JP2004223687A - 多関節型マニピュレータ装置 - Google Patents
多関節型マニピュレータ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004223687A JP2004223687A JP2003017410A JP2003017410A JP2004223687A JP 2004223687 A JP2004223687 A JP 2004223687A JP 2003017410 A JP2003017410 A JP 2003017410A JP 2003017410 A JP2003017410 A JP 2003017410A JP 2004223687 A JP2004223687 A JP 2004223687A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pulley
- joint
- wire
- link
- wires
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
【課題】複雑な機構や高価な部品を用いることなしに、複数のリンク連設体を対象物の形状に応じて柔軟に動作するように構成することにより、軽量且つ高速動作が可能で安価な多関節型マニピュレータ装置を提供する。
【解決手段】本発明の多関節型マニピュレータ装置２００は、複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、複数の関節部においてその軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体１０″を複数備え、複数のワイヤ若しくはこれに実質的に連結されたワイヤのうち、いずれか少なくとも２つのワイヤ１０Ｗ″（Ａ）、１０Ｗ″（Ｂ）が架設された可動プーリ２１０を有し、この２つのワイヤは、実質的に一体化された状態で可動プーリに対して相互に反対回りに架設されている。
【選択図】 図６
【解決手段】本発明の多関節型マニピュレータ装置２００は、複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、複数の関節部においてその軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体１０″を複数備え、複数のワイヤ若しくはこれに実質的に連結されたワイヤのうち、いずれか少なくとも２つのワイヤ１０Ｗ″（Ａ）、１０Ｗ″（Ｂ）が架設された可動プーリ２１０を有し、この２つのワイヤは、実質的に一体化された状態で可動プーリに対して相互に反対回りに架設されている。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多関節型マニピュレータ装置に係り、特に、ロボットハンド或いはその指構造として好適な多関節型のマニピュレータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、多関節型マニピュレータは、複数のリンク部材を関節部にて回転自在に連結してなるリンク連設体を有するものであり、ロボットハンドの指構造やロボットアームなどとして用いられている。この多関節型マニピュレータとしては、従来から関節毎にモータ等の駆動手段を設けるものが知られているが、小型のロボットハンドの指構造のように関節構造そのものが小型化されている場合や、ロボットアームであってもロボットの軽量化が要求される場合には、関節毎に駆動手段を設けることが不可能であるため、関節毎に設けた複数のプーリと、これらのプーリ間に架設された駆動ワイヤとを設け、この駆動ワイヤにより多数の関節を動作可能に構成したワイヤ駆動タイプの多関節型マニピュレータが種々提案されている。
【０００３】
たとえば、関節毎に電磁クラッチ／ブレーキを介した一対のプーリを同軸に設け、これらの一対のプーリのうちの一方のプーリに、駆動モータに連結された駆動ワイヤＷ１を架設し、他方のプーリにはリターンスプリングに接続された復帰ワイヤＷ２を架設してなる多関節マニピュレータが知られている（たとえば、以下の特許文献１参照）。これによれば、各関節に設けられた電磁クラッチ／ブレーキによるロック状態と解除状態の切換えに応じた関節毎の駆動制御を実現することができる。
【０００４】
また、関節毎にピエゾ素子を設けて、ピエゾ素子のオンオフによってプーリとリンクとの間のロック状態とフリー状態とを切換え可能に構成したり、或いは、プーリとリンクとの間のトルク制御を行ったりすることによって各関節の動作態様を制御可能に構成したロボットアームが知られている（たとえば、以下の特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、上記のリンク連設体によって構成される複数の指を有する多指可動ロボットハンドにおいては、差動歯車機構を用いることによって一つの駆動源によって複数の指を駆動することができるように構成したものが知られている（たとえば、以下の特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−９６４８５号公報
【特許文献２】
特開平９−２３９６８６号公報
【特許文献３】
特開２００１−２７７１７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のワイヤ駆動タイプの多関節型マニピュレータにおいては、一つの駆動機構によって複数の関節をそれぞれ独立に制御するために、電磁クラッチ／ブレーキ、ピエゾ素子或いはトルク制御器などを関節毎に設けていることから、構造が複雑になり、重量も増加し、しかも、高価になるという問題点がある。
【０００８】
また、上記の多指可動ロボットハンドにおいては、複数のマニピュレータ（指）を一つの駆動源にて駆動するために重量があり高価な差動歯車機構を用いていることから、重量が増加するとともにコストが増大するという問題点がある。
【０００９】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、複雑な機構や高価な部品を用いることなしに、複数のリンク連設体を対象物の形状に応じて柔軟に屈曲動作可能に構成することにより、軽量且つ高速動作が可能で安価な多関節型マニピュレータ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の多関節型マニピュレータ装置は、複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を複数備えた多関節型マニピュレータ装置であって、前記複数のリンク連設体にそれぞれ設けられた複数のワイヤ若しくはこれに実質的に連結されたワイヤのうち、いずれか少なくとも２つのワイヤが架設された可動プーリを有し、前記２つのワイヤは、実質的に一体化された状態で前記可動プーリに対して相互に反対回りに架設されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、可動プーリを移動させることによって２つのリンク連設体を共に駆動することが可能になるとともに、把持対象の形状に応じて柔軟に２つのリンク連設体を対応させ、確実に把持することができる。たとえば、一方のリンク連設体の動作抵抗が高まった場合には可動プーリの回転或いは可動プーリに対するワイヤの摺動により他方のリンク連設体のみを動作させることもできる。したがって、多関節型マニピュレータ装置において、単一の駆動源により、可動プーリという簡易な構造によって複数のリンク連設体を柔軟に動作させることを可能にしつつ、構造を複雑化することもなく、また、高価な部品を用いることもなく、軽量かつ安価に構成することができる。
【００１２】
なお、「２つのワイヤが実質的に一体化された状態で前記可動プーリに対して相互に反対回りに架設されている」とは、一方のワイヤを可動プーリから引き出すと、他方のワイヤが可動プーリに巻き取られる関係にあることをいう。したがって、２つのワイヤを連結した状態で可動プーリに架設させてもよく、或いは、２つのワイヤをそれぞれ可動プーリに固定した上で、可動プーリに対して相互に反対回りに架設させた状態としてもよい。
【００１３】
次に、本発明の異なる多関節型マニピュレータ装置は、複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を複数備えた多関節型マニピュレータ装置であって、前記複数のリンク連設体にそれぞれ設けられた複数のワイヤ若しくはこれに実質的に連結されたワイヤのうち、いずれか少なくとも２つのワイヤが架設された可動プーリを有し、前記可動プーリは、相互に一体化された異なるプーリ径を有するプーリ部分を備え、前記２つのワイヤは、実質的に一体化された状態でそれぞれ前記可動プーリの異なるプーリ径を有する前記プーリ部分に対して相互に反対回りに架設されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、可動プーリを移動させることによって２つのリンク連設体を共に駆動することが可能になるとともに、把持対象の形状に応じて柔軟に２つのリンク連設体を対応させ、確実に把持することができる。たとえば、一方のリンク連設体の動作抵抗が高まった場合には可動プーリの回転或いは可動プーリに対するワイヤの摺動により他方のリンク連設体のみを動作させることもできる。したがって、多関節型マニピュレータ装置において、単一の駆動源によって、可動プーリという簡易な構造によって複数のリンク連設体を柔軟に動作させることを可能にしつつ、構造を複雑化することもなく、また、高価な部品を用いることもなく、軽量かつ安価に構成することができる。
【００１５】
さらに、可動プーリの異なるプーリ径を有するプーリ部に対して、２つのワイヤが相互に反対回りに架設されていることにより、可動プーリを移動させたときに生ずる応力を２つのワイヤに対してプーリ径の比率に反比例する比率にて分配して与えることができるので、プーリ径の比率によって上記２つのワイヤを異なる駆動力比率にて牽引することが可能になる。したがって、装置に含まれる複数のリンク連設体を単一の駆動源によって適宜の駆動力比率で駆動することができるため、リンク連設体の配置や構成、或いは、把持対象の形状などに応じて最適な把持態様を実現できる。
【００１６】
本発明において、前記リンク連設体に設けられた前記複数の関節部のプーリ径が相互に異なることが好ましい。これによれば、リンク連設体の複数のプーリ径が相互に異なることによって、ワイヤの駆動によって生ずる各関節部における回動トルクを相互に変えることができるため、各関節部に応じた回動トルクを設定することが可能になる。
【００１７】
本発明において、前記リンク連設体における基端側にある前記関節部における前記プーリ径は、末端側にある前記関節部における前記プーリ径よりも大きいことが望ましい。通常、末端側の関節部よりも先にあるリンク部材の数は少ないために当該関節部の回動負荷は小さく、基端側の関節部よりも先にあるリンク部材の数は多いために当該関節部の回動負荷は大きいことから、基端側の関節部のプーリ径を末端側の関節部のプーリ径よりも大きくすることによって基端側の関節部の回動トルクを大きくすることができるため、リンク連設体を全体としてバランスのとれた態様で動作させることが可能になる。したがって、たとえば、把持対象の形状に対して関節の屈曲状態をより柔軟に適合させることも可能になる。
【００１８】
本発明において、前記ワイヤを牽引することによって前記リンク連設体を屈曲状態に移行させることができるように構成され、屈曲状態にある前記リンク連設体を伸長状態に復帰させるための復元力を発生する復元手段を有することが好ましい。復元手段としては屈曲状態を伸長状態に戻すための弾性部材があり、この弾性部材はリンク連設体の全体に作用するものであってもよく、また、リンク連設体内の各関節部にそれぞれ弾性部材が設けられていてもよい。
【００１９】
本発明において、前記復元手段は、前記リンク連設体に架設された復帰ワイヤと、当該復帰ワイヤを基端側に牽引する牽引手段とを含むことが好ましい。ここで、牽引手段は、前記ワイヤと前記復帰ワイヤとが実質的に一体化された状態で架設される上記とは別の可動プーリを含む場合がある。この場合、上記各手段における上記ワイヤは、当該別の可動プーリを移動させるための別のワイヤに相当するものとなる。これによれば、関節毎に復元手段を構成する部品を設ける必要がなくなり、全体として簡易に構成できる。
【００２０】
本発明において、前記牽引手段は、前記復帰ワイヤに一端が接続され他端が保持された復帰ばねを含むことが好ましい。復帰ばねを用いることにより簡易な構成で確実に復元作用を生じさせることができる。
【００２１】
本発明において、前記複数の関節部に相互に異なる回動負荷（回動抵抗）を設定することで、前記関節部の動作順番が制御されることが好ましい。回動負荷を設定することによって複数の関節部間に動作の優先順位を設定することができるため、状況に応じた動作態様を実現できる。すなわち、動作順番の最も早い１番目の関節部が動作し、その１番目の関節部の動作が妨げられると２番目の関節部が動作し、この２番目の関節部の動作が妨げられると３番目の関節部が動作する、といった態様で、複数の関節部の動作が制御される。ここで、上記の回動負荷としてはたとえば摩擦負荷が挙げられる。
【００２２】
なお、前記ワイヤは末端の前記リンク部材に固定された状態で各関節部のプーリに架設されていることが好ましい。また、前記復帰ワイヤについても、末端の前記リンク部材に固定された状態で各関節部のプーリに架設されていることが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る多関節型マニピュレータ装置の実施形態について詳細に説明する。最初に、図１乃至図５を参照して本実施形態の多関節マニピュレータ装置に用いるリンク連設体の基本構成について説明する。
【００２４】
［第１基本構成例］
図１は、本実施形態に用いることのできるリンク連設体の第１基本構成例を示すものである。ここで、リンク連設体１０においては、基端側（図示左端側）から末端側（図示右端側）に向けて、複数のリンク部材１１，１２，１３，１４，１５が順次関節部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを介して回転自在に連結されている。各関節部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにはそれぞれ関節プーリ１６，１７，１８，１９が設けられている。各関節プーリ１６〜１９は、それぞれ関節部１０Ａ〜１０Ｄの軸線と同軸に設けられている。ここで、各関節プーリ１６〜１９は、リンク部材１１〜１５のうちの前後に連結された２つのリンク部材のいずれかに固定されていてもよく、いずれかに所定の回転抵抗を持って軸支されていてもよく、或いは、いずれのリンク部材に対しても回転自在に取り付けられていてもよい。また、各関節プーリの間には、中間プーリ１０ｓが各リンク部材１１〜１５にそれぞれ取り付けられている。
【００２５】
図１（ａ）は、上記関節プーリ１６〜１９にワイヤ１０Ｗを架設した状態を示すものである。このワイヤ１０Ｗは屈曲動作用のワイヤ（駆動ワイヤ）である。ワイヤ１０Ｗは、関節プーリ１６、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１７、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１８、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１９に順次架設され、その先端は、末端のリンク部材１５に固定位置１５ａにて固定されている。ここで、ワイヤ１０Ｗは関節プーリ１６〜１９の内側（図示下側）を周回し、中間プーリ１０ｓの外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００２６】
図１（ｂ）は、上記関節プーリ１６〜１９にワイヤ１０Ｖを架設した状態を示すものである。このワイヤ１０Ｖは伸長動作用のワイヤ（復帰ワイヤ）である。ワイヤ１０Ｖは、関節プーリ１６、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１７、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１８、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１９に順次架設され、その先端は、末端のリンク部材１５に固定位置１５ａにて固定されている。ここで、ワイヤ１０Ｖは関節プーリ１６〜１９の外側（図示上側）を周回し、中間プーリ１０ｓの内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００２７】
実際には、上記ワイヤ１０Ｗとワイヤ１０Ｖとを共に架設することによって、リンク連設体１０が形成される。このリンク連設体１０においては、図１に示す伸長状態において図２に矢印で示すようにワイヤ１０Ｗの基端側部分を基端方向に牽引すると、各リンク部材１１〜１５の関節部１０Ａ〜１０Ｄが内側（図示下側）に屈曲する。すなわち、ワイヤ１０Ｗを引っ張ることによってワイヤ１０Ｗの架設経路が短くなる方向に屈曲するのである。ところで、このとき、ワイヤ１０Ｖもまた架設されている場合には、図２に示すように各リンク部材１１〜１５が屈曲することにより、上記のワイヤ１０Ｗとは反対にワイヤ１０Ｖの架設経路は長くなるので、図３に矢印で示すように、ワイヤ１０Ｖは末端方向に引き出されることになる。一方、図３に示す屈曲状態でワイヤ１０Ｖを基端方向に引っ張ることにより、図１に示す伸長状態に復帰させることができる。このときにはワイヤ１０Ｗは逆に末端方向に引き出される。
【００２８】
なお、中間プーリ１０ｓを設けることにより、ワイヤ１０Ｗ，１０Ｖを複数の関節プーリに架設するに際して、常に架設される複数の関節プーリの内側又は外側のいずれか一方にのみ当該ワイヤを周回させることができるとともに、ワイヤによるリンク部材の回動角度を広げることができる。ここで、上記構成例と同様の機能を有する構成とするためには、中間プーリ１０ｓである必要はなく、単にワイヤに摺接可能に構成された架設部材であってもよく、また、ワイヤ１０Ｗと１０Ｖとに対してそれぞれ別の中間プーリその他の架設部材を用いても構わない。このことは、以下に説明するものなど、他の全てのリンク連設体についても同様である。
【００２９】
［第２基本構成例］
図４（ａ）には、リンク連設体の第２基本構成例として、上記第１基本構成例の駆動ワイヤと復帰ワイヤとを基端側において一体に連結してなる構成に相当するリンク連設体１０′を示す。このリンク連設体１０′においては、リンク部材１１′，１２′，１３′，１４′が関節部１０Ａ′，１０Ｂ′，１０Ｃ′において回転自在に連結されており、関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′にはそれぞれ関節プーリ１６′、１７′、１８′が同軸に設けられている。各関節プーリ１６′〜１８′間には、それぞれ中間プーリ１０ｓ′が配置されている。ワイヤ１０Ｗ′の一端は、末端側のリンク部材１４′の固定位置１４ａ′に固定され、ここから関節プーリ１８′、中間プーリ１０ｓ′、関節プーリ１７′、中間プーリ１０ｓ′、関節プーリ１６′に順次架設される。ここで、ワイヤ１０Ｗ′は、上記架設経路において、関節プーリ１６′〜１８′の外側（図示上側）を周回し、また、中間プーリ１０ｓ′の内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００３０】
そして、ワイヤ１０Ｗ′は、その先に配置された駆動プーリ１５Ｄ′に架設される。駆動プーリ１５Ｄ′は駆動源（モータ）１５′の出力に接続され、正逆いずれの方向にも回転可能に構成されている。ワイヤ１０Ｗ′は、駆動プーリ１５Ｄ′に対して半周巻回され、その先が再び末端側に伸びて、関節プーリ１６′、中間プーリ１０ｓ′、関節プーリ１７′、中間プーリ１０ｓ′、関節プーリ１８′に順次架設され、最後にリンク部材１４′の固定位置１４ａ′にて固定される。この架設経路においては、上記とは逆に、関節プーリ１６′〜１８′の内側（図示下側）を周回し、また、中間プーリ１０ｓ′の外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００３１】
上記のように構成されたリンク連設体１０′においては、駆動プーリ１５Ｄ′を回転させることによって、連結された複数のリンク部材１１′〜１４′を屈曲させたり伸長させたりすることができる。この第２基本構成例におけるワイヤ１０Ｗ′は、上記第１基本構成例における屈曲動作用のワイヤ１０Ｗ（駆動ワイヤ）と伸長動作用のワイヤ１０Ｖ（復帰ワイヤ）の双方に相当する働きを行う。
【００３２】
なお、この構成例では駆動ワイヤと復帰ワイヤとを一体化して駆動プーリに架設した例を示したが、駆動ワイヤと復帰ワイヤとを一体化せずに、別々にそれらの端部を駆動プーリに固定し、駆動ワイヤの上記端部からリンク連設体側の部分を駆動プーリに対して反時計回りに架設し、復帰ワイヤの上記端部からリンク連設体側の部分を駆動プーリに対して時計回りに架設する構成でも、上記と同様の機能を有する。この場合でも、両ワイヤは実質的に一体化された状態で駆動プーリに対して相互に反対回りに架設されたものとなる。
【００３３】
［第３基本構成例］
次に、図４（ｂ）を参照して、第３基本構成例について説明する。この例に示すリンク連設体１０″では、上記第２基本構成例と同様に構成された、リンク部材１１″、１２″、１３″，１４″と、関節部１０Ａ″、１０Ｂ″、１０Ｃ″と、関節プーリ１６″、１７″、１８″と、各関節プーリ間に配置された中間プーリ１０ｓ″とを有する。ただし、この第３基本構成例では、その一端がリンク部材１４″の固定位置１４ａ″に固定され、関節プーリ１６″〜１８″の内側（図示下側）を周回し、中間プーリ１０ｓ″の外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリ列に対して内側と外側に交互に架設された屈曲動作用のワイヤ１０Ｗ″と、その一端がリンク部材１４″の固定位置１４ａ″に固定され、関節プーリ１６″〜１８″の外側（図示上側）を周回し、中間プーリ１０ｓ″の内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリ列に対して内側と外側に交互に架設された伸長動作用のワイヤ１０Ｖ″とを有している。そして、ワイヤ１０Ｗ″の他端は駆動源１５″によって回転駆動される駆動プーリ１５Ｄ″に固定され、ワイヤ１０Ｖ″の他端は復帰ばね１９″を介して保持されている。
【００３４】
この第３基本構成例においては、駆動プーリ１５Ｄ″を（図示時計回りに）回転させることによってワイヤ１０Ｗ″を牽引すると、リンク連設体１０″は図２及び図３に示す態様と同様に屈曲状態になる。このとき、ワイヤ１０Ｖ″は復帰ばね１９″の弾性力に抗して末端側に引き出される。次に、駆動プーリ１５Ｄ″を（図示反時計周りに）戻すことによってワイヤ１０Ｗ″に対する牽引力を解放すると、復帰ばね１９″の弾性力によってワイヤ１０Ｖ″が牽引されるとともにこれに対応してワイヤ１０Ｗ″が引き出されることによって、リンク連設体１０″は図示の伸長状態に復帰する。
【００３５】
この第３基本構成例においては、上記のようにワイヤ１０Ｖ″の他端が復帰ばね１９″を介して固定されることによって、ワイヤ１０Ｗ″を戻すことにより、リンク連設体１０″が伸長状態に復帰するように構成されているが、上記ワイヤ１０Ｖ″及び復帰ばね１９″の代わりに、ワイヤ１０Ｖ″をゴムのような弾性部材で構成し、その基端を保持（固定）してもよく、また、個々の関節プーリ１６″〜１８″に復帰ばねを設けて、関節プーリ１６″〜１８″のそれぞれを元の回動角度に復帰させるように構成してもよい。ここで、個々の関節プーリに設けられる復帰ばねとしては、関節部の軸に挿通されて両側のリンク部材に係合したトーションスプリングなどが挙げられる。
【００３６】
［第４基本構成例］
図５は、本発明に係る第４基本構成例のリンク連設体２０の構成を模式的に示す概略構成図である。このリンク連設体２０では、基端側から末端側に向けて複数のリンク部材２１、２２，２３，２４，２５が関節部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄにおいてそれぞれ回転自在に連結されている。各関節部２０Ａ〜２０Ｄにはそれぞれ関節プーリ２６，２７，２８，２９が各関節部の軸線と同軸に軸支されている。また、各関節プーリの間には中間プーリ２０ｓがそれぞれ軸支されている。上記の関節プーリ２６〜２９及び中間プーリ２０ｓには、プーリ列の配列方向に内側と外側に交互にワイヤ２０Ｗ及び２０Ｖが架設されている。ワイヤ２０Ｗは関節プーリ２６〜２９の内側（図示下側）を周回し、ワイヤ２０Ｖは関節プーリ２６〜２９の外側（図示上側）を周回するように架設されている。すなわち、ワイヤ２０Ｗは中間プーリ２０ｓの外側（図示上側）を周回し、ワイヤ２０Ｖは中間プーリ２０ｓの内側（図示下側）を周回するように架設されている。
【００３７】
この実施形態では、関節プーリ２６〜２９が相互に異なるプーリ径を備えている。これによって、より大きなプーリ径を有する関節プーリが設けられている関節部では、関節プーリに対するワイヤ２０Ｗの巻き付け角が大きくなるとともに駆動半径も大きくなるので、その分、リンク部材を回動するための回動トルクが大きくなる。したがって、より大きな回動トルクを必要とする関節部においてより大きなプーリ径を有する関節プーリを設ければよい。たとえば、図示例では、リンク連設体２０の基端側の関節部２０Ａから末端側の関節部２０Ｄに向かうに従って、順次に関節プーリ２６〜２９のプーリ径が小さくなるように構成してある。つまり、末端側の関節部（たとえば２０Ｄ）ではより少ない数のリンク部材（たとえばリンク部材２５の一つだけ）を駆動すればよいため回動負荷が小さいのに対して、基端側の関節部（たとえば２０Ａ）ではより多くの数（リンク部材２２から２５の計４つ）のリンク部材を駆動しなければならないため、回動負荷が大きくなり、より大きな回動トルクが必要になる。したがって、末端側の関節プーリよりも基端側の関節プーリのプーリ径を大きくすることにより、基端側の関節部における回動トルクを大きくすることができるため、全体としてバランスの取れた関節駆動を行うことができる。
【００３８】
なお、この基本構成例においては、図示例のように、中間プーリ２０ｓについても、基端側のプーリ径を末端側のプーリ径よりも大きく構成することが望ましい。これによってさらにバランスのとれた、スムーズな動作を生じさせることが可能になる。
【００３９】
この実施形態によれば、関節プーリ２６〜２９の少なくとも２つのプーリ径を相互に異なるものとすることにより、各関節部２０Ａ〜２０Ｄの回動トルクを制御することが可能になり、その結果、リンク連設体のリンク節構造の寸法や構造、或いは、把持対象の形状などに応じて最適な動作を生じさせることが可能になる。
【００４０】
［第５基本構成例］
次に、図９を参照して本発明に係る第５基本構成例について説明する。このリンク連設体３０は、基本的に上記第１基本構成例と同様のリンク部材３１，３２，３３，３４，３５が関節部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄにおいて回動自在に連結されている。また、各関節部にはそれぞれ関節プーリ３６，３７，３８，３９が設けられ、これらの関節プーリ間に中間部材３０ｓが各リンク部材に取り付けられた構造となっている。なお、このリンク連設体３０では中間部材３０ｓは回転可能なプーリではなく、単に後述するワイヤを摺動自在に架設することのできる固定された中間部材として構成される。この実施形態を含め、上記のいずれの構成例や実施形態でも、中間プーリの代わりにこのような中間部材を用いることができ、いずれにしてもワイヤを摺動可能に架設できる何らかの架設部材であればよい。なお、中間部材３０ｓは末端の関節部３０Ｄのさらに末端側にも一つ配置されている。
【００４１】
ワイヤ３０Ｗ，３０Ｖは、リンク部材３５の末端側に設けられた固定位置３５ａにて固定され、それぞれ関節プーリ３６〜３９及び中間部材３０ｓに交互に架設されている。ここで、ワイヤ３０Ｗは各関節プーリに対してその内側（図示下側）を周回する態様で架設される。また、ワイヤ３０Ｖは各関節プーリに対してその外側（図示上側）を周回する態様で架設される。
【００４２】
本実施形態では、各関節部３０Ａ〜３０Ｄのうちの少なくとも二つに相互に異なる回動負荷を設定してある。例えば基部側の関節部に末端側の関節部より大きな負荷を設けている。これによって、末端側の関節部が先に内側に屈曲して物体Ｑを包み込み、末端側の関節部の屈曲動作が物体Ｑによって妨げられると、基部側の関節部が屈曲するといったように末端側の関節部の屈曲動作が優先し、順次基端側の関節部の屈曲動作が行われる。その結果、リンク連設体３０は物体Ｑを指先で手繰り寄せながら最後に全体をつかむ態様で把持することができる。
【００４３】
各関節部３０Ａ〜３０Ｄにおける回動負荷は、例えば、当該関節部に（関節部にて連結される一対のリンク部材間に）設定される適宜の摩擦負荷によって付与できる。この摩擦負荷は、たとえば、一対のリンク部材間の締め付け強度を変えたり、一対のリンク部材間の摺接面の表面粗さを変えたりすることによって調整できる。また、一対のリンク部材間に適宜のオイルダンパーを設け、このオイル量を変えることなどによっても調整可能である。
【００４４】
なお、以上説明した第１基本構成例〜第５基本構成例のリンク連設体は、以下に説明する第１実施形態〜第３実施形態のいずれの多関節型マニピュレータ装置にも適用することができるものである。したがって、以下に説明する各実施形態において、その基本構成を上記の第１基本構成例〜第５基本構成例のいずれの構成にするかは任意であり、また、各実施形態におけるリンク連設体の構成を各基本構成例のいずれに変更して構成しても構わない。
【００４５】
［第１実施形態］
次に、図６を参照して本発明に係る第１実施形態について説明する。この実施形態は、一対のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）を設けた多関節型マニピュレータ装置２００である。リンク連設体１０″は、上述のように、ワイヤ（駆動ワイヤ）を牽引若しくは復帰させることによってそれぞれ屈曲動作及び伸長動作を行わせることが可能に構成されている。なお、もう一本のワイヤ（復帰ワイヤ）は上記と同様に復帰ばね１９″を介して固定されている。
【００４６】
この多関節型マニピュレータ装置２００においては、一対のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）にそれぞれ設けられたワイヤ（駆動ワイヤ）１０Ｗ″（Ａ）と１０Ｗ″（Ｂ）を連結させて一本のワイヤとして構成し、これを可動プーリ２１０に架設し、この可動プーリ２１０を移動可能（牽引若しくは復帰可能）に構成したものである。また、架設態様によっては図示例のようにワイヤの延伸方向を変える補助プーリ（定滑車）２１２，２１３を用いることもできる。
【００４７】
なお、上記構成の代わりに、ワイヤ１０Ｗ″（Ａ）と１０Ｗ″（Ｂ）とを別々に可動プーリ２１０に固定した上で、これらの固定部分よりもリンク連設体側の部分を可動プーリ２１０に対して相互に反対回りに架設してもよい。このようにしても上記と同様の機能を有する構成となる。すなわち、ワイヤ１０Ｗ″（Ａ）と１０Ｗ″（Ｂ）とが実質的に一体化されて可動プーリ２１０に対して相互に反対回りに架設されていればよい。
【００４８】
この実施形態では、可動プーリ２１０を図示矢印方向に牽引することによって、一対のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）において共にワイヤ１０Ｗ″（Ａ），１０Ｗ″（Ｂ）を牽引することができ、その結果、共に屈曲状態にすることができる。ただし、一方のリンク連設体１０″（Ａ）において外部応力によって屈曲が妨げられた場合には、可動プーリ２１０が回転して、他方のリンク連設体１０″（Ｂ）のみを屈曲状態にすることが可能になる。また、一般的に言えば、一対のリンク連設体間において駆動抵抗に差がある場合には、その差に応じて一対のリンク連設体間に動作態様の差が生ずることになる。
【００４９】
この実施形態では、一対のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）が相互に向かい合わせになるように対向配置され、一方のリンク連設体１０″（Ａ）の屈曲方向と、他方のリンク連設体１０″（Ｂ）の屈曲方向とが、相互にもう一方のリンク連設体側に向かう成分を有するように（好ましくは図示例のように片方のリンク連設体がもう一方のリンク連設体側に屈曲するように）構成することができる。したがって、これらのリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）によって各種の物品等の任意形状の把持対象を把持することが可能になる。この場合、把持対象の形状などに起因して、一方のリンク連設体１０″（Ａ）と他方のリンク連設体１０″（Ｂ）の屈折度合が相互に異なっても、可動プーリ２１０において両リンク連設体におけるワイヤの牽引量が自動的に調整される。また、各リンク連設体においても、複数の関節部における屈曲角度は、各関節部が受ける動作抵抗に応じて自動的に調整されるため、そのリンク節構造は把持対象の形状に合致した屈曲形状になる。
【００５０】
なお、この実施形態において、各リンク連設体として上記第４基本構成例のリンク連設体２０（図５参照）を用いることができる。これによって、各リンク連設体内の複数の関節部間の回動トルクの設定を調整することが可能になり、より把持対象の形状に適合した屈曲形状を実現することが可能になる。
【００５１】
［第２実施形態］
次に、図７を参照して、本発明に係る第２実施形態について説明する。この実施形態は、上記第１実施形態と同様のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ），１０″（Ｃ）を複数（図示例では三つ）連設してなる多関節型マニピュレータ装置３００である。リンク連設体１０″（Ａ）を駆動するワイヤ１０Ｗ″（Ａ）と、リンク連設体１０Ｗ″（Ｂ）を駆動するワイヤ１０Ｗ″（Ｂ）とは一体化されて可動プーリ３１０に架設され、この可動プーリ３１０はワイヤ３１１によって移動可能に構成されている。以上の構成は基本的に第１実施形態の多関節型マニピュレータ装置２００と同様である。なお、補助プーリ３１２，３１３によってワイヤ１０Ｗ″（Ａ）の架設経路が適宜に設定されている。なお、上記ワイヤ１０Ｗ″（Ａ）と１０Ｗ″（Ｂ）が実質的に一体化されて可動プーリ３１０に対して相互に反対回りに架設されていればよい点は上記第１実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態では、上記ワイヤ３１１は、可動プーリ３２０に架設されている。可動プーリ３２０は、小径プーリ部３２０Ａと、大径プーリ部３２０Ｂとが一体に（すなわち相互に固定された状態に）構成されたものである。ここで、小径プーリ部３２０Ａのプーリ径（半径）Ｄａは、大径プーリ部３２０Ｂのプーリ径（半径）Ｄｂよりも小さく構成されている。ワイヤ３１１は、小径プーリ部３２０Ａに固定されるとともに小径プーリ部３２０Ａに架設されている。可動プーリ３２０はワイヤ３２１によって移動可能に構成されている。また、可動プーリ３２０の大径プーリ部３２０Ｂには、もう一つのリンク連設体１０″（Ｃ）の駆動ワイヤであるワイヤ１０Ｗ″（Ｃ）が固定され、架設されている。ここで、ワイヤ１０Ｗ″（Ｃ）の可動プーリ３２０に対する架設方向は、ワイヤ３１１の架設方向に対して反対回りになっている。なお、ワイヤ３１１は、補助プーリ３２３，３２４によって架設され、その架設経路が適宜に設定されている。
【００５３】
本実施形態では、ワイヤ３２１を牽引力Ｆで牽引したとき、可動プーリ３２０に架設されたワイヤ３１１に加わる牽引分力Ｆａと、ワイヤ１０Ｗ″（Ｃ）に加わる牽引分力Ｆｂとの間には理想的には以下の関係が成立する。
Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｂ … （１）
Ｆａ×Ｄａ＝Ｆｂ×Ｄｂ … （２）
これらの関係によって、可動プーリ３２０の小径プーリ部３２０Ａのプーリ径Ｄａと大径プーリ部３２０Ｂのプーリ部Ｄｂとの比率によって、ワイヤ３１１に対する牽引分力Ｆａとワイヤ１０Ｗ″（Ｃ）に対する牽引分力Ｆｂとの比率を任意に設定することができる。たとえば、可動プーリが理想的な滑車であるとすれば、プーリ径Ｄａをプーリ径Ｄｂの半分に設定することによって、牽引分力Ｆａを牽引分力Ｆｂの２倍にすることができる。これによって、可動プーリ３２０の各プーリ部のプーリ径によって各リンク連設体１０″（Ａ）、１０″（Ｂ）、１０″（Ｃ）をそれぞれ駆動するワイヤ１０Ｗ″（Ａ）〜１０Ｗ″（Ｃ）の駆動力を適宜に設定できる。たとえば、図示例において上記のように牽引分力Ｆａが牽引分力Ｆｂの２倍になっていれば、牽引分力Ｆｂは可動プーリ３１０にて二分されてそれぞれリンク連設体１０″（Ａ）と１０″（Ｂ）とを駆動することになるので、結局、３つのリンク連設体１０″（Ａ）、１０″（Ｂ）、１０″（Ｃ）には均等な駆動力が加わることになる。
【００５４】
なお、上記構成において、複数のリンク連設体のうちいずれか一つ以上に大きな駆動抵抗が加わって動作しにくくなった場合には、可動プーリ３１０及び３２０の差動作用により、より低い駆動抵抗を受けるリンク連設体を優先的に動作させることができる。この点は上記第１実施形態と同様である。
【００５５】
［第３実施形態］
次に、図８を参照して本発明に係る第３実施形態について説明する。この実施形態は上記各実施形態の構成を用いて構成したロボットハンド４００である。このロボットハンド４００は、ハンド本体４０１に対して、複数の指駆動体４０２，４０３，４０４が接続されている。各指駆動体４０２〜４０４は、上記各実施形態のリンク連設体に相当するリンク節構造を有する。このロボットハンド４００では、複数の指駆動体によって適宜の物品等の把持対象物Ｐを把持することができる。
【００５６】
ここで、たとえば図示例では３本の指駆動体が設けられ、２本の指駆動体４０２，４０４の屈曲方向がほぼ同一であるのに対して、残り１本の指駆動体４０３の屈曲方向は、上記指駆動体４０２，４０４とは反対方向で、上記指駆動体４０２，４０４に向かう向きに設定されている。このように、複数の指駆動体のうち、相互に対向配置されて略反対方向に屈曲する指駆動体を有する場合、相互に対向配置される指駆動体間における駆動力をほぼ均等に設定しないと、把持対象物Ｐを確実に把持することができない場合がある。たとえば、上記の３つの指駆動体４０２〜４０４のそれぞれに対する駆動力をほぼ均等に構成した場合、指駆動体４０２，４０４の合計駆動力は、対向する指駆動体４０３の駆動力のほぼ２倍になるため、相互に対向する指駆動体間の駆動力のバランスが崩れ、把持対象物Ｐをしっかりと把持することが難しくなる。
【００５７】
そこで、本実施形態では、指駆動体４０２，４０４のそれぞれの駆動力を、指駆動体４０３の駆動力の半分に設定する。これによって、指駆動体４０２，４０４の合計駆動力は指駆動体４０３の駆動力とほぼ釣り合うので、把持対象物Ｐに対して左右から与える把持力が均衡し、結果として把持対象物Ｐを確実に把持することが可能になる。このように指駆動体４０２，４０４の駆動力と、指駆動体４０３の駆動力とを異ならしめる方法としては、上記第１実施形態の可動プーリ２１０に接続されたワイヤ２１１と、さらにもう一つの図示しないリンク連設体の駆動ワイヤとを実質的に一体化させた状態で別の可動プーリに対して反対回りに架設することによって構成できる。換言すれば、上記第２実施形態の可動プーリ３２０の２つのプーリ部のプーリ径を同一に構成してもよい。また、上記とは異なる態様で第２実施形態の可動プーリ３２０による駆動力の任意配分機能を利用してもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、上記いずれかのリンク連設体のリンク節構造を有する各指駆動体４０２〜４０４によって、把持対象物Ｐの形状に柔軟に対応する屈曲態様でしっかりと把持することができる。したがって、人間の手と同様の柔軟な把持態様を実現することができるため、図８に示すような同径物に限らず、種々の異径物（軸線方向に見て外径が変化する形状の物品）などの任意の形状を有する種々の物品に対しても、高い対応性及び柔軟性を持って確実に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の第１基本構成例を示す構成図（ａ）及び（ｂ）。
【図２】第１基本構成例の屈曲状態における駆動ワイヤ架設状態を示す構成図。
【図３】第１基本構成例の屈曲状態における復帰ワイヤ架設状態を示す構成図。
【図４】第２基本構成例（ａ）及び第３基本構成例（ｂ）を示す概略構成図。
【図５】第４基本構成例を示す概略構成図。
【図６】第１実施形態を示す概略構成図。
【図７】第２実施形態を示す概略構成図。
【図８】第３実施形態を示す概略構成図。
【図９】第５基本構成例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０…リンク連設体、１０Ａ〜１０Ｄ…関節部、１１〜１５…リンク部材、１６〜１９…関節プーリ、１０ｓ…中間プーリ、１０Ｗ…ワイヤ（駆動ワイヤ）、１０Ｖ…ワイヤ（復帰ワイヤ）、１００，２００，３００…多関節マニピュレータ装置、２１０，３１０，３２０…可動プーリ、４００…ロボットハンド、４０１…ハンド本体、４０２〜４０４…指駆動体
【発明の属する技術分野】
本発明は多関節型マニピュレータ装置に係り、特に、ロボットハンド或いはその指構造として好適な多関節型のマニピュレータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、多関節型マニピュレータは、複数のリンク部材を関節部にて回転自在に連結してなるリンク連設体を有するものであり、ロボットハンドの指構造やロボットアームなどとして用いられている。この多関節型マニピュレータとしては、従来から関節毎にモータ等の駆動手段を設けるものが知られているが、小型のロボットハンドの指構造のように関節構造そのものが小型化されている場合や、ロボットアームであってもロボットの軽量化が要求される場合には、関節毎に駆動手段を設けることが不可能であるため、関節毎に設けた複数のプーリと、これらのプーリ間に架設された駆動ワイヤとを設け、この駆動ワイヤにより多数の関節を動作可能に構成したワイヤ駆動タイプの多関節型マニピュレータが種々提案されている。
【０００３】
たとえば、関節毎に電磁クラッチ／ブレーキを介した一対のプーリを同軸に設け、これらの一対のプーリのうちの一方のプーリに、駆動モータに連結された駆動ワイヤＷ１を架設し、他方のプーリにはリターンスプリングに接続された復帰ワイヤＷ２を架設してなる多関節マニピュレータが知られている（たとえば、以下の特許文献１参照）。これによれば、各関節に設けられた電磁クラッチ／ブレーキによるロック状態と解除状態の切換えに応じた関節毎の駆動制御を実現することができる。
【０００４】
また、関節毎にピエゾ素子を設けて、ピエゾ素子のオンオフによってプーリとリンクとの間のロック状態とフリー状態とを切換え可能に構成したり、或いは、プーリとリンクとの間のトルク制御を行ったりすることによって各関節の動作態様を制御可能に構成したロボットアームが知られている（たとえば、以下の特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、上記のリンク連設体によって構成される複数の指を有する多指可動ロボットハンドにおいては、差動歯車機構を用いることによって一つの駆動源によって複数の指を駆動することができるように構成したものが知られている（たとえば、以下の特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−９６４８５号公報
【特許文献２】
特開平９−２３９６８６号公報
【特許文献３】
特開２００１−２７７１７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のワイヤ駆動タイプの多関節型マニピュレータにおいては、一つの駆動機構によって複数の関節をそれぞれ独立に制御するために、電磁クラッチ／ブレーキ、ピエゾ素子或いはトルク制御器などを関節毎に設けていることから、構造が複雑になり、重量も増加し、しかも、高価になるという問題点がある。
【０００８】
また、上記の多指可動ロボットハンドにおいては、複数のマニピュレータ（指）を一つの駆動源にて駆動するために重量があり高価な差動歯車機構を用いていることから、重量が増加するとともにコストが増大するという問題点がある。
【０００９】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、複雑な機構や高価な部品を用いることなしに、複数のリンク連設体を対象物の形状に応じて柔軟に屈曲動作可能に構成することにより、軽量且つ高速動作が可能で安価な多関節型マニピュレータ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の多関節型マニピュレータ装置は、複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を複数備えた多関節型マニピュレータ装置であって、前記複数のリンク連設体にそれぞれ設けられた複数のワイヤ若しくはこれに実質的に連結されたワイヤのうち、いずれか少なくとも２つのワイヤが架設された可動プーリを有し、前記２つのワイヤは、実質的に一体化された状態で前記可動プーリに対して相互に反対回りに架設されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、可動プーリを移動させることによって２つのリンク連設体を共に駆動することが可能になるとともに、把持対象の形状に応じて柔軟に２つのリンク連設体を対応させ、確実に把持することができる。たとえば、一方のリンク連設体の動作抵抗が高まった場合には可動プーリの回転或いは可動プーリに対するワイヤの摺動により他方のリンク連設体のみを動作させることもできる。したがって、多関節型マニピュレータ装置において、単一の駆動源により、可動プーリという簡易な構造によって複数のリンク連設体を柔軟に動作させることを可能にしつつ、構造を複雑化することもなく、また、高価な部品を用いることもなく、軽量かつ安価に構成することができる。
【００１２】
なお、「２つのワイヤが実質的に一体化された状態で前記可動プーリに対して相互に反対回りに架設されている」とは、一方のワイヤを可動プーリから引き出すと、他方のワイヤが可動プーリに巻き取られる関係にあることをいう。したがって、２つのワイヤを連結した状態で可動プーリに架設させてもよく、或いは、２つのワイヤをそれぞれ可動プーリに固定した上で、可動プーリに対して相互に反対回りに架設させた状態としてもよい。
【００１３】
次に、本発明の異なる多関節型マニピュレータ装置は、複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を複数備えた多関節型マニピュレータ装置であって、前記複数のリンク連設体にそれぞれ設けられた複数のワイヤ若しくはこれに実質的に連結されたワイヤのうち、いずれか少なくとも２つのワイヤが架設された可動プーリを有し、前記可動プーリは、相互に一体化された異なるプーリ径を有するプーリ部分を備え、前記２つのワイヤは、実質的に一体化された状態でそれぞれ前記可動プーリの異なるプーリ径を有する前記プーリ部分に対して相互に反対回りに架設されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、可動プーリを移動させることによって２つのリンク連設体を共に駆動することが可能になるとともに、把持対象の形状に応じて柔軟に２つのリンク連設体を対応させ、確実に把持することができる。たとえば、一方のリンク連設体の動作抵抗が高まった場合には可動プーリの回転或いは可動プーリに対するワイヤの摺動により他方のリンク連設体のみを動作させることもできる。したがって、多関節型マニピュレータ装置において、単一の駆動源によって、可動プーリという簡易な構造によって複数のリンク連設体を柔軟に動作させることを可能にしつつ、構造を複雑化することもなく、また、高価な部品を用いることもなく、軽量かつ安価に構成することができる。
【００１５】
さらに、可動プーリの異なるプーリ径を有するプーリ部に対して、２つのワイヤが相互に反対回りに架設されていることにより、可動プーリを移動させたときに生ずる応力を２つのワイヤに対してプーリ径の比率に反比例する比率にて分配して与えることができるので、プーリ径の比率によって上記２つのワイヤを異なる駆動力比率にて牽引することが可能になる。したがって、装置に含まれる複数のリンク連設体を単一の駆動源によって適宜の駆動力比率で駆動することができるため、リンク連設体の配置や構成、或いは、把持対象の形状などに応じて最適な把持態様を実現できる。
【００１６】
本発明において、前記リンク連設体に設けられた前記複数の関節部のプーリ径が相互に異なることが好ましい。これによれば、リンク連設体の複数のプーリ径が相互に異なることによって、ワイヤの駆動によって生ずる各関節部における回動トルクを相互に変えることができるため、各関節部に応じた回動トルクを設定することが可能になる。
【００１７】
本発明において、前記リンク連設体における基端側にある前記関節部における前記プーリ径は、末端側にある前記関節部における前記プーリ径よりも大きいことが望ましい。通常、末端側の関節部よりも先にあるリンク部材の数は少ないために当該関節部の回動負荷は小さく、基端側の関節部よりも先にあるリンク部材の数は多いために当該関節部の回動負荷は大きいことから、基端側の関節部のプーリ径を末端側の関節部のプーリ径よりも大きくすることによって基端側の関節部の回動トルクを大きくすることができるため、リンク連設体を全体としてバランスのとれた態様で動作させることが可能になる。したがって、たとえば、把持対象の形状に対して関節の屈曲状態をより柔軟に適合させることも可能になる。
【００１８】
本発明において、前記ワイヤを牽引することによって前記リンク連設体を屈曲状態に移行させることができるように構成され、屈曲状態にある前記リンク連設体を伸長状態に復帰させるための復元力を発生する復元手段を有することが好ましい。復元手段としては屈曲状態を伸長状態に戻すための弾性部材があり、この弾性部材はリンク連設体の全体に作用するものであってもよく、また、リンク連設体内の各関節部にそれぞれ弾性部材が設けられていてもよい。
【００１９】
本発明において、前記復元手段は、前記リンク連設体に架設された復帰ワイヤと、当該復帰ワイヤを基端側に牽引する牽引手段とを含むことが好ましい。ここで、牽引手段は、前記ワイヤと前記復帰ワイヤとが実質的に一体化された状態で架設される上記とは別の可動プーリを含む場合がある。この場合、上記各手段における上記ワイヤは、当該別の可動プーリを移動させるための別のワイヤに相当するものとなる。これによれば、関節毎に復元手段を構成する部品を設ける必要がなくなり、全体として簡易に構成できる。
【００２０】
本発明において、前記牽引手段は、前記復帰ワイヤに一端が接続され他端が保持された復帰ばねを含むことが好ましい。復帰ばねを用いることにより簡易な構成で確実に復元作用を生じさせることができる。
【００２１】
本発明において、前記複数の関節部に相互に異なる回動負荷（回動抵抗）を設定することで、前記関節部の動作順番が制御されることが好ましい。回動負荷を設定することによって複数の関節部間に動作の優先順位を設定することができるため、状況に応じた動作態様を実現できる。すなわち、動作順番の最も早い１番目の関節部が動作し、その１番目の関節部の動作が妨げられると２番目の関節部が動作し、この２番目の関節部の動作が妨げられると３番目の関節部が動作する、といった態様で、複数の関節部の動作が制御される。ここで、上記の回動負荷としてはたとえば摩擦負荷が挙げられる。
【００２２】
なお、前記ワイヤは末端の前記リンク部材に固定された状態で各関節部のプーリに架設されていることが好ましい。また、前記復帰ワイヤについても、末端の前記リンク部材に固定された状態で各関節部のプーリに架設されていることが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る多関節型マニピュレータ装置の実施形態について詳細に説明する。最初に、図１乃至図５を参照して本実施形態の多関節マニピュレータ装置に用いるリンク連設体の基本構成について説明する。
【００２４】
［第１基本構成例］
図１は、本実施形態に用いることのできるリンク連設体の第１基本構成例を示すものである。ここで、リンク連設体１０においては、基端側（図示左端側）から末端側（図示右端側）に向けて、複数のリンク部材１１，１２，１３，１４，１５が順次関節部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを介して回転自在に連結されている。各関節部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにはそれぞれ関節プーリ１６，１７，１８，１９が設けられている。各関節プーリ１６〜１９は、それぞれ関節部１０Ａ〜１０Ｄの軸線と同軸に設けられている。ここで、各関節プーリ１６〜１９は、リンク部材１１〜１５のうちの前後に連結された２つのリンク部材のいずれかに固定されていてもよく、いずれかに所定の回転抵抗を持って軸支されていてもよく、或いは、いずれのリンク部材に対しても回転自在に取り付けられていてもよい。また、各関節プーリの間には、中間プーリ１０ｓが各リンク部材１１〜１５にそれぞれ取り付けられている。
【００２５】
図１（ａ）は、上記関節プーリ１６〜１９にワイヤ１０Ｗを架設した状態を示すものである。このワイヤ１０Ｗは屈曲動作用のワイヤ（駆動ワイヤ）である。ワイヤ１０Ｗは、関節プーリ１６、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１７、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１８、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１９に順次架設され、その先端は、末端のリンク部材１５に固定位置１５ａにて固定されている。ここで、ワイヤ１０Ｗは関節プーリ１６〜１９の内側（図示下側）を周回し、中間プーリ１０ｓの外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００２６】
図１（ｂ）は、上記関節プーリ１６〜１９にワイヤ１０Ｖを架設した状態を示すものである。このワイヤ１０Ｖは伸長動作用のワイヤ（復帰ワイヤ）である。ワイヤ１０Ｖは、関節プーリ１６、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１７、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１８、中間プーリ１０ｓ、関節プーリ１９に順次架設され、その先端は、末端のリンク部材１５に固定位置１５ａにて固定されている。ここで、ワイヤ１０Ｖは関節プーリ１６〜１９の外側（図示上側）を周回し、中間プーリ１０ｓの内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００２７】
実際には、上記ワイヤ１０Ｗとワイヤ１０Ｖとを共に架設することによって、リンク連設体１０が形成される。このリンク連設体１０においては、図１に示す伸長状態において図２に矢印で示すようにワイヤ１０Ｗの基端側部分を基端方向に牽引すると、各リンク部材１１〜１５の関節部１０Ａ〜１０Ｄが内側（図示下側）に屈曲する。すなわち、ワイヤ１０Ｗを引っ張ることによってワイヤ１０Ｗの架設経路が短くなる方向に屈曲するのである。ところで、このとき、ワイヤ１０Ｖもまた架設されている場合には、図２に示すように各リンク部材１１〜１５が屈曲することにより、上記のワイヤ１０Ｗとは反対にワイヤ１０Ｖの架設経路は長くなるので、図３に矢印で示すように、ワイヤ１０Ｖは末端方向に引き出されることになる。一方、図３に示す屈曲状態でワイヤ１０Ｖを基端方向に引っ張ることにより、図１に示す伸長状態に復帰させることができる。このときにはワイヤ１０Ｗは逆に末端方向に引き出される。
【００２８】
なお、中間プーリ１０ｓを設けることにより、ワイヤ１０Ｗ，１０Ｖを複数の関節プーリに架設するに際して、常に架設される複数の関節プーリの内側又は外側のいずれか一方にのみ当該ワイヤを周回させることができるとともに、ワイヤによるリンク部材の回動角度を広げることができる。ここで、上記構成例と同様の機能を有する構成とするためには、中間プーリ１０ｓである必要はなく、単にワイヤに摺接可能に構成された架設部材であってもよく、また、ワイヤ１０Ｗと１０Ｖとに対してそれぞれ別の中間プーリその他の架設部材を用いても構わない。このことは、以下に説明するものなど、他の全てのリンク連設体についても同様である。
【００２９】
［第２基本構成例］
図４（ａ）には、リンク連設体の第２基本構成例として、上記第１基本構成例の駆動ワイヤと復帰ワイヤとを基端側において一体に連結してなる構成に相当するリンク連設体１０′を示す。このリンク連設体１０′においては、リンク部材１１′，１２′，１３′，１４′が関節部１０Ａ′，１０Ｂ′，１０Ｃ′において回転自在に連結されており、関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′にはそれぞれ関節プーリ１６′、１７′、１８′が同軸に設けられている。各関節プーリ１６′〜１８′間には、それぞれ中間プーリ１０ｓ′が配置されている。ワイヤ１０Ｗ′の一端は、末端側のリンク部材１４′の固定位置１４ａ′に固定され、ここから関節プーリ１８′、中間プーリ１０ｓ′、関節プーリ１７′、中間プーリ１０ｓ′、関節プーリ１６′に順次架設される。ここで、ワイヤ１０Ｗ′は、上記架設経路において、関節プーリ１６′〜１８′の外側（図示上側）を周回し、また、中間プーリ１０ｓ′の内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００３０】
そして、ワイヤ１０Ｗ′は、その先に配置された駆動プーリ１５Ｄ′に架設される。駆動プーリ１５Ｄ′は駆動源（モータ）１５′の出力に接続され、正逆いずれの方向にも回転可能に構成されている。ワイヤ１０Ｗ′は、駆動プーリ１５Ｄ′に対して半周巻回され、その先が再び末端側に伸びて、関節プーリ１６′、中間プーリ１０ｓ′、関節プーリ１７′、中間プーリ１０ｓ′、関節プーリ１８′に順次架設され、最後にリンク部材１４′の固定位置１４ａ′にて固定される。この架設経路においては、上記とは逆に、関節プーリ１６′〜１８′の内側（図示下側）を周回し、また、中間プーリ１０ｓ′の外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００３１】
上記のように構成されたリンク連設体１０′においては、駆動プーリ１５Ｄ′を回転させることによって、連結された複数のリンク部材１１′〜１４′を屈曲させたり伸長させたりすることができる。この第２基本構成例におけるワイヤ１０Ｗ′は、上記第１基本構成例における屈曲動作用のワイヤ１０Ｗ（駆動ワイヤ）と伸長動作用のワイヤ１０Ｖ（復帰ワイヤ）の双方に相当する働きを行う。
【００３２】
なお、この構成例では駆動ワイヤと復帰ワイヤとを一体化して駆動プーリに架設した例を示したが、駆動ワイヤと復帰ワイヤとを一体化せずに、別々にそれらの端部を駆動プーリに固定し、駆動ワイヤの上記端部からリンク連設体側の部分を駆動プーリに対して反時計回りに架設し、復帰ワイヤの上記端部からリンク連設体側の部分を駆動プーリに対して時計回りに架設する構成でも、上記と同様の機能を有する。この場合でも、両ワイヤは実質的に一体化された状態で駆動プーリに対して相互に反対回りに架設されたものとなる。
【００３３】
［第３基本構成例］
次に、図４（ｂ）を参照して、第３基本構成例について説明する。この例に示すリンク連設体１０″では、上記第２基本構成例と同様に構成された、リンク部材１１″、１２″、１３″，１４″と、関節部１０Ａ″、１０Ｂ″、１０Ｃ″と、関節プーリ１６″、１７″、１８″と、各関節プーリ間に配置された中間プーリ１０ｓ″とを有する。ただし、この第３基本構成例では、その一端がリンク部材１４″の固定位置１４ａ″に固定され、関節プーリ１６″〜１８″の内側（図示下側）を周回し、中間プーリ１０ｓ″の外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリ列に対して内側と外側に交互に架設された屈曲動作用のワイヤ１０Ｗ″と、その一端がリンク部材１４″の固定位置１４ａ″に固定され、関節プーリ１６″〜１８″の外側（図示上側）を周回し、中間プーリ１０ｓ″の内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリ列に対して内側と外側に交互に架設された伸長動作用のワイヤ１０Ｖ″とを有している。そして、ワイヤ１０Ｗ″の他端は駆動源１５″によって回転駆動される駆動プーリ１５Ｄ″に固定され、ワイヤ１０Ｖ″の他端は復帰ばね１９″を介して保持されている。
【００３４】
この第３基本構成例においては、駆動プーリ１５Ｄ″を（図示時計回りに）回転させることによってワイヤ１０Ｗ″を牽引すると、リンク連設体１０″は図２及び図３に示す態様と同様に屈曲状態になる。このとき、ワイヤ１０Ｖ″は復帰ばね１９″の弾性力に抗して末端側に引き出される。次に、駆動プーリ１５Ｄ″を（図示反時計周りに）戻すことによってワイヤ１０Ｗ″に対する牽引力を解放すると、復帰ばね１９″の弾性力によってワイヤ１０Ｖ″が牽引されるとともにこれに対応してワイヤ１０Ｗ″が引き出されることによって、リンク連設体１０″は図示の伸長状態に復帰する。
【００３５】
この第３基本構成例においては、上記のようにワイヤ１０Ｖ″の他端が復帰ばね１９″を介して固定されることによって、ワイヤ１０Ｗ″を戻すことにより、リンク連設体１０″が伸長状態に復帰するように構成されているが、上記ワイヤ１０Ｖ″及び復帰ばね１９″の代わりに、ワイヤ１０Ｖ″をゴムのような弾性部材で構成し、その基端を保持（固定）してもよく、また、個々の関節プーリ１６″〜１８″に復帰ばねを設けて、関節プーリ１６″〜１８″のそれぞれを元の回動角度に復帰させるように構成してもよい。ここで、個々の関節プーリに設けられる復帰ばねとしては、関節部の軸に挿通されて両側のリンク部材に係合したトーションスプリングなどが挙げられる。
【００３６】
［第４基本構成例］
図５は、本発明に係る第４基本構成例のリンク連設体２０の構成を模式的に示す概略構成図である。このリンク連設体２０では、基端側から末端側に向けて複数のリンク部材２１、２２，２３，２４，２５が関節部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄにおいてそれぞれ回転自在に連結されている。各関節部２０Ａ〜２０Ｄにはそれぞれ関節プーリ２６，２７，２８，２９が各関節部の軸線と同軸に軸支されている。また、各関節プーリの間には中間プーリ２０ｓがそれぞれ軸支されている。上記の関節プーリ２６〜２９及び中間プーリ２０ｓには、プーリ列の配列方向に内側と外側に交互にワイヤ２０Ｗ及び２０Ｖが架設されている。ワイヤ２０Ｗは関節プーリ２６〜２９の内側（図示下側）を周回し、ワイヤ２０Ｖは関節プーリ２６〜２９の外側（図示上側）を周回するように架設されている。すなわち、ワイヤ２０Ｗは中間プーリ２０ｓの外側（図示上側）を周回し、ワイヤ２０Ｖは中間プーリ２０ｓの内側（図示下側）を周回するように架設されている。
【００３７】
この実施形態では、関節プーリ２６〜２９が相互に異なるプーリ径を備えている。これによって、より大きなプーリ径を有する関節プーリが設けられている関節部では、関節プーリに対するワイヤ２０Ｗの巻き付け角が大きくなるとともに駆動半径も大きくなるので、その分、リンク部材を回動するための回動トルクが大きくなる。したがって、より大きな回動トルクを必要とする関節部においてより大きなプーリ径を有する関節プーリを設ければよい。たとえば、図示例では、リンク連設体２０の基端側の関節部２０Ａから末端側の関節部２０Ｄに向かうに従って、順次に関節プーリ２６〜２９のプーリ径が小さくなるように構成してある。つまり、末端側の関節部（たとえば２０Ｄ）ではより少ない数のリンク部材（たとえばリンク部材２５の一つだけ）を駆動すればよいため回動負荷が小さいのに対して、基端側の関節部（たとえば２０Ａ）ではより多くの数（リンク部材２２から２５の計４つ）のリンク部材を駆動しなければならないため、回動負荷が大きくなり、より大きな回動トルクが必要になる。したがって、末端側の関節プーリよりも基端側の関節プーリのプーリ径を大きくすることにより、基端側の関節部における回動トルクを大きくすることができるため、全体としてバランスの取れた関節駆動を行うことができる。
【００３８】
なお、この基本構成例においては、図示例のように、中間プーリ２０ｓについても、基端側のプーリ径を末端側のプーリ径よりも大きく構成することが望ましい。これによってさらにバランスのとれた、スムーズな動作を生じさせることが可能になる。
【００３９】
この実施形態によれば、関節プーリ２６〜２９の少なくとも２つのプーリ径を相互に異なるものとすることにより、各関節部２０Ａ〜２０Ｄの回動トルクを制御することが可能になり、その結果、リンク連設体のリンク節構造の寸法や構造、或いは、把持対象の形状などに応じて最適な動作を生じさせることが可能になる。
【００４０】
［第５基本構成例］
次に、図９を参照して本発明に係る第５基本構成例について説明する。このリンク連設体３０は、基本的に上記第１基本構成例と同様のリンク部材３１，３２，３３，３４，３５が関節部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄにおいて回動自在に連結されている。また、各関節部にはそれぞれ関節プーリ３６，３７，３８，３９が設けられ、これらの関節プーリ間に中間部材３０ｓが各リンク部材に取り付けられた構造となっている。なお、このリンク連設体３０では中間部材３０ｓは回転可能なプーリではなく、単に後述するワイヤを摺動自在に架設することのできる固定された中間部材として構成される。この実施形態を含め、上記のいずれの構成例や実施形態でも、中間プーリの代わりにこのような中間部材を用いることができ、いずれにしてもワイヤを摺動可能に架設できる何らかの架設部材であればよい。なお、中間部材３０ｓは末端の関節部３０Ｄのさらに末端側にも一つ配置されている。
【００４１】
ワイヤ３０Ｗ，３０Ｖは、リンク部材３５の末端側に設けられた固定位置３５ａにて固定され、それぞれ関節プーリ３６〜３９及び中間部材３０ｓに交互に架設されている。ここで、ワイヤ３０Ｗは各関節プーリに対してその内側（図示下側）を周回する態様で架設される。また、ワイヤ３０Ｖは各関節プーリに対してその外側（図示上側）を周回する態様で架設される。
【００４２】
本実施形態では、各関節部３０Ａ〜３０Ｄのうちの少なくとも二つに相互に異なる回動負荷を設定してある。例えば基部側の関節部に末端側の関節部より大きな負荷を設けている。これによって、末端側の関節部が先に内側に屈曲して物体Ｑを包み込み、末端側の関節部の屈曲動作が物体Ｑによって妨げられると、基部側の関節部が屈曲するといったように末端側の関節部の屈曲動作が優先し、順次基端側の関節部の屈曲動作が行われる。その結果、リンク連設体３０は物体Ｑを指先で手繰り寄せながら最後に全体をつかむ態様で把持することができる。
【００４３】
各関節部３０Ａ〜３０Ｄにおける回動負荷は、例えば、当該関節部に（関節部にて連結される一対のリンク部材間に）設定される適宜の摩擦負荷によって付与できる。この摩擦負荷は、たとえば、一対のリンク部材間の締め付け強度を変えたり、一対のリンク部材間の摺接面の表面粗さを変えたりすることによって調整できる。また、一対のリンク部材間に適宜のオイルダンパーを設け、このオイル量を変えることなどによっても調整可能である。
【００４４】
なお、以上説明した第１基本構成例〜第５基本構成例のリンク連設体は、以下に説明する第１実施形態〜第３実施形態のいずれの多関節型マニピュレータ装置にも適用することができるものである。したがって、以下に説明する各実施形態において、その基本構成を上記の第１基本構成例〜第５基本構成例のいずれの構成にするかは任意であり、また、各実施形態におけるリンク連設体の構成を各基本構成例のいずれに変更して構成しても構わない。
【００４５】
［第１実施形態］
次に、図６を参照して本発明に係る第１実施形態について説明する。この実施形態は、一対のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）を設けた多関節型マニピュレータ装置２００である。リンク連設体１０″は、上述のように、ワイヤ（駆動ワイヤ）を牽引若しくは復帰させることによってそれぞれ屈曲動作及び伸長動作を行わせることが可能に構成されている。なお、もう一本のワイヤ（復帰ワイヤ）は上記と同様に復帰ばね１９″を介して固定されている。
【００４６】
この多関節型マニピュレータ装置２００においては、一対のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）にそれぞれ設けられたワイヤ（駆動ワイヤ）１０Ｗ″（Ａ）と１０Ｗ″（Ｂ）を連結させて一本のワイヤとして構成し、これを可動プーリ２１０に架設し、この可動プーリ２１０を移動可能（牽引若しくは復帰可能）に構成したものである。また、架設態様によっては図示例のようにワイヤの延伸方向を変える補助プーリ（定滑車）２１２，２１３を用いることもできる。
【００４７】
なお、上記構成の代わりに、ワイヤ１０Ｗ″（Ａ）と１０Ｗ″（Ｂ）とを別々に可動プーリ２１０に固定した上で、これらの固定部分よりもリンク連設体側の部分を可動プーリ２１０に対して相互に反対回りに架設してもよい。このようにしても上記と同様の機能を有する構成となる。すなわち、ワイヤ１０Ｗ″（Ａ）と１０Ｗ″（Ｂ）とが実質的に一体化されて可動プーリ２１０に対して相互に反対回りに架設されていればよい。
【００４８】
この実施形態では、可動プーリ２１０を図示矢印方向に牽引することによって、一対のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）において共にワイヤ１０Ｗ″（Ａ），１０Ｗ″（Ｂ）を牽引することができ、その結果、共に屈曲状態にすることができる。ただし、一方のリンク連設体１０″（Ａ）において外部応力によって屈曲が妨げられた場合には、可動プーリ２１０が回転して、他方のリンク連設体１０″（Ｂ）のみを屈曲状態にすることが可能になる。また、一般的に言えば、一対のリンク連設体間において駆動抵抗に差がある場合には、その差に応じて一対のリンク連設体間に動作態様の差が生ずることになる。
【００４９】
この実施形態では、一対のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）が相互に向かい合わせになるように対向配置され、一方のリンク連設体１０″（Ａ）の屈曲方向と、他方のリンク連設体１０″（Ｂ）の屈曲方向とが、相互にもう一方のリンク連設体側に向かう成分を有するように（好ましくは図示例のように片方のリンク連設体がもう一方のリンク連設体側に屈曲するように）構成することができる。したがって、これらのリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ）によって各種の物品等の任意形状の把持対象を把持することが可能になる。この場合、把持対象の形状などに起因して、一方のリンク連設体１０″（Ａ）と他方のリンク連設体１０″（Ｂ）の屈折度合が相互に異なっても、可動プーリ２１０において両リンク連設体におけるワイヤの牽引量が自動的に調整される。また、各リンク連設体においても、複数の関節部における屈曲角度は、各関節部が受ける動作抵抗に応じて自動的に調整されるため、そのリンク節構造は把持対象の形状に合致した屈曲形状になる。
【００５０】
なお、この実施形態において、各リンク連設体として上記第４基本構成例のリンク連設体２０（図５参照）を用いることができる。これによって、各リンク連設体内の複数の関節部間の回動トルクの設定を調整することが可能になり、より把持対象の形状に適合した屈曲形状を実現することが可能になる。
【００５１】
［第２実施形態］
次に、図７を参照して、本発明に係る第２実施形態について説明する。この実施形態は、上記第１実施形態と同様のリンク連設体１０″（Ａ），１０″（Ｂ），１０″（Ｃ）を複数（図示例では三つ）連設してなる多関節型マニピュレータ装置３００である。リンク連設体１０″（Ａ）を駆動するワイヤ１０Ｗ″（Ａ）と、リンク連設体１０Ｗ″（Ｂ）を駆動するワイヤ１０Ｗ″（Ｂ）とは一体化されて可動プーリ３１０に架設され、この可動プーリ３１０はワイヤ３１１によって移動可能に構成されている。以上の構成は基本的に第１実施形態の多関節型マニピュレータ装置２００と同様である。なお、補助プーリ３１２，３１３によってワイヤ１０Ｗ″（Ａ）の架設経路が適宜に設定されている。なお、上記ワイヤ１０Ｗ″（Ａ）と１０Ｗ″（Ｂ）が実質的に一体化されて可動プーリ３１０に対して相互に反対回りに架設されていればよい点は上記第１実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態では、上記ワイヤ３１１は、可動プーリ３２０に架設されている。可動プーリ３２０は、小径プーリ部３２０Ａと、大径プーリ部３２０Ｂとが一体に（すなわち相互に固定された状態に）構成されたものである。ここで、小径プーリ部３２０Ａのプーリ径（半径）Ｄａは、大径プーリ部３２０Ｂのプーリ径（半径）Ｄｂよりも小さく構成されている。ワイヤ３１１は、小径プーリ部３２０Ａに固定されるとともに小径プーリ部３２０Ａに架設されている。可動プーリ３２０はワイヤ３２１によって移動可能に構成されている。また、可動プーリ３２０の大径プーリ部３２０Ｂには、もう一つのリンク連設体１０″（Ｃ）の駆動ワイヤであるワイヤ１０Ｗ″（Ｃ）が固定され、架設されている。ここで、ワイヤ１０Ｗ″（Ｃ）の可動プーリ３２０に対する架設方向は、ワイヤ３１１の架設方向に対して反対回りになっている。なお、ワイヤ３１１は、補助プーリ３２３，３２４によって架設され、その架設経路が適宜に設定されている。
【００５３】
本実施形態では、ワイヤ３２１を牽引力Ｆで牽引したとき、可動プーリ３２０に架設されたワイヤ３１１に加わる牽引分力Ｆａと、ワイヤ１０Ｗ″（Ｃ）に加わる牽引分力Ｆｂとの間には理想的には以下の関係が成立する。
Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｂ … （１）
Ｆａ×Ｄａ＝Ｆｂ×Ｄｂ … （２）
これらの関係によって、可動プーリ３２０の小径プーリ部３２０Ａのプーリ径Ｄａと大径プーリ部３２０Ｂのプーリ部Ｄｂとの比率によって、ワイヤ３１１に対する牽引分力Ｆａとワイヤ１０Ｗ″（Ｃ）に対する牽引分力Ｆｂとの比率を任意に設定することができる。たとえば、可動プーリが理想的な滑車であるとすれば、プーリ径Ｄａをプーリ径Ｄｂの半分に設定することによって、牽引分力Ｆａを牽引分力Ｆｂの２倍にすることができる。これによって、可動プーリ３２０の各プーリ部のプーリ径によって各リンク連設体１０″（Ａ）、１０″（Ｂ）、１０″（Ｃ）をそれぞれ駆動するワイヤ１０Ｗ″（Ａ）〜１０Ｗ″（Ｃ）の駆動力を適宜に設定できる。たとえば、図示例において上記のように牽引分力Ｆａが牽引分力Ｆｂの２倍になっていれば、牽引分力Ｆｂは可動プーリ３１０にて二分されてそれぞれリンク連設体１０″（Ａ）と１０″（Ｂ）とを駆動することになるので、結局、３つのリンク連設体１０″（Ａ）、１０″（Ｂ）、１０″（Ｃ）には均等な駆動力が加わることになる。
【００５４】
なお、上記構成において、複数のリンク連設体のうちいずれか一つ以上に大きな駆動抵抗が加わって動作しにくくなった場合には、可動プーリ３１０及び３２０の差動作用により、より低い駆動抵抗を受けるリンク連設体を優先的に動作させることができる。この点は上記第１実施形態と同様である。
【００５５】
［第３実施形態］
次に、図８を参照して本発明に係る第３実施形態について説明する。この実施形態は上記各実施形態の構成を用いて構成したロボットハンド４００である。このロボットハンド４００は、ハンド本体４０１に対して、複数の指駆動体４０２，４０３，４０４が接続されている。各指駆動体４０２〜４０４は、上記各実施形態のリンク連設体に相当するリンク節構造を有する。このロボットハンド４００では、複数の指駆動体によって適宜の物品等の把持対象物Ｐを把持することができる。
【００５６】
ここで、たとえば図示例では３本の指駆動体が設けられ、２本の指駆動体４０２，４０４の屈曲方向がほぼ同一であるのに対して、残り１本の指駆動体４０３の屈曲方向は、上記指駆動体４０２，４０４とは反対方向で、上記指駆動体４０２，４０４に向かう向きに設定されている。このように、複数の指駆動体のうち、相互に対向配置されて略反対方向に屈曲する指駆動体を有する場合、相互に対向配置される指駆動体間における駆動力をほぼ均等に設定しないと、把持対象物Ｐを確実に把持することができない場合がある。たとえば、上記の３つの指駆動体４０２〜４０４のそれぞれに対する駆動力をほぼ均等に構成した場合、指駆動体４０２，４０４の合計駆動力は、対向する指駆動体４０３の駆動力のほぼ２倍になるため、相互に対向する指駆動体間の駆動力のバランスが崩れ、把持対象物Ｐをしっかりと把持することが難しくなる。
【００５７】
そこで、本実施形態では、指駆動体４０２，４０４のそれぞれの駆動力を、指駆動体４０３の駆動力の半分に設定する。これによって、指駆動体４０２，４０４の合計駆動力は指駆動体４０３の駆動力とほぼ釣り合うので、把持対象物Ｐに対して左右から与える把持力が均衡し、結果として把持対象物Ｐを確実に把持することが可能になる。このように指駆動体４０２，４０４の駆動力と、指駆動体４０３の駆動力とを異ならしめる方法としては、上記第１実施形態の可動プーリ２１０に接続されたワイヤ２１１と、さらにもう一つの図示しないリンク連設体の駆動ワイヤとを実質的に一体化させた状態で別の可動プーリに対して反対回りに架設することによって構成できる。換言すれば、上記第２実施形態の可動プーリ３２０の２つのプーリ部のプーリ径を同一に構成してもよい。また、上記とは異なる態様で第２実施形態の可動プーリ３２０による駆動力の任意配分機能を利用してもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、上記いずれかのリンク連設体のリンク節構造を有する各指駆動体４０２〜４０４によって、把持対象物Ｐの形状に柔軟に対応する屈曲態様でしっかりと把持することができる。したがって、人間の手と同様の柔軟な把持態様を実現することができるため、図８に示すような同径物に限らず、種々の異径物（軸線方向に見て外径が変化する形状の物品）などの任意の形状を有する種々の物品に対しても、高い対応性及び柔軟性を持って確実に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の第１基本構成例を示す構成図（ａ）及び（ｂ）。
【図２】第１基本構成例の屈曲状態における駆動ワイヤ架設状態を示す構成図。
【図３】第１基本構成例の屈曲状態における復帰ワイヤ架設状態を示す構成図。
【図４】第２基本構成例（ａ）及び第３基本構成例（ｂ）を示す概略構成図。
【図５】第４基本構成例を示す概略構成図。
【図６】第１実施形態を示す概略構成図。
【図７】第２実施形態を示す概略構成図。
【図８】第３実施形態を示す概略構成図。
【図９】第５基本構成例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０…リンク連設体、１０Ａ〜１０Ｄ…関節部、１１〜１５…リンク部材、１６〜１９…関節プーリ、１０ｓ…中間プーリ、１０Ｗ…ワイヤ（駆動ワイヤ）、１０Ｖ…ワイヤ（復帰ワイヤ）、１００，２００，３００…多関節マニピュレータ装置、２１０，３１０，３２０…可動プーリ、４００…ロボットハンド、４０１…ハンド本体、４０２〜４０４…指駆動体
Claims (8)
- 複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を複数備えた多関節型マニピュレータ装置であって、
前記複数のリンク連設体にそれぞれ設けられた複数のワイヤ若しくはこれに実質的に連結されたワイヤのうち、いずれか少なくとも２つのワイヤが架設された可動プーリを有し、前記２つのワイヤは、実質的に一体化された状態で前記可動プーリに対して相互に反対回りに架設されていることを特徴とする多関節型マニピュレータ装置。 - 複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を複数備えた多関節型マニピュレータ装置であって、
前記複数のリンク連設体にそれぞれ設けられた複数のワイヤ若しくはこれに実質的に連結されたワイヤのうち、いずれか少なくとも２つのワイヤが架設された可動プーリを有し、前記可動プーリは、相互に一体化された異なるプーリ径を有するプーリ部分を備え、前記２つのワイヤは、実質的に一体化された状態でそれぞれ前記可動プーリの異なるプーリ径を有する前記プーリ部分に対して相互に反対回りに架設されていることを特徴とする多関節型マニピュレータ装置。 - 前記リンク連設体に設けられた前記複数の関節部のプーリ径が相互に異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の多関節型マニピュレータ装置。
- 前記リンク連設体における基端側にある前記関節部における前記プーリ径は、末端側にある前記関節部における前記プーリ径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の多関節型マニピュレータ装置。
- 前記ワイヤを牽引することによって前記リンク連設体を屈曲状態に移行させることができるように構成され、屈曲状態にある前記リンク連設体を伸長状態に復帰させるための復元力を発生する復元手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多関節マニピュレータ装置。
- 前記復元手段は、前記リンク連設体に架設された復帰ワイヤと、当該復帰ワイヤを基端側に牽引する牽引手段とを含むことを特徴とする請求項５に記載の多関節型マニピュレータ装置。
- 前記牽引手段は、前記復帰ワイヤに一端が接続され他端が保持された復帰ばねを含むことを特徴とする請求項６に記載の多関節型マニピュレータ装置。
- 前記複数の関節部に相互に異なる回動負荷を設定することで、前記関節部の動作順番が制御されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の多関節型マニュピュレ−タ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003017410A JP2004223687A (ja) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | 多関節型マニピュレータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003017410A JP2004223687A (ja) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | 多関節型マニピュレータ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004223687A true JP2004223687A (ja) | 2004-08-12 |
Family
ID=32904567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003017410A Withdrawn JP2004223687A (ja) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | 多関節型マニピュレータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004223687A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009028859A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Toshiba Corp | マニピュレータおよびロボット |
| JP2011121162A (ja) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Ind Technol Res Inst | 把持動作機能を備えるロボットフィンガーユニット |
| TWI414338B (ja) * | 2010-04-15 | 2013-11-11 | ||
| CN103878782A (zh) * | 2014-04-15 | 2014-06-25 | 王光树 | 自锁机械手 |
| CN103878779A (zh) * | 2014-04-15 | 2014-06-25 | 王光树 | 船舶机械手 |
| JPWO2013008310A1 (ja) * | 2011-07-12 | 2015-02-23 | 株式会社安川電機 | ロボットハンドおよびロボット |
| CN105583839A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-05-18 | 清华大学 | 自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置 |
| WO2017116614A3 (en) * | 2015-12-03 | 2017-09-28 | Curt Salisbury | Robot gripper |
| JP2019093520A (ja) * | 2017-11-27 | 2019-06-20 | スキューズ株式会社 | 指機構、ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法 |
| JP2021526978A (ja) * | 2018-06-08 | 2021-10-11 | ピー・エイチ・ディー, インク.PHD, Inc. | 自律的に包み込む把持工具 |
| US11497387B2 (en) | 2014-01-14 | 2022-11-15 | Olympus Corporation | Joint mechanism, manipulator, and manipulator system |
-
2003
- 2003-01-27 JP JP2003017410A patent/JP2004223687A/ja not_active Withdrawn
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009028859A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Toshiba Corp | マニピュレータおよびロボット |
| JP2011121162A (ja) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Ind Technol Res Inst | 把持動作機能を備えるロボットフィンガーユニット |
| TWI414338B (ja) * | 2010-04-15 | 2013-11-11 | ||
| JPWO2013008310A1 (ja) * | 2011-07-12 | 2015-02-23 | 株式会社安川電機 | ロボットハンドおよびロボット |
| US11497387B2 (en) | 2014-01-14 | 2022-11-15 | Olympus Corporation | Joint mechanism, manipulator, and manipulator system |
| CN103878782A (zh) * | 2014-04-15 | 2014-06-25 | 王光树 | 自锁机械手 |
| CN103878779A (zh) * | 2014-04-15 | 2014-06-25 | 王光树 | 船舶机械手 |
| CN103878779B (zh) * | 2014-04-15 | 2016-08-17 | 机械科学研究总院青岛分院 | 船舶机械手 |
| WO2017116614A3 (en) * | 2015-12-03 | 2017-09-28 | Curt Salisbury | Robot gripper |
| JP2019501030A (ja) * | 2015-12-03 | 2019-01-17 | エスアールアイ インターナショナルＳＲＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ | ロボットグリッパ |
| US10537998B2 (en) | 2015-12-03 | 2020-01-21 | Sri International | Robot gripper |
| JP7009365B2 (ja) | 2015-12-03 | 2022-01-25 | エスアールアイ インターナショナル | ロボットグリッパ |
| CN105583839A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-05-18 | 清华大学 | 自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置 |
| JP2019093520A (ja) * | 2017-11-27 | 2019-06-20 | スキューズ株式会社 | 指機構、ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法 |
| US10661450B2 (en) | 2017-11-27 | 2020-05-26 | Squse Inc. | Finger mechanism, robot hand and robot hand controlling method |
| JP2021526978A (ja) * | 2018-06-08 | 2021-10-11 | ピー・エイチ・ディー, インク.PHD, Inc. | 自律的に包み込む把持工具 |
| JP7210615B2 (ja) | 2018-06-08 | 2023-01-23 | ピー・エイチ・ディー，インク． | 自律的に包み込む把持工具 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5629484B2 (ja) | 人間のような指を有するロボットハンド | |
| US8297672B2 (en) | Humanoid robot | |
| US7407208B2 (en) | Joint drive mechanism and robot hand | |
| JP6329647B2 (ja) | ヒューマノイドロボットに設けられる手部の作動 | |
| JP2018515299A (ja) | ケーブル駆動伝動の為の張力管理装置 | |
| KR101536117B1 (ko) | 로봇 핸드 및 손가락 기구 | |
| JP2004223687A (ja) | 多関節型マニピュレータ装置 | |
| KR101357139B1 (ko) | 소형 로봇 핸드 | |
| US7086307B2 (en) | Parallel control arm with two branches | |
| JP5503702B2 (ja) | シリアルロボットのための低ストローク作動 | |
| EP2732937A1 (en) | Robotic hand and robot | |
| WO2013158974A1 (en) | Dexterous wrists for surgical intervention | |
| JP4758119B2 (ja) | 非線形弾性機構及びロボット用関節機構 | |
| JP4247396B2 (ja) | ロボットハンド | |
| JP2003305681A (ja) | ロボットハンド | |
| JP2008079371A (ja) | ねじれ紐式アクチュエータ | |
| JP4114568B2 (ja) | 多関節装置 | |
| JP4729745B2 (ja) | ロボットの駆動機構及びロボットハンド | |
| US10149694B2 (en) | Energy balance mechanism for flexure joint | |
| CN114131644A (zh) | 机械手 | |
| JP3930325B2 (ja) | ロボットハンド | |
| US11628577B2 (en) | Robot hand | |
| CN112809721B (zh) | 一种基于非均匀弹性体构型的柔索牵引欠驱动仿人手 | |
| EP2337656A1 (en) | Method for remote mechanism actuation and exoskeleton aptic interface based thereon | |
| KR102298240B1 (ko) | 다관절 로봇 제어 시스템 및 이를 포함하는 다관절 로봇 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060404 |