JP4545331B2

JP4545331B2 - Multi-finger hand device

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Publication number: JP4545331B2
Application number: JP2001052732A
Authority: JP
Inventors: 広志松田; 一宏岸本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP2001347482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の指機構を有する多指ハンド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人の手と同様の構造を有する多指ハンド装置は、手掌部から複数の指機構が延設され、その各指機構は、複数の関節を介して複数のリンク機構を順次連接して構成されている。そして、各関節を作動させる（例えば各関節の屈曲動作を行わせる）アクチュエータが、各リンク機構等に設けられている（例えば特開平８−１２６９８４号公報等を参照）。
【０００３】
しかしながら、従来の多指ハンド装置は、その各指機構の関節の動作方向や配置構成が、必ずしも多指ハンド装置による種々様々の物体の把持動作を適正に行い得るものとなっているとは言えず、これを改善することが望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、多指ハンド装置による物体の把持動作を容易に効率よく行うことを可能とする多指ハンド装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の多指ハンド装置は、手掌部から延設された複数の指機構を備え、各指機構が、前記手掌部側から複数の関節を介して順次連接された複数のリンク機構を具備する多指ハンド装置に関するものである。
【０００６】
本発明では、前記複数の指機構として、親指に相当する第１指機構と、該第１指機構以外の３つの指機構である第２〜第４指機構とを備え、
前記第２〜第４指機構のそれぞれの最も手掌部側の関節である第１関節が、その回転軸心を前記手掌部の手平面に略直交する方向に向けて該手掌部の略幅方向に並列して設けられていると共に、前記第１指機構の最も手嘗部側の関節である該第１指機構の第１関節の回転軸心と、前記第２〜第４指機構のうちの中間に位置する指機構である第３指機構の第１関節の回転軸心とが交わるように（好ましくはほぼ直角に交わるように）該第１指機構及び第３指機構の第１関節が配置されており、前記第１〜第４指機構の第１関節での回転動作を含む各指機構の関節の動作によって、前記第１指機構のうちの第１関節よりも先端側の部分と前記第３指機構のうちの第１関節よりも先端側の部分とが該第１指機構の第１関節の回転軸心と該第３指機構の第１関節の回転軸心とを含む同一の平面上で屈伸自在に互いに対向し、且つ、前記第２指機構のうちの第１関節よりも先端側の部分と前記第４指機構のうちの第１関節よりも先端側の部分とが前記平面に対して交差する方向で屈伸自在に互いに対向することが可能なように、前記第１〜第４指機構の関節が配置されている。
【０００７】
この構成によれば、前記第１指機構の第１関節と前記第３指機構の第１関節との両者又は一方の回転動作を行うことによって、第１指機構の第１関節よりも先端側の部分と、第３指機構の第１関節よりも先端側の部分とを同一の平面上で屈伸自在に対向させることが可能となる。また、前記第２指機構のうちの第１関節よりも先端側の部分と前記第４指機構のうちの第１関節よりも先端側の部分とを、前記平面に対して交差する方向で屈伸自在に互いに対向させることができる。このとき、第１指機構と第３指機構との間に物体を把持しつつ、この把持方向と異なる方向で、第２指機構と第４指機構との間で物体を把持することができるため、該物体の把持を確実に行なうことが可能となる。
【０００８】
尚、本発明では、各指機構のそれぞれの第１関節以外の他の関節は、特に１軸の自由度を有するものである場合（一つの回転軸心回りの回転動作が可能である場合）には、その回転軸心は、前記第１関節の回転軸心と直交するものであることが好適である。
【０００９】
また、本発明では、前記第２〜第４指機構のそれぞれの前記第１関節に連結して最も手掌部側に位置するリンク機構（以下、ここでは第１リンク機構という）は、そのそれぞれの幅方向の中心線が相互に傾斜して各指機構の先端側に向かって放射状に広がるように前記手掌部に固定されている。
【００１０】
これによれば、前記手掌部の略幅方向に並列している第２〜第４指機構は、そのそれぞれの前記第１関節の回転軸が手掌部の手平面に略直交する方向に向けられているため、それらの指機構の第１関節よりも先端側の部分は、該第１関節の箇所において、手掌部の手平面に略沿った回転動作を行うことが可能である。そして、このとき、第２〜第４指機構の第１リンク機構は、そのそれぞれの幅方向の中心線が相互に傾斜して各指機構の先端側に向かって放射状に広がるように前記手掌部に固定されているため、各指機構を、隣合う指機構との干渉を避けつつ広い回転範囲にわたって、第１関節の回転軸心の回りに回転させることが可能となる。つまり第１指機構以外の各指機構と、隣合う指機構とを必要以上にそれぞれの第１関節の回転軸心回りに回転させることなく、比較的広い範囲にわたって第１関節の回転軸心回りに回転させることが可能となる。この結果、指機構は、種々様々の物体の把持に適した姿勢を容易に採ることが可能となる。
【００１２】
また、本発明では、前記第２〜第４指機構のそれぞれの前記第１関節は、該手掌部の略幅方向に並列して設けられると共に、その回転軸心が前記手掌部の手平面に略直交する方向で相互に傾斜し該手掌部の甲側に向かって放射状に広がるように設けられている。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記第２〜第４指機構のそれぞれの第１関節の回転軸心が手掌部の手平面に略直交する方向で相互に傾斜し該手掌部の甲側に向かって放射状に広がるように設けられているので、それらの各指機構の第１関節よりも先端側の関節を作動させて、該第１関節よりも先端側の部分を手平面側に折り曲げるようにしたとき、それらの指機構の先端部が近傍箇所に集中しやすくなる。このため、それらの指機構を用いた物体の把持が容易になる。
【００１８】
以上説明した本発明では、前記第２〜第４指機構は、その少なくとも二つの指機構が互いに同一構造に構成されていることが好ましい。
【００１９】
これによれば、同一構造の指機構同士は、相互に転用することができる。このため、それらの指機構の在庫管理が容易になると共に、それらの指機構の一つが故障した場合における該指機構の交換処置に容易に対応することができる。
【００２０】
また、各指機構の各関節の回転動作を行わしめるアクチュエータを例えば各指機構に具備する。この場合特に、前記のように少なくとも二つの指機構が互いに同一構造に構成されているときには、各指機構の各関節の回転動作を行わしめるアクチュエータを各指機構に具備することにより、同一構造の指機構同士は該アクチュエータを含めて相互に転用することができる。
【００２１】
尚、本発明における各指機構の関節の駆動機構については、例えば、各指機構の最も先端側のリンク機構以外の各リンク機構に、これと隣合うリンク機構との間の関節を駆動するための電動モータ等の回転駆動手段と、この回転駆動手段の回転駆動力を該関節に伝達する回転伝達手段（減速装置等を含む）とを搭載した構成とすることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図１０を参照して説明する。
【００２３】
図１及び図２は本実施形態の多指ハンド装置の基本構造を示す斜視図であり、図１は多指ハンド装置の手平面を上側にして示した斜視図、図２は多指ハンド装置の手甲側を上側にして示した斜視図である。尚、図１及び図２では、説明の便宜上、多指ハンド装置の各指機構２〜５は、その要部構成のみを簡略化して記載し、アクチュエータ等の構成要素を省略している。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の多指ハンド装置は、手掌部１と、この手掌部１から延設された複数の指機構２〜５とを具備している。指機構２〜５は、本実施形態では４本であり、このうち、指機構２は人の手の親指に相当するものである。
【００２５】
手掌部１は、板状部材により形成されたものであり、表面が手平面６ａ（図１参照）となる手掌本体板６と、この手掌本体板６の後端部から該手掌本体板６と略直交する姿勢で手甲側（手掌本体板６の裏面側）に起立された起立板７とから構成されている。手掌本体板６の裏面（手甲側の面）は、指機構２〜５のうちの指機構３〜５が取付けられる面部である（図２参照）。
【００２６】
起立板７は、手掌部１の略幅方向に延在する第１部分起立板７ａと、この第１部分起立板７ａの一端側で該第１部分起立板７ａに対して傾斜して延在する第２部分起立板７ｂとから成る。第１部分起立板７ａは、図示しないロボットのアーム（腕体）に取付けられる部分、第２部分起立板７ｂは、指機構２が取付けられる部分である。
【００２７】
指機構２〜５のうち、指機構３〜５は、いずれも同一構造であり、それぞれ、第１〜第５の５個のリンク機構８〜１２を手掌部１側から順に第１〜第４の４個の関節１３〜１６を介して連接した構造となっている。尚、指機構３〜５は、上記のようにいずれも同一構造であることから、図１及び図２では、便宜上、指機構４については、各リンク機構及び各関節の参照符号を省略している。
【００２８】
これらの指機構３〜５のより詳細な構造は後述するが、それぞれの各関節１３〜１６は、いずれも一軸回りの回転運動を可能とする関節である。そして、本実施形態では、最も手掌部１寄りの第１関節１３の回転軸心は、他の三つの第２〜第４関節１４〜１６の回転軸心（これらは互いに平行である）と直交している。
【００２９】
すなわち、例えば指機構５について図１を参照して説明すると、この指機構５の第１関節１３は、図示の回転軸心１３ｘの回りに第２リンク機構９を第１リンク機構８に対して回転可能とし、第２関節１４は、第１関節１３の回転軸心１３ｘと直交する回転軸心１４ｘの回りに第３リンク機構１０を第２リンク機構９に対して回転可能としている。さらに、第３関節１５は、第２関節１４の回転軸心１４ｘと平行な回転軸心１５ｘの回りに第４リンク機構１１を第３リンク機構１０に対して回転可能とし、第４関節１６は、第３関節１５の回転軸心１５ｘと平行な回転軸心１６ｘの回りに第５リンク機構１２を第４リンク機構１１に対して回転可能としている。
【００３０】
このような第１〜第４関節１３〜１６の回転動作は、指機構３，４についても全く同様である。そして、本実施形態では、指機構３〜５のそれぞれの第１リンク機構８が、第１関節１３の回転軸心１３ｘを手掌部１の手掌本体板６と略直交する方向に向けて該手掌本体板６の裏面部に固設され、該手掌本体板６の略幅方向に並列している（図２参照）。
【００３１】
ここで、手掌本体板６と指機構３〜５のそれぞれの第１リンク機構８との取付け構成についてさらに図３及び図４を参照して説明する。図３は、図２のIII矢視図（手掌部１の手甲側から指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘ方向で見た平面図）、図４は図３のIV−IV線断面図である。尚、図４では指機構３〜５の第１リンク機構８を仮想線で示している。
【００３２】
本実施形態では、図３に示すように、指機構３〜５のそれぞれの第１リンク機構８は、その幅方向の中心線Ｃ3，Ｃ4，Ｃ5が互いに傾斜し、且つ、それらの中心線Ｃ3，Ｃ4，Ｃ5が指機構３〜５の先端側に向かって放射状に広がるようにして、手掌本体板６の裏面部に固設されている。このため、指機構３〜５をそれぞれ中心線Ｃ3，Ｃ4，Ｃ5の方向に伸ばしたとき、指機構３〜５は、手掌部１側から放射状に延在することとなる。
【００３３】
また、本実施形態では、手掌本体板６は、図４に示すように、幅方向で手平面６ａ側に若干屈曲するように形成されており、手掌本体板６の裏面部の、指機構３の第１リンク機構８を固着する面部６ｘと、指機構４の第１リンク機構８を固着する面部６ｙと、指機構５の第１リンク機構８を固着する面部６ｚとは、互いに若干傾斜している。このため、これらの面部６ｘ，６ｙ，６ｚに指機構３〜５のそれぞれの第１リンク機構８を固設した状態では、各指機構３〜５の最も手掌部１側の関節である第１関節１３の回転軸心１３ｘも互いに若干傾斜し、それらの回転軸心１３ｘは、図示のように手甲側に向かって放射状に広がるように延在する。尚、この場合、本実施形態では、指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘ（これは図４の鉛直方向に延在する）に対する指機構５の第１関節１３の回転軸心１３ｘの傾斜角度θaは、指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘに対する指機構３の第１関節１３の回転軸心１３ｘの傾斜角度θb（例えば５度）とほぼ同じかもしくはそれよりも若干大きな角度（例えば５〜１０度）になっている。
【００３４】
一方、図１及び図２を参照して、指機構２は、第１〜第４の４個のリンク機構１７〜２０を手掌部１側から順に第１〜第３の３個の関節２１〜２３を介して連接した構造となっている。
【００３５】
この指機構２の各関節２１〜２３は、前記指機構３〜５の第１〜第３関節１３〜１５と同様、いずれも一軸回りの回転運動を可能とする関節であり、最も手掌部１寄りの第１関節２１の回転軸心は、他の二つの第２及び第３関節２２，２３の回転軸心（これらは互いに平行である）と直交している。
【００３６】
すなわち、図１参照して、指機構２の第１関節２１は、図示の回転軸心２１ｘの回りに第２リンク機構１８を第１リンク機構１７に対して回転可能とし、第２関節２２は、第１関節２１の回転軸心２１ｘと直交する回転軸心２２ｘの回りに第３リンク機構１９を第２リンク機構１８に対して回転可能としている。さらに、第３関節２３は、第２関節２２の回転軸心２２ｘと平行な回転軸心２３ｘの回りに第４リンク機構２０を第３リンク機構１９に対して回転可能としている。
【００３７】
そして、本実施形態では、指機構２は、その第１リンク機構１７が、第１関節２１の回転軸心２１ｘを手掌部１の第２部分起立板７ｂと直交する方向（手掌本体板６と略平行な方向）に向けて該第２部分起立板７ｂの外表面部に固設されている。
【００３８】
この場合、本実施形態では、指機構２は、その第１関節２１の回転軸心２１ｘが前記図３に示すように、前述の他の指機構３〜５のうちの指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘと略直角に交わるような位置及び姿勢で、第２部分起立板７ｂに固定されている。
【００３９】
前記指機構２〜５のさらに詳細な構造を図５〜図８を参照して説明する。
【００４０】
図５及び図６は、同一構造である指機構３〜５のうちの例えば指機構３を各関節１３〜１６の箇所で分解して示した分解斜視図である。この場合、図５では、指機構３の腹側の側面部、すなわち指機構３の、前記手掌部１の手平面６ａと同じ側の側面部であって、図１及び図２ように指機構３を屈曲させた状態で手掌部１の手平面６ａに対面する側面部（以下、腹面部という）が図５中の矢印Ａの方向（上方向）に向けられている。また、図６では、指機構３の腹面部が同図中の矢印Ｂの方向（横方向）に向けられている。また、図７は指機構３を伸ばした状態で、その腹面部側から見た平面図、図８は図７のVIII矢視図である。
【００４１】
図５〜図７に示すように、指機構３の第１リンク機構８は、手掌部１に固定される本体機枠２４に、第１関節１３を動作させるための電動モータ２５（アクチュエータ）と、該電動モータ２５の回転位置あるいは第１関節１３の動作位置を検出するためのロータリエンコーダ２６と、遊星歯車機構等により構成された減速装置２７とを搭載している。図６に示すように、電動モータ２５の駆動軸２５ａは、無端条ベルト２８を介してロータリエンコーダ２６の回転軸２６ａ及び減速装置２７の入力軸２７ａに接続され、電動モータ２５の駆動軸２５ａの回転が無端条ベルト２８を介してロータリエンコーダ２６の回転軸２６ａ及び減速装置２７の入力軸２７ａに伝達されるようになっている。
【００４２】
減速装置２７は、第１関節１３を構成するものであり、その入力軸２７ａに与えられる回転を減速して出力する回転出力部２７ｂ、すなわち、入力軸２７ａよりも遅い回転速度で入力軸２７ａの軸心（これは第１関節１３の回転軸心１３ｘである）の回りに回転する回転出力部２７ｂを備えている。この回転出力部２７ｂは、第２リンク機構９の構成要素となるもので、第２リンク機構９の本体機枠２９を図７に示すようにネジ３０により固定して結合するための結合部３１が一体に設けられている。該結合部３１に第２リンク機構９の本体機枠２９を結合することにより該本体機枠２９が減速装置２７の回転出力部２７ｂと一体化する。
これにより、該第２リンク機構９は、第１リンク機構８の電動モータ２５を作動させたとき、第１関節１３の回転軸心１３ｘである減速装置２７の入力軸２７ａの軸心回りに回転（揺動）する。
【００４３】
上記のように回転出力部２７ｂの結合部３１に本体機枠２９が結合される第２リンク機構９にあっては、その本体機枠２９に、第１リンク機構８と同様、電動モータ３２（アクチュエータ）、ロータリエンコーダ３３及び減速装置３４が搭載され、電動モータ３２の駆動軸３２ａが無端条ベルト３５を介してロータリエンコーダ３３の回転軸３３ａ及び減速装置３４の入力軸３４ａに接続されている。この場合、電動モータ３２、ロータリエンコーダ３３及び減速装置３４は、本体機枠２９を第１リンク機構８側の前記結合部３１に結合した状態で、それらの軸心が前記第１関節１３の回転軸心１３ｘと直交するように配置されている。
【００４４】
この第２リンク機構９の減速装置３４は、前記第２関節１４を構成するもので、第１リンク機構８の減速装置２７と同様、その入力軸３４ａに与えられる回転を減速して出力する回転出力部３４ｂを第３リンク機構１０の構成要素として有している。該回転出力部３４ｂは、第２関節１４の回転軸心１４ｘとしての減速装置３４の入力軸３４ａの軸心回りに該入力軸３４ａよりも遅い回転速度で回転可能に設けられ、この回転出力部３４ｂに、第３リンク機構１０の本体機枠３６を図示しないネジにより固定して結合する結合部３７が一体に設けられている。
該結合部３７に第３リンク機構１０の本体機枠３６を結合することにより、該第３リンク機構１０は、第２リンク機構９の電動モータ３２を作動させたとき、第２関節１４の回転軸心１４ｘである減速装置３４の入力軸３４ａの軸心回りに回転出力部３４ｂと一体に回転（揺動）する。
【００４５】
上記のように回転出力部３４ｂの結合部３７に本体機枠３６が結合される第３リンク機構１０にあっては、その本体機枠３６に、第１リンク機構８と同様、電動モータ３８（アクチュエータ）、ロータリエンコーダ３９及び減速装置４０が搭載され、電動モータ３８の駆動軸３８ａが無端条ベルト４１を介してロータリエンコーダ３９の回転軸３９ａ及び減速装置４０の入力軸４０ａに接続されている。この場合、電動モータ３８、ロータリエンコーダ３９及び減速装置４０は、本体機枠３６を第２リンク機構９側の前記結合部３７に結合した状態で、それらの軸心が前記第２関節１４の回転軸心１４ｘと平行になるように配置されている。
【００４６】
この第３リンク機構１０の減速装置４０は、前記第３関節１５を構成するもので、第１リンク機構８の減速装置２７と同様、その入力軸４０ａに与えられる回転を減速して出力する回転出力部４０ｂを第４リンク機構１１の構成要素として有している。該回転出力部４０ｂは、第３関節１５の回転軸心１５ｘとしての減速装置４０の入力軸４０ａの軸心回りに該入力軸４０ａよりも遅い回転速度で回転可能に設けられ、この回転出力部４０ｂに、板状に形成された第４リンク機構１１の本体部１１ａが一体に設けられている。これにより、第４リンク機構１１は、第３リンク機構１０の電動モータ３８を作動させたとき、第３関節１５の回転軸心１５ｘである減速装置４０の入力軸４０ａの軸心回りに回転出力部４０ｂと一体に回転（揺動）する。
【００４７】
第４リンク機構１１の本体部１１ａの先端部（回転出力部４０ｂと反対側の端部）には、第５リンク機構１２との連結部４２が設けられている。該連結部４２は、第４関節１６の構成要素となるもので、第３関節１５の回転軸心１５ｘと平行なピン穴４３が穿設されている。
【００４８】
上記連結部４２は、図７に示すように、第５リンク機構１２の本体機枠４４の第４リンク機構１１側の端部に形成された切込溝４５に挿入され、該切込溝４５を横断する方向で本体機枠４４に穿設されたピン穴４６と連結部４２のピン穴４３とが同心になるように配置される。そして、この状態で、本体機枠４４のピン穴４６及び連結部４２のピン穴４３にピン４７を挿通することにより、連結部４２が第５リンク機構１２の本体機枠４４に連結され、その連結箇所が第４関節１６として構成される。すなわち、第５リンク機構１２は、第４関節１６の回転軸心１６ｘとしてのピン４７の軸心回りに回転可能とされる。
【００４９】
この場合、本実施形態では、第５リンク機構１２の本体機枠４４は、上記のように第４リンク機構１１の連結部４２に連結されているだけでなく、さらに、図８に示すようにアーム片４８を介して第３リンク機構１０の本体機枠３６に連結されている。
【００５０】
上記アーム片４８は、第５リンク機構１２の本体機枠４４の側面部の後端部寄りの箇所から、第３リンク機構１０の本体機枠３６の側面部の先端部寄りの箇所にかけて指機構３の長手方向に対して傾斜した姿勢で延在しており、その両端部は、それぞれ第５リンク機構１２の本体機枠４４と第３リンク機構１０の本体機枠３６とに支軸４９，５０を介して回転可能に軸支されている。
【００５１】
このようなアーム片４８を備えていることにより、第３リンク機構１０の電動モータ３８の作動によって、第４リンク機構１１が図８に仮想線で示すように指機構３の腹面部側に回転（揺動）されたとき、第５リンク機構１２は、第４リンク機構１１に対してピン４７の回りに回転（揺動）し、第４リンク機構１１よりも大きな回転角度で、第３リンク機構１０に対して揺動する。つまり、第３関節１５の箇所で指機構３がその腹面部側に屈曲すると、それに連動して、第４関節１６の箇所で、指機構３がその腹面部側に屈曲する。従って、本実施形態では第３リンク機構１０の電動モータ３８は、第３関節１５を作動させるアクチュエータであると同時に、第４関節１６を作動させるアクチュエータでもある。
【００５２】
以上説明した指機構３の構造は、指機構４，５についても全く同一である。尚、詳細な図示は省略するが、指機構２については、その第１リンク機構１７から第３関節２３にかけての部分の構造は、前述の指機構３〜５の第１リンク機構８から第３関節１５にかけての部分の構造と同一である。すなわち、指機構２の第１リンク機構１７、第２リンク機構１８、第３リンク機構１９、第１関節２１、第２関節２２及び第３関節２３の構造は、それぞれ指機構３〜５の第１リンク機構８、第２リンク機構９、第３リンク機構１０、第１関節１３、第２関節１４及び第３関節１５の構造と同一である。
【００５３】
そして、指機構２にあっては、第３関節２３より先端側の第４リンク機構２０の構造のみが、指機構３〜５の第３関節１５よりも先端側の部分の構造と相違するものとなっている。この場合、指機構２の第４リンク機構２０は、指機構３〜５のような前記アーム片４８を具備せずに、該指機構３〜５における第４リンク機構１１と第５リンク機構１２とをネジ等により一体的に固定して結合したような構造となっている。
【００５４】
以上説明した本実施形態の多指ハンド装置では、前述のような構造によって、次のような作用効果を奏する。
【００５５】
例えば各指機構２〜５を伸ばした状態（手を広げた状態）から、指機構２の第２リンク機構１８を第１関節２１の回転軸心２１ｘの回りに回転させて、該第２リンク機構１８を指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘと同方向に向けると共に、指機構４の第２リンク機構９を第１関節１３の回転軸心１３ｘの回りに回転させて、該第２リンク機構９を指機構２の第１関節２１と同方向に向け、さらに、指機構４の第３リンク機構１０を第２関節１４の回転軸心１４ｘの回りに回転させて該指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘと同方向に向けた場合を想定する。
【００５６】
このとき、指機構２の第１関節２１の回転軸心２１ｘは、指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘと略直角に交わっているため、図９（ａ），（ｂ）に示すように、指機構２の第１関節２１よりも先端側の部分（第２リンク機構１８から第４リンク機構２０にかけての部分）と、指機構４の第２関節１４よりも先端側の部分（第３リンク機構１０から第５リンク機構１２にかけての部分）とが同一平面上に存するようにして、それらの腹面部が対面する。ここで、図９（ａ）は、上記のように指機構２，４を作動させた多指ハンド装置を、手平面６ａ側から、指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘ方向で見た平面図であり、図９（ｂ）は、上記の作動状態における多指ハンド装置の斜視図である。
【００５７】
このように、指機構２，４を対面させることができるため、それらの指機構２，４の間で、図示しない物体を確実に把持することが可能である。また、このとき、指機構４は、その第１関節１３の回転軸心１３ｘの回りに、指機構５に向かって接近するように回転させることとなるが、指機構５をその第１関節１３の回転軸心１３ｘの回りに回転させることで、指機構４との干渉を容易に回避することができる。
【００５８】
また、例えば、図９に示した状態から、指機構５をその第１関節１３の回転軸心１３ｘ回りに指機構４から若干離反する方向に回転させると共に、指機構３をその第１関節１３の回転軸心１３ｘ回りに指機構４に接近させる方向に回転させ、さらに、指機構３〜５のそれぞれの第２〜第４関節１４〜１６を作動させてそれらの指機構３〜５の先端部が指機構２に向かう方向に折り曲げると共に、指機構２の第２及び第３関節２２，２３を作動させて該指機構２の先端部が指機構４に向かう方向に折り曲げた場合を想定する。このように指機構２〜５を作動させた状態が前記図１〜図３に示した状態である。
【００５９】
このとき、指機構３〜５のそれぞれの第１関節１３が前記図４に示したように互いに傾斜しているため、それらの指機構３〜５の先端部は、互いに近傍箇所に集中するようにして互いに接近する（図１参照）。このため、指機構３〜５と指機構２との間で、図示しない物体を容易に把持することが可能となる。
【００６０】
さらに、本実施形態では、指機構３〜５のそれぞれの、手掌部１に固定された第１リンク機構８は、前記図３に示したように指機構３〜５の先端側に向かって放射状に延在しているため、それらの各指機構３〜５は、その第１関節１３よりも先端側の部分（第２リンク機構９から第５リンク機構１２にかけての部分）が、第１リンク機構８の中心線Ｃ3，Ｃ4，Ｃ5の両側に、第１関節１３の回転軸心１３x回りに比較的広い角度範囲で回転することができる。このため、例えば、図１０（ａ），（ｂ）に示すような状態に指機構２〜５を作動させることができる。
【００６１】
図１０（ａ），（ｂ）は、例えば図１〜図３に示した状態から、指機構３の第１関節１３を作動させて該指機構３を指機構４から離反する向きに回転させると共に、指機構５の第１関節１３を作動させて該指機構５を指機構４から離反する向きに回転させることにより、それらの指機構３，５が手掌部１の幅方向で対面するようにした状態を示す図であり、図１０（ａ）は、この作動状態の多指ハンド装置を手掌部１の手平面６ａ側から、指機構４の第１関節１３の回転軸心１３ｘ方向で見た平面図である。また、図１０（ｂ）は、上記作動状態の多指ハンド装置の斜視図である。
【００６２】
このように指機構２〜５を作動させたとき、指機構２と指機構４との間に図示しない物体を把持しつつ、この把持方向とは異なる方向で、指機構３，５の間で物体を把持することができるため、該物体の把持を確実に行うことが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態の多指ハンド装置は、指機構３〜５が同一構造であるため、それらの間での転用ができる。このため、多指ハンド装置の生産工場や作業場におけるそれらの指機構３〜５の在庫管理が容易になると共に、指機構３〜５のいずれかが故障した場合等にその交換処置を容易に行うことができる。
【００６４】
尚、以上説明した実施形態では、４本の指機構２〜５を備えた多指ハンド装置を説明したが、指機構の本数はこれに限定されるものではなく、例えば、人の手と同じ５本の指機構を備えるものであってもよい。
【００６５】
また、前記実施形態では、親指に相当する指機構２を指機構３〜５と、先端部の構造が異なるものとしたが、指機構３〜５と同一構造のものであってもよい。
【００６６】
また、前記実施形態では、各指機構２〜５の屈伸等の動作を行うためのアクチュエータ（電動モータ）を各指機構２〜５に具備したものを示したが、該アクチュエータは、多指ハンド装置の手嘗部やこれを連結する腕体等に設けるようにしてもよい。この場合、アクチュエータから各指機構２〜５への動力の伝達は例えばワイヤやプーリ、減速機等から構成される動力伝達手段を介して行うようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における多指ハンド装置の斜視図。
【図２】図１の多指ハンド装置を図１とは異なる方向から見た斜視図。
【図３】図２のIII矢視図。
【図４】図３のIV−IV線断面図。
【図５】図１及び図２の多指ハンド装置の指機構の分解斜視図。
【図６】図１及び図２の多指ハンド装置の指機構の分解斜視図。
【図７】図１及び図２の多指ハンド装置の指機構の平面図。
【図８】図７のVIII矢視図。
【図９】図１及び図２の多指ハンド装置の一例の作動状態を示す平面図及び斜視図。
【図１０】図１及び図２の多指ハンド装置の他の例の作動状態を示す平面図及び斜視図。
【符号の説明】
１…手掌部、２〜５…指機構、６ａ…手平面、８〜１２，１７〜２０…リンク機構、１３〜１６，２１〜２３…関節、２５，３２，３８…電動モータ（アクチュエータ）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-finger hand device having a plurality of finger mechanisms.
[0002]
[Prior art]
A multi-fingered hand device having a structure similar to that of a human hand has a plurality of finger mechanisms extending from the palm, and each finger mechanism is configured by sequentially connecting a plurality of link mechanisms through a plurality of joints. ing. An actuator that operates each joint (for example, performs a bending operation of each joint) is provided in each link mechanism or the like (see, for example, JP-A-8-126984).
[0003]
However, in the conventional multi-finger hand device, it can be said that the operation direction and arrangement configuration of the joints of each finger mechanism are not necessarily capable of properly holding various kinds of objects by the multi-finger hand device. However, it was desired to improve this.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a multi-finger hand device capable of easily and efficiently performing an object gripping operation by the multi-finger hand device.
[0005]
  The multi-fingered hand device of the present invention includes a plurality of finger mechanisms extending from the palm portion, and each finger mechanism includes a plurality of link mechanisms sequentially connected from the palm portion side via a plurality of joints. Related to multi-finger hand devicesThe
[0006]
  In the present invention, the plurality of finger mechanisms include a first finger mechanism corresponding to a thumb, and second to fourth finger mechanisms that are three finger mechanisms other than the first finger mechanism,
  The first joint, which is the most palm-side joint of each of the second to fourth finger mechanisms, has its rotational axis centered in a direction substantially perpendicular to the palm plane of the palm part, and the width direction of the palm part. In parallel with the first finger mechanism.Of the first finger mechanism which is the joint on the most hand side.The rotation axis of the first joint and the rotation axis of the first joint of the third finger mechanism, which is a finger mechanism located in the middle of the second to fourth finger mechanisms, preferably intersect (preferably substantially at right angles). The first joints of the first finger mechanism and the third finger mechanism are arranged so as to intersect with each other, and the operations of the joints of each finger mechanism including the rotational motions at the first joints of the first to fourth finger mechanisms. Accordingly, a portion of the first finger mechanism that is more distal than the first joint and a portion of the third finger mechanism that is more distal than the first joint rotate the first joint of the first finger mechanism. The axis and the third finger mechanism1st jointAnd the first joint of the fourth finger mechanism and the portion of the fourth finger mechanism that are opposed to each other so as to be able to bend and extend on the same plane. The portions on the front end side are opposed to each other so as to be able to bend and stretch in a direction intersecting the plane.PossibleThe joints of the first to fourth finger mechanisms areArrangementHas been.
[0007]
  According to this configuration, theFirstThe first joint of the finger mechanism and theThirdBy performing both or one rotational movement with the first joint of the finger mechanism,FirstA portion on the tip side of the first joint of the finger mechanism;ThirdOn the same plane, the tip of the finger mechanism is closer to the tip than the first jointOpposing flexiblyIt becomes possible to make it.Further, a portion of the second finger mechanism that is more distal than the first joint and a portion of the fourth finger mechanism that is more distal than the first joint are bent and stretched in a direction intersecting the plane. They can freely face each other. At this time, the object can be held between the second finger mechanism and the fourth finger mechanism in a direction different from the holding direction while holding the object between the first finger mechanism and the third finger mechanism. Therefore, the object can be reliably gripped.
[0008]
  In addition, this departureIn the lightIsEach finger mechanismThe other joints other than the first joint of, Special1 has a degree of freedom of one axis (when a rotation operation around one rotation axis is possible), the rotation axis is perpendicular to the rotation axis of the first joint. Preferably it is.
[0009]
  Also,In the present invention, the second to fourth.The link mechanism (hereinafter referred to as the first link mechanism here) that is connected to the first joint of each finger mechanism and is located closest to the palm part side has center lines in the respective width directions inclined to each other. It is fixed to the palm part so as to spread radially toward the tip side of the finger mechanism.
[0010]
  to thisAccording to,in frontParallel to the width direction of the palm2nd-4thThe finger mechanisms have their respective first joints whose rotation axes are oriented in a direction substantially orthogonal to the palm plane of the palm, so that the portions of the finger mechanisms on the tip side of the first joints are the first joints. It is possible to perform a rotation operation substantially along the hand plane of the palm portion at one joint. And at this time2nd-4thThe first link mechanism of the finger mechanism is fixed to the palm portion so that the center lines in the width direction thereof are inclined with respect to each other and radially spread toward the distal end side of each finger mechanism. Can be rotated around the rotation axis of the first joint over a wide rotation range while avoiding interference with adjacent finger mechanisms. That isFirstEach finger mechanism other than the finger mechanism and the adjacent finger mechanism are rotated around the rotation axis of the first joint over a relatively wide range without unnecessarily rotating around the rotation axis of the first joint. It becomes possible. As a result, the finger mechanism can easily take a posture suitable for gripping various objects.
[0012]
  In addition, this departureIn the lightIsEach of the first joints of the second to fourth finger mechanisms isIt is provided in parallel with the substantially width direction of the palm part, and its rotation axis is inclined mutually in a direction substantially perpendicular to the palm plane of the palm part and spreads radially toward the back side of the palm part. Is provided.
[0013]
  Such departureClearlyAccording toEach of the second to fourth finger mechanismsSince the rotation axes of the first joints are provided so as to be inclined with respect to each other in a direction substantially perpendicular to the palm plane of the palm portion and radially spread toward the back side of the palm portion, When the joint on the distal end side relative to one joint is operated so that the portion on the distal end side relative to the first joint is bent toward the hand plane side, the distal end portions of those finger mechanisms are likely to concentrate in the vicinity. For this reason, it becomes easy to hold an object using those finger mechanisms.
[0018]
  In the present invention described above,The second to fourth finger mechanisms are:It is preferable that the at least two finger mechanisms have the same structure.
[0019]
According to this, finger mechanisms having the same structure can be diverted to each other. For this reason, inventory management of those finger mechanisms is facilitated, and it is possible to easily cope with replacement of the finger mechanisms when one of the finger mechanisms fails.
[0020]
  Also,eachFor example, each finger mechanism is provided with an actuator that performs a rotation operation of each joint of the finger mechanism. In this case, in particular, when at least two finger mechanisms are configured to have the same structure as described above, each finger mechanism is provided with an actuator that performs the rotation operation of each joint of each finger mechanism, thereby having the same structure. The finger mechanisms can be diverted to each other including the actuator.
[0021]
As for the joint drive mechanism of each finger mechanism in the present invention, for example, each link mechanism other than the most distal link mechanism of each finger mechanism is driven to a joint between the adjacent link mechanism. It is preferable that a rotation driving means such as an electric motor and a rotation transmission means (including a speed reduction device) for transmitting the rotation driving force of the rotation driving means to the joint are mounted.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0023]
1 and 2 are perspective views showing the basic structure of the multi-finger hand device of the present embodiment, FIG. 1 is a perspective view showing the multi-finger hand device with the hand plane facing upward, and FIG. 2 is the multi-finger hand device. It is the perspective view which showed the back side of the upper side. In FIG. 1 and FIG. 2, for convenience of explanation, each of the finger mechanisms 2 to 5 of the multi-finger hand device is illustrated by simplifying only the configuration of the main parts, and omitting components such as actuators.
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, the multi-finger hand device of the present embodiment includes a palm part 1 and a plurality of finger mechanisms 2 to 5 extending from the palm part 1. There are four finger mechanisms 2 to 5 in this embodiment, and among these, the finger mechanism 2 corresponds to the thumb of a human hand.
[0025]
The palm portion 1 is formed of a plate-like member, and a palm main body plate 6 whose surface is a hand plane 6a (see FIG. 1), and the palm main body plate 6 from the rear end portion of the palm main body plate 6 It is composed of an upright plate 7 that is erected on the back side (the back side of the palm main body plate 6) in a substantially orthogonal posture. The back surface (the back side surface) of the palm main body plate 6 is a surface portion to which the finger mechanisms 3 to 5 of the finger mechanisms 2 to 5 are attached (see FIG. 2).
[0026]
The upright plate 7 extends in a slanted manner with respect to the first partial upright plate 7a on one end side of the first partial upright plate 7a and the first partial upright plate 7a extending in the substantially width direction of the palm portion 1. The second partial upright plate 7b. The first partial upright plate 7a is a portion attached to a robot arm (arm body) (not shown), and the second partial upright plate 7b is a portion to which the finger mechanism 2 is attached.
[0027]
Of the finger mechanisms 2 to 5, the finger mechanisms 3 to 5 have the same structure, and the first to fifth link mechanisms 8 to 12 are first to fourth in order from the palm part 1 side. The four joints 13 to 16 are connected to each other. Since the finger mechanisms 3 to 5 have the same structure as described above, in FIG. 1 and FIG. 2, for convenience, the reference numerals of the link mechanisms and the joints are omitted for the finger mechanism 4. Yes.
[0028]
Although the detailed structure of these finger mechanisms 3 to 5 will be described later, each of the joints 13 to 16 is a joint that enables a rotational movement around one axis. In this embodiment, the rotation axis of the first joint 13 closest to the palm 1 is orthogonal to the rotation axes of the other three second to fourth joints 14 to 16 (these are parallel to each other). is doing.
[0029]
That is, for example, the finger mechanism 5 will be described with reference to FIG. 1. The first joint 13 of the finger mechanism 5 moves the second link mechanism 9 with respect to the first link mechanism 8 around the illustrated rotation axis 13x. The second joint 14 can rotate the third link mechanism 10 with respect to the second link mechanism 9 around a rotation axis 14 x orthogonal to the rotation axis 13 x of the first joint 13. Further, the third joint 15 enables the fourth link mechanism 11 to rotate with respect to the third link mechanism 10 around a rotation axis 15x parallel to the rotation axis 14x of the second joint 14, and the fourth joint 16 The fifth link mechanism 12 is rotatable with respect to the fourth link mechanism 11 around a rotation axis 16x parallel to the rotation axis 15x of the third joint 15.
[0030]
Such rotation of the first to fourth joints 13 to 16 is exactly the same for the finger mechanisms 3 and 4. In the present embodiment, the first link mechanism 8 of each of the finger mechanisms 3 to 5 moves the palm 13 of the first joint 13 in a direction substantially orthogonal to the palm main body plate 6 of the palm portion 1. It is fixed to the back surface of the main body plate 6 and is juxtaposed in the substantial width direction of the palm main body plate 6 (see FIG. 2).
[0031]
Here, the attachment configuration of the palm main body plate 6 and the first link mechanisms 8 of the finger mechanisms 3 to 5 will be further described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a view taken in the direction of arrow III in FIG. 2 (a plan view seen from the back side of the palm 1 in the direction of the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 4), and FIG. 4 is a line IV-IV in FIG. It is sectional drawing. In addition, in FIG. 4, the 1st link mechanism 8 of the finger mechanisms 3-5 is shown with the virtual line.
[0032]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, each of the first link mechanisms 8 of the finger mechanisms 3 to 5 has center lines C3, C4, and C5 in the width direction inclined with respect to each other, and their center lines C3. , C4, C5 are fixed to the back surface of the palm main body plate 6 so as to spread radially toward the distal end side of the finger mechanisms 3-5. For this reason, when the finger mechanisms 3 to 5 are extended in the directions of the center lines C3, C4, and C5, the finger mechanisms 3 to 5 extend radially from the palm portion 1 side.
[0033]
Further, in this embodiment, the palm main body plate 6 is formed so as to be slightly bent toward the hand plane 6a in the width direction as shown in FIG. 4, and the finger mechanism 3 on the back surface of the palm main body plate 6 is formed. The surface portion 6x for fixing the first link mechanism 8, the surface portion 6y for fixing the first link mechanism 8 of the finger mechanism 4, and the surface portion 6z for fixing the first link mechanism 8 of the finger mechanism 5 are slightly inclined with respect to each other. ing. For this reason, in a state where the first link mechanisms 8 of the finger mechanisms 3 to 5 are fixedly mounted on these surface portions 6x, 6y, and 6z, the first joint that is the most palm-side joint of each finger mechanism 3 to 5 is provided. The rotational axes 13x of the joints 13 are also slightly inclined with respect to each other, and these rotational axes 13x extend so as to spread radially toward the back side as illustrated. In this case, in this embodiment, the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 5 with respect to the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 4 (which extends in the vertical direction in FIG. 4). Is substantially the same as or more than the inclination angle θb (for example, 5 degrees) of the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 3 with respect to the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 4. The angle is slightly larger (for example, 5 to 10 degrees).
[0034]
On the other hand, referring to FIGS. 1 and 2, the finger mechanism 2 includes the first to fourth joint mechanisms 21 to 20 in order from the palm part 1 side to the first to fourth link mechanisms 17 to 20. The structure is connected via 23.
[0035]
Each of the joints 21 to 23 of the finger mechanism 2 is a joint that enables a rotational movement about one axis, like the first to third joints 13 to 15 of the finger mechanisms 3 to 5. The rotation axis of the first joint 21 closer to each other is orthogonal to the rotation axes of the other two second and third joints 22 and 23 (which are parallel to each other).
[0036]
That is, referring to FIG. 1, the first joint 21 of the finger mechanism 2 enables the second link mechanism 18 to rotate with respect to the first link mechanism 17 around the illustrated rotation axis 21 x, and the second joint 22 The third link mechanism 19 is rotatable with respect to the second link mechanism 18 around a rotation axis 22x orthogonal to the rotation axis 21x of the first joint 21. Further, the third joint 23 enables the fourth link mechanism 20 to rotate with respect to the third link mechanism 19 around a rotation axis 23 x parallel to the rotation axis 22 x of the second joint 22.
[0037]
In the present embodiment, the finger mechanism 2 has a direction in which the first link mechanism 17 is orthogonal to the second partial upright plate 7b of the palm portion 1 with respect to the rotation axis 21x of the first joint 21 (with the palm main body plate 6). It is fixed to the outer surface portion of the second partial upright plate 7b (in a substantially parallel direction).
[0038]
In this case, in the present embodiment, the finger mechanism 2 has the first pivot mechanism 21x of the first joint 21 as shown in FIG. It is fixed to the second partial upright plate 7b at a position and posture that intersects the rotation axis 13x of the joint 13 at a substantially right angle.
[0039]
A more detailed structure of the finger mechanisms 2 to 5 will be described with reference to FIGS.
[0040]
FIG.5 and FIG.6 is the disassembled perspective view which decomposed | disassembled and showed, for example, the finger mechanism 3 of the finger mechanisms 3-5 of the same structure in the location of each joint 13-16. In this case, in FIG. 5, the abdomen side surface portion of the finger mechanism 3, that is, the side surface portion of the finger mechanism 3 on the same side as the hand plane 6 a of the palm portion 1, as shown in FIGS. 1 and 2. A side surface portion (hereinafter referred to as an abdominal surface portion) facing the hand plane 6a of the palm portion 1 in a state in which 3 is bent is directed in the direction of arrow A (upward direction) in FIG. In FIG. 6, the abdominal surface of the finger mechanism 3 is directed in the direction of arrow B (lateral direction) in the figure. 7 is a plan view seen from the abdominal surface side with the finger mechanism 3 extended, and FIG. 8 is a view taken in the direction of arrow VIII in FIG.
[0041]
As shown in FIGS. 5 to 7, the first link mechanism 8 of the finger mechanism 3 includes an electric motor 25 (actuator) for operating the first joint 13 on the main body frame 24 fixed to the palm 1. A rotary encoder 26 for detecting the rotational position of the electric motor 25 or the operating position of the first joint 13 and a speed reducer 27 constituted by a planetary gear mechanism or the like are mounted. As shown in FIG. 6, the drive shaft 25 a of the electric motor 25 is connected to the rotary shaft 26 a of the rotary encoder 26 and the input shaft 27 a of the speed reducer 27 via an endless belt 28, and the drive shaft 25 a of the electric motor 25 is The rotation is transmitted to the rotary shaft 26 a of the rotary encoder 26 and the input shaft 27 a of the speed reducer 27 via the endless belt 28.
[0042]
The speed reduction device 27 constitutes the first joint 13, and is a rotation output unit 27b that decelerates and outputs the rotation given to the input shaft 27a, that is, the rotation speed of the input shaft 27a is lower than that of the input shaft 27a. A rotation output unit 27b that rotates about an axis (this is the rotation axis 13x of the first joint 13) is provided. The rotation output unit 27b is a component of the second link mechanism 9, and a coupling unit 31 for fixing and coupling the main body frame 29 of the second link mechanism 9 with screws 30 as shown in FIG. Are provided integrally. By coupling the main body frame 29 of the second link mechanism 9 to the coupling portion 31, the main body frame 29 is integrated with the rotation output portion 27 b of the speed reducer 27.
Thereby, when the electric motor 25 of the first link mechanism 8 is operated, the second link mechanism 9 rotates around the axis of the input shaft 27a of the speed reducer 27 which is the rotation axis 13x of the first joint 13. (Oscillate).
[0043]
In the second link mechanism 9 in which the main body frame 29 is coupled to the coupling portion 31 of the rotation output section 27b as described above, the electric motor 32 ( Actuator), a rotary encoder 33 and a speed reduction device 34 are mounted, and a drive shaft 32a of the electric motor 32 is connected to a rotation shaft 33a of the rotary encoder 33 and an input shaft 34a of the speed reduction device 34 via an endless belt 35. In this case, the electric motor 32, the rotary encoder 33, and the speed reducer 34 are connected to the coupling portion 31 on the first link mechanism 8 side in the state where the main body frame 29 is coupled, and the shaft centers thereof rotate the first joint 13. It arrange | positions so that it may orthogonally cross with the shaft center 13x.
[0044]
The speed reduction device 34 of the second link mechanism 9 constitutes the second joint 14, and, like the speed reduction device 27 of the first link mechanism 8, the rotation given to the input shaft 34a is decelerated and output. The output unit 34 b is included as a component of the third link mechanism 10. The rotation output unit 34b is provided around the axis of the input shaft 34a of the speed reducer 34 as the rotation axis 14x of the second joint 14 so as to be rotatable at a rotation speed slower than the input shaft 34a. 34b is integrally provided with a connecting portion 37 for fixing and connecting the main body frame 36 of the third link mechanism 10 with screws (not shown).
By coupling the main body frame 36 of the third link mechanism 10 to the coupling portion 37, the third link mechanism 10 rotates the second joint 14 when the electric motor 32 of the second link mechanism 9 is operated. It rotates (oscillates) integrally with the rotation output portion 34b around the axis of the input shaft 34a of the reduction gear 34, which is the axis 14x.
[0045]
In the third link mechanism 10 in which the main body frame 36 is coupled to the coupling portion 37 of the rotation output section 34b as described above, the electric motor 38 ( Actuator), a rotary encoder 39 and a reduction gear 40 are mounted, and a drive shaft 38a of the electric motor 38 is connected to a rotation shaft 39a of the rotary encoder 39 and an input shaft 40a of the reduction gear 40 via an endless belt 41. In this case, the electric motor 38, the rotary encoder 39, and the speed reducer 40 are connected to the connecting portion 37 on the second link mechanism 9 side in the main body frame 36, and their axes are rotated by the second joint 14. It arrange | positions so that it may become parallel with the shaft center 14x.
[0046]
The speed reduction device 40 of the third link mechanism 10 constitutes the third joint 15 and, like the speed reduction device 27 of the first link mechanism 8, rotates to reduce and output the rotation applied to the input shaft 40a. The output unit 40 b is included as a component of the fourth link mechanism 11. The rotation output unit 40b is provided around the axis of the input shaft 40a of the speed reducer 40 as the rotation axis 15x of the third joint 15 so as to be rotatable at a rotation speed slower than the input shaft 40a. The main body portion 11a of the fourth link mechanism 11 formed in a plate shape is integrally provided at 40b. Thus, when the electric motor 38 of the third link mechanism 10 is operated, the fourth link mechanism 11 rotates around the axis of the input shaft 40a of the speed reducer 40, which is the rotation axis 15x of the third joint 15. It rotates (oscillates) integrally with the portion 40b.
[0047]
A connecting portion 42 for connection with the fifth link mechanism 12 is provided at the distal end portion (the end portion opposite to the rotation output portion 40 b) of the main body portion 11 a of the fourth link mechanism 11. The connecting portion 42 is a component of the fourth joint 16, and is provided with a pin hole 43 parallel to the rotational axis 15 x of the third joint 15.
[0048]
As shown in FIG. 7, the connecting portion 42 is inserted into a cut groove 45 formed at the end of the main body frame 44 of the fifth link mechanism 12 on the fourth link mechanism 11 side. The pin hole 46 drilled in the main body frame 44 and the pin hole 43 of the connecting portion 42 are arranged so as to be concentric with each other in a direction crossing the main body frame 44. In this state, the pin 47 is inserted into the pin hole 46 of the main body frame 44 and the pin hole 43 of the connection portion 42 so that the connection portion 42 is connected to the main body frame 44 of the fifth link mechanism 12. The connection point is configured as the fourth joint 16. That is, the fifth link mechanism 12 is rotatable around the axis of the pin 47 as the rotation axis 16x of the fourth joint 16.
[0049]
In this case, in the present embodiment, the main body frame 44 of the fifth link mechanism 12 is not only connected to the connecting portion 42 of the fourth link mechanism 11 as described above, but also as shown in FIG. The arm piece 48 is connected to the main body frame 36 of the third link mechanism 10.
[0050]
The arm piece 48 extends from a location near the rear end of the side surface portion of the main body frame 44 of the fifth link mechanism 12 to a location near the front end portion of the side surface portion of the main body frame 36 of the third link mechanism 10. 3, and both end portions thereof are respectively supported by the main body frame 44 of the fifth link mechanism 12 and the main body frame 36 of the third link mechanism 10 with the support shafts 49, 49. A shaft 50 is rotatably supported through the shaft 50.
[0051]
By providing such an arm piece 48, the operation of the electric motor 38 of the third link mechanism 10 causes the fourth link mechanism 11 to rotate toward the abdominal surface side of the finger mechanism 3 as indicated by a virtual line in FIG. When (oscillated), the fifth link mechanism 12 rotates (oscillates) around the pin 47 with respect to the fourth link mechanism 11, and the third link is rotated at a larger rotation angle than the fourth link mechanism 11. It swings with respect to the mechanism 10. That is, when the finger mechanism 3 is bent toward the abdominal surface at the third joint 15, the finger mechanism 3 is bent toward the abdominal surface at the fourth joint 16. Therefore, in the present embodiment, the electric motor 38 of the third link mechanism 10 is an actuator that operates the third joint 15 and also an actuator that operates the fourth joint 16.
[0052]
The structure of the finger mechanism 3 described above is exactly the same for the finger mechanisms 4 and 5. In addition, although detailed illustration is abbreviate | omitted, about the finger mechanism 2, the structure of the part from the 1st link mechanism 17 to the 3rd joint 23 is 3rd from the 1st link mechanism 8 of the above-mentioned finger mechanisms 3-5. The structure of the portion over the joint 15 is the same. That is, the structure of the first link mechanism 17, the second link mechanism 18, the third link mechanism 19, the first joint 21, the second joint 22, and the third joint 23 of the finger mechanism 2 is the same as that of the finger mechanisms 3 to 5, respectively. The structure is the same as that of the first link mechanism 8, the second link mechanism 9, the third link mechanism 10, the first joint 13, the second joint 14, and the third joint 15.
[0053]
In the finger mechanism 2, only the structure of the fourth link mechanism 20 on the tip side of the third joint 23 is different from the structure of the portion on the tip side of the third joint 15 of the finger mechanisms 3 to 5. It has become. In this case, the fourth link mechanism 20 of the finger mechanism 2 does not include the arm piece 48 like the finger mechanisms 3 to 5, and the fourth link mechanism 11 and the fifth link mechanism 12 in the finger mechanisms 3 to 5. Are fixed and coupled together with screws or the like.
[0054]
The multi-fingered hand device of the present embodiment described above has the following operational effects due to the structure described above.
[0055]
For example, the second link mechanism 18 of the finger mechanism 2 is rotated around the rotation axis 21x of the first joint 21 from the state in which each finger mechanism 2 to 5 is extended (the hand is spread out). The mechanism 18 is directed in the same direction as the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 4, and the second link mechanism 9 of the finger mechanism 4 is rotated around the rotation axis 13x of the first joint 13, The second link mechanism 9 is directed in the same direction as the first joint 21 of the finger mechanism 2, and the third link mechanism 10 of the finger mechanism 4 is rotated about the rotation axis 14 x of the second joint 14 to thereby rotate the finger mechanism. Assume that the first joint 13 is directed in the same direction as the rotational axis 13x of the first joint 13.
[0056]
At this time, since the rotation axis 21x of the first joint 21 of the finger mechanism 2 intersects the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 4 at substantially right angles, FIGS. 9 (a) and 9 (b). As shown, a portion on the tip side of the first joint 21 of the finger mechanism 2 (a portion from the second link mechanism 18 to the fourth link mechanism 20) and a portion on the tip side of the second joint 14 of the finger mechanism 4 (The part from the 3rd link mechanism 10 to the 5th link mechanism 12) exists in the same plane, and those abdominal surfaces face each other. Here, FIG. 9A shows the multi-finger hand device that has actuated the finger mechanisms 2 and 4 as described above in the direction of the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 4 from the hand plane 6a side. FIG. 9B is a perspective view of the multi-finger hand device in the above operating state.
[0057]
Thus, since the finger mechanisms 2 and 4 can face each other, an object (not shown) can be reliably gripped between the finger mechanisms 2 and 4. At this time, the finger mechanism 4 is rotated around the rotation axis 13x of the first joint 13 so as to approach the finger mechanism 5, but the finger mechanism 5 is rotated toward the first joint 13. By rotating around the rotation axis 13x, interference with the finger mechanism 4 can be easily avoided.
[0058]
Further, for example, from the state shown in FIG. 9, the finger mechanism 5 is rotated around the rotation axis 13 x of the first joint 13 in a direction slightly separated from the finger mechanism 4, and the finger mechanism 3 is rotated in the first joint 13. The finger mechanism 4 is rotated in the direction of approaching the finger mechanism 4, and the second to fourth joints 14 to 16 of the finger mechanisms 3 to 5 are operated to tip the finger mechanisms 3 to 5. A case is assumed in which the second part and the third joints 22 and 23 of the finger mechanism 2 are actuated to bend the tip part of the finger mechanism 2 in the direction toward the finger mechanism 4. . The state in which the finger mechanisms 2 to 5 are thus operated is the state shown in FIGS.
[0059]
At this time, since the first joints 13 of the finger mechanisms 3 to 5 are inclined with respect to each other as shown in FIG. 4, the tip portions of the finger mechanisms 3 to 5 are concentrated in the vicinity of each other. And approach each other (see FIG. 1). For this reason, it becomes possible to easily grasp an object (not shown) between the finger mechanisms 3 to 5 and the finger mechanism 2.
[0060]
Further, in the present embodiment, the first link mechanisms 8 fixed to the palm 1 of each of the finger mechanisms 3 to 5 are radially directed toward the distal end side of the finger mechanisms 3 to 5 as shown in FIG. Therefore, each of the finger mechanisms 3 to 5 has a portion on the tip side of the first joint 13 (a portion from the second link mechanism 9 to the fifth link mechanism 12) as the first link. The mechanism 8 can rotate on both sides of the center lines C3, C4, and C5 around the rotation axis 13x of the first joint 13 in a relatively wide angular range. For this reason, for example, the finger mechanisms 2 to 5 can be operated in a state as shown in FIGS.
[0061]
10A and 10B, for example, from the state shown in FIGS. 1 to 3, the first joint 13 of the finger mechanism 3 is operated to rotate the finger mechanism 3 away from the finger mechanism 4. At the same time, by operating the first joint 13 of the finger mechanism 5 to rotate the finger mechanism 5 in a direction away from the finger mechanism 4, the finger mechanisms 3 and 5 face each other in the width direction of the palm portion 1. FIG. 10A shows the multi-finger hand device in this operating state from the side of the hand plane 6a of the palm 1 in the direction of the rotation axis 13x of the first joint 13 of the finger mechanism 4. FIG. Moreover, FIG.10 (b) is a perspective view of the multi-finger hand apparatus of the said operation state.
[0062]
When the finger mechanisms 2 to 5 are thus operated, an object (not shown) is gripped between the finger mechanism 2 and the finger mechanism 4, and the finger mechanisms 3 and 5 are moved in a direction different from the gripping direction. Since the object can be gripped, the object can be securely gripped.
[0063]
Moreover, since the finger mechanisms 3-5 have the same structure, the multi-finger hand apparatus of this embodiment can be diverted between them. For this reason, inventory management of the finger mechanisms 3 to 5 in the production factory or work place of the multi-finger hand device is facilitated, and when any of the finger mechanisms 3 to 5 breaks down, the replacement is easily performed. be able to.
[0064]
In the embodiment described above, the multi-finger hand device including the four finger mechanisms 2 to 5 has been described. However, the number of finger mechanisms is not limited to this, for example, the same as that of a human hand. It may be provided with five finger mechanisms.
[0065]
In the above-described embodiment, the finger mechanism 2 corresponding to the thumb is different from the finger mechanisms 3 to 5 in the structure of the tip portion, but may have the same structure as the finger mechanisms 3 to 5.
[0066]
In the above embodiment, the actuators (electric motors) for performing operations such as bending and stretching of the finger mechanisms 2 to 5 are provided in the finger mechanisms 2 to 5. You may make it provide in the wrist part of an apparatus, the arm body etc. which connect this. In this case, power transmission from the actuator to each of the finger mechanisms 2 to 5 may be performed via power transmission means including, for example, a wire, a pulley, and a speed reducer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a multi-finger hand device according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of the multi-fingered hand device of FIG. 1 viewed from a direction different from that of FIG.
FIG. 3 is a view taken in the direction of arrow III in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
5 is an exploded perspective view of a finger mechanism of the multi-fingered hand device of FIGS. 1 and 2. FIG.
6 is an exploded perspective view of a finger mechanism of the multi-fingered hand device of FIGS. 1 and 2. FIG.
7 is a plan view of a finger mechanism of the multi-fingered hand device of FIGS. 1 and 2. FIG.
8 is a view taken along arrow VIII in FIG.
9 is a plan view and a perspective view showing an operation state of the example of the multi-fingered hand device of FIGS. 1 and 2. FIG.
FIGS. 10A and 10B are a plan view and a perspective view showing an operating state of another example of the multi-finger hand device of FIGS. 1 and 2; FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Palm part, 2-5 ... Finger mechanism, 6a ... Hand plane, 8-12, 17-20 ... Link mechanism, 13-16, 21-23 ... Joint, 25, 32, 38 ... Electric motor (actuator).

Claims

In a multi-finger hand device comprising a plurality of finger mechanisms extending from a palm part, each finger mechanism comprising a plurality of link mechanisms sequentially connected via a plurality of joints from the palm part side,
As the plurality of finger mechanisms, a first finger mechanism corresponding to a thumb, and second to fourth finger mechanisms that are three finger mechanisms other than the first finger mechanism,
The first joint, which is the most palm-side joint of each of the second to fourth finger mechanisms, has its rotational axis centered in a direction substantially perpendicular to the palm plane of the palm part, and the substantially width direction of the palm part. A rotation axis of the first joint of the first finger mechanism, which is the joint on the most hand side of the first finger mechanism, and the second to fourth finger mechanisms The first joint of the first finger mechanism and the third finger mechanism are arranged so that the rotation axis of the first joint of the third finger mechanism that is a finger mechanism located in the middle of
A portion of the first finger mechanism on the tip side with respect to the first joint and the third finger mechanism by the operation of the joint of each finger mechanism including the rotation operation at the first joint of the first to fourth finger mechanisms. Of the first finger mechanism is bent and stretched on the same plane including the rotation axis of the first joint of the first finger mechanism and the rotation axis of the first joint of the third finger mechanism. A portion that is freely opposed to each other, and a portion of the second finger mechanism that is more distal than the first joint and a portion of the fourth finger mechanism that is more distal than the first joint are in relation to the plane. The multi-fingered hand device is characterized in that the joints of the first to fourth finger mechanisms are arranged so as to be able to oppose each other in a direction that intersects.

The link mechanism that is connected to the first joint of each of the second to fourth finger mechanisms and is positioned on the most palm side is such that the respective center lines in the width direction are inclined with respect to each other so that the tip side of each finger mechanism The multi-fingered hand device according to claim 1, wherein the multi-fingered hand device is fixed to the palm part so as to spread radially toward the palm.

The first joint of each of the second to fourth finger mechanisms has a rotation axis that is inclined with respect to each other in a direction substantially perpendicular to the palm plane of the palm portion, and spreads radially toward the back side of the palm portion. The multi-finger hand device according to claim 1, wherein the multi-finger hand device is provided.

The multi-finger hand device according to any one of claims 1 to 3, wherein at least two finger mechanisms of the second to fourth finger mechanisms are configured to have the same structure.

The multi-finger hand device according to any one of claims 1 to 4, wherein each finger mechanism is provided with an actuator for performing rotation driving of each joint of each finger mechanism.