(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周りを回転するように構成されたシャフトと、
前記シャフトに結合された少なくとも１つのカムであって、前記少なくとも１つのカムのそれぞれのカムの断面がそれぞれほぼインボリュート部分を含む、少なくとも１つのカムと、
第１の軸に沿って移動するように構成された第１のリニアアクチュエータと、
第２の軸に沿って移動するように構成された第２のリニアアクチュエータと、を備え、
前記第１のリニアアクチュエータ及び前記第２のリニアアクチュエータは、前記少なくとも１つのカムに結合するように構成され、前記第１のリニアアクチュエータ及び前記第２のリニアアクチュエータは、前記シャフトに対してそれぞれのトルクを付与するために前記少なくとも１つのカムにそれぞれの力を働かせるように更に構成され、前記それぞれのトルクは、前記シャフトに対して同じ方向に印加され、
前記第１のリニアアクチュエータ又は前記第２のリニアアクチュエータのうちの少なくとも１つが前記少なくとも１つのカムから離脱するように更に構成され、前記少なくとも１つのカムから離脱することが、それぞれの離脱したリニアアクチュエータが係合している時のそれぞれのリニアアクチュエータと比較して、より低いトルクをシャフトに対して付与することを含み、
前記少なくとも１つのカムの第１のカムがほぼ円形部分を更に含み、それぞれの離脱したリニアアクチュエータが前記ほぼ円形部分に結合される、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのカムが、単一のカムである前記第１のカムで構成され、前記第１のリニアアクチュエータ及び前記第２のリニアアクチュエータが前記単一のカムに結合するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのカムが前記第１のカム及び第２のカムを含み、前記第１のリニアアクチュエータが前記第１のカムに結合するように構成され、前記第２のリニアアクチュエータが前記第２のカムに結合するように構成され、前記第１のカムが前記第２のカムに結合され、前記第１のカム及び前記第２のカムが前記回転軸の周りを回転するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のカムが第２のほぼ円形部分を更に含み、前記第１のカムの前記ほぼ円形部分が前記第１のカムの前記第２のほぼ円形部分より小さい半径を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のリニアアクチュエータ又は前記第２のリニアアクチュエータのうちの少なくとも１つが、前記第１のカムの前記ほぼ円形部分又は前記第２のほぼ円形部分に結合されている間に前記第１のカムから離脱するように更に構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのカムから離脱することは、それぞれの離脱したリニアアクチュエータが、それぞれの軸に沿ってそれぞれの離脱したリニアアクチュエータの基準位置の少なくとも１つに基づいて、前記少なくとも１つのカムから分離することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
少なくとも１つの止め具を更に含み、前記少なくとも１つのカムから分離することが、それぞれの離脱したリニアアクチュエータが前記少なくとも１つの止め具に接触することを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのカムから離脱することが、それぞれの離脱したリニアアクチュエータの水圧又は空気圧のうちの少なくとも１つを低減することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
それぞれの離脱したリニアアクチュエータの水圧又は空気圧のうちの前記少なくとも１つを低減することが、前記シャフトの基準角又はそれぞれの軸に沿ったそれぞれの離脱したリニアアクチュエータの基準位置のうちの少なくとも１つに応じて行われる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
コントローラを更に含み、前記コントローラがメモリとプロセッサとを含み、前記プロセッサが前記メモリに記憶されている命令を実行するように構成され、前記命令が、前記シャフトの基準角又はそれぞれの軸に沿ったそれぞれの離脱したリニアアクチュエータの基準位置のうちの少なくとも１つに基づいてそれぞれの離脱したリニアアクチュエータの水圧又は空気圧のうちの少なくとも１つを調整するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
それぞれの離脱したリニアアクチュエータの水圧又は空気圧のうちの前記少なくとも１つを調整することが、前記それぞれの離脱したリニアアクチュエータを減圧するために逃がし弁を開放することを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
それぞれの離脱したリニアアクチュエータに結合された少なくとも１つのサーボ弁を更に含み、それぞれの離脱したリニアアクチュエータの水圧又は空気圧のうちの前記少なくとも１つを調整することが、前記少なくとも１つのサーボ弁の弁位置を制御することを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
回転軸の周りを回転するように構成されたシャフトと、
前記シャフトに結合された第１のカムであって、前記第１のカムの断面が第１のインボリュート部分を含む、第１のカムと、
前記シャフトに結合された第２のカムであって、前記第２のカムの断面が第２のインボリュート部分を含む、第２のカムと、
第１の軸に沿って移動するように構成された第１のリニアアクチュエータであって、前記第１のカムの前記第１のインボリュート部分に結合するように構成された第１のリニアアクチュエータと、
第２の軸に沿って移動するように構成された第２のリニアアクチュエータであって、前記シャフトの基準角及び前記第２の軸に沿った前記第２のリニアアクチュエータの基準位置のうちの少なくとも１つに基づいて前記第２のカムに脱着可能に結合するように構成された第２のリニアアクチュエータと、
を含み、
前記第１のリニアアクチュエータが前記第１のカムの前記第１のインボリュート部分付近に結合され、前記第２のリニアアクチュエータが前記第２のカムの前記第２のインボリュート部分付近に結合されている間に、前記シャフトの前記基準角が第１の角度範囲内になり、前記第２のリニアアクチュエータが前記第２のカムから分離されている間に、前記シャフトの前記基準角が第２の角度範囲内になる、システム。
【請求項１４】
前記第１のリニアアクチュエータが、前記第１のカムの前記第１のインボリュート部分に結合されている間に前記第１の軸に沿って前記第１のカムに対して力を付与するように構成され、前記第２のリニアアクチュエータが、前記第２のカムの前記第２のインボリュート部分に結合されている間に前記第２の軸に沿って前記第２のカムに対して力を付与するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１のリニアアクチュエータ及び前記第２のリニアアクチュエータが、前記シャフトの前記基準角が所定の角度範囲内にあること、前記第１のリニアアクチュエータの前記基準位置が第１の停止位置に到達したこと、及び前記第２のリニアアクチュエータの前記基準位置が第２の停止位置に到達したことのうちの少なくとも１つに応じて、水圧又は空気圧を離脱させるように構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
止め具を更に含み、前記止め具が、前記第２のリニアアクチュエータの前記基準位置が前記第２の停止位置にある間に前記第２のリニアアクチュエータを前記第２のカムから分離するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、２０１５年２月４日に出願された米国特許出願第１４／６１３，４２７号に対する優先権を主張するものであり、同出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  機械システムは直線力を回転力に変換することができる。例えば、カムアセンブリはシャフトと付属カムとを含むことができる。リニアアクチュエータは付属カムに結合することができる。リニアアクチュエータは付属カムに対して直線力を付与することができ、次に付属カムはシャフト上で回転トルクを提供することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]  第１の態様では、システムが提供される。このシステムは、回転軸の周りを回転するように構成されたシャフトを含む。このシステムは、シャフトに結合された少なくとも１つのカムも含む。少なくとも１つのカムの断面はほぼインボリュート部分を含む。このシステムは更に、第１の軸に沿って移動するように構成された第１のリニアアクチュエータと、第２の軸に沿って移動するように構成された第２のリニアアクチュエータとを含む。第１のリニアアクチュエータ及び第２のリニアアクチュエータは少なくとも１つのカムに結合するように構成される。第１のリニアアクチュエータ及び第２のリニアアクチュエータは、シャフトに対してトルクを付与するために少なくとも１つのカムに力を働かせるように更に構成される。
【０００４】
[0004]  第２の態様では、システムが提供される。このシステムは、回転軸の周りを回転するように構成されたシャフトを含む。このシステムは、シャフトに結合された第１のカムも含む。第１のカムの断面はインボリュート部分を含む。このシステムは更に、シャフトに結合された第２のカムを含む。第２のカムの断面はインボリュート部分を含む。このシステムは、第１の軸に沿って移動するように構成された第１のリニアアクチュエータを更に含む。第１のリニアアクチュエータは、第１のカムのインボリュート部分に結合するように構成される。このシステムは、第２の軸に沿って移動するように構成された第２のリニアアクチュエータを含む。第２のリニアアクチュエータは、シャフトの基準角及び第２の軸に沿った第２のリニアアクチュエータの基準位置のうちの少なくとも１つに基づいて第２のカムに脱着可能に結合するように構成される。
【０００５】
[0005]  その他の態様及び実施形態は、適宜、添付図面に関連して以下の詳細な説明を読むことにより、当業者にとって明らかなものになる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】[0006]実施形態の一例によるシステムの図を示している。
【図１Ｂ】[0007]実施形態の一例によるシステムの図を示している。
【図１Ｃ】[0008]実施形態の一例による様々な角度範囲の概略図を示している。
【図１Ｄ】[0009]実施形態の一例によるシステムの概略図を示している。
【図２Ａ】[0010]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図２Ｂ】[0011]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図２Ｃ】[0012]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図２Ｄ】[0013]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図２Ｅ】[0014]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図３Ａ】[0015]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図３Ｂ】[0016]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図３Ｃ】[0017]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図３Ｄ】[0018]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【図３Ｅ】[0019]実施形態の一例によるシステム構成の図を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ｉ．概要
[0020]  本開示は一般に、直線運動をシャフト上のトルクに変換するシステムに関する。実施形態の一例では、システムは、インボリュート部分を含むカムを備えたシャフトを含むことができる。また、このシステムは、第１の軸に沿って移動するように構成された第１のリニアアクチュエータと、第２の軸に沿って移動するように構成された第２のリニアアクチュエータとを含む。第１のリニアアクチュエータ及び第２のリニアアクチュエータは少なくとも１つのカムに結合するように構成される。更に、第１のリニアアクチュエータ及び第２のリニアアクチュエータは、シャフトに対してトルクを付与するために少なくとも１つのカムに力を働かせるように構成される。カムは任意選択で円形部分（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｐｏｒｔｉｏｎ）又はほぼ円形部分を含むことができる。
【０００８】
[0021]  実施形態の一例では、第１のリニアアクチュエータ及び第２のリニアアクチュエータは同じカムに結合するように構成することができる。代替的に、第１のリニアアクチュエータ及び第２のリニアアクチュエータは別々のカムに結合するように構成してもよい。
【０００９】
[0022]  第１のリニアアクチュエータ及び／又は第２のリニアアクチュエータは少なくとも１つのカムから離脱するように構成することができる。このようなシナリオでは、少なくとも１つのカムから離脱することは、第１のリニアアクチュエータ又は第２のリニアアクチュエータが、それぞれのリニアアクチュエータが係合された時にシャフトに加えられるトルクと比較してより低いトルクをシャフトに対して付与することを含むことができる。いくつかの実施形態では、離脱したリニアアクチュエータは実質的にゼロのトルクをシャフトに対して付与することができる。この低トルク状況は様々な条件下で発生する可能性がある。
【００１０】
[0023]  例えば、第１のリニアアクチュエータ又は第２のリニアアクチュエータが少なくとも１つのカムのほぼ円形部分に結合されている間、これらのリニアアクチュエータのうちの１つによってカムに対して付与される力は回転軸に向かって誘導することができる。従って、リニアアクチュエータが係合されている間にシャフトに対して付与されるトルクと比較してより低いトルクをシャフトに対して付与することができる。
【００１１】
[0024]  実施形態の他の例では、第１のリニアアクチュエータ又は第２のリニアアクチュエータのうちの少なくとも１つは、第１のリニアアクチュエータの基準位置又は第２のリニアアクチュエータの基準位置のうちの少なくとも１つに基づいて少なくとも１つのカムから分離するように構成することができる。例えば、第１のリニアアクチュエータ及び／又は第２のリニアアクチュエータは止め具（ｓｔｏｐ）と接触することができる。止め具は、第１のリニアアクチュエータ及び／又は第２のリニアアクチュエータが少なくとも１つのカムと物理的に結合するのを防止することができる。このようなシナリオでは、分離により、より低いか又はゼロのトルクがシャフトに対して付与される可能性がある。
【００１２】
[0025]  実施形態の更に他の例では、第１のリニアアクチュエータ又は第２のリニアアクチュエータのうちの少なくとも１つの水圧又は空気圧を低減するか又はその他の調整を行うことができる。水圧又は空気圧は、例えばシャフトの基準角或いは第１のリニアアクチュエータ及び／又は第２のリニアアクチュエータの基準位置に基づいて、低減するか又はその他の調整を行うことができる。
【００１３】
[0026]  第１のリニアアクチュエータ及び／又は第２のリニアアクチュエータの水圧又は空気圧はコントローラを介して調整することができる。例えば、コントローラは、圧力逃がし弁を開放するか及び／又は第１のリニアアクチュエータ及び／又は第２のリニアアクチュエータに結合されたサーボ弁の弁位置を調整することができる。第１のリニアアクチュエータ及び第２のリニアアクチュエータの圧力を変更するためのその他の手法については以下に述べる。
【００１４】
[0027]  実施形態の一例では、第１のリニアアクチュエータ及び第２のリニアアクチュエータは、少なくともシャフトの基準角に基づいてカムに脱着可能に結合するように構成される。即ち、シャフトが基準角で回転軸線（ａｘｉｓ  ｏｆ  ｒｏｔａｔｉｏｎ）の周りを回転する時に、第１及び第２のリニアアクチュエータはカムの様々な部分に結合し、カムの様々な部分から分離することができる。その上、リニアアクチュエータがカムの様々な部分に結合する時に、異なる回転トルク及び／又はトルク範囲をシャフトに対して付与することができる。
【００１５】
[0028]  例えば、第１及び第２のリニアアクチュエータの両方がカムのインボリュート部分に結合される場合、両方のリニアアクチュエータはシャフトに対してトルクを付与するように動作可能にすることができ、それが「高トルク」構成又は範囲の可能性をもたらす。代替的に又は追加的に、第１及び第２のリニアアクチュエータのうちの１つのみがカムのインボリュート部分に結合される場合、インボリュート部分に結合されたリニアアクチュエータのみがシャフトに対してトルクを付与することができる。この構成は「中トルク」構成又は範囲である可能性がある。
【００１６】
[0029]  カムのインボリュート部分は、シャフトの周りのインボリュートである断面形状を含むことができる。言い換えれば、断面形状は円のインボリュートにすることができ、円はシャフトの回転軸に中心が置かれる。更に、カムのインボリュート部分は、リニアアクチュエータの軸方向変位と円の周囲に沿ったあるポイントの回転変位との間の直線関係を提供する表面を含むことができる。
【００１７】
[0030]  インボリュート部分は、「完全」インボリュートの近似である断面形状を含むことができる。例えば、カムのインボリュート部分の断面積は、完全インボリュート形状の断面積の５％又は１０％以内にすることができる。インボリュート形状のその他の近似も可能である。
【００１８】
[0031]  同様に、カムの円形部分は円形形状の近似を含むことができる。例えば、カムの円形部分はシャフトの回転軸線に対して完全に円形の断面を有していない可能性がある。上記のように、テンプレートメトリックを使用して、カムの円形部分は完全円形形状の５％又は１０％以内にすることができる。円形形状のその他の近似も可能である。
【００１９】
[0032]  更に、カムは更なる部分を含むことができる。例えば、カムはカムの周囲に沿って配置された遷移部分（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を含むことができる。このようなシナリオでは、遷移部分はカムの円形部分とインボリュート部分との間にある。遷移部分は、シャフトの回転軸に対して、円形部分とインボリュート部分との間の低摩擦遷移を提供する滑らかな勾配の曲線を含むことができる。代替的に又は追加的に、カムはその他の断面形状を備えた部分を含んでもよい。
【００２０】
[0033]  実施形態の一例では、シャフトの基準角が第１の角度範囲内である間に、第１及び第２のリニアアクチュエータの両方を１つ以上のカムの円形部分に結合することができる。シャフトの基準角が第２の角度範囲内である間に、第１及び第２のリニアアクチュエータのうちの一方を１つ以上のカムのインボリュート部分に結合することができ、もう一方のリニアアクチュエータを１つ以上のカムの円形部分に結合することができる。シャフトの基準角が第３の角度範囲内である間に、第１及び第２のリニアアクチュエータの両方を１つ以上のカムのインボリュート部分に結合することができる。シャフトの基準角が第４の角度範囲内である間に、第１及び第２のリニアアクチュエータのうちの一方を１つ以上のカムのインボリュート部分に結合することができ、もう一方のリニアアクチュエータを１つ以上のカムから分離することができる。シャフトの基準角が第５の角度範囲内である間に、第１及び第２のリニアアクチュエータの両方を１つ以上のカムから分離することができる。
【００２１】
[0034]  その他の角度範囲も本発明の範囲内で可能である。例えば、更なる角度範囲を、更なるトルク範囲、カムとリニアアクチュエータとの更なる結合配置などに関連付けることができる。
【００２２】
[0035]  いくつかの実施形態では、コントローラは、第１及び／又は第２のリニアアクチュエータの水圧又は空気圧を解放する（又はその他の調整を行う）ように構成することができる。この調整は、リニアアクチュエータの一方又は両方が１つ以上のカムから分離されたか又は１つ以上のカムの円形部分に結合されたことに応じて行うことができる。例えば、コントローラは、アクチュエータ位置がそれぞれの第１及び／又は第２の軸に沿って所定の範囲内にある間にリニアアクチュエータの一方又は両方のベントポートを開放するように構成することができる。リニアアクチュエータから圧力を解放するためのその他の手法も可能である。
【００２３】
[0036]  更に、システムは、アクチュエータ基準位置が停止位置にある間に、リニアアクチュエータのうちの１つ以上を１つ以上のカムから分離するように構成された１つ以上の止め具を含むことができる。止め具は、リニアアクチュエータに関連するシリンダの最下部グランドの物理的位置を含むことができる。その他のタイプの止め具も可能である。
【００２４】
[0037]  その他の実施形態は、複数のカムに結合された更なるリニアアクチュエータを含むことができる。例えば、シャフトは、シャフト上で拮抗するトルク又は対向するトルクを提供するように構成された第２のカムと対応するリニアアクチュエータとを含むことができる。更に他の実施形態では、複数のリニアアクチュエータがカムと相互作用することができるか及び／又は複数のインボリュート／円形部分を１つ以上のカムに取り入れることができる。
【００２５】
ＩＩ．システム例
[0038]  図１Ａは、実施形態の一例によるシステム１００の図を示している。システム１００は回転軸線１０４を備えたシャフト１０２を含む。システム１００は、シャフト１０２に結合されたカム１１０を含むことができる。基準角１１６は、回転軸線１０４に対するシャフト位置１１２と原点位置１１４との間の角度θとして測定することができる。シャフト１０２は円筒形にすることができる。代替的に、シャフト１０２は他の形状でもよい。いくつかの実施形態では、シャフト１０２は機械的ジョイントの一部でもよい。
【００２６】
[0039]  カム１１０は、ほぼインボリュート部分１１８を有する断面形状を含むことができる。カム１１０は任意選択で円形部分１２０を含んでもよい。具体的には、ほぼインボリュート部分１１８は、ほぼインボリュート部分１１８の表面がシャフト１０２の直径及び／又は断面に対してインボリュート曲線になるように構成又は成形することができる。このため、カム１１０のほぼインボリュート部分１１８の断面のデカルト座標は以下のようになる可能性がある。
[0040]ｘ＝ａ（ｃｏｓθ＋θｓｉｎθ）及び
[0041]ｙ＝ａ（ｓｉｎθ−θ（ｃｏｓθ）
ここで、ａはシャフト１０２の半径であり、θはラジアンである。
【００２７】
[0042]  ほぼインボリュート部分１１８は、「完全」又は「理想的」インボリュートの近似である断面形状を含むことができる。例えば、ほぼインボリュート部分１１８の断面積は完全インボリュート形状の断面積の５％又は１０％以内にすることができる。ほぼインボリュート部分１１８について、インボリュートに近似するその他の形状も可能である。
【００２８】
[0043]  円形部分１２０は、カム１１０の外径１２２と一致するカム１１０の表面を含むことができる。代替的に又は追加的に、円形部分１２０は、シャフト１０２の周囲と平行なカム１１０の表面を含んでもよい。
【００２９】
[0044]  図１Ｂは、実施形態の一例によるシステム１３０の図を示している。システム１３０は、システム１００に関して記載され、図１Ａに示されているものと同様の又は同一の要素を含むことができる。
【００３０】
[0045]  システム１３０は、第１のリニアアクチュエータ１３２と第２のリニアアクチュエータ１３４とを更に含むことができる。実施形態の一例では、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、コントローラによって制御可能な水圧シリンダを含む。追加的に又は代替的に、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、ピストン、ねじジャッキ、剛性チェーンアクチュエータ、又は実質的に直線に沿って力を提供するように構成された他のタイプのアクチュエータを含んでもよい。第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、機械力、水力、空気力、又は圧電力に基づいて動作することができる。
【００３１】
[0046]  実施形態の一例では、第１のリニアアクチュエータ１３２及び／又は第２のリニアアクチュエータ１３４は単動又は複動水圧シリンダを含むことができる。第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４はそれぞれベントポートも含むことができる。ベントポートは、以下に記載されているように、ポートコントローラ又はコントローラ１７２を介して制御可能にすることができる。
【００３２】
[0047]  第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、それぞれ第１の軸１４０及び第２の軸１４２に沿って移動するように構成することができる。更に、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、それぞれ第１の軸１４０及び第２の軸１４２に沿って基準位置１４４及び１４６に位置することができる。第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、それぞれの軸１４０及び１４２に沿って基準位置からある範囲内で移動するように構成することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の位置センサは、リニアアクチュエータのうちの少なくとも１つの現在の基準位置を提供するように動作可能にすることができる。
【００３３】
[0048]  上記のように、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、それぞれ第１の軸１４０又は第２の軸１４２に沿った動きの範囲を制限可能な１つ以上の止め具を含むことができる。例えば、１つ以上の止め具は、リニアアクチュエータのシリンダの最下部グランドの事前設定位置又は所定の位置を含むことができる。代替的に、１つ以上の止め具は、リニアアクチュエータのロッドが伸長及び／又は収縮するのを防止する物理的止め具を含んでもよい。
【００３４】
[0049]  実施形態の一例では、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は円柱面１３６及び１３８を含む。円柱面１３６及び１３８は、１つ以上のカム、特にカム１１０に脱着可能に結合するように構成することができる。円柱面１３６及び１３８は円筒ころ軸受及び／又はホイールを含むことができる。代替的に、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４の一方又は両方は円柱面１３６及び１３８を含む必要はない。
【００３５】
[0050]  カム１１０に関しては、インボリュート部分１１８は、リニアアクチュエータ（例えばリニアアクチュエータ１３２及び１３４）の軸方向変位とシャフト１０２の周囲の回転変位との間の直線関係を提供する形状を備えた表面を含むことができる。言い換えれば、所与のリニアアクチュエータがほぼインボリュート部分１１８に結合されている間、そのリニアアクチュエータとほぼインボリュート部分１１８との間で力を移転することができ、力のベクトルは所与のリニアアクチュエータの動きの軸と実質的に同一線上にある。
【００３６】
[0051]  実施形態の一例では、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４はシャフト１０２に対してトルクを付与するように動作可能にすることができる。具体的には、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、回転軸線１０４の周りでシャフト１０２に対して時計回りのトルクを付与するためにカム１１０を押し進めることができる。
【００３７】
[0052]  第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４は、カム１１０の様々な部分に脱着可能に結合するように構成することができる。異なる結合構成の組み合わせは、シャフト１０２に加えることができるある範囲のトルクに関する制御を可能にすることができる。例えば、第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４はどちらもほぼインボリュート部分１１８に結合することができる。このようなシナリオでは、どちらのリニアアクチュエータもシャフト１０２上でトルクを提供することができる。
【００３８】
[0053]  異なる一例では、第１のリニアアクチュエータ１３２はほぼインボリュート部分１１８に結合することができ、第２のリニアアクチュエータ１３４はカム１１０の円形部分１２０に結合することができる。このようなシナリオでは、第１のリニアアクチュエータ１３２はシャフト１０２上でトルクを提供するように動作可能にすることができ、第２のリニアアクチュエータ１３４は回転軸線１０４を通過する力のベクトルに沿ってシャフト１０２に力を提供するだけである可能性がある（従って、シャフト１０２上でトルクを発生しないであろう）。
【００３９】
[0054]  更なる一例では、リニアアクチュエータの一方又は両方はカム１１０から物理的に分離することができる。このようなシナリオでは、止め具は、リニアアクチュエータの一方又は両方をカム１１０から分離するように構成することができる。その結果として、分離されたリニアアクチュエータはシャフト１０２上でトルクを提供することができなくなるであろう。
【００４０】
[0055]  いくつかの実施形態では、システム１３０はカムロッカーアームとして構成することができる。即ち、更なるリニアアクチュエータは、少なくとも部分的に回転軸線１０４の周りでシャフト１０２上で対向する（反時計回りの）トルクを提供するためにカム１０８に脱着可能に結合するように構成することができる。リニアアクチュエータを調整することにより、シャフト１０２は両方の回転方向の動きを提供するように構成することができる。
【００４１】
[0056]  任意選択で、システム１３０は１つ以上の更なるカム１０８を含んでもよい。このような更なるカム１０８はシャフト１０２上で対向するトルクを提供するように構成することができる。代替的に又は追加的に、このような更なるカム１０８は、増加した範囲の動きを提供するか及び／又はシャフト１０２に加えることができるトルクの範囲を修正するように構成してもよい。
【００４２】
[0057]  図１Ｃは、実施形態の一例による様々な角度範囲１５０の概略図を示している。様々な角度範囲１５０は、シャフト１０２の基準角１１６に基づいて種々のトルク範囲を提供することができる。この場合も、基準角１１６は、回転軸線１０４に対するシャフト位置１１２と原点位置１１４との間の角度θとして測定することができる。例えば、第１の角度範囲１５２は、両方のリニアアクチュエータが円形部分１２０に結合される時の低トルク範囲を表すことができる。シャフト１０２が時計回りに回転すると、少なくとも第１のリニアアクチュエータ１３２がほぼインボリュート部分１１８に結合され、第２のリニアアクチュエータ１３４が円形部分１２０に結合されるので、第２の角度範囲１５４は中トルク範囲を表すことができる。時計回りに移動すると、少なくとも第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４はほぼインボリュート部分１１８に結合することができるので、第３の角度範囲１５６は高トルク範囲を表すことができる。更に時計回りに移動すると、少なくとも第１のリニアアクチュエータ１３２は分離することができ、第２のリニアアクチュエータ１３４はほぼインボリュート部分１１８に結合することができるので、第４の角度範囲１５８は中トルク範囲を表すことができる。更に時計回りに移動すると、少なくとも両方のアクチュエータがカム１１０から分離されるので、第５の角度範囲１６０は低トルク範囲を表すことができる。
【００４３】
[0058]  図１Ｄは、実施形態の一例によるシステム１７０の概略図を示している。システム１７０はコントローラ１７２を含むことができる。コントローラ１７２はプロセッサ１７４とメモリ１７６とを含むことができる。具体的には、コントローラ１７２は１つ以上のコンピュータにすることができる。代替的に又は追加的に、コントローラ１７２は分散コンピューティングプラットフォームを表してもよい。
【００４４】
[0059]  コントローラ１７２は、第１のリニアアクチュエータ１７８及び第２のリニアアクチュエータ１８０に通信可能に結合することができる。第１のリニアアクチュエータ１７８及び第２のリニアアクチュエータ１８０は、図１Ｂに関連して示され記載されている第１のリニアアクチュエータ１３２及び第２のリニアアクチュエータ１３４と同様の又は同一のものにすることができる。しかしながら、本明細書の他の箇所に記載されているリニアアクチュエータなどのその他のリニアアクチュエータも可能である。
【００４５】
[0060]  コントローラ１７２は、１つ以上の位置及び／又は角度センサ１８２に更に通信可能に結合することができる。位置及び／又は角度センサ１８２は、第１のリニアアクチュエータ１７８及び／又は第２のリニアアクチュエータ１８０の位置に関する情報を提供するように構成されたセンサを含むことができる。代替的に又は追加的に、位置及び／又は角度センサ１８２は、シャフト１０２の角位置に関する情報を提供するように構成された１つ以上のセンサを含んでもよい。位置及び／又は角度センサ１８２は、超音波、圧電、磁気、又は容量形変換器、光検出器、並びに直線及び回転エンコーダを含む、様々なセンサのいずれかを含むことができる。その他のタイプのセンサも本発明の範囲内で企図されている。いくつかの実施形態では、ホール効果センサなどの位置センサを第１のリニアアクチュエータ１７８及び／又は第２のリニアアクチュエータ１８０内に含めることができる。
【００４６】
[0061]  コントローラ１７２は、１つ以上の圧力センサ１８４に通信可能に結合することができる。圧力センサ１８４は、第１のリニアアクチュエータ１７８及び／又は第２のリニアアクチュエータ１８０の圧力に関連する情報をコントローラ１７２に提供するように構成することができる。例えば、リニアアクチュエータが水圧シリンダを含む場合、圧力センサ１８４はシリンダの水圧に関する情報を提供することができる。その他のタイプの圧力センサも可能である。
【００４７】
[0062]  コントローラ１７２は、位置及び／又は角度センサ１８２から情報を受け取るように構成することができる。この情報は、シャフト１０２の角位置及び／又は第１のリニアアクチュエータ１７８及び／又は第２のリニアアクチュエータ１８０の位置に関する可能性がある。
【００４８】
[0063]  コントローラ１７２は、位置及び／又は角度センサ１８２から受け取った情報に基づいて、第１のリニアアクチュエータ１７８又は第２のリニアアクチュエータ１８０に関連して圧力を調整しなければならないかどうかを判断するように更に構成することができる。この判断は、第１及び／又は第２のリニアアクチュエータ１７８及び１８０のシリンダの現在の圧力に関連する可能性のある、圧力センサ１８４から受け取った情報に基づくこともできる。
【００４９】
[0064]  圧力を調整しなければならないと判断したことに応じて、コントローラ１７２は、それぞれの位置に基づいて第１のリニアアクチュエータ１７８及び／又は第２のリニアアクチュエータ１８０の圧力を制御するように構成することができる。代替的に又は追加的に、コントローラ１７２は、シャフト１０２の角度に基づいてリニアアクチュエータの圧力を制御するように構成してもよい。実施形態の一例では、コントローラ１７２は、シャフト１０２の角度に基づいて圧力を解放、維持、又は増加するために、リニアアクチュエータの１つ以上のポートを作動させることができる。しかしながら、シャフト１０２に加えられるトルク又はその他の力を制御するためのその他の手法も可能である。
【００５０】
[0065]  例えば、コントローラ１７２は、第１のリニアアクチュエータ１７８がカム１１０から分離されていることに関連する情報を受け取ることができる。このようなシナリオでは、コントローラ１７２は、第１のリニアアクチュエータ１７８から圧力を解放しなければならないと判断することができる。従って、コントローラ１７２は、水圧又は空気圧コントローラ或いは水圧又は空気圧シリンダ自体に第１のリニアアクチュエータ１７８から圧力を解放させることができる。他の例では、コントローラ１７２は、第２のリニアアクチュエータ１８０がカム１１０の円形部分１２０上にあることに関連する情報を受け取ることができる。このようなシナリオでは、コントローラ１７２は、第２のリニアアクチュエータ１８０から圧力を解放しなければならないと判断することができる。従って、コントローラ１７２は、第２のリニアアクチュエータ１８０の圧力を解放するために、水圧又は空気圧シリンダコントローラ或いは水圧又は空気圧シリンダ自体にコマンドを送信することができる。代替的に又は追加的に、コントローラ１７２は、シャフト１０２の角度に基づいてリニアアクチュエータ１７８及び１８０の一方又は両方から圧力を解放するように構成してもよい。例えば、コントローラ１７２は、シャフト位置１１２が第５の「低トルク」角度範囲１６０内にあるという情報を角度エンコーダから受け取ることができる。このような状況では、コントローラ１７２は、第１のリニアアクチュエータ１７８及び第２のリニアアクチュエータ１８０の両方に対応する１つ以上のベントポートを開放するように構成することができる。
【００５１】
[0066]  図２Ａ〜図２Ｅは、直線力をシャフト上の回転トルクに変換するように構成された共通機械装置を示すことができる。図２Ａ〜図２Ｅのそれぞれは、共通機械装置の異なるシステム構成を記述することができる。即ち、共通機械装置は記載されているシステム構成のそれぞれに適合するように動作可能にすることができる。
【００５２】
[0067]  図２Ａは、実施形態の一例によるシステム構成２００の図を示している。システム構成２００は、本明細書の他の箇所に開示されているものと同様の又は同一の要素を含むことができる。例えば、システム構成２００は、図１Ｂに関して示され記載されているシステム１３０と同様のものにすることができる。
【００５３】
[0068]  システム構成２００は、回転軸２０４の周りを回転するように構成されたシャフト２０２を含む。カム２０８及び２１０はシャフト２０２に結合される。カム２１０はインボリュート部分２１８及び円形部分２２０を含むことができる。システム構成２００は第１のリニアアクチュエータ２３２及び第２のリニアアクチュエータ２３４を更に含むことができる。第１のリニアアクチュエータ２３２はカム２１０のインボリュート部分２１８に結合することができる。第２のリニアアクチュエータ２３４は円形部分２２０に結合することができる。このため、システム構成２００は、第２のリニアアクチュエータ２３４を介してではなく、第１のリニアアクチュエータ２３２を介してトルクを提供することができる。即ち、第２のリニアアクチュエータ２３４が円形部分２２０に結合されている間、カム２１０に対して付与されている力は回転軸線２０４を通過する力のベクトルを有することができる。
【００５４】
[0069]  いくつかの実施形態の例では、第１及び／又は第２のリニアアクチュエータ２３４の圧力は、シャフト２０２の現在の角度に基づいて、解放するか又はその他の調整を行うことができる。即ち、シャフト２０２が回転軸線２０４の周りを回転する間、シリンダ圧力は、図１Ｃに関連して示され記載されている角度範囲に基づいて調整することができる。
【００５５】
[0070]  図２Ｂは、実施形態の一例によるシステム構成２４０の図を示している。示されている図は、カム２１０のインボリュート部分２１８に結合されている第１のリニアアクチュエータ２３２を含む。システム構成２４０は、カム２１０の円形部分２２０に結合されている第２のリニアアクチュエータ２３４を含む。システム構成２４０は、システム構成２００から時計回りに回転したシャフト２０２を示すことができる。システム構成２４０は、図１Ｃに関連して示され記載されている角度範囲１５４と符合する可能性がある。
【００５６】
[0071]  図２Ｃは、実施形態の一例によるシステム構成２５０の図を示している。システム構成２５０は、システム構成２４０から時計回りに回転したシャフト２０２を含むことができる。即ち、第１のリニアアクチュエータ２３２及び第２のリニアアクチュエータ２３４はカム２１０のインボリュート部分２１８に結合することができる。このような構成では、第１のリニアアクチュエータ２３２及び第２のリニアアクチュエータ２３４の両方がシャフト２０２上で時計回りのトルクを提供することができる。任意選択で、リニアアクチュエータの一方又は両方は、シャフト２０２上でトルクを全く提供しないように制御することもできる。システム構成２５０は、図１Ｃに関連して示され記載されている角度範囲１５６と符合する可能性がある。
【００５７】
[0072]  図２Ｄは、実施形態の一例によるシステム構成２６０の図を示している。このような構成では、第１のリニアアクチュエータ２３２はカム２１０から完全に分離することができ、第２のリニアアクチュエータ２３４はカム２１０のインボリュート部分２１８に結合することができる。システム構成２６０は、図１Ｃに関連して示され記載されている角度範囲１５８と符合する可能性がある。
【００５８】
[0073]  図２Ｅは、実施形態の一例によるシステム構成２７０の図を示している。このような構成では、第１のリニアアクチュエータ２３２及び第２のリニアアクチュエータ２３４の両方がカム２１０から完全に分離することができる。このため、シャフト２０２又はカム２１０に対してトルクは全く付与されない可能性がある。システム構成２６０は、図１Ｃに関連して示され記載されている角度範囲１６０と符合する可能性がある。
【００５９】
[0074]  図３Ａは、実施形態の一例によるシステム構成３００の図を示している。システム構成３００は、図１Ａ〜図１Ｄ及び図２Ａ〜図２Ｅに関連して示され記載されている要素と同様の又は同一のものにすることができる少なくともいくつかの要素を含むことができる。具体的には、システム構成３００は、共通のシャフト（図示せず）に結合することができる第１のカム３０８及び第２のカム３１０を含む。第１のカム３０８及び第２のカム３１０は、回転軸線３０４の周りを回転するように構成することができる。第１のカム３０８及び第２のカム３１０は異なる断面形状を有することができる。即ち、第１のカム３０８はほぼインボリュート形状を含むことができ、第２のカム３１０はインボリュート形状の部分３２０と任意選択の円形形状の部分３２２とを含むことができる。
【００６０】
[0075]  第１のカム３０８及び第２のカム３１０は更なる部分を含むことができる。例えば、第１のカム３０８及び第２のカム３１０のいずれか一方又は両方は、円形部分とインボリュート部分との間のそれぞれのカムの周囲上に配置された遷移部分を含むことができる。遷移部分は、円形部分とインボリュート部分との間で低摩擦遷移を提供する滑らかな勾配の曲線を含むことができる。
【００６１】
[0076]  システム構成３００は第１のリニアアクチュエータ３３２及び第２のリニアアクチュエータ３３４を含むことができる。第１のリニアアクチュエータ３３２及び第２のリニアアクチュエータ３３４は、実質的に互いに平行な動きの軸を有することができる。代替的に、第１のリニアアクチュエータ３３２及び第２のリニアアクチュエータ３３４の動きの軸は共通の平面に沿っている必要はない。
【００６２】
[0077]  図３Ａに示されているように、第１のリニアアクチュエータ３３２及び第２のリニアアクチュエータ３３４はどちらも、第１のカム３０８及び第２のカム３１０のインボリュート形状の部分に結合される。このようなシナリオでは、第１のリニアアクチュエータ３３２及び第２のリニアアクチュエータ３３４のいずれか一方又は両方によって共通のシャフトに対してトルクを付与することができる。
【００６３】
[0078]  第２のリニアアクチュエータ３３４は最下部要素３３８及び止め具３３６を含むことができる。最下部要素３３８は、止め具３３６と相互作用するように構成されたシール、グランド、又は他のボディにすることができる。止め具３３６は、動きの軸に沿って最下部要素３３８の動きを防止するように構成されたリング又は他のタイプの物理的に剛性のボディを含むことができる。実施形態の一例では、第２のリニアアクチュエータ３３４は、第２のカム３１０に結合することができ、第２のカム３１０に対して力を付与することができる。例えば、第２のリニアアクチュエータ３３４は水圧シリンダを含んでもよく、第２のリニアアクチュエータにより回転軸３０４の周りで第２のカム３１０上にトルクを印加するためにシリンダ内の水圧を維持してもよい。
【００６４】
[0079]  第１のリニアアクチュエータ３３２及び第２のリニアアクチュエータ３３４は転がり／滑り面３３９を含むことができる。実施形態の一例では、転がり／滑り面３３９は、第１のカム３０８又は第２のカム３１０の表面に沿って転がるように構成可能なころ軸受又はホイールにすることができる。
【００６５】
[0080]  図３Ｂは、実施形態の一例によるシステム構成３４０の図を示している。システム構成３４０は、システム構成３００から時計回りに回転した第１のカム３０８及び第２のカム３１０を含むことができる。更に、第１のリニアアクチュエータ３３２及び第２のリニアアクチュエータ３３４は、システム構成３００と比較して更に下方へ伸びることができる。
【００６６】
[0081]  図３Ｃは、実施形態の一例によるシステム構成３５０の図を示している。システム構成３５０は、特定の停止位置で止め具３３６によって物理的に制限又は阻止されている第２のリニアアクチュエータ３３４の最下部要素３３８を含む。即ち、第２のリニアアクチュエータ３３４はその動きの軸に沿って下方に移動すると、停止位置で止め具３３６と接触することができる。このようなシナリオでは、第２のリニアアクチュエータ３３４は第２のカム３１０から分離した状態になることができる。このため、第２のリニアアクチュエータ３３４はもはや、第２のカム３１０に対して力を付与するように動作可能にすることができない。第１のリニアアクチュエータ３３２は依然として、第１のカム３０８上で力を提供するように動作可能にすることができる。
【００６７】
[0082]  図３Ｄは、実施形態の一例によるシステム構成３６０の図を示している。システム構成３６０は、システム構成３５０から更に時計方向に回転している第１のカム３０８及び第２のカム３１０を含むことができる。更に、第１のリニアアクチュエータ３３２は、第１のカム３０８に結合することができ、システム構成３５０に対して更に下方に伸びることができる。第２のリニアアクチュエータ３３４は、最下部要素３３８が止め具３３６に接触していることにより第２のカム３１０から分離することができる。
【００６８】
[0083]  図３Ｅは、実施形態の一例によるシステム構成３７０の図を示している。システム構成３７０は、システム構成３６０に対して更に時計回りに回転している第１のカム３０８及び第２のカム３１０を含むことができる。このようなシナリオでは、第１のリニアアクチュエータ３３２及び第２のリニアアクチュエータ３３４は、それぞれ第１のカム３０８及び第２のカム３１０から分離することができる。例えば、第１のリニアアクチュエータ３３２は、第１のリニアアクチュエータ３３２を第１のカム３０８から分離するために、止め具３３６と同様の又は同一の関連止め具（図示せず）と相互作用することができる。
【００６９】
[0084]  その他のシステム構成が本発明の範囲内で考慮されることは認識されるであろう。即ち、更なるカム、更なるリニアアクチュエータ、及び更なるシャフトを含むことができるシステム構成が企図されている。より多くのカム、及び／又はより多くのカム部分、及び／又はより多くのリニアアクチュエータを備えたシステム構成は、共通のシャフトに加えられるトルクをより精細に制御するように動作可能にすることができる。
【００７０】
[0085]  追加的に又は代替的に、カムの更なる部分も可能である。例えば、複数のインボリュート部分又は非インボリュート形状部分を所与のカム上に含めてもよい。更に、１つ以上の遷移部分を所与のカムの周囲に沿って配置してもよい。１つ以上の遷移部分は所与のカムの形状をインボリュート形状から円形形状に滑らかにすることができる。異なる形状を備えたその他のカムも可能である。
【００７１】
[0086]  図に示されている特定の配置は限定するものと見なしてはならない。その他の実施形態は所与の図に示されているそれぞれの要素についてより多く又はより少なく含んでもよいことを理解されたい。更に、例示されている要素のいくつかは組み合わせるか又は省略してもよい。更に、例示的な一実施形態は図に示されていない要素を含んでもよい。
【００７２】
[0087]  様々な例及び実施形態が開示されているが、その他の例及び実施形態は当業者にとって明らかになるであろう。開示されている様々な例及び実施形態は、例示のためのものであって、限定するためのものではなく、真の範囲は特許請求の範囲によって示される。
【図１Ａ】
0006467514.tif 000002
【図１Ｂ】
0006467514.tif 000003
【図１Ｃ】
0006467514.tif 000004
【図１Ｄ】
0006467514.tif 000005
【図２Ａ】
0006467514.tif 000006
【図２Ｂ】
0006467514.tif 000007
【図２Ｃ】
0006467514.tif 000008
【図２Ｄ】
0006467514.tif 000009
【図２Ｅ】
0006467514.tif 000010
【図３Ａ】
0006467514.tif 000011
【図３Ｂ】
0006467514.tif 000012
【図３Ｃ】
0006467514.tif 000013
【図３Ｄ】
0006467514.tif 000014
【図３Ｅ】
0006467514.tif 000015