CN104781052A - 关节机构、手指以及手 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够根据把持的物体的形状而将多根手指分别弯折成不同的形状，并且结构简单的关节机构以及手。该关节机构具备多个如下结构的手指(关节机构)(80A、80B)，该手指具有：安装构件(10)；第一指部(81)，其通过第一连接部(87)以转动自如的方式与安装构件(10)连接；第二指部(91)，其通过第一指部(81)的第二连接部(97)以转动自如的方式与该第一指部连接；第一驱动部(111)，其通过第二指部(91)的第四连接部(115)以转动自如的方式与该第二指部连接，并且与第三连接部(113)连接，通过将第三连接部(113)朝向第四连接部(115)方向压出，从而使第一指部(81)与第二指部(91)以第一连接部(87)为中心一体地转动、或者在第一指部(81)的转动被阻止时第二指部(91)以第二连接部(97)为中心转动。将手指(80A、80B)并列配置，通过单一的驱动机构(30)将两者的第三连接部(113)同时朝向相同的方向驱动相同距离。

Description

关节机构、手指以及手
技术领域
本发明涉及一种关节机构、手指以及手。
背景技术
以往，作为假手、机械手(将两者统称为“手”)的关节机构，开发有进行与人类的指关节的动作大致相同的动作的关节机构。作为这种关节机构，以往，存在例如将多个指部(相当于一根手指的各骨。连杆构件)连结为彼此能够旋转，通过驱动机构驱动连结在一起的各指部而使各指部分别旋转规定的角度的结构等(例如参照专利文献1、2、3、4)。作为驱动机构使用了线性致动器、马达、液压致动器等。
另一方面，在人类的手抓握物体时，使多根手指分别弯折成不同形状，各手指以大致相同的压力与物体的表面接触。并且，在想要通过上述以往的关节机构实现这样的动作的情况下，为了独立地驱动各手指以使该各手指分别弯曲成不同角度，需要针对各手指设置驱动机构(例如参照专利文献1)、或将一个驱动机构的力分散至多根手指(例如参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-104752号公报
专利文献2：日本特开2001-277175号公报
专利文献3：国际公开第2008-26574号公报
专利文献4：日本特开平8-126984号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在针对各手指设置驱动机构的情况下，驱动机构的数量变多，因此无法实现关节机构以及使用该关节机构的手的小型化、并且还阻碍低成本化、轻型化。
另一方面，在将一个驱动机构的力分散至多个手指的情况下，不得不使用由带轮、齿轮、差动齿轮等构成的复杂的动力分散机构，在该情况下，也无法实现关节机构以及使用该关节机构的手的小型化、并且还阻碍低成本化、轻型化。
另一方面，在专利文献3的关节机构(参照图10～图13)中，构成一根手指的三个指部内的中间的指部(中间构件)与前端侧的指部(前端构件)均由板材构成，且形成为弯折成朝向内侧(手掌侧)开口的U字状的形状。因此U字的中央的底面部朝向外侧(手背侧)，无法将该底面部作为与把持对象物的抵接面而发挥功能，产生安装其他成为抵接面的部件的需要，存在部件数量增多，结构也变得复杂化，并且重量也变重的可能性。另外，在将根部侧的指部(基端构件)与中间的指部(中间构件)之间连结成旋转自如的连接部(第一铰接部)的下方(内侧、手掌侧)，设置有将驱动构件(第一连杆构件)与中间的指部(中间构件)之间连结成旋转自如的连接部(第二支轴部)，因此还存在指部的高度尺寸变大，无法实现关节机构的高度尺寸的薄型化的问题。
并且，在专利文献4的关节机构中，三个指部(连杆)均由板材构成，且形成为弯折成朝向外侧(手背侧)开口的U字状的形状，因此能够将U字的中央的底面部作为与把持对象物的抵接面而发挥功能。但是，由于在各指部的外侧分别设置有流体压力致动器，因此不仅指部的高度尺寸变大，无法实现关节机构的高度尺寸的薄型化，并且还存在结构复杂部件数量变多且重量变重的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够根据所把持的物体的形状而将多根手指分别弯折成不同形状，同时实现结构简单，能够实现小型化、低成本化、轻型化的关节机构以及手。
另外，本发明的目的在于提供能够实现高度尺寸的薄型化并且能够实现结构的简单化的关节机构、手指以及手。
用于解决课题的手段
本申请发明的关节机构的特征在于，具备多组由如下结构构成的关节机构，所述关节机构至少具有：安装构件；第一指部，其通过根部侧的第一连接部以转动自如的方式与所述安装构件连接；第二指部，其根部侧通过所述第一指部的前端侧的第二连接部以转动自如的方式与所述第一指部连接；第一驱动部，其前端侧通过所述第二指部的根部侧的第四连接部以转动自如的方式与所述第二指部连接，并且所述第一驱动部的根部侧与施加驱动动力的第三连接部连接，通过将所述第三连接部朝向所述第四连接部方向压出，使第一指部与第二指部以所述第一连接部为中心一体地转动、或在第一指部的转动被阻止时第二指部以第二连接部为中心转动，通过将多组所述关节机构并列配置，并且设置将多组所述关节机构分别具有的第三连接部同时朝向相同方向驱动相同距离的单一的驱动机构，从而同时驱动多组所述关节机构。
根据该关节机构，通过单一的驱动机构同时驱动并列配置的多组关节机构，从而能够根据所要把持的把持对象物的形状而容易地使各关节机构的第一、第二指部的弯曲形状不同。由此，能够容易地进行与人的多根手指的动作大致相同的动作。另外，由于只需通过单一的驱动机构将多个关节机构的第三连接部同时朝向相同方向驱动相同距离即可，因此结构简单，另外还能够实现小型化、低成本化、轻型化。这里，上述“相同方向”是指包括相同直线方向、相同旋转方向等各种方向的含义。
优选所述关节机构构成为，与所述第一驱动部连结于第二指部的第四连接部的位置相比，所述第二指部连接于第一指部的第二连接部位于内侧。通过这样构成，与驱动机构连结的第一驱动部的驱动力首先传递至第二指部，然后向第一指部传递，能够在第一、第二指部上产生以第一、第二连接部为中心的转矩。
另外，也可以构成为，各个所述关节机构还具有：第三指部，其根部侧通过所述第二指部的前端侧的第五连接部以转动自如的方式与所述第二指部连接；第二驱动部，其前端侧以转动自如的方式与所述第三指部的根部侧的第七连接部连接，并且所述第二驱动部的根部侧以转动自如的方式与所述第一驱动部的前端侧的第六连接部或者所述第一指部的前端侧的第六连接部连接，在所述第二指部相对于所述第一指部转动时，通过所述第二驱动部使第三指部相对于第二指部转动。
如果这样构成，能够与第二指部相对于第一指部的转动连动地，使第三指部相对于第二指部转动、弯曲。
另外，也可以构成为，使所述关节机构的第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部中的至少任一个的位置在各个关节机构中不同。
如果这样构成，通过利用单一的驱动机构将多组关节机构的各个第三连接部同时朝向相同方向驱动相同距离，即使各关节机构不与把持对象物接触，也能够改变各指部的弯曲状态。例如在人的手抓取物体时，一般从小拇指侧起弯折手指，能够通过简单的结构容易地进行这种动作。
另外，也可以构成为，所述驱动机构具有：与多个所述第三连接部连结并且使这些第三连接部同时前后运动的连结构件、驱动该连结构件的致动器。
这样，如果采用通过连结构件使第三连接部前后运动的结构，则结构简单，并且还能够实现小型化、低成本化、轻型化。
另外，也可以应用上述关节机构构成手(假手或者机械手)。
另一方面，本申请发明的关节机构的特征在于，所述关节机构至少具有：安装构件；第一指部，其通过根部侧的第一连接部以转动自如的方式与所述安装构件连接；第二指部，其根部侧通过所述第一指部的前端侧的第二连接部以转动自如的方式与所述第一指部连接；第一驱动部，其前端侧通过所述第二指部的根部侧的第四连接部以转动自如的方式与所述第二指部连接，并且所述第一驱动部的根部侧与施加驱动动力的第三连接部连接，通过将所述第三连接部朝向所述第四连接部方向压出，从而同时驱动第一指部和第二指部使两者以所述第一连接部为中心一体地转动、或者在第一指部的转动被阻止时第二指部以第二连接部为中心转动，并且所述第一指部和第二指部均配置为，将板材弯折成U字状且其中央的底面部朝向内侧，所述第四连接部设置于所述第二指部的与第二连接部相比向根部侧突出的部分，且第四连接部至少其一部分进入所述第一指部的外侧的开口部分内，并且在使第二指部相对于所述第一指部向内侧弯折时，第四连接部从第一指部的开口部分内朝向外侧露出。
根据该关节机构，由于将第一指部和第二指部均配置为，将板材弯折成U字状且其中央的底面部朝向内侧，因此能够直接将这些底面部作为与把持对象物抵接的抵接面而发挥功能。因此能够实现结构的简单化、轻型化。另外，在第二指部的与第二连接部相比向根部侧突出的部分设置有第四连接部，因此第二、第四连接部在高度方向上不重叠，由此，能够实现连接第一、第二指部的第二连接部附近部分的高度尺寸的薄型化。并且将第一指部的内部作为第四连接部的摆动空间的一部分而使用，因此在使第二指部相对于第一指部向内侧弯折时，能够减小第四连接部从第一指部的开口部分内向外侧突出的突出量(突出尺寸)。即，无论第一、第二指部间处于何种弯折状态(打开、闭合)，均能够实现连接第一、第二指部的第二连接部附近部分的高度尺寸的薄型化。
优选构成为，所述关节机构还具有：第三指部，其根部侧通过所述第二指部的前端侧的第五连接部以转动自如的方式与所述第二指部连接；第二驱动部，其前端侧以转动自如的方式与所述第三指部的根部侧的第七连接部连接，并且所述第二驱动部的根部侧以转动自如的方式与所述第一指部的前端侧的第六连接部连接，在所述第二指部相对于所述第一指部转动时，通过所述第二驱动部使第三指部相对于第二指部转动，并且所述第三指部配置为，将板材弯折成U字状且其中央的底面部朝向内侧，所述第六连接部设置于所述第一指部的与第二连接部相比向前端侧突出的部分，并且第六连接部插入第六连接部插入凹部，所述第六连接部插入凹部设置于第二指部的左右两侧面部的手背侧的边上，在使第三指部相对于第二指部向内侧弯折时，第六连接部从第六连接部插入凹部内脱出。
如上所述，将第三指部配置为，将板材弯折成U字状且使其中央的底面部朝向内侧，因此将第三指部的底面部与第一、第二指部一起作为与把持对象物抵接的抵接面而发挥功能。因此能够实现结构的简单化、轻型化。另外，由于在第一指部的与第二连接部相比向前端侧突出的部分设置有第六连接部，因此第二、第六连接部在高度方向上不重叠，由此，还能够实现连接第一、第二指部的第二连接部附近部分的高度尺寸的薄型化。并且将设置于第二指部的第六连接部插入凹部配置在第一指部的左右两侧面部之间，因此能够减小第六连接部朝向第二指部的外侧突出的突出量(突出尺寸)。即，无论第一、第二指部之间处于何种弯折状态(打开、闭合)，均能够实现连接第一、第二指部的第二连接部附近部分的高度尺寸的薄型化。
另外，本发明也可以应用上述关节机构构成手指，还可以通过具备多个该手指而构成手(假手或者机械手)。
发明效果
根据本发明，能够根据所把持的物体的形状，将多组关节机构分别弯折成不同形状，同时结构简单，能够实现小型化、低成本化、轻型化。
另外，根据本发明，能够实现指部的高度尺寸的薄型化，同时能够实现结构的简单化。
附图说明
图1是手1-1的立体图。
图2是手1-1的侧视图。
图3是手1-1的俯视图。
图4是手1-1的动作说明图。
图5是手1-1的动作说明图。
图6是手1-1的动作说明图。
图7是手1-2的侧视图。
图8是手1-3的侧视图。
图9是从斜上侧观察手1-3时的立体图。
图10是从斜下侧观察手1-3时的立体图。
图11是连结构件50-3的立体图。
图12(a)是第一指部81-3的侧视图，图12(b)是图12(a)的A-A剖视图。
图13是第二指部91-3的侧视图。
图14是第三指部101-3的侧视图。
图15是手1-3的动作说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
〔第一实施方式〕
图1是应用了本发明的第一实施方式的关节机构的手1-1的立体图，图2是手1-1的侧视图，图3是手1-1的俯视图。如这些图所示，手1-1构成为具备：安装构件(基础构件)10、设置于安装构件10上的驱动机构30、被安装于安装构件10的驱动机构30驱动的一对手指80A、80B。需要说明的是，在以下的说明中，将手指80A、80B弯折的方向(图1的下方)设为内侧或者手掌侧，将其相反方向(图1的上方)设为外侧或者手背侧(在其他实施方式中也相同)。
安装构件10呈大致板状，将其上表面设为驱动机构设置面11。从安装构件10的设置有手指80A、80B一侧(图中，用箭头X表示的一侧)的前端面(前面)的两端，突出设置有以转动自如的方式安装下述的第一指部81的指部安装部13(在图1中仅用虚线示出近前侧的部分)。在安装构件10的突出有所述指部安装部13的前端面的两指部安装部13之间的位置，突出设置有矩形状的滑动移动体设置部15(参照图3)。从安装构件10的上述指部安装部13的根部的上表面设置有朝向上方(用箭头Z表示的方向)突出的一对立设部17。
驱动机构30构成为具备线性致动器31和连结构件40。线性致动器31具有呈大致圆筒形的致动器主体33和从致动器主体33的一个端面以进退自如的方式突出的杆35。线性致动器31为电动式，能够调节杆35的进退量。致动器主体33以所述杆35朝向与连结构件40对置的方向(箭头X方向)的方式，固定于安装构件10的驱动机构设置面11的中央位置处。
连结构件40是将线性致动器31与两根手指80A、80B连结的构件，在该实施方式中，使用直线导轨，且构成为具有滑动移动体41和导轨43(参照图3)。滑动移动体41是呈大致矩形的块，配置在安装构件10的滑动移动体设置部15上，所述杆35的前端安装于该滑动移动体41的一个侧面。导轨43呈直线状且以朝向滑动移动体41的滑动方向(X方向)延伸的方式固定于滑动移动体设置部15上。滑动移动体41被该导轨43引导并且以直线状往复滑动移动。即，通过驱动线性致动器31，从而滑动移动体41经由杆35在导轨43上滑动移动。从滑动移动体41的左右两侧面(箭头Y方向)突出有一对轴部47。两轴部47的前端以转动自如的方式连结于与下述的第一驱动部111连接的第三连接部113。
手指80A、80B为相同的结构，因此主要对一个手指80A进行说明。手指80A具备：以转动自如的方式安装于安装构件10上的第一指部81；以转动自如的方式安装于第一指部81上的第二指部91、以转动自如的方式安装于第二指部91上的第三指部101；驱动上述第一、第二、第三指部81、91、101的第一、第二驱动部111、121。
第一指部81以将一个平板在下边处弯折成大致U字状，且弯折后的两侧的部分形成为平行的方式形成。将形成为平行的一对板部分分别称为第一指部主体部83、85。即形成为平行的两第一指部主体部83、85通过底板连结。
中侧的第一指部主体部85以不阻碍所述轴部47的移动的方式在上边形成切口，而形成为大致L字形状。外侧的第一指部主体部83不存在这种限制，因此与第一指部主体部85相比，其外形增大，且机械强度增强。一对第一指部主体部83、85的根部侧(安装构件10侧)的下部以夹着所述安装构件10的指部安装部13的方式配置。并且，第一指部81在夹着指部安装部13的第一连接部87处，以转动自如的方式与安装构件10连接。在第一连接部87处设置有轴承。
第二指部91以将一个平板在下边处弯折成大致U字状，且弯折后的两侧的部分形成为平行的方式形成。将形成为平行的一对板部分分别称为第二指部主体部93、95。即形成为平行的两第二指部主体部93、95通过底板连结。两第二指部主体部93、95的形状大致相同。
一对第二指部主体部93、95的根部侧(第一指部81侧)的下部形成为，基本恰好进入所述第一指部81的前端侧的一对第一指部主体部83、85之间的宽度尺寸。并且，第二指部91在被第一指部81夹着的第二连接部97处以转动自如的方式与第一指部81连接。在第二连接部97处设置有轴承。
第三指部101以将一个平板在上边处弯折成大致倒U字状，且弯折后的两侧的部分形成为平行的方式形成。将形成为平行的一对板部分分别称为第三指部主体部103、105。即形成为平行的两第三指部主体部103、105通过上板连结。两第三指部主体部103、105的形状大致相同。
一对第三指部主体部103、105的根部侧(第二指部91侧)的下部以从外侧夹持所述第二指部91的前端侧的一对第二指部主体部93、95的方式配置。并且，第三指部101在夹着第二指部91的第五连接部107处以转动自如的方式与第二指部91连接。在第五连接部107处设置有轴承。
第一驱动部111呈大致板状，且在其根部侧(安装构件10侧)的第三连接部113处以转动自如的方式与所述滑动移动体41的一对轴部47的前端连接。另一方面，第一驱动部111在其前端侧(第二指部91侧)的第四连接部115处以转动自如的方式与所述第二指部91的根部侧(所述第二连接部97的上部)的部分连接。即第一驱动部111在第四连接部115处与第二指部91连结，第一指部81在与第四连接部115相比靠内侧的第二连接部97处与第二指部91连结。在第三连接部113与第四连接部115处分别设置有轴承。
第二驱动部121呈大致板状，且在其根部侧(第一驱动部111侧)的第六连接部123(参照图2)处以转动自如的方式与所述第一驱动部111的前端侧(所述第四连接部115的下部)的部分连接。另一方面，第二驱动部121在其前端侧(第三指部101侧)的第七连接部125处以转动自如的方式与所述第三指部101的根部侧(所述第五连接部107的上部)的部分连接。在第六连接部123与第七连接部125处分别设置有轴承。
需要说明的是，虽然未图示，但在各手指80A、80B的规定位置处，安装有对各指部81、91、101整体向打开方向施力的螺旋弹簧等施力机构。
接下来，对上述手1-1的动作进行说明。图4至图6是手1-1的动作说明图。首先，如所述图2所示，在将线性致动器31的杆35最大程度地拉拽至致动器主体33内的状态下，滑动移动体41以及第三连接部113最大程度地向致动器主体33侧移动，同时第一、第二、第三指部81、91、101保持为大致水平。
当从该状态起驱动线性致动器31而通过线性致动器31的杆35将滑动移动体41向前方(箭头X方向)压出时，第三连接部113朝向第四连接部115方向压出，通过以第一连接部87为中心的扭矩力，如图4所示，使第一、第二、第三指部81、91、101整体直接以第一连接部87为中心一体地转动。第一、第二、第三指部81、91、101整体直接一体地转动是由于，通过施力机构施加维持第一、第二、第三指部81、91、101整体成为直线状的状态的作用力。当进一步将杆35向前方压出时，如图4中点划线所示，第一、第二、第三指部81、91、101整体进一步转动。该动作例如在通过指尖抓取物体的情况下使用。另一方面，当驱动线性致动器31将滑动移动体41向后方拉拽时，通过与上述相反的动作，使第一、第二、第三指部81、91、101整体直接以第一连接部87为中心一体地向相反方向转动，而返回所述图2所示的状态。
接下来，如图5所示，设为把持对象物130与第一指部81的移动目的地侧(抓取物体侧、内侧)的底面81A抵接而位于该底面81A处。当在该状态下驱动线性致动器31通过线性致动器31的杆35而将滑动移动体41向前方(箭头X方向)压出时，第三连接部113朝向第四连接部115方向压出。此时第一指部81因把持对象物130而无法转动，因此按压所述第三连接部113的按压力大于所述施力机构的作用力(想要将第一、第二、第三指部81、91、101保持为大致直线状的作用力)，由此第二指部91以第二连接部97为中心而转动。此时，由于设置于第一驱动部111的第六连接部123相对于第四连接部115向前方相对移动，因此第二驱动部121向前方压出。由此，第七连接部125向前方压出，第三指部101相对于第二指部91以第五连接部107为中心朝向下侧方向转动。
如果进一步驱动线性致动器31而通过杆35将滑动移动体41向前方压出，则第一指部81保持静止，第二指部91与第三指部101进一步弯折，如图5中点划线所示的假想线那样，对把持对象物130进行把持。
当从图5所示的状态起驱动线性致动器31将滑动移动体41向后拉拽时，通过与上述相反的动作，第二、第三指部91、101以第二、第五连接部97、107为中心向相反方向转动，从而返回所述图2所示的状态。
在图5中，对在第一指部81处于水平状态下把持对象物130与第一指部81抵接且第一指部81不从水平状态转动的情况进行了说明。另一方面，在第一指部81从水平状态如图4所示在转动规定角度后与把持对象物抵接从而静止的情况下，第二、第三指部91、101从第一指部81静止的位置起相对于第一指部81相对地如上述那样弯曲。
另外，根据以上说明可知，在该手1-1中，第一驱动部111在第四连接部115处与第二指部91连结，第一指部81在与第四连接部115相比靠内侧的第二连接部97处与第二指部91连结，因此与驱动机构30连结的第一驱动部111的驱动力首先传递至第二指部91，然后向第一指部81传递，在第一、第二指部81、91上产生以第一、第二连接部87、97为中心的转矩。
在上述图4、图5中，对手1-1的一对手指80A、80B双方进行相同的动作的情况进行了说明。另一方面，手1-1的手指80A、80B也可以分别进行不同的动作。即，如图6所示，可以考虑在一个手指80A中，把持对象物130在第一指部81从水平位置大致微转动的位置处与其底面81A抵接，并且把持对象物130不与另一个手指80B的第一指部81抵接的情况。根据把持对象物130的外形形状而经常会产生这样的状态。
首先，当在图2所示的状态下驱动线性致动器31而通过驱动线性致动器31的杆35将滑动移动体41向前方(箭头X方向)压出时，在图6中，两手指80A、80B直至手指80A的第一指部81与把持对象物130抵接为止进行相同的动作。即，两手指80A、80B均以第一连接部87为中心保持呈直线状延伸的状态而转动。当进一步将滑动移动体41向前方压出时，对于与把持对象物130抵接的手指80A而言，第一指部81保持在该位置静止的状态，第二指部91与第三指部101弯曲。另一方面，未与把持对象物130抵接的指80B保持呈直线状延伸的状态以第一连接部87为中心而转动。当然，如果在手指80B的转动过程中把持对象物130与其第一指部81抵接，则第一指部81在该位置处静止，第二、第三指部91、101弯折。需要说明的是，即使两手指80A、80B的弯折状态不同，两者的第三连接部113的位置当然也位于相同位置。
即，手1-1构成为并列设置有两组手指80A、80B，该两组手指80A、80B通过将第三连接部113朝向第四连接部115方向压出，从而第一指部81与第二、第三指部91、101以第一连接部87为中心而一体转动、或者在第一指部81的转动被阻止时第二、第三指部91、101以第二、第五连接部97、107为中心而转动。并且，通过设置单一的驱动机构30，从而同时驱动所述两组手指80A、80B，该驱动机构30将各个手指80A、80B所具有的第三连接部113同时朝向相同方向以直线状驱动相同距离。
如上所述，根据该手1-1，仅通过利用单一的驱动机构30同时驱动并列配置的两组手指80A、80B，便能够根据想要把持的把持对象物130的形状，而容易地使各手指80A、80B的第一、第二、第三指部81、91、101的弯曲形状不同。由此，能够容易地进行与人的多根手指的动作大致相同的动作。
另外，由于只需通过单一的驱动机构30将多个手指80A、80B的第三连接部113同时朝向相同方向驱动相同距离即可，因此结构简单，并且还能够实现小型化、低成本化、轻型化。特别是驱动机构30构成为具有连结构件40和线性致动器31，其结构较为简单，该连结构件40转动自如地连结于第三连接部113且使第三连接部113呈直线状前后运动，该线性致动器31使连结构件40前后运动。
〔第二实施方式〕
图7是应用了本发明的第二实施方式的关节机构的手1-2的侧视图。在图7所示的手1-2中，对与所述图1～图6所示的手1-1相同或者相当部分标注相同的附图标记(但是，对各附图标记标记后缀“-2”)。需要说明的是，关于以下进行说明的事项以外的事项，与所述图1～图6所示的手1-1相同。在手1-2中，与所述手1-1的不同之处在于，变更第三连接部113-2的位置、与之对应地稍稍变更第一驱动部111-2的形状。
即，手1-2的第三连接部113-2的位置位于与图2所示的手1-1的第三连接部113的位置相比靠上方的位置。若这样构成，则在使图7所示的第三连接部113-2向第四连接部115-2侧直线移动与以指80A转动至图4中实线所示的位置的方式使第三连接部113向第四连接部115侧直线移动的距离相同的距离时，手指80A-2转动至图7中点划线所示的位置。此时，手指80A-2的转动角度〔θ-2〕比所述手指80A的转动角度〔θ〕(参照图4)小(〔θ-2〕＜〔θ〕)。
换言之，如果使第三连接部113-2的位置与第三连接部113的位置不同，则能够使手指80A的转动角度〔θ〕与手指80A-2的转动角度〔θ-2〕不同。需要说明的是，即使第一连接部87-2、第二连接部97-2、第四连接部115-2的位置不同，也相同地产生该作用。并且，即使多个连接部的位置不同，也相同地产生该作用。
因此，例如如果作为一个手指使用图1～图6所示的手指80A(或者80B)，作为另一个手指使用图7所示的手指80A-2(或者80B-2)，则通过利用单一的驱动机构30(30-2)将一对第三连接部113(113-2)同时朝向相同方向驱动相同距离，即使两手指不与把持对象物接触，也能够改变各手指的弯曲状态。例如在人的手抓取物体时，一般从小拇指侧使手指弯折，能够通过简单的结构而容易地实现这种动作。
〔第三实施方式〕
图8是应用了本发明的第三实施方式的关节机构的手1-3的侧视图，图9是从斜上侧观察手1-3时的立体图，图10是从斜下侧观察手1-3时的立体图。在图8至图10所示的手1-3中，对与所述图1～图6所示的手1-1相同或者相当部分标注相同的附图标记(但是，对各附图标记标记后缀“-3”)。需要说明的是，关于以下进行说明的事项以外的事项，与所述图1～图6所示的手1-1相同。如这些图所示，手1-3构成为具备：安装构件10-3、安装于安装构件10-3的驱动机构30-3、被安装于安装构件10-3的驱动机构30-3驱动的一对指80A-3、80B-3。
安装构件10-3通过由点划线表示的假想线记载，安装驱动机构30-3的线性致动器31-3，并且分别独立地将连结构件50-3与第一指部81-3以转动自如的方式轴支承于第一连接部87-3的位置。
驱动机构30-3构成为具备线性致动器31-3和连结构件50-3。线性致动器31-3的结构与所述线性致动器31的结构相同。
图11是连结构件50-3的立体图。如该图所示，连结构件50-3在从侧面观察时为呈大致心形的块形状。在连结构件50-3的下部中央转动自如地穿过有第一连接部用轴61-3，另外在连结构件50-3的被分为两个的一个上部转动自如地穿过有第三连接部用轴63-3，并且在连结构件50-3的另一个上部安装有将一对侧壁部55-3之间连结为转动自如的连结杆65-3。
连结构件50-3将该第一连接部用轴61-3的两侧部分安装于安装构件10-3，并且将第一指部81-3的第一连接部87-3分别以转动自如的方式安装于贯通安装构件10-3且向其两外侧突出的第一连接部用轴61-3的两端。即，连结构件50-3与第一指部81-3以分别独立且转动自如的方式安装于安装构件10-3。
另一方面，在连结构件50-3的连结杆65-3的中央，安装有线性致动器31-3的杆35-3的前端。另外，在连结构件50-3的第三连接部用轴63-3的两端，安装有第一驱动部111-3的第三连接部113-3。根据以上说明可知，连结构件50-3以在从侧面观察时第一连接部87-3、第三连接部113-3以及连结杆65-3分别成为三角形的顶点的方式配置，且与一个线性致动器31-3和两根手指80A-3、80B-3连结。
由于手指80A-3、80B-3为相同的结构，因此主要对一个手指80A-3进行说明。手指80A-3构成为具备：第一指部81-3，其通过根部侧(安装构件10-3侧)的第一连接部87-3以转动自如的方式与安装构件10-3连接；第二指部91-3，其通过第一指部81-3的前端侧(与安装构件10-3分离侧)的第二连接部97-3以根部侧转动自如的方式与该第二连接部97-3连接；第三指部101-3，其通过第二指部91-3的前端侧的第五连接部107-3以根部侧转动自如的方式与该第五连接部107-3连接；第一驱动部111-3，其前端侧通过第二指部91-3的根部侧的第四连接部115-3以转动自如的方式与该第四连接部115-3连接，并且根部侧与施加驱动动力的所述第三连接部113-3连接；第二驱动部121-3，其前端侧以转动自如的方式与第三指部101-3的根部侧的第七连接部125-3连接，并且根部侧以转动自如的方式与第一指部81-3的前端侧的第六连接部123-3连接。
图12是表示第一指部81-3的图，图12(a)是侧视图，图12(b)是图12(a)的A-A剖视图。如该图以及图8～图10所示，第一指部81-3通过将一个平板(板材)在下边处弯折成大致U字状，在中央的底面部82-3的两侧以平行的方式设置一对侧面部83-3、83-3而构成。如上所述，在一对侧面部83-3、83-3的根部侧部分设置有第一连接部87-3，并且在该部分处以转动自如的方式与安装构件10-3连接，此时，中央的底面部82-3朝向内侧(手掌侧)配置。因此，开口部分85-3朝向外侧(手背侧)。在第一连接部87-3处设置有轴承。在第一指部81-3的前端侧设置有第二连接部97-3，并且在与第二连接部97-3相比向前端侧突出的部分设置有第六连接部123-3。从第一指部81-3的第二连接部97-3附近起，前端侧的下部成为底面部82-3被切除的第二指部插入部821-3。
图13是第二指部91-3的侧视图。如该图以及图8～图10所示，第二指部91-3通过将一个平板(板材)在下边处弯折成大致U字状，而在中央的底面部92-3的两侧以平行的方式设置一对侧面部93-3、93-3而构成。在一对侧面部93-3、93-3的根部侧部分设置有第二连接部97-3，且在该部分处以转动自如的方式与第一指部81-3的一对侧面部83-3、83-3连接。在第二连接部97-3中，在两侧面部83-3、83-3(93-3、93-3)之间架设有轴(在以下的各连接部中也相同)。在第二指部91-3的两侧面部93-3设置有与第二连接部97-3相比向根部侧突出的部分，在该部分处设置以转动自如的方式与第一驱动部111-3连接的第四连接部115-3。另外，在第二指部91-3的左右两侧面部93-3的手背侧的边93a-3的与第二连接部97-3相比靠前端侧的位置，形成有用于插入第六连接部123-3的大致U字状的第六连接部插入凹部931-3。手背侧的边93a-3的与第六连接部插入凹部931-3相比靠根部侧的部分的高度比前端侧的部分低。另外，在第二指部91-3的左右两侧面部93-3的内侧(手掌侧)的边93b-3的与第五连接部107-3相比靠根部侧的位置，形成有用于插入第七连接部125-3的大致U字状的第七连接部插入凹部933-3。内侧的边93b-3的与第七连接部插入凹部933-3相比靠前端侧的部分的高度比根部侧的部分高。第二指部91-3的两侧面部93-3的外侧面之间的宽度尺寸形成为，比所述第一指部81-3的两侧面部83-3的内侧面之间的宽度尺寸略小的尺寸，因此当在第二连接部97-3处将第二指部91-3与第一指部81-3连接时，第二指部91-3的根部侧部分插入第一指部81-3的前端侧部分的左右两侧面部83-3之间。此时，第六连接部插入凹部931-3配置在第一指部81-3的两侧面部83-3之间。另外，第二指部91-3的根部侧部分嵌入第一指部81-3的第二指部插入部821-3。另外，第二指部91-3的中央的底面92-3朝向手掌侧配置。
图14是第三指部101-3的侧视图。如该图以及图8～图10所示，第三指部101-3通过将一个平板(板材)在下边处弯折成大致U字状，在中央的底面部102-3的两侧以平行的方式设置一对侧面部103-3、103-3而构成。在一对侧面部103-3、103-3的根部侧的上部设置有第五连接部107-3，且在该部分处以转动自如的方式与第二指部91-3连接。在第五连接部107-3的下部设置有第七连接部125-3。
如图8～图10所示，第一驱动部111-3为棒状的平板，如上所述，在其根部侧的第三连接部113-3处以转动自如的方式与连结构件50-3连接。另一方面，第一驱动部111-3的前端侧以转动自如的方式与第二指部91-3的同第二连接部97-3相比向根部侧突出的部分的第四连接部115-3连接。即，第一驱动部111-3在第四连接部115-3处与第二指部91-3连结，另一方面，第一指部81-3在与第四连接部115-3相比靠内侧的第二连接部97-3处与第二指部91-3连结。并且，第四连接部115-3的一部分进入第一指部81-3的外侧(手背侧)的开口部分85-3内。
第二驱动部121-3为与第一驱动部111-3相同的棒状的平板，在其根部侧的第六连接部123-3处以转动自如的方式与第一指部81-3的同第二连接部97-3相比向前端侧突出的部分连接。另一方面，在第二驱动部121-3的前端侧的第七连接部125-3处以转动自如的方式连接有第三指部101-3的根部侧(第五连接部107-3的内侧)的部分。
在第二指部91-3与第三指部101-3之间安装有由拉伸弹簧构成的施力机构140-3，第二、第三指部91-3、101-3之间始终施加有打开方向(第三指部101-3的前端侧部分以第五连接部107-3为中心相对于第二指部91-3向外侧(手背侧)移动的方向)的作用力。需要说明的是，第五连接部107-3位于与施力机构140-3的第二指部91-3侧的支点a1相比靠内侧(手掌侧)的位置处。换言之，施力机构140-3以减小卡止于第二指部91-3的支点a1与卡止于第三指部101-3的支点a2之间的分离距离的方式施力，在相对于第二指部91-3使第三指部101-3向内侧(手掌侧)移动时，两支点a1、a2之间远离，因此朝向初始打开位置施力。由此，第一、第二指部81-3、91-3之间也向打开方向被施力，其结果是，第一、第二、第三指部81-3、91-3、101-3整体向打开方向被施力。需要说明的是，施力机构140-3也可以代替所述位置，以第一、第二指部81-3、91-3之间始终施加有打开方向的作用力的方式，安装于第一、第二指部81-3、91-3之间。
接下来，对手1-3的动作进行说明。首先，图8表示将线性致动器31-3的杆35-3最大程度地拉拽至致动器主体33-3内的状态，在该状态下，连结构件50-3以第一连接部87-3为中心向最大程度地向右旋转(箭头C的相反方向)的位置移动。此时各手指80A-3、80B-3打开。
从该状态起驱动线性致动器31-3将其杆35-3压出。此时，若不存在图8所示的把持对象物130-3，则连结构件50-3以第一连接部87-3为中心向左旋转(箭头C方向)，第三连接部113-3朝向第四连接部115-3方向被压出。由此，以第一连接部87-3为中心，第一、第二、第三指部81-3、91-3、101-3整体直接一体地转动(用图8的点划线E1表示)。第一、第二、第三指部81-3、91-3、101-3整体直接一体地转动的原因在于，通过施力机构140-3施加维持第一、第二、第三指部81-3、91-3、101-3整体打开的状态的作用力。例如在通过指尖抓取物体的情况下使用该动作。另一方面，当驱动线性致动器31-3将所述压出的杆35-3向后方拉拽时，通过与上述相反的动作，第一、第二、第三指部81-3、91-3、101-3整体直接以第一连接部87-3为中心而一体地转动，返回至图8所示的状态。
接下来，设定为把持对象物130-3与第一指部81-3的移动目的地侧(抓取物体侧、内侧)的底面部82-3抵接。当在该状态下驱动线性致动器31-3而通过其杆35-3使连结构件50-3以第一连接部87-3为中心向左旋转时，第三连接部113-3朝向第四连接部115-3方向被压出。此时，由于第一指部81-3无法转动，因此当按压第三连接部113-3的按压力大于施力机构140-3的作用力时，如图15所示，第二指部91-3以第二连接部97-3为中心而转动。此时如图15所示，设置于第一指部81-3的静止的第六连接部123-3相对于以第二连接部97-3为中心转动的第四连接部115-3相对地向第四连接部115-3侧移动(后退)，因此第二驱动部121-3相对于第二指部91-3向后方拉拽，第六连接部123-3从第六连接部插入凹部931-3内向脱出方向移动。由此，第七连接部125-3向后方拉拽而进入第七连接部插入凹部933-3内，第三指部101-3相对于第二指部91-3以第五连接部107-3为中心朝向内侧方向转动。并且，如图15所示，在相对于第一指部81-3使第二指部91-3向内侧弯折时，第四连接部115-3从第一指部81-3的开口部分85-3内朝向外侧露出。
由此，第二指部91-3与第三指部101-3弯折，最后把持对象物130-3被把持(用图8的点划线E2表示)。换言之，在第一指部81-3的前端的第六连接部123-3处连接有第二驱动部121-3，在第六连接部123-3的内侧的第二连接部97-3处将第二指部91-3连接于第一指部81-3，因此在使第二指部91-3相对于第一指部81-3转动时，第二驱动部121-3在第五连接部107-3的内侧的第七连接部125-3处拉拽第三指部103-3，第二指部91-3和第三指部103-3同时朝向内侧旋转、弯折，由此对把持对象物130-3进行把持。即，在第二指部91-3相对于第一指部81-3转动时，第三指部103-3必然同时地相对于第二指部91-3转动。然而，第一指部81-3、第二指部91-3以及第三指部101-3均配置为，将板材弯折成U字状且使其中央的底面部82-3、92-3、102-3朝向内侧，因此能够直接将这些底面部82-3、92-3、102-3作为与把持对象物130-3抵接的抵接面而发挥功能。因此，无需另外安装形成抵接面的构件，实现构造简单化、轻型化。
接下来，当驱动线性致动器31-3以第一连接部87-3为中心使连结构件50-3向右旋转时，通过与上述相反的动作，第二、第三指部91-3、101-3以第二、第五连接部97-3、107-3为中心转动，由此返回用所述图8的实线表示的状态。即，在抓取物体时，从第一指部81-3侧转动，在分离时从施力机构140-3侧(第二、第三指部91-3、101-3侧)、即相反侧转动。
即使在第一指部81-3从图8所示的状态起转动规定角度后与把持对象物130-3抵接而静止的情况下，也与所述手1-1的情况相同，从第一指部81-3静止的位置起，第二、第三指部91-3、101-3相对于第一指部81-3如上述那样相对地弯曲。
另外，在该手1-3中，第一驱动部111-3在第四连接部115-3处与第二指部91-3连结，第一指部81-3在与第四连接部115-3相比靠内侧的第二连接部97-3处与第二指部91-3连结，因此与驱动机构30-3连结的第一驱动部111-3的驱动力首先传递至第二指部91-3，然后向第一指部81-3传递，在第一、第二指部81-3、91-3上产生以第一、第二连接部87-3、97-3为中心的转矩。
然而如图8所示，在该手1-3中，在第二指部91-3的与第二连接部97-3相比向根部侧突出的部分设置有第四连接部115-3，因此第二、第四连接部97-3、115-3在高度方向上不重叠，由此，能够实现连接第一、第二指部81-3、91-3的第二连接部97-3附近部分的高度尺寸的薄型化。同时第四连接部115-3的一部分进入向第一指部81-3的外侧开口的开口部分85-3内，因此将第一指部81-3的内部作为第四连接部115-3的摆动空间的一部分来使用，由此在使第二指部91-3相对于第一指部81-3向内侧弯折时，能够减小第四连接部115-3从第一指部81-3的开口部分85-3内朝向外侧突出的突出量(突出尺寸)。即，无论第一、第二指部81-3、91-3间处于何种弯折状态(打开、闭合)，均能够实现连接第一、第二指部81-3、91-3的第二连接部97-3附近部分的高度尺寸的薄型化。
另一方面，由于在与第二连接部97-3相比向前端侧突出的部分设置有第六连接部123-3，因此第二、第六连接部97-3、123-3在高度方向上不重叠。第六连接部123-3是为了连结驱动第三指部101-3的第二驱动部121-3而设置于第一指部81-3的构件，由此，能够实现连接第一、第二指部81-3、91-3的第二连接部97-3附近部分的高度尺寸的薄型化。另外，由于将设置于第二指部91-3的第六连接部插入凹部931-3配置在第一指部81-3的左右两侧面部83-3之间，因此能够减小第六连接部123-3从第二指部91-3朝向外侧突出的突出量(突出尺寸)。即，无论第一、第二指部81-3、91-3之间处于何种弯折状态(打开、闭合)，均能够通过该结构来实现连接第一、第二指部81-3、91-3的第二连接部97-3附近部分的高度尺寸的薄型化。
另外，由于第一、第二驱动部111-3、121-3均为棒状的平板，因此即便嵌入第二指部91-3的两侧面部93-3之间，两侧面部93-3之间的宽度较小即可，能够将第二指部91-3设为所需最小限度的宽度尺寸。
然而，在上述手1-3中，与所述手1-1的情况相同，在把持对象物130-3与一个手指80A-3的第一指部81-3抵接的位置和与另一个手指80B-3的第一指部81-3抵接的位置不同的情况下，两者的第三连接部113-3的位置保持相同位置，各手指80A-3、80B-3分别进行不同的动作。即，在该手1-3的情况下，通过单一的驱动机构30-3同时驱动并列配置的两组手指80A-3、80B-3，能够根据所要把持的把持对象物130-3的形状，而容易地使各手指80A-3、80B-3的第一、第二、第三指部81-3、91-3、101-3的弯曲状态不同，由此，能够容易地进行与人的多根手指的动作大致相同的动作。
另外，在该手1-3中，通过使第一、第二、第三、第四连接部87-3、97-3、113-3、115-3的任一方的位置在两手指80A-3、80B-3之间不同，从而即使不与把持对象物接触，也能够使各手指80A-3、80B-3的弯曲状态不同。
以上对本发明的实施方式进行了说明，然而本发明并不限定于上述实施方式，能够在权利要求书以及说明书和附图所记载的技术思想的范围内进行各种变形。需要说明的是，即使是未直接记载于说明书以及附图的任意形状、结构，只要实现本申请发明的作用、效果，便包含于本申请发明的技术思想的范围内。例如，在上述手1(1-2、1-3)中，将手指构成为两根，然而也可以由构成为三根以上的多根。在该情况下，也能够通过单一的驱动机构进行驱动而使各手指分别进行不同的动作。由此，能够更容易地进行与人的手的动作大致相同的动作。
另外，例如在上述手1-3中，使第四连接部115-3的一部分进入第一指部81-3的开口部分85-3内，然而也可以使第四连接部115-3全部进入第一指部81-3的开口部分85-3内。另外，在上述手1-3的情况下，采用通过经由一个连结构件50-3而利用一个驱动机构30-3同时驱动两根手指80A-3、80B-3的结构，然而也可以构成为通过单独的驱动机构分别独立地驱动各手指80A-3、80B-3。另外，也可以通过连结构件50-3以外的构件(例如直线导轨等)将线性致动器31-3的动力传递至第三连接部113-3。
工业上的利用可能性
能够应用于根据把持的物体的形状而使多组关节机构分别弯折成不同的形状的用途等。
附图标记说明
1-1(1-2、1-3)     手
10(10-2、10-3)          安装构件
30(30-2、30-3)          驱动机构
31(31-2、31-3)          线性致动器(驱动机构)
40(40-2)                连结构件(驱动机构)
50-3                    连结构件(驱动机构)
80A、B(80A-2、B-2、80A-3、B-3)  手指
81(81-2、81-3)          第一指部
82-3                    底面部
83-3                    侧面部
87(87-2、87-3)          第一连接部
91(91-2、91-3)          第二指部
92-3                    底面部
93-3                    侧面部
93a-3                   手背侧的边
931-3                   第六连接部插入凹部
97(97-2、97-3)          第二连接部
101(101-2、101-3)       第三指部
107(107-2、107-3)       第五连接部
111(111-2、111-3)       第一驱动部
113(113-2、113-3)       第三连接部
115(115-2、115-3)       第四连接部
121(121-2、121-3)       第二驱动部
123(123-2、123-3)       第六连接部
125(125-2、125-3)       第七连接部

Claims (10)

1.一种关节机构，其特征在于，
具备多组由如下结构构成的关节机构，所述关节机构至少具有：
安装构件；
第一指部，其通过根部侧的第一连接部以转动自如的方式与所述安装构件连接；
第二指部，其根部侧通过所述第一指部的前端侧的第二连接部以转动自如的方式与所述第一指部连接；
第一驱动部，其前端侧通过所述第二指部的根部侧的第四连接部以转动自如的方式与所述第二指部连接，并且所述第一驱动部的根部侧与施加驱动动力的第三连接部连接，
通过将所述第三连接部朝向所述第四连接部方向压出，使第一指部与第二指部以所述第一连接部为中心一体地转动、或在第一指部的转动被阻止时第二指部以第二连接部为中心转动，
通过将多组所述关节机构并列配置，并且设置将多组所述关节机构分别具有的第三连接部同时朝向相同方向驱动相同距离的单一的驱动机构，从而同时驱动多组所述关节机构。
2.根据权利要求1所述的关节机构，其特征在于，
与所述第一驱动部连结于第二指部的第四连接部的位置相比，所述第二指部连接于第一指部的第二连接部位于内侧。
3.根据权利要求2所述的关节机构，其特征在于，
各个所述关节机构还具有：
第三指部，其根部侧通过所述第二指部的前端侧的第五连接部以转动自如的方式与所述第二指部连接；
第二驱动部，其前端侧以转动自如的方式与所述第三指部的根部侧的第七连接部连接，并且所述第二驱动部的根部侧以转动自如的方式与所述第一驱动部的前端侧的第六连接部或者所述第一指部的前端侧的第六连接部连接，
在所述第二指部相对于所述第一指部转动时，通过所述第二驱动部使第三指部相对于第二指部转动。
4.根据权利要求3所述的关节机构，其特征在于，
使所述关节机构的第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部中的至少任一个的位置在各个关节机构中不同。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的关节机构，其特征在于，
所述驱动机构具有：与多个所述第三连接部连结并且使这些第三连接部同时前后运动的连结构件、驱动该连结构件的致动器。
6.一种手，其特征在于，
具备权利要求1至5中任一项所述的关节机构。
7.一种关节机构，其特征在于，
所述关节机构至少具有：
安装构件；
第一指部，其通过根部侧的第一连接部以转动自如的方式与所述安装构件连接；
第二指部，其根部侧通过所述第一指部的前端侧的第二连接部以转动自如的方式与所述第一指部连接；
第一驱动部，其前端侧通过所述第二指部的根部侧的第四连接部以转动自如的方式与所述第二指部连接，并且所述第一驱动部的根部侧与施加驱动动力的第三连接部连接，
通过将所述第三连接部朝向所述第四连接部方向压出，从而同时驱动第一指部和第二指部使两者以所述第一连接部为中心一体地转动、或者在第一指部的转动被阻止时第二指部以第二连接部为中心转动，
并且所述第一指部和第二指部均配置为，将板材弯折成U字状且其中央的底面部朝向内侧，
所述第四连接部设置于所述第二指部的与第二连接部相比向根部侧突出的部分，且第四连接部至少其一部分进入所述第一指部的外侧的开口部分内，并且在使第二指部相对于所述第一指部向内侧弯折时，第四连接部从第一指部的开口部分内朝向外侧露出。
8.根据权利要求7所述的关节机构，其特征在于，
所述关节机构具有：
第三指部，其根部侧通过所述第二指部的前端侧的第五连接部以转动自如的方式与所述第二指部连接；
第二驱动部，其前端侧以转动自如的方式与所述第三指部的根部侧的第七连接部连接，并且所述第二驱动部的根部侧以转动自如的方式与所述第一指部的前端侧的第六连接部连接，
在所述第二指部相对于所述第一指部转动时，通过所述第二驱动部使第三指部相对于第二指部转动，
并且所述第三指部配置为，将板材弯折成U字状且其中央的底面部朝向内侧，
所述第六连接部设置于所述第一指部的与第二连接部相比向前端侧突出的部分，并且第六连接部插入第六连接部插入凹部，所述第六连接部插入凹部设置于第二指部的左右两侧面部的手背侧的边上，在使第三指部相对于第二指部向内侧弯折时，第六连接部从第六连接部插入凹部内脱出。
9.一种手指，其中，
具备权利要求7或8所述的关节机构。
10.一种手，其中，
具备多个权利要求9所述的手指。
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