義指

【課題】第一部材と第二部材とを大きな力で回動できるようにする。
【解決手段】末節骨に該当する第一部材２と中節骨に該当する第二部材３と基節骨に該当する第三部４材と中手骨に該当する第四部材５とをそれぞれ回動自在に軸支する。そして、第一部材２と第二部材３との第一連結点２ａ・３ａを掌側に配置し、第二部材３と第三部材４との第二連結点３ｂ・４ａを手の甲側に配置する。そして、第一部材２と第三部材４とを接続する第一連結部材７と、第二部材３と第四部材５とを接続する第二連結部材８とを設け、第一部材２と第一連結部材７との第一連結部２ｂ・７ａを手の甲側に配置し、第二部材３と第二連結部材８との第二連結部３ｃ・８ａを掌側に配置した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基節骨に該当する部材を回動することで末節骨に該当する部材と中節骨に該当する部材とを同方向に回動するようにした義指に関する。
【背景技術】
【０００２】
中節骨を失った指を機械的に補う義指が知られている。また、人間の手先の機能を有するロボットの義指も発明されている。これらの義指は、末節骨に該当する第一部材と中節骨に該当する第二部材と基節骨に該当する第三部材と中手骨に該当する第四部材とをそれぞれ回動自在に軸支している。そして、第三部材を回動させることでリンク機構を介して第一部材と第二部材とを同方向に回動するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２００７−５０２６５０号公報
【特許文献２】日本国特開２００３−１８１７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の義指では第三部材に平行リンクを構成し、第二部材に鉤状のレバーを設け、このレバーの一端を平行リンクに連結し、他端を第一部材に連結するという複雑な構成となっている。また、特許文献２では、第一部材９と第二部材８と第三部材７と第四部材６とをそれぞれ回動自在に軸支し、第一部材９と第三部材７とを接続する第一連結部材１５と、第二部材８と第四部材６とを接続する第二連結部材１４とを設けている。そして、第二部材８と第二連結部材１４との連結部１４ｂと第三部材７と第一連結部材１５との連結部１５ａとの中間に、第二部材８と第三部材７との連結部１１ａを配置している。このように各連結部１４ｂ・１５ａ・１１ａを配置しているので、連結部１４ａと連結部１１ａとのスパンが短くなり、第二連結部材１４による第二部材８の回動トルクは小さいものとなっている。
本発明は、簡単な構成で第三部材を回動することで第一部材と第二部材とを同方向に回動でき、大きな回動力が得られる構成の義指を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第一の発明は、末節骨に該当する第一部材と中節骨に該当する第二部材と基節骨に該当する第三部材と中手骨に該当する第四部材とをそれぞれ回動自在に軸支している。そして、第一部材と第二部材との第一連結点を掌側に配置し、第二部材と第三部材との第二連結点を手の甲側に配置する。そして、第一部材と第三部材とを接続する第一連結部材と、第二部材と第四部材とを接続する第二連結部材とを設け、第一部材と第一連結部材との第一連結部を手の甲側に配置し、第二部材と第二連結部材との第二連結部を掌側に配置した。
【０００６】
第二の発明は、第四部材に、モータの回転を減速して伝達される螺線体を設け、この螺線体を第三部材に係合させ、螺線体の回転で第三部材を回動させた。
【０００７】
第三の発明は、第四部材に、流体圧により進退移動するピストンを設け、このピストンの移動で第三部材を回動させた。
【発明の効果】
【０００８】
第一の発明においては、第一部材と第三部材とを接続する第一連結部材と、第二部材と第四部材とを接続する第二連結部材とを設けただけの簡単な構成で、第三部材を回動することで第一部材と第二部材とを同方向に回動できる。
そして、第一部材と第二部材との第一連結点を掌側に配置し、第二部材と第三部材との第二連結点を手の甲側に配置した。そして、第一部材と第一連結部材との第一連結部を手の甲側に配置し、第二部材と第二連結部材との第二連結部を掌側に配置した。これにより、第一連結点と第一連結部とのスパンを広げたことで第一連結部材による第一部材の回動力を最大にすることができる。また、第二連結点と第二連結部とのスパンを広げたことで第二連結部材による第二部材の回動力を最大にすることができる。
【０００９】
第二の発明においては、第三部材の回動を螺線体で行うことで義指が物を掴んだ状態を強力に維持することができる。
【００１０】
第三の発明においては、第三部材の回動を流体圧により進退移動するピストンで行うことで義指の開閉移動の速度を早くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一実施例を示す義指の側面図。
【図２】同分解斜視図
【図３】第一実施例を示す義指を手に装着した状態を示す図。
【図４】義指の基節板を４５度折り曲げた状態を示す図。
【図５】義指の基節板を９０度折り曲げた状態を示す図。
【図６】第二実施例を示す義指の側面図。
【図７】同分解図
【図８】歯車による回転伝達経路を示す正面図。
【図９】義指をロボットの手に取付けた状態を示す平面図。
【図１０】義指の基節体を４５度折り曲げた状態を示す図。
【図１１】義指の基節体を９０度折り曲げた状態を示す図。
【図１２】第三実施例を示す義指の側面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
中節骨を失った指を機械的に補える義指を図１から図５に亘って示す。図１は義指１の側面図を示し、末節骨に該当する末節板２（第一部材）と中節骨に該当する中節板３（第二部材）と基節骨に該当する円筒体４（第三部材）と中手骨に該当する中手板５（第四部材）とをそれぞれ回動自在に段付きネジ６（図２参照）で接続している。そして、末節板２と円筒体４とを接続する第一リンク７（第一連結部材）が設けられる。この第一リンク７は細長い板状をしており、一端に第一取付孔７ａ、他端に第二取付孔７ｂが開けられている。一方、中節板３と中手板５とを接続する第二リンク８（第二連結部材）が設けられ、この第二リンク８も細長い板状をしており、一端に第三取付孔８ａ、他端に第四取付孔８ｂが開けられている。
【００１３】
図２に示すように、末節板２は板状で、一端側の掌側Ａに中節板３に接続する第一孔２ａ（第一連結点）が設けられ、手の甲側Ｂに第一リンク７の第一取付孔７ａに接続する第二孔２ｂ（第一連結部）が設けられている。中節板３も板状で、一端側の掌側Ａに末節板２に接続する第三孔３ａ（第一連結点）が設けられ、他端側の手の甲側Ｂには円筒体４に接続する第四孔３ｂ（第二連結点）と、掌側Ａに第二リンク８の第三取付孔８ａに接続する第五孔３ｃ（第二連結部）とが設けられている。円筒体４は、内径が基節骨部分の指を装着できる大きさの円筒形状をしており、一端側の手の甲側Ｂに中節板３の第四孔３ｂに接続する第六孔４ａ（第二連結点）が設けられている。また、円筒体４の一端側には第一リンク７の第二取付孔７ｂに接続する第七孔４ｂが設けられている。この第七孔４ｂは円筒の中心線に近い位置となっている。円筒体４の他端側には、両側面の掌側Ａに中手板５に接続する第八孔４ｃ（第三連結点）が設けられている。
【００１４】
中手板５は薄板を箱状に折り曲げ形成したもので一端側の掌側Ａに、円筒体４の第八孔４ｃに接続する第九孔５ａ（第三連結点）と第二リンク８の第二取付孔７ｂに接続する第十孔５ｂとが設けられている。そして、他端側には、掌側Ａに第一舌片５ｃと、手の甲側Ｂに第二舌片５ｄとが設けられている。そして、末節板２の先端から各舌片先端までは、柔軟性に優れた材料の人工皮膚９で覆われている。
この義指１は図３に示すように、基節骨部分の指を円筒体４に装着して、第一舌片５ｃが掌側Ａより、また第二舌片５ｄが手の甲側Ｂより手を上下方向から挟むようにしている。このように、第一・第二の舌片５ｃ・５ｄが手を挟むことで義指１は手に保持される。
【００１５】
ここで、図４に示すように、円筒体４の第七孔４ｂ（第三連結部）は、中節板３が第四孔３ｂを中心に反時計方向に回動すると、第一リンク７により末節板２の第二孔２ｂが、末節板２の第一孔２ａの回動軌跡ａを内周から外周に向けて交差して回動する位置に設定されている。一方、中手体５の第十孔５ｂ（第四連結部）は、円筒体４が第八孔４ｃを中心に反時計方向に回動すると、第二リンク８により中節板３の第五孔３ｃが、中節板３の第四孔３ｂの回動軌跡ｄを外周から内周に向けて交差して回動する位置に設定されている。
【００１６】
（動作の説明）
図３に示すように基節骨部分の指を円筒体４に装着して指を４５度曲げる。すると図４に示すように円筒体４は、第八孔４ｃを中心にして中手板５に対して反時計方向に４５度回動する。この回動に伴い中節板３の第四孔３ｂは、円筒体４とともに回動する。一方、第二リンク８は第十孔５ｂを中心にして回動する。そして、第二リンク８の第三取付孔８ａに連結している第五孔３ｃは、回動軌跡ｃを中節板３の第四孔３ｂの回動軌跡ｄの外周から内周に向けて第二リンク８に引かれて回動する。この結果、中節板３は円筒体４に対し第四孔３ｂを中心にして反時計方向に回動する。一方、末節板２の第一孔２ａは、中節板３とともに回動をする。そして、第一リンク７は第七孔４ｂを中心にして回動する。第一リンク７の第一取付孔７ａに連結している第二孔２ｂは、第一リンク７の回動の途中で第一孔２ａの回動軌跡ａを内周より外周に向けて交差するように第一リンク７に押されて回動する。この結果、末節板２は中節板３に対し第一孔２ａを中心にして反時計方向に回動する。このときの中節板３は、円筒体４に対して約４５度の回動をし、また末節板２は中節板３に対して約４５度、反時計方向に回動をする。
【００１７】
図５に示すように指を９０度曲げると円筒体４は、第八孔４ｃを中心にして中手板５に対して反時計方向に９０度回動する。この回動に伴って中節板３の第四孔３ｂは、円筒体４とともに反時計方向に回動する。一方、第二リンク８は第十孔５ｂを中心にして回動する。そして、第二リンク８の第三取付孔８ａに連結している第五孔３ｃは、第二リンク８の回動の途中で第五孔３ｃを第八孔４ｃに接近する方向に第二リンク８で引かれて中節板３を回動する。この結果、中節板３は円筒体４に対し第四孔３ｂを中心にして反時計方向に回動する。一方、末節板２の第一孔２ａは、中節板３とともに回動をする。そして、第一リンク７は第七孔４ｂを中心にして回動する。第一リンク７の第一取付孔７ａに連結している第二孔２ｂは、第一リンク７の回動の途中で第一孔２ａの回動軌跡ａと第二孔２ｂの回動軌跡ｂとの開隔を広げるように第一リンク７で押されて末節板２を回動する。この結果、末節板２は中節板３に対し第一孔２ａを中心にして反時計方向に回動する。このときの中節板３は、円筒体４に対して約９０度の回動をし、また末節板２は中節板３に対して約９０度の回動をする。
【００１８】
第一の実施例おいては末節板２と、中節骨に該当する中節板３と、基節骨に該当する円筒体４と、中手骨に該当する中手板５とを第一・第二のリンク７・８で結ぶだけの簡単な構成で義指１を構成することができる。また、末節板２には、掌側Ａに第一孔２ａ（第一連結点）、手の甲側Ｂに第二孔２ｂ（第一連結部）を設けたので、第一孔２ａと第二孔２ｂとのスパンが大きくなり、第一リンク７による末節板２の回動トルクは最大のものとなる。一方、中節板３には、手の甲側Ｂに第四孔３ｂ（第二連結点）、掌側Ａに第五孔３ｃ（第二連結部）を設けたので、第四孔３ｂと第五孔３ｃとのスパンが大きくなり、第二リンク８による中節板３の回動トルクは最大のものになる。
【実施例２】
【００１９】
人間型ロボットの手先に使用できる義指１０を図６から図１１に亘って説明する。なお、第一実施例と同じ部材は、同じ名称と同じ符号を使って説明する。図６はロボットの義指１０の側面図を示し、末節骨に該当する末節体１２（第一部材）と中節骨に該当する中節体１３（第二部材）と基節骨に該当する基節体１４（第三部材）と中手骨に該当する中手体１５（第四部材）とをそれぞれ図７の鎖線で示す線で接続している。そして、末節体１２と基節体１４とを第一リンク７（第一連結部材）で接続している。この第一リンク７は細長い体状をしており、一端に第一取付孔７ａ、他端に第二取付孔７ｂが開けられている。一方、中節体１３と中手体１５とは第二リンク８（第二連結部材）で接続している。この第二リンク８も細長い体状をしており、一端に第三取付孔８ａ、他端に第四取付孔８ｂが開けられている。
【００２０】
図７に示すように、末節体１２は二枚の板を並べて組合わせたもので、一端側の掌側Ａに中節体１３に接続する第一孔２ａ（第一連結点）が設けられ、手の甲側Ｂに第一リンク７の第一取付孔７ａに接続する第二孔２ｂ（第一連結部）が設けられている。中節体１３も二枚の板を並べて組合わせたもので、一端側の掌側Ａに末節体１２に接続する第三孔３ａが設けられ、他端側の手の甲側Ｂには基節体１４に接続する第四孔３ｂ（第二連結点）と、掌側Ａに第二リンク８の第三取付孔８ａに接続する第五孔３ｃ（第二連結部）とが設けられている。基節体１４も二枚の板を並べて組合わせたもので、一端側の手の甲側Ｂに中節体１３に接続する第六孔４ａが設けられている。また、基節体１４の一端側には第一リンク７の第二取付孔７ｂに接続する第七孔４ｂが設けられている。基節体１４の他端側には、両側面の掌側Ａ側に中手体１５に接続する第八孔４ｃ（第三連結点）が設けられている。
【００２１】
ここで図１０に示すように、基節体１４の第七孔４ｂ（第三連結部）は、中節体１３が第四孔３ｂを中心に反時計方向に回動すると、第一リンク７により末節体１２の第二孔２ｂの回動軌跡ｂが第一孔２ａの回動軌跡ａを内周から外周に向けて交差して回動する位置に設定されている。一方、中手体１５の第十孔５ｂ（第四連結部）は、基節体１４が第八孔４ｃを中心に反時計方向に回動すると、中節体１３の第五穴３ｃの回動軌跡ｃが第四孔３ｂの回動軌跡ｄを外周から内周に向けて交差して回動する位置に設定されている。
【００２２】
中手体１５は薄板を箱状に形成したもので一端側の掌側Ａに、基節体１４の第八孔４ｃに接続する第九孔５ａが設けられ、中央に第二リンク８の第四取付孔８ｂに接続する第十孔５ｂが設けられている。そして、箱内には、モータ１６と長尺の送りねじ１７（螺線体）とこの送りねじ１７に螺合するナット１８、そしてこのナット１８と基節体１４の端部孔１４ｄとを連結する第三リンク１９とが配置されている。第三リンク１９には一端に端部孔１４ｄに連結する第一接続孔１９ａと、他端にナット１８の突起１８ａに連結する第二接続孔１９ｂとが設けられている。中手体１５の他端側には、送りねじ１７の一端に取付けられる円ボス２０と、この円ボス２０に回転自在に取付けられ凸ピン２１ａを有する大ギヤ２１と、円ボス２０と一体的に取付けられ外周方向に角２２ａを突出する回転板２２と、大ギヤ２１に噛合う二段ギヤ２３と、モータ１６の回転軸に取り付けられる小ギヤ２４とが配置されている。そして、モータ１６の回転は小ギヤ２４、二段ギヤ２３、大ギヤ２１、回転板２２、円ボス２０を介して送りねじ１７に減速回転伝達される。
【００２３】
図８に示すように、モータ１６から送りネジ１７への回転伝達は、モータ１６の回転が小ギヤ２４、二段ギヤ２３、大ギヤ２１に伝達された後、大ギヤ２１の凸ピン２１ａが回転板２２の角２２ａに当接し、回転板２２より円ボス２０を介して行われる。ここでの角１９ａの幅は小さく設定されている。したがいモータ１６の回転方向が変わると、凸ピン２１ａは約一周、空回転して再び角２２ａに当接する。したがい、モータ１６は逆転時には空転をする時間が与えられている。このような空転時間を設けたことで、送りねじ１７により移動するナット１８が、移動の終端で壁に当たって移動を禁止されたとき、ナット１８が送りねじ１７に食付いて送りねじ１７の回転を阻止したとしても、モータ１６は逆転をすることができる。そして、この逆転で凸ピン２１ａが角２２ａに激しく当接して、ナット１８による送りねじ１７の食付きを解除することができる。
【００２４】
図９は第二の実施例の義指１０を人間型ロボットの手先に使用した例を示す。人差し指、中指、薬指、小指には前記の義指１０が使用される。義指１０は回動軸１０ａを主甲板３０に回動自在に軸支している。親指は上記義指１０の中節体１３を取り除き、末節体１２と基節体１４とを第四リンク２５で連結している。そして親指の中手体１５は大菱形骨に該当する副甲板３１に回動軸３１ａを回動自在に軸支している。主甲板３０と副甲板３１とは蝶板で連結されている。主甲板３０には中手体１５とほぼ同じ構成の第一アクチュエータ３２と第二アクチュエータ３３が取付けられている。第一アクチュエータ３２のナット１８と副甲板３１とは第五リンク２６で連結されている。第二アクチュエータ３３のナット１８にはスライド板２７が連結されている。このスライド板２７には、図中下方に移動することで人差し指、薬指、小指に該当する義指１０を所定の方向に回動させる傾斜溝２７ａを形成している。一方、副甲板３１には第三アクチュエータ３４が設けられている。この第三アクチュエータ３４のナット１８は回動板２８に連結されており、ナット１８が図中左方に移動をすると回動板２８は親指を反時計方向に回動させるものとなっている。
【００２５】
（動作の説明）
図１０に示すように、義指１０は、モータ１６が起動して送りねじ１７がナット１８を図中左方向に移動させると、ナット１８の動きは第三リンク１９を介して基節体１４に伝達される。すると基節体１４は、第八孔４ｃを中心にして中手体１５に対して反時計方向に回動する。この回動に伴い中節体１３の第四孔３ｂは、基節体１４とともに回動する。一方、第二リンク８は第十孔５ｂを中心にして回動する。そして、第二リンク８の第三取付孔８ａに連結している第五孔３ｃは、第二リンク８の回動の途中で第四孔３ｂの回動軌跡ｄを外周から内周に向けて交差するように第二リンク８に引かれて回動する。この結果、中節体１３は基節体１４に対し第四孔３ｂを中心にして反時計方向に回動する。一方、末節体１２の第一孔２ａは、中節体１３とともに回動をする。そして、第一リンク７は第七孔４ｂを中心にして回動する。第一リンク７の第一取付孔７ａに連結している第二孔２ｂは、第一リンク７の回動の途中で第一孔２ａの回動軌跡ａの内周より外周に向けて交差するように第一リンク７に押されて回動する。この結果、末節体１２は中節体１３に対し第一孔２ａを中心にして反時計方向に回動する。
【００２６】
図１１に示すようにナット１８が図中左端に達すると基節体１４は、第八孔４ｃを中心にして中手体１５に対して反時計方向に９０度回動する。この回動に伴って中節体１３の第四孔３ｂは、基節体１４とともに反時計方向に回動する。一方、第二リンク８は第十孔５ｂを中心にして回動する。そして、第二リンク８の第三取付孔８ａに連結している第五孔３ｃは、この回動の途中で第八孔４ｃに接近する方向に第二リンク８に引かれて回動する。この結果、中節体１３は基節体１４に対し第四孔３ｂを中心にして反時計方向に回動する。一方、末節体１２の第一孔２ａは、中節体１３とともに回動をする。そして、第一リンク７は第七孔４ｂを中心にして回動する。第一リンク７の第一取付孔７ａに連結している第二孔２ｂは、この回動の途中で第一孔２ａの回動軌跡ａより離れるように、第一リンク７に押されて回動する。この結果、末節体１２は中節体１３に対し第一孔２ａを中心にして反時計方向に回動する。このときの中節体１３は基節体１４に対して約９０度の回動をし、また末節体１２は中節体１３に対して約９０度の回動をする。したがい、基節体１４を９０度までに曲げる過程で、掌側Ａにある物体を基節体１４、中節体１３、末節体１２とで把持することができる。
【００２７】
図１１において基節体１４を外力で時計方向に回動させようとすると、第三リンク１９はナット１８を右方に移動させようとする。この移動力は送りねじ１７を回転させようとする。しかし、送りねじ１７のピッチを０．４ミリ以下とすると、ナット１８の移動で送りねじ１７を回転させることは困難であるから、基節体１４を外力で時計方向に回動させることはできず、掌側Ａにある物体を基節体１４、中節体１３、末節体１２とで把持した状態を強力に維持できる。
【００２８】
第二実施例において基節体１４と螺線体である送りねじ１７とを、ナット１８と第三リンク１９とで連結したものとして説明したが、基節体１４に円弧ギヤを設け、これに直接噛合うウォーム（螺線体）を中手体１５に設けてもよい。このようにすると一定の力で基節体１４を回動することができる。
【実施例３】
【００２９】
図１２は第二実施例の中手体１５の構成を換えたものであり、第二実施例と同じ部材は、同じ名称と同じ符号を使って説明する。末節骨に該当する末節体１２（第一部材）と中節骨に該当する中節体１３（第二部材）と基節骨に該当する基節体１４（第三部材）と中手骨に該当する中手体３８（第四部材）とが設けられる。そして、末節体１２と基節体１４とを第一リンク７（第一連結部材）で接続している。一方、中節体１３と中手体３８とは第二リンク８（第二連結部材）で接続している。この中手体３８の一端側の掌側Ａに、基節体１４の第八孔４ｃに接続する第九孔５ａが設けられ、中央に第二リンク８の他端側の第四取付孔８ｂに接続する第十孔５ｂが設けられている。そして、中手体３８内には、基節体１４に直接、連結するピストン４０とピストンを収納するシリンダー４１が配置されている。シリンダー４１の両端には空気口４１ａが設けられ一方の空気口４１ａから空気を送り込むことでピストン４０を所定の方向に移動させる。このピストン４０の移動で基節体１４は所定の方向に回動する。空気口４１ａから空気を送り込む圧力を調整することで基節体１４、中節体１３、末節体１２の回動力と回動速度とを任意のものとすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
２第一部材（末節板）
３第二部材（中節板）
４第三部材（基節板）
５第四部材（中手板）
７第一連結部材（第一リンク）
８第二連結部材（第二リンク）
２ａ３ａ第一連結点（第一孔）（第三孔）
３ｂ４ａ第二連結点（第四孔）（第六孔）
４ｃ５ａ第三連結点（第八孔）（第九孔）
２ｂ７ａ第一連結部（第二孔）（第一取付孔）
３ｃ８ａ第二連結部（第五孔）（第三取付孔）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
末節骨に該当する第一部材（２）と中節骨に該当する第二部材（３）と基節骨に該当する第四部材（４）と中手骨に該当する第四部材（５）とを回動自在に軸支し、前記第一部材と前記第三部材とを接続する第一連結部材（７）と前記第二部材と前記第四部材とを接続する第二連結部材（８）とを設け、前記第三部材を回動することで前記第一部材と第二部材とを同方向に回動させた義指において、
前記第一部材と前記第二部材との第一連結点（２ａ）（３ａ）を掌側に配置し、
前記第二部材と前記第三部材との第二連結点（３ｂ）（４ａ）を手の甲側に配置し、
前記第一部材と前記第一連結部材との第一連結部（２ｂ）（７ａ）を手の甲側に配置し、
前記第二部材と前記第二連結部材との第二連結部（３ｃ）（８ａ）を掌側に配置したことを特徴とする義指。
【請求項２】
前記第四部材に、モータ（１６）の回転を減速して伝達される螺線体（１７）を設け、該螺線体と前記第三部材とを係合させ、前記螺線体の回転で前記第三部材を回動させたことを特徴とする請求項１に記載の義指。
【請求項３】
前記第四部材に、流体圧により進退移動されるピストン（４０）を設け、前記ピストンと前記第三部材とを係合させ、前記ピストンで前記第三部材を回動させたことを特徴とする請求項１に記載の義指。

【図１】