided at 90 degree intervals in the circumferential direction. It is provided.
  • the insertion hole 23d communicates in the axial direction between the inclined portions 23c of the wave washer 23 adjacent in the axial direction.
  • the drive wire 11 is inserted through these communicating insertion holes 23d.
  • the flexible member 1 functions as a guide for passing the drive wire 11 in the axial direction as a passing portion and holding the drive wire 11 at a predetermined position.
  • the shape of the insertion hole 23d is substantially circular and has a diameter larger than the diameter of the drive wire 11. This difference in diameter allows the tilt and displacement of the tilted portion 23c.
  • the shape of the insertion hole 23d is not limited to a circular shape, and may be another shape such as a rectangle.
  • the shape, material, etc. of the wave washer 23 can be appropriately changed according to the characteristics required for the flexible member 1.
  • the number of peaks 23a and valleys 23b, the radius of curvature, the inclination angle of the inclined portion 23c, and the like can be appropriately changed according to the characteristics required for the flexible member 1.
  • Both ends of the main body 19 are joined to the base 15 and the movable portion 17 via the coupling members 21a and 21b, respectively.
  • the connecting members 21a and 21b are provided at both ends of the main body 19.
  • the connecting members 21a and 21b are elastically deformable members that are bonded to the base portion 15 and the movable portion 17, which are other members.
  • the coupling members 21a and 21b are provided at both ends of the main body 19, respectively. However, only the connecting member 21a at one end of the main body 19 or the connecting member 21b at the other end may be provided.
  • the coupling members 21a and 21b of this embodiment have the same configuration. Therefore, basically, only one coupling member 21a will be described. Therefore, in FIG. 7, only the coupling member 21a is shown.
  • the coupling member 21a is composed of a plurality of annular plate members whose deformation amount is smaller (spring constant is larger) than the deformation amount of the wave washer 23 of the main body portion 19.
  • the coupling member 21a of this embodiment is composed of a pair of flat washers 25a and 25b.
  • the flat washers 25a and 25b are laminated and joined to each other in the axial direction.
  • the connecting member 21a can also be formed of three or more flat washers or other elastic members.
  • a plurality of members may be arranged in an annular shape to form the coupling member 21a.
  • Each of the flat washers 25a and 25b has the same inner and outer diameters and plate thickness as the wave washer 23, and is formed flat. Therefore, the flat washers 25a and 25b are deformed together with the wave washers 23 so that when the main body 19 is bent, the two are opened. However, the amount of deformation of the wave washers 25a and 25b at this time is smaller than the amount of deformation of the wave washer 23. That is, the coupling member 21a has a configuration in which the amount of deformation of the main body 19 at the time of bending is smaller than the amount of deformation of the wave washer 23.
  • the flat washers 25a and 25b may be formed by using a material different from that of the wave washer 23.
  • the flat washers 25a and 25b are provided with insertion holes 25aa and 25ba corresponding to the insertion holes 23d of the wave washer 23.
  • the shapes of the insertion holes 25aa and 25ba are the same as those of the insertion holes 23d of the wave washer 23, and are substantially circular in diameter larger than the diameter of the drive wire 11.
  • insertion holes 25aa and 25ba communicate with the insertion holes 23d of the wave washer 23 in the axial direction, and insert the drive wire 11. Therefore, the insertion holes 23aa and 23ba function as a through portion together with the insertion holes 23d.
  • the flat washers 25a and 25b of this embodiment are joined to each other at positions corresponding to the joint portions of the wave washers 23 of the main body portion 19. Therefore, the coupling member 21a can be smoothly deformed in the same manner as the main body portion 19.
  • one flat washer 25a abuts in the valley portion 23b of the wave washer 23 at one end of the main body 19 (the other end in the other coupling member 21b) in the axial direction and is joined by welding or the like. ..
  • One flat washer 25a and the other flat washer 25b are joined to each other by welding or the like at a position in the circumferential direction corresponding to the mountain portion 23a of the wave washer 23 at one end.
  • the other flat washer 25b comes into contact with the base 15 of the joint function portion 3 (the movable portion 17 in the other connecting member 21b), and is welded or the like at a position in the circumferential direction corresponding to the valley portion 23b of the wave washer 23 at one end. Joined by.
  • joint function unit 3 when the doctor operates the manipulator 5, the flexible member 1 is bent by pulling any one of the drive wires 11.
  • the joint function unit 3 can be bent 360 degrees in all directions by pulling a combination of several drive wires 11.
  • the flexible member 1 When at least one of the drive wires 11 is pulled and bent, the flexible member 1 has a mountain portion 23a and a valley portion 23b compressed and middle at the bending inner portion with respect to the neutral axis as shown in FIG. 7 (B).
  • the peak portion 23a and the valley portion 23b are extended at the bent outer portion with respect to the vertical axis.
  • this embodiment realizes a bending operation in which the load characteristics of the bending angle and the load are highly linear.
  • the connecting members 21a and 21b at both ends of the flexible member 1 open the flat washers 25a and 25b between the main body 19 and the base 15 and the movable portion 17 of the flexible member 1. Transforms into.
  • the amount of deformation of the wave washers 23 located at both ends of the main body 19 of the flexible member 1 is reduced as compared with the case where the wave washers 23 are directly joined to the base 15 and the movable portion 17. Therefore, the coupling members 21a and 21b can relax the stress acting on the wave washers 23 at both ends of the main body 19 of the flexible member 1, and can improve the durability of the flexible member 1.
  • the connecting members 21a and 21b since the amount of deformation of the connecting members 21a and 21b is smaller than the amount of deformation of the main body portion 19, the connecting members 21a and 21b reliably support both ends of the main body portion 19 with respect to the base portion 15 and the movable portion 17. .. Therefore, the coupling members 21a and 21b make the main body 19 surely bend and suppress fatigue fracture due to repeated bending of the main body 19.
  • the flexible member 1 of the present embodiment has a plurality of wave washers 23 laminated in the axial direction and joined to each other in the axial direction, and the wave washers 23 are elastically deformed with respect to the axial direction.
  • the main body 19 is provided with a bendable main body 19 and elastically deformable connecting members 21a and 21b provided at the end of the main body 19 and coupled to the base 15 and the movable portion 17, which are other members.
  • the coupling member 21a has a configuration in which the amount of deformation of the coupling member 21a is smaller than the amount of deformation of the wave washer 23 at the time of bending.
  • the connecting members 21a and 21b are deformed between the main body 19 of the flexible member 1 and the base 15 and the movable portion 17, so that the main body of the flexible member 1 is deformed.
  • the stress acting on the wave washers 23 at both ends of 19 can be relaxed.
  • the durability of the flexible member 1 can be improved.
  • both ends of the main body portion 19 can be reliably supported by the base portion 15 and the movable portion 17. Therefore, in this embodiment, the main body 19 can be reliably bent, and fatigue fracture due to repeated bending of the main body 19 can be suppressed.
  • the coupling members 21a and 21b are annular plate materials having a spring constant larger than that of the wave washer 23 of the main body portion 19, the amount of deformation can be surely smaller than that of the main body portion 19.
  • the coupling members 21a and 21b are composed of a plurality of flat washers 25a and 25b laminated in the axial direction and joined to each other, a deformation amount smaller than that of the main body 19 can be easily realized.
  • Each of the plurality of wave washers 23 includes a plurality of mountain portions 23a and valley portions 23b between the mountain portions 23a in the circumferential direction.
  • the peaks 23a and valleys 23b of the adjacent wave washers 23 are joined in contact with each other.
  • the plurality of flat washers 25a and 25b are joined to each other at positions corresponding to the joint portions of the wave washers 23.
  • the coupling member 21a can be smoothly deformed together with the main body portion 19 in the same manner as the main body portion 19.
  • the bending operation can be reliably performed by expanding and contracting the mountain portion 23a and the valley portion 23b of the main body portion 19.
  • the flexible member 1 having excellent torsional rigidity can be obtained by joining the mountain portions 23a and the valley portions 23b that come into contact with each other.
  • the main body 19 can be used as a guide for the drive wires 11, and the drive wires 11 can be placed at appropriate positions. It can be held and a more stable and accurate bending motion can be performed.
  • FIG. 9 is a side view showing mainly the joint function portion by omitting a part of the manipulator using the flexible member according to the second embodiment of the present invention.
  • the configurations corresponding to the first embodiment are indicated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.
  • the connecting members 21a and 21b of the flexible member 1 of the joint function portion 3 are each composed of a single flat washer made of a resin such as an elastomer.
  • the amount of deformation of the connecting members 21a and 21b is set to be smaller than that of the main body 19 by setting the material, the cross-sectional shape, and the like.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the connecting members 21a and 21b may be used as an elastic adhesive layer instead of a flat washer made of a resin such as an elastomer.
  • FIG. 10 is a side view showing mainly the joint function portion by omitting a part of the manipulator using the flexible member according to the third embodiment of the present invention.
  • the configurations corresponding to the first embodiment are indicated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.
  • the connecting members 21a and 21b of the flexible member 1 of the joint function portion 3 are composed of wave washers 27a and 27b.
  • the wave washers 27a and 27b are formed to be thicker than the wave washers 23 of the main body 19 so that the amount of deformation is suppressed.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the coupling members 21a and 21b can be made of a material having a larger elastic modulus or a wave washer having a smaller wave amount while having the same plate thickness as the wave washer 23 of the main body 19.
  • FIG. 11 is a side view showing mainly the joint function portion by omitting a part of the manipulator using the flexible member according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the configurations corresponding to the first embodiment are indicated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.
  • the elastic member 29 is arranged at the axial center of the flexible member 1 of the joint function portion 3.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the elastic member 29 is a metal coil spring, particularly a close contact coil spring.
  • the close contact coil spring means a coil spring in which the coils are in close contact with each other in a free state.
  • the elastic member 29 of this embodiment has a circular cross section of the wire of the coil spring.
  • the cross section of the wire of the coil spring may have another shape such as a rectangle or an ellipse.
  • the elastic member 29 has a push-pull cave 13 inserted on the inner peripheral side, and the outer circumference thereof is arranged with a gap with respect to the inner circumference of the flexible member 1.
  • the elastic member 29 extends at least over the entire area of the flexible member 1, and the rigidity against compression is set to be higher than that of the flexible member 1. As a result, the elastic member 29 can prevent the flexible member 1 from being inadvertently compressed in the axial direction.
  • the elastic member 29 can be bent according to the flexible member 1, and has a function of adjusting the load characteristic of the flexible member 1 according to the load characteristic in the bending direction.
  • FIG. 12A is a plan view showing a wave washer used for the main body of the flexible member according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 12B is a plan view showing a flat washer used for the joint. is there.
  • the configurations corresponding to the first embodiment are indicated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.
  • planar shape of the wave washer 23 of the main body 19 of the flexible member 1 and the planar shape of the flat washers 25a and 25b of the coupling member 21a are changed from those of the first embodiment.
  • Other configurations have the same shape as the configuration of Example 1.
  • Each wave washer 23 of the main body 19 has a regular octagonal shape on the outer circumference.
  • the mountain portion 23a and the valley portion 23b are provided from the middle portion to the inner circumference of the corresponding sides of the regular octagon, respectively.
  • the shape of the inner circumference of the wave washer 23 is a circular shape as in the first embodiment.
  • the coupling members 21a and 21b Similar to the wave washer 23, the coupling members 21a and 21b have a regular octagonal shape on the outer circumference and a circular shape on the inner circumference.
  • FIG. 13 (A) and 13 (B) relate to a modified example
  • FIG. 13 (A) is a plan view showing a wave washer 23
  • FIG. 13 (B) is a plan view showing a flat washer 25a (25b).
  • each wave washer 23 of the main body 19 has a regular octagonal shape, but the peak portion 23a and the valley portion 23b are provided from the corner portion of the regular octagon to the inner circumference, respectively.
  • Other configurations are the same as those of Example 5 in FIGS. 12 (A) and 12 (B).
  • the same action and effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the shape of the outer circumference of the wave washer 23 is changed from that of the first embodiment, but the shape of the inner circumference may be changed from that of the first embodiment.

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Abstract

小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れたものとすることが可能な可撓部材を提供する。可撓部材1は、軸方向に積層されると共に相互間を接合された複数のウェーブワッシャー23を有し、ウェーブワッシャー23の弾性変形により軸方向に対して屈曲可能な本体部19と、この本体部19の端部に設けられ基部15及び可動部17に対して結合される弾性変形可能な結合部材21a,21bとを備え、本体部19の屈曲時にウェーブワッシャー23の変形量よりも結合部材21aの変形量が小さい構成を有する。

Description

可撓部材
 本発明は、ロボット等の関節機能部に供される可撓部材に関する。
 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には、可撓部材を用いることで屈曲動作を可能にした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用いられる可撓部材としては、特開2014-38075号公報にコイルスプリングが開示されている。
 コイルスプリングは、関節機能部の屈曲動作に対して高い自由度を確保できる。しかし、コイルスプリングは、耐荷重及び屈曲性を確保する必要性のため、小型化に限界があった。
 解決しようとする問題点は、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性を確保することに限界があった点である。
 本発明は、小型化を図りつつ優れた耐荷重及び屈曲性を有することが可能な可撓部材を提供する。この可撓部材は、軸方向に積層されると共に相互間を接合された複数のウェーブワッシャーを有し前記ウェーブワッシャーの弾性変形により前記軸方向に対して屈曲可能な本体部と、該本体部の端部に設けられ他部材に対して結合される弾性変形可能な結合部材とを備え、前記結合部材は、前記本体部の屈曲時に前記ウェーブワッシャーの変形量よりも変形量が小さい。
 本発明は、複数のウェーブワッシャーの変形により可撓部材の本体部を屈曲できるようにしたため、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れた可撓部材を得ることが可能となる。
 しかも、本発明では、本体部の屈曲時に結合部材が変形することにより、本体部の端部のウェーブワッシャーに作用する応力を緩和することができる。結果として、本発明は、可撓部材の耐久性を向上することができる。
図1は、本発明の実施例1に係る可撓部材を用いたマニピュレーターを示す斜視図である。 図2は、図1のマニピュレーターを示す正面図である。 図3は、図1のマニピュレーターの断面図である。 図4は、図1のマニピュレーターの一部を省略し、関節機能部を主に示す斜視図である。 図5は、図4の関節機能部を主に示す側面図である。 図6は、図5のVI部の拡大図である。 図7(A)及び(B)は、図4のVII-VII線における、関節機能部の可撓部材を示す断面図であり、図7(A)が平常時、図7(B)が屈曲時を示す。 図8(A)は可撓部材の本体部に用いられるウェーブワッシャーを示す平面図、図8(B)は可撓部材の結合部に用いられる平ワッシャーを示す平面図である。 図9は、本発明の実施例2に係る可撓部材を用いたマニピュレーターの一部を省略し、関節機能部を主に示す側面図である。 図10は、本発明の実施例3に係る可撓部材を用いたマニピュレーターの一部を省略し、関節機能部を主に示す側面図である。 図11は、本発明の実施例4に係る可撓部材を用いたマニピュレーターの一部を省略し、関節機能部を主に示す側面図である。 図12(A)は本発明の実施例5に係る可撓部材の本体部に用いられるウェーブワッシャーを示す平面図、図12(B)は可撓部材の結合部に用いられる平ワッシャーを示す平面図である。 図13(A)は実施例5の変形例に係る可撓部材の本体部に用いられるウェーブワッシャーを示す平面図、図13(B)は可撓部材の結合部に用いられる平ワッシャーを示す平面図である。
 小型化を図りつつ優れた耐荷重及び屈曲性を有することが可能な可撓部材を得るという目的を、耐久性を向上しつつ実現した。
 すなわち、可撓部材は、軸方向に積層されると共に相互間を接合された複数のウェーブワッシャーを有しウェーブワッシャーの弾性変形により軸方向に対して屈曲可能な本体部と、この本体部の端部に設けられ他部材に対して結合される弾性変形可能な結合部材とを備え、結合部材は、本体部の屈曲時にウェーブワッシャーの変形量よりも変形量が小さい構成となっている。
 結合部材は、各種の弾性部材を採用することが可能であるが、本体部のウェーブワッシャーよりもばね定数が大きい環状の板材としてもよい。
 この場合、結合部材は、軸方向に積層されると共に相互に接合された複数の平ワッシャーからなる構成であってもよい。
 複数のウェーブワッシャーは、それぞれ周方向に複数の山部及びこれら山部間にそれぞれ設けられた谷部を備え、隣接するウェーブワッシャーの山部と谷部とが当接した状態で接合され、複数の平ワッシャーは、ウェーブワッシャーの接合部分に対応した位置で隣接間が相互に接合されてもよい。
  [マニピュレーターの構造]
 図1は、本発明の実施例1に係る可撓部材を用いたマニピュレーターを示す斜視図、図2は、同正面図、図3は、同断面図である。
 本実施例は、可撓部材1を用いた関節機能部3を有するロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータの一例として、医療用のマニピュレーター5について説明する。
 マニピュレーター5は、手術ロボットのロボットアーム先端を構成し、医師等によって操作されるものである。なお、マニピュレーター5は、手術ロボットに取り付けずに医師等によって直接操作される手動マニピュレーターであってもよい。また、可撓部材1を適用可能なロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータは、マニピュレーター5に限られず、産業用ロボット等の他の分野のものであってもよい。
 マニピュレーター5は、シャフト部7と、関節機能部3と、エンドエフェクタ9とを備えている。
 シャフト部7は、中空筒状、例えば円筒状に形成されている。シャフト部7内には、関節機能部3を駆動するための駆動ワイヤ11やエンドエフェクタ9を駆動するためのプッシュプルケーブル13が通っている。シャフト部7の先端には、関節機能部3を介してエンドエフェクタ9が設けられている。
 関節機能部3は、駆動ワイヤ11の操作に応じ、軸方向に対して屈曲動作を行う。軸方向とは、後述する可撓部材1の軸心に沿った方向を意味する。ただし、軸方向は、軸心に対して厳密に平行な方向である必要はない。従って、軸方向は、軸心に対して若干傾斜した方向も含む。関節機能部3の詳細は後述する。
 エンドエフェクタ9は、関節機能部3の可動部17に対して取り付けられ、目的に応じた動作を行う機器である。本実施例のエンドエフェクタ9は、鉗子であり、一対の把持部9a,9bを備えている。このエンドエフェクタ9は、関節機能部3の屈曲動作に応じて所望の方向へ指向可能である。また、一対の把持部9a,9bがプッシュプルケーブル13の操作に応じて開閉可能になっている。
 なお、エンドエフェクタ9は、鉗子に限られず、例えば鋏、把持レトラクタ、針ドライバ、カメラ等とすることも可能である。
  [関節機能部の構造]
 図4は、図1のマニピュレーター5の一部を省略し、関節機能部3を主に示す斜視図、図5は、同側面図、図6は、図5のVI部の拡大図、図7(A)及び(B)は、図4のVII-VII線における、関節機能部3の可撓部材1を示す断面図であり、図7(A)が平常時、図7(B)が屈曲時を示す。図8(A)は可撓部材の本体部に用いられるウェーブワッシャーを示す平面図、図8(B)は可撓部材の結合部に用いられる平ワッシャーを示す平面図である。
 図1~図8(B)のように、関節機能部3は、基部15と、可動部17と、可撓部材1とを備えている。
 基部15は、金属等によって円柱状に形成され、シャフト部7の先端に取り付けられている。基部15の軸心部には、プッシュプルケーブル13が軸方向で挿通している。プッシュプルケーブル13の周囲において、基部15には、駆動ワイヤ11が軸方向で挿通している。
 可動部17は、金属等によって円柱状に形成され、エンドエフェクタ9に取り付けられている。可動部17の軸心部は、プッシュプルケーブル13を挿通している。プッシュプルケーブル13の先端は、エンドエフェクタ9に結合されている。
 この可動部17は、可撓部材1を介して基部15に支持されている。可動部17には、駆動ワイヤ11の先端部が固定されている。このため、可動部17は、駆動ワイヤ11の操作により基部15に対して変位し、エンドエフェクタ9を所望の方向に指向させることを可能とする。
 可撓部材1は、関節機能部3の屈曲動作を可能とするものである。可撓部材1は、基部15と可動部17との間に介設されている。可撓部材1は、基部15に対する可動部17の変位に応じて屈曲する。可撓部材1には、駆動ワイヤ11及びプッシュプルケーブル13が軸方向で通されている。
 かかる可撓部材1は、本体部19と、結合部材21a,21bとで構成されている。
 本体部19は、複数のウェーブワッシャー23を有している。ウェーブワッシャー23は、軸方向で積層すると共に軸方向で隣接するウェーブワッシャー23の相互間を接合されている。本体部19は、ウェーブワッシャー23の弾性変形により屈曲可能となっている。
 各ウェーブワッシャー23は、金属等によって閉環状に形成された板材である。本実施例のウェーブワッシャー23は、ステンレスからなる円環状の板材である。ウェーブワッシャー23の内外周間の径方向の幅及び板厚は周方向で一定となっている。ただし、ウェーブワッシャー23の幅及び板厚は、周方向で一定でなくてもよい。
 各ウェーブワッシャー23は、周方向に複数の山部23a及び谷部23bを有する。谷部23bは、周方向に隣接する山部23aの間にそれぞれ設けられている。本実施例のウェーブワッシャー23は、径方向に対向する二つの山部23aを有し、山部23a間に径方向に対向する二つの谷部23bをそれぞれ有する。従って、本実施例では、山部23aと谷部23bとが周方向において90度毎に交互に設けられている。
 山部23a及び谷部23bは、径方向においてウェーブワッシャー23の内周から外周にわたる。これら山部23a及び谷部23bは、軸方向で逆向きの円弧状に湾曲して形成されている。軸方向で隣接するウェーブワッシャー23では、一方のウェーブワッシャー23の山部23aが他方のウェーブワッシャーの谷部23bに当接している。これら山部23a及び谷部23bの伸縮により、各ウェーブワッシャー23は、軸方向での弾性的な伸縮による変形が可能となっている。
 相互に当接する山部23a及び谷部23bは、溶接や接着等の適宜の手段によって接合されている。これにより、可撓部材1の本体部19の積層状態が保持されている。
 なお、山部23a及び谷部23bは、相互に当接しなくてもよい。例えば、山部23a及び谷部23bは、相互に若干周方向にずれて傾斜部23cに当接する形態としてもよい。
 各ウェーブワッシャー23において、山部23aと谷部23bとの間は、傾斜部23cによって連続している。傾斜部23cは、周方向に傾斜し、且つ内周と外周との間で僅かにねじれた形状を有する。
 傾斜部23cには、駆動ワイヤ11を通す通し部としての挿通孔23dが設けられている。この結果、挿通孔23dは、本体部19の周方向に複数設けられている。本実施例では、4本の駆動ワイヤ11がそれぞれ周方向に90度毎に設けられていることから、これに応じて各ウェーブワッシャー23において4つの挿通孔23dがそれぞれ周方向に90度毎に設けられている。
 軸方向に隣接するウェーブワッシャー23の傾斜部23c間では、挿通孔23dが軸方向に連通する。これら連通する挿通孔23dにより駆動ワイヤ11を挿通する。この挿通により、可撓部材1は、駆動ワイヤ11を通し部として軸方向に通すと共に所定位置に保持するガイドとして機能する。
 挿通孔23dの形状は、ほぼ円形であり、駆動ワイヤ11の径よりも大きい径を有する。この径の差は、傾斜部23cの傾斜及び変位を許容する。なお、挿通孔23dの形状は、円形に限られるものではなく、矩形等の他の形状としても良い。
 ウェーブワッシャー23の形状や材質等は、可撓部材1に要求される特性等に応じて適宜変更することが可能である。山部23a及び谷部23bの数や曲率半径、傾斜部23cの傾斜角度等も、可撓部材1に要求される特性等に応じて適宜変更することが可能である。
 かかる本体部19は、両端部がそれぞれ結合部材21a,21bを介して基部15及び可動部17に対して接合されている。
 すなわち、結合部材21a,21bは、本体部19の両端部に設けられている。結合部材21a,21bは、他部材である基部15及び可動部17に対して結合される弾性変形可能な部材である。なお、結合部材21a,21bは、本体部19の両端部にそれぞれ設けられている。ただし、本体部19の一端部の結合部材21a又は他端部の結合部材21bのみ設けてもよい。
 本実施例の結合部材21a,21bは、同一構成となっている。従って、基本的に一方の結合部材21aについてのみ説明する。このため、図7では、結合部材21aのみを図示する。
 結合部材21aは、本体部19のウェーブワッシャー23の変形量よりも変形量が小さい(ばね定数が大きい)環状の複数の板材からなる。本実施例の結合部材21aは、一対の平ワッシャー25a,25bからなる。平ワッシャー25a,25bは、軸方向に相互に積層されると共に相互に接合されている。なお、結合部材21aは、3つ以上の平ワッシャー或いは他の弾性部材で形成することも可能である。また、環状の板材の代わりに、環状に部材を複数配置して結合部材21aとしてもよい。
 各平ワッシャー25a,25bは、ウェーブワッシャー23と同一材料により同一の内外周の径及び板厚を有し、且つ平坦に形成されている。従って、平ワッシャー25a,25bは、本体部19が屈曲する際に、両者間が開くようにウェーブワッシャー23と共に変形する。ただし、このときのウェーブワッシャー25a,25bの変形量は、ウェーブワッシャー23の変形量よりも小さい。すなわち、結合部材21aは、本体部19の屈曲時の変形量がウェーブワッシャー23の変形量よりも小さい構成となっている。なお、平ワッシャー25a,25bは、ウェーブワッシャー23と異なる材料を用いて形成されても良い。
 平ワッシャー25a,25bには、ウェーブワッシャー23の挿通孔23dに対応して挿通孔25aa,25baが設けられている。挿通孔25aa,25baの形状は、ウェーブワッシャー23の挿通孔23dと同様に構成されており、駆動ワイヤ11の径よりも大きい径のほぼ円形である。
 これら挿通孔25aa,25baは、ウェーブワッシャー23の挿通孔23dと軸方向で連通し、駆動ワイヤ11を挿通する。従って、挿通孔23aa,23baは、挿通孔23dと共に通し部として機能する。
 本実施例の平ワッシャー25a,25bは、本体部19のウェーブワッシャー23の接合部分に対応した位置で相互に接合される。従って、結合部材21aは、本体部19と同様にして円滑に変形することが可能となっている。
 具体的には、一方の平ワッシャー25aが本体部19の一端部(他方の結合部材21bにおいては他端部)のウェーブワッシャー23の谷部23bに軸方向で当接すると共に溶接等によって接合される。
 一方の平ワッシャー25aと他方の平ワッシャー25bとの間は、一端部のウェーブワッシャー23の山部23aに対応した周方向の位置で相互に溶接等によって接合される。
 他方の平ワッシャー25bは、関節機能部3の基部15(他方の結合部材21bにおいては可動部17)に当接し、一端部のウェーブワッシャー23の谷部23bに対応した周方向の位置で溶接等によって接合される。
  [関節機能部の屈曲動作]
 関節機能部3では、医師がマニピュレーター5を操作する際、何れか一つの駆動ワイヤ11を引くことにより可撓部材1が屈曲する。この関節機能部3は、いくつかの駆動ワイヤ11を組み合わせて引くことにより、360度全方位に屈曲することが可能となる。
 少なくとも何れか一つの駆動ワイヤ11を引いて屈曲する際、可撓部材1は、図7(B)のように、中立軸に対する屈曲内側部分で山部23a及び谷部23bが圧縮されると共に中立軸に対する屈曲外側部分で山部23a及び谷部23bが伸張される。
 このように変形することで、操作された駆動ワイヤ11を挿通している傾斜部23c相互間が近接し、可撓部材1が全体として屈曲することになる。これにより、本実施例は、屈曲角度と荷重との荷重特性の線形性が高い屈曲動作を実現する。
 このとき、本実施例では、可撓部材1の両端部の結合部材21a,21bが、可撓部材1の本体部19と基部15及び可動部17との間で平ワッシャー25a,25bが開くように変形する。
 このため、可撓部材1の本体部19の両端部に位置するウェーブワッシャー23は、直接基部15及び可動部17に接合した場合と比較して変形量が低減する。従って、結合部材21a,21bは、可撓部材1の本体部19の両端部のウェーブワッシャー23に作用する応力を緩和することができ、可撓部材1の耐久性を向上することができる。
 また、結合部材21a,21bの変形量は、本体部19の変形量よりも小さいので、結合部材21a,21bは、本体部19の両端部を基部15及び可動部17に対して確実に支持する。従って、結合部材21a,21bは、本体部19に確実な屈曲を行わせると共に本体部19の屈曲の繰り返しによる疲労破壊を抑制する。
  [実施例1の効果]
 以上説明したように、本実施例の可撓部材1は、軸方向に積層されると共に相互間を接合された複数のウェーブワッシャー23を有し、ウェーブワッシャー23の弾性変形により軸方向に対して屈曲可能な本体部19と、この本体部19の端部に設けられ他部材である基部15及び可動部17に対して結合される弾性変形可能な結合部材21a,21bとを備え、本体部19の屈曲時にウェーブワッシャー23の変形量よりも結合部材21aの変形量が小さい構成を有する。
 従って、本実施例では、屈曲角度と荷重との荷重特性の線形性を高くすることができ、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れた可撓部材1を得ることが可能となる。
 しかも、本実施例では、本体部19の屈曲時に可撓部材1の本体部19と基部15及び可動部17との間で結合部材21a,21bが変形することにより、可撓部材1の本体部19の両端部のウェーブワッシャー23に作用する応力を緩和することができる。結果として、本実施例では、可撓部材1の耐久性を向上することができる。
 また、結合部材21a,21bは、本体部19の変形量よりも変形量が小さいので、本体部19の両端部を基部15及び可動部17に対して確実に支持することができる。従って、本実施例では、本体部19の屈曲を確実に行わせることができると共に、本体部19の屈曲の繰り返しによる疲労破壊を抑制できる。
 結合部材21a,21bは、本体部19のウェーブワッシャー23よりもばね定数が大きい環状の板材であるため、確実に本体部19よりも変形量を小さくできる。
 結合部材21a,21bは、軸方向に積層されると共に相互に接合された複数の平ワッシャー25a,25bからなるので、本体部19よりも小さい変形量を容易に実現できる。
 複数のウェーブワッシャー23は、それぞれ周方向に複数の山部23a及びこれら山部23a間の谷部23bを備える。隣接するウェーブワッシャー23の山部23aと谷部23bとが当接した状態で接合されている。一方、複数の平ワッシャー25a,25bは、ウェーブワッシャー23の接合部分に対応した位置で隣接間が相互に接合される。
 従って、結合部材21aは、本体部19と同様にして本体部19と共に円滑に変形することが可能となる。
 また、本実施例では、本体部19の山部23a及び谷部23bの伸縮により、屈曲動作を確実に行わせることができる。
 さらに、本実施例では、当接する山部23a及び谷部23b間が接合されていることにより、ねじり剛性において優れた可撓部材1を得ることができる。
 また、本実施例では、複数のウェーブワッシャー23が駆動ワイヤ11を挿通する挿通孔23dを有するので、本体部19を駆動ワイヤ11のガイドとして利用することができ、駆動ワイヤ11を適切な位置に保持し、より安定且つ正確な屈曲動作を行わせることができる。
 図9は、本発明の実施例2に係る可撓部材を用いたマニピュレーターの一部を省略し、関節機能部を主に示す側面図である。なお、実施例2では、実施例1と対応する構成を同符号で示し重複した説明を省略する。
 本実施例は、関節機能部3の可撓部材1の結合部材21a,21bを、それぞれエラストマー等の樹脂製の一枚の平ワッシャーにより構成している。かかる結合部材21a,21bは、材質及び断面形状等の設定により本体部19よりも変形量が小さく設定されている。その他構成は、実施例1の構成と同一である。
 なお、結合部材21a,21bは、エラストマー等の樹脂製の平ワッシャーに代えて、弾性接着剤層としてもよい。
 かかる実施例2においても、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。
 図10は、本発明の実施例3に係る可撓部材を用いたマニピュレーターの一部を省略し、関節機能部を主に示す側面図である。なお、実施例3では、実施例1と対応する構成を同符号で示し重複した説明を省略する。
 本実施例は、関節機能部3の可撓部材1の結合部材21a,21bを、ウェーブワッシャー27a,27bによって構成している。これらウェーブワッシャー27a,27bは、本体部19のウェーブワッシャー23よりも板厚が厚く形成されて変形量が抑制されている。その他構成は、実施例1の構成と同一である。
 なお、結合部材21a,21bは、本体部19のウェーブワッシャー23と板厚を同一にしつつ、より弾性係数が大きい材質によって構成し或いはよりウェーブ量が小さいウェーブワッシャーとすることも可能である。
 かかる実施例3おいても、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。
 図11は、本発明の実施例4に係る可撓部材を用いたマニピュレーターの一部を省略し、関節機能部を主に示す側面図である。なお、実施例4では、実施例1と対応する構成を同符号で示し重複した説明を省略する。
 本実施例は、関節機能部3の可撓部材1の軸心部に、弾性部材29を配置している。その他構成は、実施例1の構成と同一である。
 弾性部材29は、金属製のコイルばね、特に密着コイルばねである。なお、密着コイルばねは、コイル相互間が自由状態で密着しているコイルばねを意味する。弾性部材29としては、自由状態でコイル相互間に隙間を有する非密着コイルばねを用いることも可能である。
 本実施例の弾性部材29は、コイルばねの素線の断面が円形となっている。ただし、コイルばねの素線の断面は、矩形や楕円等のように他の形状とすることも可能である。
 弾性部材29は、内周側にプッシュプルケーブ13を挿通し、外周が可撓部材1の内周に対して隙間を有して配置されている。
 軸方向において、弾性部材29は、少なくとも可撓部材1の全域にわたって伸び、圧縮に対する剛性が可撓部材1よりも高く設定されている。これにより、弾性部材29は、可撓部材1が軸方向に不用意に圧縮されることを抑制可能となっている。
 また、弾性部材29は、可撓部材1に応じて屈曲可能であり、且つ屈曲方向の荷重特性に応じて可撓部材1の荷重特性を調整する機能を有する。
 かかる実施例4においても、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。
 図12(A)は、本発明の実施例5に係る可撓部材の本体部に用いられるウェーブワッシャーを示す平面図、図12(B)は同結合部に用いられる平ワッシャーを示す平面図である。なお、実施例5では、実施例1と対応する構成を同符号で示し重複した説明を省略する。
 本実施例は、可撓部材1の本体部19のウェーブワッシャー23の平面形状及び結合部材21aの平ワッシャー25a,25bの平面形状を実施例1に対して変更している。その他構成は、実施例1の構成と同一形状である。
 本体部19の各ウェーブワッシャー23は、外周を正八角形形状としている。山部23a及び谷部23bは、それぞれ正八角形の対応する辺の中間部から内周にわたって設けられている。ウェーブワッシャー23の内周の形状は、実施例1と同様に円形形状である。
 結合部材21a,21bは、ウェーブワッシャー23と同様、外周を正八角形形状とし、内周を円形形状とされている。
 図13(A)及び(B)は、変形例に係り、図13(A)はウェーブワッシャー23を示す平面図、図13(B)は平ワッシャー25a(25b)を示す平面図である。
 図13の変形例では、本体部19の各ウェーブワッシャー23の外周が正八角形形状となっているが、山部23a及び谷部23bがそれぞれ正八角形の角部から内周にわたって設けられている。その他構成は、図12(A)及び(B)の実施例5の構成と同一である。
 本実施例及び変形例においても、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。なお、本実施例及び変形例では、ウェーブワッシャー23の外周の形状を実施例1に対して変更したが、内周の形状を実施例1に対して変更してもよい。
 

Claims (4)

  1.  軸方向に積層されると共に相互間を接合された複数のウェーブワッシャーを有し前記ウェーブワッシャーの弾性変形により前記軸方向に対して屈曲可能な本体部と、
     該本体部の端部に設けられ他部材に対して結合される弾性変形可能な結合部材とを備え、
     前記結合部材は、前記本体部の屈曲時に前記ウェーブワッシャーの変形量よりも変形量が小さい、
     可撓部材。
  2.  請求項1の可撓部材であって、
     前記結合部材は、前記本体部の前記ウェーブワッシャーの変形量よりも変形量が小さい環状の板材である、
     可撓部材。
  3.  請求項1又は2の可撓部材であって、
     前記結合部材は、前記軸方向に積層されると共に相互に接合された複数の平ワッシャーからなる、
     可撓部材。
  4.  請求項3の可撓部材であって、
     前記複数のウェーブワッシャーは、それぞれ周方向に複数の山部及び該山部間にそれぞれ設けられた谷部を備え、隣接するウェーブワッシャーの山部と谷部とが当接した状態で接合され、
     前記複数の平ワッシャーは、前記ウェーブワッシャーの接合部分に対応した位置で相互に接合される、
     可撓部材。

     
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023008275A1 (ja) * 2021-07-27 2023-02-02 日本発條株式会社 屈曲構造体及びその製造方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022171478A (ja) * 2021-04-30 2022-11-11 日本発條株式会社 屈曲構造体及びその製造方法
JP2023018451A (ja) 2021-07-27 2023-02-08 日本発條株式会社 屈曲構造体

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60172035U (ja) * 1984-04-24 1985-11-14 有限会社 勇心スプリング ワツシヤ−付きスプリング
JPS63140908U (ja) * 1987-03-10 1988-09-16
JPH09229119A (ja) * 1996-02-21 1997-09-02 Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd 回転時の端末部のふくらみを抑える対策を施したコイルドウェーブスプリング
JP2014038075A (ja) 2012-08-20 2014-02-27 Tokyo Institute Of Technology 外力推定装置及び鉗子システム
CN108953440A (zh) * 2018-10-02 2018-12-07 湖州杭佳弹簧有限公司 缓冲弹簧圈
WO2019073860A1 (ja) * 2017-10-12 2019-04-18 日本発條株式会社 医療用マニピュレーターの可撓チューブ及び屈曲構造体

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5072917A (en) * 1987-05-21 1991-12-17 Pleva Walter F Uniform loading springs of improved configuration
US4901987A (en) * 1988-05-03 1990-02-20 Smalley Steel Ring Company Crest-to-crest compression spring with circular flat shim ends
US5558393A (en) * 1995-01-24 1996-09-24 Proteus Engineering, Inc. Composite multi-wave compression spring
US6068250A (en) * 1996-09-23 2000-05-30 Proteus Engineering Inc. Composite multi-wave compression spring
US7320700B2 (en) * 2002-12-06 2008-01-22 Intuitive Surgical, Inc Flexible wrist for surgical tool
US6758465B1 (en) * 2002-03-05 2004-07-06 Smalley Steel Ring Company Wave spring with single shim end
US6669184B2 (en) * 2002-05-29 2003-12-30 Visteon Global Technologies, Inc. Composite wave ring spring
US7386365B2 (en) * 2004-05-04 2008-06-10 Intuitive Surgical, Inc. Tool grip calibration for robotic surgery
US7210181B1 (en) * 2003-10-10 2007-05-01 Atlanta Attachment Company Spring construction
CN103417298B (zh) * 2012-05-25 2017-10-10 三星电子株式会社 臂单元及具有该臂单元的机器人
US10624530B2 (en) * 2013-10-31 2020-04-21 Howard Graham Flexible structures
EP3320873A4 (en) * 2015-07-09 2019-01-30 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha SURGICAL ROBOT
JP2019034081A (ja) * 2017-08-21 2019-03-07 日本発條株式会社 医療用マニピュレーターの屈曲構造体
WO2019039362A1 (ja) * 2017-08-21 2019-02-28 日本発條株式会社 医療用マニピュレーターの屈曲構造体
JP7055767B2 (ja) * 2019-04-11 2022-04-18 日本発條株式会社 可撓部材

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60172035U (ja) * 1984-04-24 1985-11-14 有限会社 勇心スプリング ワツシヤ−付きスプリング
JPS63140908U (ja) * 1987-03-10 1988-09-16
JPH09229119A (ja) * 1996-02-21 1997-09-02 Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd 回転時の端末部のふくらみを抑える対策を施したコイルドウェーブスプリング
JP2014038075A (ja) 2012-08-20 2014-02-27 Tokyo Institute Of Technology 外力推定装置及び鉗子システム
WO2019073860A1 (ja) * 2017-10-12 2019-04-18 日本発條株式会社 医療用マニピュレーターの可撓チューブ及び屈曲構造体
CN108953440A (zh) * 2018-10-02 2018-12-07 湖州杭佳弹簧有限公司 缓冲弹簧圈

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3954510A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023008275A1 (ja) * 2021-07-27 2023-02-02 日本発條株式会社 屈曲構造体及びその製造方法
TWI817618B (zh) * 2021-07-27 2023-10-01 日商日本發條股份有限公司 彎曲結構體及其製造方法

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