多指机器手的制作方法

专利名称：多指机器手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人装置，特别是涉及一种握持、操作各种各样物品的多指机器手。
背景技术：
近年来，随着少子老龄化，可以预见到劳动力不足、并且老龄化的问题，从而一种弥 补这些问题的产业用、家庭用机器人备受期待。特别是， 一种为了完成复杂的作业而能够 灵巧且稳定地握持各种各样的物品的机器手是必需的，也是重要的。并且，还对这些机器 手在用作手不方便的人的假手中的应用也做了各种研究。考虑到这种情形，提出了几种具 有与人手类似的结构的类似人类的机器手。
图15(a)、 (b)是可执行与人类的手类似的动作、内置马达的类似人类的机器手(例如， 参照日本专利公开公报特开平11-156778号)。如图15(a)所示，指机构60具有三个弯曲 关节61、 62、 63以及与弯曲关节63垂直的一个开闭关节64，通过马达65、 66、 67、 68 来驱动各个关节。另外，图15(b)表示五个指机构60、 70被安装在掌部69的状态。此外， 指机构70通过四节链接机构联动指机构60的弯曲关节61和弯曲关节62而活动。
另外，为了提高握持各种形状的物品的稳定性，还提出几种具备与人类相同的拇指球 的机器手。
图16是具有与人类的手同样通过拇指的转动而凸起的拇指球的机器手(例如，参照日 本专利公开公报特开2004-351567号)。如该图所示，机器人71具有配置在机器手基部 72的拇指球73和掌部74，在相当于拇指的指机构75如图中箭头76所示转动到掌部74 一侧时，拇指球73相对于掌部74表面而凸起。
然而，图15(a)、 (b)所示的以往的类似人类的机器手存在如下问题。即，在该类似人 类的机器手中，由于掌部是所谓的一个板状，因此在握持物品时，仅指机构的顶端部、及 掌部的一部分接触物品。因此，物品与机器手的接触面积小，根据物品的形状、大小，会 有握持的稳定性较差的问题。并且，虽然该机器手在握持上具有足够的自由度，但是由于 指机构的关节数较多，因此很难将驱动关节的机构紧凑地内置于小型部件中，其结果，存 在手的大小、重量增加的问题。另外，由于控制的关节数较多，因此还存在控制变得非常复杂的问题。
另外，图16所示的以往的具有拇指球的机器手存在如下问题。即，该机器手，在握 持盘子等板状形状的物品时，即使拇指球凸起，也由于没有形成通过拇指球本身夹持物品 的结构，因此存在握持的稳定性较差的问题。

发明内容
本发明旨在解决上述问题，其目的在于提供一种能够抑制指机构的关节数增多，并且 稳定地握持各种各样物品的多指机器手。
本发明所提供的多指机器手具有多个指机构，包括通过第一根关节连接至少两个指 机构的第一掌部；通过第二根关节连接至少一个指机构的第二掌部；连接上述第一掌部和 上述第二掌部的连接部，其中，上述连接部允许上述第二掌部相对于上述第一掌部的连接
角度改变。


图l(a)、 (b)表示本发明实施例1的多指机器手，(a)是其正视图，(b)是侧视图。 图2是本发明实施例1的多指机器手的关节的概念图。 图3是表示本发明实施例1的多指机器手握持筒状的杯子的情形的示意图。 图4是表示本发明实施例1的多指机器手握持板状的盘子的情形的示意图。 图5是表示本发明实施例1的多指机器手握持盆状的碗的情形的示意图。 图6是表示本发明实施例1的多指机器手握持较小的物品的情形的示意图。 图7(a)、 (b)表示本发明实施例2的多指机器手，(a)是其正视图，(b)是侧视图。 图8(a) (c)表示本发明实施例3的多指机器手，(a)是其正视图，(b)是袋部件收縮时 的侧视图，(c)是袋部件膨胀时的侧视图。
图9(a)、 (b)表示本发明实施例4的多指机器手，(a)是其正视图，(b)是侧视图。 图10是表示本发明实施例4的多指机器手中的连接部附近的示意图。 图11是表示本发明实施例4的多指机器手的变形例的示意图。
图12(a)、 (b)表示本发明实施例4的多指机器手的变形例，(a)是其正视图，(b)是侧视图。
图13是表示本发明实施例5的多指机器手的侧视图。
图14(a)、 (b)表示本发明实施例6的多指机器手，(a)是其侧视图，(b)是正视图。图15的(a)是以往例子的类似人类的多指机器手的一个指机构的结构图，(b)是以往例 子的类似人类的多指机器手的整体图。
图16是以往例子的具有拇指球的机器手的结构图。
具体实施例方式
以下参照附图对实施本发明的最佳方式进行详细说明。 (实施例1)
图l(a)及(b)表示本发明的多指机器手的一个实施例。如该图所示，本实施例的机器手 具有四个指机构l、 2、 3、 4，由其中的三个指机构2、 3、 4(第一指机构)和另一个指机构 l(第二指机构)从两侧握持握持对象。指机构l相当于拇指，指机构2相当于食指，指机构 3相当于中指，指机构4相当于无名指。
该机器手包括与指机构2、 3、 4连接的第一掌部8、与指机构1连接的第二掌部9、 作为连接第一掌部8和第二掌部9的连接部的一个例子的掌关节10。即，在本实施例中， 连接部具有一个掌关节10。第一掌部8形成为矩形的平板状，第二掌部9形成为梯形的平 板状。
掌关节io具有转动轴10a，可以围绕该转动轴10a相对地转动第一掌部8及第二掌 部9。由此，第二掌部9相对于第一掌部8的连接角度可改变。换言之，可以折叠机器手 的手掌，能够自由调节第一掌部8与第二掌部9形成的角度。该掌关节10的转动轴10a 配置在第一掌部8及第二掌部9彼此相对着的侧面的板厚方向的一端部(图l(b)的上端部)。 因此，第一掌部8及第二掌部9仅能够从该两者排列在同一平面的图l(b)的状态向手掌侧 转动。
指机构2、 3、 4分别通过根关节12(第一根关节)与第一掌部8连接。该根关节12分 别被设置在第一掌部8的与掌关节10的连接面相反一侧的面(图l(a)的左端面)。g卩，第一 掌部8的左端面为指机构安装面。
指机构1通过根关节13(第二根关节)与第二掌部9连接。该根关节13被设置在第二 掌部9的与掌关节10的连接面相反一侧的面(图l(a)的右端面)。g卩，第二掌部9的右端面 为指机构安装面。
指机构2、 3、 4相互平行地排列。并且，在图l(b)所示的状态中，各指机构1 4位 于同一平面。在该状态下，指机构1所处的位置使其主轴与指机构3的主轴的延长线基本 一致。并且，指机构3的主轴位于在使第二掌部9相对于第一掌部8围绕转动轴10a转动时，由指机构1的主轴的轨迹而形成的平面上。换言之，指机构1与指机构3被配置成彼 此在大致同一的平面上活动。
也如图2所示，第一掌部一侧的根关节12都具有弯曲关节6。该弯曲关节6具有转 动轴6a，第一掌部8及指机构2、 3、 4能够围绕该转动轴6a相对地转动。根关节12的 弯曲关节6使指机构2、 3、 4本身向握持方向弯曲。
另外，第二掌部一侧的根关节13具有转动轴13a，第二掌部9及指机构1能够围绕 该转动轴13a相对地转动。换言之，根关节13作为使指机构1向握持方向弯曲的弯曲关 节而发挥功能。
第一掌部一侧的根关节12的转动轴6a和第二掌部一侧的根关节13的转动轴13a都 与掌关节10的转动轴10a平行。并且，如上所述，指机构1与指机构3被设置成其主轴 存在于大致同一的平面内。因此，能够使各自的指尖彼此相向。
指机构1 4都具有弯曲关节5和骨部件11。各指机构1 4各自具有一个弯曲关节5， 两个骨部件11、即顶端侧骨胳11和根侧骨胳11通过该弯曲关节5而连接。弯曲关节5 用于使指机构1 4弯曲，具有配置在指机构l 4的中间部的转动轴5a。该转动轴5a被 设置成与上述的转动轴10a、 6a、 13a平行。因此，指机构1和3在弯曲时，彼此在大致 同一的平面上活动。
指机构2、 4的根关节12具有使指机构2、 4在与指机构2、 4的弯曲方向垂直的方向 上活动的开闭关节7。开闭关节7具有被设置成在与转动轴5a、 6a、 10a、 13a垂直的方 向上延伸的转动轴7a。由此，左右两端的指机构2、 4能够在与握持方向垂直的方向(侧方) 上做转动活动。即，指机构2、 4能够在相邻的指机构彼此接近或者远离的方向、即沿横 向伸展的方向做开闭活动。此外，较为理想的是，开闭关节7向左右的最大弯曲角度大约 在20度至30度左右。另外，较为理想的是，弯曲关节5、根关节12、 13向弯曲方向的 最大弯曲角度大约在90度至IIO度左右。由此，具有能够握持人类接触的各种各样物品 的有益效果。
弯曲关节5、根关节12、 13、掌关节10都可以通过销结合围绕转动轴5a、 6a、 7a、 10a、 13a转动。另外，作为骨部件ll的材料，例如可以利用铝等轻金属、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂)等工程塑料等。
虽未图示，但除了各指机构1 4的关节部分以外的表面部分、第一掌部8及第二掌 部9中与物品接触的表面部分由厚度均匀的弹性皮肤部件覆盖。由此，在握持物品时的各 接触部位能够得到更大的接触面积，而且，，由于与握持物体之间的摩擦增加，因此能够实现握持的稳定化。作为弹性皮肤部件的材料，例如可以列举出橡胶、聚氨脂、硅、海绵等。 此外，在这种情况下，若考虑到与物品的接触性，则较为理想的是，橡胶硬度在 Hs(Hardness Spring)20度至30度左右。此外，弹性皮肤部件可以形成单层，也可以形 成多层。
另外，虽未图示，但作为各指机构1 4的弯曲关节5、根关节12、 13及掌关节10 的驱动机构，可以使用公知的技术，例如，由内置于骨部件ll、第一掌部8、第二掌部9 等中的马达，通过减速机构、差动机构来驱动各个关节的齿轮驱动方式，利用缠绕在安装 于各个关节的未图示的各个滑轮上的金属线通过马达等施加拉伸力来驱动各个关节的金 属线驱动方式，或者使用V型带(V-belt)等带代替金属线来驱动各个关节的带驱动方式， 组合马达和链接机构来驱动各个关节的链接驱动方式等。
另外，虽未图示，但本实施例的机器手在图l(a)、 (b)所示的第一掌部8的手背侧与机 器人操纵器固定连接。
对如上述那样构成的多指机器手，以下在图3至图6中概要性地示意出将各种各样的 物品分别以各自的方式加以握持的状态。
首先，图3示意的是一种"捏握握持"，使用四个指机构1 4、第一掌部8、以及第二 掌部9包住圆筒形状的杯子等握持物品101而进行握持。如图3所示，本实施例的多指机 器手，由于是第二掌部9通过掌关节10相对于第一掌部8弯曲的结构，因此能够使第一 掌部8的手掌侧表面21、与第二掌部9的手掌侧表面22顺着握持物品101。由此，与握 持物品101之间的接触面积增加，从而能够实现更稳定的握持。该握持是握持如煎锅、锤、 伊等具有把手的工具或器具、或者管等时使用的握持方式。
接着，图4示意的是一种"夹持握持"，用四个指机构1 4、第一掌部8、以及第二掌 部9夹持板状的盘子等物品201。如图4所示，本实施例的多指机器手，由于是第一掌部 8与第二掌部9弯曲的结构，因此能够在第一掌部8的手掌侧表面21与第二掌部9的手 掌侧表面22之间夹住物品。由此，与仅由指机构1 4夹住物品201的情况相比，能够实 现更稳定的握持。该握持方式是握持如盘子、文件、文件夹等板状物品201时使用的握持 方式。
接着，图5示意的是一种"支撑握持"，用四个指机构1 4支撑盆状的碗301等物品。 如图5所示，本实施例的多指机器手，能够通过掌关节10调整第一掌部8与第二掌部9 形成的角度。即，能够调节设置在掌部8、 9上的指机构1 4的根部分(安装部分)41、 42 的相对位置关系。并且，由指机构3的顶端附近支撑碗301的底部302，且在与指机构l的顶端附近之间应付碗301的垂直方向的负荷与力矩。并且，通过向左右张开第一掌部8 的两侧的指机构2与指机构4，用该指机构2、 4支撑碗301的侧面部，来调整碗301的 左右方向的平衡，实现稳定的握持。该握持是握持如碗、茶杯、盆等盆状物品时使用的握 持方式。
接着，图6示意的是一种"抓捏握持"，用两个 四个指机构捏住例如螺母等较小的物 品401。如图6所示，本实施例的多指机器手，能够通过掌关节10调整第一掌部8与第 二掌部9形成的角度。g卩，能够调节设置在掌部8、 9上的指机构1 4的根侧的安装部分 41、 42的位置关系。并且，由指机构1和与其相对的指机构3握持物品401，并且在指 机构2与指机构4之间握持物品401。该握持是握持如螺母、牙签等较小的物品401时使 用的握持方式。
如以上所述，根据本实施例，由于可以自由调整第一掌部8与第二掌部9形成的角度， 因此能够根据握持对象物自由地变更设置在第一掌部一侧的指机构2 4的根关节12、与 设置在第二掌部一侧的指机构1的根关节13之间的位置关系，由此，能够根据握持对象 物的大小、形状，采用容易握持的姿势。并且，通过折叠掌部8、 9，还能够用掌部8、 9 和指机构1 4两者来夹住如盘子那样的板状的物品，因此能够稳定地握持更广范围的物 品。另外，由于掌关节10是机器手整体的一个关节，因此能够确保握持所需的弯曲的自 由度，并减少指机构1 4的关节数。
另外，根据本实施例，掌关节10的转动轴10a与弯曲关节5的转动轴5a、弯曲关节 6的转动轴6a以及根关节13的转动轴13a平行，因此能够通过指机构1 4从两侧夹住 握持对象来握持握持对象。由此，能够稳定地保持握持对象。并且，通过折叠第一掌部8 与第二掌部9，即使是如盘子那样的板状的物品，也能够用掌部8、 9以及指机构1 4两 者进行握持。因此，能够稳定地握持板状物品。
另外，根据本实施例，第一掌部8—侧的中央的指机构3与第二掌部9一侧的指机构 1处于基本相向的位置关系，并且被设置成在握持物品时基本在同一平面上活动，因此即 使在进行物品的抓捏动作时也能够实现稳定的握持。
另外，根据本实施例，由于被设置在第一掌部8上的左右的指机构2、 4的根关节12 具有向横向开闭的开闭关节7，因此在握持盘子等板状物品、碗等盆状物品等时，通过使 设置在第一掌部8上的左右两个指机构2、 4向侧方开闭，能够调整物品的左右的重量平 衡，从而可以实现更稳定的握持。
另外，由于本实施例是在指机构1 4中分别设置一个弯曲关节5的结构，因此能够确保物品的握持所需要的自由度，并且能够简化机器手的结构。
此外，在本实施例中，仅对指机构2、 4的根关节12、 12具备开闭关节7、 7的结构 进行了说明，但并不限于此。例如，也可以在指机构l、 3的根关节12、 13中设置与指机 构2、 4同样的开闭关节7、 7。这样，如果在所有的指机构1 4中设置开闭机构，则在 握持较小的物品时，能够调整各指机构的根侧的开闭关节7，使指机构1 4的指尖集中在 物品的周围，因此能够实现更稳定的握持。另外，设置在第一掌部8上的左右的指机构2、 4的开闭活动可以独立驱动，也可以联动地驱动。
另外，在本实施例的说明中使用的各指机构的手指长度，如图1 6所示，具有指机 构3>指机构2=指机构4〉指机构1的关系，但并不是一定要采用该关系，例如所有的指机 构1 4也可以是相同长度。
另外，本实施例是具有四个指机构的多指机器手，但是本发明并不限于此。例如，可 以具有五根以上的指机构，或者也可以采用第一掌部8—侧的指机构仅有左右两个的结构。 另外，本实施例采用指机构1 4各自具有一个弯曲关节5的结构，但是并不限于此。例 如，也可以是指机构1 4中至少一个具有两个以上的弯曲关节5的结构。
另外，本实施例中，采用机器手在第一掌部8的手背侧与机器人操纵器连接的结构， 但是本发明并不限于此。例如，也可以是以轴支撑连接第一掌部8与第二掌部9的掌关节 10的转动轴10a的形式与机器人操纵器固定连接的结构，或者也可以是在第二掌部9的 手背侧与机器人操纵器固定连接的结构。
(实施例2)
图7(a)、 (b)是表示本发明实施例2的多指机器手的示意图。本实施例2在实施例1 的第二掌部9的手掌侧表面设置了弹性凸部件51，其他的结构、驱动方法与实施例1相同。
图7(a)、 (b)所示的弹性凸部件51以基本覆盖第二掌部9的手掌侧表面中央部的形式 与实施例l记载的弹性皮肤部件形成为一体。其材质与弹性皮肤部件相同，例如是橡胶、 聚氨脂、硅、海绵等。此外，在这种情况下，若考虑到与物品的接触性，较为理想的是， 橡胶硬度在Hs(Hardness Spring)20度至30度左右。
该弹性凸部件51在多指机器手握持物品时，例如，如图3、图4所示那样在积极使用 第一掌部8和第二掌部9的手掌侧表面握持物品的情况下，物品可以牢固地保持在弹性凸 部件51与指机构1 4或者另一掌部8之间。
如上所述，根据本实施例，通过在多指机器手的第二掌部9的手掌侧表面设置弹性凸部件51，在积极使用掌部8、 9进行握持时，能够进一步稳定地握持物品。
此外，在本实施例中，弹性凸部件51与弹性皮肤部件是一体形成的，但也可以分开 形成。并且，弹性凸部件51也可以设置在第一掌部8上，或者也可以设置在两个掌部8、 9上。
(实施例3)
图8(a) (c)是表示本发明实施例3的多指机器手的示意图。本实施例在实施例1的掌 部9的手掌侧表面上设置了基于流体的进出而伸縮的袋部件55，其他的结构、驱动方法与 实施例l相同。
图8(a) (c)所示的袋部件55以基本覆盖第二掌部9的手掌侧表面中央部的形式，与 实施例1记载的弹性皮肤部件分开形成。其材质是例如橡胶等伸縮材料。另外，作为进出 袋部件55的流体，例如可以列举出压縮空气等气体、或水等液体。
多指机器手例如在如图3、图4所示那样积极使用第一掌部8和第二掌部9的手掌侧 表面握持物品的情况下，如图8(c)所示那样使流体流入袋部件55内以使袋部件55膨胀， 在袋部件55与指机构1 4或者另一掌部8之间牢固地保持物品。另外，在不积极使用第 二掌部9的手掌侧表面进行握持时，如图8(b)所示，使袋部件55收縮，从而不限制掌关 节10的可动范围。
如上所述，根据本实施例，通过在多指机器手的第二掌部9的手掌侧表面上设置基于 流体的进出而伸縮的袋部件55，在积极使用掌部8、 9进行握持时，能够进一步稳定地握 持物品。另一方面，在不积极使用掌部8、 9的情况下，可不限制掌关节10的可动范围。
此外，袋部件55也可以设置在第一掌部8上，或者也可以设置在两个掌部8、 9上。
(实施例4)
图9(a)、 (b)表示本发明实施例4的多指机器手。如该图所示，本实施例包括用于改变 第一掌部8相对于第二掌掌部9的相对的连接角度的驱动部。驱动部包括马达81。马达 81产生驱动力，在马达81的驱动轴上设有马达齿轮82。
在第一掌部8上固定有第一齿轮86a，在第二掌部2(应为9)上固定有第二齿轮86b， 第二齿轮86b与第一齿轮86a啮合。
第一齿轮86a分别被设置在第一掌部8的宽度方向的两端部。在两个第一齿轮86a 上分别形成有贯穿孔，传动轴84可自由转动地穿过两个第一齿轮86a的贯穿孔。传动轴84为第一齿轮86a的轴心。在传动轴84上固定有传动齿轮83，该传动齿轮83与马达齿 轮82啮合。
如图10放大所示的那样，在第一掌部8上，在靠第二掌部一侧的端部形成有凹部8a。 凹部8a形成为沿掌部8的宽度方向延伸，在凹部8a的两端部分别固定有第一齿轮86a。 凹部8a是切除第一掌部8的手掌侧面21中的靠第二掌部一侧的端部的角部，使得从宽度 方向上观察第一掌部8时的截面形状为矩形的凹部。因此，在第一掌部8的端部形成以大 致90度的角度交叉的两个平面。 一个平面与手掌侧面21平行。
第一齿轮86a由在中心角为指定角度的范围内形成齿的部分齿轮构成。BP，第一齿轮 86a是用相互垂直的两条直线将正齿轮留下中央的贯穿孔来进行切除的结构，在至少90 度的范围内形成齿。并且，第一齿轮86a以垂直的两个平面与凹部8a的两个平面接合的 方式与凹部8a结合。在该状态下，第一齿轮86a从手掌侧面21向图9(b)的上方突出。
在第二掌部9上，在靠第一掌部一侧的端部形成凹部9a。凹部9a形成为沿掌部9的 宽度方向延伸，在凹部9a的两端部分别固定有第二齿轮86b。第二掌部9的凹部9a的结 构与第一掌部8的凹部8a相同，两个凹部8a、 9a的深度相同。第二齿轮86b从手掌侧 面22向图9(b)的上方突出。
第二齿轮86b由在中心角为指定角度的范围内形成齿的部分齿轮构成。S卩，第二齿轮 86b是用相互垂直的两条直线将正齿轮留下中央的贯穿孔来进行切除的结构，在至少90 度的范围内形成齿。第二齿轮86b与第一齿轮86a的不同点只是在于齿的位置错开。具体 而言，第一齿轮86a的齿相对于第一掌部8的手掌侧面21的位置、与第二齿轮86b的齿 相对于第二掌部9的手掌侧面22的位置错开相当于齿距的1/2相位。因此，即使在手掌 展平的状态时、即在第一掌部8的手掌侧面21与第二掌部8(应为9)的手掌侧面22平齐 的状态时，在两个手掌侧面21、 22之间也不会产生高低差异。
如图9(a)所示，传动轴84的两端部分别突出于第一齿轮86a的外侧。并且，沿第二 掌部9的宽度方向延伸配置、并与传动轴84平行地配置的轴部86c可自由转动地分别穿 插于第二齿轮86b。轴部86c为第二齿轮86b的轴心。该轴部86c均从第二齿轮86b突出 到外侧。
连接第一掌部8和第二掌部9的连接部具有摇动臂85。摇动臂85的一端部与传动轴 84固定连接，而另一端部与轴部86c固定连接。因此，马达81的驱动力通过马达齿轮82、 传动齿轮83、以及传动轴84传递给摇动臂85，成为使摇动臂85摇动的驱动力。摇动臂 85以传动轴84为摇动中心摇动。并且，相应于摇动臂85的摇动量，第一齿轮86a与第二齿轮86b改变啮合位置，进而改变第一掌部8与第二掌部9的连接角度。也就是说，第 一掌部8与第二掌部9的一方相对于另一方做相对的转动，而其转动量与摇动臂85的摇 动量相应。例如，在本实施例中的设定为，完全折叠手掌时，即第一掌部8与第二掌部9 的连接角度从180度变为0度时，摇动臂85从与第一掌部8平行的方向到与第一掌部8 垂直的方向改变角度。第一掌部8与第二掌部9的连接角度为0度时，在第一掌部8的手 掌侧面21与第二掌部9的手掌侧面22之间可确保与摇动臂85的长度相应的空间。
在第二齿轮86b的轴部86c上设置有用于防止间隙的压靠部件88。压靠部件88由螺 旋弹簧构成， 一端部与第二掌部9卡合，而另一端部与传动轴84卡合。
在本实施例中，通过驱动驱动部，改变第二掌部9相对于第一掌部8的相对连接角度， 由此，可以改变第一掌部一侧的根关节12与第二掌部一侧的根关节13的位置关系。
另外，在本实施例中，摇动臂85通过马达81产生的驱动力而摇动，与之相伴地，第 一掌部8相对于第二掌部9相对地转动。并且，在折叠手掌时，在第一掌部8与第二掌部 9之间可确保与第一齿轮86a和第二齿轮86b的大小相应的空间，能够在该空间保持握持 对象的物品。
另外，在本实施例中，即使在使第一掌部8的手掌侧面21与第二掌部9的手掌侧面 22处于平齐的状态(将手掌展平的状态)的情况下，也能够确保第一齿轮86a与第二齿轮 86b的啮合。并且，由于在手掌展平的状态时，在第一掌部8的手掌侧面21与第二掌部9 的手掌侧面22之间不会形成高低差异，因此能够使放在手掌侧面21、 22上的物品稳定。
另外，在本实施例中，第一齿轮86a和第二齿轮86b以齿错开l/2相位的状态形成， 因此即使设第一齿轮86a与第二齿轮86b为相同的安装角度，也能够确保第一齿轮86a 与第二齿轮86b的啮合。因此，能够避免第一掌部8和第二掌部9的加工变得复杂。
此外，在本实施例4中，是将使摇动臂85摇动的马达81和传动轴84设置在第一掌 部8中，但取而代之，也可以设置在第二掌部9中。在这种情况下，轴部86c可自由转动 地穿插于第一齿轮86a。
另外，在本实施例4中，是使用以齿错开l/2相位的状态形成的第一齿轮86a和第二 齿轮86b，但取而代之，如图11所示，也可以使用齿的相位不错开的第一齿轮86a和第 二齿轮86b。 S卩，构成第一齿轮86a的部件与构成第二齿轮86b的部件为相同的部件。
但是，第一齿轮86a的安装角度与第二齿轮86b的安装角度错开相当于齿距的1/2相 位的角度。具体而言，在将手掌展平的状态下，第一掌部8的凹部8a与第二掌部9的凹 部9a的角度错开相当于齿距的l/2相位的角度。在图例中，第一掌部8的凹部8a的一个平面与手掌侧面21平行，而第二掌部9的凹部9a的一个平面相对于手掌侧面22倾斜。 此外，也可以与此相反。即，第二掌部9的凹部9a的一个平面与手掌侧面22平行，而第 一掌部8的凹部8a的一个平面相对于手掌侧面21倾斜。
根据该方式，即使在将手掌展平的状态下，也能够确保第一齿轮86a与第二齿轮86b 的啮合，并且，可以共用构成第一齿轮86a的部件与构成第二齿轮86b的部件。
另外，如图12(a)、 (b)所示，也可以在两个掌部8、 9上分别设置弹性凸部件87a、 87b。 弹性凸部件87a、 87b的材质例如是橡胶、聚氨脂、硅、海绵等。弹性凸部件87a被贴合 在第一掌部8的整个手掌侧面21上，弹性凸部件87b被贴合于第二掌部9的整个手掌侧 面22上。
在该方式中，当折叠手掌时，在与齿轮86a、 86b的大小相应的空间、即与摇动臂85 的长度相应的空间中存在弹性凸部件87a、 87b。因此，通过弹性凸部件87a、 87b的变形 能够缓和按压握持物品的力。由此，能够防止握持物品的损坏。并且，由于通过弹性凸部 件87a、 87b的变形，与握持物品之间的接触面积增大，因此能够稳定地握持握持物品。
(实施例5)
实施例5是连接第一掌部8与第二掌部9的连接部具有多个掌关节的例子。具体而言， 如图13所示，连接部具有第三掌部102、第一掌关节106以及第二掌关节107。第一掌 关节106连接第一掌部8与第三掌部102，第二掌关节107连接第二掌部9与第三掌部 102。第三掌部102例如具有与上述实施例4的摇动臂85的长度相同程度的长度。第一 掌关节106与第二掌关节107分别具有例如转动轴，能够围绕转动轴相对地转动。这些转 动轴与弯曲关节5、 6的转动轴5a、 6a平行。
在该结构中，不仅第一掌部8的手掌侧面103、第二掌部9的手掌侧面104能够接触 握持物品501，第三掌部102的手掌侧面105也能够接触握持物品501。即，由于能够对 应于握持物品501而自由地改变掌关节106、 107的连接角度，因此能够有效地利用接触 面积大的手掌面来稳定地握持各种大小的物体。
此外，掌关节并不限于两个，也可以设置三个以上。其他的结构等与实施例l相同。
(实施例6)
如图14(a)、 (b)所示，实施例6是包括开闭关节7的驱动部的例子。
开闭关节7的驱动部具有马达113、蜗轮107、 108、蜗杆109、 110、轴111、齿轮112、 114、 115、以及支撑壁116、 117。支撑壁116、 117可自由转动地支撑轴111，并 被固定在第一掌部8上。轴111被设置成沿第一掌部8的宽度方向延伸，在轴111上固定 有齿轮112。固定在马达113的驱动轴上的马达齿轮114，通过齿轮115，将驱动力传递 给该齿轮112。
另外，在轴111上固定有具有方向相反的螺纹的蜗杆109、 110。蜗轮107固定在指 机构2的根部，又与蜗杆110啮合。蜗轮108固定在指机构4的根部，又与蜗杆109啮合。
因此，当马达113驱动时，轴lll与其联动地转动。由此，由于具有方向相反的螺纹 的蜗杆109、 110转动，因此与其啮合的蜗轮108、 107彼此向相反方向转动，指机构4、 2做开闭活动。
此外，其他的结构等与实施例l相同。
(实施例的概要)
以下对本实施例的概要进行说明。
(1) 在本实施例中，由于能够自由调整第一掌部与第二掌部形成的角度，因此能够根据 握持对象物来自由地变更第一掌部一侧的第一根关节与第二掌部一侧的第二根关节之间 的位置关系，由此，能够根据握持对象物的大小、形状，采取容易握持的姿势。另外，由 于连接部是机器手整体的一个关节，因此还能够确保握持所需要的弯曲的自由度，并且能 够减少指机构的关节数。
(2) 在上述多指机器手中，较为理想的是，上述连接部具有用于改变上述第二掌部相对 于上述第一掌部的连接角度的转动轴，上述第一根关节具有用于使上述指机构向手掌一侧 弯曲的转动轴，上述第二根关节具有用于使上述指机构向手掌一侧弯曲的转动轴，上述转 动轴都相互基本平行。基于该技术方案，由于能够通过指机构从两侧夹住握持对象来握持 握持对象，因此能够稳定地保持握持对象。并且，通过折叠第一掌部和第二掌部，即使是 盘子那样的板状物品也能够用掌部以及指机构来握持。因此，对于板状物品能够实现稳定 地握持。
(3) 在上述多指机器手中，较为理想的是，上述第一根关节被连接在上述第一掌部的与 上述连接部的连接面相对置的面上，上述第二根关节被连接在上述第二掌部的与上述连接 部的连接面相对置的面上。
(4) 较为理想的是，连接在上述第一掌部的指机构为三个并列设置，连接在上述第一掌部的指机构中的被设置在中央的指机构与连接在上述第二掌部的一个指机构，被配置成弯 曲时在基本同一的平面上活动。基于该技术方案，由于在握持物品时，第一掌部一侧的中 央的指机构与第二掌部一侧的指机构处于基本相对着的位置关系，因此即使在进行物品的 抓捏动作时，也能够实现稳定的握持。
(5) 较为理想的是，连接在上述第一掌部的指机构为三个并列设置，连接在上述第一掌 部的指机构以及连接在上述第二掌部的指机构都具有使指机构围绕与上述转动轴平行的 轴弯曲的弯曲关节，连接在上述第一掌部的指机构中的两端的指机构的上述第一根关节具
有使指机构在与上述弯曲关节的弯曲方向垂直的方向上活动的开闭关节。基于该技术方 案，由于在握持盘子等板状物品、碗等盆状物品等时，通过开闭设置在第一掌部的左右两 个指机构以使其前端部向侧方移动，能够调整物品的左右重量平衡，因此能够实现更稳定 的握持。
(6) 较为理想的是，上述多个指机构都具有使上述指机构围绕与上述转动轴平行的轴弯 曲的弯曲关节，上述第一和第二根关节都具有使指机构在与上述弯曲关节的弯曲方向垂直 的方向上活动的开闭关节。基于该技术方案，由于在握持较小的物品时，通过调整各指机 构的根侧的开闭关节，能够将指机构的指尖集中在物品的周围，因此能够实现更稳定的握 持。并且，通过根据物品的重量平衡来来调整开闭机构，能够实现稳定的握持。
(7) 也可以在各指机构中分别设置一个上述弯曲关节。基于该技术方案，能够确保物品
的握持所需要的自由度，并且简化机器手的结构。
(8) 也可以是上述第一和第二掌部的至少其中之一在手掌侧表面具有弹性凸部件。基于 该技术方案，在用一对掌部夹住物品时，或者在用指机构及掌部进行如握住那样的握持时， 通过弹性凸部件可以牢固地握持物品。因此，能够实现更稳定的握持。
(9) 也可以是上述第一和第二掌部的至少其中之一在手掌侧表面具有随着流体的进出 而膨胀收縮的袋部件。基于该技术方案，在用一对掌部夹住物品时，或者在用指机构和掌 部进行如握住那样的握持时，通过使袋部件膨胀，能够利用袋部件牢固地保持物品。因此， 能够实现更稳定的握持。并且，在不需要时，能够通过收縮袋部件，使连接部的可动范围 不受限制。
(10) 上述机器手也可以具有改变上述第二掌部相对于上述第一掌部的相对连接角度的 驱动部。基于该技术方案，通过驱动部驱动，改变第二掌部相对于第一掌部的相对的角度， 由此，能够变更第一根关节与第二根关节的位置关系。
(11) 在该技术方案中，较为理想的是，上述连接部包括摇动臂，该摇动臂被上述第一掌部和上述第二掌部的其中之一可摇动地轴支撑、并且使上述第一掌部和上述第二掌部中 的另一方可相对于上述其中之一的掌部摇动，上述驱动部包括可产生使上述摇动臂摇动的 驱动力的马达。基于该技术方案，摇动臂通过马达的驱动力而被摇动，由此，第一掌部和 第二掌部中的另一方相对于第一掌部和第二掌部的一方做相对的摇动。
(12) 在该技术方案中，较为理想的是，第一齿轮被固定在上述第一掌部上，第二齿轮 被以可与上述第一齿轮啮合的方式固定在上述第二手掌上，上述第一齿轮和上述第二齿轮 的啮合位置随上述摇动臂的摇动量而变化，相对于上述第一掌部和上述第二掌部的其中之 一，上述第一掌部和上述第二掌部的另一方做相对的摇动。基于该技术方案，伴随着摇动 臂的摇动，可以改变第一齿轮和上述第二齿轮的啮合位置，并且第一掌部或者第二掌部相 对于对方的掌部做相对的转动。该对方的掌部的转动量与摇动臂的摇动量相对应。并且， 在折叠手掌时，在第一掌部与第二掌部之间可确保与第一齿轮和第二齿轮的大小相对应的 空间，从而能够在该空间内保持握持对象的物品。
(13) 较为理想的是，上述第一齿轮的齿相对于上述第一掌部的手掌面的位置、与上述 第二齿轮的齿相对于上述第二掌部的手掌面的位置错开相当于齿距的1/2相位。基于该技 术方案，即使在使第一掌部的手掌面与第二掌部的手掌面平齐的状态(将手掌展平的状态) 的情况下，也能够确保第一齿轮与第二齿轮的啮合。并且，由于在将手掌展平的状态时， 在第一掌部的手掌面与第二掌部的手掌面之间不会形成高低差异，因此能够使放在手掌面
上的物品稳定。
(14) 在该技术方案中，较为理想的是，在上述第一齿轮和上述第二齿轮由共同的部件 构成时，上述第一齿轮相对于上述第一掌部的安装角度、与上述第二齿轮相对于上述第二 掌部安装角度错开相当于齿距的1/2相位的角度。基于该技术方案，即使在将手掌展平的 状态下，也能够确保第一齿轮与第二齿轮的啮合，并且，可以共同使用构成第一齿轮的部 件与构成第二齿轮的部件。
(15) 另一方面，上述第一齿轮和上述第二齿轮都是在中心角为指定角度的范围内设置 有齿的部分齿轮，上述第一齿轮和上述第二齿轮的齿以错开l/2相位的状态而构成。基于 该技术方案，即使使第一齿轮和第二齿轮为相同的安装角度，也能够确保第一齿轮与第二 齿轮的啮合。因此，能够避免第一掌部和第二掌部的加工变得复杂。
(16) 较为理想的是，上述连接部具有至少一个掌关节。
(17) 上述连接部也可以具有第三掌部、连接上述第一掌部和上述第三掌部的第一掌关 节、以及连接上述第二掌部和上述第三掌部的第二掌关节。基于该技术方案，由于能够根据所握持的物品自由地改变掌关节的连接角度，因此能够有效地利用接触面积大的手掌面 稳定地握持各种大小的物体。
如上所述，根据本发明，能够抑制指机构的关节数增多，并且能够稳定地握持各种各 样的物品。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的多指机器手，虽然采用较小自由度的结构，但是具有能够灵巧且稳定 地握持各种各样的物品的效果，因此作为处理各种各样的物品的产业用、家庭用机器人的 末端执行器、或者假手是极为有用的。
权利要求
1. 一种多指机器手，具有多个指机构，其特征在于包括通过第一根关节连接至少两个指机构的第一掌部；通过第二根关节连接至少一个指机构的第二掌部；以及连接所述第一掌部和所述第二掌部的连接部，其中，所述连接部，允许所述第二掌部相对于所述第一掌部的连接角度改变。
2. 根据权利要求l所述的多指机器手，其特征在于所述连接部具有用于改变所述第二掌部相对于所述第一掌部的连接角度的转动轴，所述第一根关节具有用于使所述指机构向手掌一侧弯曲的转动轴，所述第二根关节具有用于使所述指机构向手掌一侧弯曲的转动轴，所述转动轴相互基本平行。
3. 根据权利要求2所述的多指机器手，其特征在于所述第一根关节被连接在所述第一掌部的与所述连接部的连接面相对置的面上， 所述第二根关节被连接在所述第二掌部的与所述连接部的连接面相对置的面上。
4. 根据权利要求2所述的多指机器手，其特征在于 连接在所述第一掌部的指机构为三个并列设置，连接在所述第一掌部的指机构中的被设置在中央的指机构与连接在所述第二掌部的 一个指机构，被配置成弯曲时在基本同一的平面上活动。
5. 根据权利要求2所述的多指机器手，其特征在于 连接在所述第一掌部的指机构为三个并列设置，连接在所述第一掌部的指机构以及连接在所述第二掌部的指机构，都具有使指机构围 绕与所述转动轴平行的轴弯曲的弯曲关节，连接在所述第一掌部的指机构中的两端的指机构的所述第一根关节，具有使指机构在 与所述弯曲关节的弯曲方向垂直的方向上活动的开闭关节。
6. 根据权利要求2所述的多指机器手，其特征在于所述多个指机构，都具有使所述指机构围绕与所述转动轴平行的轴弯曲的弯曲关节，所述第一和第二根关节，都具有使指机构在与所述弯曲关节的弯曲方向垂直的方向上活动的开闭关节。
7. 根据权利要求1所述的多指机器手，其特征在于所述弯曲关节，在各指机构中分别被设置一个。
8. 根据权利要求1至7中的任一项所述的多指机器手，其特征在于所述第一和第二掌部的至少其中之一，在手掌侧表面具有弹性凸部件。
9. 根据权利要求1至7中的任一项所述的多指机器手，其特征在于所述第一和第二掌部的至少其中之一，在手掌侧表面具有随着流体的进出而膨胀收縮的袋部件。
10. 根据权利要求1所述的多指机器手，其特征在于还包括改变所述第二掌部相对于所述第一掌部的相对连接角度的驱动部。
11. 根据权利要求10所述的多指机器手，其特征在于所述连接部包括摇动臂，被所述第一掌部和所述第二掌部的其中之一可摇动地轴支撑，并且使所述第一掌部和所述第二掌部中的另一方可相对于所述其中之一的掌部摇动，所述驱动部包括可产生使所述摇动臂摇动的驱动力的马达。
12. 根据权利要求ll所述的多指机器手，其特征在于-第一齿轮被固定在所述第一掌部上，第二齿轮被以可与所述第一齿轮啮合的方式固定在所述第二掌部上，所述第一齿轮和所述第二齿轮的啮合位置随所述摇动臂的摇动量而变化，所述第一掌部和所述第二掌部的另一方相对于所述第一掌部和所述第二掌部的其中之一做相对的摇动。
13. 根据权利要求12所述的多指机器手，其特征在于所述第一齿轮的齿相对于所述第一掌部的手掌面的位置、与所述第二齿轮的齿相对于所述第二掌部的手掌面的位置错开相当于齿距的1/2相位。
14. 根据权利要求13所述的多指机器手，其特征在于所述第一齿轮与所述第二齿轮由共同的部件构成，所述第一齿轮相对于所述第一掌部的安装角度、与所述第二齿轮相对于所述第二掌部的安装角度错开相当于齿距的1/2相位的角度。
15. 根据权利要求13所述的多指机器手，其特征在于所述第一齿轮和所述第二齿轮，都是在中心角为指定角度的范围内设置有齿的部分齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮的齿，以相互错开1/2相位的状态而形成。
16. 根据权利要求l所述的多指机器手，其特征在于所述连接部具有至少一个掌关节。
17. 根据权利要求16所述的多指机器手，其特征在于，所述连接部包括第三掌部；连接所述第一掌部和所述第三掌部的第一掌关节；连接所述第二掌部和所述第三掌部的第二掌关节。
全文摘要
本发明提供一种可避免指机构的关节数增多、并且稳定地握持各种各样的物品的多指机器手。多指机器手包括通过根关节(12)连接三个指机构(2)、(3)、(4)的第一掌部(8)；通过根关节(13)连接一个指机构(1)的第二掌部(9)；连接第一掌部(8)与第二掌部(9)的掌关节(10)。掌关节(10)允许第二掌部相对于第一掌部的连接角度改变。掌关节(10)、弯曲关节(5)、根关节(12)的弯曲关节(6)、根关节(13)具有相互平行的转动轴，通过围绕转动轴的转动活动进行弯曲。
文档编号B25J15/08GK101500764SQ200780028899
公开日2009年8月5日 申请日期2007年10月24日 优先权日2006年11月24日
发明者中村彻, 奥田晃庸, 水野修 申请人:松下电器产业株式会社