JP2003165084A - 手指構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リンク構造により人間の指の動きに近似した
動作を行わせ得る手指構造を提供する。 【解決手段】 第２指乃至第５指については、中手骨部
材２４）が指を膨らますように甲側へ回動すると、基節
骨部材２３は連動して甲側へ回動すると共に中手骨用リ
ンクアーム２９が基節骨部材２３を中手骨部材２４に対
して腹側へ駆動する。これにより、基節骨用リンクアー
ム２８が先方の中節骨部材２２を基節骨部材２３に対し
て腹側へ駆動し、中節骨用リンクアーム２７が末節骨部
材２１を中節骨部材２２に対して腹側へ駆動し、したが
って甲側に膨らんだ中手骨部材２４に対して、基節骨部
材２３、中節骨部材２２及び末節骨部材２１が順に基端
側の骨部材に対して腹側に連鎖回動して把持姿勢を取
る。第１指について、同様に中手骨部材１３が腹側へ回
動して把持姿勢を取る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、末節骨、基節骨及
び中手骨を有して手根骨から延びる第１指並びにそれぞ
れ末節骨、中節骨、基節骨及び中手骨を有して手根骨か
ら延びる第２指から第５指までを模したロボット、義手
用等の手指構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロボット等の手指構造として、各関節ご
とに駆動装置を備えると、指部をコンパクトに構成でき
ない問題がある。また、各関節にワイヤにより動力を伝
達する構成も周知であるが同様である。そこで、特開平
６−１５５３５７号公報、特開平５−３３７８７０号公
報、特開平６−３１１９８４号公報等にリンクで構成し
た把持用手指構造の駆動機構が種々提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人間の
指の本数及び関節数を忠実に模した手指構造に対して、
リンク機構により指基端部の駆動に連動して各関節を連
鎖的に作動させる簡単な構成の駆動機構は存在しない。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みて、末節
骨、基節骨及び中手骨を有して手根骨から延びる第１指
並びにさらに中節骨も加わって手根骨から延びる第２指
から第５指までを模して、リンク構造により人間の指の
動きに近似した動作を行わせ得る手指構造を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、請求項１により、末節骨、基節骨及び中
手骨を有して手根骨から延びる第１指並びにそれぞれ末
節骨、中節骨、基節骨及び中手骨を有して手根骨から延
びる第２指から第５指までを模した手指構造において、
第１指の末節骨、基節骨及び中手骨にそれぞれ対応して
所属の関節枢着位置で互いに回動可能に順に枢着される
末節骨部材（１１）、基節骨部材（１２）及び中手骨部
材（１３）並びに第２指から第５指の末節骨、中節骨、
基節骨及び中手骨にそれぞれ対応して所属の関節枢着位
置で互いに回動可能に順に枢着される末節骨部材（２
１）、中節骨部材（２２）、基節骨部材（２３）及び中
手骨部材（２４）を備え、第１指から第５指の中手骨部
材（１３）、（２４）の基端部が、第２指から第５指の
中手骨部材（２４）の配列面に対して第１指の中手骨部
材（１３）の配列面を略９０°曲げた状態で、手根骨に
相当する基部（９）に甲腹方向へ回動可能に枢着され、
第１指について、基部（９）における中手骨部材基端部
の所属の関節枢着位置（１３ａ）から腹側に変位したア
ーム枢着位置（１８ｂ）と、基節骨部材基端部における
所属の関節枢着位置（１２ａ）から甲側に変位したアー
ム枢着位置（１８ａ）とが中手骨用リンクアーム（１
８）で連結され、また中手骨部材先端部における所属の
関節枢着位置（１２ａ）から腹側に変位したアーム枢着
位置（１７ｂ）と、末節骨部材基端部における所属の関
節枢着位置（１１ａ）から甲側に変位したアーム枢着位
置（１７ａ）とが基節骨用リンクアーム（１７）で連結
され、第２指から第５指について基部（９）におけるそ
れぞれの中手骨部材基端部の所属の関節枢着位置（２４
ａ）から甲側に変位したアーム枢着位置（２９ｂ）と、
基節骨部材基端部における所属の関節枢着位置（２３
ａ）から甲側に変位したアーム枢着位置（２９ａ）とが
中手骨用リンクアーム（２９）で連結され、また中手骨
部材先端部における所属の関節枢着位置（２３ａ）から
腹側に変位したアーム枢着位置（２８ｂ）と、中節骨部
材基端部における所属の関節枢着位置（２２ａ）から甲
側に変位したアーム枢着位置（２８ａ）とが基節骨用リ
ンクアーム（２８）で連結され、さらに基節骨部材先端
部における所属の関節枢着位置（２２ａ）から腹側に変
位したアーム枢着位置（２７ｂ）と、末節骨部材基端部
における所属の関節枢着位置（２１ａ）から甲側に変位
したアーム枢着位置（２７ａ）とが中節骨用リンクアー
ム（２７）で連結され、第１指の中手骨部材（１３）
に、第１指を開いた通常状態から腹側へ回動させるアク
チュエータが付属し、第２指から第５指の中手骨部材
（２４）に、所属の指を開いた通常状態から甲側へ回動
させるアクチュエータがそれぞれ付属したことを特徴と
する。

【０００６】第１指について、中手骨部材（１３）が腹
側へ回動すると、連動して中手骨用リンクアーム（１
８）が基節骨部材（１２）を中手骨部材（１３）に対し
て腹側へ連鎖駆動し、これにより基節骨用リンクアーム
（１７）が末節骨部材（１１）を基節骨部材（１２）に
対して腹側へ連鎖駆動し、したがって閉じる方向へ回動
した中手骨部材（１３）に対して基節骨部材（１２）が
さらに腹側に回動し、基節骨部材（１２）に対して末節
骨部材（１１）がさらに腹側に回動して指を閉じる把持
姿勢を取る。

【０００７】第２指乃至第５指については、全部もしく
はいずれかの中手骨部材（２４）が指を膨らますように
甲側へ回動すると、基節骨部材（２３）は連動して甲側
へ回動すると共に中手骨用リンクアーム（２９）が基節
骨部材（２３）を中手骨部材（２４）に対して腹側へ駆
動する。これにより、基節骨用リンクアーム（２８）が
先方の中節骨部材（２２）を基節骨部材（２３）に対し
て腹側へ駆動し、さらに中節骨用リンクアーム（２７）
が先方の末節骨部材（２１）を中節骨部材（２２）に対
して腹側へ駆動し、したがって甲側に膨らんだ中手骨部
材（２４）に対して、基節骨部材（２３）、中節骨部材
（２２）及び末節骨部材（２１）が順に基端側の骨部材
に対して腹側に連鎖回動して把持姿勢を取る。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１乃至図４を基に本発明の実施
の形態の一例による手指構造を説明する。図１は、ロボ
ットのアーム先端部に取付けられる末節骨、基節骨及び
中手骨を有して手根骨から延びる第１指並びにそれぞれ
末節骨、中節骨、基節骨及び中手骨を有して手根骨から
延びる第２指から第５指までを模した手指構造を示すも
ので、手根骨に相当し、かつロボットアーム先端部に取
付けられる基部９(図２)に支持される。この基部は、第
２指から第４指用に平坦で、第５指用に僅かに腹側に曲
げられた略平坦状の基部面９ａ及びこの基部面から略９
０°腹側に曲げられた第１指用基部面９ｂを備えてい
る。

【０００９】第１指部５１は、末節骨、基節骨、中手骨
及び手根骨にそれぞれ対応する比例長を有し、かつ順に
基端部の関節部分の関節枢着位置でピン１１ａ、１２ａ
で回転自在に連結された末節骨部材１１、基節骨部材１
２及び中手骨部材１３を備えている。末節骨部材１１は
中実体で、基節骨部材１２及び中手骨部材１３は、両側
の平行板を作動時に干渉しないように複数個の同長のス
トッパピン(図示せず)で連結して形成されている。中手
骨部材１３の基端部はその関節枢着位置で基部面９ｂの
ブラケット８ａにピン１３ａで甲腹側方向、即ち把持方
向へ回動可能に枢着されている。

【００１０】第２指部５２から第５指部５５は、末節
骨、中節骨、基節骨及び中手骨にそれぞれ対応する比例
長を有し、かつ順に基端部の関節部分の関節枢着位置で
ピン２１ａ〜２３ａで回転自在に連結される末節骨部材
２１、中節骨部材２２、基節骨部材２３及び中手骨部材
２４を備えている。全体長は僅かに互いに異なり、末節
骨部材２１は中実体で、中節骨部材２２、基節骨部材２
３及び中手骨部材２４はそれぞれ平行板で形成されてい
る。中手骨部材２４の基端部はその関節枢着位置で基部
面９ａのブラケット８にピン２４ａで把持方向で回動可
能に枢着されている。

【００１１】末節骨部材１１の基端部の所属の関節枢着
位置のピン１１ａから甲側に斜めに変位したアーム枢着
位置と、中手骨部材１３の先端部の所属の関節枢着位
置、即ちピン１２ａから腹側に変位したアーム枢着位置
とは、基節骨用リンクアーム１７によりピン１７ａ、１
７ｂで連結されている。また、基節骨部材１２の基端部
の所属の関節枢着位置、即ちピン１２ａから甲側に変位
したアーム枢着位置と、ブラケット８ａにおける中手骨
部材１３の基端部の関節枢着位置のピン１３ａからから
腹側に変位したアーム枢着位置とは、中手骨用リンクア
ーム１８によりピン１８ａ、１８ｂで連結されている。
ピン１８ｂは中手骨部材１３に形成された円弧状長溝１
８ｃを通してブラケット８ａから突設されている。これ
により、中手骨部材１３は中手骨用リンクアーム１８と
で四節リンクを構成し、これに連接する四節リンクが基
節骨部材１２及び基節骨用リンクアーム１７で構成され
る。

【００１２】同様に第２指から第５指について末節骨部
材２１の基端部の関節枢着位置、即ちピン２１ａから甲
側に斜めに変位したアーム枢着位置と、基節骨部材２３
の先端部の関節枢着位置のピン２２ａから腹側に斜めに
変位したアーム枢着位置とは、中節骨用リンクアーム２
７によりピン２７ａ、２７ｂで連結されている。また、
中節骨部材２２の基端部の関節枢着位置のピン２２ａか
ら甲側に斜めに変位したアーム枢着位置と、中手骨部材
２４の先端部の関節枢着位置のピン２３ａから腹側に変
位したアーム枢着位置とは、基節骨用リンクアーム２８
によりピン２８ａ、２８ｂで連結されている。さらに、
基節骨部材２３の基端部の関節枢着位置のピン２３ａか
ら甲側に変位したアーム枢着位置と、ブラケット８にお
ける中手骨部材２４の基端部の関節枢着位置のピン２４
ａから甲側に変位したアーム枢着位置とは、中手骨用リ
ンクアーム２９によりピン２９ａ、２９ｂで連結されて
いる。

【００１３】ピン２９ｂは中手骨部材２４に形成された
円弧状長溝２９ｃを通してブラケット８から突設されて
いる。これにより、中節骨部材２２、基節骨部材２３及
び中手骨部材２４は、所属の中節骨用リンクアーム２
７、基節骨用リンクアーム２８及び中手骨用リンクアー
ム２９とでそれぞれ順に連接される四節リンクを構成し
ている。

【００１４】前述の各リンクアーム１７、２７、２８
は、いずれもアーム長を調整可能にするように、側方へ
前述のピンが、また前後にアームが突設された前後の枢
着部１７１、１７２と、前後のアーム間に介在するねじ
スリーブ１７３とで構成され、その回転操作の方向に応
じて基準長から長く、もしくは短く調整し得るようにな
っている。

【００１５】また、中手骨用リンクアーム１８、２９
は、側方へ前述のピンが突設され、基端側へガイド筒１
８２が突設された前側枢着部１８１と、側方へ前述のピ
ンが突設され、先方へスライド棒１８４が突設された後
側枢着部１８３と、この枢着部及びガイド筒１８２間に
介在する圧縮ばね１８５とを備え、スライド式に縦方向
の軸圧縮力に応動して長さを短くするようになってい
る。

【００１６】第１指のブラケット８ａ及び中手骨部材１
３の基端部には、ピン１３ａを支点として中手骨部材１
３を指を伸ばす方向、即ち甲側へ付勢するトルクばね１
が係止ピン１ａ、１ｂで係止されている。また、中手骨
部材１３の基端部は、この中手骨部材を腹側方向へ回動
させるように、その両側間の連結ピン３に装着されたロ
ーラ３ａがレリーズワイヤ４を介して、ロボットのアー
ム部或いは胴体部に配置されたモータ或いはシリンダ等
のアクチュエータで引張られて駆動されるようになって
いる。

【００１７】また、第２指から第５指のブラケット８及
び各中手骨部材２４の基端部には、ピン２４ａを支点と
して中手骨部材２４を指を伸ばす方向、即ち腹側へ付勢
するトルクばね６が係止ピン６ａ、６ｂで係止されてい
る。また、中手骨部材２４の基端部は、この中手骨部材
を甲側へ回動させるように、その両側間の連結ピン３に
装着されたローラ３ａがレリーズワイヤ５を介して同様
なアクチュエータで引張り駆動されるようになってい
る。

【００１８】このように構成された手指構造の動作は次
の通りである。各リンクアーム１７、２７、２８は、各
指部５１〜５５の組立て時の寸法誤差に対応して所定の
姿勢になるように、ねじスリーブ１７３の回転操作によ
り調整されている。また、このねじスリーブは、所望の
把持姿勢を取り得るように各リンクアーム１７、２７、
２８の長さを調整するのにも使用される。さらに、通常
状態で、第１指部５１は、その中手骨部材１３がトルク
ばね１でレリーズワイヤ４を緊張させて甲側へ直線状に
開く方向へ付勢され、第２指部５２乃至第５指部５５は
トルクばね６で腹側へ付勢されている。これにより、指
全体の柔らかさも得られる。第１指部５１乃至第５指部
５５は、それぞれ互いに独立に所望の把持を行う姿勢を
取るように、予め設定されたレリーズワイヤ４の引張代
に応じた量だけ指を直線状に開いた通常状態(図３Ａ及
び図４Ａ)から把持方向へ回動させられる。

【００１９】第１指部５１について、レリーズワイヤ４
の牽引により交差した四節リンクとして中手骨部材１３
が腹側へ回動すると、連動して中手骨用リンクアーム１
８が基節骨部材１２をピン１２ａを中心に腹側へ駆動し
て中手骨部材１３に対してさらに腹側へ回動させる。こ
れにより、末節骨部材１１は基節骨用リンクアーム１７
でピン１１ａを中心に腹側へ駆動されてさらに腹側へ回
動し、したがって第１指部５１は直線状態から各ピン１
１ａ〜１３ａで構成される関節で連鎖的に閉じる方向へ
折れ曲がって把持姿勢を取る(図３Ｂ)。

【００２０】第２指乃至第５指については、中手骨部材
２４を膨らますように甲側へ回動すると、リンク枢着位
置のピン２９ｃが所属の関節枢着位置のピン２４ａより
も甲側に位置した中手骨用リンクアーム２９の先端部の
ピン２９ａが、四辺形の四節リンクとして所属の関節枢
着位置のピン２３ａに対して腹側に変位するように連動
して回動し、基節骨部材２３を中手骨部材２４に対し腹
側へ回動させる。以下、交差した四節リンクを構成する
基節骨用リンクアーム２８により、腹側へ回動した基節
骨部材に対して中節骨部材２２が腹側へ駆動され、さら
に交差した四節リンクの中節骨用リンクアーム２７によ
り、末節骨部材２１が中節骨部材２２に対して腹側へ回
動させられる。したがって、甲側に膨らんだ中手骨部材
２４に対して、連鎖四節リンクにより基節骨部材２３、
中節骨部材２２及び末節骨部材２１が順に基端側の骨部
材に対して腹側に回動して指を閉じる把持姿勢を取る
（図４Ｂ）。

【００２１】これにより、第１指部５１乃至第５指部５
５の全てによる例えば缶の把持、或いは第１指部５１、
第３指部５３〜第５指部５５を全閉状態に回動させ、第
２指部５２を開いた通常状態に留めることによる人指し
ポーズ等種々の姿勢を取ることができる。把持動作に際
して、把持力の調整は、レリーズワイヤ４、５に対して
引張り動作を確実にするために、ある程度強く引張るよ
うに設定しておく。そして、圧縮ばね１８５のばね力を
適切に決めることにより、硬いワークや重いワークの把
持、人との握手、或いは玉子を掴む等の柔らかい把持に
適合させる。

【００２２】尚、指部を開く方向へ付勢するトルクばね
は、前述の中手骨部材の基端部の関節に装着するのに代
えて、先方の別の関節もしくは各関節に装着することも
考えられる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、連鎖四節リン
クの簡単な構成で人間の指に対応した指本数及び関節個
数を有する指部を備え、実際の指の動きに近似した把持
或いは種々の目的の姿勢を取ることのできる手指構造が
実現される。四節リンクを介して中手骨から末節骨へ実
際の指の動きに対応して節度感を伴って開閉動作が行わ
れる。請求項２の発明によれば、リンクアームが長さを
調整可能であることにより、製造時の寸法誤差をなくし
た高精度の動作が可能になり、また把持姿勢を種々に設
定することもできる。請求項３の発明によれば、いずれ
かの指部分に過大な把持力が加わろうとすると、中手骨
用リンクアームの短縮により指を開く方向に弾性変位し
て安全性が確保される。また、この作用により、把持し
ようとするワークの形状に馴染むように各指の把持姿勢
が保たれる。請求項４の発明によれば、指に柔らかさを
持たせることができ、さらにワイヤにより遠隔駆動が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるロボットの手指構造
を示すもので、同図Ａは第１指部の平面図、同図Ｂは第
２指部から第５指部の平面図である。

【図２】同手指構造の手根骨に相当する基部の斜視図で
ある。

【図３】同第１指部の動作を説明する図であり、同図Ａ
は通常状態の側面図、同図Ｂは把持状態の側面図であ
る。

【図４】同第３指部の動作を説明する図であり、同図Ａ
は通常状態の側面図、同図Ｂは把持状態の側面図であ
る。

【符号の説明】

４、５ レリーズワイヤ ９ 基部 １１、２１ 末節骨部材 １１ａ〜１３ａ、２１ａ〜２４ａ 関節枢着位置のピン １２、２３ 基節骨部材 １３、２４ 中手骨部材 １７、２８ 基節骨用リンクアーム １７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ、２７ａ、２７ｂ、２
８ａ、２８ｂ、２９ａ 、２９ｂ リンク枢着位置のピン １８、２９ 中手骨用リンクアーム ２２ 中節骨部材 ２７ 中節骨用リンクアーム ５１〜５５ 第１指部〜第５指部 １７３ ねじスリーブ

フロントページの続き (72)発明者 柏木 宏康 神奈川県横須賀市田浦港町無番地 関東自 動車工業株式会社内 (72)発明者 渡辺 高之 神奈川県横須賀市田浦港町無番地 関東自 動車工業株式会社内 (72)発明者 森下 秀一 神奈川県横須賀市田浦港町無番地 関東自 動車工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C007 DS01 ES09 EU07 EU13 EW00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 末節骨、基節骨及び中手骨を有して手根
   骨から延びる第１指並びにそれぞれ末節骨、中節骨、基
   節骨及び中手骨を有して手根骨から延びる第２指から第
   ５指までを模した手指構造において、 第１指の末節骨、基節骨及び中手骨にそれぞれ対応して
   所属の関節枢着位置で互いに回動可能に順に枢着される
   末節骨部材、基節骨部材及び中手骨部材並びに第２指か
   ら第５指の末節骨、中節骨、基節骨及び中手骨にそれぞ
   れ対応して所属の関節枢着位置で互いに回動可能に順に
   枢着される末節骨部材、中節骨部材、基節骨部材及び中
   手骨部材を備え、 第１指から第５指の前記中手骨部材の基端部が、第２指
   から第５指の前記中手骨部材の配列面に対して第１指の
   前記中手骨部材の配列面を略９０°曲げた状態で、手根
   骨に相当する基部に甲腹方向へ回動可能に枢着され、 第１指について、前記基部における前記中手骨部材基端
   部の所属の前記関節枢着位置から腹側に変位したアーム
   枢着位置と、前記基節骨部材基端部における所属の前記
   関節枢着位置から甲側に変位したアーム枢着位置とが中
   手骨用リンクアームで連結され、また前記中手骨部材先
   端部における所属の前記関節枢着位置から腹側に変位し
   たアーム枢着位置と、前記末節骨部材基端部における所
   属の前記関節枢着位置から甲側に変位したアーム枢着位
   置とが基節骨用リンクアームで連結され、 第２指から第５指について、前記基部におけるそれぞれ
   の前記中手骨部材基端部の前記所属の前記関節枢着位置
   から甲側に変位したアーム枢着位置と、前記基節骨部材
   基端部における所属の前記関節枢着位置から甲側に変位
   したアーム枢着位置とが中手骨用リンクアームで連結さ
   れ、また前記中手骨部材先端部における所属の前記関節
   枢着位置から腹側に変位したアーム枢着位置と、前記中
   節骨部材基端部における所属の前記関節枢着位置から甲
   側に変位したアーム枢着位置とが基節骨用リンクアーム
   で連結され、さらに前記基節骨部材先端部における所属
   の前記関節枢着位置から腹側に変位したアーム枢着位置
   と、前記末節骨部材基端部における所属の前記関節枢着
   位置から甲側に変位したアーム枢着位置とが中節骨用リ
   ンクアームで連結され、 第１指の前記中手骨部材に、第１指を開いた通常状態か
   ら腹側へ回動させるアクチュエータが付属し、第２指か
   ら第５指の前記中手骨部材に、所属の指を開いた通常状
   態から甲側へ回動させるアクチュエータがそれぞれ付属
   したことを特徴とする手指構造。
2. 【請求項２】 リンクアームが、その長さを調整可能に
   するねじ機構を有することを特徴とする請求項１記載の
   手指構造。
3. 【請求項３】 中手骨用リンクアームが、長さを調整可
   能にスライド式に構成されると共に、軸圧縮力により前
   記中手骨用リンクアームの長さを短縮させる圧縮ばねが
   介在することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
   手指構造。
4. 【請求項４】 基部に第１指の中手骨部材を甲側へ、ま
   た第２指から第５指の中手骨部材を腹側へ付勢するばね
   を設けると共に、第１指の前記中手骨部材を腹側方向へ
   ワイヤ牽引により回動させるアクチュエータと、第２指
   から第５指の前記各中手骨部材を互いに独立に甲側方向
   へワイヤ牽引により回動させるアクチュエータとを備え
   たことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記
   載の手指構造。