WO2014054339A1 - 人形体の手首の関節構造、人形体の足首の関節構造、および人形体 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成にも拘わらず、人間に近い動作を行い得る人形体の肢体端部の関節構造を提供する。 【解決手段】下腕部８０の延長上に設けられる手首１１０と、手首１１０に連結される手の甲１１５と、手の甲１１５に連結される親指１２０Ａを含む複数の指１２０を備える人形体の手の関節構造であって、手の甲１１５は、手首１１０が連結される側の部分において、切欠部１３１と、切欠部１３１を間にして形成される突出部１３２とを備え、手首１１０は、その先端部が手の甲１１５の切欠部１３１内に配置された状態で、手首１１０の位置から変位した突出部１３２の箇所に埋設される第１ボールジョイント１４１を介して連結されているとともに、第１ボールジョイント１４１を中心にして、手の甲１１５に対して回動できるようになっている。

Description

人形体の手首の関節構造、人形体の足首の関節構造、および人形体

　本発明は、人形体の肢体端部の関節構造および人形体に関する。

　ロボット等のプラスチックモデルの手の関節構造としては、たとえば下記特許文献１に記載されたものが知られている。
　特許文献１には、手首と手（手の甲と指からなる）との連結において、下腕部の先端（下端）に、手を取り付けるための手首関節が設けられ、該手首関節は、下腕部の先端に設けられている手首回動軸により、回動可能に支持された構成からなるものである。

特開2011-234986号公報

　しかし、特許文献１に記載された手の関節構造は、下腕部の先端に設けられた手首回動軸の回りに手が回動できるだけの動き、すなわち、該手首回動軸を中心として一方向に揺動する動きしかできない構成となっている。
　このため、手の動作が単純となり、人間に近い動作を行うことができないという不都合を有していた。特に、ロボットが戦闘用に構成されたものにあっては、手に武器（被把持体）を持たせる場合も想定され、該武器を自由自在に繰るためにも、手首に対する手の動作において、人間に近い動作ができることが望まれる。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成にも拘わらず、人間に近い動作を行い得る人形体の肢体端部の関節構造を提供することにある。

本発明の人形体の手首の関節構造は、下腕部の延長上に設けられる手首と、前記手首に連結される手の甲と、前記手の甲に連結される親指を含む複数の指と、前記手の甲の中心位置から変位した位置に設けられた第１の連結部と、を備え、前記手の甲と前記手首とは、前記第１の連結部において回動可能に連結される構成を有する。

本発明の人形体の手首の関節構造において、前記手の甲の前記手首が連結される側の中心位置に切欠部が形成され、前記第１の連結部は、前記切欠部を間にして形成される突出部の一方側に設けられることが好ましい。

本発明の人形体の手首の関節構造において、前記親指の付け根部分に設けられた第２の連結部と、前記突出部の他方側に設けられた第３の連結部と、前記第２の連結部と前記第３の連結部とを連結する連結部材と、を有し、前記連結部材は、前記第２の連結部と前記第３の連結部において、それぞれ回動可能に連結されており、前記親指は、前記連結部材を介して、前記手の甲に回動可能に連結されることが好ましい。

本発明の人形体の手首の関節構造において、前記複数の指は、前記手の甲に対して回動可能に構成され、前記手の甲に回動可能に設けられた回動部材を有し、前記回動部材は、前記手の甲の中央部に設けられた開口部を塞ぐことが可能であることが好ましい。また、前記下腕部に第４の連結部が設けられ、前記手首は、前記第４の連結部と連結され、前記下腕部の軸方向の回りに回動できることが好ましい。

本発明の人形体の足首の関節構造は、下腿部の延長上に設けられる足首と、前記足首に連結される足の甲と、前記足の甲の、前記下腿部の延長上の中心位置から前記足の踵側に変位した位置に設けられた第５の連結部と、を備え、前記足の甲と前記足首とは、前記５の連結部において回動可能に連結される構成を有する。

本発明の人形体の足首の関節構造において、前記足の甲は、前記足首が連結される側に切欠部が形成され、前記第５の連結部は、前記切欠部を間にして形成される突出部の前記踵側に設けられることが好ましい。また、前記下腿部に第６の連結部が設けられ、前記足首は、前記第６の連結部と連結され、前記下腕部の軸方向の回りに回動できることが好ましい。

　このように構成した人形体の肢体端部の関節構造は、簡単な構成にも拘わらず、人間に近い動作を行い得るものを得ることができるようになる。

本発明の人形体の肢体端部の関節構造が適用されるプラスチックモデルの概略を示した外観図である。 上記ロボットの手の関節構造を示す構成図で、下腕部に取り付けられる手首とともに示している。 図２に対応させて描いた図で、手首、および各指等の動きを示した図である。 手の甲に形成される開口部と、この開口部を塞ぐ回動部材を示した斜視図である。 本発明の人形体の手の関節構造の動きを示す斜視図である。 本発明の人形体の手の関節構造を樹脂の成形で構成されたもので、該手の関節構造を構成する各部材の組立を回避させたアセンブリ板を示した図である。 本発明の人形体の肢体端部の関節構造を足に適用させた場合の構成図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
（実施形態１）
　図１は、本発明の人形体の肢体端部の関節構造が適用されるプラスチックモデルの概略を示した外観図である。該プラスチックモデルは、戦闘用のロボット１０を構成している。

　図１に示すように、ロボット１０は、人間と同様に、腰部２０、胸部３０、頭部４０、脚部５０、腕部６０を有し、これらの表面において、ほぼ全域に亘って装甲具を具備した形態を呈したものとなっている。また、ロボット１０は、戦闘に必要となる武器７０を、たとえば、前記腕部６０の上部、すなわち肩部において装備するように構成されている。そして、前記腕部６０は、その手１００に近い部分において下腕部８０を有し、前記手１００は図示しない手首（図２、図３図５、図６において符号１１０で示す）を介して該下腕部８０に連結されるようになっている。

　なお、ロボット１０の手１００は、たとえば該ロボット１０と別体で用意された武器（図示せず）を把持できるように構成されている。
　図２は、上記ロボット１０の手１００の関節構造を示す構成図で、前記下腕部８０に取り付けられる手首１１０とともに示している。図２（ａ）は、ロボット１０の手１００を、手の甲側から観た図であり、図２（ｂ）は、該ロボット１０の手を、手のひら側から観た図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、いずれも、５本の指１２０を備え、これら指１２０は、親指１２０Ａを除き、隣接する指１２０と近接されて閉じられた状態となっている。

　なお、図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図２（ａ）、（ｂ）に対応させて描いた図で、手首１１０、および各指１２０等の動きを示した図となっている。
　前記手１００は、図２（ａ）に示すように、その手の甲（この明細書では、手首、指を除く手の部分を甲と称する）１１５おいて、手首１１０が連結される側の略中心位置に切欠部１３１が設けられ、該切欠部１３１を間にして形成される突出部１３２を備えている。

　本実施の形態において、手首１１０は、その先端部が手の甲１１５の切欠部１３１内に配置された状態で、該突出部１３２に埋設される第１ボールジョイント１４１を介して連結されている。これにより、手首１１０は、該手首１１０の延長上の位置から変位した突出部１３２の箇所において回動可能に取付けられるようになっている。
　したがって、手首１１０は、図３（ａ）に示すように、該第１ボールジョイント１４１を中心にして、その先端部が該手の甲１１５の切欠部１３１からはみ出すように回動できるようになっている。

　なお、手首１１０は、ロボット１０の下腕部８０に埋設されるボールジョイント１４７に連結されて形成され、該下腕部８０の軸方向の回りに回動できるようになっている。この場合、手の甲は、手首の延長線上に対して角度を有するように屈曲させることができるようになる。そして、手の甲は、手首の延長線上に対して角度を有するように屈曲させた状態で、該延長線の回りに回動させることができるようにもなる。
　また、親指１２０Ａは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、それに埋設される第２ボールジョイント１４２と、この第２ボールジョイント１４２と連結される連結部材１４３と、この連結部材１４３と連結され前記手の甲１１５（突出部１３２）に埋設される第３ボールジョイント１４４とを介して、手の甲１１５に連結されるようになっている。つまり、親指１２０Ａの付け根部分に第２ボールジョイントと接続する連結部が設けられ、突出部１３２に第３のボールジョイントと接続する連結部が設けられており、連結部材１４３は、それぞれの連結部において回動可能に連結されている。なお、手の甲１１５に連結される親指１２０Ａは、人間と同様に、その中途部に屈曲部（関節部）１５０が設けられている。この屈曲部１５０は、基端側の指部材１２０Ｂに埋設された第４ボールジョイント１４５が先端側の指部材１２０Ｔに取り付けられることによって形成されている。

　さらに、親指１２０Ａ以外の他の指１２０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、手の甲１１５に埋設させた第５ボールジョイント１４６が、該指１２０の基端側に取り付けられることによって該手の甲１１５に連結されている。これにより、各指１２０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、その先端が隣接する指１２０の先端から離間するように、該第５ボールジョイント１４６を中心に回動できるようになっている。なお、親指１２０Ａ以外の他の指１２０は、人間と同様に、それぞれ、長手方向に並設された２つの屈曲部（関節部）が設けられている。これら屈曲部は、たとえば隣接する指部材がヒンジ（図示せず）を介して取り付けられることによって形成されている。

　また、手の甲１１５のほぼ中央には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、開口部１６０が形成されている。この開口部１６０は、手１００に図示しない武器（被把持体）をあてがった場合、該武器に形成された突起が該開口部１６０に嵌合できるようになっている。これにより、手の甲１１５に武器があたかも把持された形態をとることができるようになる。なお、手の甲１１５には、たとえば図４に示すように、前記開口部１６０に隣接して形成されたヒンジ１６１を中心にして回動する回動部材１６２が取り付けられ、手の甲１１５から該武器を外した場合（該武器を把持していない場合）、該回動部材１６２によって開口部１６０を塞ぐことができるようになっている。武器を把持していない場合に、手の甲１１５に形成された開口部１６０が目視されることから、該回動部材１６２によって該開口部１６０を塞ぐようにして見栄えをよくするようになっている。このような武器を把持させる場合、該武器に開口部が形成されており、この開口部に回動部材１６２を差し込むことによって、該武器を手の甲１１５に固定させるようにしてもよいことはもちろんである。

　図５（ａ）、（ｂ）は、上述のように構成した手１００の動きを示す動作図である。
　まず、図５（ａ）に示すように、親指１２０Ａ以外の他の指１２０を手１００のひら側へ屈曲させるようにする。この場合、手の甲１１５側に最も近接する指部材をほぼ水平に配置させることにより、手１００のひら側との間に武器（図示せず）を配置させる空間を大きくとることができるようになる。この場合、武器の突起が手の甲１１５に形成された開口部１６０に嵌合されることは上述した通りである。

　そして、手の甲１１５に連結される親指１２０Ａを、図５（ａ）に示すように、手の甲１１５に埋設された第２ボールジョイント１４２と親指１２０Ａに埋設させた第３ボールジョイント１４４を連結する連結部材１４３が手の甲１１５の面に対してほぼ垂直になるように移動させ、さらに、図５（ｂ）に示すように、先端側の指部材１２０Ｔを基端側の指部材１２０Ｂに対して屈曲させ、該先端側の指部材１２０Ｔを小指側に向けることによって、人間の手と近い状態で武器を把持する感じを実現させることができるようになる。
　図６は、上述した人形体の手１００の関節構造を樹脂の成形で構成されたもので、該手１００の関節構造を構成する各部材（表側の表皮、裏側の表皮、ボールジョイント等）の組立を回避させたアセンブリ板１７０を示している。
　図６において、たとえば図３（ｂ）に示した態様で形成される左右一対の手１００が、それぞれ、手首１１０の部分が対向されて、ランナー１７１に接続されて配置されている。

　図６に示すアセンブリ板１７０は、前記手１００の表側の表皮を構成する部材を数か所においてランナー１７１Ａによって接続させた第１アセンブリ板１７０Ａと、前記手１００の裏側の表皮を構成する部材を数か所においてランナー１７１Ｂによって接続させた第２アセンブリ板１７０Ｂとで構成されている。
　そして、第１アセンブリ板１７０Ａと第２アセンブリ板１７０Ｂは、上述したボールジョイント１４１、１４２、１４４、１４５等を介在させ、上下方向から重ね合されて前記アセンブリ板１７０を構成するようになっている。
　これにより、アセンブリ板１７０に接続されている各手１００の関節構造を該アセンブリ板１７０のランナー１７１から切り離すことにより、図３に示した手１００の関節構造を得ることができるようになる。

　このようなアセンブリ板１７０の形成によって、手１００を構成する際に、該手１００を構成する各部品（表側の表皮、裏側の表皮、ボールジョイント等）の組立の煩雑さを解消することができるようになる。

このように本実施の形態の手首の関節構造を用いることにより、より人間の動きに近い動きの人形体を実現することができる。

（実施形態２）
　実施形態１では人形体の手首の関節構造について説明したものである。しかし、これに限定されることはなく、本発明は足首の関節構造についても適用できるものである。
　図７（ａ）、（ｂ）は、たとえば前記ロボットの足の関節構造を示した図である。
前記足２００は、図７（ａ）に示すように、その足の甲（この明細書では足首、指を除く足の部分を甲と称する）２１５おいて、足首２１０が連結される側の部分に、切欠部２３１と、該切欠部２３１を間にして形成される突出部２３２を備えている。
　足首２１０は、その先端部が足の甲２１５の前記切欠部２３１内に配置された状態で、下腿部の延長上の中心位置から足２００の踵側に変位した位置に設けられた該突出部２３２に埋設される第６ボールジョイント２４１を介して連結されている。これにより、足首２１０は、該足首２１０の位置から変位した突出部２３２の箇所において回動可能に取付けられるようになっている。
　したがって、足首２１０は、図７（ｂ）に示すように、該第６ボールジョイント２４１を中心にして、その先端部が、該足の甲２１５の切欠部２３１からはみ出すように回動（図中矢印方向）できるようになっている。
　なお、手首２１０は、ロボット１０の下腿部２５０に埋設される第７ボールジョイント２４７に連結されて形成され、該下腿部２５０の軸方向の回りに回動できるようになっている。本実施の形態の足首の関節構造を用いることにより、より人間の動きに近い動きの人形体を実現することができる。

　以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０……ロボット、２０……腰部、３０……胸部、４０……頭部、５０……脚部、６０……腕部、７０……武器、８０……下腕部、１００……手、１１０……手首、１１５……手の甲、１２０……指、１２０Ａ……親指、１３１……切欠部、１３２……突出部、１４１……第１ボールジョイント、１４２……第２ボールジョイント、１４３……連結部材、１４４……第３ボールジョイント、１４５……第４ボールジョイント、１４６……第５ボールジョイント、１４７……ボールジョイント、１５０、１５１……屈曲部、１６０……開口部、１６１……ヒンジ、１６２……回動部材、１７０、１７０Ａ、１７０Ｂ……アセンブリ板、１７１、１７１Ａ、１７１Ｂ……ランナー、２００……足、２１０……足首、２１５……足の甲、２３１……切欠部、２３２……突出部、２４１……第６ボールジョイント、２４７……第７ボールジョイント、２５０……下腿部。
 

Claims (10)

1. 下腕部の延長上に設けられる手首と、
   前記手首に連結される手の甲と、
   前記手の甲に連結される親指を含む複数の指と、
   前記手の甲の中心位置から変位した位置に設けられた第１の連結部と、を備え、
   前記手の甲と前記手首とは、前記第１の連結部において回動可能に連結される人形体の手首の関節構造。
2. 請求項１において、
   前記手の甲の前記手首が連結される側の中心位置に切欠部が形成され、
   前記第１の連結部は、前記切欠部を間にして形成される突出部の一方側に設けられる人形体の手首の関節構造。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記親指の付け根部分に設けられた第２の連結部と、
   前記突出部の他方側に設けられた第３の連結部と、
   前記第２の連結部と前記第３の連結部とを連結する連結部材と、を有し、
   前記連結部材は、前記第２の連結部と前記第３の連結部において、それぞれ回動可能に連結されており、前記親指は、前記連結部材を介して、前記手の甲に回動可能に連結される人形体の手首の関節構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   前記複数の指は、前記手の甲に対して回動可能に構成され、
   前記手の甲に回動可能に設けられた回動部材を有し、
   前記回動部材は、前記手の甲の中央部に設けられた開口部を塞ぐことが可能である人形体の手首の関節構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記下腕部に第４の連結部が設けられ、
   前記手首は、前記第４の連結部と連結され、前記下腕部の軸方向の回りに回動できる人形体の手首の関節構造。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の人形体の手首の関節構造を用いた人形体。
7. 下腿部の延長上に設けられる足首と、
   前記足首に連結される足の甲と、
   前記足の甲の、前記下腿部の延長上の中心位置から前記足の踵側に変位した位置に設けられた第５の連結部と、を備え、
   前記足の甲と前記足首とは、前記５の連結部において回動可能に連結される人形体の足首の関節構造。
8. 請求項７において、
   前記足の甲は、前記足首が連結される側に切欠部が形成され、
   前記第５の連結部は、前記切欠部を間にして形成される突出部の前記踵側に設けられる人形体の足首の関節構造。
9. 請求項７または請求項８において、
   前記下腿部に第６の連結部が設けられ、
   前記足首は、前記第６の連結部と連結され、前記下腕部の軸方向の回りに回動できる人形体の足首の関節構造。
10. 請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の人形体の足首の関節構造を用いた人形体。

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