(57)【要約】  デバイス（１）は、マッキベン型人工筋肉等の基本構造及び動作を採用し、人工筋肉内に、アクティブフェーズ（Ｋ）において膨張する弾性材料の中空円筒チャンバ（２）が設けられる。チャンバ（２）は、編んだスリーブ（３）と相互作用し、編んだスリーブ（３）は、デバイス（１）の長手方向軸（Ｘ）に関して特徴的な傾斜角度βを有する交差式ヘリカル経路で配置される、ほぼ非伸張性のスレッド（３１，３２）からなる。スリーブ（３）は、外部本体に機械的に接続されるために設けられる２つの剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）に、端で接続される。本発明は、調整手段（５）を提供し、調整手段（５）は、前記剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）に連結され、傾斜角度βの比例的でかつ一貫性のある変化を必要とするため静止時にその距離（Ｄ）を変動させるように適合され：傾斜角度βが正確に５４．７°である場合、デバイス（１）は、アクティブフェーズ（Ｋ）において寸法変化なしで補剛し、角度βがそれより大きい場合、軸方向伸張が得られ、角度βがそれより小さい場合、軸方向収縮が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
器官を作動させるための空気圧作動デバイスにおいて、弾性材料で作られ、空気または他の流体で加圧されるように構成される気密中空円筒チャンバ（２）と；編んだスリーブ（３）であって、前記中空円筒チャンバ（２）の外側に同軸に配設され、同じ直径及びヘリカル角度（♯）であるが異なる開始点のそれ自身のヘリカル経路に従ってそれぞれ配置される第１のセットの可撓性でかつ実質的に非伸張性のスレッド（３１）によって、また、前記第１のセットの経路と対称の各ヘリカル経路に従って配置される第２のセットの同一の可撓性でかつ実質的に非伸張性のスレッド（３２）によって構成され、前記第１及び第２のセットの可撓性スレッド（３１，３２）は、前記編んだスリーブ（３）のメッシュを形成するように構成され、前記メッシュ内で、前記ヘリカル経路のそれぞれはデバイス（１）の長手方向軸（Ｘ）に関して同じ所定の角度（♯）で傾斜する、編んだスリーブ（３）と；２つの剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）であって、前記編んだスリーブ（３）の対応する端に設けられ、前記スレッド（３１，３２）の各開始点で固定され、前記同じ剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）は、外部利用デバイスに機械的に接続される、２つの剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）と；吹込み手段であって、デバイス（１）のアクティブフェーズ（Ｋ）またはスタンドバイフェーズ（Ｗ）において前記中空円筒チャンバ（２）をそれぞれ加圧または減圧するように適合され、前記フェーズのうちの第１のフェーズにおいて、前記中空円筒チャンバ（２）は、各ヘリカル経路の前記傾斜角度（♯）が、元々所定の値より大きいか、小さいか、または同じ場合、それぞれ、デバイス（１）の伸張か、収縮か、または補剛を得るために前記編んだスリーブ（３）と相互作用する、吹込み手段とを提供するデバイスであって、
調整手段（５）を備え、前記調整手段（５）は、前記剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）に連結され、前記編んだスリーブ（３）において各ヘリックスの傾斜角度（♯）の比例的でかつコヒーレントな変動をもたらすためにデバイス（１）の前記スタンドバイフェーズ（Ｗ）において、同じ剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）の間に元々設けられる距離（Ｄ）を増加または減少させることによって前記距離（Ｄ）を修正するように適合され、それにより、デバイス（１）の応答は、デバイス（１）が前記アクティブフェーズ（Ｋ）において加圧されると、所与の距離（Ｄ）が前記スタンドバイフェーズにおいて前記剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）の間にある状態で、前記傾斜角度（♯）が、前記所定の値より大きいか、小さいか、または同じ場合、それぞれ、軸方向伸張か、軸方向収縮か、または補剛を決定することによって切換えることを特徴とする、デバイス。
【請求項２】
前記調整手段（５）は、前記剛性ヘッド部材の１つ（４Ａ）で実現される軸方向貫通穴（５０）と；前記軸方向貫通穴（５０）に挿入され、前記剛性ヘッド部材（４Ａ）の両側から延在するステム（５１）と；端板（５２）であって、前記編んだスリーブ（３）の内部で、前記剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）の間の中間位置に位置する前記ステム（５１）の端と一体に作られる、端板（５２）と；動作手段（５３）とを備え、前記動作手段（５３）は、前記軸方向貫通穴（５０）と前記ステム（５１）との間に挿入され、前記ステム（５１）自身に関する前記剛性ヘッド部材（４Ａ）の軸方向オフセットを可能にし、それにより、残りの剛性ヘッド部材（４Ｂ）に関する前記距離（Ｄ）ならびに前記編んだスリーブ（３）の長さを増加または減少させるように適合され、前記動作手段（５３）は、同様に、前記剛性ヘッド部材（４Ａ）についてセットされる位置をロックするように適合されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記調整手段（５）は、前記剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）内にそれぞれ作られる第１及び第２の軸方向貫通穴（５０，５５）と；前記第１及び第２の軸方向貫通穴（５０，５５）内にそれぞれ挿入される第１及び第２のステム（５１，５６）であって、前記ステム（５１，５６）のそれぞれは対応する剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）から両側に延在する、第１及び第２のステム（５１，５６）と；第１及び第２の端板（５２，５７）であって、第１及び第２の端板（５２，５７）のそれぞれは、前記編んだスリーブ（３）の内部で、前記剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）の間の中間位置に位置する各ステム（５１，５６）の端と一体に作られ、第１及び第２の端板（５２，５７）は、前記編んだスリーブ（３）に関して中間位置に設置される前記中空円筒チャンバの対応する端を閉鎖するために配置される、第１及び第２の端板（５２，５７）と；第１及び第２の動作手段（５３，５８）とを備え、前記第１及び第２の動作手段（５３，５８）は、前記第１の軸方向貫通穴（５０）と前記第１のステム（５１）との間、及び、前記第２の軸方向貫通穴（５５）と前記第２のステム（５６）との間にそれぞれ挿入され、対応するステム（５１，５６）と比較して各剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）の軸方向オフセットを可能にし、それにより、残りの剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）に関する前記距離（Ｄ）ならびに前記編んだスリーブ（３）の長さを増加または減少させるように適合され、同じ第１及び第２の動作手段（５３，５８）は、同様に、対応する剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）についてセットされる位置をロックするように適合されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記中空円筒チャンバ（２）は、前記編んだスリーブ（３）の内部に嵌合（ｆｉｔ）し、同じ軸方向伸長部を有すること、及び、前記調整手段（５）は、前記剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）内にそれぞれ作られる第１及び第２の軸方向貫通穴（５０，５５）と；前記第１及び第２の軸方向貫通穴（５０，５５）内にそれぞれ挿入される第１及び第２のステム（５１，５６）であって、前記ステム（５１，５６）のそれぞれは対応する剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）から両側に延在する、第１及び第２のステム（５１，５６）と；第１及び第２の端板（５２，５７）であって、第１及び第２の端板（５２，５７）のそれぞれは、前記編んだスリーブ（３）及び前記中空円筒チャンバ（２）の内部で、前記剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）の間の中間位置に位置する各ステム（５１，５６）の端と一体に作られ、第１及び第２の端板（５２，５７）は、前記編んだスリーブ（３）及び前記中空円筒チャンバ（２）に関して中間位置に位置する弾性材料のベローズ（６）の対向端に接続される、第１及び第２の端板（５２，５７）と；少なくとも１つの弾性部材（６０）であって、前記ベローズ（６）内に収容され、前記端板（５２，５７）の間に挿入され、１つの端板（５２，５７）を他の端板（５２，５７）から弾性的に遠ざけるように適合される、少なくとも１つの弾性部材（６０）と；第１及び第２の動作手段（５３，５８）とを備え、前記第１及び第２の動作手段（５３，５８）は、前記第１の軸方向貫通穴（５０）と前記第１のステム（５１）との間、及び、前記第２の軸方向貫通穴（５５）と前記第２のステム（５６）との間にそれぞれ挿入され、対応するステム（５１，５６）と比較して各剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）の軸方向オフセットを可能にし、それにより、残りの剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）に関する前記距離（Ｄ）ならびに前記編んだスリーブ（３）の長さを増加または減少させるように適合され、同じ第１及び第２の動作手段（５３，５８）は、同様に、対応する剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）についてセットされる位置をロックするように適合されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記動作手段（５３，５８）が回転可能歯止めによって構成され、前記回転可能歯止めが前記剛性ヘッド部材（４Ａ）内に設けられ、前記ねじ込み式軸方向貫通穴（５０））を担持し、前記歯止めが、前記ステム（５１）に沿う前記剛性ヘッド部材（４Ａ）の前記軸方向並進を決定するために１つの方向にまたは他の方向に回転されるように適合されることによって、前記軸方向貫通穴（５０）及び前記ステム（５１）は、ねじ込まれ互いに係合すること、及び、前記貫通穴（５０）と前記ステム（５１）との間の前記ねじ込み式結合は、同じ剛性ヘッド部材（４Ａ）が何度も達する位置を安定化させるように適合されることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ステム（５１）は、吹込み手段を前記中空円筒チャンバ（２）に接続するように適合される軸方向貫通導管（５１０）を備え、前記吹込み手段は、デバイス（１）の外側に設けられ、デバイス（１）を加圧または減圧するように適合されることを特徴とする、請求項２または５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記動作手段（５３，５８）が第１及び第２の回転可能歯止めからなり、前記第１及び第２の回転可能歯止めが前記相対的剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）内に設けられ、前記第１及び第２のねじ込み式軸方向貫通穴（５０））を担持し、前記第１及び第２の歯止め（５３，５８）が、前記ステム（５１，５６）に沿って互いに対する対応する剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）の前記軸方向オフセットを決定するために、独立した方式で、１つの方向にまたは他の方向に回転されるように適合されることによって、前記第１及び第２の軸方向貫通穴（５０）及び前記第１及び第２のステム（５１、５６）は、ねじ込まれ互いに係合すること、及び、前記貫通穴（５０、５５）と前記相対的ステム（５１、５６）との間の前記ねじ込み式結合は、各剛性ヘッド部材（４Ａ，４Ｂ）が何度も達する位置を安定化させるように適合されることを特徴とする、請求項３または４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ステム（５１、５６）のうちの少なくとも１つのステムは、吹込み手段を前記中空円筒チャンバ（２）に接続するように適合される軸方向貫通導管（５１０，５６０）を備え、前記吹込み手段は、デバイス（１）の外側に設けられ、デバイス（１）を加圧または減圧するように適合されることを特徴とする、請求項３    に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ステム（５１、５６）のうちの少なくとも１つのステムは、軸方向貫通導管（５１０，５６０）を備え、前記軸方向貫通導管（５１０，５６０）は、所定の圧力下で流体を送出するためデバイス（１）の外側に設けられる吹込み手段を前記ベローズ（６）の内部に接続するように適合され、次に、加圧されることを意図される前記中空円筒チャンバ（２）の内部に向かって所定の圧力下で空気が通過するための開口によって影響を受けることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記中空円筒チャンバ（２）は、前記編んだスリーブ（３）内に埋め込まれ、第１は弾性であり、第２は実質的に非伸張性のスレッド（３１，３２）によって規定されることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体の運動に影響を及ぼすことができる作動デバイスに関する技術セクターに関する。
【０００２】
挙げられる技術分野において、機械的用途及びロボット工学において一般に使用される種々の型のこうした作動デバイスが存在する。
【０００３】
特に、本発明は、人工筋肉または空気圧筋肉として知られているデバイスに関する。
【背景技術】
【０００４】
これらのデバイスにおいて、機械的仕事は、シリンダ内のピストンの運動から得られるのではなく、概念的には、空気または他の流体によって加圧される室の弾性変形によって得られる。
【０００５】
実質的な差は、従来の空気圧アクチュエータが「剛性」挙動を有し、「剛性」挙動は、例えば直線の、所定のモードのみの運動を従来の空気圧アクチュエータが実装することを意味するが、人工筋肉において、その挙動は、用途のタイプに応じて変動する可能性があり、また、外部事象（予見されるまたは予見されない）によって、スラスト方向またはシューティングの逸脱を可能にする場合があることにある。
【０００６】
従来技術の文書、米国特許出願公開第２００３／０２０５０４５号明細書において、人工筋肉は、２つのヘッド部材の間に挿入される弾性中央円筒チャンバを備え、２つのヘッド部材は、例えば、軸方向に誘導される。
【０００７】
前記弾性中央円筒チャンバの側部表面は、環状弾性チャンバによって囲まれ、その内壁は、同じ中央チャンバによって構成される。
【０００８】
２つのチャンバは、接続ダクト及び双方向ポンプを備える閉回路空気圧プラントによって相互接続される。
【０００９】
流体が円筒中央チャンバから取除かれ、環状チャンバ内に設置されるようにポンプを作動させることによって、ヘッド部材の相互接近が得られ、人工筋肉の収縮を意味する。
【００１０】
ポンプの駆動方向を逆にすることによって、もちろん、ヘッド部材の相互間隔によって反対の作用が得られ、人工筋肉の伸張を意味する。
【００１１】
記載される技術的解決策は、動作原理の点で比較的単純な解決策であるが、実際には、閉回路空気圧システムを有する必要性は、相対的ポンプと共に、無視できない所望されない寸法と構造上の複雑さの両方を決定する。
【００１２】
同様のデバイスは、同様に、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）筋肉として知られており、マッキベン筋肉内に、円筒中空チャンバが設けられ、円筒中空チャンバは、気密であり、エラストマー材料で作られ、例えば、外部の吹込みによって、空気または他の流体で加圧されるように適合される。
【００１３】
前記中空円筒チャンバの外側には、編んだスリーブが同軸に配設され、編んだスリーブは、同じ直径及びヘリカル角度であるが異なる原理のそれ自身のヘリカル経路に従ってそれぞれ配置される第１のセットの可撓性でかつ実質的に非伸張性のワイヤ、及び、前記第１のセットの経路と対称の各ヘリカル経路に従って配置される第２のセットの同じ可撓性でかつ実質的に非伸張性のワイヤからなる。
【００１４】
したがって、前記第１及び第２のセットの可撓性ワイヤは、前記スリーブのメッシュを形成し、メッシュ内で、前記ヘルカル経路のそれぞれは、前記デバイスの長手方向軸に関して同じ所定の角度に傾斜される。
【００１５】
デバイスは、同様に、編んだスリーブの対応する端に設けられる２つの剛性ヘッド部材を備え、その端に対して、各スレッドのヘッド部材及び円筒中空チャンバが共に取付けられる。
【００１６】
剛性ヘッド部材は、外部ユーザ手段に機械的に接続されるように適合される。
【００１７】
デバイスのアクティブフェーズにおいて、吹込み本体は、円筒中空チャンバ内に圧力をもたらし、その圧力は前記編んだスリーブと相互作用する：編んだスリーブが非伸張性スレッドによって形成されると、編んだスリーブは、弾性材料の円筒中空チャンバが受ける変形に均一に従わない可能性がある。
【００１８】
広範な調査、研究、及び実験から、編んだスリーブがどのように反応するかを決定する決定的な因子が、前記デバイスが静止しているときにヘリカル経路のそれぞれが前記デバイスの長手方向軸と形成する角度に依存することが見出された；より正確には、
・正確に５４．７°の角度において、デバイスまたは筋肉の補剛が得られるだけであるため、長さの変化及び側方変形が全くない；
・５４．７°より小さい角度の場合、軸方向収縮及び半径方向の増加が得られる；
・５４．７°より大きい角度の場合、軸方向伸張及び半径方向の減少が得られる
ことがわかる。
【００１９】
加圧作用の終りに、デバイスは、その元の位置に戻る。
【００２０】
別の従来技術の文書、米国特許第００５１６５３２３号明細書において、マッキベン筋肉と同様の空気圧アクチュエータが述べられ、空気圧アクチュエータは、弾性管状要素を備え、その端で、剛性材料で作られる２つのヘッド部材に連結される。
【００２１】
弾性管状要素は、その内部にチャンバを画定し、一方、外側で、管状弾性要素より曲げにくくするため等で、トラクション抵抗性材料、例えば、ポリエステルのスレッドからなる強化メッシュ構造に付着した状態で巻付けられる。
【００２２】
メッシュのスレッドは、静止状態のアクチュエータによって、アクチュエータ自身の長手方向軸に関して所定の傾斜角度を有し、その傾斜角度は、前もって示される値を有する場合がある、いわゆる「スタンドバイ（ｓｔａｎｄ−ｂｙ）」の特徴的な角度より小さいまたは大きい可能性がある。
【００２３】
前記ヘッド部材のうちの１つのヘッド部材内に作られる穴を通して、内部チャンバを加圧することが可能である；同様にこの場合、ヘッド部材の接近または後退が得られ、先に述べたことと同様に、メッシュのスレッドについて最初に確立された傾斜角度に応じた、アクチュエータの収縮または伸張を意味する。
【００２４】
述べた文書において、２つのスリーブの存在が特許請求されており、２つのスリーブは、ヘッド部材からチャンバの内部に延在し、入れ子式に嵌合して、アクチュエータの軸方向運動を誘導する。
【００２５】
スリーブの間に、シール用リング（Ｏリング）が示され、シール用リングは、考えられる周囲損失からチャンバを隔離する；チャンバの容積はスリーブの存在によって減少し、より少ない空気流が加圧されることを必要とする。
【００２６】
マッキベン筋肉として分類可能な従来技術のデバイスにおけるほとんどの不満は、空気圧筋肉応答特性が、長手方向軸に関するスレッド用の所定の角度に応じて最初に規定されることに関する。
【００２７】
これは、収縮のために構築される空気圧筋肉が伸張せず、またその逆も同様であると共に、正確に５４．７°の角度を提供する筋肉が、その伸張を変化させることなく補剛する以外のことを行わない可能性があることを意味する。
【００２８】
一般ユーザを反対方向に扱うことが必要である或る用途において、したがって、前記デバイスの２つが組合されなければならず、理解可能な構築上の複雑さならびに寸法及びコストの増加を伴う。
【００２９】
知られているデバイスの別の欠点は、所定の傾斜角度が、応答のタイプだけでなく、回帰的に変更できない伸張または収縮ストローク長もまた決定することに関する。
【００３０】
一部の研究者は、双方向運動を生成し得るアクチュエータを得るために技術的解決策を実験した：こうした解決策は、独立して加圧されるように構成される補助チャンバを主チャンバの内部に設ける。
【００３１】
補助チャンバが加圧されないとき、アクチュエータは、主チャンバの加圧の結果として収縮運動のために配置される；補助チャンバが占める容積は、主チャンバについての空気の要求を減少させ、作用に対してより大きな強度を与える。
【００３２】
補助チャンバだけが加圧されるとき、補助チャンバは、軸方向に拡張し、デバイスの対応する伸張をもたらす。
【００３３】
この解決策の主要な欠点は、デバイスによって加えられる力が２つの作業条件において異なり、伸張における力が収縮における力よりかなり小さいことに関する。
【００３４】
更に、２つのパワー回路、または、圧縮空気の流れを１つのまたは他のチャンバに向かって分岐させる少なくとも交換弁が必要とされる。
【００３５】
このすべては、不可避的に、全体寸法及び重量の増加をもたらす。
【００３６】
最後に、特性が、その中で予め規定されかつ編集可能でない他の解決策の制限が、同様に残ったままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０２０５０４５号明細書
【特許文献２】米国特許第５１６５３２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
したがって、本発明の目的は、器官を作動させるための空気圧デバイスを提案することであり、その空気圧デバイスは、マッキベン型人工筋肉の作動原理と同様であるが、特に、収縮のまたは伸張のまたは補剛のみのアクティブフェーズを得るように意のままにいつでも構成される能力に関して、知られている実施形態の制限を回避するように形作られる。
【００３９】
本発明の別の目的は、同時に、単純で効果的で信頼性がある構築上の解決策によって先に述べた特性を提供するデバイスを提供する欲求に存在する。
【００４０】
本発明の更に別の目的は、特別な配慮なしで全ての用途において容易に設置されるため、コンパクトなサイズでかつ一定の形状のデバイスを得ることを狙う。
【００４１】
本発明の更なる目的は、業界で一般的に使用する材料、機械類、及び機器を使用することによってコストを抑えて連続して構築され得るデバイスを提案することである。  
【課題を解決するための手段】
【００４２】
これらのまた他の目的は、器官を作動させるための空気圧デバイスによって完全に達成され、空気圧デバイスにおいて、気密で、弾性材料で作られ、空気または他の流体で加圧されるように構成される中空円筒チャンバ；編んだスリーブであって、前記中空円筒チャンバの外側に同軸に配設され、同じ直径及びヘリカル角度であるが異なる原理のそれ自身のヘリカル経路に従ってそれぞれ配置される第１のセットの可撓性でかつ実質的に非伸張性のワイヤによって、また、前記第１のセットの経路と対称の各ヘリカル経路に従って配置される第２のセットの同じ可撓性でかつ実質的に非伸張性のワイヤによって構成され、前記第１及び第２のセットの可撓性スレッドは、前記編んだスリーブのメッシュを形成するように適合され、メッシュ内で、前記ヘリカル経路のそれぞれは前記デバイスの長手方向軸に関して同じ所定の角度で傾斜する、編んだスリーブ；２つの剛性ヘッド部材であって、前記編んだスリーブの対応する端に設けられ、前記ワイヤの各端で固定され、同じ剛性ヘッド部材は、外部ユーザデバイスに機械的に接続される、２つの剛性ヘッド部材；吹込み手段であって、前記デバイスのアクティブフェーズまたは静止フェーズにおいて前記中空円筒チャンバをそれぞれ加圧または減圧するように適合され、フェーズのうちの第１のフェーズにおいて、前記中空円筒チャンバ（２）は、各ヘリカル経路の前記傾斜角度が、元々所定の値より大きいか、小さいか、または同じ場合、それぞれ、同じデバイスの伸張か、収縮か、または補剛を得るために前記編んだスリーブと相互作用する、吹込み手段が提供され、前記デバイスは、調整手段を備え、調整手段は、前記剛性ヘッド部材に連結され、前記編んだスリーブにおいて各ヘリックスの傾斜角度の比例的でかつコヒーレントな変動を要求するためにデバイスの前記スタンドバイフェーズにおいて、同じ剛性ヘッド部材の間に元々設けられる距離を増加または減少させて距離を修正するように適合され、それにより、述べたアクティブフェーズにもたらされた前記デバイスは、所与の距離がスタンドバイフェーズにおいて前記剛性ヘッド部材の間にある状態で、前記傾斜角度が、前記所定の値より大きいか、小さいか、または同じ場合、それぞれ、軸方向伸張か、軸方向収縮か、または補剛を決定して、その応答を切換える。
【００４３】
本発明の特徴は、特許請求の範囲の内容に従って、また、含まれる図面の助けを借りて、対象内の器官を作動するための空気圧デバイスの好ましい実施形態の以下の説明において明かにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】対象内のデバイスの第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１のデバイスの軸断面を示す図である。
【図３】デバイスの第２の実施形態の軸断面を示す図である。
【図４】デバイスの第３の実施形態の軸断面を示す図である。
【図５Ａ】並列に整合した２つのデバイスが、異なる動作フェーズで同じ初期調整を有する状態で配置された実施形態を概略的に示す図である。
【図５Ｂ】並列に整合した２つのデバイスが、異なる動作フェーズで同じ初期調整を有する状態で配置された実施形態を概略的に示す図である。
【図５Ｃ】並列に整合した２つのデバイスが、異なる動作フェーズで同じ初期調整を有する状態で配置された実施形態を概略的に示す図である。
【図６Ａ】２つのデバイスが、２つの動作ステップで異なる初期調整を有する状態で、前の実施形態と同様に配置された実施形態を概略的に示す図である。
【図６Ｂ】２つのデバイスが、２つの動作ステップで異なる初期調整を有する状態で、前の実施形態と同様に配置された実施形態を概略的に示す図である。
【図７Ａ】２つのデバイスが、２つの動作ステップで図５Ａの調整と反対の、同一の初期調整を有する状態で前の実施形態と同様に配置された実施形態を概略的に示す図である。
【図７Ｂ】２つのデバイスが、２つの動作ステップで図５Ａの調整と反対の、同一の初期調整を有する状態で前の実施形態と同様に配置された実施形態を概略的に示す図である。
【図８Ａ】デバイスが、２つの反対方向に制御レバーを移動させるために配置される実施形態を概略的に示す図である。
【図８Ｂ】デバイスが、２つの反対方向に制御レバーを移動させるために配置される実施形態を概略的に示す図である。
【図９】整形外科デバイスに適用されるデバイスを示す図である。
【図１０】複雑な運動を得るため相互作用するように適合される複数のデバイスを提供する配置構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
先に挙げた図において、器官を作動させるための空気圧デバイス、本発明の目的は、参照数字１で示された。
【００４６】
デバイス１は、マッキベン型人工筋肉等の一般的な動作原理に従い、デバイス１は、導入部で言及され、それ自身知られている方法で、
・中空円筒チャンバ２であって、気密で、エラストマー材料で作られ、示さないが、例えば、圧縮空気供給システムによって構成される、吹込む外部手段によって空気または他の流体で加圧されるように適合される、中空円筒チャンバ２；
・編んだスリーブ３であって、前記中空円筒チャンバ２の外側に同軸に配設され、同じ直径及びヘリカル角度βであるが異なる原理のそれ自身のヘリカル経路に従ってそれぞれ配置される第１のセットの可撓性でかつ実質的に非伸張性のスレッド３１、および、前記第１のセットの経路と対称の各ヘリカル経路に従って配置される第２のセットの同一の可撓性でかつ実質的に非伸張性のスレッド３２で構成され、前記第１及び第２のセットの可撓性スレッド３１、３２は、前記編んだスリーブ３のメッシュを形成するように適合され、メッシュ内で、前記ヘリカル経路のそれぞれは前記デバイス１の長手方向軸Ｘに関して同じ所定の角度βで傾斜する、編んだスリーブ３；
・２つの剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂであって、前記編んだスリーブ３の対応する端に設けられ、前記スレッド３１、３２の各端で固定され、同じ剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂは、示さない外部ユーザ手段に機械的に接続されるために設けられる、２つの剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂ
を提供する。
【００４７】
吹込み本体は、前記デバイス１のアクティブフェーズＫまたはスタンドバイフェーズＷにおいて前記中空円筒チャンバ２をそれぞれ加圧または減圧するように適合され、フェーズのうちの第１のフェーズにおいて、前記中空円筒チャンバ２は、各ヘリカル経路の前記傾斜角度βが、元々所定の値より大きいか、小さいか、または同じ場合、それぞれ、同じデバイス１の伸張か、収縮か、または補剛を得るために前記編んだスリーブ３と相互作用する。先に述べた所定の値は、５４．７°の角度に対応し、その角度は、検証され、また、実験的に妥当性確認された理論的限界である。
【００４８】
本発明によれば、デバイス１は、調整手段５を備え、調整手段５は、前記剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂに連結され、前記編んだスリーブ３において各ヘリックスの傾斜角度βの比例的でかつコヒーレントな変動を必要とするためにデバイス１の前記スタンドバイフェーズＷにおいて、同じ剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの間に元々設けられる距離Ｄを増加または減少させて距離Ｄを修正するように適合される。
【００４９】
図１及び２に示すデバイス１の第１の実施形態において、前記調整手段５は、
・前記剛性ヘッド部材の１つ、例えばヘッド（４Ａ）内に作られる軸方向貫通穴５０と；
・軸方向貫通穴５０に挿入され、前記剛性ヘッド部材４Ａに関しての両側に延在するステム５１と；
・端板５２であって、前記編んだスリーブ３の内部で、前記剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの間の中間位置に位置するステム５１の端と一体に作られる、端板５２と；
・動作手段５３であって、軸方向貫通穴５０とステム５１との間に挿入され、ステム５１自身に関する各剛性ヘッド部材４Ａの軸方向並進を可能にし、それにより、残りの剛性ヘッド部材４Ｂに関する距離Ｄならびに編んだスリーブ３の長さを増加または減少させるように適合される、動作手段と
を備える。
【００５０】
好ましい構築上の解決策において、前記軸方向貫通穴５０及びステム５１は、ねじ込まれ互いに係合し、前記動作手段５３は、前記剛性ヘッド部材４Ａ内に設けられ、ねじ込み式軸方向貫通穴５０を担持する回転可能歯止めによって構成される。
【００５１】
歯止め５３は、１つの方向または他の方向に回転して、ステム５１に沿う対応する剛性ヘッド４Ａの前記オフセットを決定し得る；随時達する位置は、貫通穴５０とステム５１との間の前記ねじ込み式結合によって自動的に安定化される。
【００５２】
図１及び２を参照する実施形態において、ステム５１は、吹込み手段を中空円筒チャンバ２に接続するように適合される軸方向通過導管５１０を備える；代替的に、残りの剛性ヘッド４Ｂ内に作られる通過ダクトを提供することが可能である。
【００５３】
歯止め５３の回転及び剛性ヘッド４Ａ、４Ｂの間の距離Ｄのその結果の変動によって、各ヘリカル経路の傾斜角度βの初期値が決定されるため、その述べたアクティブステージＫにもたらされたデバイス１は、以下の相互関係に従ってその応答特性を切換える。以下の相互関係とは、
・正確に５４．７°の角度βの場合、デバイス１の補剛が得られるだけであるため、デバイス１の長さの変化及び側方変形がないこと；
・５４．７°より小さい角度β１が、距離Ｄを増加させることによって課される場合、軸方向収縮及び半径方向の増加が得られること；
・５４．７°より大きい角度β２が距離Ｄを減少させることによって課される場合、軸方向伸張及び半径方向の減少が得られること
である。
【００５４】
図３に示すデバイス１の第２の実施形態において、前記調整手段５は、
・前記剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂ内にそれぞれ作られる第１及び第２の軸方向貫通穴５０、５５と；
・前記第１及び第２の軸方向貫通穴５０、５５内にそれぞれ挿入される第１及び第２のステム５１、５６であって、前記ステム５１、５６のそれぞれは対応する剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂに関して両側に延在する、第１及び第２のステム５１、５６と；
・第１及び第２の端板５２、５７であって、第１及び第２の端板５２、５７のそれぞれは、編んだスリーブ３の内部で、剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの間の中間位置に位置する各ステム５１、５６の端と一体に作られ、前記第１及び第２の端板５２、５７は、編んだスリーブ３に関して中間位置に設置される前記中空円筒チャンバ２の対応する端の閉鎖位置にある、第１及び第２の端板５２、５７と；
・第１及び第２の動作手段５３、５８であって、前記第１の穴５０と前記第１のステム５１との間、及び、前記第２の穴５５と前記第２のステム５６との間にそれぞれ挿入され、対応するステム５１、５６に関して各剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの軸方向並進を可能にし、それにより、残りの剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂに関する距離Ｄならびに前記編んだスリーブ３の長さを増加または減少させるように適合される、第１及び第２の動作手段５３、５８と
を備える。
【００５５】
好ましい構築上の解決策において、前記第１の形態の実施形態について既に提供されたものと適合して、第１の軸方向貫通穴５０及び第１のステム５１、ならびに、第２の軸方向貫通穴５５及び第２のステム５６は、ねじ込まれ、互いに係合する。
【００５６】
第１の動作手段５３は、相対的剛性ヘッド部材４Ａ内に設けられ、第１のねじ込み式軸方向貫通穴５０を担持する第１の回転可能歯止めによって構成される；同様に、第２の動作手段５８は、残りの剛性ヘッド部材４Ｂ内に設けられ、第２のねじ込み式軸方向貫通穴５５を担持する、例えば第１の回転可能歯止めと同様の第２の回転可能歯止めによって構成される。
【００５７】
各歯止め５３，５８は、独立して、１つの方向にまたは他の方向に回転して、対応する剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの他のヘッドに関する軸方向並進を決定し得る。
【００５８】
貫通穴５０、５５とステム５１、５６との間の前記ねじ込み式結合は、各剛性ヘッド４Ａ、４Ｂによって随時達成される位置を安定化する。
【００５９】
図３の実施形態において、両方のステム５１、５５は、前記吹込み手段を中空円筒チャンバ２に接続するようにそれぞれ適合される軸方向貫通導管５１０、５６０を備える；代替的に、２つのステム５１、５６の一方に１つだけの通過ダクトを設けることが可能である。
【００６０】
第１の実施形態に関して既に説明したように、第１及び／または第２の歯止め５３、５８の回転及び剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの間の距離Ｄのその結果の変動によって、各ヘリカル経路の前記傾斜角度βの初期値が決定されるため、その述べたアクティブフェーズＫにもたらされたデバイス１は、先に述べた相互関係に従ってその応答特性を切換える。
【００６１】
デバイス１の述べる第２の実施形態は、調整手段５に許可される較正間隔を延長し、それにより、デバイス１自身の多用途性を増加させる。
【００６２】
図４に示すデバイス１の第３の実施形態において、前記中空円筒チャンバ２は、前記編まれたスリーブ３の内部の関連取付け具であり、これの同じ軸方向開発物を有する。
【００６３】
構築上の変形として、中空円筒チャンバ２がスリーブ３自身に組込まれることが可能である、しかし、一方と他方の構造上の差が残ったままであり、その差は、第１のものを弾性にし、第２のものを実質的に非伸張性のワイヤで形成させる。
【００６４】
対応する調整手段５は、
・前記剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂ内にそれぞれ作られる第１及び第２の軸方向貫通穴５０、５５と；
・前記第１及び第２の軸方向貫通穴５０、５５内にそれぞれ挿入される第１及び第２のステム５１、５６であって、前記ステム５１、５６のそれぞれは対応する剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂに関して両側に延在する、第１及び第２のステム５１、５６と；
・第１及び第２の端板５２、５７であって、第１及び第２の端板５２、５７のそれぞれは、編んだスリーブ３の内部で、剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの間の中間位置に位置する各ステム５１、５６の端と一体に作られ、前記第１及び第２の端板５２、５７は、前記編んだスリーブ３及び前記中空円筒チャンバ２に関して中間位置に位置する弾性材料のベローズ６の対向端に接続される、第１及び第２の端板５２、５７と；
・少なくとも１つの弾性部材６０であって、前記ベローズ６内に収容され、前記第１及び第２の端板５２、５７の間に挿入され、前記第１及び第２の端板５２、５７を互いに外れるよう弾性的に押すように適合される、少なくとも１つの弾性部材６０と；
・第１及び第２の動作手段５３、５８であって、前記第１の穴５０と前記第１のステム５１との間、及び、前記第２の穴５５と前記第２のステム５６との間にそれぞれ挿入され、対応するステム５１、５６に関して各剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの軸方向並進を可能にし、それにより、残りの剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂに関する距離Ｄならびに前記編んだスリーブ３の長さを増加または減少させるように適合される、第１及び第２の動作手段５３、５８と
を備える。
【００６５】
好ましい構築上の解決策において、先の形態の実施形態について既に提供されたものと適合して、第１の軸方向貫通穴５０及び第１のステム５１、ならびに、第２の軸方向貫通穴５５及び第２のステム５６は、ねじ込まれ、互いに係合する。
【００６６】
それぞれの第１及び第２の動作部材５３、５８は、相対的剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂ内に設けられる第１及び第２の歯止め５３、５８によって同様に構成され、第１及び第２の歯止め５３、５８は、剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの他のヘッドに関するこうした軸方向並進を決定するために、独立した方式で、１つの方向にまたは他の方向に回転されるように適合される。
【００６７】
同様にこの場合、貫通穴５０、５５と各ステム５１、５６との間のねじ込み式結合は、各剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂが何度も達する位置を安定化させる。
【００６８】
ベローズ６の内部の弾性部材６０は、傾斜角度βの較正動作中にデバイス１の構造を安定化させる。
【００６９】
図４の実施形態において、両方のステム５１、５５は、前記吹込み手段をベローズ６の内部に接続するようにそれぞれ適合される軸方向貫通導管５１０、５６０を備え、吹込み手段は、次に、導入される加圧空気流が中空円筒チャンバ２の内部に合流することを可能にする開口（詳細には示さず）を有する；代替的に、２つのステム５１、５６の一方に１つだけの通過ダクトを設けることが可能である。
【００７０】
剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂのそれぞれにおいて、気密ｏリング４０が設けられ、ｏリング４０は、各ステム５１、５６に係合し、圧縮空気が、中空円筒チャンバ２から貫通穴５０、５５を通して漏出することを防止する。
【００７１】
デバイス１のアクティブステップＫの間に、ベローズ６ならびに弾性部材６０は、デバイス１自身の収縮または伸張に一致して圧縮または伸張する。
【００７２】
図５Ａ〜７Ｂの図において、並列に整合した２つのデバイスが固定上側支持体７０及び下側バー８０に機械的に接続された状態の用途を概略的に示す。
【００７３】
図５Ａにおいて、デバイス１は、同じ初期調整を有し、剛性ヘッド部材４Ａ、４Ｂの間の距離Ｄを増加させることによって課される５４．７°のヘリカル経路の傾斜角度β１を有する；両方のデバイス１は、その後、軸方向収縮及び半径方向の増加のために準備される。
【００７４】
図５Ｂにおいて、右のデバイス１だけが、そのアクティブフェーズＫにあり、その場合、バー８０は傾斜し、一方、両方のデバイス１の起動によって、図５Ｃに示すように、バー８０は、やはり水平であるが、離れているデバイス１より高いレベルにある。
【００７５】
図６Ａにおいて、デバイス１は異なる初期調整を有する：左のデバイス１は、５４．７°より小さいヘリカル経路の傾斜角度β１を呈し、したがって、収縮し易い、一方、右のデバイス１は、５４．７°より大きな角度β２を有し、そして、伸張し易い。
【００７６】
図６Ｂは、バー８０が、２つのデバイス１の同期起動によってどのように（図５Ｂにおいてとられる位置に関して大きな角度で）傾斜するかを示す。
【００７７】
図７Ａにおいて、デバイス１は、５４．７°より大きい角度β２を有する同じ初期調整を有し、その後、両方のデバイス１は、図７Ｂに示すように伸張し易く、図７Ｂにおいて、バー８０は、初期位置に平行に移動し、自分自身をより低いレベルに設置する。
【００７８】
図８Ａ、８Ｂにおいて、デバイス１が、例えば、流れ分岐弁に連結される制御バー９０を移動させるようにセットアップされる。
【００７９】
見てわかるように、角度βの初期調整に応じて、バー９０は、２つの反対方向に駆動され得る。
【００８０】
図９には、やはり例として、デバイス１が、上肢のリハビリテーションのために整形外科デバイス１００に連結される別の考えられる用途を示す；角度βの通常の調整に従って、所望の屈曲運動を得ることが可能であることになる。
【００８１】
図１０には、互いに平行でかつ半径方向に配置される４つのデバイス１の存在を提供する更なる考えられる用途が示される。
【００８２】
デバイス１は、上部で第１の支持クロス１１０に、また、例えば、下部で第１の支持クロス１１０と同じ第２の支持クロス１２０に接続される。
【００８３】
各デバイス１の角度βがどのように調整されるかに応じて、また、これらのデバイス１の起動モードで、玉継手よって許可される配向と同様であるが、スラスト力の印加によって、前記支持クロス１１０、１２０の間で異なる配向が得られ得る；ロボット工学及び／またはバイオロボット工学の分野において、同様な用途がどれほど興味深いかが理解可能である。
【００８４】
先の説明から、マッキベン型人工筋肉等の動作原理を組込む、提案されるデバイスの独特の特徴が明らかになるが、提案されるデバイスは、収縮のまたは伸張のまたは補剛のみのアクティブフェーズを得るように意のままにいつでも、提案されるデバイスが構成されることを可能にするオリジナルの構築上の解決策を導入する。
【００８５】
この重要な特権によって、知られている実施形態の限界が完全に超えられ、デバイスの任意の実用的な用途が大幅に簡略化される。
【００８６】
提案されるデバイスの有利な品質が、同時に単純で効果的で信頼性がある技法であって、その他に、コンパクトなサイズ及び一定の形状を有することを可能にする、技法によってどのように得られるかが強調されるべきである。
【００８７】
採用される全ての構築上の解決策は、業界において一般的に使用される材料、機械類、及び機器が使用され得るため、コストを抑制してデバイスの容易な連続生産を可能にする要件を満たす。
【００８８】
直観的に理解可能であるように、デバイスは、２、３例を挙げると、産業、自動化、ロボット工学、バイオメディカルの種々のセクターで使用され得る。
【００８９】
しかし、先に述べたことが、制限ではなく例の価値を有し、したがって、技術的理由及び／または機能的理由で行うことが必要である場合がある詳細についてのいずれの修正も、添付特許請求の範囲によって規定される保護範囲内にあるままであるものとして今から考えられることが理解される。
【図１】
2018527963.tif 000003
【図２】
2018527963.tif 000004
【図３】
2018527963.tif 000005
【図４】
2018527963.tif 000006
【図５Ａ】
2018527963.tif 000007
【図５Ｂ】
2018527963.tif 000008
【図５Ｃ】
2018527963.tif 000009
【図６Ａ】
2018527963.tif 000010
【図６Ｂ】
2018527963.tif 000011
【図７Ａ】
2018527963.tif 000012
【図７Ｂ】
2018527963.tif 000013
【図８Ａ】
2018527963.tif 000014
【図８Ｂ】
2018527963.tif 000015
【図９】
2018527963.tif 000016
【図１０】
2018527963.tif 000017
【国際調査報告】
2018527963.tif 000018
2018527963.tif 000019
2018527963.tif 000020