JP5500921B2 - Multi-finger hand device - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも3つの指機構を備える多指ハンド装置に関する。   The present invention relates to a multi-finger hand device including at least three finger mechanisms.

近年、人間の手を模倣した多指ハンド装置が知られている。この種の多指ハンド装置は、基部と複数の指機構とを備えている。各指機構は、複数の関節を備えて各関節毎に回動自在となっており、これにより、屈伸動作を行うことができるようになっている(例えば特許文献1参照)。   In recent years, multi-fingered hand devices that imitate human hands are known. This type of multi-finger hand device includes a base and a plurality of finger mechanisms. Each finger mechanism is provided with a plurality of joints and is rotatable for each joint, thereby enabling bending and stretching operations (see, for example, Patent Document 1).

ところで、この種の多指ハンド装置は、人間の手における拇指に対応する拇指機構を備えるが、人間の拇指の動きに近い動作を行わせるために、他の指機構とは異なる構成とする必要がある。   By the way, this type of multi-finger hand device has a thumb mechanism corresponding to the thumb of a human hand, but it is necessary to have a configuration different from other finger mechanisms in order to perform an operation close to the movement of a human thumb. There is.

具体的には、人間の拇指は、手根中手関節により手を開いたときに他の指に並ぶ側に位置し、物体を把持するときには、手の平に対向する側に回動する。この動作を多指ハンド装置において行うために、拇指機構は、他の指機構の各関節とは異なる方向に軸線を有する回動軸が必要となる。そして、特許文献1記載のものにおいては、拇指機構の開き動作を行う回転軸の軸線が中指機構の延ばし状態の延長線上に位置している。   Specifically, the human thumb is positioned on the side lined up with other fingers when the hand is opened by the carpal joint, and rotates to the side facing the palm when gripping an object. In order to perform this operation in the multi-finger hand device, the thumb mechanism requires a rotation shaft having an axis in a direction different from the joints of the other finger mechanisms. And in the thing of patent document 1, the axis line of the rotating shaft which performs opening operation | movement of a thumb mechanism is located on the extended line of the extended state of a middle finger mechanism.

特開2008−183629号公報JP 2008-183629 A

人間の手において、拇指、示指、及び中指の3つの指で円柱状の物体をつまみ上げる動作を行う場合には、示指の指先と中指の指先とを物体の一方側に当接させ、その反対側から拇指の指先を当接させる。しかし、これと同様の動作を上記特許文献1記載の多指ハンド装置によって行うと、物体の一方側に当接した示指機構の指先と中指機構の指先との中央位置の反対側から拇指機構の指先を当接させようとしたとき、拇指機構の開き動作を行う回転軸の軸線が中指機構の延ばし状態の延長線上に位置していることによって、当該回転軸回りに不要なモーメントが生じて物体を安定して把持することができない不都合がある。   In a human hand, when picking up a cylindrical object with three fingers, the thumb, index finger, and middle finger, the fingertip of the index finger and the fingertip of the middle finger are brought into contact with one side of the object and vice versa. The fingertip of the thumb is abutted from the side. However, when the same operation is performed by the multi-finger hand device described in Patent Document 1, the finger mechanism of the thumb mechanism from the opposite side of the center position between the fingertip of the pointing mechanism and the fingertip of the middle finger mechanism that is in contact with one side of the object. When the fingertip is about to come into contact, the axis of the rotating shaft that performs the opening operation of the thumb mechanism is positioned on the extended line of the middle finger mechanism, causing an unnecessary moment around the rotating shaft. There is an inconvenience that cannot be gripped stably.

かかる不都合を解消して、本発明は、拇指機構、示指機構及び中指機構を用いて物体の安定した把持状態を実現することができる多指ハンド装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a multi-finger hand device that can realize a stable gripping state of an object using the thumb, index, and middle finger mechanisms.

本発明は、基部と、該基部に連結された少なくとも3つの指機構を備え、3つの指機構が、夫々、人間の手における示指の動きを模倣した屈伸機能を有する示指機構、中指の動きを模倣した屈伸機能を有する中指機構、及び拇指の動きを模倣した屈伸機能を有する拇指機構とされている多指ハンド装置であって、前記示指機構と前記中指機構とは、その夫々に、1軸で回動する遠位指節間関節と、該遠位指節間関節の回動軸に平行の軸線回りに1軸で回動する近位指節間関節と、該近位指節間関節の回動軸に平行の軸線回りの軸線に交差する方向に沿って延びる軸線回りとの2軸回りで回動する中手指節関節とを備え、前記拇指機構は、1軸で回動する拇指指節間関節と、該拇指指節間関節の回動軸に平行の軸線回りに1軸で回動する拇指中手指節関節と、該拇指中手指節関節の回動軸に平行の軸線を有する第1の回動軸及び該第1の回動軸の軸線に交差する方向に沿って延びる軸線を有する第2の回動軸の2軸で回動する手根中手関節とを備え、前記拇指機構の手根中手関節の第2の回動軸は、その軸線が、前記示指機構の中手指節関節と前記中指機構の中手指節関節との間における中央を通って、延ばし状態の前記示指機構及び前記中指機構の指先方向に延びるように配設されており、前記拇指機構は、前記第1の回動軸を駆動する駆動シリンダを備え、前記駆動シリンダは、前記拇指機構の前記第2の回動軸とされ、回動自在に前記基部に支持されるシリンダ本体を備えることを特徴とする。 The present invention includes a base portion and at least three finger mechanisms connected to the base portion, and the three finger mechanisms respectively have a bending mechanism that mimics the movement of the index finger in a human hand, and the movement of the middle finger. A multi-finger hand device having a middle finger mechanism having a simulated bending / extension function and a thumb mechanism having a bending / extension function imitating the movement of a thumb, wherein each of the indicating finger mechanism and the middle finger mechanism is uniaxial , A proximal interphalangeal joint that rotates in one axis about an axis parallel to the rotational axis of the distal interphalangeal joint, and the proximal interphalangeal joint and a metacarpophalangeal joint that pivots around two axes and about an axis extending along a direction intersecting the parallel around the axis and this axis the rotation axis of the thumb mechanism is rotated in one axis A thumb interphalangeal joint that rotates and a single axis that rotates about an axis parallel to the rotation axis of the thumb interphalangeal joint A metacarpophalangeal joint, a first rotation axis having an axis parallel to the rotation axis of the thumb metacarpophalangeal joint, and an axis extending along a direction intersecting the axis of the first rotation axis a carpometacarpal joint pivots two axes of the second rotating shaft, a second rotation shaft of the carpometacarpal joint of the thumb mechanism is its axis, metacarpophalangeal of the index finger mechanism The finger mechanism is disposed so as to extend through the center between the joint and the middle finger joint of the middle finger mechanism in the fingertip direction of the indicating finger mechanism and the middle finger mechanism in an extended state . The drive cylinder is configured to be a second rotation shaft of the thumb mechanism, and includes a cylinder main body that is rotatably supported by the base portion. .

本発明による多指ハンド装置に備える拇指機構は、1軸の拇指指節間関節と、1軸の拇指中手指節関節と、2軸の手根中手関節とを備えているので、人間の拇指と同じ屈伸作動を行うことができる。しかも、本発明は、上記構成により拇指機構の手根中手関節の第2の回動軸(即ち、拇指機構の開き動作を行う回転軸)が、示指機構の中手指節関節と中指機構の中手指節関節との間を通って延びる軸線を有している。これによれば、物体をつまみ上げる動作を行う際に、拇指機構の指先を示指機構の指先と中指機構の指先との中央に対向させるとき、手根中手関節の第2の回動軸回りの回転動作を小さくすることができ、該第2の回動軸回りの不要なモーメントを抑えて物体を安定して把持することができる。
更に、第2の回動軸を、その軸線が、前記示指機構の中手指節関節と前記中指機構の中手指節関節との間における中央を通って、延ばし状態の前記示指機構及び前記中指機構の指先方向に延びるように配設することで、拇指機構の指先を、示指機構の指先と中指機構の指先との何れにもバランスよく対向させることができ、極めて安定した物体の把持状態を得ることができる。
更に、前記拇指機構は、手根中手関節の第1の回動軸を駆動する駆動シリンダを備え、前記駆動シリンダは、前記拇指機構の前記第2の回動軸とされ、回動自在に前記基部に支持されるシリンダ本体を備えることにより、手根中手関節の円滑な作動を得ながら拇指機構をよりコンパクトに構成することができる。
The thumb mechanism provided in the multi-finger hand device according to the present invention includes a 1-axis thumb interphalangeal joint, a 1-axis thumb metacarpophalangeal joint, and a 2-axis carpal joint. The same bending and stretching operation as the thumb can be performed. In addition, according to the present invention, the second rotation axis of the carpal middle joint of the thumb mechanism (that is, the rotation axis that performs the opening operation of the thumb mechanism) is configured so that the middle finger joint of the finger mechanism and the middle finger mechanism have the above structure. An axis extending between the metacarpophalangeal joints. According to this, when the fingertip of the thumb mechanism is opposed to the center between the fingertip of the index finger mechanism and the fingertip of the middle finger mechanism when performing an operation of picking up the object, the second rotation axis of the carpal joint , And the object can be stably gripped while suppressing unnecessary moments around the second rotation axis.
Further, the second rotation shaft, its axis, wherein the index finger mechanism of metacarpophalangeal joints through the center between the metacarpophalangeal joints of the middle finger mechanism, said extending condition index finger mechanism and the middle finger mechanism The fingertip of the thumb mechanism can be placed in a well-balanced manner against both the fingertip of the index finger mechanism and the fingertip of the middle finger mechanism, thereby obtaining an extremely stable object gripping state. be able to.
Further, the thumb mechanism includes a drive cylinder that drives a first rotation shaft of the carpal joint, and the drive cylinder serves as the second rotation shaft of the thumb mechanism and is rotatable. By providing the cylinder main body supported by the base, the thumb mechanism can be configured more compactly while obtaining a smooth operation of the carpal joint.

また、本発明は、基部と、該基部に連結された少なくとも3つの指機構を備え、3つの指機構が、夫々、人間の手における示指の動きを模倣した屈伸機能を有する示指機構、中指の動きを模倣した屈伸機能を有する中指機構、及び拇指の動きを模倣した屈伸機能を有する拇指機構とされている多指ハンド装置であって、前記示指機構と前記中指機構とは、その夫々に、1軸で回動する遠位指節間関節と、該遠位指節間関節の回動軸に平行の軸線回りに1軸で回動する近位指節間関節と、該近位指節間関節の回動軸に平行の軸線回りの軸線に交差する方向に沿って延びる軸線回りとの2軸回りで回動する中手指節関節とを備え、前記拇指機構は、1軸で回動する拇指指節間関節と、該拇指指節間関節の回動軸に平行の軸線回りに1軸で回動する拇指中手指節関節と、該拇指中手指節関節の回動軸に平行の軸線を有する第1の回動軸及び該第1の回動軸の軸線に交差する方向に沿って延びる軸線を有する第2の回動軸の2軸で回動する手根中手関節とを備え、前記拇指機構の手根中手関節の第2の回動軸は、その軸線が、前記示指機構の中手指節関節と前記中指機構の中手指節関節との間における中央を通って、延ばし状態の前記示指機構及び前記中指機構の指先方向に延びるように配設されており、前記拇指機構の前記第2の回動軸は中空に形成されて前記基部に配設され、該第2の回動軸の内部に、前記第1の回動軸の回動を駆動する駆動シリンダが設けられていることを特徴とする。
本発明による多指ハンド装置に備える拇指機構は、1軸の拇指指節間関節と、1軸の拇指中手指節関節と、2軸の手根中手節関節とを備えているので、人間の拇指と同じ屈伸作動を行うことができる。しかも、本発明は、上記構成により拇指機構の手根中手関節の第2の回動軸(即ち、拇指機構の開き動作を行う回転軸)が、示指機構の中手指節関節と中指機構の中手指節関節との間を通って延びる軸線を有している。これによれば、物体をつまみ上げる動作を行う際に、拇指機構の指先を示指機構の指先と中指機構の指先との中央に対向させるとき、手根中手関節の第2の回動軸回りの回転動作を小さくすることができ、該第2の回動軸回りの不要なモーメントを抑えて物体を安定して把持することができる。
更に、第2の回動軸を、その軸線が、前記示指機構の中手指節関節と前記中指機構の中手指節関節との間における中央を通って、延ばし状態の前記示指機構及び前記中指機構の指先方向に延びるように配設することで、拇指機構の指先を、示指機構の指先と中指機構の指先との何れにもバランスよく対向させることができ、極めて安定した物体の把持状態を得ることができる。
更に、手根中手関節の第1の回動軸を回動させる駆動シリンダを第2の回動軸の内部に収納して、手根中手関節の円滑な作動を得ながら拇指機構をコンパクトに構成することができる。
The present invention also includes a base and at least three finger mechanisms connected to the base, the three finger mechanisms each having a bending / extending function imitating the movement of the index finger in a human hand, A multi-finger hand device which is a middle finger mechanism having a bending / extension function imitating movement and a thumb mechanism having a bending / extension function imitating movement of a thumb, wherein the indicating finger mechanism and the middle finger mechanism are respectively A distal interphalangeal joint that rotates in one axis, a proximal interphalangeal joint that rotates in one axis about an axis parallel to the rotational axis of the distal interphalangeal joint, and the proximal phalange and a metacarpophalangeal joint that pivots around two axes and about an axis extending along a direction crossing between the axes of rotation and this parallel to the pivot axis of the joint, the thumb mechanism is a one-axis Rotating thumb interphalangeal joint and pivoting around one axis parallel to the pivot axis of the thumb interphalangeal joint A thumb metacarpophalangeal joint, a first rotation axis having an axis parallel to the rotation axis of the thumb metacarpophalangeal joint, and an axis extending along the direction intersecting the axis of the first rotation axis A carpal joint that rotates around two of the second rotation axes, and the second rotation axis of the carpal joint of the thumb mechanism has an axis line in the finger mechanism. The finger joint is disposed so as to extend through the center between the finger joint and the middle finger joint of the middle finger mechanism in the direction of the fingertip of the extended finger mechanism and the middle finger mechanism . The rotation shaft of 2 is formed hollow and is disposed in the base, and a drive cylinder for driving the rotation of the first rotation shaft is provided inside the second rotation shaft. It is characterized by.
The thumb mechanism provided in the multi-finger hand device according to the present invention includes a 1-axis thumb interphalangeal joint, a 1-axis thumb metacarpal joint, and a 2-axis carpal joint. The same bending and stretching operations can be performed. In addition, according to the present invention, the second rotation axis of the carpal middle joint of the thumb mechanism (that is, the rotation axis that performs the opening operation of the thumb mechanism) is configured so that the middle finger joint of the finger mechanism and the middle finger mechanism have the above structure. An axis extending between the metacarpophalangeal joints. According to this, when the fingertip of the thumb mechanism is opposed to the center between the fingertip of the index finger mechanism and the fingertip of the middle finger mechanism when performing an operation of picking up the object, the second rotation axis of the carpal joint , And the object can be stably gripped while suppressing unnecessary moments around the second rotation axis.
Further, the second rotation shaft, its axis, wherein the index finger mechanism of metacarpophalangeal joints through the center between the metacarpophalangeal joints of the middle finger mechanism, said extending condition index finger mechanism and the middle finger mechanism The fingertip of the thumb mechanism can be placed in a well-balanced manner against both the fingertip of the index finger mechanism and the fingertip of the middle finger mechanism, thereby obtaining an extremely stable object gripping state. be able to.
Furthermore, the drive cylinder that rotates the first rotation shaft of the carpal joint is stored inside the second rotation shaft, and the thumb mechanism is compact while obtaining smooth operation of the carpal joint. Can be configured.

本発明の一実施形態の多指ハンド装置を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram illustrating a multi-finger hand device according to an embodiment of the present invention. ハンド本体の各関節を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically each joint of a hand main body. ハンド本体の内部構造を手の甲側から示す説明図。Explanatory drawing which shows the internal structure of a hand main body from the back side of a hand. ハンド本体に備える指機構の一つを示す説明的断面図。Explanatory sectional drawing which shows one of the finger mechanisms with which a hand main body is equipped. ハンド本体に備える拇指機構を示す説明的断面図。Explanatory sectional drawing which shows the thumb mechanism with which a hand main body is equipped. 本実施形態における駆動手段の一部の構成を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically the structure of a part of drive means in this embodiment. 駆動手段の作動を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically the action | operation of a drive means.

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の多指ハンド装置1は、図1に示すように、人間の手を模倣したハンド本体2と、ハンド本体2を駆動する駆動手段3とにより構成され、所謂ヒューマノイドロボットに好適に用いることができるものである。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the multi-fingered hand device 1 of the present embodiment is composed of a hand main body 2 imitating a human hand and driving means 3 for driving the hand main body 2 and is preferably used for a so-called humanoid robot. It is something that can be done.

ハンド本体2は、基部4と、5本の指に夫々対応する屈伸機能を有した5つの指機構である拇指機構5、示指機構6、中指機構7、環指機構8、及び小指機構9とを備えている。基部4は、各指機構を連結支持するフレーム10を備え、基部4の表側が手の甲とされ裏側が手の平とされる。図1は、ハンド本体2の手の平側を示している。   The hand body 2 includes a base part 4, a thumb mechanism 5, an indicating finger mechanism 6, a middle finger mechanism 7, a ring finger mechanism 8, and a little finger mechanism 9, which are five finger mechanisms each having a bending and stretching function corresponding to five fingers. It has. The base 4 includes a frame 10 that connects and supports each finger mechanism, and the front side of the base 4 is the back of the hand and the back side is the palm. FIG. 1 shows the palm side of the hand body 2.

各指機構は、各関節を露出させて指表皮部材11により被覆され、基部4は基部表皮部材12により被覆されている。   Each finger mechanism is covered with a finger skin member 11 with each joint exposed, and the base portion 4 is covered with a base skin member 12.

各指機構は、図2に模式的に示すように、複数の指節及び関節を備えている。示指機構6、中指機構7、環指機構8、及び小指機構9は、夫々、指先側から順に、DIP関節13(遠位指節間関節)、PIP関節14(近位指節間関節)、MP1関節15、及びMP2関節16を備えて、各関節毎に回動自在とされている。   Each finger mechanism includes a plurality of finger joints and joints as schematically shown in FIG. The index finger mechanism 6, the middle finger mechanism 7, the ring finger mechanism 8, and the little finger mechanism 9 are respectively a DIP joint 13 (distal interphalangeal joint), a PIP joint 14 (proximal interphalangeal joint), respectively, from the fingertip side. An MP1 joint 15 and an MP2 joint 16 are provided, and each joint is rotatable.

DIP関節13は1軸で回動し、PIP関節14はDIP関節13と平行軸線回りに1軸で回動する。MP1関節15及びMP2関節16は2軸で回動する中手指節関節を構成するものであって、MP1関節15はPIP関節14と平行軸線回りに回動し、MP2関節16はMP1関節15の軸線に交差する方向に沿って延びる軸線回りに回動する。 The DIP joint 13 rotates about one axis, and the PIP joint 14 rotates about one axis parallel to the DIP joint 13. MP1 joint 15 and MP2 joint 16, which forms the metacarpophalangeal joints rotated biaxially, MP1 joint 15, rotates about an axis parallel with the PIP joint 14, MP2 joint 16, It rotates about an axis extending along the direction intersecting the axis of the MP1 joint 15.

DIP関節13と、PIP関節14と、MP1関節15とは、基部4の手の平側に向かう方向に回動して握り動作等の屈伸運動が行えるようになっている。MP2関節16は、各指機構同士が近接・離間する方向に各指機構を揺動させ、例えば手を広げる動作等が行えるようになっている。   The DIP joint 13, the PIP joint 14, and the MP1 joint 15 are configured to rotate in a direction toward the palm side of the base 4 to perform bending and stretching movements such as a gripping operation. The MP2 joint 16 can swing each finger mechanism in a direction in which each finger mechanism approaches or separates, for example, an operation of spreading a hand.

拇指機構5は、図2に模式的に示すように、指先側から順に、IP関節17(拇指指節間関節)、MP関節18(拇指中手指節関節)、CM1関節19、及びCM2関節20を備えて、各関節毎に回動自在とされている。   As shown schematically in FIG. 2, the thumb mechanism 5 includes, in order from the fingertip side, an IP joint 17 (finger interphalangeal joint), an MP joint 18 (finger metacarpophalangeal joint), a CM1 joint 19 and a CM2 joint 20. It is possible to rotate for each joint.

IP関節17は1軸で回動し、MP関節18はIP関節17と平行軸線回りに1軸で回動する。CM1関節19及びCM2関節20は2軸で回動する手根中手関節を構成するものであって、CM1関節19はMP関節18と平行軸線回りに回動し、CM2関節20はCM1関節19の軸線に交差する方向に沿って延びる軸線回りに回動する。 The IP joint 17 rotates about one axis, and the MP joint 18 rotates about one axis parallel to the IP joint 17. CM1 joint 19 and CM2 joint 20, which forms the carpometacarpal joint pivots biaxial, CM1 joint 19, rotates about an axis parallel with the MP joint 18, CM2 joint 20 Rotate about an axis extending along the direction intersecting the axis of the CM1 joint 19.

IP関節17と、MP関節18と、CM1関節19とは、基部4の手の平側或いは他の4つの指機構6,7,8,9の何れかの指腹側に向かう方向に回動して握り動作等の屈伸運動が行えるようになっている。CM2関節20は、拇指機構5を手の平側或いは他の4つの指機構6,7,8,9の何れかの指腹側に対向するように回動させる。   The IP joint 17, the MP joint 18, and the CM 1 joint 19 rotate in the direction toward the palm side of the base 4 or the finger pad side of any of the other four finger mechanisms 6, 7, 8, 9. Bending and stretching movements such as gripping movements can be performed. The CM2 joint 20 rotates the thumb mechanism 5 so as to face the palm side or the finger pad side of any of the other four finger mechanisms 6, 7, 8, 9.

5つの指機構のうち、拇指機構5、示指機構6、及び中指機構7は本発明の3つの指機構に相当するもので、後述するように指先でのつまみ動作を含む器用動作を行う器用指とされ、環指機構8及び小指機構9は、器用指の動作に応じて握り動作を含む力動作を行う力指とされている。   Of the five finger mechanisms, the thumb finger mechanism 5, the index finger mechanism 6, and the middle finger mechanism 7 correspond to the three finger mechanisms of the present invention, and are dexterous fingers that perform dexterous operations including a pinch operation at the fingertips, as will be described later. The ring finger mechanism 8 and the little finger mechanism 9 are force fingers that perform a force operation including a gripping operation according to the operation of the dexterous finger.

器用指とされる拇指機構5、示指機構6、及び中指機構7は、図3及び図4に示すように、力センサである6軸力センサ21を備えている。6軸力センサ21は、拇指機構5、示指機構6、及び中指機構7の各指先部材22に傾斜する姿勢で取付けられている。6軸力センサ21は、器用指の指先部材22に作用する6軸力、即ち、互いに直交する3軸(x軸、y軸、z軸)方向の並進力と各軸周りのモーメントとを測定する。そして、6軸力センサ21から出力される6軸力の測定値に基づいて器用指における指先力の制御が行なわれる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the thumb mechanism 5, the index finger mechanism 6, and the middle finger mechanism 7 that are dexterous fingers include a six-axis force sensor 21 that is a force sensor. The six-axis force sensor 21 is attached to each fingertip member 22 of the thumb mechanism 5, the index finger mechanism 6, and the middle finger mechanism 7 in an inclined posture. The six-axis force sensor 21 measures a six-axis force acting on the fingertip member 22 of a dexterous finger, that is, a translational force in three orthogonal directions (x-axis, y-axis, z-axis) and a moment around each axis. To do. The fingertip force of the dexterous finger is controlled based on the measurement value of the six-axis force output from the six-axis force sensor 21.

示指機構6の構成を説明すれば、図4に示すように、示指機構6は、MP1関節15の回動軸151を回動させる第1の従動流体圧シリンダ23と、PIP関節14の回動軸141を回動させる第2の従動流体圧シリンダ24とを備えている。   Explaining the configuration of the finger mechanism 6, as shown in FIG. 4, the finger mechanism 6 includes a first driven fluid pressure cylinder 23 that rotates the rotation shaft 151 of the MP1 joint 15 and a rotation of the PIP joint 14. And a second driven fluid pressure cylinder 24 for rotating the shaft 141.

第1の従動流体圧シリンダ23のシリンダ本体231は、人間の中手骨に相当し、MP2関節16の回動軸161により回動自在に前記基部4のフレーム10(図1参照)に支持されている。第2の従動流体圧シリンダ24のシリンダ本体241は、人間の基節骨に相当し、MP1関節15の回動軸151を介して第1の従動流体圧シリンダ23に回動自在に連結されている。   The cylinder body 231 of the first driven fluid pressure cylinder 23 corresponds to a human metacarpal bone, and is supported by the frame 10 (see FIG. 1) of the base 4 so as to be rotatable by the rotation shaft 161 of the MP2 joint 16. ing. The cylinder body 241 of the second driven fluid pressure cylinder 24 corresponds to a human proximal phalanx, and is rotatably connected to the first driven fluid pressure cylinder 23 via the rotation shaft 151 of the MP1 joint 15. Yes.

第2の従動流体圧シリンダ24のシリンダ本体241に流体を供給する配管244は、MP1関節15の回動軸151の内部に収容されている。これにより、MP1関節15の回動時に配管244が邪魔にならず、示指機構6の屈伸動作を円滑に行うことができる。   A pipe 244 that supplies fluid to the cylinder body 241 of the second driven fluid pressure cylinder 24 is accommodated in the rotation shaft 151 of the MP1 joint 15. Thereby, the piping 244 does not get in the way when the MP1 joint 15 is rotated, and the bending operation of the index finger mechanism 6 can be performed smoothly.

また、第2の従動流体圧シリンダ24のシリンダ本体241を示指機構6の長手方向に沿ってMP1関節15とPIP関節14との間に配設することにより、示指機構6をコンパクトに構成することができる。   In addition, by arranging the cylinder body 241 of the second driven fluid pressure cylinder 24 between the MP1 joint 15 and the PIP joint 14 along the longitudinal direction of the finger mechanism 6, the finger mechanism 6 can be configured in a compact manner. Can do.

PIP関節14には、人間の中節骨に相当する連結部材25を介してDIP関節13が連結されている。DIP関節13の回動軸131には、前記指先部材22に連設された6軸力センサ21を支持する支持部材26が回動自在に連結されている。連結部材25は、その一端がPIP関節14の回動軸141に回動自在に連結され、他端がDIP関節13の回動軸131に連結されている。   The DIP joint 13 is connected to the PIP joint 14 via a connecting member 25 corresponding to a human middle phalanx. A support member 26 that supports the six-axis force sensor 21 connected to the fingertip member 22 is rotatably connected to the rotation shaft 131 of the DIP joint 13. One end of the connecting member 25 is rotatably connected to the rotating shaft 141 of the PIP joint 14, and the other end is connected to the rotating shaft 131 of the DIP joint 13.

更に、PIP関節14とDIP関節13との間には、リンク部材27が設けられている。リンク部材27は、第2の従動流体圧シリンダ24のシリンダ本体241と指先部材22の6軸力センサ21を支持する支持部材26とを連結する。   Further, a link member 27 is provided between the PIP joint 14 and the DIP joint 13. The link member 27 connects the cylinder body 241 of the second driven fluid pressure cylinder 24 and the support member 26 that supports the six-axis force sensor 21 of the fingertip member 22.

第1の従動流体圧シリンダ23は、シリンダ本体231内部に流体が供給されることによりピストン232が摺動し、ピストンロッド233が伸縮してMP1関節15を回動させる。これにより、示指機構6がMP1関節15を介して屈伸する。   In the first driven fluid pressure cylinder 23, when the fluid is supplied into the cylinder body 231, the piston 232 slides and the piston rod 233 expands and contracts to rotate the MP1 joint 15. Thereby, the index finger mechanism 6 bends and stretches via the MP1 joint 15.

第2の従動流体圧シリンダ24は、シリンダ本体241内部に流体が供給されることによりピストン242が摺動し、ピストンロッド243が伸縮してPIP関節14を回動させる。このとき、PIP関節14とDIP関節13とが、連結部材25とリンク部材27とにより連結されているので、第2の従動流体圧シリンダ24によるPIP関節14の回動に追従してDIP関節13が回動する。   In the second driven fluid pressure cylinder 24, when the fluid is supplied into the cylinder body 241, the piston 242 slides and the piston rod 243 expands and contracts to rotate the PIP joint 14. At this time, since the PIP joint 14 and the DIP joint 13 are connected by the connecting member 25 and the link member 27, the DIP joint 13 follows the rotation of the PIP joint 14 by the second driven fluid pressure cylinder 24. Rotate.

DIP関節13は、第2の従動流体圧シリンダ24によるPIP関節14の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、DIP関節13を駆動するためのシリンダ等が不要となり、示指機構6を軽量に構成することができる。   Since the DIP joint 13 is configured to be interlocked with the rotation of the PIP joint 14 by the second driven fluid pressure cylinder 24, not only can the operation be similar to the movement of a human finger, A cylinder or the like for driving becomes unnecessary, and the index finger mechanism 6 can be configured to be lightweight.

以上の構成により、示指機構6は、第1の従動流体圧シリンダ23及び第2の従動流体圧シリンダ24のピストンロッド231,241を伸長させることにより折り曲げ状態となり、ピストンロッド231,241を収縮させることにより延ばし状態となる。   With the above configuration, the finger mechanism 6 is bent by extending the piston rods 231 and 241 of the first driven fluid pressure cylinder 23 and the second driven fluid pressure cylinder 24 and contracts the piston rods 231 and 241. It will be in an extended state.

示指機構6のMP2関節16は、図3に示すように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド283が伸縮する第3の従動流体圧シリンダ28により回動される。第3の従動流体圧シリンダ28は、ピストンロッド283を伸長させることにより示指機構6を中指機構7に近接する方向に揺動させ、ピストンロッド283を収縮させることにより示指機構6を中指機構7から離反する方向に揺動させる。   As shown in FIG. 3, the MP2 joint 16 of the index finger mechanism 6 is rotated by a third driven fluid pressure cylinder 28 in which the piston rod 283 expands and contracts along the arrangement direction of the finger mechanisms. The third driven fluid pressure cylinder 28 swings the index finger mechanism 6 in a direction close to the middle finger mechanism 7 by extending the piston rod 283 and contracts the piston rod 283 from the middle finger mechanism 7 by contracting the piston rod 283. Swing in the direction of separation.

図4に示すように、PIP関節14、MP1関節15及びMP2関節16の夫々にはコイルばね14s,15s,16s(ねじりばね)が設けられている。PIP関節14及びMP1関節15の各コイルばね14s,15sは、示指機構6を延ばし方向に付勢する。MP2関節16のコイルばね16sは、示指機構6を中指機構7から離反させる方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばね14s,15s,16sの付勢方向は、3つの従動流体圧シリンダ23,24,28のピストンロッド233,243,283の収縮方向と同じ方向とされている。   As shown in FIG. 4, coil springs 14 s, 15 s, and 16 s (torsion springs) are provided in each of the PIP joint 14, the MP1 joint 15, and the MP2 joint 16. The coil springs 14s, 15s of the PIP joint 14 and the MP1 joint 15 extend the finger mechanism 6 in the extending direction. The coil spring 16 s of the MP2 joint 16 urges the index finger mechanism 6 in a direction in which it is separated from the middle finger mechanism 7. In other words, the urging directions of the coil springs 14s, 15s, and 16s are the same as the contraction directions of the piston rods 233, 243, and 283 of the three driven fluid pressure cylinders 23, 24, and 28.

以上、示指機構6の構成を詳しく述べたが、中指機構7の構成も示指機構6と同じであるので説明を省略する。   Although the configuration of the index finger mechanism 6 has been described in detail above, the configuration of the middle finger mechanism 7 is also the same as that of the index finger mechanism 6, and thus description thereof is omitted.

力指とされる環指機構8及び小指機構9は、示指機構6の上述した構成のうち、6軸力センサ21と第3の従動流体圧シリンダ28とを備えないこと以外は、示指機構6と同じ構成である。環指機構8及び小指機構9は、第3の従動流体圧シリンダ28を備えないことにより、MP2関節16が力動作に応じて自在に回動し、MP2関節16のコイルばね16sの付勢により所定位置に自然復帰するようになっている。   The ring finger mechanism 8 and the little finger mechanism 9, which are the force fingers, of the above-described configuration of the finger mechanism 6, except that the six-axis force sensor 21 and the third driven fluid pressure cylinder 28 are not provided. It is the same composition as. Since the ring finger mechanism 8 and the little finger mechanism 9 do not include the third driven fluid pressure cylinder 28, the MP2 joint 16 freely rotates according to the force operation, and the MP2 joint 16 is biased by the coil spring 16 s. It naturally returns to a predetermined position.

次に、器用指とされる拇指機構5の構成を説明する。図5に示すように、拇指機構5は、CM1関節19の回動軸191(手根中手関節の第1の回動軸)を回動させる第1の従動流体圧シリンダ29(駆動シリンダ)と、MP関節18の回動軸181を回動させる第2の従動流体圧シリンダ30とを備えている。   Next, the structure of the thumb mechanism 5 used as a dexterous finger will be described. As shown in FIG. 5, the thumb mechanism 5 includes a first driven fluid pressure cylinder 29 (drive cylinder) that rotates the rotation shaft 191 of the CM1 joint 19 (the first rotation shaft of the carpal-carpal joint). And a second driven fluid pressure cylinder 30 for rotating the rotation shaft 181 of the MP joint 18.

第1の従動流体圧シリンダ29のシリンダ本体291は、CM2関節20の回動軸(手根中手関節の第2の回動軸)とされており、回動自在に前記基部4のフレーム10に支持されている。   The cylinder body 291 of the first driven fluid pressure cylinder 29 is used as a rotation axis of the CM2 joint 20 (second rotation axis of the carpal joint), and the frame 10 of the base 4 is freely rotatable. It is supported by.

そして、図2及び図3に示すように、CM2関節20の回動軸(第1の従動流体圧シリンダ29のシリンダ本体291)の軸線aは、示指機構6の中手指節関節と中指機構7の中手指節関節との間であって好ましくは中央を通って、延ばし状態の示指機構6及び中指機構7の指先方向に延びるように配設されている。これによれば、物体のつまみ動作を行う際に、拇指機構5の指先を示指機構6の指先と中指機構7の指先との中央に対向させ、CM2関節20回りの回転動作を小さくすることがでる。しかも、拇指機構5の指先を示指機構6の指先と中指機構7の指先との何れにもバランスよく対向させることができる。これにより、CM2関節20回りの不要なモーメントを抑えて物体を安定して把持することができ、しかも、各6軸力センサ21による測定値の精度が向上し、器用指における指先力の制御を高精度に行なうことができる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the axis a of the rotation axis of the CM2 joint 20 (the cylinder body 291 of the first driven fluid pressure cylinder 29) is the middle finger joint and the middle finger mechanism 7. The middle finger phalangeal joint is disposed so as to extend in the fingertip direction of the extended finger mechanism 6 and the middle finger mechanism 7 preferably through the center. According to this, when performing the object pinching operation, the fingertip of the thumb mechanism 5 can be opposed to the center of the fingertip of the index finger mechanism 6 and the fingertip of the middle finger mechanism 7 to reduce the rotation operation around the CM2 joint 20. Out. In addition, the fingertip of the thumb mechanism 5 can be opposed to both the fingertip of the index finger mechanism 6 and the fingertip of the middle finger mechanism 7 with good balance. As a result, an unnecessary moment around the CM2 joint 20 can be suppressed and the object can be stably grasped, and the accuracy of the measurement value by each 6-axis force sensor 21 can be improved, and the fingertip force on the dexterous finger can be controlled. It can be performed with high accuracy.

更に、第1の従動流体圧シリンダ29のシリンダ本体291をCM2関節20回動軸として兼用することにより、第1の従動流体圧シリンダ29とCM2関節20の回動軸とを別々に設けた場合に比べてコンパクトとなる。しかも、CM2関節20の回動に伴う第1の従動流体圧シリンダ29の揺動は全くなく、その揺動スペースが不要となるので極めてコンパクトに構成することができる。   Furthermore, when the cylinder body 291 of the first driven fluid pressure cylinder 29 is also used as the CM2 joint 20 rotation shaft, the first driven fluid pressure cylinder 29 and the rotation shaft of the CM2 joint 20 are provided separately. It becomes compact compared to. In addition, the first driven fluid pressure cylinder 29 does not oscillate as the CM2 joint 20 rotates, and the oscillating space is not required. Therefore, the configuration can be made extremely compact.

第2の従動流体圧シリンダ30のシリンダ本体301は、CM1関節19の回動軸191を介して第1の従動流体圧シリンダ29に回動自在に連結されている。   The cylinder body 301 of the second driven fluid pressure cylinder 30 is rotatably connected to the first driven fluid pressure cylinder 29 via the rotation shaft 191 of the CM1 joint 19.

第2の従動流体圧シリンダ30のシリンダ本体301に流体を供給する配管304は、CM1関節19の回動軸191の内部に収容されている。これにより、CM1関節19の回動時に配管304が邪魔にならず、拇指機構5の屈伸動作を円滑に行うことができる。   A pipe 304 that supplies fluid to the cylinder body 301 of the second driven fluid pressure cylinder 30 is housed inside the rotation shaft 191 of the CM1 joint 19. Thereby, the piping 304 does not get in the way when the CM1 joint 19 is rotated, and the bending mechanism of the thumb mechanism 5 can be smoothly performed.

MP関節18には、連結部材31を介してIP関節17が連結されている。IP関節17の回動軸171には、指先部材22が回動自在に連結されている。連結部材31は、その一端がMP関節18の回動軸181に回動自在に連結され、他端がIP関節17の回動軸171に連結されている。   An IP joint 17 is connected to the MP joint 18 via a connecting member 31. A fingertip member 22 is rotatably connected to the rotation shaft 171 of the IP joint 17. One end of the connecting member 31 is rotatably connected to the rotating shaft 181 of the MP joint 18, and the other end is connected to the rotating shaft 171 of the IP joint 17.

更に、MP関節18とIP関節17との間には、リンク部材32が設けられている。リンク部材32は、第2の従動流体圧シリンダ30のシリンダ本体301と指先部材22の6軸力センサ21を支持する支持部材33とを連結する。   Further, a link member 32 is provided between the MP joint 18 and the IP joint 17. The link member 32 connects the cylinder body 301 of the second driven fluid pressure cylinder 30 and the support member 33 that supports the six-axis force sensor 21 of the fingertip member 22.

第1の従動流体圧シリンダ29は、シリンダ本体291内部に流体が供給されることによりピストン292が摺動し、ピストンロッド293が伸縮してCM1関節19を回動させる。これにより、示指機構6がCM1関節19を介して屈伸する。   In the first driven fluid pressure cylinder 29, when the fluid is supplied into the cylinder body 291, the piston 292 slides and the piston rod 293 expands and contracts to rotate the CM1 joint 19. Thereby, the index finger mechanism 6 bends and stretches via the CM1 joint 19.

第2の従動流体圧シリンダ30は、シリンダ本体301内部に流体が供給されることによりピストン302が摺動し、ピストンロッド303が伸縮してMP関節18を回動させる。このとき、MP関節18とIP関節17とが、連結部材31とリンク部材32とにより連結されていることにより、第2の従動流体圧シリンダ30によるMP関節18の回動に追従してIP関節17が回動する。   In the second driven fluid pressure cylinder 30, when a fluid is supplied into the cylinder body 301, the piston 302 slides and the piston rod 303 expands and contracts to rotate the MP joint 18. At this time, since the MP joint 18 and the IP joint 17 are connected by the connecting member 31 and the link member 32, the IP joint follows the rotation of the MP joint 18 by the second driven fluid pressure cylinder 30. 17 rotates.

IP関節17は、第2の従動流体圧シリンダ30によるMP関節18の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、IP関節17を駆動するためのシリンダ等が不要となり、拇指機構5を軽量に構成することができる。   Since the IP joint 17 is configured to be interlocked with the rotation of the MP joint 18 by the second driven fluid pressure cylinder 30, not only an operation close to the movement of a human finger can be obtained, but also the IP joint 17 A cylinder or the like for driving becomes unnecessary, and the thumb mechanism 5 can be configured to be lightweight.

以上の構成により、拇指機構5は、第1の従動流体圧シリンダ29及び第2の従動流体圧シリンダ30のピストンロッド293,303を伸長させることにより折り曲げ状態となり、ピストンロッド293,303を収縮させることにより延ばし状態となる。   With the above configuration, the thumb mechanism 5 is bent by extending the piston rods 293 and 303 of the first driven fluid pressure cylinder 29 and the second driven fluid pressure cylinder 30 and contracts the piston rods 293 and 303. It will be in an extended state.

拇指機構5のCM2関節20は、図3に示すように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド343が伸縮する第3の従動流体圧シリンダ34により前記軸線a回りに回動される。   As shown in FIG. 3, the CM2 joint 20 of the thumb mechanism 5 is rotated around the axis a by a third driven fluid pressure cylinder 34 in which the piston rod 343 extends and contracts along the arrangement direction of the finger mechanisms.

拇指機構5は、第3の従動流体圧シリンダ34のピストンロッド343を伸長させることにより、基部4の手の平側に回動し、第3の従動流体圧シリンダ34のピストンロッド343を収縮させることにより示指機構6に隣り合う方向に回動する。   The thumb mechanism 5 extends to the palm side of the base 4 by extending the piston rod 343 of the third driven fluid pressure cylinder 34 and contracts the piston rod 343 of the third driven fluid pressure cylinder 34. It rotates in a direction adjacent to the index finger mechanism 6.

図5に示すように、第1の従動流体圧シリンダ29のシリンダ本体291への流体の供給は、CM2関節20の回動軸である第1の従動流体圧シリンダ29のシリンダ本体291の軸受け部101の内部に形成された流体路294を介して行われる。これにより、第1の従動流体圧シリンダ29のシリンダ本体291を円滑に回動させることができ、CM2関節20による拇指機構5の回動を円滑に行うことができる。   As shown in FIG. 5, the supply of fluid to the cylinder body 291 of the first driven fluid pressure cylinder 29 is performed by the bearing portion of the cylinder body 291 of the first driven fluid pressure cylinder 29 that is the rotation shaft of the CM2 joint 20. This is performed via a fluid path 294 formed in the interior of 101. Thereby, the cylinder main body 291 of the first driven fluid pressure cylinder 29 can be smoothly rotated, and the thumb mechanism 5 can be smoothly rotated by the CM2 joint 20.

図3及び図5に示すように、MP関節18、CM1関節19及びCM2関節20の夫々にはコイルばね18s,19s,20s(ねじりばね)が設けられている。MP関節18及びCM1関節19の各コイルばね18s,19sは、拇指機構5を延ばし方向に付勢する。CM2関節20のコイルばね20sは、第1の従動流体圧シリンダ29のシリンダ本体291の外周を包囲するようにして設けられ、拇指機構5を示指機構6に隣り合う方向に回動する方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばね18s,19s,20sの付勢方向は、3つの従動流体圧シリンダ29,30,34の各ピストンロッド293,303,343の収縮方向と同じ方向とされている。   As shown in FIGS. 3 and 5, coil springs 18s, 19s, and 20s (torsion springs) are provided in the MP joint 18, the CM1 joint 19, and the CM2 joint 20, respectively. The coil springs 18s and 19s of the MP joint 18 and the CM1 joint 19 extend the thumb mechanism 5 in the extending direction. The coil spring 20s of the CM2 joint 20 is provided so as to surround the outer periphery of the cylinder body 291 of the first driven fluid pressure cylinder 29, and is attached in a direction in which the thumb mechanism 5 is rotated in a direction adjacent to the index finger mechanism 6. Rush. In other words, the biasing directions of the coil springs 18s, 19s, and 20s are the same as the contraction directions of the piston rods 293, 303, and 343 of the three driven fluid pressure cylinders 29, 30, and 34.

そして図示しないが、ハンド本体2の指腹側を覆う指表皮部材11や手の平側を覆う基部表皮部材12には、所定位置に複数の接触センサが設けられている。   Although not shown, the finger skin member 11 covering the finger pad side of the hand body 2 and the base skin member 12 covering the palm side are provided with a plurality of contact sensors at predetermined positions.

以上、ハンド本体2の構成について説明したが、次に、ハンド本体2の各指機構を駆動するための駆動手段3について説明する。   The configuration of the hand body 2 has been described above. Next, the driving means 3 for driving each finger mechanism of the hand body 2 will be described.

駆動手段3は、図1に示すように、ハンド本体2の外部に設けられた駆動シリンダユニット35と、この駆動シリンダユニット35を介してハンド本体2を制御するコントローラ36と、前述した各従動流体圧シリンダ23,24,28,29,30,34とにより構成される。   As shown in FIG. 1, the driving means 3 includes a driving cylinder unit 35 provided outside the hand body 2, a controller 36 that controls the hand body 2 via the driving cylinder unit 35, and each of the driven fluids described above. The pressure cylinders 23, 24, 28, 29, 30, and 34 are configured.

駆動シリンダユニット35は、図1に示すように、複数の駆動流体圧シリンダ37を備えている。駆動流体圧シリンダ37は、図6に示すように、内部に流体を収容するシリンダ本体371と、シリンダ本体371の内部を摺動するピストン372と、ピストン372に連設された中空のピストンロッド373とを備えている。更に、駆動流体圧シリンダ37は、ピストンロッド373の軸線に沿ってピストンロッド373内に挿入されるボールねじ38と、ピストンロッド373の内部に固設されてボールねじ38に螺合するナット39と、ボールねじ38を回転駆動することによりナット39を介してピストンロッド373を進退させるモータ40と、モータ40の作動量を検出するためのエンコーダ41とを備えている。   As shown in FIG. 1, the drive cylinder unit 35 includes a plurality of drive fluid pressure cylinders 37. As shown in FIG. 6, the driving fluid pressure cylinder 37 includes a cylinder main body 371 that contains fluid, a piston 372 that slides inside the cylinder main body 371, and a hollow piston rod 373 that is connected to the piston 372. And. Further, the drive fluid pressure cylinder 37 includes a ball screw 38 inserted into the piston rod 373 along the axis of the piston rod 373, and a nut 39 fixed inside the piston rod 373 and screwed into the ball screw 38. The motor 40 is configured to move the piston rod 373 back and forth through the nut 39 by rotationally driving the ball screw 38, and the encoder 41 for detecting the operation amount of the motor 40.

モータ40は、回転伝達手段としてのプーリ42,43に掛けわたされたベルト44を介してボールねじ38を回転駆動する。これにより、モータ40の出力軸401とピストンロッド373との軸線が平行となり、モータ40をシリンダ本体371に隣設することができてコンパクトに形成される。   The motor 40 rotationally drives the ball screw 38 via a belt 44 hung on pulleys 42 and 43 as rotation transmission means. Thereby, the axis line of the output shaft 401 of the motor 40 and the piston rod 373 becomes parallel, and the motor 40 can be provided adjacent to the cylinder main body 371 to be compact.

駆動シリンダユニット35の各駆動流体圧シリンダ37は、ハンド本体2に内蔵されている前述の従動流体圧シリンダ23,24,28,29,30,34に、1つずつ対応して計13個設けられている。図1に概略を示しているが、駆動シリンダユニット35の各駆動流体圧シリンダ37とハンド本体2の各従動流体圧シリンダ23,24,28,29,30,34とは夫々が流体圧伝達管45を介して各別に接続される。   A total of 13 drive fluid pressure cylinders 37 of the drive cylinder unit 35 are provided corresponding to the driven fluid pressure cylinders 23, 24, 28, 29, 30, 34 incorporated in the hand body 2, one by one. It has been. Although schematically shown in FIG. 1, each of the driving fluid pressure cylinders 37 of the driving cylinder unit 35 and each of the driven fluid pressure cylinders 23, 24, 28, 29, 30, 34 of the hand body 2 are each a fluid pressure transmission pipe. 45 and connected separately.

この構成により、図7(a)及び(b)に模式的に示すように、駆動流体圧シリンダ37の内部に流体を送出・吸入すれば、それに対応して各従動流体圧シリンダ23(24,28,29,30,34)では流体が圧入・排出され、従動流体圧シリンダ37による指機構6(7,8,9,5)の駆動が行われる。このとき、コントローラ36がモータ40を介して駆動流体圧シリンダ37における流体の送出量及び吸入量を制御することにより、従動流体圧シリンダ23(24,28,29,30,34)によって指機構6(7,8,9,5)に所望の屈伸作動を行わせることができる。そして、駆動シリンダユニット35をハンド本体2の外部に設けたことにより、ハンド本体2を小型軽量として、例えば人間の標準的な手と同等の大きさのハンド本体2を得ることができる。更に、各駆動流体圧シリンダ37及び各従動流体圧シリンダ23,24,28,29,30,34の流体圧により各指機構5,6,7,8,9を作動させるので、小型であっても十分な把持力を得ることができる。   With this configuration, as shown schematically in FIGS. 7A and 7B, if the fluid is sent and sucked into the driving fluid pressure cylinder 37, each driven fluid pressure cylinder 23 (24, 28, 29, 30, 34), the fluid is press-fitted and discharged, and the finger mechanism 6 (7, 8, 9, 5) is driven by the driven fluid pressure cylinder 37. At this time, the controller 36 controls the fluid delivery amount and the suction amount in the driving fluid pressure cylinder 37 via the motor 40, whereby the finger mechanism 6 is driven by the driven fluid pressure cylinder 23 (24, 28, 29, 30, 34). (7, 8, 9, 5) can be made to perform desired bending and stretching operations. By providing the drive cylinder unit 35 outside the hand main body 2, the hand main body 2 can be made small and light, and for example, the hand main body 2 having the same size as a standard human hand can be obtained. Further, since each finger mechanism 5, 6, 7, 8, 9 is operated by the fluid pressure of each driving fluid pressure cylinder 37 and each driven fluid pressure cylinder 23, 24, 28, 29, 30, 34, it is small in size. Sufficient gripping force can be obtained.

また、図1に示すように、コントローラ36は、信号線46を介して駆動シリンダユニット35に接続され、各駆動流体圧シリンダ37から各従動流体圧シリンダ23,24,28,29,30,34に伝達される作動用流体圧を調節することにより各指機構の屈伸を制御する。更に、コントローラ36は、信号線47を介してハンド本体2に接続され、器用指とされている拇指機構5、示指機構6、及び中指機構7の各6軸力センサ21や前記接触センサから得られる情報に基づいて、各駆動流体圧シリンダ37の制御を行う。これによって、コントローラ36は、前述した構成のハンド本体2の各指機構により人間の動作を模倣した把持動作を行うように制御する。   Further, as shown in FIG. 1, the controller 36 is connected to the drive cylinder unit 35 via the signal line 46, and the driven fluid pressure cylinders 37 to the driven fluid pressure cylinders 23, 24, 28, 29, 30, 34. The bending and stretching of each finger mechanism is controlled by adjusting the working fluid pressure transmitted to. Further, the controller 36 is connected to the hand main body 2 via the signal line 47 and obtained from each of the six-axis force sensors 21 of the thumb mechanism 5, the index finger mechanism 6, and the middle finger mechanism 7 that are used as dexterous fingers and the contact sensor. Based on the obtained information, each drive fluid pressure cylinder 37 is controlled. Accordingly, the controller 36 performs control so that a gripping operation imitating a human operation is performed by each finger mechanism of the hand body 2 having the above-described configuration.

コントローラ36は、例えば、ハンド本体2の各指機構により円柱状の物体(図示せず)をつかみ上げる動作を行うとき、次のようにして指機構を制御する。   For example, when the controller 36 performs an operation of grasping a cylindrical object (not shown) by each finger mechanism of the hand body 2, the controller 36 controls the finger mechanism as follows.

先ず、器用指とされている拇指機構5、示指機構6、及び中指機構7の指先で物体をつまむ動作を行う。このとき、CM2関節20の回動軸(シリンダ本体291)の軸線a(図2参照)が、示指機構6の中手指節関節と中指機構7の中手指節関節との中央を通って延びるように設けられているので、示指機構6の指先と中指機構7の指先との間に拇指機構5の指先が円滑に対向するので、物体のつまみ状態が極めて安定する。   First, an operation of pinching an object with the fingertips of the thumb mechanism 5, the index finger mechanism 6, and the middle finger mechanism 7 which are dexterous fingers is performed. At this time, the axis a (see FIG. 2) of the rotation axis (cylinder body 291) of the CM2 joint 20 extends through the center between the middle finger joint of the index finger mechanism 6 and the middle finger joint of the middle finger mechanism 7. Since the fingertip of the thumb mechanism 5 smoothly faces between the fingertip of the index finger mechanism 6 and the fingertip of the middle finger mechanism 7, the pinching state of the object is extremely stable.

次いで、拇指機構5、示指機構6、及び中指機構7により手の平側の基部表皮部材12に接触するまで物体を把持する。このとき、コントローラ36は、各6軸力センサ21、及び指腹側の指表皮部材11や手の平側の基部表皮部材12に設けられている接触センサの情報に基づき、物体の位置・大きさ・姿勢等を演算する。コントローラ36は、その演算結果に基づいて拇指機構5、示指機構6、及び中指機構7を動作させるので、つまむ動作から把持する動作に連続的に移行する際に物体のバランスを取りながら物体の姿勢を器用に操ることができる。しかも、CM2関節20の回動軸(シリンダ本体291)の軸線aが、示指機構6の中手指節関節と中指機構7の中手指節関節との中央にあるので、不要なモーメーンとが生じず、把持する動作に移行する際にも物体の姿勢を安定させることができる。   Next, the object is gripped by the thumb mechanism 5, the index finger mechanism 6, and the middle finger mechanism 7 until it comes into contact with the base skin member 12 on the palm side. At this time, the controller 36 determines the position, size, and position of the object based on the information of each 6-axis force sensor 21 and the contact sensors provided on the finger skin member 11 on the finger pad side and the base skin member 12 on the palm side. Calculate posture, etc. Since the controller 36 operates the thumb mechanism 5, the index finger mechanism 6, and the middle finger mechanism 7 based on the calculation result, the posture of the object while balancing the object when continuously shifting from the pinching operation to the gripping operation. Can be manipulated dexterously. Moreover, since the axis a of the rotation axis (cylinder main body 291) of the CM2 joint 20 is at the center between the middle finger joint of the index finger mechanism 6 and the middle finger joint of the middle finger mechanism 7, unnecessary mo- mains are not generated. The posture of the object can be stabilized even when shifting to the gripping operation.

続いて、コントローラ36は、環指機構8及び小指機構9を作動させ、力指とされる環指機構8及び小指機構9により比較的強い力で物体を握り込み、その後、拇指機構5、示指機構6、及び中指機構7により比較的強い力で物体を握り込む。このような動作がコントローラ36の制御により行われることにより、人間を模倣して物体の把持動作を行うことができる。   Subsequently, the controller 36 operates the ring finger mechanism 8 and the little finger mechanism 9 to grasp the object with a relatively strong force by the ring finger mechanism 8 and the little finger mechanism 9 which are the finger fingers. The mechanism 6 and the middle finger mechanism 7 hold the object with a relatively strong force. By performing such an operation under the control of the controller 36, it is possible to perform an object gripping operation imitating a human being.

なお、前記実施形態では、人の手を模した5つの指機構を備える多指ハンド装置1について説明したが、例えば、拇指機構5、示指機構6及び中指機構7の3つとしてもよい。   In the above-described embodiment, the multi-finger hand device 1 including five finger mechanisms simulating a human hand has been described. However, for example, the thumb finger mechanism 5, the index finger mechanism 6, and the middle finger mechanism 7 may be used.

1…多指ハンド装置、4…基部、5…拇指機構、6…示指機構、7…中指機構、13…DIP関節(遠位指節間関節)、14…PIP関節(近位指節間関節)、15…MP1関節(中手指節関節)、16…MP2関節(中手指節関節)、17…IP関節(拇指指節間関節)、18…MP関節(拇指中手指節関節)、19…CM1関節(手根中手関節)、20…CM2関節(手根中手関節)、29…第1の従動流体圧シリンダ(駆動シリンダ)、191…回動軸(第1の回動軸)、291…シリンダ本体(第2の回動軸)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multi-finger hand apparatus, 4 ... Base, 5 ... Thumb mechanism, 6 ... Indicating finger mechanism, 7 ... Middle finger mechanism, 13 ... DIP joint (distal interphalangeal joint), 14 ... PIP joint (proximal interphalangeal joint) ), 15... MP1 joint (metacarpal joint), 16... MP2 joint (metacarpal joint), 17... IP joint (interphalangeal joint), 18. CM1 joint (carpal joint), 20 ... CM2 joint (carpal joint), 29 ... first driven fluid pressure cylinder (drive cylinder), 191 ... rotation axis (first rotation axis), 291 ... Cylinder body (second rotating shaft).

Claims (2)

基部と、該基部に連結された少なくとも3つの指機構を備え、3つの指機構が、夫々、人間の手における示指の動きを模倣した屈伸機能を有する示指機構、中指の動きを模倣した屈伸機能を有する中指機構、及び拇指の動きを模倣した屈伸機能を有する拇指機構とされている多指ハンド装置であって、
前記示指機構と前記中指機構とは、その夫々に、1軸で回動する遠位指節間関節と、該遠位指節間関節の回動軸に平行の軸線回りに1軸で回動する近位指節間関節と、該近位指節間関節の回動軸に平行の軸線回りの軸線に交差する方向に沿って延びる軸線回りとの2軸回りで回動する中手指節関節とを備え、
前記拇指機構は、1軸で回動する拇指指節間関節と、該拇指指節間関節の回動軸に平行の軸線回りに1軸で回動する拇指中手指節関節と、該拇指中手指節関節の回動軸に平行の軸線を有する第1の回動軸及び該第1の回動軸の軸線に交差する方向に沿って延びる軸線を有する第2の回動軸の2軸で回動する手根中手関節とを備え、
前記拇指機構の手根中手関節の第2の回動軸は、その軸線が、前記示指機構の中手指節関節と前記中指機構の中手指節関節との間における中央を通って、延ばし状態の前記示指機構及び前記中指機構の指先方向に延びるように配設されており、
前記拇指機構は、前記第1の回動軸を駆動する駆動シリンダを備え、前記駆動シリンダは、前記拇指機構の前記第2の回動軸とされ、回動自在に前記基部に支持されるシリンダ本体を備えることを特徴とする多指ハンド装置。
A base, and at least three finger mechanisms connected to the base, the three finger mechanisms each having a flexion / extension function imitating the movement of the index finger in a human hand, and a flexion / extension function imitating the movement of the middle finger A multi-finger hand device which is a middle finger mechanism having a thumb and a thumb mechanism having a bending and stretching function imitating the movement of a thumb,
Each of the index finger mechanism and the middle finger mechanism is rotated about one axis about a distal interphalangeal joint that rotates about one axis, and an axis parallel to the rotation axis of the distal interphalangeal joint. metacarpophalangeal that pivots about two axes of the proximal interphalangeal joint, the axis around which extends along a direction intersecting the axis around the axis and this parallel to the rotation axis of the joint between the proximal phalanx of With articulated joints,
The thumb mechanism includes a thumb interphalangeal joint that rotates about one axis, a thumb metacarpophalangeal joint that rotates about one axis around an axis parallel to the rotation axis of the thumb interphalangeal joint, and the middle finger Two axes of a first rotation axis having an axis parallel to the rotation axis of the finger joint and a second rotation axis having an axis extending along the direction intersecting the axis of the first rotation axis With a carpal joint that rotates,
It said second pivot axis of the carpometacarpal joint of the thumb mechanism is its axis, through the center between the metacarpophalangeal joints of the metacarpophalangeal joint of the index finger mechanism the middle finger mechanism, extended state Arranged to extend in the fingertip direction of the index finger mechanism and the middle finger mechanism ,
The thumb mechanism includes a drive cylinder that drives the first rotation shaft, and the drive cylinder serves as the second rotation shaft of the thumb mechanism and is rotatably supported by the base portion. A multi-finger hand device comprising a main body.
基部と、該基部に連結された少なくとも3つの指機構を備え、3つの指機構が、夫々、人間の手における示指の動きを模倣した屈伸機能を有する示指機構、中指の動きを模倣した屈伸機能を有する中指機構、及び拇指の動きを模倣した屈伸機能を有する拇指機構とされている多指ハンド装置であって、
前記示指機構と前記中指機構とは、その夫々に、1軸で回動する遠位指節間関節と、該遠位指節間関節の回動軸に平行の軸線回りに1軸で回動する近位指節間関節と、該近位指節間関節の回動軸に平行の軸線回りの軸線に交差する方向に沿って延びる軸線回りとの2軸回りで回動する中手指節関節とを備え、
前記拇指機構は、1軸で回動する拇指指節間関節と、該拇指指節間関節の回動軸に平行の軸線回りに1軸で回動する拇指中手指節関節と、該拇指中手指節関節の回動軸に平行の軸線を有する第1の回動軸及び該第1の回動軸の軸線に交差する方向に沿って延びる軸線を有する第2の回動軸の2軸で回動する手根中手関節とを備え、
前記拇指機構の手根中手関節の第2の回動軸は、その軸線が、前記示指機構の中手指節関節と前記中指機構の中手指節関節との間における中央を通って、延ばし状態の前記示指機構及び前記中指機構の指先方向に延びるように配設されており、
前記拇指機構の前記第2の回動軸は中空に形成されて前記基部に配設され、該第2の回動軸の内部に、前記第1の回動軸の回動を駆動する駆動シリンダが設けられていることを特徴とする多指ハンド装置。
A base, and at least three finger mechanisms connected to the base, the three finger mechanisms each having a flexion / extension function imitating the movement of the index finger in a human hand, and a flexion / extension function imitating the movement of the middle finger A multi-finger hand device which is a middle finger mechanism having a thumb and a thumb mechanism having a bending and stretching function imitating the movement of a thumb,
Each of the index finger mechanism and the middle finger mechanism is rotated about one axis about a distal interphalangeal joint that rotates about one axis, and an axis parallel to the rotation axis of the distal interphalangeal joint. metacarpophalangeal that pivots about two axes of the proximal interphalangeal joint, the axis around which extends along a direction intersecting the axis around the axis and this parallel to the rotation axis of the joint between the proximal phalanx of With articulated joints,
The thumb mechanism includes a thumb interphalangeal joint that rotates about one axis, a thumb metacarpophalangeal joint that rotates about one axis around an axis parallel to the rotation axis of the thumb interphalangeal joint, and the middle finger Two axes of a first rotation axis having an axis parallel to the rotation axis of the finger joint and a second rotation axis having an axis extending along the direction intersecting the axis of the first rotation axis With a carpal joint that rotates,
It said second pivot axis of the carpometacarpal joint of the thumb mechanism is its axis, through the center between the metacarpophalangeal joint of the metacarpophalangeal joint of the index finger mechanism the middle finger mechanism, extended state Arranged to extend in the fingertip direction of the index finger mechanism and the middle finger mechanism ,
The second rotation shaft of the thumb mechanism is formed hollow and disposed at the base, and a drive cylinder that drives the rotation of the first rotation shaft inside the second rotation shaft A multi-fingered hand device characterized by that.
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