(57)【要約】【課題】部品点数を削減して動作制御を容易にし外力による破損を防止し、高い安全性を付与する。【解決手段】第１のワイヤ１１と、第２のワイヤ１２と、第１の球状部材１３と、第２の球状部材１４と、先端部材１５と、連結部材１６と、終端部材１７とを備え、先端部材１５と終端部材１７との間に球状部材と連結部材とをこの順番に交互に配置し、各部材を第１のワイヤ１１及び第２のワイヤ１２で連結する。このとき、第１の球状部材１３が第１関節をなし、第２の球状部材１４が第２関節をなす。これにより、手指機構の内側（手のひら側）に導通された第１のワイヤ１１と手指機構の外側（手の甲側）に導通された第２のワイヤ１２との送り出し及び引き戻しにより「指を曲げる」及び「指を伸ばす」の動作が可能となる。【選択図】　図１
2004042214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワイヤと、
第２のワイヤと、
ｎ個の球状部材と、
先端部材と、
ｎ−１個の連結部材と、
終端部材と、
駆動手段とを備え、
上記先端部材と上記終端部材との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤで連結され、
上記終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が上記駆動手段に連結され、上記駆動手段は、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤの一方を送り出すとともに他方を引っ張ることを特徴とする動作表出装置。
【請求項２】
上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤは、先端部材の固定位置で折り返され、上記駆動手段には、上記第１のワイヤの両端部と上記第２のワイヤの両端部とが連結されることを特徴とする請求項１記載の動作表出装置。
【請求項３】
上記先端部材の先端部に緩衝手段を備え、
上記緩衝手段は、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤを固定するワイヤ固定部を有し、
上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤは、上記緩衝手段に固定されていることを特徴とする請求項１記載の動作表出装置。
【請求項４】
上記駆動手段は、回転中心からの長さが異なるアームを有し、該アーム長によって、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤの送り出しの長さ及び引き戻しの長さが調整されることを特徴とする請求項１記載の動作表出装置。
【請求項５】
上記駆動手段は、径の異なるプーリを有し、該径長により巻き取られるワイヤ長を変えて、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤの送り出しの長さ及び引き戻しの長さが調整されることを特徴とする請求項１記載の動作表出装置。
【請求項６】
上記ｎ個の球状部材の各々は、上記第１のワイヤが案内される第１のガイド溝及び上記第２のワイヤが案内される第２のガイド溝を有し、
上記先端部材は、上記第１のワイヤが固定される第１のワイヤ固定部と、上記第２のワイヤが固定される第２のワイヤ固定部と、この先端部材の中心軸に垂直に形成された端面を外縁とする凹部であって上記球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された先端部材凹部と、この端面を中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる先端部材傾斜面と、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の先端部ワイヤ孔及び第２のワイヤを導通する第２の先端部ワイヤ孔とを有し、
上記ｎ−１個の連結部材の各々は、一方の端部に、この連結部材の中心軸に垂直に形成された第１の端面を外縁とする凹部であって上記球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された第１の連結部材凹部と、上記第１の端面をこの連結部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第１の連結部材傾斜面とを有し、他方の端部に、この連結部材の中心軸に垂直に形成された第２の端面を外縁とする凹部であって上記球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された第２の連結部材凹部と、この連結部材本体に対して上記第１の連結部材傾斜面と同一側にあって第２の端面をこの連結部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第２の連結部材傾斜面とを有し、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の連結部ワイヤ孔及び第２のワイヤを導通する第２の連結部ワイヤ孔を有し、
上記終端部材は、この終端部材の中心軸に垂直に形成された端面を外縁とする凹部であって上記球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された終端部材凹部と、上記端面をこの終端部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる終端部材傾斜面と、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の終端部ワイヤ孔及び第２ワイヤを導通する第２の終端部ワイヤ孔とを有し、
上記先端部材の先端部材凹部を第１の球状部材に摺接させ、上記連結部材の第１の連結部材凹部を上記第１の球状部材に摺接させて上記第１の球状部材を上記先端部材凹部と上記第１の連結部材凹部とで摺動自在に挟持し、
上記連結部材の第２の連結部材凹部を第２の球状部材に摺接させ、上記終端部材の終端部材凹部を上記第２の球状部材に摺接させて上記第２の球状部材を上記第２の連結部材凹部と上記終端部材凹部とで摺動自在に挟持することを繰り返して球状部材と連結部材とを交互に連結し、
上記先端部材の第１のワイヤ固定部から第１の先端部ワイヤ孔を導通して延長された第１のワイヤを上記第１の球状部材の第１のガイド溝に案内し、上記第２のワイヤ固定部から第２の先端部ワイヤ孔を導通して延長された第２のワイヤを上記第２の球状部材の第２のガイド溝に案内し、上記第１のワイヤを上記第１の連結部ワイヤ孔に導通して上記第２の球状部材の第１のガイド溝に案内し、上記第２のワイヤを上記第２の連結部ワイヤ孔に導通して上記第２の球状部材の第２のガイド溝に案内して、ｎ個の球状部材と連結部材とを上記先端部材と上記連結部材と上記終端部材の各中心軸と、上記先端部材傾斜面と上記第１及び第２の連結部材傾斜面と上記終端部材傾斜面との位置が一致するように各部材を連結し、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤを上記駆動手段に連結し、
上記駆動手段が上記中心軸に平行に上記第１のワイヤ又は第２のワイヤの何れかを送り出すとともに他方を引っ張るとき、上記先端部材及び各連結部材が上記終端部材に対して引っ張られるワイヤ側に曲折し、上記各部材が中心軸に沿って鉛直に連結された状態から先端部材傾斜面と連結部材傾斜面、及び／又は連結部材傾斜面と終端部材傾斜面とが互いに当接するまでの領域を可動領域とすることを特徴とする請求項１記載の動作表出装置。
【請求項７】
上記球状部材は、上記第１のガイド溝と平行な第３のガイド溝と上記第２のガイド溝と平行な第４のガイド溝とを有し、
上記先端部材の第１のワイヤ固定部及び上記第２のワイヤ固定部は、並列した２つのワイヤ孔として設けられ、
上記先端部材は、上記第１の先端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の先端部ワイヤ孔と上記第２の先端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の先端部ワイヤ孔とを有し、
上記連結部材は、上記第１の連結部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の連結部ワイヤ孔と上記第２の連結部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の連結部ワイヤ孔とを有し、
上記終端部材は、上記第１の終端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の終端部ワイヤ孔と上記第２の終端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の終端部ワイヤ孔とを有し、
上記第１のワイヤは、上記第１の終端部ワイヤ孔に導通され、第ｎ番目の球状部材の第１のガイド溝に案内されて上記第ｎ−１番目の連結部材の第１の連結部ワイヤ孔に導通され、球状部材の第１のガイド溝と連結部材の第１の連結部ワイヤ孔に交互に順次案内された後、上記第１の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第１の固定部の一方のワイヤ孔から導出されて折り返され、他方のワイヤ孔から挿入され、上記第３の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第２の球状部材の第３のガイド溝に案内され、上記第１の連結部材の第３の連結部ワイヤ孔に導通され、球状部材の第３のガイド溝と連結部材の第３の連結部ワイヤ孔に交互に順次案内された後、上記第３の終端部ワイヤ孔から導出されており、
上記第２のワイヤは、上記第２の終端部ワイヤ孔に導通され、第ｎ番目の球状部材の第２のガイド溝に案内されて上記第ｎ−１番目の連結部材の第２の連結部ワイヤ孔に導通され、球状部材の第２のガイド溝と連結部材の第２の連結部ワイヤ孔に交互に順次案内された後、上記第２の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第２の固定部の一方のワイヤ孔から導出されて折り返され、他方のワイヤ孔から挿入され、上記第４の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第２の球状部材の第４のガイド溝に案内され、上記第１番目の連結部材の第４の連結部ワイヤ孔に導通され、球状部材の第４のガイド溝と連結部材の第４の連結部ワイヤ孔に交互に順次案内された後、上記第４の終端部ワイヤ孔から導出されており、
上記駆動手段には、上記第１の固定部のワイヤ孔で絡げ折り返された第１のワイヤの２つのワイヤ端部と、上記第２の固定部のワイヤ孔で絡げ折り返された第２のワイヤの２つのワイヤ端部とが連結されていることを特徴とする請求項６記載の動作表出装置。
【請求項８】
上記先端部材には、上記先端部材傾斜面が設けられた位置の反対位置に第２の先端部材傾斜面が形成され、
上記連結部材には、上記第１の連結部材傾斜面及び上記第２の連結部材傾斜面が設けられた位置の反対位置に第３の連結部材傾斜面及び第４の連結部材傾斜面が形成され、
上記終端部材には、上記終端部材傾斜面が設けられた位置の反対位置に第２の終端部材傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項６記載の動作表出装置。
【請求項９】
上記先端部材傾斜面、上記第１の連結部材傾斜面、上記第２の連結部材傾斜面及び上記終端部材傾斜面の端面に対する角度を変更し、上記先端部材の連結部材に対する可動範囲、及び／又は上記連結部材の上記終端部材に対する可動範囲を調整することを特徴とする請求項６記載の動作表出装置。
【請求項１０】
第１のワイヤと、
第２のワイヤと、
第１の球状部材と、
第２の球状部材と、
先端部材と、
連結部材と、
終端部材と、
駆動手段とを備え、
上記先端部材と上記終端部材との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤで連結され、
上記終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が上記駆動手段に連結され、該駆動手段は、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤの一方を送り出すとともに他方を引っ張ることを特徴とする手指機構。
【請求項１１】
上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤは、先端部材の固定位置で折り返され、上記駆動手段には、上記第１のワイヤの両端部と上記第２のワイヤの両端部とが連結されることを特徴とする請求項１０記載の手指機構。
【請求項１２】
上記先端部材の先端部に緩衝手段を備え、
上記緩衝手段は、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤを固定するワイヤ固定部を有し、
上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤは、上記緩衝手段に固定されていることを特徴とする請求項１０記載の手指機構。
【請求項１３】
上記駆動手段は、回転中心からの長さが異なるアームを有し、該アーム長によって、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤの送り出しの長さ及び引き戻しの長さが調整されることを特徴とする請求項１０記載の手指機構。
【請求項１４】
上記駆動手段は、径の異なるプーリを有し、該径長により巻き取られるワイヤ長を変えて、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤの送り出しの長さ及び引き戻しの長さが調整されることを特徴とする請求項１０記載の手指機構。
【請求項１５】
上記第１の球状部材は、上記第１のワイヤが案内される第１のガイド溝及び上記第２のワイヤが案内される第２のガイド溝を有し、
上記第２の球状部材は、上記第１のワイヤが案内される第１のガイド溝及び上記第２のワイヤが案内される第２のガイド溝を有し、
上記先端部材は、上記第１のワイヤが固定される第１のワイヤ固定部と、上記第２のワイヤが固定される第２のワイヤ固定部と、この先端部材の中心軸に垂直に形成された端面を外縁とする凹部であって上記第１の球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された先端部材凹部と、この端面を中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる先端部材傾斜面と、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の先端部ワイヤ孔及び第２のワイヤを導通する第２の先端部ワイヤ孔とを有し、
上記連結部材は、一方の端部に、この連結部材の中心軸に垂直に形成された第１の端面を外縁とする凹部であって上記第１の球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された第１の連結部材凹部と、上記第１の端面をこの連結部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第１の連結部材傾斜面とを有し、他方の端部に、この連結部材の中心軸に垂直に形成された第２の端面を外縁とする凹部であって上記第２の球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された第２の連結部材凹部と、この連結部材本体に対して上記第１の連結部材傾斜面と同一側にあって第２の端面をこの連結部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第２の連結部材傾斜面とを有し、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の連結部ワイヤ孔及び第２のワイヤを導通する第２の連結部ワイヤ孔を有し、
上記終端部材は、この終端部材の中心軸に垂直に形成された端面を外縁とする凹部であって上記第２の球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された終端部材凹部と、上記端面をこの終端部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる終端部材傾斜面と、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の終端部ワイヤ孔及び第２ワイヤを導通する第２の終端部ワイヤ孔とを有し、
上記先端部材の先端部材凹部を上記第１の球状部材に摺接させ、上記連結部材の第１の連結部材凹部を上記第１の球状部材に摺接させて上記第１の球状部材を上記先端部材凹部と上記第１の連結部材凹部とで摺動自在に挟持し、
上記連結部材の第２の連結部材凹部を上記第２の球状部材に摺接させ、上記終端部材の終端部材凹部を上記第２の球状部材に摺接させて上記第２の球状部材を上記第２の連結部材凹部と上記終端部材凹部とで摺動自在に挟持し、
上記先端部材の第１のワイヤ固定部から第１の先端部ワイヤ孔を導通して延長された第１のワイヤを上記第１の球状部材の第１のガイド溝に案内し、上記第２のワイヤ固定部から第２の先端部ワイヤ孔を導通して延長された第２のワイヤを上記第１の球状部材の第２のガイド溝に案内し、上記第１のワイヤを上記第１の連結部ワイヤ孔に導通して上記第２の球状部材の第１のガイド溝に案内し、上記第２のワイヤを上記第２の連結部ワイヤ孔に導通して上記第２の球状部材の第２のガイド溝に案内して、上記先端部材と上記連結部材と上記終端部材の各中心軸と、上記先端部材傾斜面と上記第１及び第２の連結部材傾斜面と上記終端部材傾斜面との位置が一致するように各部材を連結し、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤを上記駆動手段に連結し、
上記駆動手段が上記中心軸に平行に上記第１のワイヤ又は第２のワイヤの何れかを送り出すとともに他方を引っ張るとき、上記先端部材及び上記連結部材が上記終端部材に対して引っ張られるワイヤ側に曲折し、上記各部材が中心軸に沿って鉛直に連結された状態から上記先端部材傾斜面と上記連結部材傾斜面、及び／又は上記連結部斜面と上記終端部斜面とが互いに当接するまでの範囲を可動範囲とすることを特徴とする請求項１０記載の手指機構。
【請求項１６】
上記球状部材は、上記第１のガイド溝と平行な第３のガイド溝と上記第２のガイド溝と平行な第４のガイド溝とを有し、
上記先端部材の第１のワイヤ固定部及び上記第２のワイヤ固定部は、並列した２つのワイヤ孔として設けられ、
上記先端部材は、上記第１の先端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の先端部ワイヤ孔と上記第２の先端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の先端部ワイヤ孔とを有し、
上記連結部材は、上記第１の連結部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の連結部ワイヤ孔と上記第２の連結部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の連結部ワイヤ孔とを有し、
上記終端部材は、上記第１の終端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の終端部ワイヤ孔と上記第２の終端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の終端部ワイヤ孔とを有し、
上記第１のワイヤは、上記第１の終端部ワイヤ孔に導通され、第２の球状部材の第１のガイド溝に案内されて上記第１の連結部ワイヤ孔に導通され、上記第１の球状部材の第１のガイド溝を案内された後、上記第１の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第１の固定部の一方のワイヤ孔から導出されて折り返され、他方のワイヤ孔から挿入され、上記第３の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第１の球状部材の第３のガイド溝に案内され、上記第３の連結部ワイヤ孔に導通されて上記第２の球状部材の第３のガイド溝の案内され、上記第３の終端部ワイヤ孔から導出されており、
上記第２のワイヤは、上記第２の終端部ワイヤ孔に導通され、第２の球状部材の第２のガイド溝に案内されて上記第２の連結部ワイヤ孔に導通され、上記第１の球状部材の第２のガイド溝を案内された後、上記第２の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第２の固定部の一方のワイヤ孔から導出されて折り返され、他方のワイヤ孔から挿入され、上記第４の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第１の球状部材の第４のガイド溝に案内され、上記第４の連結部ワイヤ孔に導通されて上記第２の球状部材の第４のガイド溝の案内され、上記第４の終端部ワイヤ孔から導出されており、
上記駆動手段には、上記第１の固定部のワイヤ孔で絡げ折り返された第１のワイヤの２つのワイヤ端部と、上記第２の固定部のワイヤ孔で絡げ折り返された第２のワイヤの２つのワイヤ端部とが連結されていることを特徴とする請求項１５記載の手指機構。
【請求項１７】
上記先端部材傾斜面、上記第１の連結部材傾斜面、上記第２の連結部材傾斜面及び上記終端部材傾斜面の端面に対する角度を変更し、上記先端部材の連結部材に対する可動範囲、及び／又は上記連結部材の上記終端部材に対する可動範囲を調整することを特徴とする請求項１５記載の手指機構。
【請求項１８】
第１のワイヤと、第２のワイヤと、第１の球状部材と、第２の球状部材と、先端部材と、連結部材と、終端部材とを備え、上記先端部材と上記終端部材との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤで連結された手指機構を複数有し、
上記終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が連結され、一方を送り出すとともに他方を引っ張る駆動手段を備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項１９】
上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤは、上記先端部材の固定位置で折り返され、上記駆動手段には、上記第１のワイヤの両端部と上記第２のワイヤの両端部とが連結されることを特徴とする請求項１８記載のロボットハンド。
【請求項２０】
上記手指機構は、
上記先端部材の先端部に緩衝手段を備え、
上記緩衝手段は、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤを固定するワイヤ固定部を有し、
上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤは、上記緩衝手段に固定されていることを特徴とする請求項１８記載のロボットハンド。
【請求項２１】
上記駆動手段は、回転中心からの長さが異なるアームを有し、該アーム長によって、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤの送り出しの長さ及び引き戻しの長さが調整されることを特徴とする請求項１８記載のロボットハンド。
【請求項２２】
上記駆動手段は、径の異なるプーリを有し、該径長により巻き取られるワイヤ長を変えて、上記第１のワイヤ及び上記第２のワイヤの送り出しの長さ及び引き戻しの長さが調整されることを特徴とする請求項１８記載のロボットハンド。
【請求項２３】
上記第１の球状部材は、上記第１のワイヤが案内される第１のガイド溝及び上記第２のワイヤが案内される第２のガイド溝を有し、
上記第２の球状部材は、上記第１のワイヤが案内される第１のガイド溝及び上記第２のワイヤが案内される第２のガイド溝を有し、
上記先端部材は、上記第１のワイヤが固定される第１のワイヤ固定部と、上記第２のワイヤが固定される第２のワイヤ固定部と、この先端部材の中心軸に垂直に形成された端面を外縁とする凹部であって上記第１の球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された先端部材凹部と、この端面を中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる先端部材傾斜面と、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の先端部ワイヤ孔及び第２のワイヤを導通する第２の先端部ワイヤ孔とを有し、
上記連結部材は、一方の端部に、この連結部材の中心軸に垂直に形成された第１の端面を外縁とする凹部であって上記第１の球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された第１の連結部材凹部と、上記第１の端面をこの連結部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第１の連結部材傾斜面とを有し、他方の端部に、この連結部材の中心軸に垂直に形成された第２の端面を外縁とする凹部であって上記第２の球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された第２の連結部材凹部と、この連結部材本体に対して上記第１の連結部材傾斜面と同一側にあって第２の端面をこの連結部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第２の連結部材傾斜面とを有し、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の連結部ワイヤ孔及び第２のワイヤを導通する第２の連結部ワイヤ孔を有し、
上記終端部材は、この終端部材の中心軸に垂直に形成された端面を外縁とする凹部であって上記第２の球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された終端部材凹部と、上記端面をこの終端部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる終端部材傾斜面と、内部に設けられ上記第１のワイヤを導通する第１の終端部ワイヤ孔及び第２ワイヤを導通する第２の終端部ワイヤ孔とを有し、
上記先端部材の先端部材凹部を上記第１の球状部材に摺接させ、上記連結部材の第１の連結部材凹部を上記第１の球状部材に摺接させて上記第１の球状部材を上記先端部材凹部と上記第１の連結部材凹部とで摺動自在に挟持し、
上記連結部材の第２の連結部材凹部を上記第２の球状部材に摺接させ、上記終端部材の終端部材凹部を上記第２の球状部材に摺接させて上記第２の球状部材を上記第２の連結部材凹部と上記終端部材凹部とで摺動自在に挟持し、
上記先端部材の第１のワイヤ固定部から第１の先端部ワイヤ孔を導通して延長された第１のワイヤを上記第１の球状部材の第１のガイド溝に案内し、上記第２のワイヤ固定部から第２の先端部ワイヤ孔を導通して延長された第２のワイヤを上記第１の球状部材の第２のガイド溝に案内し、上記第１のワイヤを上記第１の連結部ワイヤ孔に導通して上記第２の球状部材の第１のガイド溝に案内し、上記第２のワイヤを上記第２の連結部ワイヤ孔に導通して上記第２の球状部材の第２のガイド溝に案内して、上記先端部材と上記連結部材と上記終端部材の各中心軸と、上記先端部材傾斜面と上記第１及び第２の連結部材傾斜面と上記終端部材傾斜面との位置が一致するように各部材を連結し、
上記中心軸に平行に上記第１のワイヤ又は第２のワイヤの何れかが巻き取られると同時に他方のワイヤが送り出されるとき、上記先端部材及び上記連結部材が上記終端部材に対して引っ張られるワイヤ側に曲折し、上記各部材が中心軸に沿って鉛直に連結された状態から上記先端部材傾斜面と上記連結部材傾斜面、及び／又は上記連結部斜面と上記終端部斜面とが互いに当接するまでの範囲を可動範囲とする手指機構を複数有し、
上記各手指機構の上記第１のワイヤ及び第２のワイヤの何れかを送り出すとともに他方を引っ張る駆動手段を備えることを特徴とする請求項１８記載のロボットハンド。
【請求項２４】
上記手指機構の各々において、
上記球状部材は、上記第１のガイド溝と平行な第３のガイド溝と上記第２のガイド溝と平行な第４のガイド溝とを有し、
上記先端部材の第１のワイヤ固定部及び上記第２のワイヤ固定部は、並列した２つのワイヤ孔として設けられ、
上記先端部材は、上記第１の先端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の先端部ワイヤ孔と上記第２の先端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の先端部ワイヤ孔とを有し、
上記連結部材は、上記第１の連結部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の連結部ワイヤ孔と上記第２の連結部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の連結部ワイヤ孔とを有し、
上記終端部材は、上記第１の終端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の終端部ワイヤ孔と上記第２の終端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の終端部ワイヤ孔とを有し、
上記第１のワイヤは、上記第１の終端部ワイヤ孔に導通され、第２の球状部材の第１のガイド溝に案内されて上記第１の連結部ワイヤ孔に導通され、上記第１の球状部材の第１のガイド溝を案内された後、上記第１の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第１の固定部の一方のワイヤ孔から導出されて折り返され、他方のワイヤ孔から挿入され、上記第３の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第１の球状部材の第３のガイド溝に案内され、上記第３の連結部ワイヤ孔に導通されて上記第２の球状部材の第３のガイド溝の案内され、上記第３の終端部ワイヤ孔から導出されており、
上記第２のワイヤは、上記第２の終端部ワイヤ孔に導通され、第２の球状部材の第２のガイド溝に案内されて上記第２の連結部ワイヤ孔に導通され、上記第１の球状部材の第２のガイド溝を案内された後、上記第２の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第２の固定部の一方のワイヤ孔から導出されて折り返され、他方のワイヤ孔から挿入され、上記第４の先端部ワイヤ孔に導通されて上記第１の球状部材の第４のガイド溝に案内され、上記第４の連結部ワイヤ孔に導通されて上記第２の球状部材の第４のガイド溝の案内され、上記第４の終端部ワイヤ孔から導出されており、
上記駆動手段には、上記第１の固定部のワイヤ孔で絡げ折り返された第１のワイヤの２つのワイヤ端部と、上記第２の固定部のワイヤ孔で絡げ折り返された第２のワイヤの２つのワイヤ端部とが連結されていることを特徴とする請求項２３記載のロボットハンド。
【請求項２５】
上記先端部材傾斜面、上記第１の連結部材傾斜面、上記第２の連結部材傾斜面及び上記終端部材傾斜面の端面に対する角度を変更し、上記先端部材の連結部材に対する可動範囲、及び／又は上記連結部材の上記終端部材に対する可動範囲を調整することを特徴とする請求項２３記載のロボットハンド。
【請求項２６】
上記手指機構毎に駆動手段が設けられていることを特徴とする請求項１８記載のロボットハンド。
【請求項２７】
上記駆動手段は、１つであり、
上記複数の手指機構のうち、第１の手指機構と第２の手指機構の該第１の手指機構の第２のワイヤと該第２の手指機構の第１のワイヤが連結され、上記第２の手指機構の第２のワイヤと第３の手指機構の第１のワイヤとが連結され、隣り合って設けられた各手指機構の第１のワイヤと第２のワイヤとが全体として環状になるように連結されており、
該駆動手段は、環状ワイヤの一部を送り出す又は引き戻すことを特徴とする請求項１８記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動作表出装置、手指機構及びロボットハンドに関し、特に、部品点数を削減して動作制御を容易にした動作表出装置、手指機構及びロボットハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、人間のパートナーとして生活を支援する、すなわち住環境その他の日常生活上の様々な場面における人的活動を支援する実用ロボットの開発が進められている。このような実用ロボットは、産業用ロボットとは異なり、人間の生活環境の様々な局面において、個々に個性の相違した人間、又は様々な環境への適応方法を自ら学習する能力を備えている。例えば、犬、猫のように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模した「ペット型」ロボット、或いは、２足直立歩行を行う動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた「人間型」又は「人間形」ロボット（Ｈｕｍａｎｏｉｄ　Ｒｏｂｏｔ）等の脚式移動ロボットは、既に実用化されつつある。
【０００３】
これらの脚式移動ロボットは、産業用ロボットと比較してエンターテインメント性を重視した様々な動作を行うことができるため、エンターテインメントロボットと呼称される場合もある。これらロボット装置は、人間の生活環境の様々な局面において活躍することが期待されているため、より精巧な動作や高い安全性が求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、動物を模したロボットの尻尾等の構造や人間の手を模したロボットハンドの構造に関する報告は数多くあるが、より動物及び人間的な動作を実現しようとすれば、構造を複雑化してしまう。そうなると、全体のサイズが大型化し、動作には複雑な制御理論を適用する必要があった。
【０００５】
しかし、家庭用エンターテインメントロボットは、小型軽量、低コストが必須条件であり、さらには人間の傍らで動作する性質上、外力によって破損しない強度を持ちつつも周囲の人間を傷つけない程度の剛性及び発生トルク（力量）等といった人間に対する高い安全性が要求される。
【０００６】
そこで本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、部品点数を削減して動作制御を容易にし、外力による破損を防止し、高い安全性を有する動作表出装置、手指機構及びロボットハンドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る動作表出装置は、第１のワイヤと、第２のワイヤと、ｎ個の球状部材と、先端部材と、ｎ−１個の連結部材と、終端部材と、駆動手段とを備え、先端部材と終端部材との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が第１のワイヤ及び第２のワイヤで連結され、終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が駆動手段に連結され、駆動手段は、第１のワイヤ及び第２のワイヤの一方を送り出すとともに他方を引っ張ることを特徴とする。
【０００８】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る手指機構は、第１のワイヤと、第２のワイヤと、第１の球状部材と、第２の球状部材と、先端部材と、連結部材と、終端部材と、駆動手段とを備え、先端部材と終端部材との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が第１のワイヤ及び第２のワイヤで連結され、終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が駆動手段に連結され、該駆動手段は、第１のワイヤ及び第２のワイヤの一方を送り出すとともに他方を引っ張ることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係るロボットハンドは、上述した手指機構を複数有し、駆動手段によって、終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が連結され、一方を送り出すとともに他方を引っ張ることを特徴とする。
【００１０】
上述の動作表出装置、手指機構、ロボットハンドでは、先端部材の先端部に第１のワイヤ及び第２のワイヤを固定するワイヤ固定部を有する緩衝手段を設け、第１のワイヤ及び第２のワイヤを緩衝手段に固定することが好ましい。
【００１１】
また、第１のワイヤ及び第２のワイヤは、回転中心からの長さが異なるアームを介して駆動手段に連結することが好ましく、この場合は、アーム長によって第１のワイヤ及び第２のワイヤの送り出しの長さ及び引っ張りの長さを調整すればよい。
【００１２】
さらに、第１のワイヤ及び第２のワイヤは、径の異なるプーリを介して駆動手段に連結することもできる。この場合、径長を異ならせることによって巻き取られるワイヤ長が変えられるため、第１のワイヤ及び第２のワイヤの送り出しの長さ及び引っ張りの長さが調整できる。
【００１３】
さらに具体的な各部材の構成として、球状部材の各々には、第１のワイヤが案内される第１のガイド溝及び第２のワイヤが案内される第２のガイド溝を設ける。
【００１４】
先端部材には、第１のワイヤが固定される第１のワイヤ固定部と、第２のワイヤが固定される第２のワイヤ固定部と、この先端部材の中心軸に垂直に形成された端面を外縁とする凹部であって球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された先端部材凹部と、この端面を中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる先端部材傾斜面とを設け、さらに内部に第１のワイヤを導通する第１の先端部ワイヤ孔及び第２のワイヤを導通する第２の先端部ワイヤ孔とを設ける。
【００１５】
連結部材の各々には、一方の端部に、この連結部材の中心軸に垂直に形成された第１の端面を外縁とする凹部であって球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された第１の連結部材凹部と、第１の端面をこの連結部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第１の連結部材傾斜面とを設け、他方の端部に、この連結部材の中心軸に垂直に形成された第２の端面を外縁とする凹部であって球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された第２の連結部材凹部と、この連結部材本体に対して第１の連結部材傾斜面と同一側にあって第２の端面をこの連結部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第２の連結部材傾斜面とを設け、さらに内部に第１のワイヤを導通する第１の連結部ワイヤ孔及び第２のワイヤを導通する第２の連結部ワイヤ孔を設ける。
【００１６】
終端部材には、この終端部材の中心軸に垂直に形成された端面を外縁とする凹部であって球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された終端部材凹部と、端面をこの終端部材の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる終端部材傾斜面とを設け、さらに内部に第１のワイヤを導通する第１の終端部ワイヤ孔及び第２ワイヤを導通する第２の終端部ワイヤ孔とを設ける。
【００１７】
そして、これら各部材を、先端部材の先端部材凹部を第１の球状部材に摺接させ、連結部材の第１の連結部材凹部を第１の球状部材に摺接させて第１の球状部材を先端部材凹部と第１の連結部材凹部とで摺動自在に挟持し、連結部材の第２の連結部材凹部を第２の球状部材に摺接させ、終端部材の終端部材凹部を第２の球状部材に摺接させて第２の球状部材を第２の連結部材凹部と終端部材凹部とで摺動自在に挟持することを繰り返して球状部材と連結部材とを交互に連結する。
【００１８】
このとき第１のワイヤを先端部材の第１のワイヤ固定部から第１の先端部ワイヤ孔内を導通して延長し、第１の球状部材の第１のガイド溝に案内する。また、第２のワイヤを第２のワイヤ固定部から第２の先端部ワイヤ孔内を導通して延長し、第２の球状部材の第２のガイド溝に案内する。さらに第１のワイヤを第１の連結部ワイヤ孔に導通して第２の球状部材の第１のガイド溝に案内し、第２のワイヤを第２の連結部ワイヤ孔に導通して第２の球状部材の第２のガイド溝に案内して、各球状部材と連結部材とを先端部材と連結部材と終端部材の各中心軸と、先端部材傾斜面と第１及び第２の連結部材傾斜面と終端部材傾斜面との位置が一致するように各部材を連結する。
【００１９】
駆動手段が各部材の中心軸に平行に第１のワイヤ又は第２のワイヤの何れかを引っ張ると同時に他方のワイヤを送り出すとき、各部材が中心軸に沿って鉛直に連結された状態から先端部材傾斜面と連結部材傾斜面、及び／又は連結部材傾斜面と終端部材傾斜面とが互いに当接するまでの領域を可動領域として、引っ張られるワイヤ側に曲折する。
【００２０】
ここで、手指機構以外の一般的な動作表出装置として用いる場合には、先端部材に、先端部材傾斜面が設けられた位置の反対位置に第２の先端部材傾斜面を設け、連結部材に、第１の連結部材傾斜面及び第２の連結部材傾斜面が設けられた位置の反対位置に第３の連結部材傾斜面及び第４の連結部材傾斜面を設けてもよい。
【００２１】
また、先端部材傾斜面、第１の連結部材傾斜面、第２の連結部材傾斜面及び終端部材傾斜面の端面に対する角度を変更することもできる。このとき、先端部材の連結部材に対する可動範囲、及び／又は連結部材の終端部材に対する可動範囲が調整できる。
【００２２】
ロボットハンドの場合、手指機構毎に駆動手段が設けられていてもよい。１つの駆動手段によって駆動する場合には、複数の手指機構のうち、第１の手指機構と第２の手指機構の該第１の手指機構の第２のワイヤと該第２の手指機構の第１のワイヤとを連結し、第２の手指機構の第２のワイヤと第３の手指機構の第１のワイヤとを連結するというように、隣り合って設けられた各手指機構の第１のワイヤと第２のワイヤとが全体として環状になるように連結し、この環状ワイヤの一部を送り出す又は引き戻すようにすることが好ましい。
【００２３】
また、ここで、第１のワイヤ及び第２のワイヤは、先端部材の固定位置で折り返され、駆動手段に第１のワイヤの両端部と第２のワイヤの両端部とが連結されるようにもできる。この場合、球状部材に、第１のガイド溝と平行な第３のガイド溝と第２のガイド溝と平行な第４のガイド溝とを設け、先端部材の第１のワイヤ固定部及び第２のワイヤ固定部を並列した２つのワイヤ孔とする。また、先端部材には、第１の先端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の先端部ワイヤ孔と第２の先端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の先端部ワイヤ孔とを設け、連結部材には、第１の連結部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の連結部ワイヤ孔と第２の連結部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の連結部ワイヤ孔とを設け、終端部材には、第１の終端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第３の終端部ワイヤ孔と第２の終端部ワイヤ孔と平行に内部を貫通した第４の終端部ワイヤ孔とを設ける。
【００２４】
またこのとき、第１のワイヤは、第１の終端部ワイヤ孔に導通し、第ｎ番目の球状部材の第１のガイド溝に案内し第ｎ−１番目の連結部材の第１の連結部ワイヤ孔に導通し、球状部材の第１のガイド溝と連結部材の第１の連結部ワイヤ孔に交互に順次案内した後、第１の先端部ワイヤ孔に導通して第１の固定部の一方のワイヤ孔から導出して折り返す。そして、他方のワイヤ孔から挿入し、第３の先端部ワイヤ孔に導通して第２の球状部材の第３のガイド溝に案内し、第１の連結部材の第３の連結部ワイヤ孔に導通し、球状部材の第３のガイド溝と連結部材の第３の連結部ワイヤ孔に交互に順次案内した後、第３の終端部ワイヤ孔から導出する。
【００２５】
また、第２のワイヤを、第２の終端部ワイヤ孔に導通し、第ｎ番目の球状部材の第２のガイド溝に案内して第ｎ−１番目の連結部材の第２の連結部ワイヤ孔に導通し、球状部材の第２のガイド溝と連結部材の第２の連結部ワイヤ孔に交互に順次案内した後、第２の先端部ワイヤ孔に導通して第２の固定部の一方のワイヤ孔から導出して折り返す。そして、他方のワイヤ孔から挿入し、第４の先端部ワイヤ孔に導通して第２の球状部材の第４のガイド溝に案内し、第１番目の連結部材の第４の連結部ワイヤ孔に導通し、球状部材の第４のガイド溝と連結部材の第４の連結部ワイヤ孔に交互に順次案内した後、第４の終端部ワイヤ孔から導出する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
本発明の具体例として示す動作表出装置は、複数の屈曲可動部を少ない部品点数により構成し、さらにその制御方法も簡素化したものであり、本明細書では動作表出装置の中でも、特に、人間の生活環境の様々な局面において、個々に個性の相違した人間又は様々な環境への適応方法を自ら学習する能力を備え、エンターテインメント性を重視した様々な動作を行うことができるヒューマノイドロボットのロボットハンドに適用した場合について図面を参照にして詳細に説明する。
【００２８】
図１（ａ）乃至図１（ｂ）に、本具体例として示すロボットハンド１の「指」である手指機構本体部分の基本的な構造を示す。手指機構１０は、第１のワイヤ１１と、第２のワイヤ１２と、第１の球状部材１３と、第２の球状部材１４と、先端部材１５と、連結部材１６と、終端部材１７とを備えており、先端部材１５と終端部材１７との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が第１のワイヤ１１及び第２のワイヤ１２で連結されている。先端部材１５のさらに先端部分には、ワイヤ固定部を保護するとともに「指先」を構成する保護カバー１８が取り付けられている。
【００２９】
したがって、手指機構１０は、第１の球状部材１３が第１関節をなし、第２の球状部材１４が第２関節をなしている。これにより、手指機構の内側（手のひら側）に導通された第１のワイヤ１１と手指機構の外側（手の甲側）に導通された第２のワイヤ１２との送り出し及び引き戻しにより「指を曲げる」及び「指を伸ばす」の動作が可能である。
【００３０】
本具体例のロボットハンド１は、上述のような手指機構を複数有して構成され、各手指機構の終端部材から導出される第１のワイヤ１１及び第２のワイヤ１２のワイヤ端部が、後述する駆動部に連結されている。上述の手指機構をロボットハンドに適用した場合、手を「握る」及び「開く」の動作が可能となる。なお、図１（ａ）乃至図１（ｃ）では、説明の便宜上、各部材の連結関係が分かり易いように各部材を指先方向に離間して示している。
【００３１】
続いて、個々の部材に関して具体的に説明する。
【００３２】
第１の球状部材１１、第２の球状部材１２には、第１のワイヤ１１及び第２のワイヤ１２が案内されるガイド溝が設けられている。本具体例では、特に、ワイヤが先端部で折り返して固定することで、結果として手指機構の内側（手のひら側）と手指機構の外側（手の甲側）とでそれぞれ２本ずつのワイヤにより連結されている。この手指機構の内側（手のひら側）と手指機構の外側（手の甲側）の計４本のワイヤにより、「指を曲げる」及び「指を伸ばす」の動作が可能となっている。
【００３３】
具体的には第１の球状部材１３は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように第１のガイド溝１３１と平行な第３のガイド溝１３１ａと第２のガイド溝１３２と平行な第４のガイド溝１３２ａとを有している。また、先端部材の第１のワイヤ固定部１５１及び第２のワイヤ固定部１５２は、並列した２つのワイヤ孔として形成されている。
【００３４】
また、図示しないが、先端部材１５には、手のひら側にこの先端部材１５の内部を貫通して設けられた第１の先端部ワイヤ孔が設けられ、さらにこの第１の先端部ワイヤ孔に平行に第３の先端部ワイヤ孔が設けられている。手の甲側に相当する位置にも同様に第２の先端部ワイヤ孔と第４の先端部ワイヤ孔とが並列して設けられている。　連結部材１６にもまた、手のひら側に第１の連結部ワイヤ孔と第３の連結部ワイヤ孔とが並列して設けられ、手の甲側に第２の連結部ワイヤ孔と第４の連結部ワイヤ孔とが並列して設けられている。終端部材１７も同様に、手のひら側の内部に第１の終端部ワイヤ孔と第３の終端部ワイヤ孔とが並列して設けられ、手の甲側の内部に第２の終端部ワイヤ孔と第４の終端部ワイヤ孔とが並列して設けられている。
【００３５】
このように各ワイヤを２重にすることによって、後述の図６に示すように、過負荷によって強引に動かされた場合であっても、もとの状態に復旧する際に部材の脱落等がなく、スムースな復旧が期待できる。
【００３６】
先端部材１５は、第１のワイヤ１１が固定される第１のワイヤ固定部１５１と、第２のワイヤ１２が固定される第２のワイヤ固定部１５２とを有している。また、先端部材１５は、この先端部材１５の中心軸に垂直な端面１５３を外縁とする凹部であって第１の球状部材１３の表面曲率と略同率に湾曲された先端部材凹部１５４と、端面１５３を中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる先端部材傾斜面１５５とを有している。先端部材１５の内部には、図１には図示しないが、上述した第１のワイヤ１１を導通する第１の先端部ワイヤ孔と第３の先端部ワイヤ孔、第２の先端部ワイヤ孔と第４の先端部ワイヤ孔とが設けられている。
【００３７】
連結部材１６は、一方の端部に、この連結部材１６の中心軸に垂直に形成された第１の端面１６１を外縁とする凹部であって第１の球状部材１３の表面曲率と略同率に湾曲された第１の連結部材凹部１６２と、第１の端面１６１をこの連結部材１６の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第１の連結部材傾斜面１６３とを有している。また、他方の端部に、この連結部材１６の中心軸に垂直に形成された第２の端面１６４を外縁とする凹部であって第２の球状部材１４の表面曲率と略同率に湾曲された第２の連結部材凹部１６５と、この連結部材本体に対して第１の連結部材傾斜面１６３と同一側（手のひら側）にあって第２の端面１６４をこの連結部材１６の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる第２の連結部材傾斜面１６６とが設けられている。さらに図１には図示しないが、上述のように、内部に第１の連結部ワイヤ孔と第３の連結部ワイヤ孔、第２の連結部ワイヤ孔と第４の連結部ワイヤ孔１６７とが設けられている。
【００３８】
終端部材１７は、この終端部材１７の中心軸に垂直に形成された端面１７１を外縁とする凹部であって球状部材の表面曲率と略同率に湾曲された終端部材凹部１７２が設けられている。また、端面をこの終端部材１７の中心軸に対して所定角度で斜めに切り欠いてできる終端部材傾斜面１７３とが設けられている。また、上述したように図１には図示しないが、内部に第１の終端部ワイヤ孔と第３の終端部ワイヤ孔、第２の終端部ワイヤ孔と第４の終端部ワイヤ孔とが設けられている。
【００３９】
そして、これら各部材を以下のように組み付ける。
【００４０】
先端部材１５の先端部材凹部１５４を第１の球状部材表面に摺接させ、連結部材１６の第１の連結部材凹部１６２を第１の球状部材表面に摺接させて第１の球状部材１３を先端部材凹部１５４と第１の連結部材凹部１６２とで摺動自在に挟持し、連結部材１６の第２の連結部材凹部１６５を第２の球状部材１４に接触させ、終端部材１７の終端部材凹部１７２を第２の球状部材１４に接触させて第２の球状部材１４を第２の連結部材凹部１６５と終端部材凹部１７２とで摺動自在に挟持することを繰り返して球状部材と連結部材１６とを交互に連結する。
【００４１】
このとき第１のワイヤ１１は、第１の終端部ワイヤ孔から挿入され、第２の球状部材１４の第１のガイド溝１４１内を通って第１の連結部ワイヤ孔に導かれ、第１の球状部材１３の第１のガイド溝１３１に沿って延長された後、第１の先端部ワイヤ孔を通って第１のワイヤ固定部１５１の一方のワイヤ孔から導出される。第１のワイヤ１１は、ここで折り返され、他方のワイヤ孔から挿入され、第３の先端部ワイヤ孔を通って第１の球状部材１３の第３のガイド溝１３１ａに沿って延長され、第３の連結部ワイヤ孔を通って第２の球状部材１４の第３のガイド溝１４１ａに案内され、第３の終端部ワイヤ孔から導出される。
【００４２】
また、第２のワイヤ１２は、第２の終端部ワイヤ孔から挿入され、第２の球状部材１４の第２のガイド溝１４２内を通って第２の連結部ワイヤ孔に導かれ、第１の球状部材１３の第２のガイド溝１３２に沿って延長された後、第２の先端部ワイヤ孔を通って第２のワイヤ固定部１５２の一方のワイヤ孔から導出される。第２のワイヤ１２は、ここで折り返され、他方のワイヤ孔から挿入され、第４の先端部ワイヤ孔を通って第１の球状部材１３の第４のガイド溝１３２ａに沿って延長され、第４の連結部ワイヤ孔を通って第２の球状部材１４の第４のガイド溝１４２ａに案内され、第４の終端部ワイヤ孔から導出される。
【００４３】
このようにワイヤによって各部材を連結する際には、各球状部材、連結部材１６、先端部材１５及び終端部材１７の各中心軸と、先端部材傾斜面１５５と第１の連結部材傾斜面１６３、及び第２の連結部材傾斜面１６６と終端部材傾斜面１７３との位置が一致するようにする。
【００４４】
図２及び図３に手指機構１０がワイヤの動きに応じて「曲げ伸ばし動作」する様子が示されている。図２には手指機構１０の外観が、図３（ａ）乃至図３（ｂ）には手指機構１０の断面が示されている。手のひら側内部に導通している第１のワイヤ１１が引かれるとともに手の甲側内部に導通している第２のワイヤ１２が送り出されると、手指機構１０は手のひら側に折り曲げられる。
【００４５】
第１のワイヤ１１が引かれるとき、第１の先端部材傾斜面１５５と第１の連結部材傾斜面１６３とが当接するまでの範囲、及び第２の連結部材傾斜面１６５と終端部材傾斜面１７３とが当接するまでの範囲が、指を折り曲げる際の可動領域となる。一方、この手指機構１０が折り曲げ位置にある状態から第２のワイヤ１２が引かれると伸ばされ、先端部材の端面と連結部材の第１の端面とが当接する位置及び連結部材の第２の端面と終端部材の端面とが当接する位置で動きが規制される。したがって、各傾斜面の端面に対する切欠角度を変更することによって、関節の可動範囲を調整することができる。
【００４６】
また、手指機構といった限定的な使用ではなく一般的な屈曲動作を表現するための動作表出装置として用いる場合、第１の先端部材傾斜面、第１の連結部材傾斜面、第２の連結部材傾斜面、終端部材傾斜面の反対側に図１（ｃ）に破線で示すような切欠面（傾斜面）を設けると、第２のワイヤを引くときの可動領域を拡げることができる。
【００４７】
以上説明した手指機構１０では、先端部材１５の先端部、保護カバー１８内部に緩衝機構１９を設けるとよい。第１のワイヤ１１及び第２のワイヤ２は、この緩衝機構１９の一部に固定する。
【００４８】
緩衝機構１９の一例を図４（ａ）乃至図４（ｃ）、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。図４（ａ）は、緩衝機構を備える手指機構を一部可視的に示した図、図４（ｂ）は、手指機構の正面図、図４（ｃ）は、手指機構の側面図である。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に、緩衝機構の緩衝動作を示す。
【００４９】
緩衝機構１９は、第１のフランジ１９１と第２のフランジ１９２と芯材１９３とコイルばね１９４とを有し、第２のフランジ１９２において先端部材１５と接合されているものがあげられる。第２のフランジ１９２と一体化された芯材１９３にコイルばね１９４を装着し第１のフランジ１９１をコイルばね１９４に固定する。第１のワイヤ１１及び第２のワイヤ１２を第１のフランジ１９１に連結する。
【００５０】
例えば、ロボットハンド１が物体を握るときを考えると、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１のワイヤ１１が引かれれば、指は曲がるが物体に接触した時点で動かなくなる。本具体例では緩衝機構１９を備えることにより、この状態からさらにワイヤを引くことができる。ワイヤが引かれると、第１のフランジ１９１が第２のフランジ１９２方向に引っ張られて指の屈曲角度はそのままで、ばねが圧縮され、ばね張力が発生する。これがロボットハンド１の握力となる。
【００５１】
また、図６に示すように、該手指機構１０が所定量伸びた状態或いは曲がった状態で外部から過負荷がかかり、強引に動かされた場合であっても、緩衝機構１９によってばねの圧縮分の余裕ができるため、関節が適度に曲がる。また、極端な負荷によって部材間が引き延ばされ、一時的に「脱臼」するような事態になっても、コイルばね１９４の張力により極めて簡単に以前の位置まで復旧でき、破損防止になる。
【００５２】
なお、ここで説明した緩衝機構の構造は、特に上述の構成に限定されない。緩衝機構を備えるほかワイヤ自体に弾性材料を用いることでも同様の利点が得られる。
【００５３】
この手指機構１０は、駆動モータ２０を備えている。第１のワイヤ１１及び第２のワイヤ１２は、駆動モータ２０に繋がれて、駆動モータ２０の回動運動により巻き取られ、又は送り出される。そのため、この手指機構１０のより正確な「曲げ伸ばし動作」のためには、ワイヤの巻き取り量と送り出し量とを等しくすることが重要である。ところが、図７に示すように、手のひら側に配置される第１のワイヤ１１と手の甲側に配置される第２のワイヤ１２とでは、巻き取られる（送り出される）長さが異なってしまう。すなわち、図中に示すＢ，Ｂ′は、Ｂ＞Ｂ′である。
【００５４】
そこで、球状部材に形成されるガイド溝の深さを変えて、手のひら側と手の甲側とで引っ張られるワイヤ長を略同一にする。具体的には、図８に示すように、先端部材１５の中心軸と第１の先端部ワイヤ孔及び第３の先端部ワイヤ孔との距離Ａと、中心軸と第２の先端部ワイヤ孔及び第４の先端部ワイヤ孔との距離Ａ′とを調節することにより、引っ張られるワイヤ長ＢとＢ′とを等しくしている。
【００５５】
駆動モータ２０において、同一の回転量でワイヤ長を調整する方法としては、駆動モータ２０の出力部に回動中心からの長さが異なったアームを設ける方法がある。図９（ａ）乃至図９（ｂ）に示す例は、駆動モータ２０に短アーム２０１と長アーム２０２とを備える場合である。手のひら側に配置される第１のワイヤ１１の方が引き出し量が多いため、第１のワイヤ１１を長アーム２０２に繋ぎ、引き出し量が少ない第２のワイヤ１２を短アーム２０１に繋ぐ。これにより駆動モータ２０を同一回転量にして「曲げ伸ばし動作」が行える。
【００５６】
またこの他にも、駆動モータ２０の出力部回動中心に径の異なるプーリを設ける方法がある。図１０（ａ）乃至図１０（ｂ）に示す例は、駆動モータ２０に大径プーリ２０３と小径プーリ２０４とを備える場合である。手のひら側に配置される第１のワイヤ１１の方が引き出し量が多いため、第１のワイヤ１１を大径プーリ２０３に巻き、引き出し量が少ない第２のワイヤ１２を小径プーリ２０４に巻く。これにより駆動モータ２０を同一回転量にして「曲げ伸ばし動作」が行える。
【００５７】
特に、出力部がプーリの場合、図１１に示すように手指機構１０がプーリの回転中心軸２０５を中心としてどの位置に配置してもワイヤの長さは変わらないため、駆動モータ２０対して手指機構１０の配置位置を変えても手指機構１０の動作に支障がないという利点がある。
【００５８】
図１２には、プーリを備えた手指機構１０を並列に用いて構成されたロボットハンドが示されている。この場合、上述したように駆動モータ２０対して手指機構１０の配置位置を変えても手指機構１０の動作に支障がないため、並設する際の微妙な手指の角度（指の開き具合）の微調整が可能になる。また、親指に相当する位置にも同一の手指機構が適用できるため、パーツの統一化が図れ製造する上でのコスト削減にも繋がる。手指機構毎に駆動モータを用いることによって、各指を独立して動かすことができる。
【００５９】
また、手指機構１０を用いてロボットハンド１を構成する際には、図１３に示すように、ロボットハンド１を構成する全ての手指機構の第１のワイヤ及び第２のワイヤを環状に接続することもできる。
【００６０】
具体的には、各指の間にプーリ２１ａ〜２１ｅを設置してワイヤを折り返す。また、各指先にもプーリ２２ａ〜２２ｅを設置する。ここでは、指先部に上述した緩衝機構が設けられていてもよい。手のひら部分に設けられるプーリ２１ｆを駆動部により可動にすることによって、１つの駆動部により指全体が曲げ伸ばしできる。この構成とした場合、各指を独立して動かすことは困難であるが、負荷の軽い指から順に動作するため、特に、異径物体を把持するような場合には、屈曲量や把持力等を調整しなくとも、ロボットハンドが被把持物体の形状に合わせて自ずと変形し適度な力量で把持できるという利点がある。
【００６１】
ここでは、上述の例のようにプーリ２１ｆの位置を駆動モータとし、ここで出力部のプーリによりワイヤを巻き取る方式にすることもできる。
【００６２】
なお、図１３には、図面の明瞭化のため、第１のワイヤに相当する手のひら側への「曲げ動作」のためのワイヤのみ示しているが、実際は、第２のワイヤに相当する手の甲側への「伸ばし動作」のためのワイヤも備えている。
【００６３】
したがって、以上説明したように、本発明の手指機構によれば、手指を構成する各部材をワイヤによって、いわゆる「数珠繋ぎ」にすることにより、可動部、特に関節部毎にギア機構や駆動部を設けることなく屈曲屈折動作を可能とし、少ない部品点数で簡単にロボットハンドの関節機構を構成することができる。また、この制御も簡素化できる。
【００６４】
また、手指先端のワイヤ固定部にばね張力を与えることより、このばね張力に応じた握力を付与できるとともに、外部からの過負荷に対して一定の許容範囲を設けることができる。また、外力による破損防止、ユーザに対しての安全対策ができる。
【００６５】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６６】
例えば、先端部材１５と第１の球状部材１３とを、また連結部材１６と第２の球状部材１４とをそれぞれ一体化してもよい。或いは第１の球状部材１３と連結部材１６とを、また第２の球状部材１４と終端部材１７とをそれぞれ一体化してもよい。このとき、図６に示すような「ねじれ状態」が生じても、第１の球状部材１３と第２の球状部材１４が脱落する心配がなくなる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る動作表出装置は、第１のワイヤと、第２のワイヤと、ｎ個の球状部材と、先端部材と、ｎ−１個の連結部材と、終端部材と、駆動手段とを備え、先端部材と終端部材との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が第１のワイヤ及び第２のワイヤで連結され、終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が駆動手段に連結され、駆動手段が第１のワイヤ及び第２のワイヤの一方を送り出すとともに他方を引っ張るという構成にすることにより、可動部毎に複雑なギア機構を用いることなく屈曲屈折動作を可能とし、部品点数を削減して動作制御を容易にするとともに製造コストを削減し、外力による破損を防止できる。また、ユーザに対して高い安全性を付与できる。
【００６８】
また、以上説明したように、本発明に係る手指機構は、第１のワイヤと、第２のワイヤと、第１の球状部材と、第２の球状部材と、先端部材と、連結部材と、終端部材と、駆動手段とを備え、先端部材と終端部材との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が第１のワイヤ及び第２のワイヤで連結され、終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が駆動手段に連結され、該駆動手段が第１のワイヤ及び第２のワイヤの一方を送り出すとともに他方を引っ張る構成にすることにより、関節部毎に複雑なギア機構を用いることなくスムースな屈曲屈折動作を可能とし、部品点数を削減して動作制御を容易にするとともに製造コストを削減し、外力による破損を防止できる。また、ユーザに対して高い安全性を付与できる。
【００６９】
また、本発明に係るロボットハンドは、第１のワイヤと、第２のワイヤと、第１の球状部材と、第２の球状部材と、先端部材と、連結部材と、終端部材とを備え、先端部材と終端部材との間に球状部材と連結部材とがこの順番に交互に配置され、各部材が第１のワイヤ及び第２のワイヤで連結された手指機構を複数有し、終端部材から導出される第１のワイヤのワイヤ端部及び第２のワイヤのワイヤ端部が連結され、一方を送り出すとともに他方を引っ張る駆動手段を備えることにより、関節部毎に複雑なギア機構を用いることなくスムースな屈曲屈折動作を可能とし、部品点数を削減して動作制御を容易にするとともに製造コストを削減し、外力による破損を防止できる。また、ユーザに対して高い安全性を付与できる。
【００７０】
以上説明した本発明では、先端部材の先端部に第１のワイヤ及び第２のワイヤを固定するワイヤ固定部を有する緩衝手段を設け、第１のワイヤ及び第２のワイヤを緩衝手段に固定するにより、緩衝手段のばね張力に応じた適度な握力を付与できる。また、緩衝手段を設けることにより、過負荷が加わった際でも破損防止になる。
【００７１】
また、第１のワイヤ及び第２のワイヤを回転中心からの長さが異なるアームを介して駆動手段に連結することによって、第１のワイヤ及び第２のワイヤの送り出しの長さ及び引っ張りの長さをアーム長を変えることで調整できる。或いは、第１のワイヤ及び第２のワイヤを径の異なるプーリを介して駆動手段に連結することによって、第１のワイヤ及び第２のワイヤの送り出しの長さ及び引っ張りの長さをプーリ径を変えることにより調整できる。
【００７２】
また、先端部材傾斜面、第１の連結部材傾斜面、第２の連結部材傾斜面及び終端部材傾斜面の端面に対する角度を変更することによって、先端部材の連結部材に対する可動範囲、及び／又は連結部材の終端部材に対する可動範囲を調整できる。
【００７３】
さらに、手指機構以外の一般的な動作表出装置として用いる場合には、先端部材に、先端部材傾斜面が設けられた位置の反対位置に第２の先端部材傾斜面を設け、連結部材に、第１の連結部材傾斜面及び第２の連結部材傾斜面が設けられた位置の反対位置に第３の連結部材傾斜面及び第４の連結部材傾斜面を設けることによって、第２のワイヤを引いたときの可動領域が拡がる。
【００７４】
また、ロボットハンドの場合、手指機構毎に駆動手段が設けることもできる。１つの駆動手段によって駆動する場合、複数の手指機構のうち、第１の手指機構と第２の手指機構の該第１の手指機構の第２のワイヤと該第２の手指機構の第１のワイヤとを連結し、第２の手指機構の第２のワイヤと第３の手指機構の第１のワイヤとを連結するというように、隣り合って設けられた各手指機構の第１のワイヤと第２のワイヤとが全体として環状になるように連結し、この環状ワイヤの一部を送り出す又は引き戻すようにすることによって、１つの駆動部により指全体が曲げ伸ばしできる。さらに、この構成とした場合、負荷の軽い指から順に動作するため、特に、異径物体を把持するような場合には、屈曲量や把持力等を調整しなくとも、ロボットハンドが被把持物体の形状に合わせて自ずと変形し適度な力量で把持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本具体例として示すロボットハンドの手指機構の斜視図であり、（ｂ）は、上記手指機構の正面図であり、（ｃ）は、上記手指機構の側面図である。
【図２】手指機構がワイヤの動きに応じて「曲げ伸ばし動作」する様子を模式的に示す外観図である。
【図３】手指機構がワイヤの動きに応じて「曲げ伸ばし動作」する様子を模式的に示す断面図である。
【図４】（ａ）は、緩衝機構を備える手指機構を一部可視的に示した斜視図であり、（ｂ）は、上記手指機構の正面図であり、（ｃ）は、上記手指機構の側面図である。
【図５】（ａ）は、緩衝機構が働いている様子を一部可視的にして表した手指機構の斜視図であり、（ｂ）は、上記緩衝機構の緩衝動作を説明する図である。
【図６】上記手指機構が極端な負荷によって一時的に「脱臼」した様子を説明する図である。
【図７】上記手指機構において、手のひら側に配置されるワイヤと手の甲側に配置されるワイヤの巻き取られる長さの違いを説明する図である。
【図８】部材のワイヤ孔及び球状部材のワイヤ溝の位置を工夫した手指機構の断面図である。
【図９】（ａ）は、長さの異なるアームを備える駆動モータにより駆動される手指機構を説明する斜視図であり、（ｂ）は、上記手指機構の正面図であり、（ｃ）は、上記手指機構の側面図である。
【図１０】（ａ）は、径の異なるプーリを備える駆動モータにより駆動される手指機構を説明する斜視図であり、（ｂ）は、上記手指機構の正面図であり、（ｃ）は、上記手指機構の側面図である。
【図１１】駆動モータに対する手指機構の取付位置が可変であることを説明する図である。
【図１２】プーリを備える駆動モータを用いた手指機構により構成されるロボットハンドの概略を説明する図である。
【図１３】手指機構に環状ワイヤを用いて構成したロボットハンドの概略を説明する図である。
【符号の説明】
１　ロボットハンド、１０　手指機構、１１　第１のワイヤ、１２　第２のワイヤ、１３　第１の球状部材、１４　第２の球状部材、１５　先端部材、１６　連結部材、１７　終端部材、１８　保護カバー、１９　緩衝機構、２０　駆動モータ
【図１】
2004042214.tif 000003
【図２】
2004042214.tif 000004
【図３】
2004042214.tif 000005
【図４】
2004042214.tif 000006
【図５】
2004042214.tif 000007
【図６】
2004042214.tif 000008
【図７】
2004042214.tif 000009
【図８】
2004042214.tif 000010
【図９】
2004042214.tif 000011
【図１０】
2004042214.tif 000012
【図１１】
2004042214.tif 000013
【図１２】
2004042214.tif 000014
【図１３】
2004042214.tif 000015