JP2013123786A - 関節機構及びハンド - Google Patents

Abstract

【課題】複数本の指を、把持する物の形状に応じてそれぞれ異なる形状に折り曲げることができ、且つ構造が簡単な関節機構及びハンドを提供すること。
【解決手段】取付部材１０と、第１接続部８７にて取付部材１０に回動自在に接続される第１指部８１と、第１指部８１の第２接続部９７にて回動自在に接続される第２指部９１と、第２指部９１の第４接続部１１５にて回動自在に接続され且つ第３接続部１１３に接続される第１駆動部１１１とを有し、第３接続部１１３を第４接続部１１５方向に向けて押し出すことで、第１指部８１と第２指部９１を第１接続部８７を中心に一体に回動するか或いは第１指部８１の回動が阻止された際は第２指部９１が第２接続部９７を中心に回動する構成の指（関節機構）８０Ａ，８０Ｂを複数組具備する。指８０Ａ，８０Ｂを並列に配置し、両者の第３接続部１１３を単一の駆動機構３０によって同時に同一距離、同一方向に向けて駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、関節機構及びハンドに関するものである。

従来、義手やロボットハンド（両者を合わせて「ハンド」という）の関節機構として、人間の指関節の動作と略同等の動作を行う関節機構が開発されている。この種の関節機構として従来、例えば複数のリンク部材（１本の指の各骨に相当する）を互いに回転可能に連結し、連結したリンク部材を駆動手段によって駆動して各リンク部材をそれぞれ所定の角度回転させる構成のもの等がある（例えば特許文献１，２参照）。駆動手段としてはリニアアクチュエータやモータ等が用いられている。

一方、人間の手が物を掴む場合、複数本の指をそれぞれ異なる形状に折り曲げ、各指が物の表面にほぼ同一圧力で触れるようにしている。そしてこのような動作を前記従来の関節機構で実現しようとした場合、各指をそれぞれ異なる角度に屈曲するように独立して駆動させるために、各指毎に駆動手段を設置したり（例えば特許文献１参照）、１つの駆動手段の力を複数の指に分散したりする必要があった（例えば特許文献２参照）。

特開２０１１−１０４７５２号公報 特開２００１−２７７１７５号公報

しかしながら各指毎に駆動手段を設置する場合、駆動手段の数が多くなるため、関節機構及びこの関節機構を用いたハンドの小型化が図れず、また低コスト化や軽量化も阻害される。
一方１つの駆動手段の力を複数の指に分散する場合、プーリー、歯車、差動歯車等からなる複雑な動力分散機構を用いなければならず、この場合も関節機構及びこの関節機構を用いたハンドの小型化が図れず、また低コスト化や軽量化も阻害される。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、複数本の指を、把持する物の形状に応じてそれぞれ異なる形状に折り曲げることができ、同時に構造が簡単で、小型化、低コスト化、軽量化が図れる関節機構及びハンドを提供することにある。

本願発明に係る関節機構は、取付部材と、根元側の第１接続部にて前記取付部材に回動自在に接続される第１指部と、前記第１指部の先端側の第２接続部にて根元側が回動自在に接続される第２指部と、先端側が前記第２指部の根元側の第４接続部にて回動自在に接続され且つ根元側が駆動動力を印加する第３接続部に接続される第１駆動部とを少なくとも有し、前記第３接続部を前記第４接続部方向に向けて押し出すことで、第１指部と第２指部を前記第１接続部を中心に一体に回動するか或いは第１指部の回動が阻止された際は第２指部が第２接続部を中心に回動する構成からなる関節機構を複数組具備し、前記複数組の関節機構を並列に配置するとともに、それぞれが有する第３接続部を同時に同一距離、同一方向に向けて駆動する単一の駆動機構を設置することで、前記複数組の関節機構を同時に駆動することを特徴としている。
この関節機構によれば、並列に配置した複数組の関節機構を同時に単一の駆動機構によって駆動するだけで、把持しようとする把持対象物の形状に応じて各関節機構の第１，第２指部の屈曲形状を容易に異ならせることができる。これによって、人の複数本の指の動作と略同一の動作を容易に行わせることができる。また単一の駆動機構によって複数の関節機構の第３接続部を同時に同一距離、同一方向に向けて駆動するだけでよいので、構造が簡単で、また小型化、低コスト化、軽量化も図ることができる。ここで上記「同一方向」は同一直線方向や同一回転方向等の各種方向を含む概念である。

前記関節機構は、前記第１駆動部が第２指部に連結される第４接続部の位置よりも、前記第２指部が第１指部に接続される第２接続部の方を内側に位置して構成するのが好ましい。以上のように構成することで、駆動機構に連結した第１駆動部の駆動力はまず第２指部に伝わり、次に第１指部に伝わり、第１，第２指部に第１，第２接続部を中心とするトルクを生じさせることができる。

また前記各関節機構は、さらに前記第２指部の先端側の第５接続部にて根元側が回動自在に接続される第３指部と、先端側が前記第３指部の根元側の第７接続部に回動自在に接続され且つ根元側が前記第１駆動部の先端側の第６接続部又は前記第１指部の先端側の第６接続部に回動自在に接続される第２駆動部とを有し、前記第２指部が前記第１指部に対して回動した際に、前記第２駆動部によって第３指部が第２指部に対して回動するように構成してもよい。
このように構成すれば、第１指部に対する第２指部の回動に連動して、第２指部に対して第３指部を回動し、屈曲させることができる。

また前記関節機構の第１接続部、第２接続部、第３接続部、第４接続部の内の少なくとも何れかの位置を、各関節機構において異ならせるように構成しても良い。
このように構成すれば、単一の駆動機構によって複数組の関節機構の各第３接続部を同時に同一距離、同一方向に向けて駆動するだけで、各関節機構が把持対象物に触れていなくても、各指部の屈曲状態を変えることができる。例えば人の手が物を掴む場合、一般に小指側から指を折り曲げていくが、そのような動作を簡単な構造で容易に行わせることができる。

また前記駆動機構は、前記複数の第３接続部に連結され且つこれら第３接続部を同時に前後動させる連結部材と、この連結部材を駆動させるアクチュエータとを有して構成してもよい。
このように連結部材によって第３接続部を前後動させる構成とすれば、構造が簡単で、さらに小型化、低コスト化、軽量化を図ることができる。

また上記関節機構を適用してハンド（義手又はロボットハンド）を構成してもよい。

本発明によれば、把持する物の形状に応じて、複数組の関節機構をそれぞれ異なる形状に折り曲げることができ、同時に構造が簡単で、小型化、低コスト化、軽量化を図ることができる。

ハンド１−１の斜視図である。 ハンド１−１の側面図である。 ハンド１−１の平面図である。 ハンド１−１の動作説明図である。 ハンド１−１の動作説明図である。 ハンド１−１の動作説明図である。 ハンド１−２の側面図である。 ハンド１−３の側面図である。 ハンド１−３を斜め上側から見た斜視図である。 ハンド１−３を斜め下側から見た斜視図である。 連結部材５０−３の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態にかかる関節機構を適用したハンド１−１の斜視図、図２はハンド１−１の側面図、図３はハンド１−１の平面図である。これらの図に示すようにハンド１−１は、取付部材（ベース部材）１０と、取付部材１０上に設置される駆動機構３０と、取付部材１０に取り付けられ駆動機構３０によって駆動される一対の指８０Ａ，８０Ｂとを具備して構成されている。なお以下の説明において、指８０Ａ，８０Ｂが折れ曲がっていく方向（図１の下方向）を内側、その反対方向（図１の上方向）を外側ということとする（他の実施形態においても同じ）。

取付部材１０は略板状であり、その上面を駆動機構設置面１１としている。取付部材１０の指８０Ａ，８０Ｂを設置する側（図中、矢印Ｘで示す側）の先端面（前面）の両端からは、下記する第１指部８１を回動自在に取り付ける指部取付部１３（図１では手前側のもののみ点線で示す）が突出して設けられている。取付部材１０の前記指部取付部１３を突出した先端面の両指部取付部１３の間の位置には、矩形状のスライド移動体設置部１５（図３参照）が突出して設けられている。取付部材１０の前記指部取付部１３の根元の上面からは上方向（矢印Ｚで示す方向）に向けて突出する一対の立設部１７が設けられている。

駆動機構３０は、リニアアクチュエータ３１と、連結部材４０とを具備して構成されている。リニアアクチュエータ３１は概略円筒形をなすアクチュエータ本体３３とアクチュエータ本体３３の一方の端面から進退可能に突出するロッド３５とを有している。リニアアクチュエータ３１は電動で、ロッド３５の進退量を調節し得る。アクチュエータ本体３３は、取付部材１０の駆動機構設置面１１の中央位置に、前記ロッド３５が連結部材４０に対向する方向（矢印Ｘ方向）を向くように、固定されている。

連結部材４０はリニアアクチュエータ３１と２本の指８０Ａ，８０Ｂとを連結するもので、この実施形態ではリニアガイドを用いており、スライド移動体４１とレール４３（図３参照）とを有して構成されている。スライド移動体４１は概略矩形のブロックであって、取付部材１０のスライド移動体設置部１５上に配置され、その１側面に前記ロッド３５の先端が取り付けられている。レール４３は直線状であってスライド移動体４１のスライド方向（Ｘ方向）に向かって延びるようにスライド移動体設置部１５上に固定されている。スライド移動体４１はこのレール４３にガイドされながら直線状に往復スライド移動する。つまり、リニアアクチュエータ３１を駆動することでロッド３５を介してスライド移動体４１がレール４３上をスライド移動する。スライド移動体４１の左右両側面（矢印Ｙ方向）からは一対の軸部４７が突出している。両軸部４７の先端は、下記する第１駆動部１１１との第３接続部１１３に回転自在に連結される。

指８０Ａ，８０Ｂは同一構造なので、主として一方の指８０Ａについて説明する。指８０Ａは、取付部材１０に回動自在に取り付けられる第１指部８１と、第１指部８１に回動自在に取り付けられる第２指部９１と、第２指部９１に回動自在に取り付けられる第３指部１０１と、これら第１，第２，第３指部８１，９１，１０１を駆動する第１，第２駆動部１１１，１２１とを具備している。

第１指部８１は１枚の平板を下辺において略Ｕ字状に折り曲げて、折り曲げた両側の部分を平行になるように形成して構成されている。平行になった一対の板部分をそれぞれ第１指部本体部８３，８５という。つまり平行に形成された両第１指部本体部８３，８５は底板によって連結されている。
中側の第１指部本体部８５は、前記軸部４７の移動を阻害しないように上辺を切り欠き、略Ｌ字形状に形成されている。外側の第１指部本体部８３はそのような制約がないので、第１指部本体部８５よりもその外形を大きくし、機械的強度を強くしている。一対の第１指部本体部８３，８５の根元側（取付部材１０側）の下部は、前記取付部材１０の指部取付部１３を挟むように配置されている。そして第１指部８１は指部取付部１３を挟んだ第１接続部８７において取付部材１０に回動自在に接続されている。第１接続部８７にはベアリングが設置されている。

第２指部９１は１枚の平板を下辺において略Ｕ字状に折り曲げて、折り曲げた両側の部分を平行になるように形成して構成されている。平行になった一対の板部分をそれぞれ第２指部本体部９３，９５という。つまり平行に形成された両第２指部本体部９３，９５は底板によって連結されている。両第２指部本体部９３，９５の形状は概略同じである。
一対の第２指部本体部９３，９５の根元側（第１指部８１側）の下部は、前記第１指部８１の先端側の一対の第１指部本体部８３，８５の間に略ぴったり入り込む幅寸法に形成されている。そして第２指部９１は第１指部８１に挟まれた第２接続部９７において第１指部８１に回動自在に接続されている。第２接続部９７にはベアリングが設置されている。

第３指部１０１は１枚の平板を上辺において略逆Ｕ字状に折り曲げて、折り曲げた両側の部分を平行になるように形成して構成されている。平行になった一対の板部分をそれぞれ第３指部本体部１０３，１０５という。つまり平行に形成された両第３指部本体部１０３，１０５は上板によって連結されている。両第３指部本体部１０３，１０５の形状は概略同じである。
一対の第３指部本体部１０３，１０５の根元側（第２指部９１側）の下部は、前記第２指部９１の先端側の一対の第２指部本体部９３，９５を外側から挟むように配置されている。そして第３指部１０１は第２指部９１を挟んだ第５接続部１０７において第２指部９１に回動自在に接続されている。第５接続部１０７にはベアリングが設置されている。

第１駆動部１１１は該略板状であり、その根元側（取付部材１０側）の第３接続部１１３において前記スライド移動体４１の一対の軸部４７の先端に回動自在に接続されている。一方第１駆動部１１１はその先端側（第２指部９１側）の第４接続部１１５において前記第２指部９１の根元側（前記第２接続部９７の上部）の部分に回動自在に接続されている。つまり第１駆動部１１１は第２指部９１に第４接続部１１５において連結され、第１指部８１は第４接続部１１５よりも内側の第２接続部９７において第２指部９１に連結されている。第３接続部１１３と第４接続部１１５にはそれぞれベアリングが設置されている。

第２駆動部１２１は概略板状であり、その根元側（第１駆動部１１１側）の第６接続部１２３（図２参照）において前記第１駆動部１１１の先端側（前記第４接続部１１５の下部）の部分に回動自在に接続されている。一方第２駆動部１２１はその先端側（第３指部１０１側）の第７接続部１２５において前記第３指部１０１の根元側（前記第５接続部１０７の上部）の部分に回動自在に接続されている。第６接続部１２３と第７接続部１２５にはそれぞれベアリングが設置されている。
なお図示はしていないが、各指８０Ａ，８０Ｂの所定位置には、各指部８１，９１，１０１全体を開く方向に付勢するコイルスプリング等の付勢手段が取り付けられている。

次に上記ハンド１−１の動作を説明する。図４乃至図６はハンド１−１の動作説明図である。まず前記図２に示すように、リニアアクチュエータ３１のロッド３５をアクチュエータ本体３３内に最も引き込んだ状態では、スライド移動体４１及び第３接続部１１３は最もアクチュエータ本体３３側に移動しており、同時に第１，第２，第３指部８１，９１，１０１は概略水平に保持されている。

この状態からリニアアクチュエータ３１を駆動してそのロッド３５によってスライド移動体４１を前方（矢印Ｘ方向）に押し出すと、第３接続部１１３が第４接続部１１５方向に向かって押し出され、第１接続部８７を中心とするモーメント力によって図４に示すように第１，第２，第３指部８１，９１，１０１全体がそのまま第１接続部８７を中心にして一体に回動していく。第１，第２，第３指部８１，９１，１０１全体がそのまま一体に回動するのは、付勢手段によって第１，第２，第３指部８１，９１，１０１全体が直線状になる状態を維持する付勢力が付与されているからである。さらにロッド３５を前方に押し出すと、図４に一点鎖線で示すように、第１，第２，第３指部８１，９１，１０１全体がそのままさらに回動していく。この動作は例えば指先で物をつまむ場合に用いられる。一方リニアアクチュエータ３１を駆動してスライド移動体４１を後方に引き込めていくと、前記とは逆の動作によって第１，第２，第３指部８１，９１，１０１全体がそのまま第１接続部８７を中心にして一体に逆方向に回動して前記図２に示す状態に戻る。

次に図５に示すように第１指部８１の移動していく側（物を掴む側、内側）の底面８１Ａに把持対象物１３０が当接して位置しているとする。この状態でリニアアクチュエータ３１を駆動してそのロッド３５によってスライド移動体４１を前方（矢印Ｘ方向）に押し出すと、第３接続部１１３が第４接続部１１５方向に向かって押し出される。このとき第１指部８１は把持対象物１３０によって回動できないので、前記第３接続部１１３を押圧する押圧力が前記付勢手段の付勢力（第１，第２，第３指部８１，９１，１０１を略直線状に保とうとする付勢力）に打ち勝つことで、第２指部９１が第２接続部９７を中心に回動していく。このとき第１駆動部１１１に設けた第６接続部１２３が第４接続部１１５に対して相対的に前方に移動するので、第２駆動部１２１が前方に押し出される。これによって第７接続部１２５が前方に押し出され、第３指部１０１は第２指部９１に対して第５接続部１０７を中心に下側方向に向けて回動する。

さらにリニアアクチュエータ３１を駆動してロッド３５によってスライド移動体４１を前方に押し出せば、第１指部８１は静止したまま、第２指部９１と第３指部１０１がさらに折れ曲がり、図５に一点鎖線で示す仮想線のように、把持対象物１３０を把持する。

図５に示す状態からリニアアクチュエータ３１を駆動してスライド移動体４１を後方に引き込めていくと、前記とは逆の動作によって第２，第５接続部９７，１０７を中心に第２，第３指部９１，１０１が逆方向に回動して前記図２に示す状態に戻る。

図５においては、第１指部８１が水平状態において把持対象物１３０が第１指部８１に当接し、第１指部８１が水平状態から回動しない場合を説明した。一方第１指部８１が水平状態から図４で示すように所定角度回動した後に把持対象物に当接して静止した場合も、第１指部８１が静止した位置から第２，第３指部９１，１０１が第１指部８１に対して相対的に前述したように屈曲していく。

また以上の説明からもわかるように、このハンド１−１においては、第１駆動部１１１は第２指部９１に第４接続部１１５において連結され、第１指部８１は第４接続部１１５よりも内側の第２接続部９７において第２指部９１に連結されているので、駆動機構３０に連結した第１駆動部１１１の駆動力がまず第２指部９１に伝わり、次に第１指部８１に伝わり、第１，第２指部８１，９１に第１，第２接続部８７，９７を中心とするトルクを生じさせている。

上記図４，図５では、ハンド１−１の一対の指８０Ａ，８０Ｂの両方が同一の動作を行う場合について説明した。一方ハンド１−１の指８０Ａ，８０Ｂはそれぞれ異なる動作を行うこともできる。即ち図６に示すように、一方の指８０Ａには第１指部８１が水平位置から少し回動した位置でその底面８１Ａに把持対象物１３０が当接し、もう一方の指８０Ｂの第１指部８１には把持対象物１３０が当接しない場合を考える。このような状態は把持対象物１３０の外形形状によってよく生じる。

まず図２に示す状態でリニアアクチュエータ３１を駆動してそのロッド３５によってスライド移動体４１を前方（矢印Ｘ方向）に押し出すと、図６において両指８０Ａ，８０Ｂは、指８０Ａの第１指部８１が把持対象物１３０に当接するまでは同一の動作を行う。即ち両指８０Ａ，８０Ｂは、何れも第１接続部８７を中心に直線状に延びた状態のまま回動する。さらにスライド移動体４１を前方に押し出していくと、把持対象物１３０に当接している指８０Ａは、第１指部８１がその位置に静止した状態のまま、第２指部９１と第３指部１０１が屈曲していく。一方把持対象物１３０に当接していない指８０Ｂは、直線状に延びた状態のまま第１接続部８７を中心に回動していく。もちろん指８０Ｂの回動中にその第１指部８１に把持対象物１３０が当接すれば、その位置で第１指部８１は静止し、第２，第３指部９１，１０１が折れ曲がっていく。なお両指８０Ａ，８０Ｂの折れ曲がりの状態が異なっていても、両者の第３接続部１１３の位置が同一位置にあることは言うまでもない。

つまりハンド１−１は、第３接続部１１３を第４接続部１１５方向に向けて押し出すことで、第１指部８１と第２，第３指部９１，１０１を第１接続部８７を中心に一体に回動するか或いは第１指部８１の回動が阻止された際は第２，第３指部９１，１０１が第２，第５接続部９７，１０７を中心に回動する、２組の指８０Ａ，８０Ｂを並列に配置して構成されている。そしてそれぞれの指８０Ａ，８０Ｂが有する第３接続部１１３を同時に同一距離、同一方向に向けて直線状に駆動する単一の駆動機構３０を設置することで、前記２組の指８０Ａ，８０Ｂを同時に駆動している。

以上のようにこのハンド１−１によれば、並列に配置した２組の指８０Ａ，８０Ｂを同時に単一の駆動機構３０によって駆動するだけで、把持しようとする把持対象物１３０の形状に応じて各指８０Ａ，８０Ｂの第１，第２，第３指部８１，９１，１０１の屈曲形状を容易に異ならせることができる。これによって人の複数本の指の動作と略同一の動作を容易に行わせることができる。

また単一の駆動機構３０によって複数の指８０Ａ，８０Ｂの第３接続部１１３を同時に同一距離、同一方向に向けて駆動するだけでよいので、構造が簡単で、また小型化、低コスト化、軽量化も図ることができる。特に駆動機構３０は、第３接続部１１３に回動自在に連結され且つ第３接続部１１３を直線状に前後動させる連結部材４０と、連結部材４０を前後動させるリニアアクチュエータ３１とを有して構成されており、その構造は簡単である。

〔第２実施形態〕
図７は本発明の第２実施形態にかかる関節機構を適用したハンド１−２の側面図である。図７に示すハンド１−２において、前記図１〜図６に示すハンド１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す（但し各符号には添え字「−２」を付す）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図６に示すハンド１−１と同じである。ハンド１−２において、前記ハンド１−１と相違する点は、第３接続部１１３−２の位置を変更した点と、それに合わせて第１駆動部１１１−２の形状を少し変更した点である。

即ちハンド１−２の第３接続部１１３−２の位置は、図２に示すハンド１−１の第３接続部１１３の位置よりも上方に位置している。このように構成すると、図４に実線で示す位置まで指８０Ａを回動するように第３接続部１１３を第４接続部１１５側に直線移動した距離と同一距離だけ図７に示す第３接続部１１３−２を第４接続部１１５−２側に直線移動させた際、図７に一点鎖線で示す位置まで指８０Ａ−２が回動する。このとき指８０Ａ−２の回動角度〔θ―２〕は、前記指８０Ａの回動角度〔θ〕（図４参照）よりも小さい（〔θ−２〕＜〔θ〕）。

言い換えれば第３接続部１１３−２の位置を第３接続部１１３の位置と異ならせれば、指８０Ａの回動角度〔θ〕と指８０Ａ−２の回動角度〔θ−２〕を異ならせることができる。なおこの作用は第１接続部８７−２，第２接続部９７−２，第４接続部１１５−２の位置を異ならせても同様に生じる。さらにこの作用は複数の接続部の位置を異ならせても同様に生じる。

従って例えば一方の指として図１〜図６に示す指８０Ａ（又は８０Ｂ）を用い、もう一方の指として図７に示す指８０Ａ−２（又は８０Ｂ−２）を用いれば、単一の駆動機構３０（３０−２）によって一対の第３接続部１１３（１１３−２）を同時に同一距離、同一方向に向けて駆動するだけで、両指が把持対象物に触れていなくても、各指の屈曲状態を変えることができる。例えば人の手が物を掴む場合、一般に小指側から指を折り曲げていくが、そのような動作を簡単な構造で容易に実現することができる。

〔第３実施形態〕
図８は本発明の第３実施形態にかかる関節機構を適用したハンド１−３の側面図、図９はハンド１−３を斜め上側から見た斜視図、図１０はハンド１−３を斜め下側から見た斜視図である。図８乃至図１０に示すハンド１−３において、前記図１〜図６に示すハンド１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す（但し各符号には添え字「−３」を付す）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図６に示すハンド１−１と同じである。これらの図に示すようにハンド１−３は、取付部材１０−３と、取付部材１０−３に取り付けられる駆動機構３０−３と、取付部材１０−３に取り付けられ駆動機構３０−３によって駆動される一対の指８０Ａ−３，８０Ｂ−３とを具備して構成されている。

取付部材１０−３は一点鎖線による仮想線で記載されており、駆動機構３０−３のリニアアクチュエータ３１−３を取り付けると共に、連結部材５０−３と第１指部８１−３を第１接続部８７−３の位置においてそれぞれ独立に回動自在に軸支している。

駆動機構３０−３は、リニアアクチュエータ３１−３と連結部材５０−３とを具備して構成されている。リニアアクチュエータ３１−３の構成は前記リニアアクチュエータ３１の構成と同じである。

図１１は連結部材５０−３の斜視図である。同図に示すように連結部材５０−３は、側面から見て概略ハート形となっているブロック形状である。連結部材５０−３の下部中央には回動自在に第１接続部用シャフト６１−３が挿通され、また連結部材５０−３の２つに分かれる一方の上部には回動自在に第３接続部用シャフト６３−３が挿通され、さらに連結部材５０−３のもう一方の上部には一対の側壁部５５−３間を回動自在に連結する連結ロッド６５−３が取り付けられている。

連結部材５０−３はその第１接続部用シャフト６１−３の両側部分が取付部材１０−３に取り付けられると共に、取付部材１０−３を貫通してその両外側に突出した第１接続部用シャフト６１−３の両端にそれぞれ第１指部８１−３の第１接続部８７−３を回動自在に取り付けている。つまり連結部材５０−３と第１指部８１−３はそれぞれ独立して回動自在となるように取付部材１０−３に取り付けられている。

一方連結部材５０−３の連結ロッド６５−３の中央には、リニアアクチュエータ３１−３のロッド３５−３の先端が取り付けられている。また連結部材５０−３の第３接続部用シャフト６３−３の両端には第１駆動部１１１−３の第３接続部１１３−３が取り付けられている。以上のことからわかるように、連結部材５０−３は側面から見て第１接続部８７−３と第３接続部１１３−３と連結ロッド６５−３とがそれぞれ三角形の頂点になるように配置されており、１つのリニアアクチュエータ３１−３と２本の指８０Ａ−３，８０Ｂ−３とを連結している。

指８０Ａ−３，８０Ｂ−３は同一構造なので、主として一方の指８０Ａ−３について説明する。指８０Ａ−３は前記指８０Ａと同様に、取付部材１０−３に回動自在に取り付けられる第１指部８１−３と、第１指部８１−３に回動自在に取り付けられる第２指部９１−３と、第２指部９１−３に回動自在に取り付けられる第３指部１０１−３と、これら第１，第２，第３指部８１−３，９１−３，１０１−３を駆動する第１，第２駆動部１１１−３，１２１−３とを具備している。

第１指部８１−３は１枚の平板を下辺において略Ｕ字状に折り曲げて、折り曲げた両側の部分を平行になるように形成して構成されている。平行になった一対の第１指部本体部８３−３，８５−３の根元側部分は前述のように第１接続部８７−３において取付部材１０−３に回動自在に接続されている。

第２指部９１−３は１枚の平板を下辺において略Ｕ字状に折り曲げて、折り曲げた両側の部分を平行になるように形成して構成されている。平行になった一対の第２指部本体部９３−３，９５−３の根元側部分は、第２接続部９７−３において第１指部８１−３に回動自在に接続されている。

第３指部１０１−３は１枚の平板を下辺において略Ｕ字状に折り曲げて、折り曲げた両側の部分を平行になるように形成して構成されている。平行になった一対の第３指部本体部１０３−３，１０５−３の根元側の上部は、第５接続部１０７−３において第２指部９１−３に回動自在に接続されている。

第１駆動部１１１−３は該略板状であり、その根元側の第３接続部１１３−３において前述のとおり、連結部材５０−３に回動自在に接続されている。一方第１駆動部１１１−３の先端側の第４接続部１１５−３において第２指部９１−３の根元側の部分が回動自在に接続されている。つまり第１駆動部１１１−３は第２指部９１−３に第４接続部１１５−３において連結されており、一方第１指部８１−３は第４接続部１１５−３よりも内側の第２接続部９７−３において第２指部９１−３に連結されている。

第２駆動部１２１−３は概略板状であり、その根元側の第６接続部１２３−３において第１指部８１−３の先端側部分が回動自在に接続されている。一方第２駆動部１２１−３の先端側の第７接続部１２５−３において第３指部１０１−３の根元側（前記第５接続部１０７−３の内側）の部分が回動自在に接続されている。

第２指部９１−３と第３指部１０１−３の間には、引っ張りバネからなる付勢手段１４０−３が取り付けられ、第２，第３指部９１−３，１０１−３間が常に開く方向（第５接続部１０７−３を中心にして第２指部９１−３に対して第３指部１０１−３の先端側部分が外側に移動する方向）の付勢力が付与されている。なお第５接続部１０７−３は付勢手段１４０−３の第２指部９１−３側の支点ａ１より内側に位置している。言い換えれば付勢手段１４０−３は、第２指部９１−３に係止された支点ａ１と第３指部１０１−３に係止された支点ａ２間の離間距離が近づくように付勢しており、第２指部９１−３に対して第３指部１０１−３を内側に移動した際は両支点ａ１，ａ２間が遠ざかるので、元の開いた位置に向けて付勢される。これにより、第１，第２指部８１−３，９１−３間も開く方向に付勢され、結局第１，第２，第３指部８１−３，９１−３，１０１−３全体は開く方向に付勢されている。なお付勢手段１４０−３は前記位置の代りに、第１，第２指部８１−３，９１−３間に、第１，第２指部８１−３，９１−３間が常に開く方向の付勢力が付与されるように、取り付けても良い。

次にハンド１−３の動作を説明する。まず図８は、リニアアクチュエータ３１−３のロッド３５−３をアクチュエータ本体３３−３内に最も引き込んだ状態を示しており、この状態では連結部材５０−３は第１接続部８７―３を中心にして最も右回転（矢印Ｃの逆方向）した位置に移動している。このとき各指８０Ａ，８０Ｂは開いている。

この状態からリニアアクチュエータ３１−３を駆動してそのロッド３５−３を押し出す。このとき図８に示す把持対象物１３０−３が存在しないとすると、連結部材５０ー３が第１接続部８７−３を中心にして左回転（矢印Ｃ方向）し、第３接続部１１３−３が第４接続部１１５−３方向に向かって押し出される。これによって第１接続部８７−３を中心として第１，第２，第３指部８１−３，９１−３，１０１−３全体がそのまま一体に回動していく（図８の一点鎖線Ｅ１で示す）。第１，第２，第３指部８１−３，９１−３，１０１−３全体がそのまま一体に回動するのは、付勢手段１４０−３によって第１，第２，第３指部８１−３，９１−３，１０１−３全体が開いている状態を維持する付勢力が付与されているからである。この動作は例えば指先で物をつまむ場合に用いられる。一方リニアアクチュエータ３１を駆動して前記押し出したロッド４５−３を後方に引き込めると、前記とは逆の動作によって第１，第２，第３指部８１−３，９１−３，１０１−３全体がそのまま第１接続部８７−３を中心にして一体に回動して図８に示す状態に戻る。

次に第１指部８１−３の移動していく側（物を掴む側、内側）の底面８１Ａ−３に把持対象物１３０−３が当接しているとする。この状態でリニアアクチュエータ３１−３を駆動してそのロッド３５−３によって連結部材５０−３を第１接続部８７−３を中心に左回転すると、第３接続部１１３−３が第４接続部１１５−３方向に向かって押し出される。このとき第１指部８１−３は回動できないので、第３接続部１１３−３を押圧する押圧力が付勢手段１４０−３の付勢力に打ち勝つと、第２指部９１−３が第２接続部９７−３を中心に回動していく。このとき第１指部８１−３に設けた静止している第６接続部１２３−３が第２接続部９７−３を中心に回動する第４接続部１１５−３に対して相対的に第４接続部１１５−３側に後退するので、第２駆動部１２１−３は第２指部９１−３に対して後方に引き込められる。これによって第７接続部１２５−３が後方に引き込められ、第３指部１０１−３は第２指部９１−３に対して第５接続部１０７−３を中心に下側方向に向けて回動していく。これによって第２指部９１−３と第３指部１０１−３が折れ曲がり、把持対象物１３０−３を把持する（図８の一点鎖線Ｅ２で示す）。言い換えれば、第１指部８１−３の先端の第６接続部１２３−３において第２駆動部１２１−３を接続し、第６接続部１２３−３の内側の第２接続部９７−３において第２指部９１−３を第１指部８１−３に接続しているので、第１指部８１−３に対して第２指部９１−３を回動した際は第２駆動部１２１−３が第３指部１０３−３を第５接続部１０７−３の内側の第７接続部１２５−３において引っ張り、第２指部９１−３と第３指部１０３−３は同時に内側に向かって回転し、折れ曲がり、把持対象物１３０−３を把持する。つまり第１指部８１−３に対して第２指部９１−３が回動した際は必ず同時に第３指部１０３−３が第２指部９１−３に対して回動する。

一方リニアアクチュエータ３１−３を駆動して、第１接続部８７−３を中心に連結部材５０―３を右回転すると、前記とは逆の動作によって第２，第５接続部９７−３，１０７−３を中心に第２，第３指部９１−３，１０１−３が回動して前記図８の実線で示す状態に戻る。即ち物を掴む際は第１指部８１−３側から回動し、離す際は付勢手段１４０−３側（第２，第３指部９１−３，１０１−３側）から、つまり逆の側から回動する。

第１指部８１−３が図８に示す状態から所定角度回動した後に把持対象物に当接して静止した場合も、前記ハンド１−１の場合と同様に、第１指部８１−３が静止した位置から第２，第３指部９１−３，１０１−３が第１指部８１−３に対して相対的に前述したように屈曲していく。

またこのハンド１−３においても、第１駆動部１１１−３は第２指部９１−３に第４接続部１１５−３において連結され、第１指部８１−３は第４接続部１１５−３よりも内側の第２接続部９７−３において第２指部９１−３に連結されているので、駆動機構３０−３に連結した第１駆動部１１１−３の駆動力がまず第２指部９１−３に伝わり、次に第１指部８１−３に伝わり、第１，第２指部８１−３，９１−３に第１，第２接続部８７−３，９７−３を中心とするトルクを生じさせている。

そしてこのハンド１−３においても、前記ハンド１−１の場合と同様に、把持対象物が一方の指８０Ａ−３の第１指部８１−３に当接する位置と，他方の指８０Ｂ−３の第１指部８１−３に当接する位置とが異なっていた場合、両者の第３接続部１１３−３の位置は同一位置のまま、各指８０Ａ−３，８０Ｂ−３はそれぞれ異なる動作を行う。
即ちこのハンド１−３の場合も、並列に配置した２組の指８０Ａ−３，８０Ｂ−３を同時に単一の駆動機構３０−３によって駆動するだけで、把持しようとする把持対象物１３０−３の形状に応じて各指８０Ａ−３，８０Ｂ−３の第１，第２，第３指部８１−３，９１−３，１０１−３の屈曲状態を容易に異ならせることができ、これによって人の複数本の指の動作と略同一の動作を容易に行わせることができる。

またこのハンド１−３においても、第１，第２，第３，第４接続部８７−３，９７−３，１１３−３，１１５−３の何れかの位置を両指８０Ａ−３，８０Ｂ−３間で異ならせることで、把持対象物に触れなくても、各指８０Ａ−３，８０Ｂ−３の屈曲状態を異ならせることができる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記ハンド１（１−２，１−３）では指を２本で構成したが、３本以上の複数本で構成しても良い。その場合も単一の駆動機構によって駆動するだけで各指にそれぞれ異なる動作を行わせることができる。これによってさらに人の手の動作と略同一の動作を容易に行わせることができる。

１−１（１−２，１−３） ハンド
１０（１０−２，１０−３） 取付部材
３０（３０−２，３０−３） 駆動機構
３１（３１−２，３１−３） リニアアクチュエータ（駆動機構）
４０（４０−２） 連結部材（駆動機構）
５０−３ 連結部材（駆動機構）
８０Ａ，Ｂ（８０Ａ−２，Ｂ−２、８０Ａ−３，Ｂ−３） 指
８１（８１−２，８１−３） 第１指部
８７（８７−２，８７−３） 第１接続部
９１（９１−２，９１−３） 第２指部
９７（９７−２，９７−３） 第２接続部
１０１（１０１−２，１０１−３） 第３指部
１０７（１０７−２，１０７−３） 第５接続部
１１１（１１１−２，１１１−３） 第１駆動部
１１３（１１３−２，１１３−３） 第３接続部
１１５（１１５−２，１１５−３） 第４接続部
１２１（１２１−２，１２１−３） 第２駆動部
１２３（１２３−２，１２３−３） 第６接続部
１２５（１２５−２，１２５−３） 第７接続部

Claims (6)

1. 取付部材と、根元側の第１接続部にて前記取付部材に回動自在に接続される第１指部と、前記第１指部の先端側の第２接続部にて根元側が回動自在に接続される第２指部と、先端側が前記第２指部の根元側の第４接続部にて回動自在に接続され且つ根元側が駆動動力を印加する第３接続部に接続される第１駆動部とを少なくとも有し、前記第３接続部を前記第４接続部方向に向けて押し出すことで、第１指部と第２指部を前記第１接続部を中心に一体に回動するか或いは第１指部の回動が阻止された際は第２指部が第２接続部を中心に回動する構成からなる関節機構を複数組具備し、
   前記複数組の関節機構を並列に配置するとともに、それぞれが有する第３接続部を同時に同一距離、同一方向に向けて駆動する単一の駆動機構を設置することで、前記複数組の関節機構を同時に駆動することを特徴とする関節機構。
2. 請求項１に記載の関節機構であって、
   前記第１駆動部が第２指部に連結される第４接続部の位置よりも、前記第２指部が第１指部に接続される第２接続部の方を内側に位置したことを特徴とする関節機構。
3. 請求項２に記載の関節機構であって、
   前記各関節機構は、さらに前記第２指部の先端側の第５接続部にて根元側が回動自在に接続される第３指部と、先端側が前記第３指部の根元側の第７接続部に回動自在に接続され且つ根元側が前記第１駆動部の先端側の第６接続部又は前記第１指部の先端側の第６接続部に回動自在に接続される第２駆動部とを有し、
   前記第２指部が前記第１指部に対して回動した際に、前記第２駆動部によって第３指部が第２指部に対して回動することを特徴とする関節機構。
4. 請求項３に記載の関節機構であって、
   前記関節機構の第１接続部、第２接続部、第３接続部、第４接続部の内の少なくとも何れかの位置を、各関節機構において異ならせたことを特徴とする関節機構。
5. 請求項１乃至４の内の何れかに記載の関節機構であって、
   前記駆動機構は、前記複数の第３接続部に連結され且つこれら第３接続部を同時に前後動させる連結部材と、この連結部材を駆動させるアクチュエータとを有して構成されていることを特徴とする関節機構。
6. 請求項１乃至５の内の何れかに記載の関節機構を備えたことを特徴とするハンド。

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