JP3706655B2 - リンク装置及び人工ハンド - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、相対運動を可能として順次連結される複数のリンクと、それらのリンクに付設されるアクチュエータとを備えるリンク装置、ならびに該リンク装置を備える人工ハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、かかる装置は、たとえば特開昭５４−１５７９６７号公報等で既に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のものでは、アクチュエータとしての流体圧シリンダが、各リンクから外側方に突出したブラケット間を連結するようにして設けられており、コンパクトに構成されているとは言い難い。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、リンク装置及び人工ハンドにおいて、コンパクトに構成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、相対運動を可能として順次連結される複数のリンクと、それらのリンクに付設される流体圧アクチュエータとを備えるリンク装置において、各リンクは、相互に隣接するリンクの基端部および先端部間に連結軸を介在させて相互に連結され、相互に隣接するリンク間には、前記各連結軸まわりの相対運動を各リンクに生じさせる流体圧アクチュエータが設けられ、各流体圧アクチュエータの流体圧室に流体圧を導く流体圧導管のうち少なくとも２つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられる流体圧導管には、相互に隣接するリンク相互を連結する連結軸を囲繞して、その隣接するリンク相互に前記相対運動が生じたときにその動きを押し戻す方向に弾発力を発揮し得る捩りコイルばねとして働くコイル部が形成され、前記流体圧アクチュエータの少なくとも一部が、対応するリンク内に収納、配置されることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、流体圧導管は、少なくとも３つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられ、該流体圧導管には、各リンク相互を連結する少なくとも２つの連結軸をそれぞれ囲繞するコイル部が形成されるとともに、各コイル部間で屈曲した屈曲部が形成される。
【０００７】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、流体圧アクチュエータの流体圧室には、該流体圧室からのエア抜き後に先端部が機械的な変形により閉じられるエア抜き管が、流体圧導管とは別に連結される。
【０００８】
請求項４記載の発明に従う人工ハンドによれば、上記請求項１〜３のいずれかに記載のリンク装置で、基部に連結される複数の指がそれぞれ構成される。
【０００９】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、指の一部を構成するリンクを屈曲させる駆動力を発揮可能な第１の流体圧アクチュエータと、第１の流体圧アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する第１の弾発手段と、指の一部を構成して前記リンクに連結されるリンクを屈曲させる駆動力を発揮可能として第１の流体圧アクチュエータと共通の流体圧源に接続される第２の流体圧アクチュエータと、第２の流体圧アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する第２の弾発手段とを備え、第１の流体圧アクチュエータの駆動力および第１の弾発手段の弾発力の差と、第２の流体圧アクチュエータの駆動力および第２の弾発手段の弾発力の差とが、相互に異なって設定される。
【００１０】
請求項６記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部には、第１指の基端部が軸を介して回動可能に連結され、該軸の軸線は、基部に連結される第２ないし第５指の延伸方向と略平行な方向から第２ないし第５指側に傾斜して配置される。
【００１１】
請求項７記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結される第１ないし第５指のうち少なくとも１本の指に設けられて、当該指を曲げる方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが、前記当該指に作用する外力による逆動を不能とした流体圧源に接続される。
【００１２】
請求項８記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結される第１ないし第５指のうち第２指および第５指の基端部の少なくとも一方が、それらの指の先端部間の間隔を増減可能として基部に連結され、第２指および第５指間には前記間隔を増減可能なアクチュエータが設けられ、第２指および基部間には前記アクチュエータの間隔増大方向の力に対抗するばね力を発揮するばねが設けられ、第５指および基部間には前記アクチュエータの間隔増大方向の力に対抗するとともに前記ばねのばね力とは異なるばね力を発揮するばねが設けられる。
【００１３】
請求項９記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結さ れる第１ないし第５指のうち少なくとも第５指の基端側の中手リンクが、該指を握ったり、開いたりする方向の揺動を可能として基部に連結され、前記中手リンクに連結される基節リンクおよび基部間には、流体圧の作用に応じて基節リンクを握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが設けられ、前記中手リンクおよび基部間には、中手リンクを開く側に付勢するばねが設けられる。
【００１４】
請求項１０記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、各指の最先端位置に在る末節リンクと、最先端から２番目のリンクとは、連結軸を介して連結され、両リンク間には、流体圧の作用に応じて末節リンクを握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが設けられ、各末節リンクの先端面は、その先端面に直角に作用する外力が前記連結軸のまわりに末節リンクを開く側に作用する方向となる形状に形成される。
【００１５】
【実施例】
以下、図面により本発明をロボットハンドに適用したときの実施例について説明するが、人間の手を模しているこの構造の説明にあたって各部の名称を次のように定義する。
（１）親指を第１指と名付け、以下順に小指まで第５指とする。
（２）骨に相当するリンクの名称も解剖学に準拠して、手の甲に一部が収納されるリンクを中手リンクと呼び、親指のものを第１中手リンクとする。したがって小指のものは第５中手リンクと呼ぶ。
（３）中手リンクに連結されるリンクを、それぞれ第１基節リンク、第２基節リンク……第５基節リンクと呼称する。
（４）各基節リンクに連結されるリンクを、それぞれ第２中節リンク、第３中節リンク……第５中節リンクと呼ぶ。但し第１指については、中節リンクは存在しない。
（５）最先端のリンクを、それぞれ第１末節リンク、第２末節リンク……第５末節リンクと呼ぶ。
（６）自由度とは、制御的に完全に独立して動作を決定できる関節を意味し、この明細書において共通の流体圧を用いて駆動される複数のアクチュエータは、自由度が「１」であるとする。すなわちアクチュエータの個数が自由度を意味するものではない。
【００１６】
図１ないし図１４は本発明の第１実施例を示すものであり、図１はロボットハンドの右手を甲側から見た平面図、図２は基部の平面図、図３は図１の３−３線矢視図、図４は第１指の進展状態を示す平面図、図５は図１の５−５線断面図、図６は第２指屈曲時の図５に対応する断面図、図７は図１の７−７線断面図、図８は図７の８−８線断面図、図９は第２指および第５指を開いた状態での図１に対応する平面図、図１０は流体圧回路図、図１１は第１の種類の流体圧源の構成を示す断面図、図１２は第２の種類の流体圧源の構成を示す断面図、図１３は図４の要部拡大図、図１４は図１３の１４−１４線断面図である。
【００１７】
先ず図１において、このロボットハンドは、基部Ｂに、第１ないし第５指Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 が連結されて成るものであり、第１ないし第５指Ｆ1 〜Ｆ5 がリンク装置をそれぞれ構成する。
【００１８】
図２および図３を併せて参照して、基部Ｂには、第１指Ｆ1 を軸２０のまわりに回動自在に結合するための第１のヨーク２１と、第２指Ｆ2 を回動自在に結合するための支軸２２を有する第２のヨーク２３とが設けられるとともに、それらのヨーク２１，２３とは反対側で、第５指Ｆ5 を軸２４（図７参照）のまわりに回動自在に結合するための第３のヨーク２５とが設けられている。また第３および第４指Ｆ3 ，Ｆ4 の中手リンクすなわち第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 は基部Ｂに一体化されるものであり、これらの中手リンク２８3 ，２８4 には、第４および第５のヨーク２６，２７が設けられる。
【００１９】
第１指Ｆ1 は、手を握ったり開いたりする方向への回動を可能として第１のヨーク２１に軸２０を介して基端部が連結される第１中手リンク２８1 と、第１中手リンク２８1 の先端部に連結軸３２1 を介して基端部が回動自在に連結される第１基節リンク２９1 と、第１基節リンク２９1 の先端部に連結軸３４1 を介して基端部が回動自在に連結される第１末節リンク３１1 とを備える。
【００２０】
これらのリンク２８1 ，２９1 ，３１1 を軸２０および連結軸３２1 ，３４1 のまわりに回動させるために、単動式である流体圧シリンダ形式の流体圧アクチュエータ３５，３６1 ，３８1 が準備されており、流体圧アクチュエータ３５は、軸２０の軸線に対して直角に延びる軸線を有して基部Ｂおよび第１中手リンク２８1 間に、流体圧アクチュエータ３６1 は連結軸３２1 の軸線に対して直角に延びる軸線を有して第１中手リンク２８1 および第１基節リンク２９1 間に、また流体圧アクチュエータ３８1 は連結軸３４1 の軸線に対して直角に延びる軸線を有して第１基節リンク２９1 および第１末節リンク３１1 間にそれぞれ設けられる。ここで流体圧アクチュエータ３５が伸展すると、第１中手リンク２８1 は軸２０のまわりに回動し、第１指Ｆ1 を図３の下側すなわち掌側に屈曲させる。また流体圧アクチュエータ３６1 が伸展すると、第１中手リンク２８1 に対して第１基節リンク２９1 は図１の時計方向に回動する。ところで、図１では第１基節リンク２９1 が第２指Ｆ2 とほぼ平行な位置まで回動した状態が示されており、流体圧アクチュエータ３６1 の未伸展時には、図４で示すように、第１基節リンク２９1 は図１の位置から連結軸３２1 のまわりに反時計方向に約４５度だけ回動した位置に在る。さらに流体圧アクチュエータ３８1 が伸展すると、第１末節リンク３１1 は第１基節リンク２９1 に対して図１の時計方向に回動する。回動した各リンク２８1 ，２９1 ，３１1 を元の状態に戻すには、各流体圧アクチュエータ３５，３６1 ，３８1 を退縮させれば良いのであるが、各流体圧アクチュエータ３５，３６1 ，３８1 には自ら退縮する能力はなく、ばねによる機械的な復元力で戻される。而して、そのばね構造については後述する。
【００２１】
ところで、第１指Ｆ1 を握ったり、開いたりする方向に回動する回動軸線である軸２０の軸線は、第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 の中心線に対して内側に角度を持たせるように配置される。すなわち図２で示すように、基部Ｂに設けられた第１のヨーク２１で支承される軸２０の軸線Ｃは、第２ないし第５指Ｆ2 〜Ｆ5 の延伸方向と略平行な方向から第２ないし第５指Ｆ2 〜Ｆ5 側に傾斜して配置される。このようにすることにより、流体圧アクチュエータ３５の伸展時に第１指Ｆ1 がわずかな回動量で他の指と向き合う位置まで回動することが可能である。これに対し、前記軸２０の軸線を第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 の軸線と平行に設定したときには、他の指と向き合うまでの第１指Ｆ1 の回動量が大となるものであり、そのようなものと比べると、流体圧アクチュエータ３５の所要ストロークを小さくし、該流体圧アクチュエータ３５の小型化を図ることができる。
【００２２】
図５を併せて参照して、第２指Ｆ2 は、基部Ｂにおける第２のヨーク２３に設けられた支軸２２に微小角度の回動を可能として結合される第２中手リンク２８2 と、第２中手リンク２８2 の先端部に連結軸３２2 を介して基端部が回動自在に連結される第２基節リンク２９2 と、第２基節リンク２９2 の先端部に連結軸３３2 を介して基端部が回動自在に連結される第２中節リンク３０2 と、第２中節リンク３０2 の先端部に連結軸３４2 を介して基端部が回動自在に連結される第２末節リンク３１2 とを備える。
【００２３】
基部Ｂの支軸２２には、基部Ｂと一体の第３中手リンク２８3 に対する近接・離反方向への微小回動を可能として第２中手リンク２８2 の中間部が結合されており、この第２中手リンク２８2 の基部にはヨーク３９が一体に設けられる。該ヨーク３９には、流体圧アクチュエータ３６2 におけるシリンダ体３６ａが軸４０を介して回動可能に連結される。また第２基節リンク２９2 の基部にはヨーク４１が一体に設けられ、このヨーク４１には、前記流体圧アクチュエータ３６2 におけるプランジャ３６ｂならびに流体圧アクチュエータ３７2 におけるシリンダ体３７ａが共通の軸４２を介して回動可能に連結される。さらに第２中節リンク３０2 の基部にはヨーク４３が一体に設けられ、このヨーク４３には、前記流体圧アクチュエータ３７2 におけるプランジャ３７ｂならびに流体圧アクチュエータ３８2 におけるシリンダ体３８ａが共通の軸４４を介して回動可能に連結される。しかも第２末節リンク３１2 の基部にはヨーク４５が一体に設けられており、このヨーク４５には、前記流体圧アクチュエータ３８2 におけるプランジャ３８ｂが軸４６を介して回動可能に連結される。
【００２４】
上述のように、隣り合うアクチュエータ３６2 ，３７2 ；３７2 ，３８2 の支点を共通の軸４２，４４上に置くことにより、全体をコンパクトに設計できる利点がある。
【００２５】
この第２指Ｆ2 の構造では、流体圧アクチュエータ３６2 が伸展すると、図６で示すように、第２基節リンク２９2 が第２中手リンク２８2 に対して、連結軸３２2 のまわりに下方（すなわち掌側）に回動する。また流体圧アクチュエータ３７2 が伸展すると、第２中節リンク３０2 は第２基節リンク２９2 に対して連結軸３３2 のまわりに掌側に回動する。さらに流体圧アクチュエータ３８2 が伸展すると、第２末節リンク３１2 は第２中節リンク３０2 に対して連結軸３４2 のまわりに掌側に回動する。
【００２６】
このような第２指Ｆ2 の場合も一度握った指を開くには、流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 を縮退させれば良いのであるが、第１指Ｆ1 と同じく、これらの流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 には自ら縮退する機能は与えられておらず、ばねの機械力によって指は開き、結果として各流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 は縮退する。
【００２７】
ところで、第２末節リンク３１2 の先端面は、その先端面に直角に作用する外力が、第２中節リンク３０2 および第２末節リンク３１2 間を連結する連結軸３４2 のまわりに第２末節リンク３１2 を開く側に作用する方向となる形状に形成される。すなわち、図５で示すように、第２末節リンク３１2 の先端面は、上方の平坦面３１ａと、下方の彎曲面３１ｂとが連なって形成されるものであり、平坦面３１ａに直角に作用する外力Ｆ1 の方向、ならびに彎曲面３１ｂに直角に作用する外力Ｆ2 の方向が、連結軸３４2 の上方に向くように平坦面３１ａおよび彎曲面３１ｂが形成される。而して上記外力Ｆ1 ，Ｆ2 の方向は、第２末節リンク３１2 を握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータ３８2 の出力に対抗する方向となるものであり、第２指Ｆ2 をその先端でドアやボタンを押すのに使うときに、第２末節リンク３１2 および第２中節リンク３０2 間の関節が座屈する心配がなくなる。すなわち流体圧アクチュエータ３８2 が、本実施例のように単動シリンダである場合には、上記外力Ｆ1 ，Ｆ2 の方向が第２末節リンク３１2 を曲げる方向となったときには流体圧アクチュエータ３８2 で負圧が発生してエアが発生するおそれがあり、また複動シリンダを用いた場合には上記外力Ｆ1 ，Ｆ2 の作用に応じて流体圧で踏ん張る必要があるのに対し、上述のように外力Ｆ1 ，Ｆ2 の方向が第２末節リンク３１2 を開く方向となる形状に第２末節リンク３１2 の先端面を形成することにより、第２末節リンク３１2 の開き側への回動を第２中節リンク３０2 側のストッパ（図示せず）で受けるようにして、そのような心配を解消することができる。
【００２８】
而して第１末節リンク３１1 および第３ないし第５末節リンク３１3 〜３１5 の先端面も、上記第２末節リンク３１2 と同様に形成されている。
【００２９】
第１指Ｆ1 の各リンク２８1 ，２９1 ，３１1 ならびに第２指Ｆ2 の各リンク２８2 ，２９2 ，３０2 ，３１2 は、甲側を開放した横断面略Ｕ字状に形成されるものであり、各流体圧アクチュエータ３６1 ，３６2 ，３７2 ，３８1 ，３８2 は、それらの少なくとも一部が各中手リンク２８1 ，２８2 、各基節リンク２９1 ，２９2 および第２中節リンク３０2 内にそれぞれ収納されるように配置される。また第２指Ｆ2 における各リンク２８2 ，２９2 ，３０2 ，３１2 を相互に連結する連結軸３２2 ，３３2 ，３４2 ならびに各流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 を対応するリンク２８2 〜３１2 に連結する軸４０，４２，４４，４６は、ピンが対応するリンク２８2 〜３１2 にその側方から挿入され、かしめ等で固定されて成るものであり、第１指Ｆ1 においても連結軸３２1 ，３４1 等が同様に側方からの挿入、かしめ等で固定される。そのようにすることにより、各リンク２８1 ，２９1 ，３０1 ，２８2 〜３１2 の連結、ならびに各流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 ，３６2 〜３８2 の組付けが容易となる。しかも特別な工具およびファスナを用いないことから、部品点数を減らして信頼性を向上するとともに重量低減に寄与することができ、工具を取り回すためのスペースも不要となる。さらに横断面略Ｕ字状の各リンク２８1 ，２９1 ，３１1 ，２８2 〜３１2 は、アルミニウム合金の精密鋳造や、プレスおよびろう付けの組合せ製法でも容易に製作可能であり、前記ピンとして高精度の軸受用ローラを転用可能である等、製法および部品とも成熟した工業技術を用いることができ、製造コストの低減に寄与することができる。
【００３０】
ところで、甲側を開放した形状に在る第２指Ｆ2 の各リンク２８2 〜３２2 は、図５および図６で示すように、それぞれカバー４７，４８，４９，５０で覆われ、第１指Ｆ1 の各リンク２８1 ，２９1 ，３１1 も同様にして図示しないカバーで覆われる。
【００３１】
第３指Ｆ3 および第４指Ｆ4 は、第３中手リンク２８3 および第４中手リンク２８4 が基部Ｂに一体に設けられていること、すなわち第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 が基部Ｂに対して相対運動しないことを除いては、上記第２指Ｆ2 と基本的に同一の構成を有するものであるので、主要構成部分に添字「３」，「４」を付して図示するのみとし、第３指Ｆ3 および第４指Ｆ4 についての詳細な説明を省略する。
【００３２】
図７を併せて参照して、第５指Ｆ5 は、揺動リンク５２を介して基部Ｂに連結される第５中手リンク２８5 と、第５中手リンク２８5 の先端部に連結軸３２5 を介して基端部が回動自在に連結される第５基節リンク２９5 と、第５基節リンク２９5 の先端部に連結軸３３5 を介して基端部が回動自在に連結される第５中節リンク３０5 と、第５中節リンク３０5 の先端部に連結軸３４5 を介して基端部が回動自在に連結される第５末節リンク３１5 とを備える。
【００３３】
図８を併せて参照して、揺動リンク５２は、第５指Ｆ5 を握ったり、開いたりする方向に回動させることを可能として、基部Ｂに設けられている第３のヨーク２５に軸２４を介して連結されており、この揺動リンク５２に、第５中手リンク２８5 が支軸５３を介して連結される。而して、第５中手リンク２８5 は、基部Ｂと一体の第４中手リンク２８4 に対して近接・離反する方向に前記支軸５３のまわりにわずかに回動することを可能として揺動リンク５２に連結されることになる。しかも揺動リンク５２および第５中手リンク２８5 は、基部Ｂの掌側に固定された板ばね５４により、手の甲側に向けて付勢されている。一方、基部Ｂの第４中手リンク２８4 には、揺動リンク５２側に突出するストッパ５５が一体に設けられており、揺動リンク５２には該ストッパ５５を挿入させる規制孔５６が設けられる。したがって、規制孔５６の内側面にストッパ５５が当接することにより、図７で示した位置よりも揺動リンク５２および第５中手リンク２８5 が上方に回動するのを阻止されており、規制孔５６の内側面およびストッパ５５間の間隔δだけ、揺動リンク５２が軸２４の軸線まわりに揺動可能となっている。しかも該ストッパ５５および規制孔５６の構造により、板ばね５４に初期荷重が与えられる。
【００３４】
このような第５指Ｆ5 において、流体圧アクチュエータ３６5 は、第５中手リンク２８5 内において基部Ｂと第５基節リンク２９5 との間に介在しており、その駆動により最初は第５基節リンク２９5 を握る方向に屈折せしめるが、第５基節リンク２９5 に負荷が生じたときには、揺動リンク５２を握る方向に屈折せしめるものである。この構造によれば、同一のアクチュエータで２つの関節が駆動されるので、いずれか負荷の大きい方の関節は伸ばされ、負荷の小さい方の関節は屈折する。この特質は物を握った場合には、握る力を均等にする効果が生じることになり、重量低減、システム簡略化の効果があり、全体を小型に構成できる。
【００３５】
このように掌の一部となる第５中手リンク２８5 の基端部が揺動可能となっていることと、第１指Ｆ1 の回動軸線Ｃが内側に傾いていることとにより、掌の先端部を窄める動きが可能となり、それにより掌の先端部を対象物体に適合した形状、大きさに変化させ、小さなボール等を確実に掴むことが可能となるとともに、狭い穴等に手を通させることが容易となる。
【００３６】
第５基節リンク２９5 と基部Ｂとの間に設けられる流体圧アクチュエータ３６5 は、ユニバーサルジョイント５７を介して基部Ｂに連結されるとともにユニバーサルジョイント５８を介して第５基節リンク２９5 に連結される。
【００３７】
また第５基節リンク２９5 および第５中節リンク３０5 間には流体圧アクチュエータ３７5 、第５中節リンク３０5 および第５末節リンク３１5 間には流体圧アクチュエータ３８5 がそれぞれ設けられる。
【００３８】
ところで、第５指Ｆ5 の各リンク２８5 ，２９5 ，３０5 ，３１5 は、甲側を開放した横断面略Ｕ字状に形成されるものであり、各流体圧アクチュエータ３６5 ，３７5 ，３８5 は、それらの少なくとも一部が第５中手リンク２８5 、第５基節リンク２９5 および第５中節リンク３０5 内にそれぞれ収納されるように配置される。また甲側を開放した形状に在る各リンク２８5 〜３２5 は、図示しないカバーでそれぞれ覆われる。
【００３９】
第２指Ｆ2 の第２中手リンク２８2 と第５指Ｆ5 の第５中手リンク２８5 との間には、基部Ｂにおける第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 を貫通するようにして流体圧アクチュエータ６０が設けられる。この流体圧アクチュエータ６０は、シリンダ体６０ａにその一端から突出するようにしてプランジャ６０ｂが摺動自在に嵌合されて成るものであるが、プランジャ６０ｂの先端が第２中手リンク２８2 に連結ピン６１を介して連結される。一方、シリンダ体６０ａの他端部は、第４中手リンク２８4 の第５中手リンク２８5 側の側壁に設けられた貫通孔６２に遊嵌されて第５中手リンク２８5 側に突出するものであり、このシリンダ体６０ａの他端部に設けられた半円状の当接部６０ｃが第５中手リンク２８5 に当接せしめられる。
【００４０】
しかも支軸２２に関して前記流体圧アクチュエータ６０の配設位置とは反対側で第２中手リンク２８2 および基部Ｂ間にはばね６３が縮設され、支軸２２に関して前記流体圧アクチュエータ６０の配設位置とは反対側で第５中手リンク２８5 と、基部Ｂに軸２４を介して連結される揺動リンク５２との間にはばね６４が縮設され、ばね６４のばね荷重は前記ばね６３のばね荷重よりも大きく設定される。
【００４１】
このような構成で、流体圧アクチュエータ６０を伸展すると、図８で示すように、第２指Ｆ2 および第５指Ｆ5 は手を広げる方向に外展する。この際、指に負荷がかからない状態では、ばね６３のばね荷重がばね６４のばね荷重よりも小さいことから、外展は先ず第２指Ｆ2 の方から生じ、第２指Ｆ2 に負荷がかかったときに、第５指Ｆ5 が外展を開始する。第２指Ｆ2 への負荷は、実際に物に接触して負荷が生ずることもあるし、第２指Ｆ2 が最大回動量だけ回動したときにも生じる。この構成の特徴は、第２指Ｆ2 を外展方向に位置決めする場合、第５指Ｆ5 は図１の位置に保持されて、外展しないから、手を必要以上に大きくすることがない点である。手が必要以上に大きくならないことは、狭い場所での作業を行う上で大切な要件である。更に特筆すべきは、単一の流体圧アクチュエータ６０で第２および第５指Ｆ2 ，Ｆ5 を駆動するコンパクトな構成としたことである。
【００４２】
なお、第３指Ｆ3 の第３中手リンク２８3 における第２中手リンク２８2 側の側面には第２中手リンク２８2 が第３中手リンク２８3 に近接移動したときに第３中手リンク２８3 を受ける弾性材料製の受け部材６５が固着され、第４指Ｆ4 の第４中手リンク２８4 における第５中手リンク２８5 側の側面には第５中手リンク２８5 が第４中手リンク２８4 に近接移動したときに第５中手リンク２８5 を受ける弾性材料製の受け部材６６が固着される。
【００４３】
図１０において、第１指Ｆ1 全体を駆動するための流体圧アクチュエータ３５には第１流体圧源６７1 が接続され、第１指Ｆ1 の流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 には第２流体圧源６７2 が共通に接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３６2 には第３流体圧源６７3 が接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３７2 ，３８2 には第４流体圧源６７4 が共通に接続され、第２および第５指Ｆ2 ，Ｆ5 を開閉駆動するための流体圧アクチュエータ６０には第５流体圧源６７5 が接続され、第３、第４および第５指Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 の各流体圧アクチュエータ３６3 〜３６5 ，３７3 〜３７5 ，３８3 〜３８5 には第６流体圧源６７6 が共通に接続される。而して各流体圧源６７1 〜６７6 は、手首関節を経由して前腕部または上腕部に収納される。
【００４４】
このように第１指Ｆ1 （親指）および第２指（人指し指）の自由度と、それ以外の指の自由度について配分を変えることにより、器用な動作が要求される指（親指および人指し指）には多くの自由度を配分することができ、それによって狭いハンド内部に実用的な自由度を確保することができる。
【００４５】
ところで、第１ないし第４流体圧源６７1 〜６７4 は第１グループＧ1 に属して第１の種類のもので構成されるのに対し、第５および第６流体圧源６７5 ，６７6 は第２グループＧ2 に属して第１の種類とは異なる第２の種類のもので構成される。
【００４６】
図１１において、第１の種類の流体圧源６７1 〜６７4 は、モータＭの出力軸６８にスプライン６９を介して結合されるとともに軸方向の移動を阻止されたナット７０と、軸線まわりの回転を阻止されるとともにナット７０にボールねじ７１を介して螺合されたスクリュウ軸７２と、該スクリュウ軸７２に連結されるピストン７３と、該ピストン７３を摺動自在に嵌合させるとともにピストン７３との間に流体圧室７５を形成するシリンダ体７４とを備え、モータＭの作動に応じて流体圧室７５から流体圧が出力される。而して第１グループＧ1 に属する各流体圧源６７1 〜６７4 は、ボールねじ７１を用いているので摩擦損失が少なく、制御性に優れたものとなる。
【００４７】
図１２において、第２の種類の流体圧源６７5 ，６７6 は、減速機Ｇを有するモータＭに連なるスクリュウ軸７６と、軸線まわりの回転を阻止されてスクリュウ軸７６に螺合されるナット７７と、該ナット７７に連結されるピストン７８と、該ピストン７８を摺動自在に嵌合させるとともにピストン７８との間に流体圧室８０を形成するシリンダ体７９とを備え、モータＭの作動に応じて流体圧室８０から流体圧が出力される。而して第２グループＧ2 に属する各流体圧源６７5 ，６７6 は、摩擦損失が第１グループＧ1 のものよりも多少多くなるが、流体圧室８０側からの反力によりモータＭが逆転されることはない。 このようにして、第３指Ｆ3 ないし第５指Ｆ5 すなわち力仕事をする指は、流体圧源６７1 〜６７4 からの作用では動くが、一旦荷物を保持する形をハンドが実現すれば、荷物を運搬中にハンド部分がエネルギーを消耗することはない。これにより、移動ロボットや将来の義手の実現で、電池などのエネルギー源を小型化できる。
【００４８】
各流体圧源６７1 〜６７6 におけるモータＭおよびシリンダ体７４，７９の寸法は、基本的にどの程度の速度と力で幾つの流体圧アクチュエータを駆動するかで定まるものであり、したがって各流体圧源６７1 〜６７6 の寸法は同一とは限らない。
【００４９】
再び図５および図６に注目して、第２指Ｆ2 における第２中手リンク２８2 および第２基節リンク２９2 間に設けられる流体圧アクチュエータ３６2 に第３流体圧源６７4 からの流体圧を導く流体圧導管８２は、高剛性である金属により全体として弾性を有するように形成されるものであり、流体圧アクチュエータ３６2 の流体圧室３６ｃに通じるようにしてシリンダ体３６ａに半田付けまたはろう付けされる。この流体圧導管８２は極めて細く、かつ薄肉ではあるが内径が小径であるために良く高圧にも耐えられる。たとえば内径が０．８ｍｍφで肉厚が０．１ｍｍの場合を想定するに、この流体圧導管８２に６０ｋｇ／ｃｍ2 の高圧作動流体が流れても流体圧導管８２にかかる応力は高々２．４ｋｇ／ｍｍ2 に過ぎない。また流体圧導管８２の長さは相対運動により受ける変形応力の最大値が当該構成材料の疲労限界値を超えないように設定されている。
【００５０】
またシリンダ体３６ａには、エア抜き管８３が流体圧室３６ｃに通じるようにして前記流体圧導管８２とは別に半田付けまたはろう付け結合され、該エア抜き管８３の先端部は、流体圧室３６ｃに充満させた作動流体中に混在するエアを抜いた後、機械的に潰されて閉じられる。このエア抜き管８３としては、機械的な潰し力に対し、良好な密着性をもたらす銅合金製であることが望ましい。この場合もエア抜き管８３の内径が小径であるため、一度潰したシール部分を作動流体の圧力が開こうとしても、有効断面積が足りず、銅合金の変形を元に戻すだけの力は発生しない。エア抜き作業は最終組立時に一度だけ行うものであるが、市場に出荷されたあと、分解修理を行った段階でも必要となる。分解修理時に空気抜きを行う場合には、潰れた部分を再び元に戻すか、または先端部を切り捨ててエア抜き管８３を開口し、エア抜き終了後にでも再度潰すことが可能である。
【００５１】
図１３および図１４を併せて参照して、第２指Ｆ2 の第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 間に設けられる流体圧アクチュエータ３７2 に、第４流体圧源６７4 からの流体圧を導く流体圧導管８４は、第２中手リンク２８2 および第２基節リンク２９2 に跨がって延設され、流体圧アクチュエータ３７2 の流体圧室３７ｃに通じるようにしてシリンダ体３７ａに半田付けまたはろう付け結合される。しかも該流体圧導管８４には、第２中手リンク２８2 および第２基節リンク３０2 を連結する連結軸３２2 を囲繞するコイル部８４ａが形成され、該コイル部８４ａの一側で、流体圧導管８４が第２中手リンク２８2 に固定される。すなわち、第２中手リンク２８2 側では、第２中手リンク２８2 の一部がパンチングで半分打ち抜かれて係止爪８５が形成され、この係止爪８５に流体圧導管８４が係止、固定される。このようにすると、組み立て時に流体圧導管８４を係止爪８５の下側に通した後、係止爪８５を曲げて流体圧導管８４を固定することができ、第２中手リンク２８2 にカバー４７を固定する前に、流体圧導管８４を固定することができ、取扱性が向上する。一方、第２基節リンク２９2 側では、連結軸３２2 を介して第２基節リンク２９2 に連結されたシリンダ体３７ａに流体圧導管８４が固定されることになる。
【００５２】
また流体圧導管８４を固定する係止爪８５をカバー４７側に設けてもよく、その場合、係止爪８５の部分で第２中手リンク２８2 を部分的に切欠いておくと、流体圧導管８４を係止爪に係止させたことを外部から確認でき、品質保証を確実にすることができる。
【００５３】
このような構成によると、流体圧導管８４のコイル部８４ａは、第２基節リンク２９2 が連結軸３２2 のまわりに回動したときに、その動きを押し戻す捩りコイルばねとして働くことになる。このコイル部８４ａは、第２基節リンク２９2 が連結軸３２2 のまわりに最大角度回動したときに、流体圧導管８４に生じる応力の最大値が、流体圧導管８４の許容応力値を越えないように、また機械的ばね力が所望の大きさとなるように、そのコイルピッチ径や巻数が設計される。なおコイル部８４ａによるばね力が不足するときには、通常のコイルばねを補助的に用いるようにしてもよい。
【００５４】
流体圧アクチュエータ３７2 にもエア抜きのためのパイプは必要であるが、この流体圧アクチュエータ３７2 と、第２中節リンク３０2 および第２末節リンク３１2 間に設けられる流体圧アクチュエータ３８2 とは、図１０で示したように、第４流体圧源６７4 に共通に接続されるので、エア抜きパイプの代わりに、流体圧アクチュエータ３８2 に流体圧を導く流体圧導管８６の一端が流体圧アクチュエータ３７2 の流体圧室３７ｃに接続される。このようにすると、両流体圧アクチュエータ３７2 ，３８2 に共通の第４流体圧源６７4 から作動流体を導くのに分岐管が不要となる。
【００５５】
流体圧導管８６も、上述の流体圧導管８４と同一の材料により構成されるものであり、その一端は、流体圧アクチュエータ３７2 の流体圧室３７ｃに通じるように該流体圧アクチュエータ３７2 のシリンダ体３７ａに半田付けまたはろう付け結合され、また他端は、流体圧アクチュエータ３８2 の流体圧室３８ｃに通じるように該流体圧アクチュエータ３８2 のシリンダ体３８ａに半田付けまたはろう付け結合される。この流体圧導管８６も第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 に跨がって延設されるものであり、第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 を連結する連結軸３３2 を囲繞する弾発手段としてのコイル部８６ａが流体圧導管８６に形成される。また該流体圧導管８６は、第２基節リンク２９2 側では第２基節リンク２９2 に設けられた係止爪８７に係止、固定され、第２中節リンク３０2 側では流体圧アクチュエータ３７2 に固定されることになる。 このような構成により、流体圧導管８６のコイル部８６ａは、第２中節リンク３０2 が連結軸３３2 のまわりに回動したときに、その動きを押し戻す捩りコイルばねとして働くことになる。
【００５６】
さらに流体圧アクチュエータ３７2 のシリンダ体３７ａには、その流体圧室３７ｃに通じるエア抜き管８８が半田付けまたはろう付けで結合され、このエア抜き管８８の先端部は、流体圧室３７ｃのエア抜き終了後に潰される。
【００５７】
第２中節リンク３０2 および第２末節リンク３１2 間には、それらのリンク３０2 ，３１2 を連結する連結軸３４2 を囲繞する弾発手段としてのねじりばね８９が設けられ、該ねじりばね８９の両端は、第２中節リンク３０2 に設けられた係止爪９０ならびに第２末節リンク３１2 に設けられた係止爪９１にそれぞれ係止固定される。
【００５８】
しかもこのねじりばね８９のばね力は、流体圧導管８６のコイル部８６ａがばねとして発揮するばね力よりも大きく設定されている。これは次のような理由からである。すなわち第２中節リンク３０2 を駆動する流体圧アクチュエータ３７2 と、第２末節リンク３１2 を駆動する流体圧アクチュエータ３６2 とに第４流体圧源６７4 から同圧の作動流体を供給し、把持物体に対する接触圧を均等化しているが、第２末節リンク３１2 を戻すばね力が第２中節リンク３０2 を戻すばね力よりも大きくされていることにより、第２指Ｆ2 が物体に未だ接触しない状態で曲げられるときには、先ず第２中節リンク３０2 から曲げられるようになる。そうすることにより、手が物を掴もうとして目標物に近づくときのプリシェーピング（物を掴むのに適した形状）を簡潔な構造で再現できる。例えば手で手摺りを掴もうとする場合の指の形は、中手リンクに対して基節リンクはやや曲げられ、基節リンクに対して中節リンクは沢山曲げられるが、中節リンクに対して末節リンクは殆ど曲げられることはない。これは末節リンクを沢山曲げた状態で手摺りに近づけば、不必要な物体と手が衝突することを、長い年月をかけて人間は体得しているからである。一方で手提げを掴む動作の場合には、手提げに指を通すまでは上記のプリシェーピングと同じであるが、その後は末節リンクを大きく曲げて、手提げが指から逃げないように指の形を作ってから下げる動作に入る。本実施例によれば、中節リンクの回動角度が最大となった後は、圧力が高まり、末節リンクも曲げられるので上記動作を再現できる。本実施例ではばねの強さを変える事例を提示したが、ばね以外にも流体圧シリンダのシリンダ内径を変えること、あるいはリンク間を連結する連結軸と流体圧シリンダのリンクへの連結点との間の距離を変えることによっても同じ効果を得ることができる。
【００５９】
第１指Ｆ1 については、第１中手リンク２８1 および第１基節リンク２９1 を連結する連結軸３２1 を囲繞するコイル部が、流体圧アクチュエータ３８1 に流体圧を導く流体圧導管に形成され、第１基節リンク２９1 および第１末節リンク３１1 間には、前記コイル部が発揮するばね力よりも小さなばね力を発揮するばねが設けられる。したがって第１指Ｆ1 については、第１末節リンク３１1 が第１基節リンク２９1 に比べて大きく曲がるようにしたプリシェーピングが可能となる。
【００６０】
また第３指Ｆ3 、第４指Ｆ4 および第５指Ｆ5 のばね構造については、上記第２指Ｆ2 のばね構造と基本的に同一である。
【００６１】
ところで、第５指Ｆ5 のように、第５基節リンク２９5 および第５中節リンク３０5 の長さが短く、流体圧アクチュエータ３７5 ，３８5 の長さが充分にとれない場合には、例えば流体圧アクチュエータ３８5 のピボット位置４４′を連結軸３３5 に近づけてストロークを倹約するが、そうすると、流体圧アクチュエータ３８5 が連結軸３４5 に近づき過ぎて、第５基節リンク２９5 および第５中節リンク３０5 間のコイル状のばねと干渉する。しかるに、図６で示すように、流体圧アクチュエータ３８5 のセンター軸に対して結合する前記ピボット位置４４′をオフセットすることで、干渉を逃げることができる。
【００６２】
各流体圧導管８４…は、五本の指から関節自由度の分だけ集められ、手首の関節を介して前腕部に到達する。また手首の部分でも関節の作動角度は大きいので、同じようなコイル状パイプで作動流体を供給することができる。この際、手首関節は指の関節に比べれば太いので、コイルも大径に設計でき、パイプを少し太めに設計してもコイルがばねとして働く時に生ずる曲げ応力を許容範囲に収められる。また太いパイプはそれだけ管路抵抗も小さいから、供給流量を多くでき、素早い動作を可能にする。パイプを途中から太くするには、太いパイプに細いパイプを差し込んで半田付けまたはろう付けすればよく、この場合もパイプ径が非常に細く、従って熱容量が極めて小さく、しかも体積に対する表面積の割合が大きくて冷却性が良くなる事実を利用しているので半田付けやろう付けが可能になる。すなわち太いパイプの開口端部分を温めても、細いパイプの開口部までは温まらず、従って半田またはろうが回り込んで開口部を閉ざしてしまう虞がないからである。
【００６３】
途中でパイプをろう付け等で接合できることは、組み立て性を保証する上で多くの利点をもたらす。即ち手のような狭い場所に多くのアクチュエータ、関節を組み立てなければならない時には、組み立ての作業性が高くないと、非常に熟練した作業者によって長時間かけてしか組み立てることができず、結果として高価なものになる。しかし配管の一部を組立て体の途中で容易に接合・又は分断できる技術が開発されるので組立て性や修理性は著しく向上する。
【００６４】
即ち長期の使用時に、機能的に不具合が生じて分解修理するような場合にも、単純に半田ごてで温めるだけで容易にパイプを分断できるので修理時間が短縮され、且つ修理費用も低廉な費用で賄える。尚、太さの違うパイプの接合として半だ付けまたはろう付けを例示したが、作動流体に侵されない材質なら接着剤も利用可能である。この場合には、スペースの省略と組み立て性の向上がさらに期待できる。
【００６５】
従来でもパワーステアリングやブレーキなど大型の流体圧機器では、当然配管はねじ等で流体圧機器に組付けられ、出荷組み立て時、及び修理分解組み立て時の作業性を確保してきた。しかしここに例示するハンド等のミニチュア構造体では、等尺でねじを小さく出来ないから、配管の結合部分のみはどうしても小さくできず、アイデアとしては流体圧を用いるハンドの先行技術は在るが、実際に具現化する場合には流体圧レベルを下げて力の弱いハンドになるか、或いは自由度を少なくして限られたスペースに収めるしか方法がなかった。また、従来技術では、相対的に運動する部分への作動流体の供給手段としてゴムホースを用いることが一般的であったが、ここに例示するハンドのように細いスペースしかない指が、９０度近くも曲がる場所では、ゴムの曲げ半径が耐久上小さくとれないので、やはり実用的なものは設計できなかった。
【００６６】
次にこの第１実施例の作用について説明すると、第１ないし第５指Ｆ1 〜Ｆ5 にそれぞれ付設される流体圧アクチュエータ３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 の少なくとも一部は、対応するリンク２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 内に収納、配置されるので、全体構成をコンパクトに纏めることが可能となる。しかもカバー４７〜４９を外した状態では各リンク２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 ，３１1 〜３１5 は基本的にＵ字溝の形状をしており、上から流体圧アクチュエータ３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 を組付けていける。すなわち、既に流体圧導管８４…，８６…が接続された状態に在る各リンク２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 ，３１1 〜３１5 を図１で示す状態に並べて配置し、これらアクチュエータ３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 を上からＵ字溝に入れていき、連結軸３２1 ，３２2 ，３２5 …，３３1 ，３３2 ，３３5 …，３４1 ，３４2 ，３４5 …のピンを横から挿入すれば、組み立てられる。その際にも連結軸３２1 ，３２2 ，３２5 …，３３1 ，３３2 ，３３5 …が流体圧導管８４…，８６…のコイル部８４ａ…，８６ａ…を通ることが目視により確認でき、品質を保証し易い。この際、センサなどからの信号線( 図示せず）があるが、信号線は予め各リンク２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 ，３１1 〜３１5 のＵ字溝内部に敷設しておくことが可能で、アクチュエータ３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 の組付け性を阻害することはない。
【００６７】
組付けが終了した時点で、エア抜き管８３…，８８…からのエア抜き作業を行なうが、この作業も全体が開放されているので、行い易い。
【００６８】
またねじりばね８９…の組付けも全て上から( 一方向から )実施でき、組付け性が極めて良好である。
【００６９】
しかも各流体圧アクチュエータ３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 は、単動シリンダであり、その単動シリンダの作動方向とは逆方向にリンクを作動せしめる戻しばねとしての機能を、それらの流体圧アクチュエータ３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 に流体圧を導く流体圧導管８４，８６に形成したコイル部８４ａ，８６ａで果たさせるようにしたので、戻し作用を本質的に持たせるようにして、各流体圧アクチュエータ３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 と、それらのアクチュエータ３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 に流体圧を作用せしめる構造をロボットハンド等の狭いスペース内に配置することができる。
【００７０】
さらに各流体圧導管８４，８６は、高剛性の金属材料により形成されるものであり、各リンクの相対運動が生じても本質的に常時定まった形を保持することが可能であり、相互に絡み合うことなく各リンクの機械的運動に巻き込まれることを防止して、安定的な作動流体の供給が可能となる。
【００７１】
図１５および図１６は本発明の第２実施例を示すものであり、上記第１実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００７２】
流体圧アクチュエータ３８2 に流体圧を導く流体圧導管９２は、第２中手リンク２８2 、第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 に跨がって延設されるものであり、第２中手リンク２８2 および第２基節リンク２９2 を連結する連結軸３２2 の部分では、流体圧アクチュエータ３７2 に流体圧を導く流体圧導管８４のコイル部８４ａに隣接して、流体圧導管９２に形成されたコイル部９２ａが連結軸３２2 を囲繞するようにして配置され、このコイル部９２ａの両側で流体圧導管９２は、第２中手リンク２８2 および第２基節リンク２９2 に設けられた係止爪９３…にそれぞれ係止、固定される。また流体圧導管９２の先端部は、流体圧アクチュエータ３８2 の流体圧室３８ｃに通じるように該流体圧アクチュエータ３８2 のシリンダ体３８ａにろう付け等で結合され、第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 を連結する連結軸３３2 を囲繞する弾発手段としてのコイル部９２ｂが流体圧導管９２に形成される。
【００７３】
しかも両コイル部９２ａ，９２ｂ間で流体圧導管９２には、屈曲部９２ｃが形成される。
【００７４】
また流体圧アクチュエータ３７2 には、流体圧導管８４とは別のエア抜き管９４が流体圧室３７ｃに通じるようにしてろう付け等で結合される。
【００７５】
この第２実施例によれば、連結軸３２2 を単純に通過するように流体圧導管９２を配置したときには、第２中手リンク２８2 に対する第２基節リンク２９2 の相対回動が繰り返されたときには、流体圧導管９２が疲労により破損するおそれがあるのに対し、連結軸３２2 を囲繞するコイル部９２ａを流体圧導管９２に形成することにより、そのような疲労の虞が解消される。しかもコイル部９２ａは捩りコイルばねとしての機能も発揮するものであり、コイル部８４ａに加えてコイル部９２ａが連結軸３２2 を囲繞するように配置されるので、巻数を比較的大としてばね力を比較的強く設定可能となる。
【００７６】
しかも２つのコイル部９２ａ，９２ｂの中間部で流体圧導管９２には屈曲部９２ｃが形成されているので、この屈曲部９２ｃにより両コイル部９２ａ，９２ｂ間の距離の製作誤差を吸収することが可能であるとともに、コイル部９２ａ，９２ｂの位置変更の機能も併せ持つことができる。
【００７７】
図１７は本発明の第３実施例を示すものであり、上記各実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００７８】
第１グループＧ1 に属する第１〜第４流体圧源６７1 〜６７4 、ならびに第２グループＧ2 に属する第５および第６流体圧源６７5 ，６７6 は、ボールねじを用いた同一構造（図１１で示した構造）に構成される。但し、第２グループＧ2 の第５流体圧源６７5 は、電気信号で開閉する一方向弁９５を介して流体圧アクチュエータ６０に接続され、第６流体圧源６７6 は、電気信号で開閉する一方向弁９６を介して、第３、第４および第５指Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 の各流体圧アクチュエータ３６3 〜３６5 ，３７3 〜３７5 ，３８3 〜３８5 には共通に接続される。
【００７９】
このような構成で、一方向弁９５，９６を閉じたときには第５および第６流体圧源６７5 ，６７6 からの流体圧を各アクチュエータに作用せしめることができるが、逆流は阻止されるので、ハンド側の外部負荷が流体圧となって第５および第６流体圧源６７5 ，６７6 のモータに反力を及ぼすことを防止することができる。また一方向弁９５，９６を開いたときには、モータを逆転させるにつれてハンドは外部負荷またはそれ自身の関節のばね力により開くことができる。
【００８０】
このような一方向弁としては、本出願人が既に提案している高圧用のソレノイド弁（特開昭６３−１６７１８３号）をそのまま用いることができる。
【００８１】
かかる第３実施例によるときは、モータのエネルギーを効率よく流体圧変換可能となり、消費電力の低減に寄与することができる。
【００８２】
図１８は本発明の第４実施例を示すものであり、上記各実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００８３】
第１指Ｆ1 全体を駆動するための流体圧アクチュエータ３５には第１流体圧源６７1 が接続され、第１指Ｆ1 の流体圧アクチュエータ３６1 には流体圧源６７2Aが、また流体圧アクチュエータ３８1 には流体圧源６７2Bがそれぞれ接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３６2 には第３流体圧源６７3 が接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３７2 ，３８2 には第４流体圧源６７4 が共通に接続され、各流体圧源６７1 ，６７2A，６７2B，６７3 ，６７4 は第１グループＧ1 に属する。また第２および第５指Ｆ2 ，Ｆ5 を開閉駆動するための流体圧アクチュエータ６０には第５流体圧源６７5 が接続され、第３、第４および第５指Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 の各流体圧アクチュエータ３６3 〜３６5 には流体圧源６７6Aが、また各流体圧アクチュエータ３７3 〜３７5 ，３８3 〜３８5 には流体圧源６７6Bがそれぞれ共通に接続され、各流体圧源６７5 ，６７6A，６７6Bは第２グループＧ2 に属する。
【００８４】
この第４実施例によれば、第１指Ｆ1 の関節で自由度が増加するとともに、第３ないし第５指Ｆ3 〜Ｆ5 においては、中手リンク２８3 〜２８5 に対する基節リンク２９3 〜２９5 の動きをそれより先端の関節の動きから独立させることができる。
【００８５】
図１９は本発明の第５実施例を示すものである。
【００８６】
この流体圧源は、エンコーダ９８を有するサーボモータＭの出力軸にギヤ９９，１００を介して連結されるとともにその軸線に沿う移動を阻止されるようにしてハウジング１０２に支承されるナット１０１と、ハウジング１０２に軸線まわりの回転を阻止されるとともに軸方向の移動を可能として支承されつつナット１０１にボールねじ１０３を介して螺合されたスクリュウ軸１０４と、モータＭに隣接した位置で該モータＭの軸線と平行にしてハウジング１０２に結合されるシリンダ体１０５と、シリンダ体１０５との間に流体圧室１０６を形成してシリンダ体１０５に摺動自在に嵌合されるピストン１０７とを備え、流体圧室１０６とは反対側でピストン１０７にスクリュウ軸１０４の端部が当接される。 シリンダ体１０５には、流体圧室１０６に作動流体を導入するための銅合金等から成る注入管１１０がろう付け等で結合されており、この注入管１１０の先端部は、作動流体の注入後に機械的に潰されて閉じられる。
【００８７】
このような流体圧源は、図１１で示した流体圧源に比べると、シリンダ体１０５の軸線に沿う全体長さを短縮可能である。これは、前腕部および上腕部から成るアームに手首関節を介して取付けられるロボットハンドにおいて、アーム内に流体圧源を収納配置する上で大きな利点となる。すなわち長さの短い前腕部および上腕部には、手首関節や肘関節を駆動するためのモータや減速機が収納されるものであり、ハンド用の流体圧源を収納するための前腕部および上腕部内の長手方向の余裕は極めて限られているからである。
【００８８】
しかもモータＭの出力をギヤ９９，１００で減速してナット１０１に伝達することによりモータＭの特性を活かすことができる。またピストン１０７とスクリュウ軸１０４とを分離することにより、スクリュウ軸１０４を急速に後退させたときに、ピストン１０７の急速な追随を回避し、流体圧室１０６の作動流体中の空気が気泡となって生じるのを防止することができる。さらにエンコーダ９８により、関節の屈曲角度を凡そ知ることができる。ここで、凡そというのは、１つの流体圧源で１つの流体圧アクチュエータを駆動する際には正確にと読み代えることができる。而して１つの流体圧源が複数の流体圧アクチュエータを駆動する場合には、その平均の関節屈曲角度はエンコーダ９８で判るとしても、個々の関節の屈曲角度は判らないものであり、これは、均一な把持力を対象物体に及ぼすことを目的したときには止むを得ない選択であり、もし個々の関節屈曲角度をしる必要があるときには、各関節にポテンショまたはアブソリュートエンコーダを装着すればよい。 図２０は本発明の第６実施例を示すものであり、上記各実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００８９】
第１指Ｆ1 全体を駆動するための流体圧アクチュエータ３５には第１流体圧源６７1 ′が接続され、第１指Ｆ1 の流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 には第２流体圧源６７2 ′が接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３６2 には第３流体圧源６７3 が共通に接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３７2 ，３８2 には第４流体圧源６７4 ′が共通に接続される。また第２および第５指Ｆ2 ，Ｆ5 を開閉駆動するための流体圧アクチュエータ６０には第５流体圧源６７5 ′が接続され、第３、第４および第５指Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 の各流体圧アクチュエータ３６3 〜３６5 には第６流体圧源６７6 ′が共通に接続される。
【００９０】
而して第１流体圧源６７1 ′は、流体圧ポンプＰに制御弁１０８が接続されて成るものであり、第２流体圧源６７2 ′は流体圧ポンプＰに制御弁１０９が接続されて成るものであり、第３流体圧源６７3 ′は流体圧源Ｐに制御弁１１０が接続されて成るものであり、第４流体圧源６７5 ′は流体圧ポンプＰに制御弁１１１が接続されて成るものであり、第５流体圧源６７5 ′は流体圧ポンプＰに制御弁１１２が接続されて成るものであり、第６流体圧源６７6 ′は流体圧ポンプＰに一方向絞り１１４を介して制御弁１１３が接続されて成るものである。
【００９１】
ここで、各制御弁は１０８〜１１２で示すようなアナログ制御可能な電磁サーボ弁であってもよいし、また１１３で示すように単純なオンオフ型電磁弁であってもよい。但し電磁サーボ弁を用いるときには、出力の流体圧レベルと流量レベルを制御可能なため、原則的にサーボ弁のみでよいが、上述のオンオフ弁を用いるときには、一方向絞り１１４を直列に接続することで、ハンドを握る方向に駆動するときの速度を緩和し、時間制御をすることで指の屈曲をある程度中間位置で止めることが可能となる。この際、指を伸ばす方向には絞り効果がなくてもかまわないので、絞りに一方向性を持たせてある。
【００９２】
また流体圧ポンプＰの容量を小さくできる効果があるためにアキュムレータ１１５を流体圧ポンプＰに接続しているが、このアキュムレータ１１５を用いることは必要条件ではない。
【００９３】
本発明は微小なアクチュエータに適用した場合にその効果が高いものであるが、アクチュエータの寸法が中規模の場合にも、次のようにモデファイするだけで、容易に適用できる。
【００９４】
即ちシリンダの内径が増大するものにあっては、当然その作業速度を確保するために流体圧導管の外径も大きくすべきであるが、流体圧導管の外径を拡大すると、導管自体の剛性が高くなり過ぎ、本発明の利点は失われる。しかしながら供給流量を増やせばよいのであるから、導管内径を増加させる代わりに、導管の本数を増やしても同じ効果が得られる。一本のシリンダに、同じ小径の導管を２本ろう付けすれば２倍の作動速度が得られ、３本にすれば３倍の速度が得られ、この程度の本数ならば、容易に適用が可能である。
【００９５】
例示したロボットハンドは、本発明の実施の上で好適な事例ではあるが、それ以外にも義手にも使えることは明らかである。また足部の構造もハンドに劣らず狭くて自由度が高い。現在の研究中のロボットの多くは、足関節から下に自由度を配置していないが、爪先立ちの姿勢や、凹凸のある路面を安定して歩行するには、足部にも自由度のある方が望ましい。現在は小型で軽量、且つ制御性に優れたアクチュエータ、及びそのアクチュエータにエネルギーを供給する手法が開発されていない為に研究が止まっている。本発明はこれらの狭くて微細な構造を持ち、繊細な運動を必要とする構造体に広く適用できるものである。
【００９６】
上記各実施例では、直列に連結された複数のリンクから成る指において、隣接リンク間にアクチュエータが設けられ、各流体圧に個別に対応して戻しばねが設けられた人工ハンドについて説明したが、そのような構成では、アクチュエータの個数が多くなることが避けられず、また前記戻しばねの個数も必然的に多くなる。しかも戻しばねの耐久性もより優れたものであることが望ましい。
【００９７】
ところで、直列に連結された複数のリンクから成るリンク装置においては、各リンクを連結する関節の位置（関節角度）をそれぞれ独立に決める必要はなく、全体として柔軟であり、協調動作ができればよい場合がある。たとえば人体において背骨は多数の関節が直列に連結されているが、人体の前屈時にそれらの関節個々が別々の角度で曲がる必要はなく、全体として協調動作をした結果として前屈することができるものである。すなわち複数の関節に跨がる筋肉の収縮に伴って複数の関節が同時に曲がるが、個別の関節がどのように曲がるのかは決まってはいないのである。極端な例として蛇の胴体の運動を見れば判るが、各関節の曲がる角度は巻きつく対象の形状に応じた角度となるだけで、各関節の角度が予め決められているものではない。
【００９８】
ロボットでもこのような関節の駆動が可能であれば、接触する対象の形状に応じて均一な力で接触可能となり、しかもアクチュエータとしては関節の数だけ揃える必要がなく、部品点数を低減してコスト低減を図ることが可能となるとともにアクチュエータを設置するスペースも狭くてすむことになり、大きな効果を期待できるものである。特に人工ハンドでは、必要とする出力が比較的大きいのに対し、アクチュエータの設置スペースは極めて狭いものでり、アクチュエータの個数を関節の数に比べて低減可能であれば、それだけ実用性の高い人工ハンドを提供できることになる。
【００９９】
しかも人工ハンドや人工足部の指は、位置制御よりも力制御で駆動される場合の方が圧倒的に多いものである。たとえば人工ハンドにおいて物を掴んだり、握ったりする場合には、アームの位置制御により人工ハンドが目標位置まで移動せしめられるが、実際に握ったり、掴んだりする動作は、基本的には力制御に依るものである。人工足部についても、背伸びをしたり、歩行中に路面を蹴ったりする動作は基本的に力制御に依るものであり、床が平坦な場合はともかく凹凸のある路面では指は路面の形状に倣うことが必要となる。これに対し、位置制御に依るものは、わずかにプリシェーピングやジェスチャー等の信号伝達を行う場合等に限られる。
【０１００】
従来でも、複数の関節を単一のアクチュエータで駆動するようにしたリンク装置が実現されていないではなかったが、従来のものでは、複数の関節が歯車等を介して駆動されていたので、各関節の駆動角度は伝達歯車比で定まり、位置制御としては機能していたが、力制御の観点では機能せず、対象物に均等な力を及ぼすことができなかった。
【０１０１】
そこで、人工ハンドの指を構成するリンクの少なくとも一部を力制御によるものとしてアクチュエータの個数低減を可能とするとともに、アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する弾性体の個数低減および耐久性向上を可能とした第７実施例について次に説明する。
【０１０２】
図２１、図２２および図２３は本発明の第７実施例を示すものであり、図２１はロボットハンドの右手を甲側から見た平面図、図２２は図２１の２２−２２線拡大断面図、図２３は第１指を曲げた状態での図２１に対応する平面図である。
【０１０３】
先ず図２１において、このロボットハンドは、基部Ｂ´に、第１ないし第５指Ｆ1 ´，Ｆ2 ´，Ｆ3 ´，Ｆ4 ´，Ｆ5 ´が連結されて成るものである。基部Ｂ´には、第１指Ｆ1 ´を軸２０のまわりに回動自在に結合するためのヨーク２１´が設けられるとともに、該ヨーク２１´とは反対側で第５指Ｆ5 ´を軸２４のまわりに回動自在に結合するためのヨーク２５´が設けられており、前記ヨーク２１´には、第２指Ｆ2 ´を回動自在に結合するための支軸２２が設けられる。また第３および第４指Ｆ3 ´，Ｆ4 ´の中手リンクは基部Ｂ´に一体化される。
【０１０４】
図２２を併せて参照して、第１指Ｆ1 ´は、手を握ったり開いたりする方向への回動を可能として基部Ｂ´のヨーク２１´に軸２０を介して連結されるユニバーサルジョイント１２１と、軸２０の軸線とは直交する軸線を有する連結軸１２３を介してユニバーサルジョイント１２１に基端部が連結される第１中手リンク２８1 ´と、第１中手リンク２８1 ´の先端部に前記連結軸１２３と平行な軸線を有する連結軸３２1 を介して基端部が回動自在に連結される第１基節リンク２９1 ´と、第１基節リンク２９1 ´の先端部に前記各連結軸１２３，３２1 と平行な軸線を有する連結軸３４1 を介して基端部が回動自在に連結される第１末節リンク３１1 ´とを備える。
【０１０５】
ユニバーサルジョイント１２１すなわち第１指Ｆ1 ´全体を軸２０のまわりに回動させるために、単動式流体圧シリンダ形式の流体圧アクチュエータ３５が準備される。この流体圧アクチュエータ３５は、軸２０の軸線に対して直角に延びる軸線を有して基部Ｂ´およびユニバーサルジョイント１２１間に設けられるものであり、ユニバーサルジョイント１２１に設けられたヨーク１２１ａに軸２０と平行な軸線を有して支持された連結ピン１２４に、流体圧アクチュエータ３５のピストンロッド３５ａが連結される。またユニバーサルジョイント１２１に設けられたヨーク１２１ｂには、直線運動型アクチュエータである単動式流体圧シリンダ形式の流体圧アクチュエータ３６1 が、連結軸１２３と平行な軸線を有するクレビスピン１２５を介して連結されており、該流体圧アクチュエータ３６1 のピストンロッド３６ａは、第１基節リンク２９1 ´の基端部にクレビスピン１２５と平行な連結ピン１２５を介して連結される。すなわち流体圧アクチュエータ３６1 は、第１のリンクとしてのユニバーサルジョイント１２１と、ユニバーサルジョイント１２１との間に第２のリンクである第１中手リンク２８1 ´を挟んだ第３のリンクとしての第１基節リンク２９1 ´との間にわたって設けられることになる。さらに第１基節リンク２９1 ´および第１末節リンク３１1 ´間には、単動式流体圧シリンダ形式の流体圧アクチュエータ３８1 が設けられる。
【０１０６】
流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 には、共通な流体圧源（図１０および図１７の流体圧源６７2 または図２０の流体圧源６７2 ´）が接続されるものであり、該流体圧源からの流体圧を導く流体圧導管１２７は、高剛性である金属により全体として弾性を有するように形成される。しかも流体圧導管１２７の中間部には、軸２０を囲繞するコイル部１２７ａと、連結軸１２３を囲繞するコイル部１２７ｂとが形成される。而してユニバーサルジョイント１２１の基部Ｂ´に対する軸２０まわりの回動運動、ならびにユニバーサルジョイント１２１に対する第１中手リンク２８1 ´の連結軸１２３まわりの回動運動が生じても、前記両コイル部１２７ａ，１２７ｂにより流体圧導管１２７に過大な荷重が作用することが避けられる。しかもコイル部１２７ａの一端側が基部Ｂ´側に係止されるとともにコイル部１２７ａの他端側がユニバーサルジョイント１２１に係止されており、該コイル部１２７ａは、軸２０のまわりにユニバーサルジョイント１２１を回動駆動する流体圧アクチュエータ３５の駆動力に対抗するばね力をユニバーサルジョイント１２１に作用せしめることができる。
【０１０７】
流体圧導管１２７の端部はろう付けや半田付け等により流体圧アクチュエータ３６1 の圧力室に接合されており、流体圧アクチュエータ３６1 および流体圧アクチュエータ３８1 の圧力室は、図示しない流体圧導管で相互に接続される。
【０１０８】
したがって流体圧源からの流体圧作用により両流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 はともに伸長作動するが、その際の両流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 の伸長度合いは、両流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 に作用する負荷の大きさによって定まる。
【０１０９】
流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 の駆動力に対抗する弾発力を発揮させるために、たとえばゴムにより無端ベルト状に形成される弾性体１２２1 が準備される。この弾性体１２２1 の一端は、ユニバーサルジョイント１２１のヨーク１２１ｂに設けられた係止ピン１２８に係合され、第１末節リンク３１1 ´の先端に設けられた係止ピン１２９に弾性体１２２1 の他端が係合される。
【０１１０】
このような第１指Ｆ1 ´を駆動するために、流体圧アクチュエータ３５を伸長作動せしめると、ユニバーサルジョイント１２１すなわち第１指Ｆ1 全体は軸２０のまわりに回動し、第１指Ｆ1 ´が第２ないし第５指Ｆ2 ´〜Ｆ5 ´に向き合う側すなわち掌側に屈曲されることになる。また流体圧アクチュエータ３５の流体圧を解放すると、流体圧導管１２７のコイル部１２７ａが発揮する弾発力により第１指Ｆ1 ´全体が元の位置に戻される。 また流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 に流体圧を作用せしめると、流体圧アクチュエータ３６1 の伸長作動に応じて、第１中手リンク２８1 ´がユニバーサルジョイント１２１に対して連結軸１２３のまわりに回動するとともに、第１基節リンク２９1 ´が第１中手リンク２８1 ´に対して連結軸３２1 のまわりに回動する。また流体圧アクチュエータ３８1 の伸長作動に応じて第１末節リンク３１1 ´は第１基節リンク２９1 ´に対して連結軸３４1 のまわりに回動することになる。このようにして、第１指Ｆ1 ´は、図２３で示すように、第２指Ｆ2 ´側に屈曲される。
【０１１１】
このような第１指Ｆ1 ´の第２指Ｆ2 ´側への屈曲時に、弾性体１２２1 は伸長せしめられ、流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 が発揮する駆動力に対抗する弾性力を発揮している。この際、弾性体１２２1 と第１指Ｆ1 ´を構成する各部材との間の摩擦力を無視し得る程小さくしておけば、弾性体１２２1 の張力はその全長にわたって均等となり、弾性体１２２1 に作用する荷重が比較的大きくても比較的長い弾性体１２２1 の全長にわたって荷重を分散させることにより弾性体１２２1 の最大応力値が比較的低く抑えられる。また流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 の流体圧を解放したときには、弾性体１２２1 の弾性力により第１指Ｆ1 ´は図２１で示す元の位置に戻され、この状態を維持するように弾性体１２２1 には初期張力が与えられている。
【０１１２】
第２指Ｆ2 ´は、基部Ｂ´におけるヨーク２１´に設けられた支軸２２に微小角度の回動を可能として結合される第２中手リンク２８2 ´と、第２中手リンク２８2 ´の先端部に連結軸３２2 を介して基端部が回動自在に連結される第２基節リンク２９2 ´と、第２基節リンク２９2 ´の先端部に連結軸３３2 を介して基端部が回動自在に連結される第２中節リンク３０2 ´と、第２中節リンク３０2 ´の先端部に連結軸３４2 を介して基端部が回動自在に連結される第２末節リンク３１2 とを備える。
【０１１３】
第２中手リンク２８2 ´および第２基節リンク２９2 ´間には流体圧アクチュエータ３６2 が設けられ、第２基節リンク２９2 ´および第２中節リンク３０2 ´間には流体圧アクチュエータ３７2 が設けられ、第２中節リンク３０2 ´および第２末節リンク３１2 ´間には流体圧アクチュエータ３８2 が設けられる。
【０１１４】
しかも第２基節リンク２９2 ´および第２中節リンク３０2 ´を相互間に挟んだ第２中手リンク２８2 ´および第２末節リンク３１2 ´間には、前記各流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 の駆動力に対抗する弾発力を発揮する弾性体１２２2 が、各流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 の縮小状態での初期張力を与えられた状態で張設される。
【０１１５】
この第２指Ｆ2 ´の構造では、流体圧アクチュエータ３６2 が伸展すると、第２基節リンク２９2 ´が第２中手リンク２８2 ´に対して連結軸３２2 のまわりに掌側に回動せしめられ、流体圧アクチュエータ３７2 が伸展すると、第２中節リンク３０2 ´が第２基節リンク２９2 ´に対して連結軸３３2 のまわりに掌側に回動せしめられ、流体圧アクチュエータ３８2 が伸展すると、第２末節リンク３１2 ´が第２中節リンク３０2 ´に対して連結軸３４2 のまわりに掌側に回動せしめれらる。而して流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 の流体圧解放に応じて、各リンク２９2 ´，３０2 ´，３１2 ´は、弾性体１２２2 の弾発力により元の状態に復帰せしめられる。
【０１１６】
第３、第４および第５指Ｆ3 ´，Ｆ4 ´，Ｆ5 ´は、第２指Ｆ2 ´と基本的に同一の構成を有するものであり、詳細な説明を省略する。
【０１１７】
この第７実施例の作用について説明すると、第１指Ｆ1 ´において、流体圧アクチュエータ３６1 は、第１のリンクであるユニバーサルジョイント１２１と、該ユニバーサルジョイント１２１との間に第２のリンクである第１中手リンク２８1 ´を挟んでユニバーサルジョイント１２１に直列に連結される第３のリンクとしての第１基節リンク２９1 ´との間に設けられるものであり、単一の流体圧アクチュエータ３６1 で２つの関節を駆動し得る構成となっているので、流体圧アクチュエータの個数を低減して部品点数を低減することが可能となるとともに流体圧アクチュエータの設置スペースが少なくて済む。これは、人工ハンドのように非常に狭い場所に多くの関節を配置しなければならない構造にとっては極めて有効な構成である。
【０１１８】
特に人工足部に適用したときには、指の柔軟性が不整地路面の歩行には欠かせないので、複数の関節を単一のアクチュエータで駆動できることは、小型でかつ軽量な人工足部を構成する上で重要な要素となるとともに、均一な作用力で路面に接地させることも可能となる。また歩行ロボットの背骨の構成にも適用可能であり、その場合、より少ないアクチュエータで柔軟な動きを実現できるので、その分だけ搭載機器を少なくして高度なロボットの実現を早めることができる。
【０１１９】
しかも単一の流体圧アクチュエータ３６1 で駆動される第１中手リンク２８1 ´および第１基節リンク２９1 ´は、それらのリンク２８1 ´，２９1 ´が接触する対象物の形状に応じて屈曲作動するものであり、各リンクを個別に駆動するアクチュエータを個別に力制御するものに比べると、制御用コンピュータの構成が単純であり、安価でかつ信頼性の高い制御システムを構築することが可能となる。
【０１２０】
ところで、人工ハンドの場合には、他の指Ｆ2 ´〜Ｆ5 ´に比べて第１指Ｆ1 ´すなわち親指の動きは極めて重要であり、親指が柔軟な動きをするかどうかが器用な動作実現の鍵となる。しかるに、第１指Ｆ1 ´の基端部であるユニバーサルジョイント１２１が基部Ｂ´に連結される構成とされているので、第１指Ｆ1 ´が軸２０のまわりと、連結軸１２３のまわりとの二方向に回動可能となり、把持機能から手のひらを一杯に広げて大きな物体を支える動きに至るまで多様な動きを再現することができる。しかもこのような動きを実現するにあたって、特別なアクチュエータを用いることなく、図１で示した第１実施例において第１中手リンク２８1 を回動せしめる流体圧アクチュエータ３５をそのまま利用することができるので、アクチュエータの個数を増やすことなく小型軽量化を図ることができる。
【０１２１】
さらに流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 の駆動力に対抗する弾性力を発揮する弾性体１２２1 が、相互間に第１中手リンク２８1 ´および第１基節リンク２９1 ´を介在させたユニバーサルジョイント１２１および第１末節リンク３１1 ´間に設けられ、流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 の駆動力に対抗する弾性力を発揮する弾性体１２２2 が、相互間に第２基節リンク２９2 ´、第２中節リンク３０2 ´を介在させた第２中手リンク２８2 ´および第２末節リンク３１2 ´間に設けられることにより、弾性体１２２1 ´，１２２2 ´の個数を低減して部品点数の低減に起用することができるとともに、弾性体１２２1 ´，１２２2 ´の長さを比較的長くして弾性体１２２1 ，１２２2 の最大応力値を低く抑え、弾性体１２２1 ，１２２2 の耐久性を向上することができる。
【０１２２】
このように流体アクチュエータの個数低減を図ることが可能となるとともに、弾性体の個数低減および耐久性向上を図ることが可能となることにより、高度ロボットの実現をより容易とすることができる。すなわち、現在の歩行ロボット等の高度ロボットの最大の問題点は、関節の個数が増えると必然的にアクチュエータの個数が増大し、そのアクチュエータを制御する電子機器の数も増大することで消費エネルギーの増大、搭載機器重量の増大および寸法の増大を招くことであり、この第７実施例の構成によれば、関節の増大が必ずしも上記欠点を伴わないことになる。
【０１２３】
この第７実施例において、流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 が共通の流体圧源に接続されるとして説明したが、両流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 が相互に独立した流体圧源に個別に接続されるものであってもよく、また流体圧アクチュエータに代えて、たとえばモータの回転をねじ等利用して直線運動に変化するアクチュエータを用いることも可能である。但し、現在の技術では小型のモータで高出力のものがなく、所望の操作力を得るにはモータが大きくなり過ぎてリンク装置が巨大なものになるか、力不足になるであろう。さらに弾性体としてゴムを用いるのに代えて、たとえば金属製のコイルばねを用いることも可能であり、３以上の複数の関節を単一のアクチュエータで駆動するようにすることも可能である。
【０１２４】
また、流体圧源のアクチュエータは両端で回転自在に支持されるものを例示したが、プランジャーにラック歯を設けてこれと噛み合うピニオンを各リンクの回転軸に一体に設け、プランジャーの伸展縮退に応じてピニオンが回転し、結果的にリンクが駆動されるように構成することも可能である。
【０１２５】
またここに例示したコイルの形状は、ピッチ径の同じコイルを示したが、ゼンマイばねのように各コイル毎にピッチ径が異なるように構成しても、同じ効果が得られる。
【０１２６】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく、種々の設計変更を行なうことが可能である。
【０１２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明は、相対運動を可能として順次連結される複数のリンクと、それらのリンクに付設される流体圧アクチュエータとを備えるリンク装置において、各リンクは、相互に隣接するリンクの基端部および先端部間に連結軸を介在させて相互に連結され、相互に隣接するリンク間には、前記各連結軸まわりの相対運動を各リンクに生じさせる流体圧アクチュエータが設けられ、流体圧アクチュエータの少なくとも一部が、対応するリンク内に収納、配置されるので、リンク装置をコンパクトに構成することが可能となる。また各流体圧アクチュエータの流体圧室に流体圧を導く流体圧導管のうち少なくとも２つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられる流体圧導管には、相互に隣接するリンク相互を連結する連結軸を囲繞して、その隣接するリンク相互に前記相対運動が生じたときにその動きを押し戻す方向に弾発力を発揮し得る捩りコイルばねとして働くコイル部が形成されるので、流体圧導管に、隣接するリンク相互に相対運動が生じたときにその動きを押し戻す方向に弾発力を発揮し得る捩りコイルばねとしてのばね機能をもたせることができ、したがって、アクチュエータと、そのアクチュエータに流体圧を作用せしめる構造を狭いスペース内に配置可能となる。
【０１２８】
また請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、流体圧導管は、少なくとも３つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられ、該流体圧導管には、各リンク相互を連結する少なくとも２つの連結軸をそれぞれ囲繞するコイル部が形成されるとともに、各コイル部間で屈曲した屈曲部が形成されるので、隣接リンクの相対運動の繰り返しに伴う疲労の軽減とばね機能とを併せて流体圧導管に持たせることができ、しかも屈曲部により両コイル部間の距離調節が可能となる。
【０１２９】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、流体圧アクチュエータの流体圧室には、該流体圧室からのエア抜き後に先端部が機械的な変形により閉じられるエア抜き管が、流体圧導管とは別に連結されるので、スペースを要しない極めて容易な作業で流体圧回路からのエア抜きを行なうことができる。
【０１３０】
請求項４記載の発明の人工ハンドでは、上記請求項１〜３のいずれかに記載のリンク装置で、基部に連結される複数の指がそれぞれ構成されるので、人工ハンドをコンパクトに構成することができる。
【０１３１】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、指の一部を構成するリンクを屈曲させる駆動力を発揮可能な第１の流体圧アクチュエータと、第１の流体圧アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する第１の弾発手段と、指の一部を構成して前記リンクに連結されるリンクを屈曲させる駆動力を発揮可能として第１の流体圧アクチュエータと共通の流体圧源に接続される第２の流体圧アクチュエータと、第２の流体圧アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する第２の弾発手段とを備え、第１の流体圧アクチュエータの駆動力および第１の弾発手段の弾発力の差と、第２の流体圧アクチュエータの駆動力および第２の弾発手段の弾発力の差とが、相互に異なって設定されるので、指を構成するリンクの屈曲順序を自在に設定し、手が物を掴もうとして目標物に近づくときのプリシェーピング（物を掴むのに適した形状）を簡潔な構造で再現することができる。
【０１３２】
請求項６記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部には、第１指の基端部が軸を介して回動可能に連結され、該軸の軸線は、基部に連結される第２ないし第５指の延伸方向と略平行な方向から第２ないし第５指側に傾斜して配置されるので、第１指を駆動するアクチュエータのわずかな作動により第１指を他の指と向き合う位置まで回動することができ、上記アクチュエータの所要作動量を小さくし、該アクチュエータの小型化を図ることができる。
【０１３３】
請求項７記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結される第１ないし第５指のうち少なくとも１本の指に設けられて、当該指を曲げる方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが、前記当該指に作用する外力による逆動を不能とした流体圧源に接続されるので、力仕事を受け持つ指については、流体圧源からの作用では動くが、一旦荷物を保持する形をハンドが実現すれば、荷物を運搬中に各指でエネルギーを消耗することをなくし、電池などのエネルギー源を小型化することができる。
【０１３４】
請求項８記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結さ れる第１ないし第５指のうち第２指および第５指の基端部の少なくとも一方が、それらの指の先端部間の間隔を増減可能として基部に連結され、第２指および第５指間には前記間隔を増減可能なアクチュエータが設けられ、第２指および基部間には前記アクチュエータの間隔増大方向の力に対抗するばね力を発揮するばねが設けられ、第５指および基部間には前記アクチュエータの間隔増大方向の力に対抗するとともに前記ばねのばね力とは異なるばね力を発揮するばねが設けられるので、単一のアクチュエータによるコンパクトな構成で、手を広げる方向に第２指および第５指を外展作動せしめることができ、この際、指に負荷がかからない状態での外展を第２指および第５指のいずれか一方から生じさせるようにして、手を必要以上に大きくすることなく狭い場所での作業を有効に行なうことが可能となる。
【０１３５】
請求項９記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結される第１ないし第５指のうち少なくとも第５指の基端側の中手リンクが、該指を握ったり、開いたりする方向の揺動を可能として基部に連結され、前記中手リンクに連結される基節リンクおよび基部間には、流体圧の作用に応じて基節リンクを握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが設けられ、前記中手リンクおよび基部間には、中手リンクを開く側に付勢するばねが設けられるので、流体圧アクチュエータの作動により、最初は基節リンクが屈折するが、基節リンクに負荷が生じたときには中手リンクが屈折するようにして、物を握った場合の握る力を均等に効果を、単一のアクチュエータで得ることが可能であり、重量低減およびシステム簡略化を果たすことができる。
【０１３６】
請求項１０記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、各指の最先端位置に在る末節リンクと、最先端から２番目のリンクとは、連結軸を介して連結され、両リンク間には、流体圧の作用に応じて末節リンクを握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが設けられ、各末節リンクの先端面は、その先端面に直角に作用する外力が前記連結軸のまわりに末節リンクを開く側に作用する方向となる形状に形成されるので、指で物を押すときに、流体圧アクチュエータに無用な負荷がかかることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例のロボットハンドの右手を甲側から見た平面図である。
【図２】 基部の平面図である。
【図３】 図１の３−３線矢視図である。
【図４】 第１指の進展状態を示す平面図である。
【図５】 図１の５−５線断面図である。
【図６】 第２指屈曲時の図５に対応する断面図である。
【図７】 図１の７−７線断面図である。
【図８】 図７の６−６線断面図である。
【図９】 第２指および第５指を開いた状態での図１に対応する平面図である。
【図１０】 流体圧回路図である。
【図１１】 第１の種類の流体圧源の構成を示す断面図である。
【図１２】 第２の種類の流体圧源の構成を示す断面図である。
【図１３】 図５の要部拡大図である。
【図１４】 図１３の１４−１４線断面図である。
【図１５】 第２実施例の図５に対応する断面図である。
【図１６】 図１５の１６−１６線拡大断面図である。
【図１７】 第３実施例の図１０に対応する流体圧回路図である。
【図１８】 第４実施例の図１０に対応する流体圧回路図である。
【図１９】 第５実施例の流体圧源の縦断面図である。
【図２０】 第６実施例の図１０に対応する流体圧回路図である。
【図２１】 第７実施例のロボットハンドの右手を甲側から見た平面図である。
【図２２】 図２１の２２−２２線拡大断面図である。
【図２３】 第１指を曲げた状態での図２１に対応する平面図である。
【符号の説明】
２０・・・軸
２８1 〜２８5 ，２８1 ´，２８2 ´，２９1 〜２９5 ，２９1 ´，２９2 ´，３０2 〜３０5 ，３０2 ´，３１1 〜３１5 ，３１1 ´，３１2 ´・・・リンク
３２1 ，３２2 ，３２5 ，３３2 ，３３5 ，３４1 ，３４2 ，３４ 5 ・・・連結軸
３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８ 5 ・・・流体圧アクチュエータ
３６ｃ，３７ｃ，３８ｃ・・・流体圧室
５４，６３，６４・・・ばね
６０・・・アクチュエータ
６７2 ，６７4 ，６７6 ，６７6A，６７6B，６７2 ′，６７4 ′，６７6 ′・・・流体圧源
８２，８４，８６，９４・・・流体圧導管
８３，８８，９４・・・エア抜き管
８４ａ，８６ａ，９２ａ，９２ｂ・・・コイル部
８９・・・弾発手段としてのばね
９２ｃ・・・屈曲部
Ｂ，Ｂ´・・・基部
Ｆ1 〜Ｆ5 ，Ｆ1 ´〜Ｆ5 ´・・・指
【産業上の利用分野】
本発明は、相対運動を可能として順次連結される複数のリンクと、それらのリンクに付設されるアクチュエータとを備えるリンク装置、ならびに該リンク装置を備える人工ハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、かかる装置は、たとえば特開昭５４−１５７９６７号公報等で既に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のものでは、アクチュエータとしての流体圧シリンダが、各リンクから外側方に突出したブラケット間を連結するようにして設けられており、コンパクトに構成されているとは言い難い。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、リンク装置及び人工ハンドにおいて、コンパクトに構成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、相対運動を可能として順次連結される複数のリンクと、それらのリンクに付設される流体圧アクチュエータとを備えるリンク装置において、各リンクは、相互に隣接するリンクの基端部および先端部間に連結軸を介在させて相互に連結され、相互に隣接するリンク間には、前記各連結軸まわりの相対運動を各リンクに生じさせる流体圧アクチュエータが設けられ、各流体圧アクチュエータの流体圧室に流体圧を導く流体圧導管のうち少なくとも２つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられる流体圧導管には、相互に隣接するリンク相互を連結する連結軸を囲繞して、その隣接するリンク相互に前記相対運動が生じたときにその動きを押し戻す方向に弾発力を発揮し得る捩りコイルばねとして働くコイル部が形成され、前記流体圧アクチュエータの少なくとも一部が、対応するリンク内に収納、配置されることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、流体圧導管は、少なくとも３つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられ、該流体圧導管には、各リンク相互を連結する少なくとも２つの連結軸をそれぞれ囲繞するコイル部が形成されるとともに、各コイル部間で屈曲した屈曲部が形成される。
【０００７】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、流体圧アクチュエータの流体圧室には、該流体圧室からのエア抜き後に先端部が機械的な変形により閉じられるエア抜き管が、流体圧導管とは別に連結される。
【０００８】
請求項４記載の発明に従う人工ハンドによれば、上記請求項１〜３のいずれかに記載のリンク装置で、基部に連結される複数の指がそれぞれ構成される。
【０００９】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、指の一部を構成するリンクを屈曲させる駆動力を発揮可能な第１の流体圧アクチュエータと、第１の流体圧アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する第１の弾発手段と、指の一部を構成して前記リンクに連結されるリンクを屈曲させる駆動力を発揮可能として第１の流体圧アクチュエータと共通の流体圧源に接続される第２の流体圧アクチュエータと、第２の流体圧アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する第２の弾発手段とを備え、第１の流体圧アクチュエータの駆動力および第１の弾発手段の弾発力の差と、第２の流体圧アクチュエータの駆動力および第２の弾発手段の弾発力の差とが、相互に異なって設定される。
【００１０】
請求項６記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部には、第１指の基端部が軸を介して回動可能に連結され、該軸の軸線は、基部に連結される第２ないし第５指の延伸方向と略平行な方向から第２ないし第５指側に傾斜して配置される。
【００１１】
請求項７記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結される第１ないし第５指のうち少なくとも１本の指に設けられて、当該指を曲げる方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが、前記当該指に作用する外力による逆動を不能とした流体圧源に接続される。
【００１２】
請求項８記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結される第１ないし第５指のうち第２指および第５指の基端部の少なくとも一方が、それらの指の先端部間の間隔を増減可能として基部に連結され、第２指および第５指間には前記間隔を増減可能なアクチュエータが設けられ、第２指および基部間には前記アクチュエータの間隔増大方向の力に対抗するばね力を発揮するばねが設けられ、第５指および基部間には前記アクチュエータの間隔増大方向の力に対抗するとともに前記ばねのばね力とは異なるばね力を発揮するばねが設けられる。
【００１３】
請求項９記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結さ れる第１ないし第５指のうち少なくとも第５指の基端側の中手リンクが、該指を握ったり、開いたりする方向の揺動を可能として基部に連結され、前記中手リンクに連結される基節リンクおよび基部間には、流体圧の作用に応じて基節リンクを握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが設けられ、前記中手リンクおよび基部間には、中手リンクを開く側に付勢するばねが設けられる。
【００１４】
請求項１０記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、各指の最先端位置に在る末節リンクと、最先端から２番目のリンクとは、連結軸を介して連結され、両リンク間には、流体圧の作用に応じて末節リンクを握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが設けられ、各末節リンクの先端面は、その先端面に直角に作用する外力が前記連結軸のまわりに末節リンクを開く側に作用する方向となる形状に形成される。
【００１５】
【実施例】
以下、図面により本発明をロボットハンドに適用したときの実施例について説明するが、人間の手を模しているこの構造の説明にあたって各部の名称を次のように定義する。
（１）親指を第１指と名付け、以下順に小指まで第５指とする。
（２）骨に相当するリンクの名称も解剖学に準拠して、手の甲に一部が収納されるリンクを中手リンクと呼び、親指のものを第１中手リンクとする。したがって小指のものは第５中手リンクと呼ぶ。
（３）中手リンクに連結されるリンクを、それぞれ第１基節リンク、第２基節リンク……第５基節リンクと呼称する。
（４）各基節リンクに連結されるリンクを、それぞれ第２中節リンク、第３中節リンク……第５中節リンクと呼ぶ。但し第１指については、中節リンクは存在しない。
（５）最先端のリンクを、それぞれ第１末節リンク、第２末節リンク……第５末節リンクと呼ぶ。
（６）自由度とは、制御的に完全に独立して動作を決定できる関節を意味し、この明細書において共通の流体圧を用いて駆動される複数のアクチュエータは、自由度が「１」であるとする。すなわちアクチュエータの個数が自由度を意味するものではない。
【００１６】
図１ないし図１４は本発明の第１実施例を示すものであり、図１はロボットハンドの右手を甲側から見た平面図、図２は基部の平面図、図３は図１の３−３線矢視図、図４は第１指の進展状態を示す平面図、図５は図１の５−５線断面図、図６は第２指屈曲時の図５に対応する断面図、図７は図１の７−７線断面図、図８は図７の８−８線断面図、図９は第２指および第５指を開いた状態での図１に対応する平面図、図１０は流体圧回路図、図１１は第１の種類の流体圧源の構成を示す断面図、図１２は第２の種類の流体圧源の構成を示す断面図、図１３は図４の要部拡大図、図１４は図１３の１４−１４線断面図である。
【００１７】
先ず図１において、このロボットハンドは、基部Ｂに、第１ないし第５指Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 が連結されて成るものであり、第１ないし第５指Ｆ1 〜Ｆ5 がリンク装置をそれぞれ構成する。
【００１８】
図２および図３を併せて参照して、基部Ｂには、第１指Ｆ1 を軸２０のまわりに回動自在に結合するための第１のヨーク２１と、第２指Ｆ2 を回動自在に結合するための支軸２２を有する第２のヨーク２３とが設けられるとともに、それらのヨーク２１，２３とは反対側で、第５指Ｆ5 を軸２４（図７参照）のまわりに回動自在に結合するための第３のヨーク２５とが設けられている。また第３および第４指Ｆ3 ，Ｆ4 の中手リンクすなわち第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 は基部Ｂに一体化されるものであり、これらの中手リンク２８3 ，２８4 には、第４および第５のヨーク２６，２７が設けられる。
【００１９】
第１指Ｆ1 は、手を握ったり開いたりする方向への回動を可能として第１のヨーク２１に軸２０を介して基端部が連結される第１中手リンク２８1 と、第１中手リンク２８1 の先端部に連結軸３２1 を介して基端部が回動自在に連結される第１基節リンク２９1 と、第１基節リンク２９1 の先端部に連結軸３４1 を介して基端部が回動自在に連結される第１末節リンク３１1 とを備える。
【００２０】
これらのリンク２８1 ，２９1 ，３１1 を軸２０および連結軸３２1 ，３４1 のまわりに回動させるために、単動式である流体圧シリンダ形式の流体圧アクチュエータ３５，３６1 ，３８1 が準備されており、流体圧アクチュエータ３５は、軸２０の軸線に対して直角に延びる軸線を有して基部Ｂおよび第１中手リンク２８1 間に、流体圧アクチュエータ３６1 は連結軸３２1 の軸線に対して直角に延びる軸線を有して第１中手リンク２８1 および第１基節リンク２９1 間に、また流体圧アクチュエータ３８1 は連結軸３４1 の軸線に対して直角に延びる軸線を有して第１基節リンク２９1 および第１末節リンク３１1 間にそれぞれ設けられる。ここで流体圧アクチュエータ３５が伸展すると、第１中手リンク２８1 は軸２０のまわりに回動し、第１指Ｆ1 を図３の下側すなわち掌側に屈曲させる。また流体圧アクチュエータ３６1 が伸展すると、第１中手リンク２８1 に対して第１基節リンク２９1 は図１の時計方向に回動する。ところで、図１では第１基節リンク２９1 が第２指Ｆ2 とほぼ平行な位置まで回動した状態が示されており、流体圧アクチュエータ３６1 の未伸展時には、図４で示すように、第１基節リンク２９1 は図１の位置から連結軸３２1 のまわりに反時計方向に約４５度だけ回動した位置に在る。さらに流体圧アクチュエータ３８1 が伸展すると、第１末節リンク３１1 は第１基節リンク２９1 に対して図１の時計方向に回動する。回動した各リンク２８1 ，２９1 ，３１1 を元の状態に戻すには、各流体圧アクチュエータ３５，３６1 ，３８1 を退縮させれば良いのであるが、各流体圧アクチュエータ３５，３６1 ，３８1 には自ら退縮する能力はなく、ばねによる機械的な復元力で戻される。而して、そのばね構造については後述する。
【００２１】
ところで、第１指Ｆ1 を握ったり、開いたりする方向に回動する回動軸線である軸２０の軸線は、第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 の中心線に対して内側に角度を持たせるように配置される。すなわち図２で示すように、基部Ｂに設けられた第１のヨーク２１で支承される軸２０の軸線Ｃは、第２ないし第５指Ｆ2 〜Ｆ5 の延伸方向と略平行な方向から第２ないし第５指Ｆ2 〜Ｆ5 側に傾斜して配置される。このようにすることにより、流体圧アクチュエータ３５の伸展時に第１指Ｆ1 がわずかな回動量で他の指と向き合う位置まで回動することが可能である。これに対し、前記軸２０の軸線を第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 の軸線と平行に設定したときには、他の指と向き合うまでの第１指Ｆ1 の回動量が大となるものであり、そのようなものと比べると、流体圧アクチュエータ３５の所要ストロークを小さくし、該流体圧アクチュエータ３５の小型化を図ることができる。
【００２２】
図５を併せて参照して、第２指Ｆ2 は、基部Ｂにおける第２のヨーク２３に設けられた支軸２２に微小角度の回動を可能として結合される第２中手リンク２８2 と、第２中手リンク２８2 の先端部に連結軸３２2 を介して基端部が回動自在に連結される第２基節リンク２９2 と、第２基節リンク２９2 の先端部に連結軸３３2 を介して基端部が回動自在に連結される第２中節リンク３０2 と、第２中節リンク３０2 の先端部に連結軸３４2 を介して基端部が回動自在に連結される第２末節リンク３１2 とを備える。
【００２３】
基部Ｂの支軸２２には、基部Ｂと一体の第３中手リンク２８3 に対する近接・離反方向への微小回動を可能として第２中手リンク２８2 の中間部が結合されており、この第２中手リンク２８2 の基部にはヨーク３９が一体に設けられる。該ヨーク３９には、流体圧アクチュエータ３６2 におけるシリンダ体３６ａが軸４０を介して回動可能に連結される。また第２基節リンク２９2 の基部にはヨーク４１が一体に設けられ、このヨーク４１には、前記流体圧アクチュエータ３６2 におけるプランジャ３６ｂならびに流体圧アクチュエータ３７2 におけるシリンダ体３７ａが共通の軸４２を介して回動可能に連結される。さらに第２中節リンク３０2 の基部にはヨーク４３が一体に設けられ、このヨーク４３には、前記流体圧アクチュエータ３７2 におけるプランジャ３７ｂならびに流体圧アクチュエータ３８2 におけるシリンダ体３８ａが共通の軸４４を介して回動可能に連結される。しかも第２末節リンク３１2 の基部にはヨーク４５が一体に設けられており、このヨーク４５には、前記流体圧アクチュエータ３８2 におけるプランジャ３８ｂが軸４６を介して回動可能に連結される。
【００２４】
上述のように、隣り合うアクチュエータ３６2 ，３７2 ；３７2 ，３８2 の支点を共通の軸４２，４４上に置くことにより、全体をコンパクトに設計できる利点がある。
【００２５】
この第２指Ｆ2 の構造では、流体圧アクチュエータ３６2 が伸展すると、図６で示すように、第２基節リンク２９2 が第２中手リンク２８2 に対して、連結軸３２2 のまわりに下方（すなわち掌側）に回動する。また流体圧アクチュエータ３７2 が伸展すると、第２中節リンク３０2 は第２基節リンク２９2 に対して連結軸３３2 のまわりに掌側に回動する。さらに流体圧アクチュエータ３８2 が伸展すると、第２末節リンク３１2 は第２中節リンク３０2 に対して連結軸３４2 のまわりに掌側に回動する。
【００２６】
このような第２指Ｆ2 の場合も一度握った指を開くには、流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 を縮退させれば良いのであるが、第１指Ｆ1 と同じく、これらの流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 には自ら縮退する機能は与えられておらず、ばねの機械力によって指は開き、結果として各流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 は縮退する。
【００２７】
ところで、第２末節リンク３１2 の先端面は、その先端面に直角に作用する外力が、第２中節リンク３０2 および第２末節リンク３１2 間を連結する連結軸３４2 のまわりに第２末節リンク３１2 を開く側に作用する方向となる形状に形成される。すなわち、図５で示すように、第２末節リンク３１2 の先端面は、上方の平坦面３１ａと、下方の彎曲面３１ｂとが連なって形成されるものであり、平坦面３１ａに直角に作用する外力Ｆ1 の方向、ならびに彎曲面３１ｂに直角に作用する外力Ｆ2 の方向が、連結軸３４2 の上方に向くように平坦面３１ａおよび彎曲面３１ｂが形成される。而して上記外力Ｆ1 ，Ｆ2 の方向は、第２末節リンク３１2 を握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータ３８2 の出力に対抗する方向となるものであり、第２指Ｆ2 をその先端でドアやボタンを押すのに使うときに、第２末節リンク３１2 および第２中節リンク３０2 間の関節が座屈する心配がなくなる。すなわち流体圧アクチュエータ３８2 が、本実施例のように単動シリンダである場合には、上記外力Ｆ1 ，Ｆ2 の方向が第２末節リンク３１2 を曲げる方向となったときには流体圧アクチュエータ３８2 で負圧が発生してエアが発生するおそれがあり、また複動シリンダを用いた場合には上記外力Ｆ1 ，Ｆ2 の作用に応じて流体圧で踏ん張る必要があるのに対し、上述のように外力Ｆ1 ，Ｆ2 の方向が第２末節リンク３１2 を開く方向となる形状に第２末節リンク３１2 の先端面を形成することにより、第２末節リンク３１2 の開き側への回動を第２中節リンク３０2 側のストッパ（図示せず）で受けるようにして、そのような心配を解消することができる。
【００２８】
而して第１末節リンク３１1 および第３ないし第５末節リンク３１3 〜３１5 の先端面も、上記第２末節リンク３１2 と同様に形成されている。
【００２９】
第１指Ｆ1 の各リンク２８1 ，２９1 ，３１1 ならびに第２指Ｆ2 の各リンク２８2 ，２９2 ，３０2 ，３１2 は、甲側を開放した横断面略Ｕ字状に形成されるものであり、各流体圧アクチュエータ３６1 ，３６2 ，３７2 ，３８1 ，３８2 は、それらの少なくとも一部が各中手リンク２８1 ，２８2 、各基節リンク２９1 ，２９2 および第２中節リンク３０2 内にそれぞれ収納されるように配置される。また第２指Ｆ2 における各リンク２８2 ，２９2 ，３０2 ，３１2 を相互に連結する連結軸３２2 ，３３2 ，３４2 ならびに各流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 を対応するリンク２８2 〜３１2 に連結する軸４０，４２，４４，４６は、ピンが対応するリンク２８2 〜３１2 にその側方から挿入され、かしめ等で固定されて成るものであり、第１指Ｆ1 においても連結軸３２1 ，３４1 等が同様に側方からの挿入、かしめ等で固定される。そのようにすることにより、各リンク２８1 ，２９1 ，３０1 ，２８2 〜３１2 の連結、ならびに各流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 ，３６2 〜３８2 の組付けが容易となる。しかも特別な工具およびファスナを用いないことから、部品点数を減らして信頼性を向上するとともに重量低減に寄与することができ、工具を取り回すためのスペースも不要となる。さらに横断面略Ｕ字状の各リンク２８1 ，２９1 ，３１1 ，２８2 〜３１2 は、アルミニウム合金の精密鋳造や、プレスおよびろう付けの組合せ製法でも容易に製作可能であり、前記ピンとして高精度の軸受用ローラを転用可能である等、製法および部品とも成熟した工業技術を用いることができ、製造コストの低減に寄与することができる。
【００３０】
ところで、甲側を開放した形状に在る第２指Ｆ2 の各リンク２８2 〜３２2 は、図５および図６で示すように、それぞれカバー４７，４８，４９，５０で覆われ、第１指Ｆ1 の各リンク２８1 ，２９1 ，３１1 も同様にして図示しないカバーで覆われる。
【００３１】
第３指Ｆ3 および第４指Ｆ4 は、第３中手リンク２８3 および第４中手リンク２８4 が基部Ｂに一体に設けられていること、すなわち第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 が基部Ｂに対して相対運動しないことを除いては、上記第２指Ｆ2 と基本的に同一の構成を有するものであるので、主要構成部分に添字「３」，「４」を付して図示するのみとし、第３指Ｆ3 および第４指Ｆ4 についての詳細な説明を省略する。
【００３２】
図７を併せて参照して、第５指Ｆ5 は、揺動リンク５２を介して基部Ｂに連結される第５中手リンク２８5 と、第５中手リンク２８5 の先端部に連結軸３２5 を介して基端部が回動自在に連結される第５基節リンク２９5 と、第５基節リンク２９5 の先端部に連結軸３３5 を介して基端部が回動自在に連結される第５中節リンク３０5 と、第５中節リンク３０5 の先端部に連結軸３４5 を介して基端部が回動自在に連結される第５末節リンク３１5 とを備える。
【００３３】
図８を併せて参照して、揺動リンク５２は、第５指Ｆ5 を握ったり、開いたりする方向に回動させることを可能として、基部Ｂに設けられている第３のヨーク２５に軸２４を介して連結されており、この揺動リンク５２に、第５中手リンク２８5 が支軸５３を介して連結される。而して、第５中手リンク２８5 は、基部Ｂと一体の第４中手リンク２８4 に対して近接・離反する方向に前記支軸５３のまわりにわずかに回動することを可能として揺動リンク５２に連結されることになる。しかも揺動リンク５２および第５中手リンク２８5 は、基部Ｂの掌側に固定された板ばね５４により、手の甲側に向けて付勢されている。一方、基部Ｂの第４中手リンク２８4 には、揺動リンク５２側に突出するストッパ５５が一体に設けられており、揺動リンク５２には該ストッパ５５を挿入させる規制孔５６が設けられる。したがって、規制孔５６の内側面にストッパ５５が当接することにより、図７で示した位置よりも揺動リンク５２および第５中手リンク２８5 が上方に回動するのを阻止されており、規制孔５６の内側面およびストッパ５５間の間隔δだけ、揺動リンク５２が軸２４の軸線まわりに揺動可能となっている。しかも該ストッパ５５および規制孔５６の構造により、板ばね５４に初期荷重が与えられる。
【００３４】
このような第５指Ｆ5 において、流体圧アクチュエータ３６5 は、第５中手リンク２８5 内において基部Ｂと第５基節リンク２９5 との間に介在しており、その駆動により最初は第５基節リンク２９5 を握る方向に屈折せしめるが、第５基節リンク２９5 に負荷が生じたときには、揺動リンク５２を握る方向に屈折せしめるものである。この構造によれば、同一のアクチュエータで２つの関節が駆動されるので、いずれか負荷の大きい方の関節は伸ばされ、負荷の小さい方の関節は屈折する。この特質は物を握った場合には、握る力を均等にする効果が生じることになり、重量低減、システム簡略化の効果があり、全体を小型に構成できる。
【００３５】
このように掌の一部となる第５中手リンク２８5 の基端部が揺動可能となっていることと、第１指Ｆ1 の回動軸線Ｃが内側に傾いていることとにより、掌の先端部を窄める動きが可能となり、それにより掌の先端部を対象物体に適合した形状、大きさに変化させ、小さなボール等を確実に掴むことが可能となるとともに、狭い穴等に手を通させることが容易となる。
【００３６】
第５基節リンク２９5 と基部Ｂとの間に設けられる流体圧アクチュエータ３６5 は、ユニバーサルジョイント５７を介して基部Ｂに連結されるとともにユニバーサルジョイント５８を介して第５基節リンク２９5 に連結される。
【００３７】
また第５基節リンク２９5 および第５中節リンク３０5 間には流体圧アクチュエータ３７5 、第５中節リンク３０5 および第５末節リンク３１5 間には流体圧アクチュエータ３８5 がそれぞれ設けられる。
【００３８】
ところで、第５指Ｆ5 の各リンク２８5 ，２９5 ，３０5 ，３１5 は、甲側を開放した横断面略Ｕ字状に形成されるものであり、各流体圧アクチュエータ３６5 ，３７5 ，３８5 は、それらの少なくとも一部が第５中手リンク２８5 、第５基節リンク２９5 および第５中節リンク３０5 内にそれぞれ収納されるように配置される。また甲側を開放した形状に在る各リンク２８5 〜３２5 は、図示しないカバーでそれぞれ覆われる。
【００３９】
第２指Ｆ2 の第２中手リンク２８2 と第５指Ｆ5 の第５中手リンク２８5 との間には、基部Ｂにおける第３および第４中手リンク２８3 ，２８4 を貫通するようにして流体圧アクチュエータ６０が設けられる。この流体圧アクチュエータ６０は、シリンダ体６０ａにその一端から突出するようにしてプランジャ６０ｂが摺動自在に嵌合されて成るものであるが、プランジャ６０ｂの先端が第２中手リンク２８2 に連結ピン６１を介して連結される。一方、シリンダ体６０ａの他端部は、第４中手リンク２８4 の第５中手リンク２８5 側の側壁に設けられた貫通孔６２に遊嵌されて第５中手リンク２８5 側に突出するものであり、このシリンダ体６０ａの他端部に設けられた半円状の当接部６０ｃが第５中手リンク２８5 に当接せしめられる。
【００４０】
しかも支軸２２に関して前記流体圧アクチュエータ６０の配設位置とは反対側で第２中手リンク２８2 および基部Ｂ間にはばね６３が縮設され、支軸２２に関して前記流体圧アクチュエータ６０の配設位置とは反対側で第５中手リンク２８5 と、基部Ｂに軸２４を介して連結される揺動リンク５２との間にはばね６４が縮設され、ばね６４のばね荷重は前記ばね６３のばね荷重よりも大きく設定される。
【００４１】
このような構成で、流体圧アクチュエータ６０を伸展すると、図８で示すように、第２指Ｆ2 および第５指Ｆ5 は手を広げる方向に外展する。この際、指に負荷がかからない状態では、ばね６３のばね荷重がばね６４のばね荷重よりも小さいことから、外展は先ず第２指Ｆ2 の方から生じ、第２指Ｆ2 に負荷がかかったときに、第５指Ｆ5 が外展を開始する。第２指Ｆ2 への負荷は、実際に物に接触して負荷が生ずることもあるし、第２指Ｆ2 が最大回動量だけ回動したときにも生じる。この構成の特徴は、第２指Ｆ2 を外展方向に位置決めする場合、第５指Ｆ5 は図１の位置に保持されて、外展しないから、手を必要以上に大きくすることがない点である。手が必要以上に大きくならないことは、狭い場所での作業を行う上で大切な要件である。更に特筆すべきは、単一の流体圧アクチュエータ６０で第２および第５指Ｆ2 ，Ｆ5 を駆動するコンパクトな構成としたことである。
【００４２】
なお、第３指Ｆ3 の第３中手リンク２８3 における第２中手リンク２８2 側の側面には第２中手リンク２８2 が第３中手リンク２８3 に近接移動したときに第３中手リンク２８3 を受ける弾性材料製の受け部材６５が固着され、第４指Ｆ4 の第４中手リンク２８4 における第５中手リンク２８5 側の側面には第５中手リンク２８5 が第４中手リンク２８4 に近接移動したときに第５中手リンク２８5 を受ける弾性材料製の受け部材６６が固着される。
【００４３】
図１０において、第１指Ｆ1 全体を駆動するための流体圧アクチュエータ３５には第１流体圧源６７1 が接続され、第１指Ｆ1 の流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 には第２流体圧源６７2 が共通に接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３６2 には第３流体圧源６７3 が接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３７2 ，３８2 には第４流体圧源６７4 が共通に接続され、第２および第５指Ｆ2 ，Ｆ5 を開閉駆動するための流体圧アクチュエータ６０には第５流体圧源６７5 が接続され、第３、第４および第５指Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 の各流体圧アクチュエータ３６3 〜３６5 ，３７3 〜３７5 ，３８3 〜３８5 には第６流体圧源６７6 が共通に接続される。而して各流体圧源６７1 〜６７6 は、手首関節を経由して前腕部または上腕部に収納される。
【００４４】
このように第１指Ｆ1 （親指）および第２指（人指し指）の自由度と、それ以外の指の自由度について配分を変えることにより、器用な動作が要求される指（親指および人指し指）には多くの自由度を配分することができ、それによって狭いハンド内部に実用的な自由度を確保することができる。
【００４５】
ところで、第１ないし第４流体圧源６７1 〜６７4 は第１グループＧ1 に属して第１の種類のもので構成されるのに対し、第５および第６流体圧源６７5 ，６７6 は第２グループＧ2 に属して第１の種類とは異なる第２の種類のもので構成される。
【００４６】
図１１において、第１の種類の流体圧源６７1 〜６７4 は、モータＭの出力軸６８にスプライン６９を介して結合されるとともに軸方向の移動を阻止されたナット７０と、軸線まわりの回転を阻止されるとともにナット７０にボールねじ７１を介して螺合されたスクリュウ軸７２と、該スクリュウ軸７２に連結されるピストン７３と、該ピストン７３を摺動自在に嵌合させるとともにピストン７３との間に流体圧室７５を形成するシリンダ体７４とを備え、モータＭの作動に応じて流体圧室７５から流体圧が出力される。而して第１グループＧ1 に属する各流体圧源６７1 〜６７4 は、ボールねじ７１を用いているので摩擦損失が少なく、制御性に優れたものとなる。
【００４７】
図１２において、第２の種類の流体圧源６７5 ，６７6 は、減速機Ｇを有するモータＭに連なるスクリュウ軸７６と、軸線まわりの回転を阻止されてスクリュウ軸７６に螺合されるナット７７と、該ナット７７に連結されるピストン７８と、該ピストン７８を摺動自在に嵌合させるとともにピストン７８との間に流体圧室８０を形成するシリンダ体７９とを備え、モータＭの作動に応じて流体圧室８０から流体圧が出力される。而して第２グループＧ2 に属する各流体圧源６７5 ，６７6 は、摩擦損失が第１グループＧ1 のものよりも多少多くなるが、流体圧室８０側からの反力によりモータＭが逆転されることはない。 このようにして、第３指Ｆ3 ないし第５指Ｆ5 すなわち力仕事をする指は、流体圧源６７1 〜６７4 からの作用では動くが、一旦荷物を保持する形をハンドが実現すれば、荷物を運搬中にハンド部分がエネルギーを消耗することはない。これにより、移動ロボットや将来の義手の実現で、電池などのエネルギー源を小型化できる。
【００４８】
各流体圧源６７1 〜６７6 におけるモータＭおよびシリンダ体７４，７９の寸法は、基本的にどの程度の速度と力で幾つの流体圧アクチュエータを駆動するかで定まるものであり、したがって各流体圧源６７1 〜６７6 の寸法は同一とは限らない。
【００４９】
再び図５および図６に注目して、第２指Ｆ2 における第２中手リンク２８2 および第２基節リンク２９2 間に設けられる流体圧アクチュエータ３６2 に第３流体圧源６７4 からの流体圧を導く流体圧導管８２は、高剛性である金属により全体として弾性を有するように形成されるものであり、流体圧アクチュエータ３６2 の流体圧室３６ｃに通じるようにしてシリンダ体３６ａに半田付けまたはろう付けされる。この流体圧導管８２は極めて細く、かつ薄肉ではあるが内径が小径であるために良く高圧にも耐えられる。たとえば内径が０．８ｍｍφで肉厚が０．１ｍｍの場合を想定するに、この流体圧導管８２に６０ｋｇ／ｃｍ2 の高圧作動流体が流れても流体圧導管８２にかかる応力は高々２．４ｋｇ／ｍｍ2 に過ぎない。また流体圧導管８２の長さは相対運動により受ける変形応力の最大値が当該構成材料の疲労限界値を超えないように設定されている。
【００５０】
またシリンダ体３６ａには、エア抜き管８３が流体圧室３６ｃに通じるようにして前記流体圧導管８２とは別に半田付けまたはろう付け結合され、該エア抜き管８３の先端部は、流体圧室３６ｃに充満させた作動流体中に混在するエアを抜いた後、機械的に潰されて閉じられる。このエア抜き管８３としては、機械的な潰し力に対し、良好な密着性をもたらす銅合金製であることが望ましい。この場合もエア抜き管８３の内径が小径であるため、一度潰したシール部分を作動流体の圧力が開こうとしても、有効断面積が足りず、銅合金の変形を元に戻すだけの力は発生しない。エア抜き作業は最終組立時に一度だけ行うものであるが、市場に出荷されたあと、分解修理を行った段階でも必要となる。分解修理時に空気抜きを行う場合には、潰れた部分を再び元に戻すか、または先端部を切り捨ててエア抜き管８３を開口し、エア抜き終了後にでも再度潰すことが可能である。
【００５１】
図１３および図１４を併せて参照して、第２指Ｆ2 の第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 間に設けられる流体圧アクチュエータ３７2 に、第４流体圧源６７4 からの流体圧を導く流体圧導管８４は、第２中手リンク２８2 および第２基節リンク２９2 に跨がって延設され、流体圧アクチュエータ３７2 の流体圧室３７ｃに通じるようにしてシリンダ体３７ａに半田付けまたはろう付け結合される。しかも該流体圧導管８４には、第２中手リンク２８2 および第２基節リンク３０2 を連結する連結軸３２2 を囲繞するコイル部８４ａが形成され、該コイル部８４ａの一側で、流体圧導管８４が第２中手リンク２８2 に固定される。すなわち、第２中手リンク２８2 側では、第２中手リンク２８2 の一部がパンチングで半分打ち抜かれて係止爪８５が形成され、この係止爪８５に流体圧導管８４が係止、固定される。このようにすると、組み立て時に流体圧導管８４を係止爪８５の下側に通した後、係止爪８５を曲げて流体圧導管８４を固定することができ、第２中手リンク２８2 にカバー４７を固定する前に、流体圧導管８４を固定することができ、取扱性が向上する。一方、第２基節リンク２９2 側では、連結軸３２2 を介して第２基節リンク２９2 に連結されたシリンダ体３７ａに流体圧導管８４が固定されることになる。
【００５２】
また流体圧導管８４を固定する係止爪８５をカバー４７側に設けてもよく、その場合、係止爪８５の部分で第２中手リンク２８2 を部分的に切欠いておくと、流体圧導管８４を係止爪に係止させたことを外部から確認でき、品質保証を確実にすることができる。
【００５３】
このような構成によると、流体圧導管８４のコイル部８４ａは、第２基節リンク２９2 が連結軸３２2 のまわりに回動したときに、その動きを押し戻す捩りコイルばねとして働くことになる。このコイル部８４ａは、第２基節リンク２９2 が連結軸３２2 のまわりに最大角度回動したときに、流体圧導管８４に生じる応力の最大値が、流体圧導管８４の許容応力値を越えないように、また機械的ばね力が所望の大きさとなるように、そのコイルピッチ径や巻数が設計される。なおコイル部８４ａによるばね力が不足するときには、通常のコイルばねを補助的に用いるようにしてもよい。
【００５４】
流体圧アクチュエータ３７2 にもエア抜きのためのパイプは必要であるが、この流体圧アクチュエータ３７2 と、第２中節リンク３０2 および第２末節リンク３１2 間に設けられる流体圧アクチュエータ３８2 とは、図１０で示したように、第４流体圧源６７4 に共通に接続されるので、エア抜きパイプの代わりに、流体圧アクチュエータ３８2 に流体圧を導く流体圧導管８６の一端が流体圧アクチュエータ３７2 の流体圧室３７ｃに接続される。このようにすると、両流体圧アクチュエータ３７2 ，３８2 に共通の第４流体圧源６７4 から作動流体を導くのに分岐管が不要となる。
【００５５】
流体圧導管８６も、上述の流体圧導管８４と同一の材料により構成されるものであり、その一端は、流体圧アクチュエータ３７2 の流体圧室３７ｃに通じるように該流体圧アクチュエータ３７2 のシリンダ体３７ａに半田付けまたはろう付け結合され、また他端は、流体圧アクチュエータ３８2 の流体圧室３８ｃに通じるように該流体圧アクチュエータ３８2 のシリンダ体３８ａに半田付けまたはろう付け結合される。この流体圧導管８６も第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 に跨がって延設されるものであり、第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 を連結する連結軸３３2 を囲繞する弾発手段としてのコイル部８６ａが流体圧導管８６に形成される。また該流体圧導管８６は、第２基節リンク２９2 側では第２基節リンク２９2 に設けられた係止爪８７に係止、固定され、第２中節リンク３０2 側では流体圧アクチュエータ３７2 に固定されることになる。 このような構成により、流体圧導管８６のコイル部８６ａは、第２中節リンク３０2 が連結軸３３2 のまわりに回動したときに、その動きを押し戻す捩りコイルばねとして働くことになる。
【００５６】
さらに流体圧アクチュエータ３７2 のシリンダ体３７ａには、その流体圧室３７ｃに通じるエア抜き管８８が半田付けまたはろう付けで結合され、このエア抜き管８８の先端部は、流体圧室３７ｃのエア抜き終了後に潰される。
【００５７】
第２中節リンク３０2 および第２末節リンク３１2 間には、それらのリンク３０2 ，３１2 を連結する連結軸３４2 を囲繞する弾発手段としてのねじりばね８９が設けられ、該ねじりばね８９の両端は、第２中節リンク３０2 に設けられた係止爪９０ならびに第２末節リンク３１2 に設けられた係止爪９１にそれぞれ係止固定される。
【００５８】
しかもこのねじりばね８９のばね力は、流体圧導管８６のコイル部８６ａがばねとして発揮するばね力よりも大きく設定されている。これは次のような理由からである。すなわち第２中節リンク３０2 を駆動する流体圧アクチュエータ３７2 と、第２末節リンク３１2 を駆動する流体圧アクチュエータ３６2 とに第４流体圧源６７4 から同圧の作動流体を供給し、把持物体に対する接触圧を均等化しているが、第２末節リンク３１2 を戻すばね力が第２中節リンク３０2 を戻すばね力よりも大きくされていることにより、第２指Ｆ2 が物体に未だ接触しない状態で曲げられるときには、先ず第２中節リンク３０2 から曲げられるようになる。そうすることにより、手が物を掴もうとして目標物に近づくときのプリシェーピング（物を掴むのに適した形状）を簡潔な構造で再現できる。例えば手で手摺りを掴もうとする場合の指の形は、中手リンクに対して基節リンクはやや曲げられ、基節リンクに対して中節リンクは沢山曲げられるが、中節リンクに対して末節リンクは殆ど曲げられることはない。これは末節リンクを沢山曲げた状態で手摺りに近づけば、不必要な物体と手が衝突することを、長い年月をかけて人間は体得しているからである。一方で手提げを掴む動作の場合には、手提げに指を通すまでは上記のプリシェーピングと同じであるが、その後は末節リンクを大きく曲げて、手提げが指から逃げないように指の形を作ってから下げる動作に入る。本実施例によれば、中節リンクの回動角度が最大となった後は、圧力が高まり、末節リンクも曲げられるので上記動作を再現できる。本実施例ではばねの強さを変える事例を提示したが、ばね以外にも流体圧シリンダのシリンダ内径を変えること、あるいはリンク間を連結する連結軸と流体圧シリンダのリンクへの連結点との間の距離を変えることによっても同じ効果を得ることができる。
【００５９】
第１指Ｆ1 については、第１中手リンク２８1 および第１基節リンク２９1 を連結する連結軸３２1 を囲繞するコイル部が、流体圧アクチュエータ３８1 に流体圧を導く流体圧導管に形成され、第１基節リンク２９1 および第１末節リンク３１1 間には、前記コイル部が発揮するばね力よりも小さなばね力を発揮するばねが設けられる。したがって第１指Ｆ1 については、第１末節リンク３１1 が第１基節リンク２９1 に比べて大きく曲がるようにしたプリシェーピングが可能となる。
【００６０】
また第３指Ｆ3 、第４指Ｆ4 および第５指Ｆ5 のばね構造については、上記第２指Ｆ2 のばね構造と基本的に同一である。
【００６１】
ところで、第５指Ｆ5 のように、第５基節リンク２９5 および第５中節リンク３０5 の長さが短く、流体圧アクチュエータ３７5 ，３８5 の長さが充分にとれない場合には、例えば流体圧アクチュエータ３８5 のピボット位置４４′を連結軸３３5 に近づけてストロークを倹約するが、そうすると、流体圧アクチュエータ３８5 が連結軸３４5 に近づき過ぎて、第５基節リンク２９5 および第５中節リンク３０5 間のコイル状のばねと干渉する。しかるに、図６で示すように、流体圧アクチュエータ３８5 のセンター軸に対して結合する前記ピボット位置４４′をオフセットすることで、干渉を逃げることができる。
【００６２】
各流体圧導管８４…は、五本の指から関節自由度の分だけ集められ、手首の関節を介して前腕部に到達する。また手首の部分でも関節の作動角度は大きいので、同じようなコイル状パイプで作動流体を供給することができる。この際、手首関節は指の関節に比べれば太いので、コイルも大径に設計でき、パイプを少し太めに設計してもコイルがばねとして働く時に生ずる曲げ応力を許容範囲に収められる。また太いパイプはそれだけ管路抵抗も小さいから、供給流量を多くでき、素早い動作を可能にする。パイプを途中から太くするには、太いパイプに細いパイプを差し込んで半田付けまたはろう付けすればよく、この場合もパイプ径が非常に細く、従って熱容量が極めて小さく、しかも体積に対する表面積の割合が大きくて冷却性が良くなる事実を利用しているので半田付けやろう付けが可能になる。すなわち太いパイプの開口端部分を温めても、細いパイプの開口部までは温まらず、従って半田またはろうが回り込んで開口部を閉ざしてしまう虞がないからである。
【００６３】
途中でパイプをろう付け等で接合できることは、組み立て性を保証する上で多くの利点をもたらす。即ち手のような狭い場所に多くのアクチュエータ、関節を組み立てなければならない時には、組み立ての作業性が高くないと、非常に熟練した作業者によって長時間かけてしか組み立てることができず、結果として高価なものになる。しかし配管の一部を組立て体の途中で容易に接合・又は分断できる技術が開発されるので組立て性や修理性は著しく向上する。
【００６４】
即ち長期の使用時に、機能的に不具合が生じて分解修理するような場合にも、単純に半田ごてで温めるだけで容易にパイプを分断できるので修理時間が短縮され、且つ修理費用も低廉な費用で賄える。尚、太さの違うパイプの接合として半だ付けまたはろう付けを例示したが、作動流体に侵されない材質なら接着剤も利用可能である。この場合には、スペースの省略と組み立て性の向上がさらに期待できる。
【００６５】
従来でもパワーステアリングやブレーキなど大型の流体圧機器では、当然配管はねじ等で流体圧機器に組付けられ、出荷組み立て時、及び修理分解組み立て時の作業性を確保してきた。しかしここに例示するハンド等のミニチュア構造体では、等尺でねじを小さく出来ないから、配管の結合部分のみはどうしても小さくできず、アイデアとしては流体圧を用いるハンドの先行技術は在るが、実際に具現化する場合には流体圧レベルを下げて力の弱いハンドになるか、或いは自由度を少なくして限られたスペースに収めるしか方法がなかった。また、従来技術では、相対的に運動する部分への作動流体の供給手段としてゴムホースを用いることが一般的であったが、ここに例示するハンドのように細いスペースしかない指が、９０度近くも曲がる場所では、ゴムの曲げ半径が耐久上小さくとれないので、やはり実用的なものは設計できなかった。
【００６６】
次にこの第１実施例の作用について説明すると、第１ないし第５指Ｆ1 〜Ｆ5 にそれぞれ付設される流体圧アクチュエータ３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 の少なくとも一部は、対応するリンク２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 内に収納、配置されるので、全体構成をコンパクトに纏めることが可能となる。しかもカバー４７〜４９を外した状態では各リンク２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 ，３１1 〜３１5 は基本的にＵ字溝の形状をしており、上から流体圧アクチュエータ３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 を組付けていける。すなわち、既に流体圧導管８４…，８６…が接続された状態に在る各リンク２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 ，３１1 〜３１5 を図１で示す状態に並べて配置し、これらアクチュエータ３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 を上からＵ字溝に入れていき、連結軸３２1 ，３２2 ，３２5 …，３３1 ，３３2 ，３３5 …，３４1 ，３４2 ，３４5 …のピンを横から挿入すれば、組み立てられる。その際にも連結軸３２1 ，３２2 ，３２5 …，３３1 ，３３2 ，３３5 …が流体圧導管８４…，８６…のコイル部８４ａ…，８６ａ…を通ることが目視により確認でき、品質を保証し易い。この際、センサなどからの信号線( 図示せず）があるが、信号線は予め各リンク２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 ，３１1 〜３１5 のＵ字溝内部に敷設しておくことが可能で、アクチュエータ３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 の組付け性を阻害することはない。
【００６７】
組付けが終了した時点で、エア抜き管８３…，８８…からのエア抜き作業を行なうが、この作業も全体が開放されているので、行い易い。
【００６８】
またねじりばね８９…の組付けも全て上から( 一方向から )実施でき、組付け性が極めて良好である。
【００６９】
しかも各流体圧アクチュエータ３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 は、単動シリンダであり、その単動シリンダの作動方向とは逆方向にリンクを作動せしめる戻しばねとしての機能を、それらの流体圧アクチュエータ３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 に流体圧を導く流体圧導管８４，８６に形成したコイル部８４ａ，８６ａで果たさせるようにしたので、戻し作用を本質的に持たせるようにして、各流体圧アクチュエータ３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 と、それらのアクチュエータ３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 に流体圧を作用せしめる構造をロボットハンド等の狭いスペース内に配置することができる。
【００７０】
さらに各流体圧導管８４，８６は、高剛性の金属材料により形成されるものであり、各リンクの相対運動が生じても本質的に常時定まった形を保持することが可能であり、相互に絡み合うことなく各リンクの機械的運動に巻き込まれることを防止して、安定的な作動流体の供給が可能となる。
【００７１】
図１５および図１６は本発明の第２実施例を示すものであり、上記第１実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００７２】
流体圧アクチュエータ３８2 に流体圧を導く流体圧導管９２は、第２中手リンク２８2 、第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 に跨がって延設されるものであり、第２中手リンク２８2 および第２基節リンク２９2 を連結する連結軸３２2 の部分では、流体圧アクチュエータ３７2 に流体圧を導く流体圧導管８４のコイル部８４ａに隣接して、流体圧導管９２に形成されたコイル部９２ａが連結軸３２2 を囲繞するようにして配置され、このコイル部９２ａの両側で流体圧導管９２は、第２中手リンク２８2 および第２基節リンク２９2 に設けられた係止爪９３…にそれぞれ係止、固定される。また流体圧導管９２の先端部は、流体圧アクチュエータ３８2 の流体圧室３８ｃに通じるように該流体圧アクチュエータ３８2 のシリンダ体３８ａにろう付け等で結合され、第２基節リンク２９2 および第２中節リンク３０2 を連結する連結軸３３2 を囲繞する弾発手段としてのコイル部９２ｂが流体圧導管９２に形成される。
【００７３】
しかも両コイル部９２ａ，９２ｂ間で流体圧導管９２には、屈曲部９２ｃが形成される。
【００７４】
また流体圧アクチュエータ３７2 には、流体圧導管８４とは別のエア抜き管９４が流体圧室３７ｃに通じるようにしてろう付け等で結合される。
【００７５】
この第２実施例によれば、連結軸３２2 を単純に通過するように流体圧導管９２を配置したときには、第２中手リンク２８2 に対する第２基節リンク２９2 の相対回動が繰り返されたときには、流体圧導管９２が疲労により破損するおそれがあるのに対し、連結軸３２2 を囲繞するコイル部９２ａを流体圧導管９２に形成することにより、そのような疲労の虞が解消される。しかもコイル部９２ａは捩りコイルばねとしての機能も発揮するものであり、コイル部８４ａに加えてコイル部９２ａが連結軸３２2 を囲繞するように配置されるので、巻数を比較的大としてばね力を比較的強く設定可能となる。
【００７６】
しかも２つのコイル部９２ａ，９２ｂの中間部で流体圧導管９２には屈曲部９２ｃが形成されているので、この屈曲部９２ｃにより両コイル部９２ａ，９２ｂ間の距離の製作誤差を吸収することが可能であるとともに、コイル部９２ａ，９２ｂの位置変更の機能も併せ持つことができる。
【００７７】
図１７は本発明の第３実施例を示すものであり、上記各実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００７８】
第１グループＧ1 に属する第１〜第４流体圧源６７1 〜６７4 、ならびに第２グループＧ2 に属する第５および第６流体圧源６７5 ，６７6 は、ボールねじを用いた同一構造（図１１で示した構造）に構成される。但し、第２グループＧ2 の第５流体圧源６７5 は、電気信号で開閉する一方向弁９５を介して流体圧アクチュエータ６０に接続され、第６流体圧源６７6 は、電気信号で開閉する一方向弁９６を介して、第３、第４および第５指Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 の各流体圧アクチュエータ３６3 〜３６5 ，３７3 〜３７5 ，３８3 〜３８5 には共通に接続される。
【００７９】
このような構成で、一方向弁９５，９６を閉じたときには第５および第６流体圧源６７5 ，６７6 からの流体圧を各アクチュエータに作用せしめることができるが、逆流は阻止されるので、ハンド側の外部負荷が流体圧となって第５および第６流体圧源６７5 ，６７6 のモータに反力を及ぼすことを防止することができる。また一方向弁９５，９６を開いたときには、モータを逆転させるにつれてハンドは外部負荷またはそれ自身の関節のばね力により開くことができる。
【００８０】
このような一方向弁としては、本出願人が既に提案している高圧用のソレノイド弁（特開昭６３−１６７１８３号）をそのまま用いることができる。
【００８１】
かかる第３実施例によるときは、モータのエネルギーを効率よく流体圧変換可能となり、消費電力の低減に寄与することができる。
【００８２】
図１８は本発明の第４実施例を示すものであり、上記各実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００８３】
第１指Ｆ1 全体を駆動するための流体圧アクチュエータ３５には第１流体圧源６７1 が接続され、第１指Ｆ1 の流体圧アクチュエータ３６1 には流体圧源６７2Aが、また流体圧アクチュエータ３８1 には流体圧源６７2Bがそれぞれ接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３６2 には第３流体圧源６７3 が接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３７2 ，３８2 には第４流体圧源６７4 が共通に接続され、各流体圧源６７1 ，６７2A，６７2B，６７3 ，６７4 は第１グループＧ1 に属する。また第２および第５指Ｆ2 ，Ｆ5 を開閉駆動するための流体圧アクチュエータ６０には第５流体圧源６７5 が接続され、第３、第４および第５指Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 の各流体圧アクチュエータ３６3 〜３６5 には流体圧源６７6Aが、また各流体圧アクチュエータ３７3 〜３７5 ，３８3 〜３８5 には流体圧源６７6Bがそれぞれ共通に接続され、各流体圧源６７5 ，６７6A，６７6Bは第２グループＧ2 に属する。
【００８４】
この第４実施例によれば、第１指Ｆ1 の関節で自由度が増加するとともに、第３ないし第５指Ｆ3 〜Ｆ5 においては、中手リンク２８3 〜２８5 に対する基節リンク２９3 〜２９5 の動きをそれより先端の関節の動きから独立させることができる。
【００８５】
図１９は本発明の第５実施例を示すものである。
【００８６】
この流体圧源は、エンコーダ９８を有するサーボモータＭの出力軸にギヤ９９，１００を介して連結されるとともにその軸線に沿う移動を阻止されるようにしてハウジング１０２に支承されるナット１０１と、ハウジング１０２に軸線まわりの回転を阻止されるとともに軸方向の移動を可能として支承されつつナット１０１にボールねじ１０３を介して螺合されたスクリュウ軸１０４と、モータＭに隣接した位置で該モータＭの軸線と平行にしてハウジング１０２に結合されるシリンダ体１０５と、シリンダ体１０５との間に流体圧室１０６を形成してシリンダ体１０５に摺動自在に嵌合されるピストン１０７とを備え、流体圧室１０６とは反対側でピストン１０７にスクリュウ軸１０４の端部が当接される。 シリンダ体１０５には、流体圧室１０６に作動流体を導入するための銅合金等から成る注入管１１０がろう付け等で結合されており、この注入管１１０の先端部は、作動流体の注入後に機械的に潰されて閉じられる。
【００８７】
このような流体圧源は、図１１で示した流体圧源に比べると、シリンダ体１０５の軸線に沿う全体長さを短縮可能である。これは、前腕部および上腕部から成るアームに手首関節を介して取付けられるロボットハンドにおいて、アーム内に流体圧源を収納配置する上で大きな利点となる。すなわち長さの短い前腕部および上腕部には、手首関節や肘関節を駆動するためのモータや減速機が収納されるものであり、ハンド用の流体圧源を収納するための前腕部および上腕部内の長手方向の余裕は極めて限られているからである。
【００８８】
しかもモータＭの出力をギヤ９９，１００で減速してナット１０１に伝達することによりモータＭの特性を活かすことができる。またピストン１０７とスクリュウ軸１０４とを分離することにより、スクリュウ軸１０４を急速に後退させたときに、ピストン１０７の急速な追随を回避し、流体圧室１０６の作動流体中の空気が気泡となって生じるのを防止することができる。さらにエンコーダ９８により、関節の屈曲角度を凡そ知ることができる。ここで、凡そというのは、１つの流体圧源で１つの流体圧アクチュエータを駆動する際には正確にと読み代えることができる。而して１つの流体圧源が複数の流体圧アクチュエータを駆動する場合には、その平均の関節屈曲角度はエンコーダ９８で判るとしても、個々の関節の屈曲角度は判らないものであり、これは、均一な把持力を対象物体に及ぼすことを目的したときには止むを得ない選択であり、もし個々の関節屈曲角度をしる必要があるときには、各関節にポテンショまたはアブソリュートエンコーダを装着すればよい。 図２０は本発明の第６実施例を示すものであり、上記各実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００８９】
第１指Ｆ1 全体を駆動するための流体圧アクチュエータ３５には第１流体圧源６７1 ′が接続され、第１指Ｆ1 の流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 には第２流体圧源６７2 ′が接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３６2 には第３流体圧源６７3 が共通に接続され、第２指Ｆ2 の流体圧アクチュエータ３７2 ，３８2 には第４流体圧源６７4 ′が共通に接続される。また第２および第５指Ｆ2 ，Ｆ5 を開閉駆動するための流体圧アクチュエータ６０には第５流体圧源６７5 ′が接続され、第３、第４および第５指Ｆ3 ，Ｆ4 ，Ｆ5 の各流体圧アクチュエータ３６3 〜３６5 には第６流体圧源６７6 ′が共通に接続される。
【００９０】
而して第１流体圧源６７1 ′は、流体圧ポンプＰに制御弁１０８が接続されて成るものであり、第２流体圧源６７2 ′は流体圧ポンプＰに制御弁１０９が接続されて成るものであり、第３流体圧源６７3 ′は流体圧源Ｐに制御弁１１０が接続されて成るものであり、第４流体圧源６７5 ′は流体圧ポンプＰに制御弁１１１が接続されて成るものであり、第５流体圧源６７5 ′は流体圧ポンプＰに制御弁１１２が接続されて成るものであり、第６流体圧源６７6 ′は流体圧ポンプＰに一方向絞り１１４を介して制御弁１１３が接続されて成るものである。
【００９１】
ここで、各制御弁は１０８〜１１２で示すようなアナログ制御可能な電磁サーボ弁であってもよいし、また１１３で示すように単純なオンオフ型電磁弁であってもよい。但し電磁サーボ弁を用いるときには、出力の流体圧レベルと流量レベルを制御可能なため、原則的にサーボ弁のみでよいが、上述のオンオフ弁を用いるときには、一方向絞り１１４を直列に接続することで、ハンドを握る方向に駆動するときの速度を緩和し、時間制御をすることで指の屈曲をある程度中間位置で止めることが可能となる。この際、指を伸ばす方向には絞り効果がなくてもかまわないので、絞りに一方向性を持たせてある。
【００９２】
また流体圧ポンプＰの容量を小さくできる効果があるためにアキュムレータ１１５を流体圧ポンプＰに接続しているが、このアキュムレータ１１５を用いることは必要条件ではない。
【００９３】
本発明は微小なアクチュエータに適用した場合にその効果が高いものであるが、アクチュエータの寸法が中規模の場合にも、次のようにモデファイするだけで、容易に適用できる。
【００９４】
即ちシリンダの内径が増大するものにあっては、当然その作業速度を確保するために流体圧導管の外径も大きくすべきであるが、流体圧導管の外径を拡大すると、導管自体の剛性が高くなり過ぎ、本発明の利点は失われる。しかしながら供給流量を増やせばよいのであるから、導管内径を増加させる代わりに、導管の本数を増やしても同じ効果が得られる。一本のシリンダに、同じ小径の導管を２本ろう付けすれば２倍の作動速度が得られ、３本にすれば３倍の速度が得られ、この程度の本数ならば、容易に適用が可能である。
【００９５】
例示したロボットハンドは、本発明の実施の上で好適な事例ではあるが、それ以外にも義手にも使えることは明らかである。また足部の構造もハンドに劣らず狭くて自由度が高い。現在の研究中のロボットの多くは、足関節から下に自由度を配置していないが、爪先立ちの姿勢や、凹凸のある路面を安定して歩行するには、足部にも自由度のある方が望ましい。現在は小型で軽量、且つ制御性に優れたアクチュエータ、及びそのアクチュエータにエネルギーを供給する手法が開発されていない為に研究が止まっている。本発明はこれらの狭くて微細な構造を持ち、繊細な運動を必要とする構造体に広く適用できるものである。
【００９６】
上記各実施例では、直列に連結された複数のリンクから成る指において、隣接リンク間にアクチュエータが設けられ、各流体圧に個別に対応して戻しばねが設けられた人工ハンドについて説明したが、そのような構成では、アクチュエータの個数が多くなることが避けられず、また前記戻しばねの個数も必然的に多くなる。しかも戻しばねの耐久性もより優れたものであることが望ましい。
【００９７】
ところで、直列に連結された複数のリンクから成るリンク装置においては、各リンクを連結する関節の位置（関節角度）をそれぞれ独立に決める必要はなく、全体として柔軟であり、協調動作ができればよい場合がある。たとえば人体において背骨は多数の関節が直列に連結されているが、人体の前屈時にそれらの関節個々が別々の角度で曲がる必要はなく、全体として協調動作をした結果として前屈することができるものである。すなわち複数の関節に跨がる筋肉の収縮に伴って複数の関節が同時に曲がるが、個別の関節がどのように曲がるのかは決まってはいないのである。極端な例として蛇の胴体の運動を見れば判るが、各関節の曲がる角度は巻きつく対象の形状に応じた角度となるだけで、各関節の角度が予め決められているものではない。
【００９８】
ロボットでもこのような関節の駆動が可能であれば、接触する対象の形状に応じて均一な力で接触可能となり、しかもアクチュエータとしては関節の数だけ揃える必要がなく、部品点数を低減してコスト低減を図ることが可能となるとともにアクチュエータを設置するスペースも狭くてすむことになり、大きな効果を期待できるものである。特に人工ハンドでは、必要とする出力が比較的大きいのに対し、アクチュエータの設置スペースは極めて狭いものでり、アクチュエータの個数を関節の数に比べて低減可能であれば、それだけ実用性の高い人工ハンドを提供できることになる。
【００９９】
しかも人工ハンドや人工足部の指は、位置制御よりも力制御で駆動される場合の方が圧倒的に多いものである。たとえば人工ハンドにおいて物を掴んだり、握ったりする場合には、アームの位置制御により人工ハンドが目標位置まで移動せしめられるが、実際に握ったり、掴んだりする動作は、基本的には力制御に依るものである。人工足部についても、背伸びをしたり、歩行中に路面を蹴ったりする動作は基本的に力制御に依るものであり、床が平坦な場合はともかく凹凸のある路面では指は路面の形状に倣うことが必要となる。これに対し、位置制御に依るものは、わずかにプリシェーピングやジェスチャー等の信号伝達を行う場合等に限られる。
【０１００】
従来でも、複数の関節を単一のアクチュエータで駆動するようにしたリンク装置が実現されていないではなかったが、従来のものでは、複数の関節が歯車等を介して駆動されていたので、各関節の駆動角度は伝達歯車比で定まり、位置制御としては機能していたが、力制御の観点では機能せず、対象物に均等な力を及ぼすことができなかった。
【０１０１】
そこで、人工ハンドの指を構成するリンクの少なくとも一部を力制御によるものとしてアクチュエータの個数低減を可能とするとともに、アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する弾性体の個数低減および耐久性向上を可能とした第７実施例について次に説明する。
【０１０２】
図２１、図２２および図２３は本発明の第７実施例を示すものであり、図２１はロボットハンドの右手を甲側から見た平面図、図２２は図２１の２２−２２線拡大断面図、図２３は第１指を曲げた状態での図２１に対応する平面図である。
【０１０３】
先ず図２１において、このロボットハンドは、基部Ｂ´に、第１ないし第５指Ｆ1 ´，Ｆ2 ´，Ｆ3 ´，Ｆ4 ´，Ｆ5 ´が連結されて成るものである。基部Ｂ´には、第１指Ｆ1 ´を軸２０のまわりに回動自在に結合するためのヨーク２１´が設けられるとともに、該ヨーク２１´とは反対側で第５指Ｆ5 ´を軸２４のまわりに回動自在に結合するためのヨーク２５´が設けられており、前記ヨーク２１´には、第２指Ｆ2 ´を回動自在に結合するための支軸２２が設けられる。また第３および第４指Ｆ3 ´，Ｆ4 ´の中手リンクは基部Ｂ´に一体化される。
【０１０４】
図２２を併せて参照して、第１指Ｆ1 ´は、手を握ったり開いたりする方向への回動を可能として基部Ｂ´のヨーク２１´に軸２０を介して連結されるユニバーサルジョイント１２１と、軸２０の軸線とは直交する軸線を有する連結軸１２３を介してユニバーサルジョイント１２１に基端部が連結される第１中手リンク２８1 ´と、第１中手リンク２８1 ´の先端部に前記連結軸１２３と平行な軸線を有する連結軸３２1 を介して基端部が回動自在に連結される第１基節リンク２９1 ´と、第１基節リンク２９1 ´の先端部に前記各連結軸１２３，３２1 と平行な軸線を有する連結軸３４1 を介して基端部が回動自在に連結される第１末節リンク３１1 ´とを備える。
【０１０５】
ユニバーサルジョイント１２１すなわち第１指Ｆ1 ´全体を軸２０のまわりに回動させるために、単動式流体圧シリンダ形式の流体圧アクチュエータ３５が準備される。この流体圧アクチュエータ３５は、軸２０の軸線に対して直角に延びる軸線を有して基部Ｂ´およびユニバーサルジョイント１２１間に設けられるものであり、ユニバーサルジョイント１２１に設けられたヨーク１２１ａに軸２０と平行な軸線を有して支持された連結ピン１２４に、流体圧アクチュエータ３５のピストンロッド３５ａが連結される。またユニバーサルジョイント１２１に設けられたヨーク１２１ｂには、直線運動型アクチュエータである単動式流体圧シリンダ形式の流体圧アクチュエータ３６1 が、連結軸１２３と平行な軸線を有するクレビスピン１２５を介して連結されており、該流体圧アクチュエータ３６1 のピストンロッド３６ａは、第１基節リンク２９1 ´の基端部にクレビスピン１２５と平行な連結ピン１２５を介して連結される。すなわち流体圧アクチュエータ３６1 は、第１のリンクとしてのユニバーサルジョイント１２１と、ユニバーサルジョイント１２１との間に第２のリンクである第１中手リンク２８1 ´を挟んだ第３のリンクとしての第１基節リンク２９1 ´との間にわたって設けられることになる。さらに第１基節リンク２９1 ´および第１末節リンク３１1 ´間には、単動式流体圧シリンダ形式の流体圧アクチュエータ３８1 が設けられる。
【０１０６】
流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 には、共通な流体圧源（図１０および図１７の流体圧源６７2 または図２０の流体圧源６７2 ´）が接続されるものであり、該流体圧源からの流体圧を導く流体圧導管１２７は、高剛性である金属により全体として弾性を有するように形成される。しかも流体圧導管１２７の中間部には、軸２０を囲繞するコイル部１２７ａと、連結軸１２３を囲繞するコイル部１２７ｂとが形成される。而してユニバーサルジョイント１２１の基部Ｂ´に対する軸２０まわりの回動運動、ならびにユニバーサルジョイント１２１に対する第１中手リンク２８1 ´の連結軸１２３まわりの回動運動が生じても、前記両コイル部１２７ａ，１２７ｂにより流体圧導管１２７に過大な荷重が作用することが避けられる。しかもコイル部１２７ａの一端側が基部Ｂ´側に係止されるとともにコイル部１２７ａの他端側がユニバーサルジョイント１２１に係止されており、該コイル部１２７ａは、軸２０のまわりにユニバーサルジョイント１２１を回動駆動する流体圧アクチュエータ３５の駆動力に対抗するばね力をユニバーサルジョイント１２１に作用せしめることができる。
【０１０７】
流体圧導管１２７の端部はろう付けや半田付け等により流体圧アクチュエータ３６1 の圧力室に接合されており、流体圧アクチュエータ３６1 および流体圧アクチュエータ３８1 の圧力室は、図示しない流体圧導管で相互に接続される。
【０１０８】
したがって流体圧源からの流体圧作用により両流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 はともに伸長作動するが、その際の両流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 の伸長度合いは、両流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 に作用する負荷の大きさによって定まる。
【０１０９】
流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 の駆動力に対抗する弾発力を発揮させるために、たとえばゴムにより無端ベルト状に形成される弾性体１２２1 が準備される。この弾性体１２２1 の一端は、ユニバーサルジョイント１２１のヨーク１２１ｂに設けられた係止ピン１２８に係合され、第１末節リンク３１1 ´の先端に設けられた係止ピン１２９に弾性体１２２1 の他端が係合される。
【０１１０】
このような第１指Ｆ1 ´を駆動するために、流体圧アクチュエータ３５を伸長作動せしめると、ユニバーサルジョイント１２１すなわち第１指Ｆ1 全体は軸２０のまわりに回動し、第１指Ｆ1 ´が第２ないし第５指Ｆ2 ´〜Ｆ5 ´に向き合う側すなわち掌側に屈曲されることになる。また流体圧アクチュエータ３５の流体圧を解放すると、流体圧導管１２７のコイル部１２７ａが発揮する弾発力により第１指Ｆ1 ´全体が元の位置に戻される。 また流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 に流体圧を作用せしめると、流体圧アクチュエータ３６1 の伸長作動に応じて、第１中手リンク２８1 ´がユニバーサルジョイント１２１に対して連結軸１２３のまわりに回動するとともに、第１基節リンク２９1 ´が第１中手リンク２８1 ´に対して連結軸３２1 のまわりに回動する。また流体圧アクチュエータ３８1 の伸長作動に応じて第１末節リンク３１1 ´は第１基節リンク２９1 ´に対して連結軸３４1 のまわりに回動することになる。このようにして、第１指Ｆ1 ´は、図２３で示すように、第２指Ｆ2 ´側に屈曲される。
【０１１１】
このような第１指Ｆ1 ´の第２指Ｆ2 ´側への屈曲時に、弾性体１２２1 は伸長せしめられ、流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 が発揮する駆動力に対抗する弾性力を発揮している。この際、弾性体１２２1 と第１指Ｆ1 ´を構成する各部材との間の摩擦力を無視し得る程小さくしておけば、弾性体１２２1 の張力はその全長にわたって均等となり、弾性体１２２1 に作用する荷重が比較的大きくても比較的長い弾性体１２２1 の全長にわたって荷重を分散させることにより弾性体１２２1 の最大応力値が比較的低く抑えられる。また流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 の流体圧を解放したときには、弾性体１２２1 の弾性力により第１指Ｆ1 ´は図２１で示す元の位置に戻され、この状態を維持するように弾性体１２２1 には初期張力が与えられている。
【０１１２】
第２指Ｆ2 ´は、基部Ｂ´におけるヨーク２１´に設けられた支軸２２に微小角度の回動を可能として結合される第２中手リンク２８2 ´と、第２中手リンク２８2 ´の先端部に連結軸３２2 を介して基端部が回動自在に連結される第２基節リンク２９2 ´と、第２基節リンク２９2 ´の先端部に連結軸３３2 を介して基端部が回動自在に連結される第２中節リンク３０2 ´と、第２中節リンク３０2 ´の先端部に連結軸３４2 を介して基端部が回動自在に連結される第２末節リンク３１2 とを備える。
【０１１３】
第２中手リンク２８2 ´および第２基節リンク２９2 ´間には流体圧アクチュエータ３６2 が設けられ、第２基節リンク２９2 ´および第２中節リンク３０2 ´間には流体圧アクチュエータ３７2 が設けられ、第２中節リンク３０2 ´および第２末節リンク３１2 ´間には流体圧アクチュエータ３８2 が設けられる。
【０１１４】
しかも第２基節リンク２９2 ´および第２中節リンク３０2 ´を相互間に挟んだ第２中手リンク２８2 ´および第２末節リンク３１2 ´間には、前記各流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 の駆動力に対抗する弾発力を発揮する弾性体１２２2 が、各流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 の縮小状態での初期張力を与えられた状態で張設される。
【０１１５】
この第２指Ｆ2 ´の構造では、流体圧アクチュエータ３６2 が伸展すると、第２基節リンク２９2 ´が第２中手リンク２８2 ´に対して連結軸３２2 のまわりに掌側に回動せしめられ、流体圧アクチュエータ３７2 が伸展すると、第２中節リンク３０2 ´が第２基節リンク２９2 ´に対して連結軸３３2 のまわりに掌側に回動せしめられ、流体圧アクチュエータ３８2 が伸展すると、第２末節リンク３１2 ´が第２中節リンク３０2 ´に対して連結軸３４2 のまわりに掌側に回動せしめれらる。而して流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 の流体圧解放に応じて、各リンク２９2 ´，３０2 ´，３１2 ´は、弾性体１２２2 の弾発力により元の状態に復帰せしめられる。
【０１１６】
第３、第４および第５指Ｆ3 ´，Ｆ4 ´，Ｆ5 ´は、第２指Ｆ2 ´と基本的に同一の構成を有するものであり、詳細な説明を省略する。
【０１１７】
この第７実施例の作用について説明すると、第１指Ｆ1 ´において、流体圧アクチュエータ３６1 は、第１のリンクであるユニバーサルジョイント１２１と、該ユニバーサルジョイント１２１との間に第２のリンクである第１中手リンク２８1 ´を挟んでユニバーサルジョイント１２１に直列に連結される第３のリンクとしての第１基節リンク２９1 ´との間に設けられるものであり、単一の流体圧アクチュエータ３６1 で２つの関節を駆動し得る構成となっているので、流体圧アクチュエータの個数を低減して部品点数を低減することが可能となるとともに流体圧アクチュエータの設置スペースが少なくて済む。これは、人工ハンドのように非常に狭い場所に多くの関節を配置しなければならない構造にとっては極めて有効な構成である。
【０１１８】
特に人工足部に適用したときには、指の柔軟性が不整地路面の歩行には欠かせないので、複数の関節を単一のアクチュエータで駆動できることは、小型でかつ軽量な人工足部を構成する上で重要な要素となるとともに、均一な作用力で路面に接地させることも可能となる。また歩行ロボットの背骨の構成にも適用可能であり、その場合、より少ないアクチュエータで柔軟な動きを実現できるので、その分だけ搭載機器を少なくして高度なロボットの実現を早めることができる。
【０１１９】
しかも単一の流体圧アクチュエータ３６1 で駆動される第１中手リンク２８1 ´および第１基節リンク２９1 ´は、それらのリンク２８1 ´，２９1 ´が接触する対象物の形状に応じて屈曲作動するものであり、各リンクを個別に駆動するアクチュエータを個別に力制御するものに比べると、制御用コンピュータの構成が単純であり、安価でかつ信頼性の高い制御システムを構築することが可能となる。
【０１２０】
ところで、人工ハンドの場合には、他の指Ｆ2 ´〜Ｆ5 ´に比べて第１指Ｆ1 ´すなわち親指の動きは極めて重要であり、親指が柔軟な動きをするかどうかが器用な動作実現の鍵となる。しかるに、第１指Ｆ1 ´の基端部であるユニバーサルジョイント１２１が基部Ｂ´に連結される構成とされているので、第１指Ｆ1 ´が軸２０のまわりと、連結軸１２３のまわりとの二方向に回動可能となり、把持機能から手のひらを一杯に広げて大きな物体を支える動きに至るまで多様な動きを再現することができる。しかもこのような動きを実現するにあたって、特別なアクチュエータを用いることなく、図１で示した第１実施例において第１中手リンク２８1 を回動せしめる流体圧アクチュエータ３５をそのまま利用することができるので、アクチュエータの個数を増やすことなく小型軽量化を図ることができる。
【０１２１】
さらに流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 の駆動力に対抗する弾性力を発揮する弾性体１２２1 が、相互間に第１中手リンク２８1 ´および第１基節リンク２９1 ´を介在させたユニバーサルジョイント１２１および第１末節リンク３１1 ´間に設けられ、流体圧アクチュエータ３６2 ，３７2 ，３８2 の駆動力に対抗する弾性力を発揮する弾性体１２２2 が、相互間に第２基節リンク２９2 ´、第２中節リンク３０2 ´を介在させた第２中手リンク２８2 ´および第２末節リンク３１2 ´間に設けられることにより、弾性体１２２1 ´，１２２2 ´の個数を低減して部品点数の低減に起用することができるとともに、弾性体１２２1 ´，１２２2 ´の長さを比較的長くして弾性体１２２1 ，１２２2 の最大応力値を低く抑え、弾性体１２２1 ，１２２2 の耐久性を向上することができる。
【０１２２】
このように流体アクチュエータの個数低減を図ることが可能となるとともに、弾性体の個数低減および耐久性向上を図ることが可能となることにより、高度ロボットの実現をより容易とすることができる。すなわち、現在の歩行ロボット等の高度ロボットの最大の問題点は、関節の個数が増えると必然的にアクチュエータの個数が増大し、そのアクチュエータを制御する電子機器の数も増大することで消費エネルギーの増大、搭載機器重量の増大および寸法の増大を招くことであり、この第７実施例の構成によれば、関節の増大が必ずしも上記欠点を伴わないことになる。
【０１２３】
この第７実施例において、流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 が共通の流体圧源に接続されるとして説明したが、両流体圧アクチュエータ３６1 ，３８1 が相互に独立した流体圧源に個別に接続されるものであってもよく、また流体圧アクチュエータに代えて、たとえばモータの回転をねじ等利用して直線運動に変化するアクチュエータを用いることも可能である。但し、現在の技術では小型のモータで高出力のものがなく、所望の操作力を得るにはモータが大きくなり過ぎてリンク装置が巨大なものになるか、力不足になるであろう。さらに弾性体としてゴムを用いるのに代えて、たとえば金属製のコイルばねを用いることも可能であり、３以上の複数の関節を単一のアクチュエータで駆動するようにすることも可能である。
【０１２４】
また、流体圧源のアクチュエータは両端で回転自在に支持されるものを例示したが、プランジャーにラック歯を設けてこれと噛み合うピニオンを各リンクの回転軸に一体に設け、プランジャーの伸展縮退に応じてピニオンが回転し、結果的にリンクが駆動されるように構成することも可能である。
【０１２５】
またここに例示したコイルの形状は、ピッチ径の同じコイルを示したが、ゼンマイばねのように各コイル毎にピッチ径が異なるように構成しても、同じ効果が得られる。
【０１２６】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく、種々の設計変更を行なうことが可能である。
【０１２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明は、相対運動を可能として順次連結される複数のリンクと、それらのリンクに付設される流体圧アクチュエータとを備えるリンク装置において、各リンクは、相互に隣接するリンクの基端部および先端部間に連結軸を介在させて相互に連結され、相互に隣接するリンク間には、前記各連結軸まわりの相対運動を各リンクに生じさせる流体圧アクチュエータが設けられ、流体圧アクチュエータの少なくとも一部が、対応するリンク内に収納、配置されるので、リンク装置をコンパクトに構成することが可能となる。また各流体圧アクチュエータの流体圧室に流体圧を導く流体圧導管のうち少なくとも２つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられる流体圧導管には、相互に隣接するリンク相互を連結する連結軸を囲繞して、その隣接するリンク相互に前記相対運動が生じたときにその動きを押し戻す方向に弾発力を発揮し得る捩りコイルばねとして働くコイル部が形成されるので、流体圧導管に、隣接するリンク相互に相対運動が生じたときにその動きを押し戻す方向に弾発力を発揮し得る捩りコイルばねとしてのばね機能をもたせることができ、したがって、アクチュエータと、そのアクチュエータに流体圧を作用せしめる構造を狭いスペース内に配置可能となる。
【０１２８】
また請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、流体圧導管は、少なくとも３つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられ、該流体圧導管には、各リンク相互を連結する少なくとも２つの連結軸をそれぞれ囲繞するコイル部が形成されるとともに、各コイル部間で屈曲した屈曲部が形成されるので、隣接リンクの相対運動の繰り返しに伴う疲労の軽減とばね機能とを併せて流体圧導管に持たせることができ、しかも屈曲部により両コイル部間の距離調節が可能となる。
【０１２９】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、流体圧アクチュエータの流体圧室には、該流体圧室からのエア抜き後に先端部が機械的な変形により閉じられるエア抜き管が、流体圧導管とは別に連結されるので、スペースを要しない極めて容易な作業で流体圧回路からのエア抜きを行なうことができる。
【０１３０】
請求項４記載の発明の人工ハンドでは、上記請求項１〜３のいずれかに記載のリンク装置で、基部に連結される複数の指がそれぞれ構成されるので、人工ハンドをコンパクトに構成することができる。
【０１３１】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、指の一部を構成するリンクを屈曲させる駆動力を発揮可能な第１の流体圧アクチュエータと、第１の流体圧アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する第１の弾発手段と、指の一部を構成して前記リンクに連結されるリンクを屈曲させる駆動力を発揮可能として第１の流体圧アクチュエータと共通の流体圧源に接続される第２の流体圧アクチュエータと、第２の流体圧アクチュエータの駆動力に対抗する弾発力を発揮する第２の弾発手段とを備え、第１の流体圧アクチュエータの駆動力および第１の弾発手段の弾発力の差と、第２の流体圧アクチュエータの駆動力および第２の弾発手段の弾発力の差とが、相互に異なって設定されるので、指を構成するリンクの屈曲順序を自在に設定し、手が物を掴もうとして目標物に近づくときのプリシェーピング（物を掴むのに適した形状）を簡潔な構造で再現することができる。
【０１３２】
請求項６記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部には、第１指の基端部が軸を介して回動可能に連結され、該軸の軸線は、基部に連結される第２ないし第５指の延伸方向と略平行な方向から第２ないし第５指側に傾斜して配置されるので、第１指を駆動するアクチュエータのわずかな作動により第１指を他の指と向き合う位置まで回動することができ、上記アクチュエータの所要作動量を小さくし、該アクチュエータの小型化を図ることができる。
【０１３３】
請求項７記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結される第１ないし第５指のうち少なくとも１本の指に設けられて、当該指を曲げる方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが、前記当該指に作用する外力による逆動を不能とした流体圧源に接続されるので、力仕事を受け持つ指については、流体圧源からの作用では動くが、一旦荷物を保持する形をハンドが実現すれば、荷物を運搬中に各指でエネルギーを消耗することをなくし、電池などのエネルギー源を小型化することができる。
【０１３４】
請求項８記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結さ れる第１ないし第５指のうち第２指および第５指の基端部の少なくとも一方が、それらの指の先端部間の間隔を増減可能として基部に連結され、第２指および第５指間には前記間隔を増減可能なアクチュエータが設けられ、第２指および基部間には前記アクチュエータの間隔増大方向の力に対抗するばね力を発揮するばねが設けられ、第５指および基部間には前記アクチュエータの間隔増大方向の力に対抗するとともに前記ばねのばね力とは異なるばね力を発揮するばねが設けられるので、単一のアクチュエータによるコンパクトな構成で、手を広げる方向に第２指および第５指を外展作動せしめることができ、この際、指に負荷がかからない状態での外展を第２指および第５指のいずれか一方から生じさせるようにして、手を必要以上に大きくすることなく狭い場所での作業を有効に行なうことが可能となる。
【０１３５】
請求項９記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、基部に連結される第１ないし第５指のうち少なくとも第５指の基端側の中手リンクが、該指を握ったり、開いたりする方向の揺動を可能として基部に連結され、前記中手リンクに連結される基節リンクおよび基部間には、流体圧の作用に応じて基節リンクを握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが設けられ、前記中手リンクおよび基部間には、中手リンクを開く側に付勢するばねが設けられるので、流体圧アクチュエータの作動により、最初は基節リンクが屈折するが、基節リンクに負荷が生じたときには中手リンクが屈折するようにして、物を握った場合の握る力を均等に効果を、単一のアクチュエータで得ることが可能であり、重量低減およびシステム簡略化を果たすことができる。
【０１３６】
請求項１０記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、各指の最先端位置に在る末節リンクと、最先端から２番目のリンクとは、連結軸を介して連結され、両リンク間には、流体圧の作用に応じて末節リンクを握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータが設けられ、各末節リンクの先端面は、その先端面に直角に作用する外力が前記連結軸のまわりに末節リンクを開く側に作用する方向となる形状に形成されるので、指で物を押すときに、流体圧アクチュエータに無用な負荷がかかることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例のロボットハンドの右手を甲側から見た平面図である。
【図２】 基部の平面図である。
【図３】 図１の３−３線矢視図である。
【図４】 第１指の進展状態を示す平面図である。
【図５】 図１の５−５線断面図である。
【図６】 第２指屈曲時の図５に対応する断面図である。
【図７】 図１の７−７線断面図である。
【図８】 図７の６−６線断面図である。
【図９】 第２指および第５指を開いた状態での図１に対応する平面図である。
【図１０】 流体圧回路図である。
【図１１】 第１の種類の流体圧源の構成を示す断面図である。
【図１２】 第２の種類の流体圧源の構成を示す断面図である。
【図１３】 図５の要部拡大図である。
【図１４】 図１３の１４−１４線断面図である。
【図１５】 第２実施例の図５に対応する断面図である。
【図１６】 図１５の１６−１６線拡大断面図である。
【図１７】 第３実施例の図１０に対応する流体圧回路図である。
【図１８】 第４実施例の図１０に対応する流体圧回路図である。
【図１９】 第５実施例の流体圧源の縦断面図である。
【図２０】 第６実施例の図１０に対応する流体圧回路図である。
【図２１】 第７実施例のロボットハンドの右手を甲側から見た平面図である。
【図２２】 図２１の２２−２２線拡大断面図である。
【図２３】 第１指を曲げた状態での図２１に対応する平面図である。
【符号の説明】
２０・・・軸
２８1 〜２８5 ，２８1 ´，２８2 ´，２９1 〜２９5 ，２９1 ´，２９2 ´，３０2 〜３０5 ，３０2 ´，３１1 〜３１5 ，３１1 ´，３１2 ´・・・リンク
３２1 ，３２2 ，３２5 ，３３2 ，３３5 ，３４1 ，３４2 ，３４ 5 ・・・連結軸
３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８ 5 ・・・流体圧アクチュエータ
３６ｃ，３７ｃ，３８ｃ・・・流体圧室
５４，６３，６４・・・ばね
６０・・・アクチュエータ
６７2 ，６７4 ，６７6 ，６７6A，６７6B，６７2 ′，６７4 ′，６７6 ′・・・流体圧源
８２，８４，８６，９４・・・流体圧導管
８３，８８，９４・・・エア抜き管
８４ａ，８６ａ，９２ａ，９２ｂ・・・コイル部
８９・・・弾発手段としてのばね
９２ｃ・・・屈曲部
Ｂ，Ｂ´・・・基部
Ｆ1 〜Ｆ5 ，Ｆ1 ´〜Ｆ5 ´・・・指
Claims (10)
- 相対運動を可能として順次連結される複数のリンク（２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 ，３１1 〜３１5 ）と、それらのリンクに付設される流体アクチュエータ（３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 ）とを備えるリンク装置において、
各リンク（２８1 〜２８5 ，２９1 〜２９5 ，３０2 〜３０5 ，３１1 〜３１5 ）は、相互に隣接するリンクの基端部および先端部間に連結軸（３２1 ，３２2 ，３２5 ，３３2 ，３３5 ，３４1 ，３４2 ，３４5 ）を介在させて相互に連結され、相互に隣接するリンク間には、前記各連結軸まわりの相対運動を各リンクに生じさせる流体圧アクチュエータ（３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 ）が設けられ、各流体圧アクチュエータの流体圧室（３６ｃ，３７ｃ，３８ｃ）に流体圧を導く流体圧導管（８２，８４，８６，９２）のうち少なくとも２つの相互に隣接するリンク間に跨がって設けられる流体圧導管（８４，８６，９２）には、相互に隣接するリンク相互を連結する連結軸（３２1 ，３２2 ，３２5 ，３３2 ，３３5 ）を囲繞して、その隣接するリンク相互に前記相対運動が生じたときにその動きを押し戻す方向に弾発力を発揮し得る捩りコイルばねとして働くコイル部（８４ａ，８６ａ，９２ａ，９２ｂ）が形成され、前記流体圧アクチュエータ（３６1 〜３６5 ，３７2 〜３７5 ，３８1 〜３８5 ）の少なくとも一部が、対応するリンク（２８1 〜２８5 ；２９1 〜２９5 ；３０2 〜３０5 ）内に収納、配置されることを特徴とするリンク装置。 - 流体圧導管（９２）は、少なくとも３つの相互に隣接するリンク（２８ 2 ，２９ 2 ，３０ 2 ）間に跨がって設けられ、該流体圧導管（９２）には、各リンク相互を連結する少なくとも２つの連結軸（３２ 2 ，３３ 2 ）をそれぞれ囲繞するコイル部（９２ａ，９２ｂ）が形成されるとともに、各コイル部（９２ａ，９２ｂ）間で屈曲した屈曲部（９２ｃ）が形成されることを特徴とする請求項１記載のリンク装置。
- 流体圧アクチュエータ（３６ 1 〜３６ 5 ，３７ 2 〜３７ 5 ，３８ 1 〜３８ 5 ）の流体圧室（３６ｃ，３７ｃ，３８ｃ）には、該流体圧室（３６ｃ，３７ｃ，３８ｃ）からのエア抜き後に先端部が機械的な変形により閉じられるエア抜き管（８３，８８，９４）が、流体圧導管（８２，８６，９２）とは別に連結されることを特徴とする請求項１記載のリンク装置。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のリンク装置で、基部（Ｂ）に連結される複数の指（Ｆ 1 〜Ｆ 5 ）がそれぞれ構成されることを特徴とする人工ハンド。
- 指（Ｆ 1 〜Ｆ 5 ）の一部を構成するリンク（３１ 1 〜３１ 5 ）を屈曲させる駆動力を発揮可能な第１の流体圧アクチュエータ（３８ 1 〜３８ 5 ）と、第１の流体圧アクチュエータ（３８ 1 〜３８ 5 ）の駆動力に対抗する弾発力を発揮する第１の弾発手段と、指（Ｆ 1 〜Ｆ 5 ）の一部を構成して前記リンク（３１ 1 〜３１ 5 ）に連結されるリンク（２９ 1 ，３０ 2 〜３０ 5 ）を屈曲させる駆動力を発揮可能として第１の流体圧アクチュエータ（３８ 1 〜３８ 5 ）と共通の流体圧源（６７ 2 ，６７ 4 ，６７ 6 ，６７ 6B ，６７ 2 ′，６７ 4 ′，６７ 6 ′）に接続される第２の流体圧アクチュエータ（３６ 1 ，３７ 2 〜３７ 5 ）と、第２の流体圧アクチュエータ（３６ 1 ，３７ 2 〜３７ 5 ）の駆動力に対抗する弾発力を発揮する第２の弾発手段とを備え、第１の流体圧アクチュエータ（３８ 1 〜３８ 5 ）の駆動力および第１の弾発手段の弾発力の差と、第２の流体圧アクチュエータ（３６ 1 ，３７ 2 〜３７ 5 ）の駆動力および第２の弾発手段の弾発力の差とが、相互に異なって設定されることを特徴とする請求項４記載の人工ハンド。
- 基部（Ｂ）には、第１指（Ｆ 1 ）の基端部が軸（２０）を介して回動可能に連結され、該軸（２０）の軸線は、基部（Ｂ）に連結される第２ないし第５指（Ｆ 2 〜Ｆ 5 ）の延伸方向と略平行な方向から第２ないし第５指（Ｆ 2 〜Ｆ 5 ）側に傾斜して配置されることを特徴とする請求項４記載の人工ハンド。
- 基部（Ｂ，Ｂ´）に連結される第１ないし第５指（Ｆ 1 〜Ｆ 5 ，Ｆ 1 ´〜Ｆ 5 ´）のうち少なくとも１本の指（Ｆ 3 〜Ｆ 5 ，Ｆ 3 ´〜Ｆ 5 ´）に設けられて、当該指（Ｆ 3 〜Ｆ 5 ，Ｆ 3 ´〜Ｆ 5 ´）を曲げる方向の力を発揮する流体圧アクチュエータ（３６ 3 〜３６ 5 ，３７ 3 〜３７ 5 ，３８ 3 〜３８ 5 ）が、前記当該指（Ｆ 3 〜Ｆ 5 ） に作用する外力による逆動を不能とした流体圧源（６７ 6 ，６７ 6A ，６７ 6B ，６７ 6 ′）に接続されることを特徴とする請求項４記載の人工ハンド。
- 基部（Ｂ，Ｂ´）に連結される第１ないし第５指（Ｆ 1 〜Ｆ 5 ，Ｆ 1 ´〜Ｆ 5 ´）のうち第２指（Ｆ 2 ，Ｆ 2 ´）および第５指（Ｆ 5 ，Ｆ 5 ´）の基端部の少なくとも一方が、それらの指（Ｆ 2 ，Ｆ 2 ´，Ｆ 5 ，Ｆ 5 ´）の先端部間の間隔を増減可能として基部（Ｂ，Ｂ´）に連結され、第２指（Ｆ 2 ，Ｆ 2 ´）および第５指（Ｆ 5 ，Ｆ 5 ´）間には前記間隔を増減可能なアクチュエータ（６０）が設けられ、第２指（Ｆ 2 ，Ｆ 2 ´）および基部（Ｂ，Ｂ´）間には前記アクチュエータ（６０）の間隔増大方向の力に対抗するばね力を発揮するばね（６３）が設けられ、第５指（Ｆ 5 ，Ｆ 5 ）および基部（Ｂ，Ｂ´）間には前記アクチュエータ（６０）の間隔増大方向の力に対抗するとともに前記ばね（６３）のばね力とは異なるばね力を発揮するばね（６４）が設けられることを特徴とする請求項４記載の人工ハンド。
- 基部（Ｂ，Ｂ´）に連結される第１ないし第５指（Ｆ 1 〜Ｆ 5 ，Ｆ 1 ´〜Ｆ 5 ´）のうち少なくとも第５指（Ｆ 5 ，Ｆ 5 ´）の基端側の中手リンク（２８ 5 ）が、該指（Ｆ 5 ，Ｆ 5 ´）を握ったり、開いたりする方向の揺動を可能として基部（Ｂ，Ｂ´）に連結され、前記中手リンク（２８ 5 ）に連結される基節リンク（２９ 5 ）および基部（Ｂ，Ｂ´）間には、流体圧の作用に応じて基節リンク（２９ 5 ）を握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータ（３６ 5 ）が設けられ、前記中手リンク（２８ 5 ）および基部（Ｂ，Ｂ´）間には、中手リンク（２８ 5 ）を開く側に付勢するばね（５４）が設けられることを特徴とする請求項４記載の人工ハンド。
- 各指（Ｆ 1 〜Ｆ 5 ，Ｆ 1 ´〜Ｆ 5 ´）の最先端位置に在る末節リンク（３１ 1 〜３１ 5 ，３１ 1 ´，３１ 2 ´）と、先端から２番目のリンク（２９ 1 ，２９ 1 ´，３０ 2 〜３０ 5 ，３０ 2 ´）とは、連結軸（３４ 1 ，３４ 2 ，３４ 5 ）を介して連結され、両リンク（３１ 1 〜３１ 5 ，３１ 1 ´，３１ 2 ´；２９ 1 ，２９ 1 ´，３０ 2 〜３０ 5 ，３０ 2 ´）間には、流体圧の作用に応じて末節リンク（３１ 1 〜３１ 5 ，３１ 1 ´，３１ 2 ´）を握る方向の力を発揮する流体圧アクチュエータ（３８ 1 〜３８ 5 ）が設けられ、各末節リンク（３１ 1 〜３１ 5 ，３１ 1 ´，３１ 2 ´）の先端面は、その先端面に直角に作用する外力が前記連結軸（３４ 1 〜３４ 5 ）のまわりに末節リンク（３１ 1 〜３１ 5 ，３１ 1 ´，３１ 2 ´）を開く側に作用する方向となる形状に形成されることを特徴とする請求項４記載の人工ハンド。
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