(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの部材を接続して、前記二つの部材の曲げ角度を制御する関節装置であって、
ばね部材と、
一方が前記ばね部材の一端に接続するとともに、他方が前記二つの部材のうちの一方の部材に接続する第１の接続部材と、
前記ばね部材に当接する当てコマと、
前記当てコマの、前記ばね部材に対する当接位置を制御するコマ位置制御部材と、
少なくとも前記第１の接続部材に進退自在に挿通されるワイヤーと、
を備えることを特徴とする関節装置。
【請求項２】
一方が前記ばね部材の他端に接続するとともに、他方が前記二つの部材のうちの他方の部材に接続する第２の接続部材、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の関節装置。
【請求項３】
前記ばね部材は、形状回復性を有する板状の部材を湾曲してなる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の関節装置。
【請求項４】
前記ばね部材は、ねじりばねを用いて形成される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の関節装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の接続部材には、前記当てコマが貫通する切欠き部がそれぞれ形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の関節装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の接続部材には、前記ばね部材と接続する側と反対側において、球面ブッシュが設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の関節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ロボットの関節部に用いられる関節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば産業用のロボットや、ヒト又は動物を模したロボットには、アーム等を曲げるための関節装置が設けられる（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５２５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えばヒト型のロボットでは、当該ロボットの手に、ヒトの手のように動作させることが求められる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒトを含む動物型のロボットの手に、当該動物の手の動作に近い動作をさせることができる関節装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る関節装置は、二つの部材を接続して、前記二つの部材の曲げ角度を制御する関節装置であって、ばね部材と、一方が前記ばね部材の一端に接続するとともに、他方が前記二つの部材のうちの一方の部材に接続する第１の接続部材と、前記ばね部材に当接する当てコマと、前記当てコマの、前記ばね部材に対する当接位置を制御するコマ位置制御部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る関節装置は、上記発明において、一方が前記ばね部材の他端に接続するとともに、他方が前記第２のリンク部材に接続する第２の接続部材、をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る関節装置は、上記発明において、少なくとも前記第１の接続部材に進退自在に挿通されるワイヤー、をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る関節装置は、上記発明において、前記ばね部材は、形状回復性を有する板状の部材を湾曲してなる、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る関節装置は、上記発明において、前記ばね部材は、ねじりばねを用いて形成される、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る関節装置は、上記発明において、前記第１及び第２の接続部材には、前記当てコマが貫通する切欠き部がそれぞれ形成される、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る関節装置は、上記発明において、前記第１及び第２の接続部材には、前記ばね部材と接続する側と反対側において、球面ブッシュが設けられる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒトを含む動物型のロボットの手に、当該動物の手の動作に近い動作をさせることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る関節装置の構成を示す図（その１）である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る関節装置の構成を示す図（その２）である。
【図３】図３は、図１に示す領域Ｒ1における関節装置の構成を示す拡大図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図（その１）である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図（その２）である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る関節装置をヒト型のロボットの手に適用した図である。
【図７】図７は、図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図８は、図７に示す指部を曲げた状態を示す図（その１）である。
【図９】図９は、図７に示す指部を曲げた状態を示す図（その２）である。
【図１０】図１０は、図６に示す手の指部間の開き角度を変えた状態を示す図（その１）である。
【図１１】図１１は、図６に示す手の指部間の開き角度を変えた状態を示す図（その２）である。
【図１２】図１２は、図１０に示す領域Ｒ2の構成を示す図（その１）である。
【図１３】図１３は、図１０に示す領域Ｒ2の構成を示す図（その２）である。
【図１４】図１４は、図１０に示す領域Ｒ3の構成を示す図（その１）である。
【図１５】図１５は、図１０に示す領域Ｒ3の構成を示す図（その２）である。
【図１６】図１６は、図１４に示す領域Ｒ4の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１の変形例に係る関節装置の一部の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態２に係る関節装置の構成を示す図（その１）である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２に係る関節装置の構成を示す図（その２）である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態２に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図（その１）である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態２に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図（その２）である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態２の変形例に係る関節装置の構成を示す図（その１）である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態２の変形例に係る関節装置の構成を示す図（その２）である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態２の変形例に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図（その１）である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態２の変形例に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図（その２）である。
【図２６】図２６は、本発明の実施の形態３に係る関節装置の構成を示す図（その１）である。
【図２７】図２７は、本発明の実施の形態３に係る関節装置の構成を示す図（その２）である。
【図２８】図２８は、本発明の実施の形態３に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図（その１）である。
【図２９】図２９は、本発明の実施の形態３に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合があり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合がある。
【００１６】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る関節装置の構成を示す図である。関節装置１は、ばね部材１１、第１板１２、第２板１３、当てコマ１４、スクリューギア１５、及び、ステッピングモータ１６を備える。関節装置１には、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２が接続される。関節装置１及び第１リンク部材１０１には、二本のワイヤー１１０が配設され、ワイヤー１１０の引張り量に応じて、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の向きが変わる。この際、関節装置１は、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の曲げ角度を調整する関節部として機能する。図１において、関節装置１に接続される第１リンク部材１０１の長手軸Ｎ1と、第２リンク部材１０２の長手軸Ｎ2とは、互いに平行であり、かつ、各長手軸に沿って延びる直線が一致する。また、二つのワイヤー１１０は、リンク部材の長手軸を挟んで対向する位置に設けられる。
関節装置１を含む上記構成は、被覆部材１２０によって被覆される。被覆部材１２０は、例えば樹脂を用いて形成される。
【００１７】
ばね部材１１は、板状の部材を湾曲させてなる。ばね部材１１は、形状回復性を有する。ばね部材１１は、一端に第１板１２が連結され、他端に第２板１３が連結される。
【００１８】
第１板１２は、平板状の剛体を用いて形成される。第１板１２は、ばね部材１１の一端に連結するとともに、第１リンク部材１０１が接続される。第１板１２は、側部が湾曲されており、長手軸Ｎ1方向からみたときにＵ字状をなす。第１板１２は、第１の接続部材に相当する。
【００１９】
第２板１３は、平板状の剛体を用いて形成される。第２板１３は、ばね部材１１の他端に連結するとともに、第２リンク部材１０２が接続される。第２板１３は、側部が湾曲されており、長手軸Ｎ2方向からみたときにＵ字状をなす。第２板１３は、第２の接続部材に相当する。
【００２０】
図１において、第１板１２の主面と、第２板１３の主面とのなす角度は、９０°である。換言すれば、長手軸Ｎ1と、長手軸Ｎ2とのなす角度は９０°である。なお、第１板１２及び第２板１３は、所定の剛性を満たせば、上述したＵ字状に限らず、平板状又は棒状であってもよい。
【００２１】
第１板１２及び第２板１３には、ワイヤー１１０を挿通する孔部が形成される。具体的には、第１板１２には、二つの孔部１２ａが形成され、各孔部１２ａにワイヤー１１０がそれぞれ挿通される。同様に、第２板１３には、二つの孔部１３ａが形成され、各孔部１３ａにワイヤー１１０がそれぞれ挿通される。
【００２２】
また、各孔部には、ワイヤー１１０と接触して回転するローラーが設けられる。図３は、図１に示す領域Ｒ1における関節装置の構成を示す拡大図である。例えば、図３に示す孔部１２ａには、ローラー１２ｂが設けられ、ワイヤー１１０と接触し、当該ワイヤー１１０の進退動作に連動して回転する。ワイヤー１１０の移動に連動してローラー１２ｂが回転することによって、ワイヤー１１０と第１板１２との間の摩擦を軽減することができる。図３では孔部１２ａに設けられるローラー１２ｂについて図示したが、孔部１３ａについても同様のローラー１３ｂが設けられる（図１参照）。
【００２３】
当てコマ１４は、スクリューギア１５に取り付けられ、該スクリューギア１５の回転軸Ｎ10に沿って移動可能である。当てコマ１４は、回転軸Ｎ10に対して傾斜した平面部１４ａ、１４ｂを有する。図１において、平面部１４ａ、１４ｂは、ばね部材１１に接触する。関節装置１では、スクリューギア１５における当てコマ１４の位置によって、当てコマ１４のばね部材１１へ接触位置が変わる。当てコマ１４のばね部材１１へ接触位置が変わると、ばね部材１１の湾曲態様が変化する。ばね部材１１の湾曲態様の変化によって、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２の曲げ角度を調整することができる。
【００２４】
ここで、関節装置１には、当てコマ１４と、第１板１２及び第２板１３、並びに、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２との接触を回避させるための切欠き部が形成される。切欠き部には、当てコマ１４が貫通する。具体的には、第１板１２及び第１リンク部材１０１には、切欠き部１３１が形成される。切欠き部１３１は、第１板１２及び第１リンク部材１０１にそれぞれ形成された切欠き部分を重ねることによって形成される。また、第２板１３及び第２リンク部材１０２には、切欠き部１３２が形成される。切欠き部１３２は、第２板１３及び第２リンク部材１０２にそれぞれ形成された切欠き部分を重ねることによって形成される。
【００２５】
スクリューギア１５は、ステッピングモータ１６の駆動によって、回転軸Ｎ10のまわりに回転する。本実施の形態１において、スクリューギア１５の中心軸は、回転軸Ｎ10と一致する。スクリューギア１５の回転によって、当てコマ１４が回転軸Ｎ10方向に移動する。
【００２６】
ステッピングモータ１６は、図示しない制御装置（例えば後述する制御部２１０及びモータ制御部２１１）の制御のもと、スクリューギア１５に接続する軸を回転させる。ステッピングモータ１６は、入力されるパルス信号に基づいて所定の回転量（回転角度）で軸を回転させる。
また、ステッピングモータ１６は、ブラケット１６ａに保持される。ブラケット１６ａは、ばね部材１１における、屈曲への影響が小さい部分、例えば中央部に固定される。これにより、ばね部材１１とステッピングモータ１６との間の距離が固定される。なお、回転量を制御できれば、ステッピングモータに限らず、他の回転モータを用いることができる。
関節装置１では、スクリューギア１５及びステッピングモータ１６がコマ位置制御部材に相当する。
【００２７】
続いて、関節装置１の動作について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、本発明の実施の形態１に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図である。ワイヤー１１０が矢印Ｙ1の方向に引っ張られると、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の角度が変わる。この際、当てコマ１４の位置を移動させて、ばね部材１１の湾曲態様が変えると、第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２とがなす角度（曲げ角度）が変わる。第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２との曲げ角度は、ワイヤー１１０の引張り量と、スクリューギア１５に対する当てコマ１４の位置とによって調整することができる。なお、図４に示す例は、当てコマ１４がばね部材１１から離間した状態、すなわち、当てコマ１４が、最もステッピングモータ１６側に移動し、切欠き部１３１、１３２に位置している状態を示している。この場合、ばね部材１１は、最も湾曲した状態となる。
【００２８】
次に、関節装置１の適用例について、図６〜図１６を参照して説明する。以下、複数の関節装置１を配設したロボットの手の動作について説明する。図６は、本発明の実施の形態１に係る関節装置をヒト型のロボットの手に適用した図である。図７は、図６のＡ−Ａ線断面図である。本実施の形態１では、ヒト型のロボットの手の部分に関節装置を適用した例について説明するが、これに限らず、脚やその他関節を有する箇所に適用することが可能であり、又、ヒト以外の動物型のロボットの関節部分に適用することができる。
【００２９】
ロボットの手２００は、手掌部及び手背部を構成する本体部２０１と、本体部２０１から延びる五本の指部とを有する。具体的には、手２００は、本体部２０１から延びる親指部２０２、人差し指部２０３、中指部２０４、薬指部２０５及び小指部２０６を有する。各指には、三つのリンク部材と、三つの関節部とを有する。例えば、親指部２０２には、指先側から順に、第１リンク部材１０１、第１関節部２０２ａ、第２リンク部材１０２、第２関節部２０２ｂ、第３リンク部材１０３、第３関節部２０２ｃが設けられる。第３関節部２０２ｃは、本体部２０１に接続する。人差し指部２０３、中指部２０４、薬指部２０５及び小指部２０６についても同様に、第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２との間に第１関節部２０３ａ〜２０６ａがそれぞれ設けられ、第２リンク部材１０２と第３リンク部材１０３との間に第２関節部２０３ｂ〜２０６ｂがそれぞれ設けられ、第３リンク部材１０３と本体部２０１との間に第３関節部２０３ｃ〜２０６ｃがそれぞれ設けられる。関節部は、本体部２０１の手掌部側に指部を折り曲げる。
なお、手２００は、上述した構成要素が外皮によって覆われる。
【００３０】
第１関節部２０２ａ〜２０６ａ、及び、第２関節部２０２ｂ〜２０６ｂには、上述した関節装置１が設けられる。第１関節部２０２ａ〜２０６ａに設けられる関節装置１は、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２の間に介在する。第２関節部２０２ｂ〜２０６ｂに設けられる関節装置１は、第２リンク部材１０２及び第３リンク部材１０３の間に介在する。
【００３１】
第３関節部２０２ｃ〜２０６ｃには、関節装置１Ａが設けられる。関節装置１Ａは、上述した関節装置１において、ばね部材１１に代えてばね部材１１Ａを備え、かつ第２板１３を有しない構成である（後述する実施の形態３：図２６〜図２９を参照）。関節装置１Ａは、第１板１２が第３リンク部材１０３に連結し、ばね部材１１Ａの第１板１２と反対側の端部がステッピングモータ１６（又はブラケット１６ａ）に固定される。
【００３２】
各指部には、ワイヤー１１０が挿通される。ワイヤー１１０は、一端が第１関節部の先端に固定され、他端が本体部２０１に接続される。
【００３３】
また、各指部の第３関節部の間には、第４関節部２０７ａ〜２０７ｄが設けられる。具体的には、親指部２０２の第３関節部２０２ｃと、人差し指部２０３の第３関節部２０３ｃとの間には第４関節部２０７ａが設けられる。人差し指部２０３の第３関節部２０３ｃと中指部２０４の第３関節部２０４ｃとの間には第４関節部２０７ｂが設けられる。中指部２０４の第３関節部２０４ｃと薬指部２０５の第３関節部２０５ｃとの間には第４関節部２０７ｃが設けられる。薬指部２０５の第３関節部２０５ｃと小指部２０６の第３関節部２０６ｃとの間には第４関節部２０７ｄが設けられる。第４関節部２０７ａ〜２０７ｄには、関節装置１が設けられ、この関節装置１が第３関節部同士を連結する。
【００３４】
本体部２０１には、制御部２１０、モータ制御部２１１、及びＤＣモータ２１２〜２１６が設けられる。制御部２１０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やハードディスク等を含むＰＣ（パーソナルコンピュータ）本体を備えたＰＣ等を用いて構成され、モータ制御部２１１及びＤＣモータ２１２〜２１６を制御する。
【００３５】
モータ制御部２１１は、制御部２１０の制御のもと、各関節部のステッピングモータ１６の駆動を制御する。具体的には、モータ制御部２１１は、各ステッピングモータ１６にパルス信号を送信して、ステッピングモータ１６を駆動させる。モータ制御部２１１は、ＣＰＵ等を用いて構成される。
【００３６】
ＤＣモータ２１２〜２１６は、制御部２１０の制御のもと、ワイヤー１１０を巻き取ることによって、指部におけるワイヤー１１０の長さを調整する。
【００３７】
図６及び図７に示す状態において、制御部２１０がＤＣモータを制御してワイヤー１１０をＤＣモータ内に引き込むと、関節部においてリンク部材間の曲げ角度が変化する。このリンク部材間の曲げ角度が変化すると、関節部において指部が曲がる。
【００３８】
図８及び図９は、図７に示す指部（中指部２０４）を曲げた状態を示す図である。図７に示す状態において、ＤＣモータ２１４がワイヤー１１０を巻き取ると、関節部において指部が曲がる。ワイヤー１１０が巻き取り方向Ｙ2に沿って移動すると、第１リンク部材１０１が引っ張られて、第１リンク部材１０１〜第３リンク部材１０３が本体部２０１側に動く。この際、関節部の当てコマ１４の位置を調整することによって、リンク部材の曲げ角度が調整される。例えば、ワイヤー１１０の巻き取り量が多く、当てコマ１４がステッピングモータ１６側にあるほど、リンク部材間の曲げ角度が大きく、中指部２０４の先端が本体部２０１（手掌部）に近付く（図８参照）。これに対し、ワイヤー１１０の巻き取り量が少なく、当てコマ１４がばね部材１１側にあると、リンク部材間の曲げ角度は小さい（図９参照）。この際、中指部２０４は、関節部における当てコマ１４の位置によって、曲がる関節部や、その角度が調整される。
【００３９】
また、第４関節部２０７ａ〜２０７ｄの関節装置１を駆動することによって、指部間の開き角度を変更することができる。図１０及び図１１は、図６に示す手の指部間の開き角度を変えた状態を示す図である。第４関節部２０７ａ〜２０７ｄを駆動することによって、図１０及び図１１に示すように、全部又は一部の指部間の開き角度を変えることができる。
【００４０】
まず、第４関節部２０７ａの動作について、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２及び図１３は、図１０に示す領域Ｒ2の構成を示す図である。具体的には、図１２及び図１３は、図６に示す親指部２０２と人差し指部２０３との間の構成を示す図である。親指部２０２と人差し指部２０３との間に位置する第４関節部２０７ａは、第１板１２が、球面ブッシュ１７を介して第３関節部２０３ｃに接続するとともに、第２板１３が、球面ブッシュ１８を介して第４リンク部材１０４に接続する。第４リンク部材１０４は、第２板１３と接続する側と反対側の端部が、第３関節部２０２ｃに接続する。第４リンク部材１０４は、ベアリング等を介して第３関節部２０２ｃに接続する。図１２及び図１３に示すように、第４関節部２０７ａの関節装置１における当てコマ１４の位置を変えることによって、ばね部材１１の曲げ態様を変えると、第４リンク部材１０４の変位によって、親指部２０２が、第３関節部２０２ｃの回転軸Ｎ3のまわりに回転する。親指部２０２が、第３関節部２０２ｃの回転軸Ｎ3のまわりに回転すると、親指部２０２と、人差し指部２０３との開き角度が変わる（例えば、図１０及び図１１を参照）。なお、回転軸Ｎ3は、親指部２０２の長手軸が通過し、かつ、この長手軸に対して垂直な軸である。回転軸Ｎ3の位置は、第３関節部２０２ｃの動作に影響しない位置であれば他の位置に配置してもよい。
【００４１】
続いて、第４関節部２０７ｂ〜２０７ｄの動作について、図１４及び図１５を参照して説明する。図１４及び図１５は、図１０に示す領域Ｒ3の構成を示す図である。具体的には、図１４及び図１５は、図６に示す中指部２０４と薬指部２０５との間の構成を示す図である。中指部２０４と薬指部２０５との間に位置する第４関節部２０７ｃは、第１板１２が、球面ブッシュ１７を介して第３関節部２０４ｃに接続するとともに、第２板１３が、球面ブッシュ１８を介して第３関節部２０５ｃに接続する。図１４及び図１５に示すように、第４関節部２０７ｃにおける当てコマ１４の位置を変えることによって、ばね部材１１の曲げ態様が変わる。ばね部材１１の曲げ態様が変わると、中指部２０４と、薬指部２０５とが、それぞれの軸の周りに回動し、中指部２０４及び薬指部２０５の開き角度が変わる（例えば、図１０及び図１１を参照）。
【００４２】
ここで、第３関節部と第４関節部との接続について、図１６を参照して説明する。図１６は、図１４に示す領域Ｒ4の構成を示す図である。図１６は、第４関節部２０７ｃにおける、第３関節部２０５ｃとの接続について示しているが、他の部分についても同様である。球面ブッシュ１８は、球状体１８１と、保持部材１８２と、延在部１８３とを有する。保持部材１８２は、球状体１８１を回転自在に保持し、例えばねじ止めによって第２板１３に固定される。延在部１８３は、例えばねじ止めによって、一端が球状体１８１に固定されるとともに、他端が第３関節部２０５ｃのブラケット１６ａに固定される。これにより、第４関節部と第３関節部との間において、一方の関節部の動きに伴う他方の関節部への負荷が軽減される。
【００４３】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、リンク部材を連結する関節部において、ばね部材１１の湾曲態様を当てコマ１４に調整することによって、リンク部材間の曲げ角度を変化させるようにしたので、単純にリンク部材同士を接続する回転軸のまわりに回転させる場合と比して、関節部における曲げ角度を一層ヒトの指の動きに近付けることができる。本実施の形態１によれば、ヒトを含む動物型のロボットの手に、当該動物の手の動作に近い動作をさせることができる。
【００４４】
（実施の形態１の変形例）
次に、上述した実施の形態１の変形例について、図１７を参照して説明する。図１７は、本発明の実施の形態１の変形例に係る関節装置の一部の構成を示す図である。上述した実施の形態１では、ローラー１２ｂが配設された孔部１２ａに、ワイヤー１１０が挿通されて移動する例について説明したが、図１７に示すように、ローラーを有しない孔のみの孔部１２ｃとしてもよい。
【００４５】
（実施の形態２）
次に、上述した実施の形態２について、図１８〜図２１を参照して説明する。図１８及び図１９は、本発明の実施の形態２に係る関節装置の構成を示す図である。関節装置１Ｂは、ばね部材１１Ｂ、第１板１２、第２板１３、当てコマ１４、スクリューギア１５、及び、ステッピングモータ１６を備える。関節装置１Ｂは、上述した関節装置１のばね部材１１に代えてばね部材１１Ｂを備える構成である。ばね部材１１Ｂ以外の構成は、上述した関節装置１と同様である。
【００４６】
関節装置１Ｂには、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２が接続される。関節装置１Ｂ及び第１リンク部材１０１には、ワイヤー１１０が配設され、ワイヤー１１０の引張り量に応じて、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の向きが変わる。この際、関節装置１Ｂは、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の曲げ角度を調整する関節部として機能する。図１８において、関節装置１Ｂに接続される第１リンク部材１０１の長手軸Ｎ1と、第２リンク部材１０２の長手軸Ｎ2とは、互いに平行であり、かつ、各長手軸に沿って延びる直線が一致する。
また、関節装置１Ｂ、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２は、被覆部材１２０によって被覆される。
【００４７】
ばね部材１１Ｂは、ねじりばね１１ａ、１１ｂと、板状部材１１ｃと、ピン１１ｄ、１１ｅとを有する。板状部材１ｃは、剛性を有し、ねじりばね１１ａ、１１ｂを境界として三つに分割されてなる。ピン１１ｄは、ねじりばね１１ａのコイル内部に挿通されるとともに、板状部材１１ｃのねじりばね１１ａ側の境界を接続する。同様に、ピン１１ｅは、ねじりばね１１ｂのコイル内部に挿通されるとともに、板状部材１１ｃのねじりばね１１ｂ側の境界を接続する。板状部材１１ｃは、ねじりばね１１ａ、１１ｂによって、両端部が互いに近付く方向に付勢される。
【００４８】
続いて、関節装置１Ｂの動作について、図２０及び図２１を参照して説明する。図２０及び図２１は、本発明の実施の形態２に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図である。ワイヤー１１０が矢印Ｙ5の方向に引っ張られると、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の角度が変わる。この際、スクリューギア１５における当てコマ１４の位置によって、ばね部材１１Ｂの湾曲態様が変わる。具体的には、当てコマ１４の板状部材１１ｃへの接触位置の変化に応じて板状部材１１ｃの形状が変形する。具体的には、当てコマ１４がばね部材１１Ｂに近いほど、板状部材１１ｃは広がり、当てコマ１４がステッピングモータ１６側に近付くほど板状部材１１ｃが湾曲する。当てコマ１４が切欠き部１３１、１３２に貫通すると、当てコマ１４と板状部材１１ｃとの接触が解除され、板状部材１１ｃが最も湾曲した状態となる（図２０参照）。ばね部材１１Ｂの湾曲態様が変わると、第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２との曲げ角度が変わる。第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２との曲げ角度は、ワイヤー１１０の引張り量と、スクリューギア１５に対する当てコマ１４の位置とによって調整することができる。
【００４９】
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、リンク部材を連結する関節部において、ばね部材１１Ｂの湾曲態様を当てコマ１４に調整することによって、リンク部材間の曲げ角度を変化させるようにしたので、単純にリンク部材同士を接続する回転軸のまわりに回転させる場合と比して、関節部における曲げ角度を一層ヒトの指の動きに近付けることができる。本実施の形態２によれば、ヒトを含む動物型のロボットの手に、当該動物の手の動作に近い動作をさせることができる。
【００５０】
（実施の形態２の変形例）
次に、上述した実施の形態２の変形例について、図２２〜図２５を参照して説明する。図２２及び図２３は、本発明の実施の形態２の変形例に係る関節装置の構成を示す図である。関節装置１Ｃは、ばね部材１１Ｃ、第１板１２、第２板１３、当てコマ１４、スクリューギア１５、及び、ステッピングモータ１６を備える。関節装置１Ｃは、上述した関節装置１Ｂのばね部材１１Ｂに代えてばね部材１１Ｃを備える構成である。ばね部材１１Ｃ以外の構成は、上述した関節装置１、１Ｂと同様である。
【００５１】
関節装置１Ｃには、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２が接続される。関節装置１Ｃ及び第１リンク部材１０１には、ワイヤー１１０が配設され、ワイヤー１１０の引張り量に応じて、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の向きが変わる。この際、関節装置１Ｃは、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の曲げ角度を調整する関節部として機能する。図２２において、関節装置１Ｃに接続される第１リンク部材１０１の長手軸Ｎ1と、第２リンク部材１０２の長手軸Ｎ2とは、互いに平行であり、かつ、各長手軸に沿って延びる直線が一致する。
また、関節装置１Ｃ、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２は、被覆部材１２０によって被覆される。
【００５２】
ばね部材１１Ｃは、ねじりばね１１ｆと、ピン１１ｇと、板状部材１１ｈ、１１ｉとを有する。ピン１１ｇは、ねじりばね１１ｆのコイル内部に挿通され、板状部材１１ｈ、１１ｉを回転可能に支持している。ばね部材１１Ｃは、板状部材１１ｈが第１板１２に連結し、板状部材１１ｉが第２板１３に連結する。板状部材１１ｈ、１１ｉは、ねじりばね１１ｆによって、両端部が互いに近付く方向に付勢される。
【００５３】
続いて、関節装置１Ｃの動作について、図２４及び図２５を参照して説明する。図２４及び図２５は、本発明の実施の形態２の変形例に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図である。ワイヤー１１０が引っ張られると、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の角度が変わる。この際、スクリューギア１５における当てコマ１４の位置によって、ばね部材１１Ｃの湾曲態様が変わる。具体的には、ピン１１ｇに対する板状部材１１ｈ、１１ｉの回転位置が変化する。具体的には、当てコマ１４がばね部材１１Ｃ側に近いほど、板状部材１１１ｈ、１１ｉは互いに離れる方向に変位し、当てコマ１４がステッピングモータ１６側に近付くほど板状部材１１ｈ、１１ｉが互いに近付く方向いうに変位する。当てコマ１４が切欠き部１３１、１３２に貫通すると、当てコマ１４と板状部材１１ｈ、１１ｉとの接触が解除され、板状部材１１ｃが最も屈曲した状態となる（図２４参照）。ばね部材１１Ｃの湾曲態様が変わると、第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２とのなす角度が変わる。第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２との曲げ角度は、ワイヤー１１０の引張り量と、スクリューギア１５に対する当てコマ１４の位置とによって調整することができる。
【００５４】
本変形例においても、上述した実施の形態２と同様に、ヒトを含む動物型のロボットの手に、当該動物の手の動作に近い動作をさせることができる。
【００５５】
（実施の形態３）
次に、上述した実施の形態３について、図２６〜図２９を参照して説明する。図２６及び図２７は、本発明の実施の形態３に係る関節装置の構成を示す図である。関節装置１Ｄは、ばね部材１１Ｄ、第１板１２、当てコマ１４、スクリューギア１５、及び、ステッピングモータ１６を備える。関節装置１Ｂは、上述した関節装置１のばね部材１１に代えてばね部材１１Ｂを備え、第２板１３を有しない構成である。ばね部材１１Ｄ以外の構成は、上述した関節装置１と同様である。
【００５６】
関節装置１Ｄには、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２Ａが接続される。関節装置１Ｄ及び第１リンク部材１０１には、ワイヤー１１０が配設され、ワイヤー１１０の引張り量に応じて、第２リンク部材１０２Ａに対する第１リンク部材１０１の向きが変わる。この際、関節装置１Ｄは、第２リンク部材１０２に対する第１リンク部材１０１の曲げ角度を調整する関節部として機能する。図２６において、関節装置１Ｄに接続される第１リンク部材１０１の長手軸Ｎ1と、第２リンク部材１０２Ａの長手軸Ｎ2とは、互いに平行である。
また、関節装置１Ｄ、第１リンク部材１０１及び第２リンク部材１０２Ａは、被覆部材１２０によって被覆される。
【００５７】
ばね部材１１Ｄは、板状の部材を湾曲させてなる。ばね部材１１Ｄは、形状回復性を有する。ばね部材１１Ｄは、Ｃ字状をなし、一端が第１板１２に連結し、他端が第２リンク部材１０２Ａに連結される。ばね部材１１Ｄは、第１板１２と接続する側と反対側の端部が、第２リンク部材１０２Ａと接続する。
【００５８】
続いて、関節装置１Ｄの動作について、図２８及び図２９を参照して説明する。図２８及び図２９は、本発明の実施の形態３に係る関節装置の構成を示す図であって、関節を曲げた状態を示す図である。ワイヤー１１０が引っ張られると、第２リンク部材１０２Ａに対する第１リンク部材１０１の角度が変わる。この際、スクリューギア１５における当てコマ１４の位置によって、ばね部材１１Ｄの湾曲態様が変わる。ばね部材１１Ｄの湾曲態様が変わると、第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２Ａとのなす角度が変わる。第１リンク部材１０１と第２リンク部材１０２Ａとの曲げ角度は、ワイヤー１１０の引張り量と、スクリューギア１５に対する当てコマ１４の位置とによって調整することができる。
【００５９】
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、リンク部材を連結する関節部において、ばね部材１１Ｄの湾曲態様を当てコマ１４に調整することによって、リンク部材間の曲げ角度を変化させるようにしたので、単純にリンク部材同士を接続する回転軸のまわりに回転させる場合と比して、関節部における曲げ角度を一層ヒトの指の動きに近付けることができる。本実施の形態３によれば、ヒトを含む動物型のロボットの手に、当該動物の手の動作に近い動作をさせることができる。
【００６０】
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、上述した実施の形態では、ワイヤー１１０によってリンク部材を変位させる例について説明したが、ばね部材の形状回復性と、第１板（又は第２板）の剛性とによって、リンク部材の変位が制御できれば、ワイヤー１１０を有しない構成であってもよい。
【００６１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【００６２】
以上説明したように、本発明に係る関節装置は、ヒトを含む動物型のロボットの手に、当該動物の手の動作に近い動作をさせるのに好適である。
【符号の説明】
【００６３】
１  関節装置
１１、１１Ａ〜１１Ｄ  ばね部材
１１ａ、１１ｂ、１１ｆ  ねじりばね
１１ｃ、１１ｈ、１１ｉ  板状部材
１１ｄ、１１ｅ、１１ｇ  ピン
１２  第１板
１３  第２板
１４  当てコマ
１５  スクリューギア
１６  ステッピングモータ
１７、１８  球面ブッシュ
１０１  第１リンク部材
１０２、１０２Ａ  第２リンク部材
１０３  第３リンク部材
１０４  第４リンク部材
１１０  ワイヤー
１２０  被覆部材
１３１、１３２  切欠き部
【要約】
【課題】ヒトを含む動物型のロボットの手に、当該動物の手の動作に近い動作をさせることができる関節装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る関節装置は、二つの部材を接続して、二つの部材の曲げ角度を制御する関節装置であって、ばね部材と、一方がばね部材の一端に接続するとともに、他方が二つの部材のうちの一方の部材に接続する第１の接続部材と、ばね部材に当接する当てコマと、当てコマの、ばね部材に対する当接位置を制御するコマ位置制御部材と、を備える。
【選択図】図１【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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