(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
内部空間と、前記内部空間に接続された入口と、複数の出口通路を介して前記内部空間に接続された複数の出口とを含むケースであって、前記複数の出口通路の各々は、ボーデンケーブルの内部ケーブルよりも広く、前記ボーデンケーブルのスリーブよりも狭く、当該ケースの中を前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルが前記入口、前記内部空間、および前記複数の出口のうちの任意の出口を通るように通り抜けることを許すケースと、
前記ケースの前記内部空間の中に回転可能に装着された内部ハブであって、前記ケースを通り抜ける前記内部ケーブルをそれが前記内部ハブの周りに湾曲経路を形成するように受けるおよび誘導するように構成された内部ハブと、
前記ボーデンケーブルを受けるように構成されたソケットであって、前記複数の出口のうちの任意の出口を選択し前記選択された出口を前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルが通り抜けるようにするために、複数の異なる位置で前記ケースに結合できるソケットと、
を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記入口および前記複数の出口は、各出口が前記入口に相対的にそれぞれの角度位置を有するように、前記ケースの外周上に設けられる、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記入口は、入口通路を通じて前記内部空間に接続され、前記入口通路は、前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルよりも広く、前記ボーデンケーブルのスリーブよりも狭い、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
前記ケースは、概ね円形のボディを含み、前記入口は、前記概ね円形のボディの外周上に設けられ、進入ボーデンケーブルを受けて中に通すように構成される、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記出口通路の各々は、（ｉ）前記内部空間から半径方向に伸びて前記内部ケーブルを収容するように構成された第１の部分と、（ii）前記第１の部分の端から前記ケースの外周上における対応する出口へ半径方向に伸びる第２の部分とを含み、前記第２の部分は、前記ソケットが前記ケースに結合されるときに前記ボーデンケーブルの前記スリーブの一部分が前記第２の部分に挿入されるように前記スリーブを収容するように構成される、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
前記内部ハブは、前記内部ハブの周囲に設けられた円形溝を含み、前記円形溝は、前記内部ハブの周りに前記湾曲経路を形成するために前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルを受けるおよび誘導するように構成される、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、
前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルは、前記内部ハブの周りで湾曲し、それに対し、前記スリーブは、前記入口および前記選択された出口において真っ直ぐなままである、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記ケースの外周上に設けられ、前記複数の出口をつなぐように構成された複数の溝であって、各溝の幅は、前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルを許容する、溝を備える装置。
【請求項９】
装置であって、
内部空間と、前記内部空間に接続された入口と、前記内部空間に接続された出口スロットとを含むケースであって、前記入口および前記出口スロットは、前記ケースの外周上に設けられ、前記出口スロットは、前記入口に相対的に一角度範囲にわたり、当該ケースの中をボーデンケーブルの内部ケーブルが前記入口、前記内部空間、および前記出口スロットを通るように通り抜けることを許すケースと、
前記ケースの前記内部空間の中に回転可能に装着された内部ハブであって、前記ケースを通り抜ける前記内部ケーブルをそれが前記内部ハブの周りに湾曲経路を形成するように受けるおよび誘導するように構成された内部ハブと、
前記ボーデンケーブルを受けるように構成されたソケットであって、前記出口スロットの複数の異なる部分のうちの任意の部分を選択し前記選択された部分を前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルが通り抜けるようにするために、複数の異なる位置で前記ケースに結合できるソケットと、
第１端と第２端とを有するアームであって、前記出口スロットに対応する前記一角度範囲にわたって、前記アーム上に取り付けられたソケットが前記アームと共に搖動できるように、前記第１端は、前記ケースに枢動可能に装着され、前記第２端は、前記ソケットに結合される、アームと、
を備える装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記ケースは、前記出口スロットに対応する前記一角度範囲内で前記外周上に設けられた複数の歯を含む、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記ソケットは、近位端と遠位端とを有し、前記近位端は、前記ケース上の前記複数の歯の一部に係合できる歯を有し、前記遠位端は、前記ボーデンケーブルのスリーブに結合される、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
前記ソケットは、前記アームの前記第２端において前記アーム内にスライド可能に収容される、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、更に、
前記ソケットの前記遠位端に形成された肩部と前記アームの前記第２端との間に装着されたバネを備える装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、
前記内部ケーブルにおける張力が所定の閾値張力を超えるときに、前記ボーデンケーブルの前記スリーブは、前記バネが圧縮されて前記ソケットの前記歯が前記ケース上の前記複数の歯の一部に係合するように、前記ソケットを前記ケースに向けて押す、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記内部ケーブルにおける張力が前記所定の閾値張力未満であるときに、前記バネは、前記ソケットの前記歯が前記ケース上の前記複数の歯の一部から外れるように、前記ソケットを前記ケースから離れる方向に押す、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、
前記内部ケーブルにおける張力が前記所定の閾値張力未満であるときに、前記ソケットは、前記ケースの前記外周の周りで浮遊し、前記外周の周りで前記アームとともに自由に回転するように構成される、装置。
【請求項１７】
請求項９に記載の装置であって、
前記ケースは、前記出口スロットを形成する隙間によって隔てられた互いに結合される２枚の相対する円形板を有する概ね円形のボディを含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１５年５月１１日に出願された、発明の名称を「ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ  ＢＯＷＤＥＮ  ＣＡＢＬＥ（効率的なボーデンケーブル）」とする米国仮特許出願第６２／１５９，８５０号の優先権を主張する。該出願は、あたかもその全文を本説明に記載されるかのように、参照によって本書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
機械式動力伝達システムは、曲がりを経て一点から別の一点へ動力を伝えるために、可撓性のドライブトレインを用いることがありえる。例えば、幾つかの用途では、遠隔設置されたデバイスに、可撓ケーブルによって作動メカニズムが接続される。ケーブルは、一点から別の一点へ牽引力および／または圧力を伝達する。
【発明の概要】
【０００３】
本開示は、効率的なボーデンケーブルに関連したシステムおよび装置に関する実施形態を説明する。
【０００４】
一態様では、本開示は、装置を説明する。装置は、内部空間と、内部空間に接続された入口と、内部空間に接続された複数の出口とを含むケースを含む。ケースは、その中をボーデンケーブルの内部ケーブルが入口、内部空間、および複数の出口のうちの任意の出口を通るように通り抜けることを許す。装置は、また、ケースの内部空間の中に回転可能に装着された内部ハブも含む。内部ハブは、ケースを通り抜ける内部ケーブルをそれが内部ハブの周りに湾曲経路を形成するように受けるおよび誘導するように構成される。装置は、更に、ボーデンケーブルを受けるように構成されたソケットを含む。ソケットは、複数の出口のうちの任意の出口を選択しその選択された出口をボーデンケーブルの内部ケーブルが通り抜けるようにするために、複数の異なる位置でケースに結合できる。
【０００５】
別の一態様では、本開示は、別の装置を説明する。装置は、内部空間と、内部空間に接続された入口と、内部空間に接続された出口スロットとを含むケースを含む。ケースは、その中をボーデンケーブルの内部ケーブルが入口、内部空間、および出口スロットを通るように通り抜けることを許す。装置は、また、ケースの内部空間の中に回転可能に装着された内部ハブも含む。内部ハブは、ケースを通り抜ける内部ケーブルをそれが内部ハブの周りに湾曲経路を形成するように受けるおよび誘導するように構成される。装置は、更に、ボーデンケーブルを受けるように構成されたソケットを含む。ソケットは、出口スロットの複数の異なる部分のうちの任意の部分を選択しその選択された部分をボーデンケーブルの内部ケーブルが通り抜けるようにするために、複数の異なる位置でケースに結合できる。
【０００６】
以上の概要は、例示に過ぎず、いかなる形であれ限定することを意図していない。上述された例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、更なる態様、実施形態、および特徴が、図面および以下の詳細な説明を参照することによって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実装形態例にしたがった、ボーデンケーブルの切り取り図である。
【０００８】
【図２】一実装形態例にしたがった、摩擦計算を説明するための簡略化されたボーデンケーブルの図である。
【０００９】
【図３Ａ】一実装形態例にしたがった、ボーデンケーブルにおける摩擦を低減するように構成された装置の斜視図である。
【００１０】
【図３Ｂ】一実装形態例にしたがった、図３Ａにおける装置の一部分の斜視図である。
【００１１】
【図３Ｃ】一実装形態例にしたがった、図３Ｂに示された装置の側面図である。
【００１２】
【図３Ｄ】一実装形態例にしたがった、図３Ａに示された装置の分解図である。
【００１３】
【図３Ｅ】一実装形態例にしたがった、図３Ｄにおける装置の一部分の分解図である。
【００１４】
【図３Ｆ】一実装形態例にしたがった、図３Ａ〜図３Ｅに例示された装置の側面図であり、ボーデンケーブルが９０度の角度を形成している。
【００１５】
【図４】一実装形態例にしたがった、旧来のボーデンケーブルと、図３Ａに例示された装置を用いたボーデンケーブルシステムとの効率の比較を示したグラフである。
【００１６】
【図５Ａ】一実装形態例にしたがった、ボーデンケーブルにおける摩擦を低減するように構成されたセルフロック装置の斜視図である。
【００１７】
【図５Ｂ】一実装形態例にしたがった、図５Ａに示された装置の部分斜視図である。
【００１８】
【図５Ｃ】一実装形態例にしたがった、図５Ａに示された装置のケースからソケットが外れている状態での装置の一部分を示す部分側面図である。
【００１９】
【図５Ｄ】一実装形態例にしたがった、図５Ｃに示された装置のケースにソケットが係合されている状態を示す説明図である。
【００２０】
【図５Ｅ】一実装形態例にしたがった、図５Ａに示されたボーデンケーブルが９０度の角度を形成してい状態の装置の部分断面を示す側面図である。
【００２１】
【図５Ｆ】一実装形態例にしたがった、ピンが非ロック位置にあるピンロックメカニズムの説明図である。
【００２２】
【図５Ｇ】一実装形態例にしたがった、ピンがロック位置にある図５Ｆのピンロックメカニズムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の詳細な説明は、添付の図面を参照にして、開示されたシステムおよび方法の様々な特徴と機能とを説明している。本書で説明される例示的なシステム実施形態および方法実施形態は、発明を限定することを意味していない。開示されたシステムおよび方法の特定の態様は、いずれも本書で検討される多岐にわたる様々な構成に配置できるおよび組み合わせできることが、容易に理解されるだろう。
【００２４】
更に、文脈中に別途示唆されない限り、各図に例示された特徴は、互いに組み合わせて使用されてよい。したがって、図面は、例示された全ての特徴が必ずしも各実装形態に必要なわけではないという理解のもとで、総じて、１つ以上の全体的実装形態を構成するコンポーネント態様として見なされるべきである。
【００２５】
また、本明細書または特許請求の範囲における要素、ブロック、またはステップの列挙は、明瞭にすることを目的としたものである。したがって、これらの列挙は、これらの要素、ブロック、またはステップが特定の配置を忠実に守ることまたは特定の順序で行われることを必要とするまたは暗示すると解釈されるべきではない。
【００２６】
「実質的に（substantially）」という用語は、記載された特性、パラメータ、または値が、厳密に達成される必要はなく、例えば許容差、測定誤差、測定精度限界、および当該分野で知られるその他の要因を含む偏差またはばらつきが、その特性が提供することを意図した効果を排除しない量で生じてよいことを意味する。
【００２７】
Ｉ．概説
機械式動力伝達の分野では、多くの場合、軽量で且つ高効率のコンポーネントが必要とされる。可撓性のドライブトレインは、多くの用途で有益である。例として、外骨格型器具などの補助器具や、ロボットの用途が挙げられる。これらの用途では、特定の場所に動力源が配置されてよく、動力は、動作を実施するために、人またはロボットのボディ周りを経てアクチュエータに伝達される。このような用途には、構造の長さに沿って力を生じることができる柔軟構造が適しているだろう。このような柔軟構造の一例が、ボーデンケーブルである。
【００２８】
ボーデンケーブルは、中空の外鞘（さや）に相対的な内部ケーブルの動きによって機械的な力または運動を伝達するために使用されるタイプの可撓ケーブルである。図１は、一実装形態例にしたがった、ボーデンケーブル１００の切り取り図を例示している。図１に示されるように、ボーデンケーブル１００は、保護プラスチックコーティングまたはさや１０２と、スチール構造スリーブ１０４と、摩擦を低減するためにプラスチック（例えばＴｅｆｌｏｎ）で作成されえる内張り１０６と、内部ケーブル１０８とを含む。さや１０２、スチールスリーブ１０４、および内張り１０６は、まとめてボーデンケーブルのケースまたはスリーブと称してよい。
【００２９】
ボーデンケーブル１００は、ケースに相対的な、即ちシース１０２、スチールスリーブ１０４、および内張り１０６に相対的な内部ケーブル１０８の動きによって機械的な力またはエネルギを伝達するために使用できる。例では、スチールスリーブ１０４は、図１に例示されるように、コイルバネを含んでいてよい。内部ケーブル１０８は、張力下にあるときにコイルバネを圧縮し、それによってスチールスリーブ１０４を圧縮下に置く。
【００３０】
ボーデンケーブル１００などのボーデンケーブルは、幾つかの利点を有する。第１の利点は、遠隔作動である。例えば、多くのロボットシステムは、アクチュエータおよび伝達システムの質量と慣性モーメントとによる悪影響を受ける。なぜならば、アクチュエータおよび伝達システムは、ロボットシステムの動的性質に影響するからである。質量および慣性モーメントは、特に、装着型ロボットの動的透明度を低下させる。ボーデンケーブルを使用すれば、アクチュエータは、エンドエフェクタから遠くに設置でき、それによって、重量および慣性を低減して出力密度を高めることができる。
【００３１】
第２の利点は、可撓性である。ギアトレイン、ベルト、およびテンドンプーリなどの大半の機械式動力伝達システムは、可撓性がなく、したがって、このようなシステムの構成は、固定されている。しかしながら、ボーデンケーブルと、その他のシステムまたは環境との間の唯一の相互作用は、その両端においてであり、これらの両端は、クランプされるので、ケーブルは、可撓性でありなおかつその両端間での動きが自由であり、そうしてエンドエフェクタの運動範囲を広げている。
【００３２】
しかしながら、ボーデンケーブルを使用する不利な点は、ケーブルおよびさやの撓み性、並びにその内部ケーブル（例えば内部ケーブル１０８）とスリーブ（例えばスリーブ１０４および外さや１０２）との間の摩擦ゆえの、その非線形特性である。これらの特性は、伝達システムの性能を低下させる。
【００３３】
図２は、一実装形態例にしたがった、摩擦計算を説明するための簡略化されたボーデンケーブルを示している。ボーデンケーブルは、さや２００と、内部電線、即ち内部ケーブル２０２とを有する。ボーデンケーブルは、角度φ（例えば、図２に示されるように１８０度）に曲げられる。内部ケーブル２０２は、一方の端で入力張力Ｔinを受け、この張力は、内部ケーブル２０２のもう一方の端にＴoutとして伝達される。しかしながら、摩擦損失ゆえに、Ｔoutは、Ｔinに等しくない。具体的には、Ｔoutは、次式で計算されえる。
Ｔout＝ｅ-μφＴin                （１）
ここで、ｅは、自然対数の底であり、μは、摩擦係数である。式（１）にしたがうと、摩擦損失は、曲げ角φの増加とともに指数関数的に増大する（即ち、Ｔoutは、Ｔinから更に低減される）。実際、力の伝達におけるボーデンケーブルの効率は、曲げ角が大きいときは、２５％もの低さになることがある。
【００３４】
本書で開示されるのは、効率を高めてエネルギ損失を低減するために、ボーデンケーブルによる動力伝達時に摩擦を低減するように構成された装置およびシステムである。本書で例示される実装形態（例えば、図３Ａ〜図３Ｆに示された装置３００および図５Ａ〜図５Ｆに示された装置５００）は、ボーデンケーブルを参照にして説明される。しかしながら、本書で説明された装置およびシステムは、ボーデンケーブルではなく、その他のタイプの可撓ケーブルまたは剛体圧縮中空管の摩擦を低減するために使用されることがありえる。
【００３５】
II．装置構成例
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、および図３Ｆは、一実装形態例にしたがった、ボーデンケーブルにおける摩擦を低減するように構成された装置３００を例示している。図３Ａは、装置３００の斜視図を例示している。図３Ａに示されるように、装置３００は、ケース３０２を含む。ケース３０２は、概ね円形のボディとして示されているが、その他の形状を有することもありえる。ケース３０２は、スリーブ３０６と内部ケーブル３０８とを有するボーデンケーブルを受けるように構成された入口３０４を有する。具体的には、ケース３０２は、その中を内部ケーブル３０８が入口３０４、ケース３０２内の内部空間、および複数の出口３１０のうちの任意の出口を通るように通り抜けることを許す。複数の出口３１０は、ケース３０２の外周面、即ち周囲面の一部分にわたる。スリーブ３０６は、例えば、図１に関して論じられたスリーブ１０２および／またはスチールスリーブ１０４と同様であってよい。
【００３６】
図３Ｂは、装置３００の断面の斜視図を例示している。図に示されるように、ケース３０２は、内部空間３１２を有する。一例では、ケース３０２は、間に内部空間３１２を有する２枚の相対する円形板で形成されてよい、または中に内部空間３１２を有する単体の概ね円形のボディとして形成されてよい。
【００３７】
装置３００は、ケース３０２の内部空間３１２の中に回転可能に装着される内部ハブ３１４を含む。具体的には、内部ハブ３１４は、ころ軸受け（例えば玉軸受け）３１５に装着されてよい。軸受け３１５の純粋な転がり摩擦が、内部ハブ３１４の回転の結果として生じる摩擦を低減し、装置３００の効率を向上させる。
【００３８】
一例では、内部ハブ３１４は、内部ハブ３１４の周囲に設けられた円形溝３１６を有していてよい。円形溝３１６は、ボーデンケーブルの内部ケーブル３０８をそれが内部ハブ３１４の周りに湾曲経路を形成するように受けるおよび誘導するように構成される。別の例では、内部ハブ３１４は、溝を有さないかもしれず、内部ケーブル３０８自体が、内部ハブ３１４の周囲に湾曲経路を形成することがありえる。
【００３９】
装置３００は、また、出口３１０のうちの１つを経て出てくるボーデンケーブルを受けるように構成されたソケット３１８を含む。ソケット３１８は、複数の出口３１０のうちの任意の出口を選択しその選択された出口をボーデンケーブルの内部ケーブル３０８が通り抜けるようにするために、複数の異なる位置でケース３０２に結合できる。このようにして、ソケット３１８から出てくる内部ケーブル３０８は、入口３０４で受けられた進入ケーブルに対して角度を形成し、ボーデンケーブルの経路を定める。
【００４０】
図３Ｃは、図３Ｂに示された断面の側面図を例示している。図３Ｃは、出口３１０の構成と、ソケット３１８をケース３０２の周囲で動かすことによるボーデンケーブルの角度φの変更とを例示するために使用される。
【００４１】
図３Ｃに示されるように、複数の出口３１０のうちの出口３１０Ａは、通路３１９を通じて内部空間３１２および内部ハブ３１４に接続される。同様の通路が、その他の出口３１０も内部空間３１２に接続する。更に、同様の通路３２０が、入口３０４を内部空間３１２に接続する。
【００４２】
図に示されるように、通路３１９は、その長さに沿って可変直径を有することがありえる。例えば、通路３１９は、内部空間３１２から半径方向に伸びる、内部ケーブル３０８を収容するように構成された第１の部分３２１Ａを含んでいてよい。要するに、第１の部分３２１Ａの直径は、内部ケーブル３０８の直径に等しいかまたは僅かに大きい。通路３１９は、また、第１の部分３２１Ａの一端からケース３０２の外周に伸びてそれによって外周に出口３１０Ａを形成する第２の部分３２１Ｂも含んでいてよい。
【００４３】
一例では、第２の部分３２１Ｂの直径は、内部ケーブル３０８の直径よりも大きくてよく、ただし、スリーブ３０６の直径未満であってよい。したがって、通路３１９は、内部ケーブル３０８よりも広く、スリーブ３０６よりも狭い。別の一実装形態例では、しかしながら、第２の部分３２１Ｂは、ソケット３１８がケース３０２に結合されるときにボーデンケーブルのスリーブ３０６の一部分が第２の部分３２１Ｂに挿入されるように、ボーデンケーブルのスリーブ３０６を収容するように構成されてよい。
【００４４】
ボーデンケーブルの角度φの変更を例示するために、図３Ｄは、装置３００の分解図を例示している。図３Ｄに示されるように、出口３１０は、スロットによってつながれる。例えば、出口３１０Ａと出口３１０Ｂとは、スロット３２２Ａによってつながれ、出口３１０Ｂと出口３１０Ｃとは、スロット３２２Ｂによってつながれ、出口３１０Ｃと出口３１０Ｄとは、スロット３２２Ｃによってつながれる。スロット３２２Ａ〜Ｃ、およびそれぞれの出口間の同様のスロットは、内部ケーブル３０８がスロットを経て１つの出口から別の出口へスライドできるように、内部ケーブル３０８の幅または直径を許容するように構成される。
【００４５】
更に、ソケット３１８は、ケース３０２にスナップ式に装着するように構成された２つのＵ字型溝３２４Ａおよび３２４Ｂを有する。具体的には、溝３２４Ａは、ケース３０２の幅の、例えばスロット３２２Ａ〜Ｃのうちの任意の２スロット間とケース３０２の裏側外壁との間の部分を収容できる。同様に、溝３２４Ｂは、ケース３０２の幅の、例えばスロット３２２Ａ〜Ｃのうちの任意の２スロット間とケース３０２の前側外壁との間の部分を収容できる。
【００４６】
更に、ソケット３１８をケース３０２の周りの特定の位置に固定するために、スナップ構成が使用されてよい。例えば、図３Ｅに示されるように、ソケット３１８は、ソケット３１８の内表面から突き出した突出雄部分３２６を有していてよい。ケース３０２の裏壁は、雄部分３２６に対応して対応する陥凹雌部分（不図示）を有していてよい。このようにすれば、ソケット３１８がケース３０２内へ半径方向内向きに押し込まれるときに、ソケット３１８は、雄部分３２６が対応する雌部分に係合することによって、ケース３０２の壁にスナップ式に装着してよい。留意すべきは、ソケット３１８の片側のみが、図３Ｅに示されていることである。もう一方の側も、ケース３０２の前壁にスナップ式に装着するために、雄部分３２６と同様な別の雄部分を含んでいてよい。
【００４７】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、ボーデンケーブルが１３５度の角度φを形成している、即ち入口３０４と出口３１０Ｄとの間の角度φが１３５度である装置３００を例示している。ボーデンケーブルの角度φを１３５度から９０度に変更したいとすると、オペレータは、ケースへのソケット３１８のスナップ係合に打ち勝つのに十分な力でソケット３１８を半径方向外向きにスライドさせてよい。再び図３Ｄを参照し、オペレータは、次いで、ソケットをケース３０２の周囲で反時計回りに動かし、それによって内部ケーブル３０８を出口３１０Ｄからスロット３２２Ｃ、出口３１０Ｃ、およびスロット３２２Ｂを経て出口３１０Ｂにスライドさせてよい。出口３１０Ｂに位置決めされたときに、ボーデンケーブルは、入口３０４に対して９０度の角度を形成する。オペレータは、次いで、ソケット３１８を再び半径方向内向きにスライドさせて、図３Ｆに示される位置にスナップ式に装着してよい。別の構成では、オペレータは、ソケット３１８を半径方向外向きにおよび再び半径方向内向きにスライドさせないかもしれず、単純に、最初にスナップ構成を解除するのに十分な力を使用した後にソケット３１８をケース３０２の周囲でスライドさせればよい。
【００４８】
したがって、選択された出口からソケット３１８を外して別の出口に係合しなおすことによって、角度φは、解体の必要なく迅速に調整できる。更に、この角度調整は、ドライブトレイン全体が組み立てられた後に実施されえる。
【００４９】
図３Ａ〜図３Ｆは、出口３１０が、ケース３０２の外周または周囲の一部分の周りに設けられることを示している。一例では、出口３１０は、入口における進入ボーデンケーブルと、出口における退出ボーデンケーブルとの間の角度φが０度から２７０度の範囲であるように、一部分にわたっていてよい。別の例では、角度は、０度から３６０度の範囲でありえる。
【００５０】
このようにすれば、装置３００は、設定角度を通じて伝達ラインの方向を変更するために使用されえる。伝達ラインの経路を定めるために、幾つかの装置３００が使用されることがあり、それぞれの装置の角度は、ピーク動力伝達時に全てのボーデンケーブルが実質的に真っ直ぐであるように、動作前に調整されえる。留意すべきは、スリーブ３０６を伴わず、内部ケーブル３０８のみが、内部ハブ３１４の周りに巻き付けられることである。したがって、スリーブ３０６は、曲げられることはなく、これもまた、内部ケーブル３０８とスリーブ３０６との間の摩擦を低減する。したがって、上記の式（１）は当てはまらない。
【００５１】
更に、内部ケーブル３０８が内部ハブ３１４の周りに巻き付けられているゆえに、全運動範囲にわたってボーデンケーブルの曲がりが低減される。内部ハブ３１４がケース３０２の中に回転可能に装着されており、それゆえに内部ケーブル３０８の移動とともに回転を許されるので、摩擦もまた、低減されえる。
【００５２】
図４は、一実装形態例にしたがった、旧来のボーデンケーブルと、装置３００を用いたボーデンケーブルシステムとの効率の比較を示したグラフである。線４００が、装置３００を用いたボーデンケーブルシステムについて、曲げ角の増加に伴う効率の変化を表しているのに対し、線４０２は、旧来のボーデンケーブルについて、曲げ角の増加に伴う効率の変化を表している。図４に示されるように、旧来のボーデンケーブルおよび装置３００を用いたシステムは、ともに、ボーデンケーブルの曲げ角が０度のときは事実上同じ効率（即ち、≒９６％）を有する。
【００５３】
しかしながら、線４００および４０２は、曲げ角の増加とともに互いから著しく離れていく。例えば、３６０度の曲げ角では、装置３００を有するシステムの効率が≒９３％であるのに対し、旧来のボーデンケーブルの効率は≒４７％である。これは、旧来のボーデンケーブルが使用されるときに、入力エネルギの５０％を超えるエネルギが摩擦が原因で失われることを示しており、装置３００が使用されるときの７％未満とは対照的である。旧来のボーデンケーブルの場合の５０％のエネルギ損失は、システムの中で熱として放散され、これは、ボーデンケーブル自体を損傷させることがありえる（例えば、ボーデンケーブルは、摩擦によって生成された熱が原因で溶けることがありえる）。この損傷は、しかしながら、装置３００が使用されれば起きないかもしれない。こうして、装置３００は、機械式動力伝達システムに使用するための、軽量素材で作成されえる高効率のコンポーネントを提供する。
【００５４】
III．セルフロック装置構成例
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、および図５Ｅは、一実装形態例にしたがった、ボーデンケーブルにおける摩擦を低減するように構成されたセルフロック装置５００を例示している。図５Ａは、装置５００の斜視図を例示しており、装置５００がケース５０２を含むことを示している。ケース５０２は、概ね円形のボディとして示されているが、その他の形状を有することもありえる。ケース５０２は、その中の内部空間と、該内部空間に接続された入口５０４とを有する。
【００５５】
入口５０４は、スリーブ５０６と内部ケーブル５０８とを有するボーデンケーブルを受けるように構成される。スリーブ５０６は、図１に関して論じられたスリーブ１０２および／またはスリーブ１０４と同様でありえる。ケース５０２は、その中を内部ケーブル５０８が入口５０４、ケース３０２内の内部空間、および出口スロット５１０を通るように通り抜けることを許す。出口スロット５１０は、ケース５０２の外周面、即ち周囲面の一部分にわたる。出口スロット５１０がわたる部分は、入口５０４を通る進入ボーデンケーブルと、出口スロット５１０を通る退出ボーデンケーブルとの間で可能な角度範囲を決定する。
【００５６】
ケース５０２は、図５Ａでは、２枚の相対する円形板５１１Ａおよび５１１Ｂを有するものとして示されている。しかしながら、その他の実装形態例では、ケースは、ケース５０２の外周の一部分に沿った溝または通路として設けられた出口スロット５１０を伴う単体のボディで作成されることがありえる。
【００５７】
図５Ｂは、装置５００の一部分の斜視図を例示している。具体的には、円形板５１１Ｂが、ケース５０２の内部空間５１２を示すために取り外されている。装置５００は、ケース５０２の内部空間５１２の中に回転可能に装着される内部ハブ５１４を含む。一例では、内部ハブ５１４は、内部ハブ５１４の周囲に設けられた円形溝５１６を有していてよい。円形溝５１６は、内部ハブ５１４の周りに湾曲経路を形成するために、ボーデンケーブルの内部ケーブル５０８を受けるおよび誘導するように構成される。別の例では、内部ハブ５１４は、溝を有さないかもしれず、内部ケーブル５０８自体が、内部ハブ５１４の周りに湾曲経路を形成することがありえる。留意すべきは、スリーブ５０６が、入口５０４または出口において真っ直ぐなままである一方で、内部ケーブル５０８のみが、内部ハブ５１４の周りで湾曲することである。
【００５８】
装置５００は、出口スロット５１０の一部分を経て出てくるボーデンケーブルを受けるように構成されたソケット５１８を含む。ソケット５１８は、内部ケーブル５０８はもちろんスリーブ５０６の一部分も受けるように構成されてよい。ソケット５１８は、出口スロット５１０の複数の異なる部分のうちの任意の部分を選択しその選択された部分をボーデンケーブルの内部ケーブル５０８が通り抜けるようにするために、複数の異なる位置でケース５０２に結合できる。このようにして、ソケット５１８から出てくる内部ケーブル５０８は、入口５０４で受けられた進入ケーブルに対して角度を形成し、ボーデンケーブルの経路を定める。
【００５９】
図５Ａおよび図５Ｂの両方を参照すると、装置５００は、更に、第１端５２１Ａと第２端５２１Ｂとを有するアーム５２０を含む。第１端５２１Ａは、枢軸または心棒５２２でケース５０２に枢動可能に装着され、したがって、アーム５２０は、ケース５０２の周りで回転または搖動するように構成される。図５Ａおよび図５Ｂは、枢軸または心棒５２２を、内部ハブ５１４と同軸上にあるものとして例示しているが、その他の実装形態例では、アーム５２０にかかるモーメントを低減するために、アーム５２０が、その他の軸または枢着点でケース５０２に装着されることがありえる。
【００６０】
第２端５２１Ｂは、後述のように出口スロット５１０によって定められた角度範囲にわたってソケット５１８がアーム上で且つアームとともに搖動できるように、ソケット５１８に結合される。一例では、アーム５２０は、ソケット５１８でつなぎあわされた２つの側部５２３Ａおよび５２３Ｂを有してよく、ケース５０２は、それらの間に配されてよい。
【００６１】
図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、ケース５０２は、出口スロット５１０に対応する角度範囲内でケース５０２の外周上に設けられた複数の歯を有する。図５Ｃは、ケース５０２上の複数の歯の一部に係合できる歯５２４をソケット５１８が有することを示すために、装置５００の部分断面を例示している。具体的には、ソケット５１８は、近位端５２５Ａを有し、該近位端５２５Ａは、ケース５０２上の複数の歯の一部に係合できる歯を有し、それによってソケット５１８をケース５０２にしっかりと搭載し、退出ボーデンケーブルを進入ボーデンケーブルに対して特定の角度にする。ソケット５１８は、また、ボーデンケーブルのスリーブ５０６に結合される遠位端５２５Ｂも有する。
【００６２】
更に、図５Ｃに示されるように、ソケット５１８は、遠位端５２５Ｂに形成された肩部５２６を有する。肩部５２６と、アーム５２０の第２端５２１Ｂとの間には、バネ５２８が装着される。バネ５２８は、図５Ａ〜図５Ｃでは波形バネとして示されているが、任意のその他のタイプの圧縮バネが使用されえる。
【００６３】
図５Ｃは、アーム５２０の第２端５２１Ｂにソケット５１８がスライド可能に収容されることも例示している。したがって、ソケット５１８は、アーム５２０内でスライドできる。内部ケーブル５０８が張力下にないときにまたは該張力が閾値張力未満であるときに、バネ５２８は、ソケット５１８を外向きにスライドさせる。その結果、ソケット５１８の歯５２４は、ケース５０２の歯から外れる。閾値張力は、例えば、バネ５２８のバネ定数に関係付けられてよく、装置５００が使用される用途に依存してよい。例えば、閾値は、ピーク出力荷重（例えば２〜５ニュートン）の２％でありえる。この状態では、ソケットは、ケース５０２の周囲または外周の周りで自由に回転できる、即ち、ソケット５１８は、浮遊状態にある。
【００６４】
内部ケーブル５０８が張力を受けているときは、スリーブ５０６は、圧縮を受け、ソケット５１８をバネ５２８に逆らって内向きに押そうとする。張力が、バネ５２８のバネ定数に関係付けられた閾値張力を超えると、スリーブ５０６は、ソケット５１８を内向きに押し、肩部５２６は、バネ５２８を圧縮させてアーム５２０の第２端５２１Ｂに押し付ける。
【００６５】
その結果、歯５２４は、ソケット５１８の現位置に基づいて、ケース５０２の歯のうちの対応する一部に係合する。この状態は、図５Ｄに示されている。ソケット５１８は、こうして、内部ケーブル５０８が出口スロット５１０を通り抜ける位置にしっかりと搭載され、歯５２４は、ケース５０２の外周上の歯のうちの対応する一部に係合する。その位置にソケット５１８がしっかりと搭載されると、入口５０４における進入ボーデンケーブルの、退出ボーデンケーブルに対する角度が固定される。
【００６６】
このように、装置５００は、内部ケーブル５０８における張力の大きさに基づいて、２つのモードで動作するように構成される。第１のモードでは、内部ケーブル５０８における張力が低い（即ち、閾値張力未満である）、または内部ケーブル５０８は緩んでいる。この第１の動作モードでは、ソケット５１８の歯５２４は、ケース５０２の歯から外れており、ソケットは、浮遊しており、進入ボーデンケーブルと退出ボーデンケーブルとの間の角度は、自由に変更できる。このモードでは、ケース５０２は、ボーデンケーブル間で受動ヒンジとして機能する。このモードは、図５Ｃに示された状態に相当する。
【００６７】
第２のモードでは、内部ケーブル５０８における張力が閾値を超える。内部ケーブル５０８における張力は、ボーデンケーブルを真っ直ぐにして、ケース５０２の（即ち、内部ハブ５１４上の）大きなトルクをかける傾向がある。しかしながら、装置５００の構成では、ソケット５１８がケース５０２にセルフロックするので、そのようなトルクがかかることが阻止される。具体的には、この第２のモードでは、図５Ｄに示されるように、スリーブ５０６の圧縮が、ソケット５１８をバネ５２８に押し付け、それによって、歯５２４をソケット５１８の特定の位置でケース５０２の歯の一部に係合させる。ソケット５１８は、こうして、その位置にセルフロックされる。この第２の動作モードでは、ソケット５１８は、ケーブル伝達の終端で機械的作業がなされるように、進入ボーデンケーブルと退出ボーデンケーブルとの間の角度を固定する。
【００６８】
張力が無くなるまたは閾値未満に落ちると、装置５００は、第１の動作モードに戻り、ソケット５１８は、ケース５０２から外れる。ソケット５１８は、張力が再び増加して閾値を超え、ソケット５１８がケース５０２にセルフロックするまで、ケース５０２の周囲で受動的に浮遊する。ソケット５１８は、張力が閾値を超えたときにソケット５１８があった位置で、ケース５０２にセルフロックする。例えば、図５Ｅは、ボーデンケーブルが９０度の角度φを形成する位置でソケット５１８がセルフロックすることを示した装置５００の断面を例示している。
【００６９】
装置５００は、装置３００と同様な、摩擦軽減に関係した利点を有する。更に、装置５００は、広範囲の荷重経路および関節角度にわたってボーデンケーブルの全曲率を受動的に最小限に抑えるので、多くの事例において、装置５００の２動作モードは、全体効率を向上させる。
【００７０】
装置５００は、更に、ボーデンケーブル間の角度を固定する手動ロック機能を有するように変更できる。このようにすれば、装置５００は、装置３００と同様に動作できて、ボーデンケーブル間の角度は、手動で調整できるだろう。図５Ｆは、一実装形態例にしたがった、ピン５３０が非ロック位置にあるピンロックメカニズムを例示している。例示されたピンロックメカニズムは、装置５００の手動調整を実現するための一構成例である。
【００７１】
図５Ｆに示されるように、ピン５３０は、第２端５２１Ｂにおいてアーム５２０を通り抜け、また、ソケット５１８も通り抜ける。ピン２３０は、押しボタンとして動作するように構成されてよい。ピン５３０が、図５Ｅに示される位置にあるときは、ソケット５１８は、ケース５０２から外れており、もし、内部ケーブル５０８における張力が閾値未満であれば、ケース５０２の周りで受動的に浮遊できるだろう。
【００７２】
もし、張力が増加して閾値を超え、ソケット５１８がケース５０２に係合すると、ピン５３０は、ソケット５１８に係合して、ソケット５１８がケース５０２に完全に係合された状態でソケット５１８を所定置にロックするために、アーム５２０内へ手動で押されえる。図５Ｇは、一実装形態例にしたがった、ピン５３０がロック位置にあるピンロックメカニズムを例示している。図５Ｇに示されるように、ピン５３０は、ソケット５１８に係合して、たとえ内部ケーブル５０８が再び閾値張力未満に下がったときでもソケット５１８をケース５０２に完全に係合した状態に維持するために、図５Ｆと比べて更に押し込まれている。
【００７３】
IV．結論
本書で説明される配置は、例示目的に過ぎないことが理解されるべきである。このように、当業者ならば、代わりにその他の配置およびその他の要素（例えば、機械、境界面、順序、および動作群など）が使用できること、並びに所望の結果にしたがって一部の要素が全く省略されてよいことがわかる。
【００７４】
本書では、様々な態様および実装形態が開示されているが、当業者にならば、その他の態様および実装形態が明らかである。本書で開示される様々な態様および実装形態は、例示が目的であり、限定することを意図しておらず、真の範囲は、以下の特許請求の範囲によって、その請求項によって権利を付与される全範囲の等価形態とともに示されている。また、本書で使用される用語は、特定の実装形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図していない。例えば、以下の適用例としても実施可能である。
［適用例１］装置であって、
内部空間と、前記内部空間に接続された入口と、前記内部空間に接続された複数の出口とを含むケースであって、その中をボーデンケーブルの内部ケーブルが前記入口、前記内部空間、および前記複数の出口のうちの任意の出口を通るように通り抜けることを許すケースと、
前記ケースの前記内部空間の中に回転可能に装着された内部ハブであって、前記ケースを通り抜ける前記内部ケーブルをそれが前記内部ハブの周りに湾曲経路を形成するように受けるおよび誘導するように構成された内部ハブと、
前記ボーデンケーブルを受けるように構成されたソケットであって、前記複数の出口のうちの任意の出口を選択し前記選択された出口を前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルが通り抜けるようにするために、複数の異なる位置で前記ケースに結合できるソケットと、
を備える装置。
［適用例２］適用例１に記載の装置であって、
前記入口および前記複数の出口は、各出口が前記入口に相対的にそれぞれの角度位置を有するように、前記ケースの外周上に設けられる、装置。
［適用例３］適用例１に記載の装置であって、
前記複数の出口は、複数の出口通路を通じて前記内部空間に接続され、各出口通路は、前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルよりも広く、前記ボーデンケーブルのスリーブよりも狭い、装置。
［適用例４］適用例１に記載の装置であって、
前記入口は、入口通路を通じて前記内部空間に接続され、前記入口通路は、前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルよりも広く、前記ボーデンケーブルのスリーブよりも狭い、装置。
［適用例５］適用例１に記載の装置であって、
前記ケースは、概ね円形のボディを含み、前記入口は、前記概ね円形のボディの外周上に設けられ、進入ボーデンケーブルを受けて中に通すように構成される、装置。
［適用例６］適用例１に記載の装置であって、
前記複数の出口は、複数の出口通路を通じて前記内部空間に接続され、各出口通路は、（ｉ）前記内部空間から半径方向に伸びて前記内部ケーブルを収容するように構成された第１の部分と、（ii）前記第１の部分の端から前記ケースの外周上における対応する出口へ半径方向に伸びる第２の部分とを含み、前記第２の部分は、前記ソケットが前記ケースに結合されるときに前記ボーデンケーブルの前記スリーブの一部分が前記第２の部分に挿入されるように前記スリーブを収容するように構成される、装置。
［適用例７］適用例１に記載の装置であって、
前記内部ハブは、前記内部ハブの周囲に設けられた円形溝を含み、前記円形溝は、前記内部ハブの周りに前記湾曲経路を形成するために前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルを受けるおよび誘導するように構成される、装置。
［適用例８］適用例１に記載の装置であって、
前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルは、前記内部ハブの周りで湾曲し、それに対し、前記スリーブは、前記入口および前記選択された出口において真っ直ぐなままである、装置。
［適用例９］適用例１に記載の装置であって、更に、
前記ケースの前記外周上に設けられ、前記複数の出口をつなぐように構成された複数の溝であって、各溝の幅は、前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルを許容する、溝を備える装置。
［適用例１０］装置であって、
内部空間と、前記内部空間に接続された入口と、前記内部空間に接続された出口スロットとを含むケースであって、その中をボーデンケーブルの内部ケーブルが前記入口、前記内部空間、および前記出口スロットを通るように通り抜けることを許すケースと、
前記ケースの前記内部空間の中に回転可能に装着された内部ハブであって、前記ケースを通り抜ける前記内部ケーブルをそれが前記内部ハブの周りに湾曲経路を形成するように受けるおよび誘導するように構成された内部ハブと、
前記ボーデンケーブルを受けるように構成されたソケットであって、前記出口スロットの複数の異なる部分のうちの任意の部分を選択し前記選択された部分を前記ボーデンケーブルの前記内部ケーブルが通り抜けるようにするために、複数の異なる位置で前記ケースに結合できるソケットと、
を備える装置。
［適用例１１］適用例１０に記載の装置であって、
前記入口および前記出口スロットは、前記ケースの外周上に設けられ、前記出口スロットは、前記入口に相対的に一角度範囲にわたる、装置。
［適用例１２］適用例１１に記載の装置であって、更に、
第１端と第２端とを有するアームであって、前記出口スロットに対応する前記角度範囲にわたって前記アーム上で前記ソケットが搖動できるように、前記第１端は、前記ケースに枢動可能に装着され、前記第２端は、前記ソケットに結合される、装置。
［適用例１３］適用例１２に記載の装置であって、
前記ケースは、前記出口スロットに対応する前記角度範囲内で前記外周上に設けられた複数の歯を含む、装置。
［適用例１４］適用例１３に記載の装置であって、
前記ソケットは、近位端と遠位端とを有し、前記近位端は、前記ケース上の前記複数の歯の一部に係合できる歯を有し、前記遠位端は、前記ボーデンケーブルのスリーブに結合される、装置。
［適用例１５］適用例１４に記載の装置であって、
前記ソケットは、前記アームの前記第２端において前記アーム内にスライド可能に収容される、装置。
［適用例１６］適用例１５に記載の装置であって、更に、
前記ソケットの前記遠位端に形成された肩部と前記アームの前記第２端との間に装着されたバネを備える装置。
［適用例１７］適用例１６に記載の装置であって、
前記内部ケーブルにおける張力が所定の閾値張力を超えるときに、前記ボーデンケーブルの前記スリーブは、前記バネが圧縮されて前記ソケットの前記歯が前記ケース上の前記複数の歯の一部に係合するように、前記ソケットを前記ケースに向けて押す、装置。
［適用例１８］適用例１７に記載の装置であって、
前記内部ケーブルにおける張力が前記所定の閾値張力未満であるときに、前記バネは、前記ソケットの前記歯が前記ケース上の前記複数の歯の一部から外れるように、前記ソケットを前記ケースから離れる方向に押す、装置。
［適用例１９］適用例１８に記載の装置であって、
前記内部ケーブルにおける張力が前記所定の閾値張力未満であるときに、前記ソケットは、前記ケースの前記外周の周りで浮遊し、前記外周の周りで前記アームとともに自由に回転するように構成される、装置。
［適用例２０］適用例１０に記載の装置であって、
前記ケースは、前記出口スロットを形成する隙間によって隔てられた互いに結合される２枚の相対する円形板を有する概ね円形のボディを含む、装置。
【図１】
0006518347.tif 000002
【図２】
0006518347.tif 000003
【図３Ａ】
0006518347.tif 000004
【図３Ｂ】
0006518347.tif 000005
【図３Ｃ】
0006518347.tif 000006
【図３Ｄ】
0006518347.tif 000007
【図３Ｅ】
0006518347.tif 000008
【図３Ｆ】
0006518347.tif 000009
【図４】
0006518347.tif 000010
【図５Ａ】
0006518347.tif 000011
【図５Ｂ】
0006518347.tif 000012
【図５Ｃ】
0006518347.tif 000013
【図５Ｄ】
0006518347.tif 000014
【図５Ｅ】
0006518347.tif 000015
【図５Ｆ】
0006518347.tif 000016
【図５Ｇ】
0006518347.tif 000017