(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手のひら（１１）と、前記手のひら（１１）に対して動力化される複数の指（１３、１４、１５、１６、１７）とを備えるヒューマノイドロボット向けの手（１０）において、前記手が、複数の指（１３、１４、１５、１６、１７）に共通のアクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）、および前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる力（Ｆ５）を前記指（１４、１５、１６、１７）の方へ分散することを可能にするスプレッダ（１０３、１０４又は１０３）を備えることと、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力が向く方向に直角の前額面（１２６）と呼ばれる平面において、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の作用点（１４５）、および前記指（１４、１５、１６、１７）によってかかる力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の作用点（１４７、１４８、１４９、１５０）が投影されていることと、前記前額面（１２６）に垂直な第２の方向（１５２）と、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によって前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）にかかる前記力（Ｆ５）が向き、かつ前記手（１０）の前記手のひら（１１）が主に延在する方向を含む水平面（１２５）と呼ばれる平面に垂直な第１の方向（１４２）と、前記第１の方向（１４２）および前記第２の方向（１５２）に垂直な第３の方向（１６２）が存在することと、前記前額面において、前記第１の方向（１４２）に従って、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の投影された前記作用点（１４５）が、前記指（１４、１５、１６、１７）によってかかる前記力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の投影された前記作用点（１４７、１４８、１４９、１５０）の重心に実質的に位置決めされ、前記指（１４、１５、１６、１７）によってかかる前記力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の投影された前記作用点（１４７、１４８、１４９、１５０）が、第１の方向（１４２）において、すべて一致するわけではないことと、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）は、タイロッド又はケーブルによって前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）に連結されており、前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）は、他のタイロッド又はケーブルによって前記指（１４、１５、１６、１７）に連結されており、前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）は、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる力を、前記指（１４、１５、１６、１７）に分散するように構成されていることとを特徴とする手。
【請求項２】
前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）が向き、かつ前記手（１０）の前記手のひら（１１）が主に延在する方向を含む水平面（１２５）において、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）の前記スプレッダ（１０３）上の前記作用点（１４５）、および前記指（１４、１５、１６、１７）によってかかる前記力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の前記作用点（１４７、１４８、１４９、１５０）が投影されていることと、前記第２の方向（１５２）は、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）が向く前記方向と平行であることと、前記水平面（１２５）において、前記第２の方向（１５２）に従って、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の投影された前記作用点（１４５）を原点として、また前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）が前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）を引っ張る方向を正方向としてみなすことによって、前記指（１４、１５、１６、１７）によってかかる前記力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の投影された前記作用点（１４７、１４８、１４９、１５０）の横座標が、すべて負であることとを特徴とする、請求項１に記載の手。
【請求項３】
前記手が、前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）に連結された４本の指（１４、１５、１６、１７）を備え、前記指（１４、１５、１６、１７）のうち、第１の指が人差し指（１４）を形成し、第２の指が中指（１５）を形成し、第３の指が薬指（１６）を形成し、第４の指が小指（１７）を形成することと、前記第２の方向（１５２）に対して、かつ絶対値として、前記小指（１７）によってかかる前記力（Ｆ４）の前記作用点（１５０）の前記横座標が最小であり、前記中指（１５）によってかかる前記力（Ｆ２）の前記作用点（１４８）の前記横座標が最大であり、前記人差し指（１４）および前記薬指（１６）によってかかる前記力（Ｆ１、Ｆ３）の前記作用点（１４７、１４９）の前記横座標が中間値を有することとを特徴とする、請求項２に記載の手。
【請求項４】
前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）に連結された前記４本の指（１４、１５、１６、１７）が同一であることを特徴とする、請求項３に記載の手。
【請求項５】
前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）が向き、かつ前記手（１０）の前記手のひら（１１）が主に延在する方向を含む前記水平面（１２５）において、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の前記作用点（１４５）、および前記指（１４、１５、１６、１７）によってかかる前記力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）の前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）上の前記作用点（１４７、１４８、１４９、１５０）が投影されていることと、前記前額面（１２６）において、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によって前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）にかかる前記力（Ｆ５）が向く方向に直角の前記水平面（１２５）の前記第３の方向（１６２）に従って、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によって前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）にかかる前記力の投影された前記作用点（１４５）が、前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）に連結された前記指（１４、１５、１６、１７）によってかかる前記力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）の投影された前記作用点の前記重心に位置することとを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の手。
【請求項６】
前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）が、前記アクチュエータ（１０１、１０２又は１７０又は１７６）によってかかる前記力（Ｆ５）が向き、かつ前記手（１０）の前記手のひら（１１）が主に延在する方向を含む前記水平面（１２５）内に主に延在す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。
【請求項７】
前記アクチュエータが複動アクチュエータ（１７６）であることと、前記手が、前記複動アクチュエータ（１７６）に連結された単一のスプレッダ（１０３）を備えることとを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の手。
【請求項８】
複動式で前記指（１４、１５、１６、１７）のそれぞれを動力化することを可能にする２つのスプレッダ（１０３、１０４）を備え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。
【請求項９】
前記２つのスプレッダ（１０３、１０４）に共通の複動アクチュエータ（１７０）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の手。
【請求項１０】
前記２つのスプレッダ（１０３、１０４）に共通の前記アクチュエータ（１７０）が、前記２つのスプレッダ（１０３、１０４）に共通の前記アクチュエータ（１７０）によって回転駆動される滑車（１７２）に巻き付くケーブル（１７１）を介して、前記２つのスプレッダ（１０３、１０４）に作用することを特徴とする、請求項９に記載の手。
【請求項１１】
前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）の変位を制限する止具（１９１、１９２）を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の手。
【請求項１２】
前記手が親指（１３）を備えることと、前記アクチュエータ（１７０又は１７６）が、前記スプレッダ（１０３、１０４又は１０３）とは独立して、前記親指（１３）に力をかけることとを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の手。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の手（１０）を備えることを特徴とする、ヒューマノイドロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューマノイドロボット向けの手に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の手は、人体の中で極めて複雑な部分である。人間の手は、手のひらの周りに連接された複数の指を備える。さらに、各指は、相互に連接された複数の指骨を有する。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って特に、様々な形状の対象物を把持することができる。人間の機能性に最高に近づけるために、ヒューマノイドロボットにおいて多くの試みがなされてきた。把持機能は、ロボット化されたシステムで生じさせることが最も困難な機能のうちの１つであり、様々な対象物を確実に把持するために、多数の独立したアクチュエータを必要とする。これにより、設けるべき独立したアクチュエータの数の点、および連携して制御しなければならないこれらの異なるアクチュエータの駆動の点の両方で、ロボットがより複雑になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ヒューマノイドロボットの手であって、複数の指を有し、手の指ごとの独立したアクチュエータの数を減らすことによって様々な対象物の形状に容易に適応することを可能にする手を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的のために、本発明の主題は、手のひらと、手のひらに対して動力化される複数の指とを備えるヒューマノイドロボット向けの手であって、複数の指に共通のアクチュエータ、およびアクチュエータによってかかる力を指の方へ分散することを可能にするスプレッダを備えることを特徴とする手である。
【０００５】
本発明の有利な変形例では、アクチュエータによってかかる力が向く方向に直角の前額面と呼ばれる平面において、アクチュエータによってかかる力のスプレッダ上の作用点の投影部、および指によってかかる力のスプレッダ上の作用点の投影部が画定される。前額面において、前額面の交線と、アクチュエータによってかかる力が向き、かつ手のひらが主に延在する方向を含む水平面と呼ばれる平面の交線とに直角の垂直方向と呼ばれる方向が画定される。垂直方向に従って、アクチュエータによってかかる力のスプレッダ上の作用点の投影部が、指によってかかる力のスプレッダ上の作用点の投影部の重心に実質的に位置決めされ、指によってかかる力のスプレッダ上の作用点の投影部は、すべて一致するわけではない。
【０００６】
用語スプレッダは、航空分野で使用されることが多い。類推によって、スプレッダは、力を分散することを可能にする任意の機械部品であると理解され得る。分散は、機械部品上の力それぞれの支持点の幾何学的配置に応じてなされる。分散は、機械部品の平衡状態を保つ。機械部品に加わる力がゆっくり発展する場合、静的平衡方程式から異なる力を決定することができる。本発明では、スプレッダによって、力を単一のアクチュエータから複数の指に分散することができる。スプレッダが存在することによって、遭遇する可能性のある対象物の形状への手の追従性を改善することができる。手の追従性は、手にかかる応力および力に適応する手の能力を意味するものと理解されるべきである。
【０００７】
スプレッダを実装することによって、人間の動きに近い滑らかで自然な動きを再現することで手を閉じることができる。単一のアクチュエータをスプレッダと関連付けることによって、スプレッダに連結された様々な指の動きを完全に同期させることができるようになる。
【０００８】
本発明による手を備えるヒューマノイドロボットもまた、本発明の主題である。
【０００９】
ヒューマノイドロボットは、人体との類似性を示すロボットであることが理解されるべきである。ヒューマノイドロボットは、本体の上部、または人間の手に例え得るクランプを終端とする単なる多関節アームであってもよい。本発明では、ロボットの手の動作は、人間の手の動作に似ている。本発明による手によって、その指の動き、および指が対象物にかけ得る力で対象物を把持することができる。
【００１０】
添付図面によって示す、例として挙げる実施形態の詳細な説明を読むことで、本発明が一層よく理解され、他の利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ヒューマノイドロボット向けの手の斜視図を示す。
【図２ａ】手のスプレッダの異なる平面図を示す。
【図２ｂ】手のスプレッダの異なる平面図を示す。
【図２ｃ】手のスプレッダの異なる平面図を示す。
【図３ａ】対象物を把持する手を示す。
【図３ｂ】対象物を把持する手を示す。
【図３ｃ】対象物を把持する手を示す。
【図４】別の対象物を把持する手を示す。
【図５】手の複数の変形例における斜視図である。
【図６】手の複数の変形例における斜視図である。
【図７】手の複数の変形例における斜視図である。
【図８】手のひら側から見た開いた手を示す。
【図９】本発明の手を実装するヒューマノイドロボットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
明瞭にするために、異なる図において、同じ要素には同じ参照符号を付す。
【００１３】
図１は、ヒューマノイドロボット向けの手１０を示す。手１０は、手のひら１１と、５本の指１３〜１７とを備える。指は、指１３〜１７の間に対象物を把持することができるように、手のひら１１に連接される。人間の手のように、指１３は親指である。手で把持した対象物は、親指１３と他の指１４〜１７との間に保持される。本発明は、５本の指を有する手に限定されない。指の数は、手の設計を単純化するために減らすことができ、または、特定の対象物を把持することができるように増やすことさえできる。
【００１４】
より一般的には、本発明の手は、対象物を把持することを可能にするクランプによって形成することができる。クランプは、把持した対象物と複数の点で接触可能にする少なくとも２本の多関節指を備える。これらの多関節指に対向して、固定指、または直接的に、手のひらを配置することができる。
【００１５】
本発明によれば、手１０は、複数の指に共通のアクチュエータと、アクチュエータによってかかる力を指の方へ分散することを可能にするスプレッダとを備える。図１に示す例では、手１０は、２つのアクチュエータ１０１および１０２と、２つのスプレッダ１０３および１０４とを備える。アクチュエータ１０１は、タイロッド１０５によってスプレッダ１０３に連結され、アクチュエータ１０２は、タイロッド１０６によってスプレッダ１０４に連結される。スプレッダ１０３は、タイロッド１０７、１０８、１０９および１１０を介して、それぞれ４本の指１４〜１７に力をかけることができる。同様に、スプレッダ１０４は、タイロッド１１７、１１８、１１９および１２０を介して、それぞれ４本の指１４〜１７に力をかけることができる。
【００１６】
アクチュエータ１０１および１０２は、シリンダなどのリニアアクチュエータであり得る。本発明において、例えばロータリアクチュエータまたは人工筋肉などの任意の他のタイプのアクチュエータを実装することができる。
【００１７】
図１に示す例では、スプレッダ１０３および１０４によって、人差し指１４、中指１５、薬指１６および小指１７を示す４本の指の方へ力を分散することができる。また、分散に親指１３を含めることができる。より一般的には、１つのスプレッダまたは複数のスプレッダ１０３および１０４によって、１つのアクチュエータまたは複数のアクチュエータ１０１および１０２によってかかる力を、親指１３および少なくとも１本の他の指１４〜１７の方へ分散することができる。
【００１８】
２つのスプレッダ１０３および１０４はそれぞれ、関連するアクチュエータによってかかる力が向き、かつ手１０の手のひらが主に延在する方向を含む水平面と呼ばれる平面内に主に延在する。
【００１９】
指は、２本のタイロッドよって作動させることができ、例えば人差し指１４では、タイロッド１０７および１１７であり、一方が指１４を伸ばし、他方が指１４を折り曲げる。次いで、２本のタイロッド１０７および１１７は、連携して動作する。アクチュエータ１０１および１０２もまた、連携して動作する。タイロッドのうちの一方１０５または１０６を引っ張り、同時に他方を押す単一のアクチュエータを使用することができる。手１０は、指１４、１５、１６および１７のそれぞれを動力化することを可能にする２つのスプレッダ１０３および１０４を備える。スプレッダ１０３によって、スプレッダ１０３に連結される指を伸ばし、ひいては手１０を開くことができる。スプレッダ１０４によって、スプレッダ１０４に連結される指を折り曲げ、ひいては手１０を閉じることができる。
【００２０】
手１０の手のひら１１に関連付けられた基準座標系が画定される。手のひらは、水平面と呼ばれる平面１２５内に主に延在する。指１４〜１７は、完全に広がり、または開いた時、平面１２５内に延在する。図１に示す構成では、スプレッダ１０３および１０４は、水平面１２５内に主に延在する。タイロッド１０５および１０６も、水平面１２５内に延在する。結果として、アクチュエータ１０１および１０２によって力がかかる方向は、平面１２５内に含まれる。
【００２１】
水平面１２５と、アクチュエータ１０１および１０２によってかかる力が向く方向とに直角である前額面１２６が画定される。
【００２２】
最後に、平面１２５と１２６とに直角である、垂直面と呼ばれる第３の平面１２７が画定される。指１４〜１７が閉じ、または伸びる時、指骨は本質的に垂直面内で変位する。
【００２３】
図２ａは、スプレッダのうちの一方、例えばスプレッダ１０３を、前額面において投影によって示す。
【００２４】
図２ｂは、水平面において投影によって同じスプレッダ１０３を示し、図２ｃは、垂直面におけるスプレッダ１０３を示す。
【００２５】
スプレッダ１０３は、水平面内に主に延在する。しかしながらスプレッダ１０３は、水平面に対して特定の湾曲を有し得る。この湾曲は、図２ａにおいてはっきり見ることができる。この図は、スプレッダ１０３上の異なる力の作用点の、前額面における投影部を示す。より具体的には、タイロッド１０５、１０７、１０８、１０９および１１０は、ケーブルの端部上にかしめられ、または成形された突起部、それぞれ１３５、１３７、１３８、１３９および１４０を端部が有するケーブルであり得る。ケーブルそれぞれの突起部は、スプレッダ１０３内に製造されたチャンネル内に保持される。力の作用点は、突起部とスプレッダ１０３との接点である。アクチュエータ１０１によってスプレッダ１０３にかかる力は、Ｆ５で特定される。指１４、１５、１６および１７によってかかる力は、それぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３およびＦ４で特定される。タイロッド１０５を介してアクチュエータ１０１によってかかる力の作用点には、参照符号１４５を付す。タイロッド１０７によってかかる力の作用点には、参照符号１４７を付す。タイロッド１０８によってかかる力の作用点には、参照符号１４８を付す。タイロッド１０９によってかかる力の作用点には、参照符号１４９を付し、タイロッド１１０によってかかる力の作用点には、参照符号１５０を付す。
【００２６】
前額面１２６では、前額面１２６の交線と、水平面１２５の交線とに直角である垂直方向１４２が画定される。アクチュエータ１０１によってかかる力の作用点１４５の投影部は、指１４〜１７によってかかる力のスプレッダ上の作用点１３７〜１４０の投影部の重心に実質的に位置決めされることが有利である。
【００２７】
より具体的には、垂直方向１４２において、作用点１４５の投影部の横座標が原点として画定される。作用点１４７〜１５０の投影部の横座標の和は、０である。指１４〜１７によってかかる力Ｆ１〜Ｆ４のスプレッダ１０３上の作用点１４７〜１５０における垂直方向１４２の投影部は、すべてが一致するわけではない。
【００２８】
スプレッダ１０３上の力Ｆ１〜Ｆ５の異なる作用点がこのように相対的に位置することによって、手１０の手のひら１１内にスプレッダ１０３の安定位置を保持することができる。実際に、指によってスプレッダ１０３にかかる力Ｆ１〜Ｆ４は、手１０で把持する対象物の形状に応じて発展し得る。このように画定される、スプレッダ１０３上の力Ｆ１〜Ｆ５の異なる作用点の相対位置によって、水平面１２５に対して実質的に一定の相対位置にスプレッダ１０３を保持することができる。スプレッダ１０３は、水平面１２５が実質的に含む方向に平行移動で変位させることができる。
【００２９】
さらに、図２ｂに見ることができる正面方向１５２が画定される。方向１５２は、アクチュエータ１０１によってかかる力Ｆ５が向く方向と平行である。正面方向１５２に従って、アクチュエータ１０１によってかかる力Ｆ５のスプレッダ１０３上の作用点１４５の投影部を原点としてみなし、アクチュエータ１０１がスプレッダ１０３を引っ張る方向を正方向としてみなす。指１４〜１７によってかかる力Ｆ１〜Ｆ４のスプレッダ１０３上の作用点１４７〜１５０の投影部の横座標は、すべて負である。
【００３０】
スプレッダ１０３上の力Ｆ１〜Ｆ５の異なる作用点がこのように相対的に位置することによって、手１０の手のひら１１内でのスプレッダ１０３のいかなる突き当たりも避けることができる。
【００３１】
最後に、方向１４２と１５２とに直角の第３の方向１６２を画定することができる。方向１６２に従って、アクチュエータ１０１によってかかる力の作用点１４５の投影部は、作用点１４８および１４９の投影部の真ん中に実質的に位置決めされることが有利である。同様に、さらに方向１６２に従って、作用点１４５の投影部は、作用点１４７および１５０の投影部の真ん中に実質的に位置決めされることが有利である。言いかえれば、方向１６２に従って、作用点１４５の投影部を他の投影部から離す複数の距離、すなわち点１４８の投影部に対するＬ１、点１４９の投影部に対するＬ２、点１４７の投影部に対するＬ３、および点１５０の投影部に対するＬ４が画定される。有利には、Ｌ１＝Ｌ２およびＬ３＝Ｌ４である。
【００３２】
指２本ずつの真ん中に作用点１４５の位置を維持することによって、アクチュエータ１０１の力を異なる指１４〜１７の方へバランスよく分散することができる。言いかえれば、アクチュエータ１０１によって加わる所与の引張力に対して、４本の指１４〜１７それぞれにかかる力は、アクチュエータ１０１によってかかる力の４分の１と等しい。
【００３３】
スプレッダ１０３に連結された指の数にかかわらず、この構成を一般化することができる。より具体的には、方向１６２に従って、アクチュエータ１０１によってかかる力の作用点１４５の投影部は、スプレッダ１０３に連結された指１４〜１７によってかかる力の作用点の投影部の重心に位置する。
【００３４】
スプレッダに連結された異なる指の力をバランスよく分散させることによって、単一のアクチュエータ１０１であっても、対象物の形状にかかわらず人間の握りに近い、把持する対象物の握りを採用することができる。
【００３５】
図３ａ、図３ｂおよび図３ｃは、例えば携帯電話などの矩形対象物１６５を把持する手１０を示す。５本の指１３〜１７は、対象物１６５と接触している。対象物１６５の形状では、スプレッダ１０３および１０４に連結された指１４〜１７のそれぞれを、異なるように折り曲げる必要がある。より具体的には、人差し指１４はわずかに折り曲げられ、対照的に、小指１７は大きく折り曲げられる。対象物を把持していない図１では、スプレッダ１０３および１０４に連結された指１４〜１７が、実質的に同様に折り曲げられる。対象物１６５が存在すると、指１４〜１７それぞれによって対象物１６５にかかる実質的に一定の力を保持しながら、指１４〜１７の折曲げが修正される。
【００３６】
対象物１６５に適応するために、スプレッダ１０３と１０４との間に回転が加えられる。この回転は、対象物を把持していない図１と、対象物１６５を備えた図３ａ〜図３ｃとの間に見ることができる。１つまたは２つのスプレッダが存在することによって、把持した対象物の形状に手が適応することができる。
【００３７】
図４は、例えばビーカーなどの円形対象物１６６を把持する手１０を示す。対象物１６６は、単に、５本の指のうちの３本によって保持される。対象物１６６は、片側を親指１３で、反対側を人差し指１４および中指１５で保持される。スプレッダ１０３および１０４によって、他の２本の指１６および１７が、例えば手１０の手のひらに当接するように完全に折り曲げられる。指１４〜１７によってかかる力の均等性は、ビーカー１６６のような対象物の場合には完全ではない。しかしながら、異なる指１４〜１７の力は、スプレッダがない場合より、バランスがとれている。
【００３８】
一般に、スプレッダを実装することによって、このスプレッダに関連付けられたアクチュエータによってかかる力を異なる指にわたって分散することができる。したがって、異なる指は、対象物の形状が変わりやすくても、手で把持した対象物に実質的に一定の力をかけることができる。
【００３９】
代替方法として、アクチュエータ１０１の作用点１４５を、指１４〜１７に連結されたタイロッドの作用点１４７〜１５０の重心に位置決めすることによって得られる平衡から離れることができる。例えば、作用点１４５を人差し指１４の方へ変位させ、ひいては、より多くの力を人差し指１４に分散することができる。人差し指１４は、他の指より早く閉じる傾向となる。次いで、人差し指１４は、把持した対象物に他の指より大きい力をかける。
【００４０】
極限では、手１０の人差し指の作用点１４７を、アクチュエータ１０１の作用点１４５と合わせることができる。これにより、親指１３と人差し指１４との間にのみ対象物が確実に把持され得る。
【００４１】
図５は、その中で複動アクチュエータ１７０が２つのスプレッダ１０３および１０４に作用する手１０の変形例を示す。図１の変形例で示す２本のタイロッド１０５および１０６が、スプレッダ１０３および１０４のうちの一方にそれぞれ固定された２つの端部を有するケーブル１７１と置き換えられる。より具体的には、ケーブルの一端部が、突起部１３５によって形成される。図５で見ることができないケーブル１７１の他端部も同様であり、スプレッダ１０４に固定される。アクチュエータ１７０は、２つのスプレッダ１０３および１０４に共通である。アクチュエータ１７０は、例えば、滑車１７２を回転駆動するロータリアクチュエータである。ケーブル１７１は、滑車１７２に巻き付く。滑車１７２が回転すると、スプレッダ１０３および１０４のうちの一方を引っ張り、かつ他方を押すケーブル１７１が変位する。
【００４２】
２つのスプレッダ１０３および１０４が実質的に平行である場合、ケーブル１７１は、滑車１７２の直径の約半分にわたって滑車１７２と接触している。ケーブル１７１を滑車１７２に巻き付けることによって、滑車１７２と接触するケーブル１７１の長さの関数であるトルクを伝達することができる。伝達されるトルクはまた、滑車１７２に対するケーブル１７１の摩擦係数の関数、ひいてはケーブル１７１用および滑車１７２用に選択される接触する材料の性質の関数である。これらの材料を、指１４〜１７上にトルクリミッタ、ひいては力のリミッタを生成するように画定することができる。例えば、大きい外力が指１４〜１７に加えられる場合、特にアクチュエータ１７０を保護するために、ケーブル１７１を滑車１７２に対して滑らせることができる。
【００４３】
代替方法として、特にアクチュエータ１７０に、指１４〜１７の位置を決定することを可能にする位置センサが設けられる場合、滑車１７２に対するケーブル１７１のいかなる滑りも避けることが所望され得る。いかなる滑りも避けるために、例えば、ケーブル１７１を滑車１７１の周りに１巻きより多く巻き付けることができる。また、ケーブル１７１を滑車に固定することができる。
【００４４】
図６は、ケーブル１７５および複動アクチュエータ１７６によって作動する単一のスプレッダ１０３のみを有する手１０の別の変形例を示す。各指１４〜１７は、例えば、折り曲げられ、または伸ばされた極限位置に指１４〜１７を保つ傾向のあるばねなどの弾性要素を備える。スプレッダ１０３を介して、アクチュエータ１７６は、指それぞれをその極限位置から遠ざける。例えば、ばねによって伸びた位置に保持された指１４〜１７は、アクチュエータ１７６によって折り曲げられる。
【００４５】
図７は、リターンスプリングがすべての指１４〜１７に共通である、図６の変形例を示す。この変形例もまた、２つのスプレッダ１０３および１０４を有する。図６の変形例でのように、スプレッダ１０３は、ケーブル１７５を介してアクチュエータ１７６に連結される。さらに、スプレッダ１０４は、ばね１７８を介して手のひら１１の本体に連結される。したがって、アクチュエータ１７６がスプレッダ１０３を引っ張ると、スプレッダ１０４によって指１４〜１７に共通の復帰力が加えられる。復帰力は、スプレッダ１０４によって指１４〜１７にわたって分散される。
【００４６】
別の構成は、２つのスプレッダ１０３および１０４を使用し、それぞれが指１４〜１７の異なる指骨に作用することにある。次いで、２つのアクチュエータ１０１および１０２は独立している。
【００４７】
図５、図６および図７に示す変形例では、アクチュエータ１７０または１７６は、１つのスプレッダまたは複数のスプレッダ１０３および１０４とは独立して、親指１３に力をかける。
【００４８】
この目的のために、図５の変形例では、アクチュエータ１７０は、力を親指１３に伝達することを可能にするケーブル１８１が巻き付けられる第２の滑車１８０を回転駆動する。ケーブル１７１のように、ケーブル１８１によって、親指１３を折り曲げたり、伸ばしたりすることができる。ケーブル１８１が押圧する２つの自由滑車１８２を設けて、アクチュエータ１７０と親指１３との間のその方向を修正することができる。それぞれが滑車１７２および１８０と関連付けられたケーブル１７１および１８１は、アクチュエータ１７０を同じように回転させると親指１３および他の指１４〜１７を折り曲げるように構成される。アクチュエータ１７０を逆回転させることによって、親指１３および他の指１４〜１７を伸ばすことができる。
【００４９】
したがって、単一のアクチュエータによって、把持した対象物上で手１０を閉じ、または手１０を開くことができる。
【００５０】
親指１３および他の４本の指１４〜１７が同じアクチュエータによって制御されるこの構成は、図６および図７の他の変形例に置き換えることができる。したがって、図６の変形例では、親指１３は、スプレッダ１０３とは独立して、アクチュエータ１７６に連結されたケーブル１８５によって作動する。図７の変形例では、ばね１８８を介して親指１３に復帰力がかかる。この復帰力は、ケーブル１８５によってかかる力に対向する。
【００５１】
有利には、手１０は、１つのスプレッダまたは複数のスプレッダ１０３および１０４の変位を制限する止具を備える。止具１９１および１９２は、例えば指１４および１７の高さで手のひら１０内に形成される。対応するタイロッドが移動距離の終端にある場合、スプレッダ１０３および１０４は、１つの止具、または２つの止具１９１および１９２を押圧する。より具体的には、人差し指１４が所望の最大限度まで伸ばされると、スプレッダ１０４は、止具１９１を押圧するようになる。スプレッダ１０４が止具１９１を押圧することによって、人差し指１４がその伸びた位置を越えて後戻りするのを避ける。この後戻りは、人体構造における指骨の関節の１つが脱臼することに似ているであろう。言いかえれば、止具を押圧することによって、関係する指の関節の移動角距離を制限することができる。同様に、スプレッダ１０４を止具１９２に押圧することによって、小指１７の伸びを制限することができる。最端の指１４および１７の高さに位置決めされた２つの止具１９１および１９２は、スプレッダ１０４と関連付けられたすべての指の伸びを制限するのに十分である。同様にスプレッダ１０３も、指１４〜１７の折曲げを制限するために、止具１９１および１９２を押圧するようになり得る。
【００５２】
図８は、手のひら側から見た開いた手を示す。この図によって、スプレッダに連結された指の作用点の位置および指の相互配向を特定することができる。より具体的には、図２ｂを使用して、正面方向１５２に対して、スプレッダ１０３上の作用点１４７〜１５０の投影部の横座標がすべて負であることが特定されている。横座標の原点は、アクチュエータによって加わる力の作用点１４５の投影部である。正面方向１５２の作用点１４７〜１５０の投影部の異なる横座標を区別することによって、人体構造により良好に近づけることができる。より具体的には、絶対値として、小指１７によってかかる力Ｆ４の作用点１５０の横座標が最小である。絶対値として、中指１５によってかかる力Ｆ２の作用点１４８の横座標が最大である。絶対値として、人差し指１４および薬指１６によってかかる力Ｆ１およびＦ３の作用点１４７および１４９の横座標が、作用点１４８と１５０との横座標間に位置する中間値を有する。
【００５３】
有利には、スプレッダに連結された４本の指１４〜１７は同一である。これにより、指を構成する機械部品を標準化することによって、指の製造を単純化することができる。手１０の指は同一であるが、人間の手はそうではなく、作用点１４７〜１５０を互い違いに配置することによって、ひいては指を手のひら１１に取り付けることによって、指１４〜１７の端部の配置に関して、手１０は人体構造に近づき得る。
【００５４】
さらに、指が閉じた時に指それぞれの端部が互いに近づく傾向があるように、４本の指１４〜１７を前額面で異なるように配向させることができる。より具体的には、関係する指の作用点が、力Ｆ５の加えられる方向から遠ざかるにつれ、力Ｆ５が加えられる方向に対して、関係するスプレッダに連結された指の伸びる方向が角度をつけてますます開く。指が伸びる方向は、指が伸ばされた時の指の主方向であると理解されるべきである。示す例では、中指および薬指は、力Ｆ５が加えられる方向と約６°の角度をそれぞれ形成する方向に伸びる。薬指１６および小指１７は、それらの間に約１２°の角度を形成する方向に伸びる。同様に、人差し指１４および中指１５も、それらの間に約１２°の角度を形成する方向に伸びる。閉じると、指の端部が互いに近づき、４本の指１４〜１７と親指１３との間で把持しやすくなる。明らかに、これらの角度値は単に例として挙げる。言うまでもなく、他の値も可能である。
【００５５】
図８は、２つの手１０を有するヒューマノイドロボット２００を示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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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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