(57)【要約】【課題】弾性部材を使用して多関節装置を構成することによって、装置全体の構成を簡素化し、かつ、アクチュエータの数を減少させて、コストが低く故障の少ないようにする。【解決手段】根本部１１ａが支持部材１３に固定された第１弾性部材１１と、該第１弾性部材１１に固定された複数の節部材と、最先端に位置する節部材に先端部１２ｂが固定された第２弾性部材１２とを有し、該第２弾性部材１２の根本部１２ａを先端部１２ｂと反対方向に移動させると屈曲する。【選択図】          図１
2005059110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）根本部が支持部材に固定された第１弾性部材と、
（ｂ）該第１弾性部材に固定された複数の節部材と、
（ｃ）最先端に位置する節部材に先端部が固定された第２弾性部材とを有し、
（ｄ）該第２弾性部材の根本部を先端部と反対方向に移動させると屈曲することを特徴とする多関節装置。
【請求項２】
前記支持部材と節部材との間及び隣接する節部材同士の間の関節部が屈曲する請求項１に記載の多関節装置。
【請求項３】
前記第１弾性部材及び第２弾性部材の弾性力によって屈曲した状態から復元して伸長する請求項１又は２に記載の多関節装置。
【請求項４】
複数本並列して配設された請求項１〜３のいずれか１項に記載の多関節装置。
【請求項５】
（ａ）各第１弾性部材は共通の支持部材に固定され、
（ｂ）各第２弾性部材の根本部は共通の連結部材に接続され、
（ｃ）該連結部材がアクチュエータによって移動させられる請求項４に記載の多関節装置。
【請求項６】
（ａ）各第１弾性部材は共通の支持部材に固定され、
（ｂ）各対の第２弾性部材の根本部は対毎に共通の連結部材に接続され、
（ｃ）各連結部材が各アクチュエータによって移動させられる請求項４に記載の多関節装置。
【請求項７】
（ａ）各第１弾性部材は共通の支持部材に固定され、
（ｂ）各対の第２弾性部材の根本部は対毎に共通の連結部材に接続され、
（ｃ）各連結部材は、一方向に係合可能であり、単一のアクチュエータによって移動させられる請求項４に記載の多関節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多関節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロボット、マニュピュレータ等においては、指、腕、脚等の多関節装置が使用されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。この場合、例えば、プーリを備える各関節に電磁クラッチ等のアクチュエータを配設してワイヤが巻き付けられたプーリの動きを前記アクチュエータによって制御し、別のアクチュエータにより巻き取られるワイヤによって駆動される関節の動きを制御して多関節部材の曲げ伸ばしの動作を行わせるようになっている。また、例えば、各関節を複数のリンク部材から成るリンク機構によって構成し、シリンダ装置から成るアクチュエータによってリンク部材を駆動して各関節の動きを制御して多関節部材の曲げ伸ばしの動作を行わせるようになっている。さらに、例えば、複数の指等の部材のそれぞれにアクチュエータを配設し、各部材の動作を各アクチュエータによって制御するようになっている。
【０００３】
また、近年においては、ロボット産業が盛んになり、多関節装置を使用した二足歩行ロボット等のヒューマノイド型ロボットの研究が活発化して、家庭向けのエンターテインメント系ヒューマノイド型の二足歩行ロボットについても多くの研究がなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２９９６０１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特許第３２７２５１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の多関節装置においては、構造が複雑で、かつ、多数のアクチュエータを使用するので、コストが高くなってしまう。そのため、このような多関節装置を使用したヒューマノイド型の二足歩行ロボット等のロボットのコストも高くなり、家庭用のロボットとしては、実用化されるに至っていない。また、前記多関節装置をロボットの手に使用した場合も、同様に、コストが高くなり、実用化の障害となっている。
【０００７】
本発明は、前記従来の多関節装置の問題点を解決して、弾性部材を使用して多関節装置を構成することによって、装置全体の構成を簡素化し、かつ、アクチュエータの数を減少させて、コストが低く故障の少ない多関節装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の多関節装置においては、根本部が支持部材に固定された第１弾性部材と、該第１弾性部材に固定された複数の節部材と、最先端に位置する節部材に先端部が固定された第２弾性部材とを有し、該第２弾性部材の根本部を先端部と反対方向に移動させると屈曲する。
【０００９】
本発明の他の多関節装置においては、さらに、前記支持部材と節部材との間及び隣接する節部材同士の間の関節部が屈曲する。
【００１０】
本発明の更に他の多関節装置においては、さらに、前記第１弾性部材及び第２弾性部材の弾性力によって屈曲した状態から復元して伸長する。
【００１１】
本発明の更に他の多関節装置においては、さらに、複数本並列して配設された。
【００１２】
本発明の更に他の多関節装置においては、さらに、各第１弾性部材は共通の支持部材に固定され、各第２弾性部材の根本部は共通の連結部材に接続され、該連結部材がアクチュエータによって移動させられる。
【００１３】
本発明の更に他の多関節装置においては、さらに、各第１弾性部材は共通の支持部材に固定され、各対の第２弾性部材の根本部は対毎に共通の連結部材に接続され、各連結部材が各アクチュエータによって移動させられる。
【００１４】
本発明の更に他の多関節装置においては、さらに、各第１弾性部材は共通の支持部材に固定され、各対の第２弾性部材の根本部は対毎に共通の連結部材に接続され、各連結部材は、一方向に係合可能であり、単一のアクチュエータによって移動させられる。
【００１５】
【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ながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態における多関節装置の構成を示す断面図、図２は本発明の第１の実施の形態における図１のＡ矢視断面図である。
【００１７】
図１において、１０は本実施の形態における多関節装置であり、例えば、溶接ロボット、組み立て搬送ロボット、ヒューマノイド型ロボット等のロボット、マニュピュレータ等の指、腕、脚等として使用されるものであるが、いかなる装置においても使用することができるものである。なお、本実施の形態においては、説明の都合上、前記多関節装置１０がヒューマノイド型ロボットの手の指として使用される場合について説明する。
【００１８】
本実施の形態において、前記多関節装置１０は、第１弾性部材１１、第２弾性部材１２及び支持部材１３を有する。前記第１弾性部材１１は、例えば、鋼、アルミニウム合金等の金属から成る長尺状の板部材であり、根本部１１ａが支持部材１３に固定されている。ここで、前記第１弾性部材１１は、弾性を有する材質であれば、金属以外の材質から成るものであってもよく、例えば、合成樹脂から成るものであってもよい。そして、前記第１弾性部材１１は、板ばね（リーフスプリング）として機能するものであり、図１に示される例においては、前記支持部材１３の前面（図１における左側面）に固定された根本部１１ａを基点として、前記支持部材１３の前面に対して垂直に延在し、先端側（図１における左端側）の部分が図１における上下方向に撓（しな）うようになっている。
【００１９】
そして、前記第１弾性部材１１には、多関節装置１０の節を構成する節部材が複数個固定されている。本実施の形態においては、前記節部材が三つである場合について説明するが、節部材の数は、一つでも二つでも四つ以上であってもよく、いくつであってもよい。図１に示されるように、節部材としての第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３が固定されている。本実施の形態において、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３は、すべて同一の寸法及び形状を有し、図２に示されるように、中空の角筒体である。そして、該角筒体の内壁の一面、図１及び２に示される例においては、上側の面に前記第１弾性部材１１の上側の面が接着剤等によって固定されている。この場合、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３のそれぞれの全長に亘（わた）って前記第１弾性部材１１が固定されている。そのため、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３のそれぞれと第１弾性部材１１とは、相互の位置関係がずれることがないようになっている。
【００２０】
ここで、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３は、図１に示されるように、第１節部材２１と支持部材１３との間が距離ｘ１  だけ開き、第２節部材２２と第１節部材２１との間が距離ｘ２  だけ開き、第３節部材２３と第２節部材２２との間は距離ｘ３  だけ開くようにして前記第１弾性部材１１に固定されている。なお、前記距離ｘ１  、ｘ２  及びｘ３  の値は任意に決定することができるものであるが、本実施の形態においては、前記距離ｘ１  、ｘ２  及びｘ３  の値はすべて等しいものとして説明する。すなわち、ｘ１  ＝ｘ２  ＝ｘ３  である。
【００２１】
また、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３は、いかなる材質から成るものであってもよく、例えば、金属や合成樹脂から成るものであってもよい。そして、前記第１弾性部材１１と同じ材質から成るものであってもよいし、異なる材質から成るものであってもよい。さらに、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３は、筒状体であり内壁の一面に前記第１弾性部材１１を固定することができるものであれば、いかなる形状を有するものであってもよく、例えば、外周面が円筒形状であってもよい。
【００２２】
そして、前記第２弾性部材１２は、第１弾性部材１１と同様に、長尺状の板部材であり、弾性を有する材質であれば、金属以外の材質から成るものであってもよく、例えば、鋼、アルミニウム合金等の金属から成るものであってもよいし、金属以外の合成樹脂等の材質から成るものであってもよい。そして、前記第２弾性部材１２は、第１弾性部材１１と同様に、板ばねとして機能するものであり、図１に示される例における横方向に延在し、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３の内部を通過するように配設され、先端部１２ｂが第３節部材２３の下方部分に固定されている。また、前記第２弾性部材１２の根本近傍は、支持部材１３に形成された挿通孔（こう）１３ａ内に挿入され、根本部１２ａが支持部材１３の後面（図１における右側面）に当接する位置にある。なお、前根本部１２ａの外径が前記挿通孔１３ａの内径より大きいので、前記根本部１２ａは、図１におけるセンタ位置を示すセンタ線１４よりも左側に移動しないようになっている。センタ線１４からの根本部１２ａの距離をΔｄとすると、Δｄ＝０となっている。
【００２３】
ここで、Δｄ＝０の状態は、図１に示されるように、多関節装置１０が指を伸ばした状態である。この場合、前記第１弾性部材１１は、支持部材１３の前面に対して垂直に、かつ、直線状になっている。また、第２弾性部材１２も第１弾性部材１１と平行に直線状になっている。そして、前記第１弾性部材１１に固定された前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３も、支持部材１３の前面に対して垂直となるように配列されている。そのため、第１節部材２１における第１弾性部材１１と反対側の端部（図１における下側端部、すなわち、第２弾性部材１２側の端部）と支持部材１３との距離ｌ１  、第２節部材２２における第１弾性部材１１と反対側の端部と第１節部材２１における第１弾性部材１１と反対側の端部との距離ｌ２  、及び、第３節部材２３におけるの第１弾性部材１１と反対側の端部と第２節部材２２におけるの第１弾性部材１１と反対側の端部との距離ｌ３  は、それぞれ、前記ｘ１  、ｘ２  及びｘ３  と等しくなっている。そして、ｘ１  ＝ｘ２  ＝ｘ３  であるから、ｌ１  ＝ｌ２  ＝ｌ３  となっている。この場合、関節部としての第１節部材２１と支持部材１３との間の部分である第１関節部３１、第２節部材２２と第１節部材２１との間の部分である第２関節部３２、及び、第３節部材２３と第２節部材２２との間の部分である第３関節部３３は、それぞれ、伸びた状態になっている。
【００２４】
このように、指を伸ばした状態において、前記第２弾性部材１２は、先端部１２ｂを除いて、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３に接触しないようになっている。この場合、前記第２弾性部材１２の先端部１２ｂ以外の部分は、図２に示されるように、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３の内壁から離れている。これにより、前記第２弾性部材１２は、先端部１２ｂが第３節部材２３に固定され、他の部分が前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３に対して自由に動き得る状態、すなわち、フリーな状態となっていることが分かる。
【００２５】
次に、前記構成の多関節装置１０の動作について説明する。
【００２６】
図３は本発明の第１の実施の形態における指を曲げた状態の多関節装置を示す図である。
【００２７】
まず、多関節装置１０の図示されないアクチュエータを作動させて、第２弾性部材１２の根本部１２ａを図３における矢印Ｃで示される方向、すなわち、先端部１２ｂと反対方向に移動させる。ここで、前記アクチュエータは、いかなる種類のものであってもよく、例えば、ＤＣモータ等のモータの回転軸に取り付けられたプーリを回転させてワイヤ等の線状体を巻き取るものであってもよいが、電磁石やリニアモータによってロッドを移動させるものであってもよいし、圧縮空気によってピストンを移動させる空圧シリンダ装置であってもよい。
【００２８】
そして、前記根本部１２ａがアクチュエータによって引っ張られて矢印Ｃで示される方向に移動し、センタ線１４から距離ｄの位置にまで到達すると、すなわち、Δｄ＝ｄとなると、多関節装置１０は図３に示されるように湾曲する。この場合、前記根本部１２ａがセンタ線１４から距離ｄの位置にまで移動することによって、第２弾性部材１２における支持部材１３の前面から先端部１２ｂまでの長さは前記距離ｄだけ短くなる。一方、第１弾性部材１１における支持部材１３の前面から先端部までの長さは不変である。そして、前記第１弾性部材１１の先端部近傍は第３節部材２３に固定され、第２弾性部材１２の先端部１２ｂは第３節部材２３の下方部分に固定されている。そのため、前記第３節部材２３の先端部が図に３おける下方向に移動して、第１弾性部材１１が外側の円弧を形成し、第２弾性部材１２が内側の円弧を形成するように、多関節装置１０は変形する。これにより、該多関節装置１０は、全体として屈曲し、指を曲げた状態となる。
【００２９】
なお、子細に観察すると、前記第１弾性部材１１は、厳密な円弧の形状ではなく、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３に固定されている部分が直線状となり、第１関節部３１、第２関節部３２及び第３関節部３３において屈曲していることが分かる。同様に、前記第２弾性部材１２も、厳密な円弧の形状ではなく、前記第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３に対応する部分がほぼ直線状となり、第１関節部３１、第２関節部３２及び第３関節部３３において屈曲していることが分かる。
【００３０】
この場合、第１弾性部材１１と反対側の端部と支持部材１３との距離、第２節部材２２における第１弾性部材１１と反対側の端部と第１節部材２１における第１弾性部材１１と反対側の端部との距離、及び、第３節部材２３におけるの第１弾性部材１１と反対側の端部と第２節部材２２におけるの第１弾性部材１１と反対側の端部との距離が変化して、前記ｌ１  〜ｌ３  よりも短いｌ１  ’〜ｌ３  ’となっている。すなわち、多関節装置１０が指を曲げた状態になると、前記第１関節部３１、第２関節部３２及び第３関節部３３において、第２弾性部材１２が露出している長さは、短くなってそれぞれｌ１  ’〜ｌ３  ’となる。なお、前記第１関節部３１、第２関節部３２及び第３関節部３３において、第２弾性部材１２が短くなった分の合計は、前記距離ｄに等しい。
【００３１】
図１に示されるような指を伸ばした状態においては、ｌ１  ＝ｌ２  ＝ｌ３  であるから、指を曲げたことによるｌ１  〜ｌ３  のそれぞれの変化量をΔ１とすると、Δｄとの間には次の式（１）のような関係が成り立つ。
2005059110.tif 000003
また、アクチュエータが作動を停止して前記第２弾性部材１２の根本部１２ａを開放すると、すなわち、引っ張る力を解除して根本部１２ａを自由に移動可能な状態とすると、図３に示されるように変形していた第１弾性部材１１及び第２弾性部材１２は、自らの弾性力によって復元し、伸長して直線状となる。これにより、多関節装置１０は、図１に示されるように、指を伸ばした状態に復帰する。
【００３２】
このように、本実施の形態において、多関節装置１０は、根本部１１ａが支持部材１３に固定された板ばねとして機能する第１弾性部材１１と、該第１弾性部材１１に固定された第１節部材２１、第２節部材２２及び第３節部材２３と、先端部１２ｂが第３節部材２３に固定された板ばねとして機能する第２弾性部材１２とを有している。そして、該第２弾性部材１２の根本部１２ａを引っ張ると、前記第１弾性部材１１及び第２弾性部材１２が円弧に似た形状を形成するように変形し、多関節装置１０が第１関節部３１、第２関節部３２及び第３関節部３３において屈曲して指を曲げた状態となる。また、前記第２弾性部材１２の根本部１２ａを引っ張る力を解除すると、第１弾性部材１１及び第２弾性部材１２が自らの弾性力によって復元し、多関節装置１０は、第１関節部３１、第２関節部３２及び第３関節部３３が伸長し、指を伸ばした状態に復帰する。
【００３３】
そのため、第１関節部３１、第２関節部３２及び第３関節部３３を屈曲させるためにリンク機構のような複雑な構成を必要とすることなく、また、第１関節部３１、第２関節部３２及び第３関節部３３のそれぞれにアクチュエータを配設する必要もない。したがって、多関節装置１０の構成を簡素化し、かつ、アクチュエータの数を減少させることができ、コストを低下させるとともに、故障の発生する可能性を低下させることもできる。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００３５】
図４は本発明の第２の実施の形態における多関節装置の構成を示す第１の図、図５は本発明の第２の実施の形態における多関節装置の構成を示す第２の図である。
【００３６】
本実施の形態において、ヒューマノイド型ロボットの手の指として使用される多関節装置１０は、図４に示されるように、複数本が並列に配設される。前記多関節装置１０の数はいくつであってもよいが、本実施の形態においては、四本である場合について説明する。この場合、四本の多関節装置１０は、それぞれ、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄとして説明される。そして、前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは、共通の支持部材１３を有する。なお、図４及び５は図１におけるＢ矢視断面図に相当する図であり、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのＢ矢視断面が、それぞれ、示されている。また、図４及び５においては、第２弾性部材１２の根本部１２ａ及び先端部１２ｂの図示が省略されている。
【００３７】
そして、図示されないアクチュエータを作動させて、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄにおける第２弾性部材１２の根本部を、それぞれ、図４における矢印Ｄで示される方向に移動させることができるようになっている。このように、第２弾性部材１２の根本部を矢印Ｄで示される方向に移動させることによって、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄを、それぞれ、屈曲させることができる。また、アクチュエータの作動を停止すると、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは屈曲した状態から伸びた状態に復帰する。すなわち、四本の指を曲げたり伸ばしたりすることができるようになっている。
【００３８】
なお、図５には、アクチュエータとして、ＤＣモータ等のモータを使用した例が示されている。この場合、該モータの回転軸に取り付けられたプーリ４１ａ〜４１ｄを回転させてワイヤ等の線状体４０ａ〜４０ｄを巻き取ることによって、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄにおける第２弾性部材１２の根本部を、それぞれ、矢印Ｄで示される方向に移動させることができる。
【００３９】
このように、本実施の形態においては、四つのアクチュエータとしてモータを使用することによって四本の指の曲げ伸ばしが可能であり、数少ないアクチュエータによって多数の指を備える手を作動させることができる。
【００４０】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００４１】
図６は本発明の第３の実施の形態における多関節装置の構成を示す第１の図、図７は本発明の第３の実施の形態における多関節装置の構成を示す第２の図である。
【００４２】
本実施の形態において、ヒューマノイド型ロボットの手の指として使用される多関節装置１０は、図６に示されるように、複数本が並列に配設される。前記多関節装置１０の数はいくつであってもよいが、本実施の形態においては、前記第２の実施の形態と同様に、四本である場合について説明する。そして、前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは、共通の支持部材１３を有する。さらに、前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄの第２弾性部材１２は、根本部において共通の連結部材５２に接続されている。なお、該連結部材５２は、第２弾性部材１２と同一の材質から成るものであってもよいし、異なる材質から成るものであってもよい。また、図６及び７は、前記図４及び５と同様に、図１におけるＢ矢視断面図に相当する図であり、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのＢ矢視断面が、それぞれ、示されている。
【００４３】
そして、図示されないアクチュエータを作動させて、前記連結部材５２を図６における矢印Ｅで示される方向に移動させることができるようになっている。そのため、すべての第２弾性部材１２の根本部が矢印Ｅで示される方向に移動させられ、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄを、それぞれ、屈曲させることができる。また、アクチュエータの作動を停止すると、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは屈曲した状態から伸びた状態に復元する。すなわち、四本の指を同時に曲げたり伸ばしたりすることができるようになっている。これにより、じゃん拳遊びにおけるグーとパーとを出すことができる。なお、グーは前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのすべてが屈曲した状態であり、パーは前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのすべてが伸びた状態である。
【００４４】
なお、図７には、アクチュエータとして、ＤＣモータ等のモータを使用した例が示されている。この場合、該モータの回転軸に取り付けられたプーリ４２を回転させてワイヤ等の線状体４２ａを巻き取ることによって、連結部材５２を矢印Ｅで示される方向に移動させることができる。
【００４５】
このように、本実施の形態においては、単一のアクチュエータとしてのモータを使用することによって四本の指を同時に曲げたり伸ばしたりすることができ、単一のアクチュエータによって多数の指を備える手を作動させることができる。そして、じゃん拳遊びにおけるグーとパーとを出すことができる。
【００４６】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００４７】
図８は本発明の第４の実施の形態における多関節装置の構成を示す第１の図、図９は本発明の第４の実施の形態における多関節装置の構成を示す第２の図である。
【００４８】
本実施の形態において、ヒューマノイド型ロボットの手の指として使用される多関節装置１０は、図８に示されるように、複数本が並列に配設される。前記多関節装置１０の数はいくつであってもよいが、本実施の形態においては、前記第２及び第３の実施の形態と同様に、四本である場合について説明する。そして、前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは、共通の支持部材１３を有する。さらに、前記第１の多関節装置１０ａ及び第２の多関節装置１０ｂは、根本部において共通の連結部材としての第１の連結部材６２に接続されている。また、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄの第２弾性部材１２は、根本部において共通の連結部材としての第２の連結部材６３に接続されている。すなわち、第１の多関節装置１０ａ及び第２の多関節装置１０ｂ並びに第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは、対毎に共通の連結部材である第１の連結部材６２及び第２の連結部材６３に接続されている。そして、前記第１の連結部材６２と第２の連結部材６３とは互いに独立して動くことができるようになっている。なお、その他の点の構成については、前記第３の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
そして、図示されないアクチュエータを作動させて、前記第１の連結部材６２と第２の連結部材６３とを互いに独立して図８における矢印Ｆで示される方向に移動させることができるようになっている。そのため、第２弾性部材１２の根本部が矢印Ｆで示される方向に移動させられ、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄをそれぞれ屈曲させることができる。また、アクチュエータの作動を停止すると、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは屈曲した状態から伸びた状態に復帰する。この場合、第１の多関節装置１０ａ及び第２の多関節装置１０ｂを同時に曲げたり伸ばしたりすることができ、また、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄを同時に曲げたり伸ばしたりすることができる。なお、第１の多関節装置１０ａ及び第２の多関節装置１０ｂと、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄとは、互いに独立して曲げたり伸ばしたりすることができる。すなわち、四本の指を二本ずつ同時に曲げたり伸ばしたりすることができるようになっている。これにより、じゃん拳遊びにおけるグーとチョキとパーとを出すことができる。なお、グーは前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのすべてが屈曲した状態であり、チョキは前記第１の多関節装置１０ａ及び第２の多関節装置１０ｂが伸び、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄが屈曲した状態、パーは前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのすべてが伸びた状態である。
【００５０】
なお、図９には、アクチュエータとして、ＤＣモータ等のモータを使用した例が示されている。この場合、該モータの回転軸に取り付けられたプーリ４３ａ及び４３ｂを回転させてワイヤ等の線状体４４ａ及び４４ｂを巻き取ることによって、第１の連結部材６２と第２の連結部材６３とを互いに独立して矢印Ｆで示される方向に移動させることができる。
【００５１】
このように、本実施の形態においては、二つのアクチュエータとしてのモータを使用することによって四本の指を二本ずつ同時に曲げたり伸ばしたりすることができ、少ないアクチュエータによって多数の指を備える手を作動させることができる。そして、じゃん拳遊びにおけるグーとチョキとパーとを出すことができる。
【００５２】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１〜第４の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第４の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００５３】
図１０は本発明の第５の実施の形態における多関節装置の構成を示す図、図１１は本発明の第５の実施の形態における図１０のＧ部拡大側面図である。
【００５４】
本実施の形態において、ヒューマノイド型ロボットの手の指として使用される多関節装置１０は、図１０に示されるように、複数本が並列に配設される。前記多関節装置１０の数はいくつであってもよいが、本実施の形態においては、前記第２〜第４の実施の形態と同様に、四本である場合について説明する。そして、前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは、共通の支持部材１３を有する。さらに、前記第１の多関節装置１０ａ及び第２の多関節装置１０ｂは、根本部において共通の連結部材としての第１の連結部材７２に接続されている。また、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄの第２弾性部材１２は、根本部において共通の連結部材としての第２の連結部材７３に接続されている。すなわち、第１の多関節装置１０ａ及び第２の多関節装置１０ｂ並びに第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは、対毎に共通の連結部材である第１の連結部材７２及び第２の連結部材７３に接続されている。なお、図１０は、前記図４及び５と同様に、図１におけるＢ矢視断面図に相当する図であり、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのＢ矢視断面が、それぞれ、示されている。
【００５５】
そして、前記第１の連結部材７２と第２の連結部材７３とは、図１０のＧ部において、互いに係合している。この場合、前記第１の連結部材７２と第２の連結部材７３とは、一部において互いに重なるように配設され、重なっている部分における第１の連結部材７２の前方端縁（図１０における左側端縁）に、図１１に示されるようなフック形状の係合部７２ｂが形成されている。そして、該係合部７２ｂは第２の連結部材７３の前方端縁に前方から引っ掛かるようにして係合する。すなわち、一方向に係合可能となっている。
【００５６】
また、前記第１の連結部材７２及び第２の連結部材７３には、第１の駆動力伝達ピン７２ａ及び第２の駆動力伝達ピン７３ａが、それぞれ、取り付けられている。そして、前記第１の駆動力伝達ピン７２ａ及び第２の駆動力伝達ピン７３ａは、第１の駆動力伝達ロッド８１に形成された第１の嵌（かん）合孔８１ａ及び第２の駆動力伝達ロッド８２に形成された第２の嵌合孔８２ａに嵌合されている。なお、前記第１の嵌合孔８１ａ及び第２の嵌合孔８２ａは、それぞれ、第１の駆動力伝達ロッド８１の軸方向及び第２の駆動力伝達ロッド８２の軸方向に延在する長孔（あな）である。そのため、第１の駆動力伝達ピン７２ａ及び第２の駆動力伝達ピン７３ａは、それぞれ、第１の嵌合孔８１ａ及び第２の嵌合孔８２ａ内部を長手方向に移動可能となっている。
【００５７】
そして、第１の駆動力伝達ロッド８１の軸方向及び第２の駆動力伝達ロッド８２の後端（図１０における右端）近傍は、第１の回転軸９１ａ及び第２の回転軸９１ｂによって、回転輪９１の円周部に回転可能に接続される。なお、前記回転輪９１は、アクチュエータとして、ＤＣモータ等のモータのモータ回転軸９２に取り付けられている。なお、図１０に示されるように、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのすべてが指を伸ばした状態の場合、前記第１の回転軸９１ａ、第２の回転軸９１ｂ及びモータ回転軸９２は、センタ位置を示すセンタ線９４上にある。
【００５８】
次に、本実施の形態における多関節装置１０の動作を説明する。まず、前記第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのすべてを屈曲した状態とする場合の動作について説明する。
【００５９】
図１２は本発明の第５の実施の形態における多関節装置の動作を示す第１の図である。
【００６０】
この場合、アクチュエータとしてのモータを作動させることによって回転輪９１を図１２における矢印Ｉで示される方向（図１２における右回り方向）に回転させて、第１の回転軸９１ａをセンタ線９４よりも後方（図１２における右方）に移動させ、第２の回転軸９１ｂをセンタ線９４よりも前方（図１２における左方）に移動させる。これにより、第１の駆動力伝達ロッド８１は、図１２における矢印Ｊで示される方向（図１２における右方向）に移動させられ、第２の駆動力伝達ロッド８２は、図１２における矢印Ｋで示される方向（図１２における左方向）に移動させられる。そして、第１の駆動力伝達ピン７２ａが、第１の嵌合孔８１ａの前端に引っ掛けられて前記矢印Ｊで示される方向に移動させられるので、第１の連結部材７２は、前記矢印Ｊで示される方向に移動させられる。この場合、第１の連結部材７２の前方端縁に形成された係合部７２ｂが第２の連結部材７３の前方端縁に前方から引っ掛かるので、第２の連結部材７３も第１の連結部材７２と一体となって、前記矢印Ｊで示される方向に移動させられる。これにより、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄのすべてが屈曲させられる。
【００６１】
なお、第２の駆動力伝達ピン７３ａは第２の嵌合孔８２ａ内部を前記矢印Ｊで示される方向に移動することができるようになっている。そのため、第２の駆動力伝達ロッド８２が前記矢印Ｋで示される方向に移動させられても、第２の駆動力伝達ピン７３ａは、第２の駆動力伝達ロッド８２からの力を受けることなく、前記矢印Ｊで示される方向に移動することができる。これにより、第２の連結部材７３も、第２の駆動力伝達ロッド８２からの力を受けることなく、前記矢印Ｊで示される方向に移動することができる。
【００６２】
また、回転軸９１ａをセンタ線９４に戻すと、第１の多関節装置１０ａ、第２の多関節装置１０ｂ、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは屈曲した状態から伸びた状態に復帰する。すなわち、四本の指を同時に曲げたり伸ばしたりすることができるようになっている。これにより、じゃん拳遊びにおけるグーとパーとを出すことができる。
【００６３】
次に、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄを屈曲した状態とする場合の動作について説明する。
【００６４】
図１３は本発明の第５の実施の形態における多関節装置の動作を示す第２の図である。
【００６５】
この場合、アクチュエータとしてのモータを作動させることによって回転輪９１を図１３における矢印Ｌで示される方向（図１３における左回り方向）に回転させて、第１の回転軸９１ａをセンタ線９４よりも前方に移動させ、第２の回転軸９１ｂをセンタ線９４よりも後方に移動させる。これにより、第１の駆動力伝達ロッド８１は、図１３における矢印Ｍで示される方向（図１３における左方向）に移動させられ、第２の駆動力伝達ロッド８２は、図１３における矢印Ｎで示される方向（図１３における右方向）に移動させられる。そして、第２の駆動力伝達ピン７３ａが、第２の嵌合孔８２ａの前端に引っ掛けられて前記矢印Ｎで示される方向に移動させられるので、第２の連結部材７３は、前記矢印Ｎで示される方向に移動させられる。この場合、第１の連結部材７２の前方端縁に形成された係合部７２ｂは、第２の連結部材７３の前方端縁に前方から引っ掛かるようになっているので、第２の連結部材７３が前記矢印Ｎで示される方向、すなわち、後方に移動しても、第１の連結部材７２が第２の連結部材７３によって移動させられることがない。そのため、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは屈曲させられるが、第１の多関節装置１０ａ及び第２の多関節装置１０ｂは屈曲させられることがない。
【００６６】
なお、第１の駆動力伝達ピン７２ａは第１の嵌合孔８１ａ内部を前記矢印Ｎで示される方向に移動することができるようになっている。そのため、第１の駆動力伝達ロッド８１が前記矢印Ｍで示される方向に移動させられても、第１の駆動力伝達ピン７２ａは、第１の駆動力伝達ロッド８１からの力を受けることなく、停止した状態を維持することができる。これにより、第１の連結部材７２も、第１の駆動力伝達ロッド８１からの力を受けることなく、停止した状態を維持することができる。
【００６７】
また、回転軸９１ｂをセンタ線９４に戻すと、第３の多関節装置１０ｃ及び第４の多関節装置１０ｄは屈曲した状態から伸びた状態に復帰する。すなわち、二本の指を同時に曲げたり伸ばしたりすることができるようになっている。これにより、じゃん拳遊びにおけるチョキとパーとを出すことができる。  このように、本実施の形態においては、単一のアクチュエータとしてのモータの回転方向を変えることによって、四本の指を同時に曲げたり伸ばしたりすること、及び、四本の指の中の二本を同時に曲げたり伸ばしたりすることができる。すなわち、前記第４の実施の形態においては、二つのアクチュエータを使用するのに対し、本実施の形態においては、単一のアクチュエータによって同一の動作を行わせることができ、より少ないアクチュエータによって多数の指を備える手を複雑な態様で作動させることができる。そして、じゃん拳遊びにおけるグーとチョキとパーとを出すことができる。
【００６８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、装置全体の構成を簡素化し、かつ、アクチュエータの数を減少させて、コストが低く故障の少ない多関節装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における多関節装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における図１のＡ矢視断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における指を曲げた状態の多関節装置を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における多関節装置の構成を示す第１の図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における多関節装置の構成を示す第２の図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における多関節装置の構成を示す第１の図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における多関節装置の構成を示す第２の図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態における多関節装置の構成を示す第１の図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態における多関節装置の構成を示す第２の図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態における多関節装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態における図１０のＧ部拡大側面図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態における多関節装置の動作を示す第１の図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態における多関節装置の動作を示す第２の図である。
【符号の説明】
１０    多関節装置
１０ａ    第１の多関節装置
１０ｂ    第２の多関節装置
１０ｃ    第３の多関節装置
１０ｄ    第４の多関節装置
１１    第１弾性部材
１１ａ、１２ａ    根本部
１２    第２弾性部材
１２ｂ    先端部
１３    支持部材
２１    第１節部材
２２    第２節部材
２３    第３節部材
３１    第１関節部
３２    第２関節部
３３    第３関節部
５２    連結部材
６２、７２    第１の連結部材
６３、７３    第２の連結部材
【図１】
2005059110.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005059110.tif 000008
【図６】
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【図７】
2005059110.tif 000010
【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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