JP2013119151A

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Publication number: JP2013119151A
Application number: JP2011269474A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Kageyama; 喜信陰山; Hiroyuki Yamashita; 博之山下
Original assignee: Tokusen Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokusen Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-17

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple and small finger joint structure used for deforming a tip of a linear body by remote operation, and usable as a finger joint structure of a robot or a medical appliance.SOLUTION: The finger joint structure includes a finger having a tip, a palm extended to the finger, and a base formed at the proximal end of the palm where the finger includes a hollow body formed by continuously connecting a plurality of cylinder bodies each having an odd-shaped cross section to one another at end faces thereof, and at least one wire penetrating the hollow body; at least one of the cylinder bodies includes an end face without being vertical to the axis direction, the wire includes an odd-shaped cross section of a major axis ≥80% of the minor axis of the inner diameter of the hollow body, the tip of the hollow body is jointed to the tip of the wire, the proximal end of the hollow body is fixed to the tip of the palm, at least one of the wires further penetrates the palm and reaches the base, and the finger can develops a bent shape by pulling the proximal end of the wire toward the base end at the base.

Description

Translated fromJapanese

本発明は、指関節構造に関する。 The present invention relates to a finger joint structure.

ロボットなどの指関節構造は、複数の指部材と各部材同士を回動可能に接続するヒンジ部（関節）とを備えている。 A finger joint structure such as a robot includes a plurality of finger members and hinge portions (joints) that connect the members to each other so as to be rotatable.

これら複数の関節を回動させる方法として、例えば、各関節にワイヤを巻きつけ、ワイヤを介して駆動手段の動力を各関節に伝達し、関節を回動させる方法（特許文献１）、各関節に直接駆動手段を設け、直接関節を回動させる方法（特許文献２）、１つの駆動手段により３つの関節を駆動させることが可能な指関節構造（特許文献３）が提案されている。 As a method for rotating the plurality of joints, for example, a method of rotating a joint by winding a wire around each joint and transmitting the power of the driving means to each joint via the wire (Patent Document 1), There is proposed a method of directly driving a joint and rotating a joint directly (Patent Document 2), and a finger joint structure (Patent Document 3) capable of driving three joints by one driving means.

特開２００１−２７７１７５号公報JP 2001-277175 A特開２００２−１１３６８１号公報JP 2002-113681 A国際公開第２００８／０２６５７４号International Publication No. 2008/026574

特許文献１の方法では、関節ごとに駆動手段とワイヤが必要になり、ワイヤは牽引することで関節を回動するため、関節の屈曲動作、伸長動作を行うワイヤがそれぞれ必要になるという問題がある。また、特許文献２の方法では、関節ごとに駆動手段を設ける必要があり、関節構造が大型化するという問題がある。さらに、特許文献３の方法では、１つの駆動手段により３つの関節を駆動させるために、複雑な構造が必要になるという問題がある。 In the method ofPatent Document 1, a driving unit and a wire are required for each joint, and the joint rotates by pulling the wire. Therefore, there is a problem that a wire for bending and extending the joint is required. is there. Moreover, in the method ofpatent document 2, it is necessary to provide a drive means for every joint, and there exists a problem that a joint structure enlarges. Furthermore, the method ofPatent Document 3 has a problem that a complicated structure is required to drive three joints by one driving means.

このように、従来の指関節構造においては、複雑な構造、大型の構造が必要であり、構造の簡易化、小型化が困難であった。 As described above, the conventional finger joint structure requires a complicated structure and a large structure, and it is difficult to simplify and miniaturize the structure.

本発明は、簡易かつ小型の指関節構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a simple and small finger joint structure.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、遠位端側から近位端側に、指部、掌部、および基部の順で構成される指関節構造において、指部を複数の筒体が端面で連接してなる中空体と、中空体を貫通する少なくとも１本のワイヤとから構成し、中空体の遠位端とワイヤの遠位端とが接合され、中空体の近位端が掌部の遠位端に固定され、ワイヤの少なくとも１本がさらに掌部を貫通して基部に到達することによって、基部において、ワイヤの近位端を基部側に牽引することによって、指部が剛性のある屈曲形状を発現し得ることを見出し、本発明を完成させた。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive studies, and as a result, in a finger joint structure configured in the order of a finger part, a palm part, and a base part from the distal end side to the proximal end side. The finger part is composed of a hollow body formed by connecting a plurality of cylindrical bodies at end faces, and at least one wire penetrating the hollow body, and the distal end of the hollow body and the distal end of the wire are joined. The proximal end of the hollow body is fixed to the distal end of the palm, and at least one of the wires further penetrates the palm and reaches the base, so that the proximal end of the wire is proximal to the base. The present inventors have found that by pulling, the finger portion can express a rigid bent shape.

本発明は、遠位端を有する指部、該指部に延設された掌部、および該掌部の近位端に設けられた基部を備える指関節構造を提供し、該関節構造において、該指部は、異形断面を有する複数の筒体が端面で連接してなる中空体と該中空体を貫通する少なくとも１本のワイヤとから構成され、該筒体の少なくとも１つは、軸方向に対して垂直でない端面を有し、該ワイヤの少なくとも１本は、該中空体の内径の短径の８０％以上である長径の異形断面を有し、該中空体の遠位端と該ワイヤの遠位端とが接合され、該中空体の近位端は該掌部の遠位端に固定され、該ワイヤの少なくとも１本はさらに該掌部を貫通して該基部に到達し、そして該基部において、該ワイヤの近位端を基部側に牽引することによって、該指部が屈曲形状を発現し得る。 The present invention provides a finger joint structure comprising a finger portion having a distal end, a palm portion extending to the finger portion, and a base portion provided at a proximal end of the palm portion, The finger portion includes a hollow body formed by connecting a plurality of cylindrical bodies having irregular cross-sections at end faces, and at least one wire penetrating the hollow body, and at least one of the cylindrical bodies has an axial direction. And at least one of the wires has a deformed cross section having a major axis that is 80% or more of the minor axis of the inner diameter of the hollow body, the distal end of the hollow body and the wire The proximal end of the hollow body is secured to the distal end of the palm, at least one of the wires further penetrates the palm to reach the base, and By pulling the proximal end of the wire to the base side at the base portion, the finger portion can develop a bent shape.

１つの実施態様では、２本以上のワイヤが上記中空体を貫通する。 In one embodiment, two or more wires penetrate the hollow body.

１つの実施態様では、上記筒体の異形断面の形状は、楕円状、レーストラック形状、長方形状、正方形状、三角形状または五角形状である。 In one embodiment, the shape of the irregular cross section of the cylinder is an ellipse, a race track, a rectangle, a square, a triangle, or a pentagon.

１つの実施態様では、上記ワイヤの異形断面の形状は、楕円状、レーストラック形状、長方形状または台形状である。 In one embodiment, the shape of the irregular cross section of the wire is an ellipse, a racetrack, a rectangle or a trapezoid.

１つの実施態様では、上記筒体の材質は、ステンレス、チタン、チタン合金、形状記憶合金、超弾性合金またはこれらの複合体から選択される。 In one embodiment, the material of the cylinder is selected from stainless steel, titanium, a titanium alloy, a shape memory alloy, a superelastic alloy, or a composite thereof.

１つの実施態様では、上記ワイヤの材質は、ステンレス、チタン、チタン合金、形状記憶合金、超弾性合金またはこれらの複合体から選択される。 In one embodiment, the material of the wire is selected from stainless steel, titanium, titanium alloy, shape memory alloy, superelastic alloy, or a composite thereof.

１つの実施態様では、上記指部は、樹脂製カバーで被覆されている。 In one embodiment, the finger portion is covered with a resin cover.

本発明によれば、簡易かつ小型の指関節構造を提供することができる。本発明の指関節構造は、基部の操作により屈曲形状を速やかに発現する。指部を構成する中空体の隣接する筒体の端面の角度を適宜設定することによって、任意の屈曲形状を発現できる。複数の指関節構造を組み合わせることによって、発現した屈曲形状により自在に物を把持することができる。駆動力の伝達にワイヤの弾性を積極的に介在させることによって、把持対象物に対する衝撃を緩和することができる。 According to the present invention, a simple and small finger joint structure can be provided. The finger joint structure of the present invention quickly develops a bent shape by operating the base. An arbitrary bent shape can be expressed by appropriately setting the angle of the end face of the adjacent cylindrical body of the hollow body constituting the finger part. By combining a plurality of finger joint structures, an object can be gripped freely by the expressed bent shape. By positively interposing the elasticity of the wire in the transmission of the driving force, the impact on the grasped object can be reduced.

本発明の指関節構造の側面形状の一実施態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one embodiment of the side shape of the finger joint structure of this invention.本発明の指関節構造の一実施態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one embodiment of the finger joint structure of this invention.本発明の指関節構造の指部の断面形状の一実施態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one embodiment of the cross-sectional shape of the finger | toe part of the finger joint structure of this invention.本発明の指関節構造の側面形状の一実施態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one embodiment of the side shape of the finger joint structure of this invention.本発明の指関節構造の側面形状（ａ）および平面形状（ｂ）の一実施態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one embodiment of the side shape (a) and planar shape (b) of the finger joint structure of this invention.

本明細書において、用語「遠位端」とは、操作者から最も遠い部分をいい、そして用語「近位端」とは、操作者に最も近い部分をいう。 As used herein, the term “distal end” refers to the portion furthest from the operator, and the term “proximal end” refers to the portion closest to the operator.

本明細書において、用語「屈曲形状」とは、曲線が形成する任意の形状をいい、３次元の形状を含む。 In this specification, the term “bent shape” refers to an arbitrary shape formed by a curve, and includes a three-dimensional shape.

図１および２を参照すると、本発明の指関節構造１は、指部１１、指部１１に延設された掌部１２、および掌部１２の近位端に設けられた基部１３を備える。各部の寸法は、特に限定されない。 Referring to FIGS. 1 and 2, thefinger joint structure 1 of the present invention includes afinger part 11, apalm part 12 extending from thefinger part 11, and abase part 13 provided at a proximal end of thepalm part 12. The dimension of each part is not specifically limited.

指部１１は、屈曲形状を発現しない際は、直線形状をとる（図１（ａ）ならびに図２（ａ−１）および（ａ−１’））。屈曲形状としては、特に限定されず、例えば、円弧状が挙げられる（図１（ｂ）ならびに図２（ａ−２）および（ａ−２’））。 When thefinger part 11 does not exhibit a bent shape, thefinger part 11 takes a linear shape (FIG. 1A and FIGS. 2A-1 and 2A-1 ′). The bent shape is not particularly limited, and examples thereof include an arc shape (FIG. 1 (b) and FIGS. 2 (a-2) and (a-2 ')).

指部１１は、複数の筒体２１が端面で連接してなる中空体２と中空体２を貫通する少なくとも１本のワイヤ３とから構成される。本発明の指関節構造１は、ワイヤ３の断面の長径を小さくすることによって、小型化が可能である。例えば、指部１１の最大外径を３ｍｍ以下にすることができる。 Thefinger part 11 includes ahollow body 2 formed by connecting a plurality ofcylindrical bodies 21 at end surfaces and at least onewire 3 penetrating thehollow body 2. Thefinger joint structure 1 of the present invention can be miniaturized by reducing the major axis of the cross section of thewire 3. For example, the maximum outer diameter of thefinger part 11 can be 3 mm or less.

筒体２１は異形断面を有する。ここで、異形とは、標準形とは異なる特殊な形状をいう。筒体２１の断面形状の標準形は円であり、異形としては、例えば、楕円状、レーストラック形状、長方形状、正方形状、三角形状、五角形状が挙げられる。 Thecylinder 21 has an irregular cross section. Here, the irregular shape means a special shape different from the standard shape. The standard shape of the cross-sectional shape of thecylindrical body 21 is a circle, and examples of the irregular shape include an elliptical shape, a racetrack shape, a rectangular shape, a square shape, a triangular shape, and a pentagonal shape.

筒体２１の数としては、上記指部１１を形成することができる限り、特に限定されない。好ましくは、３個以上である。筒体２１の数が多いほど、発現する屈曲形状を滑らかにすることができる。 The number ofcylinders 21 is not particularly limited as long as thefinger part 11 can be formed. Preferably, it is 3 or more. The greater the number ofcylinders 21, the smoother the bent shape that appears.

図２を参照すると、指部１１は、多数の筒体２１を有し、屈曲形状を発現することによって、対象物を把持することができ、または包み込むことができる。 Referring to FIG. 2, thefinger part 11 has a large number ofcylinders 21 and can grasp or wrap up an object by expressing a bent shape.

筒体２１の少なくとも１つは、軸方向に対して垂直でない端面を有する。例えば、図３（ａ）のように、筒体２１の断面形状が扁平形状の場合、図１（ａ）に示すように、扁平面を上下にした筒体２１の側面形状において、端面は軸方向に対して垂直な面から一定の角度θ_１〜θ_３をつけて逆Ｖ字型またはＶ字型のノッチを形成する。θ_１の場合は、側面形状の上辺Ｌ_１は下辺Ｌ_２より長いため、逆Ｖ字型のノッチである。θ_２の場合も同様である。一方、θ_３の場合は、側面形状の上辺は下辺より短いため、Ｖ字型のノッチである。角度θ_１〜θ_３の大きさは、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。角度θのノッチは、筒体２１の２つの端面のいずれか一方に形成してもよいし、両方に形成してもよい。両方に形成する場合、両方の角度θは同じであってもよいし、異なっていてもよい。At least one of thecylinders 21 has an end surface that is not perpendicular to the axial direction. For example, when the cross-sectional shape of thecylindrical body 21 is a flat shape as shown in FIG. 3A, the end surface is an axis in the side surface shape of thecylindrical body 21 with the flat surface up and down as shown in FIG. An inverted V-shaped or V-shaped notch is formed at a certain angle θ_{1 to} θ₃ from a plane perpendicular to the direction. In the case of θ₁ , since the upper side L_{1 of the} side surface shape is longer than the lower side L₂ , it is an inverted V-shaped notch. For theta₂ is the same. On the other hand, in the case of theta_3, the upper side of the side shape is shorter than the lower side, a V-shaped notch. The magnitudes of the angles θ_{1 to} θ₃ may be the same or different. The notch having the angle θ may be formed on either one of the two end faces of thecylindrical body 21 or on both. When forming both, both angles (theta) may be the same and may differ.

あるいは、図４（ａ）に示すように、垂直な面から一定の角度θ_１およびθ_２をつけて逆Ｖ字型ノッチおよびＶ字型ノッチを側面形状のそれぞれ上辺側および下辺側の両方に形成してもよい。角度θ_１およびθ_２の大きさは、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。上辺側の逆Ｖ字型ノッチの高さＨ_１と下辺側のＶ字型ノッチの高さＨ_２とは、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、筒体２１の高さＨとＨ_１およびＨ_２とは、Ｈ＝Ｈ_１＋Ｈ_２の関係を満たす。連接する筒体２１の上辺側と下辺側との両方にノッチを設けることにより、指部１１が屈曲する方向を、図４（ｂ）のように下辺側にすることもできるし、図４（ｃ）のように上辺側にすることもできる。Alternatively, as shown in FIG. 4 (a), the inverted V-shaped notch and the V-shaped notch are provided on both the upper side and the lower side of the side surface shape with a certain angle θ₁ and θ₂ from the vertical plane. It may be formed. The magnitudes of the angles θ₁ and θ₂ may be the same or different. The height H₂ of the V-shaped notch of height H₁ and the lower side of the inverted V-shaped notch upper side may be the same, may be different, the height of the cylindrical body 21 H and H₁ and H₂ satisfy the relationship of H = H₁ + H₂ . By providing notches on both the upper side and the lower side of thecylinders 21 that are connected, the direction in which thefinger portion 11 bends can be set to the lower side as shown in FIG. It can also be on the upper side as in c).

さらに、屈曲形状は、同一平面上の形状に限定されない。例えば、図３（ｂ）のように、筒体２１の断面形状が長方形状の場合、図５に示すように、長辺面を上下にした筒体２１の側面形状（ａ）において、端面は軸方向に対して垂直な面から一定の角度θ_１およびθ_２をつけて逆Ｖ字型のノッチを形成し、平面形状（ｂ）において、端面は軸方向に対して垂直な面から一定の角度θ_３をつけて逆Ｖ字型のノッチを形成する。このように、筒体２１によりθを形成する面を変えることによって、３次元の屈曲形状が可能となる。このことは、筒体２１の断面形状が長方形状でない場合も同様である。Further, the bent shape is not limited to a shape on the same plane. For example, as shown in FIG. 3B, when the cross-sectional shape of thecylindrical body 21 is rectangular, as shown in FIG. 5, in the side surface shape (a) of thecylindrical body 21 with the long side face up and down, the end face is An inverted V-shaped notch is formed at a constant angle θ₁ and θ₂ from a plane perpendicular to the axial direction, and in the planar shape (b), the end surface is constant from the plane perpendicular to the axial direction. at an angle theta₃ to form an inverted V-shaped notch. Thus, by changing the surface on which θ is formed by thecylindrical body 21, a three-dimensional bent shape is possible. This is the same when the cross-sectional shape of thecylinder 21 is not rectangular.

複数の筒体２１が端面で連接してなる中空体２は、中空体２を貫通するワイヤ３の形状に従って直線形状をとり得、隣接する筒体２１同士の端面間は角度θを有する逆Ｖ字型のノッチが形成されている。中空体２は、ワイヤ３の基部側への牽引により両端から押圧されると、隣接する筒体２１同士の端面間の角度が０°となるまで、すなわち端面間が密着して接するまで、中空体２を貫通するワイヤ３とともに図１（ｂ）、図２（ａ−２）および（ａ−２’）、ならびに図４（ｂ）および（ｃ）のような屈曲した形状を発現する。 Thehollow body 2 formed by connecting a plurality ofcylindrical bodies 21 at the end faces can take a linear shape in accordance with the shape of thewire 3 penetrating thehollow body 2, and an inverted V having an angle θ between the end faces of the adjacentcylindrical bodies 21. A letter-shaped notch is formed. When thehollow body 2 is pressed from both ends by pulling to the base side of thewire 3, thehollow body 2 is hollow until the angle between the end faces of the adjacentcylindrical bodies 21 becomes 0 °, that is, until the end faces are in close contact with each other. A bent shape as shown in FIGS. 1B, 2A-2 and 2A-2, and FIGS. 4B and 4C is developed together with thewire 3 penetrating thebody 2. FIG.

角度θは、発現する屈曲形状に応じて適宜設定される。また、角度θの端面を有する筒体２１をどのように配置するかも、発現する屈曲形状に応じて適宜設定される。 The angle θ is appropriately set according to the bending shape that is manifested. Further, how to arrange thecylindrical body 21 having the end face of the angle θ is appropriately set according to the bent shape to be expressed.

筒体２１の寸法は、特に限定されない。筒体２１の外径における長径に対する短径の比（％）（例えば、扁平率）は、特に限定されない。この比が大きいほど、中空体２の屈曲指向性を大きくすることができるが、大きすぎると中空体２の剛性が低くなる。筒体２１の筒厚は、指部１１の剛性を確保できる限り、特に限定されない。 The dimension of thecylinder 21 is not specifically limited. The ratio (%) (for example, flatness) of the minor axis to the major axis in the outer diameter of thecylindrical body 21 is not particularly limited. The bending directivity of thehollow body 2 can be increased as the ratio is increased, but if the ratio is too large, the rigidity of thehollow body 2 is decreased. The cylinder thickness of thecylinder 21 is not particularly limited as long as the rigidity of thefinger portion 11 can be ensured.

筒体２１の材質は、特に限定されないが、好ましくは金属である。金属としては、例えば、ステンレス、チタン、チタン合金、形状記憶合金、超弾性合金、これらの複合体が挙げられる。ステンレスとしては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌが挙げられる。チタン、チタン合金としては、例えば、純チタン、βチタンが挙げられる。形状記憶合金、超弾性合金としては、例えば、ニチノール（ニッケル−チタン合金）が挙げられる。筒体２１の材質としては、剛性である限り、樹脂であってもよい。樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。 Although the material of thecylinder 21 is not specifically limited, Preferably it is a metal. Examples of the metal include stainless steel, titanium, titanium alloy, shape memory alloy, superelastic alloy, and composites thereof. Examples of stainless steel include SUS304, SUS316, and SUS316L. Examples of titanium and titanium alloy include pure titanium and β titanium. Examples of the shape memory alloy and superelastic alloy include nitinol (nickel-titanium alloy). As a material of thecylindrical body 21, a resin may be used as long as it is rigid. Examples of the resin include polyamide and polytetrafluoroethylene (PTFE).

ワイヤ３の数は、中空体２およびワイヤ３の剛性に応じて適宜設定される。通常１〜６本であり、好ましくは２〜４本である。 The number ofwires 3 is appropriately set according to the rigidity of thehollow body 2 and thewires 3. Usually, it is 1-6, preferably 2-4.

ワイヤ３の少なくとも１本は、中空体２の内径の長径より小さく、かつ短径の８０％以上であり、好ましくは短径より大きい長径の異形断面を有する。ワイヤの断面の標準形は円であり、異形としては、例えば、楕円状、レーストラック形状、長方形状、台形状が挙げられる。図３（ａ）はレーストラック形状の一例を示す。図３（ｂ）は長方形状の一例を示す。図３（ｃ）は台形状の一例を示す。 At least one of thewires 3 has a deformed cross section having a major axis that is smaller than the major axis of thehollow body 2 and at least 80% of the minor axis, and preferably larger than the minor axis. The standard shape of the cross section of the wire is a circle, and examples of the irregular shape include an elliptical shape, a racetrack shape, a rectangular shape, and a trapezoidal shape. FIG. 3A shows an example of a racetrack shape. FIG. 3B shows an example of a rectangular shape. FIG. 3C shows an example of a trapezoidal shape.

ワイヤ３の長径を筒体２１の内径の短径の８０％以上、好ましくは短径より大きくすることによって、中空体２の扁平面または長辺面とワイヤ３の異形断面の長径面とを一致させることができ、ワイヤ３が中空体２の中で、軸回りに自由回転することを防止することができる。筒体２１の内径の短径に対する、筒体２１を貫通するすべてのワイヤ３の異形断面の短径の和の比（％）は、特に限定されないが、中空体２の形状維持（ずれ防止）と剛性を確保するため、好ましくは６０％以上、より好ましくは８０％以上である。筒体２１の内径の長径に対する、筒体２１を貫通するワイヤ３のうち最も大きい長径の異形断面を有するワイヤの長径の比（％）も、特に限定されないが、同様に好ましくは６０％以上、より好ましくは８０％以上である。 By making the major axis of thewire 3 at least 80% of the minor axis of the inner diameter of thecylindrical body 21, preferably larger than the minor axis, the flat surface or long side surface of thehollow body 2 and the major axis surface of the irregular cross section of thewire 3 are matched. It is possible to prevent thewire 3 from freely rotating around the axis in thehollow body 2. The ratio (%) of the sum of the minor diameters of the deformed cross sections of all thewires 3 penetrating thecylindrical body 21 to the minor axis of the inner diameter of thecylindrical body 21 is not particularly limited, but the shape of thehollow body 2 is maintained (preventing deviation). In order to ensure the rigidity, it is preferably 60% or more, more preferably 80% or more. The ratio (%) of the major axis of thewire 3 having the largest major axis of thewire 3 penetrating thecylinder 21 to the major axis of the inner diameter of thecylinder 21 is not particularly limited, but is preferably preferably 60% or more, More preferably, it is 80% or more.

ワイヤ３の材質は、特に限定されないが、好ましくは金属である。金属としては、例えば、ステンレス、チタン、チタン合金、形状記憶合金、超弾性合金、これらの複合体が挙げられる。ステンレスとしては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌが挙げられる。チタン、チタン合金としては、例えば、純チタン、βチタンが挙げられる。形状記憶合金、超弾性合金としては、例えば、ニチノール（ニッケル−チタン合金）が挙げられる。ワイヤの形状は、例えば、ばね状やメッシュ状であってもよい。 The material of thewire 3 is not particularly limited, but is preferably a metal. Examples of the metal include stainless steel, titanium, titanium alloy, shape memory alloy, superelastic alloy, and composites thereof. Examples of stainless steel include SUS304, SUS316, and SUS316L. Examples of titanium and titanium alloy include pure titanium and β titanium. Examples of the shape memory alloy and superelastic alloy include nitinol (nickel-titanium alloy). The shape of the wire may be, for example, a spring shape or a mesh shape.

ワイヤ３が２本以上ある場合、各ワイヤの断面形状は同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、３本の長径が小さい同じ断面形状のワイヤ３１と１本の長径が大きい異なる断面形状のワイヤ３２とから構成されるワイヤ１組の場合には、ワイヤ３１は剛性が高いため直線指向性が高く、ワイヤ３２は剛性が低いため屈曲指向性が高いので、屈曲形状発現性および直線形状復元性を制御することができる。 When there are two ormore wires 3, the cross-sectional shape of each wire may be the same or different. For example, as shown in FIG. 3A, in the case of one set of wires composed of threewires 31 having the same cross-sectional shape with a small major axis and onewire 32 with a different cross-sectional shape having a large major axis Since thewire 31 has high rigidity and high linear directivity, and since thewire 32 has low rigidity and high bending directivity, it is possible to control the bent shape expression and the linear shape restoring property.

ワイヤ３が２本以上ある場合、各ワイヤの材質は同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、図３（ａ）に示す４本のワイヤ３のうち２本が高強度のステンレスであり、他の２本が超弾性ニッケル−チタン合金であるワイヤ１組の場合には、ステンレスは剛性が高いため直線指向性が高い一方屈曲形状発現時の剛性が高く、ニッケル−チタン合金は剛性が低くかつ超弾性のため屈曲指向性が高い一方屈曲形状発現時の柔軟性（直線形状復元性）が高い。 When there are two ormore wires 3, the material of each wire may be the same or different. For example, in the case of one set of wires in which two of the fourwires 3 shown in FIG. 3A are high-strength stainless steel and the other two are superelastic nickel-titanium alloys, the stainless steel is rigid. Highly linear directivity due to its high rigidity while bending shape is high, while nickel-titanium alloy has low rigidity and high elasticity due to its super elasticity, while flexibility when bending shape is manifested (straight shape recovery) Is expensive.

このように、ワイヤ３の本数、各ワイヤの断面形状および材質を適宜選択し、複合することによって、屈曲形状発現性、屈曲形状発現時の剛性、直線形状復元性といった特性のバランスを最適に制御することができる。 In this way, by appropriately selecting and combining the number ofwires 3, the cross-sectional shape and material of each wire, and optimally controlling the balance of characteristics such as bending shape development, rigidity at the time of bending shape development, and linear shape restoration can do.

指部１１を上記の構成とすることによって、筒体２１の屈曲方向を一定にすることができ、指部１１は中空体２の扁平面側または長辺面側、すなわちワイヤ３の異形断面の短径方向に屈曲指向性が高まり、屈曲形状発現性および屈曲形状発現時の剛性が高くなる。 By making thefinger part 11 have the above-described configuration, the bending direction of thecylindrical body 21 can be made constant, and thefinger part 11 has a flat surface side or long side surface side of thehollow body 2, that is, an irregular cross section of thewire 3. The bending directivity increases in the minor axis direction, and the bending shape expression and the rigidity at the time of bending shape expression increase.

中空体２の遠位端とワイヤ３の遠位端とは接合部材４により接合され、中空体２の近位端は掌部１２の遠位端に固定部材５により固定されている。接合部には、接合を補強する接合部材４があってもなくてもよいし、固定部には、固定を補強する固定部材５があってもなくてもよい。 The distal end of thehollow body 2 and the distal end of thewire 3 are joined by a joiningmember 4, and the proximal end of thehollow body 2 is fixed to the distal end of thepalm 12 by a fixingmember 5. The joining portion may or may not have the joiningmember 4 that reinforces the joining, and the securing portion may or may not have the fixingmember 5 that reinforces the securing.

ワイヤ３の少なくとも１本はさらに掌部１２を貫通し、一端が基部１３に到達する。掌部１２を貫通するワイヤ３の断面形状は、掌部１２における断面形状と指部１１における断面形状とが同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、掌部１２における断面形状は円であってもよい。掌部１２を貫通するワイヤ３の材質は、掌部１２における材質と指部１１における材質とが同じであってもよいし、異なっていてもよい。掌部１２を貫通しない残りのワイヤ３の近位端は掌部１２の遠位端に固定されていてもよいし、固定されていなくてもよいが、好ましくは固定されていない。 At least one of thewires 3 further penetrates thepalm 12 and one end reaches thebase 13. The cross-sectional shape of thewire 3 penetrating thepalm portion 12 may be the same as or different from the cross-sectional shape at thepalm portion 12 and the cross-sectional shape at thefinger portion 11. For example, the cross-sectional shape of thepalm portion 12 may be a circle. The material of thewire 3 penetrating thepalm portion 12 may be the same as or different from the material of thepalm portion 12 and the material of thefinger portion 11. The proximal end of the remainingwire 3 that does not penetrate thepalm 12 may be fixed to the distal end of thepalm 12 or may not be fixed, but is preferably not fixed.

指部１１は、通常、中空体２を貫通するワイヤ３の形状に従って直線形状であるが、基部１３において、掌部１２を貫通するワイヤ３の近位端を基部側に牽引することによって、中空体２が両端から押圧され、各筒体２１の端面間が密着して屈曲形状を発現し得る。牽引力を緩めることによって、押圧力を弱め、屈曲形状の発現を解除する。 Thefinger portion 11 is usually linear in accordance with the shape of thewire 3 that penetrates thehollow body 2, but in thebase portion 13, the proximal end of thewire 3 that penetrates thepalm portion 12 is pulled to the base side, so that thefinger portion 11 is hollow. Thebody 2 is pressed from both ends, and the end surfaces of therespective cylinders 21 can be brought into close contact with each other to develop a bent shape. By loosening the traction force, the pressing force is weakened and the expression of the bent shape is released.

掌部１２を貫通し、近位端を基部側に牽引して指部１１の形状発現を制御するワイヤ３は２本以上であってもよい。２本以上の場合、例えば、図４のような連接する筒体２１の上辺側と下辺側との両方にノッチが設けられている指部１１であっても、制御に用いるワイヤ３を選択することによって、指部１１の屈曲方向を決定することができる。例えば、屈曲方向側に最も近いワイヤ３を制御に用いる。 There may be two ormore wires 3 that penetrate thepalm portion 12 and control the expression of the shape of thefinger portion 11 by pulling the proximal end toward the base side. In the case of two or more, for example, thewire 3 used for the control is selected even in thefinger portion 11 provided with notches on both the upper side and the lower side of the connectingcylinder 21 as shown in FIG. Thus, the bending direction of thefinger part 11 can be determined. For example, thewire 3 closest to the bending direction side is used for control.

掌部１２を貫通するワイヤ３の長さは、指関節構造１の長さに応じて適宜設定される。 The length of thewire 3 that penetrates thepalm 12 is appropriately set according to the length of the fingerjoint structure 1.

掌部１２は中空筒状で、筒内をワイヤ３の少なくとも１本が貫通する。掌部１２の材質としては、剛性である限り、特に限定されず、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂、樹脂をコーティングしたステンレスが挙げられる。 Thepalm 12 is a hollow cylinder, and at least one of thewires 3 passes through the cylinder. The material of thepalm portion 12 is not particularly limited as long as it is rigid. Examples thereof include stainless steel such as SUS304, resin such as polyamide and polytetrafluoroethylene (PTFE), and stainless steel coated with a resin.

指部１１および掌部１２は、好ましくは平滑な表面を有する。特に、指部１１は樹脂製カバー６で被覆されていてもよい（図２（ａ−２）および（ａ−２’））。好ましくは、指部１１の遠位端から近位端までの領域、および指部１１と掌部１２との境界領域が樹脂製カバー６に密着して被覆されている。樹脂製カバー６は、指部１１が物を把持する際に把持対象物に対する衝撃を緩和するだけでなく、指関節構造を保護することができる。樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリオレフィン、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）ＦＥＰ、フルオン（登録商標）ＰＦＡなど）、シリコーン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート（ダクロン（登録商標））が挙げられる。樹脂製カバー６の厚みとしては、好ましくは１０〜２５０μｍである。 Thefinger part 11 and thepalm part 12 preferably have smooth surfaces. In particular, thefinger part 11 may be covered with the resin cover 6 (FIGS. 2A-2 and 2A-2 '). Preferably, the region from the distal end to the proximal end of thefinger portion 11 and the boundary region between thefinger portion 11 and thepalm portion 12 are in close contact with and covered with the resin cover 6. The resin cover 6 can not only relieve the impact on the object to be grasped when thefinger part 11 grasps the object, but can also protect the finger joint structure. Examples of the resin include polyamide, polyolefin, fluorine-based resin (PTFE, Teflon (registered trademark) FEP, fluon (registered trademark) PFA, etc.), silicone, polyurethane, and polyethylene terephthalate (Daclon (registered trademark)). The thickness of the resin cover 6 is preferably 10 to 250 μm.

指部１１および掌部１２は、滑り止めのために、凹凸のある表面を有していてもよい。 Thefinger part 11 and thepalm part 12 may have an uneven surface to prevent slipping.

基部１３は、指部１１の形状を変化させるように操作可能である。指部１１の形状を変化させる方法は、上記のように、掌部１２を貫通するワイヤ３の近位端を基部１３側に牽引する方法である。 Thebase portion 13 can be operated to change the shape of thefinger portion 11. The method of changing the shape of thefinger part 11 is a method of pulling the proximal end of thewire 3 penetrating thepalm part 12 toward thebase part 13 as described above.

基部１３の形状および構造は、上記のような機能を有する限り、特に限定されない。操作者が取り扱いやすく、当該技術分野で通常採用されるサイズおよび形状であり得る。 The shape and structure of thebase portion 13 are not particularly limited as long as they have the functions described above. It is easy for the operator to handle and can be the size and shape normally employed in the art.

本発明の指関節構造１は、指部１１が屈曲形状を発現する。この指部１１は、基部１３による操作により対象物を把持する。 In the fingerjoint structure 1 of the present invention, thefinger portion 11 exhibits a bent shape. Thefinger part 11 grips an object by an operation by thebase part 13.

本発明の指関節構造は、線状体先端部を遠隔操作により変形するための構造であり、ロボットの指関節構造や医療器具として利用可能である。ロボットとしては、例えば、災害ロボットなどの人が作業することが困難な場所で活躍するロボットが挙げられる。医療器具としては、例えば、リトラクタが挙げられる。本発明の指関節構造はまた、電解加工の電極、工業用内視鏡としても利用可能である。 The finger joint structure of the present invention is a structure for deforming the tip of the linear body by remote operation, and can be used as a finger joint structure of a robot or a medical instrument. Examples of the robot include a robot that plays an active role in a place where it is difficult for a person to work such as a disaster robot. An example of the medical instrument is a retractor. The finger joint structure of the present invention can also be used as an electrode for electrolytic processing and an industrial endoscope.

本発明の指関節構造は、構造が簡易であり、安価に供給することができる。 The finger joint structure of the present invention has a simple structure and can be supplied at low cost.

１指関節構造
１１指部
１２掌部
１３基部
２中空体
２１筒体
３ワイヤ
３１長径が小さい断面形状のワイヤ
３２長径が大きい断面形状のワイヤ
４接合部材
５固定部材
６樹脂製カバー
Ｌ_１扁平面を上下にした筒体２１の側面形状の長辺
Ｌ_２扁平面を上下にした筒体２１の側面形状の短辺
Ｌ_３長辺面を上下にした筒体２１の平面形状の長辺
Ｌ_４長辺面を上下にした筒体２１の平面形状の短辺
Ｈ扁平面または長辺面を上下にした筒体２１の形状の高さ（Ｈ≦Ｗ）
Ｗ扁平面または長辺面を上下にした筒体２１の形状の幅（Ｈ≦Ｗ）
Ｈ_１扁平面または長辺面を上下にした筒体２１の形状の上辺側の逆Ｖ字型ノッチの高さ
Ｈ_２扁平面または長辺面を上下にした筒体２１の形状の下辺側のＶ字型ノッチの高さ
θ_１、θ_２、θ_３筒体２１の端面と軸方向に対して垂直な面とが形成する角度DESCRIPTION OFSYMBOLS 1 Fingerjoint structure 11Finger part 12Palm part 13Base part 2Hollow body 21Cylindrical body 3Wire 31 Wire of cross-sectional shape with smalllong diameter 32 Wire of cross-sectional shape with largelong diameter 4 Joiningmember 5 Fixing member 6 Resin cover L₁ Flat surface Long side L_{2 of} thecylindrical body 21 with the up and down sides L₂ Short side of the side surface of thecylindrical body 21 with the flat surface up and down L₃ Long side L₄ of the planar shape of thecylindrical body 21 with the long side surfaces up and down Short side H of flat shape ofcylinder 21 with long side surface up and down H Height of shape ofcylinder 21 with flat side or long side surface up and down (H ≦ W)
W The width of the shape of thecylindrical body 21 with the flat surface or the long side surface up and down (H ≦ W)
H₁ of the shape of thetubular body 21 having a flat surface or a long side surface and below the upper side of the inverted V-shaped notch of height H₂ of the flat surface or the long side surfaces were in a verticalcylindrical body 21 in the shape of the lower side V-shaped notch height θ₁ , θ₂ , θ₃ Angle formed by the end face of thecylindrical body 21 and a plane perpendicular to the axial direction

Claims

Translated fromJapanese

遠位端を有する指部、該指部に延設された掌部、および該掌部の近位端に設けられた基部を備える指関節構造であって、
該指部が、異形断面を有する複数の筒体が端面で連接してなる中空体と該中空体を貫通する少なくとも１本のワイヤとから構成され、
該筒体の少なくとも１つが、軸方向に対して垂直でない端面を有し、
該ワイヤが、該中空体の内径の短径の８０％以上である長径の異形断面を有し、
該中空体の遠位端と該ワイヤの遠位端とが接合されており、
該中空体の近位端が該掌部の遠位端に固定され、
該ワイヤの少なくとも１本がさらに該掌部を貫通して該基部に到達し、そして
該基部において、該ワイヤの近位端を基部側に牽引することによって、該指部が屈曲形状を発現し得る、
指関節構造。A finger joint structure comprising: a finger portion having a distal end; a palm portion extending from the finger portion; and a base portion provided at a proximal end of the palm portion,
The finger portion is composed of a hollow body formed by connecting a plurality of cylindrical bodies having irregular cross sections at end faces, and at least one wire penetrating the hollow body,
At least one of the cylindrical bodies has an end face that is not perpendicular to the axial direction;
The wire has a deformed cross section having a major axis that is 80% or more of the minor axis of the inner diameter of the hollow body;
The distal end of the hollow body and the distal end of the wire are joined;
The proximal end of the hollow body is secured to the distal end of the palm;
At least one of the wires further penetrates the palm and reaches the base, and at the base, the proximal end of the wire is pulled toward the base, whereby the finger portion develops a bent shape. obtain,
Finger joint structure.

２本以上のワイヤが前記中空体を貫通する、請求項１に記載の指関節構造。 The finger joint structure according to claim 1, wherein two or more wires penetrate the hollow body.

前記筒体の異形断面の形状が、楕円状、レーストラック形状、長方形状、正方形状、三角形状または五角形状である、請求項１または２に記載の指関節構造。 The finger joint structure according to claim 1 or 2, wherein the shape of the irregular cross section of the cylindrical body is an ellipse, a racetrack, a rectangle, a square, a triangle, or a pentagon.

前記ワイヤの異形断面の形状が、楕円状、レーストラック形状、長方形状または台形状である、請求項１から３のいずれかの項に記載の指関節構造。 The finger joint structure according to any one of claims 1 to 3, wherein a shape of the deformed cross section of the wire is an ellipse, a racetrack, a rectangle, or a trapezoid.

前記筒体の材質が、ステンレス、チタン、チタン合金、形状記憶合金、超弾性合金またはこれらの複合体から選択される、請求項１から４のいずれかの項に記載の指関節構造。 The finger joint structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a material of the cylindrical body is selected from stainless steel, titanium, a titanium alloy, a shape memory alloy, a superelastic alloy, or a composite thereof.

前記ワイヤの材質が、ステンレス、チタン、チタン合金、形状記憶合金、超弾性合金またはこれらの複合体から選択される、請求項１から５のいずれかの項に記載の指関節構造。 The finger joint structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a material of the wire is selected from stainless steel, titanium, a titanium alloy, a shape memory alloy, a superelastic alloy, or a composite thereof.

前記指部が、樹脂製カバーで被覆されている、請求項１から６のいずれかの項に記載の指関節構造。 The finger joint structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the finger portion is covered with a resin cover.