ケーブルを通すための通路を有するボールジョイント
【課題】ケーブルを通すことができるボールジョイントを提供する。
【解決手段】ソケット１１を規定するボールハウジング１０と、ボールヘッド２２およびボールピン２４を有するボールピボット２０とを有するボールジョイント１が提供され、ボールヘッド２２はソケット１１内に配置される。ボールハウジング通路１４がボールハウジング１０を貫通し、ボールピン通路２５がボールピン２４を貫通し、ボールヘッド通路２３がボールヘッド２２を貫通する。ボールピン通路２５、ボールヘッド通路２３およびボールハウジング通路１４は、ボールジョイント１を通ってケーブル２を通すために互いに通じている。ボールハウジング通路１４に接続された通路を有するリミッタがソケット１１の内部表面から延びてもよい。リミッタはソケット１１内でのボールヘッド２２の無制限の回転を防ぐ。
【解決手段】ソケット１１を規定するボールハウジング１０と、ボールヘッド２２およびボールピン２４を有するボールピボット２０とを有するボールジョイント１が提供され、ボールヘッド２２はソケット１１内に配置される。ボールハウジング通路１４がボールハウジング１０を貫通し、ボールピン通路２５がボールピン２４を貫通し、ボールヘッド通路２３がボールヘッド２２を貫通する。ボールピン通路２５、ボールヘッド通路２３およびボールハウジング通路１４は、ボールジョイント１を通ってケーブル２を通すために互いに通じている。ボールハウジング通路１４に接続された通路を有するリミッタがソケット１１の内部表面から延びてもよい。リミッタはソケット１１内でのボールヘッド２２の無制限の回転を防ぐ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の装置は、ボールジョイント、特にケーブルを通すことを容易にするボールジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットシステムは、人間が危険または不快な作業環境にさらされ得る領域での使用がますます一般的になっている。このような用途は、爆発物処理、捜索救助活動、有毒な場所での環境分析または検査などを含む。これらのロボットシステムは通常遠隔制御される。ロボットシステムのテレマティック（ｔｅｌｅｍａｔｉｃ）制御用制御ユニットは、ボールジョイントを利用することができ、使用者によるボールジョイントの動きが一つまたは複数のセンサにより計測されることができるとともに対応する信号に変換されることができ、この対応する信号は、伝達された信号に従って所望の方法でロボットシステムを動かすようにロボットシステムに伝達される。ケーブルを機構の内部に保持することにより、ケーブルは、物体（または使用者）に引っ掛かることまたは機構の他の部品に挟まれることを避けるので、ケーブルの磨耗を避けるとともに改良された美観を提供する。
【０００３】
特許文献１は、電線が通過することを可能にするよう適合されたボールジョイントを開示する。特許文献１に開示されたボールジョイントは、固定サービスマウントに接続された電気的な取付品の姿勢の調整を可能にするために使われる。しかし、このボールジョイントは、非常に限られた可動域しか有さないように設計されているので、多くの用途での使用には適さない。さらに、特許文献１の設計は、ボールの出口におけるケーブルの磨耗増大のために劣っている。ケーブルがボールの後部において出ることのみを可能とし、上部と後部の両方におけるボール材料の切り取りはボールの支持面を減少させ、ボールの磨耗の増大およびより荒いボール回転をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，８４２，３０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は内部表面を有するソケットを規定するボールハウジングを有するボールジョイントに関係する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ボールハウジングは開口および第１通路を有する。ボールピボットがソケット内に配置され、ボールヘッドおよびボールピンを有する。ボールピンは開口を通り抜けて配置される。ボールヘッドの表面は、ソケットの内部表面の少なくとも一部に一致する第１領域とソケットの内部表面に一致しない第２領域とを有する。本発明の一つの態様によれば、第２領域は円錐形である。ソケットに対する開口の角度範囲はボールヘッドに対する第２領域の対応する角度範囲より小さくなり得る。
【０００７】
ボールヘッドは第２領域およびボールピンに接続された第２通路を有し、ボールピンは第２通路およびボールピンの外部表面に接続された第３通路を有する。第１通路は第１の方向に沿って延び、開口は第２の方向を向き、第１の方向および第２の方向は互いに平行ではない（すなわち、交差する）。ある実施形態では、第１の方向と第２の方向とは、互いに対して８０度から１００度である。
【０００８】
リミッタが内部表面の上に延びるソケットの一部として提供されることもできる。リミッタは第１通路に接続する第４通路を有する。ボールジョイントは、ロボットシステムのテレマティック制御用の制御ユニットの一部として含まれることができる。この点に関して、制御ユニットはさらに、ボールジョイント内に配置された一つまたは複数のセンサを有することができる。また、遠隔ロボットシステムと通信するために一つまたは複数のセンサと通信する制御回路が提供される。
【０００９】
ボールジョイントは、代替的にボールヘッドおよびボールピンを有するボールピボットを含むものとして理解され得る。ボールヘッドは部分的に球形状であるとともにボールピンはボールヘッドにより規定された表面から半径方向に延びる。ボールハウジングは中にボールヘッドが配置されるソケットを規定する。ソケットは、ボールヘッドがその中で３つの独立した直交回転軸周りに回転することを可能にするよう構成される。ボールピン通路がボールピンを通って延びる。ボールハウジング通路がボールハウジングの内部からボールハウジングの外部にボールハウジングの壁を通って延びる。ボールヘッド通路がボールヘッドを通って、ボールピン通路からボールハウジング通路に延びる。ボールヘッド通路は、第１の方向が第２の方向を横切るように、少なくとも第１の方向に延びる第１セクションと第２の方向に延びる第２セクションとを有する。
【００１０】
ボールヘッド通路の第１セクションはボールピン通路に位置合わせされた開口を有する。第２セクションは、ボールハウジング内部でボールハウジング通路により規定された開口に一致する開口を有する。実施形態によっては、第２セクションは円錐形であり、第１セクションは円錐形の頂点部分において第２セクションに通じるとともに接続する。少なくとも１つのリミッタピンが、リミッタピンがボールヘッド内に規定された中空部内に延び、中空部が第２セクションの一部から形成されるように、ボールハウジングに配置される。リミッタピンは、概してボールハウジング通路に位置合わせされ、ボールハウジングの内部からボールハウジングの外部に延びるリミッタピン通路をさらに有する。実施形態によっては、少なくとも１つの制御ケーブルが、ボールピン通路、ボールヘッド通路、およびボールハウジング通路を通って延びる。
【００１１】
ハンドグリップが、ボールヘッドから離れて間隔を空けられたボールピンの近位端部に固定され、実施形態によっては制御ケーブルがボールピン通路からハンドグリップの内部に延びる。一態様によれば、ボールハウジングは、３つの独立した直交回転軸の少なくとも１つに位置合わせされた方向のボールハウジングの直線運動を可能にするよう構成された複数の関節アームに旋回可能に取付けられる。
【００１２】
実施形態が以下の図面を参照して記述され、同様の符号は図を通して同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明を理解するのに有用なボールジョイントの斜視断面図を示す。
【図２】図２は、本発明を理解するのに有用なボールジョイントの側面図を示す。
【図３】図３は、本発明を理解するのに有用な別のボールジョイントの側面図を示す。
【図４】図４は、ロボットシステムのテレマティック制御のために図１のボールジョイントを用いる制御ユニットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明が添付の図面を参照して記述され、同様の参照符号は図面を通して類似または均等な要素を示すために使われる。図面は縮尺通りに描かれておらず、これらは本発明を説明するためだけに提供される。本発明の幾つかの態様が、説明のための例示の用途を参照して以下に記載される。多数の具体的な詳細、関係、および方法が本発明の十分な理解を提供するために示されていることを理解すべきである。しかし、当業者は、本発明が一つまたは複数の具体的詳細無しにまたは他の方法で実施できることを、容易に認識するであろう。他の例では、良く知られた構造または動作は、本発明をあいまいにすることを避けるために詳細には示されていない。本発明は、行為または事象の説明された順番に限定されることはなく、ある行為は他の行為または事象と異なる順番でおよび／または他の行為または事象と同時に起こり得る。さらに、全ての説明された行為および事象が本発明に従った方法を実行するために必要とされるわけではない。
【００１５】
図１および図２を参照すると、本発明を理解するのに有用なボールジョイント１が示される。ボールジョイント１はボールハウジング１０を有し、このボールハウジング１０は、ボールピボット２０を受け入れるように構成されたボールハウジング１０内に規定されたソケット１１を見せるために図１に部分的に切断されて示される。ソケット１１は少なくとも部分的に球形状である。ボールピボット２０は、２つの部品、ボールヘッド２２とボールピン２４とを有する。好適な実施形態では、ボールヘッド２２は概して部分的に球形の形状を有する。すなわち、ボールヘッド２２の一部が球形状である。ボールヘッド２２の外側表面は、半球形状であるとともにハウジング１０の内部表面と直接機械的に接触または内部表面に嵌め合う第１領域２１を有する。図１に示すように、第１領域２１はソケット１１の内部表面に概して一致する。ボールヘッド２２の外部表面は、内部表面１２と接触しないまたは内部表面１２に直接嵌め合わず、したがってソケット１２の内部表面１２に一致しない、第２領域２９を有する。この第２領域２９は球形状である必要はなく、実施形態によっては凹面あるいは円錐形にすることができる。ボールヘッド２２は、ボールハウジング１０の内部に規定された少なくとも部分的に球形の内部表面１２の接合部内にぴったり合う。ボールハウジング１０、ボールヘッド２２およびボールピン２４はそれぞれ、そこを通ってケーブル２を通すための互いに直列に接続する開放通路１４、２３および２５を有する。つまり、ケーブル２は通路２５、２３、および１４を順番に通過する。
【００１６】
図２に示されるように、ボールピン２４の長手方向の長さに略沿った断面図に関して、ボールハウジング１０は概してＣ形状である。したがって、ハウジング１０は開口１６を有し、実施形態によっては、この開口１６は円形であるが、当然のことながら他の形状が使われることもでき、ボールピン２４の移動を予め規定された範囲に制限することを望む場合は有用になり得る。ボールピン２４は開口１６を通って延びる。実施形態によっては、開口１６の直径は、ボールヘッド２２をソケット１１内に保持するためにボールヘッド２２の直径より有利に若干小さく形成される。他の実施形態では、開口１６のサイズはボールヘッド２２の直径より大きく、ボールジョイント１はさらに、開口１６の周りに取付けられるとともにボールヘッド２２の直径より小さい開口を有する封止カップ（図示せず）を有し得る。さらに他の実施形態では、封止カップはまた、ボールハウジング開口１６自体がボールヘッド２２の直径より小さい場合にさえ使われることもでき、例えば、それぞれがボールピン２４の動きをそれぞれの予め規定された範囲に制限する異なる形状の開口を有する交換可能な封止カップを提供することが好ましくなり得る。実施形態によっては、封止カップはテーパ形状であり得るとともに、ゴミが開口１６内に入ることを防ぐ保護カバーを提供するようボールヘッドピン２４の側壁と封止するように接続され得る。ボールハウジング開口１６、封止カップの開口、またはその両方は、ボールピボット２０が開口１６、封止カップ、またはその両方により規定された側壁１７の範囲内で使用者の要求通りに自由に回転することを可能にする寸法に形成される。
【００１７】
図１に戻って参照すると、内部表面１２は、ハウジング１０との関連でボールピボット２０の動きを容易にするソケット１１内部に配置された支持面１８（図２に図示せず）により提供され得る。支持面１８は、ハウジング１０に取り外し可能に接続され得るまたはハウジング１０の一体部品であり得る。支持面１８は、ボールピボット２０とハウジング１０との間の摩擦を減らすことができ、部品の摩損を減少させるとともにボールジョイント１の耐用年数を延ばす。好ましくは、支持面１８は、ソケット１１とボールヘッド２２との間に配置された低摩擦ライニングである。しかし、ベアリングや液体などの摩擦を減らす他の既知の手段もまた、摩擦を減らすためにここに開示された装置内に低摩擦ライニング１８の代わりにまたは低摩擦ライニング１８に加えて使用されることができる。
【００１８】
図２を参照すると、ボールハウジング１０、ボールヘッド２２およびボールピン２４はそれぞれ、そこを通ってケーブル２を通すための互いに直列に接続する開放通路１４、２３および２５を有する。ここではボールハウジング通路１４と呼ばれるボールハウジング１０を貫く通路１４は、ソケット１１と接続する近位端部１４ａと外部環境と接続する遠位端部１４ｂとを有する。ボールハウジング通路１４は、弾性グロメットまたは同様なものを通じて等、ケーブル２の周りの封止する密着を提供するように構成される。ここではボールピン通路２５と呼ばれるボールピン２４を貫く通路２５は、ボールピン２４の一方の端部でボールヘッド２２から離れて間隔を空けられた、近位端部２５ａと、ボールピン２４がボールヘッド２２と略交わるところに配置される遠位端部２５ｂとを有する。ここではボールヘッド通路２３と呼ばれるボールヘッド２２を貫く通路２３は、近位端部２３ａを有し、この近位端部２３ａは、ボールヘッドの表面に略隣接するとともに、ボールピン２４がボールヘッド２２と交わるところのボールピン通路２５の遠位端部２５ｂに略隣接して配置される。ボールヘッド通路２３はまた、ボールヘッド２２の第２表面２９に略隣接する遠位端部２３ｂも有する。
【００１９】
ボールピン通路２５の遠位端部２５ｂは、ケーブル２がボールピン通路２５からボールヘッド通路２３内に通ることを可能にするために、ボールヘッド通路２３の近位端部２３ａに位置合わせされる。ボールヘッド通路２３の遠位端部２３ｂから出ると、ケーブル２は、ボールハウジング通路１４の近位端部１４ａ内を通り、ボールハウジング通路１４を通ってボールハウジング１０の外に出る。ボールヘッド通路２３とボールハウジング通路１４との間に配置された支持表面１８または他の構成部品もまた、ボールハウジング通路１４に対応するとともに接続するそれぞれの通路を有する。
【００２０】
本発明のある実施形態では、ボールピン通路２５の直径は全通路２５にわたって一定であり、そこを通るケーブルの摩損を最小限に抑えるために、図２に示されたように、通路２５はボールピン２４の壁に平行にボールピン２４の本体に沿って一直線に進むことができる。さらに、グロメットまたは同様なものなどの封止要素が、チリまたはゴミが通路２５内に入ることを防ぐために、ボールピン通路２５にまたはボールピン通路２５の周りに配置されることができる。もちろん、当然のことながら、ボールピン通路２５の直径、向きおよび／または形状は、特定の用途に適合するように合わせられることができ、したがって実施形態によって大きく変化することができる。
【００２１】
本発明のある実施形態では、ボールヘッド通路２３は、ボールピボット２０の回転によりもたらされ得るケーブル２の張力を最小限に抑えるために、ボールヘッド２２の中心を通過するまたはボールヘッド２２の中心近くを通る。ボールヘッド通路２３のサイズ、向き、および形状もまたボールジョイントの特定の用途に応じて変化することができるが、好適な実施形態では、ボールヘッド通路２３は近位端部２３ａから遠位端部２３ｂまで一定のサイズであるとともに、遠位端部２３ｂはボールヘッド２２の表面の第２領域２９内に抜ける。
【００２２】
好適な実施形態では、ボールヘッド２２の外部表面の第２領域２９は第１領域２１に対して形状が凹面であり、それにより、第２領域２９およびハウジング１０の内部表面１２により規定されるケーブル格納領域１９を形成する。当然のことながら、ケーブル格納領域１９の位置は、ボールジョイント２０が動くにつれて、ハウジング１０に対して変化する。しかし、好適な実施形態では、ボールハウジング通路１４の近位端部１４ａが常に、ケーブル格納領域１９と直接連通して保持される。つまり、ボールヘッド２２の外部表面の第１領域２１は、ボールハウジング通路１４の近位端部１４ａを覆わないまたは当たらないことが好ましい。
【００２３】
当然のことながら、ケーブル格納領域１９は、単純にボールヘッド通路２３の別のセクションであると考えることができる。例えば、ケーブル格納領域１９の角度範囲が、例えば２０度より小さい等、比較的小さい場合、ケーブル格納領域１９は視覚的にボールヘッド通路２３の一部であるように見える。一方、ケーブル格納領域１９の角度範囲が、例えば４５度を超える等、比較的大きい場合、ボールヘッド通路２３は視覚的に第２表面２９に接続する開口２３ｂのように見えることができる。以下の議論と一貫性を保つため、ケーブル格納領域１９はボールヘッド通路２３と異なるものとして扱われるが、これは単に便宜のためである。
【００２４】
好適な実施形態では、ボールピン２４は、ボールヘッド２２の第１表面２１から離れて垂直に、すなわち、球状に形成された第１セクション２１の中心３に対して半径方向に延びる。ボールピン通路２５は、ボールピン２４を通る長手方向の電線管を形成するとともにボールヘッド通路２３に直接接続する。好適な実施形態では、ボールヘッド通路２３はまた、ボールヘッド２２の第１表面２１に対して半径方向に沿った電線管を提供し、第２表面２９に、従ってケーブル格納領域１９に直接接続する。従って、好適な実施形態では、ケーブル格納領域１９は、ボールヘッド２２の第１表面２１の幾何学的中心を含む。しかし、このようになる必要はなく、実施形態によっては、ボールヘッド通路２３の中心線は、ボールピン通路２５の中心線から角度オフセットを有することもできる。つまり、ボールヘッド通路２３の中心線およびボールピン通路２５の中心線は平行である必要はない。
【００２５】
第１中心線４は、第２領域２９の幾何学的中心および球形の第１領域２１の中心３を通過するものとして規定されることができ、ケーブル格納領域１９の中心線であると考えられ得る。第２中心線６は、球形の第１領域２１の中心３および開口１６の幾何学的中心を通過するものとして規定されることができる。したがって、第２中心線６は、開口１６がソケット１１に対して向く方向であると考えられ得る。好適な実施形態では、ボールピン２４が開口１６内の中心に置かれたとき、中心線６はボールピン通路２５に位置する。様々な実施形態では、ボールピン２４が開口１６の中心に置かれたとき、ボールピン通路２５およびボールヘッド通路２３の中心線は第２中心線６上に位置する。しかし、第２領域２９は、ボールピン２４が開口１６の中心に置かれたときに第１中心線４が第２中心線６と平行にならないように構成されることが好ましい。したがって、好適な実施形態では、ボールピン通路２５およびボールヘッド通路２３の中心線はケーブル格納領域１９の中心線と平行ではない。特に好適な実施形態では、ボールピン２４の中心線は、ケーブル格納領域１９の中心線４から、８０度から１００度オフセットしている。開口１６の中心線６に対するボールハウジング通路１４の中心線の角度オフセットが、ケーブル格納領域１９に対するボールピン２４の角度オフセットと略等しくなることも好ましい。したがって、ボールピン２４が開口１６内の中心に置かれたとき、このような好適な実施形態において、ボールハウジング通路１４がケーブル格納領域の中心線４上に位置する。さらに、ハウジング１０内の開口１６の角度範囲および第２領域２９の対応する角度範囲が、開口１６内のボールピン２４の位置に関わらず、領域１９が開口１６に直接接続しないようになることが好ましい。この条件はチリやゴミが開口１６を通じて領域１９に入ることを防ぐ。
【００２６】
限定されない例として、図２は、ボールヘッド通路２３が同じように直線のボールピン通路２５と一直線にされた直線セクションであり、ケーブル格納領域１９が円錐形である実施形態を示す。ここで使われているように、「円錐形」の語は、開口がより大きいところからより小さいところに徐々に先細(テーパ)になる任意の形状として理解されるべきである。テーパは直線状、曲線状、または階段状にすることができるが、限定されるものではない。円錐形ケーブル格納領域１９の中心線４は、例えば、通路２３、２５の中心線６から、８０度から１００度オフセットしている。
【００２７】
実施形態によっては、ボールジョイント１はさらに、ボールピボット２０の回転を制限するための追加的な手段を有する。このような実施形態では、ボールジョイント１は、図１および３に示されるように、リミッタ５０を有することができる。リミッタ５０は、好ましくは、ボールハウジング１０の内部表面１２に配置されるまたは内部表面１２を通り抜けて配置されるとともにボールジョイントヘッド２２の中心３に向かって半径方向内側に延びる。好適な実施形態では、リミッタ５０は、ボールハウジング通路１４と一直線にされ、したがって通路１４と一直線になるそれ自身の対応する通路５２を有する。適切なリミッタ５０は、ピン、カップ、ノブ、止めネジ（ｓｅｔ ｓｃｒｅｗ）、ボールハウジング１０またはボールヘッド２２上の突起、またはそれらの均等物を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
図３に示されるように、リミッタ５０は、ボールヘッド２２がソケット１１内で回転すること、すなわち、ボールピン２４の中心線に沿って延びる第２中心線６周りに矢印Ｂにより示される方向に回転することを制限または防ぐために、設置されることができる。そのため、リミッタ５０は好ましくは、リミッタ通路５２を通るケーブル２を保護するために内部表面１２の上に延びる。ケーブル２を第２表面２９との接触から保護することとボールヘッド２２の回転を防ぐこととの両方により、リミッタ５０は、ケーブル２の磨耗またはねじれによる予想される損傷を防ぐまたは最小限に抑える。リミッタ５０は、ゴミまたはチリがソケット１１内に入ることを防ぐために、通路５２内のグロメット等、シールを有することができる。
【００２９】
ここに開示されたボールジョイントは、多くの様々な用途に利用することができる。限定されない例として、これらのボールジョイントは、ロボットシステムのテレマティック制御のための制御ユニットに利用することができる。このようなシステムでは、使用者はボールピボットを動かし、ボールピボットヘッドの移動が計測されるとともに、例えば位置または速度信号等の制御信号に変換される。次に信号は、システムを対応する方法で動かすために、離れたロボットシステムに送られる。
【００３０】
図１および４を参照すると、本発明の一態様は、例えばロボットシステム等のテレマティック操作のための制御ユニット１００を提供する。ここで使われるように、テレマティックの語は、遠隔物体の制御をもたらすことと一体となった遠隔通信装置を介して、計測する、送信する、受信する、または情報を保存することができる任意のシステムまたは技術を含むことができる。制御ユニット１００は図１に描かれた実施形態のボールジョイント１を有することができる。上記の特徴に加えて、ボールジョイント１は、ボールハウジング１０に対するボールヘッド２２の動きを検知または計測するための一つまたは複数のセンサ６０を有することができる。好適な実施形態では、ボールジョイント１は、ボールヘッド２２の３つの直交方向の動きを検出するために互いに直角に配置された３つのセンサ６０を有する。例えば、光学センサ、ローラ−ボール機械センサ、又は同様なもの等任意の適切なセンサ６０を利用することができる。そして、センサ６０は、制御ユニット１００の基部１０２に配置された制御回路１０４に電気的に接続される。制御回路１０４は、一つまたは複数のセンサ６０から情報を受信するとともにこの情報を、その次に遠隔ロボットシステム（図示せず）に例えば無線モジュール１０６等を介して送られる制御信号に変換する
ある実施形態では、ボールジョイント１は関節アーム１０８に取付けられる。ボールジョイント１のピン２４は、グリップ１１０の動きがボールジョイント１に伝えられるように、グリップ１１０の遠位端部にしっかりと取付けられる。ボールジョイント１の回転に関する情報および関節アーム１０８の位置に関する情報がグリップ１１０の位置データを生成するために有利に使用される。この情報は次に、ロボットシステムを制御するための制御信号を生成するために使用される。
【００３１】
グリップ１１０は概して握りやすくするためにピストルグリップ状に形成されるとともに概してグリップ軸１１１に沿って並べられた細長い形を有する。剛体支持ブロック１１２が、グリップ１１０の上面に取付けられるとともに、ボールピン２４がグリップ１１０の前部からグリップ軸１１１を概して横切る方向１１９に延びるようにボールピン２４の遠位端部にも固定される。
【００３２】
グリップ１１０は、グリップ１１０の前部側から延びるとともにボールジョイント１の方を向くトリガ１１４を有することができる。そのようなものとして、トリガ１１４は、対応するトリガ軸１１９に一直線になる方向に移動することができる。トリガ軸１１９は、トリガ軸１１９とグリップ軸１１１とが互いに概して横切るように、グリップ軸１１１に対して規定される半径方向に位置合わせされる。もちろん、トリガ軸１１９は、グリップ軸１１１により規定される線に対して僅かに傾けられるまたは曲げられることができる。また、トリガ１１４の動きは、完全に直線というよりやや湾曲した経路に沿うことができる。トリガ１１４は、トリガ１１４の位置を検出するとともにトリガ１１４によりもたらされた力を制御する触覚フィードバック機構を有することができる。例えば、処理回路１０４は、ロボット装置からの信号を受信することができるとともに、これらの信号を基にトリガ１１４によりもたらされた力を制御することができる。グリップ１１０はまた、グリップ１１０の選ばれた位置に制御スイッチ１１６を有することもできる。
【００３３】
例えば、ボタン１１６信号、トリガ１１４の位置振動、およびトリガ１１４の触覚フィードバック制御信号のために使用されるもの等、グリップ１１０の各構成部品に接続された電線は、ケーブル２を形成するように一緒に束ねられることができる。図１に示されるように、ケーブル２は、ボールジョイント１内の通路２５、２３および１４を有利に通されることができる。その後、ケーブル２は基部１０２内に制御回路１０４まで通されることができる。前述の装置の利点は、グリップ１１０の動きを制限し得る、使用者の服に引っ掛かり得る、あるいは誤用により損傷を受け得る、グリップ１１０に接続された外部電線または配線が無いことである。
【００３４】
ここに記述された手動コントローラ１００は、例えば無人地上車両（ＵＧＶ）等のロボット装置を制御するために使用することができる６自由度（直交するｘ、ｙ、ｚ軸に沿った直線３自由度、および回転３自由度）を提供する。ロボット装置はまた、ロボットマニピュレータアームを有することもできる。手動コントローラ１００は、使用者の入力制御動作を検知するとともに使用者入力信号を制御システムプロセッサに伝える。それに応じて、制御システムプロセッサは、ロボット装置のロボットアームおよび／または把持装置の姿勢を制御するために、動作制御指令信号をロボット装置に伝える。データリンク１０６が動作制御指令信号を遠くに配置されたロボット装置に伝えるために使用され得る。ユーザインターフェース、制御システムプロセッサ、およびデータリンクは全体で触覚フィードバックを備えるテレマティック制御システムを構成する。
【技術分野】
【０００１】
本発明の装置は、ボールジョイント、特にケーブルを通すことを容易にするボールジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットシステムは、人間が危険または不快な作業環境にさらされ得る領域での使用がますます一般的になっている。このような用途は、爆発物処理、捜索救助活動、有毒な場所での環境分析または検査などを含む。これらのロボットシステムは通常遠隔制御される。ロボットシステムのテレマティック（ｔｅｌｅｍａｔｉｃ）制御用制御ユニットは、ボールジョイントを利用することができ、使用者によるボールジョイントの動きが一つまたは複数のセンサにより計測されることができるとともに対応する信号に変換されることができ、この対応する信号は、伝達された信号に従って所望の方法でロボットシステムを動かすようにロボットシステムに伝達される。ケーブルを機構の内部に保持することにより、ケーブルは、物体（または使用者）に引っ掛かることまたは機構の他の部品に挟まれることを避けるので、ケーブルの磨耗を避けるとともに改良された美観を提供する。
【０００３】
特許文献１は、電線が通過することを可能にするよう適合されたボールジョイントを開示する。特許文献１に開示されたボールジョイントは、固定サービスマウントに接続された電気的な取付品の姿勢の調整を可能にするために使われる。しかし、このボールジョイントは、非常に限られた可動域しか有さないように設計されているので、多くの用途での使用には適さない。さらに、特許文献１の設計は、ボールの出口におけるケーブルの磨耗増大のために劣っている。ケーブルがボールの後部において出ることのみを可能とし、上部と後部の両方におけるボール材料の切り取りはボールの支持面を減少させ、ボールの磨耗の増大およびより荒いボール回転をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，８４２，３０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は内部表面を有するソケットを規定するボールハウジングを有するボールジョイントに関係する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ボールハウジングは開口および第１通路を有する。ボールピボットがソケット内に配置され、ボールヘッドおよびボールピンを有する。ボールピンは開口を通り抜けて配置される。ボールヘッドの表面は、ソケットの内部表面の少なくとも一部に一致する第１領域とソケットの内部表面に一致しない第２領域とを有する。本発明の一つの態様によれば、第２領域は円錐形である。ソケットに対する開口の角度範囲はボールヘッドに対する第２領域の対応する角度範囲より小さくなり得る。
【０００７】
ボールヘッドは第２領域およびボールピンに接続された第２通路を有し、ボールピンは第２通路およびボールピンの外部表面に接続された第３通路を有する。第１通路は第１の方向に沿って延び、開口は第２の方向を向き、第１の方向および第２の方向は互いに平行ではない（すなわち、交差する）。ある実施形態では、第１の方向と第２の方向とは、互いに対して８０度から１００度である。
【０００８】
リミッタが内部表面の上に延びるソケットの一部として提供されることもできる。リミッタは第１通路に接続する第４通路を有する。ボールジョイントは、ロボットシステムのテレマティック制御用の制御ユニットの一部として含まれることができる。この点に関して、制御ユニットはさらに、ボールジョイント内に配置された一つまたは複数のセンサを有することができる。また、遠隔ロボットシステムと通信するために一つまたは複数のセンサと通信する制御回路が提供される。
【０００９】
ボールジョイントは、代替的にボールヘッドおよびボールピンを有するボールピボットを含むものとして理解され得る。ボールヘッドは部分的に球形状であるとともにボールピンはボールヘッドにより規定された表面から半径方向に延びる。ボールハウジングは中にボールヘッドが配置されるソケットを規定する。ソケットは、ボールヘッドがその中で３つの独立した直交回転軸周りに回転することを可能にするよう構成される。ボールピン通路がボールピンを通って延びる。ボールハウジング通路がボールハウジングの内部からボールハウジングの外部にボールハウジングの壁を通って延びる。ボールヘッド通路がボールヘッドを通って、ボールピン通路からボールハウジング通路に延びる。ボールヘッド通路は、第１の方向が第２の方向を横切るように、少なくとも第１の方向に延びる第１セクションと第２の方向に延びる第２セクションとを有する。
【００１０】
ボールヘッド通路の第１セクションはボールピン通路に位置合わせされた開口を有する。第２セクションは、ボールハウジング内部でボールハウジング通路により規定された開口に一致する開口を有する。実施形態によっては、第２セクションは円錐形であり、第１セクションは円錐形の頂点部分において第２セクションに通じるとともに接続する。少なくとも１つのリミッタピンが、リミッタピンがボールヘッド内に規定された中空部内に延び、中空部が第２セクションの一部から形成されるように、ボールハウジングに配置される。リミッタピンは、概してボールハウジング通路に位置合わせされ、ボールハウジングの内部からボールハウジングの外部に延びるリミッタピン通路をさらに有する。実施形態によっては、少なくとも１つの制御ケーブルが、ボールピン通路、ボールヘッド通路、およびボールハウジング通路を通って延びる。
【００１１】
ハンドグリップが、ボールヘッドから離れて間隔を空けられたボールピンの近位端部に固定され、実施形態によっては制御ケーブルがボールピン通路からハンドグリップの内部に延びる。一態様によれば、ボールハウジングは、３つの独立した直交回転軸の少なくとも１つに位置合わせされた方向のボールハウジングの直線運動を可能にするよう構成された複数の関節アームに旋回可能に取付けられる。
【００１２】
実施形態が以下の図面を参照して記述され、同様の符号は図を通して同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明を理解するのに有用なボールジョイントの斜視断面図を示す。
【図２】図２は、本発明を理解するのに有用なボールジョイントの側面図を示す。
【図３】図３は、本発明を理解するのに有用な別のボールジョイントの側面図を示す。
【図４】図４は、ロボットシステムのテレマティック制御のために図１のボールジョイントを用いる制御ユニットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明が添付の図面を参照して記述され、同様の参照符号は図面を通して類似または均等な要素を示すために使われる。図面は縮尺通りに描かれておらず、これらは本発明を説明するためだけに提供される。本発明の幾つかの態様が、説明のための例示の用途を参照して以下に記載される。多数の具体的な詳細、関係、および方法が本発明の十分な理解を提供するために示されていることを理解すべきである。しかし、当業者は、本発明が一つまたは複数の具体的詳細無しにまたは他の方法で実施できることを、容易に認識するであろう。他の例では、良く知られた構造または動作は、本発明をあいまいにすることを避けるために詳細には示されていない。本発明は、行為または事象の説明された順番に限定されることはなく、ある行為は他の行為または事象と異なる順番でおよび／または他の行為または事象と同時に起こり得る。さらに、全ての説明された行為および事象が本発明に従った方法を実行するために必要とされるわけではない。
【００１５】
図１および図２を参照すると、本発明を理解するのに有用なボールジョイント１が示される。ボールジョイント１はボールハウジング１０を有し、このボールハウジング１０は、ボールピボット２０を受け入れるように構成されたボールハウジング１０内に規定されたソケット１１を見せるために図１に部分的に切断されて示される。ソケット１１は少なくとも部分的に球形状である。ボールピボット２０は、２つの部品、ボールヘッド２２とボールピン２４とを有する。好適な実施形態では、ボールヘッド２２は概して部分的に球形の形状を有する。すなわち、ボールヘッド２２の一部が球形状である。ボールヘッド２２の外側表面は、半球形状であるとともにハウジング１０の内部表面と直接機械的に接触または内部表面に嵌め合う第１領域２１を有する。図１に示すように、第１領域２１はソケット１１の内部表面に概して一致する。ボールヘッド２２の外部表面は、内部表面１２と接触しないまたは内部表面１２に直接嵌め合わず、したがってソケット１２の内部表面１２に一致しない、第２領域２９を有する。この第２領域２９は球形状である必要はなく、実施形態によっては凹面あるいは円錐形にすることができる。ボールヘッド２２は、ボールハウジング１０の内部に規定された少なくとも部分的に球形の内部表面１２の接合部内にぴったり合う。ボールハウジング１０、ボールヘッド２２およびボールピン２４はそれぞれ、そこを通ってケーブル２を通すための互いに直列に接続する開放通路１４、２３および２５を有する。つまり、ケーブル２は通路２５、２３、および１４を順番に通過する。
【００１６】
図２に示されるように、ボールピン２４の長手方向の長さに略沿った断面図に関して、ボールハウジング１０は概してＣ形状である。したがって、ハウジング１０は開口１６を有し、実施形態によっては、この開口１６は円形であるが、当然のことながら他の形状が使われることもでき、ボールピン２４の移動を予め規定された範囲に制限することを望む場合は有用になり得る。ボールピン２４は開口１６を通って延びる。実施形態によっては、開口１６の直径は、ボールヘッド２２をソケット１１内に保持するためにボールヘッド２２の直径より有利に若干小さく形成される。他の実施形態では、開口１６のサイズはボールヘッド２２の直径より大きく、ボールジョイント１はさらに、開口１６の周りに取付けられるとともにボールヘッド２２の直径より小さい開口を有する封止カップ（図示せず）を有し得る。さらに他の実施形態では、封止カップはまた、ボールハウジング開口１６自体がボールヘッド２２の直径より小さい場合にさえ使われることもでき、例えば、それぞれがボールピン２４の動きをそれぞれの予め規定された範囲に制限する異なる形状の開口を有する交換可能な封止カップを提供することが好ましくなり得る。実施形態によっては、封止カップはテーパ形状であり得るとともに、ゴミが開口１６内に入ることを防ぐ保護カバーを提供するようボールヘッドピン２４の側壁と封止するように接続され得る。ボールハウジング開口１６、封止カップの開口、またはその両方は、ボールピボット２０が開口１６、封止カップ、またはその両方により規定された側壁１７の範囲内で使用者の要求通りに自由に回転することを可能にする寸法に形成される。
【００１７】
図１に戻って参照すると、内部表面１２は、ハウジング１０との関連でボールピボット２０の動きを容易にするソケット１１内部に配置された支持面１８（図２に図示せず）により提供され得る。支持面１８は、ハウジング１０に取り外し可能に接続され得るまたはハウジング１０の一体部品であり得る。支持面１８は、ボールピボット２０とハウジング１０との間の摩擦を減らすことができ、部品の摩損を減少させるとともにボールジョイント１の耐用年数を延ばす。好ましくは、支持面１８は、ソケット１１とボールヘッド２２との間に配置された低摩擦ライニングである。しかし、ベアリングや液体などの摩擦を減らす他の既知の手段もまた、摩擦を減らすためにここに開示された装置内に低摩擦ライニング１８の代わりにまたは低摩擦ライニング１８に加えて使用されることができる。
【００１８】
図２を参照すると、ボールハウジング１０、ボールヘッド２２およびボールピン２４はそれぞれ、そこを通ってケーブル２を通すための互いに直列に接続する開放通路１４、２３および２５を有する。ここではボールハウジング通路１４と呼ばれるボールハウジング１０を貫く通路１４は、ソケット１１と接続する近位端部１４ａと外部環境と接続する遠位端部１４ｂとを有する。ボールハウジング通路１４は、弾性グロメットまたは同様なものを通じて等、ケーブル２の周りの封止する密着を提供するように構成される。ここではボールピン通路２５と呼ばれるボールピン２４を貫く通路２５は、ボールピン２４の一方の端部でボールヘッド２２から離れて間隔を空けられた、近位端部２５ａと、ボールピン２４がボールヘッド２２と略交わるところに配置される遠位端部２５ｂとを有する。ここではボールヘッド通路２３と呼ばれるボールヘッド２２を貫く通路２３は、近位端部２３ａを有し、この近位端部２３ａは、ボールヘッドの表面に略隣接するとともに、ボールピン２４がボールヘッド２２と交わるところのボールピン通路２５の遠位端部２５ｂに略隣接して配置される。ボールヘッド通路２３はまた、ボールヘッド２２の第２表面２９に略隣接する遠位端部２３ｂも有する。
【００１９】
ボールピン通路２５の遠位端部２５ｂは、ケーブル２がボールピン通路２５からボールヘッド通路２３内に通ることを可能にするために、ボールヘッド通路２３の近位端部２３ａに位置合わせされる。ボールヘッド通路２３の遠位端部２３ｂから出ると、ケーブル２は、ボールハウジング通路１４の近位端部１４ａ内を通り、ボールハウジング通路１４を通ってボールハウジング１０の外に出る。ボールヘッド通路２３とボールハウジング通路１４との間に配置された支持表面１８または他の構成部品もまた、ボールハウジング通路１４に対応するとともに接続するそれぞれの通路を有する。
【００２０】
本発明のある実施形態では、ボールピン通路２５の直径は全通路２５にわたって一定であり、そこを通るケーブルの摩損を最小限に抑えるために、図２に示されたように、通路２５はボールピン２４の壁に平行にボールピン２４の本体に沿って一直線に進むことができる。さらに、グロメットまたは同様なものなどの封止要素が、チリまたはゴミが通路２５内に入ることを防ぐために、ボールピン通路２５にまたはボールピン通路２５の周りに配置されることができる。もちろん、当然のことながら、ボールピン通路２５の直径、向きおよび／または形状は、特定の用途に適合するように合わせられることができ、したがって実施形態によって大きく変化することができる。
【００２１】
本発明のある実施形態では、ボールヘッド通路２３は、ボールピボット２０の回転によりもたらされ得るケーブル２の張力を最小限に抑えるために、ボールヘッド２２の中心を通過するまたはボールヘッド２２の中心近くを通る。ボールヘッド通路２３のサイズ、向き、および形状もまたボールジョイントの特定の用途に応じて変化することができるが、好適な実施形態では、ボールヘッド通路２３は近位端部２３ａから遠位端部２３ｂまで一定のサイズであるとともに、遠位端部２３ｂはボールヘッド２２の表面の第２領域２９内に抜ける。
【００２２】
好適な実施形態では、ボールヘッド２２の外部表面の第２領域２９は第１領域２１に対して形状が凹面であり、それにより、第２領域２９およびハウジング１０の内部表面１２により規定されるケーブル格納領域１９を形成する。当然のことながら、ケーブル格納領域１９の位置は、ボールジョイント２０が動くにつれて、ハウジング１０に対して変化する。しかし、好適な実施形態では、ボールハウジング通路１４の近位端部１４ａが常に、ケーブル格納領域１９と直接連通して保持される。つまり、ボールヘッド２２の外部表面の第１領域２１は、ボールハウジング通路１４の近位端部１４ａを覆わないまたは当たらないことが好ましい。
【００２３】
当然のことながら、ケーブル格納領域１９は、単純にボールヘッド通路２３の別のセクションであると考えることができる。例えば、ケーブル格納領域１９の角度範囲が、例えば２０度より小さい等、比較的小さい場合、ケーブル格納領域１９は視覚的にボールヘッド通路２３の一部であるように見える。一方、ケーブル格納領域１９の角度範囲が、例えば４５度を超える等、比較的大きい場合、ボールヘッド通路２３は視覚的に第２表面２９に接続する開口２３ｂのように見えることができる。以下の議論と一貫性を保つため、ケーブル格納領域１９はボールヘッド通路２３と異なるものとして扱われるが、これは単に便宜のためである。
【００２４】
好適な実施形態では、ボールピン２４は、ボールヘッド２２の第１表面２１から離れて垂直に、すなわち、球状に形成された第１セクション２１の中心３に対して半径方向に延びる。ボールピン通路２５は、ボールピン２４を通る長手方向の電線管を形成するとともにボールヘッド通路２３に直接接続する。好適な実施形態では、ボールヘッド通路２３はまた、ボールヘッド２２の第１表面２１に対して半径方向に沿った電線管を提供し、第２表面２９に、従ってケーブル格納領域１９に直接接続する。従って、好適な実施形態では、ケーブル格納領域１９は、ボールヘッド２２の第１表面２１の幾何学的中心を含む。しかし、このようになる必要はなく、実施形態によっては、ボールヘッド通路２３の中心線は、ボールピン通路２５の中心線から角度オフセットを有することもできる。つまり、ボールヘッド通路２３の中心線およびボールピン通路２５の中心線は平行である必要はない。
【００２５】
第１中心線４は、第２領域２９の幾何学的中心および球形の第１領域２１の中心３を通過するものとして規定されることができ、ケーブル格納領域１９の中心線であると考えられ得る。第２中心線６は、球形の第１領域２１の中心３および開口１６の幾何学的中心を通過するものとして規定されることができる。したがって、第２中心線６は、開口１６がソケット１１に対して向く方向であると考えられ得る。好適な実施形態では、ボールピン２４が開口１６内の中心に置かれたとき、中心線６はボールピン通路２５に位置する。様々な実施形態では、ボールピン２４が開口１６の中心に置かれたとき、ボールピン通路２５およびボールヘッド通路２３の中心線は第２中心線６上に位置する。しかし、第２領域２９は、ボールピン２４が開口１６の中心に置かれたときに第１中心線４が第２中心線６と平行にならないように構成されることが好ましい。したがって、好適な実施形態では、ボールピン通路２５およびボールヘッド通路２３の中心線はケーブル格納領域１９の中心線と平行ではない。特に好適な実施形態では、ボールピン２４の中心線は、ケーブル格納領域１９の中心線４から、８０度から１００度オフセットしている。開口１６の中心線６に対するボールハウジング通路１４の中心線の角度オフセットが、ケーブル格納領域１９に対するボールピン２４の角度オフセットと略等しくなることも好ましい。したがって、ボールピン２４が開口１６内の中心に置かれたとき、このような好適な実施形態において、ボールハウジング通路１４がケーブル格納領域の中心線４上に位置する。さらに、ハウジング１０内の開口１６の角度範囲および第２領域２９の対応する角度範囲が、開口１６内のボールピン２４の位置に関わらず、領域１９が開口１６に直接接続しないようになることが好ましい。この条件はチリやゴミが開口１６を通じて領域１９に入ることを防ぐ。
【００２６】
限定されない例として、図２は、ボールヘッド通路２３が同じように直線のボールピン通路２５と一直線にされた直線セクションであり、ケーブル格納領域１９が円錐形である実施形態を示す。ここで使われているように、「円錐形」の語は、開口がより大きいところからより小さいところに徐々に先細(テーパ)になる任意の形状として理解されるべきである。テーパは直線状、曲線状、または階段状にすることができるが、限定されるものではない。円錐形ケーブル格納領域１９の中心線４は、例えば、通路２３、２５の中心線６から、８０度から１００度オフセットしている。
【００２７】
実施形態によっては、ボールジョイント１はさらに、ボールピボット２０の回転を制限するための追加的な手段を有する。このような実施形態では、ボールジョイント１は、図１および３に示されるように、リミッタ５０を有することができる。リミッタ５０は、好ましくは、ボールハウジング１０の内部表面１２に配置されるまたは内部表面１２を通り抜けて配置されるとともにボールジョイントヘッド２２の中心３に向かって半径方向内側に延びる。好適な実施形態では、リミッタ５０は、ボールハウジング通路１４と一直線にされ、したがって通路１４と一直線になるそれ自身の対応する通路５２を有する。適切なリミッタ５０は、ピン、カップ、ノブ、止めネジ（ｓｅｔ ｓｃｒｅｗ）、ボールハウジング１０またはボールヘッド２２上の突起、またはそれらの均等物を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
図３に示されるように、リミッタ５０は、ボールヘッド２２がソケット１１内で回転すること、すなわち、ボールピン２４の中心線に沿って延びる第２中心線６周りに矢印Ｂにより示される方向に回転することを制限または防ぐために、設置されることができる。そのため、リミッタ５０は好ましくは、リミッタ通路５２を通るケーブル２を保護するために内部表面１２の上に延びる。ケーブル２を第２表面２９との接触から保護することとボールヘッド２２の回転を防ぐこととの両方により、リミッタ５０は、ケーブル２の磨耗またはねじれによる予想される損傷を防ぐまたは最小限に抑える。リミッタ５０は、ゴミまたはチリがソケット１１内に入ることを防ぐために、通路５２内のグロメット等、シールを有することができる。
【００２９】
ここに開示されたボールジョイントは、多くの様々な用途に利用することができる。限定されない例として、これらのボールジョイントは、ロボットシステムのテレマティック制御のための制御ユニットに利用することができる。このようなシステムでは、使用者はボールピボットを動かし、ボールピボットヘッドの移動が計測されるとともに、例えば位置または速度信号等の制御信号に変換される。次に信号は、システムを対応する方法で動かすために、離れたロボットシステムに送られる。
【００３０】
図１および４を参照すると、本発明の一態様は、例えばロボットシステム等のテレマティック操作のための制御ユニット１００を提供する。ここで使われるように、テレマティックの語は、遠隔物体の制御をもたらすことと一体となった遠隔通信装置を介して、計測する、送信する、受信する、または情報を保存することができる任意のシステムまたは技術を含むことができる。制御ユニット１００は図１に描かれた実施形態のボールジョイント１を有することができる。上記の特徴に加えて、ボールジョイント１は、ボールハウジング１０に対するボールヘッド２２の動きを検知または計測するための一つまたは複数のセンサ６０を有することができる。好適な実施形態では、ボールジョイント１は、ボールヘッド２２の３つの直交方向の動きを検出するために互いに直角に配置された３つのセンサ６０を有する。例えば、光学センサ、ローラ−ボール機械センサ、又は同様なもの等任意の適切なセンサ６０を利用することができる。そして、センサ６０は、制御ユニット１００の基部１０２に配置された制御回路１０４に電気的に接続される。制御回路１０４は、一つまたは複数のセンサ６０から情報を受信するとともにこの情報を、その次に遠隔ロボットシステム（図示せず）に例えば無線モジュール１０６等を介して送られる制御信号に変換する
ある実施形態では、ボールジョイント１は関節アーム１０８に取付けられる。ボールジョイント１のピン２４は、グリップ１１０の動きがボールジョイント１に伝えられるように、グリップ１１０の遠位端部にしっかりと取付けられる。ボールジョイント１の回転に関する情報および関節アーム１０８の位置に関する情報がグリップ１１０の位置データを生成するために有利に使用される。この情報は次に、ロボットシステムを制御するための制御信号を生成するために使用される。
【００３１】
グリップ１１０は概して握りやすくするためにピストルグリップ状に形成されるとともに概してグリップ軸１１１に沿って並べられた細長い形を有する。剛体支持ブロック１１２が、グリップ１１０の上面に取付けられるとともに、ボールピン２４がグリップ１１０の前部からグリップ軸１１１を概して横切る方向１１９に延びるようにボールピン２４の遠位端部にも固定される。
【００３２】
グリップ１１０は、グリップ１１０の前部側から延びるとともにボールジョイント１の方を向くトリガ１１４を有することができる。そのようなものとして、トリガ１１４は、対応するトリガ軸１１９に一直線になる方向に移動することができる。トリガ軸１１９は、トリガ軸１１９とグリップ軸１１１とが互いに概して横切るように、グリップ軸１１１に対して規定される半径方向に位置合わせされる。もちろん、トリガ軸１１９は、グリップ軸１１１により規定される線に対して僅かに傾けられるまたは曲げられることができる。また、トリガ１１４の動きは、完全に直線というよりやや湾曲した経路に沿うことができる。トリガ１１４は、トリガ１１４の位置を検出するとともにトリガ１１４によりもたらされた力を制御する触覚フィードバック機構を有することができる。例えば、処理回路１０４は、ロボット装置からの信号を受信することができるとともに、これらの信号を基にトリガ１１４によりもたらされた力を制御することができる。グリップ１１０はまた、グリップ１１０の選ばれた位置に制御スイッチ１１６を有することもできる。
【００３３】
例えば、ボタン１１６信号、トリガ１１４の位置振動、およびトリガ１１４の触覚フィードバック制御信号のために使用されるもの等、グリップ１１０の各構成部品に接続された電線は、ケーブル２を形成するように一緒に束ねられることができる。図１に示されるように、ケーブル２は、ボールジョイント１内の通路２５、２３および１４を有利に通されることができる。その後、ケーブル２は基部１０２内に制御回路１０４まで通されることができる。前述の装置の利点は、グリップ１１０の動きを制限し得る、使用者の服に引っ掛かり得る、あるいは誤用により損傷を受け得る、グリップ１１０に接続された外部電線または配線が無いことである。
【００３４】
ここに記述された手動コントローラ１００は、例えば無人地上車両（ＵＧＶ）等のロボット装置を制御するために使用することができる６自由度（直交するｘ、ｙ、ｚ軸に沿った直線３自由度、および回転３自由度）を提供する。ロボット装置はまた、ロボットマニピュレータアームを有することもできる。手動コントローラ１００は、使用者の入力制御動作を検知するとともに使用者入力信号を制御システムプロセッサに伝える。それに応じて、制御システムプロセッサは、ロボット装置のロボットアームおよび／または把持装置の姿勢を制御するために、動作制御指令信号をロボット装置に伝える。データリンク１０６が動作制御指令信号を遠くに配置されたロボット装置に伝えるために使用され得る。ユーザインターフェース、制御システムプロセッサ、およびデータリンクは全体で触覚フィードバックを備えるテレマティック制御システムを構成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルを通すことができるボールジョイントであって、
ボールヘッドおよびボールピンを有するボールピボットであって、前記ボールヘッドは部分的に球形状を有するとともに前記ボールピンは前記ボールヘッドにより規定された表面から半径方向に延びる、ボールピボットと；
前記ボールヘッドが中に配置されるソケットを規定するボールハウジングであって、前記ソケットは、前記ボールヘッドがその中で３つの独立した直交回転軸周りに回転することを可能にするよう構成される、ボールハウジングと；
前記ボールピンを通って延びるボールピン通路と；
前記ボールハウジングの内部から前記ボールハウジングの外部に前記ボールハウジングの壁を通って延びる、ボールハウジング通路と；
前記ボールヘッドを通り、前記ボールピン通路から前記ボールハウジング通路に延びる、ボールヘッド通路と；を有し、
前記ボールヘッド通路は、少なくとも第１の方向に延びる第１セクションと、第２の方向に延びる第２セクションとを有し、前記第１の方向は前記第２の方向と平行ではない、
ボールジョイント。
【請求項２】
前記第１セクションは前記ボールピン通路に位置合わせされた開口を有する、
請求項１に記載のボールジョイント。
【請求項３】
前記第２セクションは、前記ボールハウジング内部で前記ボールハウジング通路により規定された開口に一致する開口を有する、
請求項１に記載のボールジョイント。
【請求項４】
前記第２セクションは円錐形であり、前記第１セクションは前記円錐形の頂点部分において前記第２セクションと通じる、
請求項３に記載のボールジョイント。
【請求項５】
前記ボールハウジングに配置された少なくとも１つのリミッタピンをさらに有し、前記リミッタピンは前記ボールヘッド内に規定された中空部内に延びる、
請求項３に記載のボールジョイント。
【請求項６】
前記中空部は前記第２セクションの一部から形成される、
請求項５に記載のボールジョイント。
【請求項７】
前記リミッタピンは、概して前記ボールハウジング通路に位置合わせされ、前記ボールハウジングの内部から前記ボールハウジングの外部に延びるリミッタピン通路をさらに有する、
請求項３に記載のボールジョイント。
【請求項８】
前記ボールピン通路、前記ボールヘッド通路、および前記ボールハウジング通路を通って延びる、少なくとも１つのケーブルをさらに有する、
請求項１に記載のボールジョイント。
【請求項９】
前記ボールヘッドから離れて間隔を空けられた前記ボールピンの近位端部に固定されたハンドグリップをさらに有し、前記少なくとも１つのケーブルが前記ボールピン通路から前記ハンドグリップの内部に延びる、
請求項８に記載のボールジョイント。
【請求項１０】
前記ボールハウジングは、前記３つの独立した直交回転軸の少なくとも１つに位置合わせされた方向の前記ボールハウジングの直線運動を可能にするよう構成された複数の関節アームに旋回可能に取付けられる、
請求項９に記載のボールジョイント。
【請求項１】
ケーブルを通すことができるボールジョイントであって、
ボールヘッドおよびボールピンを有するボールピボットであって、前記ボールヘッドは部分的に球形状を有するとともに前記ボールピンは前記ボールヘッドにより規定された表面から半径方向に延びる、ボールピボットと；
前記ボールヘッドが中に配置されるソケットを規定するボールハウジングであって、前記ソケットは、前記ボールヘッドがその中で３つの独立した直交回転軸周りに回転することを可能にするよう構成される、ボールハウジングと；
前記ボールピンを通って延びるボールピン通路と；
前記ボールハウジングの内部から前記ボールハウジングの外部に前記ボールハウジングの壁を通って延びる、ボールハウジング通路と；
前記ボールヘッドを通り、前記ボールピン通路から前記ボールハウジング通路に延びる、ボールヘッド通路と；を有し、
前記ボールヘッド通路は、少なくとも第１の方向に延びる第１セクションと、第２の方向に延びる第２セクションとを有し、前記第１の方向は前記第２の方向と平行ではない、
ボールジョイント。
【請求項２】
前記第１セクションは前記ボールピン通路に位置合わせされた開口を有する、
請求項１に記載のボールジョイント。
【請求項３】
前記第２セクションは、前記ボールハウジング内部で前記ボールハウジング通路により規定された開口に一致する開口を有する、
請求項１に記載のボールジョイント。
【請求項４】
前記第２セクションは円錐形であり、前記第１セクションは前記円錐形の頂点部分において前記第２セクションと通じる、
請求項３に記載のボールジョイント。
【請求項５】
前記ボールハウジングに配置された少なくとも１つのリミッタピンをさらに有し、前記リミッタピンは前記ボールヘッド内に規定された中空部内に延びる、
請求項３に記載のボールジョイント。
【請求項６】
前記中空部は前記第２セクションの一部から形成される、
請求項５に記載のボールジョイント。
【請求項７】
前記リミッタピンは、概して前記ボールハウジング通路に位置合わせされ、前記ボールハウジングの内部から前記ボールハウジングの外部に延びるリミッタピン通路をさらに有する、
請求項３に記載のボールジョイント。
【請求項８】
前記ボールピン通路、前記ボールヘッド通路、および前記ボールハウジング通路を通って延びる、少なくとも１つのケーブルをさらに有する、
請求項１に記載のボールジョイント。
【請求項９】
前記ボールヘッドから離れて間隔を空けられた前記ボールピンの近位端部に固定されたハンドグリップをさらに有し、前記少なくとも１つのケーブルが前記ボールピン通路から前記ハンドグリップの内部に延びる、
請求項８に記載のボールジョイント。
【請求項１０】
前記ボールハウジングは、前記３つの独立した直交回転軸の少なくとも１つに位置合わせされた方向の前記ボールハウジングの直線運動を可能にするよう構成された複数の関節アームに旋回可能に取付けられる、
請求項９に記載のボールジョイント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２７４９７（Ｐ２０１２−１２７４９７Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６７８８７（Ｐ２０１１−２６７８８７）
【出願日】平成２３年１２月７日（２０１１．１２．７）
【出願人】（５９４０７１６７５）ハリス コーポレイション (287)
【氏名又は名称原語表記】Ｈａｒｒｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月７日（２０１１．１２．７）
【出願人】（５９４０７１６７５）ハリス コーポレイション (287)
【氏名又は名称原語表記】Ｈａｒｒｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
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