特表 2023-506549 水中環境内の力に敏感なロボットハンド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-16

(54)【発明の名称】水中環境内の力に敏感なロボットハンド

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20230209BHJP

   B25J 15/10 20060101ALI20230209BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 J

B25J15/10

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022537451

(86)(22)【出願日】2020-12-15

(85)【翻訳文提出日】2022-08-10

(86)【国際出願番号】 EP2020086291

(87)【国際公開番号】W WO2021122648

(87)【国際公開日】2021-06-24

(31)【優先権主張番号】1914606

(32)【優先日】2019-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】509025832

【氏名又は名称】サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィク

【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ

(71)【出願人】

【識別番号】510256920

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ ドゥ ポワティエ

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＤＥ ＰＯＩＴＩＥＲＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100139594

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健次郎

(72)【発明者】

【氏名】ガゾー，ジャン－ピエール

(72)【発明者】

【氏名】ラギヨーミ，ピエール

(72)【発明者】

【氏名】ヴリエ，フィリップ

(72)【発明者】

【氏名】ミゼラ，カミーユ

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS28

3C707DS01

3C707ES05

3C707ES07

3C707EU11

3C707KS21

3C707KV01

3C707LV06

(57)【要約】

本発明は、－手の平を形成する基部と、－各々がロボットフィンガを形成する少なくとも２つの関節構造であって、各関節構造が少なくとも１つの関節によって基部に接続される、少なくとも２つの関節構造と、－各関節のための少なくとも１つの駆動機構と、－少なくとも１つの駆動機構を接続し駆動する少なくとも１つの可撓性駆動リンクによって少なくとも１つの駆動機構を作動させるように配置された少なくとも１つのアクチュエータと、－少なくとも１つのアクチュエータおよび関節のうちの１つまたは複数の枢動を測定するための手段と、－基部および少なくとも２つの関節構造を覆う手袋（１０２）であって、手袋が、手袋の内側に、手袋の壁と基部および少なくとも２つの関節構造との間のオイルで満たされた容積を形成するように閉じられている、手袋とを備える、ロボットハンドを形成するデバイスに関する。本発明の分野は、詳細には、かなりの深さの水中環境で使用されるロボットハンドの分野である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットハンドを形成するデバイス（１）であって、
手の平を形成する基部（１００）と、
各々がロボットフィンガを形成する少なくとも２つの関節構造（２、３、４、５）であって、各関節構造が前記基部に機能的に接続され、前記基部に対して前記関節構造を動かすように少なくとも１つの関節（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を備える、少なくとも２つの関節構造（２、３、４、５）と、
各関節を動かすための少なくとも１つの駆動機構（６）と、
前記少なくとも１つの駆動機構（６）を接続し駆動する少なくとも１つの可撓性駆動リンク（９６）によって前記少なくとも１つの駆動機構（６）を作動させるように配置された少なくとも１つのアクチュエータ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３）と、
前記少なくとも１つのアクチュエータおよび前記関節のうちの１つまたは複数の枢動を測定するための手段と、
前記基部（１００）および前記少なくとも２つの関節構造（２、３、４、５）を覆う手袋（１０２）であって、前記手袋が、前記手袋の内側に、前記手袋の壁と前記基部（１００）および前記少なくとも２つの関節構造（２、３、４、５）との間のオイルで満たされた容積を形成するように閉じられている、手袋と
を備えることを特徴とする、デバイス（１）。

【請求項2】

前記測定手段が、各アクチュエータ上に配置されたインクリメンタルエンコーダを備えることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス（１）。

【請求項3】

前記測定手段が、関節の各軸に配置されたポテンショメータ（Ｐ）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス（１）。

【請求項4】

前記手袋がシリコーンを含有する材料を用いて製造されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス（１）。

【請求項5】

前記手袋の前記壁のための支持体を局所的に生成するように、丸みを帯びた形状を有し、前記少なくとも１つの関節構造の各関節間に配置された少なくとも１つのシェルを備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス（１）。

【請求項6】

前記少なくとも１つのアクチュエータと前記少なくとも１つの作動駆動機構（６）との間に機能的に配置された、前記少なくとも１つのアクチュエータ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）の動きを戻すために少なくとも１つの中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ、８Ｐａ、８Ｐｂ、８Ｐｃ）を備え、その結果、
前記少なくとも１つの中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ）が、アクチュエータ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）によって作動され、
前記少なくとも１つの中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ）が、少なくとも２つの別個の駆動機構（６）に機能的に接続され、各駆動機構が、前少なくとも１つの可撓性駆動リンク（９６）によって前記中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ）に機能的に接続される
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス（１）。

【請求項7】

少なくとも１つの中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ）が少なくとも２つの駆動機構（６）に機能的に接続され、各機構が別個の関節構造（２、３、４、５）上に機能的に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のデバイス（１）。

【請求項8】

前記少なくとも２つの関節構造（２、３、４、５）の各々が、少なくとも２つの関節を有するロボットフィンガを形成するために互いに機能的に接続された、少なくとも２つの構造要素（２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４、４１、４２、４３、４４、５１、５２、５３、５４）と、異なるタイプおよび／または異なる機能を有する少なくとも２つの関節（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）とを備えること、ならびに
前記少なくとも１つの中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ）が、同じタイプおよび／または同じ機能を有する関節に関連付けられた少なくとも２つの駆動機構（６）に機能的に接続され、各機構が別個の関節構造に配置されていること
を特徴とする、請求項６に記載のデバイス（１）。

【請求項9】

前記少なくとも１つのアクチュエータ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３）が、前記少なくとも１つの中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ、８Ｐａ、８Ｐｂ、８Ｐｃ）の軸と平行かつ非同軸である回転軸を備え、その結果、各中間駆動シャフトが、少なくとも１つの可撓性作動リンク（９８）によりアクチュエータ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３）によって作動されることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載のデバイス（１）。

【請求項10】

前記少なくとも１つの中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ、８Ｐａ、８Ｐｂ、８Ｐｃ）が少なくとも１つの駆動プーリ（８１）を備え、前記少なくとも１つの駆動機構（６）が少なくとも１つの受けプーリ（６１）を備え、その結果、前記少なくとも１つの可撓性駆動リンク（９６）が前記プーリ（６１、８１）に接続されることを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載のデバイス（１）。

【請求項11】

前記少なくとも１つのアクチュエータ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３）および前記少なくとも１つの中間駆動シャフト（８ａ、８ｂ、８ｃ、８Ｐａ、８Ｐｂ、８Ｐｃ）が固定される支持体（１０１）を備え、前記支持体が、前記基部（１００）に機能的に接続されることを特徴とする、請求項６から１０のいずれか一項に記載のデバイス（１）。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットハンドを形成する少なくとも１つのデバイス（１）を備える少なくとも１つの関節アームを備える、ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中環境内で、特に非常な深さで、壊れやすい物体を把持するために使用されるロボットハンドの分野に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットの指または手の製造は、多くの分野において重要な問題である。
仏国特許出願公開第３０２７２４６号明細書から、親指を含む４本のロボットフィンガを備えるロボットハンドが知られており、各指はいくつかの関節を有し、各間接はケーブルおよびプーリのシステムならびに電気アクチュエータによって作動される。このように開発されたロボットハンドは、１本の指につき４つのアクチュエータを有する。従来技術の状態に関して、この配置は、指を動かすために必要なアクチュエータの数を減らし、したがってロボットハンドの重量およびサイズを減らすことを可能にする。

【0003】

このタイプのデバイスは、大気環境または地上環境のみで使用可能である。
海洋環境では、様々なタイプのマニピュレータが知られており、例えば、
－２つのシリンダ作動顎部によって形成されたグリッパを備えるタイプのマニピュレータであり、このマニピュレータは３００メートルの深さで使用することができる。
－空気圧で作動させることができる柔軟で中空の材料から、または油圧で作動させることができる繊維で補強された可撓性材料から製造された顎部を有するグリッパを備えるタイプのマニピュレータであり、このタイプのマニピュレータは１００メートルの深さで使用することができる。
－クランプ力を直接推定するために、指の指骨、特に指の端部に配置された歪みゲージを備える、３つの油圧作動顎部によって形成されたグリッパを備えるタイプのマニピュレータであり、このタイプのマニピュレータは関節の位置を測定しない。
－各々がアームを介してフレームに接続された２つの顎部によって形成されたグリッパを備えるタイプのマニピュレータであり、各アームは、枢動することおよびフレームに固定されたロッドに沿って移動することの両方ができるように第１のモータによって作動され、各顎部は、前記アームの端部に対して枢動するように前記アームによって支持された第２のモータによって作動され、各顎部は、通常の圧縮力を測定するために前記顎部の表面上に位置合わせされた３つの光電子センサを備え、各顎部は、オイルが顎部と膜との間に封入されるように膜によって覆われ、このマニピュレータは１００メートルの深さで使用することができる。

【0004】

しかしながら、これらのタイプのマニピュレータは、あまり深くないところでしか使用できず、カメラによる視覚フィードバックを介してオペレータによって適切な位置に操縦される。変形センサまたは変形ゲージがない場合、オペレータはクランプ力を制御することができない。マニピュレータに変形センサまたは変形ゲージが装備されている場合、これらは、特に圧力が増大したときに、かなりの深さの外部環境によって加えられた圧力のために、クランプ力の信頼できる測定を実行することを可能にしない。

【0005】

海洋環境では、特にかなりの深さで、２つの顎部によって形成されたグリッパがその端部に位置する関節アームを備えるタイプのマニピュレータが知られており、アセンブリは油圧で作動され、ポテンショメータはそれらの位置を取得するために関節の近くに配置される。このタイプのマニピュレータは、最大６０００メートルの深さに設けられる。同様に、このマニピュレータはカメラによる視覚フィードバックを介して操作され、その結果、クランプ力を制御することが可能でない。

【0006】

それにもかかわらず、物体に対するクランプ力を制御することは、特に、遺跡の発掘中は不可欠である。

【0007】

したがって、水中環境、特にかなりの深さで壊れやすい物体を把持することを可能にするロボットハンド装置を製造することが望ましい。
詳細には、本発明の目的は、水中環境におけるロボットハンドによるクランプ力の測定の信頼度を制御し、かつ／または高めることである。

【0008】

本発明の別の目的は、ロボットハンドの重量およびサイズを低減すること、および前記ハンドのサイズを抑制することの両方であり、その結果、それは可能な限り人間の手に似ており、人間が使用することが容易である。本発明の別の目的は、ロボットハンドの作動を簡略化することである。

【発明の開示】

【0009】

本発明の第１の態様によれば、上述された目的のうちの少なくとも１つは、
－手の平を形成する基部と、
－各々がロボットフィンガを形成する少なくとも２つの関節構造であって、各関節構造が基部に機能的に接続され、基部に対して前記関節構造を動かすように少なくとも１つの関節を備える、少なくとも２つの関節構造と、
－各関節を動かすための少なくとも１つの駆動機構と、
－少なくとも１つの駆動機構を接続し駆動する少なくとも１つの可撓性駆動リンクによって少なくとも１つの駆動機構を作動させるように配置された少なくとも１つのアクチュエータと、
－少なくとも１つのアクチュエータおよび前記関節のうちの１つまたは複数の枢動を測定するための手段と、
－基部および少なくとも２つの関節構造を覆う手袋であって、手袋が、前記手袋の内側に、手袋の壁と基部および少なくとも２つの関節構造との間のオイルで満たされた容積を形成するように閉じられている、手袋と
を備える、ロボットハンドを形成するデバイスで達成される。

【0010】

本発明によるデバイスは、かなりの深さ（２０００メートル）でクランプ力を制御することができ、したがって非常に壊れやすい物体を把持することができるという利点を有する。さらに、ロボットハンドのサイズおよび重量を大幅に低減すると同時に、人間の手に似ているようにロボットハンドの審美性を改善することを可能にする。このように提案されたロボットハンドは、従来技術のロボットハンドよりも効率的である。

【0011】

明細書内の上記および／または下記について、
－関節構造とは、関節によって基部に接続された構造要素、または関節によって端から端まで接続された構造要素のアセンブリを意味し、構造要素のアセンブリの１つの構造要素は、関節によって基部に接続され、各要素は、ロボットフィンガの指骨を形成するように配置および構成され、関節構造はロボットフィンガを形成し、以下では、関節構造または指が同様に使用されてもよく、
－構造要素とは、その２つの対向する端部によって２つの関節を接続する部分、またはその２つの対向する端部のうちの１つによって１つの関節を接続する部分を意味し、構造要素は、ロボットフィンガの指骨を生成するように細長い形状を有することができ、
－関節とは、２つの構造要素間または基部と１つの構造要素との間に少なくとも１つの相対回転運動を生成する機械的接続を意味し、
－異なるタイプおよび／または異なる機能を有する２つの関節とは、各々が２つの構造要素間または基部と１つの構造要素との間に少なくとも１つの相対回転運動を生成する、２つの別個の機械的接続、第１の機械的接続および第２の機械的接続を意味し、
－異なるタイプの関節とは、違いとして、異なる回転軸、例えば、互いに平行でない回転軸、または互いに直交する回転軸を有する関節を意味し、
－異なる関節機能とは、２つの関節の文脈において、第１の関節が第１の曲げ機能と呼ばれる第１の機能を果たし、第２の関節が第２の曲げ機能と呼ばれる第２の機能を果たすように、互いに離間した、例えば構造要素によって分離された位置によって画定される関節を意味し、
－可撓性リンクとは、ケーブルまたはストラップの形態を有する構造リンクを意味し、
－可撓性作動リンクとは、ストラップの形態を有し、弾性ではない構造リンクを意味し、
－可撓性駆動リンクとは、ケーブルの形態を有し、弾性である構造リンクを意味する。

【0012】

好ましくは、測定手段は、各アクチュエータ上に配置されたインクリメンタルエンコーダまたは光学センサを備える。各センサは、アクチュエータの回転軸の角度位置を測定することを可能にする。測定手段は、関節の各軸に配置されたポテンショメータを備える。各ポテンショメータは、２つの指骨の間または基部と第１の指骨との間の角度位置を測定することを可能にする。ポテンショメータは、前記関節の位置に応じて電気信号を戻すように配置されたタイプのポテンショメータである。ポテンショメータによる測定とインクリメンタルエンコーダ（または光学センサ）による測定との間の差は、可撓性リンク（例えばケーブル）の伸展を得ることを可能にする。各可撓性リンクをばねと関連付け、前記可撓性リンクの弾性定数（または弾性率）を知ることにより、以下の式：Ｆ＝ｋ・ｘを使用して各可撓性リンクが負担する力を計算することが可能であり、Ｆは可撓性リンクによって負担される力であり、ｋは弾性定数であり、ｘは可撓性リンクの伸展である。
クランプ力の計算は以下でさらに記載される。
これらの測定手段は、簡単で信頼性が高いという利点を有する。さらに、水中環境の圧力を補償することを可能にする、指およびポテンショメータが油に浸漬されるにつれて、指のクランプの測定値が等しく信頼できるように内圧および外圧が同一であるため、指の指骨にさらなる圧力は加えられない。

【0013】

一実施形態によれば、手袋は、シリコーンを含有する材料を用いて製造される。手袋は、大部分または全体がシリコーンエラストマによって構成され得る。シリコーンは、指の先端と物体との間の粘着性を高めることを可能にする。好ましくは、手袋の壁は２ミリメートルの厚さを有する。好ましくは、手袋の壁は、１０と４０との間に含まれる、好ましくは２０のショアＡ硬度を有する。この選択は、邪魔されずに指を動かすことを可能にするように、水密性と可撓性との間の妥協点を提供する。

【0014】

好ましくは、デバイスは、手袋の壁のための支持体を局所的に生成するように、丸みを帯びた形状を有し、少なくとも１つの関節構造の各関節間に配置された少なくとも１つのシェルを備える。一実施形態によれば、各指骨に１つのシェルが配置される。好ましくは、少なくとも１つのシェルは剛性である。それは、例えば、ねじ止めまたは互いに嵌合することによって、指骨の周りに組み立てることができる少なくとも２つの部品から製造することができる。

【0015】

本発明の任意選択の改善によれば、
－少なくとも１つのアクチュエータと少なくとも１つの作動駆動機構との間に機能的に配置された、少なくとも１つのアクチュエータの動きを戻すための少なくとも１つの中間駆動シャフトを備え、その結果、
－少なくとも１つの中間駆動シャフトは、アクチュエータによって作動され、
－少なくとも１つの中間駆動シャフトは、少なくとも２つの別個の駆動機構に機能的に接続され、各駆動機構は、少なくとも１つの可撓性駆動リンクによって前記中間駆動シャフトに機能的に接続され、
－少なくとも１つの中間駆動シャフトは、少なくとも２つの駆動機構に機能的に接続され、各機構は、別個の関節構造上に機能的に配置され、この特徴は、２つの別個の関節構造の２つの関節を同期させることを可能にし、
－少なくとも２つの関節構造は、各々が、少なくとも２つの関節を有するロボットフィンガを形成するために互いに機能的に接続された、少なくとも２つの構造要素と、異なるタイプおよび／または異なる機能を有する少なくとも２つの関節とを備え、少なくとも１つの中間駆動シャフトは、同じタイプおよび／または同じ機能を有する関節に関連付けられた少なくとも２つの駆動機構に機能的に接続され、各機構は別個の関節構造上に配置され、この特徴は、同じタイプの少なくとも２つの別個の関節構造の２つの関節を同期させることを可能にし、
－少なくとも２つの関節構造は実質的に同一であり、各々が、少なくとも２つの関節を有するロボットフィンガを形成するために互いに機能的に接続された、少なくとも２つの構造要素と、異なるタイプおよび／または異なる機能を有する少なくとも２つの関節とを備え、少なくとも２つの関節構造のアセンブリは、同じタイプおよび／または同じ機能を有する関節の少なくとも２つの列を画定し、少なくとも１つの中間駆動シャフトは、同じ列の関節に関連付けられた少なくとも２つの駆動機構に機能的に接続され、各機構は別個の関節構造上に配置され、この特徴は、少なくとも２つの別個の関節構造の同じ列の２つの関節を同期させることを可能にし、
－少なくとも２つの関節構造は、各々が、少なくとも２つの関節を有するロボットフィンガを形成するために互いに機能的に接続された、少なくとも２つの構造要素と、異なるタイプおよび／または異なる機能を有する少なくとも２つの関節とを備え、少なくとも２つの関節は、可撓性接続リンクによって互いに結合され、好ましくは、少なくとも２つの関節は連続しており、この特徴は、関節の駆動を簡略化することを可能にし、
－少なくとも１つのアクチュエータは、単一の中間駆動シャフトに関連付けられ、
－少なくとも１つのアクチュエータは、各中間駆動シャフトが少なくとも１つの可撓性作動リンクによりアクチュエータによって作動されるように、少なくとも１つの中間駆動シャフトの軸と平行かつ非同軸である回転軸を備え、
－デバイスは、平行に配置され、一方が他方の隣に配置された少なくとも２つのアクチュエータ、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを備え、そのうちの第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータの反対側から出現する回転シャフトを有し、この特徴は、ロボットハンドを形成するデバイスのサイズを一層制限することを可能にし、
－ロボットハンドを形成するデバイスは、４つのロボットフィンガ、特に基部に対して配置された４つのロボットフィンガを形成する４つの関節構造を備え、その結果、３つのロボットフィンガは互いに実質的に位置合わせされ、基部を通る幾何学的平面に平行であり、好ましくは、４つのロボットフィンガのうちの１つは親指を形成し、
－ロボットハンドを形成するデバイスは、それぞれ２列の関節、好ましくは１つの親指を含む少なくとも３つの関節構造の２列の関節を駆動するように、それぞれ２つの中間駆動シャフトを作動させるための正確に２つのアクチュエータを備え、この特徴は、例えば円筒形部品を把持するために、すべての関節構造の動きを同期させることを可能にし、
－ロボットハンドを形成するデバイスは、親指を除く少なくとも３つのロボットフィンガを形成する少なくとも３つの関節構造の３列の関節、およびロボットの親指を形成する関節構造の３つの関節をそれぞれ駆動するように、それぞれ６つの中間駆動シャフトを作動させるための正確に６つのアクチュエータを備え、
－測定手段は、６つのインクリメンタルエンコーダを備え、
－少なくとも１つの関節は、基部に対する曲げ軸を中心とするピボット接続部を生成するタイプの間接であり、少なくとも１つの中間シャフトの軸は、少なくとも１つの関節の曲げ軸に実質的に平行であり、
－少なくとも１つの中間駆動シャフトは、少なくとも１つの駆動プーリを備え、少なくとも１つの駆動機構は、少なくとも１つの受けプーリを備え、その結果、少なくとも１つの可撓性駆動リンクが前記プーリに接続され、
－少なくとも１つの中間駆動シャフトおよび／または少なくとも１つの駆動プーリおよび／または少なくとも１つの受けプーリおよび／または任意の他の回転要素は、摩擦を制限するように軸受に取り付けることができ、
－デバイスは、少なくとも１つのアクチュエータおよび少なくとも１つの中間駆動シャフトが固定される作動支持体を備え、支持体は基部に機能的に接続され、
－少なくとも１つのアクチュエータおよび少なくとも１つの中間駆動シャフトは、基部に挿入および／または固定され、
－少なくとも１つのアクチュエータは電気モータである。

【0016】

本発明の第２の態様によれば、少なくとも１つの関節アームを備えるロボットが提供され、少なくとも１つの関節アームは、本発明の第１の態様の１つまたは複数の特徴によるロボットハンドを形成する少なくとも１つのデバイスを備える。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本発明の他の特徴および利点は、添付図面に照らして、決して限定的ではない実装形態および実施形態の詳細説明を読むと明らかになる。

【図1】一実施形態による、ロボットハンドを形成するデバイスの基部に接続された、各々がロボットフィンガを形成する４つの関節構造の運動図である。

【図2】基部、および図１に従ってロボットハンドを形成するデバイスの基部に接続された、各々がロボットフィンガを形成する４つの関節構造の斜視図である。

【図3】図１および図２に従って基部に接続された、各々がロボットフィンガを形成する４つの関節構造と、アクチュエータおよび中間駆動シャフトを備えるように意図された支持体とを備える、一実施形態によるロボットハンドを形成するデバイスの斜視図であり、支持体は前腕を形成するように基部に接続される。

【図4】図３に従ってロボットハンドを形成するデバイスの斜視図であり、支持体は、一実施形態によるアクチュエータ、中間駆動シャフト、前記アクチュエータと前記シャフトとの間の可撓性作動リンク、および前記シャフトと基部との間の可撓性駆動リンクのいくつかを区別するために部分的に表され、それを介して見られる。

【図5】前後に配置された２つのアクチュエータと、互いに対して平行に配置された４つの中間駆動シャフトとを備える支持体の上方からの図である。

【図6】図３～図５に従ってロボットハンドを形成するデバイスの左側から水平に見た図であり、支持体は、６つのアクチュエータと６つの中間駆動シャフトとを備え、３つのレベル：第１のレベル、第２のレベル、および第３のレベルに重ねられ、それぞれ２つのアクチュエータと２つの中間駆動シャフトとを備える。

【図7】特に親指の外転および内転、ならびに他の指の屈曲および伸展を制御するように意図された、関節構造の関節に取り付けられた中間駆動シャフトと受けプーリとの間の可撓性駆動リンクの経路を図式的に表す、図６に従って図式的に表されたロボットハンドを形成するデバイスの左側からの図である。

【図8】特に親指の屈曲および伸展、ならびに他の指の外転および内転を制御するように意図された、関節構造の関節に取り付けられた中間駆動シャフトと受けプーリとの間の可撓性駆動リンクの経路を図式的に表す、図６に従って図式的に表されたロボットハンドを形成するデバイスの右側からの図である。

【図9】図５および図６に従ってロボットハンドを形成するデバイスの上方からの図であり、支持体は、アクチュエータおよび中間駆動シャフトの第２のレベルのみを示すように、それを通して見られる。

【図10】図５および図６に従ってロボットハンドを形成するデバイスの上方からの図であり、支持体は、アクチュエータおよび中間駆動シャフトの第１のレベルのみを示すように、それを通して見られる。

【図11】図５および図６に従ってロボットハンドを形成するデバイスの上方からの図であり、支持体は、アクチュエータおよび中間駆動シャフトの第３のレベルのみを示すように、それを通して見られる。

【図12】２つの関節および２つの関節を接続する構造要素の斜視図であり、２つの関節は、外転－内転軸および屈曲－伸展軸に対応する互いに平行でない回転軸を有する。

【図13】２つの関節および２つの関節を接続する構造要素の、図１２と対向する観測角度からの斜視図であり、２つの関節は、外転－内転軸および屈曲－伸展軸に対応する互いに平行でない回転軸を有する。

【図14】４つの関節、すなわち１つの外転－内転関節および３つの屈曲－伸展関節を備えるロボットフィンガを形成する関節構造、特に駆動機構の受けプーリおよびそれらと協働する可撓性リンクの上方からの図である。

【図15】図１～図１４に従ってロボットハンドを形成するデバイスを覆うように配置された、一実施形態による手袋の斜視図である。

【図16】図１５による手袋をさらに備える、図１～図１４に従ってロボットハンドを形成するデバイスの斜視図である。

【図17】１つの関節にポテンショメータが装備された２つの関節の斜視図である。

【図18】可撓性リンクの伸展を測定するための方法を使用して、２本の指で物体を把持しようとする試みを示すために、時間の関数としての第１の指の第１の指骨の角度位置の進行、曲線Ａ、ならびに時間の関数としての第１の指および第２の指の伸展のミリメートル単位の二乗平均平方根、曲線ＢおよびＣを表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に記載される実施形態は、決して限定的なものではなく、特に、この特徴の選択が技術的利点を与えるか、または従来技術の状態に関して本発明を区別するのに十分である場合、記載された他の特徴とは別に、以下に記載される特徴の選択のみを含む本発明の変形形態を実装することが可能である。この選択は、少なくとも１つの、好ましくは機能的な、構造的詳細のない、または構造的詳細の一部のみが技術的利点を与えるか、もしくは従来技術の状態に関して本発明を区別するのに十分である場合、この構造的詳細の一部のみを有する特徴を含む。
詳細には、記載されたすべての変形形態およびすべての実施形態は、技術的観点からこの組合せに異議がない場合、一緒に組み合わせることができる。

【0019】

図３は、手の平を形成する基部１００と、指を形成する４つの関節構造２、３、４、および５とを備えるロボットハンドを形成するデバイス１を示し、各関節構造は、人間の手に実質的に似ているロボットハンドを生成するように基部に接続されている。基部１００は、実質的に長方形の形状を有し、これは、遠位端に、互いに隣接して配置された３つの指２、３、４を有し、前記指は、図３に表されたように静止しており、基部によって画定された幾何学的平面内に伸展する。人間の手と比較して、関節構造または指２、３、および４は、それぞれ人差し指、中指、および薬指に対応する。さらに、基部１００は、掌面１５０上に、基部の掌面に対して実質的に垂直に伸展する親指を形成する関節構造５を有する。デバイス１は、以下に記載される作動および移動伝達手段を受け入れ保持する作動支持体１０１をさらに備える。作動支持体１０１は、関節によって基部１００の近位端に接続される。表された実施形態によれば、基部１００と作動支持体１０１との間の関節は、機械的曲げピボット接続部１１である。作動支持体１０１は、このように前腕を生成する。表されていない他の実施形態によれば、作動および移動伝達手段は、基部に挿入することができる。

【0020】

図１および図２は、基部１００に対する関節構造２、３、４、および５の可動性の程度を示す。各関節構造または指は、基部に対して前記関節構造を動かすように、関節によって互いに接続された構造要素を備える。詳細には、各関節構造は、基部と前記関節構造との間の機械的接続を画定する少なくとも１つの関節を備える。各関節構造は、構造要素および関節の交互の繰り返しを備える。

【0021】

２つのタイプの構造要素が設けられている。デバイスは、一方では、２つの異なるタイプの関節を接合するように接続構造要素２１、４１、および５１を提供し、他方では、指骨を形成するように人間工学的構造要素を提供する。図１および図２を参照すると、各指２、３、４、および５は、それぞれ、第１の指骨２２、３２、４２、５２、第２の指骨２３、３３、４３、５３、および第３の指骨２４、３４、４４、５４を備える。

【0022】

デバイスは、２つのタイプの関節：ｚ軸上に少なくとも１回の枢動を生成するための外転－内転タイプの関節（図１参照）、およびｙ軸上に少なくとも１回の枢動を生成するための屈曲－伸展タイプの関節（図１参照）を提供する。表された実施形態によれば、基部に対して関節構造を動かすように１５個の関節が設けられている。３つの関節構造：親指５、人差し指２、および薬指４は、４つの関節を有する。中指３は、３つの関節を有する。

【0023】

表された実施形態によれば、親指５、人差し指２、および薬指４は、各々基部１００を接続構造要素２１、４１、５１の第１の近位端に接続する外転－内転関節２ａ、４ａ、５ａを有する。それぞれ、人差し指２および薬指４の外転－内転関節２ａおよび４ａは、基部１００の遠位端の近くに配置される（図２参照）。２つの外転－内転関節は、外転－内転関節の列を画定する。外転－内転関節５ａは、掌面１５０上に配置される（図３参照）。中指３は、本実施形態による外転－内転関節を有していない。

【0024】

各指２、４、５は、接続構造要素２１、４１、５１の遠位端を第１の指骨２２、４２、５２の近位端に接続する第１の屈曲－伸展関節２ｂ、４ｂ、５ｂを備える。中指３も、基部１００の遠位端を第１の指骨３２の近位端に接続する第１の屈曲－伸展関節３ｂを備える。第１の屈曲－伸展関節は、中手指節ＭＣＰ関節の列を画定する。詳細には、中手指節ＭＣＰ関節の列は、人差し指の第１の屈曲－伸展関節２ｂ、中指の第１の屈曲－伸展関節３ｂ、および薬指の第１の屈曲－伸展関節４ｂを含む（図３参照）。

【0025】

次いで、各指２、３、４、および５は、第１の指骨２２、３２、４２、５２の遠位端を第２の指骨２３、３３、４３、５３の近位端に接続する第２の屈曲－伸展関節２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを備える。第２の屈曲－伸展関節は、近位指節間ＰＩＰ関節の列を画定する。詳細には、近位指節間関節の列は、人差し指の第２の屈曲－伸展関節２ｃ、中指の第２の屈曲－伸展関節３ｃ、および薬指の第２の屈曲－伸展関節４ｃを含む（図３参照）。

【0026】

最後に、各指２、３、４、および５は、第２の指骨２３、３３、４３、５３の遠位端を第３の指骨２４、３４、４４、５４の近位端に接続する第３の屈曲－伸展関節２ｄ、３ｄ、４ｄ、５ｄを備える。第３の屈曲－伸展関節は、遠位指節間ＤＩＰ関節の列を画定する。詳細には、遠位指節間ＤＩＰ関節の列は、人差し指の第３の屈曲－伸展関節２ｄ、中指の第３の屈曲－伸展関節３ｄ、および薬指の第３の屈曲－伸展関節４ｄを含む（図３参照）。

【0027】

図１を参照すると、関節のすべてがピボット接続部である。人差し指２および薬指４に関して、各外転－内転関節２ａ、４ａは、ｚ軸ピボット接続部によって生成される。親指５に関して、外転－内転関節５ａは、ｘ軸ピボット接続部によって生成される。指３および５に関して、各屈曲－伸展関節は、ｙ軸ピボット接続部によって生成される。指２および４に関して、各屈曲－伸展関節は、例えば図１１に表されるように、前記指、人差し指２および薬指４が中指３に対して平行であるとき、ｙ軸ピボット接続部によって生成される。

【0028】

デバイスは、可撓性駆動リンクまたはケーブルを介して構造要素を互いに対して枢動するように関節の近くに配置された、駆動受けプーリとも呼ばれる受けプーリを備える（図１２、図１３、および図１４参照）。好ましくは、各受けプーリまたは駆動受けプーリは、螺旋形状を有する溝を有する。この特徴は、可撓性リンクまたはケーブルが、前記可撓性リンクまたは前記ケーブルが重ねられることなく前記プーリを完全に回転させることを可能にし、したがって、前記プーリの周りに一定の巻線の直径を維持することを可能にする。さらに、この特徴は、それ自体および／またはプーリの溝に対する可撓性リンクの摩擦を制限することを可能にする。

【0029】

図１２および図１３は、人差し指に設けられたタイプの外転－内転関節２ａおよび屈曲－伸展関節２ｂを支える接続構造要素２１を示す。接続構造要素は、薬指の場合と親指の場合で同じである。接続構造要素２１は、支持フレーム３１０の形態であり、その平均平面は、静止時に、すなわち極端な外転および内転の位置に対して中心の位置にあるｙｚ平面内に延在する。支持フレーム３１０は、それぞれ、ｙｚ平均平面の両側のその２つの対向面上で、その回転軸がｚ軸に沿って延在する外転－内転関節２ａと、その回転軸がｙ軸に沿って伸展する屈曲－伸展関節２ｂとを支える。

【0030】

さらに、接続構造要素は、支持フレーム３１０の第１の平面上にサドル３２０を備える。サドル３２０は、その中央厚さ面がｘｙ平面内に伸展し、同軸に配置された２つの外転－内転ハーフシャフト２２０、２３０を回転可能に支持する二面体形状を有し、その枢動軸２０２はｚ軸に対して平行に延在する。ハーフシャフト２２０、２３０は、サドル３２０に対して動かないように保たれる。ハーフシャフト２２０、２３０は、ベアリングまたはマウント２２６、２３６を介して基部１００に対して関節接合され、その結果、接続構造要素２１は軸２０２を中心に基部に対して枢動する。接続構造要素２１は、各々が可撓性駆動リンク９６を受け入れるために配置された、駆動受けプーリ３２５および３２６とも呼ばれる受けプーリを備え、その結果、接続構造要素２１は、プーリに接着している可撓性リンクによって軸２０２を中心に枢動して移動する。

【0031】

好ましくは、可撓性リンクは、軸２０２に対して正反対であるそれぞれの固定点によって受けプーリ３２５、３２６に引っ掛けられる。
変形形態として、可撓性駆動リンクは、プーリ３２５、３２６の周りに少なくとも部分的に巻き付けることができ、またはこれらのプーリの周りをそれぞれ反対方向に完全に回転させることさえでき、それらの第２の端部はサドル３２０に固定される。

【0032】

両方の場合において、当業者は、アクチュエータの一方向への回転変位が第１の内転ケーブル１１４に引っ張り力を加え、プーリ３２５および／またはサドル３２０に作用することにより、指の外転－内転方向への変位をもたらすことを理解されよう（図１の円弧参照）。逆に、同じアクチュエータの反対方向への回転変位は、第２の外転ケーブル１１２に引っ張り力を加え、プーリ３２６および／またはサドル３２０に作用することにより、指の外転－内転方向への変位をもたらす。

【0033】

プーリ３２５、３２６と軸受２２６、２３６との間で、各ハーフシャフトまたはジャーナル２２０、２３０はケージ２２２、２３２を支え、各ケージは可撓性駆動リンクまたはケーブル９６、特に、下流の関節２ｂおよび２ｃに向けられた一対のケーブル１２２、１２４；１３２、１３４の通過および誘導のための窓を画定する。各ケージ２２２、２３２は、各々がボビン２２３、２２４および２３３、２３４の形状のそれぞれ同軸の溝を有する二連の円筒状回転部を有する。各連のボビン形状部２２３、２２４および２３３、２３４は、それぞれｚ軸を中心としている。ケージ２２２に設けられたボビン部２２３、２２４は、軸２０２に対して対称である。同様に、ケージ２３２に設けられたボビン部２３３、２３４は、軸２０２に対して対称である。

【0034】

各連のボビン形状部２２３、２２４および２３３、２３４は、誘導されるケーブル、それぞれ１２２、１３２および１２４、１３４の数に等しい数のボビン形状部をさらに有する。

【0035】

図１２に表された実施形態によれば、各ハーフシャフトまたはジャーナル２２０、２３０は、２つの可撓性駆動リンクまたはケーブル１２２、１３２および１２４、１３４を誘導する。結果として、各連のボビン形状部２２３、２２４および２３３、２３４は、ｚ軸の方向に積層された少なくとも２つのボビン形状部を有する。したがって、外転－内転運動の軸２０２上では、少なくとも２つのケーブルを誘導するために軸の上部に配置された少なくとも４つのボビンのセットが設けられ、２つのケーブルを誘導するために軸の下部に４つのボビンのセット（可視部分）が設けられる。

【0036】

したがって、共通のケージ２２２、２３２内に位置する二連の部品２２３、２２４および２３３、２３４に属する２つの隣接するボビンの各対は、受けプーリを動かすように意図された可撓性駆動リンクを受け入れるように意図されたそれぞれの通路を画定する。したがって、各ケーブルは、２つの回転ボビンの間で誘導される。

【0037】

各ボビンは、ケーブルとボビンとの間の摩擦を制限するために、ケージ２２２または２３２に連結された中央ヒンジピン上で、その軸を中心に回転することが可能である。

【0038】

それらが外転－内転関節２ａを通ると、可撓性駆動リンクまたはケーブルの各々は、したがって、ボビン形状部３１１、３１２、３１３、および３１４を介して、屈曲－伸展関節２ｂの軸に向かって誘導される（図１２参照）。

【0039】

図１３を参照すると、接続構造要素２１は、支持フレーム３１０の第２の平面上にサドル３２０を備える。サドル３２０は、その中央厚さ面がｘｚ平面内に延在し、ｙ軸に平行であり、かつ外転－内転軸２０２に直交する屈曲－伸展関節２ｂの屈曲－伸展軸４０２に沿って伸展する２つの同軸の屈曲－伸展ハーフシャフト４２０および４３０を回転可能に支持する、二面体形状を有する。２つの屈曲－伸展ハーフシャフト４２０、４３０は、サドル３２０に対して回転可能に固定されて接続されている。２つのハーフシャフトまたはジャーナル４２０、４３０は、それぞれ、サドル３２０の両側に位置する。

【0040】

ハーフシャフトは、各々、第１の指骨が前記接続構造要素２１に対して枢動するように、接続構造要素２１に対して第２の構造要素（図示せず）または第１の指骨２２の枢動関節を生成するように配置された軸受４２６、４３６を支える。軸受４２６、４３６は、第１の指骨２２の（図１４に表された）Ｕ字形金具５２０のための回転誘導取付部を形成する。

【0041】

ハーフシャフト４２０は、リターンプーリ４２２、４２４とも呼ばれる２つの受けプーリを支え、これらのプーリの一回転移動することによって巻き付けられるために、これらのプーリには、それぞれ、可撓性駆動リンクまたはケーブルが設けられる。他のハーフシャフト４３０は、２つの他のリターンプーリ４３２、４３４を支え、これらのプーリの一回転移動することによって巻き付けられるために、これらのプーリには、それぞれ、可撓性リンクまたはケーブルが設けられる。リターンプーリ４２２、４２４および４３２、４３４は、軸４０２を中心にサドル３２０に対して回転自在である。

【0042】

誘導リターンプーリ４２２、４２４および４３２、４３４の周りに作られ、それらの軸を中心に回転自在なケーブルのデッドターンは、ケーブルが、指骨の屈曲－伸展運動の関節構成に応じてプーリから出るのを防止することを可能にする。

【0043】

リターンプーリは、ケージ２２２および／または２３２から始まる４本のケーブルを、それぞれ、中間指骨２３の下流の屈曲－伸展関節に向かって戻すことを可能にする。

【0044】

図１４は、関節構造または指の一実施形態を示す。以前に示されたように、ロボットハンドのすべての指は、外転－内転関節を含まない中指３を除いて、機能的に類似している。以下では、繰り返しを避けるために、人差し指２の参照符号を使用して、単一の関節構造が記載される。関節構造２は、４つの構造要素：１つの接続構造要素２１と、３つの指骨２２、２３、および２４とを備える。好ましくは、関節構造は、（以下に記載される）３つのアクチュエータのみによって作動される。各構造要素は、受けプーリを備える駆動機構を介して、かついくつかの対の２つの可撓性駆動リンクまたはケーブル１１２、１１４；１２２、１２４；１３２、１３４、および１４２、１４４によって動かされる。

【0045】

第１の指骨２２のＵ字形金具５２０の２つの枝部５２２、５２４は、軸４０２を中心とする受けプーリ５２５、５２６を支え、前記プーリは、ケーブル１２２、１２４のそれぞれの第２の端部を誘導し、それは、第１の外転－内転関節２ｂを動かすことを可能にする。
ケーブル１２２、１２４の端部がプーリ５２５、５２６に固定されている場合、これらのプーリはＵ字形金具５２０に回転可能に連結されなければならない。

【0046】

プーリ５２５および５２６は、ケーブル１２２、１２４の端部が上述されたプーリ上ではなく、Ｕ字形金具５２０上に固定されている場合、軸４０２を中心にＵ字形金具５２０に対して回転自在であり得る。

【0047】

第２の指骨２３の２つの枝部６２６、６３６は、軸６０２を中心とする受けプーリ７２５、７２６を支え、前記プーリは、ケーブル１３２、１３４のそれぞれの第２の端部を誘導し、それは、第２の外転－内転関節２ｃを動かすことを可能にする。

【0048】

第３の指骨２４の２つの枝部８２６、８３６は、軸８０２を中心とする受けプーリ９２５、９２６を支え、前記プーリは、ケーブル１４２、１４４のそれぞれの第２の端部を誘導し、それは、第３の外転－内転関節２ｄを動かすことを可能にする。

【0049】

一実施形態によれば、ケーブル１４２、１４４の第１の端部は、関節２ｃの上流で第１の指骨２２に固定される。次いで、ケーブル１４２、１４４は、それぞれ、軸６０２を中心とするプーリ６２２、６３２の周りに巻き付けられる。受けプーリ６２２、６３２は、軸６０２を中心に回転自在である。プーリ６３２の周りのケーブル１４４の巻き掛け方向は、プーリ６２２の周りのケーブル１４２の巻き掛け方向と反対方向に行われる。さらに、ケーブル１４２および１４４は、プーリ９２５、９２６に到達する前に互いに交差し、ケーブル１４２および１４４の交差は、図７では見えるが、図１４では見えない。関節２ｃの駆動（または、指骨２２に対する指骨２３の枢動）中、かつケーブル１４２または１４４の一方または他方によって加えられる引っ張りのために、プーリ９２５、９２６は、関節２ｄを駆動して動かすために枢動するように駆動される。この実施形態は、２つの関節に単一のアクチュエータを使用することにより、アクチュエータの使用を回避することを可能にする。

【0050】

ここで、ロボットハンドの関節構造を動かすことを可能にする作動および駆動または移動伝達手段が記載される。

【0051】

図６、図７、および図８を参照すると、ロボットハンドを形成するデバイスは、関節のすべてを作動させるための６つのアクチュエータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、ＭＰ１、ＭＰ２、およびＭＰ３を備える。６つのアクチュエータは、電気モータ、好ましくはギアモータを備える。アクチュエータＭ１は、外転－内転関節の列の関節を作動させるように配置される。アクチュエータＭ２は、中手指節関節の列の関節を作動させるように配置される。アクチュエータＭ３は、近位指節間関節の列の関節を作動させるように配置される。アクチュエータＭＰ１は、親指５の外転－内転関節を作動させるように配置される。アクチュエータＭＰ２は、親指５の第１の屈曲－伸展関節を作動させるように配置される。アクチュエータＭＰ３は、親指５の第２の屈曲－伸展関節を作動させるように配置される。６つのアクチュエータは水平に延在し、３つの重ねられたアクチュエータの２つの列の中で互いに重ねられる。この特徴は、ロボットハンドを形成するデバイスのコンパクトさを改善することを可能にする。

【0052】

ロボットハンドを形成するデバイス１は、６つの中間駆動シャフト８ａ、８ｂ、８ｃ、８Ｐａ、８Ｐｂ、８Ｐｃをさらに備える。中間駆動シャフトは、駆動プーリを備える。可撓性駆動リンクでは、それらは、ロボットハンドを動かすために、アクチュエータの回転運動を関節の受けプーリに伝達することに寄与する。詳細には、各中間駆動シャフト８ａ、８ｂ、８ｃ、８Ｐａ、８Ｐｂ、８Ｐｃは、単一のアクチュエータによって作動される。図６、図７、および図８を参照すると、
アクチュエータＭ１は、中間駆動シャフト８ａに関連付けられ、
アクチュエータＭ２は、中間駆動シャフト８ｂに関連付けられ、
アクチュエータＭ３は、中間駆動シャフト８ｃに関連付けられ、
アクチュエータＭＰ１は、中間駆動シャフト８Ｐａに関連付けられ、
アクチュエータＭＰ２は、中間駆動シャフト８Ｐｂに関連付けられ、
アクチュエータＭＰ３は、中間駆動シャフト８Ｐｃに関連付けられる。

【0053】

各アクチュエータは、可撓性作動リンク９８、例えばストラップによってその中間駆動シャフトに接続される。例えば、各アクチュエータおよび各中間駆動シャフトは、可撓性作動リンクと協働し、したがってアクチュエータの回転運動を中間駆動シャフトに伝達するために、それぞれ、１つのプーリまたは１つの歯車を支える。中間駆動シャフトは、互いに対して実質的に平行に、かつアクチュエータに対して平行に延在する。それらは、横方向に見たそれらの位置決めが三角形または菱形を形成し、高さに関してより小さいサイズを可能にするように、互いに隣接して配置される。この特徴は、人間の前腕に似ている一般的なサイズの作動支持体を与えることを可能にする。上から見ると、６つの中間駆動シャフトは、４つの列または４つの行：Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４を形成するように配置される（図５参照）。列Ｒ１は、中間駆動シャフト８ａを備える。列Ｒ２は、重ねられた中間駆動シャフト８ｂおよび８ｃを備える。列Ｒ３は、重ねられた中間駆動シャフト８Ｐｂおよび８Ｐｃを備える。列Ｒ４は、中間駆動シャフト８Ｐａを備える。

【0054】

図４、図５、図６、図７、図８を参照すると、アクチュエータおよび中間駆動シャフトは、前後に配置されている。作動支持体１０１の各側面に沿って、３つのアクチュエータが可撓性作動リンク９８によって３つのそれぞれの中間シャフトに接続されている（図７および図８参照）。
中間駆動シャフトは、すでに記載された可撓性駆動リンクまたはケーブル９６を介して関節構造の関節に接続される。

【0055】

各中間駆動シャフト８ａ、８ｂ、８ｃは、１列の関節に接続され、他の中間駆動シャフト８Ｐａ、８Ｐｂ、８Ｐｃは、各々、単一の関節に接続される。図９を参照すると、中間駆動シャフト８ａは、指骨２２および４２の関節２ａおよび４ａを備える外転－内転ＡＡ関節の列に接続されている。中間駆動シャフト８ａは、各々が２つの可撓性駆動リンクのための２つの固定点を有する２つの駆動プーリを支え、前記２つの可撓性リンクは、前述された受けプーリ３２５、３２６に接合されている。人差し指および薬指を互いに向かって動かすか、または同期して離れるようにするために、シャフト８ａに接合された可撓性駆動リンクは、ｘｚ平面に平行な中央長手方向の幾何学的平面に対して対称に配置されなければならない。図９にも見られるように、中間駆動シャフト８Ｐａは、親指の外転－内転関節５ａに接続されている。シャフト８Ｐａは、前述された受けプーリ３２５、３２６に接合された２つの可撓性駆動リンクのための２つの固定点を有する駆動プーリを支える。

【0056】

図１０を参照すると、中間駆動シャフト８ｂは、指骨２２、３２、および４２の中手指節ＭＣＰ関節２ｂ、３ｂ、および４ｂの列に接続されている。シャフト８ｂは、各々が２つの可撓性駆動リンクのための２つの固定点を有する３つの駆動プーリを支え、前記２つの可撓性リンクは、前述された受けプーリ５２５、５２６に接合されている。図１０にも見られるように、中間駆動シャフト８Ｐｂは、親指の屈曲－伸展関節５ｂに接続されている。シャフト８Ｐｂは、前述された受けプーリ５２５、５２６に接合された２つの可撓性駆動リンクのための２つの固定点を有する駆動プーリを支える。

【0057】

図１１を参照すると、中間駆動シャフト８ｃは、指骨２３、３３、および４３の関節２ｃ、３ｃ、４ｃを備える近位指節間ＰＩＰ関節の列に接続されている。シャフト８ｃは、各々が２つの可撓性駆動リンクのための２つの固定点を有する３つの駆動プーリを支え、前記２つの可撓性リンクは、前述された受けプーリ７２５、７２６に接合されている。図１１にも見られるように、中間駆動シャフト８Ｐｃは、親指の屈曲－伸展関節５ｃに接続されている。シャフト８Ｐｃは、前述された受けプーリ７２５、７２６に接合された２つの可撓性駆動リンクのための２つの固定点を有する駆動プーリを支える。

【0058】

最後に、中間駆動シャフト８ｃの作動はさらに、前述された可撓性接合リンクまたはケーブル１４２、１４４を介して関節２ｄ、３ｄ、４ｄを備える遠位指節間ＤＩＰ関節の列を作動させることを可能にする。同様に、中間駆動シャフト８Ｐｃは、前述された可撓性接合リンク１４２、１４４を介して関節５ｄを作動させることを可能にする。この特徴は、関節２ｄ、３ｄ、４ｄ、５ｄの角運動を関節２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの角運動と同期させることを可能にする。

【0059】

かなりの深さの水中環境での使用の枠組み内で、ロボットハンドを形成するデバイス１は、指２、３、４、および５のすべてと基部１００とを覆うように意図された手袋１０２を備える（図１５参照）。図１６を参照すると、手袋１０２がデバイス上に配置されるとき、手袋を閉じ、手袋によって囲まれた容積と外部環境との間の水密性を得るために、前記手袋の近位端が作動支持体１０１の遠位端に当てられる。好ましくは、手袋は、クランプカラー１０３によって作動支持体１０１に固定される。基部および指と手袋の内壁との間に含まれる容積は、非圧縮性流体、好ましくは絶縁油で満たされる。この特徴は、手袋の内側と外側との間の均等な圧力下にデバイス１を置くことを可能にする。加えて、手袋は、軽量であり、指の動きを制限しないという利点を有する。一実施形態によれば、手袋は、関節のレベルで指の背面にベローズを有することができる。

【0060】

さらに、中間シャフトを保持する作動支持体１０１の部分も閉じられ、絶縁油で満たされている。さらに、オイルは、可撓性駆動リンクまたはケーブルとプーリとの間の摩擦を制限することを可能にし、その結果、測定された伸展は、把持力のみ、または主に把持力から得られる。一実施形態によれば、作動支持体１０１は、互いに対して水密であり、かつ外部環境に対して水密である中間シャフトの一部分およびアクチュエータの一部分の２つの部分を備える。作動支持体のアクチュエータの一部分は、電気モータおよび可撓性作動リンク９８またはストラップを保持し、空気で満たされている。作動支持体を形成するケースは、当業者に知られている、かなりの深さの水中環境内の浸水用に配置および構成されたタイプの材料および部品によって構成される。同様に、水密手段、例えば継ぎ手は、当業者に知られている、かなりの深さの水中環境内の浸水用に配置および構成されたタイプの材料および部品によって構成される。

【0061】

好ましくは、かつ図３および図４を参照すると、ロボットハンドを形成するデバイスは、手袋の壁のための支持体を局所的に生成するように、指および基部を取り囲むいくつかのシェルまたはカバーを備える。シェルは、例えばプラスチック材料から作られた剛性部品である。図３を参照すると、各指は、３つの指シェル１０４またはカバーを有し、各シェル１０４は指骨を取り囲む。好ましくは、指シェルは丸みを帯びた形状を有する。第１の指骨および第２の指骨の指シェル１０４は、これらの指骨のあらゆる関節の間に配置され、指骨が動くことを可能にするように前記関節を完全に覆わない。第３の指骨はまた、それぞれ、第２の指骨との共通の関節を覆わない指シェル１０４を備える。図４を参照すると、基部は、外転－内転関節を覆うことなく、掌面１５０および掌面の反対側の面を覆う基部シェル１０５を備える。一実施形態によれば、指シェル１０４および基部シェル１０５は、ねじ止めまたは互いに嵌合することによって組み立てることができる２つの部品で製造することができる。

【0062】

ここで、クランプ力の計算が記載される。
ロボットハンドを形成するデバイス１は、可撓性駆動リンクまたはケーブルの伸展を特定するために測定手段を備える。測定手段は、アクチュエータの軸および関節の軸の角度変位を測定する。記載された実施形態によれば、測定手段は、各々がモータ軸（図示せず）上に配置されている６つのインクリメンタルエンコーダまたは光学センサと、２つの指骨間の角度変位を測定するために各々が関節上に配置された１５個のポテンショメータＰとを備える（図１７参照）。

【0063】

１つの関節について、エンコーダの測定値と前記関節に関連付けられたポテンショメータの測定値との間の角度差は、ケーブルの伸展を推論することを可能にする。例えば、図１４を参照すると、ケーブル１３２、１３４は、中手指節関節２ｂの軸４０２のレベルに位置する中間プーリとそれぞれ協働する近位指節間関節２ｃを作動させ、それはこれらの２つの関節間の結合を駆動する。この結合を考慮に入れ、中間プーリ（駆動部）とそれが駆動する受けプーリとの間の直径の可能な差も考慮に入れるために、プーリの直径を考慮に入れて結合行列を決定する必要がある。

【0064】

各ケーブルが線形ばねのように挙動し、ケーブルの弾性定数（ｋと表記された剛性定数または係数）を知ることを考慮すると、式：Ｆ＝ｋ・ｘを使用してケーブルが受ける（Ｆと表記された）引張力を計算することが可能であり、ｘは計算された伸展である。対の行列、異なる関節、およびプーリの直径を考慮に入れると、デバイス１によって生成されるクランプ力を計算することが可能である。伸展および力の計算は、表されていない制御手段によって実行される。

【0065】

好ましくは、可撓性駆動リンクまたはケーブルは、例えばポリマー材料を含む熱可塑性ワイヤであり、その伸展は再現可能である。例えば、可撓性駆動リンクまたはケーブルは、材料「ベクトラン」によって構成され、０．７ミリメートルの直径を有する。剛性係数は、例えば１５，０００Ｎ／ｍである。

【0066】

図１８は、物体を把持しようとする試みを記載し、把持は４つの段階に分解され、３つの曲線を提示する：曲線Ｂは、人差し指２の４つのケーブルの伸展の二次和の進行を示し、曲線Ｃは、親指５の４つのケーブルの伸展の二次和の進行を示し、曲線Ａは、人差し指のＭＣＰ関節（屈曲－伸展２ｂ）の角度位置の進行を示す。この試みの間、この関節は動く唯一のものであった。

【0067】

一緒に動く段階Ｐ１と呼ばれる第１の段階の間、第１の指骨は枢動し、伸展は、人差し指が物体と接触するまでゼロまたは無視できる。接触段階Ｐ２と呼ばれる第２の段階の間、第１の指骨は線形速度で枢動し続け、人差し指の伸展の二次和は、前記物体への増大する押圧に起因して物体との接触が持続するために増大する。この第２の段階は、親指の物体との接触に対応する、親指の伸展の二次和がほぼ０の値から増加することで終了する。次いで、クランプ段階Ｐ３と呼ばれる第３の段階の間、第１の指骨は依然として線形速度で枢動し続け、人差し指および親指の伸展の二次和がそれぞれ増加し、その結果、２本の指が前記物体を押圧し、それに対して増加する力を加える。この第３の段階は、第１の指骨の変位が停止すると終了する。最後に、把持段階Ｐ４と呼ばれる第４の段階の間、第１の指骨は不動のままであり、人差し指および親指の伸展の二次和は、それぞれ一定のままである。

【0068】

ケーブルの伸展の測定のおかげで、１つまたは複数の指による物体の接触を連続的または同時に検出し、前記物体に対するクランプ力を評価することが可能である。このクランプ段階中のケーブルの伸展の二次和の値、および弾性（または引張）定数を知ることにより、考慮中の物体に各指によって加えられる力を特定することが可能になる。
この方法は、圧力に耐性がないセンサを省き、浸水深さによって制限されないという利点を有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【国際調査報告】