(57)【要約】  本発明は人間型ロボットに装備することを目的とする手に関し、手は掌及び第１の軸（２１）に沿って延在する少なくとも１つの指（２０）を備え、手は物を掴むことができ、指（２０）は、第１の電動化枢動リンク（４１）によって掌に連結される第１の指骨（３１）と、第２の枢動リンク（４２）によって第１の指骨（３１）に連結され、第１の指骨（３１）へ連続する第２の指骨（３２）とを備える。本発明によれば、指（２０）は、第２の軸（２２）を中心とする第１の指骨（３１）の回転が第３の軸（２３）を中心として第２の指骨（３２）を回転させるように構成される第２の指骨（３２）へ掌を連結する第１の機構（５１）と、指（２０）が摘ままれる物に巻き付くような方法で指（２０）を作動させるよう構成される指骨（３１、３２）のそれぞれへ掌を連結する第２の機構（５２）とを備え、第２の機構（５２）は第１の機構（５１）を変形させるよう構成される。
2019520993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間型ロボットに装備することを目的とする手（４）であって、前記手（４）は掌及び第１の軸（２１）に沿って延在する少なくとも１つの指（２０）を備え、前記手（４）は物を掴むことができ、前記指（２０）は、第１の指骨（３１）であって、前記第１の指骨（３１）を前記第１の軸（２１）と略直角な第２の軸（２２）を中心として回動させるように電動化される第１の枢動リンク（４１）によって前記掌に連結される第１の指骨（３１）と、前記第２の軸（２２）と略平行な第３の軸（２３）を中心として枢動する第２の枢動リンク（４２）によって前記第１の指骨（３１）に連結され、前記第１の指骨（３１）へ連続する第２の指骨（３２）とを備える手（４）において、
前記指（２０）は、
・前記第２の軸（２２）を中心とする前記第１の指骨（３１）の回転が前記第３の軸（２３）を中心とする前記第２の指骨（３１）の回転を生じるような方法で構成される前記第２の指骨（３２）へ前記掌を連結する第１の機構（５１）と、
・前記指（２０）が掴まれる前記物に巻き付くような方法で前記指（２０）を作動させるよう構成される前記指骨（３１、３２）のそれぞれへ前記掌を連結する第２の機構（５２）と、を備え、
前記第２の機構（５２）は前記第１の機構（５１）を変形させるよう構成され、
前記指（２０）は、前記第３の軸（２３）と略平行な第４の軸（２４）を中心として枢動する第３の枢動リンク（４３）によって前記第２の指骨（３２）に連結され、前記第２の指骨（３２）へ連続する第３の指骨（３３）を備え、前記第１の機構（５１）は、前記第２の軸（２２）を中心とする前記第１の指骨（３１）の回転が前記第４の軸（２４）を中心とする前記第３の指骨（３３）の回転を生じるような方法で構成され、
前記第１の機構（５１）は、
・第１の端部（６２）及び第２の端部（６３）を有する第１のバー（６１）であって、前記第１のバー（６１）の前記第１の端部（６２）は、前記第２の軸（２２）と平行な第５の軸（２５）を中心として枢動連結され、前記第２の軸（２２）とは異なっており、前記第２の軸（２２）を中心として回動自在であり、前記第１のバー（６１）の前記第２の端部（６３）は、前記第３の軸（２３）と平行な第６の軸（２６）を中心として枢動連結され、前記第３の軸（２３）とは異なっており、前記第３の軸（２３）を中心として回動自在である、第１のバー（６１）と、
・第１の端部（６４）及び第２の端部（６５）を有する第２のバー（７１）であって、前記第２のバー（７１）の前記第１の端部（６４）は、前記第３の軸（２３）と平行な第７の軸（２７）を中心として枢動連結され、前記第３（２３）及び第６（２６）の軸とは異なっており、前記第３の軸（２３）を中心として回動自在であり、前記第２のバー（７１）の前記第２の端部（６５）は、前記第４の軸（２４）と平行な第８の軸（２８）を中心として枢動連結され、前記第４の軸（２４）とは異なっており、前記第４の軸（２４）を中心として回動自在である、第２のバー（７１）と、を備え、
前記第１のバー（６１）及び前記第２のバー（７１）は弾性バーであり、前記バー（６１、７１）のうちの１つは、前記第２の機構（５２）が前記指（２０）を作動させ、前記連続する指骨上に閾値未満の力を生じる場合に圧縮されること、及び前記第２の機構（５２）が前記指（２０）を作動させ、前記連続する指骨上に前記閾値を超える力を生じて、前記第１の機構（５１）を変形させる場合に曲がることを行うよう構成されることを特徴とする、
手（４）。
【請求項２】
前記第２の機構（５２）は前記第３の指骨（３３）から前記掌へ延在するケーブル（５３）を備え、前記指骨（３１、３２、３３）のそれぞれは前記ケーブル（５３）の駆動により前記掌に対して動かすことができることを特徴とする、請求項１に記載の手（４）。
【請求項３】
前記指骨（３１、３２、３３）のうちの少なくとも１つは、前記ケーブル（５３）を前記第３の指骨（３３）と前記掌との間に案内することを目的とするガイドチャネルを備えることを特徴とする、請求項２に記載の手（４）。
【請求項４】
前記第１のバー（６１）及び前記第２のバー（７１）は異なる弾性を有し、前記第１のバー（６１）の前記弾性は前記第２のバー（７１）の前記弾性よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の手（４）。
【請求項５】
前記第１のバー（６１）及び前記第２のバー（７１）は異なる弾性を有し、前記第１のバー（６１）の前記弾性は前記第２のバー（７１）の前記弾性よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の手（４）。
【請求項６】
前記第１のバー（６１）及び前記第２のバー（７１）はエラストマーからできていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の手（４）。
【請求項７】
前記第１のバー（６１）及び前記第２のバー（７１）は正方形断面を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の手（４）。
【請求項８】
前記手（４）は請求項４〜９のいずれか一項に記載の複数の指（２０）を備え、前記手（４）は、
・前記複数の指（２０）が掴まれる物に巻き付くような方法で前記複数の指（２０）を作動させるよう前記複数の指（２０）の前記指骨（３１、３２、３３）のそれぞれを変位させるように、前記複数の指（２０）の前記ケーブル（５３）のそれぞれに力を作用させるよう構成される電動化手段と、
・前記複数の指（２０）の前記ケーブル（５３）のそれぞれにわたって前記電動化手段によって作用される力を分散させることを目的とする差動機構と、
を備えることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の手（４）。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の手（４）を装備する人間型ロボット（１、１’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間型ロボットに装備することを目的とする手に関する。より詳細には、その指を動かし、指が物を掴むことの両方が可能な手に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の手は極めて複雑な人間の身体の一部である。それは手の掌の周囲に連接する幾つかの指を備えている。さらに、各指は幾つかの相互に連接する指骨を有している。各関節は筋肉によって動かすことができる。手の様々な関節により、様々な形態の物を掴むことが可能である。指及び掌の相対位置は、また、メッセージを伝えることができる符号又は記号を生じること、例えば、人差し指を伸ばして物又は方向を示す、親指を伸ばして許可を表す、等も可能にしている。手の指の動きを習得することは、従って、ロボットの人間に似た特徴及びその相互作用能力を強化するために特に興味深いものである。指の動きの独立制御を保証する必要があるという１つの困難が多数のアクチュエータにおいて存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
物の把持及び視覚メッセージの伝達の両方のために手の各指の各指骨の動きを別々に制御することは現実的ではない。実際の目標は、最小数のアクチュエータにより最大数の動きの可能性を与えることにある。公知のように、駆動可能なアクチュエータＡの数が自由度Ｎの数よりも少ない場合、すなわち、Ｎ＞Ａの場合、機構は劣駆動であると言われている。劣駆動の度合いは、次いで、差異（Ｎ−Ａ）として定義される。劣駆動手は、例えば、３つの指骨を持つ４本の指及び２つの指骨を持つ１本の指を単一のアクチュエータによって閉じることができることにおいて、公知である。単一のアクチュエータによって、１４個の枢動リンクを介して、十四次自由度の制御を可能にすることにより、かかる手は高度の劣駆動を呈している。
【０００４】
手の高度の劣駆動を保全することによって手を制御するための能力を向上させるよう、試みが行われてきた。指のそれぞれにわたる把持作用力を分散させるように、アクチュエータと指との間に配置されるスプレッダーバーの実装は、例えば、公知である。手は、従って、単一のアクチュエータによって、様々な形の物を把持することができる。しかし、手は開位置と閉位置との間でのみ制御することができ、閉位置における各指のそれぞれの位置は把持される物の形に依存している。物が何も指の間に介在していなければ、後者は閉じた拳を表す位置に閉じる。
【０００５】
ロボットの人間的な特徴及び対話能力を強化するため、高度の劣駆動を保全しながら、手の動きを制御する可能性を高める望みが残っている。明らかに、解決法は、ロボットの構造的及び機能的な環境に適合することができなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明の主題は、人間型ロボットに装備することを目的とする手であり、手は掌及び第１の軸に沿って延在する少なくとも１つの指を備え、手は物を掴むことができ、指は、第１の指骨を第１の軸と略直角な第２の軸を中心として回動させるように電動化される第１の枢動リンクによって掌に連結される第１の指骨と、第２の軸と略平行な第３の軸を中心として枢動する第２の枢動リンクによって第１の指骨に連結され、第１の指骨へ連続する第２の指骨とを備え、
指は、
・第２の軸を中心とする第１の指骨の回転が第３の軸を中心とする第２の指骨の回転を生じるような方法で構成される第２の指骨へ掌を連結する第１の機構と、
・指が掴まれる物に巻き付くような方法で指を作動させるよう構成される指骨のそれぞれへ掌を連結する第２の機構と、を備え、
第２の機構は第１の機構を変形させるよう構成されることを特徴としている。
【０００７】
有利に、指は、第３の軸と略平行な第４の軸を中心として枢動する第３の枢動リンクによって第２の指骨に連結され、第２の指骨へ連続する第３の指骨を備え、第１の機構は、第２の軸を中心とする第１の指骨の回転が第４の軸を中心とする第３の指骨の回転を生じるような方法で構成される。
【０００８】
有利に、第１の機構は第１の端部及び第２の端部を有する第１のバーを備え、第１のバーの第１の端部は、第２の軸と平行な第５の軸を中心として枢動連結され、第２の軸とは異なっており、第２の軸を中心として回動自在であり、第１のバーの第２の端部は、第３の軸と平行な第６の軸を中心として枢動連結され、第３の軸とは異なっており、第３の軸を中心として回動自在であり、第２のバーは第１の端部及び第２の端部を有し、第２のバーの第１の端部は、第３の軸と平行な第７の軸を中心として枢動連結され、第３及び第６の軸とは異なっており、第３の軸を中心として回動自在であり、第２のバーの第２の端部は、第４の軸と平行な第８の軸を中心として枢動連結され、第４の軸とは異なっており、第４の軸を中心として回動自在であり、第１のバー及び第２のバーは弾性バーであり、バーの１つは、第２の機構が指を作動させ、隣接する指骨上に閾値未満の力を生じる場合に圧縮され、第２の機構が指を作動させ、隣接する指骨上に閾値を超える力を生じて、第１の機構を変形させる場合に曲がるよう構成される。
【０００９】
一実施形態によれば、第２の機構は第３の指骨から掌へ延在するケーブルを備え、指骨のそれぞれはケーブルの駆動により掌に対して動かすことができる。
【００１０】
指骨のうちの少なくとも１つは、ケーブルを第３の指骨と掌との間に案内することを目的とするガイドチャネルを備えることが有利である。
【００１１】
別の実施形態によれば、第１のバー及び第２のバーは異なる弾性を有し、第１のバーの弾性は第２のバーの弾性よりも小さい。
【００１２】
別の実施形態によれば、第１のバー及び第２のバーは異なる弾性を有し、第１のバーの弾性は第２のバーの弾性よりも大きい。
【００１３】
第１のバー及び第２のバーはエラストマーからできているのが有利である。
【００１４】
第１のバー及び第２のバーは正方形断面を有するのが有利である。
【００１５】
特に有利な実施形態によれば、本発明による手は、複数の指と、複数の指が掴まれる物に巻き付くような方法で複数の指を作動させるよう複数の指の指骨のそれぞれを変位させるように、複数の指のケーブルのそれぞれに力を作用させるよう構成される電動化手段と、複数の指のケーブルのそれぞれにわたって電動化手段によって作用される力を分散させることを目的とする差動機構と、を備えている。
【００１６】
本発明は、また、前述の特徴を有する手を装備した人間型ロボットにも関する。
【００１７】
以下の図における実施例によって与えられる実施形態の詳細な説明を読み取ることで、本発明は良好に理解され、他の利点が明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１ａ】図１ａは、本発明による２つの手を装備することができる人間型ロボットの２つの実施例を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明による２つの手を装備することができる人間型ロボットの２つの実施例を示す。
【図２】図２は、本発明による人間型ロボットの手の指の一実施例を示す。
【図３】図３は、第１の機構を可視化した、幾つかの指骨から構成される人間型ロボットの指の図を示す。
【図４】図４は、第１の機構の運動モデルを示す。
【図５】図５は、第１の機構による手の指の変位の原理を示す。
【図６】図６は、第２の機構による手の指の変位の原理を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
明瞭にするために、同じ構成要素は異なる図において同じ参照を記載する。
【００２０】
図１ａ及び１ｂは、出願人によって開発された人間型ロボットの２つの実施例を示している。図１ａに示す人間型ロボット１は、頭１０、躯幹２、２つの腕３、２つの手４、２つの脚５、及び２つの足６を備えている。図１ｂに示す人間型ロボット１’は、頭１０、躯幹２、２つの腕３、２つの手４、及びスカート７を備えている。本発明は、これらの種類の人間型ロボットに装備することができる手に関する。
【００２１】
本発明を、掌に嵌め込まれる指２０、例えば、人差し指、中指、薬指、又は小指を備える手４の特定の場合において以下で説明する。本発明の理解を単純にするために、説明をこれらの指の内の１つだけに限定する。手４は、一方が他方と並んで位置決めされ、人差し指、中指、薬指、及び小指を代表とする理想的には４本の幾つかの指２０を備えることができることは明白である。本発明は、また、親指も備える手にも適用される。親指は他の指よりも２つ多い回転自由度を有するため、それは２つの追加動力手段を必要とし、本発明は同様に親指に適用する。
【００２２】
本発明は、掌と、人間のように掌に対して指を動かすことができる幾つかの電動式の指とを備える手をより広範に含むことは明確に理解される。更に、本発明は、例えば、向上した視覚伝達を可能にすることによってロボットの人間に似た特徴を強化するよう手において実施される。本発明は、他の部材、例えば、人間型ロボットの足又は動物の特徴を持つロボットの足に対して、同じ原理に従って、そして、同じ利点を持って実施することができることは言うまでもない。以下、手という用語は、概して、掌と掌に対して電動式である指とを備える部材を意味する。
【００２３】
図２は、本発明による人間型ロボットの手の指の一例を示している。手は人間型ロボットに装備することを目的としており、手は掌（図２において図示せず）及び第１の軸２１に沿って延在する少なくとも１つの指２０を備え、手は物を掴むことができ、指２０は、第１の指骨３１を第１の軸２１と略直角な第２の軸２２を中心として回動させるように電動化される第１の枢動リンク４１によって掌に連結される第１の指骨３１と、第２の軸２２と略平行な第３の軸２３を中心として枢動する第２の枢動リンク４２によって第１の指骨３１に連結される第１の指骨３１へ連続する第２の指骨３２とを備える。本発明によれば、指２０は、第２の軸２２を中心とする第１の指骨３１の回転が第３の軸２３を中心とする第２の指骨３２の回転を生じるような方法で構成される第２の指骨３２へ掌を連結する第１の機構５１を備えている。指２０は、また、指２０が掴まれる物に巻き付くような方法で指２０を作動させるよう構成される指骨３１、３２のそれぞれへ掌を連結する第２の機構５２も備えている。また、本発明によれば、第２の機構５２は第１の機構５１を変形させるよう構成される。
【００２４】
本発明は少なくとも１つの指を持つ手に適用する。手は２本、３本、又は４本の指を有することができる。手は、人間の手に似せるために、５本の指を有するのが有利である。これら５本の指の中で、本発明による指２０によって再現される人差し指、中指、薬指、小指が存在している。第５の指は、また、指２０によって再現される親指であるが、親指の追加の移動度を可能にするよう、他の自由度を追加しなければならない。この態様は本発明において扱わないが、本発明は親指へ同様に適用し、２つの電動化手段を親指へ追加して所望の自由度を得ることで十分である。
【００２５】
指２０は２つの指骨３１、３２を備えることができる。それは、第１及び第２の指骨の同じ原理を連続する指骨に適用することによって、同じ原理で、その３つ、４つ、又は更に多くを備えることができる。この用途において、及び例として、３つの指骨を持つ指が人間の指を最良に再現するために示されているが、本発明は、３つの指骨を持つ指を持つ手の場合に限定されないことは明白である。
【００２６】
従って、図２において見て取ることができるように、指２０は、第３の軸２３と略平行な第４の軸２４を中心として枢動する第３の枢動リンク４３によって第２の指骨３２に連結され、第２の指骨３２へ連続する第３の指骨３３を備え、第１の機構５１は、第２の軸２２を中心とする第１の指骨３１の回転が第４の軸２４を中心とする第３の指骨３３の回転を生じるような方法で構成されている。
【００２７】
第２の機構５２は第３の指骨３３から掌へ延在するケーブル５３を備え、指骨３３、３２、３１のそれぞれはケーブル５３の駆動により掌に対して動かすことができる。より一般的には、ケーブル５３は掌から最も遠い指骨から掌へ延在する。
【００２８】
指骨のうちの少なくとも１つ、例えば、第２の指骨３２は、ケーブル５３を第３の指骨３３と掌との間に案内することを目的とするガイドチャネル５４を備えることが有利である。第２の指骨３２上のガイドチャネル５４の存在は一例である。本発明は、また、別の指骨、例えば、第１の指骨上又は有利には指骨のそれぞれの上にガイドチャネルを持つ構成にも関する。指骨毎に幾つかのガイドチャネルを有することも可能である。
【００２９】
図３は、第１の機構５１を可視化した、幾つかの指骨から構成される人間型ロボットの指２０の図を示している。本発明によれば、第１の機構５１は第１の端部６２及び第２の端部６３を有する第１のバー６１を備え、第１のバー６１の第１の端部６２は、第２の軸２２と平行な第５の軸２５を中心として枢動連結され、第２の軸２２とは異なっており、第２の軸２２を中心として回動自在であり、第１のバー６１の第２の端部６３は、第３の軸２３と平行な第６の軸２６を中心として枢動連結され、第３の軸２３とは異なっており、第３の軸２３を中心として回動自在である。第１の機構５１は第１の端部６４及び第２の端部６５を有する第２のバー７１を備え、第２のバー７１の第１の端部６４は、第３の軸２３と平行な第７の軸２７を中心として枢動連結され、第３の２３及び第６の２６の軸とは異なっており、第３の軸２３を中心として回動自在であり、第２のバー７１の第２の端部６５は、第４の軸２４と平行な第８の軸２８を中心として枢動連結され、第４の軸２４とは異なっており、第４の軸２４を中心として回動自在である。
【００３０】
本発明によれば、第１のバー６１及び第２のバー７１は弾性バーであり、バーの１つは、第２の機構５２が指２０を作動させ、隣接する指骨上に閾値未満の力を生じる場合に圧縮され、第２の機構５２が指２０を作動させ、隣接する指骨上に閾値を超える力を生じて、第１の機構５１を変形させる場合に曲がるよう構成される。第２の機構５２と第１の機構５１との間の相互作用は、明細書において少し後で述べる。
【００３１】
図４は、第１の機構５１の運動モデルを示している。運動モデルは第１の軸２１の及び互いに平行な軸２２〜２８の位置決めを明確に見ることを可能にしている。同様に、指骨３１、３２、３３は、軸２３、２４を中心として枢動する枢動リンクによって互いに連結されて見て取ることができ、第１の指骨３１は軸２２を中心として枢動する枢動リンクによって掌に連結される。最後に、第１の機構５１の２つのバー６１及び７１を見て取ることができる。各バーの端部は、第１のバー６１のための軸２２及び軸２３を中心として、そして、第２のバー７１のための軸２３及び２４を中心として回動自在である。言い換えれば、各バー６１、７１の端部は二重枢動リンクに対応しており、例えば、第１のバー６１の第１の端部６２は軸２５を中心として回動自在であり、また、軸２２を中心として回動自在である。従って、第１の機構５１は２つの四角形の一組の一部を形成している。第１の四角形は第１の指骨３１、第１のバー６１、並びに軸２２と軸２５との間の半径、及び軸２３と軸２６との間の半径によって形成される。同様に、第２の四角形は第２の指骨３２、第２のバー７１、並びに軸２３と軸２７との間の半径、及び軸２４と軸２８との間の半径によって形成される。軸２２を中心とする第１のバー６１の第１の端部６２の回転駆動は、従って、第１の指骨３１の動きを生じ、それは、指の運動のために、軸２３を中心とする第２のバー７１の第１の端部６４の回転及び、従って、第２の指骨３２の動きを生じる。同様に、第３の指骨３３は軸２４を中心とするその端部の回転によって動かされる。
【００３２】
図５は、第１の機構による、いわゆる安静位（０°の掌と第１の指骨との間の角度）から指を閉じた位置（９０°の掌と第１の指骨との間の角度）までの手の指の変位の原理を示している。この図において、図４に示した２つの四角形が表現されている。指は第１の機構５１を作動させるために、軸２２を中心とする枢動リンクにおいて単一の動力のみを有していることを思い出されたい。図４において説明したような指２０の運動のため、単一の動力は、従って、指２０の動きと関連する身振りとを可能にしている。指骨３１、３２、３３の変位は電動化枢動リンクの作動の結果である。軸２３において連結される２つの四角形はバー６１及び７１の、並びに従って、指２０の指骨の組み合わされた動きを可能にしている。電動化枢動リンクは、第２の指骨３２に対応する第２の四角形の動きをもたらす第１の指骨３１に対応する第１の四角形の動きを制御する。
【００３３】
第１の機構５１は、従って、指２０が指骨毎ではなく全体的に制御されることを可能にする。指骨の移動は互いに対して行われる。この機構は、指当たりのアクチュエータの数の低減、指骨作動機構の大きさの低減、並びに、生産及び保守コストの低減も可能にする。
【００３４】
図６は、第２の機構５２による手の指２０の変位の原理を示している。先に説明したように、第２の機構５２は第３の指骨３３から掌へ延在するケーブル５３を備え、指骨３３、３２、３１のそれぞれはケーブル５３の駆動により掌に対して動かすことができる。より一般的には、ケーブル５３は掌から最も遠い指骨から掌へ延在する。限られた数のアクチュエータによって、手の指の自由度の最大数を制御することを探し求める様々な種類の劣駆動手が公知である。本発明において、手は２つの機構を備えている。見てきたように、第１の機構５１は一般的な身振りを可能にし、第２の機構５２は物を掴むことを可能にしている。本発明は、２つの機構５１、５２が同時に作動されないが、１つずつ作動されるという事実に依存している。物への指の接近の段階において、第１の機構５１は物との接触を確立するよう作動される。次いで、第２の機構５２が作動される。
【００３５】
ケーブル５３が引っ張られる場合及び何の抵抗も形成されない状態で（すなわち、物との接触が無いか、又はいずれの接触も無く）、指は、例えば、安静位から指を閉じた位置へ動く。
【００３６】
ここで、ケーブル５３が引っ張られる場合に、物が掴まれると、指骨、例えば、第１の指骨３１は物と接触し始め、物は指の動きに対抗する。ケーブル５３は、次いで、より強く引っ張られ、物が第１の指骨３１の動きに対抗するため、軸方向圧縮力が第１のバー６１に印加され、バーは曲がる。バーが曲がると、第１の機構５１は、従って、変形する。第１の機構５１は第２の機構５２から切り離され、第２の機構５２自体は指骨３２、３３用のケーブル５３上の引っ張りによってその動作を続けて、物に巻き付いてそれを掴む。
【００３７】
本発明の概念は、人間型ロボットにおける設置を目指して劣駆動の有利な度合いを保全しながら、各指２０に対して、掌に対する指２０の回転運動と物の把持とを連結することにある。本発明は、第１の軸２１上の安静位から、電動化枢動リンクの回転によって、第１の機構５１の実施による物との接触位置へ指を駆動することにおいて、及び、物との接触位置から物の把持位置へ、すなわち、第２の機構５２の実施によって、指が掴まれる物に巻き付く場合、この指を駆動するために成り立っている。本発明は、第１の機構５１のための指当たりに１つだけの電動化手段及び第２の機構５２のための全ての指のための１つの電動化手段を必要としながら、指の２つの別個の動き、すなわち、指の全体移動の動き及び物の把持の動きを可能にするよう、２つの機構５１、５２を有利に活用している。
【００３８】
既に述べたように、第１のバー６１及び第２のバー７１は弾性バーである。バーのうちの１つ、例えば、第１のバー６１は、第２の機構５２が指２０を作動させる場合に圧縮されるよう構成される。指２０を作動させることによって、第２の機構５２は、指を閉じる傾向があり、第２の指骨３２に印加される外力として作用する。言い換えれば、指を作動させることによって、第２の機構５２は隣接する指骨に力を生じている。指骨３２へ印加される力の値が閾値未満である限り、指はその閉じる動きを続け、バー６１、７１はそれらそれぞれの枢動リンクを中心とするそれらの回動を続ける。バー６１は、四角形の運動のため、圧縮される。指骨３２へ印加される力の値が閾値を超えるとすぐに、圧縮されたバー６１は曲がる。言い換えれば、第１の機構５１は変形する。バー６１が曲げられると、指２０は第２の機構５２によってのみ作動される。指は、次いで、第２の機構５２の実施によって掴まれる物に巻き付く。指骨３１、３２、３３は、次いで、掴まれる物の上で閉じる。物の上での指骨の折り畳みは大きさ及び掴まれる物の形に適応される。言い換えれば、本発明は、センサを用いることなく、第１の機構５１の設計によるだけで、指が物の形に適応され、物のいたるところに配分された作用力を作用させることを可能にしている。
【００３９】
より一般的には、バーに対して、それが第１のバー６１であろうと第２のバー７１であろうと、バーに沿った軸方向力は指２０の構成に応じて圧縮から伸長まで変化する。指骨のバーは、外力が隣接する指骨を閉じようとする度に圧縮される。その一方で、バーは、外力が開けるようバーの指骨を押圧する場合に伸長される。
【００４０】
従って、前述の実施例に戻ると、指が把持位置にあると、すなわち、第２の機構５２の実施によって第１のバー６１の座屈に続いて、指が物に巻き付く場合、物が掴まれ、ケーブル５３はもはや引っ張られない。次いで、もはやいずれの圧縮力もバー６１に印加されない。バー６１は伸長される。また、第１の機構５１はバー６１の座屈前のその状態に戻る。
【００４１】
本発明の原理により、第１の機構から第２の機構に、またその逆に切り替えるいずれかの追加制御装置なしに、第１の機構による一般的な身振りにおいて、及び、第２の機構による把持において、指２０を作動させることは従って可能である。第１の機構から第２の機構への切替は、そのバーのうちの１つの座屈によって第１の機構を変形させる第２の機構の起動を介して行われる。一般的な身振りと把持との間の良好な相互作用を有するために、バー６１及び７１を良好な寸法にすることが第１に必要とされる。
【００４２】
バー６１及び７１は、それらの寿命の間にそれらが受けるであろう圧縮及び伸長力に耐えることができなければならない。それぞれのバーは弾性を有している。バー６１、７１の弾性定数は、座屈が望まれない場合にバーが座屈せずに圧縮力に耐えることができるが、バー６１、７１は、指の構成及び指に印加される力に基づくある特定の変形閾値において曲がることができなければならないようなものである。バーは、作用力を維持するよう適切に剛性でなければならないが、硬すぎて物の把持のために第２の機構５２の起動時にバーの作用力に対抗するエネルギーを失わないものでなければならない。
【００４３】
第１のバー６１及び第２のバー７１は異なる弾性を有することができ、第１のバー６１の弾性は第２のバー７１の弾性より小さくてもよい。この構成は、指の動きにおいて少ないエネルギー消費を可能にしている。各バーが対応する指骨自体の重さを重力に対抗するように支持することができるようにバーの弾性を計画する必要がある。第２の機構５２のケーブル５３が引っ張られる場合、第２のバー７１は物が対抗する場合により容易に曲がり、それは、バーを座屈させるためにバーに印加される必要がある力が少なくてすむことを意味する。
【００４４】
代替として、第１のバー６１及び第２のバー７１は異なる弾性を有することができ、第１のバー６１の弾性は第２のバー７１の弾性より大きくてもよい。この構成は、物の形への指のより良好な適応を可能にする。実際、ケーブル５３を作動させることによって、バー６１及び７１はある特定の軸方向圧縮力を受ける。第１のバー６１は第２のバー７１より容易に曲がる。その結果として、第２の及び第３の指骨が掴まれる物に巻き付きながら、人間の指による物の把持に匹敵する物の把持を生じる。
【００４５】
それらの寸法形状及びそれを超えて各バーが曲がることを望む限界力の関数として、バー６１及び７１の弾性定数の大きさを決めることに対して、極めて特別な注意を払わなければならない。
【００４６】
第１のバー６１及び第２のバー７１はエラストマーからできているのが有利である。
【００４７】
第１のバー６１及び第２のバー７１は、例えば、レーザ切断によって又はウォータージェットによって産業規模でその製造を容易にするよう、正方形断面を有するのが有利である。
【００４８】
本発明による手は、複数の指が掴まれる物に巻き付くような方法で複数の指を作動させるよう複数の指２０の各指骨３１、３２、３３を変位させるように、複数の指２０の各ケーブル５３に力を作用させるよう構成される電動化手段を備えている。有利に、手は、複数の指の各ケーブルにわたって電動化手段によって作用される力を分散させることを目的とする差動機構を備えることができる。
【００４９】
従って、アクチュエータの最大数に対して制限する本発明のもののような劣駆動手において、各指２０のケーブル５３は、指２０の全てを安静位から物の把持位置まで同時に変位させることができる単一のアクチュエータ又は電動化手段に連結される。様々な形の物を掴持することを可能にするため、先に述べたように、異なるケーブル５３へ伝達される引張力を分散させるように、差動機構、例えば、スプレッダーバーを電動化手段と各指２０のケーブル５３との間に介在させることも考えられる。
【００５０】
本発明は、前記で説明したような、図１ａ及び１ｂに示すような手を装備した人間型ロボットにも関する。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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