(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の支持体(2)と、第2の支持体(3)と、6つの線形アクチュエータ(10a、10b、10c、10d、10e、10f)と、を備え、各々の線形アクチュエータが、旋回連結部(41、42、43、44)を用いて第1の支持体(2)および第2の支持体(3)にそれぞれ関節接合された2つの端を有する、六脚システム(1)であって、
該六脚システム(1)は、一方において前記第1の支持体(2)に埋め込まれ、他方において、前記第2の支持体(3)の厚さ内に位置付けられる回転中心(60)を有する旋回連結部(51、52)によって、前記第2の支持体(3)に結合された力吸収構造体(50)を備え、
前記線形アクチュエータ(10a、・・・、10f)が前記第1の支持体(2)において関節接合されるのに用いられた前記旋回連結部(43、44)が、各々、前記第1の支持体(2)の厚さ内に位置付けられた回転中心を有し、前記線形アクチュエータ(10a、・・・、10f)が前記第2の支持体(3)において関節接合されるのに用いられた前記旋回連結部(41、42)が、前記第2の支持体(3)の厚さ内に位置付けられた回転中心を有し、
前記第1の支持体(2)および前記第2の支持体(3)のうちの少なくとも1つが、前記埋め込み部またはそれぞれの前記旋回連結部(51、52)を一体に形成するように、前記力吸収構造体(50)と協働するように構成された連結器(21a、21b)を備え、該連結器(21a、21b)が、第2の六脚システムの第2の力吸収構造体と協働するようにも構成され、2つの六脚システムが連なって搭載されて、第2の力吸収構造体と共に旋回連結部と、それぞれの埋め込み部と、を形成しており、それにより、同じ前記連結器が、連なって搭載された2つの六脚システムの前記力吸収構造体と協働し、
前記第2の支持体(3)に関節接合された前記旋回連結部(41、42)の中心は、同一平面上にあり、前記回転中心(60)は、前記第2の支持体(3)に関節接合された前記旋回連結部(41、42)の中心を含む平面に属していることを特徴とする六脚システム(1)。
【請求項２】
前記連結器(21a、21b)が単一品を形成していることを特徴とする請求項1に記載の六脚システム(1)。
【請求項３】
連なって搭載された2つの六脚システムの前記力吸収構造体(50)が、前記連結器(21a、21b)だけによって、前記支持体(2、3)に固定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の六脚システム(1)。
【請求項４】
前記連結器(21a、21b)を備える前記支持体(2、3)が、連なって搭載された前記2つの六脚システムに共通していることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項５】
前記2つの六脚システムの前記アクチュエータ(10a、・・・)が、前記共通の支持体(2、3)で回転可能に関節接合されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項６】
前記共通支持体(2、3)が単一品を形成していることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項７】
前記回転中心(60)が、前記第2の支持体(3)を通った2つの平面の間に位置付けられ、該2つの平面が互いに平行であり、かつ一方では前記力吸収構造体(50)と前記第1の支持体(2)との間の埋め込み連結部を通りつつ、他方では前記力吸収構造体を前記第2の支持体(3)に結合した前記旋回連結部(51、52)の中心を通った軸線Rzと直交していることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項８】
前記第2の支持体(3)が、前記力吸収構造体(50)の方に向けられた内部面(31)と、該内部面(31)と反対の外部面(32)と、を有し、前記回転中心(60)が前記内部面(31)と前記外部面(32)との間に位置付けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項９】
前記第2の支持体(3)および前記力吸収構造体(50)によって形成された前記旋回連結部の前記回転中心(60)が、前記線形アクチュエータ(10)が前記第2の支持体(3)において関節接合されるのに用いられた前記旋回連結部(41、42)によって形成された円の中心に位置付けられていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項１０】
前記力吸収構造体(50)が、前記線形アクチュエータ(10a、・・・、10f)が前記第1の支持体(2)において関節接合されるのに用いられた前記旋回連結部(43、44)によって形成された円の中心において、前記第1の支持体(2)に埋め込まれていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項１１】
前記第1の支持体(2)および前記第2の支持体(3)のうちの少なくとも1つが、板材を形成していることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項１２】
前記力吸収構造体(50)が、前記力吸収構造体(50)が前記第1の支持体(2)に埋め込まれた第1の端と、前記力吸収構造体(50)が旋回連結部(51、52)によって前記第2の支持体(3)に結合された第2の端と、を有し、前記力吸収構造体(50)の前記第1の端と前記第2の端とが固定されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項１３】
単一の力吸収構造体(50)を備えていることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項１４】
前記力吸収構造体(50)が、中空旋回連結部(51)を保持した中空管(55)を備え、前記連結器(21a、21b)がその中心において中空であり、前記システムが、前記力吸収構造体(50)と前記第1および第2の支持体(2、3)とを通過した通過経路(61)を配置するように構成されていることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の六脚システム(1)。
【請求項１５】
請求項1から14のいずれか一項に記載の六脚システム(1)が複数備え付けられ、かつ前記六脚システム(1)が連なって配置された多関節アームを備えていることを特徴とする検査および/または修理のロボット。
【請求項１６】
前記六脚システム(1)を包み、また、前記多関節アーム(100)の動きに追従するように、かつ前記多関節アーム(100)のどのような動きでも、前記線形アクチュエータ(10)および前記旋回連結部(41、42、43、44)から離れて維持されるように適合された変形可能流体密封鞘体(200)を備えていることを特徴とする請求項15に記載のロボット。
【請求項１７】
前記鞘体(200)の内部で前記線形アクチュエータ(10)から離れて前記鞘体(200)を維持するのに適した圧力を確保するように構成されていることを特徴とする請求項16に記載のロボット。
【請求項１８】
各々の力吸収構造体(50)が中空旋回連結部(51)を保持した中空管(55)を備え、各々の連結器(21a、21b)がその中心において中空であり、各々の六脚システム(1)が通過経路(61)を配置するように構成され、前記ロボットが、すべての前記六脚システム(1)を通過し、すべての前記六脚システム(1)の通過経路(61)を通過した、少なくとも1つのケーブルまたは少なくとも1つの管も備えていることを特徴とする請求項15から17のいずれか一項に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット工学の分野に関し、より詳細には、六脚システムを備えるロボットの分野に関する。その非限定的であるが特に有利な用途は、原子炉の検査および修理の分野である。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子力の分野などの特定の分野では、これまで以上に精密で堅牢なロボットの使用が益々重要である。これは、原子炉の安全性を向上したいという高まる要求において、ロボットを用いることが、原子炉が稼働中に検査および/または修理の任務(これらの任務は、一般的に、「稼働中の検査および修理(In Service Inspection and Repair)」を表すISIRと称される)を実施するためには、特に魅力的であると思われるためである。これらのロボットは、設置-解体の現場(主に原子炉の解体)や、また、原子力事故の際に、および人間の作業員に高い危険性をもたらすことによらない限り、作業することが必要である領域に近づくことを不可能にする、より一般的な産業事故の際にも作業できる。
【０００３】
典型的には、これらのロボットは、原子力ユニットにおける測定および修理、より正確には、ナトリウム冷却材を含む高速中性子炉の容器のナトリウムに浸漬しての測定および修理のためのセンサと工具とを組み込むことができなければならない。
【０００４】
現在使用されているロボットは、概して、原子炉の主容器の外側から操作されるポールに搭載されている。この容器の内部への主要なアクセス口は、床上に位置付けられている。検査機構または修理機構は、これらのアクセス口を通じて導入できる。これらの解決方法は、検査される領域がアクセスしやすい場合、全体として満足できる。現在まで、この種類の原子炉の最も奥に浸漬された部品に近づくことは、要求されてこなかった。規則の変更のため、Nuclear Safety Authorityは、現在、これらの領域の全部または一部を検査することが可能であることを求めている。現在まで用いられている手段は、これを可能としていない。
【０００５】
そのため、安全性に関しての増大する要件は、ISIR任務の間、ロボットが原子炉ユニットにおいて近づくのが難しい領域に近づかなければならないことを求めている。さらに、近づくのが難しいこれらの領域は、ロボットが原子炉に入る位置から比較的遠くに離れて位置されることがある。
【０００６】
ポールを含む公知の解決策は、近づくのが難しく、そのためISIRの観点における厳しい要件に適合されない領域にロボットを位置させることを、可能としていない。
【０００７】
さらに、一部の原子炉は、ロボットに特に制約のある環境を与える。これは、四次発生冷却材を伴う原子炉の場合である。特にこの種類の原子炉では、冷却材は一般的にナトリウムである。この金属は、化学的に極めて反応性が高い。また、水のように、ナトリウムは、浸漬されるあらゆるロボットにかなりの静水圧を与えることになる。さらに、冷却材の温度は、冷却材を液体状態に維持するために、および、主容器の内部構造の熱疲労の限度に関する要件を満たすために、比較的高いままである。ASTRID(Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration:工業的実証のための先進ナトリウム技術的原子炉)の原子炉は、この種類の原子炉の例に相当する。
【０００８】
これらの厳しい制約は、連なって搭載された旋回関節に基づく解決策を満足できないものとさせる。この種類の解決策は、実際、ナトリウム冷却材原子炉などの制約のある環境で十分に堅牢であると立証されていないか、または、非常に小さい負荷容量しかない。
【０００９】
さらに、六脚に基づく関節は、典型的には六脚の上板材に配置された質量の移動である、関節によって発生される力が、この板材に垂直でないとき、十分な負荷容量を提供しない。これは、せん断力がこの力によって不可避的に発生されるためである。このせん断力は線形アクチュエータによって吸収されなければならないが、この線形アクチュエータは、自身の負荷容量をせいぜい減らすだけであり、最悪の場合、関節の破断を引き起こす。そのため、この種類の解決策も満足できるものではない。
【００１０】
単一の六脚を有する解決策が、米国特許出願公開第2012/0048156号に説明されている。
【００１１】
米国特許出願公開第2009/0314119号および米国特許第4848179号は、核環境用または極端な環境用に設計されていない特定の用途のための関節アームを説明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第2012/0048156号
【特許文献２】米国特許出願公開第2009/0314119号
【特許文献３】米国特許第4848179号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そのため、正確で堅牢であり、優れた負荷容量を、この負荷がどの配向であっても形作るロボット用関節を、提案することから成る必要性が存在する。本発明の目的は、この要件に合う解決策を提案することである。
【００１４】
本発明の別の目的、特徴、利点は、以下の説明および添付の図面の精査から明らかとなる。必然的に、他の利点が組み込まれ得る。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的を達成するために、本発明は、一実施形態によれば、第1の支持体と、第2の支持体と、6つの線形アクチュエータとを備え、各々の線形アクチュエータが、旋回連結部を用いて第1の支持体および第2の支持体にそれぞれ関節接合される2つの端を有するロボットのための六脚システムを提案する。六脚システムは、一方において第1の支持体に埋め込まれ、他方において、旋回連結部によって第2の支持体に結合される力吸収構造体を備える。好ましくは、および、特に有利には、力吸収構造体に結合するこの旋回連結部の回転中心は、第2の支持体の厚さ内に位置付けられる。
【００１６】
したがって、システムは、第2の支持体に加えられるせん断力を効果的に吸収する一方、少なくとも2つの回転自由度における第1の支持体に対する第2の支持体の動作を失わない。旋回部の回転の中心の位置付けは、旋回部と第2の支持体との間のレバーアームを排除することで、線形アクチュエータに不必要に与えられる力を低減することも可能にする。そのため、本発明のおかげで、前記アクチュエータは、要求される動きに必要な力を作り出すだけのために作動される。第2の支持体に垂直な力の配置の等価容量において、力吸収構造体によるせん断力の吸収は、本発明による六脚の重量および大きさを先行技術の六脚と比較して、小さくすることを可能にする。そのため、本発明の六脚により形成される関節は、向上された負荷容量を提供しつつ、正確および堅牢であり、限られた大きさを有している。
【００１７】
別の実施形態によれば、本発明は、例えば検査および/または修理のためのロボットであって、第1の支持体と、第2の支持体と、少なくとも3つであって好ましくは6つの線形アクチュエータと、を各々が備える、少なくとも1つであって、好ましくは、連なって搭載される複数の関節が備え付けられたアームを備えることを特徴とするロボットに関する。各々の線形アクチュエータは、旋回連結部を用いて第1の支持体および第2の支持体でそれぞれ関節接合される2つの端を有する。各々の関節は、一方において第1の支持体に埋め込まれ、他方において、旋回連結部を用いて第2の支持体に結合される力吸収構造体も備える。好ましくは、および、特に有利には、この旋回連結部の回転中心は、第2の支持体の厚さ内に位置付けられる。
【００１８】
したがって、本発明は、様々な六脚システムの重量によって引き起こされるせん断力が主に力吸収構造体によって吸収される多関節アームを備えているロボットの製造を可能にする。したがって、本発明による関節を備え付けられるロボットは、向上した負荷容量を有しつつ、優れた機敏性を提供する。そのため、ロボットアームは、大きさが小さくされつつ、長さが比較的長くできる。そのため、ロボットアームは、近づくのが難しい領域に近づくために、および、高負荷容量を必要とする操作のために、用いることができる。
【００１９】
有利には、このロボットは、原子力発電所の検査を実施するように構成される検査および/または修理のロボットである。ロボットは、厳しい環境での解体または作業の運転のために使用もされ得る。
【００２０】
有利であるが非限定的な実施形態によれば、ロボットは、連なって配置される複数の関節が備え付けられたアームを備える。有利には、各々の関節は、力吸収構造体が設けられた六脚を形成する。有利には、2つの並列な六脚システムが同じ支持体を共用する。
【００２１】
本発明の目標、目的、特徴、および利点は、以下の添付の図面によって示される本発明の実施形態の詳細な説明から、より明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】板材に実質的に垂直な力に曝される先行技術による六脚を示す図である。この図は、この負荷状態においてアクチュエータに関連する力のバランスも示している。
【図２】板材に実質的に平行な力に曝される先行技術による六脚を示す図である。この図は、この負荷状態においてアクチュエータに関連する力のバランスも示している。
【図３】上板材からずれた位置で加えられる、板材に実質的に平行な力に曝される先行技術による六脚を示す図である。
【図４】本発明による第1の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明による第2の実施形態を示す側面図である。
【図６】図5に示した第2の実施形態の断面図である。
【図７】力吸収構造体が中空である実施形態の図である。
【図８】鞘体が備え付けられた本発明による多関節アームの例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面は、例として提供されており、本発明の限定となるものではない。図面は、本発明の理解を容易にするために意図された輪郭の概略的な描写を構成しており、必ずしも実際の適用の縮尺比ではない。具体的には、様々な要素の相対的な寸法は現実を表していない。
【００２４】
本発明の実施形態の詳細な検討を開始する前に、関連して、または、代替で選択的に用いられ得る選択的な特徴を、以下に記載する。
【００２５】
有利には、力吸収構造体を第2の支持体において関節接合する旋回連結部の回転中心は、第2の支持体と交差する2つの平面の間に位置付けられ、前記2つの平面は、互いに平行で、かつ、互いに対して垂直な2つの回転軸線Rx、Ryによって定められる平面と平行であり、回転軸線Rx、Ryの周りで、第2の支持体は、第1の支持体を固定したまま第1の支持体に対して回転される。軸線Rzは、第2の支持体の任意の固有回転、つまり、第2の支持体の自身での回転の、軸線である。力吸収構造体は、主方向に延びている。典型的には、方向Rzが、力吸収構造体の主方向である。方向Rzは、埋め込み連結部と、力吸収構造体を第2の支持体において結合する旋回連結部の回転中心と、を通る直線によって定められる。そのため、この方向は、線形アクチュエータの展開がどのようであろうとも固定されている。
【００２６】
有利には、線形アクチュエータが第1の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部の中心同士は、同一平面上にある。線形アクチュエータが第1の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部の中心によって定められる平面は、互いに並行で、第2の支持体を通り、力吸収構造体を第2の支持体において結合する旋回連結部の回転中心が間に位置付けられる2つの平面と、平行である。
【００２７】
第2の支持体の輪郭は外部包体を定め、第2の支持体および力吸収構造体によって形成される旋回連結部の前記回転中心は、この包体の内部に位置付けられる。
【００２８】
旋回連結部の回転中心は、理想的には、第2の支持体の中間平面に配置される。
【００２９】
-  好ましくは、第2の支持体は、力吸収構造体の方に向けられた内部面と、内部面と反対の外部面とを有し、回転中心は内部面と外部面との間であって、理想的には、これらの2つの面の真ん中の平面に位置付けられる。
【００３０】
好ましくは、第2の支持体の力吸収構造体を結合する旋回連結部の回転中心は、第2の支持体の外部面および内部面から等しい距離に、つまり、第2の支持体の厚さの中間に、位置付けられる。
【００３１】
非限定的な実施形態によれば、内部面および外部面は平面である。
【００３２】
好ましくは、線形アクチュエータおよび力吸収構造体は、それら自体だけによって、第1の支持体と第2の支持体との間に機械的な関節を提供する。そのため、2つの支持体を互いに対して移動または保持するために設けられる他の要素がない。
【００３３】
非限定的な実施形態によれば、力吸収構造体は連結アームであり、その第1の端が第1の支持体に埋め込まれ、第2の端が、旋回連結部によって第2の支持体に結合される。好ましくは、力吸収構造体は管である。
【００３４】
一実施形態によれば、本発明は、スチュワートプラットフォーム式の関節に基き、せん断力を吸収するための構造体など他の特徴を組み込んだ関節を提供する。
【００３５】
線形アクチュエータは引込可能なアームである。線形アクチュエータは、例えば、油圧ジャッキ、空気圧ジャッキ、または螺子ジャッキなどである。
【００３６】
線形アクチュエータは、第1の支持体および第2の支持体への線形アクチュエータの結合を可能にする旋回連結部以外の旋回軸または旋回連結部を備えない。そのため、線形アクチュエータは、隔離されており、並進移動のみ、選択的に、その並進軸線の周りの回転移動のみを行うことができる。
【００３７】
第1の支持体は剛体である。第1の支持体は、自身が連結される外部要素(例えば、アクチュエータ、力吸収構造体)との関節以外の関節をまったく備えていない。同様に、第2の支持体は剛体である。第2の支持体は、自身が連結される外部要素との関節以外の関節をまったく備えていない。
【００３８】
有利には、第2の支持体および力吸収構造体によって形成される旋回部の前記回転中心が、線形アクチュエータが第2の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部によって形成される円の中心に位置付けられる。
【００３９】
有利には、力吸収構造体は、線形アクチュエータが第1の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部によって形成される円の中心において、第1の支持体に埋め込まれる。
【００４０】
有利には、線形アクチュエータが第1の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部は、各々、第1の支持体の厚さ内に位置付けられる回転中心を有する。したがって、アクチュエータを第1の支持体に結合する旋回連結部の回転中心は、第1の支持体を通る2つの平面の間に位置付けられ、前記2つの平面は、互いに平行で、かつ、互いに対して垂直な2つの回転軸線Rx、Ryによって定められる平面と平行であり、回転軸線Rx、Ryの周りで、第2の支持体は、第1の支持体を固定したまま第1の支持体に対して回転される。好ましくは、アクチュエータを第1の支持体に結合する旋回連結部の回転中心は、第1の支持体を通る2つの平面の間に位置付けられ、前記2つの平面は、互いに平行であり、かつ、一方で力吸収構造体と第1の支持体との間の埋め込み連結部を通りつつ、他方で力吸収構造体を第2の支持体に結合する旋回連結部の中心を通る軸線Rzと垂直である。有利には、旋回連結部と第1の旋回連結部と第1の支持体との間のレバーアームは小さくされ、それによって、第1の支持体と旋回部とに発生される力を制限する。
【００４１】
有利には、線形アクチュエータが第2の支持体において関節接合されるのに用いられる旋回連結部は、第2の支持体の厚さ内に位置付けられる回転中心を有する。有利には、旋回連結部と第2の支持体との間のレバーアームは小さくされ、それによって、第2の支持体と旋回部とに発生される力を制限する。
【００４２】
非限定的な実施形態によれば、第1の支持体および第2の支持体のうちの少なくとも1つは、板材を形成する。したがって、力吸収構造体を第2の板材に結合する旋回部の回転中心は、板材の厚さe2内に位置する。厚さe2は、力吸収構造体が沿って延びる主方向と平行な方向で取られた、第2の支持体上の2点間の寸法によって定められ得る。有利には、第2の支持体の外部面または内部面と、力吸収構造体を第2の支持体に結合する旋回連結部の中心との間の距離は、e2/2に等しい。
【００４３】
非限定的な実施形態によれば、六脚システムの第1の支持体および第2の支持体から選ばれた少なくとも1つの支持体は、埋め込み部と旋回連結部とをそれぞれ形成するために、力吸収構造体の一端と協働するように構成される連結器を備える。
【００４４】
有利には、連結器は、追加の力吸収構造体と協働するようにも構成されることで、力吸収構造体および追加の力吸収構造体のうちの一方で埋め込まれた連結部と、力吸収構造体および追加の力吸収構造体のうちの他方での旋回連結部と、を形成する。したがって、同じ連結器が2つの関節に共通である。
【００４５】
一実施形態によれば、第1の支持体および第2の支持体のうちの少なくとも1つは、前記埋め込み部またはそれぞれの前記旋回連結部を一緒に形成するように、前記力吸収構造体と協働するように構成される連結器を備え、連結器は、さらに、第2の六脚システムの第2の力吸収構造体と協働するように構成され、2つの六脚システムは、この第2の力吸収構造体と共に、旋回連結部またはそれぞれの埋め込み部を形成するように連なって搭載され、それにより、同じ連結器が、連なって搭載された2つの六脚システムの力吸収構造体と協働する。したがって、第1の支持体は、埋め込み連結部によって第1の支持体に結合される前記力吸収構造体と協働して前記埋め込み連結部を形成するように構成され、第1の連結器は、別の六脚システムの第2の力吸収構造体と協働して、この別の力吸収構造体と共に旋回連結部を形成するようにも構成され、したがって、同じ連結器が、連なって搭載される2つの六脚の力吸収構造体と同時に協働する、連結器を備える。同様に、第2の支持体は、旋回連結部によって第2の支持体と結合される前記力吸収構造体と協働して前記旋回連結部を形成するように構成され、第2の連結器は、別の六脚システムの別の力吸収構造体と協働して、この別の力吸収構造体と共に埋め込み連結部を形成するようにも構成され、したがって、同じ連結器が、連なって搭載される2つの六脚の力吸収構造体と同時に協働する、連結器を備える。そのため、複数の六脚システムを備える関節アームの組立および修理は、容易とされる。
【００４６】
一実施形態によれば、連結器は単一品を形成する。
【００４７】
一実施形態によれば、2つの六脚システムの力吸収構造体は、連結器のみによって、支持体に固定される。
【００４８】
一実施形態によれば、連結器を備える支持体は、連なって搭載される2つの六脚システムに共通である。
【００４９】
一実施形態によれば、2つの六脚システムのアクチュエータは、共通支持体で回転のために関節接合される。
【００５０】
一実施形態によれば、共通の支持体は単一品を形成する。
【００５１】
一実施形態によれば、力吸収構造体は、力吸収構造体が第2の支持体で埋め込まれる第1の端と、力吸収構造体が旋回部によって第2の支持体に結合される第2の端とを有し、力吸収構造体の第1の端と第2の端とは固定される。したがって、硬い連結部が第1の端と第2の端とを連結する。第1の端および第2の端は関節接合されない。
【００５２】
一実施形態によれば、力吸収構造体は、一方の支持体から同じ関節の他方の支持体へと延びる。
【００５３】
一実施形態によれば、力吸収構造体は、各々の支持体が延びる平面と垂直な主方向に延びる。力吸収構造体は、実質的に線形に延びている。
【００５４】
一実施形態によれば、各々の六脚システムは、単一の力吸収構造体を備える。
【００５５】
一実施形態によれば、力吸収構造体は、中空旋回部を保持する中空管を備える。連結器はその中央において中空である。システムは、力吸収構造体と第1の支持体および第2支持体とを通過する通過経路を形成するように構成される。通過経路は、支持体の中心を通過する。複数の六脚システムが備え付けられた多関節アームは、六脚システムの各々の通過経路を通過する少なくとも1つのケーブルおよび少なくとも1つの管を備える。アームの六脚システムの各々の通過経路は、連続する通過経路を形成する。
【００５６】
別の実施形態によれば、システムは、前述の特徴のうちの1つのみかまたは組み合わせを備える六脚システムが複数備え付けられた多関節アームを備え、六脚システムが連なって搭載されるロボットに関する。
【００５７】
非限定的な実施形態によれば、ロボットは、原子力発電所の検査を実施するように構成される検査および/または修理のロボットである。
【００５８】
非限定的な実施形態によれば、ロボットは、厳しい環境で解体および/または作業するためのロボットである。
【００５９】
一実施形態によれば、多関節アームは、少なくとも2つの回転軸線においてアームの運動を可能にするために、連なって搭載される少なくとも3つの六脚システムを備える。したがって、本発明は、向上された堅牢性と負荷容量とを有し、関節によって少なくとも2つの回転自由度で運動する能力を有する多関節アームを提案する。
【００６０】
有利な実施形態によれば、関節アームは、少なくとも複数の関節を包む流体密封変形可能鞘体を備える。鞘体は、多関節アームの動きに追従するように、かつ、多関節アームのどのような動きでも、線形アクチュエータおよび旋回連結部から離れて保持されるように適合される。
【００６１】
したがって、本発明は、アームが沿って延びる主方向に直交した2つの軸線において、関節による少なくとも2つの回転自由度を有するロボットアームを提案する。流体密封鞘体は、先行技術に関連する部分で説明した公知の解決策のロボットアームを包む鞘体に対してはるかに優れた耐摩耗性と耐用期間とを有することが分かった。
【００６２】
本発明の開発との関連において、公知の解決策では、回転の中心が鞘谷の内部に位置付けられており、これが非常に小さい曲率半径を生じさせるため、鞘体の小さな領域に応力を集中させていることが認められていた。回転が関節によって発生されるため、これらの領域での疲労は非常に素早く増加し、破断が現れる。本発明によるロボットアームの場合、各々の関節の回転の中心は、鞘体の外側へと、または、少なくとも関節の外側へと押される。
【００６３】
そのため、鞘体に加えられる応力が、鞘体の全長に沿ってより均一に分配される。したがって、高い疲労の領域が限定されるか、または、排除すらされる。したがって、鞘体の疲労強度および耐用期間が向上される。
【００６４】
したがって、本発明は、関節が動く周囲環境に対して関節の保護を向上するための、信頼性のある堅牢で簡素な解決策を提案する。
【００６５】
さらに、この解決策は、ロボットアームの機構とのナトリウムの接触を防止するという利点がある。これは、ナトリウムの残留する可能性のある領域を著しく制限し、ロボットアームの洗浄および除染に関連する困難性を低減する。これは、アームがその作業を容器内で終了し、容器から持ち出すとき、特に有用である。そして、アームは洗浄、または、点検および保守すらされなければならないが、これは、ナトリウムの制限された存在によって容易にされる。
【００６６】
本発明は、原子炉におけるISIR任務を意図した多関節アームを形成するための特に効果的な解決策を提供する。これは、四次発生ナトリウム冷却材原子炉において特に有利である。
【００６７】
有利な実施形態によれば、鞘体は、好ましくは、関節アームのどのような運動でも、線形アクチュエータおよび旋回連結部から離れて保持されるように適合される。したがって、例えば鞘体の外部包体に加えられる一点における圧力、または、例えば外部環境から鞘体への圧力といった、外圧が鞘体に加えられるときでさえ、鞘体は、関節のアクチュエータから離れて保たれる。そのため、鞘体と線形アクチュエータを支持体に結合する旋回部との間、または、鞘体とジャッキもしくはアクチュエータを形成するそのロッドとの間に、接触がない。
【００６８】
有利な実施形態によれば、鞘体は、好ましくは、例えば液体への浸漬に関連する圧力など、外部圧力の影響によって、または、一点における圧力によって実質的に変更できない容積を有する。したがって、アームが液体に浸漬される場合、または、加圧された流体内に配置される場合であっても、鞘体は、幾何学的考察により固定される、圧力によって影響されない容積を保つ。好ましくは、鞘体の容積は一定である。
【００６９】
有利には、これは、鞘体を破断し得る、または、線形アクチュエータを損傷し得る、鞘体が関節と接触することを、圧力の影響下において防止する。
【００７０】
さらに、同じく有利には、これは、圧縮可能な鞘体に基づいている解決策に対して、アームに与えられるアルキメデスの浮力を増加させることができる。アルキメデスの浮力は、アームの重量と対向させられる。そのため、アームは、例えば、変形可能な鞘体を備えるアーム、または、鞘体のないアームより長くなっていることなどによって、より大きな質量を有することができるが、この質量の増加を補完するための構造的または機械的な補強を設ける必要がない。そのため、アームの操作性および/または外部負荷容量が、相当に向上される。
【００７１】
好ましくは、鞘体は、関節アームの端の関節を選択的に除いて、すべての関節を包む。
【００７２】
有利には、鞘体の容積は、一定のままであるか、または、10%を超えて変化しないか、または、好ましくは、10バール以下の圧力、好ましくは5バール以下の圧力に曝されるとき、5%を超えて変化しない。
【００７３】
好ましくは、鞘体は、ベローズ管とも称される、蛇管である。
【００７４】
好ましくは、鞘体は、ステンレス鋼、チタン、カーボン、銅、シリコーン含有ポリマー、またはこれらの材料の組み合わせの等級から選ばれた材料から製作される。
【００７５】
有利な実施形態によれば、第1の支持体および第2の支持体は、少なくとも1つの線形アクチュエータから離して鞘体を保つように適合される。
【００７６】
有利な実施形態によれば、アームは、少なくとも1つの線形アクチュエータから離して鞘体を保持するように構成される支持構造体を備える。他の有利な実施形態によれば、鞘体は、鞘体の内部で行き渡る圧力によって、少なくとも1つの線形アクチュエータから離して保持される。関節アームは、鞘体の内部に閉じ込められるガスを含む。したがって、関節アームは、鞘体の内部に閉じ込められた気体を含む。
【００７７】
有利な実施形態によれば、アームは、線形アクチュエータおよび支持体から離して、つまり、関節から離して、鞘体を保持するように構成される。
【００７８】
有利な実施形態によれば、鞘体は、関節に加えて、流体を含む。好ましくは、この流体は、アームが中で運動するように意図される流体より軽い。例えば、鞘体内の流体は、空気などの気体であり、アームは、水またはナトリウムなどの液体に浸漬される。気体は鞘体内に閉じ込められる。そのため、ガスが鞘体から漏れる可能性はない。
【００７９】
好ましくは、鞘体は単一品になっている。代替で、鞘体は、支持構造体によって支持される流体密封包体を備える。
【００８０】
一実施形態によれば、各々の力吸収構造体は、中空旋回部を保持する中空管を備える。各々の連結器はその中心において中空であり、各々の六脚システムは、通過経路を形成するように構成される。ロボットは、すべての六脚システムを通過すると共にそれらの通過経路を通過する少なくとも1つのケーブルまたは少なくとも1つの管も備える。
【００８１】
本発明との関連において、ロボット関節を形成するために、六脚とも称される、少なくとも1つの六脚システムを用いることが考えられた。
【００８２】
公知の六脚システムが図1および図2に示されている。その欠点と共にその特徴が、本発明の開発との関連において見られるように、ここで説明されることになる。これらの図に示すように、六脚システムは、3対の引込可能アーム110によって並列に相互に連結された底板材102と上板材103とを有するメカトロニクス装置である。各々のアームは、旋回連結部104によって2つの板材の各々に対して関節接合される。アーム110の展開または引込は、底板材102に対して上板材103を、六自由度に従って、つまり、3つの並進の自由度と3つの回転の自由度とに従って動かす。
【００８３】
六脚は、上板材103上で支持される質量を移動する場合で、重量が板材に垂直に与えられる場合、非常に効果的である。質量の重量、または、上板材103に垂直に加えられる力は、図1において、力のバランスにおける符号Mで示されたベクトルによって表されている。この外部力に対して、各々のジャッキは、ジャッキの作動軸線に沿って反力を展開する。アクチュエータによって展開されるこの反力は、図1において符号Rで示されたベクトルによって示されている。明確にする理由のため、1つだけの反力が図1の線図で示されている。実際には、ベクトルで示される力は、6つのジャッキによって分配されている。
【００８４】
ベクトルMとベクトルRとの間の角度αは小さい。ジャッキによって展開される力の大きさは、R=M/cos(α)である(明確にする理由のため、ジャッキのうちの1つだけが負荷を吸収しているとみなしている)。
【００８５】
横力、つまり、上板材に実質的に平行な力を六脚が受ける場合では、この横力の投影成分が、各々のジャッキ110に弊害があるように与えられる。
【００８６】
これは図2に示されており、第2の板材に加えられる外部力がM´で示されている。図1および図2に示される力MおよびM´は、同じ大きさを有し、それらの方向のみが異なっている。ジャッキの反力R´とベクトルM´との間の角度α´は、ジャッキの反力RとベクトルMとの間の角度αより大きい。そのため、せん断力T´が、せん断力Tよりもはるかに大きくなっており、これは次の関係を与える。
α´=Π/2-α
R´=M/cos(α´)=M/cos(Π/2-α);
R=M/cos(α);
cos(Π/2-α)>cos(α)
【００８７】
そのため、力R´の大きさは、同じ強さの力MおよびM´に対して、力Rの強さよりはるかに大きくなければならない。
【００８８】
この問題は、図2に示すように、力M´が上板材103の平面で与えられておらず、その平面からずれているとき、さらにより重大である。これは、オフセット力M´の加わる位置114と上板材103との間のレバーアーム113が、かなりのせん断力Tと共にモーメントMoを発生するためである。これは図3に示されている。
【００８９】
アーム110によって発生される力の一部は、せん断力T´を補完するためのみに寄与する。
【００９０】
したがって、負荷Mを吸収するような大きさとされた六脚は、負荷M´を吸収することがしばしばできない。最良の場合、せん断力T´を補完するためにジャッキによって発生される力は、ジャッキが上板材103を第1の板材102と平行な回転軸線RxおよびRyで動かすために発生できる力を、極めて大幅に減らす。回転軸線RxおよびRyは図1に示されており、回転軸線Rzは板材103の必然的な回転軸線である。
【００９１】
一解決策は、板材と垂直かつ平行に与えられる負荷を吸収できるように六脚を過大にすることから成る。しかしながら、この解決策は六脚を、より高価にし、よりかさばらせ、特にはより重たくしてしまうという欠点を有する。ところが、六脚の大きさおよび/または重量の増加は、六脚が備え付けられるロボットの操作性の向上と、近づくのが難しい領域に近づく能力の向上とに逆行する。さらに、六脚の重量は、自身が補完する必要があるせん断力とモーメントとを発生させもする。
【００９２】
また、底板材102と平行な回転軸線RxおよびRyに従ってのみ上板材を動かす場合、ジャッキの過大化は、このような過大の目的が、何ら仕事を発揮しないせん断力の補完をすることであるため、有用ではない。
【００９３】
これを是正するために、本発明は、せん断力Tを吸収して線形アクチュエータをこのせん断力から解放するように適合された機械的構造体を組み込むことによって、公知の六脚システムを変更することを提案する。
【００９４】
そして、アームの線形アクチュエータは、その全体容量で負荷M´の回転運動を操ることができる。せん断力を吸収するためのこの構造体は、好ましくは、六脚の中心に収容されている。構造体は、運動可能な支持体に対して移動される支持体との旋回連結部において、固定支持体に固定される。この関節は、所望の軸線における、つまり、軸線RxおよびRyにおける、2つの回転自由度を提供する旋回部を形成する。
【００９５】
ここで、本発明の例の実施形態が、図3、図4、および図5をそれぞれ参照して、より詳細に説明される。
【００９６】
図3は、本発明による六脚システムの第1の実施形態を示している。この六脚システムは、六脚とも称され、第1の支持体2と第2の支持体3とを備えている。本発明は、支持体の具体的な形態に限定されない。このようにして、非限定的に、各々の支持体は、平面の形態を有してもよく、板材を構成してもよい。
【００９７】
また、非限定的に、本説明では、第2の支持体3は第1の支持体2に対して回転されなければならないことが、考慮されることになる。この目的のために、6つの線形アクチュエータ10a、10b、・・・、10fは、各々、それらの端のうちの1つにより、第1の支持体2において、旋回連結部43a、44a、・・・、43f、44fによって関節接合され、それらの他方の端のうちの1つにより、第2の支持体3において、別の旋回連結部41a、42a、・・・、41f、42fによって関節接合される。各々の旋回連結部41a、・・・、41f、43a、・・・、43fは、2つの支持体2、3のうちの一方によって保持される座部42a、・・・、42f、44a、・・・、44fと協働する。
【００９８】
これらの線形アクチュエータ10a、・・・、10fは、関節アームとも称され、例えば、油圧ジャッキ、空気圧ジャッキ、または螺子ジャッキを備えている。これらの線形アクチュエータ10a、10b、・・・、10fは、例えば、アクチュエータ10bの旋回連結部が、アクチュエータ10aに他のアクチュエータ10c、・・・、10fよりも近くで第1の支持体2に配置されるように、かつ、このアクチュエータ10bがアクチュエータ10cに他の線形アクチュエータ10d、・・・、10aよりも近くで第2の支持体3に配置されるように、対で配置されている。したがって、アクチュエータのこの構成は、機構における擦れ位置または詰まり位置を回避している。
【００９９】
システムは、力吸収構造体50も備えている。この構造体は、第1の支持体2に埋め込まれている。構造体は、旋回連結部51、52によって第2の支持体3に結合されている。この力吸収構造体50は剛体であり、つまり、埋め込み部54と旋回連結部51、52との間で力を(Rx、Ry、およびRzに沿って)伝達するように適合されている。好ましくは、力吸収構造体50は、旋回連結部51、52以外の任意の関節を備えていない。
【０１００】
図示した有利な実施形態によれば、この構造体は、連結アームを形成している。連結アームの一端53は、埋め込み部54を形成するために、第1の支持体2と協働している。連結アームの他端は、旋回連結部51、52を形成するために、第2の支持体3に固定された座部52と協働する旋回部51を形成している。有利には、連結アームは管を形成している。
【０１０１】
第2の支持体3は、図3に示す軸線RxおよびRyの周りに少なくとも2つの回転自由度を有し、回転軸線Rzは、第2の支持体3の必然的な回転軸線である。力吸収構造体が、実質的に線形、円筒形、または円錐形である場合、軸線Rzは、この構造体が沿って位置する主方向と平行である。
【０１０２】
具体的な実施形態では、第2の支持体3は、軸線RxおよびRyと垂直な軸線Rz上で、第1の支持体2に対して回転することもできる。軸線Rzにおけるこの回転の自由度は、例えば支持体によって保持される工具を用いて、要素をネジ留めするように機能できる。
【０１０３】
特に有利には、旋回連結部51、52の中心60は、第2の支持体3の厚さe2内に位置付けられている。この厚さは図4に示されている。例えば、底面31および上面32を有する板材を形成する第2の支持体3の場合、中心60は、これら2つの面31、32の間に位置付けられている。より大まかには、第2の支持体3の周囲は包体を定めており、回転中心60はこの包体の内部に嵌まっている。別の言い方をすれば、旋回連結部51、52の回転中心60は、互いに平行で、軸線RxおよびRyによって定められる面と平行な、第2の支持体3を通る2つの面の間に位置付けられている。
【０１０４】
特に有利には、旋回部41a、・・・、41f、43a、・・・、43fは、板材3の厚さe2内と板材2の厚さe1内とにそれぞれ位置付けられている。旋回部41a、・・・、41fの中心は同一平面上にあり、中心60は、旋回部41a、・・・、41fの中心を含む平面に属している。これは、板材3を動かすために必要なもの以外のアクチュエータ11a、・・・、11fによって与えられる力を減らす助けとなる。中心43a、・・・、43fも同一平面上にある。
【０１０５】
したがって、本発明は、回転中心60と、第2の支持体3と、旋回部41a、・・・、41fの中心と、の間のレバーアームを排除または最小限で小さくし、それによって、第2の支持体3を動かすために必要な力の損失に対し、アクチュエータ11a、・・・、11fによって平衡とされる必要のあるせん断力を制限する。力吸収構造体50は、具体的には、第1の支持体2に垂直とならない配向とされて支持体3に与えられる外部力を与えるせん断力を吸収する。換言すると、軸線RxおよびRyによって定められた平面に垂直とならずに与えられる力である。
【０１０６】
したがって、システムの大きさおよび重量は、軸線RxおよびRyにおける回転における負荷容量を保ちつつ、減少できる。
【０１０７】
好ましくは、線形アクチュエータ10の第2の支持体3との旋回連結部41、42は、平坦な輪郭を形成する。せん断力吸収構造体50の旋回連結部51、52の中心60は、前記平面と垂直で中心60を通る直線も前記輪郭の内部を通るように位置付けられる。好ましくは、旋回部41、42の中心は、円と、その円の中央にまたはその円と直交し且つその円の中心を通る直線上に位置付けられた中心60と、を定めている。したがって、第2の支持体3の力は、力吸収構造体50にわたって均一に分配される。
【０１０８】
好ましくは、埋め込まれた連結部54にも同じことが当てはまる。連結部54は、好ましくは、旋回連結部43、44の中心によって定められた周囲の内部に位置付けられている。好ましくは、この周囲は円を形成しており、埋め込み部54は、この円の中央に、またはこの円と直交し且つ円の中心を通る直線上に、位置付けられる。
【０１０９】
図5および図6に示された実施形態は、図4を参照して先に説明した実施形態の特徴を繰り返している。また、この実施形態では、線形アクチュエータ10を第2の支持体3で関節接合する旋回部の回転中心41は、この第2の支持体3へとより近くに移動されている。好ましくは、回転中心41は、第2の支持体3の平面に、または、厚さe2内に位置付けられている。これは、旋回部と第2の支持体3との間のレバーアームをさらに小さくし、それによってこの支持体3と線形アクチュエータ10とに加えられる力を減らす。したがって、システムの埋め込みおよび重量は、軸線RxおよびRyにおける回転能力を失わないようにしつつ、減少できる。代替で、これは、同等の重量および大きさについてシステムの負荷容量を増加することを可能にする。この特徴は、せん断力を吸収するための構造があることとは無関係に適用可能であることは、留意されるべきである。
【０１１０】
同様に、および好ましくは線形アクチュエータ10を第1の支持体2で関節接合する旋回部の回転中心43は、この第1の支持体2へとより近くに移動されている。好ましくは、回転中心43は、第1の支持体2の平面に、または、厚さe1内に位置付けられている。この特徴も、せん断力を吸収するための構造があることとは無関係に適用可能であることは、留意されるべきである。
【０１１１】
好ましくは、各支持体2、3は金属板材であり、その厚さは、方向Rzで取られるシステムの高さと比べて比較的小さい。これらの金属板材には、アクチュエータ、力吸収構造体、および外部力によって発生される力の作用による自身の変形を抑制するために、自身の剛性を軸線RxおよびRyに沿って増加させる補強材が設けられてもよい。
【０１１２】
好ましくは、第1の支持体2および第2の支持体3は、線形アクチュエータ10を関節接合するために旋回連結部の座部42、44が取り付けられる板材である。したがって、システムの製造がそれによって容易にされる。
【０１１３】
好ましくは、第2の支持体3は連結器21aを備えている。この連結器21aは、力吸収構造体50を第2の支持体3において関節接合する旋回連結部51、52の座部52を備えている。好ましくは、この連結器21aは、別の力吸収構造体50と共に埋め込み部を形成するために、別の力吸収構造体50の端を受け入れるように適合されもしている。したがって、同じ連結器が、旋回連結部を形成し、埋め込み部を形成するように機能し得る。したがって、第1の支持体2および第2の支持体3は同様であってもよく、その製造およびコストを容易にする。
【０１１４】
有利には、第1の支持体2も連結器21bを備えている。したがって、システムが組み立てられる前、第1の支持体2および第2の支持体3は同一である。
【０１１５】
具体的な実施形態によれば、連結器21a、21bは、2つの端を有するスリーブの形態となっている。第1の端210a、210bは、せん断力吸収構造体50の旋回連結部51、52を形成する座部52および旋回部51を受け入れるように構成されている。第2の端211a、221bは、構造体50と共に埋め込み部を形成するために、構造体50の端53を受け入れるように構成されている。典型的には、この埋め込み連結部54は、連結器21a、21bにおいてせん断力吸収構造体50を捩じ込むことによって得られる。例えば、残っている回転の自由度を排除するために、ピンが設けられてもよい。
【０１１６】
有利には、同じ連結器は、旋回連結部を形成するための第1の構造体50と、埋め込み連結部を形成するための第2の構造体50と、を同時に受け入れるように構成されている。この実施形態は、いくつかの六脚システムが連なって搭載される場合、特に有利である。
【０１１７】
したがって、同じ連結器と同じ支持体とが、連なって搭載された2つの六脚のために使用され得る。図6の例を挙げると、第2の支持体3の連結器21aは、例えば、その端211aによって図示されない追加の構造体50を受け入れて、その構造体50と共に埋め込み部を形成することができる。第2の支持体3の上に追加の線形アクチュエータを搭載することと、これらの追加の線形アクチュエータを、図示しない第3の支持体にこのような方法で結合することとによって、連なって搭載され、第2の支持体を共通して有する2つの六脚が、得られることになる。この実施形態は好適である。
【０１１８】
それでも、本発明が、連なって搭載されるが力吸収構造体50を受け入れることができる連結器を有していない六脚も網羅していることは、留意されるべきである。本発明が、連なって搭載されるが共通の支持体を共用しない六脚を網羅していことも、留意されるべきである。
【０１１９】
好ましい実施形態によれば、軸線Rzの周りでの第1の支持体2に対する第2の支持体3の回転を防止するように構成される、線形アクチュエータを制御するための装置が設けられる。
【０１２０】
図7は、選択的であるが特に有利である実施形態を示している。この実施形態では、力吸収構造体50が全体的に中空である。したがって、各々の六脚システム1は通過経路61を有している。これは、関節1の全体を軽量化し、そのため、多関節アームを軽量化し、同等の重量について負荷容量の増加を可能にする。これは、連結部の中心において、ケーブルまたは管を通過させることも可能にする。したがって、軸線Rz周り、つまり、力吸収構造体が主に沿って延びている軸線周りの関節の回転が、関節を通過するケーブルまたは管の捩じれを、それらケーブルまたは管が多関節アームの一端から他端へと延びていたとしても、引き起こさない。さらに、ケーブルを関節の中心に位置決めすることは、関節の運動の間にケーブルを引き伸ばすことを回避する。これらのケーブルは、例えば、アームに配置される工具を制御することを可能にする、またはアームによって支持されるセンサと通信することを可能にする電気ケーブルである。管は、アームに配置された工具を、例えば空気圧または油圧で制御および作動することを可能にできる。これらの管は、アームの端から流体を注入、噴射、または抽出することを可能にもすることができる。
【０１２１】
図7に示す非限定的な実施形態によれば、力吸収構造体50は、図5および図6を参照して説明したものと実質的に同様である。
【０１２２】
連結器21aは中空である。連結器21aは、貫通内部孔を備えている。
【０１２３】
連結器の第2の端211aは、力吸収構造体の中空管55の第1の端53の外部面に位置付けられた外側ネジと協働する内側ネジ59を備えている。
【０１２４】
連結器の第1の端210aは、連結器によって形成された孔から旋回部51が飛び出すのを防止する、断面の小さくなる部分を備えている。
【０１２５】
中空管55は、旋回部51に対して旋回部支持体56を形成する部分の外部面によって保持される相補的なネジと協働するように適合されたネジ57を内部面で保持する、第2の端を備えている。したがって、この旋回部支持体56は、捩じ込みによって中空管55に固定される。この実施形態は、関節の製造および組立を相当に単純化している。
【０１２６】
旋回部支持体56は、旋回部51を受け入れるための部分を備えている。旋回部51は、この受入部分と相補的な孔を備えて、且つこの旋回部支持体56の端から受入部分に嵌められる球体を、主に形成している。保持止め部も、旋回部51の引き抜きを防止するために設けられている。この止め部は、好ましくは、旋回部51のための支持体56の孔によって保持された内側ネジと協働する外側ネジを有するネジを備えている。したがって、ネジが旋回部51の支持体56の端に固定されている。ネジ頭部は、旋回部51の孔より大きな断面を有している。したがって、旋回部51はネジ頭部の底面に当接する。好ましくは、座金がネジ頭部58と旋回部51との間に設けられる。
【０１２７】
具体的に有利には、ネジは中空である。そのため、2つの連結器21a、21b、中空管55、旋回部51のための支持体56、旋回部51、およびネジ58を備える力吸収構造体50は、ケーブルまたは管のための通過経路61を形成する貫通口を有している。
【０１２８】
有利には、関節1は次のように組み立てられる。
好ましくは捩じ込みによって、中空管55を、支持体2に固定された連結器21bに固定する。
好ましくは捩じ込みによって、旋回部51のための支持体56を中空管55で固定する。
旋回部51のための支持体56を、支持体3に固定された連結器21aに通す。
連結器21aによって形成された座部52内部で、旋回部支持体56によって保持された受入部分に、旋回部51を位置決めする。
好ましくは捩じ込みによって、保持止め部、ここでは、中空ネジ58および座金を、旋回部51のための支持部56において固定する。
【０１２９】
そして、アームの組立体は、第2の関節の組立体へと続くことができる。そのために、上記のステップは、支持体3の連結器21aを用いて繰り返される。したがって、第1のステップは、別の中空管を連結器21aにおいて固定することから成る。
【０１３０】
他の実施形態が、各々の関節を通過する通路を形成するために考えることができる。
【０１３１】
特に有利には、図8に示すように、いくつかの六脚システムから形成された多関節アーム100は、多関節アームの周りに、または、少なくとも六脚システムの周りに、スリーブを形成する鞘体200を備えている。
【０１３２】
この鞘体は流体密封である。鞘体200は、変形可能であり、関節の運動に追従できる。軸線RxまたはRyの周りの回転の場合、鞘体200は、多関節アーム100の形態に追従する。アーム100の曲率がどのようであっても、関節の曲率半径の中心は、関節の外側であって、通常は、鞘体200の内部の外側に位置付けられることは、留意されるべきである。そのため、鞘体の変形は、鞘谷の比較的大きな表面積にわたって分配される。そのため、変形において応力を受ける領域が拡げられ、これが鞘体200における疲労を軽減する。そのため、鞘体200の流体密封性は有効であり、耐久性がある。
【０１３３】
そのため、鞘体200は、関節が保護されなければならない環境において、アーム100の位置を変更するのによく適している。これには、例えば、ナトリウム冷却材の原子炉の場合がある。
【０１３４】
好ましくは、鞘体200は、その端のうちの一方において、枠体、または、前記枠体に固定された支持体2、つまり、アーム100の近位端用の支持体に、密封して固定される。鞘体200は、好ましくは、その他方の端において、アーム100の遠位端の支持体6、または、この支持体6に固定された要素に固定される。
【０１３５】
好ましくは、鞘体200は、その2つの端の間で連続する流体密封性を有している。鞘体200は、単一品であってもよく、または、密封して一体に組み立てられた複数の部品によって形成されてもよい。
【０１３６】
好ましくは、鞘体200は、一定の容積を有するか、または、若干圧縮可能である。したがって、鞘体200は、変形可能であるが、圧縮可能ではないか、または、外部圧力の影響下において若干圧縮可能なだけである。典型的には1から10バールといった、比較的強い周囲圧力に曝されると、鞘体200は一定の容積を実質的に保つ。より一般的には、典型的には1から10バールといった、比較的高い周囲圧力に曝されると、鞘体200の容積は、10%を超えて縮小することはなく、好ましくは、5%を超えて縮小することはない。このような外部圧力は、例えば、多関節アーム100が浸漬される流体によって発生され得る。これは、アーム100がナトリウム冷却材の原子炉でISIR任務を実施するときに起こり得る。
【０１３７】
鞘体200は、鞘体200が外部圧力の影響下で線形アクチュエータ10と接触することになるのを防止する一定の容積を有する。そのため、破断の危険性が回避される。さらに、鞘体200は、多関節アーム100の容積を増加させるため、後に与えられるアルキメデスの浮力を増加させる。アルキメデスの浮力は図8に示されている。このアルキメデスの浮力は、多関節アーム100の重量の全部または一部を補完する。これは、アーム100自体の重量が、アームの遠位端によって、および/または、外部要素において遠位端によって与えられる力によって、保持される質量Mの負荷に加えられる傾向があるためである。そのため、アーム100の重量自体によって引き起こされるせん断力が、アーム100の負荷容量を制限してしまう。そのため、本発明のおかげで、アーム100によって展開できる負荷容量が増加される一方、アルキメデスの浮力を用いて、アームの重量自体の全部または一部を補完する。
【０１３８】
これは、アーム100が、その長さ、備える関節の数、または、関節の大きさにより、大きな質量を有する場合、特に有利である。
【０１３９】
これは、アームが水平に展開されるとき、および/または、アームが水平に近い展開位置で作業するとき、特に有利である。
【０１４０】
鞘体200の内部に存在する流体は、アーム100を包囲する媒体の流体より軽量である。典型的には、多関節アーム100が液体内で運動するときに、例えば空気といった、気体が好ましいとされる。アーム100が自由大気中で運動するとき、ヘリウムなど、空気より軽い気体を提供することも可能である。これは、アーム100の重量が、鉛直でないときに力吸収構造体50にせん断力を引き起こすため、より一層有利である。この重量と、この重量が引き起こすせん断力とは、図8に示されている。
【０１４１】
好ましくは、鞘体200は、ベローズ管などの蛇管によって形成される。有利には、鞘体200は、例えばステンレス鋼といった、金属から作られた蛇管によって形成される。このような金属の選択は、例えばナトリウム冷却材の場合のとき、周囲流体の圧力、または、さらには温度および/もしくは化学的ストレスに耐えることを可能とさせる。蛇管の剛性は、多関節アームによって与えられる動きに鞘体200を追従させることができる容積を、鞘体200に保たせることができる。
【０１４２】
別の実施形態によれば、鞘体200は、柔軟な流体密封の外部包体と、柔軟な包体が圧し掛かる剛体の枠部材とを備えている。したがって、枠部材は支持構造体を形成する。支持構造体は、例えば金属から作られる。支持構造体は、多関節アーム100に取り付けられ得る。
【０１４３】
別の実施形態によれば、枠部材は、関節1の支持体2、・・・、6によって形成されている。そのため、それら支持体は、線形アクチュエータ10と、線形アクチュエータを支持体に結合する旋回部と、から離して包体を保つような大きさとされている。
【０１４４】
さらに別の実施形態によれば、部分的に変形可能な鞘体が設けられるが、鞘体とアクチュエータ10との間の接触を生じさせることになる変形を防止している。したがって、線形アクチュエータ10と接触するのを防止する剛体の枠部材と直面するまで変形できる柔軟な外部包体によって形成された鞘体を有することが、可能であり得る。したがって、線形アクチュエータ10との接触で鞘体を破断する危険性が排除される。
【０１４５】
さらに別の実施形態によれば、アームは、鞘体200の内部の十分な圧力を維持することで鞘体200の容積を維持するように構成される。したがって、鞘体200の内部の圧力が周囲圧力の鞘体への作用を平衡するように、加圧ガスを鞘体に注入するための対策を行うことが可能である。
【０１４６】
したがって、本発明が、アクチュエータを解放するために、せん断力を単に吸収するための堅牢な解決策を提供することは明らかである。本発明は、負荷を移動するための、または、少なくとも2つの回転自由度に従う作用を実施するための、機械化された旋回部式の効果的な解決策も提供する。
【０１４７】
したがって、本発明は、原子炉においてなど、制約のある環境において、検査または修理の任務で使用されるロボットまたは関節機構の基本要素として特に有効であることが判明した。
【０１４８】
本発明は、前述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲によって網羅されるすべての実施形態に及ぶ。
【０１４９】
具体的には、本発明は、核環境における検査および修理の任務に対して特に有利であるが、他の任務を有するロボット、または、他の環境で運動するようにとされているロボットの関節にも適用する。
【符号の説明】
【０１５０】
1  関節、六脚システム
2  第1の支持体
3  第2の支持体
10a  線形アクチュエータ
10b  線形アクチュエータ
10c  線形アクチュエータ
10d  線形アクチュエータ
10e  線形アクチュエータ
10f  線形アクチュエータ
11a  アクチュエータ
11b  アクチュエータ
11c  アクチュエータ
11d  アクチュエータ
11e  アクチュエータ
11f  アクチュエータ
21a  連結器
21b  連結器
41  旋回連結部、回転中心
41a  旋回連結部
41b  旋回連結部
41c  旋回連結部
41d  旋回連結部
41e  旋回連結部
41f  旋回連結部
42  旋回連結部、座部
42a  旋回連結部、座部
42b  旋回連結部、座部
42c  旋回連結部、座部
42d  旋回連結部、座部
42e  旋回連結部、座部
42f  旋回連結部、座部
43  旋回連結部、回転中心
43a  旋回連結部、中心
43b  旋回連結部、中心
43c  旋回連結部、中心
43d  旋回連結部、中心
43e  旋回連結部、中心
43f  旋回連結部、中心
44  座部
44a  旋回連結部、座部
44b  旋回連結部、座部
44c  旋回連結部、座部
44d  旋回連結部、座部
44e  旋回連結部、座部
44f  旋回連結部、座部
50  力吸収構造体、せん断力吸収構造体、第1の構造体、第2の構造体
51  旋回連結部、旋回部
52  旋回連結部、座部
53  一端、第1の端
54  埋め込み部、埋め込まれた連結部
55  中空管
56  旋回部支持体
57  ネジ
58  ネジ頭部、ネジ
59  内側ネジ
60  回転中心
61  通過経路
100  多関節アーム
102  底板材、第1の板材
103  上板材
104  旋回連結部
110  引込可能アーム、ジャッキ
113  レバーアーム
114  位置
200  鞘体
210a  第1の端
210b  第1の端
211a  第2の端
221b  第2の端
e1  第1の支持体の厚さ
e2  第2の支持体の厚さ
M  ベクトル、力、負荷
M´  ベクトル、外部力、オフセット力、負荷
Mo  モーメント
R  ベクトル、力
R´  力
Rx  回転軸線
Ry  回転軸線
Rz  回転軸線
T  せん断力
T´  せん断力
α  角度
α´  角度
【図１】
0006400593.tif 000002
【図２】
0006400593.tif 000003
【図３】
0006400593.tif 000004
【図４】
0006400593.tif 000005
【図５】
0006400593.tif 000006
【図６】
0006400593.tif 000007
【図７】
0006400593.tif 000008
【図８】
0006400593.tif 000009