(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロボットシステムと第２のロボットシステム（４、６、６０４、６０６）との一対の連続形ロボットシステムを含む形状維持展開可能構造であって、前記第１のロボットシステムは、
第１の遠位要素（１２、６１２）と、
少なくとも第１の形状ロック要素（１４、６１４）と、
前記第１の遠位要素を前記第１の形状ロック要素に機械的に連結し、かつ第１の動作モードと第２の動作モードで動作可能である、第１の連結構造（１６、６１６）と、
を備え、
前記第２のロボットシステムは、
第２の遠位要素（２２、６２２）と、
少なくとも第２の形状ロック要素（２４、６２４）と、
前記第２の遠位要素を前記第２の形状ロック要素に機械的に連結し、かつ第１の動作モードと第２の動作モードで動作可能である、第２の連結構造（２６、６２６）と、
を備え、
前記第１の連結構造が前記第１の動作モードで動作するとき、前記第１の連結構造は、弾性的に変形可能であって前記第１のロボットシステムを運動させるように動作可能であり、
前記第１の連結構造が前記第２の動作モードで動作するとき、前記第１の連結構造は、前記第２のロボットシステムの前記運動のためのガイドを形成し、
前記第２の連結構造が前記第１の動作モードで動作するとき、前記第２の連結構造は、弾性的に変形可能であって前記第２のロボットシステムを運動させるように動作可能であり、
前記第２の連結構造を前記第２の動作モードで動作するとき、前記第２の連結構造は、前記第１の形状ロック要素の前記運動のためのガイドを形成し、
前記第１の形状ロック要素（１４）は、
前記第１の連結構造に対して択一的に摺動可能または固定となるための、前記第１の連結構造（１６）に連結された第１の部分構造（４４）と、
前記第２の連結構造（２６）に摺動可能に連結された第２の部分構造（４６）と、
を備え、
前記第２の形状ロック要素（２４）は、
前記第２の連結構造に対して択一的に摺動可能または固定となるための、前記第２の連結構造（２６）に連結された第１の部分構造（４４）と、
前記第１の連結構造に摺動可能に連結された第２の部分構造（４６）と、
を備える、形状維持展開可能構造。
【請求項２】
前記第１のロボットシステム（４、６０４）は第１の剛性と第２の剛性を有し、前記第１の連結構造（１６、６１６）が前記第１の動作モードと前記第２の動作モードで動作するときには、前記第２の剛性が前記第１の剛性よりも大きく、
前記第２のロボットシステム（６、６０６）は第３の剛性と第４の剛性を有し、前記第２の連結構造（２６、６２６）が前記第１の動作モードと前記第２の動作モードで動作するときには、前記第４の剛性が前記第３の剛性よりも大きい、請求項１に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項３】
前記第２の剛性は、前記第２のロボットシステム（６、６０６）が前記第１のロボットシステム（４、６０４）に対して運動するときに、前記第１の連結構造（１６、６１６）が実質的に変形しないようなものであり、
前記第４の剛性は、前記第１のロボットシステムが前記第２のロボットシステムに対して運動するときに、前記第２の連結構造（２６、６２６）が実質的に変形しないようなものである、請求項２に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項４】
前記第１の連結構造（１６、６１６）が前記第１の動作モードで動作するとき、前記第１の連結構造は前記第１の形状ロック要素（１４、６１４）に対して摺動可能であり、
前記第１の連結構造が前記第２の動作モードで動作するとき、前記第１の連結構造は、前記第１の形状ロック要素に固定され、
前記第２の連結構造（２６）が前記第１の動作モードで動作するとき、前記第２の連結構造は前記第２の形状ロック要素（２４、６２４）に対して摺動可能であり、
前記第２の連結構造が前記第２の動作モードで動作するとき、前記第２の連結構造は前記第２の形状ロック要素に固定される、請求項２または請求項３に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項５】
前記第１の連結構造（１６、６１６）は、前記第１の連結構造（１６、６１６）と対応する第１の数の細長の要素（１７、１８、１９、６１７、６１８）を備え、
前記第２の連結構造（２６、６２６）は、前記第２の連結構造（２６、６２６）と対応する第２の数の細長の要素（２７、２８、２９、６２７、６２８）を備え、前記第１の数と前記第２の数はそれぞれ２以上である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項６】
前記第１の形状ロック要素（１４）は複数の個別の固定要素（４７、４８、４９）を備え、前記第１の形状ロック要素の固定要素のそれぞれは、前記第１の連結構造（１６）と対応する前記第１の数の細長の要素（１７、１８、１９）に機械的に連結されて、前記細長の要素が前記固定要素に対して可動であるかまたは前記固定要素に固定されるように制御可能な圧電デバイス（５２、５４、５６）を含み、
前記第２の形状ロック要素（２４）は複数の個別の固定要素（１４７、１４８、１４９）を備え、前記第２の形状ロック要素の固定要素のそれぞれは、前記第２の連結構造（２６）と対応する前記第２の数の細長の要素（２７、２８、２９）に機械的に連結されて、前記第２の連結構造と対応する前記細長の要素が前記第２の形状ロック要素の前記固定要素に対して可動であるかまたは前記第２の形状ロック要素の前記固定要素に固定されるように制御可能な圧電デバイス（５２、５４、５６）を含む、請求項５に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項７】
前記第２のロボットシステム（６、６０６）は、前記第１の連結構造（１６、６１６）の前記第１の数の細長の要素（１７、１８、１９、６１７）の少なくとも１つに摺動可能に機械的に連結され、前記第１のロボットシステム（４、６０４）は、前記第２の連結構造（２６、６２６）の前記第２の数の細長の要素（２７、２８、２９、６２７）の少なくとも１つに摺動可能に機械的に連結される、請求項５または請求項６に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項８】
前記第１の形状ロック要素（１４、６１４）は、前記第２の連結構造（２６、６２６）の前記細長の要素（２７、２８、２９、６２７）の少なくとも１つに摺動可能に機械的に連結され、前記第２の形状ロック要素（２４、６２４）は、前記第１の連結構造（１６、６１６）の前記第１の数の細長の要素（１７、１８、１９、６１７）の少なくとも１つに摺動可能に機械的に連結される、請求項７に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項９】
前記第１の連結構造（１６、６１６）は、第１、第２、および第３の３つの細長の要素（１７、１８、１９、６１７、６１８）を備え、前記第２の連結構造（２６、６２６）は、第４、第５、および第６の３つの細長の要素（２７、２８、２９、６２７、６２８）を備える、請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項１０】
前記第１の連結構造（１６）の前記第１の数の細長の要素（１７、１８、１９）は、前記第１の遠位要素（１２）および前記第１の形状ロック要素（１４）に、軸（Ｈ）に関して対称的で、かつ角度的に等間隔の配置となるように拘束され、
前記第２の連結構造（２６）の前記第２の数の細長の要素（２７、２８、２９）は、前記第２の遠位要素（２２）および前記第２の形状ロック要素（２４）に、前記軸に関して対称的で、かつ角度的に等間隔の配置となるように拘束される、請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項１１】
前記第１と第２のロボットシステム（４、６）は同軸に配置され、
前記第１の連結構造（１６）の前記第１の数の細長の要素（１７、１８、１９）は、前記第２の連結構造（２６）の前記第２の数の細長の要素（２７、２８、２９）に関して、角度的に互い違いに配置されている、請求項１０に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項１２】
前記第１のロボットシステム（４）は、細長の形状を有し、牽引して動作し、かつ前記第１の遠位要素（１２）および前記第１の形状ロック要素（１４）に固定されるようになった、第１の接続要素（４０）を備え、
前記第２のロボットシステム（６）は、細長の形状を有し、牽引して動作し、かつ前記第２の遠位要素（２２）および前記第１の形状ロック要素（２４）に固定されるようになった、第２の接続要素（４２）を備える、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項１３】
前記第１と第２のロボットシステム（４、６）はインタレースしている、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の形状維持展開可能構造。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の形状維持展開可能構造と、
前記第１の連結構造と第２の連結構造（１６、２６、６１６、６２６）を動作させ、前記第１の連結構造が前記第１の動作モードで動作するとき前記第２の連結構造が前記第２の動作モードで動作し、かつ、前記第２の連結構造が前記第１の動作モードで動作するとき前記第１の連結構造が前記第２の動作モードで動作するように、前記第１の連結構造と第２の連結要素を制御するように構成された動作システム（５００）と、
を備えるシステム。
【請求項１５】
前記動作システム（５００）は前記第１の接続要素と第２の接続要素（４０、４２）もまた動作させるように構成されている、請求項１２および請求項１２に従属する請求項１３のいずれか一項に従属する請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の連続形ロボットシステムを含む形状維持展開可能プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、今日では曲線的な軌道を追随可能な展開可能構造の必要性が特に強い。この必要性は、例えば人体内の曲線軌道を追随可能であることが要求される生物医学分野、または非接触検査分野において特に感じられる。
【０００３】
より詳細には、展開される際に所望の軌道がその構造の遠位端のみではなく構造本体でも追随されるように動作可能な展開可能構造が望まれる。つまり、展開可能構造の近位部分が先に遠位部分が追随した同じ軌道を追随することが望ましい。一般的にこの能力は、フォローザリーダ（ｆｏｌｌｏｗ−ｔｈｅ−ｌｅａｄｅｒ）すなわち遠位端への追随、または形状維持すなわち遠位端軌道の維持と称される。さらにこのフォローザリーダ能力は展開可能構造に本来備わっていることが望ましい。すなわちその構造が動作する環境の特性を活用するものではないことが望ましい。
【０００４】
例えば、欧州特許出願公開第２４４６８０３号明細書には関節ロボット型プローブが記述されており、これは同軸に配置された第１と第２の機構が含まれ、そのそれぞれを所望方向に向けることが可能である。さらに各機構には球状ジョイントにより相互接続された複数の剛体円筒アームが備えられ、全体として硬直な第１のモードとアームが相互に可動である第２のモードとで交互に制御される。
【０００５】
欧州特許出願公開第２４４６８０３号明細書によるロボットプローブは、本質的にフォローザリーダ型であるが、関節型であるために所定軌道を忠実に追随する能力には限りがある。さらに、２つの機構の内の１つが他の機構の関節領域で動作すると、望ましくない振動が発生する。
【０００６】
米国特許出願第２００１／００５３８７４号明細書には、可動型の遠位端末部と、遠位端末部を動作させるために遠位端末部に動作可能に接続された動作デバイスとを備える内視鏡が記載されている。米国特許出願第２０１１／０２９５０６５号明細書には、複数の接続部と、その複数の接続部の隣接する一対の接続部を接続するヒンジとを含む細長の本体とを有する分節された器具が記載されている。最後に、米国特許第６，０３６，６３６号明細書には、弾性部材を含み、これが挿入部の遠位端部分を先端部の近位端部分に接続し、空間部分を形成する内視鏡が記載されている。ワイヤが先端部分から挿入部の近位側に延伸し、空間部分で湾曲している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２４４６８０３号明細書
【特許文献２】米国特許出願第２００１／００５３８７４号明細書
【特許文献３】米国特許出願第２０１１／０２９５０６５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０３６，６３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、既知の技術の欠点を少なくとも部分的に解決する、展開可能構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、添付の特許請求の範囲に定義されるような展開可能構造が提供される。
【００１０】
本発明をよりよく理解するために、添付の図面を参照して、純粋に非制限的な例としてその実施形態を次に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の展開可能構造の実施形態の一部の斜視図である。
【図２】図１に示す展開可能構造の部品の正面図である。
【図３】図１の展開可能構造の一部の拡大斜視図である。
【図４】図１に示す展開可能構造の部品の正面図である。
【図５】図１に示す展開可能構造の部品の正面図である。
【図６】図１に示す展開可能構造の部品の正面図である。
【図７】本展開可能構造の部品間の接続を示すブロック図である。
【図８】簡略化された本展開可能構造の展開プロセスの連続ステップにおける斜視図である。
【図９】簡略化された本展開可能構造の展開プロセスの連続ステップにおける斜視図である。
【図１０】簡略化された本展開可能構造の展開プロセスの連続ステップにおける斜視図である。
【図１１】簡略化された本展開可能構造の展開プロセスの連続ステップにおける斜視図である。
【図１２】簡略化された本展開可能構造の展開プロセスの連続ステップにおける斜視図である。
【図１３】簡略化された本展開可能構造の展開プロセスの連続ステップにおける斜視図である。
【図１４】本展開可能構造の更なる実施形態の一部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は展開可能システム１であり、いずれも連続タイプの第１と第２のロボットシステム４、６を備える展開可能プローブ２を含んでいる。
【００１３】
詳細には、第１のロボットシステム４は、第１の遠位要素１２と少なくとも１つの第１の形状ロック要素１４とを備えている。第２のロボットシステム６は、以下では第２の遠位要素２２と称するそれぞれの遠位要素２２と、以下では第２の形状ロック要素２４と称する少なくとも１つのそれぞれの形状ロック要素２４を備えている。一般性を失うことなしに、図１には第１のロボットシステム４の全体で３つの形状ロック要素と、第２のロボットシステム６の２つの形状ロック要素とが示されている。具体的には、第１のロボットシステム４は、第１の形状ロック要素１４の他に第３と第４の形状ロック要素３０、３２を備えている。さらに、第２のロボットシステム６は、第２の形状ロック要素２４の他に第５の形状ロック要素３４と第６の形状ロック要素を備えている。後者は、展開可能構造２が縮退しているときは第１と第２のロボットシステム４、６を収容するように適合されたハウジング構造３８の内部に収容されているので、図１では見えない。
【００１４】
第１のロボットシステム４はさらに、第１の連結構造１６を備えている。これは第１の遠位要素１２を第１のロボットシステム４の形状ロック要素、具体的には第１の形状ロック要素１４に機械的に連結する。
【００１５】
第１の連結構造１６は、第１、第２、第３のロッド１７、１８、１９を備え、これは図１に示す実施形態では円筒形を有する。第１、第２、第３の各ロッド１７、１８、１９は、それぞれの一端が第１の遠位要素１２に固定され、かつ第１、第３、第４の各形状ロック要素１４、３０、３２に対して摺動可能であるかまたは固定されるかのいずれかであるように連結される。これについては、簡潔とするために第１の形状ロック要素１４のみを具体的に参照して以下で詳細を述べる。
【００１６】
第２のロボットシステム６は、第２の連結構造２６を備えている。これは第２の遠位要素２２を第２のロボットシステム６の形状ロック要素、具体的には第２の形状ロック要素２４に機械的に連結する。
【００１７】
第２の連結構造２６は、第４、第５、第６のロッド２７、２８、２９を備え、これは図１に示す実施形態では円筒形を有する。第４、第５、第６の各ロッド２７、２８、２９は、各端部が第２の遠位要素２２に固定され、第２、第５、第６の各形状ロック要素２４、３４に対して摺動可能であるかまたは固定されるかのいずれかであるように連結される。これについては、簡潔とするために第２の形状ロック要素２４のみを具体的に参照して以下で詳細を述べる。
【００１８】
第１のロボットシステム４は第１の接続ケーブル４０も備え、これは第１の遠位要素１２に固定される個別の端部を有している。さらに第１の接続ケーブル４０は、第１のロボットシステム４の各形状ロック要素に固定される。これに関しては、展開可能システム１では、第１の遠位要素１２と第１の形状ロック要素１４との間の第１の接続ケーブル４０の部分は、第１のロボットシステム４の隣接する形状ロック要素ペアの間の第１の接続ケーブル４０の部分に加えて、すべて同一の長さＬｍａｘを有するようになっている。
【００１９】
第２のロボットシステム６はさらに第２の接続ケーブル４２を備え、これは第２の遠位要素２２に固定された個別の端部を有している。さらに第２の接続ケーブル４２は、第２のロボットシステム６の各形状ロック要素に固定される。これに関しては、展開可能システム１では、第２の遠位要素２２と第２の形状ロック要素２４との間の第２の接続ケーブル４２の部分は、第２のロボットシステム６の隣接する形状ロック要素ペアの間の第２の接続ケーブル４２の部分に加えて、すべて上記の長さＬｍａｘを有するようになっている。
【００２０】
さらに詳細には、第１と第２のロボットシステム４、６はそれぞれの対称軸を有し、これらが互いに一致して展開可能構造２の対称軸Ｈを形成する。さらに、第１と第２のロボットシステム４、６は相互にインタレースしている。具体的には、対称軸Ｈに沿って、第１の遠位要素１２、第２の遠位要素２２、第１の形状ロック要素１４、第２の形状ロック要素２４、第３の形状ロック要素３０、第５の形状ロック要素３４、第４の形状ロック要素３２、第６の形状ロック要素が、この順序で相互に続く。
【００２１】
一般性を失わずに、第１と第２のロボットシステム４、６の形状ロック要素は同一である。さらに、第１のロボットシステム４の複数の形状ロック要素と、特に第１の形状ロック要素１４は、対称軸Ｈに関して同じ第１の配向を有し、他方で、第２のロボットシステム６の複数の形状ロック要素と、特に第２の形状ロック要素２４は、対称軸Ｈに関して同じ第２の配向を有する。第１と第２の配向は互いに１８０°異なっている。つまり、第２の形状ロック要素２４は第１の形状ロック要素１４に対して角度が１８０°だけずれており、以下で説明するように、第１、第２、第３、第４、第５、第６のロッド１７、１８、１９、２７、２８、２９が直線的に延びた休止状態がある。簡潔とするために、以下においては第１の形状ロック要素１４についてのみ詳細を説明する。
【００２２】
図２、３に詳細を示すように、第１の形状ロック要素１４は、これも対称軸Ｈに関して対称的となっている、第１と第２の部分構造４４、４６を備えている。
【００２３】
第１の部分構造４４は第１、第２、第３のクランプ要素４７、４８、４９を備え、これらは同じ形状であって、１２０°の角度を成すように、すなわち仮想的な二等辺三角形の頂点に配置されている。さらに、第１の部分構造４４は、第１、第２、第３の圧電デバイス５２、５４、５６を備えている。これらは相互に同一であり、それぞれが第１、第２、第３のクランプ要素４７、４８、４９に動作可能に連結されている。これについては、ｉ）第１のクランプ要素４７と第１の圧電デバイス５２で構成されるペア、ｉｉ）第２のクランプ要素４８と第２の圧電デバイス５４で構成されるペア、ｉｉｉ）第３のクランプ要素４９と第３の圧電デバイス５６で構成されるペア、は相互に同一なので、第１のクランプ要素４７のみを参照して以下で詳細に説明する。
【００２４】
第２の部分構造４６は中央体６０を備え、そこから互いに同一の第１、第２、第３のアーム６２、６４、６６、および互いに同一の第１、第２、第３の支持要素７０、７２、７４が、径方向に、すなわち対称軸Ｈに関して垂直に出ている。
【００２５】
具体的には、第１、第２、第３のアーム６２、６４、６６は隣接するペアが１２０°の角度をなすように配置されており、また、第１、第２、第３の支持要素７０、７２、７４は隣接するペアが１２０°の角度をなすように配置されている。さらに、第１、第２、第３の支持要素７０、７２、７４で構成される群は、第１、第２、第３のアーム６２、６４、６６で構成されるユニットに対して角度が６０°ずれている。したがって、第１の支持要素７０は、第１と第２のアーム６２、６４の間に６０°離間して挿入され、第２の支持要素７２は、第２と第３のアーム６４、６６の間に６０°離間して挿入され、最後に第３の支持要素７４は、第１と第３のアーム６２、６６の間に、６０°離間して挿入されている。
【００２６】
第１、第２、第３の支持要素７０、７２、７４には第１、第２、第３の小穴８０、８２、８４がそれぞれ形成され、それらは対称軸Ｈから等距離となっている。さらに、第１、第２、第３の小穴８０、８２、８４の中の隣接する小穴のペアは角度が相互に１２０°離間している。第４、第５、第６のロッド２７、２８、２９が第１、第２、第３の小穴８０、８２、８４の内部をそれぞれ通過し、これらのロッドは対応する小穴に対して摺動可能である。したがって、第１の形状固定要素１４は第２の連結構造２６に摺動可能な状態で機械的に連結され、以下で説明するように第１の形状ロック要素１４の運動のガイドとして作用することができる。
【００２７】
再び第１、第２、第３のクランプ要素４７、４８、４９を参照して、第１のクランプ要素４７と第１のロッド１７との相対連結について例示として次に説明する。第２と第３のクランプ要素４８、４９は第１のクランプ要素４７と同じであり、さらに第２、第３のロッド１８、１９に対する相対配置は以下で説明するものに類似している。
【００２８】
詳細には、第１のクランプ要素４７は、第一近似で中空の直角柱の形状を持ち、軸が対称軸Ｈに平行で、基部は頂点の丸まった二等辺三角形の形状である。
【００２９】
より詳細には、第１のクランプ要素４７は、上記の二等辺三角形の底辺を形成する第１の側壁９０と、上記の二等辺三角形の側辺を形成する、第２、第３の側壁９２、９４から形成される。
【００３０】
第２、第３の側壁９２、９４は、それぞれの内面が第１の曲面Ｓ１によって接合されているために、一種の丸められた二面体を形成する。
【００３１】
第１の側壁９０の内面は底面Ｓｂを画定し、その上に第１の圧電デバイス５２が載っている。さらに、第１の側壁９０は第１と第２の肩部を形成する。これは第１と第２の側肩面Ｓｓ１、Ｓｓ２をそれぞれ画定し、底面Ｓｂに対して垂直となっている。第１の圧電デバイス５２は、第１と第２の側肩面Ｓｓ１、Ｓｓ２の間に直接接触して配置されている。すなわち、第１の圧電デバイス５２は第１の側壁９０に形成された一種の中空部内に配置されている。
【００３２】
第２と第３の側壁９２、９４は、内側に向かって凹面を持つそれぞれの第２と第３の曲面Ｓ２、Ｓ３によって、第１と第２の側肩面Ｓｓ１、Ｓｓ２にそれぞれ結合される。
【００３３】
より詳細には、第１のクランプ要素４７は中央体６０にそれ自体は既知の方法で固定されて空洞９５を形成する。さらに、第１の圧電デバイス５２は第１の側壁９０に平行な細長の形状を持ち、そこに直接接触する。加えて、第１の圧電デバイス５２は、ｉ）第１の圧電デバイス５２が第１の長さ（その伸長方向に測って）であり、その第１の長さは第１の圧電デバイス５２の両端部が第２および第３の曲面Ｓ２、Ｓ３に接触しないような長さである、休止モード（図２および図３に示す）、およびｉｉ）第１の圧電デバイス５２が、第１の長さより長く、第１の圧電デバイス５２の両端が第１と第２の側肩面Ｓｓ１、Ｓｓ２に力をかけるような第２の長さを有する、アクティブモード（図示せず）、のいずれかで択一的に動作するように電気制御可能である。
【００３４】
図３に示すように、第１のアーム６２は第１の壁９０と第１の圧電デバイス５２の両方を囲むような形状を有している。さらに対称軸Ｈを参照として、第１のアーム６２は、対称軸Ｈに平行で、前述したように第１の側壁９０の上にある第１の圧電デバイス５２の上に距離を空けて存在する支持面９７を形成している。実際に、支持面９７は第１のクランプ要素４７の軸に平行であり、第１の曲面Ｓ１とともに、空洞９５の一部の空間を仕切って、その内部に第１のロッド１７が延在する。この空間部分を以下では収容部と称する。
【００３５】
より詳細には、第１の圧電デバイス５２が休止モードにあるとき、支持面９７と第１の曲面Ｓ１との間の距離は、これらの面に対して第１のロッド１７が摺動可能である、したがって第１の形状ロック要素１４に対して摺動可能であるような距離となっている。その反対に、第１の圧電デバイス５２がアクティブモードであるときは、休止モードにおける距離に対して支持面９７と第１の曲面Ｓ１との間に距離の減少が生じる。この減少は第１の圧電デバイス５２が第１と第２の側肩面Ｓｓ１、Ｓｓ２に掛ける力によって、第１、第２、および第３の側壁９０、９２、９４が弾性変形するためである。
【００３６】
より具体的には、第１の圧電デバイス５２がアクティブモードであるとき、支持面９７と第１の曲面Ｓ１は第１のロッド１７に力をかけ、ロッドが第１のクランプ要素４７でクランプされるようになる。すなわちクランプ要素に固定される。
【００３７】
前に説明したように、第２と第３のロッド１８、１９は、第１のロッド１７が第１のクランプ要素４７に連結するのと同じ様にして、第２と第３のクランプ要素４８、４９にそれぞれ連結する。したがって、それぞれ第２と第３の圧電デバイス５４、５６の動作モードに従って、第２と第３のロッド１８、１９は、第２と第３のクランプ要素４８、４９にそれぞれ択一的に摺動または固定することが可能である。さらに、第２と第３のクランプ要素４８、４９は、その中に第２と第３のロッド１８、１９がそれぞれ延在する、対応の収容部を画定する。
【００３８】
第１、第２、第３のクランプ要素４７、４８、４９の収容部と、したがって対応するロッドもまた対称軸Ｈから均等な距離となっており、また、その隣接するペアが（したがって対応するロッドの隣接するペアもまた）互いに１２０°の角度で配置されている。さらには、角度的に第１、第４、第２、第５、第３、および第６のロッド１７、２７、１８、２８、１９、２９が順番に配置され、さらには隣接するロッドは角度的に互いに６０°離れている。
【００３９】
以下では、第１、第２、第３の圧電デバイス５２、５４、５６、およびより一般的には第１のロボットシステム４の圧電デバイスは、常に同一の動作条件に制御されることが仮定される。したがって簡潔を期すために、第１の圧電デバイス５２の動作条件のみを参照する。さらに、第１の連結構造１６が第１の形状ロック要素１４に対して摺動可能である状態を示す非ロック状態と、第１の連結構造１６が第１の形状ロック要素１４に対してロックされ、したがって後者に（解放可能な方法で）固定される状態を示す非ロック状態とを参照する。
【００４０】
第１の形状ロック要素１４の中央体６０には、貫通タイプの２つの動作穴１００が形成され、これは例として、第１、第２、第３の圧電デバイス５２、５４、５６を制御可能とするためにそれらに接続された電気ケーブル（図示せず）を収容するようになっている。
【００４１】
中央体６０には、貫通タイプの第１と第２の接続穴１０２、１０４もまた形成されている。一対の動作穴１００と第１、第２の接続穴１０２、１０４は好ましくは対称軸Ｈの周りに対称的に、かつ対称軸に対して平行に延在する。
【００４２】
第１の接続ケーブル４０が第１の接続穴１０２内部を延伸し、このケーブルがそれ自体は既知の方法で中央体６０に局所的に固定される。すなわち、第１の接続ケーブル４０の少なくとも１点において中央体６０に固定される。第１の接続ケーブル４０はしたがって第１の形状ロック要素１４に対して摺動できない。
【００４３】
第２の接続ケーブル４２が第２の接続穴１０４内部を延伸し、この第２の接続ケーブル４２は中央体６０に固定されず、したがって第２の接続穴１０４の内部を摺動可能である。これに関して厳密にいえば、第１と第２の接続ケーブル４０、４２の存在が（それ以外は完全である）展開可能構造２の対称軸Ｈの周りの対称性を減じる。それにも拘らず、よりはっきりさせるために、「対称軸」という表現は維持され、第１近似で有効である。ただし、（図示もこれ以上の説明もないが）第１と第２の接続ケーブル４０、４２が対応する複数の接続ケーブルで置き換えられ、対称軸Ｈの周りに対称的に配置される変形は可能であり、例えば、各ロボットシステムに対して３つの接続ケーブルを使用して、対称軸Ｈに関して対称的に配置することが可能である。
【００４４】
第２の形状ロック要素２４に関しては、前述したようにこれは第１の形状ロック要素１４と同一形状であるが、それに対して１８０°回転している。第２の形状ロック要素２４は図４に詳細が示されている。ここでは見やすくするために各部品のいくつかのみが、特に断らない限り第１の形状ロック要素１４の対応する部品を示すのに既に使用した同じ参照番号で示されている。
【００４５】
より詳細には、第２の形状ロック要素２４の３つの小穴を以下ではそれぞれ第４、第５、第６の小穴と称する（それぞれ１８０、１８２、１８４で示されている）。第３のロッド１９、第１のロッド１７、第２のロッド１８が、第４、第５、第６の小穴１８０、１８２、１８４をそれぞれ貫通し、これらのロッドは対応する小穴に対して摺動可能である。したがって、第２の形状ロック要素２４は第１の連結構造１６に摺動可能に機械的連結をされ、これが以下で説明するように第２の形状ロック要素２４の運動のガイドとして作用可能である。
【００４６】
さらに、第２の形状ロック要素２４の第１、第２、第３のクランプ要素（それぞれ１４７、１４８、１４９で示す）は、第５のロッド２８、第６のロッド２９、第４のロッド２７のそれぞれと機械的に連結する。さらには、第１の形状ロック要素１４に関して前述したものとの類推で、第４、第５、第６のロッド２７、２８、２９は、第２の形状ロック要素２４のそれぞれ第３、第１、第２の圧電デバイス５６、５２、５４の動作モードに従って、第２の形状ロック要素２４のそれぞれ第３、第１、第２のクランプ要素１４９、１４７、１４８に択一的に摺動または固定可能である。以下では、第２の形状ロック要素２４の第１、第２、第３の圧電デバイス５２、５４、５６、およびより一般的には第２のロボットシステム６の圧電デバイスは、常に同一の動作条件に制御されることが仮定される。したがって簡潔を期すために、第２の形状ロック要素２４の第１の圧電デバイス５２の動作条件のみを参照する。さらに、第２の連結構造２６が第２の形状ロック要素２４に対して摺動可能である状態を示す非ロック状態と、第２の連結構造２６が第２の形状ロック要素２４によりロックされ、したがって後者に（解放可能な方法で）固定される状態を示すロック状態とを参照する。
【００４７】
第２の形状ロック要素２４は、とりわけ、２０２、２０４で示される上記の第１と第２の接続穴も有している。それ自体既知の方法で第２の形状ロック要素２４に局所的に固定されている第２の接続ケーブル４２は、第１の接続穴２０２の内部に延在し、したがって第２の接続ケーブル４２は第２の形状ロック要素２４に対して摺動不可能である。
【００４８】
第１の接続ケーブル４０は第２の接続穴２０４内部に延在し、この第２の接続穴２０４内部を摺動可能である。
【００４９】
前述したように、第１と第２の形状ロック要素１４、２４の形状と、上記の１８０°ずれていることにより、展開可能構造２は、第１、第２、第３、第４、第５、第６のロッド１７、１８、１９、２７、２８、２９が直線的であるそれぞれの休止状態を可能とする。これに関してはそれぞれ図５と図６に示すように、第１と第２の遠位要素１２、２２が展開可能構造の上記の休止状態を可能とするようになっている。
【００５０】
詳細には、第１の遠位要素１２が既知のタイプの第１、第２、第３の固定座１１７、１１８、１１９を有している。第１、第２、第３のロッド１７、１８、１９の端部は、前述したようにそれぞれ第１、第２、第３の固定座１１７、１１８、１１９に固定され、これらは対称軸Ｈから等距離にあり、隣接する固定座のペアは角度的に１２０°離れている。さらに、第１の遠位要素１２は第４の固定座１４０を備え、そこに第１の接続ケーブル４０の一端が固定される。
【００５１】
展開可能構造２が休止状態にあるとき、第１、第２、第３の固定座１１７、１１８、１１９は、第１の形状ロック要素１４の第１、第２、第３のクランプ要素４７、４８、４９で形成される対応の収容部に整列し、さらに、第４の固定座１４０は第１の形状ロック要素１４の第１の接続穴１０２に整列する。
【００５２】
第２の遠位要素２２は第５、第６、第７の固定座３２７、３２８、３２９を形成し、そこに第４、第５、第６のロッド２７、２８、２９の対応する端部がそれぞれ固定される。さらに、第２の遠位要素２２は第７、第８、第９の小穴３１７、３１８、３１９を備え、これらは対称軸から等距離にあって、その隣接するペアが角度で１２０°離れるように配置されている。第１、第２、第３のロッド１７、１８、１９はそれぞれ第７、第８、第９の小穴３１７、３１８、３１９の内側を摺動する。したがって、第２の遠位要素２２は第１の連結構造１６に摺動可能に機械的連結をされ、これが以下で説明するように第２の遠位要素２２の運動のガイドとして作用することができる。
【００５３】
さらに、第２の遠位要素２２は、第２の接続ケーブル４２の一端が固定される第８の固定座３４２と、以下では貫通孔と称する更なる穴３４０とを備える。第１の接続ケーブル４０はこの貫通孔３４０を通る。
【００５４】
展開可能構造２が休止状態にあるとき、第７、第８、第９の小穴３１７、３１８、３１９は、第１の形状ロック要素１４の第１、第２、第３のクランプ要素４７、４８、４９で画定される収容部にそれぞれ整列する。さらに、第５、第６、第７の固定座３２７、３２８、３２９は第１の形状ロック要素１４の第１、第２、第３の小穴８０、８２、８４にそれぞれ整列する。貫通孔３４０と第８の固定座３４２は、第１の形状ロック要素１４の第１と第２の接続穴１０２、１０４にそれぞれ整列する。
【００５５】
図７に示すように、展開可能システム１は、第１と第２の連結構造１６、２６と、第１と第２のロボットシステム４、６の形状ロック要素（図７には簡潔とするために第１と第２の形状ロック要素１４、２４のみを示す）、および第１と第２の接続ケーブル４０、４２とに動作可能に連結された動作システム５００を備える。
【００５６】
具体的には、動作システム５００は、第１、第２、第３、第４、第５、第６のロッド１７、１８、１９、２７、２８、２９のそれぞれと、接続ケーブル４０、４２のそれぞれを、例えばそれに接続された対応するリニア電気モータによって動かすことができる。さらに、動作システム５００は前述したようにそれぞれの形状ロック要素の状態を制御することが可能である。そのために、動作システム５００は、例えば動作穴にの中に延在する上記の電気ケーブル（図示せず）によって、圧電デバイスに電気接続されている。
【００５７】
以下においては前に述べたように、各瞬間においてすべての第１のロボットシステム４の形状ロック要素が同じ状態（ロック状態／非ロック状態）に制御されることが仮定される。したがって第１の形状ロック要素１４の状態のみを参照する。同様に、各瞬間においてすべての第２のロボットシステム６の形状ロック要素が同じ状態に制御されることが仮定される。したがって第２の形状ロック要素２４の状態のみを参照する。さらに、第１および第２の連結構造１６、２６のそれぞれの各ロッドは、動作システム５００が展開可能構造２を展開させるために掛ける力にロッドが耐え得る圧縮抵抗を有する。これに関して第１および第２の連結構造１６、２６のそれぞれの各ロッドは、例えばニチノールで作ることが可能である。第１と第２のケーブル４０、４２は引張応力に耐えるようになっているが、圧縮および曲げには実質的に降伏する。
【００５８】
以下において、図８〜図１３を参照して、展開可能構造２の展開を可能とする動作を説明する。そこでは見やすくするために、第１と第２のロボットシステム４、６の部品は、前に説明したものに比べて簡略化されている。すなわち、図８〜図１３は、単に展開原理の説明のために、簡略化した展開可能構造を示している。
【００５９】
先ず図８に示すように、第１と第２のロボットシステム４、６はハウジング構造３８の内部に配置される。これらの状態では、図示されていないが第２の遠位要素２２が第１の遠位要素１２に接触する。さらに、第１の形状ロック要素１４は第２の形状ロック要素２４に接触する。さらに、第１と第２の形状ロック要素１４、２４はいずれもロックされる。その上、ハウジング構造３８の内部で、第１と第２のロボットシステム４、６は、第１と第２の接続ケーブル４０、４２が延伸するように配置される。
【００６０】
次いで図９に示すように、動作システム５００が第１の形状ロック要素１４をアンロックし、第１、第２、第３のロッド１７、１８、１９の内の少なくとも１つを運動させ、それと同時に第２の形状ロック要素２４をロックされたままにして第１の遠位要素１２を運動させる。こうして第１の遠位要素１２が、所望の曲線軌道の第１の部分に沿って第２の遠位要素２２から離れていく。より詳細には、動作システム５００の作用のもとに第１の連結構造１６の弾性変形が起きる。
【００６１】
次いで、動作システム５００が第１の形状ロック要素１４をロックする。そうして動作システム５００が第２の形状ロック要素２４をアンロックし、第４、第５、第６のロッド２７、２８、２９の内の少なくとも１つを運動させて第２の連結構造２６を弾性変形させ、同時に第１の形状ロック要素１４をロックしたままにして、図１０に示すように第２の遠位要素２２を運動させる。具体的には、動作システム５００が、第１の連結構造１６の先行動作に対応するように、すなわち第２の遠位要素２２に第１の遠位要素１２がその前に追随したのと同じ軌道の第１の部分を追随させるようにして、第２の連結構造２６を動作する。そのために動作システム５００は、ｉ）第１の遠位要素１２と第１の連結構造１６の間の相互配置と、ｉｉ）第２の遠位要素２２と第２の連結構造２６の間の相互配置、との差を考慮に入れる。さらに第１の連結構造１６は、第２の遠位要素２２の運動のガイドとして作用して、第１の遠位要素１２がその前に追随した軌道と同じ軌道の第１の部分を後者が実際に追随することを保証する。
【００６２】
より詳細には、第１のロボットシステム４がロック解除されると、後者並びに第１の連結構造１６も第１の剛性を有し、これにより第１の連結構造１６の弾性変形を可能とする。その逆も同様であって、第１のロボットシステム４がロックされていると、後者したがって第１の連結構造１６もまた、第１の剛性より大きい第２の剛性を有する。この第２の剛性は、第１の連結構造１６が、第１の連結構造１６の変形（例えば、直線化）を伴う第２の遠位要素の運動なしで、第２の遠位要素２２の運動のガイドとして作用することを可能とする。
【００６３】
その次に動作システム５００が第２の形状ロック要素２４をロックして、第１の形状ロック要素１４をアンロックする。そうして動作システム５００が第１の連結構造１６を動作させて、第１の遠位要素１２を所望の軌道の第２の部分に沿って運動させる。それと同時に第２の形状ロック要素２４のロックを維持する。こうして図１１に示すように、第１の遠位要素１２が、所望の軌道の第２の部分に沿って再び第２の遠位要素２２から離れていく。より詳細には、動作システム５００の作用により第１の連結構造１６の新たな弾性変形が起きる。さらに、第１の接続ケーブル４０によって、第１の遠位要素１２が第１のロボットシステム４の形状ロック要素、具体的には第２の連結構造２６にガイドされて軌道の第１の部分を追随する第１の形状ロック要素１４を、必要があれば第２の遠位要素２２に接触するまでその後方に引っ張る。
【００６４】
第２のロボットシステム６は、剛性に関しては第１のロボットシステム４と同じ挙動を有するので、第２のロボットシステム６がアンロックされると、後者したがって第２の連結構造２６もまた弾性変形可能である。その逆も同様であって、第２のロボットシステム６がロックされると、後者したがって第２の連結構造２６もまた、第２の連結構造２６が第１の形状ロック要素１４の運動に対して、より一般的には第１のロボットシステム４の形状ロック要素に対して、実質的に変形不能のガイドとして作用するような剛性を有する。
【００６５】
次いで、動作システム５００が第１の形状ロック要素１４をロックする。そうして動作システム５００が第２の形状ロック要素２４をアンロックし、第４、第５、第６のロッド２７、２８、２９の内の少なくとも１つを運動させて、同時に第１の形状ロック要素１４をロックしたままにして、第２の遠位要素２２を運動させる。具体的には、動作システム５００が、第１の連結構造１６のその前の動作に対応するように第２の連結構造２６を動作させる。すなわち、その前に第１の遠位要素１２が追随した同じ第２の部分の軌道を第２の遠位要素２２に追随させるようにする。それと同時に、第２の形状ロック要素２４は第２の遠位要素２２に引っ張られて第１の部分の軌道を追随する。このようにして、第２の遠位要素２２と第２の形状ロック要素２４は、必要があれば図１２に示すように第１の遠位要素１２と第１の形状ロック要素１４にそれぞれ接触するまで、第１の連結構造１６によってガイドされて運動する。
【００６６】
その次に動作システム５００が第２の形状ロック要素２４をロックして、第１の形状ロック要素１４をアンロックする。そうして図１３に示すように、動作システム５００は再度第１の遠位要素１２を所望軌道の第３の部分に沿って運動させる。第１の遠位要素１２は、軌道の第２の部分を追随する第１の形状ロック要素１４と、軌道の第１の部分を追随する第３の形状ロック要素３０を引っ張る。必要であれば、所望の軌道および形状ロック要素の数に従って、上記の動作は反復可能である。
【００６７】
実際に、第１と第２のロボットシステム４、６は、交互に制御される。具体的には、第１の連結構造１６がアンロックされているときは、第２の連結構造２６がロックされ、さらに、第２の連結構造２６がアンロックされているときは、第１の連結構造１６がロックされる。
【００６８】
展開可能構造２を縮退させるためには、動作システム５００は第１と第２の接続ケーブル４０、４２を交互に縮退させる。具体的には展開ステップにおいて最後に展開されたロボットシステムが最初に縮退される。ロボットシステムが縮退するとき、各接続ケーブルの縮退と同時に、関係するロッドもまた縮退可能である。その目的のために動作システム５００は展開ステップで実行した動作の反対の動作を実行する。これに関しては前述したように、第１と第２の接続ケーブル４０、４２のそれぞれが、実質的に牽引によって動作し、対応する形状ロック要素を引っ張って、それが所属するロボットシステムを動かす。複数のロッドの任意の同時縮退は、展開とは逆の軌道を遠位要素に追随させ、縮退においてもアンロックされたロボットシステムは、ガイドとして作用するロックされたシステムを邪魔しない。
【００６９】
実際に、第１と第２のロボットシステム４、６は、展開時および縮退時のいずれにおいても同じ軌道を追随することが可能である。さらに、図示されていないが、第１と第２のロボットシステム４、６の各遠位要素および形状ロック要素は１つ以上の動作チャネルを形成可能であり、その中を、展開可能システム１用に設計されたアプリケーションに特徴的な器具（図示せず）、例えば光ファイバを摺動させることができる。例えば、展開可能構造２が休止状態にあるときは、各チャネルは、第１の遠位要素１２、第２の遠位要素２２、および形状ロック要素のそれぞれに作製されて連続的に整列した複数の個別の穴で形成可能である。
【００７０】
図１４に示す変形によれば、第１と第２のロボットシステム（それぞれ６０４、６０６で示されている）は互いに並んで摺動するように拘束されている。
【００７１】
一般性を失うことなく、第１と第２の連結構造（それぞれ６１６、６２６で示されている）はそれぞれ一対のロッドを含む。すなわち第３と第６のロッドはない。さらに、第１と第２の連結構造６１６、６２６のロッドは、第２のロッド（６１８で示す）、第１のロッド（６１７で示す）、第４のロッド（６２７で示す）、第５のロッド（６２８で示す）の順番で、平面的に配置されている。図１４には、第１と第２の遠位要素（６１２、６２２で示す）、第１と第２の形状ロック要素（６１４、６２４で示す）、および第１と第２の接続ケーブル（６４０、６４２で示す）も示されている。
【００７２】
第１の形状ロック要素６１４は制御可能に第１の連結構造６１６に連結され、第１と第２の各ロッド６１７、６１８は、第１の形状ロック要素６１４に対して択一的に摺動可能であるかまたは後者に固定されるかである。同様に、第２の形状ロック要素６２４は制御可能に第２の連結構造６２６に連結され、第４と第５の各ロッド６２７、６２８は、第２の形状ロック要素６２４に対して択一的に摺動可能であるかまたは後者に固定されるかである。
【００７３】
第１の形状ロック要素６１４はさらに、その中を第４のロッド６２７が摺動する小穴の形状をした第１の連結座６８０を形成し、さらに第２の形状ロック要素６２４は、その中を第１のロッド６１７が摺動する小穴の形状をした第２の連結座６８２を形成する。
【００７４】
実際に、第１のロボットシステム６０４がロックされると、第１のロボットシステム６０４の剛性は、第１のロッド６１７が第２のロボットシステム６０６の運動に対する実質的に変形不能なガイドとして作用するようなものであり、同様に、第２のロボットシステム６０６がロックされると、第４のロッド６２７が第１のロボットシステム６０４の形状ロック要素の運動に対する実質的に変形不能なガイドとして作用する。
【００７５】
本展開可能構造が提供する利点は、これまでの説明から明らかとなる。具体的には、本展開可能構造は、本質的にフォローザリーダ型のものである。さらに本展開可能構造は、連続したタイプであって関節を持たない。そして比較的小さい曲率半径の曲線であっても、曲線状の軌道を高精度に追従可能である。又、本構造の展開時に振動の発生はない。さらに各展開ステップにおいて、ロボットシステムの対応する前進運動は必ずしも所定値に等しくはなく、前述の長さＬｍａｘを最大値とする範囲内で連続的に変えることができる。
【００７６】
さらに、対称構成の使用は特に第１と第２のロボットシステムがインタレースしている場合には有利である。それは展開可能構造の断面積を減少させることができる一方で各ロボットシステムの曲げ剛性を同一に維持することができるからである。さらに、インタレース構成により第１と第２のロボットシステムに関連する曲げの中立軸を一致させることができる。こうして、ロックされたロボットシステムの形状を大きく阻害することなしに、ロックされたロボットシステムに対してアンロックされたロボットシステムを摺動させることができる。したがってインタレース構成は展開可能構造をより高精度に指向させることができる。さらに、第１と第２のロボットシステムの展開と回復が同じ動作パターンに基づいて遂行される。
【００７７】
最後に、本展開可能構造に対して、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から乖離することなしに、変更および変形を加え得ることは明らかである。
【００７８】
例えば、第１と第２のロボットシステム４、６の形状ロック要素の数は、説明したものとは異なってもよい。第１と第２の連結構造１６、２６のロッド数と形状は、説明したものとは異なってもよい。
【００７９】
第１、第２、および第３のクランプ要素４７、４８、４９と、第１、第２、および第３の圧電デバイス５２、５４、５６の形状、配置、および連結は説明したものとは異なってもよい。
【００８０】
連結構造に関しては、そのそれぞれは３以外の複数のロッドで構成されてもよい。例えば、展開可能構造が、三次元空間ではなく二次元空間での適用のために設計されている場合には、各連結構造は２つだけの対応ロッドを含んでもよい。
【００８１】
また、第１、第２の連結構造１６、２６の対応する形状ロック要素への制御された固定を、圧電デバイスなしで取得することも可能である。例えば、各形状ロック要素が、対応する連結構造を制御して固定するために、圧縮空気および／または油圧アクチュエータ（図示せず）を備えることも可能である。さらに、純粋に例示として、形状ロック要素の内部に形状記憶合金で形成された部分を使用することで、制御された固定を取得することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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