マニピュレータシステム
マニピュレータシステムは、入力を有するスレーブトングと、２つの出力を有するマスタハンドルと、遊星ギアアセンブリとを有し、遊星ギアアセンブリは、サンギア、遊星ギア、およびリングギアを有し、マスタハンドルの２つの出力を受けるとともにスレーブトングに単一の出力を提供するように構成されている。一実施形態において、遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、サンギアを係合するように構成された少なくとも１つの遊星ギアと、少なくとも１つの遊星ギアを係合するように構成されたリングギアとを備える。
【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、米国を除くすべての国の指定については出願人として米国企業であるＤｅｌａｗａｒｅ Ｃａｐｉｔａｌ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．の名義で、米国の指定のみについては発明者および出願人として米国民であるＭｉｃｈａｅｌ Ｊ．Ｈａｒｐｅｒの名義で、２００９年１２月１８日にＰＣＴ国際特許出願として出願されたものであり、２００８年１２月１９日に出願された米国特許出願第６１／１３９，３３９号明細書および２００９年１２月１７日に出願された米国特許出願第１２／６４０，２２２号明細書の優先権を主張するものであり、かかる明細書の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本明細書に開示の技術は、一般にマニピュレータシステムに関し、より詳細には遠隔マニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
様々な産業において、通常の周辺条件から隔離された環境において作業、試験、組み立てなどを行うことが好ましい。例えば、いくつかの医療および製薬アプリケーションでは、外部のデブリおよびバクテリアが清浄な環境における条件に実質的に影響を与えられない、実質的により清浄な環境において、かかる活動を行うことが好ましいかもしれない。別の例では、内部の廃棄物が外部の条件に実質的に影響を与えないように、ホットセルまたはホットラボなどの実質的により汚れた環境に、活動を封じ込めるのが好ましいことがあり得る。隔離環境の内部の装置、コンポーネントなどを隔離環境の外部から、環境の隔離自体を破ることなく操作する能力を有することが、しばしば必要である。様々な事例において、遠隔マニピュレータを用いてかかる活動を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
遠隔マニピュレータは、一般に、機械的に、電気的に、もしくは油圧的に、またはこれらの３つの組み合わせを用いて、スレーブアームに接続されたマスタアームを有する。スレーブアームは隔離環境の内部に位置し、マスタアームは隔離環境の外部に位置する。オペレータは、マスタアームを操縦することによりスレーブアームの運動を誘起および指示し、多くの事例において、かかる装置の使用を通じて相当に複雑なタスクを行うことが可能である。遠隔マニピュレータは、数多くのコンポーネントを有するとともに組み立てに多くの時間および専門的技術を要求するかなり複雑な装置であり得る。コンポーネントの数または複雑さを低減するとともに組み立て時間を減少させることが望ましいことが頻繁にある。加えて、オペレータのニーズによっては、種々のアプリケーションにおいて堅牢な遠隔マニピュレータが望ましいことがあり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、ホットセル環境において通常見られる物体を遠隔的に扱うことが可能な気密遠隔マニピュレータを記載している。遠隔マニピュレータは、大きく言って、スレーブトングへの入力を提供するマスタアームを有する。マスタアームとスレーブトングとの間の機械的通信チェーンにより、マスタアームからの指示運動および指示入力が可能になり、スレーブアームによるスレーブトングの応答運動が誘起される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、遊星ギアアセンブリによりマスタアームからの２つの機械的通信チェーンが合流され、スレーブトングに至る単一の機械的通信チェーンが結果的に得られる。換言すれば、マスタハンドルは、１つの出力を有する遊星ギアアセンブリへの第１の入力および第２の入力を提供する。かかる出力は、トングにより受けられると、トングの運動を指示する。入力の一方は、スレーブアームひいてはスレーブトングにおける応答運動を誘起する、マスタアームの物理的移動などの、マスタアームからの指示運動であり得る。別の入力は、スレーブアームひいてはスレーブトングにおける応答運動を機械的に誘起するモータに電気的に働きかける、ボタン、トグル、スイッチなどの、マスタアームからの指示入力であり得る。
【０００７】
遊星ギアシステムは、サンギア、少なくとも１つの遊星ギア、およびリングギアを内蔵する。本明細書に開示の技術の第１の実施形態では、マニピュレータシステムは、入力を有するスレーブトングと、第１の出力、第１の入力、および第２の入力を有する遊星ギアアセンブリとを備える。遊星ギアシステムの第１の出力は、スレーブトングと機械的に通信し、第１の入力および第２の入力は、遊星ギアシステムの第１の出力と機械的に通信する。マスタハンドルは、遊星ギアアセンブリの第１の入力および第２の入力と通信する。
【０００８】
本発明は、本発明の様々な実施形態の後続の詳細な説明を添付の図面とともに検討することにより、より完全に理解および認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、例示の遠隔マニピュレータを示す。
【図２】図２は、本明細書に開示の技術と整合する遊星ギアアセンブリの分解斜視図である。
【図３】図３は、本明細書に開示の技術と整合する遊星ギアアセンブリの部分組立斜視図である。
【図４】図４は、本明細書に開示の技術と整合する遊星ギアアセンブリの組立斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、例示の遠隔マニピュレータを示す。かかる遠隔マニピュレータ１００は、様々な実施形態において本願を通じて開示される技術と整合している。遠隔マニピュレータ１００は、大きく言って、３つの主なコンポーネントを有し、それらは、マスタアーム１４０、スレーブアーム１６０、およびマスタアーム１４０をスレーブアーム１６０に接続するシールチューブ１５０である。スレーブアーム１６０は、隔離環境１１０における内容物を操作する目的で隔離環境１１０におかれる。マスタアーム１４０は、隔離環境１１０の外部、より具体的には、一般にユーザにアクセス可能な二次環境１２０におかれる。隔離環境１１０および二次環境１２０は、スレーブアーム１６０をマスタアーム１４０に接続するようにシールチューブ１５０が通過する壁１３０により隔てられている。壁１３０は、隔離環境１１０におけるコンポーネントを二次環境１２０から見ることを可能にする窓１３５を画成している。
【００１１】
隔離環境１１０は、種々の実施形態において、シールチューブ１５０および窓１３５の周囲を含め、気体、デブリスなどが一方の環境から他方に通過できないように、二次環境１２０から封止されている。隔離環境１１０は、例えば、ホットセルであり得る。
【００１２】
マニピュレータ１００は、マスタアーム１４０が二次環境１２０において特定のやり方（「指示運動」）で操縦されると、スレーブアーム１６０が隔離環境１１０において対応する移動（「応答運動」）で実質的に応答するように構成されている。マスタアーム１４０は、少なくともｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、またはｚ軸方位方向に指示することが可能である。
【００１３】
マスタアーム１４０は、指示運動をさらに容易にするマスタリストジョイント１４５およびマスタハンドル４００を有する。マスタアーム１４０は、指示入力となる任意の数の命令のための種々のトリガ、ボタン、スイッチなどを内蔵することが可能である。かかるトリガ、ボタン、スイッチなどは、マスタハンドル４００上に配設することが可能である。一実施形態では、マスタハンドル４００は、係合されるとスレーブアーム１６０において把持応答運動を発生させるトリガを内蔵する。マスタリストジョイント１４５は、マスタハンドル４００とマスタアーム１４０の遠端との間に位置し、マスタリストジョイント１４５により定義される軸を中心とする回転運動およびマスタリストジョイント１４５を中心とするマスタハンドル４００のピボットなどの複雑な指示運動を可能にする。様々な実施形態において、マスタリストジョイント１４５を中心とするマスタハンドル４００のピボットは、マスタハンドル４００をマスタアーム１４０に対してわずかに持ち上げることに似ている。マスタリストジョイント１４５により可能になる２つの運動は、本願の目的のため、以下では総称して「上昇およびツイスト」運動と呼ぶ。
【００１４】
スレーブアーム１６０の応答運動も、同様に、少なくともｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、またはｚ軸方位方向に行われる。スレーブアーム１６０は、加えて、マスタアーム１４０の指示運動および指示入力に対する応答運動を容易にするスレーブトング５００およびスレーブリストジョイント１６５を有する。スレーブリストジョイント１６５は、スレーブアーム１６０の遠端とスレーブトング５００との間に位置し、スレーブリストジョイント１６５により定義される軸を中心とするスレーブトング５００の回転運動およびスレーブリストジョイント１６５を中心とするスレーブトング５００のピボットを可能にする。マスタハンドル４００に関して上述したように、スレーブリストジョイント１６５を中心とするスレーブトング５００のピボットは、スレーブトング５００をスレーブアーム１６０に対してわずかに持ち上げることに似ている。ここでも、スレーブリストジョイント１６５により可能になるこれらの２つの運動は、本願の目的のため、以下では総称して「上昇およびツイスト」運動と呼ぶ。
【００１５】
様々な実施形態において、マスタハンドル４００上のトリガとスレーブトング５００との間の機械的通信は、Ｒｅｄ Ｗｉｎｇ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａを拠点とするＣｅｎｔｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓにより生産されるＭｏｄｅｌ Ｒ Ｔｅｌｅｍｕｎｉｐｕｌａｔｏｒにおいて用いられるような１つ以上の乗算器を内蔵することが可能である。１つ以上の乗算器を用いて、マスタハンドル４００のトリガの圧搾に応答してスレーブトング５００に結果的に生じる把持力を相対的に増加させることが可能である。
【００１６】
様々な実施形態において、スレーブアーム１６０は、相互交換可能であるとともに、隔離環境１１０と二次環境１２０との間の封止を破壊することなくシールチューブ１５０と連結する独立した遠隔的に取り外し可能なユニットである。かかる実施形態では、スレーブアーム１６０は、隔離環境１１０の外部からスレーブアーム１６０をシールチューブアセンブリ１５０に対して遠隔的に連結または連結解除するための自己調心自己ロック機構を含むことが可能である。また、スレーブトング５００も、遠隔的に取り外し可能であるとともに他のスレーブトングと相互交換可能である。
【００１７】
スレーブリストジョイント１６５およびマスタリストジョイント１４５は、一般に、当該技術において既知の種々の手段を通じて達成可能な上記の上昇およびツイスト運動を可能にするように構築される。様々な実施形態において、リストジョイントは、２つのギアおよびヨークを内蔵し、上昇およびツイスト運動は、それらを通過するチェーンにより駆動される。
【００１８】
また、マスタアーム１４０も、隔離環境１１０の封止を破壊することなくシールチューブアセンブリ１５０と連結する独立した相互交換可能で取り外し可能なユニットである。マスタアーム１４０は、マスタアーム１４０とスレーブアーム１６０との両方のためのＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸運動釣り合い錘を内蔵する。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態では、マスタハンドル４００は、トリガが係合されるとスレーブトング５００の応答把持運動を生じさせる機械的ピストル型グリップ装置である。マスタハンドル４００は、スレーブトング５００の把持を維持することが可能なラチェット装置を含む。ラチェットは、係合状態にロックするかまたは係合状態からロック解除することが可能である。また、マスタハンドル４００は、様々な幅の物体を扱うためのスレーブトング５００の把持のサイズを調整する調整ネジを有する。多くの実施形態では、マスタハンドルを操作するユーザのグリップ感覚に比例するようにスレーブトング５００の把持のサイズを調整することが望ましいことがあり得る。
【００２０】
シールチューブ１５０は、隔離環境１１０を隔離された状態に保ちながら指示運動を伝達することが可能な封止されたユニットである。一実施形態では、シールチューブ１５０は、指示運動を伝達する５つの回転するステンレス鋼シャフトと、スレーブ係合機構を作動させる１つの回転するステンレス鋼シャフトとを有する。シールチューブ１５０のマスタ側端部上には、各シャフトについて一対のニトリルゴムスプリング荷重式リップシールを含む分割式シールプレートが装着されている。各対のシールの間の空間には、グリースが充填されている。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態では、シールチューブ１５０は、二次環境１２０から隔離環境１１０まで壁１３０の少なくとも一部分を通じて封止可能に延在する壁チューブ１５５を通じて隔離環境を封止する。シールチューブ１５０は、少なくとも２つのニトリルゴムスプリング荷重式リップシールが壁チューブ１５５の二次環境１２０に向けた端部に封止された状態で壁チューブ１５５内に封止可能に配設されている。リップシールの間の空間には、一般に、グリースが充填される。かかる構成により、封止された隔離環境１１０を維持しながら、シールチューブ１５０が壁チューブ１５５内で回転することが可能になる。シールチューブ１５０は、特定のアプリケーションのニーズに適合するように変化し得る種々のマスタアームおよびスレーブアームに係合するように構成することが可能である。
【００２２】
一実施形態では、シールチューブ１５０は、フランジ装着され、壁１３０の二次環境１２０側を封止する。一実施形態では、フランジは、直径１４インチ（３５６ｍｍ）であり、直径１２．７２８インチ（３２３．３ｍｍ）のボルトサークル上に８つの均等に離間された直径０．５１インチ（１３．１ｍｍ）の穴を有する。対向する各対の穴は、壁チューブ１５５の中心を通る水平線上にある。また、シールチューブ１５０と壁チューブ１５５との間には、シールチューブ１５０のスレーブ側端部上に汚染バリアが配置されている。かかる汚染バリアは、当該技術において既知のものと整合し得る。
【００２３】
別の実施形態では、シールチューブ１５０は、壁チューブ１５５の二次環境側の付近で壁チューブ１５５の内径に対して装着され、封止する。一例として、壁チューブ１５５は、１０．０２インチ（２５４．５ｍｍ）の内径を有する。シールは、軸方向に圧縮されてシールチューブ１５０アセンブリを壁チューブ１５５の内径に対して封止するように拡張される一対のネオプレンリングで構成される。
【００２４】
マニピュレータ１００は、加えて、電動モータであり得るモータに働きかけることにより指示入力を提供するマスタアーム１４０側の手動操作スイッチを通じてアクセスされるＸ、Ｙ、およびＺ方向の電気駆動式割り出しを有する。Ｘ軸の運動は、Ｘ軸に平行なスレーブアーム１６０の回転により定義される。一実施形態では、スレーブアーム１６０は、マスタアーム１４０に対していずれのＸ軸方向にも３０°まで割り出すことが可能である。一実施形態では、モータは、１．２°毎秒の速度でスレーブアームを割り出すことが可能である。Ｙ軸の運動は、Ｙ軸に平行なスレーブアーム１６０の回転により定義される。一実施形態では、スレーブアーム１６０は、Ｘ軸およびＹ軸により定義される平面に対して垂直なスレーブアーム１６０の位置に対して９０°から−１５°まで割り出すことが可能であり、正の角度は、壁１３０から離れる移動として定義される。この実施形態では、モータは、約５°毎秒の速度でスレーブアームを割り出すことが可能である。Ｚ軸の運動は、Ｚ軸に沿う線形運動により定義される。一実施形態では、モータは、１．２インチ（３０ｍｍ）毎秒の速度で６０ポンド（５０ｋｇ）を持ち上げることが可能である。
【００２５】
スレーブトング５００における応答運動は、マスタハンドル４００と通信するとともに指示運動をスレーブトング５００に伝達する機械的通信チェーンを通じて開始される。指示入力は、上記のように、マスタアーム１４０上に配設することが可能であるが、一般には、マスタハンドル４００からアクセス可能であり、従って、本願の目的のため、マスタハンドル４００から入力されるものとされる。さらにその上、本願の目的のため、マスタハンドル４００の指示運動および入力に応答するスレーブトング５００の応答運動に寄与する要素の組み合わせは、機械的通信チェーンと呼ぶ。様々な実施形態において、機械的通信チェーンは、電子的要素を内蔵し得る実質的に機械的なシステムである。少なくとも１つの実施形態では、機械的通信チェーンは、機械的要素を内蔵する実質的に電子的なシステムである。かかる機械的通信チェーンは、マスタハンドル４００における指示運動または指示入力から開始し、最終的にスレーブトング５００の応答運動に至る。
【００２６】
機械的通信チェーンは、マスタハンドル４００の指示運動または指示入力を受信するとともにスレーブトング５００の応答運動を誘起するように構成された種々のギア、プーリ、チェーン、ケーブル、ドラム、モータなどを備える。
【００２７】
一般に、各運動軸には、特定の機械的通信チェーンが関連付けられる。第１の機械的通信チェーンは、マスタアームの指示運動に応答して第１の軸に沿ってスレーブトングを指示するように構成されている。多くの実施形態では、かかる第１の軸はＸ軸であり得る。加えて、第２の機械的通信チェーンは、さらに、マスタアームの指示運動に応答して第２の軸に沿ってスレーブトングを指示するように構成されている。様々な実施形態において、第２の軸はＹ軸である。第３の機械的通信チェーンは、マスタアームの指示運動に応答して第３の軸に沿ってスレーブトングを指示するように構成され、かかる軸はＺ軸であり得る。第４の機械的通信チェーンは、マスタアームの指示に応答して第３の軸を中心としてスレーブトングを指示するように構成され、かかる運動はＺ軸方位の応答運動に対応し得る。
【００２８】
Ｘ、Ｙ、およびＺ方向の電気駆動式割り出しに関連付けられる移動は、モータに働きかけることにより指示入力を提供するマスタハンドル４００から手動操作スイッチを通じてアクセスされる。様々な実施形態において、モータは電動モータである。モータは、マスタハンドル４００の少なくとも１つのスイッチ、トグル、トリガなどの指示入力からスレーブトング５００の応答運動を誘起する少なくとも１つの機械的通信チェーンにおけるコンポーネントである。Ｘ、Ｙ、およびＺ軸の電気駆動式割り出しに関連付けられる機械的通信チェーンは、上の段落で説明したマスタハンドル４００の指示運動に関連付けられる機械的通信チェーンとは別個のものであることが可能であり、または、下の段落で説明するように１つ以上のコンポーネントを共有することが可能である。
【００２９】
例えば、特定の実施形態では、遊星ギアアセンブリが、特定の軸に沿うスレーブトング５００の応答運動を誘起する２つの機械的通信チェーンにおけるコンポーネントである。第１の機械的通信チェーンは、マスタハンドル４００の指示運動に基づいて特定の軸に沿うスレーブトング５００の応答運動を誘起するものであり、第２の機械的通信チェーンは、電気式割り出しなどを通じて、マスタハンドル４００の指示入力に基づいて特定の軸に沿うスレーブトング５００の応答運動を誘起するものである。
【００３０】
遊星ギアシステムは、マスタハンドル４００の指示運動と通信する第１の入力と、電気式割り出しを開始させるマスタハンドル４００に近接して配設されたスイッチ、トグルなどのマスタハンドル４００の指示入力と通信する第２の入力とを有する。かかる例では、遊星ギアアセンブリの第１の入力は、マスタハンドル４００と機械的に通信し、遊星ギアアセンブリの第２の入力は、電動モータなどを通じてマスタハンドル４００と少なくとも部分的に機械的に通信する。遊星ギアシステムの第１の入力と第２の入力との両方は、遊星ギアシステムの第１の出力と機械的に通信する。出力は、特定の軸に沿ってスレーブトング５００を指示するように構成された機械的通信チェーンに至る。換言すれば、指示運動に基づいてスレーブトング５００を指示するように構成された機械的通信チェーンは、指示入力に基づいてスレーブトング５００を指示するように構成された機械的通信チェーンと遊星ギアアセンブリにおいて合流する。かかる機械的通信チェーンの両方は、同じ軸に沿ってスレーブトング５００を指示するように構成されている。
【００３１】
本明細書で用いる遊星ギアアセンブリとは、少なくともサンギアとサンギアの周囲を回転する遊星ギアとであって、サンギアと遊星ギアとが相互に係合するものを意味する。いくつかの実施形態では、遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、サンギアに係合するように構成された遊星ギアと、サンギアおよび遊星ギアの周囲に配設され遊星ギアに係合するように構成されたリングギアとを含む。いくつかの実施形態では、遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、サンギアに係合する１つ以上の遊星ギアと、遊星ギアに係合するリングギアとを含む。本願と整合する遊星ギアアセンブリを含む遊星ギアシステムを、図２、図３、および図４の説明において以下でより詳細に説明する。
【００３２】
図２および図３は、それぞれ、本明細書に開示の技術と整合する遊星ギアシステムの分解斜視図および部分組立斜視図である。第１の組のネジ２０４（例えば、ソケットヘッドキャップネジ）は、カバープレート２０６により受けられ、ハブキャリア２３６に係合するように設計されている。サンギア２０２、３つの遊星ギア２１０、およびリングギア２１２は、図３に示すように相互に係合するように構成されている。環状テープドラム２１６は、リング平ギア２１２を受けるように構成された表面を定義している。また、２つの第１のドラムダウエルピン２１４および１つの短ダウエルピン２１５も、環状テープドラム２１６により受けられるように構成されている。２つの第１のドラムダウエルピン２１４は、テープドラムの周囲に配設されたテープに摩擦係合するように構成されている。短ダウエルピン２１５は、リングギア２１２を受けることによりアセンブリを構造的に位置合わせする。
【００３３】
３つの遊星ギアダウエルピン２３４は、各遊星ギア２１０のギアベアリング２０８およびハブキャリア２３６により受けられる。第１のプレートネジ２２２は、第１のベアリングプレート２２０をテープドラム２１６に連結し、第２のプレートネジ２２６は、第２のベアリングプレート２２８をベアリングマウント２４０に連結する。第１のベアリングプレート２２０および第２のベアリングプレート２２８は、それぞれ、第１のベアリング２１８の外輪および第２のベアリング２３２の外輪を固定する。ベアリングスペーサ２２４は、第１のベアリング２１８の内輪と第２のベアリング２３２の内輪との間に配設される。ハブキャリア２３６は、ベアリング２３０およびドライブシャフト２４２を受ける。ハブキャリア２３６とドライブシャフト２４２との両方は、ハブダウエルピン２３８を受ける。
【００３４】
様々な実施形態において、遊星ギアシステム２００の様々なコンポーネントを連結する他の手段を用いることが可能であり、それらは一般に当該技術において既知である。図２および図３に示す実施形態では、第１の組のネジ２０４は、一実施形態ではソケットヘッドキャップネジであり、ステンレス鋼から構築されている。加えて、第１のプレートネジ２２２および第２のプレートネジ２２６は、ステンレス鋼の平頭皿ネジである。加えて、コンポーネントは、当該技術において一般に用いられる材料で構築されている。この特定の実施形態では、カバープレート２０６、テープドラム２１６、ベアリングスペーサ２２４、第１のベアリングプレート２２０、第２のベアリングプレート２２８、ハブキャリア２３６、およびベアリングマウント２４０は、アルミニウムで構築されている。ドライブシャフト２４２、ベアリング２３０、遊星平ギア２１０、リング平ギア２１２、および出力平ギアは、１種類以上のステンレス鋼で構築されている。遊星平ギア２１０、リング平ギア２１２、および出力平ギアは、１７−４ステンレス鋼などの高強度ステンレス鋼で構築することが可能である。また、他の種類の材料も予期される。
【００３５】
図４は、図２および図３に示す遊星ギアシステムの完全に組み立てた状態の斜視図であり、それらの図面に鑑みて十分に理解することが可能である。一般に、遊星ギアシステム２００への２つの入力が存在する。第１の機械的通信チェーンは第１の入力に連結され、第２の機械的通信チェーンは第２の入力に連結される。第１の入力は、ドライブシャフト２４２を通じてである。記載の実施形態におけるドライブシャフト２４２は、図１の検討において説明したように、電気式割り出し用モータの出力と機械的に通信するように構成されている。ドライブシャフトは、この実施形態では遊星ギアである、遊星ギアアセンブリの入力に連結されている。遊星ギアシステムへの入力を提供する第２の方法は、テープドラム２１６に摩擦係合するテープを受けるように構成されたテープドラム２１６を通じてである。テープドラム２１６は、具体的にはこの実施形態ではリングギアである、遊星ギアアセンブリの第２の入力に連結されている。遊星ギアアセンブリへの入力の両方の方法を通じて、運動の速度が運動の力に変換され、サンギア２０２を通じた出力が結果的に得られる。サンギア２０２は、別の機械的通信チェーンに連結される。少なくとも１つの実施形態では、サンギア２０２は、Ｚ軸に沿う応答運動を結果的に生じる機械的通信チェーンに連結される。
【００３６】
本明細書および付帯の請求項において用いるフレーズ「構成される」は、特定のタスクを行うまたは特定の構成を採用するように構築または構成されたシステム、装置、または他の構造を説明するものであることにも留意すべきである。フレーズ「構成される」は、「編成される」、「編成および構成される」、「構築および編成される」、「構築される」、「製造および編成される」などの他の類似のフレーズと相互交換可能に用いることが可能である。
【００３７】
本明細書におけるすべての刊行物および特許出願は、本発明が属する分野における通常の技量のレベルを示している。すべての刊行物および特許出願は、個々の刊行物または特許出願が具体的および個々に参照により示されたのと同様に参照により本明細書に組み込まれる。
【００３８】
本願は、本主題の適応または変形を網羅することを意図している。上記の説明は、限定ではなく説明を意図していることを理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国を除くすべての国の指定については出願人として米国企業であるＤｅｌａｗａｒｅ Ｃａｐｉｔａｌ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．の名義で、米国の指定のみについては発明者および出願人として米国民であるＭｉｃｈａｅｌ Ｊ．Ｈａｒｐｅｒの名義で、２００９年１２月１８日にＰＣＴ国際特許出願として出願されたものであり、２００８年１２月１９日に出願された米国特許出願第６１／１３９，３３９号明細書および２００９年１２月１７日に出願された米国特許出願第１２／６４０，２２２号明細書の優先権を主張するものであり、かかる明細書の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本明細書に開示の技術は、一般にマニピュレータシステムに関し、より詳細には遠隔マニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
様々な産業において、通常の周辺条件から隔離された環境において作業、試験、組み立てなどを行うことが好ましい。例えば、いくつかの医療および製薬アプリケーションでは、外部のデブリおよびバクテリアが清浄な環境における条件に実質的に影響を与えられない、実質的により清浄な環境において、かかる活動を行うことが好ましいかもしれない。別の例では、内部の廃棄物が外部の条件に実質的に影響を与えないように、ホットセルまたはホットラボなどの実質的により汚れた環境に、活動を封じ込めるのが好ましいことがあり得る。隔離環境の内部の装置、コンポーネントなどを隔離環境の外部から、環境の隔離自体を破ることなく操作する能力を有することが、しばしば必要である。様々な事例において、遠隔マニピュレータを用いてかかる活動を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
遠隔マニピュレータは、一般に、機械的に、電気的に、もしくは油圧的に、またはこれらの３つの組み合わせを用いて、スレーブアームに接続されたマスタアームを有する。スレーブアームは隔離環境の内部に位置し、マスタアームは隔離環境の外部に位置する。オペレータは、マスタアームを操縦することによりスレーブアームの運動を誘起および指示し、多くの事例において、かかる装置の使用を通じて相当に複雑なタスクを行うことが可能である。遠隔マニピュレータは、数多くのコンポーネントを有するとともに組み立てに多くの時間および専門的技術を要求するかなり複雑な装置であり得る。コンポーネントの数または複雑さを低減するとともに組み立て時間を減少させることが望ましいことが頻繁にある。加えて、オペレータのニーズによっては、種々のアプリケーションにおいて堅牢な遠隔マニピュレータが望ましいことがあり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、ホットセル環境において通常見られる物体を遠隔的に扱うことが可能な気密遠隔マニピュレータを記載している。遠隔マニピュレータは、大きく言って、スレーブトングへの入力を提供するマスタアームを有する。マスタアームとスレーブトングとの間の機械的通信チェーンにより、マスタアームからの指示運動および指示入力が可能になり、スレーブアームによるスレーブトングの応答運動が誘起される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、遊星ギアアセンブリによりマスタアームからの２つの機械的通信チェーンが合流され、スレーブトングに至る単一の機械的通信チェーンが結果的に得られる。換言すれば、マスタハンドルは、１つの出力を有する遊星ギアアセンブリへの第１の入力および第２の入力を提供する。かかる出力は、トングにより受けられると、トングの運動を指示する。入力の一方は、スレーブアームひいてはスレーブトングにおける応答運動を誘起する、マスタアームの物理的移動などの、マスタアームからの指示運動であり得る。別の入力は、スレーブアームひいてはスレーブトングにおける応答運動を機械的に誘起するモータに電気的に働きかける、ボタン、トグル、スイッチなどの、マスタアームからの指示入力であり得る。
【０００７】
遊星ギアシステムは、サンギア、少なくとも１つの遊星ギア、およびリングギアを内蔵する。本明細書に開示の技術の第１の実施形態では、マニピュレータシステムは、入力を有するスレーブトングと、第１の出力、第１の入力、および第２の入力を有する遊星ギアアセンブリとを備える。遊星ギアシステムの第１の出力は、スレーブトングと機械的に通信し、第１の入力および第２の入力は、遊星ギアシステムの第１の出力と機械的に通信する。マスタハンドルは、遊星ギアアセンブリの第１の入力および第２の入力と通信する。
【０００８】
本発明は、本発明の様々な実施形態の後続の詳細な説明を添付の図面とともに検討することにより、より完全に理解および認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、例示の遠隔マニピュレータを示す。
【図２】図２は、本明細書に開示の技術と整合する遊星ギアアセンブリの分解斜視図である。
【図３】図３は、本明細書に開示の技術と整合する遊星ギアアセンブリの部分組立斜視図である。
【図４】図４は、本明細書に開示の技術と整合する遊星ギアアセンブリの組立斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、例示の遠隔マニピュレータを示す。かかる遠隔マニピュレータ１００は、様々な実施形態において本願を通じて開示される技術と整合している。遠隔マニピュレータ１００は、大きく言って、３つの主なコンポーネントを有し、それらは、マスタアーム１４０、スレーブアーム１６０、およびマスタアーム１４０をスレーブアーム１６０に接続するシールチューブ１５０である。スレーブアーム１６０は、隔離環境１１０における内容物を操作する目的で隔離環境１１０におかれる。マスタアーム１４０は、隔離環境１１０の外部、より具体的には、一般にユーザにアクセス可能な二次環境１２０におかれる。隔離環境１１０および二次環境１２０は、スレーブアーム１６０をマスタアーム１４０に接続するようにシールチューブ１５０が通過する壁１３０により隔てられている。壁１３０は、隔離環境１１０におけるコンポーネントを二次環境１２０から見ることを可能にする窓１３５を画成している。
【００１１】
隔離環境１１０は、種々の実施形態において、シールチューブ１５０および窓１３５の周囲を含め、気体、デブリスなどが一方の環境から他方に通過できないように、二次環境１２０から封止されている。隔離環境１１０は、例えば、ホットセルであり得る。
【００１２】
マニピュレータ１００は、マスタアーム１４０が二次環境１２０において特定のやり方（「指示運動」）で操縦されると、スレーブアーム１６０が隔離環境１１０において対応する移動（「応答運動」）で実質的に応答するように構成されている。マスタアーム１４０は、少なくともｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、またはｚ軸方位方向に指示することが可能である。
【００１３】
マスタアーム１４０は、指示運動をさらに容易にするマスタリストジョイント１４５およびマスタハンドル４００を有する。マスタアーム１４０は、指示入力となる任意の数の命令のための種々のトリガ、ボタン、スイッチなどを内蔵することが可能である。かかるトリガ、ボタン、スイッチなどは、マスタハンドル４００上に配設することが可能である。一実施形態では、マスタハンドル４００は、係合されるとスレーブアーム１６０において把持応答運動を発生させるトリガを内蔵する。マスタリストジョイント１４５は、マスタハンドル４００とマスタアーム１４０の遠端との間に位置し、マスタリストジョイント１４５により定義される軸を中心とする回転運動およびマスタリストジョイント１４５を中心とするマスタハンドル４００のピボットなどの複雑な指示運動を可能にする。様々な実施形態において、マスタリストジョイント１４５を中心とするマスタハンドル４００のピボットは、マスタハンドル４００をマスタアーム１４０に対してわずかに持ち上げることに似ている。マスタリストジョイント１４５により可能になる２つの運動は、本願の目的のため、以下では総称して「上昇およびツイスト」運動と呼ぶ。
【００１４】
スレーブアーム１６０の応答運動も、同様に、少なくともｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、またはｚ軸方位方向に行われる。スレーブアーム１６０は、加えて、マスタアーム１４０の指示運動および指示入力に対する応答運動を容易にするスレーブトング５００およびスレーブリストジョイント１６５を有する。スレーブリストジョイント１６５は、スレーブアーム１６０の遠端とスレーブトング５００との間に位置し、スレーブリストジョイント１６５により定義される軸を中心とするスレーブトング５００の回転運動およびスレーブリストジョイント１６５を中心とするスレーブトング５００のピボットを可能にする。マスタハンドル４００に関して上述したように、スレーブリストジョイント１６５を中心とするスレーブトング５００のピボットは、スレーブトング５００をスレーブアーム１６０に対してわずかに持ち上げることに似ている。ここでも、スレーブリストジョイント１６５により可能になるこれらの２つの運動は、本願の目的のため、以下では総称して「上昇およびツイスト」運動と呼ぶ。
【００１５】
様々な実施形態において、マスタハンドル４００上のトリガとスレーブトング５００との間の機械的通信は、Ｒｅｄ Ｗｉｎｇ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａを拠点とするＣｅｎｔｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓにより生産されるＭｏｄｅｌ Ｒ Ｔｅｌｅｍｕｎｉｐｕｌａｔｏｒにおいて用いられるような１つ以上の乗算器を内蔵することが可能である。１つ以上の乗算器を用いて、マスタハンドル４００のトリガの圧搾に応答してスレーブトング５００に結果的に生じる把持力を相対的に増加させることが可能である。
【００１６】
様々な実施形態において、スレーブアーム１６０は、相互交換可能であるとともに、隔離環境１１０と二次環境１２０との間の封止を破壊することなくシールチューブ１５０と連結する独立した遠隔的に取り外し可能なユニットである。かかる実施形態では、スレーブアーム１６０は、隔離環境１１０の外部からスレーブアーム１６０をシールチューブアセンブリ１５０に対して遠隔的に連結または連結解除するための自己調心自己ロック機構を含むことが可能である。また、スレーブトング５００も、遠隔的に取り外し可能であるとともに他のスレーブトングと相互交換可能である。
【００１７】
スレーブリストジョイント１６５およびマスタリストジョイント１４５は、一般に、当該技術において既知の種々の手段を通じて達成可能な上記の上昇およびツイスト運動を可能にするように構築される。様々な実施形態において、リストジョイントは、２つのギアおよびヨークを内蔵し、上昇およびツイスト運動は、それらを通過するチェーンにより駆動される。
【００１８】
また、マスタアーム１４０も、隔離環境１１０の封止を破壊することなくシールチューブアセンブリ１５０と連結する独立した相互交換可能で取り外し可能なユニットである。マスタアーム１４０は、マスタアーム１４０とスレーブアーム１６０との両方のためのＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸運動釣り合い錘を内蔵する。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態では、マスタハンドル４００は、トリガが係合されるとスレーブトング５００の応答把持運動を生じさせる機械的ピストル型グリップ装置である。マスタハンドル４００は、スレーブトング５００の把持を維持することが可能なラチェット装置を含む。ラチェットは、係合状態にロックするかまたは係合状態からロック解除することが可能である。また、マスタハンドル４００は、様々な幅の物体を扱うためのスレーブトング５００の把持のサイズを調整する調整ネジを有する。多くの実施形態では、マスタハンドルを操作するユーザのグリップ感覚に比例するようにスレーブトング５００の把持のサイズを調整することが望ましいことがあり得る。
【００２０】
シールチューブ１５０は、隔離環境１１０を隔離された状態に保ちながら指示運動を伝達することが可能な封止されたユニットである。一実施形態では、シールチューブ１５０は、指示運動を伝達する５つの回転するステンレス鋼シャフトと、スレーブ係合機構を作動させる１つの回転するステンレス鋼シャフトとを有する。シールチューブ１５０のマスタ側端部上には、各シャフトについて一対のニトリルゴムスプリング荷重式リップシールを含む分割式シールプレートが装着されている。各対のシールの間の空間には、グリースが充填されている。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態では、シールチューブ１５０は、二次環境１２０から隔離環境１１０まで壁１３０の少なくとも一部分を通じて封止可能に延在する壁チューブ１５５を通じて隔離環境を封止する。シールチューブ１５０は、少なくとも２つのニトリルゴムスプリング荷重式リップシールが壁チューブ１５５の二次環境１２０に向けた端部に封止された状態で壁チューブ１５５内に封止可能に配設されている。リップシールの間の空間には、一般に、グリースが充填される。かかる構成により、封止された隔離環境１１０を維持しながら、シールチューブ１５０が壁チューブ１５５内で回転することが可能になる。シールチューブ１５０は、特定のアプリケーションのニーズに適合するように変化し得る種々のマスタアームおよびスレーブアームに係合するように構成することが可能である。
【００２２】
一実施形態では、シールチューブ１５０は、フランジ装着され、壁１３０の二次環境１２０側を封止する。一実施形態では、フランジは、直径１４インチ（３５６ｍｍ）であり、直径１２．７２８インチ（３２３．３ｍｍ）のボルトサークル上に８つの均等に離間された直径０．５１インチ（１３．１ｍｍ）の穴を有する。対向する各対の穴は、壁チューブ１５５の中心を通る水平線上にある。また、シールチューブ１５０と壁チューブ１５５との間には、シールチューブ１５０のスレーブ側端部上に汚染バリアが配置されている。かかる汚染バリアは、当該技術において既知のものと整合し得る。
【００２３】
別の実施形態では、シールチューブ１５０は、壁チューブ１５５の二次環境側の付近で壁チューブ１５５の内径に対して装着され、封止する。一例として、壁チューブ１５５は、１０．０２インチ（２５４．５ｍｍ）の内径を有する。シールは、軸方向に圧縮されてシールチューブ１５０アセンブリを壁チューブ１５５の内径に対して封止するように拡張される一対のネオプレンリングで構成される。
【００２４】
マニピュレータ１００は、加えて、電動モータであり得るモータに働きかけることにより指示入力を提供するマスタアーム１４０側の手動操作スイッチを通じてアクセスされるＸ、Ｙ、およびＺ方向の電気駆動式割り出しを有する。Ｘ軸の運動は、Ｘ軸に平行なスレーブアーム１６０の回転により定義される。一実施形態では、スレーブアーム１６０は、マスタアーム１４０に対していずれのＸ軸方向にも３０°まで割り出すことが可能である。一実施形態では、モータは、１．２°毎秒の速度でスレーブアームを割り出すことが可能である。Ｙ軸の運動は、Ｙ軸に平行なスレーブアーム１６０の回転により定義される。一実施形態では、スレーブアーム１６０は、Ｘ軸およびＹ軸により定義される平面に対して垂直なスレーブアーム１６０の位置に対して９０°から−１５°まで割り出すことが可能であり、正の角度は、壁１３０から離れる移動として定義される。この実施形態では、モータは、約５°毎秒の速度でスレーブアームを割り出すことが可能である。Ｚ軸の運動は、Ｚ軸に沿う線形運動により定義される。一実施形態では、モータは、１．２インチ（３０ｍｍ）毎秒の速度で６０ポンド（５０ｋｇ）を持ち上げることが可能である。
【００２５】
スレーブトング５００における応答運動は、マスタハンドル４００と通信するとともに指示運動をスレーブトング５００に伝達する機械的通信チェーンを通じて開始される。指示入力は、上記のように、マスタアーム１４０上に配設することが可能であるが、一般には、マスタハンドル４００からアクセス可能であり、従って、本願の目的のため、マスタハンドル４００から入力されるものとされる。さらにその上、本願の目的のため、マスタハンドル４００の指示運動および入力に応答するスレーブトング５００の応答運動に寄与する要素の組み合わせは、機械的通信チェーンと呼ぶ。様々な実施形態において、機械的通信チェーンは、電子的要素を内蔵し得る実質的に機械的なシステムである。少なくとも１つの実施形態では、機械的通信チェーンは、機械的要素を内蔵する実質的に電子的なシステムである。かかる機械的通信チェーンは、マスタハンドル４００における指示運動または指示入力から開始し、最終的にスレーブトング５００の応答運動に至る。
【００２６】
機械的通信チェーンは、マスタハンドル４００の指示運動または指示入力を受信するとともにスレーブトング５００の応答運動を誘起するように構成された種々のギア、プーリ、チェーン、ケーブル、ドラム、モータなどを備える。
【００２７】
一般に、各運動軸には、特定の機械的通信チェーンが関連付けられる。第１の機械的通信チェーンは、マスタアームの指示運動に応答して第１の軸に沿ってスレーブトングを指示するように構成されている。多くの実施形態では、かかる第１の軸はＸ軸であり得る。加えて、第２の機械的通信チェーンは、さらに、マスタアームの指示運動に応答して第２の軸に沿ってスレーブトングを指示するように構成されている。様々な実施形態において、第２の軸はＹ軸である。第３の機械的通信チェーンは、マスタアームの指示運動に応答して第３の軸に沿ってスレーブトングを指示するように構成され、かかる軸はＺ軸であり得る。第４の機械的通信チェーンは、マスタアームの指示に応答して第３の軸を中心としてスレーブトングを指示するように構成され、かかる運動はＺ軸方位の応答運動に対応し得る。
【００２８】
Ｘ、Ｙ、およびＺ方向の電気駆動式割り出しに関連付けられる移動は、モータに働きかけることにより指示入力を提供するマスタハンドル４００から手動操作スイッチを通じてアクセスされる。様々な実施形態において、モータは電動モータである。モータは、マスタハンドル４００の少なくとも１つのスイッチ、トグル、トリガなどの指示入力からスレーブトング５００の応答運動を誘起する少なくとも１つの機械的通信チェーンにおけるコンポーネントである。Ｘ、Ｙ、およびＺ軸の電気駆動式割り出しに関連付けられる機械的通信チェーンは、上の段落で説明したマスタハンドル４００の指示運動に関連付けられる機械的通信チェーンとは別個のものであることが可能であり、または、下の段落で説明するように１つ以上のコンポーネントを共有することが可能である。
【００２９】
例えば、特定の実施形態では、遊星ギアアセンブリが、特定の軸に沿うスレーブトング５００の応答運動を誘起する２つの機械的通信チェーンにおけるコンポーネントである。第１の機械的通信チェーンは、マスタハンドル４００の指示運動に基づいて特定の軸に沿うスレーブトング５００の応答運動を誘起するものであり、第２の機械的通信チェーンは、電気式割り出しなどを通じて、マスタハンドル４００の指示入力に基づいて特定の軸に沿うスレーブトング５００の応答運動を誘起するものである。
【００３０】
遊星ギアシステムは、マスタハンドル４００の指示運動と通信する第１の入力と、電気式割り出しを開始させるマスタハンドル４００に近接して配設されたスイッチ、トグルなどのマスタハンドル４００の指示入力と通信する第２の入力とを有する。かかる例では、遊星ギアアセンブリの第１の入力は、マスタハンドル４００と機械的に通信し、遊星ギアアセンブリの第２の入力は、電動モータなどを通じてマスタハンドル４００と少なくとも部分的に機械的に通信する。遊星ギアシステムの第１の入力と第２の入力との両方は、遊星ギアシステムの第１の出力と機械的に通信する。出力は、特定の軸に沿ってスレーブトング５００を指示するように構成された機械的通信チェーンに至る。換言すれば、指示運動に基づいてスレーブトング５００を指示するように構成された機械的通信チェーンは、指示入力に基づいてスレーブトング５００を指示するように構成された機械的通信チェーンと遊星ギアアセンブリにおいて合流する。かかる機械的通信チェーンの両方は、同じ軸に沿ってスレーブトング５００を指示するように構成されている。
【００３１】
本明細書で用いる遊星ギアアセンブリとは、少なくともサンギアとサンギアの周囲を回転する遊星ギアとであって、サンギアと遊星ギアとが相互に係合するものを意味する。いくつかの実施形態では、遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、サンギアに係合するように構成された遊星ギアと、サンギアおよび遊星ギアの周囲に配設され遊星ギアに係合するように構成されたリングギアとを含む。いくつかの実施形態では、遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、サンギアに係合する１つ以上の遊星ギアと、遊星ギアに係合するリングギアとを含む。本願と整合する遊星ギアアセンブリを含む遊星ギアシステムを、図２、図３、および図４の説明において以下でより詳細に説明する。
【００３２】
図２および図３は、それぞれ、本明細書に開示の技術と整合する遊星ギアシステムの分解斜視図および部分組立斜視図である。第１の組のネジ２０４（例えば、ソケットヘッドキャップネジ）は、カバープレート２０６により受けられ、ハブキャリア２３６に係合するように設計されている。サンギア２０２、３つの遊星ギア２１０、およびリングギア２１２は、図３に示すように相互に係合するように構成されている。環状テープドラム２１６は、リング平ギア２１２を受けるように構成された表面を定義している。また、２つの第１のドラムダウエルピン２１４および１つの短ダウエルピン２１５も、環状テープドラム２１６により受けられるように構成されている。２つの第１のドラムダウエルピン２１４は、テープドラムの周囲に配設されたテープに摩擦係合するように構成されている。短ダウエルピン２１５は、リングギア２１２を受けることによりアセンブリを構造的に位置合わせする。
【００３３】
３つの遊星ギアダウエルピン２３４は、各遊星ギア２１０のギアベアリング２０８およびハブキャリア２３６により受けられる。第１のプレートネジ２２２は、第１のベアリングプレート２２０をテープドラム２１６に連結し、第２のプレートネジ２２６は、第２のベアリングプレート２２８をベアリングマウント２４０に連結する。第１のベアリングプレート２２０および第２のベアリングプレート２２８は、それぞれ、第１のベアリング２１８の外輪および第２のベアリング２３２の外輪を固定する。ベアリングスペーサ２２４は、第１のベアリング２１８の内輪と第２のベアリング２３２の内輪との間に配設される。ハブキャリア２３６は、ベアリング２３０およびドライブシャフト２４２を受ける。ハブキャリア２３６とドライブシャフト２４２との両方は、ハブダウエルピン２３８を受ける。
【００３４】
様々な実施形態において、遊星ギアシステム２００の様々なコンポーネントを連結する他の手段を用いることが可能であり、それらは一般に当該技術において既知である。図２および図３に示す実施形態では、第１の組のネジ２０４は、一実施形態ではソケットヘッドキャップネジであり、ステンレス鋼から構築されている。加えて、第１のプレートネジ２２２および第２のプレートネジ２２６は、ステンレス鋼の平頭皿ネジである。加えて、コンポーネントは、当該技術において一般に用いられる材料で構築されている。この特定の実施形態では、カバープレート２０６、テープドラム２１６、ベアリングスペーサ２２４、第１のベアリングプレート２２０、第２のベアリングプレート２２８、ハブキャリア２３６、およびベアリングマウント２４０は、アルミニウムで構築されている。ドライブシャフト２４２、ベアリング２３０、遊星平ギア２１０、リング平ギア２１２、および出力平ギアは、１種類以上のステンレス鋼で構築されている。遊星平ギア２１０、リング平ギア２１２、および出力平ギアは、１７−４ステンレス鋼などの高強度ステンレス鋼で構築することが可能である。また、他の種類の材料も予期される。
【００３５】
図４は、図２および図３に示す遊星ギアシステムの完全に組み立てた状態の斜視図であり、それらの図面に鑑みて十分に理解することが可能である。一般に、遊星ギアシステム２００への２つの入力が存在する。第１の機械的通信チェーンは第１の入力に連結され、第２の機械的通信チェーンは第２の入力に連結される。第１の入力は、ドライブシャフト２４２を通じてである。記載の実施形態におけるドライブシャフト２４２は、図１の検討において説明したように、電気式割り出し用モータの出力と機械的に通信するように構成されている。ドライブシャフトは、この実施形態では遊星ギアである、遊星ギアアセンブリの入力に連結されている。遊星ギアシステムへの入力を提供する第２の方法は、テープドラム２１６に摩擦係合するテープを受けるように構成されたテープドラム２１６を通じてである。テープドラム２１６は、具体的にはこの実施形態ではリングギアである、遊星ギアアセンブリの第２の入力に連結されている。遊星ギアアセンブリへの入力の両方の方法を通じて、運動の速度が運動の力に変換され、サンギア２０２を通じた出力が結果的に得られる。サンギア２０２は、別の機械的通信チェーンに連結される。少なくとも１つの実施形態では、サンギア２０２は、Ｚ軸に沿う応答運動を結果的に生じる機械的通信チェーンに連結される。
【００３６】
本明細書および付帯の請求項において用いるフレーズ「構成される」は、特定のタスクを行うまたは特定の構成を採用するように構築または構成されたシステム、装置、または他の構造を説明するものであることにも留意すべきである。フレーズ「構成される」は、「編成される」、「編成および構成される」、「構築および編成される」、「構築される」、「製造および編成される」などの他の類似のフレーズと相互交換可能に用いることが可能である。
【００３７】
本明細書におけるすべての刊行物および特許出願は、本発明が属する分野における通常の技量のレベルを示している。すべての刊行物および特許出願は、個々の刊行物または特許出願が具体的および個々に参照により示されたのと同様に参照により本明細書に組み込まれる。
【００３８】
本願は、本主題の適応または変形を網羅することを意図している。上記の説明は、限定ではなく説明を意図していることを理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力を有するスレーブトングと；
第１の出力、第１の入力、および第２の入力を有する遊星ギアアセンブリであって、前記第１の出力は前記スレーブトングと機械的に通信し、前記第１の入力および前記第２の入力は前記第１の出力と機械的に通信する、遊星ギアアセンブリと；
前記遊星ギアアセンブリの前記第１の入力および前記第２の入力と通信するマスタアームと；を備える、マニピュレータシステム。
【請求項２】
前記マスタアームは、前記遊星ギアアセンブリの前記第１の入力と機械的に通信する、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項３】
前記マスタアームは、前記遊星ギアアセンブリの前記第２の入力と少なくとも部分的に電気的に通信する、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項４】
前記マスタアームはモータと電気的に通信し、前記モータは前記スレーブトングと機械的に通信する、請求項３に記載のマニピュレータシステム。
【請求項５】
前記遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、前記サンギアに係合するように構成された少なくとも１つの遊星ギアと、前記少なくとも１つの遊星ギアに係合するように構成されたリングギアとを備える、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項６】
前記リングギアは前記第１の入力である、請求項５に記載のマニピュレータシステム。
【請求項７】
前記サンギアは前記第１の出力である、請求項５に記載のマニピュレータシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの遊星ギアは前記第２の入力である、請求項５に記載のマニピュレータシステム。
【請求項９】
３つの遊星ギアを備える、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１０】
スレーブトングと；
前記スレーブトングと通信するマスタハンドルと；
前記マスタハンドルの指示運動に応答する第１の機械的通信チェーンと；
前記マスタハンドルの指示入力に応答する第２の機械的通信チェーンと；
第１の入力、第２の入力、および第１の出力を有する遊星ギアアセンブリであって、前記第１の機械的通信チェーンは前記第１の入力に連結され、前記第２の機械的通信チェーンは前記第２の入力に連結されている、遊星ギアアセンブリと；
前記スレーブトングの応答運動を誘起するように構成された、前記遊星ギアアセンブリの前記第１の出力に応答する第３の機械的通信チェーンと；を備える、マニピュレータシステム。
【請求項１１】
前記遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、前記サンギアに係合するように構成された少なくとも１つの遊星ギアと、前記少なくとも１つの遊星ギアに係合するように構成されたリングギアとを備える、請求項１０に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１２】
前記リングギアは前記第１の入力である、請求項１１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１３】
前記サンギアは前記第１の出力である、請求項１１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの遊星ギアは前記第２の入力である、請求項１１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１５】
前記第２の機械的通信チェーンは前記マスタハンドルと電気的に通信するモータを備え、前記モータは前記スレーブトングと機械的に通信する、請求項１０に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１６】
３つの遊星ギアを備える、請求項１０に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１】
入力を有するスレーブトングと；
第１の出力、第１の入力、および第２の入力を有する遊星ギアアセンブリであって、前記第１の出力は前記スレーブトングと機械的に通信し、前記第１の入力および前記第２の入力は前記第１の出力と機械的に通信する、遊星ギアアセンブリと；
前記遊星ギアアセンブリの前記第１の入力および前記第２の入力と通信するマスタアームと；を備える、マニピュレータシステム。
【請求項２】
前記マスタアームは、前記遊星ギアアセンブリの前記第１の入力と機械的に通信する、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項３】
前記マスタアームは、前記遊星ギアアセンブリの前記第２の入力と少なくとも部分的に電気的に通信する、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項４】
前記マスタアームはモータと電気的に通信し、前記モータは前記スレーブトングと機械的に通信する、請求項３に記載のマニピュレータシステム。
【請求項５】
前記遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、前記サンギアに係合するように構成された少なくとも１つの遊星ギアと、前記少なくとも１つの遊星ギアに係合するように構成されたリングギアとを備える、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項６】
前記リングギアは前記第１の入力である、請求項５に記載のマニピュレータシステム。
【請求項７】
前記サンギアは前記第１の出力である、請求項５に記載のマニピュレータシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの遊星ギアは前記第２の入力である、請求項５に記載のマニピュレータシステム。
【請求項９】
３つの遊星ギアを備える、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１０】
スレーブトングと；
前記スレーブトングと通信するマスタハンドルと；
前記マスタハンドルの指示運動に応答する第１の機械的通信チェーンと；
前記マスタハンドルの指示入力に応答する第２の機械的通信チェーンと；
第１の入力、第２の入力、および第１の出力を有する遊星ギアアセンブリであって、前記第１の機械的通信チェーンは前記第１の入力に連結され、前記第２の機械的通信チェーンは前記第２の入力に連結されている、遊星ギアアセンブリと；
前記スレーブトングの応答運動を誘起するように構成された、前記遊星ギアアセンブリの前記第１の出力に応答する第３の機械的通信チェーンと；を備える、マニピュレータシステム。
【請求項１１】
前記遊星ギアアセンブリは、少なくともサンギアと、前記サンギアに係合するように構成された少なくとも１つの遊星ギアと、前記少なくとも１つの遊星ギアに係合するように構成されたリングギアとを備える、請求項１０に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１２】
前記リングギアは前記第１の入力である、請求項１１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１３】
前記サンギアは前記第１の出力である、請求項１１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの遊星ギアは前記第２の入力である、請求項１１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１５】
前記第２の機械的通信チェーンは前記マスタハンドルと電気的に通信するモータを備え、前記モータは前記スレーブトングと機械的に通信する、請求項１０に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１６】
３つの遊星ギアを備える、請求項１０に記載のマニピュレータシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５１０３８１（Ｐ２０１２−５１０３８１Ａ）
【公表日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３９８１１（Ｐ２０１１−５３９８１１）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６８７５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７１８０８
【国際公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（５０７３８８４６５）デラウェア・キャピタル・フォーメイション・インコーポレーテッド (4)
【氏名又は名称原語表記】Ｄｅｌａｗａｒｅ Ｃａｐｉｔａｌ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６８７５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７１８０８
【国際公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（５０７３８８４６５）デラウェア・キャピタル・フォーメイション・インコーポレーテッド (4)
【氏名又は名称原語表記】Ｄｅｌａｗａｒｅ Ｃａｐｉｔａｌ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
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