(57)【要約】  蛇型ロボットは、第１の遠位端、第１の近位端、および、第１の遠位端と第１の近位端との間で延在する第１の縦軸を有する第１のリンクを含む。第２のリンクは、第２の近位端、第１の近位端に動作可能に結合される第２の遠位端、および、第２の近位端と第２の遠位端との間で延在する第２の縦軸を有する。第２のリンクに対する第１のリンクの回転は代替的には、以下の効果：ロボットの伸長、第２の縦軸に対する第１の縦軸の旋回、および、第２の縦軸に対する第１の縦軸の回転をもたらす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛇型ロボットであって、
第１の遠位端、第１の近位端、および、前記第１の遠位端と前記第１の近位端との間で延在する第１の縦軸を有する第１のリンクと、
第２の近位端、前記第１の近位端に動作可能に結合される第２の遠位端、および、前記第２の近位端と前記第２の遠位端との間で延在する第２の縦軸を有する第２のリンクと、を備え、
前記第２のリンクに対する前記第１のリンクの回転は代替的には、以下の効果：（ａ）前記ロボットの伸長、（ｂ）前記第２の縦軸に対する前記第１の縦軸の旋回、および、（ｃ）前記第２の縦軸に対する前記第１の縦軸の回転をもたらす、蛇型ロボット。
【請求項２】
前記第２の遠位端に結合されるエンドエフェクタをさらに備える、請求項１に記載の蛇型ロボット。
【請求項３】
前記エンドエフェクタは前記第２の遠位端に機械的に結合される、請求項２に記載の蛇型ロボット。
【請求項４】
前記第１のリンクおよび前記第２のリンクを通して延在する駆動シャフトをさらに備え、それによって前記駆動シャフトは前記エンドエフェクタを操作する、請求項２に記載の蛇型ロボット。
【請求項５】
前記第１のリンクは前記第１の遠位端と前記第１の近位端との間で延在する第１の軸方向通路を備え、前記第２のリンクは前記第２の遠位端と前記第２の近位端との間で延在する第２の軸方向通路を備え、それによって、前記第１の軸方向通路と前記第２の軸方向通路との間で連通されるようにする、請求項１に記載の蛇型ロボット。
【請求項６】
前記第１のリンクは前記第１の縦軸に対して直交する角度で延在する第１の近位面を備え、前記角度は３６０度／ｎになるようにし、ｎは整数である、請求項１に記載の蛇型ロボット。
【請求項７】
前記第１のリンクと前記第２のリンクとの間に配設される付勢部材をさらに備え、前記付勢部材は前記第１のリンクおよび前記第２のリンクを互いから離れるように付勢するようにする、請求項１に記載の蛇型ロボット。
【請求項８】
前記第１のリンクは、外側ハウジングと、前記外側ハウジングと係合される内筒とを備え、前記内筒は前記外側ハウジングに対して縦方向に平行移動するようにする、請求項１に記載の蛇型ロボット。
【請求項９】
前記第１の近位端はここから近位に延在する複数の半径方向に間隔をあけた歯を含む、請求項８に記載の蛇型ロボット。
【請求項１０】
前記内筒に動作可能に結合される第１のモータをさらに備え、前記第１のモータの回転によって前記内筒が回転するようにする、請求項８に記載の蛇型ロボット。
【請求項１１】
前記第１のモータは前記内筒の近位の前記外側ハウジングに配設される、請求項１０に記載の蛇型ロボット。
【請求項１２】
前記内筒の近位の前記外側ハウジングに配設される球状調節部をさらに備え、前記第１のモータは前記球状調節部に配設されるようにする、請求項１０に記載の蛇型ロボット。
【請求項１３】
前記球状調節部は、遠位端と、前記遠位端から遠位に延在する複数の傾斜路とを有する、請求項１２に記載の蛇型ロボット。
【請求項１４】
外側ハウジングと螺合される近位端、および、前記近位端の遠位に延在する複数の遠位ピンを有する軸受支柱をさらに備え、前記軸受支柱は前記球状調節部と動作可能に係合されている、請求項１３に記載の蛇型ロボット。
【請求項１５】
前記球状調節部の回転によって前記軸受支柱は縦方向に変位する、請求項１４に記載の蛇型ロボット。
【請求項１６】
前記第１のモータに動作可能に結合される減速装置をさらに備える、請求項１０に記載の蛇型ロボット。
【請求項１７】
前記減速装置は円形駆動アセンブリを備える、請求項１６に記載の蛇型ロボット。
【請求項１８】
前記第２の遠位端に動作可能に結合されるドリルアセンブリをさらに備える、請求項１に記載の蛇型ロボット。
【請求項１９】
前記ドリルアセンブリは、外側ドリルハウジングと、前記外側ドリルハウジングと螺合される内側ドリルナットと、を備え、前記外側ドリルハウジングに対する前記内側ドリルナットの回転によって、前記内側ドリルナットに対する前記外側ドリルハウジングの縦方向の平行移動が生じるようにする、請求項１８に記載の蛇型ロボット。
【請求項２０】
前記ドリルアセンブリは、前記内筒に装着されるドリルヘッドと前記ドリルヘッドに動作可能に結合される減速装置とを備える、請求項１８に記載の蛇型ロボット。
【請求項２１】
前記減速装置は円形駆動アセンブリを備える、請求項２０に記載の蛇型ロボット。
【請求項２２】
前記第２の遠位端は機械駆動装置を備え、該機械駆動装置は、この遠位端に装着される偏心体を有する入力シャフトと、前記偏心体に動作可能に結合される入力カムと、前記入力カムに動作可能に結合される減速装置と、前記減速装置に動作可能に結合される出力と、を備える、請求項１に記載の蛇型ロボット。
【請求項２３】
前記偏心体は球体を含む、請求項２２に記載の蛇型ロボット。
【請求項２４】
前記入力カムは前記偏心体を受けるように適応される受け部を備え、前記入力カムは平面で平行移動可能である、請求項２２に記載の蛇型ロボット。
【請求項２５】
前記減速装置は円形駆動アセンブリを備える、請求項２２に記載の蛇型ロボット。
【請求項２６】
前記出力はロック歯の第１のセットを含む、請求項２２に記載の蛇型ロボット。
【請求項２７】
前記ロック歯の第１のセットは前記出力の外周部に延在し、前記出力は前記出力の内周部に沿って延在するロック歯の第２のセットをさらに含む、請求項２６に記載の蛇型ロボット。
【請求項２８】
前記機械駆動装置は、前記第２のリンクを隣接するリンクから離れるように延在させ、前記第２のリンクを前記隣接するリンクに対して回転させ、前記隣接するリンクを前記第２のリンクの方へ引っ込める、請求項２２に記載の蛇型ロボット。
【請求項２９】
前記第１のリンクは前記第２のリンクに固く固定可能である、請求項２２に記載の蛇型ロボット。
【請求項３０】
前記第１のリンクは、外側ハウジングと、前記外側ハウジングと回転可能に係合される内筒とを備える、請求項１に記載の蛇型ロボット。
【請求項３１】
前記第１のリンクは、外側ハウジングと、前記外側ハウジングと係合される内筒とを備え、前記内筒は前記外側ハウジングに対して縦方向に平行移動可能である、請求項３０に記載の蛇型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１５年１０月６日に出願された特許文献１、および、２０１６年１月１４日に出願された特許文献２に対する優先権を主張するものであり、それら双方の開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
新しい家が建てられる時、必要な電気関係、配管などの全ては壁を塞ぐ前に渡らせる。これは、適切には新規の電気工事と言われる。壁に無制限に立ち入ることで、熟練した専門の労働者にとってこれらの系統の設置を行うことは些細なことである。同様に、乾式壁または漆喰が施されると、該壁の範囲内で変更を行うことは急激に困難になる。壁面に開ける立ち入り用の穴の数を最小限に抑えるように、進路を計画しなければならない。家をどのように構築するかの意識は、侵入を最小限に抑えるやり方で工事計画を巧みに完了させるための必要条件となる。この技術は旧式の電気工事として既知である。
【０００３】
構造部材に穿孔できる穴あけ装置を開発すること、および、構造部材を通して可撓性電線管を渡らせることを、壁に穴を開ける必要なく行うことは、有益となるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許仮出願第６２／２３７，９８７号
【特許文献２】米国特許仮出願第６２／２７８，４８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この概要は、発明を実施するための形態でさらに後述される概念を簡略にした形態で選択的に紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主題の主な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を限定するために使用することを意図するものでもない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡潔に言うと、本発明によって、第１の遠位端、第１の近位端、および、第１の遠位端と第１の近位端との間で延在する第１の縦軸を有する第１のリンクを備える蛇型ロボットが提供される。第２のリンクは、第２の近位端、第１の近位端に動作可能に結合される第２の遠位端、および、第２の近位端と第２の遠位端との間で延在する第２の縦軸を有する。第２のリンクに対する第１のリンクの回転は代替的には、以下の効果：ロボットの伸長、第２の縦軸に対する第１の縦軸の旋回、および、第２の縦軸に対する第１の縦軸の回転をもたらす。
【０００７】
本発明の他の態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、別記の特許請求の範囲、および、添付の図面によってより十分に明らかとなるであろう。該図面において、同様の参照番号は同様のまたは同一の要素を特定する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の例示の実施形態による蛇型ロボットを示す図である。
【図１Ａ】図１のロボットであって、リンクのいくつかが、隣接するリンクに対するある角度で方向転換されるロボット１００を構成する、ロボットを示す図である。
【図２】図１に示されるロボットにおけるリンクの断面図である。
【図２Ａ】図２に示されるリンクの近位端の拡大図である。
【図２Ｂ】図２に示されるリンクの中間端の拡大図である。
【図２Ｃ】図２に示されるリンクの遠位端の拡大図である。
【図３】図２に示されるリンクで使用される外側ハウジングの断面斜視図である。
【図３Ａ】図２に示されるリンクで使用される湾曲した雄コネクタの斜視図である。
【図３Ｂ】図２に示されるリンクの近位端の部分斜視図である。
【図３Ｃ】隣接するリンクの間の接続部の拡大断面図である。
【図４】図２に示されるリンクで使用されるらせん状球形調節部の側立面図である。
【図５】図２に示されるリンクで使用されるナット配置軸受支柱の斜視図である。
【図６】図５に示されるナット配置軸受支柱の遠位端の斜視図である。
【図６Ａ】図５に示されるナット配置軸受支柱の遠位端の斜視断面図である。
【図７Ａ】図２に示されるリンクで使用されるスペーサの近位端の斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示されるスペーサの遠位端の斜視図である。
【図７Ｃ】図２に示されるリンクにおいて合わせて組み付けられるナット配置軸受支柱およびスペーサの側立面図である。
【図７Ｄ】図２に示されるリンクの内側ハウジングと位置合わせさせた、図７Ａに示されるスペーサの側立面図である。
【図８】図２に示されるリンクで使用される出力円板の斜視図である。
【図９】図２に示されるリンクで使用される円形ロータの斜視図である。
【図１０】図２に示されるリンクで使用される円形ハウジングの正面立面図である。
【図１１】図２に示されるリンクで使用される出力円板の斜視図である。
【図１１Ａ】図２に示されるリンクで使用されるカムの斜視図である。
【図１１Ｂ】図２に示されるリンクで使用される円形アセンブリの分解斜視図である。
【図１２】図２に示されるリンクで使用するロータ支持部の斜視図である。
【図１３】図２に示されるリンクで使用されるステータ支持部の斜視図である。
【図１４】図２に示されるリンクで使用されるカービック雌ピンの斜視図である。
【図１４Ａ】図２に示されるリンクと隣接するリンクとの間の接続部の断面斜視図である。
【図１４Ｂ】第１のリンクが第２のリンクと相互接続されている、図１４Ａに示される接続部の上面図である。
【図１４Ｃ】第１のリンクが第２のリンクとの接続から外れるように移動している、図１４Ｂに示される接続部の上面図である。
【図１４Ｄ】第１のリンクが第２のリンクと再び接続するように移動している、図１４Ｃに示される接続部の上面図である。
【図１４Ｅ】第１のリンクが第２のリンクと再び接続するように移動している、図１４Ｄに示される接続部の上面図である。
【図１４Ｆ】図２に示されるリンクで使用する線心の斜視図である。
【図１４Ｇ】歯車回転系統の個々の構成要素の細部と共に機械駆動装置の代替的な実施形態を使用するリンクの断面図である。
【図１４Ｈ】回転式電源から駆動列に対する入力の断面図である。
【図１４Ｉ】偏心入力機構の斜視図である。
【図１４Ｊ】図１４Ｉに示される偏心入力機構の上方視の図である。
【図１４Ｋ】リフタを有する円形ロータの断面図である。
【図１４Ｌ】図１４Ｋに示される円形ロータの下面図である。
【図１４Ｍ】カービック歯および円形歯を有する近位ベースプレートの上面図である。
【図１４Ｎ】図１４Ｍによるベースプレートの斜視図である。
【図１４Ｏ】カービック歯を含有するピンを有する遠位トッププレートの斜視図である。
【図１４Ｐ】リフト機構の２つのカービック歯セットおよびピンを有する出力円板の下面斜視図である。
【図１４Ｑ】図１４Ｐにおける出力円板の上面斜視図である。
【図１４Ｒ】図１４Ｉにおける円形ロータに接続される回転ロックアウトキーの斜視図である。
【図１５】図１に示されるロボットで使用されるドリルヘッドの側立面図である。
【図１６】図１５に示されるドリルヘッドの断面図である。
【図１６Ａ】図１６に示されるドリルヘッドの内部構成要素の拡大図である。
【図１７】図１６に示されるドリルヘッドにおいて使用されるドリルの拡大斜視図である。
【図１８】図１６に示されるドリルヘッドの外側ハウジングの斜視図である。
【図１９】図１６に示されるドリルヘッドの内部スリーブの斜視図である。
【図２０】図１６に示されるドリルヘッドに対する出力駆動装置の斜視図である。
【図２１】図１６に示されるドリルヘッドのナットの近位側の斜視図である。
【図２１Ａ】図２１に示されるナットの遠位側の斜視図である。
【図２２】図１６に示されるドリルヘッドにおいて使用される円形ロータの斜視図である。
【図２３】図１６に示されるドリルヘッドにおいて使用される円形ハウジングの斜視図である。
【図２４】ドリルヘッドにおいて使用される出力円板ドリルヘッドハブの斜視図である。
【図２５】図１６に示されるドリルヘッドにおいて使用される出力円板を示す図である。
【図２６】穿孔時に使用するためにスプールから外されている、図１に示されるロボットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面において、同様の数字は全体を通して同様の要素を指示する。ある特定の専門用語は、本明細書では単に便宜上使用され、本発明における限定としてとられるものではない。該専門用語は、具体的に述べられる語、この派生語、および同様の意味を含む語を含む。本明細書で使用されるように、「遠位」という用語は、使用者からより遠い本発明の装置の端部を意味し、「近位」という用語は、使用者により近い本発明の装置の端部を意味する。
【００１０】
以下で示される実施形態は、網羅的であるとは意図されないし、本発明を開示された精確な形態に限定するとも意図されない。これらの実施形態は、本発明の原理、ならびにこの応用および実際的な使用を最も良く説明するために、かつ、当業者が本発明を最も良く利用できるように、選定されかつ記載される。
【００１１】
本明細書における「１つの実施形態」または「一実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性を、本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることが可能であることを意味している。本明細書内のさまざまな箇所に「１つの実施形態では」という語句が用いられているが、この語句は必ずしもその全てが同じ実施形態に言及しているわけではないし、別個のまたは代替的な実施形態が必ずしも他の実施形態と相互に排他的であると言及するものでもない。「実装」という用語についても同じことが言える。
【００１２】
本願において使用されるように、「例示」という語は、本明細書では、例、事例、または例証としての役割を果たすことを意味するために使用される。「例示」として本明細書に説明されるいずれの態様または設計も、必ずしも、他の態様または設計に対して好ましいまたは有利であると解釈される訳ではない。もっと正確に言えば、例示という語の使用は、概念を具体的になるように提示することが意図される。
【００１３】
さらに、「または」という用語は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を意味することが意図される。すなわち、別段指定されない限り、または文脈から明確ではない限り、「ＸはＡまたはＢを用いる」は、自然で包括的な配列のいずれかを意味することが意図される。すなわち、「ＸはＡまたはＢを用いる」は、次の事例、ＸはＡを用いる、ＸはＢを用いる、またはＸはＡおよびＢ両方を用いる、のいずれかによって満たされる。加えて、本願および別記の特許請求の範囲において使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、別段指定されない限り、または文脈から単数形を対象とすることが明確でない限り、一般的に、「１つまた複数の」を意味すると解釈されるべきである。
【００１４】
別段明示的に記されていない限り、それぞれの数値および範囲は、値または範囲でこれらの前に「約」または「およそ」という語が付けられているかのようにおおよそであると捉えられるべきである。
【００１５】
特許請求の範囲における図番号および／または図参照標示の使用は、特許請求の範囲の解釈を容易にするために特許請求された主題の１つまたは複数の可能な実施形態を特定することが意図される。このような使用は、それらの特許請求の範囲を対応する図に示される実施形態に限定する必要があると解釈されるものではない。
【００１６】
本明細書に示される例示の方法のステップが、必ずしも記載された順序で行われる必要はないことは理解されるべきであり、このような方法のステップの順序は単なる例示であると理解されるべきである。同様に、追加のステップはこのような方法に含まれてよく、ある特定のステップは、本発明のさまざまな実施形態と一致する方法において省略または組み合わせ可能である。
【００１７】
以下の方法の請求項における要素は、ある場合は、対応する標示による特定の並びで列挙されるが、請求項の列挙がこれらの要素のいくつかまたは全てを実装するための特定の並びを別段暗示しない限り、それらの要素は必ずしもこの特定の並びで実装されるように限定されると意図されているわけではない。
【００１８】
図を参照すると、本発明の例示の実施形態による蛇型ロボット１００（「ロボット１００」）が示されている。ロボット１００は、建物の内壁、建物の残骸、トンネルまたは縦坑の陥没、または他のこのような立ち入り不可能な場所など、その他の場合では立ち入り不可能である場所を抜けるために使用可能である。さらに、ロボット１００は、宇宙空間、大気圏外、および、軸方向に延在しかつ軸方向に横断するロボットが必要とされる場合がある他の用途で使用可能である。ロボット１００は、本明細書においてより詳細に論じられるように、例えば、ドリルビット、カメラ、センサ、酸素などの流体供給線、または他のタイプの備品などのエンドエフェクタが装着可能である。ロボット１００は複数のリンク片から構築される。これらのリンク片は、ロボット１００を回転させかつ平行移動させるために、互いに独立してかつ隣接片が協働して動作可能である。
【００１９】
代替的には、ロボット１００は、閉鎖空間の外部で使用可能であり、ロボット１００の少なくとも１つの点が基準点（すなわち、宇宙船または宇宙ステーション）に固着されると仮定すると、表面を走行する、垂直に立ち上がる、または、無重力においても動作するように使用可能である。
【００２０】
図１および図１Ａは、ロボット１００の例示の実施形態を示す。ロボット１００の例示の実施形態において使用される７つの接続済みリンク１０２が図１Ａに示されているが、ロボット１００が７つより多いまたは少ないリンクを含むことができることを、当業者は認識するであろう。例示のドリルヘッド１０５は、ロボット１００が固体材料において穿孔するために使用でき、それによって、ロボット１００が自身でかかる穴から進むことができるように、ロボット１００の近位端に取り付け可能である。
【００２１】
図２および図２Ａ〜図２Ｃは、リンク１０２の断面図を示す。リンク１０２は、遠位端１０４と近位端１０６との間で延在する縦軸１０３を含む。リンク１００はまた、図３においてより詳細に示される外側ハウジング１０８を含む。外側ハウジング１０８は、リンク１０２の縦軸１０３に略直交して延在する遠位端１１０と、縦軸１０３に対する斜角Θで延在する近位端１１２とを含む。例示の実施形態では、Θは約２２．５度であるが、ｎが整数である等式３６０度／ｎによって生じたΘの値の整数倍が９０度に等しい限り、Θを他の値にもできることを、当業者は認識するであろう。プレート１１３は外側ハウジング１０８の近位端１１２を覆う。図１Ａはリンク１０２を示し、このリンク１０２が約２２．５度のΘの値を有することで隣接するリンク１０２が約４５度の角度を形成できるようにし、その結果、複数のこのようなリンク１０２によってロボット１００を９０度方向転換させることができる。
【００２２】
一連の雌ねじ１１４は、近位端１１２の方へと遠位端１１０から延在する。例示の実施形態では、雌ねじ１１４は１つのらせん形を形成する。複数の縦溝１１５は外側ハウジング１０８の長さで延在する。溝１１５は軌道を形成し、この軌道に沿って、リンク１０２内の非回転要素は、隣接するリンク１０２に対してリンク１０２の動作中に縦方向に平行移動する。
【００２３】
図２を参照すると、内筒１１８は、雌ねじ１１４との螺合をもたらす雄ねじ１２０を含み、それによって、内筒１１８に対する外側ハウジング１０８の回転は、回転方向に応じて、リンク１０２を伸長するまたは縮小させることで、ロボット１００の近位端の縦方向の平行移動が生じる。例示の実施形態では、内筒１１８は、ステンレス鋼３２１から構築され、約０．０３インチの壁厚を有する。図２Ｃを参照すると、エンドプレート１１１は内筒１１８の遠位端に取り付けられる。図７Ｄを参照すると、複数の突出部１１９は内筒１１８の近位端から近位に延在する。
【００２４】
ロボット１００はここで、図２に示されるように概して左から右へ延在するこの個々の構成要素に関して説明される。図３Ａに詳細に示されるカービック雄ピン１２２は、プレート１１３から近位に延在する。カービック雄ピン１２２は、隣接するリンク１０２の遠位端１１０に位置するカービック雌ピン１２８を係合する複数の半径方向に間隔をあけた歯１２４を含む。軸方向の貫通路１２６は、カービックピン１２２の長さにわたって延在し、例えば、（図１５に示される）ドリル５０４の可撓性駆動シャフト５０５などの材料、および、例えば、流体（例えば、ガス、液体、粘着性物質など）を伝達するための管類、電気ケーブル布線、および、リンク１０２の長さにわたる他の長尺材などの任意の他の材料の通過を可能にする。さらに、図３Ｂに詳細に示される波形ばね１３０は、プレート１１３の近位に、カービック雄ピン１２２の周りに延在する。波形ばね１３０は、リンク１０２を、この隣接するリンク１０２から離すように付勢する。波形ばねは付勢特徴をもたらすように使用されるが、他のタイプの付勢部材が使用可能であることを当業者は認識するであろう。
【００２５】
図３Ｃは、ピン１２２と一体化したプレート１１３を示す。プレート１１３は、この周辺部で延在する複数の傾斜歯１１５を含む。リテーニングリング１１７は隣接するリンク１０２のプレート１１１に対してピン１２２を留めつける。波形ばね１３０は、リテーニングリング１１７と傾斜歯１１５との間に位置する。波形ばね１３０は、かさ歯車３０６をピン１２２から離すように付勢する（図１４Ａを参照）。
【００２６】
図２Ａは、図４に詳細に示されるらせん状球形調節部１５０内に装着される第１のモータ１４０を示す。第１のモータ１４０は、ロータ１４４によって取り囲まれるステータ１４２を含む。ロータ１４４は、球形調節部１５０において近位通路１５２と固定して係合させることで、モータ１４０を動作させる時、ロータ１４４はまた球形調節部１５０を回転させる。球形調節部１５０はまた、近位通路１５２より外径が狭い中間通路１５４を含む。近位通路１５２および中間通路１５４は、該調節部を通して軸方向に延在することで、駆動シャフト５０５を通すことができる。ステータ１４０は、内筒１１８に対して線状に回転するように固定される。
【００２７】
（図２Ａに示される）第１の玉軸受アセンブリ１６０は、中間通路１５４の外周部に固定される。球形調節部１５０の遠位端１５６は、球形調節部１５０から遠位に離れるように延在する複数の傾斜路１５８を含む。例示の実施形態では、３つの傾斜路１５８が使用されるが、３つより多いまたは少ない傾斜路１５８が使用可能であることを、当業者は認識するであろう。
【００２８】
図５に詳細に示されるナット配置軸受支柱１６２は近位通路１６４を含み、この通路に、第１の玉軸受アセンブリ１６０の外輪が挿入される。近位通路１６４の外周部は、外側ハウジング１０８の雌ねじ１１４と螺合される螺面１６６を含む。複数のピン１６８は近位通路１６４の遠心面から延在する。支柱１６２の遠位端１６９は、ここから外方に延在する略環状円板１７１を含む。支柱１６２の遠位端１６９はまた、縦軸１０３を中心に半径方向に間隔をあけた複数の経路１７３を含む。
【００２９】
図６および図６Ａに示されるように、一対の玉１７０は、それぞれの傾斜路１５８の経路１７３に設けられる。スペーサ１７２が図７Ａおよび図７Ｂに示される。スペーサ１７２は、ここを通して軸方向に延在する通路１７４を有する略環状リングである。スペーサ１７２の近位端１７６は、この外周部に間隔をあけて配置された複数の突出部１７８を含む。環状プレート１８０は、突出部１７８によって画定される周辺部内で近位端１７６から外方に延在する。スペーサ１７２の近位端１７６は、円板１７１とピン１６８との間で、支柱１６２の遠位端１６９にフィットする。
【００３０】
図６Ａに戻って参照すると、玉１７０は、環状プレート１８０上で進行し、傾斜路１５８が縦方向に玉１７０を回転させかつ平行移動させると、支柱１６２はスペーサ１７２から縦方向に変位し、それによってピン１６８は突出部１７８から縦方向に変位する。
【００３１】
複数のタブ１８２はスペーサ１７２の外周部に延在する。タブ１８２は、外側ハウジング１０８において縦溝１１５において摺動可能に係合する。複数のピン１８４はスペーサ１７２の遠位端１８６から外方に延在する。ピン１８４は内筒１１８上で突出部１１９と係合する。図２Ａおよび図７Ｃを再び参照すると、第２の波形ばね１３０は円板１７１とスペーサ１７２の近位端１７６との間に位置し、それによって、ばね１１３は円板１７１からスペーサ１７２を近位に付勢する。第２の玉軸受アセンブリ１９０は円板１７１の遠位のかつこれに隣接する支柱１６２上に位置することで、内筒１１８は支柱１６２から独立して自由に回転する。
【００３２】
支柱１６２上のタブ１８２に対する波形ばね１３０からの圧力によって、望ましくは、ピン１６８を突出部１７８と係合させる。しかしながら、傾斜路１５８が玉１７０を押しているため、玉１７０によってピン１６８および突出部１７８は離れ（および歯１８４は内筒１１８上のピン１１９と下で係合され）たままである。回転式傾斜路１５８はばね１３０をスペーサ１７２に押し付けることができ、さらにまた、傾斜路１５８に沿って経路１７３において玉１７０を軸方向に押す。この特徴によって、支柱１６２は、スペーサ１７２および内筒１１８に対して回転することができるが、この縦方向の運動は制限され続ける。
【００３３】
第３の玉軸受アセンブリ１９２は、第２の玉軸受アセンブリ１９０の遠位に延在し、かつ、支柱１６２の遠位端１６９を中心に軸方向に内筒１１８の回転を支持する。図８により詳細に示される出力円板１９４は、ここから遠位に延在する複数の突出部１９６を有する略環状円板である。それぞれの突出部１９６は、図９に詳細に示される円形ロータ２００において対応する開口部１９８に適合する。円形ロータ２００は、ここから外方に延在する遠位歯車２０２を有する略環状スリーブである。例示の実施形態では、歯車２０２は、約２５のインボリュート歯を有する。さらに、開口部１９８は、これらの突出部１９６よりわずかに大きい直径を有することで、円形ロータ２００は出力円板１９４に対して偏心して回転できる。
【００３４】
円形ハウジング２０４は、図１０に詳細に示される。円形ハウジング２０４は、内筒１１８内で歯車２０２の外方に周方向に延在し、かつ歯車２０２上のインボリュート歯の数より多い複数の渦巻き形２０６を有する。例示の実施形態では、円形ハウジング２０４は２６の渦巻き形２０６を含む。
【００３５】
第４の玉軸受アセンブリ２１０は、遠位歯車２０２の遠位の円形ロータ２００の内周部２０８内に装着される。第５の玉軸受アセンブリ２１２は、第４の玉軸受アセンブリ２１０の遠位に位置し、かつ、環状スペーサ２１４によって内筒１１８の内部に対して支持される。
【００３６】
スリーブを有する出力円板２２０は、図１１に詳細に示される。円板２２０は、第４の玉軸受アセンブリ２１０を支持する遠位スリーブ２２２、およびこの玉軸受アセンブリ２１２を支持する中間スリーブ２２４を有する。円板２２０はまた、この遠位に延在する複数の突出部２２８を有する遠位面２２６を含む。例示の実施形態では、突出部２２８は、出力円板１９４上の突出部１９６と同じ数およびサイズである。
【００３７】
図１１Ａにより詳細に示されるカム２２１を使用して、円形ロータ２００の偏心回転を相殺する。カム２２１は、遠位スリーブ２２２上を摺動し、かつ第４の玉軸受アセンブリ２１０を支持する。
【００３８】
円板２２０は、図２Ｂに示されるように、円形ロータ２００および円形ハウジング２０４の第２のセットと相互作用する。第６の玉軸受アセンブリ２３０は、第２の円形ロータ２００の内周部２０８内に装着される。例示の実施形態では、第１の円形アセンブリおよび第２の円形アセンブリの組み合わせによって、約６２５：１の減速比がもたらされる。上述される円形駆動装置の分解組立図は図１１Ｂに示される。
【００３９】
図１２を詳細に参照すると、第１のロータ支持スリーブ２３４は、第６の玉軸受アセンブリ２３０を支持し、かつ第６の玉軸受アセンブリ２３０の遠位に位置する第７の玉軸受アセンブリ２３６を収容する。ロータスリーブ支持部２３４は、第６の玉軸受アセンブリ２３０が支持される近位スリーブ２３６と、スリーブ２３６の遠位に延在するハウジング２３８とを含む。
【００４０】
図１３を詳細に参照すると、ステータ支持部２４０は、第７の玉軸受アセンブリ２３６を支持する遠位リップ２４２と、第２のモータ２５０を支持するスリーブ２４４とを含む。第２のモータ２５０は、スリーブ２４４によって支持されるステータ２５２と、ロータスリーブ支持部２３４上で近位スリーブ２３６と係合され、それによって、第２のモータ２５０が回転する時、ロータスリーブ支持部２３４も回転するロータ２５６とを含む。
【００４１】
ステータ支持部２４０は、近位リップ２６４および遠位リップ２６６によって囲まれたスプール２６２を含む中間部２６０を含む。近位リップ２６４および遠位リップ２６６は内筒１１８に固定される。図２Ｂに示されていないが、電子駆動装置は、モータ、およびリンク１０２に位置する任意の他の電気／電子要素を制御するために中間部２６０内に位置することができる。ステータ支持部２４０はまた、第８の玉軸受アセンブリ２７１を支持する近位リップ２６８と、（図２Ｂおよび図２Ｃに示される）第３のモータ２７２を支持するスリーブ２７０とを含む。第１のロータ支持スリーブ２３４と同一であるが、１８０度回転することで、スリーブ２３６がハウジング２３８の遠位に延在する第２のロータ支持スリーブ２３６が設けられ、それによって、ハウジング２３８は、第３のモータ２７２のロータ２７３のみならず、第８の玉軸受アセンブリ２７１を係合する。さらに、第９の玉軸受アセンブリ２８０はスリーブ２３６の外側に位置する。第３の円形ロータ２００は第９の玉軸受アセンブリ２８０に取り付けられる。ロータ２００は、歯車２０２が内周部２０８の遠位に延在するように位置合わせされて、第９の玉軸受アセンブリ２８０は内周部２０８内に挿入され、かつ第３の円形部２２０はロータ２００の遠位に延在する。
【００４２】
第１０の玉軸受アセンブリ２８４および第１１の玉軸受アセンブリ２８６はそれぞれ、第３の円形部２２０のスリーブ２２４、２２２にそれぞれ装着されて、スペーサ２１４は内筒１１８の内側に対して第１０の玉軸受アセンブリ２８４を支持する。第１１の玉軸受アセンブリ２８６は第４の円形ロータ２００に固定され、さらにまた、第４の円形部２２０と係合されることで、例示の実施形態において、第３の円形アセンブリおよび第４の円形アセンブリの組み合わせによって、約６２５：１の減速比がもたらされる。
【００４３】
第１２の玉軸受アセンブリ２９０は、第４の円形アセンブリの遠位に延在し、かつ、リンク１０２の遠位端１１１において縦軸１０３に沿ってかさ歯車３０２を縦方向に平行移動させるために使用される機械駆動装置３００と係合される。例示の機械駆動装置３００は図１４Ａ〜図１４Ｆに示される。
【００４４】
中空シャフト３１０は、軸受２９０を通して出力円板２２０に固定して接続される。図１４Ｂ〜図１４Ｅに見られるように、シャフト３１０は略Ｔ字形溝３１２を含む。円板３１４はシャフト３１０の遠位端に位置する。波形ばね１３０は円板３１４の遠位に位置する。出力シャフト３２０はシャフト３１０内に配設される。出力シャフト３２０は溝３１２内に延在する突出部３２２を含む。突出部３２２は、突出部３２２が溝３１２内を動き回れるようなサイズに作られる。溝３１２および突出部３２２の１つの組み合わせが示されるが、さらなる組み合わせをシャフト３１０の周りに設けることができることを、当業者は認識するであろう。
【００４５】
シャフト３２０の遠位端はまた、円板３２４を含み、それによって、ばね１３０は、円板３２４を円板３１４から離れるように付勢するように、円板３１４と円板３２４との間に挟まれる。円板３２４はかさ歯車３０２に接続される。かさ歯車３０２は内部かさ歯車３０４と動作可能に係合される。内部かさ歯車３０４は、外側ハウジング３０６内に位置する複数の遠位歯３０８を含む。さらに、遠位の外側ハウジング３０６は、別の複数の歯３１６を含む。歯３０８は歯３１６より長く、それによって、歯３０８は常にピン１２２上で歯１２４と係合されて、先のリンク１０２の角度面１１５に対して固定される。
【００４６】
かさ歯車３０２が遠位に平行移動させられると、かさ歯車３０２は、図１４に詳細に示される内部かさ歯車３０４を係合する。内部かさ歯車３０４は、かさ歯車３０２と係合する近位端３０６と、隣接するリンク１０２のカービック雄ピン１２２上で歯１２４と係合する複数の内歯３０８とを含む。
【００４７】
機械駆動装置３００の代わりに、全体が参照により本明細書に組み込まれる、本発明者によって２０１６年１月１４日に出願された特許文献２において開示される駆動装置などの代替的な機械駆動装置１０００が使用可能である。駆動装置１０００は図１４Ｇ〜図１４Ｒに示される。
【００４８】
図１４Ｇは、エンドプレート１１１の平面の周りの隣接するリンク１０２に対して作動する近位リンク１０２に適用される一体化ロック機構による３次元円形駆動装置の断面図を示す。さらにまた、現行の実施形態において、前述の歯車列およびロック系統は、ロボットの関節作動に適用されているが、本発明の駆動装置が平面間で動力を伝達するために必要であるいずれの状況においても用いられてもよいことを、当業者は認識するであろう。さらに、例示の実施形態では、回転が生じる軸の交点は、必ずしも機構内の点で交差する必要はない。本明細書に説明される解決策がこれを補正するために考案されかつ実装されているが、２つの軸が作用点で交差するような些細なケースでもこの設計を使用して実装されてよい。
【００４９】
図１４Ｇはまた、本発明の、一体化ロック機構による３次元円形駆動装置の構成部分を示し、該部分は、この遠位端に装着される偏心体を有する入力シャフトを含む。入力カムは偏心体に動作可能に結合される。減速装置は入力カムに動作可能に結合される。出力は減速装置に動作可能に結合される。
【００５０】
具体的には、入力シャフト１７００は、（図１４Ｈに詳細に示される）偏心球体１７２０を有する遠位端１７０２を有する。球体１７２０は、円形ロータ１９００内に挿入されかつこれと相互作用する偏心入力カム１６００を駆動する。（図１４Ｐおよび図１４Ｑに詳細に示される）カービック出力円板１５００上のピン１５６０は、円形ロータ１９００と相互作用しながらまた、（図１４Ｍおよび図１４Ｎに詳細に示される）近位面１２００上の歯１２４０、および遠位ピン面１３００を選択的に係合する。リンク１１００における楔留め円板１８００を使用して、リンク１１００内の偏心入力１６００の位置合わせを維持する。
【００５１】
図１４Ｈは入力シャフト１７００の主要部分を示す。シャフト１７００は、これを通して中央に延在する縦軸１７０４を含む。シャフト１７１０は、電気モータ、手動クランク、または回転動力をもたらすための他の適した機構とすることができる、近位供給源（図示せず）から回転動力を受ける。空洞１７３０はシャフト７００の長さ全体にわたって維持される。空洞１７３０は、例えば、電気ケーブル、ガス（酸素または他のガス）ケーブル、または流体ケーブル（図示せず）などの他の要素がここを通過できるようにする。さらに、後述されるロボット１０００の残りの要素も、概して中央に集められた通路を有して、ケーブル、電線管、または、直上に説明した他の材料を通過させることができる。
【００５２】
図１４Ｉおよび図１４Ｊは偏心入力円板１６００を示す。入力円板１６００は、ハウジング１６１０内に同心円状に位置する管状受け部１６５０を含む。受け部１６５０は、偏心球体１７２０をここに同心円状に挿入かつ回転できるようなサイズに作られる。円形ロータ出力１６３０はハウジング１６１０に偏心するように装着される。空洞１６４０は、図１４Ｊに示されるように、ロータ出力１６３０内に設けられることで、空洞１６４０によって受け部１６５０に連通する。ロータ出力１６３０は、偏心入力円板１６００を回転しないようにするがこの平面上の平行移動を可能にする（図１４Ｒに示される）端面キー溝１８２０内で走行するようなサイズに作られた直線縁部１６２０を含む。軸が直接交差する配置において、球形受け部１６５０はロータ出力１６３０と同心円状であってよい。さらに、直線縁部１６２０は、ハウジング１６１０の底部に位置するように、図１４Ｉに示されるが、直線縁部１６２０がハウジング１６２０の長さ（高さ）に沿ったどの場所にでも存続できることを、当業者は認識するであろう。例えば、図１４Ｇに示されるロボット１０００の実施形態において、直線縁部１６２０は円板１８００の平面と同一平面上とすることができ、それによって、直線縁部１６２０は端面キー溝１８２０内で振動することができる。
【００５３】
図１４Ｋおよび図１４Ｌは円形ロータ１９００を示す。円形ロータ１９００は、ロータ出力１６３０と同心のままである偏心入力受け部１９２０を含む。出力ピン穴１９１０はピン１５６０への動力を伝達できるようにする。本発明の駆動装置がまた自動ロックおよび解放が可能である場合の示される例示の実施形態では、穴１９１０の壁はテーパ状になっており、それによって、接線方向に負荷をかけることでピン１５６０に対する押上げ力が生じる。より一般的な使用には、穴１９１０は円筒状のままであってよい。テーパ状に改造した壁が示されているが、同じ運動を達成するための他の方法が存在することを、当業者は認識するであろう。円形外郭１９３０は円形ロータ１９００の周辺部となるように機械加工され、それによって、円形外郭１９３０はハウジング外郭１２２０と整合可能である。
【００５４】
図１４Ｍおよび図１４Ｎは近位面１２００を示す。溝部１２１０は、物体１１００と連動するような角度で切削されることによって、物体１１００と近位面１２００との間の相対的回転を防止する。近位面１２００の外周部に間隔をあけて配置された円形ハウジング歯１２２０は、図１４Ｇに示されるように、面１２００に切り込まれてロータ１９００と相互作用する。カービック歯１２４０は中空開口部１２３０に対して同心の面から外方に延在する。歯１２４０は、オプションで面取りして改造した縁部１２５０を有して、機構のより円滑な動作を促進する。オプションとして、代替的な実施形態では、円形ハウジング１２２０は一部分を面および追加のカービック歯のないものにすることができる。
【００５５】
図１４Ｏはピン１３２０およびカービック歯１３４０を有する遠位面１３００を示す。溝部１３１０は、リンク１４００と係合しかつ相対的回転を防止するように周辺部に機械加工される。ピン１３２０は、面１３０２から突出し、かつ近位面１２００上で中空開口部１２３０と同心のままである。溝部１３３０および対応する改造したカービック歯によって、図１４Ｐに示されるリテーニングリング１３９０は、近位面１２００および遠位面１３００が互いに分離しないように挿入できるようにする。カービック歯１３４０はピン１３２０に切り込まれる。空隙１３５０はピン１３２０の中央に機械加工される。
【００５６】
図１４Ｐおよび図１４Ｑはカービックロックアウト歯を有する出力円板１５００を示す。歯車列がまた自動ロックおよび解放の運動を可能にするこの実施形態では、内歯１５４０および外歯１５１０は両方共、セットとしてこの例示の実施形態ではカービックであり、ピン１５６０から円板１５００の反対側に加えられる。解放ピン１５６０を必要としない代替的な実施形態は外郭が円筒状のままであってよい。解放特徴を有するこの実施形態では、円錐形先端１５７０は、円形ロータ１９００上で対応する改造部１９１０と相互作用するようにそれぞれの解放ピン１５６０の自由端に施されている。当業者はまた、かかる改造部がロータ１９００と出力円板１５００との間で一致する限り、他の改造が可能であることを認識するであろう。カービック歯１５１０は近位面上で歯１２４０と整合し、歯１５４０は面１３００上で歯１３４０と整合する。歯１５４０は歯１５１０より長いことで、歯１５４０は係合されたままであってよく、歯１５１０は解除される。面取りして改造した縁部１５２０は、歯１５１０のロックおよび解放の動作を改善するために施されてよい。溝部１５３０は、リテーニングリング（図示せず）を設置できるようにするために歯１５４０に機械加工されてよい。
【００５７】
図１４Ｑは図１４Ｐに対する円板１５００の裏面を示す。円板１５００は、ここから外方に延在する環状リング１５８０を含み、このリングに歯１５４０が装着される。
【００５８】
図１４Ｒは、例示の実施形態に示されるように、偏心の交差しないシャフトの場合に設置される楔留めリング１８００を示す。外リング１８１０は、物体１１００に対する外リング１８１０の回転を防止するように、物体１１００内で同心円状にフィットする。同様に、キー溝１８２０は偏心入力円板１６００の回転を防止するが、この平面上の平行移動は依然可能にされる。
【００５９】
遠位リンク１４００に対する近位リンク本体１１００の運動は以下のように説明される。停止した状態では、全てのカービック歯は係合され、リンク間の相対的運動は、外部負荷の影響下でも防止される。
【００６０】
（いずれの方向にしても）運動を始めるために、偏心球体１７００を有する入力円板は、近位のリンク本体１１００と同心のこの縦軸１７０４を中心とした回転を開始する。球体受け部１６５０内の偏心入力円板１６００の水平面における球体１７２０の偏心回転は、偏心入力円板１６００を水平面で平行移動させるカムとして働く。
【００６１】
キー１６２０は、キー溝１８２０内で走行することによって、円板１８００に対する入力円板１６００のいずれの回転も防止する。
【００６２】
円形ロータ１９００の入力外郭１９２０は出力１６３０と同心である。これはさらにまた、ロータを、円形ハウジング外郭１２２０に対する偏心運動で移動するような外郭１９３０にする。自動ロックのない簡易な歯車列の場合、この運動は出力円板１５００の回転をもたらすことになる。
【００６３】
自動ロックがあるこの例示の実施形態では、近位面１２００上で歯１２４０と最初に係合されているカービック歯１５１０、および面１３００上で歯１３４０と最初に係合されている出力円板１５００上のカービック歯１５４０の両方のセットによって、近位ハウジングならびに面１１００および１２００も出力円板１５００も回転不可能とされる。従って、円形ロータ１９００を回転させる、ロータ１９００の偏心運動は、円錐改造部１９１０を、出力円板１５００上のピン１５６０の円錐改造部１５７０に押し付ける。この力によって、出力円板１５００全体は、上方に平行移動するが、ピン１３２０に対して同心のままである。図示されないが、出力円板１５００と円形ロータ１９００との間にばねがあり、これによって、この運動を阻止し、かつ、出力円板１５００をロック位置に戻すために必要とされるエネルギーを蓄える。該ばねは、波形ばね、つる巻きばね、または他の適したタイプのばねとすることができる。
【００６４】
円形ロータ１９００の所定の角度の変位が生じた後に、出力円板１５００はカービック歯１５１０および歯１２４０の歯の対を解除するのに十分遠く上方に平行移動しているが、歯１３４０および歯１５４０は係合されたままである。これによって、出力円板１５００とピンとの間の相対的回転が防止され、物体１１００および面１２００を、物体および面１３００ならびにリンク１４００に対して回転させることができる。
【００６５】
解除されると、円形ロータ１９００の後続の運動および回転は、ピン１３２０および面１３００を中心にした面１２００およびリンク１１００の回転をもたらす。歯１５１０は、ばねの圧力下で１２４０に沿って進行する。
【００６６】
面１３００に対する面１２００の十分な回転が生じると、片方が先行している歯１５１０および１２４０は、再び整列することになる。この時点で、ばねは出力円板１５００を下方に後退させるように平行移動させることになり、それによって、歯１５１０および１２４０は回転運動を再ロックするように再係合される。
【００６７】
このプロセスは、リンク１４００に対するリンク１１００の所望の回転が生じるまで、いずれの方向にしても繰り返されてよい。
【００６８】
図２に戻って参照すると、縦軸１０３に沿ったリンク１０２の内部は開放されており、例えば、図２、図２Ａ、および図２Ｃに示されるように、材料の通過を可能にして、可撓性駆動シャフト５０５はリンク１０２を通して延在する。可撓性駆動シャフト５０５の近位端はドリル５０４に動作可能に接続される。駆動シャフト５０５は、全体を通して、シャフトの最小曲げ半径が持続されるような曲げ半径を有する。
【００６９】
ドリルヘッド１０５の構成がここで論じられる。ドリルヘッド１０５は図１５〜図２５に詳細に示される。ドリルヘッド１０５の断面図は図１６に提供され、ドリルヘッド１０５の内部の拡大図は図１６Ａに提供される。
【００７０】
ドリルヘッド１０５はロボット１００において最も近位のリンク１０２と相互接続する遠位端５０２を含む。ドリル５０４は、ドリルヘッド１０５の近位端５０６に位置する。例示の実施形態では、ドリル５０４は、近位先端５０８と、ドリルヘッド１０５内に延在する細長いシャフト５１０とを含むことができる。大きい直径（少なくともロボット１００の幅の大きさ）の穴を開けるための同心ドリル５１４は、近位先端５０８とシャフト５１０との間に位置する。図１６におけるドリルヘッド１０５の断面図において示されるように、シャフト５１０はドリルヘッド１０５の近位端５０６に対して位置するつば５１６を含むことができる。図１７に詳細に示されるように、ドリル５０４の遠位端５１８は、ドリル５０４の締結および（図１６に示される）駆動シャフト５２０による後続の回転を可能にする六角シャフト５１９を含む。
【００７１】
上述されるリンク１０２と同様に、ドリルヘッド１０５は外側ハウジング５２１と入れ子式内筒５２２とを含む。ドリルヘッド１０５は、リンク１０２に含まれるいくつかの部分を含むが、リンク１０２における要素番号への言及は本明細書では適切な図番に沿って使用されることになる。
【００７２】
外側ハウジング５２１は図１８に詳細に示される。外側ハウジング５２１は、ドリルヘッド１０５の（図１６に示される）縦軸５０９に略直交して延在する遠位端５３０と、近位端５３２とを含む。一連の雌ねじ５３４は、近位端５３２の方へと遠位端５３０から延在する。例示の実施形態では、雌ねじ５３４は１つのらせん形を形成する。複数の縦溝５３６は外側ハウジング５２１の長さで延在する。溝５３６は軌道を形成し、この軌道に沿って、ドリルヘッド１０５内の非回転要素は、直近のリンク１０２に対してドリルヘッド１０５の動作中に縦方向に平行移動する。
【００７３】
内筒５２２は図１９に詳細に示される。内筒５２２は、円筒５２２の近位端５３８から半径方向外方に延在する、縦方向に延在するタング５４０を含む。タング５４０は外側ハウジング５２１において溝５３６内に延在し、かつ溝５３６に沿って縦方向に摺動し、その結果、ドリルヘッド１０５は縦方向に伸長する／縮小する。内筒５２２の近位端５３８の内部は図１９Ａに示される。近位端５３８は、一連のさらに小さくなる同軸の円筒状通路５４４、５４６、５４８を含み、該通路内に、ドリルヘッド１０５の構成要素が装着される。これらの構成要素は以下で詳細に論じられる。
【００７４】
円筒５２２の遠位端５４２は、縦軸５０９に対して角度Φで延在する角度が付けられた面を含む。例示の実施形態では、Φは約２２．５度であるが、Φの値の整数倍が９０度に等しい限り、Φは他の値にもすることができることを、当業者は認識するであろう。
【００７５】
ドリルヘッド出力駆動装置５５０は図２０に詳細に示される。出力駆動装置５５０は、ドリル５０４上で六角シャフト５１９を係合するようなサイズに作られた略六角形通路５５２を含む。出力駆動装置５５０は、近位端５５４、遠位端５５６、および、近位端５５４と遠位端５５６との間で延在するより狭く細長い円筒５５８を含む。
【００７６】
ドリルヘッドナット５６０は図２１および図２１Ａに詳細に示される。ナット５６０は外側ハウジング５２１においてねじ５３４を係合するようなサイズに作られたねじ５６４を有する螺合式近位端５６２を含む。ナット５６０は、出力駆動装置５５０の近位端５５４とナット５６０の近位端５６２との間に位置する第１の軸受アセンブリ５６８と共に、出力駆動装置５５０の近位端５５４を収めるようなサイズに作られた内部通路５６６も含む。
【００７７】
３つの半径方向に間隔があけられた通路５７０はナット５６０の遠位壁５７２を通って延在する。遠位に延在するスリーブ５７４は遠位壁５７２から外方に延在する。
【００７８】
リンク１０２に関して上述される円形部と同様の第１のドリルヘッド円形部５８０は、カム２２１と同様のカム５８４に装着される軸受アセンブリ２００と同様の軸受アセンブリ５８２を含む。カム２２１は出力駆動装置５５０の近位端５５４に装着される。図２２に詳細に示される円形ロータ５９０は、ナット５６０において内部通路５６６内に挿入され、かつ軸受アセンブリ５８２を保持する。図２３に詳細に示される円形ハウジング５９２、および図２４に示される出力円板ドリルヘッドの円板ドリルヘッドハブ５９４によって、第１のドリルヘッド円形部５８０は完成する。
【００７９】
第２の軸受アセンブリ５９６は、ナット５６０の遠位末端スリーブ５７４に装着され、かつ、内筒５２２の円筒状通路５４４に挿入される。第３の軸受アセンブリ５９８は、第２の軸受アセンブリ５９６の遠位に装着され、また、ナット５７６の遠位に延在するスリーブ５７４に装着され、内筒５２２の円筒状通路５４６に挿入される。
【００８０】
第４の軸受アセンブリ６００は、円筒状通路５４８の遠位に装着され、かつ出力駆動装置５５０の遠位端５５６に装着される。スペーサ６０２によって、第４の軸受アセンブリ６００は内筒５２２から間隔があけられる。
【００８１】
第１のドリルヘッド円形部５８０と同様の第２のドリルヘッド円形部６０３は、図２５に詳細に示される出力円板６０４と、円形ハウジング５９２と、円形ロータ５９０とを含む。第５の軸受アセンブリ６０６は円形ロータ５９０の遠位端において装着される。第６の軸受アセンブリ６１０は第５の軸受アセンブリ６０６の遠位に装着され、第７の（スラスト）軸受アセンブリ６１２は第６の軸受アセンブリ６１０の遠位に装着される。
【００８２】
例示の実施形態では、ロボット１００で使用するために上述されたモータは、約５〜約４０，０００ＲＰＭで動作し、上方に約１０ミリニュートンメートルのトルクを生成する、概して高速の低トルクモータである。該モータは、２アンペア、２４Ｖ直流で動作する。例示の実施形態では、図１４Ｆに詳細に示される線心４００は、モータなどに対して、２つの連通導体４０４、４０６および２つの電力導体４０８、４１０を有する略環状体４０２を含む。
【００８３】
スリップリング（図示せず）は、リンク１０２のそれぞれにおけるモータ、およびドリルアセンブリ１０５に電力を提供するように、隣接するリンク１０２の間に無線電気接続をもたらすために、それぞれのリンク１０２のどちらかの端部に設けられ得る。例示の実施形態では、５導体スリップリングが使用可能である。さらに、符号器（図示せず）または他の既知の角度位置測定装置は、それぞれのリンクの要素の相対的位置、および隣接するリンク１０２の相対的位置を判断するために、リンク１０２のそれぞれにおけるさまざまな場所に設けられ得る。さらに、センサ（図示せず）も、リンク１０２の長さおよび加えられる外力、および隣接するリンク１０２の間を測定するために設けられ得る。
【００８４】
図１に示される例示の実施形態において、ロボット１００の近位端には、ロボット１００が、例えば、木材、コンクリート、または他の物質などの固形物を穿孔できるようにし、かつ、ロボット１００が該物質を通って自走できるようにするドリルアセンブリ１０５が備え付けられている。ロボット１００の近位端は、ビデオカメラ（図示せず）であって、ロボット１００がドリル５０４の周辺で遭遇するものを操作者が見ることができるようなビデオカメラ、および、ビデオカメラ用の光をもたらすライト（図示せず）を含むこともできる。
【００８５】
ロボット１００は、図２６に示されるように、スプール７００上に格納可能である。ロボット１００を使用するために、ロボット１００は、スプール７００から少なくとも部分的に外されることが可能であり、ドリル１０５は、穿孔されかつ方向転換される場所で障害物に対して置かれることで、ドリル１０５は障害物を穿孔し始める。スプール７００は回転エネルギーを駆動シャフト５０５に提供するモータ（図示せず）を含む。また、テンショナ（図示せず）は必須の張力を保ち、かつ駆動シャフト５０５の使用可能な長さを制御する。
【００８６】
ロボット１００が障害物を完全に通過すると、ロボット１００は自走しかつ次の障害物を通って穿孔することができるようになる。
【００８７】
ロボット１００の動作についてここで説明する。それぞれのリンク１０２は、３つの個別の運動：先のリンク１０２のピン１２２を中心にした回転、リンク１０２の延長（内筒１１８に対する外側ハウジング１０８の縦方向の平行移動）、およびそれぞれのリンク１０２におけるピン１２２の回転を可能にする。
【００８８】
これらの運動のそれぞれは、以下のように説明される。停止した状態で、隣接するリンク１０２の回転関節は、リンク１０２内のモータから入力されるいずれの外部エネルギーもなく、リンク１０２が互いに対して停留するようにロックされる。
【００８９】
リンク１０２上でピン１２２を回転させるために、以下のステップが行われる。最初に、スペーサ１７２上の突出部１７８はリンクの物体（１１８）上で歯と係合される。（図７Ｃに示される）波形ばね１３０はこの時点で圧縮され、かつ歯を分離しスペーサ１７２を上方に移動させようとする力をかける。下向きの圧力が、らせん状球形調節部１５４に取り付けられた傾斜路１５８および玉１７０を介してかけられて、系統を適所に保つ。スペーサ１７２上に位置するタブ１８２は、外側ハウジング１０８において溝／キー溝１１５で走行する。タブ１８２は、タブ１８２がスペーサ１７２に取り付けられるため、外側ハウジング１０８とスペーサ１７２との間の回転運動を防止し、再びこの時点で内筒１１８にロックされる。ピン１２２は外側ハウジング１０８の端部でプレート１１３に取り付けられる。
【００９０】
外側ハウジング１０８および取り付けられたピン１２２を内筒１１８に対して回転可能にするために、この例示の構成において以下の動きが生じる。初めに、らせん状球形調節部１５４と同心のモータステータ１４２は、内筒１１８に対して回転可能にかつ平行移動可能に固定される。第１のモータ１４０にエネルギー供給することによって、らせん状球形調節部１５４に対して回転可能にかつ平行移動可能にロックされているロータ１４４を回転させる。これによってさらにまた、らせん状球形調節部１５４は内筒１１８に対して回転する。この回転によって、球形調節部１５４の底部上の傾斜路１５８は玉１７０に対して回転するが、通路１７３内に制約される。これによってさらにまた、玉１７０は回転せずにナット１６２に対して縦方向に平行移動することができる。傾斜路１５８の回転によって、ばね１３０によって押圧されるスペーサ１７２によって押されて、玉１７０は縦方向に平行移動できる。スペーサ１７２が上昇する時、スペーサ１７２は、同時に、内筒１１８上で突出部１１９を解除する一方で、ナット１６２上で歯１６８を係合する。この時点で、歯１６８および１７８は完全に係合されて、ナット１６２およびスペーサ１７２を共に回転させる。キー１８２は外側ハウジング１０８上の溝１１５において係合されるため、これによって、ねじの動きは回避され、外側ハウジング１０８を、内筒１１８に対してナット１６２およびスペーサ１７２と共に単に回転させる。ピン１２２およびアングルプレート１１３はまた、ハウジング１１０に取り付けられるため、この動きによって、内筒１１８に対するピン１２２の回転が生じる。
【００９１】
物体１１８に対して外側ハウジング１１０を回転させるために必要なトルクをもたらすために、以下の運動が生じる。モータ２５０は、モータ２５０から高速を受け、かつ該速度を落とす一方でトルクを増大させる２段階円形減速機を駆動する。ナットねじアセンブリ１６２に取り付けられた出力円板１９４は、スペーサ１７２を回転させるようにナット１６２を回転させることで、タブ１８２が外側ハウジング１０８における溝１１５で係合されることに起因して回転を引き起こす。
【００９２】
内筒１１８に対する外側ハウジング１０８の所望の角度の回転が達成される時、上述したプロセスと反対の事が生じる。モータステータ１４２がロータ１４４に対するトルクを入力すると、らせん状調節部１５４および傾斜路１５８は回転し、玉１７０はスペーサ１７２上の環状プレート１８０に対して押下される。この動きによってピン１６８および突出部１７８は互いから外れるが、歯１１８および１８４は係合され、ばね１３０は圧縮される。この動きによって、次いで、スペーサ１７２と内筒１１８との間の回転はロックされるが、ナット１６２はもう一度スペーサ１７２および内筒１１８に対して回転可能とされて、リンク１０２は上述される初期状態に戻る。
【００９３】
リンク１０２を延長／縮小するために、以下のステップが行われる。この動きによって、スペーサの歯１８４は物体１１８上で歯と係合される。モータ２５０は（上述されるような）歯車列を回転させることで、ナット１６２は、スペーサ１７２上のタブ１８２を介して物体１１８に対して回転可能に固定される外側ハウジング１０８に対して回転する。この相対的回転によって、外側ハウジング上のねじ１１４、およびナット１６２上のねじ１６６は係合して、外側ハウジング１０８を内筒１１８に対して延長させる。モータ２５０の入力方向／トルクを逆にすることで、外側ハウジング１０８は内筒１１８の方へ縮小することになる。延長および縮小プロセスの間、スペーサ１７２上のキー１８２は外側ハウジング１０８上の溝１１５内で摺動して、外側ハウジング１０８が内筒１１８に対して回転しないようにする。
【００９４】
隣接するリンク１０２のピン１２２に対してリンク１０２を回転させるために、以下のステップはこの例示的な実施形態において行われる。円形駆動装置からの出力円板２２０は入力シャフト３１０を回転させる。かさ歯車３０４上の歯３１６は図１４Ｂに示されるように係合される。出力シャフト３２０は、歯３１６が係合されることに起因して回転不可能であるため、出力シャフト３２０に対するシャフト３１０の回転はばね１３０におけるエネルギーを高め、かつ、シャフト３１０に取り付けられたピン３２２、およびかさ歯車３０４を横方向に平行移動させる。これによってさらにまた、かさ歯車３０２はかさ歯車３０４から引き離される。ばね１３０は、その後、かさ歯車３０４をプレート１１３から遠ざける。図１４Ｃにおいて、雄ピン１２２上の歯１２４がかさ歯車３０４上の内歯３０８と係合されたままであることは留意されたい。
【００９５】
プレート１１３上の外側カービック歯１１５、および歯３１６がもはや係合されない程十分遠く離れるようにピン１２２が歯車３０２および３０４を引き離すと、プレート１１３および内筒１１８は、かさ歯車３０４に対して歯車３０２と共に回転し始めることで、より長いカービック歯１２４が歯３０８と係合されたままであるため、先のリンクから雄ピン１２６に回転可能に固定される。リテーニングリング１１７によって分離は防止される。
【００９６】
ばね１１３は、かさ歯車３０２に、さらにまたかさ歯車３０４に横力を加えることで、図１４Ｄに示されるように、かさ歯車３０４の歯３１６はプレート１１３上の歯の最上部に沿って進行する。
【００９７】
かさ歯車３０４上の歯３１６、およびプレート１１３が再び整列するように十分遠く回転した後、ばね１３０からの力によって、かさ歯車３０２は、プレート１１３と歯車３０４との間のばね１３０からのばね力を解消する。この動きによって、プレート１１３上の外側カービック歯、およびかさ歯車３０４の閉鎖が生じるため、隣接するリンク間の回転はロックされる。
【００９８】
上で挙げられたステップは、１つのカービック歯の間隔より大きい回転を達成するために複数回繰り返される可能性がある。さらに、この機構は、双方向に、かつモータ２５０の回転を逆にすることを除いていずれの追加のアクチュエータも必要なく機能するように設計される。
【００９９】
ドリルヘッド１０５の目標は、ドリル５０４を回転させるために、可撓性駆動シャフト５２０における高速で低トルクの回転エネルギーを、低速で高トルクのエネルギーに変換することである。ドリルヘッド１０５はまた、作業材料を通してドリル５０４を進ませるために必要なスラスト力を加える。
【０１００】
空間を節約するために、ドリル５０４および外側ハウジング５２１は延長することによって、ビット５０４の回転運動に機械的に結合される。本質的には、ドリル５０４の転回が早いほど、内筒５２２からのドリル５０４の延長は早くなる。これは、従来の加工具上の機械送りと同様である。ドリルヘッド１０５内の追加のアクチュエータを使用することによって、ドリルの回転から独立して延長させることも可能である。
【０１０１】
高速の回転エネルギーは可撓性駆動シャフト５２０を通して進入する。シャフト５２０は次いで、（図示されない）円形駆動装置の入力カムに取り付けられ、かつ、スラスト軸受６１２およびラジアル軸受６１０によって支持される。これによって、次いで、ロータハウジング５９２内の円形ロータ５５０が移動して、この速度を落とし、かつ穿孔のために必須の値までトルクを増大させる。出力円板６０３は、所望の速度で転回し、かつ連結器５５０に取り付けられる。
【０１０２】
連結器５５０は２つの主要な目的を果たす。第１の目的は、回転エネルギーをドリル５０４に伝達することである。既知の簡易なクラッチ機構（図示せず）は、遠位端５５６から楔留め／ブローチ加工出力５５２まで通過させることができるトルクの量を限定して、ドリル５０４が動かなくなる際に駆動シャフト５１０を保護する。近位端５５４には第２の偏心カム５８４がある。カム５８４は第２の減速装置の入力である。カム５８４はハウジング５９２内で偏心ロータ５９０を移動させる。この構成において、出力円板およびピン５９４は、ドリル本体５２２に線状に回転するように据え付けられる。これによって、ハウジング５９２は入力部品５５４より遅い速度で回転する。ハウジング５９２はナット５６０に固く取り付けられる。歯車列は、ねじ５６４を外側ハウジング５０６における雌ねじ５３４と係合させるようにナット５６０を方向転換させる。内筒５２２に対する外側ハウジング５２１の回転は、溝５３６において進行する内筒５２２に機械加工されたキー５４０によって防止される。よって、ナット５６０および外側ハウジング５０６の相対的回転によってドリル５０４は進む。
【０１０３】
ドリル５０４の回転運動は、シャフト５１８／５１９上のキーが出力駆動装置５５０において接合用切り欠き５５２内で進行する際に、位置の変更にかかわらず維持される。万一ドリル５０４が動かなくなると、出力駆動装置５５０上のクラッチ機構は、ドリル５０４が方向転換できるかどうかにかかわらず、ドリル５０４を取り外しおよび放棄可能であるように、カム５８４は回転し続けるように位置付けられる。
【０１０４】
ドリル５０４の先端５０８は、ドリル５０４がドリルヘッド１０５の縦軸５０９に対して約０度〜約４５度で傾けられる時に歯５１４が切削する前に先端５０８が係合できるのに十分長くなるように設計される。フランジ５１６は、外側ハウジング５０６内で軸受アセンブリ５８２によって支持されるように設計される。
【０１０５】
この発明の本質を説明するために記載されかつ示されている部分の詳細、材料、および配置のさまざまな変更が、以下の特許請求の範囲に表される本発明の範囲から逸脱することなく当業者によってなされてよいことは、さらに理解されるであろう。
【図１】
2018532603.tif 000003
【図１Ａ】
2018532603.tif 000004
【図２】
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【図２Ａ】
2018532603.tif 000006
【図２Ｂ】
2018532603.tif 000007
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図３Ａ】
2018532603.tif 000010
【図３Ｂ】
2018532603.tif 000011
【図３Ｃ】
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【図４】
2018532603.tif 000013
【図５】
2018532603.tif 000014
【図６】
2018532603.tif 000015
【図６Ａ】
2018532603.tif 000016
【図７Ａ】
2018532603.tif 000017
【図７Ｂ】
2018532603.tif 000018
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
2018532603.tif 000020
【図８】
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【図９】
2018532603.tif 000022
【図１０】
2018532603.tif 000023
【図１１】
2018532603.tif 000024
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
2018532603.tif 000027
【図１３】
2018532603.tif 000028
【図１４】
2018532603.tif 000029
2018532603.tif 000030
【図１４Ａ】
2018532603.tif 000031
【図１４Ｂ】
2018532603.tif 000032
【図１４Ｃ】
2018532603.tif 000033
【図１４Ｄ】
2018532603.tif 000034
【図１４Ｅ】
2018532603.tif 000035
【図１４Ｆ】
2018532603.tif 000036
【図１４Ｇ】
2018532603.tif 000037
【図１４Ｈ】
2018532603.tif 000038
2018532603.tif 000039
【図１４Ｉ】
2018532603.tif 000040
【図１４Ｊ】
2018532603.tif 000041
【図１４Ｋ】
2018532603.tif 000042
【図１４Ｌ】
2018532603.tif 000043
【図１４Ｍ】
2018532603.tif 000044
【図１４Ｎ】
2018532603.tif 000045
【図１４Ｏ】
2018532603.tif 000046
【図１４Ｐ】
2018532603.tif 000047
【図１４Ｑ】
2018532603.tif 000048
【図１４Ｒ】
2018532603.tif 000049
【図１５】
2018532603.tif 000050
【図１６】
2018532603.tif 000051
【図１６Ａ】
2018532603.tif 000052
【図１７】
2018532603.tif 000053
【図１８】
2018532603.tif 000054
【図１９】
2018532603.tif 000055
【図１９Ａ】
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【図２０】
2018532603.tif 000057
【図２１】
2018532603.tif 000058
【図２１Ａ】
2018532603.tif 000059
【図２２】
2018532603.tif 000060
【図２３】
2018532603.tif 000061
【図２４】
2018532603.tif 000062
【図２５】
2018532603.tif 000063
【図２６】
2018532603.tif 000064
【国際調査報告】
2018532603.tif 000065