WO2005000538A1

WO2005000538A1 - 積層型多関節部駆動機構及びその製造方法、それを備えた把持ハンド、ロボットアーム

Info

Publication number: WO2005000538A1
Application number: PCT/JP2004/009257
Authority: WO
Inventors: Atsushi Ono; Kazuo Yokoyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2005-12-27
Also published as: CN100346942C; US20060028041A1; JP3756178B2; JPWO2005000538A1; CN1753762A; US7258379B2

Abstract

　少なくとも２つの弾性変形部（１Ａ）を有する骨材（１）と、骨材に積層されかつ空圧の駆動源（４）に連結された２系統の配管（２ａ，２ｂ）を有する積層型空圧配管部材（２）と、その部材に積層されかつ各変形部に対向する関節部（３ａ，３ｂ）に配置されかつ配管に連結された空圧動作室（１６Ａ，１６Ｂ）に空圧が印加されると対応する関節部が変形可能な平面型関節部変形部材（３）とを備える。

Description

明細書積層型多関節部駆動機構及びその製造方法、それを備えた把持ハンド、ロボットアーム技術分野

本発明は、多関節部を有する積層型関節部駆動機構及びその製造方法、それを備えた把持ハンド、ロボットアーム、及ぴ、把持ハンドとロボットアームとを備えるロボットに関するものであり、特に多種多様な対象物の把持、使用する人間に対する安全性、柔軟な動作を実現し、低コストで製造が容易な積層型多関節部駆動機構及びその製造方法、それを備えた把持ハンド、ロボットアームに関するものである。背景技術

従来、多関節部駆動機構を有する把持ハンドは、主として産業用口ポットのハンドとして工場内という限られた作業環境内において、特定の部品を把持する用途で用いられており、特化された動作の高精度化、 '高速化等に関して検討、考案されている。近年、これに対して家庭内や病院等で、家事支援や仕事支援、高齢者や障害者への介護支援等においての口ポット導入に関する開発がさかんとなり、産業用ロボットでは不可能な多種多様な対象物の把持、使用する人間に対する安全个生、これら条件を満たし、力つ柔軟な動作を実現できる把持ハンドが求められている。多様な対象物の把持に関しては特許第 3 2 4 5 0 9 5号に記載された口ポットハンドが知られている。このロボットハンドは 5指を有し、 4関節部 4自由度の母指、 4関節部 3自由度 © 4指より構成され、指先第 1関節部以外の関節部に小型サーポモータを内蔵することで関節部駆動を行っている。

しかしながら、このロボットハンドは構成部品点数が多く組立を必要とし、かつ高価であるため現在はまだその使用用途が研究用と限定されている。

柔軟な動作を実現できる把持ハンドに関して、その構成要素である空気ァクチユエータにおいては特許第 3 2 2 6 2 1 9号に記載されたものが知られている。このァクチユエータは筒状弾性体内に隔壁を複数設けることで圧力室を構成し、各圧力室を加圧することで弾性体を屈曲させる物である。このァクチユエータを複数組み合わせることで把持ハンドを構成し、物体を把持することが可能である。

しかしながら、人間の骨にあたる構成要素が存在しないため、把持対象の形状及び重量によってはァクチユエータが把持を維持することが困難となってしまうという問題点が生じる。また、各ァクチユエータを駆動させるためには、筒状弹性体の内部圧力室の数に相当する駆動配管が必要となる。この場合、配管数は増加し、配管の持つ剛性によってはァクチユエータの屈曲動作力以上の負荷がかかり、十分にァクチユエータが屈曲できなくなる可能性も否定できない。

これら、既に報告された把持ノヽンドには、本発明による空圧を駆動源とし、積層型空圧配管部材と平面型関節部屈曲変形部材と関節部を有する骨材を備えているような把持ハンドに関しては開示されていない。

人間の居住空間内に各種支援を行うためのロボットを導入するためには、支援動作の主となる把持ハンドを実現する多関節部駆動機構が必要である。また、この多関節部駆動機構を備えた把持ノヽンドは、多種多様な対象物の把持性能を有し、安全であり、また簡易な構造であり低コストで実現可能であることが要求されている。 ·''

■ 本発明の目的は、上記の課題を解決し、多種多様な対象物の把持性能を有する把持ハンドを実現可能で、力つ、安全であり、また簡易な構造であり低コストで実現可能な積層型多関節部駆動機構及びその製造方法、それを備えた把持ハンド、口ポットアーム、及び、把持ハンドと口ポットアームとを備えるロボットを提供する。発明の開示

本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成している。

. 本発明の第 1態様によれば、空圧の駆動源と、

少なくとも 2つの弾性変形可能な弹性変形部を有する骨材と、

上記骨材に重ね合わされるように固定され、かつ、上記駆動源に連結された少なくとも 2系統の配管を有する積層型空圧配管部材と、上記積層型空圧配管部材に重ね合わされるように固定され、かつ、上記骨材の各弾性変形部に対向する関節部に配置されかつ上記配管のそれぞれに連結された空圧動作室を有して上記空圧動作室に空圧が印加されることにより、上記空圧が印加された上記空圧動作室に対応する上記関節部が変形可能な平面型関節部変形部材とを備えている積層型多関節部駆動機構を提供する。

本発明の第 6態様によれば、第 1〜 5のいずれか 1つの態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構の製造方法であつて、

少なくとも上記弾性変形部に弾性ヒンジを備えた上記骨材を一括して成型し、上記積層型空圧配管部材及び上記平面型関節部屈曲変形部材を上記骨材に積層接合することを備える積層型多関節部駆動機構の製造方法を提供する。

本発明の第 7態様によれば、第 1〜 5のいずれか 1つの態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物を把持可能とすることで構成する把持ハンドを提供する。

本発明の第 8態様によれば、第 1〜 5のいずれか 1つの態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いるロボットアームを提供する。

本発明の第 9態様によれば、第 1〜 5のいずれか 1つの態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いて構成され;：かつ、第 7の態様に記載の上記把持ハンドをアーム先端に備えるロポットアームを提供する。

本発明の第 2 1態様によれば、第 1又は 2の態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いて構成される上記ロポットアームと、上記ロボットアームの先端に備えられた第 1 0の態様に記載の上記把持ハンドとを備えるロボット。図面の簡単な説明

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、

図 1は、本発明の第 1実施形態にかかる積層型多関節部駆動機構の断面図であり、

図 2 A, 図 2 B，図 2 Cはそれぞれ、上記第 1実施形態にかかる上記積層型多関節部駆動機構の各関節部に弾性ヒンジ部を備えた骨材の斜視図、側面図、及び説明図であり、

図 3 A, 図 3 Bはそれぞれ、上記第 1実施形態にかかる上記積層型多関節部駆動機構の積層型空圧配管形成部材の構成要素の分解斜視図及び積層型空圧配管形成部材の概略拡大断面図であり、

図 4 A, 図 4 B , 図 4 C，図 4 D , 図 4 E，図 4 Fはそれぞれ上記第 1実施形態にかかる上記積層型多関節部駆動機構の積層型空圧配管形成部材の作製工程を説明するための上記積層型空圧配管形成部材の断面図であり、

図 5 A，図 5 Bはそれぞれ、上記第 1実施形態にかかる上記積層型多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材の構成要素の分解斜視図及び平面型関節部屈曲変形部材の拡大部分断面図であり、

図 6 A，図 6 Bはそれぞれ、上記第 1実施形態にかかる上記積層型多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材の拘束層の伸縮方向を特定の方向に制限していない場合の関節部の駆動状態を説明するためのモデルの断面図、及び拘束層の伸縮方向を特定の方向に制限した場合の関節部の駆動状態を説明するためのモデルの断面図であり、

図 7 A, 図 7 Bはそれぞれ、繊維を編み込んだ拘束層、及び拘束層に空圧を印加した場合の伸縮を表すモレの平面図であり、 ·

図 8は、上記第 1実施形態にかかる上記積層型多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材の拘束層の伸縮方向を特定の方向に制限した場合の関節部の駆動' 状態を説明するためのモデルの断面図であり、

図 9は、上記第 1実施形態にかかる上記積層型多関節部駆動機構の制御動作を説明するためのプロック図であり、

図 1 0は、本発明の第 2実施形態にかかる一対の平面型関節部屈曲変形部材を備えた把持ハンドの各平面型関節部屈曲変形部材の拘束層の伸縮方向を特定の:^ 向に制限し、かつ各関節部に弾性ヒンジを備えた骨材を備えた場合のモデルの斜視図であり、

図 1 1は、図 1 0の把持ハンドの御動作を説明するためのプロック図であり、図 1 2は、本発明の第 2実施形態の変形例にかかる 2対の平面型関節部屈曲変形部材を備えた把持ノヽンドの各平面型関節部屈曲変形部材の拘束層の伸縮方向を特定の方向に制限し、かつ各関節部に弾性ヒンジを備えた骨材を備えた場合のモデルの斜視図であり、

図 1 3は、図 1 2の把持ハンドの御動作を説明するためのブロック図であり、図 1 4は、本発明の第 2実施形態の別の変形例にかかる左右非対称に積層型多関節部駆動機構を備えた把持ハンドのモデルの斜視図であり、

• 図 1 5は、本発明の第 2実施形態のさらに別の変形例にかかる把持面側にセンサを有する積層型多関節部駆動機構を備えた把持ハンドの斜視図であり、

図 1 6は、図 1 5の把持ハンドの把持動作を示すブロック図であり、

図 1 7は、図 1 5の把持ハンドの中立状態を示す平面図であり、

図 1 8 A, 図 1 8 Bはそれぞれ、対象物を把持する前の図 1 5の把持ハンドの中立状態を示す平面図及び対象物を把持した状態の図 1 5の把持ハンドを示す平面図であり、

図 1 9 A, 図 1 9 Bはそれぞれ対象物を把持する前の図 1 5の把持ハンドの中立状態を示す平面図及び対象物を把持した状態の図 1 5の把持ハンドを示す平面図であり、

図 2 0 A, 図 2 0 Bはそれぞれ図 1 5の把持ノヽンドの中立状態を示す平面図、中立状態より間隔を広げた図 1 5の把持ハンドの状態を示す平面図であり、 . 図 2 1は、図 2 0 Bにおいて対象物を把持した状態の図 1 5の把持ハンドを示す平面図であり、

図 2 2は、図 1の積層型多関節部駆動機構に上記第 2実施形態にかかる図 1 2 の把持ハンドを備えた、本発明の第 3実施形態における積層型多関節部駆動機構を用いたロポットハンドの斜視図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

以下、図面を参照して本発明における第 1実施形態を詳細に説明する。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、まず、本発明の種々の態様について説明する。 . 本発明の第 1態様によれば、空圧の駆動源と、

少なくとも 2つの弾性変形可能な弾性変形部を有する骨材と、

上記骨材に重ね合わされるように固定され、かつ、上記駆動源に連結された少なくとも 2系統の配管を有する積層型空圧配管部材と、

上記積層型空圧配管部材に重ね合わされるように固定され、カゝつ、上記骨材の各弾性変形部に対向する関節部に配置されかつ上記配管のそれぞれに連結された空圧動作室を有して上記空圧動作室に空圧が印加されることにより、上記空圧が印加された上記空圧動作室に対応する上記関節部が変形可能な平面型関節^変形部材とを備えている積層型多関節部駆動機構を提供する。

これにより、従来の空気ァクチユエータの利点である柔軟な駆動を生かし、かつ配管の煩雑さを克服し、モータを代表とするァクチユエータに比較して小型軽量で製造が容易な関節部駆動機構を実現し、骨材を有することで把持剛性の向上を図ることが可能となるという作用を有する。

本発明の第 2態様によれば、上記積層型空気配管部材が、成型された複数の有機膜を積層して上記配管を形成する第 1の態様に記載の積層型多関節部駆動機構を提供する。

この構成によれば、空圧を利用した駆動機構を構成する際に煩雑化するこ、とで、その関節部駆動にも影響を与える可能性のある配管を積層構造にすることで、製造を容易にし、低コスト化も図ることが可能となるという作用を有する。

本発明の第 3態様によれば、上記平面型関節部屈曲変形部材は、その平面型関節部屈曲変形部材の長手方向沿いに伸縮可能な方向性を付与する拘束層を備えて、上記平面型関節部屈曲変形部材の上記関節部が伸びるとき、上記骨材の案内により屈曲動作を行う第 1又は 2の態様に記載の積層型多関節部駆動機構を提供する。この構成によれば、空圧を利用した関節部駆動機構に供給されるエネルギを効率よく関節部の屈曲動作に変換することが可能となるという作用を有する。

本発明の第 4態様によれば、上記骨材の上記複数の弾性変形部のそれぞれは、 '弾性ヒンジ部より構成される第 1〜3のいずれか 1つの態様に記載の積層型多関節部駆動機構を提供する。

この構成によれば、複数の関節部を有する骨材の各関節部を個々に製造するのではなく、関節部のみを弾性ヒンジ形状に加工することで一括して多関節部、もしくは多指形状までをも製造できるという作用を有する。

本発明の第 5態様によれば、上記平面型関節部屈曲変形部材の上記拘束層が、網状の繊維を編み込んだ柔軟な有機膜材料である第 1〜4のいずれか 1つの態様に記載の積層型多関節部駆動機構を提供する。

この構成によれば、網状繊維により平面型関節部屈曲変形部材の伸縮方向を特定の方向に制限することで、空圧減から供給されるエネルギを効率よく関節部の屈曲動作に変換することが可能となるという作用を有する。 ―

本発明の第 6態様によれば、第 1〜 5のいずれか 1つの態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構の製造方法であって、

この構成によれば、各層ごとに成型を行い、各層を密着接合することで積層型多関節部駆動機構を製造すること力ゝら、積層型多関節部関節部駆動機構を構成する部品点数を最低限に抑え低コストで積層型多関節部駆動機構を製造できるという作用を有する。 .

本発明の第 7態様によれば、第 1〜 5のいずれか 1つの態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物を把持可能とすることで構成する把持ハンドを提供する。 '

この構成によれば、多種多様な対象物の把持、使用する人間に対する安全性、柔軟な動作を実現可能であるという作用を有する。

本発明の第 8態様によれば、第 1〜 5のいずれか 1つの態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いるロポットアームを提供する。

この構成によれば、使用する人間に対する安全性、柔軟な位置決め動作を実現可能である。

本発明の第 9態様によれば、第 1〜 5のいずれか 1つの態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いて構成され、カゝつ、第 7の態様に記載の上記把持ハンドをアーム先端に備えるロボットアームを提供する。この構成によれば、上記積層型多関節部駆動機構を対向配置した上記把持ハンドをロボットアームの先端に備えることにより、可動範囲にある把持対象物に対して把持ハンドを安全に位置決めすることが可能となり、使用する人間に対する安全性、柔軟な位置決め動作を実現可能である。

本発明の第 1 0態様によれば、第 1又は 2の態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物を把持可能とすることで構成する把持ハンドを提供する。

本発明の第 1 1態様によれば、第 3の態様に記載の記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物を把持可能とすることで構成する把持ハンドを提供する。本発明の第 1 2態様によれば、第 4の態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物を把持可能とすることで構成する把持ハンドを提供する。本発明の第 1 3態様によれば、第 5の態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物を把持可能とすることで構成する把持ハンドを提供する。本発明の第 1 4態様によれば、第 6の態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物を把持可能とすることで構成する把持ハンドを提供する。本発明の第 1 5態様によれば、第 1又は 2の態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いる口ポットアームを提供する。 '

本発明の第 1 6態様によれば、第 3の態様に記載の上記積層型多関部駆動機構を用いるロボットアームを«する。

本発明の第 1 7態様によれば、第 4の態様に記載の上己積層型多関節部駆動機構を用いるロボットアームを提供する。

本発明の第 1 8態様によれば、第 1 0の態様に記載の上記把持ノヽンドをアーム先端に備えるロボットアームを提供する。

本発明の第 1 9態様によれば、第 1 1の態様に記載の上記把持ハンドをアーム先端に備えるロボットアームを提供する。

本発明の第 2 0態様によれば、第 1 2の態様に記載の上記把持ハンドをアーム先端に備えるロボットアームを提供する。

本発明の第 2 1態様によれば、第 1又は 2の態様に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いて構成される上記ロボットアームと、上記ロボットアームの先端に備えられた第 1 0の態様に記載の上記把持ハンドとを備えるロボットを提供する。

以下、本発明の実施の形態について、図 1から図 2 2を用いて説明する。

(第 1実施形態）

図 1は、本発明の第 1実施形態における積層型多関節部駆動機構の断面図である。図 1に示す積層型多関節部駆動機構は、複数の関節部のそれぞれに弾性ヒンジ部 1 Aを備えた骨材 1上に、板状の積層型空圧配管形成部材 2及び平面型関節部屈曲変形部材 3を積層したのち、ポリイミド系接着剤などの接着剤で接着して密着接合することで構成する。この多関節部駆動機構は、圧縮空気などを供給する例えばエアーシリンダなどの空圧駆動源 4と、空圧駆動源 4に連結された空圧導入管を構成する空圧導入管 5と、空圧導入管 5にそれぞれ電磁弁 1 7 a , 1 7 b , 1 7 cを有する複数の配管 2 a , 2 b , 2 cを介して連結された気体通過用貫通穴 2 g， 2 h, 2 iを有する積層型空圧配管形成部材 2と、積層型空圧配管形成部材 2に密着接合された平面型関節部屈曲変形部材 3とより構成して、積層型空圧配管形成部材 2の気体通過用貫通穴 2 g， 2 h , 2 iに空圧駆動源 4から空圧を印加し、平面型関節部屈曲変形部材 3を膨張させることにより、骨材 1の弾性ヒンジ部 1 Aを屈曲点として関節部の屈曲を行うものである。

図 1及び図 2 Cにおいては、骨材 1は、基端部側より先端部側に向けて、第 1 骨材本体部 I B— 1と、第 1弾性ヒンジ部 1 A— 1と、第 2骨材本体部 1 B— 2 と、第 2弾性ヒンジ部 1 A— 2と、第 3骨材本体部 1 B— 3と、第 3弹性ヒンジ部 1 A— 3と、第 4骨材本体部 1 B— 4とが連結されて隣接配置されている。以下の説明において、第 1〜第 4骨材本体部 1 B— 1〜： L B— 4に共通する場合には骨材本体部 1 Bとして説明するとともに、第 1〜第 3弾性ヒンジ部 1 A—：!〜 1 A- 3に共通する場合には弾性ヒンジ部 1 Aとして説明する。弾性ヒンジ部 1 Aは骨材本体部 1 Bより薄肉に形成されて、弾性変形可能となっている。

骨材 1は、弾性ヒンジ部 1 Aを 3個配置して、積層型多関節部機構の関節部数' を 3関節部としているが、この積層型多関節部駆動機構が用いられる環境及び対象物によって関節部数を変更してもよい。また、積層型多関節部機構の幅ないしは各部位の長さに関しても同様に変更してもよい。この積層型多関節部駆動機構について、その製造手順を参照しつつそれらの構成を説明する。

図 2 A及び図 2 Bは、上記積層型多関節部駆動機構の各関節部に弾性ヒンジ部 1 Aを備えた骨材 1の斜視図及び断面図である。骨材 1は剛性が高く軽量な有機材料（例えば、ポリエチレンテレフタレート又はポリプロピレンなど）を用い、その外形形状と弾性ヒンジ部 1 Aと骨材本体部 1 Bを一括成型することを特徴とする。ここで、弾性ヒンジ部 1 Aとは、骨材 1においてその屈曲を行うための部位を骨材本体部 1 Bの厚みの 1 Z 2力ら 1 / 4程度に成型した部分のこととする。本発明の上記実施形態では単一材料で骨材 1の一括成型を行うため、弾性ヒンジ部 1 Aと骨材本体部 1 Bの弾性率は同じとなるが、その厚みの差により、骨材本体部 1 Bよりも弾性ヒンジ部 1 Aを優先的に屈曲させることが可能となる。骨材 1の材料の一例としてはポリプロピレンが挙げられる。ポリプロピレンは材料そのものがヒンジ性を有し、繰り返し曲げ強度が大であることから繰り返し動作を必要とする多関節部駆動機構の信頼性を向上させることが可能であると考えられる。骨材 1の一括成型の一例としては、金型を用いた成型が挙げられる。幅の広い板材を成型し、後に所望の幅で分離切断することで容易に多数の骨材 1を成型して製造することが可能である。骨材 1の別の製造方法としては板材の熱加工が挙げられ、加熱圧縮で弾†生ヒンジ部 1 Aを形成することで弾†生ヒンジ部 1 Aの素材組織が密となり、関節部の繰り返し曲げ強度も向上させることができる可能性を有する。図 2 Cは、上記弾性ヒンジ部 1 Aが有する力学的特徴を示す斜視図である。骨材 1は、弾性ヒンジ部 1 Aを関節部として各骨材本体部 1 Bが接続されている形状となっているため、骨材 1にかかる Z軸方向の力 6は、骨材 1の基端側ではモーメントカ 7として支持することが、可能である。このモーメントカ 7の性質は、弾性ヒンジ部 1 Aのねじれ剛性が高い場合には、弾性ヒンジ部 1 Aの曲げ角度によらず有効であり、かつ平面型関節部屈曲変形部材 3の発生力にも依存しない。この特徴により、図 1 0に示されるように、積層型多関節部駆動機構を一対対向してハンドのように配置する場合には、把持方向（図 2 Cの Z軸方向と X軸方向に直交する方向、言い換えれば、骨材 1の厚み方向）に垂直である把持対象物の重力落下方向（図 2 Cの Z軸方向）に発生する力は、骨材 1の構造的強度により支えることができ、空圧駆動源 4より供給されるエネルギは、把持力に効率的に変換することが可能となる。

図 3 A及び図 3 Bに積層型空圧配管形成部材 2の構成要素である有機膜 2 A, 2 B , 2 Cの分解斜視図及び有機膜 2 A， 2 B , 2 Cとを積層した後の積層型空圧配管形成部材 2の断面図を示す。上記積層型空圧配管形成部材 2は、図 3 Aに示されるように、骨材 1と同じ形状で力つ 3枚とも同じ形状の有機膜 2 A, 2 B , 2 Cが密着積層されて構成されており、となる第 1有機膜 2 A上に、配管を形成する第 2有機膜 2 Bを密着接合し、フォトリソグラフィ一等により配管形状加工を行い、その上に第 3有機膜 2 Cを密着接合し平面型関節部屈曲変形部材 3 に空圧を導入するためのスルーホールを形成することで構成する。すなわち、第 2有機膜 2 Bには、互いに平行にかつ積層型空圧配管形成部材 2の長手方向沿レヽに延ぴ力つ厚み方向に貫通した 3つの配管 2 a， 2 b , 2 cを備えている。第 1 積層型空圧配管 2 aは、最も短く、先端に配管幅より大きな直径で力つ厚み方向に貫通した第 1円形気体供給穴 2 dが形成されている。第 2積層型空圧配管 2 b は、第 1積層型空圧配管 2 aより長く、先端に配管幅より大きな直径でかつ厚み方向に貫通した円形気体供給穴 2 eが形成されている。第 3積層型空圧配管 2 c は、第 2積層型空圧配管 2 bより長く、先端に配管幅より大きな直径で力つ厚み方向に貫通した円形気体供給穴 2 f が形成されている。

また、第 1有機膜 2 Aは、貫通した穴（スルーホール）は全く形成されていない平板状となっている。

一方、第 3有機膜 2 Cの基端部近傍には、第 2有機膜 2 Bの第 1円形気体供給穴 2 dに連通しかつ第 1円形気体供給穴 2 dより大径でかつみ方向に貫通した第 1円形気体通過用貫通穴 2 gが形成され、基端部と先端部の中間部には第 2有機膜 2 Bの第 2円形気体供給穴 2 eに連通しかつ第 2円形気体供給穴 2 eより大径でかつ厚み方向に貫通した第 2円形気体通過用貫通穴 2 hが形成され、基端部と先端部の中間部には第 2有機膜 2 Bの第 3円形気体供給穴 2 f に連通し力つ第 3円形気体供給穴 2 ίより大径でかつ厚み方向に貫通した第 3円形気体通過用貫通穴 2 iが形成されている。

よって、第 2有機膜 2 Bの各配管 2 a , 2 b , 2 cは、第 3有機膜 2 Cと第 1 有機膜 2 Aとの間に通路として形成されることになる。

この積層型空圧配管形成部材 2の作製の一例を、材料としてポリイミド膜及び感光性ポリイミドを用いた場合の作製フローを図 4 A〜図 4 Fに示す。まず、基材としての第 1有機膜 2 Aとなるポリイミド膜（図 4 A参照）上に第 2有機膜 2 Bとなる感光性ポリイミドをコーティングする（図 4 B参照）。コーティング後、プリべークを行い、その後、配管 2 a， 2 b , 2 cに対応する配管のパターンを有するフォトマスク 8を用いて感光性ポリイミドを露光レ（図 4 C参照）、現像、及ぴ、ポストべークを行い、配管 2 a， 2 b , 2 cを形成する（図 4 D参照）。その上に、第 3有機膜 2 Cとしての接着剤付きポリイミド膜を気密状態に接着し

(図 4 E参照）、配管 2 a , 2 b , 2 cと平面型関節部屈曲変形部材 3を結ぶ第 1円形気体通過用貫通穴 2 gと第 2円形気体通過用貫通穴 3 hと第 3円形気体通過用貫通穴 2 iの形成加工をレーザー光線 9のレーザー加工等で行うことで積層型空圧配管部材 2を作製する（図 4 F参照）。又は、先に第 1·円形気体通過用貫通穴 2 gと第 2円形気体通過用貫通穴 2 hと第 3円形気体通過用貫通穴 2 iを形成した接着剤付きポリイミド膜である第 3有機膜 2 Cを、配管 2 a , 2 b , 2 c を形成した第 2有機膜 2 B及び第 1有機膜 2 A上に位置合わせを行レヽ、気密状態に接着してもよい。このように空気配管 2 a， 2 b , 2 cを平面に配置形成することで、多関節部駆動機構の各関節部を独立に動作させるための配管 2 a , 2 b , 2 cも一括で成型可能となる。

上記配管 2 a， 2 b , 2 cと空圧導入管 5との間には、それぞれ電磁弁が配置されており、電磁弁の開閉により、独立して個別的に配管 2 a， 2 b , 2 c内に空気を供給及び供給停止可能としている。

図 5 A及ぴ図 5 Bに平面型関節部屈曲変形部材 3の構成要素である基材 3 Aに弾性層 3 Bと拘束層 3 Cとの早斜視図及ぴ基材 3 Aに弹性層 3 Bと拘束層 3 C とを積層した後の平面型関節部屈曲変形部材 3の断面図を示す。平面型関節部屈曲変形部材 3は、第 1空圧動作用穴 3 gと第 2空圧動作用穴 3 hと第 3空圧動作用穴 3 iとにそれぞれ独立して連通しカゝっそれぞれより小径の第 1円形気体供給穴 3 dと第 2円形気体供給穴 3 eと第 3円形気体供給穴 3 f とを貫通して有する ¾# 3 A上に、弾性を有する材料によって空圧動作室 1 6となる空隙としてのそれぞれ貫通した四角形の第 1空圧動作用穴 3 gと四角形の第 2空圧動作用穴 3 h と四角形の第 3空圧動作用穴 3 iとを形成した弾性層 3 Bを気密状態に接着接合し、貫通した穴が無い平板状でかつ上記積層型多関節部駆動機構の伸縮に方向性を付与する拘束層 3 Cとを気密状態に接着接合することで構成する。

ここで、図 6 Aは、拘束層 3 Cの伸縮方向を制限していない場合の関節部駆動のモデル断面図であり、この条件下で平面型関節部屈曲変形部材 3が空圧印加によって図 6 Aの上向きに膨張した時の形状を表している。この場合、拘束層 3 C自体が空圧印加に伴レ、優先的に膨張してしまい、目的とする関節部の屈曲動作を行うことはできない。

これに対して、図 6 Bは、拘束層 3 Cの伸縮方向を一方向（言い換えれば、拘束層 3 Cの長手方向）になるように制限を加えた場合の関節部駆動の,モデルの断面図であり、この条件下で平面型関節部屈曲変形部材 3が空圧印加によつて膨張し fこ時の形状を表している。このように、拘束層 3 Cの伸縮方向が一方向になることで、空圧駆動源 4から供給されるエネルギを効率良く関節部の屈曲動作に変換することが可能となる。

拘束層 3 Cの伸縮方向を一方向、言い換えれば、拘束層 3 Cの長手方向に制限するためには、図 7 Aに示すように拘束層 3 Cの伸縮方向に対して直角な方向に繊維 1 0を編み込んだ柔軟な有機材料によって成型することが効果的である。図 7 Bに、伸縮方向に対して直角な方向に繊維 1 0を編み込んだ拘束層 3 Cに空圧を印加した場合に拘束層 3 Cの伸び状態を表すモデルの平面図を示す。図 7 A，図 7 Bの上下方向沿いの繊維 1 0に対して直角な方向（図 7 A，図 7 Bの左右方向言い換えれば拘束層 3 Cの長手方向）には有機材料の弾性により伸縮するが、繊維 1 0に対して平行な方向（図 7 A, 図 7 Bの上下方向言い換えれば拘束層 3 Cの幅方向）には、繊維 1 0の長さによる伸縮の拘束力が働き伸縮を制限することができる。

また、図 8は拘束層 3 Cの伸縮方向を特定の方向（言い換えれば、拘束層 3 C の長手方向）に制限し、力つ関節部に弾性ヒンジ 1 Aを備えた骨材 1を備えた場合のモデルの断面図であり、この条件下で平面型関節部屈曲変形部材 3が空圧印加によって膨張した時の形状を表している。空圧印加により駆動する平面型関節部屈曲変形部材 3の他に、各関節部に弾†生ヒンジ 1 Aを備えた骨材 1を備えることによってさらに関節部以外を拘束することで、より効率的に空圧駆動源 4から供給されるエネルギを関節部の屈曲動作に変換可能となるという効果が得られる。よって、この屈曲動作を詳述すると、積層型空圧配管形成部材 2の第 1円形気体供給穴 2 dと第 1円形気体通過用貫通穴 2 gと平面型関節部屈曲変形部材 3の第 1円形気体供給穴 3 dと第 1空圧動作用穴 3 gとが連結されて第 1弾性ヒンジ部 1 A— 1の内面側に対向するように配置されて、空圧駆動源 4から第 1積層型空圧配管 2 aと第 1円形気体供給穴 2 dと第 1円形気体通過用貫通穴 2 gと第 1 円形気体供給穴 3 dとを経て第 1空圧動作用穴 3 g (第 1空圧動作室 1 6 A) に空圧すなわち圧縮空気を供給することにより、第 1空圧動作室 1 6 A付近の平面型関節部屈曲変形部材 3の上記第 1関節部 3 aが弾性変形して長手方向沿いに仲び、第 1骨材本体部 1 B— 1と第 2骨材本体部 1 B _ 2とが第 1弾性ヒンジ部 1 A- 1を内側に位置するように屈曲する。

同様に、積層型空圧配管形成部材 2の第 2円形気体供給穴 2 eと第 2円形気体通過用貫通穴 2 hと平面型関節部屈曲変形部材 3の第 2円形気体供給穴 3 eと第 2空圧動作用穴 3 hとが連結されて第 2弾性ヒンジ部 1 A— 2の内面側に対向するように配置されて、空圧駆動源 4から第 2積層型空圧配管 2 bと第 2円形気体供給穴 2 eと第 2円形気体通過用貫通穴 2 hと第 2円形気体供給穴 3 eとを経て第 2空圧動作用穴 3 h (第 2空圧動作室 1 6 B) に空圧すなわち圧縮空気を供給することにより、第 2空圧動作室 1 6 B付近の平面型関節部屈曲変形部材 3の上記第 2関節部 3 bが弾性変形して長手方向沿いに伸び、第 2骨材本体部 1 B— 2 と第 3骨材本体部 1 B— 3とが第 2弾性ヒンジ部 1 A- 2を内側に位置するように屈曲する。

' 同様に、積層型空圧配管形成部材 2の第 3円形気体供給穴 2 f と第 3円形気体通過用貫通穴 2 iと平面型関節部屈曲変形部材 3の第 3円形気体供給穴 3 f と第 3空圧動作用穴 3 iとが連結されて第 3弾性ヒンジ部 1 A- 3の内面側に対向するように配置されて、空圧駆動源 4から第 3積層型空圧配管 2 cと第 3円形気体供給穴 2 f と第 3円形気体通過用貫通穴 2 iと第 3円形気体供給穴 3 f とを経て第 3空圧動作用穴 3 i (第 3空圧動作室 1 6 C) に空圧すなわち圧縮空気を供給することにより、第 3空圧動作室 1 6 C付近の平面型関節部屈曲変形部材 3の上記第 3関節部 3 cが弾性変形して長手方向沿いに伸び、第 3骨材本体部 1 B— 3 と第 4骨材本体部 1 B— 4とが第 3弾性ヒンジ部 1 A— 3を内側に位置するように屈曲する。

上記各構成要素である骨材 1、積層型空圧配管形成部材 2及び平面型関節部屈曲変形部材 3を気密状態に接着接合することで、上記第 1実施形態の積層型多関節部駆動機構を作製する。

さらに、上記構成にかかる積層型多関節部駆動機構を制御部 1 2により駆動制御する場合について説明する。図 9に示されるように、骨材 1の根元を接合部として、積層型多関節部駆動機構を固定部 1 1に配置固定する。制御部 1 2は、空圧駆動源 4の駆動を制御するとともに、第 1積層型空圧配管 2 aに介在された第 1電磁弁 1 7 aの開閉と、第 2積層型空圧配管 2 bに介在された第 2電磁弁 1 7 bの開閉と、第 3積層型空圧配管 2 cに介在された第 3電磁弁 1 7 cの開閉を制御する。また、上記第 1関節部 3 aを駆動するための第 1空圧動作室 1 6 Aは、上記第 1空圧動作用穴 3 gより構成され、第 1空圧動作室 1 6 Aに空気が供給されることにより、図 8のように第 1関節部 3 aが第 1弾性ヒンジ部 1 A— 1を中心にその両側の第 1骨材本体部 1 B— 1と第 2骨材本体部 1 B— 2とのガイドにより屈曲するようにしている。また、上記第 2関節部 3 bを駆動するための第 2 空圧動作室 1 6 Bは、上記第 2空圧動作用穴 3 hより構成され、第 2空圧動作室 1 6 Bに空気が供給されることにより、図 8のように第 2関節部 3 bが第 2弾性ヒンジ部 1 A- 2を中心にその両側の第 2骨材本体部 1 B— 2と第 3骨材本体部 1 B— 3とのガイドにより屈曲するようにしている。また、上記第 3関節部 3 c を駆動するための第 3空圧動作室 1 6 Cは、上記第 3空圧動作用穴 3 iより構成され、第 3空圧動作室 1 6 Cに空気が供給されることにより、図 8のように第 3 関節部 3 cが第 3弾性ヒンジ部 1 A— 3を中心にその両側の第 3骨材本体部 1 B —3と第 4骨材本体部 1 B— 4とのガイドにより屈曲するようにしている。上記多関節部駆動機構の動作は、まず、制御部 1 2が、多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材 3の第 1関節部にある第 1空圧動作室 1 6 Aに空圧を印加するための信号を発生させ、制御部 1 2により、空圧駆動源 4を駆動するとともに第 1電磁弁 1 7 aを開ける。この結果、空圧駆動源 4から空気が、第 1積層型空圧配管 2 _aと第 1円形気体供給穴 2 dと第 1円形気体供給穴 3 dとを経て、第 1空圧動作用穴 3 gすなわち第 1空圧動作室 1 6 Aに供給され、第 1空圧動作室 1 6 Aに空気の圧力すなわち空圧を印加する。この空圧の印加に伴い第 1空圧動作室 1 6 Aが膨張することで第 1関節部が屈曲する。第 1関節部の屈曲を元に戻すときには、制御部 1 2による空圧駆動源 4の駆動を停止させて第 1電磁弁 1 7 aを開けることにより、第 1空圧動作室 1 6 Aでの空圧による膨張が解除されて、第 1関節部は延びた状態に戻る。また、この第 1関節部の屈曲とは独立して、制御部 1 2力多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材 3の第 2関節部にある第 2空圧動作室 1 6 Bに空圧を印加するための信号を発生させ、制御部 1 2 により、空圧駆動源 4を駆動するとともに第 2電磁弁 1 7 bを開ける。この結果、空圧駆動源 4から空が、第 2積層型空圧配管 2 bと第 2円形気体供給穴 2 eと第 2円形気体供給穴 3 eとを経て、第 2空圧動作用穴 3 hすなわち第 2空圧動作室 1 6 Bに供給され、第 2空圧動作室 1 6 Bに空気の圧力すなわち空圧を印加する。この空圧の印加に伴い第 2空圧動作室 1 6 Bが膨張することで第 2関節部が屈曲する。第 2関節部の屈曲を元に戻すときには、制御部 1 2による空圧駆動源 4の駆動を停止させて第 2電磁弁 1 7 bを開けることにより、第 2空圧動作室 1 6 Bでの空圧による膨張が解除されて、第 2関節部は延びた状態に戻る。また、この第 2関節部の屈曲とは独立して、制御部 1 2が、多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材 3の第 3関節部にある第 3空圧動作室 1 6 Cに空圧を印加するための信号を発生させ、制御部 1 2により、空圧駆動源 4を駆動するとともに第 3電磁弁 1 7 cを開ける。この結果、空圧駆動源 4から空気が、第 3積層型空圧配管 2 cと第 3円形気体供給穴 2 f と第 3円形気体供給穴 3 f とを経て、第 3 空圧動作用穴 3 iすなわち第 3空圧動作室 1 6 Cに供給され、第 3空圧動作室 1 6 Cに空気の圧力すなわち空圧を印加する。この空圧の印加に伴い第 3空圧動作室 1 6 Cが膨張することで第 3関節部が屈曲する。第 3関節部の屈曲を元に戻すときには、制御部 1 2による空圧駆動源 4の駆動を停止させて第 3電磁弁 1 7 c を開けることにより、第 3空圧動作室 1 6 Cでの空圧による膨張が解除されて、第 3関節部は延びた状態に戻る。上記第 1実施形態によれば、制御部 1 2による電磁弁 1 7 a , 1 7 b , 1 7 c の開閉制御により、任意の関節部を確実に屈曲させることができる。

(第 2実施形態）

図 1 0及び図 1 1は、第 1実施形態における積層型多関節部駆動機構を備えた把持ハンドの斜視図及びプロック図であり、複数例えば一対の積層型多関節部駆動機構を対向して左右対称に備えることによつて把持機能を持たせたものである。各骨材 1の根元を接合部として、積層型多関節部駆動機構を固定部 1 1にそれぞれ対向して配置固定する。

制御部 1 2は、空圧駆動源 4の駆動を制御するとともに、左右の第 1積層型空圧配管 2 a， 2 aに介在された第 1電磁弁 1 7 a , 1 7 aの開閉と、左右の第 2 積層型空圧配管 2 b， 2 bに介在された第 2電磁弁 1 7 b， 1 7 bの開閉と、左右の第 3積層型空圧配管 2 c， 2 cに介在された第 3電磁弁 1 7 c , 1 7 cの開閉をそれぞれ独立して制御する。また、左右の各第 1関節部 3 aを駆動するための第 1空圧動作室 1 6 Aは、上記第 1空圧動作用穴 3 _gより構成され、第 1空圧動作室 1 6 Aに空気が供給されることにより、図 8のように第 1関節部 3 aが第 1弾性ヒンジ部 1 A- 1を中心にその両側の第 1骨材本体部 1 B— 1と第 2骨材本体部 1 B _ 2とのガイドにより屈曲するようにしている。また、左右の各第 2 関節部 3 bを駆動するための第 2空圧動作室 1 6 Bは、上記第 2空圧動作用穴 3 hより構成され、第 2空圧動作室 1 6 Bに空気が供給されることにより、図 8のように第 2関節部 3 bが第 2弾性ヒンジ部 1 A— 2を中心にその両側の第 2骨材本体部 1 B— 2と第 3骨材本体部 1 B— 3とのガイドにより屈曲するようにしてレ、る。また、左右の各第 3関節部 3 cを駆動するための第 3空圧動作室 1 6 Cは、上記第 3空圧動作用穴 3 iより構成され、第 3空圧動作.室 1 6 Cに空気が供給されることにより、図 8のように第 3関節部 3 cが第 3弾性ヒンジ部 1 A— 3を中心にその両側の第 3骨材本体部 1 B _ 3と第 4骨材本体部 1 B— 4とのガイドにより屈曲するようにしている。

上記多関節部駆動機構の動作は、まず、制御部 1 2が、左右の多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材 3， 3の左右の第 1関節部にある第 1空圧動作室 1 6 A, 1 6 Aに空圧を例えば同期して印加するための信号を発生させ、制御部 1 2により、空圧駆動源 4を駆動するとともに左右の第 1電磁弁 1 7 a , 1 7 a を同期して開ける。この結果、空圧駆動源 4から空気が、左右の第 1積層型空圧配管 2 a , 2 aと左右の第 1円形気体供給穴 2 d, 2 dと左右の第 1円形気体供給穴 3 d , 3 dとを経て、左右の第 1空圧動作用穴 3 g， 3 gすなわち左右の第 1空圧動作室 1 6 A, 1 6 Aにそれぞれ同期して供給され、左右の第 1空圧動作室 1 6A， 1 6 Aに空気の圧力すなわち空圧をそれぞれ同期して印加する。この左右の空圧の同期した印加に伴い左右の第 1空圧動作室 1 6 A, 1 6 Aがそれぞれ同期して膨張することで左右の第 1関節部が同期して屈曲する。左右の第 1関節部の屈曲を元に戻すときには、制御部 1 2による空圧駆動源 4の駆動を停止させて第 1電磁弁 1 7 a， 1 7 aを開けることにより、第 1空圧動作室 1 6 A， 1 6 Aでの空圧による膨張が解除されて、左右の第 1関節部は延びた状態に戻る。また、この左右の第 1関節部の屈曲とは独立して、制御部 1 2力左右の多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材 3 , 3の左右の第 2関節部にある第 2空圧動作室 1 6 B, 1 6 Bに空圧を例えば同期して印加するための信号を発生させ、制御部 1 2により、空圧駆動源 4を駆動するとともに左右の第 2電磁弁 1 7 b, 1 7 bを同期して開ける。この結果、空圧駆動源 4から空気が、左右の第 2積層型空圧配管 2 b, 2 bと左右の第 2円形気体供給穴 2 e， 2 eと左右の第 2円形気体供給穴 3 e， 3 eとを経て、左右の第 2空圧動作用穴 3 h， 3 hすなわち左右の第 2空圧動作室 1 6 B， 1 6 Bにそれぞれ同期して供給され、左右の第 2空圧動作室 1 6 B， 1 6 Bに空気の圧力すなわち空圧をそれぞれ同期して印加する。この左右の空圧の同期した印加に伴い左右の第 2空圧動作室 1 6 B， 1 6 Bがそれぞれ同期して膨張することで左右の第 2関節部が同期して屈曲する。左右の第 2関節部の屈曲を元に戻すときには、制御部 1 2による空圧駆動源 4の駆動を停止させて第 2電磁弁 1 7 b， 1 7 bを開けることにより、第 2空圧動作室 1 6 B， 1 6 Bでの空圧による膨張が解除されて、左右の第 2関節部は延びた状態に戻る。また、この左右の第 2関節部の屈曲とは独立して、制御部 1 2力左右の多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材 3， 3の左右の第 3関節部にある第 3空圧動作室 1 6 C, 1 6 Cに空圧を例えば同期して印加するための信号を発生させ、制御部 1 2により、空圧駆動源 4を駆動するとともに左右の第 3電磁弁 1 7 c 1 7 cを同期して開ける。この結果、空圧駆動源 4から空気が、左右の第 3積層型空圧配管 2 c， 2 cと左右の第 3円形気体供給穴 2 f， 2 f と左右の第 3円形気体供給穴 3 f ， 3 f とを経て、左右の第 3空圧動作用穴 3 i， 3 iすなわち左右の 3空圧動作室 1 6 C , 1 6 Cにそれぞれ同期して供給され、左右の第 3空圧動作室 1 6 C, 1 6 Cに空気の圧力すなわち空圧をそれぞれ同期して印加する。この左右の空圧の同期した印加に伴い左右の第 3空圧動作室 1 6 C， 1 6 Cがそれぞれ同期して膨張することで左右の第 3関節部が同期して屈曲する。左右の第 3関節部の屈曲を元に戻すときには、制御部 1 2による空圧駆動源 4の駆動を停止させて第 3電磁弁 1 7 c , 1 7 cを開けることにより、第 3空圧動作室 1 6 C , 1 6 Cでの空圧による膨張が解除されて、左右の第 3関節部は延びた状態に戻る。上記第 2実施形態によれば、制御部 1 2による左右の電磁弁 1 7 a， 1 7 b , 1 7 cの開閉制御により、任意の左右の関節部を確実に屈曲させて把持動作を行わせることができる。

上記第 2実施形態の変形例として、図 1 2及び図 1 3は、第 1実施形態における積層型多関節部駆動機構を備えた把持ハンドの斜視図及びプロック図であり、 2対の積層型多関節部駆動機構を対向して左右対称に備えることによつて把持機能を持たせたものである。各骨材 1の根元を接合部として、積層型多関節部駆動機構を固定部 1 1にそれぞれ対向して配置固定する。各積層型多関節部駆動機構の動作は、図 1 0の上記第 2実施形態と同様であるため、説明を省略する。

また、図 1 2及ぴ図 1 3では偶数本例えば 2本の積層型多関節部駆動機構を左右対称に配置しているが、把持対象物の形状によっては、本発明の第²実施形態の別の変形例として、図 1 4のプロック図及び斜視図に示すように左側 2本の積層型多関節部駆動機構に対して右側 1本の積層型多関節部駆動機構の左右非対称な配置にしてもよい。各積層型多関節部駆動機構の動作は、図 1 0の上記第 2実施形態と同様であるため、説明を省略する。

また、複数配置される積層型多関節部駆動機構の各々の長さ及び幅もその対象物に合わせて変更して配置してもよレ、。

また、本発明の第 2実施形態のさらに別の変形例として、図 1 5及び図 1 6の斜視図及びプロック図に示すように、固定部 1 1に対して各基端部が固定されるように 4本の積層型多関節部駆動機構を左右対称に、すなわち 2本ずつ左右に配置し、各積層型多関節部駆動機構に空圧駆動源 4をそれぞれの空圧導入管 5を介 ■して接続し、 4個の空圧駆動源 4 , 4は制御部 1 2により駆動制御されるように構成されるとともに、各骨材 1の把持面側に、制御部 1 2に接続されて対象物との接触を検出する接触センサ 1 3、制御部 1 2に接続されて対象物との接触したときの圧力を検出する感圧センサ 1 4、制御部 1 2に接続されて対象物との接触したときの摩擦力を検出する摩擦センサ 1 5等をそれぞれ配置している。そして、各センサ 1 3， 1 4 , 1 5でそれぞれ検出された物体の把持情報を制御部 1 2にフィードバックして、制御部 1 2により、 4個の空圧駆動源 4 , ···, 4をそれぞれ独立して駆動制御して、それぞれの空圧動作室へ供給される空圧を制御してそれぞれの関節部の屈曲動作を制御することで、より効果的に把持動作を実現することが可能となる。さらに、その各骨材 1の把持面の少なくとも一部を摩擦抵抗の大きい柔軟な材料で覆うことで、把持能力を向上させることが可能となる。

このように、上記実施形態によれば、把持ハンドは前述した積層型多関節部駆動機構を用いているため軽量小型であり、空圧を駆動源 4として弾性体の膨張をその駆動源としていることからコンプライアンスが高く、この特^ [により万が一人間に接触、衝突した際にも十分に安全を保つことが可能である。また、センサ部以外は電気的配線が必要ないため、センサ部の防水処理だけで、水を用いた作業環境でも使用できるという利点を有している。

次に、図 1 7から図 2 2を用いて、例えば図 1 5及ぴ図 1 6に示す上記第 2実施形態のさらに別の変形例にかかる把持ハンドの具体的な把持動作について説明する。

把持ハンドの動作は、以下のようにして動作して屈曲動作により、それぞれの骨材 1を把持面として対象物の把持動作を行う。

まず、図 1 7に示す把持ノヽンドの中立状態において、制御部 1 2から各多関節部駆動機構の平面型関節部屈曲変形部材 3の各関節部にある第 1空圧動作室空圧動作 1 6 A、第 2空圧動作室 1 6 B、第 3空圧動作室 1 6 Cに空圧をそれぞれ印加するための信号を発生させる。この信号により、 4個の空圧駆動源 4， …， 4 のそれぞれが独立して駆動制御されて、それぞれの空圧導入管 5の途中に設けてある電磁弁 1 7の開閉を行い、空圧駆動源 4からそれぞれの空圧導入管 5及び各積層型空圧配管形成部材 2を通じて第 1空圧動作室 1 6 A、第 2空圧動作室 1 6 B、第 3空圧動作室 1 6 Cにそれぞれ空圧を同期又は順次印加する。空圧の印加に伴レ、第 1空圧動作室 1 6 A、第 2空圧動作室 1 6 B、第 3空圧動作室 1 6 Cがそれぞれ膨張することで関節部がそれぞれ屈曲する。この屈曲動作により、それぞれの骨材 1を把持面として対象物 1 8の把持動作を行う。

図 1 7は、多関節部駆動機構に空圧を印加していない中立状態の上記把持ハンドの状態（それぞれの多関節部駆動機構が直線状に延びた状態）を示す平面図である。この積層型多関節部駆動機構は、制御部 1 2の制御の下にそれぞれの空圧駆動源 4から空圧をそれぞれの空圧動作室に印加するとそれぞれの多関節部駆動 . 機構が把持方向すなわち互いに接近する方向に変位し、制御部 1 2の制御の下にそれぞれの空圧駆動源 4の駆動を停止させて空圧の印加を止めると、それぞれの多関節部駆動機構の各弾性ヒンジ 1 Aの弾性によりそれぞれの多関節部駆動機構が元の位置に復元し、把持ノ、ンドが中立状態を保つという作用を有する。把持動 ' ' 作はこの中立状態から、制御部 1 2の制御の下に各関節部にその把持対象物に応じた空圧を印加することで実現する。

図 1 8 A，図 1 8 Bは、上記把持ハンドの中立状態での各多関節部駆動機構の間隔と同程度の大きさ（直径又は幅）を持つ例えば円筒体又は円柱体形状の把持対象物 1 8を把持する場合のモデルを示した平面図である。図 1 8 Aに示すように、まず、把持対象物 1 8が固定部 1 1の近傍まで近づくように把持ハンドを、把持ノ、ンドが载置された図示しない搬送車などにより移動する。その後、制御部 1 2の制御の下に、それぞれの空圧駆動源 4から図 1 8 Bに示すように各多関節部駆動機構の固定部 1 1に近い方の第 1空圧動作室 1 6 Aに空圧を印加し、第 1 関節部を内向きにすなわち把持方向に屈曲させる。それぞれの把持面が把持対象物 1 8に接触した時点（例えば各多関節部駆動機構の把持面に備えた接触センサにより把持対象物 1 8に接触した信号を制御部 1 2に入力した時点）で制御部 1 2の制御の下に、それぞれの空圧駆動源 4からそれぞれの第 2空圧動作室 1 6 B に空圧を印加してそれぞれの第 2関節部を屈曲させて、 4本の多関節部駆動機構で把持対象物 1 8を抱き込むことで把持を行う。把持を解除するときは、上記したように、制御部 1 2の制御の下にそれぞれの空圧駆動源 4の駆動を停止させて空圧の印加を止め、それぞれの多関節部駆動機構の各弾性ヒンジ 1 Aの弾性によりそれぞれの多関節部駆動機構が元の位置に復元して屈曲せずにまっすぐ延びた状態となり、把持ハンドが中立状態、すなわち、把翻军除状態となる。

図 1 9 A，図 1 9 Bは把持対象物が把持ハンドの中立状態での各多関節部駆動機構の間隔より小さい直径又は幅の例えば円筒体又は円柱体形状の把持対象物 1 9を把持する場合のモデルを示した平面図である。図 1 9 Aに示すように、まず、把持対象物 1 9が各多関節部駆動機構の先端部近傍まで近づくように把持ハンドを、把持ノ、ンドが载置された図示しない搬送車などにより移動する。その後、制御部 1 2の制御の下に、それぞれの空圧駆動源 4から図 1 9 Bに示すように各多関節部駆動機構の固定部 1 1に近レ、方の第 1空圧動作室 1 6 Aから順に第 2空圧動作室 1 6 B、第 3空圧動作室 1 6 Cに空圧を印加し、関節部を内向きにすなわち把持方向に屈曲させる。それぞれの把持面が把持対象物 1 9に接触した時点 (例えば各多関節部駆動機構の把持面に備えた接触センサにより把持対象物 1 8 に接触した信号を制御部 1 2に入力した時点）で制御部 1 2の制御の下に、それぞれの空圧駆動源 4からそれぞれの第 2空圧動作室 1 6 Bにさらに空圧を印加してそれぞれの第 2関節部を屈曲させて、 4本の多関節部駆動機構で把持対象物 1 9を挟み込むことで把持を行う。把持を解除するときは、上記したように、制御部 1 2の制御の下にそれぞれの空圧駆動源 4の駆動を停止させて空圧の印加を止め、それぞれの多関節部駆動機構の各弾性ヒンジ 1 Aの弹性によりそれぞれの多幽節部駆動機構が元の位置に復元して屈曲せずにまっすぐ延びた状態となり、把持ノヽンドが中立状態、すなわち、把持解除状態となる。

図 2 0 A，図 2 0 B及び図 2 1は、把持対象物が把持ハンドの中立状態での各多関節部駆動機構の間隔より大きい直径又は幅を持つ例えば円筒体又は円柱体形状の把持対象物 2 0を把持する場合のモデルを示した平面図である。この例では、各積層型多関節部機構に連結された空圧駆動源 4は、空圧印力 Π機能に加えて、逆駆動（排気駆動）制御可能又は減圧ポンプなどの強制排気機能をも有するものであり、制御部 1 2の制御によりそれぞれの空圧駆動源 4を排気駆動させて、図 2 0 Aの中立状態から図 2 0 Bに示すように各積層型多関節部機構の第 1空圧動作室 1 6 A、第 2空圧動作室 1 6 B、第 3空圧動作室 1 6 Cより空気を強制的にそれぞれ排気することで、各積層型多関節部駆動機構の空圧を印加していない中立の状態より更にその間隔を広げて、把持対象物 2 0を把持ハンド内に入れやすくする。その後、把持対象物 2 0が各多関節部駆動機構の先端部近傍まで近づくように把持ノヽンドを、把持ハンドが载置された図示しない搬送車などにより移動する。その後、図 2 1に示すように制御部 1 2の制御の下に、それぞれの空圧駆動源 4から各多関節部駆動機構の固定部 1 1に近い方の第 1空圧動作室 1 6 Aから順に第 2空圧動作室 1 6 B、第 3空圧動作室 1 6 Cに空圧をそれぞれ印加し、関節部を内向きにすなわち把持方向に屈曲させる。それぞれの把持面が把持対象物 , 2 0に接触した時点（例えば各多関節部駆動機構の把持面に備えた接触センサにより把持対象物 1 8に接触した信号を制御部 1 2に入力した時点）で制御部 1 2 の制御の下に、それぞれの空圧駆動源 4からそれぞれの第 3空圧動作室 1 6 Cにさらに空圧を印加してそれぞれの第 2関節部を屈曲させて、 4本の多関節部駆動機構で把持対象物 2 0を挟み込むことで把持を行う。把持を解除するときは、上記したように、制御部 1 2の制御の下にそれぞれの空圧駆動源 4の駆動を停止させて空圧の印加を止め、それぞれの多関節部駆動機構の各弾性ヒンジ 1 Aの弾性によりそれぞれの多関節部駆動機構が元の位置に復元して屈曲せずにまっすぐ延びた状態となり、把持ハンドが中立状態、すなわち、把持解除状態となる。さらに、より確実に把持解除するために、各積層型多関節部機構の第 1空圧動作室 1 6 A、第 2空圧動作室 1 6 B、第 3空圧動作室 1 6 Cより空気を強制的にそれぞ気すことで、各積層型多関節部駆動機構の空圧を印加していない中立の状態より更にその間隔を広げて、把持対象物 2 0を把持ハンドから外れやすくする。このように少なくとも一対の多関節部駆動機構を備えた把持ハンドは多種多様な対象物の把持を可能にするという特徴を有する。

(第 3実施形態）

図 2 2は、図 1の積層型多関節部駆動機構の口ポットアームの先端に上記第 2 実施形態にかかる図 1 2の把持ノヽンドを備えた、本発明の第 3実施形態における積層型多関節部駆動機構を用いたロボットの斜視図である。図 2 2の口ポットアーム 2 1の構成は、第 1実施形態における図 1に示す積層型多関節部駆動機構を用いたもので、駆動原理は第 1実施形態の説明で述べた通りである。ロボットアーム 2 1は、空圧駆動源を有するロボットアーム支柱 2 2 に回転機構 2 3を介して接続されており、さらに、ロボットアーム 2 1の先端部には、第 2実施形態における図 1 2に示す把持ノヽンド 2 4が接続されている。口ポットアーム 2 1の駆動により把持ハンド 2 4が可動範囲にある任意の位置に位置決めされ、把持対象物を把持する機能を有する。このロボットアーム 2 1は、本発明の積層型多関節駆動機構を用いたものであるから、前述したごとく、使用する人間に対する安全性を確保できる柔軟な位置決めを可能とするものである。さらに、この積層型多関節部駆動機構をロボットアーム 2 1に適用する：^、図 2 2の第 3実施形態のごとく、その積層面を鉛直方向に配置するように構成すること力きらに望ましい。このような構成にすることにより、骨材 1の面内剛性が高いことから、重い把持対象物をこの骨材 1で支えることができ、重い把持対象物を扱うことができる。

尚、図 2 2の第 3実施形態においては、ロボットアーム 2 1を、ロボットァーム支柱 2 2に回転機構 2 3を介して接続する構成について示したが、このような ― 1軸又は多軸の回転機構をロボットアーム支柱 2 2の根本部、又はロボットァーム 2 1と把持ハンド 2 4との間に設けるなどの構成を取ることを妨げるものではない。このような多軸の回転機構と組み合わせることにより、より柔軟な把持ハンド 2 4の姿勢を取らしめることができる。なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

以上のように本発明によれば、少なくとも 2つの弾性変形可能な弾性変形部を有する骨材と、上記骨材に重ね合わされるように固定され、カゝつ、空圧の駆動源に連結された少なくとも 2系統の配管を有する積層型空圧配管部材と、上記積層型空圧配管部材に重ね合わされるように固定され、つ、上記骨材の各弾性変形部に対向する関節部に配置されかつ上記配管のそれぞれに連結された空圧動作室を有して上記空圧動作室に空圧が印加されることにより、上記空圧が印加された上記空圧動作室に対応する上記関節部が変形可能な平面型関節部変形部材とを備えることにより、駆動させたい関節部に対応する上記空圧動作室に空圧を印加することにより当該関節部が変形可能となり、多種多様な対象物の把持性能を有する把持ノヽンドを実現可能で、つ、全であり、また簡易な構造であり低コストで実現可能な積層型多関節部駆動機構を提供することができる。

この積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物を把持可能とする把持ハンドは、多種多様な対象物の把持性能を有し、安全であり、多関節部を有する把持ハンドを簡易な構造で、かつ低コストで実現することが可能となる。

また、上記積層型多関節部駆動機構を製造するとき、少なくとも上記弾性変形部に弾性ヒンジを備えた上記骨材を一括して成型し、上記積層型空圧配管部材及ぴ上記平面型関節部屈曲変形部材を上記骨材に積層接合することにより、簡単にかつ低コストで上記積層型多関節部駆.動機構を製造することができる。

さらに、.本発明の積層型多関節部駆動機構は多関節部駆動機構を構成する骨材がその関節部に弾性ヒンジを備える場合には、関節部の自由度を 1自由度に拘束することで把持剛性の向上を図ることが可能となり、より効果的に上記効果を達成することができる。 ' ' .

さらに、本発明の積層型多関節部駆動機構を用いたロボットアームは、その先端に把持ハンドを備えることにより、可動範囲にある把持対象物に対して把持ノヽンドを安全に位置決めすることが可能となる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとつては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添 ^"した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims

請求の範囲

1. 空圧の駆動源（4) と、

少なくとも 2つの弾性変形可能な弾性変形部 (1A) を有する骨材（1) と、上記骨材に重ね合わされるように固定され、かつ、上記駆動源に連結された少なくとも 2系統の配管（2 a, 2 b) を有する積層型空圧配管部材（2) と、上記積層型空圧配管部材に重ね合わされるように固定され、カゝつ、上記骨材の各弾性変形部に対向する関節部（3 a, 3 b) fc配置されかつ上記配管のそれぞれに連結された空圧動作室 (16A, 16B) を有して上記空圧動作室に空圧が印加されることにより、上記空圧が印加された上記空圧動作室に対応する上記関節部が変形可能な平面型関節部変形部材（3) とを備えている積層型多関節部駆動機構。

2. 上記積層型空気配管部材が、成型された複数の有機膜（2 A, 2B, 2 C) を積層して上記配管を形成する請求項 1に記載の積層型多関節部駆動機構。

3. 上記平面型関節部屈曲変形部材は、'その平面型関節部屈曲変形部材の長手方向沿いに伸縮可能な方向性を付与する拘束層 (3 C) を備えて、上記平面型関節部屈曲変形部材の上記関節部が伸びるとき；上記骨材の案内により屈曲動作を行う請求項 1又は 2に記載の積層型多関節部駆動機構。，

4. 上記骨材の上記複数の弾性変形部のそれぞれは、弾性ヒンジ部（1A) より構成される請求項 1又は 2に記載の積層型多関節部駆動機構。

5. 上記骨材の上記複数の弾性変形部のそれぞれは、弾性ヒンジ部 (1 A) より構成される請求項 3に記載の積層型多関節部駆動機構。

6. 上記平面型関節部屈曲変形部材の上記拘束層が、網状の繊維（10) を編み込んだ柔軟な有機膜材料である請求項 3に記載の積層型多関節部駆動機構。

7. 上記平面型関節部屈曲変形部材は、その平面型関節部屈曲変形部材の長手方向沿いに伸縮可能な方向性を付与する拘束層 (3C) を備えて、上記平面型 ' 関節部屈曲変形部材の上記関節部が伸びるとき、上記骨材の案内により屈曲動作を行うとともに、上記平面型関節部屈曲変形部材の上記拘束層が、網状の »锥 (10) を編み込んだ柔軟な有機膜材料である請求項 4に記載の積層型多関節部駆動機構。

8. 上記平面型関節部屈曲変形部材は、その平面型関節部屈曲変形部材の長手方向沿いに伸縮可能な方向性を付与する拘束層 (3C) を備えて、上記平面型関節部屈曲変形部材の上記関節部が伸びるとき、上記骨材の案内により屈曲動作を行うとともに、上記平面型関節部屈曲変形部材の上記拘束層が、網状の編維

(10) を編み込んだ柔軟な有機膜材料である請求項 5に記載の積層型多関節部駆動機構。

9. 請求項 1又は 2に記載の上^積層型多関節部駆動機構の製造方法であつて、

少なくとも上記弹性変形部（1A) に弾性ヒンジを備えた上記骨材（1) を一括して成型し、

上記積層型空圧配管部材及び上記平面型関節部屈曲変形部材を上記骨材に積層接合することを備える積層型多関節部駆動機構の製造方法。

10. 請求項 1又は 2に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物（18， 19， 20) を把持可能とすることで構成する把持ハンド。

11 · 請求項 3に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物 (18， 19, 20) を把持可能とすることで構成する把持ハンド。

12. 請求項 4に記載の上記積層型多関節部駆 ]機構を対向配置して対象物 (18， 19， 20) を把持可能とすることで構成する把持ハンド。

13. 請求項 5に記載の上記積層-型多関節部駆動機構を対向配置して対象物 (18， 19， 20) を把持可能とすることで構成する把持ハンド。

14. 請求項 6に記載の上記積層型多関節部駆動機構を対向配置して対象物 (18, 19， 20) を把持可能とすることで構成する把持ハンド。

15. 請求項 1又は 2に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いるロボットアーム。 '

16. 請求項 3に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いる口ポットァーム。

17. 請求項 4に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いるロボットァーム。

1 8 . 請求項 1 0に記載の上記把持ハンドをアーム先端に備えるロボットァ —ム。

1 9 . 請求項 1 1に記載の上記把持ハンドをアーム先端に備えるロボットァーム。

2 0 . 請求項 1 2に記載の上記把持ハンドをアーム先端に備えるロボットァーム。

2 1 . 請求項 1又は 2に記載の上記積層型多関節部駆動機構を用いて構成される上記ロボットアームと、上記ロボットアームの先端に備えられた請求項 1 0 に記載の上記把持ハンドとを備えるロボット。