(57)【要約】【課題】ロボット指アセンブリを提供すること。【解決手段】ロボット手が、第１、第２、および第３の指骨を有する指を備える。第１の関節が、ベース構造体に対して第１の指骨を回転自在に連結する。第２の関節が、第２の指骨に対して第１の指骨を回転自在に連結する。第３の関節が、第２の指骨に対して第３の指骨を回転自在に連結する。第２の関節および第３の関節は、第２の指骨に対する第３の指骨の位置が第１の指骨に対する第２の指骨の位置によって決定されるように、運動学的にリンクされる。【選択図】図４
2011067931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース構造体と、
第１、第２、および第３の指骨を有する指と、
前記第１の指骨が第１の軸を中心として前記ベース構造体に対して選択的に回転可能となるように、前記ベース構造体に前記第１の指骨を作動的に連結する第１の関節と、
前記第２の指骨が第２の軸を中心として前記第１の指骨に対して選択的に回転可能となるように、前記第１の指骨に前記第２の指骨を作動的に連結する第２の関節と、
前記第３の指骨が第３の軸を中心として前記第２の指骨に対して選択的に回転可能となるように、前記第２の指骨に前記第３の指骨を作動的に連結する第３の関節と
を備え、
前記第３の関節は、前記第２の指骨に対する前記第３の指骨の位置が、前記第１の指骨に対する前記第２の指骨の位置により決定されるように、前記第２の関節に運動学的にリンクされる、ロボット手アセンブリ。
【請求項２】
前記第１の指骨に対して回転自在に取り付けられ、前記第３の指骨に対して回転自在に取り付けられて、前記第３の関節と前記第２の関節とを運動学的にリンクするリンケージをさらに備える、請求項１に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項３】
前記リンケージは、ばねを備える、請求項２に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項４】
第１の腱における張力により前記第２の軸を中心として第１の方向に前記第２の指骨が回転されるように、前記第２の指骨に対して作動的に連結される前記第１の腱と、
第２の腱における張力により前記第２の軸を中心として第２の方向に前記第２の指骨が回転されるように、前記第２の指骨に対して作動的に連結される前記第２の腱と、
第３の腱における張力により前記第１の軸を中心として前記第１の方向に前記第１の指骨が回転されるように、前記第１の指骨に対して作動的に連結される前記第３の腱と、
第４の腱における張力により前記第１の軸を中心として前記第２の方向に前記第１の指骨が回転されるように、前記第１の指骨に対して作動的に連結される前記第４の腱と
をさらに備える、請求項１に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項５】
前記第１の関節により前記第１の指骨に回転自在に連結される第４の指骨と、
前記第４の指骨が第４の軸を中心として前記ベース構造体に対して選択的に回転可能となるように、前記ベース構造体に前記第４の指骨を作動的に連結する第４の関節と
をさらに備える、請求項４に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項６】
前記第４の軸は、前記第１、第２、および第３の軸に対して実質的に垂直である、請求項５に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項７】
前記第１および第２の腱は、前記第４の軸の第１の側にルーティングされ、
前記第３および第４の腱は、前記第４の軸の第２の側にルーティングされる、請求項６に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項８】
少なくとも１つの挿入体をさらに備え、
前記１、第２、第３、および第４の腱の少なくとも１つが、前記挿入体に接触し、
前記挿入体は、前記指骨よりも軟質または脆弱である、請求項４に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項９】
前記ベース構造体に前記指を作動的に連結する緩衝取付部をさらに備える、請求項１に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項１０】
第１の指骨および第２の指骨を備えるロボット指と、
前記第１の指骨が前記第２の指骨に対して選択的に回転可能となるように、前記第１の指骨と前記第２の指骨とを相互連結する関節と、
前記第１の指骨に対して取り付けられ、第１の中心点により特徴付けられる第１の円セグメントを形成する第１の部分を有し、第２の中心点により特徴付けられる第２の円セグメントを形成する第２の部分を有する磁石と、
前記第１の指骨に対して前記第２の指骨と共に回転するように、前記第２の指骨に対して取り付けられたホール効果センサと
を備える、ロボット手アセンブリ。
【請求項１１】
前記ホール効果センサおよび前記磁石は、前記ホール効果センサが前記第２の指骨の回転範囲にわたって前記第１の部分から一定の距離を維持するように、配設される、請求項１０に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項１２】
前記磁石は、前記第１および第２の中心点の周囲を囲む、請求項１０に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の円セグメントは、第１および第２の交点にて前記第２の円セグメントと交差し、
前記磁石の北磁極が、前記第１の交点に位置し、
前記磁石の南磁極が、前記第２の交点に位置する、請求項１０に記載のロボット手アセンブリ。
【請求項１４】
前記第１の円セグメントの半径が、前記第２の円セグメントの半径と等しい、請求項１０に記載のロボット手アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府の支援を受けた研究または開発に関する陳述）
[0001]本発明は、ＮＡＳＡ宇宙活動協定（ＮＡＳＡ  Ｓｐａｃｅ  Ａｃｔ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）第ＳＡＡ−ＡＴ−０７−００３号の下において政府支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有し得る。
【０００２】
[0002]本発明は、ロボット手に関し、より詳細には、ロボット指に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]典型的なロボットは、関節部またはモータ駆動型ロボット関節を介して相互連結される一連の剛体リンクを使用して、物体を操作することが可能な、自動型デバイスである。典型的なロボットにおける各関節は、自由度（ＤＯＦ：ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｆｒｅｅｄｏｍ）とも呼ばれる、独立した制御変数を呈する。エンドエフェクタは、例えば作業工具または物体を把持するなど、手元の作業を実施するために使用される特定のリンクである。したがって、ロボットの正確な動作制御は、タスクレベルの指定により調整され得て、すなわち、物体レベル制御（すなわちロボットの片手または両手の中に保持された物体の挙動を制御する能力）、エンドエフェクタ制御、および関節レベル制御によって、調整され得る。集合的に、種々の制御レベルが協働して、所要のロボット動作性、器用さ、および作業タスク関連機能性を達成する。
【０００４】
[0004]人間型ロボットは、とりわけ、全身、胴部、およびまたは付属物であるか否かに関わらず、ほぼ人間の構造または外観を有するロボットであり、人間型ロボットの構造的複雑さは、実施される作業タスクの性質に大きく左右される。人間型ロボットの使用は、特に人間が使用するように作製されたデバイスまたはシステムと直接的に相互にやり取りすることが必要な場合に、好ましい場合がある。幅広い範囲の作業タスクが人間型ロボットに期待され得ることにより、異なる制御モードが、同時に必要とされる場合がある。例えば、正確な制御が、加えられるトルクまたは力、動作、および種々の把持タイプに対する制御と並び、上述の様々な空間内において与えられなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]本開示の第１の態様によれば、ロボット手アセンブリは、ベース構造体と、第１、第２、および第３の指骨を有する指と、第１の指骨が第１の軸を中心としてベース構造体に対して選択的に回転可能となるように、ベース構造体に第１の指骨を作動的に連結する第１の関節と、第２の指骨が第２の軸を中心として第１の指骨に対して選択的に回転可能となるように、第１の指骨に第２の指骨を作動的に連結する第２の関節と、第３の指骨が第３の軸を中心として第２の指骨に対して選択的に回転可能となるように、第２の指骨に第３の指骨を作動的に連結する第３の関節とを備える。
【０００６】
[0006]第３の関節は、第２の指骨に対する第３の指骨の位置が第１の指骨に対する第２の指骨に位置によって決定されるように、第２の関節に運動学的にリンクされる。この第２および第３の関節間の運動学的リンクは、人間の指の複数の自由度の中の１自由度と置き換わると共に、人間の指の動作を細密に模倣する。
【０００７】
[0007]本開示の第２の態様によれば、ロボット手アセンブリは、第１の指骨および第２の指骨を有するロボット指と、第１の指骨が第２の指骨に対して選択的に回転可能となるように、第１の指骨と第２の指骨とを相互連結する関節とを備える。磁石が、第１の指骨に対して取り付けられ、第１の中心点により特徴付けられる第１の円セグメントを形成する第１の部分を有し、第２の中心点により特徴付けられる第２の円セグメントを形成する第２の部分を有する。ホール効果センサが、第１の指骨に対して第２の指骨と共に回転するように、第２の指骨に対して取り付けられる。この磁石の形状により、ホール効果センサの線形出力が得られ、これにより、ロボット手のための制御システムに対して正確に位置データが提供される。
【０００８】
[0008]添付の図面と関連させて理解することにより、本発明を実施するための最良の形態の以下の詳細な説明から、本発明の上述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点が、容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】２つの手を有する器用な人間型ロボットの概略斜視図である。
【図２】図１の器用な人間型ロボット用の上腕の概略斜視図である。
【図３】図１および図２の器用な人間型ロボット用の下腕の概略斜視図である。
【図４】第１の位置における、図１の一方の手の指の概略斜視図である。
【図５】第２の位置における、図４の指の概略斜視図である。
【図６】第３の位置における、図４および図５の指の概略斜視図である。
【図７】図４の指の一部分の概略側面図である。
【図８】図７の指の部分の別の概略側面図である。
【図９】腱ルーティングを示す、図４の指の概略側面図である。
【図１０】指の１つの関節の位置に対する、指の別の１つの関節の位置を示すグラフである。
【図１１】腱ルーティングを示す、図４の指の概略上面図である。
【図１２】緩衝取付部によりベース構造体に取り付けられる、図４の指の概略斜視図である。
【図１３】図４の指の１つの関節におけるセンサアセンブリの概略側面図である。
【図１４】図１２の緩衝取付部の概略斜視図である。
【図１５】図４の指の別の概略斜視図である。
【図１６】図４の指のさらに別の概略斜視図である。
【図１７】図４の指のさらに別の概略斜視図である。
【図１８】図４の指の複数の指骨を代表する指骨／センサアセンブリの概略斜視破断図である。
【図１９】図１８の指骨／センサアセンブリの概略分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0028]同様の参照番号が複数の図面にわたって同一または類似の構成要素を指す図面を参照すると、図１は、多自由度（ＤＯＦ）により１つまたは複数のタスクを実施するように適合化された器用な人間型ロボット１０を示す。
【００１１】
[0029]この人間型ロボット１０は、頭部１２、胴部１４、腰部１５、腕１６、手１８、指１９Ａから１９Ｄ、および親指２１を備えてよく、それらの中またはそれらの間に、多様な関節が配設される。さらに、ロボット１０は、脚部、トレッド、または、ロボットの特定の用途もしくは意図される用途に応じた別の可動式または固定式ベースなどの、タスクに適した固定具またはベース（図示せず）を備えてもよい。例えば胴部１４の背の上に担持または着用される再充電式電池パックまたは別の適切なエネルギー供給部などの電源部１３が、ロボット１０に一体的に設置されてよい。
【００１２】
[0030]一実施形態によれば、ロボット１０は、肩関節アセンブリ（矢印Ａ）、肘関節アセンブリ（矢印Ｂ）、手首関節アセンブリ（矢印Ｃ）、首関節アセンブリ（矢印Ｄ）、および腰部関節アセンブリ（矢印Ｅ）、さらには各ロボット指１９Ａから１９Ｄおよび親指２１の指骨間に位置する様々な指関節アセンブリおよび親指関節アセンブリ（矢印Ｆ）などの（それらに限定されない）、複数の独立的に可動なロボット関節および相互依存的に可動なロボット関節によって、構成される。
【００１３】
[0031]アーム１６は、上腕２２および下腕（または前腕）２４に区分される。上腕２２は、肩関節アセンブリ（矢印Ａ）から肘関節アセンブリ（矢印Ｂ）まで延在する。肘関節（矢印Ｂ）から延在するのは、下腕２４、手１８、指１９、および親指２１である。単純化のため、本明細書において説明されるように、上方は頭部１２の方向であり、下方は腰部１５の方向である。ロボット１０は、人間の形を模するように意図されるため、このロボットは、胴部および頭部を二分する垂直平面に関して実質的に対称的であり、左側および右側の両側に同一の対称的な構造を基本的に備えることが、当業者には理解されよう。
【００１４】
[0032]図２を参照すると、上腕２２が図示されている。複数の腕１６に対して一方の上腕２２のみが図示されているが、左腕および右腕１６は共に、以下に説明するように同一の態様で作動する。上腕２２は、第１のＤＯＦを実現する第１の肩関節Ｓ１、第２のＤＯＦを実現する第２の肩関節Ｓ２、および第３の自由度を実現する第３の肩関節Ｓ３を含む、肩関節アセンブリ（矢印Ａ）を有する。第１から第３の肩関節Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は共に、人間の肩が行なうことが可能な動作に相当する動作を行なう。具体的には、第１の肩軸ＳＡ１を中心とした第１の肩関節Ｓ１の回転により、第２の肩関節Ｓ２に関する第２の肩軸ＳＡ２が、所望の位置へと移動する。第１の肩関節Ｓ１の位置に基づき、次いで、第２の肩軸ＳＡ２を中心とする第２の肩関節Ｓ２の回転により、腕１６が、胴部１４に対して上下に、または胴部１４に対して前後に移動する。第３の肩関節Ｓ３は、第３の肩軸ＳＡ３を中心として上腕２２を回転させる。第３の肩関節Ｓ３の回転により、上腕２２は、軸方向に回転し、すなわち、第３の肩関節Ｓ３の回転により、肘関節アセンブリ（矢印Ｂ）が回転されて、上方または下方に向けられる。したがって、第１の肩関節Ｓ１、第２の肩関節Ｓ２、および第３の肩関節Ｓ３が共に、肩関節アセンブリ（矢印Ａ）の動作を形成する。
【００１５】
[0033]さらに、上腕２２は、第１の肘関節Ｌ１および第２の肘関節Ｌ２を含む肘関節アセンブリ（矢印Ｂ）を備える。第１の肘関節Ｌ１および第２の肘関節Ｌ２はそれぞれ、１自由度を実現する。第１の肘関節Ｌ１および第２の肘関節Ｌ２が共に、人間の肘が行なうことが可能な動作に相当する動作を行なう。第１の肘軸Ｂ１を中心とする第１の肘関節Ｌ１の回転により、肘関節アセンブリ（矢印Ｂ）の下方の上腕２２が、屈曲する、および直線状になる。さらに、第２の肘軸Ｂ２を中心とする第２の肘関節Ｌ２の回転により、肘関節アセンブリ（矢印Ｂ）の下方の上腕２２が、軸方向に回転し、すなわち、第２の肘軸Ｂ２を中心とする第２の肘関節Ｌ２の回転により、下腕２４および手１８（図１）が回転されて、手のひらが上方または下方に向けられる。
【００１６】
[0034]図３は、手首関節アセンブリ（矢印Ｃ）、手１８、指１９Ａから１９Ｄ、および親指２１を含む、下腕２４を図示する。下腕２４は、複数の指（および親指）アクチュエータ２６と、複数の手首アクチュエータ２８とを備える。さらに、指アクチュエータ２６および手首アクチュエータ２８のための複数の制御部３０が、下腕２４上に支持される。下腕２４は、下腕２４を上腕２２に連結するために使用されるロードセル３２に装着される。手１８は、手１８の手のひら３６を画成するベース構造体３４を備える。指１９Ａから１９Ｄおよび親指２１は、ベース構造体３４に可動式に設置され、図１において２０で示されるものなどの物体を把持するために手のひら３６の方向に選択的にカールする。
【００１７】
[0035]図示される実施形態においては、手１８は、サイズにおいて、人間の男性の手の６０から８５パーセンタイルに相当する。より具体的には、図示される実施形態においては、手１８の長さは、２０．１ｃｍ（７．９インチ）（人間の８０パーセンタイル）であり、手１８の広さまたは幅は、９．１４ｃｍ（３．６インチ）（人間の６０パーセンタイル）であり、手の周囲（ベース構造体の周り）は、２２．４ｃｍ（８．８インチ）（人間の８５パーセンタイル）である。
【００１８】
[0036]図４から図７を参照すると、指１９Ａは、位置および機能において、人間の人差し指に相当する。指１９Ａは、手１８のベース構造体３４に作動的に連結されるベース部材３７を含む。さらに、指１９Ａは、複数の剛体リンクすなわち指骨３８Ａから３８Ｄと、４つの関節４２Ａから４２Ｄを含む。関節４２Ａは、指骨３８Ａが軸Ａ１を中心として構造体３４に対して選択的に回転可能となるように、ベース構造体３４に対して近位指骨３８Ａを作動的に連結させる。関節４２Ｂは、指骨３８Ｂが軸Ａ２を中心として指骨３８Ａに対して選択的に回転可能となるように、指骨３８Ａに対して指骨３８Ｂを回転自在に取り付ける。関節４２Ｃは、指骨３８Ｃが軸Ａ３を中心として指骨３８Ｂに対して選択的に回転可能となるように、指骨３８Ｂに対して指骨３８Ｃを回転自在に取り付ける。軸Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、互いに対して平行である。
【００１９】
[0037]図示される実施形態においては、近位指骨３８Ａは、指骨３８Ｄ、関節４２Ｄ、およびベース部材３７によって、ベース構造体３４に作動的に連結される。より具体的には、関節４２Ａは、指骨３８Ｄに対して指骨３８Ａを回転自在に取り付け、関節４２Ｄは、指骨３８Ｄ、およびそれに伴って指骨３８Ａから３８Ｃが、軸Ａ４を中心としてベース部材３７およびベース構造体３４に対して選択的に回転可能となるように、ベース部材３７に対して指骨３８Ｄを回転自在に取り付ける。軸Ａ４は、軸Ａ１、Ａ２、およびＡ３に対して垂直である。したがって、関節４２Ｄにより、指１９Ａの左右への回転が可能となる。
【００２０】
[0038]図７から図８を参照すると、指１９Ａは、リンケージ４３を含む。リンケージ４３の一方の端部は、リンケージ４３が、軸Ａ１、Ａ２、およびＡ３に対して平行である軸を中心として指骨３８Ａに対して選択的に回転可能となるように、関節４４Ａによって指骨３８Ａに回転自在に連結される。リンケージ４３の他方の端部は、リンケージ４３が、軸Ａ１、Ａ２、およびＡ３に対して平行である軸を中心として指骨３８Ｃに対して選択的に回転可能となるように、関節４４Ｂによって指骨３８Ｃに回転自在に連結される。したがって、指骨３８Ａから３８Ｃおよびリンケージ４３は、協働して４棒リンク機構を形成する。
【００２１】
[0039]同様の参照番号が図１から図８による同様の構成要素を指す図９を参照すると、関節４２Ａから４２Ｄを中心とする指骨３８Ａから３８Ｄの動きは、ロボットの腱４６Ａから４６Ｄ、すなわちケーブルなどの可撓性部材によって、実現される。腱４６Ａから４６Ｄはそれぞれ、前腕（図３において２４で示される）内において、各アクチュエータ（図３において２６で示される）に作動的に連結される。例示の一実施形態においては、アクチュエータ２６は、電気モータであり、この電気モータは、モータの回転運動を腱４６Ａから４６Ｄを駆動させる直線運動へと変換させるように構成された駆動機構によって、腱４６Ａから４６Ｄに作動的に連結される。前腕２４および／または手首の中にアクチュエータおよび駆動機構を配置することは、手１８のコンパクト性に寄与する。
【００２２】
[0040]関節４２Ａから４２Ｄおよび軸Ａ１からＡ４に対して腱４６Ａから４６Ｄをルーティングすることによって、４つの腱４６Ａから４６Ｄのみを使用することによる３自由度にわたる指１９Ａの完全な制御が可能となる。２つの対向する腱４６Ａ、４６Ｂは、中間ピッチ関節４２Ｂを制御し、２つの対向する腱４６Ｃ、４６Ｄは、近位ピッチ関節４２Ａを制御する。腱４６Ｂの一方の端部は、指骨３８Ｂが、腱４６Ｂにおける張力によって第１の方向４８に軸Ａ２を中心として指骨３８Ａに対して回転されるように、関節４２Ｂおよび軸Ａ２の一方の側において指骨３８Ｂに対して作動的に連結される。腱４６Ａの一方の端部は、指骨３８Ｂが、腱４６Ａにおける張力によって第１の方向４８とは逆の第２の方向５２に軸Ａ２を中心として指骨３８Ａに対して回転されるように、関節４２Ｂおよび軸Ａ２の、腱４６Ｂとは逆の側において、指骨３８Ｂに対して作動的に連結される。
【００２３】
[0041]腱４６Ｄの一方の端部は、指骨３８Ａが、腱４６Ｄにおける張力によって第１の方向４８に軸Ａ１を中心として指骨３８Ｄに対して回転されるように、関節４２Ａおよび軸Ａ１の一方の側において指骨３８Ａに対して作動的に連結される。腱４６Ｃの一方の端部は、指骨３８Ａが、腱４６Ｃにおける張力によって第２の方向５２に軸Ａ１を中心として指骨３８Ｄに対して回転されるように、関節４２Ａおよび軸Ａ１の、腱４６Ｄとは逆の側において、指骨３８Ａに対して作動的に連結される。第１の方向４８への指骨の回転により、指骨は、図５から図６に図示されるように、手のひら３６の方向に回転され、したがって、第１の方向４８への指骨の回転により、手１８は物体を把持することが可能となる。第２の方向５２への指骨の回転により、指骨は、手のひら３６から離れる方向へ回転され、したがって、指１９は、物体に対する把持を緩める。
【００２４】
[0042]再び図７から図８を参照すると、関節４２Ｃは、リンケージ４３によって関節４２Ｂに運動学的にリンクされ、したがって、関節４２Ｃの角度位置は、関節４２Ｂの角度位置に左右される。したがって、指骨３８Ｂに対する指骨３８Ｃの回転位置は、指骨３８Ａに対する指骨３８Ｂの回転位置に左右される。より具体的には、指骨３８Ｃと３８Ｂとの間に形成される角度βは、指骨３８Ｂと３８Ａとの間に形成される角度αによって決定される。つまり、αが小さくなるのに伴って、βが小さくなる。関節４２Ｃと関節４２Ｂとの回転位置間の１つの例示的な関係が、図１０に示される。
【００２５】
[0043]図１０を参照すると、関節４２Ｃの角度が、関節４２Ｂの角度の関数として示される。この関数は、指１９Ａの設計制約条件が許容する限りにおいて線形であることが望ましい場合がある。指骨３８Ａから３８Ｃおよびリンケージ４３を含む４棒リンク機構は、リンケージ４３がその端部シャフト間の直線部材であり、把持の際には引張状態におかれるように、設計される。一実施形態におけるリンケージ４３は、剛性部材であり、別の実施形態においては、リンケージ４３は、把持の際に遠位ピッチ関節４２Ｃのコンプライアント性を実現するように、ばねなどのコンプライアント部材である。
【００２６】
[0044]したがって、腱４６Ａおよび４６Ｂは、それらによる関節４２Ｂの制御を介して、関節４２Ｃの位置を制御する。人間の指は、４つの個別に制御可能な自由度を有するものとして、一般的には見なされる。関節４２Ｂおよび４２Ｃを運動学的にリンクすることにより、指１９Ａは、３つのみの個別に制御可能な自由度により、人間の指によって実現可能な姿勢を効果的に模倣し、これにより、関節４２Ｄを個別に制御するために必要な腱が不要となる。
【００２７】
[0045]同様の参照番号が図１から図１０による同様の構成要素を指す図１１を参照すると、ヨー関節４２Ｄの位置の制御専用の腱が、存在しない。代わりに、腱４６Ａおよび４６Ｂは、関節４２Ｄおよび軸Ａ４の一方の側にルーティングされ、腱４６Ｃおよび４６Ｄは、関節４２Ｄおよび軸Ａ４の別の側にルーティングされる。これら４つの腱４６Ａから４６Ｄにおける張力のバランスが、関節４２Ｄの位置を制御するために、およびこれに伴って、ベース構造体３４に対する指骨３８Ａから３８Ｄの角度位置を制御するために、操作される。
【００２８】
[0046]図１２を参照すると、指１９Ａは、少なくとも２つのタイプのセンサを含む。より具体的には、指１９Ａのこれらのセンサには、触覚ロードセル５４Ａから５４Ｃが含まれ、これらはそれぞれ、各指骨３８Ａから３８Ｃに取り付けられる。さらに、指１９Ａは、複数の関節位置センサアセンブリ５６Ａから５６Ｃを含み、これらはそれぞれ、関節４２Ａから４２Ｃのそれぞれの絶対角度位置と、連結指骨に対する指骨の相対角度位置とを測定するように構成される。関節位置センサアセンブリ５６Ａから５６Ｃはそれぞれ、各磁石５８Ａから５８Ｃと、各ホール効果センサ６２Ａから６２Ｃとを含む。
【００２９】
[0047]図１３を参照すると、センサアセンブリ５６Ａが、センサアセンブリ５６Ｂおよび５６Ｃを代表し、したがって、磁石５８Ａおよびセンサ６２Ａが、磁石５８Ｂ、５８Ｃと、センサ６２Ｂ、６２Ｃとをそれぞれ代表する。磁石５８Ａは、指骨３８Ｄに対して剛体的に取り付けられ、センサ６２Ａは、指骨３８Ａに対して剛体的に取り付けられる。磁石５８Ａは、２つの部分６６、７０によって特徴付けされる。部分６６は、軸Ａ１上に中心点７４を有する円のセグメントである。部分７０は、７８に中心点を有する円のセグメントである。磁石５８Ａの北磁極Ｎは、部分６６、７０の１つの交点に配設され、磁石５８Ａの南磁極Ｓは、部分６６、７０の他の交点に配設される。図示される実施形態においては、部分６６は、部分７０と同一の半径を有し、部分６６、７０の凹部側が、互いに対向する。磁石５８Ａは、両中心点７４、７８の周囲を囲む。
【００３０】
[0048]センサ６２Ａは、指骨３８Ａが軸Ａ１を中心として指骨３８Ｄに対して回転する際に、センサ６２Ａが磁石５８Ａの部分６６から一定の距離を維持するように、指骨３８Ａの上に位置決めされる。磁石５８Ａの形状、およびセンサ６２Ａを配置することにより、指骨３８Ｄに対する指骨３８Ａの角度位置と、センサ６２Ａにより読み取られる磁場の変化との間の線形関係が実現される。図示される実施形態においては、センサアセンブリ５６Ａは、１５０度の利用可能な角度位置範囲にわたって、ほぼ線形の信号を生成する。
【００３１】
[0049]磁石５８Ａは、指骨３８Ｄに対して取り付けられ、センサ６２Ａは、指骨３８Ａに対して取り付けられ、したがって、センサアセンブリ５６Ａは、指骨３８Ｄに対する指骨３８Ａの回転位置を測定する。磁石５８Ｂは、指骨３８Ｂに対して取り付けられ、センサ６２Ｂは、指骨３８Ａに対して取り付けられ、したがって、センサアセンブリ５６Ｂは、指骨３８Ａに対する指骨３８Ｂの回転位置を測定する。磁石５８Ｃは、指骨３８Ｃに対して取り付けられ、センサ６２Ｃは、指骨３８Ｂに対して取り付けられ、したがって、センサアセンブリ５６Ｃは、指骨３８Ｂに対する指骨３８Ｃの回転位置を測定する。センサアセンブリ５６Ａから５６Ｃと実質的に同一のセンサアセンブリ（図示せず）が、指骨３８Ｄが軸Ａ４を中心として回転する際に、ベース部材３７に対する指骨３８Ｄの位置を測定する。
【００３２】
[0050]図示される実施形態においては、関節４２Ａ（近位ピッチ）の動作範囲は、−１０°から９５°であり、関節４２Ｂ（中間ピッチ）の動作範囲は、０°から１２０°であり、関節４２Ｃ（遠位ピッチ）の動作範囲は、０°から７０°であり、関節４２Ｄ（ヨー）の動作範囲は、−２０°から２０°である。
【００３３】
[0051]図１２および図１４を参照すると、指１９Ａは、緩衝取付部８２によってベース構造体３４に取り付けられる。緩衝取付部８２は、キー溝付きシャフト８６、保持リング９０、およびばね９４を含む。円筒状シャフト８６は、ベース構造体３４によって画成された円筒状空洞部９８内に摺動的に係合される。矩形キー１０２が、構造体３４に対するシャフト８６の回転を防止するように、空洞部９８の矩形部分１０６内に延在する。保持リング９０は、空洞部９８よりも大きく、したがって、空洞部９８の内部にシャフト８６を保持する。ばね９４は、シャフト８６を外方に付勢し、指１９Ａに対してかけられ得る衝撃を吸収する。
【００３４】
[0052]腱４６Ａから４６Ｄは、図９および図１１においては指骨３８Ａから３８Ｄの外部に位置するものとして示されるが、これらの腱はそれぞれ、各内部ガイドチャネルを貫通してルーティングされることに留意されたい。図示される実施形態においては、腱４６Ａから４６Ｄは、編組まれたポリマーである。図１５を参照すると、指１９Ａは、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃで示されるものなどの挿入体を含み、これらの位置においては、腱４６Ａから４６Ｄの摺動摩擦が生じる。挿入体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、指骨３８Ａから３８Ｄの構造材料よりも軟質かつ脆弱であり、選択的に置換可能である。一実施形態においては、腱４６Ａから４６Ｄは、Ｖｅｃｔｒａｎ（登録商標）を含み、挿入体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、青銅である。
【００３５】
[0053]図１６および図１７を参照すると、指１９Ａは、対向する腱の対ごとに、各二方向性腱ターミネータ１１４Ａ、１１４Ｂを収容するように構成される。より具体的には、腱４６Ａは、軸Ａ１およびＡ２の、非手のひら側すなわち甲側に延在し、腱ターミネータ１１４Ａを介して指骨３８Ｂに取り付けられる。腱４６Ｂは、軸Ａ１およびＡ２の手のひら側に延在し、腱ターミネータ１１４Ａを介して指骨３８Ｂに取り付けられる。同様に、腱４６Ｃは、軸Ａ１の非手のひら側に延在し、腱ターミネータ１１４Ｂによって指骨３８Ａに取り付けられる。腱４６Ｄは、軸Ａ１の手のひら側に延在し、腱ターミネータ１１４Ｂによって指骨３８Ａに取り付けられる。
【００３６】
[0054]図１８を参照すると、指骨３８が、破断斜視図において示される。指骨３８は、指骨３８Ａから３８Ｃを代表し、センサ５４は、センサ５４Ａから５４Ｃを代表する。指骨３８は、開口１２２によって特徴付けられるチャンバ１１８を画成する。コンパクト電子機器１２６が、チャンバ１１８内に収容される。この電子機器１２６の機能には、センサに対して電力を供給すること、アナログセンサデータを収集すること、アナログ信号をデジタル信号に変換すること、デジタル信号を多重送信すること、および、上流の電子機器にデータを通信することが含まれる。再び図１６を参照すると、指１９Ａは、センサ、コンパクト電子機器、および上流電子機器を接続するために必要な配線を収容するための、指１９Ａの長さにわたって延在する中央チャネル１２８を備える。
【００３７】
[0055]図１８および図１９を参照すると、センサ５４は、センサカバー１３０およびセンサアセンブリ１３４を含む。センサアセンブリ１３４は、センサカバー１３０に対してかけられる荷重に応答してセンサ信号を生成し、このセンサ信号を電子機器１２６に送信する。センサアセンブリ１３４は、概してＣ字形状であり、各端部のフランジ１３８、１４２により特徴付けられる。各フランジ１３８、１４２は、指骨３８により形成される各鞍部１４６、１５０に当接する。さらに、センサアセンブリ１３４のフランジ１３８、１４２は、各スロット１５４、１５８を部分的に画成する。
【００３８】
[0056]Ｃ字形状クリップ１６２は、各端部にフランジ１６６、１７０を備える。クリップ１６２は、チャンバ１１８およびこのチャンバ１１８内に収容される電子機器１２６を封入するために、開口１２２の両端間にわたって延在する。各フランジ１６６、１７０は、センサアセンブリ１３４にクリップ１６２を固定するために、および、指骨３８に対してセンサアセンブリ１３４を保持するために、スロット１５４、１５８の各一方に係合する。カバー１３０は、ねじ１７４によってセンサアセンブリ１３４に取り付けられる。
【００３９】
[0057]図１６を再び参照すると、指１９Ａは、環境から保護するためのグローブまたは皮膚様カバー（図示せず）に対応するように、および、ある特定のタスクに適した触覚センサに対して把持表面を与えるように、設計される。指１９Ａは、指に対してグローブまたは皮膚様カバーを固定するように設計された複数のねじ山付き装着ホール１７８を備え、重要な位置におけるすべりを防ぐ。
【００４０】
[0058]本発明を実施するための最良の実施形態を詳細に説明したが、この発明が関係する技術の当業者には、添付の特許請求の範囲内において本発明を実施するための様々な代替の設計および実施形態が認識されよう。
【図１】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
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