(57)【要約】【構成】本発明は冗長ロボット装置及びそれを展開する方法に関連する。明細書には、機械及び機器に接近することの可能なロボットアーム装置の方法及び構成が記載されているが、保守及び修理のためにこれらに接近することは困難であり、航空、タービン及び核業界においては特に有用である。特に本発明は、それぞれ互いに移動して蛇行する経路や形状を規定することの可能な複数の長手セグメントを含む支持アームと、該アームの末端に設けられているかあるいはこれに向かって進み、加工物または検査工具を搬送する加工ヘッド搬送手段と、関連するセグメントの形状の制御を可能にし、これによりアームを構成する異なるセグメントが異なる形状を規定するために、アームが所定の接近経路にそって長手方向に進んで該工具を該位置に配置することが可能になる該セグメントの少なくとも一部に対する制御手段とを具備して成る。各セグメント用の別個の制御手段を有する複数のリンクを含むセグメントを組み合わせて使用することにより、特にこのような装置は限定された形状または経路内へ長手方向に拡張することが可能になる。
2004507370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工／点検場所が接近点から離れているエンジンまたは機械を点検または加工する方法であって、
該加工／点検場所に対するエンジンまたは機械内の接近経路を規定する工程と、
複数の連接要素を有する支持アームの端部に加工／検査工具を取り付ける工程と、
該連接要素の少なくとも一部に制御手段を設け、該アームが該エンジンまたは機械に進入し、長手方向に進み、該接近経路に従って、工具を作業／点検場所に配置する、またはこれを可能にする工程とを含んで成る方法。
【請求項２】
請求項１に定義された方法によってエンジンまたは機械を点検または加工する装置であって、
互いに移動して蛇行する経路または形状を規定することがそれぞれ可能な複数の長手セグメントを含む支持アームと、
該アームの末端に、あるいはこれに向かって設けられ、加工及び／または検査工具を搬送するよう構成された加工ヘッド搬送手段と、
関連セグメントの形状の制御を可能にし、そのためアームを構成する異なるセグメントが異なる形状を取り、これによってアームが所定の接近経路に沿って長手方向に進んで該工具を該場所に配置する、該セグメントの少なくとも一部用の制御手段とを具備して成る装置。
【請求項３】
各セグメントが複数のリンクを含み、各リンクはそれぞれに対する少なくとも二次元における相対移動が可能であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法または装置。
【請求項４】
リンク及びセグメントが張力を受けて維持されることを特徴とする、請求項３に記載の方法または装置。
【請求項５】
各セグメントが別個に制御されることを特徴とし、また制御手段が各セグメントを別個に及び／または他から独立して制御する手段を含むことを特徴とする、上記請求項の何れかに記載の方法または装置。
【請求項６】
制御手段がサーボモーターを含んでいてもよいことを特徴とする、上記請求項の何れかに記載の方法または装置。
【請求項７】
サーボモーター手段が各セグメントに取り付けられるか、あるいは制御するセグメントから離れており、後者の場合に制御手段は張力を受けて維持される単一または複数のワイヤーによってセグメントを操作することを特徴とする、上記請求項の何れかに記載の方法または装置。
【請求項８】
モーターが油圧及び／または空気モータであることを特徴とする、請求項７に記載の方法または装置。
【請求項９】
各リンクがその隣接するリンクに対して連接動作することが可能であるため、各セグメントが少なくとも二次元において曲げ動作することが可能となることを特徴とする、請求項３乃至９の何れか１項に記載の方法または装置。
【請求項１０】
隣接するリンクの間の連接が２次元における動作を含み、隣接するリンクの間のヒンジ要素が通常は円筒形であることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法または装置。
【請求項１１】
制御手段がリボンを含むことを特徴とする、請求項８乃至１０の何れか１項に記載の方法または装置。
【請求項１２】
隣接するリンクの間の連接が３次元における動作を含み、隣接するリンクの間のピボット要素が通常は球状であることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の方法または装置。
【請求項１３】
セグメントにおけるリンク間の連接が張力を受けて維持されることを特徴とする、請求項３乃至１２の何れか１項に記載の方法または装置。
【請求項１４】
セグメント内の個々のリンクが硬化されて、セグメントにおける各リンク接合部の荷重容量及び位置決定性が向上することを特徴とする、請求項１３に記載の方法または装置。
【請求項１５】
硬化が、隣接するリンク間に取り付けられた少なくとも１つのバネの手段によって行われることを特徴とする、請求項１４に記載の方法または装置。
【請求項１６】
該バネは、バネへの圧縮力はリンク接合部に加えられる総張力よりもわずかに小さくなるよう寸法調整され、また「揺動」剛性が選択されて所定の曲げ剛性が各接合部に与えられることを特徴とする、請求項１５に記載の方法または装置。
【請求項１７】
セグメントの制御がワイヤーによるものであり、各ワイヤーはセグメント内でリンクを移動させる制御手段によって引っ張られることを特徴とする、請求項９乃至１６の何れか１項に記載の方法または装置。
【請求項１８】
制御手段が、軌跡計画技術を組み込んだアルゴリズム及びラプラス方程式の適応に基づくポテンシャル場アルゴリズムを含むことを特徴とする、上記請求項の何れか１項に記載の方法または装置。
【請求項１９】
制御手段が冗長ロボット制御手段であることを特徴とする、上記請求項の何れかに１項に記載の方法または装置。
【請求項２０】
加工ヘッドが、加工環境内の周囲構造に加工ヘッドをクランプし、加工ヘッドを工作物に対して固定及び／または設置させるクランピング手段を含むことを特徴とする、上記請求項の何れか１項に記載の方法または装置。
【請求項２１】
マルチセグメントアームを更に含み、その各セグメントが、連接接合部によって互いに連接されて互いに制限回転運動することの可能な複数の個々のリンクを含み、各セグメントはその隣接セグメントに有効に接続されて、長手アーム、アームの端部において搬送される加工ヘッド、各リンクを通ってセグメントの先端に延びる複数のワイヤ、及び各該ワイヤにおいて互いに対して張力を調整する制御手段を提供するので、セグメントの個々のリンクが互いに変位してセグメントの曲げ動作を生じさせる、あるいは可能にする、上記請求項の何れか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
この発明は、加工工具及びセンサーのロボット位置決めの改良に関し、また特に加工工具またはセンサーを位置決めする改良された機械及びソフトウェアツール、及びこのような装置の制御を行う制御アルゴリズムに関する。
【０００２】
（背景技術）
従来、ハウジングに収められたエンジン及び機械などの機械装置は、定期的保守スケジュールによって維持されている。異常が発生した場合、職員または技術者が、トラブルシューティングプログラムにおける一連のテスト機能によって機械またはエンジンを作動させ、各テスト機能に対する機械またはエンジンの反応に注意する。ある機能に対する機械またはエンジンの動作や反応の観察から、少なくとも部分的に、機械の異常の一般的部分を診断することができる。その後、考えられうる異常を検査し、また障害部分を修理する程度に、機械は分解される。
【０００３】
このような作業は多大な時間を必要とし、また多くの場合、トラブルシューティングプログラムや機械の使用可能な診断機能の数は、障害部分の正確な場所を高精度に指定するのに不十分である。多くの場合、特にトラブルシューティング制度やプログラムが障害を誤って指定した際に、機械またはエンジンは徒労を伴って部分的に分解される。
【０００４】
従来、機械またはエンジンの詳細な点検には、音の変化の判別、機器の亀裂及び破壊、また特定の構成要素のＸ線分析の超音波検査の使用が伴われていた。しかしながら、いずれの場合においても、これらの技法は障害の診断を支援するに過ぎない。関連する構成要素が容易に接近可能である場合、あるいは機械を一部分解した場合のみ、それぞれの疑わしい構成要素の検査を開始することができる。
【０００５】
蒸気またはガスタービンエンジン等の複雑な機械においては、機械の障害を判別し、また欠陥のある構成要素を綿密に検査して修理／交換するためにエンジンの回収を始める前に欠陥領域を正確に見つけ出す必要がある。
【０００６】
医学においては、ときには接触点から非常に離れた位置で体腔を検査するために内視鏡を使用することが何年も行われてきた。一般に、内視鏡は、可撓支持アームの末端に検査光源及び受光装置を有する。内視鏡は体孔に挿入され、また挿入は内診で病気／損傷の所望の領域の検査が行われるまで続けられる。可撓支持アームは、蛇行する経路を選んで、体孔の経路を進むことができる。従って、体穴の壁は内視鏡を誘導し、またその蛇行する経路を進む際に内視鏡を支援する役目を果たす。機械及びエンジンの検査に対して内視鏡を使用することは、ある程度うまく行われてきた。しかしながら、このような装置の主な問題は、機械内で内視鏡を制御し、また検査を行う機械の適切な領域に取り付ける光及び光学センサーを配置することにある。機械の検査点が接近口の近くにある場合は、複雑な機械装置の内部検査において内視鏡はかなり功を奏していた。同じく、修理部分が同様に接近口の近くに位置し、またネジを締めたり金属面を研磨するなどの単純な修理である場合には、ボアスコープなどの作業装置を使用することができる。
【０００７】
代表的な従来案は、ガスタービンエンジンの点検方法に関する英国特許明細書２０３３９７３号に詳述されており、このエンジンは少なくとも１つの点検開口部を備えるケーシングを有しており、これによってケーシング内に位置するエンジン構成要素の点検が可能になり、また該方法は点検開口部に誘導手段を挿入する工程と、ケーシング外部にある誘導手段の一方のタンブト点検するエンジン構成要素に隣接して配置された誘導手段の他方の端部との位置を確認する工程と、誘導手段を該位置に固定する工程と、可撓内視鏡または他の遠隔観察点検装置を誘導手段に挿入する工程とを含んで成る。この場合、誘導手段は、上記の体孔にある程度従って可撓内視鏡のガイドとして機能する。
【０００８】
欧州特許明細書０９０７０７７号では、渦電流を使用することにより、ガスタービンエンジンの段でタービンエンジン翼をそのままの位置で点検する方法及び装置が記載及び特許請求されており、この検査は遠隔位置で行われる。エンジンは、検査するエンジンの段の周囲にあるケーシングと、ケーシングを通って延び、問題のタービン翼が位置する段に至るボアスコープ穴とを含んでいる。タービン翼は、タービンケーシングのボアスコープ穴を介して装置を挿入することにより、点検することができる。この場合、発明の最重要点は、渦電流コイルを保持し、また検査するタービン翼などの構成要素内の誘導渦電流によって検出される構造体における不完全部分を感知するセンサープローブ手段の使用である。
【０００９】
米国特許明細書５６４４３９４号は、複数の剛性取付具を含むガスタービンエンジンの損傷エーロフォイルを修理するシステムに関連する。各取付具はそれぞれ、ガスタービンエンジンの特定の段の損傷したエーロフォイルの先端部に接触する形状を有している。取付具は、ガスタービンエンジンを分解することなく損傷したエーロフォイルの修理を可能にする。しかしながら、この場合、取付具は柔軟性がなく、エンジンハウジング内に並置されたボアスコープ開口部を操作するよう設計されている。
【００１０】
英国特許明細書２１５４３３５号は、好適には四角などの非円形壁ポートを備える航空機動力装置などの動力装置の内部点検用のテクノスコープに関連し、壁ポートの１つに挿入可能で、横方向遠位出口を有する非円形断面の第１剛性ガイドシャフトと、該第１ガイドシャフトを通り、可撓位部を有し、ガイド要素の断面の中間部分が第１ガイドシャフトと一致するガイド要素と、該可撓遠位端のたわみを制御する近位制御システムを具備して成り、ガイド要素は点検する装置内の所望の位置へ可撓内視鏡シャフトを誘導するのに使用される。また、剛性ガイドシャフトは壁ポートへの挿入に使用され、滑りばめとして該ガイドシャフトを通る可撓ガイド要素をサポートする。
【００１１】
米国特許明細書５８０３６８０号も、通常は接触できない孔におけるエンジン翼の表面を加工し、また光学部品を使用して加工位置で同時に観察することの可能な加工工具を有するテクノスコープなどの機器に関連しており、ヘッドが遠位から接続される機器シャンクを具備して成り、該ヘッドは工具を搬送し、また機器シャンクの長手軸に対して旋回可能である。この機器を使用して加工される面への損傷を測定を可能にするために、測定テンプレートを有する測定具が機器ヘッドに取り付けられており、この機器ヘッドが光学部品の視界内に旋回可能である場合、測定具は加工具ではなく機器のヘッドに簡単に取り付けることができる。
【００１２】
従って、上記から、機械またはエンジンを分解することのない内部検査及び修理機能が必要であることが、当業者により理解される。このように行われる保守は、エンジンまたは機械を構成要素に分解することなく修理または点検を行うことが可能なので、時間、労力、コストの節約になるという重要な利点を有していることが当業者に明白である。
【００１３】
しかしながら、従来例は、構成要素や部品を加工または検査するために、加工する領域や観察する位置は場合に応じてテクノスコープ、ボアスコープ、または内視鏡の接近口の近くに存在しなければならず、あるいは加工／検査の領域へ到達する間に内視鏡／ボアスコープをサポートするための誘導手段を設ける必要があるという問題を抱えている。
【００１４】
従って、装置に必要なことは、接近口から非常に離れており、接近経路が複雑であるエンジンの構成要素の点検及び／または加工を行うことである。
【００１５】
従って、エンジンまたは機械の接近口から機械内の加工位置または点検位置への複雑な経路を進むことの可能な装置を提供することにより、エンジンの離れた部分への接近性の問題を解決するよう努めている。また、本発明は、このような機器を遠隔制御するための適切なアルゴリズムによって制御される装置を提供し、これにより支持アームのコンピュータ制御によって加工工具及びまたは光学部品の加工位置までの誘導を図っている。更に、本発明は、接近口から加工位置まで機械またはエンジン内の複雑な経路に沿って長手方向に延びることの可能なアームの形を取る装置を提供する。
【００１６】
このような装置の利点は、工具、点検及びテスト機器をエンジンまたは機械の奥深くまで運び、通常は分解せずには接近不可能な位置に到達させることが可能になることにある。特定の特徴は、利用可能ではあるが、本発明が、接近口と加工／検査位置の中間にあるガイドやサポートを必要としないことにある。これにより、例えば、前縁や後縁には接近するが、翼先端に接近することなく、本来の位置で行われるタービン翼などの構成要素の超音波検査が可能となる。
【００１７】
（発明の開示）
従って本発明の一態様によれば、加工／点検位置が点検地点から離れているエンジンまたは機械を点検または加工する方法であって、
エンジンまたは機械内の接近経路を該加工／点検位置に規定する工程と、
複数の連接要素を有する支持アームの末端に加工／検査工具を取り付ける工程と、
少なくとも該連接アームの一部に対して制御手段を設け、該アームを該エンジンまたは機械に挿入させ長手方向に進めて該点検経路に従って、工具を加工／点検位置に設置させる、あるいはこれを可能にする工程とを含んで成る方法が提供される。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、本発明の方法によってエンジンまたは機械の点検または加工を行なう装置であって、
互いに移動して蛇行する経路または形状を規定することの可能な複数の長手セグメントを含む支持アームと、
該アームの末端に、または末端に向かって設けられ、加工及び／または検査工具を搬送するよう構成された加工ヘッド搬送手段と、
関連するセグメントの形状の制御を可能にし、アームを構成する異なるセグメントが異なる形状を規定することができるため、アームは所定の点検経路に沿って長手方向に進み、該位置に該工具を設置することができる、該セグメントの少なくとも一部に対する制御手段とを具備して成る装置が提供される。
【００１９】
本発明のある特定の態様において、アームのセグメント間の連接は、各連接点の剛性を得るために、張力を受けて維持される。このように張力の元で連接を維持することにより、各連接の空間的位置決めは経時的に正確に制御され、アームは複雑な経路を進んで加工工具を機械内に誘導することが可能となる。
【００２０】
本発明の別の態様において、各セグメントは個別に制御されてもよい。個別制御は、サーボモーター手段を含む。サーボモーター手段は各セグメントに取り付けてもよく、あるいはセグメントから離して、セグメント自体をワイヤーによって制御または駆動することもできる。モーターは油圧または空気モーターである。本発明に従って使用される装置は特定のエンジンまたは機械のデータを備えることができ、またそのデータに対する機械内の特定の位置または場所に加工ヘッドを設置することができるよう制御手段のアルゴリズムを設けてもよい。
【００２１】
本発明の特定の態様において、各セグメントは複数のリンクを含み、各リンクは互いに少なくとも二次元における相対移動が可能である。リンクは単一面における動作が可能な二次元セグメントであるか、あるいは三次元セグメントであってもよい。各リンクはその隣接リンクに対して連接され、また連接手段は二次元セグメントの場合はローラー、また三次元セグメントの場合はボールを含んでいてもよい。
【００２２】
本発明の別の態様において、セグメントにおけるリンクの連接は、ワイヤーにより張力の元で維持される。これは連結部の剛性を維持することができるという利点を有し、またセグメントはある程度の剛性を有する曲げ構造を取り入れることができ、また加工位置で加工ヘッドによって力を加える制御が可能となる。セグメントにおけるそれぞれのリンクは「剛性化」され、セグメントにおける各連結部の荷重容量及び位置決定性が向上する。これは、そのデータに関連して、
またアームの端部でかなりの質量をサポートする用途に対してアームの位置を決定する場合に重要である。
【００２３】
剛性化は、各リンク間の間隙に置かれた１個または複数のバネを使用して行ってもよい。バネは、２つの要因、すなわち（１）バネに対する圧縮力が総制御ワイヤー張力よりもわずかに小さく、（２）「揺動」剛性化を選択して各接合部に特定の曲げ剛性を与えるということを考慮してサイズ調整してもよい。
【００２４】
圧縮力は、リンクボール接合部の圧縮を減少させ、またワイヤーの張力が高くても接合部における摩擦を減少させるという利点を有している。曲げ剛性により、（アームによって伝えられる荷重が大きくても）弧の曲線に従うという傾向がセグメントに現れ、また装置の中央を介して予測不可能な剛性が伝わってしまうという不利な効果が減少する。
【００２５】
（バネ、弾力外板、ハウジング、またはその他の技術によって硬化された）硬化装置は重力の影響をあまり受けないが、硬化した装置の形状を変化させるのに必要なワイヤーにおける張力は非常に高い。ワイヤーの張力と組み合わせて剛性を変化させることにより、装置は別な方法で動作し、所望の構成を得ることが可能となる。
【００２６】
セグメント内のリンクの設置は、ワイヤーで制御してもよい。各リンクに対して少なくとも２本のワイヤーが設けられるので、互いのワイヤーを調整することにより、次のリンク部材に対して１つのリンク部材の姿勢が制御され、これによりセグメントの「屈曲」が生じる、あるいはこれが可能となる。操作手段は、支持アームの長さを介して操作し、また該加工ヘッドに取り付けられた工作物を操作する駆動手段を含んでいてもよい。セグメントの制御、リンク間の連接、及び空間的取付けは、装置全体に設けられた単一または複数のサーボモーターによって動作するコンピュータ手段で制御してもよい。
【００２７】
本発明の一実施例において、各セグメントは、セグメントを二次元的にのみ曲げることを可能にする複数のリンクを含んでいる。これにより、制御手段の張力を、平リボンまたは通常２５ミクロンまたは５０ミクロンのバネ鉄鋼細片とすることが可能となる。この方法により、細片列を並列に使用することが可能となり、また複数のセグメントを制御する場合にリボン束全体に対して必要となるスロットは１つのみなので、設計特性が簡素化される。従って、代表的な実施例において、各リンクは、１個または複数の細片が屈曲し、また同時に屈曲の範囲で制約される弓形端部または面を有するガイド経路を含む。従って、より簡素な構造を生成する制御リボン束全体の一方の側に単一のガイド要素を有する。これは長期的には信頼度が高く、またより廉価となる。
【００２８】
面への接触圧力は同等のワイヤーの場合よりも非常に低くなることが、当業者により理解される。これにより、結果として生じる摩擦及び磨耗の減少で、潤滑が向上する。また、狭いが高さのある空間内に進入する必要がある場合、このような構成に対して設計を適応させることができる。別の利点は、１個または複数の電線管を細片に設けて、アームに沿って長さ方向に離間したアクチュエータを制御できることにある。従って、例えば、１対のセグメント間に回転接合部を設けて、アームの一部を、アームの残りの部分とは異なる面で屈曲させることができる。
【００２９】
本発明の別の実施例において、それぞれの場合のリンクの中央線からずれるリンク軸を設けることにより、または隣接するリンク軸に対して１つのリンク軸をわずかに傾けることにより、螺旋状の動作を生じさせて、蛇行する空間への進入を支援することが可能となる。
【００３０】
制御手段は、冗長ロボット制御手段を含んでいてもよい。これに関連して、ロボットは、操作者が１つ以上のリンク構成で指定された位置に到達できる場合に、余剰であると言われている。
【００３１】
該制御手段を制御するアルゴリズムは軌跡計画技術を含んでいてもよく、また通常ラプラス方程式の適応に基づくポテンシャル場アルゴリズムも含んでいてもよい。
【００３２】
制御手段はまた、アームを移動させて、機械の障害物に接触することなく加工位置に加工ヘッドを配置するよう構成されていてもよい。本発明の別の態様において、制御手段は、調査及び分析の間に機械内で移動する障害物を考慮に入れるアルゴリズムを含んでいてもよい。
【００３３】
本発明の代表的な態様において、軌跡計画技術を使用してリアルタイムあるいはオフラインの計算で得られる設定点データでリンクがサーボ制御されるマルチリンク平面型冗長ロボットが提供される。このように、ロボットは、障害物にぶつかることなく、あるいは機械またはエンジン内の構成要素間の隙間を進むことにより、所定のゴール点に移動することができる。
【００３４】
本発明による装置は、通常の空気経路を通って進入しつつ、ガスタービンのタービン翼及び他の内部機能の点検及び修理が可能である。つまり、エンジン内部へ進入することにより、空気流経路に沿って翼の隙間を通って進む。装置は非直線経路に沿ってエンジンまたは機械の内部機能へ到達することができる。
【００３５】
本発明による装置は、例えば結腸鏡検査及び脳室鏡検査の手術に関連する。
【００３６】
本発明による装置は、爆弾の穴を切断して、爆弾の内部に進入し、爆発物を洗い流して除去、及び／または爆弾のヒューズを外すための爆弾処理にも使用できる。
【００３７】
本発明は更に、エンジンまたは機械で同時に点検及び加工作業を並行に行い、また研磨、廃棄物除去、観察などの協調作業を実行する多数の装置の使用を想定している。
【００３８】
本発明の別の態様において、支持アームは、複数のセグメントから成る超冗長スネークロボット制御経路ボアスコープを含んでいる。各セグメント間には、接合部があり、各セグメントは前のセグメントに対して個別に制御される。セグメント長さ及びセグメント間の最大角度は設計関数であり、アームを使用する作業に依存していてもよい。装置の動きは、装置が指定された経路に沿って真直ぐに前に進むことができるよう、コンピュータ制御されていてもよい。これらの装置は作業により二次元または三次元で動作し、この理由からどのような長さを有していてもよい。装置の断面はその長さに沿って変化し、装置は中空で、工具及び作業などのための通路を有していてもよい。本発明の一態様において、制御モーターを各セグメントに取り付けるか、あるいは各セグメントをワイヤーで離して接続することができる。
【００３９】
加工ヘッドによって搬送される工具は、視覚、超音波、または渦電流センサーを含み、またこれらは交換可能である。加工ヘッドは、機械における固定構成要素に対して加工ヘッドをクランプする拡張手段を有していてもよく、これによりクランプの位置決めで与えられるデータに対する加工ヘッドの工具の操作に対応することができる。
【００４０】
本発明の特定の実施例において、制御手段は、エンジンのＣＡＤモデルと組み合わせて動作するためのアルゴリズムに応じて動作するコンピュータ制御手段を含んでいるため、進入経路の既知の位置をオフラインで計算することができる。これにより、本発明の装置をあるエンジンに配置し、またＣＡＤモデリングに基づくその特定のエンジン用の所定のアルゴリズムに従って所定の経路でエンジン内にアームを拡張させることができる。これにより、装置をその動作位置にさらに迅速に配置することが可能となる。
【００４１】
（発明を実施するための最良の形態）
以下は、例証のみによる、本発明を実施する方法の略図を参考にした説明である。
【００４２】
本発明の一態様は長手方向に延びるマルチセグメントアームを含んでおり、その一部を１０で示す。アームは、それぞれが連接結合部１２によって互いに連接された複数の個別リンク１１を含んでいる。アームの末端１３は、以下に説明するように別のセグメント１４を加工ヘッド１５まで搬送する。各セグメント１１は、接続要素２１によって相互接続された複数の個別リンク２０を含むマルチリンク部であり、接続要素２１の周囲ではリンク２０が弓状運動を制限することが可能である。各リンク２０が要素２１と交互になっているような構成であり、またセグメントのリンクは少なくとも１つの平面においてほぼ円弧状に反ることができるように構成されている。各リンク２０は制御ワイヤー２２、２３の手段によって制御手段２４に接続され、該ワイヤーに張力を与える。図２に示すようにセグメントが拡張された退避位置において、ワイヤーは同じ張力を受けて左方向に維持される。これにより、ある程度の運動安定性の元で各要素２１が維持される。屈曲を可能にするため、各リンクに対する各ワイヤーは、一方向において増大する張力を受け、また別の方向においては減少する張力を受ける。従って、図２に示すように、２２で示す上部ワイヤーの張力の増加と下部ワイヤー２３の張力の緩みとにより、セグメント構成は上方向に曲がる、あるいは屈曲する。
【００４３】
二次元セグメントにおいて、各要素２１は通常セグメントの軸に対して横方向に円筒形状に延びており、また各要素はセグメント１１に対してほぼ長手方向の中央横径穴２６を有している。要素２１は片面に設けられ、リップ２５は要素の面に沿って延びて穴２６を取り囲んでいる。各リンク２０はセグメントの幅を拡張し、断面における輪郭が形成されて、図５に示すように中央穴３２を備える中央本体部３１が与えられる。外側部５０は外面３０を規定し、また傾斜面３４を有し、隣接リンクの面の間で干渉することなく要素２１の周囲で隣接リンクが「屈曲」することを可能にしている。各リンクの中央本体部は面３３を有しており、また円筒形の接続要素２１の弓状面を収容するよう構成された中央横溝４０を備えており、円筒形の接続要素２１がその隣接リンク２０に対して取り付けられるので、リンクが「直線状」の構成に維持されているときに要素２１の中央穴がその隣接リンク２０の穴とほぼ同軸となるように構成されている。各要素２１の長手リップ２５は、各リンクとその隣接要素との間の相対回転を制限するよう機能する。
【００４４】
各リンクの各外側部５０は、穴３２の軸とほぼ平行に離間するような関係の長手スルーキャビティ５１を備えている。キャビティ５１は、リンク配列を制御するために、単一または複数の制御ワイヤー２２、２３を収容するものである。
【００４５】
本発明による二次元装置の別の実施例を図８に示す。図８において、各リンク７１は実質的に細長くなっており、各端部にノーズ部７２を備えている。各リンク部の一方の端部は凹端部７３であり、隣接するリンクの突出するノーズ部７２を受けるようになっており、また隣接するリンク７１及び７１’（図９参照）は二次元面で互いに制限旋回運動できるよう構成されている。各リンク７１は主に７５で示す中央本体部を備えており、図１１を参照すること。この本体部は１対の直立したガイド部材７６及び７７を搬送する。ガイド部材７６及び７７のそれぞれは、そこを通る制御リボンと係合するために、面７８、７９において弧を有している。図１１に示すように、複数の制御リボン要素８０が適用され、リボン束としてガイド７６及び７７の間の空間に通されている。各リンク７１は、図１２に示すように２つの部分で製造される。これにより、各リンクのそれぞれの構成要素を分離することが可能になるので、組み立てにおいては、リボン束８０をセグメントの各リンクのガイド７６及び７７の間の空間内に挿入する。問題なく配置された場合、各リンクの「上側」部分を隣接する部分に合わせるように取り付ける。各リンクの２つの部分は互いに固定され、リボン束をガイド７６及び７７の各対の間に入れる。この設計により、リボンガイド７６及び７７の間のルーメン空間が大きくなり、また制御リボンによって特に妨げられることなくルーメン空間を通過する電気や圧縮空気などの供給が可能になる。
【００４６】
制御機能を特定のリンクで使用する必要のある場合、外側リボンを図１１に示すように外側ガイド７７の周辺で後方に曲げることができ、また端部８２をピンやネジ、あるいは適切な接着剤を使用して外側ガイド７７の外面８３に固定することができる。
【００４７】
各リンクの設計機能は少なく、また各リボンの張力がガイド部材７６、７７の広い表面領域に広がるため、摩擦荷重がいずれの場合も非常に減少することが当業者により理解される。これにより、潤滑が向上し、摩擦が大きく減少し、更にそれによって長期間にわたる磨耗が減少する。上記実施例の変形例において、各リンク間のピボット９０は場合によりある程度互いにずれているか、またははすかいになっていてもよいので、アームにねじれまたは螺旋効果が与えられる。リボンはピット軸におけるこのわずかなずれを受けることが可能であり、また装置は螺旋経路を進んで、装置の特定の使用環境内で所望の経路に対応することができる。
【００４８】
三次元セグメントは、各接続要素２１が一般に球状で、隣接するリンクに対して何れの方向においても限定された円弧上でのリンクの動作を可能にすることにおいて、図５に関する上記２次元セグメントと異なる。この場合、通常、リンク自体は球状であり、従来どおりに傾斜面３４を備える断面が形成されなければならない。しかしながら、この場合、少なくとも３つのワイヤー受け開口部５１が設けられており、全ての３つの次元においてセグメントを制御することが可能になっている（図４ｃを参照）。
【００４９】
要素２１及びリンク２０を通って設けられる中央スルー経路３２は、加工ヘッド１５への経路を制御または電源手段に与えるよう機能する。
【００５０】
加工ヘッドは、図１に示すように通常は三次元のセグメント１４の末端に設けてもよい。角度を変化させるならい削りを可能にするために、例えば、ならい削りされた工作面８１を有する成形加工ヘッド８０を規定してもよい。従って、加工ヘッド８０をセグメント１４の末端８３に対して長手方向に移動させることにより、加工物の異なる角度が加工位置８２で使用される。
【００５１】
本発明の特定の実施例において、セグメント１４を拡張可能要素９０を有するその端部に設けてもよい。エンジン内の蛇行する経路を進む場合、拡張部９０が崩れて、遠心セグメント１４の一部を形成する。例えば、１対のタービン翼１００に進入して、適切な位置でそれぞれの長さに沿って配置された場合、拡張部９０を作動させて翼１００に対して拡張し、それに対してセグメント１４の末端８３をクランプし、工作物１５を加工位置８２の適切な部分で操作可能にすることができる。
【００５２】
このような構成と、拡張部９０に対して長手方向及び横方向に加工ヘッド１５を移動させることが可能なことにより、アームの末端での翼の回転送り及び／または取り出し回転の量を制限することができる。
【００５３】
本発明による代表的なアームの動作を説明する工程図が、本明細書の添付図の図１３に幾分詳細に示されている。工程図の各ステップの詳細が、アームが実行しなければならない作業の性質に依存することが、当業者により理解されるであろう。
【００５４】
（産業上の利用可能性）
従って、上記から、本発明によるアーム、制御機構及びアルゴリズムにより、本発明のアームが中間ガイド手段を必要とすることなくエンジンや同様の機械内に延びることが可能となることが分かる。末端及び加工ヘッド１５をエンジン開口部内に挿入することができ、また各リンクの様々なセグメントを制御できるので、装置は加工ヘッド１５に誘導されながらエンジン内の様々な障害物周辺の経路を探し出すことが可能である。装置がエンジン内部に進入できる程度は、もちろんアームの限界及び各リンク内の個々のセグメントやセグメントグループに対する制御レベルによって異なるが、ほぼ無限である。各リンクのモータはリンク自体の上に配置するか、あるいは上記のように離して設けてもよい。検査する機械の内部に更に奥深く進入するのを助長するためにガイドを使用することもできるが、エンジン内のガイド内視鏡構成要素へガイド手段を固定する必要性は非常に減少する。
【００５５】
特にタービンの場合、タービン内の通常の空気流／蒸気経路を通って機械に進入することが可能であり、またもちろん検査のためにエンジン内の個別の接近口を使用する必要がなくなることが理解されよう。これには、エンジンケーシングの強度及び完全性が維持されるので、エンジン内の高速構成要素でエンジン故障が発生した場合、エンジン周辺に点検ポートが存在することによって、弱化することなくエンジンの設計内の格納方策の一部としてエンジンを収容したままにすることが可能であるという利点がある。
【００５６】
本発明による上記の装置も、体系的エンジン監視システムと併せて使用することができる。排気ガスのイオン成分の感知による、特にガスタービンエンジンのエンジン排気の経常的監視に対し提案がなされている。運転中のエンジンのイオン排気の記録を維持することにより、エンジン内のどこで磨耗及び／または問題が生じやすいかという状況を確立することが可能になる。この情報をエンジンの様々な部品に到達するためのアルゴリズムと組み合わせることにより、エンジン排気監視からのイオン成分の一連の測定値が容認できないものであった場合の、考えられうる磨耗領域の点検を実質的に自動化することが可能になる。
【００５７】
このような作業により、エンジンの運転中断時間を減少、実際にはほぼ排除することができ、また最終的にはこのようなエンジン及び機械、特にガスタービンエンジンの動作が非常に効率的になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明によるマルチセグメントアームの一部を示す線図である。
【図２】
図２は、それぞれのリンクを示す図１のセグメントの一部を示す線図である。
【図３】
図３ａは、図２の二次元セグメントの側面図である。
図３ｂは、３ａの平面図である。
図３ｃは、３ｂの詳細図である。
【図４】
図４ａは、図２の三次元セグメントの側面図である。
図４ｂは、図４ａの平面図である。
図４ｃは、図４ｂの線ｉｖ−ｉｖに沿った断面図である。
【図５】
図５は、図３ｂの線ｖ−ｖに沿った長手方向断面図である。
【図６】
図６ａは、動作位置にある加工ヘッドの線図である。
図６ｂは、６ａの代替実施例である。
【図７】
図７ａは、加工位置に対して加工ヘッドを配置する末端クランピング手段の線図である。
図７ｂは、図７ａの別の実施例である。
【図８】
図８は、本発明による二次元アームの透視図である。
【図９】
図９は、図８の装置の平面図である。
【図１０】
図１０は、図９の装置の断面図である。
【図１１】
図１１は、図１０の「Ｚ」部分の詳細図である。
【図１２】
図１２は、図８のセグメントのリボンに対する制御片の取付を示す図である。
【図１３】
図１３は、本発明によるアームの動作を示す工程図である。
【図１】
2004507370.tif 000003
【図２】
2004507370.tif 000004
【図３】
2004507370.tif 000005
【図４】
2004507370.tif 000006
【図５】
2004507370.tif 000007
【図６】
2004507370.tif 000008
【図７】
2004507370.tif 000009
【図８】
2004507370.tif 000010
【図９】
2004507370.tif 000011
【図１０】
2004507370.tif 000012
【図１１】
2004507370.tif 000013
【図１２】
2004507370.tif 000014
【図１３】
2004507370.tif 000015
【国際公開パンフレット】
2004507370.tif 000016
2004507370.tif 000017
2004507370.tif 000018
2004507370.tif 000019
2004507370.tif 000020
2004507370.tif 000021
2004507370.tif 000022
2004507370.tif 000023
2004507370.tif 000024
2004507370.tif 000025
2004507370.tif 000026
2004507370.tif 000027
2004507370.tif 000028
2004507370.tif 000029
2004507370.tif 000030
2004507370.tif 000031
2004507370.tif 000032
2004507370.tif 000033
2004507370.tif 000034
2004507370.tif 000035
2004507370.tif 000036
2004507370.tif 000037
2004507370.tif 000038
2004507370.tif 000039
2004507370.tif 000040
2004507370.tif 000041
2004507370.tif 000042
2004507370.tif 000043
2004507370.tif 000044
2004507370.tif 000045
2004507370.tif 000046
2004507370.tif 000047
2004507370.tif 000048
2004507370.tif 000049
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004507370.tif 000050
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月21日(2002.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームに沿って順次配列され、それぞれが互いに動作して蛇行する経路または形状を規定する複数の長手セグメントと、
各セグメントが隣接するリンクに対して少なくとも二次元においてそれぞれ相対運動を行うことの可能な複数のリンクを備えており、
加工及び／または検査工具を搬送するための、該アームの末端に設けられているかあるいは末端に向かう加工ヘッド搬送手段と、
関連するセグメントの形状制御を可能にし、これによってアームを構成する異なるセグメントが異なる形状を取ることができるので、アームは所定の接近経路に沿って長手方向に進んで該位置に該工具を配置することのできる、該セグメントの少なくとも一部用の制御手段とを具備して成るロボットアーム装置において、
アームの各セグメントにおけるリンク間の連接が各連接点に剛性を与えるために負荷を受けて維持されるので、各連接点の空間位置決めを制御して、アームを複雑な経路に進ませて加工工具を所望の加工位置に誘導可能であることを特徴とするロボットアーム装置。
【請求項２】
各セグメントがそれぞれのための別個の制御手段を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該別個の制御手段がサーボモーター手段を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
サーボモーター手段が各セグメント内に取り付けられる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
サーボモーター手段がセグメントから離れている、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
サーボモーターが油圧または空気モーターである、上記請求項の何れか１に記載の装置。
【請求項７】
セグメントがワイヤーによって制御または駆動される、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項８】
制御手段が特定の工作物のデータを組み込んでおり、更にそのデータに対して機械内の特定の位置または場所に加工ヘッドを配置することを可能にするアルゴリズムを含んでいる、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項９】
単一のセグメント内のリンクが単一の面内で連接され、セグメントの二次元での動作を可能にする、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１０】
単一のセグメント内のリンクが連接されて、三次元における動作を可能にする、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１１】
連接手段は、二次元セグメントの場合にローラージョイント、または三次元セグメントの場合にボールジョイントである、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
セグメントにおけるリンクの連接が、張力を受けた単一または複数のワイヤーによって負荷を受けて維持される、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１３】
張力を受けた単一または複数のワイヤーによって加えられる負荷は、ジョイントの剛性を維持して、アームの末端の加工ヘッドによって力が加えられることを可能にする程度の剛性でセグメントが曲げ構造を取り入れることができるものである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
セグメントにおける個別のリンク間の連接手段が硬化されて、セグメントにおける各リンクの負荷容量及び位置決定性が向上する、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１５】
連接手段の硬化が単一または複数のバネによるものである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
各バネ及び／又は複数のバネは、バネの圧縮力が総制御ワイヤー張力よりもわずかに小さく、また各ジョイントに特定の曲げまたは揺動剛性を与えるために選択されるものである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
各リンクに対して少なくとも２本のワイヤーが設けられているため、１本のワイヤーを別のワイヤーに対して調整することにより１つのリンク部材の姿勢が隣のリンクに対して制御され、そのためセグメントの曲がりが生じる、あるいはセグメントの曲がりが可能になる、請求項７〜１６の何れか１項に記載の装置。
【請求項１８】
制御手段が、工作物を操作するためにアームの長さを介して動作する駆動手段を含む、上記請求項の何れか項に記載の装置。
【請求項１９】
制御手段が、セグメントの制御、リンク間の連接、及び空間配置のためのコンピュータ手段を含む、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも１つのセグメントが、セグメントを二次元においてのみ曲がることを可能にする複数のリンクを備え、セグメント内のリンクの動きは平リボンまたは材料細片によって制御される、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２１】
平リボンまたは細片が、通常２５ミクロンまたは５０ミクロンの厚さを有するバネ鉄鋼細片である、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
回転ジョイント手段がセグメント対の間に設けられているので、アームの一部が残りのアーム部分とは異なる面で曲がるよう適応されている、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２３】
リンク及びセグメント連結の少なくとも一部がそれぞれの場合においてセグメント／アームの中央線から外れているか、あるいはその隣接する連結に対してわずかに傾斜しているので、アームの空間動作が可能になる、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２４】
制御手段が冗長ロボット制御手段を含む、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２５】
該制御手段のアルゴリズムが、軌跡計画技術及び／またはラプラス方程式の適応に基づくポテンシャル場アルゴリズムを含む、上記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２６】
アームの加工ヘッドが、加工環境内の周辺構造に対して加工ヘッドをクランプし、工作物に対して加工ヘッドを固定及び／または配置する、上記請求項の何れかに記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
米国特許明細書５８０３６８０号も、通常は接触できない孔におけるエンジン翼の表面を加工し、また光学部品を使用して加工位置で同時に観察することの可能な加工工具を有するテクノスコープなどの機器に関連しており、ヘッドが遠位から接続される機器シャンクを具備して成り、該ヘッドは工具を搬送し、また機器シャンクの長手軸に対して旋回可能である。この機器を使用して加工される面への損傷を測定を可能にするために、測定テンプレートを有する測定具が機器ヘッドに取り付けられており、この機器ヘッドが光学部品の視界内に旋回可能である場合、測定具は加工具ではなく機器のヘッドに簡単に取り付けることができる。米国特許明細書４，９００，２１８号には、使用している可撓ロボットアーム構造と、自動操作の性能が必要としているときに多数の湾曲形状の何れかを規定するよう制御される細長いスケルトンフレーム部材とが開示されている。アームは、多少蛇の体や象のように機能する。スケルトンフレームは、円板状構造の形で取り付けられた複数の同様の要素セグメントを規定し、また螺旋荷重構造において回転する。米国特許明細書３，２８４，９６４号には、中央長手支援拡張可撓コール部材を含む可撓ビーム構造が開示されており、これは該コール部材を介して固定された複数の長手空間径方向拡張部材である。また、該コール部材周辺の径方向拡張部材空間周辺洩れ口の各対間の収縮状態にある少なくとも３つの長手方向拡張可能流体圧力要素、及び伸縮する圧力要素ではなく流体圧力を選択的に制御する流体圧力は選択的に要素である。本明細書は、長手アームにおいて複数の要素が使用可能であることを開示している。




【国際調査報告】
2004507370.tif 000051
2004507370.tif 000052
2004507370.tif 000053
2004507370.tif 000054