專利名稱：層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法、設(shè)置有該機(jī)構(gòu)的抓握手和機(jī)器人臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多關(guān)節(jié)部的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法、設(shè)置該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手(grasping hand)和機(jī)器人臂、以及設(shè)置有抓握手和機(jī)器人臂的機(jī)器人。具體而言，本發(fā)明涉及層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法以及設(shè)置該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手和機(jī)器人臂，所述機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各種類型的不同對(duì)象的抓握、對(duì)使用所述機(jī)構(gòu)的人的安全性和靈活的操作，易于以低成本制造所述機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，具有多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手已經(jīng)作為工業(yè)機(jī)器人主要用于工廠內(nèi)部有限的工作環(huán)境中的特定部件的抓握，且就用于專業(yè)操作的較高精度、較高速度等而言，一直處于討論和設(shè)計(jì)中。近年來(lái)，與此相比，家庭助手和工作助手以及家庭、醫(yī)院等中用于老年人或殘疾人的護(hù)理助手已經(jīng)有蓬勃的發(fā)展，產(chǎn)生了對(duì)滿足下述條件且能完成靈活的操作的抓握手的需要例如抓握各種不同的對(duì)象等，這不可能由工業(yè)機(jī)器人完成；對(duì)使用抓握手的人來(lái)說(shuō)是安全的。對(duì)于不同對(duì)象的抓握，已知一種在日本專利NO.3245095中描述的機(jī)械手。這種機(jī)械手具有五個(gè)手指，包括具有一個(gè)4關(guān)節(jié)部的4自由度拇指和四個(gè)分別具有4關(guān)節(jié)部的3自由度手指，其中微型伺服電動(dòng)機(jī)分別包含在不同于指尖第一關(guān)節(jié)部的關(guān)節(jié)部處，以驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)部。
然而，這種機(jī)械手包括大量部件，要求裝配，且價(jià)格高，所以目前仍局限于研究使用。
對(duì)于能完成靈活操作的抓握手，如日本專利No.3226219中描述的，已知一種為一個(gè)組成元件的氣動(dòng)制動(dòng)器。這種制動(dòng)器設(shè)計(jì)為使得多個(gè)隔壁設(shè)置在柱形彈性件中，以限定壓力室，每個(gè)壓力室都被加壓，以使彈性件彎曲。這種制動(dòng)器多個(gè)組合在一起，以形成抓握手，以便能抓握對(duì)象。
然而，由于沒(méi)有提供等同于人骨的組成元件，所以產(chǎn)生這樣的問(wèn)題制動(dòng)器難以根據(jù)抓握對(duì)象的外形和重量持續(xù)抓握抓握對(duì)象。并且，為了驅(qū)動(dòng)每個(gè)制動(dòng)器，產(chǎn)生對(duì)數(shù)目對(duì)應(yīng)于柱形彈性件的內(nèi)部壓力室的數(shù)目的驅(qū)動(dòng)管的需要。在此情形下，管的數(shù)量將增加，這造成根據(jù)管的剛度，負(fù)荷大于涉及的制動(dòng)器的撓曲操作力，使得制動(dòng)器可能不再能充分彎曲。
對(duì)于這些已經(jīng)介紹的抓握手，一直沒(méi)有披露這樣一種抓握手包含作為驅(qū)動(dòng)源的氣壓，且包括根據(jù)本發(fā)明的層壓型氣動(dòng)管形成件、平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件和具有關(guān)節(jié)部的骨件。
對(duì)于將用于執(zhí)行各種幫助的機(jī)器人引入人類生活空間，需要一種用于使充當(dāng)主要部分的抓握手用于幫助操作的多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。并且，要求設(shè)置有多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手具有用于抓握各種不同的對(duì)象的抓握性能，也要求它是安全的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且以低成本實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法，進(jìn)而提供一種設(shè)置有層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手和機(jī)器人臂以及設(shè)置有抓握手的機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人臂都解決了上述問(wèn)題，且能執(zhí)行具有用于各種不同對(duì)象的抓握性能的抓握手，安全，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且以低成本實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
在實(shí)現(xiàn)上述目的中，本發(fā)明具有以下構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括用于氣壓的氣動(dòng)(pneumatic)傳動(dòng)源；骨件(bone member)，具有至少兩個(gè)可彈性變形的彈性變形部；層壓型氣動(dòng)管件，具有至少兩個(gè)線管，所述線管固定為放置在骨件上，且連接至氣動(dòng)傳動(dòng)源；以及平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件，固定為放置在層壓型氣動(dòng)管件上，具有氣動(dòng)操作室，所述氣動(dòng)操作室分別放在面對(duì)骨件的彈性變形部的關(guān)節(jié)部處，且分別連接至管，其中隨著氣壓施加給氣動(dòng)操作室，相應(yīng)于壓力施加至的氣動(dòng)操作室的關(guān)節(jié)部可變形。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種用于制造如第一至第五方面中任一所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方法，所述方法包括使至少在所述彈性變形部處具有彈性鉸鏈的骨件一體成型；以及將層壓型氣動(dòng)管件和平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件層疊和結(jié)合在骨件上。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種具有如第一至第五方面中任一所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種使用如第一至第五方面中任一所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了一種使用如第一至第五方面中任一所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂，且在機(jī)器人臂的端部設(shè)置了如第七方面中所述的抓握手。
根據(jù)本發(fā)明的第二十一方面，提供了一種機(jī)器人，包括機(jī)器人臂，包括如第一或第二方面所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；以及如第十方面中所述的抓握手，設(shè)置在所述機(jī)器人臂的端部。


根據(jù)以下參看附圖，結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作出的描述，本發(fā)明的這些和其它方面和特性將變得更加清楚，其中在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的截面圖；圖2A、2B、2C分別是骨件的透視圖、側(cè)視圖和說(shuō)明圖，其中彈性鉸鏈部設(shè)置在根據(jù)第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的每個(gè)關(guān)節(jié)部處；圖3A和3B分別是根據(jù)第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的層壓型氣動(dòng)管形成件的組成元件的部件分解透視圖和層壓型氣動(dòng)管形成件的示意性放大截面圖；圖4A、4B、4C、4D、4E和4F分別是層壓型氣動(dòng)管形成件的截面圖，用于說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的層壓型氣動(dòng)管形成件的制造工藝；
圖5A和5B分別是根據(jù)第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型接頭部撓性形變件的組成元件的部件分解透視圖和平面型接頭部撓性形變件的放大的部分截面圖；圖6A是一個(gè)模型的截面圖，所述模型用于說(shuō)明在根據(jù)第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型接頭部撓性形變件的約束層的伸展和收縮方向沒(méi)有局限于任何特定方向的情形下關(guān)節(jié)部的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，圖6B也是一個(gè)模型的截面圖，所述模型用于說(shuō)明在約束層的伸展和收縮方向局限于一個(gè)特定方向的情形下的關(guān)節(jié)部的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。
圖7A是其中編織有纖維的約束層的平面圖，圖7B是表示在氣壓施加給約束層的情形下的伸展和收縮的模型的平面圖；圖8是一個(gè)模型的截面圖，所述模型用于說(shuō)明在根據(jù)第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型接頭部撓性形變件的約束層的伸展和收縮方向局限于任何特定方向的情形下關(guān)節(jié)部的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；圖9是用于說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制操作的框圖；圖10是在設(shè)置有根據(jù)第二實(shí)施例的一對(duì)平面型接頭部撓性形變件的抓握手的每個(gè)平面型接頭部撓性形變件的約束層的伸展和收縮方向局限于任何特定方向、且提供在每個(gè)關(guān)節(jié)部都具有彈性鉸鏈的骨件的情形下的模型；圖11是用于說(shuō)明圖10的抓握手的控制操作的框圖；圖12是在設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的修改的兩對(duì)平面型接頭部撓性形變件的抓握手的每個(gè)平面型接頭部撓性形變件的約束層的伸展和收縮方向局限于任何特定方向、且提供在每個(gè)關(guān)節(jié)部都具有彈性鉸鏈的骨架的情形下的模型；圖13是用于說(shuō)明圖12的抓握手的控制操作的框圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一修改的抓握手的模型的透視圖，其中層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱設(shè)置；圖15是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的又一修改的抓握手的透視圖，其中層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在抓握表面?zhèn)壬嫌袀鞲衅?；圖16是示出圖15的抓握手的抓握操作的框圖；
圖17是示出圖15的抓握手的中立狀態(tài)的平面圖；圖18A和18B分別示出在抓握對(duì)象之前的圖15的抓握手的中立狀態(tài)的平面圖和正在抓握對(duì)象的圖15的抓握手的平面圖；圖19A和19B分別示出在抓握對(duì)象之前的圖15的抓握手的中立狀態(tài)的平面圖和正在抓握對(duì)象的圖15的抓握手的平面圖；圖20A和20B分別示出圖15的抓握手的中立狀態(tài)的平面圖和與中立狀態(tài)相比已經(jīng)加寬打開距離的圖15的抓握手的狀態(tài)的平面圖；圖21是示出正在抓握?qǐng)D20B中的對(duì)象的圖15的抓握手的平面圖；以及圖22是機(jī)械手的透視圖，所述機(jī)械手使用根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，且其中，圖1的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置有根據(jù)第二實(shí)施例的圖12的抓握手。
具體實(shí)施例方式
在繼續(xù)本發(fā)明的描述之前，應(yīng)指出，在所有附圖中，相同部分用相同附圖標(biāo)記表示。
下面，將參看附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。
在下面參看附圖詳細(xì)描述該實(shí)施例之前，首先描述本發(fā)明的各個(gè)方面。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括用于氣壓的氣動(dòng)傳動(dòng)源；骨件，具有至少兩個(gè)可彈性變形的彈性變形部；層壓型氣動(dòng)管件，具有至少兩個(gè)線管，所述線管固定為放置在骨件上，且連接至氣動(dòng)傳動(dòng)源；以及平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件，固定為放置在層壓型氣動(dòng)管件上，具有氣動(dòng)操作室，所述氣動(dòng)操作室分別放在面對(duì)骨件的彈性變形部的關(guān)節(jié)部處，且分別連接至管，其中隨著氣壓施加給氣動(dòng)操作室，相應(yīng)于壓力施加至的氣動(dòng)操作室的關(guān)節(jié)部可變形。
由于這種構(gòu)造，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有這樣的功能，利用為傳統(tǒng)氣動(dòng)制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)的柔性驅(qū)動(dòng)，通過(guò)克服管道的復(fù)雜性，使得與電機(jī)代表的制動(dòng)器相比，可能實(shí)現(xiàn)尺寸更小、重量更輕、且更易制造的關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，且由于其具有骨件，提高抓握剛度。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種如第一方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中層壓型氣動(dòng)管件這樣形成，使得多個(gè)成型的有機(jī)膜一個(gè)在另一個(gè)上層疊，以形成所述管。
由于這種構(gòu)造，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有這樣的功能使得容易制造層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；以及使得可能利用其采用管的層壓型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)成本的降低，否則，由于其組成使用氣壓的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，可能影響關(guān)節(jié)部的驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種如第一或第二方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件包括約束層，用于使平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件沿其縱向的伸展性和收縮性具有方向性，其中當(dāng)平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件伸展時(shí)，撓曲操作由骨件的引導(dǎo)執(zhí)行。
由于這種構(gòu)造，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有這樣的功能使得可能高效地將供給使用氣壓的關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)變成關(guān)節(jié)部的撓曲操作。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種如第一至第三方面中任一限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中骨件的多個(gè)彈性變形部分別是彈性鉸鏈部。
由于這種構(gòu)造，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有這樣的功能使得可能通過(guò)將關(guān)節(jié)部單獨(dú)機(jī)械加工成彈性鉸鏈構(gòu)造，而不是單獨(dú)制造具有多個(gè)關(guān)節(jié)部的骨件的各個(gè)關(guān)節(jié)部，集成地制造多關(guān)節(jié)部，或甚至多手指構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種如第一至第四方面中任一限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件的約束層是其中編織有網(wǎng)狀纖維的柔性有機(jī)膜材料。
由于這種構(gòu)造，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有這樣的功能使得通過(guò)利用網(wǎng)狀纖維將平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件的伸展和收縮方向限制到特定方向，可能高效地將供給氣壓源的能量轉(zhuǎn)變成關(guān)節(jié)部的撓曲操作。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種制造如第一至第五方面中任一限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方法，所述方法包括
使至少在彈性變形部處具有彈性鉸鏈的骨件一體成型；以及將層壓型氣動(dòng)管件和平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件層疊和結(jié)合在骨件上。
利用這種構(gòu)造，通過(guò)一層一層成型各層并使這些層緊緊地結(jié)合在一起的工藝制造層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有這樣的功能使得利用減少部件數(shù)量到最小，以低成本制造層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種具有如第一至第五方面中任一限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象。
由于這種構(gòu)造，抓握手具有這樣的功能使得可能實(shí)現(xiàn)各種不同對(duì)象的抓握；使用抓握手的人的安全性；以及靈活的操作。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種使用如第一至第五方面中任一限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂。
由于這種構(gòu)造，使得機(jī)器人臂實(shí)現(xiàn)對(duì)使用抓握手的人的安全性以及靈活的定位操作。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了一種使用如第一至第五方面中任一限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂，在機(jī)器人臂的端部設(shè)置如第七方面中限定的抓握手。
利用這種構(gòu)造，由于其中層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)面對(duì)面設(shè)置的抓握手設(shè)置在機(jī)器人臂的端部，所以使得機(jī)器人臂能安全地將抓握手定位在位于可移動(dòng)范圍內(nèi)的抓握對(duì)象上，從而使得可能實(shí)現(xiàn)對(duì)使用機(jī)器人臂的人的安全性以及靈活的定位操作。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供了一種具有如第一或第二方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，提供了一種具有如第三方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，提供了一種具有如第四方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，提供了一種具有如第五方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，提供了一種具有如第六方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，提供了一種具有如第一或第二方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的第十六方面，提供了一種使用如第三方面中任一限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂。
根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，提供了一種使用如第四方面中任一限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂。
根據(jù)本發(fā)明的第十八方面，提供了這樣一種機(jī)器人臂，在機(jī)器人臂的端部設(shè)置如第十方面中限定的抓握手。
根據(jù)本發(fā)明的第十九方面，提供了這樣一種機(jī)器人臂，在機(jī)器人臂的端部設(shè)置如第十一方面中限定的抓握手。
根據(jù)本發(fā)明的第二十方面，提供了這樣一種機(jī)器人臂，在機(jī)器人臂的端部設(shè)置如第十二方面中限定的抓握手。
根據(jù)本發(fā)明的第二十一方面，提供了一種機(jī)器人，包括機(jī)器人臂，包括如第一或第二方面中限定的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；以及如第十方面中限定的設(shè)置在機(jī)器人臂端部的抓握手。
下面，將參看圖1至22說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的截面圖。圖1中所示的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)以下步驟形成，所述步驟包括在骨件1上層疊層壓型氣動(dòng)管件2和平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3，其中骨件1具有分別設(shè)置在多個(gè)關(guān)節(jié)部處的彈性鉸鏈部1A；接著通過(guò)用例如聚酰亞胺基粘合劑等粘合劑將它們粘合地結(jié)合在一起，而將它們緊緊地結(jié)合在一起。所述層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括氣動(dòng)傳動(dòng)源4，例如空氣氣缸等，用于進(jìn)給壓縮空氣或類似物；氣壓導(dǎo)入管5，用于實(shí)現(xiàn)連接至氣動(dòng)傳動(dòng)源4的氣動(dòng)導(dǎo)入管；層壓型驅(qū)動(dòng)管形成件2，具有分別經(jīng)由多個(gè)具有電磁閥17a、17b、17c的管2a、2b、2c連接至氣壓導(dǎo)入管5的氣體通道通孔2g、2h、2i；以及平面型接頭部撓性形變件3，與層壓型驅(qū)動(dòng)管形成件2緊密連接，在這里，氣壓從氣動(dòng)傳動(dòng)源4施加給層壓型氣動(dòng)管形成件2的氣體通道通孔2g、2h、2i，使得平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3伸展，從而實(shí)現(xiàn)骨件1的彈性鉸鏈部1A充當(dāng)撓曲點(diǎn)彎曲的關(guān)節(jié)部的撓曲。
參看圖1和2C，骨件1包括第一骨件本體部1B-1、第一彈性鉸鏈部1A-1、第二骨件本體部1B-2、第二彈性鉸鏈部1A-2、第三骨件本體部1B-3、第一彈性鉸鏈部1A-3、以及第四骨件本體部1B-4，這些組件從骨件1的基端部側(cè)向著其前端部側(cè)一個(gè)接著另一個(gè)排列和連接。在以下描述中，當(dāng)對(duì)第一至第四骨件本體部1B-1和1B-4共同描述時(shí)，僅以骨件本體部1B為代表進(jìn)行描述，同樣對(duì)第一至第三彈性鉸鏈部1A-1和1A-3共同描述時(shí)也是如此，以彈性鉸鏈部1A為代表進(jìn)行描述。與骨件本體部1B相比，彈性鉸鏈部1A形成為較細(xì)，因此能彈性變形。
在骨件1中，盡管設(shè)置了三個(gè)彈性鉸鏈部1A，以便將層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)部的數(shù)量設(shè)定為三個(gè)關(guān)節(jié)部，但是也可根據(jù)使用所述層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的環(huán)境和對(duì)象改變關(guān)節(jié)部的數(shù)量。并且，也可同樣改變層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的寬度和各個(gè)組件部的長(zhǎng)度。
將參看層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造步驟說(shuō)明層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
圖2A和2B分別是骨件1的透視圖和截面圖，其中彈性鉸鏈部1A設(shè)置在層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的每個(gè)關(guān)節(jié)部處。骨件1的特征在于，使用剛度高、重量輕的有機(jī)材料(例如，聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯或聚丙烯)和使其外部構(gòu)造、彈性鉸鏈部1A和骨件本體部1B一體成型。應(yīng)注意，彈性鉸鏈部1A是指用于骨件1的撓曲且成型為骨件本體部1B的約1/2到1/4厚的骨件1的部分。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，盡管用于使骨件1一體成型的單個(gè)材料的使用使得彈性鉸鏈部1A和骨件本體部1B的彈性系數(shù)彼此相等，但也可能使得彈性鉸鏈部1A由于它們之間的厚度差優(yōu)先彎曲到骨件本體部1B。骨件1的材料的實(shí)例是聚丙烯。可以認(rèn)為聚丙烯能提高要求重復(fù)操作的多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性，因?yàn)榫郾┎牧献陨砭哂秀q鏈性能和高的反復(fù)撓曲強(qiáng)度。使骨件1一體成型的實(shí)例是使用金屬模具的成型(molding)。成型大寬度板材且此后以想要的厚度切割和分離該材料允許大量骨件1容易被成型和制造。作為另一骨件制造方法，列出板材的熱過(guò)程，其中通過(guò)加熱和壓縮形成彈性鉸鏈部，彈性鉸鏈部1A的材料紋理變得濃密，提供了也能提高關(guān)節(jié)部的反復(fù)撓曲強(qiáng)度的可能性。圖2C是示出彈性鉸鏈部1A的動(dòng)態(tài)特征的透視圖。骨件1配置為使得各個(gè)骨件本體部1B利用充當(dāng)關(guān)節(jié)部的彈性鉸鏈部彼此相連，施加給骨件1的Z軸向上的力6可作為力矩7支承在骨件1的基端側(cè)上。無(wú)論在彈性鉸鏈部1A的高扭轉(zhuǎn)剛度的條件下彈性鉸鏈部1A的撓性角如何，所述力矩7的性質(zhì)是有效的，此外與由平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3產(chǎn)生的力無(wú)關(guān)。作為這些特征的結(jié)果，如圖10中所示，當(dāng)一對(duì)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)象手一樣面對(duì)面排列時(shí)，沿垂直于抓握方向(垂直于圖2C的Z軸方向和X軸方向的方向，即，骨件1的厚度方向)的抓握對(duì)象的重力下降方向產(chǎn)生的力由骨件1的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度支承，使得從氣動(dòng)傳動(dòng)源4供給的能量可有效地轉(zhuǎn)變成抓握力。
圖3A和3B分別示出有機(jī)膜2A、2B、2C的部件分解透視圖和在層疊有機(jī)膜2A、2B、2C后的層壓型氣動(dòng)管形成件2的截面圖，其中這些薄膜是層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的層壓型氣動(dòng)管形成件2的組成元件。如圖3A中所示，層壓型氣動(dòng)管形成件2由有機(jī)膜2A、2B、2C形成，其中這些有機(jī)膜構(gòu)造與骨件1相同，且它們之間的結(jié)構(gòu)彼此相同，一個(gè)緊緊地層疊在另一個(gè)上。更確切地說(shuō)，在充當(dāng)基底材料的第一有機(jī)膜2A上，緊密結(jié)合其中待設(shè)置管的第二有機(jī)膜2B，然后通過(guò)光刻等執(zhí)行管成形工藝，且在其上緊密結(jié)合第三有機(jī)膜2C，接著形成用于將氣壓導(dǎo)入平面型接頭部撓性形變件3的通孔。這樣，第二有機(jī)膜2B具有三個(gè)管2a、2b、2c，這三個(gè)管彼此平行沿層壓型氣動(dòng)管形成件2的縱向延伸，以便在其厚度方向上穿透。第一層壓型氣動(dòng)管2a最短，其中直徑大于管寬度且在厚度方向上穿透的第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔2d形成在管的遠(yuǎn)端處。第二層壓型氣動(dòng)管2b比第一層壓型氣動(dòng)管2a長(zhǎng)，其中直徑大于管寬度且在厚度方向上穿透的循環(huán)氣體供應(yīng)孔2e形成在管的遠(yuǎn)端處。第三層壓型氣動(dòng)管2c比第二層壓型氣動(dòng)管2b長(zhǎng)，其中直徑大于管寬度且在厚度方向上穿透的循環(huán)氣體供應(yīng)孔2f形成在管的遠(yuǎn)端處。
并且，第一有機(jī)膜2A形成為板狀，其中根本沒(méi)有形成通孔。
同時(shí)，在第三有機(jī)膜2C附近形成第一循環(huán)氣體通道通孔2g，所述第一循環(huán)氣體通道通孔與第二有機(jī)膜2B的第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔2d連通，直徑比第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔2d的直徑大，且在厚度方向上穿透。在基端部和遠(yuǎn)端部之間的中間部分處形成第二循環(huán)氣體通道通孔2h，所述第二循環(huán)氣體通道通孔與第二有機(jī)膜2B的第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔2e連通，直徑比第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔2e的直徑大，且在厚度方向上穿透。在基端部和遠(yuǎn)端部之間的中間部分處形成第三循環(huán)氣體通道通孔2i，所述第三循環(huán)氣體通道通孔與第二有機(jī)膜2B的第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔2f連通，直徑比第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔2f的直徑大，且在厚度方向上穿透。
因此，第二有機(jī)膜2B的各個(gè)管2a、2b、2c形成為第三有機(jī)膜2C和第一有機(jī)膜2A之間的通道。
作為制造所述層壓型氣動(dòng)管形成件2的實(shí)例，在圖4A至4F中示出將聚酰亞胺膜和光敏聚酰亞胺用作材料的制造流程(flow)。首先，用形成第二有機(jī)膜2B(參看圖4B)的光敏聚酰亞胺涂覆作為基底材料形成第一有機(jī)膜2A的聚酰亞胺膜(參看圖4A)。涂覆之后是預(yù)烘干，之后利用具有相應(yīng)于管2a、2b、2c(參看圖4C)的管圖樣的光掩模8，使光敏聚酰亞胺曝光。接著，執(zhí)行顯影和后焙燒，以形成管2a、2b、2c(參看圖4D)。在絕緣膜上，以氣密狀態(tài)粘合作為第三有機(jī)膜2C的上面有粘合劑的聚酰亞胺膜(參看圖4E)，且利用激光束9進(jìn)行激光束機(jī)械加工，執(zhí)行用于第一循環(huán)氣體通道通孔2g、第二循環(huán)氣體通道通孔2h和第三循環(huán)氣體通道通孔2i的形成工藝，以形成層壓型氣動(dòng)管形成件2，其中管2a、2b、2c和平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3通過(guò)這些通孔彼此相連(參看圖4F)。否則，為附加有粘合劑的聚酰亞胺膜且其中第一循環(huán)氣體通道通孔2g、第二循環(huán)氣體通道通孔2h和第三循環(huán)氣體通道通孔2i已經(jīng)預(yù)先形成的第三有機(jī)膜2C可以在其中已經(jīng)形成管2a、2b、2c的第二有機(jī)膜2B和第一有機(jī)膜2A上排列和以氣密狀態(tài)粘合。通過(guò)以此方式在平面上排列和形成管2a、2b、2c，可能使管2a、2b、2c一體成型，以允許多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的各個(gè)關(guān)節(jié)部彼此獨(dú)立地被操作。
在管2a、2b、2c和氣壓導(dǎo)入管5之間分別設(shè)置電磁閥，使得可根據(jù)電磁閥的打開和關(guān)閉，獨(dú)立地分別形成對(duì)管2a、2b、2c內(nèi)的供氣和停止對(duì)管2a、2b、2c內(nèi)的供氣。
圖5A和5B示出為平面型接頭部撓性形變件3的組成元件的基件3A、彈性層3B和約束層3C的部件分解透視圖和在層疊基件3A、彈性層3B和約束層3C后的平面型接頭部撓性形變件3的截面圖。平面型接頭部撓性形變件3形成為使得彈性層3B密封地粘合和結(jié)合在基件3A上，其中在彈性層3B中形成由彈性材料制成且具有矩形第一氣動(dòng)操作孔3g、矩形第二氣動(dòng)操作孔3h和矩形第三氣動(dòng)操作孔3i，以便延伸通過(guò)彈性層3B，和充當(dāng)形成氣動(dòng)操作室16的孔隙，其中所述基件3A具有第一氣動(dòng)操作孔3g、第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔3d、第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔3e、第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔3f，這些循環(huán)氣體供應(yīng)孔分別獨(dú)立地與第一氣動(dòng)操作孔3g、第二氣動(dòng)操作孔3e、第三氣動(dòng)操作孔3i連通，且直徑比這些氣動(dòng)操作孔小，進(jìn)而，延伸通過(guò)基件3A，此外成形為沒(méi)有通孔的平板且使層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伸展和收縮具有方向性的約束層3C密封地粘合和連接在其上。
在此情形下，圖6A是在約束層3C的伸展和收縮方向沒(méi)有受限制的情形下的關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)模型的截面圖，如在圖6A中可看到的，代表在通過(guò)在此條件下施加氣壓而使平面型接頭部撓性形變件3向上膨脹時(shí)形成的構(gòu)造。在此情形下，由于氣壓的施加，約束層3C自身優(yōu)先膨脹，阻止計(jì)劃的關(guān)節(jié)部的撓曲操作。
與此相反，圖6B是在約束層3C的伸展和收縮方向受限于一個(gè)方向(即，約束層3C的縱向)情形下的關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)模型的截面圖，代表在通過(guò)在此條件下施加氣壓而使平面型接頭部撓性形變件3膨脹時(shí)形成的構(gòu)造。這樣，由于約束層3C在一個(gè)方向上伸展和收縮，可能有效地將從氣動(dòng)傳動(dòng)源4供給的能量轉(zhuǎn)變成關(guān)節(jié)部的撓曲操作。
如圖7A中所示，為了將約束層3C的伸展和收縮方向限制于一個(gè)方向，即，約束層3C的縱向，有效的是用其中已經(jīng)沿垂直于約束層3C的延伸和收縮方向的方向編織纖維10的柔性有機(jī)材料成型約束層3C。圖7B示出代表在氣壓施加給約束層3C的情形下，其中已經(jīng)沿垂直于延伸和收縮方向的方向編織纖維10的約束層3C的伸展和收縮的模型的平面圖。約束層3C通過(guò)有機(jī)材料的彈性在垂直于沿如圖7A和7B中所示的上下方向定位的纖維10的方向(圖7A和7B中的左右方向，即，約束層3C的縱向)伸展和收縮，同時(shí)由于纖維10的長(zhǎng)度造成的延伸和收縮限制力沿平行于纖維10的方向(圖7A和7B中的上下方向，即，約束層3C的寬度方向)作用，從而可限制約束層3C的伸展和收縮。
圖8是在約束層3C的伸展和收縮方向受限于特定方向(即，約束層3C的縱向)且提供在其關(guān)節(jié)部具有彈性鉸鏈1A的骨件1的情形下的模型的截面圖，此圖代表在通過(guò)在此條件下施加氣壓而使平面型接頭部撓性形變件3膨脹時(shí)形成的構(gòu)造。通過(guò)提供在各個(gè)關(guān)節(jié)部分別具有彈性鉸鏈1A的骨件1，除了通過(guò)施加氣壓驅(qū)動(dòng)平面型接頭部撓性形變件3外，進(jìn)一步限制與關(guān)節(jié)部不同的部分，從而產(chǎn)生這樣的效果從氣動(dòng)傳動(dòng)源4供給的能量可更有效地轉(zhuǎn)變成關(guān)節(jié)部的撓曲操作。
下面詳細(xì)描述所述撓曲操作。層壓型氣動(dòng)管件2的第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔2d和第一循環(huán)氣體通道通孔2g與平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3的第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔3d和第一氣動(dòng)操作孔3g連接在一起，且排列為使得面對(duì)第一彈性鉸鏈部1A-1的內(nèi)表面?zhèn)取＝又?，將氣壓即壓縮空氣從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由第一層壓型氣動(dòng)管2a、第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔2d、第一循環(huán)氣提通道通孔2g和第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔3d供給第一氣動(dòng)操作孔3g(第一氣動(dòng)操作室16A)，這樣，第一氣動(dòng)操作室16A附近的平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件3的第一關(guān)節(jié)部3a彈性變形，以沿縱向延伸，從而第一骨件本體部1B-1和第二骨件本體部1B-2使得第一彈性鉸鏈部1A-1彎曲，以便向內(nèi)定位。
類似地，層壓型氣動(dòng)管形成件2的第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔2e和第二循環(huán)氣體通道通孔2h與平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3的第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔3e和第二氣動(dòng)操作孔3h連接在一起，且排列為使得面對(duì)第二彈性鉸鏈部1A-2的內(nèi)表面?zhèn)?。接著，將氣壓即壓縮空氣從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由第二層壓型氣動(dòng)管2b、第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔2e、第二循環(huán)氣提通道通孔2h和第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔3e供給第二氣動(dòng)操作孔3h(第二氣動(dòng)操作室16B)，這樣，第二氣動(dòng)操作室16B附近的平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件3的第二關(guān)節(jié)部3b彈性變形，以沿縱向延伸，從而第二骨件本體部1B-2和第三骨件本體部1B-3使得第二彈性鉸鏈部1A-2彎曲，以便向內(nèi)定位。
類似地，層壓型氣動(dòng)管形成件2的第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔2f和第三循環(huán)氣體通道通孔2i與平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3的第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔3f和第三氣動(dòng)操作孔3i連接在一起，且排列為使得面對(duì)第三彈性鉸鏈部1A-3的內(nèi)表面?zhèn)?。接著，將氣壓即壓縮空氣從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由第三層壓型氣動(dòng)管2c、第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔2f、第三循環(huán)氣提通道通孔2i和第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔3f供給第三氣動(dòng)操作孔3i(第三氣動(dòng)操作室16C)，這樣，第三氣動(dòng)操作室16C附近的平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件3的第三關(guān)節(jié)部3c彈性變形，以沿縱向延伸，從而第三骨件本體部1B-3和第四骨件本體部1B-4使第三彈性鉸鏈部1A-3彎曲，以便向內(nèi)定位。
為組成元件的骨件1、層壓型氣動(dòng)管形成件2和平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3一起粘合和結(jié)合成密封狀態(tài)，這樣，方便了第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
下面對(duì)上述結(jié)構(gòu)的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)由控制部分12控制的情形給出進(jìn)一步的描述。如圖9中所示，利用骨件1的根部充當(dāng)關(guān)節(jié)部，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)放置為固定到固定部1?？刂撇糠?2控制氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，也控制插入第一層壓型氣動(dòng)管2a上的第一電磁閥17a的打開和關(guān)閉、插入第二層壓型氣動(dòng)管2b上的第二電磁閥17b的打開和關(guān)閉和插入第三層壓型氣動(dòng)管2c上的第三電磁閥17c的打開和關(guān)閉。并且，用于驅(qū)動(dòng)第一關(guān)節(jié)部3a的第一氣動(dòng)操作室16A由第一氣動(dòng)操作孔3g提供，在這里，隨著空氣供給第一氣動(dòng)操作室16A，第一關(guān)節(jié)部3a通過(guò)如圖8中所示的設(shè)置在第一彈性鉸鏈部1A-1的兩側(cè)上的第一骨件部1B-1和第二骨件本體部1B-2的引導(dǎo)繞第一彈性鉸鏈部1A-1彎曲。并且，用于驅(qū)動(dòng)第二關(guān)節(jié)部3b的第二氣動(dòng)操作室16B由第二氣動(dòng)操作孔3h提供，在這里，隨著空氣供給第二氣動(dòng)操作室16B，第二關(guān)節(jié)部3b通過(guò)如圖8中所示的設(shè)置在第二彈性鉸鏈部1A-2的兩側(cè)上的第二骨件部1B-2和第三骨件本體部1B-3的引導(dǎo)繞第二彈性鉸鏈部1A-2彎曲。并且，用于驅(qū)動(dòng)第三關(guān)節(jié)部3c的第三氣動(dòng)操作室16C由第三氣動(dòng)操作孔3i提供，在這里，隨著空氣供給第三氣動(dòng)操作室16C，第三關(guān)節(jié)部3c通過(guò)如圖8中所示的設(shè)置在第三彈性鉸鏈部1A-3的兩側(cè)上的第三骨件部1B-2和第四骨件本體部1B-4的引導(dǎo)繞第三彈性鉸鏈部1A-3彎曲。
參看多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作，首先，控制部分12用以產(chǎn)生用于施加氣壓給位于多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3的第一關(guān)節(jié)部處的第一氣動(dòng)操作室16A的信號(hào)，且通過(guò)控制部分12驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)源4和打開第一電磁閥17a。結(jié)果，空氣從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由第一層壓型氣動(dòng)管2a、第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔2d和第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔3d供給第一氣動(dòng)操作孔3g，即，第一氣動(dòng)操作室16A，使得空氣壓力即氣壓施加給第一氣動(dòng)操作室16A。與施加氣壓一起，第一氣動(dòng)操作室16A膨脹，使得第一關(guān)節(jié)部被彎曲。為了進(jìn)行第一關(guān)節(jié)部的撓曲，停止控制部分12對(duì)氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，且打開第一電磁閥17a，這樣，釋放由于氣壓造成的在第一氣動(dòng)操作室16A處的膨脹，使得第一關(guān)節(jié)部返回到拉緊狀態(tài)。并且，獨(dú)立于第一關(guān)節(jié)部的撓曲，控制部分12用以產(chǎn)生用于施加氣壓給位于多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3的第二關(guān)節(jié)部處的第二氣動(dòng)操作室16B的信號(hào)，且通過(guò)控制部分12驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)源4和打開第二電磁閥17b。結(jié)果，空氣從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由第二層壓型氣動(dòng)管2b、第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔2e和第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔3e供給第二氣動(dòng)操作孔3h，即，第二氣動(dòng)操作室16B，使得空氣壓力即氣壓施加給第二氣動(dòng)操作室16B。與施加氣壓一起，第二氣動(dòng)操作室16B膨脹，使得第二關(guān)節(jié)部被彎曲。為了進(jìn)行第二關(guān)節(jié)部的撓曲，停止控制部分12對(duì)氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，且打開第二電磁閥17b，這樣，釋放由于氣壓造成的在第二氣動(dòng)操作室16B處的膨脹，使得第二關(guān)節(jié)部返回到拉緊狀態(tài)。并且，獨(dú)立于第二關(guān)節(jié)部的撓曲，控制部分12用以產(chǎn)生用于施加氣壓給位于多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3的第三關(guān)節(jié)部處的第三氣動(dòng)操作室16C的信號(hào)，且通過(guò)控制部分12驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)源4和打開第三電磁閥17c。結(jié)果，空氣從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由第三層壓型氣動(dòng)管2c、第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔2f和第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔3f供給第三氣動(dòng)操作孔3i，即，第三氣動(dòng)操作室16C，使得空氣壓力即氣壓施加給第三氣動(dòng)操作室16C。與施加氣壓一起，第三氣動(dòng)操作室16C膨脹，使得第三關(guān)節(jié)部被彎曲。為了進(jìn)行第三關(guān)節(jié)部的撓曲，停止控制部分12對(duì)氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，且打開第三電磁閥17c，這樣，釋放由于氣壓造成的在第三氣動(dòng)操作室16C處的膨脹，使得第三關(guān)節(jié)部返回到拉緊狀態(tài)。
根據(jù)第一實(shí)施例，任何任意的關(guān)節(jié)部可通過(guò)控制部分12對(duì)電磁閥17a、17b、17c的打開和關(guān)閉控制安全地彎曲。
(第二實(shí)施例)圖10和11分別是設(shè)置有第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手的透視圖和框圖，其中，通過(guò)面對(duì)面和左右對(duì)稱設(shè)置提供多個(gè)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如，一對(duì)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，給出抓握功能。將每個(gè)骨件1的根部用作關(guān)節(jié)部，將層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)放置和固定在固定部11處，以便彼此面對(duì)。
控制部分12控制氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，并且也分別獨(dú)立地控制插入左右第一層壓型驅(qū)動(dòng)管2a、2a上的第一電磁閥17a、17a的打開和關(guān)閉、插入左右第二層壓型驅(qū)動(dòng)管2b、2b上的第二電磁閥17b、17b的打開和關(guān)閉、以及插入左右第三層壓型驅(qū)動(dòng)管2c、2c上的第三電磁閥17c、17c的打開和關(guān)閉。并且，用于分別驅(qū)動(dòng)左右第一關(guān)節(jié)部3a的第一氣動(dòng)操作室16A由第一氣動(dòng)操作孔3g提供，在這里，隨著空氣供給第一氣動(dòng)操作室16A，每個(gè)第一關(guān)節(jié)部3a通過(guò)如圖8中所示的設(shè)置在第一彈性鉸鏈部1A-1的兩側(cè)上的第一骨件部1B-1和第二骨件本體部1B-2的引導(dǎo)繞第一彈性鉸鏈部1A-1彎曲。并且，用于驅(qū)動(dòng)左右第二關(guān)節(jié)部3b的第二氣動(dòng)操作室16B由第二氣動(dòng)操作孔3h提供，在這里，隨著空氣供給第二氣動(dòng)操作室16B，所述或每個(gè)第二關(guān)節(jié)部3b通過(guò)如圖8中所示的設(shè)置在第二彈性鉸鏈部1A-2的兩側(cè)上的第二骨件部1B-2和第三骨件本體部1B-3的引導(dǎo)繞第二彈性鉸鏈部1A-2彎曲。并且，用于驅(qū)動(dòng)左右第三關(guān)節(jié)部3c的第三氣動(dòng)操作室16C由第三氣動(dòng)操作孔3i提供，在這里，隨著空氣供給第三氣動(dòng)操作室16C，每個(gè)第三關(guān)節(jié)部3c通過(guò)如圖8中所示的設(shè)置在第三彈性鉸鏈部1A-3的兩側(cè)上的第三骨件部1B-2和第四骨件本體部1B-4的引導(dǎo)繞第三彈性鉸鏈部1A-3彎曲。
參看多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作，首先，控制部分12用以產(chǎn)生用于施加(例如同時(shí)施加)氣壓給位于多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3、3的左右第一關(guān)節(jié)部處的第一氣動(dòng)操作室16A、16A的信號(hào)，且通過(guò)控制部分12驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)源4和同時(shí)打開左右第一電磁閥17a、17a。結(jié)果，空氣分別和同時(shí)從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由左右第一層壓型氣動(dòng)管2a、2a、左右第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔2d、2d和左右第一循環(huán)氣體供應(yīng)孔3d、3d供給第一氣動(dòng)操作孔3g，即，左右第一氣動(dòng)操作室16A、16A，使得空氣壓力即氣壓施加給左右第一氣動(dòng)操作室16A、16A。與左右同時(shí)施加氣壓一起，左右第一氣動(dòng)操作室16A、16A膨脹，使得左右第一關(guān)節(jié)部同時(shí)被彎曲。為了進(jìn)行左右第一關(guān)節(jié)部的撓曲，停止控制部分12對(duì)氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，且打開第一電磁閥17a、17a，這樣，釋放由于氣壓造成的在第一氣動(dòng)操作室16A、16A處的膨脹，使得左右第一關(guān)節(jié)部返回到拉緊狀態(tài)。并且，獨(dú)立于左右第一關(guān)節(jié)部的撓曲，控制部分12用以產(chǎn)生用于施加(例如，同時(shí)施加)氣壓給位于左右多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的左右平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3、3的左右第二關(guān)節(jié)部處的第二氣動(dòng)操作室16B、16B的信號(hào)，且通過(guò)控制部分12驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)源4和同時(shí)打開第二電磁閥17b、17b。結(jié)果，空氣分別同時(shí)從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由左右第二層壓型氣動(dòng)管2b、2b、左右第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔2e、2e和左右第二循環(huán)氣體供應(yīng)孔3e、3e供給左右第二氣動(dòng)操作孔3h、3h，即，左右第二氣動(dòng)操作室16B、16B，使得空氣壓力即氣壓同時(shí)施加給左右第二氣動(dòng)操作室16B、16B。與左右同時(shí)施加氣壓一起，左右第二氣動(dòng)操作室16B、16B膨脹，使得左右第二關(guān)節(jié)部同時(shí)被彎曲。為了進(jìn)行左右第二關(guān)節(jié)部的撓曲，停止控制部分12對(duì)氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，且打開第二電磁閥17b、17b，這樣，釋放由于氣壓造成的在第二氣動(dòng)操作室16B、16B處的膨脹，使得左右第二關(guān)節(jié)部返回到拉緊狀態(tài)。并且，獨(dú)立于左右第二關(guān)節(jié)部的撓曲，控制部分12用以產(chǎn)生用于施加(例如，同時(shí)施加)氣壓給位于左右多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件3、3的左右第三關(guān)節(jié)部處的第三氣動(dòng)操作室16C、16C的信號(hào)，且通過(guò)控制部分12驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)源4和同時(shí)打開左右第三電磁閥17c、17c。結(jié)果，空氣從氣動(dòng)傳動(dòng)源4經(jīng)由左右第三層壓型氣動(dòng)管2c、2c、左右第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔2f、2f和左右第三循環(huán)氣體供應(yīng)孔3f、3f供給左右第三氣動(dòng)操作孔3i、3i，即，左右第三氣動(dòng)操作室16C、16C，使得空氣壓力即氣壓同時(shí)施加給左右第三氣動(dòng)操作室16C、16C。與左右同步施加氣壓一起，左右第三氣動(dòng)操作室16C、16C同時(shí)膨脹，使得左右第三關(guān)節(jié)部被彎曲。為了進(jìn)行左右第三關(guān)節(jié)部的撓曲，停止控制部分12對(duì)氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，且打開第三電磁閥17c、17c，這樣，釋放由于氣壓造成的在第三氣動(dòng)操作室16C、16C處的膨脹，使得左右第三關(guān)節(jié)部返回到拉緊狀態(tài)。
根據(jù)第二實(shí)施例，通過(guò)控制部分12對(duì)電磁閥17a、17b、17c的打開和關(guān)閉控制，安全地彎曲任意左右關(guān)節(jié)部，可執(zhí)行抓握操作。
作為第二實(shí)施例的修改，圖12和13分別是設(shè)置有第一實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手的透視圖和框圖，其中，通過(guò)面對(duì)面和左右對(duì)稱設(shè)置提供兩對(duì)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，給出抓握功能。將每個(gè)骨件1的根部用作關(guān)節(jié)部，將層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)放置和固定在固定部11處，以便彼此面對(duì)。每個(gè)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作與前述圖10的第二實(shí)施例中相同，因此省略對(duì)其的描述。
盡管在圖12和13中偶數(shù)個(gè)(例如兩個(gè))層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱排列，但是作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一修改，根據(jù)抓握對(duì)象的結(jié)構(gòu)，也可能如圖14的框圖和透視圖中所示，將左右兩個(gè)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和左右一個(gè)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱設(shè)置。每個(gè)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作與前述圖10的第二實(shí)施例中相同，因此省略對(duì)其的描述。
此外，也可使得以多個(gè)設(shè)置的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度和寬度相應(yīng)于其工作對(duì)象而改變。
作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一修改，如圖15和16的透視圖和框圖中所示，四個(gè)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置為左右對(duì)稱，即，左右上各有兩個(gè)，從而其基端部固定至固定部11，且氣動(dòng)傳動(dòng)源4分別經(jīng)由其氣壓導(dǎo)入管5連接至相應(yīng)的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且四個(gè)氣動(dòng)傳動(dòng)源4、...、4的驅(qū)動(dòng)由控制部分12控制。并且，在抓握表面?zhèn)壬希胖眠B接至控制部分12以檢測(cè)與對(duì)象接觸的接觸傳感器13、連接至接觸部分12以檢測(cè)與對(duì)象接觸時(shí)的壓力的壓敏傳感器14、連接至控制部分12以檢測(cè)與對(duì)象接觸時(shí)的摩擦力的摩擦傳感器15等。接著，關(guān)于由傳感器13、14、15的每個(gè)檢測(cè)的對(duì)象的抓握信息分別反饋到控制部分12，且四個(gè)氣動(dòng)傳動(dòng)源4、...、4彼此獨(dú)立地受控制部分12控制，以控制供給其相應(yīng)的氣動(dòng)操作室的氣壓，從而控制其相應(yīng)的關(guān)節(jié)部的撓曲操作。這樣，可能更有效地實(shí)現(xiàn)抓握操作。并且，通過(guò)用具有大摩擦阻力的柔性材料覆蓋所述或每個(gè)骨件1的抓握表面的至少部分，可能提高抓握能力。
如上所示，根據(jù)前一實(shí)施例，由于上述層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用，抓握手重量輕并且體積小，此外，由于將具有氣壓的驅(qū)動(dòng)源用作氣動(dòng)傳動(dòng)源4來(lái)使彈性件膨脹，從而如果發(fā)生與人的接觸和膨脹，則利用上述特征能足夠安全地操縱抓握手。并且，由于除了傳感器部外部需要電連接，所以存在這樣的優(yōu)點(diǎn)僅利用傳感器部的防水處理，即使在使用水的工作環(huán)境下抓握手也是可用的。
接下來(lái)，參看圖17至22，例如，描述根據(jù)圖15和16中所示的第二實(shí)施例的又一修改的抓握手的具體抓握操作。
抓握手的操作如下進(jìn)行，其中通過(guò)撓曲操作執(zhí)行用作抓握表面的各個(gè)骨件1對(duì)對(duì)象的抓握操作。
首先，在圖17中所述的抓握手的中立狀態(tài)下，產(chǎn)生用于從控制部分12施加氣壓給位于每個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件3處的第一氣動(dòng)操作室16A、第二氣動(dòng)操作室16B和第三氣動(dòng)操作室16C。利用這些信號(hào)，四個(gè)氣動(dòng)傳動(dòng)源4、...、4彼此獨(dú)立地被控制，以執(zhí)行設(shè)置在其相應(yīng)的氣壓導(dǎo)入管5上中部的電磁閥17的打開和關(guān)閉，從而氣壓從氣動(dòng)傳動(dòng)源4通過(guò)其相應(yīng)的氣壓導(dǎo)入管5和層壓型氣動(dòng)管形成件2同時(shí)或依次施加給第一氣動(dòng)操作室16A、第二氣動(dòng)操作室16B和第三氣動(dòng)操作室16C。與施加氣壓同時(shí)，第一氣動(dòng)操作室16A、第二氣動(dòng)操作室16B和第三氣動(dòng)操作室16C分別膨脹，從而關(guān)節(jié)部分別彎曲。作為所述撓曲操作的結(jié)果，利用充當(dāng)抓握表面的各個(gè)骨件1執(zhí)行對(duì)象18的抓握操作。
圖17是示出抓握手的狀態(tài)的平面圖，其中所述抓握手處于氣壓沒(méi)有施加給多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的中立狀態(tài)(多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)筆直拉緊的狀態(tài))。這些層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有這樣的功能當(dāng)氣壓在控制部分12的控制下從其氣動(dòng)傳動(dòng)源4施加給其氣動(dòng)操作室時(shí)，這些多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)向著抓握方向移位，即，向著相互靠近的方向移位；以及當(dāng)在控制部分12的控制下暫停其相應(yīng)的氣動(dòng)傳動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)以停止氣壓施加時(shí)，利用相應(yīng)的多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的彈性鉸鏈1A的彈性，多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)恢復(fù)到其初始位置，這樣抓握手保持中立狀態(tài)。在此中立狀態(tài)下，在控制部分12的控制下將相應(yīng)于抓握對(duì)象的氣壓施加給各個(gè)關(guān)節(jié)部使得抓握操作被完成。
圖18A和18B示出在待抓握的對(duì)象舉例來(lái)說(shuō)是圓筒形或柱形抓握對(duì)象18(其尺寸(直徑或?qū)挾?近似等于在抓握手的中立狀態(tài)下每個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的打開距離)的情形下的模型的平面圖。如圖18A中所示，首先，通過(guò)未示出的上面放置抓握手的運(yùn)輸車或類似物等移動(dòng)抓握手，直到抓握對(duì)象18接近固定部11附近。此后，如圖18B中所示，在控制部分12的控制下，氣壓分別從相應(yīng)的氣動(dòng)傳動(dòng)源4施加給多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一氣動(dòng)操作室16A(靠近固定部11)，從而第一關(guān)節(jié)部向內(nèi)彎曲，即，向著抓握方向彎曲。在相應(yīng)的抓握表面已經(jīng)接觸抓握對(duì)象18時(shí)(例如，當(dāng)設(shè)置在各個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握表面處的每個(gè)接觸傳感器都已經(jīng)將表示與抓握對(duì)象18接觸的信號(hào)輸入到控制部分12時(shí))，在控制部分12的控制下，氣壓分別從氣動(dòng)傳動(dòng)源4施加給第二氣動(dòng)操作室16B，這樣，相應(yīng)的第二關(guān)節(jié)部彎曲，以使抓握對(duì)象18由這四個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包圍，從而實(shí)現(xiàn)抓握。為了解除抓握，如上所述，在控制部分12的控制下暫停其相應(yīng)的氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，以停止氣壓施加，以便利用相應(yīng)的多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的彈性鉸鏈1A的彈性，多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)恢復(fù)到其初始位置(不是彎曲，而是筆直拉緊)，從而抓握手進(jìn)入中立狀態(tài)，即，抓握解除狀態(tài)。
圖19A和19B示出在待抓握的對(duì)象舉例來(lái)說(shuō)是圓筒形或柱形抓握對(duì)象19(其尺寸(直徑或?qū)挾?小于在抓握手的中立狀態(tài)下每個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的打開距離)的情形下的模型的平面圖。如圖19A中所示，首先，通過(guò)未示出的上面放置抓握手的運(yùn)輸車或類似物等移動(dòng)抓握手，直到抓握對(duì)象19接近每個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的端部。此后，如圖19B中所示，在控制部分12的控制下，以增加到固定部11的距離的順序，氣壓依次分別從相應(yīng)的氣動(dòng)傳動(dòng)源4施加給多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一氣動(dòng)操作室16A、第二氣動(dòng)操作室16B和第三氣動(dòng)操作室16C，從而關(guān)節(jié)部向內(nèi)彎曲，即，向著抓握方向彎曲。在相應(yīng)的抓握表面已經(jīng)接觸抓握對(duì)象19時(shí)(例如，當(dāng)設(shè)置在相應(yīng)的多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握表面處的每個(gè)接觸傳感器都已經(jīng)將表示與抓握對(duì)象19接觸的信號(hào)輸入到控制部分12時(shí))，在控制部分12的控制下，氣壓進(jìn)一步分別從氣動(dòng)傳動(dòng)源4施加給第二氣動(dòng)操作室16B，這樣，相應(yīng)的第二關(guān)節(jié)部彎曲，以使抓握對(duì)象19由這四個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包圍，從而實(shí)現(xiàn)抓握。為了解除抓握，如上所述，在控制部分12的控制下暫停相應(yīng)的氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，以停止氣壓施加，以便利用相應(yīng)的多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的彈性鉸鏈1A的彈性，多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)恢復(fù)到其初始位置(不是彎曲，而是筆直拉緊)，從而抓握手進(jìn)入中立狀態(tài)，即，抓握解除狀態(tài)。
圖20A、20B和21示出在待抓握的對(duì)象舉例來(lái)說(shuō)是圓筒形或柱形抓握對(duì)象20(其尺寸(直徑或?qū)挾?大于在抓握手的中立狀態(tài)下每個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的打開距離)的情形下的模型的平面圖。在此實(shí)例中，連接至相應(yīng)的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)傳動(dòng)源4除了氣壓施加功能外，還具有壓力減少泵的反向驅(qū)動(dòng)(排氣驅(qū)動(dòng))可控性或強(qiáng)制排氣功能等。由于在控制部分12的控制下驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的氣動(dòng)傳動(dòng)源4進(jìn)入排氣，在圖20A的中立狀態(tài)下，空氣被迫從如圖20B中所示的每個(gè)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一氣動(dòng)操作室16A、第二氣動(dòng)操作室16B和第三氣動(dòng)操作室16C排放，這樣，每個(gè)層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的打開距離甚至比沒(méi)有施加氣壓的中立狀態(tài)的打開距離更寬，從而使得更容易將抓握對(duì)象20放入抓握手中。此后，通過(guò)未示出的上面放置抓握手的運(yùn)輸車或類似物等移動(dòng)抓握手，直到抓握對(duì)象20接近每個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的端部。此后，如圖21中所示，在控制部分12的控制下，以增加到固定部11的距離的順序，氣壓依次分別從相應(yīng)的氣動(dòng)傳動(dòng)源4施加給多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一氣動(dòng)操作室16A、第二氣動(dòng)操作室16B和第三氣動(dòng)操作室16C，從而關(guān)節(jié)部向內(nèi)彎曲，即，向著抓握方向彎曲。在相應(yīng)的抓握表面已經(jīng)接觸抓握對(duì)象20時(shí)(例如，當(dāng)設(shè)置在各個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握表面處的每個(gè)接觸傳感器都已經(jīng)將表示與抓握對(duì)象20接觸的信號(hào)輸入到控制部分12時(shí))，在控制部分12的控制下，氣壓進(jìn)一步分別從氣動(dòng)傳動(dòng)源4施加給第三氣動(dòng)操作室16C，這樣，相應(yīng)的第二關(guān)節(jié)部彎曲，以使抓握對(duì)象20由這四個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包圍，從而實(shí)現(xiàn)抓握。為了解除抓握，如上所述，在控制部分12的控制下暫停相應(yīng)的氣動(dòng)傳動(dòng)源4的驅(qū)動(dòng)，以停止氣壓施加，以便利用相應(yīng)的多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的彈性鉸鏈1A的彈性，多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)恢復(fù)到其初始位置(不是彎曲，而是筆直拉緊)，從而抓握手進(jìn)入中立狀態(tài)，即，抓握解除狀態(tài)。并且，為了更可靠地釋放抓握，通過(guò)迫使空氣從每個(gè)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一氣動(dòng)操作室16A、第二氣動(dòng)操作室16B和第三氣動(dòng)操作室16C排放，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的打開距離甚至比沒(méi)有施加氣壓的中立狀態(tài)的打開距離更寬，從而使得抓握對(duì)象20更容易從抓握手松開。
如上所述，具有至少一對(duì)多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手具有使得可能抓握各種不同對(duì)象的特征。
(第三實(shí)施例)圖22是機(jī)器人的透視圖，所述機(jī)器人使用根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，且其中，根據(jù)第二實(shí)施例的圖12的抓握手設(shè)置在圖1的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂的端部。
圖22的機(jī)器人臂21使用根據(jù)第一實(shí)施例的圖1中所示的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其驅(qū)動(dòng)原理與在第一實(shí)施例中描述的相同。機(jī)器人臂21經(jīng)由收卷機(jī)構(gòu)23連接至將收卷機(jī)構(gòu)23作為氣動(dòng)傳動(dòng)源的機(jī)器人臂支柱22，并且，根據(jù)第二實(shí)施例的圖12中所示的抓握手24連接至機(jī)器人臂21的端部。通過(guò)機(jī)器人臂21的驅(qū)動(dòng)，抓握手24定位到可移動(dòng)范圍內(nèi)的任意位置，以抓握抓握對(duì)象。使用本發(fā)明的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂21使得可能實(shí)現(xiàn)能確保對(duì)使用上述機(jī)器人臂的人的安全性的靈活定位。
并且，在層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于機(jī)器人臂21的情形下，更理想的是沿圖22的第三實(shí)施例中的垂直方向設(shè)置其層壓表面。利用這種結(jié)構(gòu)，由于骨件平面剛度大，所以可能利用骨件支承重的抓握對(duì)象，從而使得機(jī)器人臂能處理重的抓握對(duì)象。
已經(jīng)就機(jī)器人臂21經(jīng)由收卷機(jī)構(gòu)23連接至機(jī)器人臂支柱22的結(jié)構(gòu)描述了圖22的第三實(shí)施例。然而，不限于此，也可以其它方式給出結(jié)構(gòu)，例如，其中這樣的單軸或多軸收卷機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)器人臂支柱22的根部或機(jī)器人臂21和抓握手24之間。結(jié)合這樣的多軸收卷機(jī)構(gòu)，可能使得抓握手更靈活地定位。
通過(guò)適當(dāng)組合上述各種實(shí)施例的任意實(shí)施例，可以產(chǎn)生這些實(shí)施例所擁有的效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括骨件，具有至少兩個(gè)可彈性變形的彈性變形部；層壓型氣動(dòng)管件，具有至少兩個(gè)線管，所述線管固定為放置在骨件上，且連接至氣動(dòng)傳動(dòng)源；平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件，固定為放置在層壓型氣動(dòng)管件上，具有氣動(dòng)操作室，所述氣動(dòng)操作室分別放在面對(duì)骨件的彈性變形部的關(guān)節(jié)部處，且分別連接至管，其中隨著氣壓施加給氣動(dòng)操作室，相應(yīng)于壓力施加至的氣動(dòng)操作室的關(guān)節(jié)部可變形，且其中隨著氣壓施加給相應(yīng)于需要被驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)部的氣動(dòng)操作室，關(guān)節(jié)部可變形。利用這種構(gòu)造，可提供這樣一種層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)具有用于抓握各種不同對(duì)象的抓握性能的抓握手；以及結(jié)構(gòu)安全而簡(jiǎn)單；此外可以低成本實(shí)現(xiàn)。
作為具有抓握各種不同對(duì)象的抓握性能、安全和具有多關(guān)節(jié)部的抓握手，可以簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和低成本實(shí)現(xiàn)其中所述層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)面對(duì)面排列的抓握手。
并且，在層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造中，通過(guò)使在至少?gòu)椥宰冃尾刻幘哂袕椥糟q鏈的骨件一體成型，和將平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件一起結(jié)合在骨件上，可以簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和低成本制造層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
進(jìn)而，當(dāng)形成多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的部分的骨件在其關(guān)節(jié)部處具有彈性鉸鏈時(shí)，使得通過(guò)將關(guān)節(jié)部的自由度限制到一個(gè)自由度，本發(fā)明的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能提高抓握剛度，從而能更有效地實(shí)現(xiàn)上述工作效果。
并且，實(shí)現(xiàn)在其遠(yuǎn)端設(shè)置有抓握手時(shí)使用層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂，以實(shí)現(xiàn)抓握手相對(duì)于位于其可移動(dòng)范圍內(nèi)的抓握對(duì)象的安全定位。
盡管已經(jīng)結(jié)合參考附圖的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)指出，各種改變和修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的。只要這樣的改變和修改沒(méi)有偏離本發(fā)明，則應(yīng)將其理解為包含在由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括用于氣壓的氣動(dòng)傳動(dòng)源(4)；骨件(1)，具有至少兩個(gè)可彈性變形的彈性變形部(1A)；層壓型氣動(dòng)管件(2)，具有至少兩個(gè)線管(2a，2b)，所述線管固定為放置在骨件上并且連接至所述氣動(dòng)傳動(dòng)源；以及平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件(3)，固定為放置在層壓型氣動(dòng)管件上，并具有氣動(dòng)操作室(16A，16B)，所述氣動(dòng)操作室分別放在面對(duì)骨件的彈性變形部的關(guān)節(jié)部(3a，3b)處，且分別連接至所述管，其中隨著氣壓施加給氣動(dòng)操作室，與被施加氣壓的氣動(dòng)操作室相應(yīng)的關(guān)節(jié)部可變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中所述層壓型氣動(dòng)管件如此形成，使得多個(gè)成型的有機(jī)膜(2A，2B，2C)一個(gè)在另一個(gè)上層疊，以形成所述管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中所述平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件包括約束層(3C)，用于使平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件沿其縱向的伸展性和收縮性具有方向性，其中當(dāng)平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件膨脹時(shí)，撓曲操作通過(guò)骨件的引導(dǎo)執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中所述骨件的多個(gè)彈性變形部分別是彈性鉸鏈部(1A)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中所述骨件的多個(gè)彈性變形部分別是彈性鉸鏈部(1A)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中所述平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件的約束層是其中編織有網(wǎng)狀纖維(10)的柔性有機(jī)膜材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中所述平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件包括約束層(3C)，用于使平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件沿其縱向的伸展性和收縮性具有方向性，其中當(dāng)平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件的關(guān)節(jié)部膨脹時(shí)，撓曲操作通過(guò)骨件的引導(dǎo)執(zhí)行，且其中平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件的約束層是其中編織有網(wǎng)狀纖維(10)的柔性有機(jī)膜材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中所述平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件包括約束層(3C)，用于使平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件沿其縱向的伸展性和收縮性具有方向性，其中當(dāng)平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件的關(guān)節(jié)部膨脹時(shí)，撓曲操作通過(guò)骨件的引導(dǎo)執(zhí)行，且其中平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件的約束層是其中編織有網(wǎng)狀纖維(10)的柔性有機(jī)膜材料。
9.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方法，所述方法包括至少在所述彈性變形部(1A)處一體成型具有彈性鉸鏈的骨件(1)；以及將層壓型氣動(dòng)管件和平面型關(guān)節(jié)部撓性形變件層疊和結(jié)合在骨件上。
10.一種具有根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象(18，19，20)。
11.一種具有根據(jù)權(quán)利要求3所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象(18，19，20)。
12.一種具有根據(jù)權(quán)利要求4所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象(18，19，20)。
13.一種具有根據(jù)權(quán)利要求5所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象(18，19，20)。
14.一種具有根據(jù)權(quán)利要求6所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓握手，所述抓握手面對(duì)面設(shè)置，以便能抓握對(duì)象(18，19，20)。
15.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂。
16.一種使用根據(jù)權(quán)利要求3所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂。
17.一種使用根據(jù)權(quán)利要求4所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人臂。
18.一種機(jī)器人臂，在所述臂的端部設(shè)置根據(jù)權(quán)利要求10所述的抓握手。
19.一種機(jī)器人臂，在所述臂的端部設(shè)置根據(jù)權(quán)利要求11所述的抓握手。
20.一種機(jī)器人臂，在所述臂的端部設(shè)置根據(jù)權(quán)利要求12所述的抓握手。
21.一種機(jī)器人，包括機(jī)器人臂，包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；以及根據(jù)權(quán)利要求10所述的抓握手，設(shè)置在所述機(jī)器人臂的端部。
全文摘要
一種層壓型多關(guān)節(jié)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括骨件(1)，具有至少兩個(gè)彈性變形部(1A)；層壓型氣壓管件(2)，具有層疊在骨件上且連接至氣壓驅(qū)動(dòng)源(4)的至少兩個(gè)線管(2a，2b)；以及平面型關(guān)節(jié)部撓曲形變件(3)，層疊在層壓型氣動(dòng)管件上，分別放置在面對(duì)變形部的關(guān)節(jié)部(3a，3b)上，且連接至所述管，相應(yīng)于氣壓施加給的氣壓操作室的關(guān)節(jié)部可變形。
文檔編號(hào)B25J15/00GK1753762SQ200480005059
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者小野敦, 橫山和夫 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社