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技術 ハンド機構

出願人 THK株式会社
発明者 永塚正樹小泉文哉
出願日 2016年3月14日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2016-049943
公開日 2017年9月21日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-164831
状態 特許登録済
技術分野 マニプレータ
主要キーワード 正面部位 回動部位 接続部位近傍 把持空間 把持補助 先端側壁 プーリー部材 側面支持
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年9月21日)のものです。
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図面 (13)

課題

可及的に人間の把持動作近似させた把持動作を可能とするハンド機構の小型化を図る。

解決手段

複数の指部により把持対象物把持可能に構成されたハンド機構であって、第1把持状態での把持と第2把持状態での把持を可能とするハンド本体部と、第1アクチュエータにより第1把持状態での把持位置と第2把持状態での把持位置との間で該親指部を該ハンド本体部周り旋回させる第1駆動伝達部と、第2アクチュエータにより該親指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第2駆動伝達部とを有する親指部と、第3アクチュエータによる折り曲げを行う第3駆動伝達部と第4アクチュエータによる折り曲げを行う第4駆動伝達部とを有する操作指部と、第5アクチュエータにより該補助指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第5駆動伝達部を有する補助指部と、を備える。

概要

背景

従来、ロボットハンドに人間の指に近い構造を採用し、多様な対象物把持が試みられている。例えば、大きい物から小さい物まで安定に把持するために複数本の指部を備えるハンド機構では、この複数本の指部が、それぞれ末節骨部及び該末節骨部に隣接する中節骨部を含む複数の骨部によって構成される場合がある。そして、中節骨部に対して末節骨部が真っ直ぐ伸びた状態から末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で回転可能となることで、人間の指における「つまむ」動作に近い動作が実現される。

一方で、ロボットハンドの動作を人間の指の動作に近似させようとすると、各指部に複数の関節部を設け、そのそれぞれの関節部を対応するアクチュエータで駆動させる構成を採用することができるが、その背反としてロボットハンドの大型化や、ロボットハンドの大きさを制限する結果としてアクチュエータの出力制限等が生じることになる。このような不利益を解消するための技術として、特許文献1の技術が開発された。特許文献1に開示の技術では、ロボットハンドの基端側の腕部にアクチュエータを設け、先端側の手部に当該アクチュエータの出力を伝える駆動力伝達部材と、その伝えられた駆動力により駆動されるプーリー部材が手部側に配置される。このように、駆動源を手部と離れた腕部に設け、その駆動力を手部に伝える構成とすることで、ロボットハンドの小型化が図られている。

概要

可及的に人間の把持動作に近似させた把持動作を可能とするハンド機構の小型化をる。複数の指部により把持対象物を把持可能に構成されたハンド機構であって、第1把持状態での把持と第2把持状態での把持を可能とするハンド本体部と、第1アクチュエータにより第1把持状態での把持位置と第2把持状態での把持位置との間で該親指部を該ハンド本体部周り旋回させる第1駆動伝達部と、第2アクチュエータにより該親指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第2駆動伝達部とを有する親指部と、第3アクチュエータによる折り曲げを行う第3駆動伝達部と第4アクチュエータによる折り曲げを行う第4駆動伝達部とを有する操作指部と、第5アクチュエータにより該補助指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第5駆動伝達部を有する補助指部と、を備える。

目的

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、可及的に人間の把持動作に近似させた把持動作を可能とするハンド機構の小型化を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数の指部により把持対象物把持可能に構成されたハンド機構であって、前記把持対象物を第1把持状態で把持する場合に該把持対象物を支持可能な第1の支持部と、該第1の支持部とは異なる支持部であって該把持対象物を第2把持状態で把持する場合に該把持対象物を支持可能な第2の支持部とを有するハンド本体部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第1アクチュエータにより前記第1把持状態での把持位置と前記第2把持状態での把持位置との間で親指部を該ハンド本体部周り旋回させる第1駆動伝達部と、第2アクチュエータにより該親指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第2駆動伝達部とを有する親指部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第3アクチュエータにより操作指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第3駆動伝達部と、該操作指部において該第3駆動伝達部より先端側に位置する第4駆動伝達部であって、第4アクチュエータにより、該第4駆動伝達部より先端側の該操作指部の一部を、該第4駆動伝達部より基端側の該操作指部の一部に対して折り曲げる第4駆動伝達部とを有する操作指部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第5アクチュエータにより補助指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第5駆動伝達部を有する補助指部と、を備える、ハンド機構。

請求項2

前記第1の支持部は、前記ハンド本体部の正面部位に位置する正面支持部であり、前記第2の支持部は、前記ハンド本体部の側面部位に位置する側面支持部である、請求項1に記載のハンド機構。

請求項3

前記ハンド本体部において前記正面支持部と干渉しない部位に、前記第1アクチュエータ、前記第3アクチュエータ、前記第4アクチュエータ、前記第5アクチュエータが配置され、前記第3アクチュエータ及び前記第4アクチュエータはそれぞれ直動アクチュエータであり、それぞれの出力軸が第1操作指用リンク機構及び第2操作指用リンク機構を介して前記操作指部に連結され、前記第5アクチュエータは直動アクチュエータであり、その出力軸が補助指用リンク機構を介して前記補助指部に連結され、前記第1アクチュエータは直動アクチュエータであり、その出力軸が親指用リンク機構を介して前記親指部に連結されるとともに、該第1アクチュエータは、前記ハンド本体部において前記第3アクチュエータ、前記第4アクチュエータ及び前記第5アクチュエータより該ハンド本体部の基端側に配置される、請求項2に記載のハンド機構。

請求項4

前記第2アクチュエータは、前記親指部の筐体内に配置される、請求項3に記載のハンド機構。

請求項5

前記第2アクチュエータにより前記親指部が前記第2駆動伝達部を中心に駆動される場合に該親指部と前記ハンド本体部の前記側面支持部との間に形成される把持空間に対して、該親指部から飛び出して形成される突起部が、該親指部に設けられ、前記突起部は、前記把持空間に面した把持面を有する、請求項4に記載のハンド機構。

請求項6

前記第2アクチュエータにより前記親指部が前記第2駆動伝達部を中心に駆動されることで、前記把持空間が縮小した状態で該親指部の前記突起部が該ハンド本体部の内部に収容されるように構成される、請求項5に記載のハンド機構。

請求項7

前記ハンド本体部の背面部位に、前記第1アクチュエータ、前記第3アクチュエータ、前記第4アクチュエータ、前記第5アクチュエータのそれぞれの駆動ドライバが配置されるドライバ配置部が設けられ、前記第2アクチュエータの駆動ドライバは、前記親指部の筐体内に配置される、請求項4から請求項6の何れか1項に記載のハンド機構。

技術分野

0001

本発明は、把持対象物把持するためのハンド機構に関する。

背景技術

0002

従来、ロボットハンドに人間の指に近い構造を採用し、多様な対象物の把持が試みられている。例えば、大きい物から小さい物まで安定に把持するために複数本の指部を備えるハンド機構では、この複数本の指部が、それぞれ末節骨部及び該末節骨部に隣接する中節骨部を含む複数の骨部によって構成される場合がある。そして、中節骨部に対して末節骨部が真っ直ぐ伸びた状態から末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で回転可能となることで、人間の指における「つまむ」動作に近い動作が実現される。

0003

一方で、ロボットハンドの動作を人間の指の動作に近似させようとすると、各指部に複数の関節部を設け、そのそれぞれの関節部を対応するアクチュエータで駆動させる構成を採用することができるが、その背反としてロボットハンドの大型化や、ロボットハンドの大きさを制限する結果としてアクチュエータの出力制限等が生じることになる。このような不利益を解消するための技術として、特許文献1の技術が開発された。特許文献1に開示の技術では、ロボットハンドの基端側の腕部にアクチュエータを設け、先端側の手部に当該アクチュエータの出力を伝える駆動力伝達部材と、その伝えられた駆動力により駆動されるプーリー部材が手部側に配置される。このように、駆動源を手部と離れた腕部に設け、その駆動力を手部に伝える構成とすることで、ロボットハンドの小型化が図られている。

先行技術

0004

特許第5482664号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記特許文献1のハンド機構では、ハンド機構の小型化のためにアクチュエータ等の駆動部はハンド本体とは離れた腕部に配置され、その駆動力を様々な伝達機構を介して手部側の指部へと伝達している。そのため、ハンド機構そのものは軽量化できるものの、伝達機構の介在によりハンド機構そのものは機械的に複雑な構成となっており、必ずしもメンテナンス上好ましい構成とは言えない。ハンド機構を構築するに当たっては、アクチュエータとともにその機械的構造も含めた全体の小型化が図られるのが好ましく、上記特許文献1は、ハンド機構の小型化に関する本質的な解を下しているとは言えない。

0006

また、本来的にハンド機構に、様々な把持動作、好ましくは人間の手の動作と近似する把持動作を実現させようとすると、ハンド機構に含まれる指部に必要とされる関節を設けるとともに、その把持動作を実現させるために各関節周りに駆動力を供給する必要があり、結果として、相応の数の関節と駆動力供給のためのアクチュエータをハンド機構に搭載する必要がある。しかし、従来の技術は、アクチュエータを搭載した状態でのハンド機構の小型化を可能とする十分な解決手段を示していないのが現実である。

0007

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、可及的に人間の把持動作に近似させた把持動作を可能とするハンド機構の小型化を目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明において、上記課題を解決するために、ハンド機構の本体部という限られた領域での、駆動力供給のためのアクチュエータと、その駆動力により駆動される指部の駆動伝達部の配置に着目した。ハンド機構の小型化と、その把持動作を可及的に人間の把持動作に近似させることとを両立するためには、最小限のアクチュエータと駆動伝達部の組合せで、必要とされる指部の把持動作を実現するのが必須と考えたものである。

0009

詳細には、本発明は、複数の指部により把持対象物を把持可能に構成されたハンド機構であって、前記把持対象物を第1把持状態で把持する場合に該把持対象物を支持可能な第1の支持部と、該第1の支持部とは異なる支持部であって該把持対象物を第2把持状態で把持する場合に該把持対象物を支持可能な第2の支持部とを有するハンド本体部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第1アクチュエータにより前記第1把持状態での把持位置と前記第2把持状態での把持位置との間で親指部を該ハンド本体部周り旋回させる第1駆動伝達部と、第2アクチュエータにより該親指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第2駆動伝達部とを有する親指部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第3アクチュエータにより操作指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第3駆動伝達部と、該操作指部において該第3駆動伝達部より先端側に位置する第4駆動伝達部であって、第4アクチュエータにより、該第4駆動伝達部より先端側の該操作指部の一部を、該第4駆動伝達部より基端側の該操作指部の一部に対して折り曲げる第4駆動伝達部とを有する操作指部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第5アクチュエータにより補助指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第5駆動伝達部を有する補助指部と、を備える。

0010

本発明に係るハンド機構は、その本体部として第1の支持部と第2の支持部を有するハンド本体部を備えている。第1の支持部と第2の支持部は、ハンド機構において把持対象物の把持に関し異なる2つの把持状態を実現する際に、その把持対象物が接触し安定的に支持される部位である。このように異なる2つの支持部をハンド本体部が有することで、ハンド機構としては多様な対象物の把持動作が実現可能となり、以てその把持動作を可及的に人間の把持動作に近似させることが可能となる。なお、一例として、前記第1の支持部は、前記ハンド本体部の正面部位に位置する正面支持部であり、また、前記第2の支持部は、前記ハンド本体部の側面部位に位置する側面支持部であってもよい。

0011

そして、上記ハンド機構には、親指部と操作指部と補助指部が備えられる。先ず、親指部は、上記第1の支持部による支持を利用する第1把持状態が形成される把持位置と、上記第2の支持部による支持を利用する第2把持状態が形成される把持位置との間で、当該親指部を旋回させる第1駆動伝達部が設けられ、当該第1駆動伝達部周りの駆動は、第1アクチュエータによって実現される。その上で、更に親指部には、ハンド本体部に対する折り曲げ動作を可能とする第2駆動伝達部が設けられ、当該第2駆動伝達部周りの駆動は第2アクチュエータによって実現される。このように2つの駆動伝達部が親指部に設けられることで、異なる2つの把持状態を形成するために必要な指部の必須動作を親指部が実現可能となる。なお、当該異なる2つの把持状態は、少なくとも親指部とハンド本体部とによって形成されてもよく、更に、上記操作指部と上記補助指部を適宜組み合わせて形成されるようにしてもよい。

0012

なお、本願における駆動伝達部とは、対応するアクチュエータによって駆動される、指部を形成する一又は複数の関節等の駆動軸を含む構成である。例えば、一のアクチュエータによって駆動される指部の駆動軸が1つである場合には、当該一のアクチュエータに対応する駆動伝達部にはその1つの駆動軸が含まれることになる。また、一のアクチュエータによって駆動される指部の駆動軸が、例えばリンク機構などを利用することで複数となる場合には、当該一のアクチュエータに対応する駆動伝達部にはその複数の駆動軸が含まれることになる。

0013

また、操作指部は、折り曲げ動作に関し第3駆動伝達部と第4駆動伝達部を有している。第3駆動伝達部は、操作指部において基端側に位置し、第4駆動伝達部は先端側に位置する駆動伝達部である。なお、本願における各指部の「先端側」とは、指先に位置する自由端側を意味し、「基端側」とは、「先端側」とは反対側であり、指部がハンド本体部に接続される根本側、すなわち指元側を意味する。また、ハンド本体部の先端側とは、ハンド本体部に接続された各指部の先端側と概ね一致し、一方で、ハンド本体部の基端側とは、その先端側とは反対側の、いわゆる手首側を意味する。

0014

このように操作指部に、折り曲げ動作に関し2つの駆動伝達部が設けられることで、上述した異なる2つの把持状態の形成に資するとともに、操作指部がより複雑な折り曲げ動作を実現することが可能となる。すなわち、当該複雑な折り曲げ動作により操作指部の先端位置を細かく制御することが可能となるため、例えば、親指部と操作指部とで把持対象物をつまむ把持動作が可能となり、ハンド機構の把持動作をより人間の把持動作に近似させることができる。したがって、親指部と操作指部は、両指部による共同の把持動作が可能となるように、ハンド本体部に対する各指部の取り付け位置が決定されるのが好ましい。例えば、上記第1把持状態での把持位置又は第2把持状態での把持位置にある親指部と、操作指部とがつまみ動作が可能となるように、親指部と操作指部がハンド本体部に取り付けられてもよい。

0015

そして、補助指部は、折り曲げ動作に関し第5駆動伝達部を有している。そのため、操作指部と比べて駆動伝達部が少ないため、指部としては操作指部より細かな折り曲げ動作は難しい。しかし、把持対象物を親指部や操作指部とともに把持する際に、補助指部が加わることで把持対象物との接触点が増え、把持対象物の安定的な把持動作の実現が可能となる。

0016

上述までのように、本発明に係るハンド機構は、親指部に2つの駆動伝達部を有し、操作指部に2つの駆動伝達部を有し、補助指部に1つの駆動伝達部を有する構成を採用しており、当該構成は、最小限のアクチュエータと駆動伝達部の組合せで、人間の把持動作に可及的に近似する各指部の駆動を可能とする。したがって、当該ハンド機構は、その小型化と、その把持動作を可及的に人間の把持動作に近似させることとを両立することが可能となる。

発明の効果

0017

可及的に人間の把持動作に近似させた把持動作を可能とするハンド機構の小型化が可能となる。

図面の簡単な説明

0018

本発明の実施例に係るハンド機構の第1の斜視図である。
本発明の実施例に係るハンド機構の第2の斜視図である。
図1に示すハンド機構のカバーを取り外した状態の概略構成を示す図である。
図1に示すハンド機構の親指部の概略構成を示す第1の図である。
図1に示すハンド機構の親指部の概略構成を示す第2の図である。
図1に示すハンド機構の操作指部の一部の概略構成を示す第1の図である。
図1に示すハンド機構の操作指部の一部の概略構成を示す第2の図である。
図1に示すハンド機構の補助指部の概略構成を示す図である。
図1に示すハンド機構におけるアクチュエータの配置を示す図である。
図1に示すハンド機構において、親指部を用いた把持対象物を把持している第1の把持状態を示す図である。
図1に示すハンド機構において、親指部を用いた把持対象物を把持している第2の把持状態を示す図である。
図1に示すハンド機構において、親指部と操作指部によって把持対象物をつまんで把持している状態を示す図である。

0019

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

0020

<ハンド機構1の概略構成>
図1及び図2は、本発明の実施形態にかかるハンド機構1の斜視図である。具体的には、図1は、ハンド機構1をその掌側から見た場合の斜視図であり、図2は、手の甲側から見た場合の斜視図である。ハンド機構1は、ハンド本体部2に4本の指構成が備えられて構成されている。ハンド本体部2は概略的には直方体の形状を有しており、図1図2に示すようにハンド本体部2の側方部位に親指部3が設けられ、ハンド本体部2の先端部位に操作指部4と、補助指部5が設けられている。補助指部5は2本の指構成を有しており、各指構成を第1指構成5a、第2指構成5bと称する。後述するように、補助指部5の2本の指構成は1つのアクチュエータによって同時に駆動されるように構成されるため、両指構成を纏めて一つの指部として扱う。

0021

なお、本願明細書において、「先端側」とは、ハンド機構1の指先に位置する自由端側を意味し、「基端側」とは、「先端側」とは反対側である。すなわち、ハンド本体部2の基端側とはハンド機構1の手首側を意味し、各指部の基端側とは、該指部がハンド本体部2に接続される根本側、すなわち指元側を意味する。そして、図1に示す状態でハンド機構1の基端側から先端側へ延びる軸線を、ハンド機構1の「長手軸」と称する。

0022

ここで、ハンド機構1は、ハンド本体部2の掌側に、比較的平らな領域である掌側支持部2aを有する。掌側支持部2aは、ハンド機構1が把持対象物をその掌側で把持しようとするときに(例えば、後述の図11に示すように把持対象物を把持する場合)、各指部とともに把持対象物と接触し、その把持状態を支持する部位である。この掌側支持部2aは本発明に係る正面支持部に相当する。更に、ハンド機構1は、ハンド本体部2の側面に、比較的平らな領域である側面支持部2bを有している。側面支持部2bは、ハンド機構1が把持対象物をその側面側で把持しようとするときに(例えば、後述の図10に示すように把持対象物を把持する場合)、親指部3とともに把持対象物と接触し、その把持状態を支持する部位である。上記の通り、ハンド本体部2は概ね直方体の形状を有していることから、掌側支持部2aと側面支持部2bは同一の平面上には位置しておらず、各支持部同士は概ね直交している。また、ハンド機構1の手の甲側には、後述するように各指部を駆動するアクチュエータの駆動ドライバが配置され、当該駆動ドライバを保護するためのカバー2cが設けられている。

0023

ここで親指部3は、ハンド機構1の長手軸を中心に、ハンド本体部2の周りを旋回するように駆動可能とされる。なお、その具体的な駆動のための構成については後述する。そして、図1及び図2は、親指部3の、把持対象物を把持する際に接触する把持面3aが、上記側面支持部2bに対向している状態を表しており、図示された状態では、把持面3aと側面支持部2bとの間に形成される把持空間は概ね縮小された状態となっている。後述の図10に示すように親指部3は、把持対象物がこの把持空間に進入可能となるように拡大され、その後把持面3aと側面支持部2bとの間で把持対象物が把持されるように把持空間が縮小されるべく、側面支持部2bに対して把持面3aが離間、近接するようにも駆動され得る。図1及び図2に示すように、把持面3aと側面支持部2bとが対向すること
で、両者の間に把持対象物を位置させてその把持を図る状態が本発明に係る第1把持状態に相当し、このときの親指部3の位置を第1把持位置と称する。

0024

更に、親指部3は、第1把持位置からハンド機構1の長手軸を中心にハンド本体部2の周りを旋回し、図11に示すように、把持面3aが上記掌側支持部2aに対向した状態に至り、把持面3aと掌側支持部2aとの間に把持空間が形成される。このように把持面3aが上記掌側支持部2aに対向する場合においても、親指部3は、この把持空間が拡大、縮小するように掌側支持部2aに対して把持面3aが離間、近接するようにも駆動され得る。そして、把持面3aと掌側支持部2aとが対向することで、両者の間に把持対象物を位置させてその把持を図る状態が本発明に係る第2把持状態に相当し、このときの親指部3の位置を第2把持位置と称する。

0025

このように親指部3に関しては、駆動に関する2つの自由度が付与されている。すなわち、第1把持位置と第2把持位置との間でハンド本体部2の周りを旋回駆動する自由度と、掌側支持部2a又は側面支持部2bに対して離間、近接のために駆動する自由度、すなわち親指部3の折り曲げ動作のための自由度を、親指部3は有する。そして、前者の自由度に従って駆動される、親指部3を構成する一又は複数の関節等を第1駆動伝達部と称し、後者の自由度に従って駆動される、親指部3を構成する一又は複数の関節等を第2駆動伝達部と称する。各駆動伝達部の詳細については、後述する。

0026

また、操作指部4は、その指先がハンド機構1の掌側(掌側支持部2aの側)に折り曲げ可能となるように駆動されるが、その折り曲げに際して2つの自由度が付与されている。これは、操作指部4により細かな把持動作を実現可能とするためである。そして、各自由度に従って駆動される、操作指部4を構成する一又は複数の関節等を、それぞれ第3駆動伝達部、第4駆動伝達部と称する。一方で、補助指部5もその指先がハンド機構1の掌側(掌側支持部2aの側)に折り曲げ可能となるように駆動されるが、その折り曲げに際しては1つの自由度のみが付与されている。これは、補助指部5は、安定的な把持のために把持対象物を支えることを主な目的として設けられていることによる。そして、当該自由度に従って駆動される、補助指部5を構成する一又は複数の関節等を、第5駆動伝達部と称する。各駆動伝達部の詳細については、後述する。

0027

また、図3には、図2に示す状態にあるハンド機構1において、手の甲側に設けられていたカバー2cを取り外した状態が示されている。具体的には、ハンド本体部2の手の甲側の上面に、上述した親指部3の第1駆動伝達部に対応した第1アクチュエータ30を駆動制御するための駆動ドライバ10a、操作指部4の第3駆動伝達部に対応した第3アクチュエータ45(第3アクチュエータ45はハンド機構1内に隠れているため、図3では参考用として参照番号を記載した)を駆動制御するための駆動ドライバ10b、同じく操作指部4の第4駆動伝達部に対応した第4アクチュエータ40を駆動制御するための駆動ドライバ10c、補助指部5の第5駆動伝達部に対応した第5アクチュエータ50(第5アクチュエータ50はハンド機構1内に隠れているため、図3では参考用として参照番号を記載した)を駆動制御するための駆動ドライバ10dがまとめて載置され、ドライバ配置部10が形成されている。このようにドライバを手の甲側にまとめて配置することで、ハンド機構1による把持領域を広く確保することができる。なお、親指部3の第2駆動伝達部に対応した第2アクチュエータ35(第2アクチュエータ35はハンド機構1内に隠れているため、図3では参考用として参照番号を記載した)を駆動制御するための駆動ドライバ11は、後述する図5に示すように親指部3の筐体3c内に配置されている。なお、ハンド機構1における全アクチュエータの配置については、図5図9等を参照されたい。

0028

ここで、ハンド機構1に搭載されている上記の各アクチュエータ30、35、40、4
5、50については、直動の出力軸を有するリニアアクチュエータである。各アクチュエータは、概略円筒形をなすアクチュエータ本体とアクチュエータ本体の一方の端面から進退可能に突出する出力軸とを有している。各アクチュエータは電動で、上記の対応する各駆動ドライバからの指令に従い出力軸の進退量を調節することができる。

0029

次に、ハンド機構1を構成する各指部の詳細な構造について以下に説明する。
<親指部3について>
親指部3について、図4及び図5に基づいて説明する。図4は親指部3の斜視図であり、図5は親指部3の内部構造の理解のために、ハンド機構1における操作指部4、補助指部5等の構成を省略した図である。上記の通り、親指部3に関連付けられたアクチュエータは、第1アクチュエータ30と第2アクチュエータ35の2つである。第1アクチュエータ30により駆動される第1駆動伝達部について、図4に基づいて説明する。ハンド本体部2側に固定される第1アクチュエータ30の出力軸31は揺動リンク32の入力部32aに接続されている。揺動リンク32は、入力部32aと出力部32bを有し、出力軸31から伝わる駆動力によって揺動リンク32が揺動することで、入力部32aに対する出力部32bの相対位置が変動し、出力部32bに接続されている親指部3の先端側の指部ボディ33が上述した旋回駆動を行うことになる。したがって、揺動リンク32を含む、出力軸31から指部ボディ33までの駆動力の伝達構造が、第1駆動伝達部に相当することになる。

0030

次に、第2アクチュエータ35による駆動される第2駆動伝達部について、図4及び図5に基づいて説明する。図5に示す通り、第2アクチュエータ35は、筐体3c内に配置され、更に、その駆動ドライバ11も筐体3c内に配置されている。そして、第2アクチュエータ35の出力軸36が、図5では図示されていない揺動リンクの入力部に接続され、更にその出力部から、指部ボディ33側の回転軸37(図4を参照)に対する回転トルクが出力される。なお、この回転軸37が挿入される貫通孔が、図5では37aとして図示されている。この結果、第2アクチュエータ35が駆動すると、指部ボディ33がハンド本体部2に対して、上述した折り曲げ動作のための回転駆動を行うことになる。したがって、上記揺動リンクを含む、出力軸36から回転軸37までの駆動力の伝達構造が、第2駆動伝達部に相当することになる。

0031

このように第2アクチュエータ35は筐体3c内に配置される構造を採用しているため、第2アクチュエータによる親指部3の折り曲げ動作は、第1アクチュエータ30による親指部3の旋回駆動による状態にかかわらず実行可能である。すなわち、親指部3が第1把持位置、第2把持位置の何れの位置にあっても、また、両把持位置の間の位置にあっても、第2アクチュエータ35による親指部3の折り曲げ動作は実行可能である。

0032

ここで、指部ボディ33は、把持面3aと筐体3cとを有しており、図5に示す親指部3は、その把持面3aが取り外された状態となることで、親指部3の内部が可視化されている。ここで、親指部3の筐体3cには、図1に示すようにハンド本体部2に親指部3が取り付けられた状態において、側面支持部2b側に飛び出した形状を有する突起部3bが設けられている。このため、把持面3aは、側面支持部2bに倣うような比較的平たい形状ではなく、親指部3と側面支持部2bとの間の把持空間を跨るように形成された把持補助面3dを一部に有することになる。これにより、親指部3が第2アクチュエータ35によって折り曲げ駆動された場合でも、把持対象物がその回動部位に進入するのを把持補助面3dが防ぐことになり、安定した把持の実現に資するものである。

0033

なお、親指部3の把持面3aが、側面支持部2bに近接した位置にある場合には、突起部3bがハンド本体部2と干渉しないように、ハンド本体部2の一部が切り欠かれ、該突起部3cが収容可能となるように切り欠き部2dが形成されている(図1を参照)。更に
、親指部3が第2把持位置もしくはその近傍に位置しているときに、第2アクチュエータ35によって折り曲げ駆動された場合でも突起部3bがハンド本体部2と干渉しないように、当該切り欠き部2dは形成されている。

0034

<操作指部4について>
次に、操作指部4について、図6及び図7に基づいて説明する。操作指部4は、2つのサブ指部4a、4bで構成され、図6にサブ指部4aの概略構成が示され、図7には別のサブ指部4bの概略構成が示されている。上記の通り、操作指部4に関連付けられたアクチュエータは、第3アクチュエータ45と第4アクチュエータ40の2つである。そして、第3アクチュエータ45により駆動されるのが第3駆動伝達部であり、当該駆動伝達部が図6に示すサブ指部4aに含まれる。また、第4アクチュエータ40により駆動されるのが第4駆動伝達部であり、当該駆動伝達部が図7に示すサブ指部4bに含まれる。

0035

先ず、サブ指部4aについて説明する。ハンド本体部2側に固定される第3アクチュエータ45の出力軸46は揺動リンク47の入力部47aに接続されている。揺動リンク47は、入力部47aと出力部47bを有し、出力軸46から伝わる駆動力によって揺動リンク47が揺動することで、入力部47aに対する出力部47bの相対位置が変動する。そして、出力部47bには、操作指部4の第1指部分48が接続されている。第1指部分48は、操作指部4の指構成を構成する3つの指部分44、43、48のうち最も根本側の指部分である(図3を参照)。したがって、揺動リンク47の揺動に応じて第1指部分48を含む3つの指部分44、43、48全体が、ハンド本体部2に対して、上述した折り曲げ動作のための回転駆動を行うことになる。したがって、揺動リンク47を含む、出力軸46から第1指部分48までの駆動力の伝達構造が、第3駆動伝達部に相当することになる。

0036

なお、第1指部分48の先端側は、出力部47bとの接続部位近傍の基端側よりも幅狭に配列された一対の先端側壁面部48aが設けられている。この一対の先端側壁面部48aは、図7に示すサブ指部4bに含まれる第2指部分43を形成する一対の壁面の間の空間に嵌まり込む幅寸法となっている。なお、第1指部分48の基端側は、図3に示すように、第2指部分43の一対の壁面間には嵌り込まないように設計されている。そして、先端側壁面部48aには、図6図7に示すように固定軸43bが挿入されるための貫通孔が設けられている。この固定軸43bによって、第1指部分48と第2指部分43は互いに連結されるが、両指部分同士は固定軸43bを中心に互いに回転駆動可能である。更に、先端側壁面部48aにおいて固定軸43bが挿入される貫通孔よりも先端側に、図7に示す支持軸43cが挿入される貫通孔が形成されている。第1指部分48は支持軸43cに対して回動自在に連結されている。なお、後述するように、この支持軸43cには連結リンク43dが回動自在に取り付けられる。また、先端側壁面部48aの縁部分であって固定軸43bが挿入される貫通孔よりも基端側の縁部分に窪み部48bが形成される。この窪み部48bは、第1指部分48が第2指部分43に対して連結されたときに、第2指部分43側の支持軸43aを受けるように形成されている。

0037

次に、サブ指部4bについて図7に基づいて説明する。ハンド本体部2側に固定される第4アクチュエータ40の出力軸41は揺動リンク42の入力部42aに接続されている。揺動リンク42は、入力部42aと出力部42bを有し、出力軸41から伝わる駆動力によって揺動リンク42が揺動することで、入力部42aに対する出力部42bの相対位置が変動する。そして、出力部42bには、連結リンク42cを介して操作指部4の第2指部分43が接続されている。詳細には、第2指部分43では、支持軸43aに連結リンク42cが回動自在に連結されている。この第2指部分43は、操作指部4の指構成を構成する3つの指部分44、43、48のうち中間に位置する指部分である(図3を参照)。

0038

また、第2指部分43には、上記の固定軸43bが配置されており、更に第2指部分43の先端側には支持軸43eが設けられ、操作指部4の指構成を構成する3つの指部分44、43、48のうち先端側の第3指部分44が、支持軸43eを介して第2指部分43に対して相対的に回転可能となるように接続されている。更に、第2指部分43と第3指部分44との間に、連結リンク43dが配置されている。この連結リンク43dは、上記の第1指部分48の貫通孔に回動自在に挿入される支持軸43cと、図示されない第3指部分44側の支持軸とにそれぞれ回動自在に連結されている。以上の構成により、第4アクチュエータ40の駆動による揺動リンク42の揺動に応じて第3指部分44が第2指部分43に対して折り曲げ動作のための回転駆動を行うことになる。したがって、揺動リンク42、連結リンク43dを含む、出力軸41から第3指部分44までの駆動力の伝達構造が、第4駆動伝達部に相当することになる。

0039

そして、ハンド機構1としては、上記の構成を有するサブ指部4a、4bが固定軸43bや支持軸43cを介して組合わされることで、図3等に示す状態となり、以て操作指部4が形成されることになる。そして、操作指部4としては、第3アクチュエータ45が駆動することで、操作指部4全体がハンド本体部2に対して折り曲げ動作を行い、第4アクチュエータ40が駆動することで、操作指部4のうち第3指部分44が第2指部分43に対して相対的に折り曲げ動作を行うことになる。

0040

<補助指部5について>
次に、補助指部5について、図8に基づいて説明する。補助指部5には、2つの指構成である第1指構成5aと第2指構成5bが含まれる。なお、上記の通り補助指部5は、把持対象物を安定して把持するための指部であり、少なくともハンド本体部2に対して補助指部5が折り曲げ動作をすればよく、各指構成の具体的な構造は、任意の構造を採り得る。一例としては、図8に示すように各指構成は、操作指部4と同じように3つの指部分を有してもよい。そして、各指部分は、ハンド本体部2に対する補助指部5の折り曲げ動作に連動して機械的に折り曲がるように好適なリンク機構を採用してもよい。重要な点は、補助指部5に関連付けられたアクチュエータは、上記折り曲げ動作を行うための第5アクチュエータ50のみであることである。この第5アクチュエータ50の駆動力で駆動される限りにおいては、第1指構成5a及び第2指構成5bは、折り曲げのための任意のリンク構造を採用できる。そして、第5アクチュエータ50により駆動されるのが第5駆動伝達部であり、当該駆動伝達部が図8に示されている。

0041

ハンド本体部2側に固定される第5アクチュエータ50の出力軸51は揺動リンク52の入力部52aに接続されている。揺動リンク52は、入力部52aと出力部52bを有し、出力軸51から伝わる駆動力によって揺動リンク52が揺動することで、入力部52aに対する出力部52bの相対位置が変動する。そして、出力部52bには、直接に第2指構成5bが接続され、更に連結リンク53を介して第1指構成5aが接続されている。したがって、揺動リンク52の揺動に応じて第1指構成5a及び第2指構成5bが、連動してハンド本体部2に対して、上述した折り曲げ動作のための回転駆動を行うことになる。更に、各指構成内のリンク機構によって、当該折り曲げ動作に連動して、各指構成内での指部分同士が相対的に回転される。以上より、揺動リンク52を含む、出力軸51から第1指構成5a及び第2指構成5bまでの駆動力の伝達構造が、第5駆動伝達部に相当することになる。また、補助指部5の別の形態として、第1指構成5a及び第2指構成5bが単に連動して回転駆動される代わりに、第5アクチュエータ50により第1指構成5a及び第2指構成5bのそれぞれが把持対象物の形状にならって回転駆動されてもよい。このような把持対象物の形状にならわらわせるための各指構成については、例えば、特開2015−112650号公報の技術が採用できる。

0042

<ハンド機構1における各アクチュエータの配置>
上述までのように構成される各指部を有するハンド機構1においては、各指部に対応するアクチュエータの配置は、ハンド機構1の小型化の観点から決定される。そこで、その配置について、図9に基づいて説明する。図9は、ハンド機構1を手の甲側から見たときの各指部と、それぞれに対応するアクチュエータとの位置関係を示している。先ず、操作指部4に対応する第4アクチュエータ40が、その指構成の根元近傍に配置される。更に操作指部4に対応する別のアクチュエータである第3アクチュエータ45は、補助指部5の第1指構成5aの根元近傍に配置される。このように第3アクチュエータ45が、操作指部4の位置からずれて配置されても、図6に示すように揺動リンク47の横に第1指部分48を配置することで、操作指部4を支障なく構成することができる。なお、第1指構成5aの根元近傍には、図8に示すように第5アクチュエータ50は位置していないため、当該場所に第3アクチュエータ45を配置することは可能である。そして、補助指部5に対応する第5アクチュエータ50は、補助指部5の第2指構成5bの根元近傍に配置されている。

0043

次に、親指部3については、その内部に第2アクチュエータ35が配置されるとともに、第1アクチュエータ30が、第3アクチュエータ45、第4アクチュエータ40及び第5アクチュエータ50よりも、ハンド本体部2の基端側に配置されている。親指部4が図4に示す構成を有していることを踏まえると、このようにハンド機構1に関連するアクチュエータのうち第1アクチュエータ30を最も基端側に配置することで、ハンド本体部2での親指部4の取り付け位置を最も基端側とすることができる。そのためハンド機構1での親指部3による把持空間を可及的に大きく確保することができ、このことは結果としてハンド機構1の小型化に貢献することとなる。また、親指部3がハンド本体部2に対して折り曲げ動作を行った場合、親指部3に把持補助面3dが形成されているため、把持対象物が折り曲げ動作の回動部位に進入するのを防ぐことができ、安定した把持の実現が図られる。

0044

<ハンド機構1による把持形態の例示>
ここで、図10図12に、ハンド機構1による把持対象物100の把持形態を例示する。先ず、図10に示す把持形態では、親指部3と側面支持部2bとの間で把持対象物100を把持している。このような把持状態を形成するためには、例えば、第1アクチュエータ30により親指部3を第1把持位置に移動させるとともに、第2アクチュエータ35により親指部3をハンド本体部2から離間させる。そして、親指部3と側面支持部2bとの間の把持空間に把持対象物100を位置させ、第2アクチュエータ35により親指部3をハンド本体部2に近接させる。この結果、親指部3と側面支持部2bとの間に、把持対象物100が挟まれ、図10に示す把持状態が形成される。

0045

次に、図11に示す把持形態では、親指部3と掌側支持部2aとの間で把持対象物100を把持している。このような把持状態を形成するためには、例えば、第1アクチュエータ30により親指部3を第2把持位置に移動させるとともに、第2アクチュエータ35により親指部3をハンド本体部2から離間させる。そして、親指部3と掌側支持部2aとの間の把持空間に把持対象物100を位置させ、第2アクチュエータ35により親指部3をハンド本体部2に近接させる。この結果、親指部3と掌側支持部2aとの間に、把持対象物100が挟まれ、図11に示す把持状態が形成される。

0046

次に、図12に示す把持形態では、親指部3の先端部位と操作指部4の先端部位とで把持対象物100をつまんで把持している。このような把持状態を形成するためには、例えば、第1アクチュエータ30により親指部3を第2把持位置に移動させるとともに、第2アクチュエータ35により親指部3をハンド本体部2から離間させる。そして、親指部3と操作指部4との間の把持空間に把持対象物100を位置させ、第2アクチュエータ35
により親指部3をハンド本体部2に近接させるとともに、第3アクチュエータ45及び第4アクチュエータ40により操作指部4の先端部位が親指部3の先端部位に重なるように折り曲げ動作が行われる。この結果、親指部3の先端部位と操作指部4の先端部位との間に把持対象物100が挟まれ、図12に示す把持状態が形成される。

0047

この他、把持対象物100が比較的太い場合等には、補助指部5の各指構成を適宜折り曲げることで、把持対象物100を安定的に支持するようにしてもよい。

実施例

0048

このように本発明に係るハンド機構1では、親指部3に旋回動作と折り曲げ動作の2つの自由度が付与され、操作指部4には折り曲げ動作に関し2つの自由度が付与され、補助指部5には折り曲げ動作に関し1つの自由度が付与されている。これらの自由度は、ハンド機構1による把持動作を人間の把持動作により近似させるために必要な各指部の自由度である。このような自由度の設定を各指部に行うことで、最小限の構成でハンド機構1において人間の把持動作により近似させた好適な把持動作が実現され、以てハンド機構1の小型化も図ることが可能となる。

0049

1・・・ハンド機構、2・・・ハンド本体部、3・・・親指部、3a・・・把持面、3b・・・突起部、3c・・・筐体、4・・・操作指部、5・・・補助指部、10・・・ドライバ配置部、30・・・第1アクチュエータ、35・・・第2アクチュエータ、45・・・第3アクチュエータ、40・・・第4アクチュエータ、50・・・第5アクチュエータ

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