JPH0630861B2

JPH0630861B2 - 指マニピュレータ

Info

Publication number: JPH0630861B2
Application number: JP2153920A
Authority: JP
Inventors: 献大西; 武生大道; 晃久沖野; 優樋口
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1990-06-14
Publication date: 1994-04-27
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPH0446787A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、物を把持し、操作する指マニピュレータに関
し、ロボット等の手先部等に設けられるものである。

〈従来の技術〉第１１図〜第１３図に従来の指マニピュレータを示す。

第１１図に示すものは、二つの指機構01,02を有するグ
リッパと呼ばれるものである。指機構01,02は対向して
配置され、曲げ関節を有さないため、指機構01,02を単
に相互に平行移動させて、物を挟む機能しかない。

第１２図及び第１３図は三つの指機構03,04,05よりなる
指マニピュレータである。指機構03,04は並列に配置さ
れると共に指機構05は指機構03,04に対向して配置され
ている。各指機構03,04,05は三つの曲げ関節及び一つの
横振り関節を有し、人間の指と同様な自由度を有してい
る。このため、指機構03,04,05を曲げ、横振りさせるこ
とにより物を把持するだけでなく、把持した物を回転さ
せることが可能である。

〈発明が解決しようとする課題〉第１１図に示す指マニピュレータは、指機構01,02の自
由度が１自由度しかないため、制御は非常に簡単である
ものの、逆に物を挟む自由度しかない。このため、一旦
挟んだ物を捻じったり、回転させる、傾ける等の運動を
させるためには指マニピュレータの取り付け架台そのも
のを回転させなければならず、機構が大掛かりとなるば
かりか、微妙な動作が困難である。又、第１１図の指機
構01,02は、平行に移動して把持する機能しかない為、
把持する物体によっては安定に把持できない問題があ
る。

第１２図及び第１３図に示す指マニピュレータは、三つ
の指機構03,04,05を有するから、複雑な物体でも３方向
より安定に保持することができる、更に把持した物を捻
じり、回転させ、傾斜させる等の操り動作する事が可能
である。

しかしながら、各指機構03,04,05の自由度は曲げ３自由
度と横振り１自由度の計４自由度であるため、指先端位
置決めに際しては１自由度冗長である。このため、指先
端の位置だけでなく姿勢も考慮して制御しなければなら
ず、制御が非常に複雑となる。

また、物を安定に保持するためには三つの指機構が必要
であるが、更に、保持した物体に対して連続的な動作を
加えたい場合には、三つの指機構だけでは不十分であ
る。例えば、指機構によりナットを保持して、ボルトに
締結する場合には、絶えずナットをボルトに押しつけた
定位置を保持しつつ、ナットをボルトの軸心を中心にし
て１回転以上させなければならない。

しかし、第１２図及び第１３図に示す指マニピュレータ
では三つの指機構によりナットを保持した後は、指機構
の可動範囲内でナットを回しうるのみであり、連続した
運動を起こさせるような操り運動、即ち把持しながら物
を持ち替える動作はできなかった。

しかも、平行に配置された指機構03,04と、これと対向
して配置された指機構05とは根本の位置関係が固定され
ている。このため、操り動作、特に、ボルトを回転させ
ようとした場合に、接触する面が指先の腹面より側面に
ずれてしまうため、強く捻じることができず、また安定
した把持が困難であった。

本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、
複雑な物でも安定して把持することができる人間の指と
同様な構成の指構造を有し、且つ、把持した物を持ち替
えられる制御容易な指マニピュレータを提供することを
目的とする。

〈課題を解決するための手段〉斯かる目的を達成する本発明の構成は複数本の指機構を
有する指マニピュレータにおいて、各指機構は指先端側
より指根本側へ向かって二つの連続した曲げ関節と該曲
げ関節と直交し、指先端側を側方へ傾ける横振り関節と
を連結して構成され、前記指機構のうちの少なくとも三
つを他の一つと対向して平行に配置すると共に平行に配
置された少なくとも三つの前記指機構を前記曲げ関節と
平行な手掌関節で根本構造体に連結して当該指機構と他
の一つの前記指機構との成す角度を可変にし、更に、前
記根本構造体に前記曲げ関節及び横振り関節に直交する
スイング関節を設けて、該スイング関節にアームを介し
て他の一つの前記指機構を連結することにより、当該指
機構の姿勢を可変としたことを特徴とする。

〈作用〉各指機構は多関節であるので、少なくとも三つの指機構
を内側に握り込むように曲げると、複雑な形状のもので
も安定して把持することができる。

更に、四つの指機構により物を把持すれば、その後、そ
の内の一つの指機構を離して移動させることを順次各指
機構について繰り返して実施すれば、握り変えを含む連
続した操り運動を行うことが可能である。

また、平行に並んだ三つの指機構を手掌関節により同時
に同一方向に曲げて、他の指機構との成す角度を調整す
れば、把持する物の大きさ、形状に応じて把持し易くす
ることが可能である。

しかも、スイング関節を中心に指機構の姿勢を自由に変
化させることができるので、把持した物を操り動作する
場合でも、指先の腹部で安定して把持できる。

〈実施例〉以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図〜第３図に本発明の一実施例に係る指マニピュレ
ータを示す。両図に示すように本実施例は４本の指機構
１，２，３，４を有するものであり、指機構１，２，３
は平行に配列される一方、指機構４はこれら指機構１，
２，３に対向して配置されている。

ここで、各指機構１〜４は、二つの連続する曲げ関節
５，６と、これらの曲げ関節５，６と直交し、指先端側
を側方へ傾ける横振り関節７とを有している。曲げ関節
５，６、横振り関節７は指先端側より指根本側へ向かっ
て骨構造８にて順に連結している。従って、横振り関節
７は指根本側に位置し、曲げ関節５，６は指先端側に位
置する。

曲げ関節５，６は指を握り込む方向に曲がるよう、つま
り指機構が相互に接近し、離反する方向に曲がるように
設計されている。また、横振り関節７は向かい合う指機
構が平行移動するよう、つまり横に広がる方向に曲がる
ように設計さている。

更に、上述した指機構１〜４は根本構造材１０に連結さ
れている。ここで、指機構１，２，３は手掌関節９を介
して根本構造材１０に連結される一方、指機構４はスイ
ング関節を介して根本構造材１０に連結されている。ま
た、指機構４は三つの指機構１〜３に対向して位置して
いる。

手掌関節９は曲げ関節５，６と平行な方向の軸を有し、
この手掌関節９を曲げることにより、三つの指機構１〜
３を同時に同方向に移動させることが可能である。つま
り、指機構１〜３は、あたかも、もう一つの関節を有す
るが如く、それらの指先姿勢を変えることが可能であ
る。なお、特に必要がないときは、手掌関節９は曲げな
くても良い。

スイング関節１１は、根本構造材１０に設けられた関節
であり、曲げ関節５，６及び横振り関節７に垂直な軸を
有している。このスイング関節１１にある長さのアーム
１２にて指機構４が連結されている。

従って、スイング関節１１を中心にアーム長さを半径と
して回転させれば、指機構４の指先方向を変化させない
ように姿勢を変化させることができる。以降、このよう
な回転を対向回転と言うことにする。

このように指機構４のみに、スイング関節１１を連結し
て、対向回転できるようにしたのは、指機構４は人間の
指では親指に相当する物であり、複雑で微妙な運動が要
求されるからである。

上述した合計１４個の関節１〜３，７，９，１１にはそ
れぞれプーリが取り付けられると共に各プーリに対して
両方向に二本のワイヤが巻き掛けられ、これらのワイヤ
に引張力を加えることにより、各関節を独立して操作す
ることができ、複雑な指先の動きを実現できる上記構成を有する指マニピュレータは、四つの指機構１
〜４を有しているから、複雑な物であっても、少なくと
も三つの指機構を使用すれば安定に把持することがで
き、更に必要に応じて残りの指機構を適宜加えることに
より、操り動作が可能になる。

即ち、三つの指機構１，２，４により物を把持した後、
残りの指機構３を加えて四つの指機構により把持する。
その後、指機構１を物から離して、他の位置に移動さ
せ、再び四つの指機構で把持する。同様な動作を指機構
２，３についても順次繰り返し行う。これにより、物を
絶えず三つの指機構で安定に把持しながら、持ち替え動
作を含む連続した操り動作が可能になる。つまり、４指
機構把持→３指機構把持・１指移動→４指機構把持の動
作を順次繰り返すのである。

また、指機構１〜４は３自由度を有するから、指先端の
位置は各関節５，６，７の角度により一義的に定まり、
複雑な制御をすることなく位置決めが可能である。この
為、制御装置、ソフトウェア等が簡便となる。

更に、平行に配置された三つの指機構１〜３は手掌関節
９により、同時に同方向に曲げることができるから、指
先の姿勢を変化させることや、把持する物の形状、大き
さにより、三つの指機構１〜３と対向して配置された指
機構４との成す角度を調整して把持し易くすることが可
能である。例えば、第４図に示すように、小さなボルト
１１を摘み上げる場合には、三つの指機構１〜３と指機
構４との成す角度を小さくしておき、また第５図に示す
ように中程度の物１４を把持する場合には、その角度を
広げ、更に第６図に示すように大きな物１５を把持する
場合には、その角度を一層大きくするのである。

更に、スイング関節１１により指機構４を対向回転させ
て、その姿勢を変化できるので、操り動作において最も
重要な親指腹面を絶えず物接触させながら、物を操るこ
とができる。例えば、ボルト回しの作業を第７図〜第１
０図に示す。第７図に示すように指機構２，４でボルト
１１を把持し、その後、第８図〜第１０図に示すように
指機構４を対向回転させれば、指機構４の指先腹部でボ
ルト１１を把持したまま、ボルト１１を強く捻じること
ができるのである。

このように本実施例の指マニピュレータは、あらゆる形
状の物を安定に把持して連続的に操ることができるもの
であり、しかも制御容易なものである。

尚、上述した実施例では、四つの指機構１〜４を使用し
ていたが、本発明はこれに限るものではなく、五つ以上
の指機構を使用して更に高度な操り動作を行わせるよう
にしてもよい。

〈発明の効果〉以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明の指マニピュレータは、簡単な操作により物の形状、
大きさを問わず、複雑な形状の物でも常に安定して把持
することができ、更に連続的な操り動作をさせることが
できる。しかも、スイング関節により対向回転が可能な
ため、指機構の姿勢を調整することが可能である。従っ
て、従来の技術では困難であった細かい作業がさほど複
雑な制御システムなしでできるようになり、人間の近寄
り難い悪環境の下での作業を人間に代わって代行するこ
とが可能となる。これにより、人間の危険度を大きく低
減することができ、ひいては作業全体のコスト低減に寄
与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる指マニピュレータの
観念図、第２図は本発明の一実施例にかかる指マニピュ
レータの側面図、第３図は第２図中のＡ−Ａ矢視図、第
４図，第５図，第６図はそれぞれ本発明の一実施例にか
かる指マニピュレータの使用態様の説明図、第７図(a)
(b)〜第１０図(a)(b)はそれぞれ本発明の一実施例に係
る指マニピュレータの使用態様の説明図、第１１図〜第
１３図はそれぞれ従来の指マニピュレータの説明図であ
る。図面中、１，２，３，４は指機構、５，６は曲げ関節、７は横振り関節、８は骨構造、９は手掌関節、１０は根本構造材、１１はスイング関節、１２はアームである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭49−58564（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−2951（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本の指機構を有する指マニピュレータ
において、各指機構は指先端側より指根本側へ向かって
二つの連続した曲げ関節と該曲げ関節と直交し、指先端
側を側方へ傾ける横振り関節とを連結して構成され、前
記指機構のうちの少なくとも三つを他の一つと対向して
平行に配置すると共に平行に配置された少なくとも三つ
の前記指機構を前記曲げ関節と平行な手掌関節で根本構
造体に連結して当該指機構と他の一つの前記指機構との
成す角度を可変にし、更に、前記根本構造体に前記曲げ
関節及び横振り関節に直交するスイング関節を設けて、
該スイング関節にアームを介して他の一つの前記指機構
を連結することにより、当該指機構の姿勢を可変とした
ことを特徴とする指マニピュレータ。