(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準面を有する中手部材と、
前記基準面に設置され、前記基準面と略平行方向に可動体を押し引き動作させる中手側駆動手段と、
前記中手部材の側端部にヒンジを介して揺動自在に接続される基節部材と、
前記基節部材における前記中手部材との接続側端面に設置され、基節部材の揺動に対応して前記基節部材における前記中手部材との接続側端面に沿って直線的に移動可能な移動体を備えるＭＰ用直線案内装置と、
を有し、
前記可動体と前記移動体がリンク機構を介して接続されることにより、
前記基節部材は、前記中手側駆動手段による前記可動体の押し引き動作に応じて揺動することを特徴とするロボット関節構造。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット関節構造において、
前記中手部材は、前記可動体と接続して前記可動体と同一方向に移動可能な移動体を備える中手用直線案内装置を有しており、かかる中手用直線案内装置が前記可動体を案内することを特徴とするロボット関節構造。
【請求項３】
請求項１に記載のロボット関節構造において、
前記リンク機構は、
回転ベアリングと、
前記回転ベアリングの外輪側を固定収納して前記移動体に設置されるベアリングケースと、
前記回転ベアリングの内輪内に回転自在に導通されるとともに前記可動体に接続するリンクシャフトと、
を含むことを特徴とするロボット関節構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット関節構造において、
前記中手側駆動手段はエアシリンダであり、
かかるエアシリンダは、前記可動体としてのロッドを押し引き動作可能であることを特徴とするロボット関節構造。
【請求項５】
基節部材と、
前記基節部材とヒンジを介して揺動自在に接続される中節部材と、
前記中節部材とヒンジを介して接続されるとともに、前記中節部材の揺動方向と同一方向で揺動自在に接続される末節部材と、
を有し、
前記中節部材は、
可動体を前記中節部材の長手方向に押し引き動作させる中節側駆動手段と、
前記可動体に接続され、前記可動体の押し引き動作に連動して同一方向に移動するドライブシャフトと、
を備え、
前記基節部材及び前記末節部材は、それぞれ前記中節部材との接続側端面に自己の揺動に対応して前記接続側端面に沿って直線的に移動可能な移動体を備えるＰＩＰ用直線案内装置及びＤＩＰ用直線案内装置を備え、
前記ドライブシャフトの両端が、前記ＰＩＰ用直線案内装置及び前記ＤＩＰ用直線案内装置の各移動体とリンク機構を介してそれぞれ接続されることにより、
前記基節部材及び前記末節部材は、前記中節側駆動手段による前記可動体の押し引き動作に応じて揺動することを特徴とするロボット関節構造。
【請求項６】
請求項５に記載のロボット関節構造において、
前記中節部材は、前記ドライブシャフトと接続して前記ドライブシャフトと同一方向に移動可能な移動体を備える中節用直線案内装置を有しており、かかる中節用直線案内装置が前記ドライブシャフトを案内することを特徴とするロボット関節構造。
【請求項７】
請求項５に記載のロボット関節構造において、
前記リンク機構は、
回転ベアリングと、
前記回転ベアリングの外輪側を固定収納して前記移動体に設置されるベアリングケースと、
前記回転ベアリングの内輪内に回転自在に導通されるとともに前記可動体に接続するリンクシャフトと、
を含むことを特徴とするロボット関節構造。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のロボット関節構造において、
前記中節側駆動手段はエアシリンダであり、
かかるエアシリンダは、前記可動体としてのロッドを押し引き動作可能であることを特徴とするロボット関節構造。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボット関節構造と、請求項５〜８のいずれか１項に記載のロボット関節構造を組み合わせて構成されることを特徴とするロボットフィンガ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット関節構造及びロボット関節構造を組み合わせて構成するロボットフィンガに係るものであり、特に、スムーズな関節動作を実現し、且つ、把持力の向上を図ったロボット関節構造及びロボットフィンガに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人の指関節は、物を把持するという上肢の内で一番の目的を担う部分であり、最も基本的な蝶番関節である。そして、指関節の機能が傷害されてしまうと上肢の機能の大半が消失するとも言われており、人が物を把持する上で非常に重要な部位である。指の基本的な構造として、第二指から第五指（示指、中指、薬指、小指）の構造を例に挙げて説明すると、人の手の骨格構造を示す図６において示されるように、人の指は、根元から見て中手骨１０、基節骨１２、中節骨１４、末節骨１６の順に構成されており、それらの繋ぎ目である指関節は、中手基節関節（以下、ＭＰ関節と記す）１１、基節中節関節（以下、ＰＩＰ関節と記す）１３及び中節末節関節（以下、ＤＩＰ関節と記す）１５によって構成されている。そして、中手骨１０の部位を中手２０と呼び、以下同様に基節骨１２の部位を基節２２、中節骨１４の部位を中節２４、末節骨１６の部位を末節２６と呼んでいる。【０００３】
指の構造は非常に複雑であるため、その動きも複雑である。例えば、指の根元のＭＰ関節１１は単独で動かすことができるが、その先にあるＰＩＰ関節１３とＤＩＰ関節１５は、連動して動作することになる。すなわち、意識しない自然な状態で指を曲げると、まずＰＩＰ関節１３が屈曲を開始し、ＰＩＰ関節１３が屈曲することでＤＩＰ関節１５が屈曲できるようになる。したがって、人の指は、ＭＰ関節１１を支点として基節２２，中節２４，末節２６全体が一体に折り曲げられる動作と、ＰＩＰ関節１３とＤＩＰ関節１５を支点として基節２２、中節２４、末節２６のそれぞれが折り曲げられるという動作を有していることになる。なお、こうした動きは複雑な筋肉の連携によって実現されるものである。【０００４】
ところで、従来から、以上のような複雑な構造・動作を有する人の指をロボットとして再現し、人に代わって様々な作業を行わせたいとする要請がある。高温・多湿等の悪所や放射線被曝のおそれがある場所、宇宙空間等の特殊環境下での作業等に人の指の機能を備えたロボットを適用できれば、作業効率や安全性の向上、コストの削減を行うことができるからである。そしてこれまで、様々なロボットの関節構造が提案されている。【０００５】
例えば、下記特許文献１には、アームを駆動するモータの回転軸を該アームの揺動運動の中心軸と平行に設けたものが開示されている。この関節構造では、第１アームの先端に第２アームを旋回自在に軸支して関節部を構成する一方、この関節部における揺動運動の中心軸上にモータを設け、かかるモータの回転運動を平歯車等で構成された減速機構を介して第１アーム若しくは第２アームに伝達し、モータの回転方向及び回転量に応じた揺動運動をこれらアーム間に与えている。【０００６】
一方、下記特許文献２及び下記特許文献３には、第１アームと第２アームの間をリンク機構で揺動自在に接続するとともに、かかるリンク機構の一部にボールねじを用い、かかるボールねじをモータで回転させることによって、第１アームを第２アームに対して揺動させるようにしたものが開示されている。例えば、下記特許文献２に開示されている関節構造では、第１アームに対して第２アームが揺動自在に軸支されているが、第２アームには該アームと略平行にねじ軸が設けられており、このねじ軸は第２アームに搭載されたモータによって回転駆動されるように構成されている。また、上記ねじ軸にはナット部材が螺合しており、このナット部材には、第１アームから延びるリンクプレートの端部が回転自在に結合している。これにより、モータを回転させるとねじ軸に螺合するナット部材がねじ軸上をモータの回転量及び回転方向に応じて移動するが、このナット部材にはリンクプレートの端部が結合されていることから、ナット部材の移動に応じた押し出し力又は引き戻し力がリンクプレートから第２アームに対して作用し、これによって第２アームが第１アームに対して揺動運動を生じるようになっている。【０００７】
【特許文献１】特開平０５−０９２３７７号公報
【特許文献２】特開平１０−２１７１５８号公報
【特許文献３】特開２００２−１１３６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に係る関節構造は、モータの回転軸が揺動運動の中心軸と平行に設けられていることから、構造的には非常に簡易なものとなっている。しかしながら、アームを駆動するためのモータや減速機構が関節部の外側に大きく張り出してしまうため、関節部をコンパクトに構成することができないという問題を有している。このため、上記特許文献１に係る関節構造は、堅牢さやメンテナンス性を重視する大型の産業用ロボット等の関節構造としては適しているものの、メカニカルハンドにおける指構造等、小型の関節構造に適用するには不向きであった。【０００９】
一方、上記特許文献２に開示される関節構造では、ねじ軸の回転に伴うナット部材の移動によってリンクプレートが押し引きされ、これによって第１アームに対して第２アームを揺動させることになるが、かかる揺動運動の際にリンクプレートに作用する押し出し力又は引き戻し力の方向は、ナット部材の移動方向とは合致していない。このため、第２アームが揺動運動を行う際には、ねじ軸に対して曲げモーメントが作用してしまい、ねじ軸の軸径を太くする等してねじ軸の剛性を高めなくては、第２アームの揺動に対して充分な力を与えることができないという問題点があった。【００１０】
また、上記特許文献２に開示される関節構造を用いて物品を把持するメカニカルハンドのロボットフィンガを構成した場合、物品を把持した際に発生する反力がリンクプレートを介してねじ軸に曲げモーメントとして作用するので、やはりねじ軸の剛性を充分に確保しなくては、ロボットフィンガが充分な把持力を発揮できないことになってしまう。しかし、曲げモーメントに対するねじ軸の剛性を高めると、関節構造そのものの大型化、重量化に繋がり、小型軽量なロボットフィンガを構成することができないといった問題点が生じてしまう。また、このようなロボットフィンガは、関節ごとに駆動手段としてのボールねじを設けなければならないので、制御対象が多くなってしまうという問題も抱えている。【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、人の指のようなスムーズな関節動作を実現し、且つ、把持力の向上を図ったロボット関節構造及びロボットフィンガを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るロボット関節構造は、基準面を有する中手部材と、前記基準面に設置され、前記基準面と略平行方向に可動体を押し引き動作させる中手側駆動手段と、前記中手部材の側端部にヒンジを介して揺動自在に接続される基節部材と、前記基節部材における前記中手部材との接続側端面に設置され、基節部材の揺動に対応して前記基節部材における前記中手部材との接続側端面に沿って直線的に移動可能な移動体を備えるＭＰ用直線案内装置と、を有し、前記可動体と前記移動体がリンク機構を介して接続されることにより、前記基節部材は、前記中手側駆動手段による前記可動体の押し引き動作に応じて揺動することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るロボット関節構造において、前記中手部材は、前記可動体と接続して前記可動体と同一方向に移動可能な移動体を備える中手用直線案内装置を有しており、かかる中手用直線案内装置が前記可動体を案内するように構成することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係るロボット関節構造において、前記リンク機構は、回転ベアリングと、前記回転ベアリングの外輪側を固定収納して前記移動体に設置されるベアリングケースと、前記回転ベアリングの内輪内に回転自在に導通されるとともに前記可動体に接続するリンクシャフトと、を含むこととすることができる。【００１５】
またさらに、本発明に係るロボット関節構造において、前記中手側駆動手段はエアシリンダであり、かかるエアシリンダは、前記可動体としてのロッドを押し引き動作可能であることとすることができる。【００１６】
本発明に係る別のロボット関節構造は、基節部材と、前記基節部材とヒンジを介して揺動自在に接続される中節部材と、前記中節部材とヒンジを介して接続されるとともに、前記中節部材の揺動方向と同一方向で揺動自在に接続される末節部材と、を有し、前記中節部材は、可動体を前記中節部材の長手方向に押し引き動作させる中節側駆動手段と、前記可動体に接続され、前記可動体の押し引き動作に連動して同一方向に移動するドライブシャフトと、を備え、前記基節部材及び前記末節部材は、それぞれ前記中節部材との接続側端面に自己の揺動に対応して前記接続側端面に沿って直線的に移動可能な移動体を備えるＰＩＰ用直線案内装置及びＤＩＰ用直線案内装置を備え、前記ドライブシャフトの両端が、前記ＰＩＰ用直線案内装置及び前記ＤＩＰ用直線案内装置の各移動体とリンク機構を介してそれぞれ接続されることにより、前記基節部材及び前記末節部材は、前記中節側駆動手段による前記可動体の押し引き動作に応じて揺動することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る別のロボット関節構造において、前記中節部材は、前記ドライブシャフトと接続して前記ドライブシャフトと同一方向に移動可能な移動体を備える中節用直線案内装置を有しており、かかる中節用直線案内装置が前記ドライブシャフトを案内するように構成することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る別のロボット関節構造において、前記リンク機構は、回転ベアリングと、前記回転ベアリングの外輪側を固定収納して前記移動体に設置されるベアリングケースと、前記回転ベアリングの内輪内に回転自在に導通されるとともに前記可動体に接続するリンクシャフトと、を含むこととすることができる。【００１９】
またさらに、本発明に係る別のロボット関節構造において、前記中節側駆動手段はエアシリンダであり、かかるエアシリンダは、前記可動体としてのロッドを押し引き動作可能であることとすることができる。【００２０】
なお、上述した本発明に係るロボット関節構造と、本発明に係る別のロボット関節構造とを組み合わせることにより、ロボットフィンガとして構成することも可能である。【００２１】
なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、人の指のようなスムーズな関節動作を実現し、且つ、把持力の向上を図ったロボット関節構造及びロボットフィンガを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａは、本実施形態に係るロボットフィンガの外観側面を示しており、ロボットフィンガがホームポジションに位置する状態を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本実施形態に係るロボットフィンガの外観側面を示しており、ロボットフィンガが駆動され、物体を把持する位置に移動した状態を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る第１のロボット関節構造を説明するための側面透視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本実施形態に採用することが好適な一般的な直線案内装置を例示する図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本実施形態に係るリンク機構の構成を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る第２のロボット関節構造を説明するための側面透視図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る第２のロボット関節構造を説明するための斜視透視図である。
【図６】図６は、人の手の骨格構造を示すとともに、各部位の名称を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  中手骨、１１  ＭＰ関節、１２  基節骨、１３  ＰＩＰ関節、１４  中節骨、１５  ＤＩＰ関節、１６  末節骨、２０  中手、２２  基節、２４  中節、２６  末節、３０  中手部材、３１ａ  基準面、３１，６１，７１  ヒンジ、３２，６２  エアシリンダ、３２ａ，６２ａ  ロッド、４０  基節部材、４０ａ，４０ｂ，７０ａ  接続側端面、４２，４６，５５，６４，７２  移動体、４２ａ  凹溝、４３，５６，６５  軌道レール、４３ａ  ボール転走溝、４４  ＭＰ関節用直線案内装置、４５  ボール、４８  ＰＩＰ関節用直線案内装置、５０，６９，７５  リンク機構、５１  回転ベアリング、５２  ベアリングケース、５３，５８  接続部材、５４  リンクシャフト、５７  中手用直線案内装置、６０  中節部材、６３  ドライブシャフト、６６  中節用直線案内装置、７０  末節部材、７４  ＤＩＰ関節用直線案内装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。【００２６】
図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係るロボットフィンガの外観側面を示す図であり、特に、図１Ａは、ロボットフィンガがホームポジションに位置する状態を示している。また、図１Ｂは、ロボットフィンガが駆動され、物体を把持する位置に移動した状態を示している。そして、本実施形態に係るロボットフィンガは、２つの駆動手段を備えている関係上、大きく分けて２種類のロボット関節構造によって成り立っている。【００２７】
まず、第１のロボット関節構造は、図１Ａにおいて符号αで示される箇所であり、人の指における中手２０，ＭＰ関節１１，基節２２に相当する部分である。また、第２のロボット関節構造は、図１Ａにおいて符号βで示される箇所であり、人の指における基節２２，ＰＩＰ関節１３，中節２４，ＤＩＰ関節１５，末節２６に相当する部分である。そして、第１及び第２のロボット関節構造は、それぞれ別の駆動手段を備えており、しかも人の指と同様の駆動動作を行えるように構成されている。以下、それぞれのロボット関節構造について詳細に説明する。【００２８】
［第１のロボット関節構造］
図２は、本実施形態に係る第１のロボット関節構造を説明するための側面透視図である。本実施形態に係る第１のロボット関節構造は、基準面３０ａを有する中手部材３０と、中手部材３０の側端部にヒンジ３１を介して揺動自在に接続される基節部材４０と、を備えている。人の指構造に対応させると、中手部材３０は中手２０に、ヒンジ３１はＭＰ関節１１に、基節部材４０は基節２２に相当する部材である。【００２９】
中手部材３０の基準面３０ａには、可動体としてのロッド３２ａを基準面３０ａと略平行方向に押し引き動作させることが可能な中手側駆動手段としてのエアシリンダ３２が設置されている。かかるエアシリンダ３２は、エアの供給によってロッド３２ａが押し出され、エアの吸引によってロッド３２ａが引き戻されるように動作する。【００３０】
一方、基節部材４０における中手部材３０との接続側端面４０ａには、基節部材４０の揺動に対応して移動可能な移動体４２を備えるＭＰ関節用直線案内装置４４が設置されている。このＭＰ関節用直線案内装置４４は、例えば、図３Ａにおいて示されるような、一般的な直線案内装置を採用することが好適である。【００３１】
図３Ａに示すような直線案内装置を採用する場合、まず、断面略矩形状に形成される軌道レール４３は、基節部材４０の接続側端面４０ａにボルト等の接続手段を用いて固定されることになる。ここで、軌道レール４３の両側面には、長手方向に沿ってボール４５…が転走するボール転走溝４３ａが形成されている。また、移動体４２は、凹溝４２ａを有してチャネル状に形成されており、この凹溝４２ａ内に軌道レール４３が遊嵌している。凹溝４２ａの内側面には軌道レール４３のボール転走溝４３ａと対向する負荷転走溝が形成されており、多数のボール４５…が軌道レール４３のボール転走溝４３ａと移動体４２の負荷転走溝との間を転走しながら、軌道レール４３と移動体４２との間に作用する荷重を負荷するようになっている。さらに、移動体４２には、ボール４５…の無限循環路が形成されており、これら多数のボール４５…が無限循環路を循環することにより、軌道レール４３に対して移動体４２が軸方向へ移動可能となっている。【００３２】
なお、本実施形態で使用されるＭＰ関節用直線案内装置４４は、中手部材３０の基準面３０ａに対して角度を持って設置されているが、これは本実施形態に係る基節部材４０のホームポジションが、図１Ａに示したように斜め下方向を向いて設定されているためであり、基節部材４０が円滑に揺動動作を行えるように配慮して設定されたものである。このＭＰ関節用直線案内装置４４の設置角度については、ロボット関節構造の全体構成や把持対象物に応じて任意に設定すれば良い。【００３３】
さらに、本実施形態に係る第１のロボット関節構造においては、ロッド３２ａと移動体４２がリンク機構５０を介して接続されている。このリンク機構５０は、回転ベアリング５１を収納するベアリングケース５２と、回転ベアリング５１に導通するリンクシャフト５４によって構成されている。このリンク機構５０について、図２及び図３Ｂを用いてより詳細に説明すると、移動体４２にはベアリングケース５２が固定設置されており、このベアリングケース５２には外輪側が固定された状態で回転ベアリング５１が収納されている。一方、ロッド３２ａ側には、接続部材５３を介してロッド３２ａと接続するリンクシャフト５４が設置されており、このリンクシャフト５４は回転ベアリング５１の内輪内に回転自在に導通されている。したがって、ロッド３２ａからの押し出し力及び引き戻し力は、リンクシャフト５４を通じて回転ベアリング５１に伝達され、さらに移動体４２へと伝達されることになる。【００３４】
以上の構成を有することにより、基節部材４０は、エアシリンダ３２によるロッド３２ａの押し引き動作に応じて揺動することになる。すなわち、エアの供給によってロッド３２ａが押し出されると、移動体４２はロッド３２ａからの押し出し力を受け、この押し出し力によって、基節部材４０はヒンジ３１を回転中心として矢印Ａの方向に揺動することになる（図２参照）。このとき、移動体４２にはリンク機構５０を介してロッド３２ａの押し出し力が伝達され、移動体４２は基節部材４０の揺動に対応して移動することができるので、基節部材４０のスムーズな揺動が実現する。【００３５】
逆に、エアの吸引によってロッド３２ａが引き戻されると、移動体４２はロッド３２ａからの引き戻し力を受け、この引き戻し力によって、基節部材４０はヒンジ３１を回転中心として矢印Ｂの方向に揺動することになる（図２参照）。このときも同様に、移動体４２にはリンク機構５０を介してロッド３２ａの引き戻し力が伝達され、移動体４２は基節部材４０の揺動に対応して移動することができるので、基節部材４０のスムーズな揺動が実現するのである。【００３６】
さらに、本実施形態に係る第１のロボット関節構造の中手部材３０には、ロッド３２ａと接続して同一方向に移動可能な移動体５５を備える中手用直線案内装置５７が設置されている。この中手用直線案内装置５７についても、図３Ａにおいて示されるような、一般的な直線案内装置を採用することが好適である。具体的な構造としては、図２において示されるように、中手用直線案内装置５７が有する軌道レール５６は、エアシリンダ３２本体に固定されている。また、ロッド３２ａと移動体５５とは接続部材５８を介して接続されており、移動体５５は、ロッド３２ａの押し引き動作に対応してロッド３２ａと同一方向に移動することができるようになっている。そして、移動体５５は、ロッド３２ａに加わる基節部材４０の揺動動作に伴う荷重やモーメントの一部を引き受けることができる。つまり、中手用直線案内装置５７は、ロッド３２ａに加わる荷重を軽減し、第１のロボット関節構造の安定した動作に貢献することができる。【００３７】
［第２のロボット関節構造］
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態に係る第２のロボット関節構造について説明する。図４は、本実施形態に係る第２のロボット関節構造を説明するための側面透視図であり、図５は、本実施形態に係る第２のロボット関節構造を説明するための斜視透視図である。本実施形態に係る第２のロボット関節構造は、基節部材４０と、基節部材４０とヒンジ６１を介して揺動自在に接続される中節部材６０と、中節部材６０とヒンジ７１を介して接続されるとともに、中節部材６０の揺動方向と同一方向で揺動自在に接続される末節部材７０と、を備えている。これらの部材は、人の指構造に対応させると、基節部材４０は基節２２に、ヒンジ６１はＰＩＰ関節１３に、中節部材６０は中節２４に、ヒンジ７１はＤＩＰ関節１５に、末節部材７０は末節２６に相当している。【００３８】
まず、本実施形態に係る第２のロボット関節構造が有する中節部材６０には、可動体としてのロッド６２ａを押し引き動作することができる中節側駆動手段としてのエアシリンダ６２と、ロッド６２ａに接続されるとともに、このロッド６２ａの押し引き動作に連動して同一方向に移動可能なドライブシャフト６３とが設置されている。エアシリンダ６２は、エアの供給によってロッド６２ａが押し出され、エアの吸引によってロッド６２ａが引き戻されるように動作する。一方、ドライブシャフト６３には、ドライブシャフト６３と同一方向に移動可能な移動体６４が接続している。この移動体６４は、中節部材６０に固定設置される駆動レール６５上を移動可能な部材であり、移動体６４と駆動レール６５とによって中節用直線案内装置６６を構成している。そして、移動体６４は、ドライブシャフト６３の移動を案内し、ロッド６２ａとの安定した連動動作を実現させるという役割を担っている。【００３９】
また、中節部材６０を挟むようにその両端に設置される基節部材４０及び末節部材７０には、それぞれ中節部材６０との接続側端面４０ｂ，７０ａに自己の揺動に対応して移動可能な移動体４６，７２を備えるＰＩＰ関節用直線案内装置４８及びＤＩＰ関節用直線案内装置７４を備えている。そして、これらＰＩＰ関節用直線案内装置４８及びＤＩＰ関節用直線案内装置７４が有する各移動体４６，７２には、それぞれリンク機構６９，７５を介してドライブシャフト６３の両端が接続されている。【００４０】
つまり、エアの供給によってロッド６２ａが押し出されると、ドライブシャフト６３は図４において紙面左方向に移動することになるので、基節部材４０の側では移動体４６が引き戻し力を受けて紙面下方向に移動し、その結果として基節部材４０はヒンジ６１を回転中心として矢印Ｃの方向に揺動することになる。一方、末節部材７０の側では、逆に移動体７２が押し出し力を受けて紙面上方向に移動し、その結果として末節部材７０はヒンジ７１を回転中心として矢印Ｅの方向に揺動することになる。このとき、移動体４６，７２には、リンク機構６９，７５を介してドライブシャフト６３の引き戻し力又は押し出し力が伝達され、移動体４６，７２は基節部材４０及び末節部材７０の揺動に対応して移動することができる。したがって、基節部材４０及び末節部材７０のスムーズな揺動が実現することになる。【００４１】
逆に、エアの吸引によってロッド６２ａが引き戻されると、ドライブシャフト６３は紙面右方向に移動して図４で示すような状態になるので、基節部材４０の側では移動体４６が押し出し力を受けて紙面上方向に移動し、図４で示すような状態になる。その結果として基節部材４０はヒンジ６１を回転中心として矢印Ｄの方向に揺動することになる。一方、末節部材７０の側では、逆に移動体７２が引き戻し力を受けて紙面下方向に移動し、その結果として末節部材７０はヒンジ７１を回転中心として矢印Ｆの方向に揺動することになる。このとき、移動体４６，７２には、リンク機構６９，７５を介してドライブシャフト６３の押し出し力又は引き戻し力が伝達され、移動体４６，７２は基節部材４０及び末節部材７０の揺動に対応して移動することができる。したがって、基節部材４０及び末節部材７０のスムーズな揺動が実現する。【００４２】
なお、リンク機構６９，７５については、第１のロボット関節構造で説明したリンク機構５０と同様の構造であるから、説明を省略する。また、ＰＩＰ関節用直線案内装置４８、中節用直線案内装置６６及びＤＩＰ関節用直線案内装置７４についても、第１のロボット関節構造の場合と同様、図３Ａにおいて示されるような、一般的な直線案内装置を採用することが好適である。【００４３】
［ロボットフィンガ］
以上、本発明の好適な実施形態を例示する構造として、第１のロボット関節構造及び第２のロボット関節構造という２種類のロボット関節構造を説明した。ところで、各ロボット関節構造では、基節部材４０という同一の部材を有していたが、これら第１及び第２のロボット関節構造は、共有する基節部材４０の箇所で組み合わせることが可能であり、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すようなロボットフィンガとして構成することができる。【００４４】
そして、中手部材３０、ヒンジ３１、基節部材４０、ヒンジ６１、中節部材６０、ヒンジ７１、末節部材７０によって、人の指構造である中手２０、ＭＰ関節１１、基節２２、ＰＩＰ関節１３、中節２４、ＤＩＰ関節１５、末節２６が再現され、２つのエアシリンダ３２，６２とドライブシャフト６３、３つのリンク機構５０，６９，７５、５つの直線案内装置４４，４８，５７，６６，７４によって指の筋繊維の機能が発揮される。【００４５】
本実施形態で説明した第１及び第２のロボット関節構造、ロボットフィンガでは、その駆動手段として、エアシリンダ３２，６２を採用した場合について例示した。このように駆動手段にエアシリンダ３２，６２を採用したのは、比較的簡単に高い把持力を得ることができるからである。なお、エアシリンダ３２，６２では、ロボット関節構造及びロボットフィンガの動きが把持・解放という２つの動作に限定されてしまうが、本発明に適用可能な駆動手段はエアシリンダ３２，６２に限られるものではない。例えば、電動シリンダやモータ等のあらゆる駆動機構を採用することが可能である。例えば、ステッピングモータ等を採用することによって、姿勢維持と位置制御に優れたロボット関節構造を得ることが可能である。【００４６】
また、２つの駆動手段である中手側駆動手段と中節側駆動手段については、同じ制御を行っても良いし、それぞれ別々に制御しても良い。例えば、本実施形態のようにエアシリンダ３２，６２を採用した場合には、エアの同時供給による「把持」（図１Ｂの状態）、エアの同時吸引による「解放」（図１Ａの状態）、エアシリンダ３２のみへのエア供給による「ロボットフィンガ根元のみの折り曲げ」、エアシリンダ６２のみへのエア供給による「ロボットフィンガ指先部分のみの折り曲げ」という４種類の動作状態を得ることが可能である。さらに、駆動手段に停止精度が高く反応速度の速いモータ等を採用することによって、より人の指動作に近い動きを再現することが可能となる。【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、本実施形態では、エアシリンダ、直線案内装置、リンク機構の組み合わせでロボットフィンガを構成した場合を例示して説明したが、本発明が有する技術思想の適用範囲は、人の指構造に限られるものではなく、腕などの上肢構造、足や足首などの下肢構造、動物の関節構造等を含むあらゆる関節構造に適用可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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