專利名稱：多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法、使用該機(jī)構(gòu)的把持手和機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法、使用該機(jī)構(gòu)的把持手和機(jī)器人，尤其涉及能夠把持各種各樣的對(duì)象物，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠便宜地制造的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法、使用該機(jī)構(gòu)的把持手和機(jī)器人。
背景技術(shù)：
關(guān)于以往工業(yè)機(jī)器人的把持手，提出了很多在工場(chǎng)內(nèi)使用于產(chǎn)品的生產(chǎn)、高精度地處理特定的零件的把持手。針對(duì)于此，被期待在家庭或辦公室、醫(yī)院等，進(jìn)行輔助家務(wù)或輔助工作、輔助高齡者和殘疾人的護(hù)理等中大顯身手的機(jī)器人的把持手，要求其把持手自身小型輕量柔軟、且安全，并且能夠靈巧地把持各種各樣的對(duì)象物。
為了靈巧地把持各種各樣的對(duì)象物，在機(jī)械學(xué)會(huì)論文集66，651C、3672/3678(2000)中，示出了一種研究用的仿人型機(jī)械手。該機(jī)械手具有1根4關(guān)節(jié)4自由度的拇指和4根4關(guān)節(jié)3自由度的指，4根指頂端的關(guān)節(jié)為連桿機(jī)構(gòu)，其它關(guān)節(jié)裝有小型的伺服電機(jī)，具有分布型壓力傳感器。該機(jī)械手作為研究用而投入了商業(yè)使用，但是由于為多個(gè)零件的組裝體，所以價(jià)格很高，其用途受到局限。
另外，作為把持手自身為柔軟結(jié)構(gòu)的把持手，在日本特許第3226219號(hào)中公開(kāi)了一種由內(nèi)部被隔壁分離成3個(gè)室的筒狀的彈性體構(gòu)成的把持用的執(zhí)行元件。該執(zhí)行元件，雖然能夠在所有的方向上柔軟地動(dòng)作，但是由于沒(méi)有骨架結(jié)構(gòu)，故具有難以可靠地把持較重的物體，且把持動(dòng)作的控制困難的難點(diǎn)。
在上述已公開(kāi)的把持手的以往例中，均未公開(kāi)本發(fā)明所涉及的、利用由以列狀配置的多個(gè)骨架材料構(gòu)成的平面型的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，能夠把持各種各樣的對(duì)象物，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠便宜地制造的把持手和使用該把持手的機(jī)器人。
要實(shí)現(xiàn)并普及在家庭內(nèi)輔助家務(wù)等的個(gè)人機(jī)器人，其重要的課題是，作為其所使用的把持手，實(shí)現(xiàn)一種手自身具有小型輕量柔軟、且安全，并且能夠靈巧地把持各種各樣的對(duì)象物的性能，并且能夠以簡(jiǎn)便的結(jié)構(gòu)便宜地制造的把持手。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決上述課題，提供一種作為其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而具有制造容易的實(shí)用水平的具體結(jié)構(gòu)的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法、使用該機(jī)構(gòu)的把持手和機(jī)器人。
本發(fā)明，為了實(shí)現(xiàn)上述目的而如下構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其形成有將多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造方法，該多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成有將多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲；該制造方法包括如下步驟至少一并形成由上述多個(gè)骨架材料大體平面配置而成的上述骨架材料層部件，將由上述多個(gè)彈性膨脹收縮體一體化而成的彈性膨脹收縮體層部件連結(jié)在上述骨架材料層部件的相鄰面的、上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)取?br> 另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種把持手，對(duì)向設(shè)置有多個(gè)由多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的指機(jī)構(gòu)，其中多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成有多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲；通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，驅(qū)動(dòng)上述指機(jī)構(gòu)而進(jìn)行對(duì)象物的把持動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種機(jī)器人，設(shè)有具備多個(gè)多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的把持手，并在上述把持手上具有壓敏傳感器、摩擦傳感器等觸覺(jué)傳感器或者連結(jié)部件的變位傳感器，根據(jù)由該傳感器或者天線檢測(cè)到的信息控制上述把持手的把持動(dòng)作，其中上述多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成有多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲。


本發(fā)明的上述以及其它目的和特征，可通過(guò)與附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式相關(guān)聯(lián)的下面的記述而得以明確，在附圖中圖1A是本發(fā)明的實(shí)施方式1的面型關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖；圖1B是上述實(shí)施方式1的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖；圖1C是表示上述實(shí)施方式1的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的變形狀態(tài)的剖視圖；圖1D是表示上述實(shí)施方式1的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的變形狀態(tài)的剖視圖；圖2A是本發(fā)明的實(shí)施方式2的平面型關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖；圖2B是上述實(shí)施方式2的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖；圖2C是表示上述實(shí)施方式2的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的變形狀態(tài)的剖視圖；圖2D是表示上述實(shí)施方式2的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的變形狀態(tài)的剖視圖；圖3A是本發(fā)明的實(shí)施方式2的4指型把持手的立體圖；圖3B是本發(fā)明的實(shí)施方式2的6指型把持手的立體圖；圖4A是本發(fā)明的實(shí)施方式2的彈性鉸鏈的立體圖；
圖4B表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的把持狀態(tài)的把持手的立體圖；圖4C是本發(fā)明的實(shí)施方式2的其它方式的鉸鏈的立體圖；圖4D表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的其它把持狀態(tài)的把持手的立體圖；圖5A是本發(fā)明的實(shí)施方式3的多軸回轉(zhuǎn)型彈性鉸鏈的立體圖；圖5B是上述實(shí)施方式3的多軸回轉(zhuǎn)型彈性鉸鏈的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的立體圖；圖5C是上述實(shí)施方式3的多軸回轉(zhuǎn)型彈性鉸鏈的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖；圖6是表示使用了本發(fā)明的實(shí)施方式3的多軸回轉(zhuǎn)型彈性鉸鏈的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一部分的立體圖；圖7A是本發(fā)明的實(shí)施方式4的平面型關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖；圖7B是本發(fā)明的實(shí)施方式4的平面型關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖；圖8A是本發(fā)明的實(shí)施方式4的對(duì)抗驅(qū)動(dòng)型關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖；圖8B是本發(fā)明的實(shí)施方式4的對(duì)抗驅(qū)動(dòng)型關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖；圖9A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的把持狀態(tài)的把持手的立體圖；圖9B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的把持狀態(tài)的把持手的立體圖；圖10是具有本發(fā)明的實(shí)施方式2的把持手的機(jī)器人的立體圖；圖11A是本發(fā)明的實(shí)施方式5的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖；圖11B是本發(fā)明的實(shí)施方式5的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖；圖12A、圖12B、圖12C分別是表示本發(fā)明的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造方法的框圖；圖13A、圖13B、圖13C、圖13D分別是表示本發(fā)明的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的其它制造方法的框圖；圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的面型關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的空壓控制關(guān)系的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實(shí)施例方式
在繼續(xù)本發(fā)明的記述之前，對(duì)附圖中相同的零件賦予相同的附圖標(biāo)記。
以下，在結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，對(duì)本發(fā)明的各種方式進(jìn)行說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明的第1方式，提供一種多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，形成有多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的第2方式，提供一種第1方式所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上述連結(jié)部的自由度大體上僅為回轉(zhuǎn)自由度，至少靠近頂端的上述連結(jié)部的自由度，被限制為繞與上述骨架材料層部件的列方向大體垂直的軸的1自由度。
根據(jù)本發(fā)明的第3方式，提供一種第2方式所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上述連結(jié)部，由利用薄板彈簧形成的鉸鏈構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第4方式，提供一種第2方式所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上述連結(jié)部，通過(guò)使上述骨架材料的一部分變細(xì)而構(gòu)成由骨架材料自身形成的鉸鏈。
根據(jù)本發(fā)明的第5方式，提供一種第1方式所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將具有連接檢測(cè)上述連結(jié)部的變形量的變形量傳感器的信號(hào)布線、和電驅(qū)動(dòng)上述彈性膨脹收縮體的情況下的驅(qū)動(dòng)布線的柔性布線基板，配置在上述連結(jié)部的彎曲部附近。
根據(jù)本發(fā)明的第6方式，提供一種第5方式所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上述柔性布線基板，兼作由薄板彈簧形成的鉸鏈。
根據(jù)本發(fā)明的第7方式，提供一種第1～6方式中任一項(xiàng)所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其還具有使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮的裝置，上述裝置是，通過(guò)向橡膠彈性體外加氣壓而驅(qū)動(dòng)的裝置、或者通過(guò)對(duì)形狀記憶材料加熱冷卻而驅(qū)動(dòng)的裝置、或者通過(guò)向電活性聚合物外加電場(chǎng)而驅(qū)動(dòng)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第8方式，提供一種第7方式所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由橡膠彈性體構(gòu)成上述彈性膨脹收縮體，并且使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮的裝置，是通過(guò)向上述橡膠彈性體外加氣壓而驅(qū)動(dòng)的裝置，該多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還具備設(shè)有用于向上述橡膠彈性體外加氣壓的管道的疊層型氣壓管道層部件。
根據(jù)本發(fā)明的第9方式，提供一種多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造方法，該多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成有多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲；該制造方法包括如下步驟至少一并形成由上述多個(gè)骨架材料大體平面配置而成的上述骨架材料層部件，將由上述多個(gè)彈性膨脹收縮體一體化而成的彈性膨脹收縮體層部件連結(jié)在上述骨架材料層部件的相鄰面的、上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)取?br> 根據(jù)本發(fā)明的第10方式，提供一種把持手，對(duì)向設(shè)置多個(gè)由多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的指機(jī)構(gòu)，其中多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成有多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲；通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，驅(qū)動(dòng)上述指機(jī)構(gòu)而進(jìn)行對(duì)象物的把持動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的第11方式，提供一種第10方式所述的把持手，上述把持手能夠通過(guò)上述多個(gè)對(duì)向的指機(jī)構(gòu)把持對(duì)象物，至少在上述把持手的把持面?zhèn)染哂袎好魝鞲衅鳌⒛Σ羵鞲衅鞯扔|覺(jué)傳感器或者上述連結(jié)部的變位傳感器或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線，根據(jù)利用該傳感器或者天線檢測(cè)到的信息來(lái)控制把持動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的第12方式，提供一種第10或11方式所述的把持手，至少上述把持手的上述把持面?zhèn)鹊囊徊糠钟上鹉z等高摩擦柔軟材料覆蓋。
根據(jù)本發(fā)明的第13方式，提供一種第10或11方式所述的把持手，在上述把持手的外側(cè)面?zhèn)染哂猩鲜鰪椥耘蛎浭湛s體，作為該彈性膨脹收縮體，具有膨脹型和收縮型的兩者，利用兩者的對(duì)抗作用驅(qū)動(dòng)把持動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的第14方式，提供一種第9或11方式所述的把持手，在把持手的根部，具有超聲波式或者攝像式等的把持對(duì)象物檢測(cè)傳感器或者相機(jī)、或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線的把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置，根據(jù)利用上述把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置檢測(cè)到的把持對(duì)象物信息控制把持動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的第15方式，提供一種機(jī)器人，設(shè)有具備多個(gè)多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的把持手，并在上述把持手上具有壓敏傳感器、摩擦傳感器等觸覺(jué)傳感器或者連結(jié)部件的變位傳感器，根據(jù)由該傳感器或者天線檢測(cè)到的信息控制上述把持手的把持動(dòng)作，其中上述多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的第16方式，提供一種第15方式所述的機(jī)器人，具有超聲波式或者攝像式等的把持對(duì)象物檢測(cè)傳感器或者相機(jī)、或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線的把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置，根據(jù)利用上述把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置檢測(cè)到的把持對(duì)象物信息來(lái)計(jì)劃并控制上述把持手的把持動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的第17方式，提供一種第1方式所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上述骨架材料層部件以列狀且大體平面配置上述多個(gè)骨架材料。
以下，結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施方式。
(實(shí)施方式1)圖1A和圖1B是本發(fā)明的實(shí)施方式1的面型(這里為平面型)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、100的俯視圖和剖視圖。圖1A～圖1D所示的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、100，是以通過(guò)外加氣壓而膨脹的氣壓執(zhí)行元件為驅(qū)動(dòng)源的機(jī)構(gòu)。
在圖1A、圖1B中，多個(gè)骨架材料1、例如4個(gè)長(zhǎng)方形板狀的骨架材料1(在特別指定場(chǎng)所的情況下使用附圖標(biāo)記1-1、1-2、1-3、1-4，在不特別指定場(chǎng)所的情況下統(tǒng)稱而使用附圖標(biāo)記1)通過(guò)1個(gè)長(zhǎng)的長(zhǎng)方形板狀的連結(jié)部件2連結(jié)在一起，并使各相鄰的骨架材料1和骨架材料1彼此之間在連結(jié)部件2的各連結(jié)部2A(換言之，作為上述多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的關(guān)節(jié)而發(fā)揮作用的部分)動(dòng)作自如，跨越上述連結(jié)部2A、…、2A而以固定部4、…、4將彈性膨脹收縮體3(在特別指定場(chǎng)所的情況下使用附圖標(biāo)記3-1、3-2、3-3，在不特別指定的情況下統(tǒng)稱而使用附圖標(biāo)記3)固定在骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4上。上述各固定部4相當(dāng)于彈性膨脹收縮體3膨脹收縮時(shí)對(duì)骨架材料1作用力的部分，為了傳遞該力，需要在該部位固定，所以，例如通過(guò)將設(shè)于彈性膨脹收縮體3的凸部嵌合到設(shè)于骨架材料1的凹部1a中固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
在此，4個(gè)骨架材料1(1-1、1-2、1-3、1-4)，其頂端(圖1A的左端)的骨架材料1-1和基端(圖1A的右端)的骨架材料1-4的長(zhǎng)度大體相同，第2個(gè)骨架材料1-2和第3個(gè)骨架材料1-3的長(zhǎng)度大體相同，且比頂端的骨架材料1-1長(zhǎng)，形成為接近于人的手臂的結(jié)構(gòu)。在圖1A中，圖示了將關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、100以2列配置的情況，但是，實(shí)際上也可以通過(guò)對(duì)向配置而能夠進(jìn)行把持動(dòng)作等。而且，各基端側(cè)的骨架材料1-4的基端部固定在各多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的固定部10上。
作為骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4，使用聚乙烯或者其泡沫體等剛性高、且質(zhì)量輕的塑料制的平板，多個(gè)骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4沿其長(zhǎng)度方向(列方向)以列狀配置成一直線狀的同時(shí)，多個(gè)骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4作為整體而構(gòu)成大體平面配置的骨架材料層部件101。
作為連結(jié)部件2，使用磷青銅或不銹鋼等金屬、或者、聚丙烯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等塑料制的薄板彈簧，并利用粘接劑將該連結(jié)部件2的各端部分別粘貼到相鄰的骨架材料1、1的各自的凹部1a、1a中，在各連結(jié)部2A的部分，在相鄰的2個(gè)骨架材料1、1之間構(gòu)成彈性鉸鏈，使之具有在與各連結(jié)部2A的長(zhǎng)度方向垂直的方向(圖1A的上下方向)的繞1軸的回轉(zhuǎn)自由度。
作為彈性膨脹收縮體3(3-1、3-2、3-3)，為內(nèi)置使該彈性膨脹收縮體3膨脹或者收縮的裝置的部件，由外形大體接近平板形狀的氯丁橡膠或者硅等橡膠制成，內(nèi)部具有與氣壓導(dǎo)入通路5(在特別指定場(chǎng)所的情況下使用附圖標(biāo)記5-1、5-2、5-3，在不特別指定的情況下統(tǒng)稱而使用附圖標(biāo)記5)連通的氣壓動(dòng)作室，并內(nèi)置從氣壓導(dǎo)入通路5-1、5-2、5-3向氣壓動(dòng)作室導(dǎo)入氣壓、從而通過(guò)外加氣壓而向長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)的氣壓執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3。而且，上述各執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3，相反地通過(guò)將氣壓從大氣壓減壓，而沿其長(zhǎng)度方向收縮。上述多個(gè)空氣執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3中的相鄰的空氣執(zhí)行元件彼此之間，由相同材質(zhì)的橡膠制的彈性膨脹收縮體連結(jié)部3A(在特別指定場(chǎng)所的情況下使用附圖標(biāo)記3A-2、3A-3，在不特別指定的情況下統(tǒng)稱而使用附圖標(biāo)記3A)連結(jié)，作為整體而一體化。為了將該一體化的彈性膨脹收縮體層部件103一并疊層到骨架材料層部件101上，也可以根據(jù)需要而預(yù)先利用彈性膨脹收縮體連結(jié)部3B連結(jié)在一起，形成整體結(jié)構(gòu)后，再分離。
作為彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3的各個(gè)氣壓執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3，分別通過(guò)多個(gè)氣壓導(dǎo)入通路5-1、5-2、5-3而與氣壓控制器6相連，通過(guò)控制氣壓而被驅(qū)動(dòng)。
如圖14所示，氣壓控制器6大致由加壓泵等氣壓驅(qū)動(dòng)源6B、介于連接在氣壓驅(qū)動(dòng)源6B上的各氣壓導(dǎo)入通路5-1、5-2、5-3的連接端部之間的電磁閥等開(kāi)閉閥6C-1、6C-2、6C-3、進(jìn)行氣壓驅(qū)動(dòng)源6B的驅(qū)動(dòng)控制和各開(kāi)閉閥6C-1、6C-2、6C-3的開(kāi)閉控制的控制部6A構(gòu)成，一邊利用控制部6A驅(qū)動(dòng)控制氣壓控制器6B，一邊打開(kāi)所需要的開(kāi)閉閥6C-1、6C-2、6C-3，從氣壓控制器6B向所需要的氣壓導(dǎo)入通路5-1、5-2、5-3供給壓縮空氣，使所需要的彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3分別膨脹。
作為氣壓導(dǎo)入通路5-1、5-2、5-3，使用聚氨酯制的氣壓管道，根據(jù)需要，利用粘接、壓入等方法連接橡膠制的執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3和連接接頭零件。該氣壓導(dǎo)入通路5-1、5-2、5-3，也能夠形成于彈性膨脹收縮體連結(jié)部3A-2、3A-3的內(nèi)部。
作為一個(gè)具體例，制作了如下構(gòu)成的長(zhǎng)度150mm的1指結(jié)構(gòu)的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使用泡沫聚乙烯樹(shù)脂制的厚度5mm、寬度1 8mm、長(zhǎng)度20mm～50mm的4根骨架材料作為骨架材料1，使用厚度0.25mm的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂制的薄板作為連結(jié)部件2與其粘合，使用氯丁橡膠制的外徑尺寸厚度5mm、寬度13mm、長(zhǎng)度10mm的空洞體作為彈性膨脹收縮體3，使用φ4mm的聚氨酯樹(shù)脂制的空氣管道作為連結(jié)部3A而與彈性膨脹收縮體3的管道連結(jié)并將彈性膨脹收縮體3連結(jié)到骨架材料1上。該多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量為20gf，很輕。
此外，圖1A的32，是跨在骨架材料列之間的基端部分而配置的彈性膨脹壓縮體，通過(guò)使該彈性膨脹壓縮體32膨脹，還能夠有效地?cái)U(kuò)大多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、100的骨架材料列之間。
圖1C和圖1D，是表示通過(guò)利用氣壓控制器6，對(duì)彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3、即氣壓式的橡膠制執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3外加氣壓、或者從大氣壓減壓，從而使之膨脹或者收縮時(shí)的各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的變形的情況的剖視圖。圖1C表示執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3由于外加氣壓而沿其長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，其結(jié)果導(dǎo)致連結(jié)部件2的各連結(jié)部2A的部分作為彈性鉸鏈而彎曲的情況。在使用薄板彈簧作為連結(jié)部件2的情況下，雖然由于彈簧的彈性而作用回復(fù)力，但是通過(guò)由氣壓執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3產(chǎn)生抵抗該回復(fù)力的充分大的力，能夠使上述各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100在其鉸鏈部分向圖1C的上凸方向彎曲。圖1D表示通過(guò)氣壓的減壓(從大氣壓減小壓力)，執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3沿其長(zhǎng)度方向收縮時(shí)的變形的情況。在這種情況下，向與圖1C相反的方向、即向圖1D的下凸方向彎曲而變形。能夠通過(guò)在氣壓控制器6中預(yù)先設(shè)置在加壓泵6B之外另行設(shè)置的減壓泵(真空泵)6D(參照?qǐng)D14)，利用閥對(duì)其進(jìn)行切換來(lái)進(jìn)行減壓。在任何一種情況下，其變形量能夠通過(guò)改變加壓或者減壓的壓力而容易地進(jìn)行改變。此外，雖然在圖1D中對(duì)通過(guò)減壓使之向相反方向變形的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是也能夠僅利用加壓使氣壓執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3動(dòng)作，并通過(guò)解除加壓，利用薄板彈簧的彈性所產(chǎn)生的回復(fù)力將上述各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100回復(fù)到原來(lái)的姿勢(shì)。
根據(jù)上述實(shí)施方式1，多個(gè)骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4在同一層上平面配置，彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3也在該層的一個(gè)面上相鄰構(gòu)成，從而形成為由骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4、連結(jié)部件2以及彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3構(gòu)成的平面型的薄型的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以形成為小型輕量的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
而且，在制造方法上，能夠一并形成大體平面配置多個(gè)骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4的骨架材料層部件101，將彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3連結(jié)在上述骨架材料層部件101的相鄰面上，所以即使為連結(jié)有較多骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4的構(gòu)成，也能夠用大量成批生產(chǎn)效率優(yōu)越的制造方法來(lái)進(jìn)行制造，能夠提供便宜的設(shè)備。
而且，即使在較多骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4被分離的構(gòu)成的情況下，由于其位于相同的骨架材料層部件101上，所以能夠與上述一體化的空氣執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3的情況同樣地、在平面結(jié)構(gòu)中將其進(jìn)行配置，并預(yù)先用虛設(shè)的連結(jié)部連結(jié)，在將彈性膨脹收縮體3連結(jié)在相鄰面上后，在該虛設(shè)的連結(jié)部分離。上述連結(jié)，能夠通過(guò)在形成于骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4的各凹部1a中嵌合、壓入或者粘接等方法簡(jiǎn)便地進(jìn)行。
(實(shí)施方式2)圖2A和圖2B是本發(fā)明的實(shí)施方式2的平面型關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖和剖視圖。在實(shí)施方式1中所說(shuō)明的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100上附加了傳感功能。圖中僅表示了1列由列狀的骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4構(gòu)成的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100，也可以與圖1情況同樣地形成2列，進(jìn)而也可以形成多列。并且，圖2C和圖2D表示通過(guò)使彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3膨脹或者收縮，使上述各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100變形的狀態(tài)。并且，圖3A、圖3B分別表示使用了4個(gè)和6個(gè)該平面型的各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的把持手的立體圖。在把持手的外側(cè)面?zhèn)染哂袕椥耘蛎浭湛s體3-1、3-2、3-3，并且連結(jié)部件2位于其把持面?zhèn)取?br> 在圖2A～圖2D中，骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4的連結(jié)部2A、…、2A由于被驅(qū)動(dòng)而大幅度彎曲，在與其相鄰的位置配置柔性布線基板7，該柔性布線基板7具有連接各連結(jié)部2A的變形量傳感器8、…、8等傳感器的信號(hào)布線、電驅(qū)動(dòng)彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3的驅(qū)動(dòng)布線等布線。在柔性布線基板7上設(shè)有檢測(cè)各個(gè)連結(jié)部2A、…、2A的變形量的變形量傳感器8、…、8，用于檢測(cè)把持手對(duì)把持對(duì)象物的作用力、換言之為把持力的壓敏傳感器、剪切力傳感器、或者摩擦傳感器等觸覺(jué)傳感器或標(biāo)記信息檢測(cè)用天線9、…、9，并用布線7A電連接在控制部6A等上。
在此，標(biāo)記信息檢測(cè)用天線9，能夠從附加在把持對(duì)象物上的標(biāo)記檢測(cè)或者記錄與該把持對(duì)象物有關(guān)的各種信息。特別是，通過(guò)在把持時(shí)最接近把持對(duì)象物的、相當(dāng)于指的間接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)部的接觸面?zhèn)仍O(shè)置該天線，能夠在接近把持對(duì)象物的位置檢測(cè)標(biāo)記信息，所以能夠提高其檢測(cè)準(zhǔn)確度。作為理想的檢測(cè)信息，檢測(cè)用來(lái)可靠地進(jìn)行把持的把持對(duì)象物的形狀信息、重量、柔軟度、脆性，以及適當(dāng)?shù)陌殉至Α⒃谀膫€(gè)部位把持為好等、用來(lái)決定把持時(shí)的控制的信息，進(jìn)行把持動(dòng)作。并且，能夠記錄進(jìn)行的把持動(dòng)作的結(jié)果的信息、例如飲料瓶的剩余的重量等的重量變化、移動(dòng)后的位置和姿勢(shì)、把持的成功與否等、用來(lái)再次把持控制同一把持對(duì)象物的信息。
根據(jù)上述構(gòu)成，通過(guò)觸覺(jué)傳感器或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線9、…、9，一邊檢測(cè)把持手對(duì)把持對(duì)象物的把持力的信息，一邊利用控制部6A進(jìn)行氣壓控制，控制執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3的驅(qū)動(dòng)，控制各個(gè)關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作。其結(jié)果，開(kāi)始用把持手把持把持對(duì)象物后，換言之，各多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100開(kāi)始接觸把持對(duì)象物后，由變形量傳感器8、…、8檢測(cè)出的各個(gè)連結(jié)部2A、…、2A的變形量被輸入控制部6A，并根據(jù)各個(gè)連結(jié)部2A、…、2A的變形量以及基于觸覺(jué)傳感器或標(biāo)記信息檢測(cè)用天線9…、9的把持力信息，利用控制部6A進(jìn)一步控制執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3的驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步控制各個(gè)關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作，從而更加可靠地進(jìn)行把持對(duì)象物的把持動(dòng)作。由此，能夠防止把持手對(duì)把持對(duì)象物作用過(guò)大的把持力而損傷把持對(duì)象物，防止由于把持力的不足而產(chǎn)生的不充分的把持。相反，在進(jìn)行把持對(duì)象物的把持解除動(dòng)作時(shí)，通過(guò)利用控制部6A進(jìn)行執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3的反向驅(qū)動(dòng)，各多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100從把持對(duì)象物脫離。
這樣，通過(guò)將柔性布線基板7配置在連結(jié)部2A、…、2A的彎曲部附近的層，即使上述各多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100被驅(qū)動(dòng)，柔性基板7也不會(huì)大幅度歪斜變形，所以能夠形成重復(fù)動(dòng)作的可靠性高的設(shè)備。即，在薄板狀的連結(jié)部件2彎曲的狀態(tài)下，根據(jù)材料力學(xué)的理論，其厚度方向的中心位置是長(zhǎng)度方向的應(yīng)變?yōu)榱愕闹忻?，隨著從該中面沿厚度方向離開(kāi)，應(yīng)變?cè)龃?。所以，通過(guò)靠近該連結(jié)部件2配置柔性布線基板7，就能夠形成該柔性布線基板7不會(huì)較大地歪斜變形的構(gòu)成。
而且，因?yàn)閷?shí)施方式2的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100為平面型的結(jié)構(gòu)，所以形成為適于將基本上同樣為平面結(jié)構(gòu)的柔性布線基板7疊層化的、工藝適應(yīng)性優(yōu)越的構(gòu)成。并且，因?yàn)樵撽P(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100整體為平面型的結(jié)構(gòu)，所以即使包含傳感功能，也能夠作為整體而形成為小型輕量的設(shè)備。而且，例如通過(guò)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)源的執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3，使在多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的各骨架材料1(1-1、1-2、1-3、1-4)上對(duì)應(yīng)設(shè)置的作為觸覺(jué)傳感器的一例的壓敏傳感器的壓力信號(hào)平均化，能夠沿著把持對(duì)象物的形狀把持各種各樣的形狀的把持對(duì)象物，能夠以更加柔軟的對(duì)應(yīng)力使用本把持手進(jìn)行把持。
圖3A、圖3B表示使用上述圖2A、圖2B的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的把持手的立體圖，通過(guò)對(duì)向設(shè)置多個(gè)上述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100，而具有把持功能。圖3A是將由上述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100構(gòu)成的指每2根相對(duì)向而成的4指型的把持手。圖3B是將同樣由上述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100構(gòu)成的指每3根相對(duì)向而成的6指型的把持手。在圖3B中，該6指型的把持手，與由上述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100構(gòu)成的外側(cè)的指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)100a、100c相比，增大由上述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100構(gòu)成的中側(cè)的指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)100c的關(guān)節(jié)間的距離，將關(guān)節(jié)位置錯(cuò)開(kāi)并延長(zhǎng)其長(zhǎng)度，使中側(cè)的指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)100c長(zhǎng)于外側(cè)的指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)100a、100c，從外側(cè)的指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)100a、100c突出。由此，能夠如同沿著把持對(duì)象物的形狀包入把持對(duì)象物那樣柔軟地進(jìn)行把持。
在圖3A中，將基端側(cè)的骨架材料1-4對(duì)向固定在多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的固定部10A上?；藗?cè)的骨架材料1-4，以相鄰的2個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、100共用1個(gè)長(zhǎng)方形板狀的骨架材料1-4A的方式構(gòu)成。在把持手的把持面?zhèn)?1，設(shè)置與控制部6A等連接的、壓敏傳感器、剪切力傳感器、或者摩擦傳感器等觸覺(jué)傳感器或標(biāo)記信息檢測(cè)用天線13，并且在其各連結(jié)部2A設(shè)置有與控制部6A等連接并檢測(cè)各個(gè)連結(jié)部2A、…、2A的變位的變位傳感器8。根據(jù)上述構(gòu)成，通過(guò)觸覺(jué)傳感器或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線13、…、13，一邊檢測(cè)把持手對(duì)把持對(duì)象物的把持力的信息，一邊利用控制部6A進(jìn)行氣壓控制，控制執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3的驅(qū)動(dòng)，控制各個(gè)關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作。其結(jié)果，開(kāi)始用把持手把持把持對(duì)象物后，換言之，各多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100開(kāi)始接觸把持對(duì)象物后，由變形量傳感器8、…、8檢測(cè)出的各個(gè)連結(jié)部2A、…、2A的變形量被輸入控制部6A，并根據(jù)各個(gè)連結(jié)部2A、…、2A的變形量以及基于觸覺(jué)傳感器或標(biāo)記信息檢測(cè)用天線13…、13的把持力信息，利用控制部6A進(jìn)一步控制執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3的驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步控制各個(gè)關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作，從而更加可靠地進(jìn)行把持對(duì)象物的把持動(dòng)作。由此，能夠防止把持手對(duì)把持對(duì)象物作用過(guò)大的把持力而損傷把持對(duì)象物，或防止由于把持力的不足而產(chǎn)生的不充分的把持。相反，在進(jìn)行把持對(duì)象物的把持解除動(dòng)作時(shí)，通過(guò)利用控制部6A進(jìn)行執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3的反向驅(qū)動(dòng)，各多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100從把持對(duì)象物脫離。
在把持手的外側(cè)面?zhèn)?2具有彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3，通過(guò)從氣壓導(dǎo)入通路5-1、5-2、5-3施加氣壓而被驅(qū)動(dòng)。該把持手的把持面?zhèn)?1，被覆有橡膠等具有高摩擦系數(shù)的柔軟材料14，使牢靠把持把持對(duì)象物，并且在把持手的外側(cè)面?zhèn)?2也為了緩沖而被覆有柔軟材料14。此外，該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，外加氣壓則向把持方向被驅(qū)動(dòng)，減壓則向與把持方向相反的打開(kāi)。
該把持手由于使用上述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100，故小型輕量，由于以彈性膨脹收縮體3作為驅(qū)動(dòng)源，所以柔量高，兩者相互結(jié)合而成為對(duì)于與人的接觸、碰撞本質(zhì)上安全、與人的親和性高的設(shè)備。特別是使用氣壓式的執(zhí)行元件3作為驅(qū)動(dòng)源的情況下，由于空氣的壓縮性而具有高的柔量，這一點(diǎn)較為理想。而且，例如通過(guò)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)源的執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3，使在多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的各骨架材料1(1-1、1-2、1-3、1-4)上對(duì)應(yīng)設(shè)置的作為觸覺(jué)傳感器的一例的壓敏傳感器的壓力信號(hào)平均化，能夠沿著把持對(duì)象物的形狀把持各種各樣的形狀的把持對(duì)象物，能夠以更加柔軟的對(duì)應(yīng)力使用本把持手進(jìn)行把持。
圖4A是說(shuō)明與構(gòu)成該把持手的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的關(guān)節(jié)相當(dāng)?shù)膹椥糟q鏈機(jī)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)的立體圖，相鄰的骨架材料1、1通過(guò)連結(jié)部件2的薄板彈簧連結(jié)在一起，連結(jié)部件2的連結(jié)部2A的自由度被限制為僅繞Z軸旋轉(zhuǎn)的1旋轉(zhuǎn)自由度。因此，施加在頂端側(cè)(圖4A的左側(cè))的骨架材料1的Z軸方向的力15的反力，能夠在基端側(cè)(圖4A的右側(cè))的骨架材料1的另一端部，作為繞長(zhǎng)度方向(X軸方向)的轉(zhuǎn)矩力16而可靠地支撐。而且，該力的性質(zhì)，在彈性鉸鏈部的扭轉(zhuǎn)剛性足夠高的情況下，無(wú)論連結(jié)部2A的彎曲角度如何均有效，也不依存于構(gòu)成關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的驅(qū)動(dòng)源的執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3的發(fā)生力。
圖4B是表示用圖3A所說(shuō)明的4指型的把持手把持圓柱狀的把持對(duì)象物的狀態(tài)的立體圖。利用上述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100把持圓柱狀的把持對(duì)象物，由該把持力產(chǎn)生的把持面的摩擦力足以抵抗把持對(duì)象物17的重力的情況下，該把持對(duì)象物不會(huì)掉落，而能夠被保持。此時(shí)，施加在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100上的力15A的反力能夠在基端的骨架材料1-4處作為圖4A的轉(zhuǎn)矩力16A而支撐。該轉(zhuǎn)矩力16A的性質(zhì)，與連結(jié)部2A的彎曲角度無(wú)關(guān)而有效，所以即使在把持對(duì)象物17的大小(在圓柱時(shí)為其直徑)不同的情況下，也能夠通過(guò)施加考慮了重力和摩擦力的把持力，進(jìn)行柔軟且穩(wěn)定的把持動(dòng)作。而且，上述轉(zhuǎn)矩力16A的性質(zhì)，也不依存于構(gòu)成關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的驅(qū)動(dòng)源的執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3所發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力，能夠僅以考慮了重力和摩擦力的把持力，穩(wěn)定且以最小限度的力進(jìn)行把持。
作為氣壓執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3，例如通過(guò)使用其作用截面積約1cm2的執(zhí)行元件，外加1個(gè)大氣壓，就能夠以約200g的把持力夾住圓筒狀的把持對(duì)象物17。該把持手能夠舉起在圓筒狀容器中盛滿了水的重量1Kg的把持對(duì)象物17。
圖4D是表示用圖3B所示的6指型的把持手把持蛋狀的把持對(duì)象物17的狀態(tài)的立體圖。在圖3B中，該6指型的把持手，如前面所說(shuō)明的那樣，與外側(cè)的指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)100a、100c相比，增大中側(cè)的指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)100c的關(guān)節(jié)間的距離，錯(cuò)開(kāi)關(guān)節(jié)位置并改變其長(zhǎng)度而使其突出。由此，能夠如同沿著把持對(duì)象物17的形狀包入把持對(duì)象物17那樣柔軟地進(jìn)行把持。圖4D中，可以看到，在蛋狀的把持對(duì)象物17的高度方向的直徑不同的位置，各指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)100a、100c、100c分別變形為最適宜的直徑，柔軟地沿著把持對(duì)象物17的狀態(tài)。通過(guò)使骨架材料1(1-1、1-2、1-3、1-4)的長(zhǎng)度、寬度、關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)數(shù)、指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度、方向等不同地分布，能夠形成更加不要求對(duì)象物17的形狀，而能夠柔軟地沿著對(duì)象物變形并把持的把持手。
這里，對(duì)在圓柱狀的把持對(duì)象物20上附有凸緣20A的情況下、用圖3A、圖3B所說(shuō)明的上述把持手把持的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖9A是表示用圖3A、圖3B所說(shuō)明的把持手把持帶有圓板狀的凸緣20A的圓柱狀的把持對(duì)象物20的狀態(tài)的立體圖。表示利用關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100夾持帶有凸緣20A的圓柱狀的把持對(duì)象物20的狀態(tài)。此時(shí)，如圖9A所示，施加于把持對(duì)象物20的兩側(cè)的各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、100的力15B、15B的反力能夠在基端的骨架材料1-4A、1-4A處作為轉(zhuǎn)矩力16B、16B支撐。這種情況下，成為凸緣20A的下面譬如放置在對(duì)向的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、100的列的各自上部的狀態(tài)，所以把持力無(wú)需使產(chǎn)生抵抗把持對(duì)象物20的重力的摩擦力，而能夠?yàn)閮H維持把持對(duì)象物20的姿勢(shì)的最小限度的把持力。這是基于上述轉(zhuǎn)矩力16B、16B的性質(zhì)而產(chǎn)生的。
并且，圖9A中，對(duì)把持在上部帶有凸緣20A的圓柱狀的把持對(duì)象物20的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是根據(jù)對(duì)向設(shè)置有多個(gè)上述多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的列的把持手，在把持例如酒杯或碗等容器下部細(xì)的形狀的把持對(duì)象物的情況下，該部分也與上述所說(shuō)明的相同，成為把持對(duì)象物譬如放置在一部分關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)列的上部的狀態(tài)，所以能夠柔軟地把持各種各樣的把持對(duì)象物，能夠以最小限度的把持力進(jìn)行把持。
圖9B是表示用圖3A、圖3B所說(shuō)明的把持手把持橫臥姿勢(shì)(換言之，長(zhǎng)度方向沿橫向的姿勢(shì))的圓柱狀的把持對(duì)象物22的狀態(tài)的立體圖。在把持圓柱狀的把持對(duì)象物22時(shí)，通過(guò)使4個(gè)多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、…、100的頂端部1B、…、1B進(jìn)一步大幅度彎曲，能夠如同譬如用爪抓住把持對(duì)象物22那樣，可靠地支撐把持對(duì)象物22的重量而把持把持對(duì)象物22。在圖9B中，把持手的4個(gè)多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、…、100通過(guò)把持對(duì)象物22的重力和伴隨把持產(chǎn)生的摩擦力而受到的力23、…、23，在上述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、…、100的各連結(jié)部2A作為轉(zhuǎn)矩力而被傳遞，其反力在各多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的各基端的骨架材料1-4A的部分作為轉(zhuǎn)矩力24而被支撐。上述各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的列狀方向的剛性高，所以把持手隨著該把持而受到的力能夠由各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的固定部10A可靠地支撐。
圖4C是表示圖4A所說(shuō)明的鉸鏈結(jié)構(gòu)、換言之為連結(jié)部的其它方式的圖，通過(guò)使骨架材料1的一部分變細(xì)，構(gòu)成由骨架材料自身形成的鉸鏈1A。在這種情況下，不需要其它連結(jié)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且骨架材料層部件101預(yù)先被一體化，所以適于將其它層部件集成化。在圖4C的情況下，也如圖4A所示，為其連結(jié)部、換言之鉸鏈1A的自由度被限制為1自由度的結(jié)構(gòu)，由此，各頂端側(cè)的骨架材料1(相當(dāng)于圖4A的左側(cè)的骨架材料1)上所施加Z軸方向的力15的反力，能夠在基端側(cè)的骨架材料1(相當(dāng)于圖4A的右側(cè)的骨架材料1)的另一端部作為轉(zhuǎn)矩力16而被可靠地支撐。要形成這種由骨架材料自身構(gòu)成的鉸鏈，作為材質(zhì)，聚丙烯很適合。聚丙烯，對(duì)于鉸鏈部的較大的反復(fù)變形，其強(qiáng)度劣化小。在這種情況下，與實(shí)施方式1和實(shí)施方式2所述的由薄板彈簧構(gòu)成鉸鏈的情況不同，該鉸鏈部不伴隨有彈性回復(fù)力。在產(chǎn)生彈性回復(fù)力的情況下，由執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3發(fā)生的力根據(jù)其彈性變形量而減小，但是這種形式的鉸鏈有不伴隨發(fā)生力的減少的優(yōu)點(diǎn)。
下面，圖10表示具有實(shí)施方式2所述的把持手的機(jī)器人的立體圖。從相當(dāng)于機(jī)器人本體的移動(dòng)臺(tái)車(chē)51，利用2個(gè)臂52、52連結(jié)把持手50并驅(qū)動(dòng)。移動(dòng)臺(tái)車(chē)51能夠通過(guò)容納在其內(nèi)部的控制裝置56的控制向任意位置移動(dòng)并定位。各臂52的兩端部被可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐，并且，通過(guò)控制裝置56的控制，利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)使下側(cè)的臂52相對(duì)于移動(dòng)臺(tái)車(chē)51轉(zhuǎn)動(dòng)，使上側(cè)的臂52相對(duì)于下側(cè)的臂52轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能夠使把持手50移動(dòng)到任意位置。具有實(shí)施方式2所述的把持手50的機(jī)器人，在其把持手50的把持面?zhèn)染哂袎好魝鞲衅骰蚰Σ羵鞲衅鞯扔|覺(jué)傳感器、或者各連結(jié)部2A的變位傳感器、或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線等傳感器53、…、53，所以使用該把持手50的機(jī)器人，其接收到了伴隨把持對(duì)象物的把持動(dòng)作而產(chǎn)生的上述傳感器53、…、53的信號(hào)54的控制裝置56，能夠基于上述信號(hào)54，利用控制其把持動(dòng)作的信號(hào)55，來(lái)驅(qū)動(dòng)臂52和把持手50。例如，通過(guò)使在把持手50的各多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的各骨架材料1上對(duì)應(yīng)設(shè)置的壓敏傳感器53、…、53的壓力信號(hào)平均化地利用從控制裝置56輸入了把持手50的動(dòng)作控制開(kāi)始信號(hào)的控制部6A的控制，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)源的執(zhí)行元件3-1、3-2、3-3，能夠沿著把持對(duì)象物的形狀把持各種各樣的形狀的把持對(duì)象物，能夠以更加柔軟的對(duì)應(yīng)力使用本把持手50進(jìn)行把持。
并且，如圖10所示，使用在把持手的固定部10A具有一對(duì)超聲波式或者攝像式等把持對(duì)象物檢測(cè)傳感器或者相機(jī)、或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線等傳感器等把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置57的把持手50的機(jī)器人，能夠根據(jù)來(lái)自該傳感器或者相機(jī)或者天線等把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置57的把持對(duì)象物信息檢測(cè)信號(hào)計(jì)劃把持動(dòng)作，生成與把持動(dòng)作有關(guān)的臂52和手50的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)控制把持手50。這種情況下，通過(guò)同時(shí)使用從上述連結(jié)部的變位傳感器得到的信號(hào)，能夠一邊檢測(cè)把持手的姿勢(shì)，一邊更加高精度地把握與把持對(duì)象物的相對(duì)位置，進(jìn)行把持控制。
(實(shí)施方式3)圖5A、圖5B和圖5C是利用由薄板彈簧形成的彈性鉸鏈結(jié)構(gòu)平面構(gòu)成2軸至3軸的回轉(zhuǎn)自由度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。使骨架材料1的連結(jié)部形成為構(gòu)成其寬度逐漸變窄的對(duì)接部1B的形狀，并以具有適度剛性的橡膠制的薄板彈簧30連結(jié)。根據(jù)該構(gòu)成，成為可繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的萬(wàn)向接頭機(jī)構(gòu)。在選用薄板彈簧30的剛性充分大的材質(zhì)的情況下，薄板彈簧30的面內(nèi)剛性比其彎曲剛性和扭轉(zhuǎn)剛性大，所以也能夠限制Z軸的回轉(zhuǎn)的自由度。如圖5B和圖5C所示，將與上述彈性膨脹收縮體3同樣的結(jié)構(gòu)(例如氣壓執(zhí)行元件)的長(zhǎng)條狀的長(zhǎng)的彈性膨脹收縮體31配置在對(duì)接部1B的兩側(cè)的表里兩面，將兩端部分別固定在相鄰的骨架材料1、1上，使4個(gè)彈性膨脹收縮體31、…、31的氣壓執(zhí)行元件相對(duì)抗而驅(qū)動(dòng)，從而能夠向自由的方向驅(qū)動(dòng)。
圖6是表示取代一方的平面型多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第3彈性膨脹收縮體3-3而使用了上述圖5A～圖5C所示的萬(wàn)向接頭機(jī)構(gòu)的、平面型的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100G的一部分的立體圖。2根骨架材料列在基端側(cè)通過(guò)長(zhǎng)方形板狀的連結(jié)用骨架材料1C結(jié)合在一起。通過(guò)在構(gòu)成指的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100G的基端側(cè)的一部分上使用上述萬(wàn)向接頭機(jī)構(gòu)，能夠使指尖向所有的方向動(dòng)作，所以能夠?qū)崿F(xiàn)把持動(dòng)作的多樣化。為了大幅度擴(kuò)展該多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100、100G的骨架材料列之間，在骨架材料列間的基端部分設(shè)置彈性膨脹收縮體32，并使其膨脹，從而也能夠有效地大幅度擴(kuò)展。
在該例中，至少將驅(qū)動(dòng)部頂端附近的連結(jié)部的自由度限制為1自由度，并具有在實(shí)施方式2的、圖4A中說(shuō)明過(guò)的力的性質(zhì)，使用了該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的把持手，手所受到的力能夠由其骨架材料的基端部1C可靠地支撐。
(實(shí)施方式4)圖7A和圖7B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100H的剖視圖和俯視圖。圖8A和圖8B是表示該實(shí)施方式4的對(duì)抗驅(qū)動(dòng)型多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100H的剖視圖和俯視圖。其中任一多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100H都是由形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的類型。
該實(shí)施方式4，是相對(duì)于把持對(duì)象物而在其接觸面?zhèn)仍O(shè)有彈性膨脹收縮體的情況、以及相對(duì)于上述接觸面?zhèn)榷谂c其對(duì)向的非接觸面?zhèn)仍O(shè)有彈性膨脹收縮體的情況的實(shí)施方式。
而且，將后述的Mckibbin型氣壓式執(zhí)行元件、能夠電驅(qū)動(dòng)的電活性聚合物作為執(zhí)行元件而應(yīng)用的情況，較為理想。
在圖7A、圖7B中通過(guò)用柔性布線基板40連結(jié)多個(gè)平板狀骨架材料1，利用柔性布線基板40的彈性而構(gòu)成彈性鉸鏈40A。在柔性布線基板40上，具有利用布線41連線的彈性鉸鏈部40A的變形量傳感器42和觸覺(jué)傳感器46，具有檢測(cè)該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100H的姿勢(shì)和觸覺(jué)的功能。跨越構(gòu)成該連結(jié)部的柔性布線基板40的彈性鉸鏈部40A，利用固定部4A、…、4A、4B、…、4B將形狀記憶合金絲或者線圈43(43A、43B)固定在骨架材料1-1、1-2、1-3、1-4和固定部10上。形狀記憶合金絲或者線圈43A通過(guò)固定部4A固定在指尖側(cè)的第1骨架材料1-1上，并穿過(guò)設(shè)在其它的第2骨架材料1-2上的支架部44A而固定在另外的第3骨架材料1-3上。在從指尖側(cè)起第2個(gè)的第2骨架材料1-2上，通過(guò)固定部4B固定形狀記憶合金絲或者線圈43B，并穿過(guò)設(shè)在第3骨架材料1-3上的支架部44B而固定在另外的第4骨架材料1-4上。各個(gè)形狀記憶合金絲(或者線圈)43A和43B通過(guò)利用電源45(45A和45B)獨(dú)立通電加熱，驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。形狀記憶合金絲43A和43B的形狀記憶合金使用以溫度上升而超過(guò)馬氏體相變溫度后縮小的方式進(jìn)行了形狀記憶處理的材料，通過(guò)斷開(kāi)電源而散熱冷卻，回復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度。
這里，支架部44A和支架部44B，是用來(lái)將隨著形狀記憶合金(SMA)絲或者線圈43A膨脹收縮而產(chǎn)生的力向骨架材料1傳遞的、起到力學(xué)支點(diǎn)的作用的部件。上述支架部44A、44B安裝在骨架材料1上，通過(guò)懸架形狀記憶合金絲或者線圈43A而發(fā)揮起作用。
而且，固定部4A和固定部4B固定形狀記憶合金絲或者線圈43A，同樣地，是用來(lái)將隨著形狀記憶合金絲或者線圈43A膨脹收縮而產(chǎn)生的力向骨架材料1傳遞的、起到力學(xué)支點(diǎn)的作用的部件。在作為固定部4A和固定部4B的固定部件而安裝于骨架材料1的階梯銷(xiāo)等上，懸架或者卷繞固定形狀記憶合金絲或者線圈43A。
圖8A、圖8B的對(duì)抗驅(qū)動(dòng)型多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成要素也和圖7A、圖7B相同。夾著骨架材料層部件101而在其兩側(cè)安裝有構(gòu)成驅(qū)動(dòng)源的形狀記憶合金絲或者線圈43C和43D，通過(guò)該兩者的驅(qū)動(dòng)的對(duì)抗作用，能夠向把持方向及其相反方向驅(qū)動(dòng)。
在作為上述執(zhí)行元件的一例的氣壓式執(zhí)行元件中，有通過(guò)施加氣壓而向其長(zhǎng)度方向收縮的形式的機(jī)構(gòu)。
作為上述執(zhí)行元件的其它例的Mckibbin型執(zhí)行元件，在橡膠管上覆蓋有圓筒狀的網(wǎng)，通過(guò)外加氣壓而向其徑方向膨脹，隨著該膨脹，網(wǎng)眼被拉伸，從而沿長(zhǎng)度方向收縮。在使用這種功能的空氣式執(zhí)行元件作為驅(qū)動(dòng)源的情況下，能夠?qū)D7A、圖7B中的形狀記憶合金絲或者線圈置換成具有該功能的氣壓式執(zhí)行元件，從而構(gòu)成同樣的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
而且，作為上述執(zhí)行元件的其它例，作為人工筋執(zhí)行元件而正在研究開(kāi)發(fā)能夠電驅(qū)動(dòng)的各種電活性聚合物材料。例如提出了在薄片狀的電介質(zhì)聚合物中設(shè)有柔軟電極的多層結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件，凝膠電應(yīng)變型、凝膠的離子驅(qū)動(dòng)型、導(dǎo)電性聚合物方式等的方案。在驅(qū)動(dòng)源中使用上述元件的情況下，如果為膨脹型元件，則能夠以基于圖1A～圖1D和圖2A～圖2D的構(gòu)成形成本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如果為收縮型元件，則能夠以基于圖7A、圖7B的構(gòu)成形成本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種人工筋執(zhí)行元件以聚合物材料為主體，所以材料自身分量輕，并且具有高的柔量，因此上述性能相互結(jié)合，對(duì)于與人的接觸、碰撞本質(zhì)上很安全。而且，人工筋執(zhí)行元件一般產(chǎn)生能量很高，通過(guò)將其作為本發(fā)明的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)源，與以往的由電磁馬達(dá)和減速器構(gòu)成的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，可以形成顯著節(jié)省能源的設(shè)備。
將上述的Mckibbin型氣壓執(zhí)行元件、能夠電驅(qū)動(dòng)的各種電活性聚合物作為執(zhí)行元件而應(yīng)用的情況下，由于上述執(zhí)行元件為管狀或薄片狀及其疊層體等細(xì)長(zhǎng)的形態(tài)，所以相對(duì)于膨脹變形而產(chǎn)生縱向彎曲，難以將膨脹變形使用于驅(qū)動(dòng)。所以，最好使其在上述執(zhí)行元件中主要以利用收縮變形拉伸的狀態(tài)發(fā)揮作用。實(shí)施方式4為這種適于通過(guò)使執(zhí)行元件收縮變形而在拉伸狀態(tài)下作用的結(jié)構(gòu)。
而且，還能夠在圖2A～圖2D的構(gòu)成上，將基于圖7A、圖7B的構(gòu)成組合在把持手的外側(cè)面?zhèn)?，通過(guò)膨脹型和收縮型的兩者的彈性膨脹收縮體的對(duì)抗作用驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種情況下，應(yīng)用了該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的把持手，除向把持方向驅(qū)動(dòng)的功能之外，還能夠向放開(kāi)把持物的方向驅(qū)動(dòng)，能夠大幅度擴(kuò)展為了把持而對(duì)向設(shè)置的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)列的間隔。并且，通過(guò)這樣形成將驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件僅設(shè)于把持手的外側(cè)面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)，可以將用于檢測(cè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的姿勢(shì)的連結(jié)部的變形量傳感器、用于控制把持力的觸覺(jué)傳感器、以及用于檢測(cè)把持對(duì)象物的信息的標(biāo)記信息檢測(cè)用天線匯集在把持面?zhèn)榷鴺?gòu)成，適于將較多的分布的傳感器集中起來(lái)。而且把持手的把持面?zhèn)?，隨著把持而必然接近、接觸把持對(duì)象物，所以將上述傳感器構(gòu)成于把持面?zhèn)缺容^適宜。能夠在靠近的位置高靈敏度地檢測(cè)貼在把持對(duì)象物上的標(biāo)記上所寫(xiě)入的有關(guān)把持對(duì)象物的形狀、把持位置、把持計(jì)劃等各種信息。
(實(shí)施方式5)圖11A和圖11B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖和俯視圖。實(shí)施方式5是將實(shí)施方式1所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的氣壓管道設(shè)為疊層型氣壓管道層部件60的實(shí)施方式。通過(guò)這種構(gòu)成，成為由骨架材料1構(gòu)成的骨架材料層部件101、和由疊層型氣壓管道層60及彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3構(gòu)成的層分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，所以成為容易將其一并形成的結(jié)構(gòu)。其它部件與實(shí)施方式1所述的內(nèi)容相同。
下面，圖12A、圖12B和圖12C是表示本發(fā)明的上述實(shí)施方式的上述多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造方法的框圖。本制造方法由以下步驟構(gòu)成圖12A的第1步驟，一并形成骨架材料層部件101，該骨架材料層部件101由將骨架材料1包括其鉸鏈部1A在內(nèi)大體平面配置而成；圖12B的第2步驟，形成由彈性膨脹收縮體3-1、3-2、3-3及其連結(jié)部3A、氣壓導(dǎo)入通路5-1、5-2、5-3構(gòu)成的彈性膨脹收縮體層部件103；圖12C的第3步驟，將彈性膨脹收縮體層部件103連結(jié)在上述骨架材料層部件101的相鄰面上。圖12A的第1步驟，能夠通過(guò)將例如聚丙烯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等聚合物或者其泡沫體等，以成為其鉸鏈部1A變細(xì)的結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行注塑(注塑成型)等，一并形成。而且，也能夠通過(guò)對(duì)構(gòu)成骨架材料1的平板狀部件進(jìn)行局部加熱，形成其鉸鏈部1A。圖12B的第2步驟，在利用氣壓驅(qū)動(dòng)的橡膠氣壓型的情況下，將作為彈性膨脹收縮體的氯丁橡膠或者硅或者在其中復(fù)合有纖維的彈性體，利用作為空氣管道的聚氨酯管預(yù)先連結(jié)在一起而形成結(jié)構(gòu)體，并將該結(jié)構(gòu)體用金屬模具預(yù)形成，通過(guò)加硫加熱等正式形成。并且，在上述骨架材料層部件101的相鄰面上連結(jié)該結(jié)構(gòu)體。通過(guò)在分別形成于各骨架材料1的凹部1a中嵌合、壓入或者粘接等方法進(jìn)行上述連結(jié)。
下面，圖13A、圖13B、圖13C和圖13D是表示本發(fā)明的上述實(shí)施方式的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的其它制造方法的框圖。本制造方法，作為圖13A和圖13B的第1工序，在構(gòu)成連結(jié)部件2的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯制的薄板彈簧A上，以連結(jié)部件2的各鉸鏈部2A為連結(jié)部，大體平面疊層粘接由聚乙烯泡沫體構(gòu)成的各骨架材料1。上述骨架材料列，也能夠?qū)㈩A(yù)先連結(jié)在一起的材料一并疊層粘接，然后切離。然后，作為圖13C的第2工序，在上述骨架材料1上，作為疊層型氣壓管道層部件60(如60a、60b、60c那樣)而疊層形成由低彈性模量且柔軟的硅橡膠構(gòu)成的3層結(jié)構(gòu)。即，首先，形成基底層60a，然后在該基底層60a上形成中間層60b，該中間層60b具有形成有空氣導(dǎo)入通路5(5-1、5-2、5-3)的空間部，然后在該中間層60b上形成上部層60c，該上部層60c具有向氣壓執(zhí)行元件的連接孔。上述3層的形成，能夠通過(guò)印刷或者涂敷、以及加熱硬化來(lái)進(jìn)行。最后，作為圖13D的第3工序，粘接疊層連結(jié)作為彈性膨脹收縮體3(3-1、3-2、3-3)的氣壓執(zhí)行元件而成的結(jié)構(gòu)體。各層的形成能夠一并形成，所以與關(guān)節(jié)自由度數(shù)無(wú)關(guān)，制造容易，因此能夠以低成本制造。
如上，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種如下構(gòu)成的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，即，形成多個(gè)骨架材料以列狀配置而成的骨架材料層部件，用連結(jié)部動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體。
而且，能夠提供一種把持手，其對(duì)向設(shè)置多個(gè)由多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的指機(jī)構(gòu)，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述指機(jī)構(gòu)，進(jìn)行對(duì)象物的把持動(dòng)作。
而且，能夠提供一種機(jī)器人，其具有具備多個(gè)上述多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的把持手，并在上述把持手上具有壓敏傳感器、摩擦傳感器等觸覺(jué)傳感器或者連結(jié)部件的變位傳感器，根據(jù)由該傳感器或者天線檢測(cè)到的信息控制上述把持手的把持動(dòng)作。
其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)把持手自身小型輕量且柔軟、安全，并且具有能夠靈巧地把持各種各樣的對(duì)象物的性能的把持手，能夠提供一種作為其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而具有制造容易的實(shí)用水平的具體結(jié)構(gòu)的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其結(jié)果，成為適合于被期待在家庭或辦公室、醫(yī)院等，進(jìn)行輔助家務(wù)或輔助工作、輔助高齡者和殘疾人的護(hù)理等中大顯身手的機(jī)器人的把持手。
而且，至少一并形成由上述多個(gè)骨架材料大體平面配置而成的上述骨架材料層部件，將由上述多個(gè)彈性膨脹收縮體一體化而成的彈性膨脹收縮體層部件連結(jié)在上述骨架材料層部件的相鄰面的、上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)?，從而能夠制造上述多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以各層的形成能夠一并形成，因此與關(guān)節(jié)自由度數(shù)無(wú)關(guān)，制造容易，因此能夠以低成本制造。
此外，通過(guò)將上述各實(shí)施方式中的任意的實(shí)施方式適當(dāng)組合，能夠得到各自具有的效果。
本發(fā)明結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行充分的記載，但是對(duì)于熟知該技術(shù)的人而言，可知有各種變形或修改。這種變形或修改，只要不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想，即應(yīng)理解為包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，形成有將多個(gè)骨架材料(1、1-1、1-2、1-3、1-4)以列狀配置而成的骨架材料層部件(101)，用連結(jié)部(1A、1B、2A、30)動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體(3、3-1、3-2、3-3)，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，上述連結(jié)部的自由度大體上僅為回轉(zhuǎn)自由度，至少靠近頂端的上述連結(jié)部的自由度，被限制為繞與上述骨架材料層部件的列方向大體垂直的軸的1自由度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，上述連結(jié)部，由利用薄板彈簧(2、30)形成的鉸鏈構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，上述連結(jié)部(1A、1B)，通過(guò)使上述骨架材料的一部分變細(xì)而構(gòu)成由骨架材料自身形成的鉸鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，將具有連接檢測(cè)出上述連結(jié)部的變形量的變形量傳感器(8、42)的信號(hào)布線(41)、和電驅(qū)動(dòng)上述彈性膨脹收縮體的情況的驅(qū)動(dòng)布線的柔性布線基板(7、40)，配置在上述連結(jié)部的彎曲部附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，上述柔性布線基板(40)，兼作由薄板彈簧形成的鉸鏈(40A)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，還具有使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮的裝置，上述裝置是，通過(guò)向橡膠彈性體外加氣壓而驅(qū)動(dòng)的裝置、或者通過(guò)對(duì)形狀記憶材料加熱冷卻而驅(qū)動(dòng)的裝置、或者通過(guò)向電活性聚合物外加電場(chǎng)而驅(qū)動(dòng)的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，由橡膠彈性體構(gòu)成上述彈性膨脹收縮體，并且使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮的裝置，是通過(guò)向上述橡膠彈性體外加氣壓而驅(qū)動(dòng)的裝置，該多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還具備設(shè)有用于向上述橡膠彈性體外加氣壓的管道的疊層型氣壓管道層部件(60)。
9.一種多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造方法，該多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成有將多個(gè)骨架材料(1、1-1、1-2、1-3、1-4)以列狀配置而成的骨架材料層部件(101)，用連結(jié)部(1A、1B、2A、30)動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體(3、3-1、3-2、3-3)，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲；其中，該制造方法包括如下步驟至少一并形成由上述多個(gè)骨架材料大體平面配置而成的上述骨架材料層部件(101)，將由上述多個(gè)彈性膨脹收縮體一體化而成的彈性膨脹收縮體層部件(103)連結(jié)在上述骨架材料層部件的相鄰面的、上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)取?br> 10.一種把持手，對(duì)向設(shè)置多個(gè)由多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的指機(jī)構(gòu)，其中多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，形成有將多個(gè)骨架材料(1、1-1、1-2、1-3、1-4)以列狀配置而成的骨架材料層部件(101)，用連結(jié)部(1A、1B、2A、30)動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體(3、3-1、3-2、3-3)，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲；通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述指機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)象物的把持動(dòng)作。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的把持手，其中，上述把持手能夠通過(guò)上述多個(gè)對(duì)向的指機(jī)構(gòu)來(lái)把持對(duì)象物，至少在上述把持手的把持面?zhèn)染哂袎好魝鞲衅鳌⒛Σ羵鞲衅鞯扔|覺(jué)傳感器或者上述連結(jié)部的變位傳感器或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線(8、9、13、42、46)，根據(jù)由該傳感器或者天線檢測(cè)到的信息來(lái)控制把持動(dòng)作。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的把持手，其中，至少上述把持手的上述把持面?zhèn)鹊囊徊糠钟上鹉z等高摩擦柔軟材料覆蓋。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的把持手，其中，在上述把持手的外側(cè)面?zhèn)染哂猩鲜鰪椥耘蛎浭湛s體，作為該彈性膨脹收縮體，具有膨脹型和收縮型兩者，利用兩者的對(duì)抗作用來(lái)驅(qū)動(dòng)把持動(dòng)作。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或11所述的把持手，其中，在把持手的根部，具有超聲波式或者攝像式等的把持對(duì)象物檢測(cè)傳感器或者相機(jī)、或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線的把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置(57)，根據(jù)由上述把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置檢測(cè)到的把持對(duì)象物信息來(lái)控制把持動(dòng)作。
15.一種機(jī)器人，設(shè)有具備多個(gè)多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的把持手(50)，在上述把持手上具有壓敏傳感器、摩擦傳感器等觸覺(jué)傳感器或者連結(jié)部件的變位傳感器(8、9、13、42、46)，根據(jù)由該傳感器或者天線檢測(cè)到的信息來(lái)控制上述把持手的把持動(dòng)作，其中上述多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成有將多個(gè)骨架材料(1、1-1、1-2、1-3、1-4)以列狀配置而成的骨架材料層部件(101)，用連結(jié)部(1A、1B、2A、30)動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的相對(duì)于對(duì)象物的接觸面?zhèn)然蛘?以及與接觸面?zhèn)葘?duì)向的非接觸面?zhèn)瓤缭缴鲜鲞B結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體(3、3-1、3-2、3-3)，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的上述連結(jié)部作為關(guān)節(jié)彎曲。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)器人，其中，具有超聲波式或者攝像式等的把持對(duì)象物檢測(cè)傳感器或者相機(jī)、或者標(biāo)記信息檢測(cè)用天線的把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置(57)，根據(jù)利用上述把持對(duì)象物信息檢測(cè)裝置檢測(cè)到的把持對(duì)象物信息來(lái)計(jì)劃并控制上述把持手的把持動(dòng)作。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，上述骨架材料層部件以列狀且大體平面配置上述多個(gè)骨架材料。
全文摘要
形成將多個(gè)骨架材料以列狀且大體平面配置而成的骨架材料層部件(101)，用連結(jié)部(3A)動(dòng)作自如地連結(jié)上述多個(gè)骨架材料，并且具有在上述骨架材料層部件的單面或者兩面跨越上述連結(jié)部配置、且固定在上述多個(gè)骨架材料間的彈性膨脹收縮體(3)，通過(guò)使上述彈性膨脹收縮體膨脹或者收縮，來(lái)驅(qū)動(dòng)上述相鄰的多個(gè)骨架材料間的關(guān)節(jié)彎曲。
文檔編號(hào)B25J15/10GK1662349SQ03814639
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月24日
發(fā)明者橫山和夫, 小野敦, 淺井勝?gòu)? 足達(dá)勇治, 山本正樹(shù) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社