JP2006247805A

JP2006247805A - ハンド機構

Info

Publication number: JP2006247805A
Application number: JP2005070264A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hosoda; 祐司細田; Junichi Tamamoto; 淳一玉本; Fujio Tajima; 不二夫田島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】親和性重視の軽量コンパクトな多指ハンド機構を実現する。
【解決手段】手の平に５本の指を備える人間型のハンド機構１を、親指３を除くほぼ平行に並んだ４本の指４，５，６，７の第１関節を、共通の駆動シャフト８に結合して駆動すると共に、４本の指４，５，６，７の第２関節を第１関節の回動に従属して同一方向に回動するように、第１プーリ４ｅと第２プーリ４ｆ間にワイヤ４ｇをたすき掛けする動力伝達手段を組み込んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒューマノイド型ロボットのハンド機構に関する。

人間と共存しサービスを行うロボットにとって、外観によるロボットの親和性は重要なファクターであり、人間の手と類似形状のハンド機構を採用する例が多い。従来、人工の手としてのロボットハンドや義手が数多く開発されている。一般に人間の手の自由度は約２０自由度と言われており、これらの自由度を忠実に再現するために、２０個近いアクチュエータを実装することは、ハンド機構駆動部の容積、質量をの増加を招き、実用的ではない。このため、多くのケースで、ハンド機構の自由度を１から3自由度に簡略化している。この例が、特許文献１や特許文献２に記載されている。

特開平８−２４３９７２号公報特開平８− ３９４６２号公報

親和性重視の用途として、ハンド機構の機能としては手のひらの握り開きの１自由度動作でほぼ十分であり、むしろ外観設計の点から、ハンド機構を、人の手と同等サイズにコンパクト、軽量に設計する必要がある。

本発明の目的は、親和性重視の軽量コンパクトな多指ハンド機構を提供することにある。

本発明の目的は、手の平に５本の指を備える人間型のハンド機構において、各指の根元の第１関節が存在する第１リンクを駆動シャフトに結合し、駆動シャフトと同心の第１プーリを手の平に固定して設置し、第２プーリを固定した第２リンクを、第１リンクの先端部に回転接合し、第１プーリと第２プーリとをワイヤをたすきがけに巻きかけて結合することで、第２リンクが第１リンクと同一方向に従属回転するよう構成することで達成される。

またこの構成において、親指を除く４指の第１関節を共通の駆動シャフトで回転駆動するように構成することで達成される。さらに、親指の第１関節を駆動する駆動シャフトと４指を同時駆動する駆動シャフトとを、一つのモータで連動駆動するようにしてもよい。

本発明によれば、以下に詳細を記載したように、４本の指の第１関節を同時駆動する機構構成により、ハンド機構をコンパクト化することができ、人間に対して親和性の高い外観のヒューマノイド型ロボットを提供できる。

本発明に係る移動ロボットの実施例を、図面を用いて説明する。本実施例のハンド機構は、親指を除くほぼ平行に並んだ４指の第１関節を、共通の駆動シャフトに結合して駆動し、各指の第２関節を第１関節の回転に従属して同一方向に回転するように第１リンクに動力伝達手段を組み込んだ構成としている。この構成により、ハンド機構のサイズを容易に人間の手サイズに設計できる。

以下、図１及び図２を用いて本発明の実施例について説明する。
図１は本実施例のハンド機構の構成図である。図２は、ハンド機構の指機構の動作の説明図である。図１及び図２において、同じ構成要素に対しては同じ構成番号を記してある。

ハンド機構１は、構成要素組み込みのベースとなる手の平２、親指３、人指し指４、中指５、薬指６及び小指７を備えている。人指し指４は、第１関節４ａ、第２関節４ｂの２自由度をもち、第１関節４ａ、第２関節４ｂを結ぶ第１のリンク４ｃ、第２関節４ｂから先の第２のリンク４ｄから構成され、第１関節４ａに存在する第１プーリ４ｅは、固定材１０を介して手の平２に固定結合される。第１プーリ４ｅは、中指５、薬指６及び小指７の第１関節に渡り共通に接続された駆動シャフト８と同心となるように配置されており、駆動シャフト８には接合されていない。第１のリンク４ｃは固定ネジ４ｈにより、駆動シャフト８に接合されている。一方、第２関節４ｂでは、第２プーリ４ｆが第２のリンク４ｄに固定されている。第１プーリ４ｅと第２プーリ４ｆとは、たすきがけのワイヤ４ｇで結合されている。このような構成で、図２に示すように、駆動シャフト８の回転に伴い、第１のリンク４ｃが回転し、同時に同一方向に、第１プーリ４ｅと第２プーリ４ｆの減速比に比例した角度分第２プーリ４ｆが回転する。中指５、薬指６及び小指７は、第１、２のリンクの関節間寸法を除き、同一の構造をもつ。親指３は、第１リンク３５、第２リンク４４をもち、第１関節３ａには、駆動シャフト３１が存在し、駆動シャフト３１と同心の第１プーリ３２が、駆動シャフト３１とは非接触に手の平２に固定されている。第１リンク３５は固定ネジ３３、３４により駆動シャフト３１に接続されている。第２関節３ｂには、第２プーリ４２、４３が存在し、第２リンク４４に固定されている。第１プーリ３２と第２プーリ４２は、プーリ３８、４０によりガイドされたワイヤ３６で結合され、第１プーリ３２と第２プーリ４３は、プーリ３９、４１によりガイドされたワイヤ３７で結合されている。ワイヤ３６と３７の巻きかけ方向は、相互に逆回しとなっており、人指し指４と同様に、第１リンク３５と同一方向に第２リンク４４が回転する。第１リンク３５と第２リンク４４の回転角度比は、第１プーリ３２と第２プーリ４２の直径比となる。駆動シャフト８への動力は、モータ２１のピ二オンギア２０、スパーギア１８、プーリ１２、タイミングベルト１３、プーリ１１の経路で伝達される。駆動シャフト３１への動力は、ピ二オンギア２０、スパーギア１９、ベベルギア２２、２３、プーリ２４、プーリ２６にガイドされたワイヤ２８、プーリ２７の経路で伝達される。モータ２０の回転角度はスパーギア１８に接続されたエンコーダ１６で検出され、ハンド機構の開閉度が把握できる。上記の構成により、モータ２０の駆動により、全ての指を同時に屈伸する。

以上述べた本実施例によれば、親指の駆動機構、親指を除く４指の駆動機構及びモータから各指への駆動力伝達装置を手の平に平面状に配置することができ、ハンド機構をコンパクトに構成できる。

本発明に係るハンド機構の一実施例の部分断面正面図。図１に示したハンド機構の動作を説明する図。

符号の説明

１…ハンド機構、２…手の平、３…親指、４…人指し指、５…中指、６…薬指、
７…子指、８、３１…駆動シャフト、２１…モータ。

Claims

手の平に５本の指を備える人間型のハンド機構において、各指の根元の第１関節が存在する第１リンクを駆動シャフトに結合し、駆動シャフトと同心の第１プーリを手の平に固定して設置し、第２プーリを固定した第２リンクを、第１リンクの先端部に回転接合し、第１プーリと第２プーリとをワイヤをたすきがけに巻きかけて結合することで、第２リンクが第１リンクと同一方向に従属回転するよう構成したことを特徴とするハンド機構。
親指を除く４指の第１関節を共通の駆動シャフトで回転駆動するように構成したことを特徴とする請求項１記載のハンド機構。
親指の第１関節を駆動する駆動シャフトと４指を同時駆動する駆動シャフトとを、一つのモータで連動駆動するよう構成したことを特徴とする、請求項２記載のハンド機構。