JP4462742B2

JP4462742B2 - 簡潔構造の人間型ハンド

Info

Publication number: JP4462742B2
Application number: JP2000289691A
Authority: JP
Inventors: 茂樹遠山; 直樹深谷; 博和田
Original assignee: ダブル技研株式会社; 直樹深谷; 茂樹遠山
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP2002103269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量で操作を容易とし、ロボット用や、身体障害者などの義手用に適した簡潔構造の人間型ハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間型ハンドは、ロボットや義手に使用されるものであり、人の手の構造と動作は極めて複雑であるため、従来から一般的に知られている人間型ハンドは、多数のアクチュータを有し、また、センサ類などによる情報を得る必要があり、そのコントロールシステムも極めて複雑である。
【０００３】
特に、義手用の人間型ハンドは、例えば、１個の物体を掴むだけでも複雑な機構で複数のアクチエータを操作せねばならず、また、重量も重くならざるを得ないため、それを取り付ける装着者にとって操作も煩雑で負担も多いものとなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量で操作を容易とし、ロボット用や、身体障害者などの義手用に適した簡潔構造の人間型ハンドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の人間型ハンドは、掌基板（６９）と、ユニバーサルジョイント（６５、６６、６７、６８）を介して後端が前記掌基板（６９）に接続された複数の掌ロッド（６２、６３、６１、６４）と、前記複数の掌ロッド（６２、６３、６１、６４）の隣接する掌ロッドどうしを所定位置においてジョイントを介して相互に接続する継手ロッド（７１、７２、７３）と、前記複数の掌ロッド（６２、６３、６１、６４）のそれぞれに設けられ、該掌ロッド（たとえば６２）の先端と第１の接続点にて回転自在に接続する回転プレート（１４）と、前記回転プレート（１４）の前記第１の接続点とは別の第２の接続点にて該回転プレート（１４）と回転自在に接続して駆動力を伝達する第１の駆動ロッド（８４ａ）と、前記回転プレート（１４）の前記第１の接続点および前記第２の接続点とは別であり前記第１の接続点と前記第２の接続点とで三角形をなす位置の第３の接続点にて後端が該回転プレート（１４）と回転自在に接続された第２の駆動ロッド（１５）と、後端が前記第１の接続点にて回転自在に接続される第１の指プレート（１１）と、前記第１の指プレート（１１）の先端の第４の接続点に後端が回転自在に接続されるとともに前記第４の接続点とは別の後端位置の第５の接続点に前記第２の駆動ロッド（１５）の先端が回転自在に接続される第２の指プレート（１２）と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また本発明は、前記第４の接続点とは別に前記第１の指プレート（１１）の先端の第６の接続点に後端が回転自在に接続された第３の駆動ロッド（１６）と、前記第３の駆動ロッド（１６）の先端の第７の接続点にて後端を回転自在に接続するとともに前記第７の接続点とは別の後端位置の第８の接続点に回転自在に前記第２の指プレート（１２）の先端が接続された第３の指プレート（１３）と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明に関わる簡潔構造の人間型ハンドに使用する指機構の代表として中指機構１０の構成図を示す。
【００１２】
この中指機構１０は、掌機構６０（図３参照）の一部を構成し中手骨に相当する掌ロッド６１の先端に一端が回転自在に取り付けられ基節骨に相当する指プレート１１と、指プレート１１の他端に一端が回転自在に取り付けられ中節骨に相当する指プレート１２と、指プレート１２の他端に一端が回転自在に取り付けられ末節骨に相当する指プレート１３とが連続的に設けられている。
【００１３】
さらに、中指機構１０には、三角形状の回転プレート１４が中心部で掌ロッド６１の先端に回転自在に取り付けられ、回転プレート１４の一方の端に一端が回転自在に取り付けられ他端が指プレート１２の指プレート１１側の端部に回転自在に取り付けられる駆動ロッド１５と、指プレート１１の指プレート１２側の端部に一端が回転自在に取り付けられ他端が指プレート１３の指プレート１２側の端部に回転自在に取り付けられる駆動ロッド１６とが設けられている。
【００１４】
回転プレート１４の他方の端には駆動ロッド８４ａが回転自在に取り付けられ、駆動ロッド８４ａが矢印Ｐ１方向に牽引されると回転プレート１４は矢印Ｋ１の方向に回動し、駆動ロッド１５は矢印Ｋ２の方向に駆動される。駆動ロッド１５の駆動により指プレート１２が矢印Ｋ３方向に駆動され回動力が与えられるとともに指プレート１１にも矢印Ｋ４に示す回動力が与えられ、指プレート１２の駆動により指プレート１３は矢印Ｋ５に示す方向に駆動力が与えられる。
【００１５】
さらに、駆動ロッド８４ａを矢印Ｐ１方向に牽引することにより指プレート１１と、指プレート１２と、指プレート１３とは回動し中指機構１０を湾曲形状にすることができる。
【００１６】
スプリング１７Ａは、中心部１７ａと一方の端部１７ｃが指プレート１１に取りつけられ、他方の端部１７ｂが掌ロッド６１に取り付けられ、指プレート１１に矢印Ｋ４とは逆方向のばね力を与えている。
【００１７】
スプリング１７Ｂは、中心部１７ｄと一方の端部１７ｅが指プレート１１に取りつけられ、他方の端部１７ｆが指プレート１２に取り付けられ、指プレート１２に矢印Ｋ３とは逆方向のばね力を与えている。
【００１８】
スプリング１７Ｃは、中心部１７ｇと一方の端部１７ｉが指プレート１３に取りつけられ、他方の端部１７ｈが指プレート１２に取り付けられ、指プレート１３に矢印Ｋ５とは逆方向のばね力を与えている。
【００１９】
もどり機構１７は、スプリング１７Ａ、スプリング１７Ｂおよびスプリング１７Ｃとで構成され、中指機構１０が回動されたとき元の位置へのもどり力を与えるものである。
【００２０】
ただし、もどり機構１７は、スプリング１７Ａ、スプリング１７Ｂおよびスプリング１７Ｃとに限定されるものではなく、１個または複数のスプリングで構成するようにすることもできる。
【００２１】
図２は、球体Ｂを握るときの中指機構１０の動作例図を示す。図２（Ａ）は把持開始時の側面図を示し、図２（Ｂ）は指プレート１１の中央部に球体Ｂを当接し把持する側面図を示し、図２（Ｃ）は指プレート１１の先端部に球体Ｂを当接し把持する側面図を示す。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、駆動ロッド８４ａが矢印Ｐ１方向に牽引されると回転プレート１４は矢印Ｋ１の方向に回動し、駆動ロッド１５により指プレート１２に駆動力が与えられるとともに指プレート１１にも回動力が与えられ、指プレート１１は指プレート１２の回動より先行して回動を開始する。
【００２３】
図２（Ｂ）に示すように、指プレート１１が回動し球体Ｂに当接すると指プレート１１の回動は停止し、指プレート１２と指プレート１３は回動を続け指プレート１１と、指プレート１２と、指プレート１３とを湾曲の把持形状にすることができる。
【００２４】
また、図２（Ｃ）に示すように、把持開始時に指プレート１１の先端部に球体Ｂを当接させ、指プレート１１の先端部で指プレート１１と、指プレート１２と、指プレート１３とを湾曲の把持形状にすることもできる。
【００２５】
図３は、本発明に関わる簡潔構造の人間型ハンドの全体骨格図を示し、掌機構６０と、中指機構１０、小指機構２０、薬指機構３０、人指し指機構４０および親指機構５０の組立図を示す。
【００２６】
小指機構２０、薬指機構３０および人指し指機構４０の機構は、図１で詳細説明した中指機構１０と同様構成のため詳細説明は省略する。
【００２７】
掌機構６０は、ユニバーサルジョイント６５、６６、６７、６８を介しそれぞれ掌ロッド６１、６２、６３、６４を掌基板６９に接続している。掌ロッド６２と掌ロッド６３との間には継手ロッド７１がその両端に設けたジョイントを介し取り付けられ、掌ロッド６３と掌ロッド６１との間には継手ロッド７２がその両端に設けたジョイントを介し取り付けられ、掌ロッド６１と掌ロッド６４との間には継手ロッド７３がその両端に設けたジョイントを介し取り付けられている。
【００２８】
また、親指機構５０は、掌基板６９に設けたユニバーサルジョイント５４に指ロッド５１と指ロッド５２と指ロッド５３とが連続的に取り付けられ、掌ロッド６４に固定された接続ロッド５７に設けたユニバーサルジョイント５６と指ロッド５１との間に継手ロッド５５が取り付けられ、人間の親指に似せて全体に内側方向に回転することができる。親指機構５０は、内側方向に回転するとき、指の先端側に対し予め定めた傾斜角θ（６．５度近辺が望ましい）を持って前記指機構側に回動する。
【００２９】
また、親指機構５０は、接続ロッド５７と、ユニバーサルジョイント５６と、継手ロッド５５とに、図１に示すスプリング１７Ａと同様のスプリング（図示せず）を取り付け、親指機構５０のもどり機構にすることもできる。
【００３０】
また、親指機構５０は、図１に示した中指機構１０と同様構成とし、把持動作を行うとき湾曲の把持形状にすることもできる。
【００３１】
さらに、図６はスプリング継手７４の側面図を示し、スプリング継手７４は、図３に示した継手ロッド７１、７２、７３の代わりに使用するものである。図６に示すようにスプリング継手７４は、例えば、掌ロッド６１、６２、６３に挿入して使用し、スプリングで構成しているため、簡潔構造で元の位置への復元力を有したものとすることができる。
【００３２】
図４は、本発明に関わる指駆動機構８０の概略図を示す。
【００３３】
駆動ロッド８４ａは、矢印Ｐ１方向に牽引されることにより図１に示す中指機構１０を駆動し中指機構１０に把持動作を行わせることができ、同様に、駆動ロッド８３ａ、駆動ロッド８３ｂおよび駆動ロッド８４ｂもそれぞれ図３に示す小指機構２０、薬指機構３０および人指し指機構４０に把持動作を行わせることができる。
【００３４】
駆動ロッド８１ａに操作牽引力Ｐが加えられるとリンクプレート８１は牽引され、リンクプレート８１により駆動ロッド８１ｂを介しリンクプレート８２が牽引され、同時に掌基板６９（図３参照）に回転可能に取りつけられた回転プレート８５が矢印Ｐ０に示す方向に回動力が与えられる。
【００３５】
リンクプレート８２は、駆動ロッド８１ｂの牽引力により駆動ロッド８２ａと駆動ロッド８２ｂとを介しリンクプレート８３とリンクプレート８４とを牽引する。リンクプレート８３は、駆動ロッド８２ａの牽引力により駆動ロッド８３ａと駆動ロッド８３ｂとを矢印Ｐ２と矢印Ｐ３方向にそれぞれ牽引し、また、同時にリンクプレート８４は、駆動ロッド８２ｂの牽引力により駆動ロッド８４ａと駆動ロッド８４ｂとを矢印Ｐ１と矢印Ｐ４方向にそれぞれ牽引する。
【００３６】
また、回転プレート８５は、駆動ロッド８１ｃにより矢印Ｐ０に示す方向に与えられた回動力により駆動ロッド８５ａを介し矢印Ｐ５に示すように親指機構５０を全体に内側方向に回動させることができる。
【００３７】
従って、指駆動機構８０は、一方向よりの単独の操作牽引力Ｐにより中指機構１０、小指機構２０、薬指機構３０、人指し指機構４０および親指機構５０に牽引力をそれぞれ個別の経路で与えることができる。
【００３８】
例えば球体の把持を行うときには、駆動ロッド８１ａに操作牽引力Ｐが加えられ指駆動機構８０は駆動を開始し、小指機構２０が物体に接触すると把持動作を始め、続いて薬指機構３０も接触し把持動作を始め、このように駆動ロッド８１ａに操作牽引力Ｐが加わり続ける限り、指機構の全てが物体に接触し、把持動作を終えるまで協調的に動作する。
【００３９】
また、何かにぶつかるなど突発的な出来事によってある指機構の位置がずれ、把持力が弱まったとしても、指駆動機構８０は牽引力を均等に、かつバランスを保つように働くことができ、これにより各指機構の把持力は再び均等になり、物体を把持し続ける。把持動作後は、もどり機構１７により指機構は元の位置にもどすことができる。
【００４０】
なお、図３に示す掌ロッド６１、６２、６３、６４と、中指機構１０、小指機構２０、薬指機構３０および人指し指機構４０のそれぞれとの接続にはユニバーサルジョイントを使用し、把持動作を行うとき、各指機構は掌機構６０の中心部に向かい引き込まれるように曲げられ把持力の均等化を行うこともでき、人の手が物を握るとき手の中心部へ絞り込む場合と同様にすることができる。
【００４１】
図５は、本発明に関わる簡潔構造の人間型ハンドの作動状況図を示す。
【００４２】
図５に示すように、小指機構２０および薬指機構３０が把持する物体に接触したとき、矢印Ｑに示すように掌機構６０（図３参照）の内側に引き込むように動作し、これによって５指の指機構だけでなく、掌機構６０も把持時に物体に対し形状を合わせ密接に接触し、より広い面積で接触するような動作が可能になる。これは人間が安定した把持のために行う動作と同一の作用であり、安全に安定して物体の把持を遂行する上で重要な機能である。
【００４３】
また、把持動作は、球体の把持に限らず包み込み把持や、側面把持なども容易に行うこともできる。
【００４４】
以上述べたごとく、本発明の簡潔構造の人間型ハンドは、人間の手動作と似た動作を容易に行い、かつ軽量のものにすることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の簡潔構造の人間型ハンドは、一方向に牽引力が加えられたとき互いに回転自在に連結した複数の指プレートが回動して湾曲した把持形状になる複数の指機構と、一方向に牽引力が加えられたとき前記指機構側に回動する親指機構と、一方向に操作牽引力が加えられたとき前記複数のそれぞれの指機構に前記牽引力を与えると共に前記親指機構に前記牽引力を与える指駆動機構とで構成したため、軽量で操作を容易とし、ロボット用や、身体障害者などの義手用に適した簡潔構造にすることができる。
【００４６】
また、前記指機構は、前記牽引力が加えられたとき互いに回転自在に連結した前記複数の指プレートに回動力を順次与えることとしたため、軽量構造で的確確実に把持動作を行うことができる。
【００４７】
また、前記指駆動機構は、前記複数の指機構に加える牽引力をそれぞれ個別の経路で与え、前記複数の指機構のいずれかが把持動作を終了しても他の前記指機構に引き続き牽引力を与えることとしたため、指機構の全てが物体に接触し、把持動作を終えるまで協調的に動作でき、軽量構造で的確確実に把持動作を行わせることができる。
【００４８】
また、前記親指機構は、前記指駆動機構により前記牽引力が加えられたとき指の先端側に対し予め定めた傾斜角を持って前記指機構側に回動することとしたため、軽量構造で的確確実に把持動作を行うことができる。
【００４９】
さらに、前記指機構または前記親指機構は、前記指駆動機構により牽引力が加えられ前記牽引力が減少したとき元の位置にもどす機構を有することとしたため、簡潔構造でもどり動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる簡潔構造の人間型ハンドに使用する指機構の代表として中指機構の構成図を示す。
【図２】球体を握るときの中指機構の動作例図を示す。図２（Ａ）は把持開始時の側面図を示し、図２（Ｂ）は指プレートの中央部に球体を当接し把持する側面図を示し、図２（Ｃ）は指プレートの先端部に球体を当接し把持する側面図を示す。
【図３】本発明に関わる簡潔構造の人間型ハンドの全体骨格図を示し、掌機構と、中指機構、小指機構、薬指機構、人指し指機構および親指機構の組立図を示す。
【図４】本発明に関わる指駆動機構の概略図を示す。
【図５】本発明に関わる簡潔構造の人間型ハンドの作動状況図を示す。
【図６】スプリング継手の側面図を示す。
【符号の説明】
１０中指機構
１１、１２、１３指プレート
１４回転プレート
１５、１６駆動ロッド
１７もどり機構
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃスプリング
２０小指機構
３０薬指機構
４０人指し指機構
５０親指機構
５０掌機構
６０掌機構
６１、６２、６３、６４掌ロッド
６９掌基板
８０指駆動機構
８２ａ、８２ｂ、８４ａ、８４ｂ駆動ロッド

Claims

掌基板（６９）と、
ユニバーサルジョイント（６５、６６、６７、６８）を介して後端が前記掌基板（６９）に接続された複数の掌ロッド（６２、６３、６１、６４）と、
前記複数の掌ロッド（６２、６３、６１、６４）の隣接する掌ロッドどうしを所定位置においてジョイントを介して相互に接続する継手ロッド（７１、７２、７３）と、
前記複数の掌ロッド（６２、６３、６１、６４）のそれぞれに設けられ、該掌ロッド（たとえば６２）の先端と第１の接続点にて回転自在に接続する回転プレート（１４）と、
前記回転プレート（１４）の前記第１の接続点とは別の第２の接続点にて該回転プレート（１４）と回転自在に接続して駆動力を伝達する第１の駆動ロッド（８４ａ）と、
前記回転プレート（１４）の前記第１の接続点および前記第２の接続点とは別であり前記第１の接続点と前記第２の接続点とで三角形をなす位置の第３の接続点にて後端が該回転プレート（１４）と回転自在に接続された第２の駆動ロッド（１５）と、
後端が前記第１の接続点にて回転自在に接続される第１の指プレート（１１）と、
前記第１の指プレート（１１）の先端の第４の接続点に後端が回転自在に接続されるとともに前記第４の接続点とは別の後端位置の第５の接続点に前記第２の駆動ロッド（１５）の先端が回転自在に接続される第２の指プレート（１２）と、
を備えたことを特徴とする人間型ハンド。
前記第４の接続点とは別に前記第１の指プレート（１１）の先端の第６の接続点に後端が回転自在に接続された第３の駆動ロッド（１６）と、
前記第３の駆動ロッド（１６）の先端の第７の接続点にて後端を回転自在に接続するとともに前記第７の接続点とは別の後端位置の第８の接続点に回転自在に前記第２の指プレート（１２）の先端が接続された第３の指プレート（１３）と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の人間型ハンド。