特開 2022-177807 機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022177807

(43)【公開日】2022-12-01

(54)【発明の名称】機構

(51)【国際特許分類】

   G02B 23/24 20060101AFI20221124BHJP

【ＦＩ】

G02B23/24 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022079178

(22)【出願日】2022-05-13

(31)【優先権主張番号】2107055.2

(32)【優先日】2021-05-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(71)【出願人】

【識別番号】591005785

【氏名又は名称】ロールス・ロイス・ピーエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＬＬＳ－ＲＯＹＣＥ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100092967

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 修

(74)【代理人】

【識別番号】100220065

【弁理士】

【氏名又は名称】高梨 幸輝

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ・ケル

(72)【発明者】

【氏名】デビッド・アラトーレ・トロンコソ

【テーマコード（参考）】

2H040

【Ｆターム（参考）】

2H040AA03

2H040DA54

(57)【要約】

【課題】開口部を介して関心領域に細長い部材を挿入するための機構および方法を提供すること。
【解決手段】長手方向軸（４０）に沿って、本体の開口部を通して細長い部材（３５）を挿入するための機構（３０）および方法であって、機構は、長手方向軸に沿って細長い部材と係合してそれを駆動するように構成された供給アクチュエータ（４３）を含む供給部分（４２）と、供給部分と係合し、長手方向軸を中心に細長い部材を回転させるように構成されたねじれアクチュエータ（８２）を含むねじれ部分（４４）と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向軸（４０）に沿って、本体の開口部を通して細長い部材（３５）を挿入するための機構（３０）であって、前記機構が、
前記細長い部材と係合して前記細長い部材を前記長手方向軸に沿って駆動するように構成された供給アクチュエータ（４３）を含む供給部分（４２）と、
前記供給部分と係合し、前記長手方向軸を中心に前記細長い部材を回転させるように構成されたねじれアクチュエータ（８２）を含むねじれ部分（４４）であって、前記ねじれアクチュエータ（８２）が前記長手方向軸を中心に前記供給部分と前記細長い部材の両方を回転させるように構成された、ねじれ部分（４４）と、
を備える、機構（３０）。

【請求項2】

請求項１に記載の機構であって、前記供給アクチュエータが、前記細長い部材を通路（３８）に沿って駆動するように構成されており、前記通路は、前記供給部分を通って前記長手方向軸に沿って延在する、機構。

【請求項3】

請求項１に記載の機構であって、前記供給アクチュエータが、１つまたは複数の供給部分を含む、機構。

【請求項4】

請求項３に記載の機構であって、各供給部分が、前記通路の周りに構成されて、前記細長い部材と係合し、前記細長い部材を前記通路に沿って駆動する、機構。

【請求項5】

請求項３に記載の機構であって、各供給部分が、１つまたは複数のホイール（８０）を含む、機構。

【請求項6】

請求項３に記載の機構であって、各供給部分が、前記供給部分と前記細長い部材との間の係合点が、使用中、前記長手方向軸に平行であるが前記長手方向軸から半径方向にオフセットされるように、前記通路に対して垂直に構成されている、機構。

【請求項7】

請求項６に従属する場合の請求項６に記載の機構であって、前記ホイールまたは各ホイールと前記細長い部材との間の係合点での、前記ホイールまたは各ホイールの接線が、使用中、前記長手方向軸に平行であるが、前記長手方向軸から半径方向にオフセットされている、機構。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の機構であって、前記供給部分および前記ねじれ部分のいずれかまたは両方がセンサ（３９）を含む、機構。

【請求項9】

請求項１に記載の機構（３０）を使用して、長手方向軸（４０）に沿って、本体（Ｂ）の開口部（Ａ）を通して細長い部材（３５）を供給する方法であって、
前記本体の前記開口部を前記長手方向軸と同軸に位置合わせするステップと、
前記開口部を通して前記細長い部材を前記長手方向軸に沿って供給するステップと、
前記長手方向軸を中心に前記細長い部材を回転させるステップと、
を含む、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、前記長手方向軸を中心に前記細長い部材を回転させるステップが、前記長手方向軸に沿って前記細長い部材を同時に供給しながら実行される、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、機構に関する。特に、本開示は、細長い部材を本体の開口部を通して関心領域に挿入するための機構および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

細長い部材は、開口部を介して関心領域に細長い本体を配置する必要がある用途での使用で知られている。このような細長い部材は、関心領域内で１つまたは複数の特定のタスクを実行するために使用され得る。このようなタスクは、例えば、物質の供給もしくは除去、またはその後の現場でのアクションもしくは検査のためのツールの配置および配向を含み得る。このような細長い部材は、単一の管状構造のものであり得るか、または細長い部材が所与の点の周りで旋回または屈曲することを可能にする１つまたは複数の接合部を含み得る。このような接合部は、連続体ロボットやスネークアームなどの超冗長マニピュレータの構築に利用される。

【0003】

超冗長マニピュレータは、多数の作動自由度を備えたロボットであり、アクセスが困難な領域や危険な領域においてその場での検査および／または修理作業を実行するために使用され得る。例えば、超冗長マニピュレータは、ガスタービンエンジン内の構成要素の検査または修理に利用され得る。このような用途では、エンジンの内部へのアクセスは、通常、関心領域へのアクセスを提供する、検査ポートやボアスコープポートなどの開口部を介して、またはファンを介して取得される。したがって、マニピュレータのサイズは制限されており、このような機能に適合するために、長いリーチと十分に小さい断面とを組み合わせたマニピュレータアーキテクチャが必要である。特に、連続体ロボットは、従来の剛体リンク設計とは異なり、マルチ部分構造の連続形状を特徴とする。連続体ロボットは、その独自の柔軟性により、通常は剛性のあるロボットにはアクセスできず、人間には不利な場所に到達できる。連続体ロボットの幅広い用途は、低侵襲手術や捜索救助など、さまざまな分野で実証されている。

【0004】

超冗長マニピュレータ、連続体ロボット、スネークアームなど、細長い部材の既知の供給機構は、部材の長さの伸長および収縮を含み、部材自体の作動システム内に組み込まれるか、または別個のシステムとして存在する。ただし、細長い部材の現在の設計のすべてが、それらのバックボーンのプロファイルと固有の器用さのために、供給機構を備えているわけではない。細長い部材自体の作動システム内に統合されている供給機構の例は、圧力駆動のソフトロボットおよび同心管ロボットを含み、これらは手足の伸縮運動を提供する。固有の曲率が異なる柔軟な管は、互いに回転および変位して、目的の形状を実現し、環境内を移動する。動きは、線形ガイド上にあり、キャプスタン駆動伝達機構によって駆動される作動システムによって制御される。

【0005】

独立したシステムとして存在する供給機構の例は、全体的にコンパクトな構造を維持しながら、作動システムをそのプロファイルを支持できる供給機構と組み合わせる複雑さのために、まだ十分に確立されていない。既知のアプローチは、細長い部材全体が直線軸または回転軸のいずれかで並進することを可能にする外部供給または巻き取り機構に接続されるように、細長い部材の作動パックまたはベースを構成することである。供給機構の経路を提供し、その軌道中の細長い部材の安定性を維持するために、通常はガイドレールと線形ステージとが含まれている。このように、既存の細長い部材の供給機構は、作動パック全体を挿入の方向に動かすか、または作動パックを回転させて細長い部材をスプールおよびスプール解除するステージに依存している。これらの方法は、次に、細長い部材の全長の形状を制御することに依存しており、作動する先端とアクチュエータとの間に受動的な部分を有する細長い部材には不適切である。作動パックを動かすことは、本体が曲がったり座屈したりする傾向があるため、環境に供給するための軸方向の推力を伝達することが困難になるため、約１メートルの長さを超える細長い部材には特に適さない。

【0006】

以前の方法では、細長い部材、連続体ロボット、器具、ボアスコープ、または内視鏡の挿入およびねじれを手動で制御すること、つまり、器具の受動部分を把持し、関心領域へのアクセスを提供する開口部に押し込んだりねじり入れたりすることもできる。特に重力に逆らって作用する場合、調整には両手が必要になることがよくある。機器を静止させておくために、多くの場合、ゴム製のプラグを使用して、機器と検査ポート（航空機エンジンの場合）との間の間隔を塞ぎ、滑りを防ぐ。しかしながら、長く細長い部材を手動で操作する方法は、多くの理由で不便であることが理解されよう。このような理由は、手動操作が物理的に消耗し、エラーが発生しやすいこと、精度や再現性が不足している可能性があること、操作者が立ち会い、対象環境に近接している必要がある場合があるが、これは非現実的または危険であり得ること、および、機器を手動で繰り返し取り扱うと、汚染が発生する可能性があること、を含み得る。さらに、機器と検査ポートとの間の隙間を塞いで機器の滑りを防ぐ行為は、機器がずれる原因となる可能性があり、是正措置が必要になる。

【0007】

したがって、前述の問題の一部またはすべてを解決する、本体の開口部を介して関心領域に細長い部材を挿入するための機構および方法を提供することが望ましい。

【発明の概要】

【0008】

第１の態様によれば、長手方向軸に沿って、本体の開口部を通して細長い部材を挿入するための機構であって、機構が、細長い部材と係合してそれを長手方向軸に沿って駆動するように構成された供給アクチュエータを含む供給部分と、供給部分と係合し、長手方向軸を中心に細長い部材を回転させるように構成されたねじれアクチュエータを含むねじれ部分と、を備える機構、が提供される。

【0009】

したがって、このようにして、機構は、手動の操作者入力の必要性を低減し、関心領域に細長い部材を迅速かつ正確に展開することができる。いくつかの実施例では、供給機構はまた、関心領域への半自動または完全自動の展開を可能にし得る。特に、この機構はまた、アクセスできない、または作動パックの位置合わせおよび移動が不可能、非実用的、または操作者にとって危険である関心領域内での細長い部材の挿入、誘導、および配向を可能にし得る。この機構により、細長い部材の遠隔操作および展開も可能になり得る。この機構により、手動の方法を使用するよりも高い精度で操作することもできる。したがって、いくつかの実施例では、この機構により、アクセスできない、または作動パックの位置合わせと移動が不可能、非現実的、または操作者にとって危険な、ガスタービンエンジンの到達困難な構成要素やその他の高価値の航空宇宙および核資産の検査および／または修理が可能になり得る。

【0010】

さらに、この機構は、検査を実行する操作者の物理的負担を軽減し得る。したがって、この機構は、細長い部材を関心領域に展開および誘導するのにかかる時間の短縮、および操作者の疲労の軽減のいずれかまたは両方を通じて生産性を向上させることができる。さらに、操作者が機器に及ぼす力を低減し、手動での取り扱いを低減することで、機器の寿命を延ばすことができる。したがって、このようにして、操作者は、手動の手および腕の動きではなく、電子制御信号および正確な作動を使用して、関心領域内の細長い部材を操作することができる。制御信号は、ジョイスティックなどのインターフェースハードウェアから、ローカルまたは遠隔で関心領域に送信され得る。

【0011】

供給アクチュエータは、供給部分を通って長手方向軸に沿って延在する通路に沿って細長い部材を駆動するように構成され得る。ねじれアクチュエータは、長手方向軸を中心に供給部分と細長い部材の両方を回転させるように構成され得る。

【0012】

したがって、この機構は、例えば、１つまたは複数の管、プローブ、超冗長マニピュレータ、連続体ロボット、スネークアーム、ボアスコープ、または内視鏡を含む細長い部材を、例えば、航空エンジン、原子炉、人体もしくは動物の体、または地質学的特徴など、身体または環境内に挿入および制御することを可能にし得る。細長い部材は、上記の例のいずれか１つまたは複数を含み得る。本体は、上記の例のいずれか１つまたは複数を含み得る。

【0013】

ねじれアクチュエータは、細長い部材を約３６０度回転させるように構成され得る。ねじれアクチュエータは、供給部分を約３６０度回転させるように構成され得る。ねじれアクチュエータは、供給部分と細長い部材のいずれかまたは両方を約３６０度回転させるように構成され得る。

【0014】

供給アクチュエータは、１つまたは複数の供給部分を含み得る。各供給部分は、通路に沿って細長い部材と係合し、それを駆動するように、通路の周りに構成され得る。各供給部分は、１つまたは複数のホイールを含み得る。

【0015】

したがって、供給部分または各供給部分は、供給部分の回転駆動を細長い部材の線形駆動に変換し得る。供給部分または各供給部分は、連続駆動および非連続駆動のいずれかまたは両方を提供し得る。例えば、ウォームギア、またはラックアンドピニオンシステムなど、多くのそのような構成が存在し、これらは、代わりに、または各供給部分内で使用され得ることが理解されよう。

【0016】

各供給部分は、供給部分と細長い部材との間の係合点が、使用中、長手方向軸に平行であるが半径方向にオフセットされるように、通路に対して垂直に構成され得る。
使用中、細長い部材が機構に挿入されるとき、供給部分または各供給部分は、細長い部材と係合し、締まり嵌めを提供するように構成され得る。したがって、各供給部分は、それらの間に細長い部材を収容するために一斉に作用し、通路に沿って細長い部材を駆動するように構成され得る。

【0017】

使用中の、ホイールまたは各ホイールと細長い部材との間の係合点での、ホイールまたは各ホイールの接線は、長手方向軸に平行であるが、半径方向にオフセットされ得る。
したがって、ホイールまたは各ホイールは、長手方向軸に平行であるが半径方向にオフセットされた方向に回転するように構成され得る。このようにして、長手方向軸と、ホイールと細長い部材との間の係合点との間の各ホイールの半径方向のオフセットは、細長い部材の直径の半分以下であり得る。

【0018】

供給部分およびねじれ部分のいずれかまたは両方がセンサを含み得る。
したがって、センサは、例えば、ブレークビーム存在センサ、エンコーダ、光学追跡回路、および温度センサのうちの１つまたは複数を含み得る。

【0019】

細長い部材は、超冗長マニピュレータを含み得る。細長い部材は、連続体ロボットを含み得る。細長い部材は、スネークアームを含み得る。
細長い部材は、パイプ、ケーブル、ケーブルバンドル、光ファイバ、または光ファイババンドルのうちの１つまたは複数を含み得る。さらに、または代わりに、細長い部材は、内視鏡、ボアスコープ、レーザ、および光学式モーションセンサのうちの１つまたは複数を含み得る。

【0020】

機構は、使用中に機構を本体に取り付けるための取り付け手段を備え得る。取り付け手段は、長手方向軸を本体の開口部と同軸に位置合わせさせるように構成され得る。
取り付け手段は、使用中に機構を本体に一時的または半永久的に取り付けるためのいくつかの既知の方法のうちの１つまたは複数を含み得ることが理解されるであろう。したがって、いくつかの非限定的な例によれば、取り付け手段は、機構が本体に直接または間接的に結合、取り付け、固定、または接着され得るフランジなどの本体または部分を含み得る。あるいは、いくつかの非限定的な例によれば、取り付け手段は、本体、または本体に直接または間接的に結合、取り付け、固定、または接着され得るフランジなどの部分を含み得る。

【0021】

取り付け手段は、機構と一体であってもよい。取り付け手段は、機構と一体でなくてもよい。取り付け手段は、機構と係合して本体に固定するように構成された、例えば、接着剤、磁石、または吸引体のうちの１つまたは複数を含み得る。取り付け手段は、機構を本体に係合させて固定するように動作可能な、例えば、ボルト、ナット、またはねじなどの機械的固定、またはボルト、ナット、またはねじなどの機械的固定を受けるように構成された本体を含み得る。取り付け手段は、例えば、機構と係合して本体に固定するように動作可能な機械的リンク機構または本体を含み得る。取り付け手段は、本体の一部として含まれるさらなる取り付け手段と通信するように構成され得る。本体の一部として含まれるさらなる取り付け手段は、上記の例のうちの１つまたは複数を含み得る。

【0022】

したがって、取り付け手段は、使用中に、機構を本体に取り付けることを可能にし、長手方向軸を本体の開口部と位置合わせさせて、細長い部材を本体に挿入することができるようにすることができる。細長い部材は、本体の開口部を通して本体に挿入することができる。細長い部材は、本体への開口部を通して本体に挿入され得る。本体はガスタービンエンジンであってもよい。特に、開口部は、ガスタービンエンジンの検査ポートまたはボアスコープポートであってもよい。本体への開口部は、構成部品間の間隔、またはガスタービンエンジンのファンを介したものであってもよい。あるいは、本体は、例えば、原子炉であってもよい。したがって、開口部は、原子炉の検査ポートまたはボアスコープポートであってもよい。本体への開口部は、原子炉の構成部品間の間隔であってもよいし、原子炉の構成部品を通ってもよい。

【0023】

本体は、例えば、衛星であってもよいし軌道を回る実験室であってもよい。本体はパイプまたは通路であってもよく、その結果、機構は、地下のパイプまたは通路を通る細長い部材の挿入、誘導、および配向を可能にし得る。

【0024】

本体は、例えば、人体または動物の体であってもよい。本体は、人体または動物の体の中または上にある開口部、通路、切開、または開口部であってもよく、その結果、機構は、人体または動物の体を通して細長い部材の挿入、誘導、および配向を可能にし得る。したがって、この機構は、再現可能かつ正確な方法で、人体または動物の体内での医療機器の挿入、誘導、および配向を可能にし得る。

【0025】

本体は、例えば、クレバスや破片の隙間などの地質体、地層、または海底上または海底に隣接するアイテムであってもよい。したがって、この機構は、地下通路を通って、または捜索救助活動において、カメラをクレバスまたは破片の隙間に誘導するための細長い部材の挿入、誘導、および配向を可能にし得る。さらに、この機構は、水中計装、採掘設備、または連続体ロボットなどの細長い部材の関心領域への展開を支援することにより、水中探査に使用され得る。

【0026】

さらなる例では、本体は、例えば、飛行機、飛行機の胴体、または飛行機の燃料補給構成要素であり得る。したがって、この機構は、空対空または船舶から船舶への燃料補給のために燃料ラインを操作するために、燃料補給構成要素を介した細長い部材の誘導、配向、および挿入を可能にし得る。

【0027】

したがって、ガスタービンエンジンの検査ポートの場合、機構は、ボアスコープポートのカバー穴に結合、取り付け、固定、または接着され得る。原子力施設の場合、機構は、検査ポート、バルブ、またはフランジに結合、取り付け、固定、または接着され得る。

【0028】

第２の態様によれば、第１の態様による機構を使用して、長手方向軸に沿って、本体の開口部を通して細長い部材を挿入する方法であって、長手方向軸を本体の開口部と同軸に位置合わせするステップと、開口部を通して細長い部材を長手方向軸に沿って供給するステップと、長手方向軸を中心に細長い部材を回転させるステップと、を含む方法、が提供される。

【0029】

長手方向軸を中心に細長い部材を回転させるステップは、細長い部材を長手方向軸に沿って供給するステップとは独立して実行され得る。細長い部材を長手方向軸の周りで回転させるステップは、細長い部材を長手方向軸に沿って同時に供給しながら実行され得る。

【0030】

当業者は、相互に排他的である場合を除いて、上記の態様のいずれか１つに関連して説明された特徴を、他の任意の態様に準用できることを理解するであろう。さらに、相互に排他的である場合を除いて、本明細書に記載の任意の特徴は、任意の態様に適用され得、および／または本明細書に記載の他の任意の特徴と組み合わされ得る。

【0031】

ここで、添付図を参照して、実施形態を例としてのみ説明する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】ガスタービンエンジンの断面側面図である。

【図2】細長い部材を本体の開口部から関心領域に配置する機構の側面斜視図である。

【図3】機構の側面斜視図である。

【図4】図３に示した機構の正面斜視図である。

【図5】機構のアクチュエータ部分の正面斜視図である。

【図6】機構の供給部分の背面斜視図である。

【図7】機構の供給部分の正面断面図である。

【図8】機構のねじれ部分の背面斜視図である。

【図9】機構のねじれ部分の背面斜視断面図である。

【図10】機構の使用方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１を参照すると、主軸および回転軸１１を有するガスタービンエンジンは、一般に１０で示されている。エンジン１０は、軸流シリーズにおいて、吸気口１２、推進ファン１３、中圧圧縮機１４、高圧圧縮機１５、燃焼装置１６、高圧タービン１７、中圧タービン１８、低圧タービン１９および排気ノズル２０を備えている。ナセル２１は、一般に、エンジン１０を取り囲み、吸気口１２と排気ノズル２０の両方を画定する。

【0034】

ガスタービンエンジン１０は、吸気口１２に入る空気がファン１３によって加速されて２つの空気流、すなわち、中圧圧縮機１４への第１の空気流、およびバイパスダクト２２を通過して推進推力を提供する第２の空気流、を生成するように、従来の方法で作動する。中圧圧縮機１４は、それに向けられた空気流を圧縮してから、その空気を高圧圧縮機１５に送り、そこでさらに圧縮が行われる。

【0035】

高圧圧縮機１５から排出された圧縮空気は、燃焼装置１６に送られ、そこで燃料と混合され、混合物が燃焼される。次に、結果として生じる高温燃焼生成物は、膨張し、それによって、高圧、中圧、および低圧タービン１７、１８、１９を駆動してから、ノズル２０を通って排出されて、追加の推進推力を提供する。高圧タービン１７、中圧タービン１８および低圧タービン１９は、それぞれ適切な相互接続シャフトによって高圧圧縮機１５、中圧圧縮機１４およびファン１３をそれぞれ駆動する。

【0036】

本開示が適用され得る他のガスタービンエンジンは、代替の構成を有し得る。例として、そのようなエンジンは、代替の数の相互接続シャフト（例えば、２つ）および／または代替の数の圧縮機および／またはタービンを有し得る。さらに、エンジンは、タービンから圧縮機および／またはファンへの駆動列に設けられたギアボックスを備え得る。

【0037】

本体の製造、検査、整備、または修理の１つまたは複数の間に、通常の視界から見え難かったり遮られたりしている関心領域では、本体内の１つまたは複数の内面または構成要素を検査、操作、または修復する必要があり得る。そのような状況では、そのような関心領域を明らかにするために本体から構成要素または部品を取り外すことなく、そのような検査、操作、または修理を実行することが時間および／またはコストの点で有益であり得る。

【0038】

ガスタービンエンジンの場合、検査ポートまたは開口部は、エンジン１０の構造または壁に組み込まれることが多く、その結果、検査、操作、または修理装置は、本体の開口部を通して関心領域に配備され得る。場合によっては、検査、操作、または修理用の機器が、本体の開口部から関心領域に配置され得る。開口部は、例えば、推進ファン１３、中圧圧縮機１４、および高圧圧縮機１５のうちの１つまたは複数の隣接するブレードの間など、エンジン１０の前端にある隣接するブレード間に形成される間隙であり得る。あるいは、開口部は、例えば、エンジン１０の後端で隣接するブレード間に、例えば、１つまたは複数の高圧、中圧、および低圧タービン１７、１８、１９の隣接するブレードの間で形成される間隙であり得る。

【0039】

図１の配置に示すように、第１の検査ポート２４は、中圧圧縮機１４の壁内に形成されており、第２の検査ポート２５は、高圧圧縮機１５の壁内に形成されており、第３の検査ポート２６は、高圧タービン１７の壁内に形成されており、第４の検査ポート２７は、低圧タービン１９の壁内に形成されている。エンジン１０は、エンジン１０の代替領域または壁にさらなる検査ポートを含み得ることが理解されよう。必要に応じて、２つ以上の検査ポートが、１つまたは複数の軸方向位置で、エンジン１０の壁の周りに環状に配置され得ることも理解されよう。

【0040】

図２を参照すると、中圧圧縮機１４のノズルガイドベーン部の外壁内に形成された第１の検査ポート２４が示されている。機構３０は、使用中、取り付け手段ＡＴを介して検査ポート２４に取り付けられるように示されている。図示されている例では、取り付け手段は、検査ポート２４の対応する雌の受け側部分に供給されるねじ山部分を含む一体型フランジ３２を含む。

【0041】

図示される例は、機構３０を本体Ｂに取り付けるための多くの可能な解決策の１つを示し、その多くは、取り付け手段ＡＴを形成するための実行可能な代替物と見なされ得ることが理解されよう。例えば、機構３０は、使用中、それを通して雄の留め具が検査ポート２４の雌の受け側部分に供給される一体型フランジ３２を介して検査ポート２４に取り付けられ得る。取り付け手段ＡＴは、使用中に機構を本体Ｂに一時的または半永久的に取り付けるためのいくつかの既知の方法のうちの１つまたは複数を含み得る。例えば、一体型フランジ３２は、本体Ｂに直接または間接的に取り付け、固定、または接着することができる。取り付け手段ＡＴは、機構３０と係合して本体Ｂに固定するように構成された、例えば、接着剤、磁石、または吸引本体Ｂのうちの１つまたは複数を含み得る。取り付け手段ＡＴは、例えば、ボルト、ナット、ネジなどの機械的固定、または機構を本体Ｂに係合して固定するように動作可能なボルト、ナット、またはねじなどの機械的固定を受けるように構成された本体Ｂを含み得る。取り付け手段ＡＴは、例えば、機構３０と係合して本体Ｂに固定するように動作可能な機械的リンク機構または本体Ｂを備え得る。取り付け手段ＡＴは、本体Ｂの一部として含まれるさらなる取り付け手段ＡＴと通信するように構成され得る。本体Ｂの一部として含まれるさらなる取り付け手段ＡＴは、または上記の例のうちの１つまたは複数を含み得る。したがって、取り付け手段ＡＴは、使用中に、機構３０を本体Ｂに取り付けることを可能にし得る。示される例では、取り付け手段ＡＴは、使用中に、機構３０を検査ポート２４に取り付けることを可能にし、これは、示される例では、本体Ｂの開口部Ａの例を提供する。したがって、本体Ｂは、例えば、ガスタービンエンジンであってもよい。本体Ｂは、例えば、ガスタービンエンジンの検査ポートであってもよい。

【0042】

再び図２を参照すると、通路３８は、図示された方向に、長手方向軸４０に沿って機構３０を通って延在するように示されている。さらに、通路３８の長手方向軸４０は、検査ポート２４と同軸に位置合わせされている。したがって、使用中、通路３８の長手方向軸４０は、本体Ｂの開口部Ａと同軸に位置合わせされる。したがって、取り付け手段ＡＴは、長手方向軸４０を本体Ｂの開口部Ａと同軸に位置合わせさせるように構成される。

【0043】

細長い部材３５は、通路３８の長手方向軸４０に沿って延在するように示されている。したがって、細長い部材３５は、通路３８の長手方向軸４０に沿って、機構３０および検査ポート２４の両方を通って延在する。したがって、使用中、細長い部材３５が機構３０に挿入されると、細長い部材３５は、通路３８の長手方向軸４０および本体Ｂの開口部Ａと同軸に位置合わせされる。細長い部材３５の遠位端は、使用中に、機構３０および検査ポート２４の両方を介して、関心領域３６に展開されたことが示されている。細長い部材３５の遠位端は、細長い部材３５の残りの部分に対して、作動するか、または独立した制御された作動のいずれかまたは両方が可能であり得る。いくつかの例では、細長い部材３５は、超冗長マニピュレータ、連続体ロボット、スネークアーム、ボアスコープ、または内視鏡のうちの１つまたは複数を含み得る。

【0044】

エンジン１０の中圧圧縮機１４の検査用に構成された本実施例では、細長い部材３５は、ガスタービンエンジン１０の動作状態を監視するように構成されたツールを含む。さらなる例では、細長い部材３５は、例えば、ガスタービンエンジン１０の動作状態を監視または回復するように構成された１つまたは複数のセンサおよびツールのいずれかまたは両方を含み得る。あるいは、医療用途向けに構成されたさらなる例では、細長い部材３５は、例えば、人体または動物の体の健康を監視または回復するように構成された１つまたは複数のセンサおよびツールのいずれかまたは両方を含み得る。図示される例は、多くの可能な用途固有の細長い部材３５構成のうちの１つを示し、その多くは、細長い部材３５内に含めるための実行可能な代替物と見なされ得ることが理解されよう。したがって、細長い部材３５は、例えば、１つまたは複数のカメラまたはレーザなどのツールを含み得る。細長い部材３５は、センサを含み得る。

【0045】

示されている例では、関心領域３６は、中圧圧縮機１４内の領域である。したがって、取り付け手段ＡＴは、使用中に、機構３０を本体Ｂに取り付けることを可能にし、通路３８の長手方向軸４０を本体Ｂの開口部Ａと位置合わせさせて、細長い部材３５を本体Ｂに挿入することができる。

【0046】

図３を参照すると、機構３０は、使用中に機構３０が取り付けられる本体Ｂから分離して示されている。さらに、機構３０は、使用中に機構３０に供給され、機構３０を通って供給される細長い部材３５から分離して示されている。示されている例では、機構３０は、供給部分４２およびねじれ部分４４を含む。さらに、機構３０は、アクチュエータ部分４６を備えている。さらに、図示される例は、センサ部分４８を含み、取り付け手段ＡＴを形成するねじ部分３４を含む一体型フランジ３２を含む。

【0047】

センサ部分４８は、例えば、１つまたは複数のブレークビーム存在センサ、エンコーダ、光学追跡回路、温度センサ、または機構３０の特定の用途に必要な追加のセンサのような、機構３０の動作要件に必要な任意のセンサ３９を含む。したがって、センサ部分４８は、ブレークビーム存在センサ、エンコーダ、光学追跡回路、温度センサ、または機構３０の特定の用途に必要な任意の追加のセンサのうちの１つまたは複数を含み得る。例えば、エンジン１０の中圧圧縮機１４の検査用に構成されている示されているこの例では、センサ部分４８は、例えば、光学追跡回路、ならびにガスタービンエンジンの動作状態を監視または回復するように構成された１つまたは複数のセンサおよびツールのいずれかまたは両方を備え得る。あるいは、医療用途向けに構成されたさらなる例では、センサ部分４８は、例えば、光学追跡回路、ならびに人体または動物の体の健康を監視または回復するように構成された１つまたは複数のセンサおよびツールのいずれかまたは両方を含み得る。図示されている例は、多くの可能な用途固有のセンサ構成の１つを示しており、それらの多くは、センサ部分４８内に含めるための実行可能な代替物と見なされ得ることが理解されよう。

【0048】

供給部分４２は、使用中に、長手方向軸４０に沿って細長い部材３５と係合し、駆動するように構成された供給アクチュエータ４３を含む。ねじれ部分は、使用中に、供給部分４２と係合し、長手方向軸４０の周りで細長い部材３５を回転させるように構成されたねじれアクチュエータを含む。示されている例では、アクチュエータ部分４６は、トルクを供給部分４２およびねじれ部分４４に独立して伝達するために必要な少なくとも２つのアクチュエータおよび駆動ハードウェアを含む。

【0049】

図４を参照すると、図４は、長手方向軸４０に沿って機構３０を通って延在する通路３８と、取り付け手段ＡＴを形成するねじ山部分３４と、１つまたは複数のセンサ３９を含むセンサ部分４８と、をより明確に示すために、図３に示される機構３０を代替の正面斜視図で示している。いくつかの例では、センサ部分４８は、取り付け手段ＡＴを含み得る。

【0050】

図５を参照すると、アクチュエータ部分４６の例が、機構３０から分離して示されている。特に、図５は、アクチュエータ部分４６の正面斜視図を示している。示されているアクチュエータ部分４６は、２つのモータ、および２つのギアボックス５４を含む。示されている例では、アクチュエータ部分４６は、２つの交流ブラシレスサーボモータ５２を含む。さらに、アクチュエータ部分４６は、２つのロータリーインクリメンタルエンコーダ５６、２つのサーボドライバ５８および２つのコネクタ６０を含む。アクチュエータ部分用のエンクロージャは、サーボドライバ熱交換器を通して空気を吸引するための換気ファン用の１つまたは複数の穴６２を含み得る。さらなる例によれば、アクチュエータ部分４６は、２つ以上のモータ５２を含み得ることが理解されるであろう。アクチュエータ部分４６は、２つ以上のギアボックス５４を含み得る。さらに、アクチュエータ部分４６は、１つまたは複数のインクリメンタルエンコーダ５６、１つまたは複数のサーボドライバ５８、および１つまたは複数のコネクタ６０を含んでいてもよく、これらの特定の構成は、用途に応じて変化し得る。アクチュエータ部分４６を形成する構成部品が、可能であれば、代わりに、供給部分４２およびねじれ部分４４内で融合され得る代替構成が想定され得ることが理解されるであろう。

【0051】

図６を参照すると、供給部分４２の例が、機構３０から分離して示されている。特に、図６は、供給部分４２の背面斜視図を示している。供給部分４２は、使用中に、長手方向軸４０に沿って細長い部材３５と係合し、駆動するように構成された供給アクチュエータ４３を含む。したがって、供給アクチュエータ４３は、細長い部材３５を通路３８に沿って駆動するように構成され、通路３８は、供給部分４２を通って、長手方向軸４０に沿って延在する。図示されている例では、供給アクチュエータ４３は、１つまたは複数の供給部分を含む。供給部分または各供給部分は、通路３８と係合し、通路３８に沿って細長い部材３５を駆動するように、通路３８の周りに構成されている。らせん歯車もしくはウォームギアを使用することによって、またはラックアンドピニオンもしくは平歯車構成を使用することによってなど、通路３８に沿って細長い部材３５と係合してそれを駆動するために、多くの代替構成が提供され得ることが理解されよう。

【0052】

図示される特定の例では、供給アクチュエータ４３は、３つの軸方向供給シャフト７０を含む。各供給シャフト７０は、通路３８の周りに構成され、そのようなシャフト７０は、長手方向軸４０に平行であるが長手方向軸４０から半径方向にオフセットされた軸に沿って延在する。したがって、各供給部分は、軸方向供給シャフト７０を含むように示されている。図示されている例示的な配置では、各供給シャフト７０は、プーリおよびベルト７２を介して互いに接続されている。各シャフト７０は、それぞれのシャフト７０のいずれかの側のローラベアリング７４内に構成され、２つのウォームギア７６を含む。６つのウォームギア７６のそれぞれは、ホイール８０が結合され、２つのローラベアリング８１によって支持されているウォームホイールシャフト７９を介して、それぞれの送りシャフト７０に対して垂直に構成されたそれぞれのウォームホイール７８を動かす。したがって、ウォームホイール７８のそれぞれは、ホイール８０を駆動する。したがって、各供給部分は、１つまたは複数のホイールを含み得る。各ホイール８０は、真鍮ハブおよびゴムタイヤを含み、２つのローラベアリング８１によって支持されている。図６に示されるように、各ホイール８０は、使用中、ホイール８０と細長い部材３５との間の係合点が長手方向軸４０に平行であるが半径方向にオフセットされるように、通路３８に対して垂直に構成される。したがって、ホイール８０または各ホイール８０と細長い部材３５との間の係合点での、ホイール８０または各ホイール８０の接線は、長手方向軸４０に平行であるが、半径方向にオフセットされている。したがって、使用中、ホイール８０は、長手方向軸４０に沿って細長い部材３５を駆動するために、細長い部材３５を把持し、回転することができる。ホイール８０は、細長い部材３５に対して任意の所与の方向にホイール８０が滑るのを防ぐために、細長い部材３５に十分な圧力を加えるように構成されることも理解されよう。

【0053】

さらなる例によれば、供給アクチュエータ４３は、３つ以上のシャフト７０を含み得ることが理解されよう。各シャフト７０は、１つまたは複数のホイール８０を駆動することができる１つまたは複数のウォームギア７６を含み得る。各ホイールの特定の構成およびサイズは異なる場合があることが理解されよう。例えば、内歯車は、リング歯車および平歯車、または同等のものの形態であり得ることが理解されよう。したがって、供給部分４２の特定の構成、特に供給アクチュエータ４３の特定の構成は、１つまたは複数の用途または本体Ｂ、細長い部材の性質、および使用に必要な細長い部材３５の特定のサイズ、厚さ、または機械的特性に応じて変化し得ることが理解されよう。

【0054】

図７を参照すると、図６の供給部分４２が、機構３０から分離して示されている。特に、図７は、供給部分４２の正面断面図を示している。図示されるように、軸方向供給シャフト７０、ウォームギア７６、ウォームホイール７８、およびホイール８０の例示的な構成が、長手方向軸４０に対して提供される。

【0055】

図８を参照すると、ねじれ部分４４の例が、機構３０から分離して示されている。特に、図８は、ねじれ部分４４の背面斜視図を示している。ねじれ部分４４は、使用中に、供給部分４２と係合し、長手方向軸４０の周りで細長い部材３５を回転させるように構成されたねじれアクチュエータ８２を含む。したがって、ねじれアクチュエータ８２は、供給部分４２と細長い部材３５の両方を長手方向軸４０の周りで回転させるように構成される。図示される例では、ねじれアクチュエータ８２は、第２の同軸部分８６に対して回転するように構成された第１の同軸部分８４を含む。図示されている例では、第２の同軸部分８６は、使用中に、本体Ｂおよび取り付け手段ＡＴに対して静止したままであるように構成される。同軸部分８４、８６のそれぞれは、例えば、ローラベアリングによって支持されている。図示される例では、第１の同軸部分８４および第２の同軸部分８６は、第２の同軸部分８６内に含まれ、それに固定されて取り付けられる比較的大きな内部リングギア、および第１の同軸部分８４の内部に含まれる比較的小さい内部平歯車を介して係合される。第２の同軸部分８６によると、リングギアは、使用中、本体Ｂおよび取り付け手段ＡＴに対して静止したままであるように構成される。平歯車は、ローラベアリングによって支持されているシャフト８８に固定的に取り付けられている。シャフト８８は、第１の同軸部分８４、供給部分４２、およびアクチュエータ部分４６に結合されている。示される例では、シャフト８８は、少なくとも部分的に第１の同軸部分８４、供給部分４２を通って、そして少なくとも部分的にアクチュエータ部分４６を通って延在するように構成される。したがって、使用中、シャフト８８および平歯車の回転は、平歯車を内輪歯車と相互作用させ、長手方向軸４０を中心にシャフト８８、第１の同軸部分８４、供給部分４２、およびアクチュエータ部分４６を回転させる。したがって、ねじれ部分４４は、本体Ｂおよび取り付け手段ＡＴに対して、使用中、長手方向軸４０を中心に、供給部分４２およびアクチュエータ部分４６を回転させるように構成される。したがって、使用中、ねじれ部分４４は、供給部分４２と係合し、長手方向軸４０の周りで細長い部材３５を回転させるように構成される。

【0056】

図９を参照すると、図８のねじれ部分４４が、機構３０から分離して示されている。特に、図９は、ねじれ部分４４の背面断面斜視図を示しており、ねじれアクチュエータ８２は、使用中に、供給部分４２と係合し、長手方向軸４０を中心に細長い部材３５を回転させるように構成されている。図示されるように、同軸部分８４、８６およびシャフト８８の例示的な構成が、長手方向軸４０に対して提供される。図８に示されている構成例に加えて、図９はまた、図８に関連して説明されているように、ころ軸受９０、第２の同軸部分８６内に含まれる比較的大きい内輪歯車９２、および第１の同軸部分８４内に含まれる比較的小さい内部平歯車９４の構成例を示している。

【0057】

さらなる例によれば、ねじれ部分４４、およびねじれアクチュエータ８２は、１つまたは複数のシャフト８８を含み得ることが理解されよう。各シャフト８８は、１つまたは複数の追加の内部平歯車を駆動し得る比較的小さい内部平歯車９４を含み得る。さらに、または代わりに、第２の同軸部分８６は、１つまたは複数の比較的大きい内輪歯車９２を含み得る。内歯車の特定の構成およびサイズは異なっていてもよいことが理解されよう。例えば、内歯車はウォームギアの形態であり得ることが理解されよう。したがって、ねじれ部分４４の特定の構成、特にねじれアクチュエータ８２の特定の構成は、１つまたは複数の用途または本体Ｂ、細長い部材の性質、および使用に必要な細長い部材３５の、特定のサイズ、厚さ、または機械的特性に応じて変化し得ることが理解されよう。ねじれ部分４４は、長手方向軸４０の周りで３６０度の回転を可能にするように構成されることも理解されよう。したがって、ねじれ部分４４により、長手方向軸４０の周りで、供給部分４２およびアクチュエータ部分４６の３６０度の回転が可能になる。

【0058】

図１０を参照すると、本体Ｂの開口部Ａを通して細長い部材３５を供給する方法のフローチャートが示されている。図示されるように、この方法は、機構３０の長手方向軸４０を本体Ｂの開口部Ａと位置合わせするステップ１００を含む。この方法は、機構３０を本体Ｂに結合または取り付ける追加のステップを含み得る。

【0059】

この方法は、細長い部材３５を機構３０の通路３８に、そして長手方向軸４０に沿って供給するステップ１０２を含む。この方法は、細長い部材３５が供給アクチュエータ４３と接触するまで、細長い部材３５を機構３０の通路３８に、そして長手方向軸４０に沿って供給するステップを含み得る。したがって、供給アクチュエータ４３または各供給アクチュエータ４３は、長手方向軸４０に沿って細長い部材３５と係合し、駆動するように構成される。

【0060】

この方法は、本体Ｂの開口部Ａを通して長手方向軸４０に沿って細長い部材３５を供給するステップ１０４を含む。本体Ｂの開口部Ａを通る長手方向軸４０に沿った細長い部材３５の挿入は、センサ部分４８内に含まれるセンサ、または細長い部材３５内に含まれる車載カメラによって検出または観察され得る。

【0061】

この方法は、長手方向軸４０の周りで細長い部材３５を回転させるステップ１０６を含む。細長い部材３５を長手方向軸４０の周りで回転させるステップは、細長い部材３５を長手方向軸３５に沿って同時に供給しながら実行され得る。さらに、または代わりに、長手方向軸４０の周りで細長い部材３５を回転させるステップは、長手方向軸３５に沿って細長い部材３５を供給するステップとは独立して実行され得る。

【0062】

この方法は、細長い部材３５を長手方向軸４０に沿って供給すること、および細長い部材３５を長手方向軸４０の周りで回転させて、細長い部材３５を関心領域３６内にまたはそれに向かって駆動することのいずれかまたは両方のステップ１０８を含む。したがって、供給部分４２およびねじれ部分４４は、細長い部材３５のステアリングと連動して、しかしそれとは独立して、関心領域３６内に細長い部材３５を挿入し、誘導し、配向するように構成され得る。

【0063】

操作者は、いくつかの異なる方法で、長手方向軸４０に沿って細長い部材３５を供給しながら、機構３０を制御することができる。例えば、手動または親指で操作する１つまたは２つのジョイスティックが使用され得る。その中で、２軸ジョイスティックの左右方向または左右ジョイスティックは、ねじれ部分４４を操作することができ、２軸ジョイスティックの前後方向または前後ジョイスティックは、供給部分４２を操作することができ、その逆も可能である。いくつかの例では、ジョイスティックはアナログであり得、親指または手の入力の大きさに比例して各自由度の運動の速度を制御するために使用され得る。いくつかの例では、ジョイスティックはデジタルであってもよく、事前定義された加速度を伴う二値のオンまたはオフモードで各自由度の運動速度を制御するために使用され得る。いくつかの例では、これは、アクチュエータごとに２つの瞬間的な押しボタンを使用して実現することもできる。

【0064】

いくつかの例では、ジョイスティックが、細長い部材３５の遠位端を操縦するコントローラに固定され得るアタッチメントに取り付けられる、ジョイスティックインターフェースの変形が利用され得る。例えば、細長い部材３５の遠位端を駆動するジョイスティックと一緒に（同じ手で、または他方の手で、または他の親指で）操作できるように、２軸アナログジョイスティックをハンドルに取り付けて、ビデオ対応ボアスコープ（Ｍｅｎｔｏｒ Ｖｉｓｕａｌ ｉＱ ＶｉｄｅｏＰｒｏｂｅ（商標）による）のハンドピースに取り付けることができる。あるいは、インターフェースは、直感的な方法で触覚フィードバックを用いて機構３０を制御するために、６軸触覚デバイスなどの触覚デバイスを使用することができる。ねじれ部分４４はねじれ動作により操作され得、供給部分４２は供給作用により操作され得る。この場合、触覚フィードバックは、アクチュエータのトルクまたは機構３０の取り付けハードウェアを通過する力を検出することができるセンサによって提供され得る。

【0065】

上記のインターフェースに加えて、操作者は、本体Ｂから離れた場所から機構３０を制御することができる。いくつかの例では、有線、無線、またはインターネット通信のうちの１つまたは複数を使用して、機構３０から命令を送信し、センサデータを受信することができる。したがって、操作者は、グローバル通信リンクにアクセスできる身体Ｂから離れた場所から関心領域３６まで細長い部材３５を運転することができる。したがって、専門技術者は、本体Ｂの近位の場所に移動することなく、関心領域３６内の細長い部材３５を監視および制御することができる。

【0066】

ガスタービンエンジン１０での使用に特に適しているが、機構３０は医療分野で使用できることが理解されよう。したがって、機構３０は、再現可能かつ正確な方法で人体内部の内視鏡を操作するために使用することができる。したがって、本体Ｂは人体または動物の体であってもよい。あるいは、機構３０を捜索救助操作で使用して、カメラをクレバスまたは破片の隙間に誘導することができる。あるいは、機構３０は、長くて細い器具または連続体ロボットの展開を支援することによって、水中探査で使用され得る。あるいは、機構３０を使用して、衛星または軌道を回る実験室の保守のために宇宙ロボットを操作することができる。あるいは、機構３０は、電気通信産業において、地下のパイプまたは通路を通って、ケーブル、またはケーブル束、または光ファイバ、または光ファイバ束を操作または誘導するために使用され得る。あるいは、機構３０を使用して、空対空または船舶から船舶への燃料補給のための燃料ラインを操作することができる。

【0067】

本発明は、上記の実施形態に限定されず、本明細書に記載の概念から逸脱することなく、様々な修正および改善を行うことができることが理解されよう。相互に排他的である場合を除いて、機能のいずれかを個別に、または他の機能と組み合わせて使用することができ、本開示は、本明細書に記載の１つまたは複数の機能のすべての組み合わせおよびサブ組み合わせにまで及び、それらを含む。

【符号の説明】

【0068】

１０ エンジン
１１ 回転軸
１２ 吸気口
１３ 推進ファン
１４ 中圧圧縮機
１５ 高圧圧縮機
１６ 燃焼装置
１７ 高圧タービン
１８ 中圧タービン
１９ 低圧タービン
２０ 排気ノズル
２１ ナセル
２２ バイパスダクト
２４ 第１の検査ポート
３０ 機構
３２ 一体型フランジ
３４ ねじ山部分
３５ 細長い部材
３６ 関心領域
３８ 通路
３９ センサ
４２ 供給部分
４３ 供給アクチュエータ
４０長手方向軸
４３ 供給アクチュエータ
４４ ねじれ部分
４６ アクチュエータ部分
４８ センサ部分
５２ 交流ブラシレスサーボモータ
５４ ギアボックス
５６ ロータリーインクリメンタルエンコーダ
５８ サーボドライバ
６０ コネクタ
７０、８８ シャフト
７２ ベルト
７４、８１ ローラベアリング
７６ ウォームギア
７８ ウォームホイール
７９ ウォームホイールシャフト
８０ ホイール
８２ ねじれアクチュエータ
８４ 第１の同軸部分
８６ 第２の同軸部分
９０ ころ軸受
９２ 内輪歯車
９４ 内部平歯車
Ａ 開口部
Ｂ 本体
ＡＴ 取り付け手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【外国語明細書】