JP7442784B2 - Wire drive device and robot hand - Google Patents

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Description

本発明は、物体を牽引するための動力源となるワイヤ駆動装置、及びロボットハンドに関する。 The present invention relates to a wire drive device that serves as a power source for towing an object , and a robot hand .

ロボットハンドは、工業用エンドエフェクタとしてだけでなく、ヒューマノイドロボットハンドおよび義手としても開発されている。ヒューマノイドハンドと義手には、人間の手と同等の能力が必要である。さらに、外力に対して頑丈で、軽量で、把握力が高く、人間の手の自然な作動を模倣できるものでなければならない。現在、多指ハンドの作動システムが開発されている。 Robot hands have been developed not only as industrial end effectors but also as humanoid robot hands and prosthetic hands. Humanoid hands and prosthetic hands must have the same capabilities as human hands. Additionally, it must be robust against external forces, lightweight, have high grip strength, and be able to mimic the natural actions of the human hand. Multi-fingered hand actuation systems are currently being developed.

手の駆動ユニットの中で、モータでワイヤを牽引する方法は、空気圧または油圧作動に比べて、軽量かつ小型で、ロボットハンド内に容易に設置できるなどの利点を有する。引張力Tはプーリ半径R（T = J / R、ここで、Jはモータトルク）に反比例して上昇するため、Rは小さなモータで高出力を得るためにできる限りタイトに設計される。しかしながら、指骨を作動させるために必要とされる回転数は、プーリ半径に反比例して上昇する。巻線プーリに固定されたワイヤ端部の場合、プーリを回転させながらワイヤを重ねることにより、プーリ半径が増加する。これによって、プーリ半径を増加させ、引張力を減少させ、作動速度を増加させる。加えて、作動システムは一方向のみを引っ張ることができる。したがって、手は弾性力を利用して関節を逆方向に回転させる。この力は、作動による伝達力を低下させる。この問題を解決するために、關らが開発したハンドは2本のワイヤを使用する（非特許文献１）。この方法では、モータは、弾性材料なしに屈曲あるいは伸展側を回転させるように指節を作動させる。しかし、この方法では過大な外力や衝撃力を解放することができない。 In the hand drive unit, the method of pulling the wire with a motor has advantages over pneumatic or hydraulic actuation, such as being lightweight and compact, and easily installed in the robot hand. Since the tensile force T increases inversely with the pulley radius R (T = J/R, where J is the motor torque), R is designed to be as tight as possible to obtain high output with a small motor. However, the number of rotations required to actuate the phalanx increases inversely with the pulley radius. For a wire end fixed to a winding pulley, the pulley radius is increased by overlapping the wire while rotating the pulley. This increases the pulley radius, reduces the pulling force, and increases the operating speed. Additionally, the actuation system can only pull in one direction. Therefore, the hand uses elastic force to rotate the joint in the opposite direction. This force reduces the transmitted force due to actuation. To solve this problem, the hand developed by Seki et al. uses two wires (Non-Patent Document 1). In this method, a motor operates the phalanx to rotate the flexion or extension side without elastic material. However, this method cannot release excessive external force or impact force.

他の手法では、ワイヤの両端をロボットの指節に固定し、プーリは超音波ハンド（非特許文献２）のような摩擦力を用いてワイヤを巻く。巻取り機構は摩擦力を利用しているため、外力によってワイヤが最大静止摩擦力以上で引っ張られると、ワイヤとプーリとの間に滑りが発生する。これにより、作動機構の破損が防止される。しかしながら、このコンプライアンス作動機構の問題は、ワイヤが滑車の周りを滑り、ワイヤのたるみが発生したときにロボットの指骨に力を伝達することができないことである。このように、超音波ハンドの作動はプルスプリングをテンショナとしてワイヤに直接リンクする。 In other techniques, both ends of the wire are fixed to the phalanx of the robot, and a pulley winds the wire using frictional force, such as in an ultrasonic hand (Non-Patent Document 2). Since the winding mechanism uses frictional force, if the wire is pulled by an external force beyond the maximum static frictional force, slippage will occur between the wire and the pulley. This prevents damage to the actuation mechanism. However, the problem with this compliance actuation mechanism is that the wire slides around the pulley and is unable to transmit force to the robot's phalanx when wire slack occurs. In this way, the actuation of the ultrasonic hand links directly to the wire with the pull spring as a tensioner.

T. Seki, T. Nakamura, R. Kato, S. Morishita and H. Yokoi, “Development of five-finger multi-DoF myoelectric hands with a power allocation mechanism”, 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Karlsruhe, 2013, pp. 2054-2059.T. Seki, T. Nakamura, R. Kato, S. Morishita and H. Yokoi, “Development of five-finger multi-DoF myoelectric hands with a power allocation mechanism”, 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Karlsruhe, 2013, pp. 2054-2059. I. Yamano and T. Maeno, “Five-fingered Robot Hand using Ultrasonic Motors and Elastic Element”, Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2005, pp. 2673-2678.I. Yamano and T. Maeno, “Five-fingered Robot Hand using Ultrasonic Motors and Elastic Element”, Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2005, pp. 2673-2678.

ワイヤにより駆動される機構は、ワイヤの伝達する力と距離および速度により，動特性が規定される。一定のけん引力の下で、ロボットハンドなどの関節を駆動する場合、関節駆動力を増加させるためには、モーメントアームを増大させる必要があるが、モーメントアームの増大によりワイヤの駆動距離は増大する。一般には，ロボットハンド全体に占める駆動機構の体積は小さなものであるため、大量のワイヤを巻き取るような巻き上げドラムをロボットハンド内に収納することは難しい。 The dynamic characteristics of a mechanism driven by a wire are determined by the force, distance, and speed transmitted by the wire. When driving a joint such as a robot hand under a constant traction force, it is necessary to increase the moment arm in order to increase the joint driving force, but increasing the moment arm increases the wire driving distance. . Generally, the drive mechanism occupies a small volume in the entire robot hand, so it is difficult to house a winding drum that winds up a large amount of wire in the robot hand.

本発明では、ワイヤ駆動型ロボットハンドの問題点を解決する新しい手法を提案する。まず、弾性力の代わりにドラム圧力を利用してワイヤのたるみを防止する新しい機構を用いる。また、機構の静的モデルを分析し、滑りの瞬間におけるワイヤの最大引張力を導入する。最後に、提案機構は、機構の有効性を確認するために、手首屈曲の作動として従来の2自由度手の内部に設置される。 The present invention proposes a new method to solve the problems of wire-driven robot hands. First, a new mechanism is used that uses drum pressure instead of elastic force to prevent the wire from sagging. We also analyze the static model of the mechanism and introduce the maximum tensile force of the wire at the moment of slippage. Finally, the proposed mechanism is installed inside a conventional two-DOF hand as actuation of wrist flexion to confirm the effectiveness of the mechanism.

本発明の一実施例に係るワイヤ駆動装置は、第１回転軸周りに回転可能に設けられたプーリと、前記第１回転軸の軸方向に並んで前記プーリに複数回巻き付けられた巻回部を有し、被牽引物を牽引するワイヤと、前記プーリを回転させるモータと、前記巻回部のうち少なくとも前記軸方向両端に配置される一対の巻回端部を、前記プーリに対して押さえ付ける押圧部と、前記巻回部のうち少なくとも前記巻回端部の前記軸方向への移動を規制する、少なくとも１個の規制部と、前記押圧部を支持する支持部材と、前記支持部材に設けられたバネと、を備え、前記押圧部は、前記軸方向に沿う第２回転軸周りに回転可能なドラムであり、前記第１回転軸と前記第２回転軸との軸間距離が可変であり、前記支持部材は、前記ドラムの前記軸方向両端に配置されて前記ドラムを前記第２回転軸周りに回転可能に支持するとともに、前記プーリ側から見て前記第２回転軸に交差するように延び、前記バネは、それぞれの前記支持部材の延びる方向の両端に、前記軸方向から見て前記プーリを挟むように一対設けられ、前記支持部材から前記プーリ側に延びて前記支持部材を前記プーリ側に付勢する。 A wire driving device according to an embodiment of the present invention includes a pulley rotatably provided around a first rotating shaft, and a winding portion that is wound around the pulley multiple times in line with the axial direction of the first rotating shaft. a wire for pulling an object to be towed, a motor for rotating the pulley, and a pair of winding ends disposed at least at both ends of the winding part in the axial direction, the wire being held against the pulley. a pressing portion attached to the winding portion; at least one regulating portion that restricts movement of at least the winding end portion of the winding portion in the axial direction ; a support member supporting the pressing portion; a spring provided therein, the pressing part is a drum rotatable around a second rotation axis along the axial direction, and the distance between the first rotation axis and the second rotation axis is variable. The support members are disposed at both ends of the drum in the axial direction to rotatably support the drum around the second rotation axis, and intersect with the second rotation axis when viewed from the pulley side. A pair of springs are provided at both ends in the extending direction of each of the support members so as to sandwich the pulley when viewed from the axial direction, and extend from the support member toward the pulley to support the support member. The pulley is biased toward the pulley .

上記構成において、前記押圧部は、前記規制部のうち第１規制部を有してもよい。 In the above configuration, the pressing section may include a first regulating section among the regulating sections.

上記構成において、前記第１規制部は、前記ドラムの外周面上に、前記ドラムの周方向に沿って、前記軸方向に互いに間隔をあけて設けられた複数の第１溝部であり、前記巻回端部は、前記第１溝部に配置されていてもよい。 In the above configuration, the first regulating portion is a plurality of first groove portions provided on the outer circumferential surface of the drum along the circumferential direction of the drum and spaced from each other in the axial direction, and The turning end portion may be arranged in the first groove portion.

上記構成において、前記巻回部のうち、前記プーリと前記ドラムとの間に配置される巻回接触部は、前記第１溝部に配置されていてもよい。 In the above configuration, a winding contact portion of the winding portion disposed between the pulley and the drum may be disposed in the first groove.

上記構成において、前記プーリは、前記規制部のうち第２規制部を有してもよい。 In the above configuration, the pulley may include a second regulating section among the regulating sections.

上記構成において、前記第２規制部は、前記プーリの外周面に、前記軸方向に沿って延びるらせん状に形成された第２溝部であり、前記ワイヤは、前記第２溝部に沿って巻き付けられてもよい。
本発明の一実施例に係るロボットハンドは、上記のワイヤ駆動装置を有するハンド本体部と、前記ハンド本体部に対して回転可能に設けられた前記被牽引物と、を備え、前記ワイヤの両端は、それぞれ前記被牽引物の異なる２箇所に固定されている。
In the above configuration, the second regulating portion is a second groove formed in a spiral shape extending along the axial direction on the outer peripheral surface of the pulley, and the wire is wound around the second groove. It's okay.
A robot hand according to an embodiment of the present invention includes a hand main body having the wire drive device described above, and the towed object rotatably provided with respect to the hand main body, and the robot hand has both ends of the wire. are fixed at two different locations on the towed object, respectively.

本発明を用いることにより、巻き上げドラム直径を小さくするとともに，牽引力を増大することができるため、ロボットハンドの性能向上と軽量化が可能となり、商品価値は大きく向上する。また、押しつけドラムに多段プーリの形状を用いることにより、ドラム状のワイヤの位置を定めることにより、巻き上げドラムの回転数によらず、同じ位置でワイヤを牽引し続けることが可能となる。さらに、押しつけドラムと巻き上げドラムの押しつけ力については、摩擦理論から導かれるワイヤの巻線数以上のワイヤを巻き上げドラムに巻き付けることにより、押しつけ力を十分に小さくすることが可能となり、駆動エネルギーのロスを低減することが可能となる。 By using the present invention, it is possible to reduce the diameter of the hoisting drum and increase the traction force, thereby making it possible to improve the performance and reduce the weight of the robot hand, thereby greatly increasing its commercial value. Furthermore, by using a multi-stage pulley shape for the pressing drum and determining the position of the drum-shaped wire, it becomes possible to continue pulling the wire at the same position regardless of the rotation speed of the hoisting drum. Furthermore, regarding the pressing force between the pressing drum and the winding drum, by winding the winding drum with more wire than the number of turns of wire derived from friction theory, it is possible to sufficiently reduce the pressing force, reducing drive energy loss. This makes it possible to reduce the

本発明のワイヤ駆動装置の図面である。ワイヤはプーリの周りをn回巻き付ける。圧力ドラムはワイヤをプーリにテンショナとワイヤーガイドとして押し付ける。1 is a drawing of a wire driving device of the present invention. Wrap the wire around the pulley n times. The pressure drum presses the wire against the pulley as a tensioner and wire guide. 本発明のワイヤ駆動装置に関する図面である。(a)、(b)は正面図と右図である。(a)θ1はワイヤとプーリとの最初の接触点からワイヤと圧力ドラムへの角度であり、θ2はワイヤと圧力ドラムとの最後の接触点からワイヤとプーリまでの角度である。（b）プーリに巻きつけたワイヤがｎ圏巻く。オイラーのベルト式によれば、T1、T2などの張力は異なる強度を持っている。It is a drawing regarding the wire drive device of this invention. (a) and (b) are the front view and right view. (a) θ 1 is the angle from the first point of contact between the wire and the pulley to the wire and the pressure drum, and θ 2 is the angle from the last point of contact between the wire and the pressure drum to the wire and the pulley. (b) The wire wrapped around the pulley winds around n circles. According to Euler's belt equation, tensions such as T 1 and T 2 have different strengths. 本発明のワイヤ駆動装置のプーリの力学に関する説明図である。(a）は半径方向の力の平衡、（b）は接線力の平衡を表現している。FIG. 3 is an explanatory diagram regarding the dynamics of the pulley of the wire drive device of the present invention. (a) represents the balance of radial forces, and (b) represents the balance of tangential forces. 本発明のワイヤ駆動装置のワイヤ巻取り機構の構成に関する図である。圧力ドラムは4つの引張バネでプーリに押し込まれる。これらのスプリングはベアリングホルダーと掌パーツをリンクする。ベアリングホルダーは圧力ドラムのベアリングを固定する。ワイヤの両端は手首部分に固定されている。It is a figure regarding the structure of the wire winding mechanism of the wire drive device of this invention. The pressure drum is pushed into the pulley by four tension springs. These springs link the bearing holder and the palm part. The bearing holder fixes the pressure drum bearing. Both ends of the wire are fixed to the wrist. 本発明のワイヤ駆動装置を用いた筋電義手の関節構造に関する図である。太線はワイヤの動きを示す。4本の小さなガイドプーリがワイヤを手首部分に導く。ワイヤの一端は手首部分で結ばれている。ほかには、中空のボルトに通され、ボルトの上に固定される。ワイヤの弾性による手首屈曲の発生を防止するため、ワイヤに対する初期張力をとった。FIG. 2 is a diagram regarding the joint structure of a myoelectric prosthetic hand using the wire drive device of the present invention. Thick lines indicate wire movement. Four small guide pulleys guide the wire to the wrist area. One end of the wire is tied at the wrist. In others, it is threaded through a hollow bolt and fixed onto the bolt. In order to prevent wrist bending due to the elasticity of the wire, initial tension was applied to the wire. 筋電義手の構成に関する図である。(a)は従来の2DoF義手、（b）は提案された機構を備えた3DoF義手である。FIG. 2 is a diagram regarding the configuration of a myoelectric prosthetic hand. (a) is a conventional 2DoF prosthetic hand, and (b) is a 3DoF prosthetic hand with the proposed mechanism. 実施例２に係るロボットハンドの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a robot hand according to a second embodiment. 実施例２に係るロボットハンドの側面図である。FIG. 3 is a side view of a robot hand according to a second embodiment. 実施例２に係るワイヤ駆動装置の側面図である。FIG. 3 is a side view of a wire drive device according to a second embodiment. 実施例２に係るワイヤ駆動装置の側面図である。FIG. 3 is a side view of a wire drive device according to a second embodiment. 実施例３に係るワイヤ駆動装置の側面図である。FIG. 7 is a side view of a wire drive device according to a third embodiment. 実施例４に係るワイヤ駆動装置の側面図である。FIG. 4 is a side view of a wire drive device according to a fourth embodiment.

A.材料：
図1に示した本発明のワイヤ巻取り機構は、ワイヤをプーリに固定しない。代わりに、ワイヤはプーリに巻き付けられ、溝ドラムによってプーリに押し付けられる。ドラムはプーリにワイヤを導く働きをする。さらに、ドラム圧力は、ワイヤとプーリとの間の摩擦力を増加させる。 A. Materials:
The wire winding mechanism of the present invention shown in FIG. 1 does not fix the wire to the pulley. Instead, the wire is wrapped around a pulley and pressed against it by a grooved drum. The drum serves to guide the wire to the pulley. Additionally, drum pressure increases the frictional force between the wire and the pulley.

B.静的モデルの分析：
本発明のワイヤ巻取り機構は、ワイヤとプーリとの間の摩擦力を用いてアクチュエータの動力を伝達するため、滑りTmの瞬間にワイヤの端部に引っ張り力を計算する必要がある。Tmがプーリの巻取り力よりも小さい場合、プーリは滑りによりワイヤを引っ張ることができない。 B. Analysis of static model:
Since the wire winding mechanism of the present invention uses the frictional force between the wire and the pulley to transmit the power of the actuator, it is necessary to calculate the pulling force on the end of the wire at the moment of slippage T m . If T m is smaller than the pulley winding force, the pulley cannot pull the wire due to slippage.

図2は、静的な物理モデルを示す。ワイヤは、n圏の固定円柱の周りに巻かれ、ドラム圧力NDで円柱に押し付けられる。ワイヤの端部の保持力はThである。ワイヤが固定された円柱の周りを回るとき、片側の端部での最大静止摩擦力は、オイラーのベルト式[14,15]によって計算される。Tmは、巻き付けられたワイヤの張力および接触角セグメントによって引き起こされる静止摩擦力から決定される。ドラム圧力はより静摩擦力を発生させる。図2に示すように、ワイヤ張力をT1、T2…とする。 Figure 2 shows the static physical model. The wire is wrapped around a fixed cylinder in the n-sphere and pressed against the cylinder with a drum pressure N D. The holding force at the end of the wire is T h . When the wire goes around a fixed cylinder, the maximum static friction force at one end is calculated by Euler's belt equation [14,15]. T m is determined from the tension of the wound wire and the static friction force caused by the contact angle segment. Drum pressure creates more static friction forces. As shown in FIG. 2, the wire tensions are T 1 , T 2 . . . .

まず、ワイヤの左端から第1接触点までの間における最大静止摩擦力T1は、オイラーのベルト式とドラム圧力によって与えられる。 First, the maximum static friction force T 1 between the left end of the wire and the first contact point is given by Euler's belt equation and drum pressure.

Figure 0007442784000001
θ1は、左端部からドラムとの第1接触点までの巻き付けワイヤ角度である。最大静止摩擦力の第2の要素は、ドラム圧力およびワイヤとプーリとの間の静摩擦係数μによって生成される。 次に、第2接触点において、最大静止摩擦力はT1に指数関数をかけた第1要素とドラム圧力による第2要素から生成される。
Figure 0007442784000001
 θ 1 is the wrapped wire angle from the left end to the first point of contact with the drum. The second component of the maximum static friction force is generated by the drum pressure and the static friction coefficient μ between the wire and the pulley. Then, at the second point of contact, the maximum static friction force is generated from the first component of T 1 multiplied by an exponential function and the second component due to the drum pressure.

Figure 0007442784000002
最後に、最後の接触点nから角度θ2のワイヤの右端までを計算することによって、最大静的引っ張り力Tmが得られる。
Figure 0007442784000002
 Finally, the maximum static tensile force T m is obtained by calculating from the last contact point n to the right end of the wire at an angle θ 2 .

Figure 0007442784000003
上式の摩擦力TWの第1要素は保持力によって生成され、第2要素TDはドラム圧力によって生成される。保持力Th、回転数n、ドラム力NDが可変し、ドラムが発生する摩擦力が保持力に依存しない。摩擦力の両方の要素は回転数に依存する。
Figure 0007442784000003
 The first component of the frictional force T W in the above equation is generated by the holding force, and the second component T D is generated by the drum pressure. The holding force T h , the rotation speed n, and the drum force N D are variable, and the frictional force generated by the drum does not depend on the holding force. Both components of the frictional force depend on the rotational speed.

C.巻取りプーリの静的モデル：
プーリが回転しているときのワイヤセグメントの張力によって生じる最大静止摩擦力を考慮する。解析を容易にするために、静的モデルの摩擦力はドラムを排除する。図3にそのモデルを示す。ワイヤセグメントはプーリに巻き付けられ、プーリは角速度ωで回転する。プーリの力が釣り合うから、小さな角度dθでの反力Nは(Th-mv2)dθである。単位長あたりの質量をm、速度をvとすると、プーリ表面での力釣り合いはdT＝Fである。摩擦力FはμNに等しいため、微分方程式は0から最大接触角まで積分することで解くことができる(2(n-1)π+θ1+θ2)。 C. Static model of take-up pulley:
Consider the maximum static friction force caused by the tension in the wire segment when the pulley is rotating. To facilitate analysis, the static model of friction forces excludes the drum. Figure 3 shows the model. The wire segment is wrapped around a pulley, which rotates with an angular velocity ω. Since the pulley forces are balanced, the reaction force N at a small angle dθ is (T h -mv 2 )dθ. If the mass per unit length is m and the speed is v, the force balance on the pulley surface is dT = F. Since the frictional force F is equal to μN, the differential equation can be solved by integrating from 0 to the maximum contact angle (2(n-1)π+θ 1 +θ 2 ).

Figure 0007442784000004
ワイヤの張力によって生じる滑りTWの瞬間におけるワイヤの端部の引っ張り力を決定することができる。ドラムが回転することでドラム表面の摩擦力を0と仮定すると、このモデルでの静止摩擦力TDは(3)と同じである。（3）、（4）に至って、回転時の最大静止摩擦力方程式は（5）と求められた。
Figure 0007442784000004
 The tensile force at the end of the wire at the moment of slippage T W caused by the tension in the wire can be determined. Assuming that the friction force on the drum surface is 0 as the drum rotates, the static friction force T D in this model is the same as (3). (3) and (4), the maximum static friction force equation during rotation was determined as (5).

Figure 0007442784000005
Tcは遠心力と呼ばれ、θeはθ1とθ2の和です。(5)によれば、TmはThとNDに比例して上昇し、ワイヤ巻き数nと係数μに対して指数関数的に上昇する。
ワイヤが外力または衝撃によってTmの上に引っ張られると、ワイヤはプーリの周りを滑る。したがって、この方法を使用してトルク制限を設計することができる。
Figure 0007442784000005
 T c is called the centrifugal force, and θ e is the sum of θ 1 and θ 2 . According to (5), T m increases in proportion to T h and N D and increases exponentially with the number of wire turns n and the coefficient μ.
When the wire is pulled above T m by an external force or impact, the wire slides around the pulley. Therefore, this method can be used to design torque limits.

次に、手首掌屈と背屈のためのワイヤ巻取り機構の開発について説明する。 Next, we will explain the development of a wire winding mechanism for wrist palmar flexion and dorsiflexion.

A.材料：
従来の手首の掌屈と背屈は、ワイヤの巻き取り機構で運動を確認するために設計された。まず、手首の屈曲トルクの目標を500N・mmとする。次に、他のパラメータは、式(5)および機械的制限によって決定される。プーリ軸は、緊迫した弛緩側の張力によって非常に強く引っ張られるため、プーリは高いねじり応力を受ける。従って、プーリ材料としてステンレス鋼を使用した。ワイヤとプーリとの間のμは、TYPE：94i-IIポータブル摩擦計を用いて測定した。PEワイヤが巻きやすさと強度の高さとしてワイヤ駆動機構に選択された。ワイヤを中空ボルトの中心に通し、上部で結んだ。ボルトの高さを制御することにより、ワイヤに保持力の張力を与えることができる。ワイヤの伸長性により関節の動きが不安定になるため、保持力を持たせる必要がある。 A. Materials:
Conventional wrist palmar flexion and dorsiflexion were designed to confirm movement with a wire winding mechanism. First, the target wrist flexion torque is 500N・mm. Other parameters are then determined by equation (5) and mechanical constraints. Since the pulley shaft is pulled very strongly by the tight and relaxed tension, the pulley is subjected to high torsional stresses. Therefore, stainless steel was used as the pulley material. The μ between the wire and the pulley was measured using a TYPE: 94i-II portable tribometer. PE wire was selected for the wire drive mechanism due to its ease of winding and high strength. The wire was passed through the center of the hollow bolt and tied at the top. By controlling the height of the bolt, a holding tension can be applied to the wire. Since the extensibility of the wire makes the movement of the joint unstable, it is necessary to provide a holding force.

B.ワイヤ巻取機構の構成：
従来の手はABSプラスチック製であった。その把持動作は、2BBMGサーボモータを用いた直接駆動によって作動させた。手のひらをワイヤ巻取り機構用に再構成した。サーボモータの下に機構に十分なスペースがなく、手の元の形状を維持するために親指の反対側に追加のスペースを設けた。 B. Configuration of wire winding mechanism:
Traditional hands were made of ABS plastic. The gripping motion was actuated by direct drive using a 2BBMG servo motor. The palm was reconfigured for a wire winding mechanism. There wasn't enough space for the mechanism under the servo motor, so additional space was provided on the opposite side of the thumb to maintain the original shape of the hand.

図4は手のひら体の一部を示す。我々は、340N・mmのトルクを有するPololuギアモータを使用した。プーリ半径は2.5mmであり、手首部の半径は下記の式によって計算され、3.6mmである Figure 4 shows part of the palm body. We used a Pololu gear motor with a torque of 340N·mm. The pulley radius is 2.5mm, and the wrist radius is 3.6mm, calculated by the formula below.

Figure 0007442784000006
図5は、ワイヤの動きを示す。従来のハンド重量は120gで、提案された機構を追加した後、その重量は167gになった。
Figure 0007442784000006
 Figure 5 shows the movement of the wire. The traditional hand weight was 120g, and after adding the proposed mechanism, its weight became 167g.

C.メカニズム機能確認：
本発明のメカニズムがロボットの指節を作動できるか否かを確認するために、我々は打撃制御を駆動した。電源電圧は6V、消費電流は0.15Aである。その結果、作動システムは手首を曲げることができる。屈曲は1.3秒で完了する。この結果は、この方法がプーリの周りのワイヤの重なりを防げることを述べている。作動ユニットの内部には小さなスペースがあるため、重なりが発生するとプーリ半径が増加し、ワイヤがケージに接触する。 その結果、ワイヤがケージとの間の摩擦によってプーリの回転が停止する。一方、重なりが発生すると、ワイヤを他の方向への緩みも防ぐ。 C. Mechanism function confirmation:
To confirm whether the mechanism of the present invention could actuate the robot's phalanges, we activated the percussion control. The power supply voltage is 6V and the current consumption is 0.15A. As a result, the actuation system can bend the wrist. Bending is completed in 1.3 seconds. The results state that this method prevents wire overlap around the pulley. Since there is a small space inside the actuating unit, when an overlap occurs, the pulley radius increases and the wire contacts the cage. As a result, the pulley stops rotating due to friction between the wire and the cage. On the other hand, when overlap occurs, it also prevents the wire from loosening in other directions.

さらに、別の試験も行った。手首が完全に曲がったとき、手首は後ろ向きに回転する。結果としては、ワイヤが最大静止摩擦力を超えてプーリの周りに滑り、手首が受動的に曲がることを示した。この結果は、提案された機構が当初予想されていたトルクリミッタとして機能することを示している。したがって、提案された機構は外力に対するコンプライアンスを有する。 Additionally, another test was conducted. When the wrist is fully bent, it rotates backwards. The results showed that the wire slipped around the pulley beyond the maximum static friction force, causing the wrist to passively bend. This result shows that the proposed mechanism functions as a torque limiter as originally expected. Therefore, the proposed mechanism has compliance to external forces.

本発明のワイヤ巻取り作動の機能を確認するために、簡単な実験を実施した。手首がどれほどの重量を保持できるか。指に接続された2台のサーボモータに電源を供給した際の、ハンドのピンチ力は6Nとして知られている。したがって、把握される物体の重量は500g未満に制限される。 このテストは、既に手で物体をつかむという条件から行った。 最初は、200gの重さまで手のひらを上にしてポーズを保つことができた。 A simple experiment was conducted to confirm the functionality of the wire winding operation of the present invention. How much weight can your wrist hold? The pinch force of the hand when power is supplied to the two servo motors connected to the fingers is known as 6N. Therefore, the weight of the grasped object is limited to less than 500g. This test was conducted under the condition that the subjects had already grasped an object with their hands. At first, he was able to hold a pose with his palms up, weighing 200g.

結果は以下の通りである：
上向き：重量30g
回内と回外：重量500g
手首は30g以上の重量をつかんだままでは屈曲できない。手のピンチ力はこれらの重量を把握するのに十分であるため、対象物を堅く握って震えない。ワイヤがプーリの周りを滑っていないが、DCモータは回転できないことを確認した。したがって、DCモータの電源は回転するには不十分であると考える。また、動作ユニットではエネルギー損失は考慮していない。ワイヤとハンドの間にベアリングと摩擦によってエネルギー損失がある。 The results are as follows:
Upward: Weight 30g
Pronation and supination: weight 500g
The wrist cannot bend while grasping a weight of 30g or more. The pinch force in your hands is sufficient to grasp these weights, so you can grip the object tightly and not tremble. I confirmed that the wires are not slipping around the pulley, but the DC motor cannot rotate. Therefore, we believe that the power supply for the DC motor is insufficient to rotate it. Also, energy loss is not taken into consideration in the operating unit. There is energy loss due to bearings and friction between the wire and the hand.

3自由度のハンドは、500gの重さをつかみながら手首の回内と回外を果たすことができる。曲がる方向は地面でもあるため、手首動作に対する反力は上向きテストに比べてほとんどない。ハンドは200gの重さをつかみながら姿勢を保つことができる。本実験では、エラストマーグローブを使用し、頑強にものを把握する。ハンドの重さは437gになる。手首回転中心から重心までの距離は97mmである。カウンタトルクは約416N・mmである。本実験では、500N・mmの外部トルクまでその姿勢を保つことができるように手首を設計したが、手首の回転が約416N・mm必要である。静摩擦係数μの測定誤差が高い、またはワイヤ表面が磨耗したため係数が低くなったと考える。 The 3-degree-of-freedom hand can pronate and supinate the wrist while grasping a 500g weight. Since the direction of bending is also the ground, there is almost no reaction force against wrist movement compared to the upward test. The hands can maintain posture while grasping a weight of 200g. In this experiment, we will use elastomer gloves to firmly grasp objects. The weight of the hand is 437g. The distance from the wrist rotation center to the center of gravity is 97mm. The counter torque is approximately 416N・mm. In this experiment, the wrist was designed so that it could maintain its posture up to an external torque of 500 N·mm, but the wrist rotation required was approximately 416 N·mm. It is thought that the measurement error of the static friction coefficient μ is high or that the coefficient becomes low because the wire surface is worn.

このメカニズムはプーリと圧力ドラムで構成されている。この機構はワイヤを巻くために摩擦力しか使用しない。さらに、テンショナとしての圧力ドラムの圧力を使用している。テンショナに弾性力を必要とせず、ロボットリンクの位置に戻るため、従来の頑丈なワイヤ駆動機構と比較して応答時間と力伝達が改善される。最大引張力は、プーリの周りのワイヤを巻く回数に対して指数関数的に上昇し、ワイヤおよびドラムの圧力における保持力に比例して上昇する。トルクリミッタは、最大の引張力から設計することができる。ただし、トルク制限はアクチュエータのトルク以上でなければならない。この機構は、手首の掌屈と背屈を作動させるために従来のハンドに加えられた。改良された従来のハンドの実験結果は、この機構で手首が曲がることを作動でき、トルクリミッタとして機能することを確認した。
このメカニズムの駆動力に関する評価実験を行い、提案された数理モデルの一致性を確認する。次に、所望の駆動力に対して各パラメータを最適化する方法が考慮される。将来的には、この機構でワイヤ劣駆動のハンドが設計され、義手の機械的性能が評価される。 This mechanism consists of a pulley and a pressure drum. This mechanism uses only frictional forces to wind the wire. Furthermore, the pressure of the pressure drum is used as a tensioner. No elastic force is required on the tensioner to return to position on the robot link, improving response time and force transfer compared to traditional heavy-duty wire drive mechanisms. The maximum tensile force increases exponentially with the number of turns of the wire around the pulley and increases proportionally with the holding force in the wire and drum pressure. Torque limiters can be designed from the maximum tensile force. However, the torque limit must be greater than or equal to the actuator torque. This mechanism was added to the conventional hand to actuate palmar flexion and dorsiflexion of the wrist. Experimental results of the improved conventional hand confirmed that this mechanism can actuate wrist bending and function as a torque limiter.
We will conduct evaluation experiments on the driving force of this mechanism and confirm the consistency of the proposed mathematical model. Next, a method of optimizing each parameter for the desired driving force is considered. In the future, a wire-underactuated hand will be designed using this mechanism, and the mechanical performance of the prosthetic hand will be evaluated.

以下、図７から図１０に基づいて本発明の実施例２を説明する。
図７は、実施例２に係るロボットハンド１の斜視図である。
図７に示すように、本発明のワイヤ駆動装置５０は、例えばロボットハンド１に搭載されている。ロボットハンド１は、人の手を模している。ロボットハンド１は、一方向に延びる直方体状のハンド本体部１０と、ハンド本体部１０の長手方向における中間部に設けられた第１指部３０と、ハンド本体部１０の長手方向における一端に設けられた第２指部４０、第３指部４１、第４指部４２および第５指部４３と、ハンド本体部１０の長手方向における他端に設けられた手首部２０（請求項の被牽引物に相当）とを備えている。 Embodiment 2 of the present invention will be described below based on FIGS. 7 to 10.
FIG. 7 is a perspective view of the robot hand 1 according to the second embodiment.
As shown in FIG. 7, the wire drive device 50 of the present invention is mounted on, for example, the robot hand 1. The robot hand 1 imitates a human hand. The robot hand 1 includes a rectangular parallelepiped hand body 10 extending in one direction, a first finger 30 provided at an intermediate portion in the longitudinal direction of the hand body 10, and a first finger 30 provided at one end of the hand body 10 in the longitudinal direction. The second finger part 40, the third finger part 41, the fourth finger part 42, and the fifth finger part 43, and the wrist part 20 provided at the other end in the longitudinal direction of the hand body part 10 (the (equivalent to a thing).

以下において、ハンド本体部１０の長手方向をＸ軸方向と定義する。Ｘ軸方向に直交する一方向をＹ軸方向と定義する。Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向と定義する。以下、必要に応じてＸＹＺの直交座標系を用いて説明する。ハンド本体部１０よりも＋Ｘ側には、第２指部４０、第３指部４１、第４指部４２および第５指部４３が配置されている。ハンド本体部１０よりも－Ｘ側には、手首部２０が配置されている。ハンド本体部１０よりも－Ｙ側には、第１指部３０が配置されている。
ハンド本体部１０は、掌に相当する。ハンド本体部１０は、長手方向における中間部に形成された収容部１７と、収容部１７の内部に収容されたワイヤ駆動装置５０と、を備えている。
収容部１７は、ハンド本体部１０の長手方向に延びている。 In the following, the longitudinal direction of the hand main body 10 is defined as the X-axis direction. One direction perpendicular to the X-axis direction is defined as the Y-axis direction. A direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction is defined as the Z-axis direction. The following description will be made using an XYZ orthogonal coordinate system as necessary. A second finger section 40, a third finger section 41, a fourth finger section 42, and a fifth finger section 43 are arranged on the +X side of the hand body section 10. A wrist portion 20 is arranged on the −X side of the hand body portion 10. The first finger portion 30 is arranged on the -Y side with respect to the hand body portion 10.
The hand body portion 10 corresponds to the palm. The hand main body 10 includes an accommodating section 17 formed at an intermediate portion in the longitudinal direction, and a wire driving device 50 accommodated inside the accommodating section 17.
The accommodating portion 17 extends in the longitudinal direction of the hand body portion 10.

第１指部３０は、親指に相当する。第１指部３０は、ハンド本体部１０のＹ軸方向における一端に設けられている。第１指部３０は、ハンド本体部１０に対して回転可能に連結されている。第１指部３０の回転軸の軸方向は、Ｘ軸方向と一致している。
第２指部４０は、人指し指に相当する。第３指部４１は、中指に相当する。第４指部４２は、薬指に相当する。第５指部４３は、小指に相当する。第２指部４０、第３指部４１、第４指部４２および第５指部４３は、ハンド本体部１０に対して回転可能に連結されている。第２指部４０、第３指部４１、第４指部４２および第５指部４３の回転軸の軸方向は、Ｙ軸方向と一致している。
手首部２０は、ハンド本体部１０に対して回転可能に連結されている。手首部２０の回転軸の軸方向は、Ｙ軸方向と一致している。 The first finger portion 30 corresponds to a thumb. The first finger portion 30 is provided at one end of the hand body portion 10 in the Y-axis direction. The first finger section 30 is rotatably connected to the hand body section 10. The axial direction of the rotation axis of the first finger portion 30 coincides with the X-axis direction.
The second finger portion 40 corresponds to the index finger. The third finger portion 41 corresponds to the middle finger. The fourth finger portion 42 corresponds to the ring finger. The fifth finger portion 43 corresponds to the little finger. The second finger section 40, the third finger section 41, the fourth finger section 42, and the fifth finger section 43 are rotatably connected to the hand main body section 10. The axial directions of the rotation axes of the second finger section 40, the third finger section 41, the fourth finger section 42, and the fifth finger section 43 coincide with the Y-axis direction.
The wrist portion 20 is rotatably connected to the hand body portion 10. The axial direction of the rotation axis of the wrist portion 20 coincides with the Y-axis direction.

（ワイヤ駆動装置）
ワイヤ駆動装置５０は、円柱状のプーリ７０と、プーリ７０を回転させるモータ６０と、プーリ７０の外周面に巻き付けられたワイヤ８０と、支持部材１００と、支持部材１００に設けられたバネ１０１と、支持部材１００に支持されるドラム９０と、を有している。
図８は、実施例２に係るロボットハンド１の側面図である。図８は、ロボットハンド１を、ハンド本体部１０を挟んで第１指部３０の反対側から見た模式図である。図８は、ワイヤ８０の配置を模式的に示している。
図９は、実施例２に係るワイヤ駆動装置５０の側面図である。図９は、ワイヤ駆動装置５０を第１指部３０側から見た側面図である。
図１０は、実施例２に係るワイヤ駆動装置５０の側面図である。図１０は、ワイヤ駆動装置５０をＺ軸方向の一方側（＋Ｚ側）から見た側面図である。 (wire drive device)
The wire drive device 50 includes a cylindrical pulley 70, a motor 60 that rotates the pulley 70, a wire 80 wound around the outer peripheral surface of the pulley 70, a support member 100, and a spring 101 provided on the support member 100. , and a drum 90 supported by the support member 100.
FIG. 8 is a side view of the robot hand 1 according to the second embodiment. FIG. 8 is a schematic diagram of the robot hand 1 viewed from the opposite side of the first finger section 30 with the hand body section 10 in between. FIG. 8 schematically shows the arrangement of the wires 80.
FIG. 9 is a side view of the wire driving device 50 according to the second embodiment. FIG. 9 is a side view of the wire driving device 50 viewed from the first finger portion 30 side.
FIG. 10 is a side view of the wire driving device 50 according to the second embodiment. FIG. 10 is a side view of the wire drive device 50 viewed from one side (+Z side) in the Z-axis direction.

図７に示すように、プーリ７０は、収容部１７内の手首部２０側に配置されている。図９に示すように、プーリ７０は、ハンド本体部１０の長手方向に延びている。プーリ７０の手首部２０側の一端は、収容部１７の内面に、第１回転軸Ｏ１周りに回転可能に支持されている。第１回転軸Ｏ１は、プーリ７０の中心軸と一致している。第１回転軸Ｏ１の軸方向Ｄは、ハンド本体部１０の長手方向と一致している。 As shown in FIG. 7, the pulley 70 is disposed within the housing portion 17 on the wrist portion 20 side. As shown in FIG. 9, the pulley 70 extends in the longitudinal direction of the hand main body 10. As shown in FIG. One end of the pulley 70 on the wrist portion 20 side is supported by the inner surface of the accommodating portion 17 so as to be rotatable around the first rotation axis O1. The first rotation axis O1 coincides with the central axis of the pulley 70. The axial direction D of the first rotation axis O1 coincides with the longitudinal direction of the hand main body part 10.

図７に示すように、モータ６０は、収容部１７内の第２指部４０、第３指部４１、第４指部４２および第５指部４３側（以下、単に第２指部４０側とする。）に配置されている。図９に示すように、モータ６０の外形は、軸方向Ｄに延びる直方体状に形成されている。モータ６０の出力軸部（不図示）は、プーリ７０の第２指部４０側の一端に、軸継手１０２を介して連結している。 As shown in FIG. 7 , the motor 60 is connected to the second finger 40 , third finger 41 , fourth finger 42 , and fifth finger 43 sides (hereinafter simply the second finger 40 side) in the housing section 17 . ). As shown in FIG. 9, the motor 60 has a rectangular parallelepiped shape extending in the axial direction D. As shown in FIG. An output shaft portion (not shown) of the motor 60 is connected to one end of the pulley 70 on the second finger portion 40 side via a shaft coupling 102 .

ワイヤ８０は、軸方向Ｄに並んで複数回巻き付けられている。本実施例において、例えばワイヤ８０は、１０回以上巻き付けられている。ワイヤ８０の両端は、それぞれ手首部２０の異なる２箇所に固定されている（図８参照）。
以下において、ワイヤ８０のうち、プーリ７０に巻き付けられた部分を巻回部８１とする。巻回部８１のうち、軸方向Ｄ両端に配置される一対の端部を、巻回端部８２とする（図１０参照）。ワイヤ８０の巻回部８１のうちプーリ７０と後述するドラム９０との間に配置される部分を、巻回接触部８３とする（図１０参照）。 The wire 80 is lined up in the axial direction D and wound multiple times. In this embodiment, for example, the wire 80 is wound ten times or more. Both ends of the wire 80 are fixed to two different locations on the wrist portion 20 (see FIG. 8).
In the following, the portion of the wire 80 that is wound around the pulley 70 will be referred to as a winding portion 81. A pair of ends disposed at both ends in the axial direction D of the winding portion 81 are defined as winding ends 82 (see FIG. 10). A portion of the winding portion 81 of the wire 80 that is disposed between the pulley 70 and a drum 90, which will be described later, is a winding contact portion 83 (see FIG. 10).

図７に示すように、支持部材１００は、収容部１７内のプーリ７０を挟んで第１指部３０とは反対側に配置されている。支持部材１００は、軸方向Ｄに並んで一対配置されている。支持部材１００は、Ｚ軸方向に延びている。
バネ１０１は、それぞれの支持部材１００のＺ軸方向両端に一対ずつ配置されている。バネ１０１は、それぞれ支持部材１００からプーリ７０側に延びている（図１０参照）。バネ１０１は、支持部材１００をプーリ７０側に付勢している。 As shown in FIG. 7, the support member 100 is disposed on the opposite side of the first finger portion 30 with the pulley 70 in the housing portion 17 interposed therebetween. A pair of support members 100 are arranged side by side in the axial direction D. The support member 100 extends in the Z-axis direction.
A pair of springs 101 are arranged at both ends of each support member 100 in the Z-axis direction. The springs 101 each extend from the support member 100 toward the pulley 70 (see FIG. 10). The spring 101 urges the support member 100 toward the pulley 70.

図１０に示すように、ドラム９０は、支持部材１００とプーリ７０との間に配置される回転軸部９１と、回転軸９１周りに形成されたドラム本体部９２とを有している。回転軸部９１は、軸方向Ｄに延びている。回転軸部９１の両端は、支持部材１００に、軸方向Ｄに平行な第２回転軸Ｏ２周りに回転可能に支持されている。第２回転軸Ｏ２は、回転軸部９１の中心軸と一致している。第２回転軸Ｏ２と第１回転軸Ｏ１との軸間距離は、可変となっている。
ドラム本体部９２は、円筒状の部材である。ドラム本体部９２は、第２回転軸Ｏ２を中心として軸対称に形成されている。ドラム本体部９２は、回転軸部９１と一体化している。 As shown in FIG. 10, the drum 90 includes a rotating shaft portion 91 disposed between the support member 100 and the pulley 70, and a drum body portion 92 formed around the rotating shaft 91. The rotating shaft portion 91 extends in the axial direction D. Both ends of the rotation shaft portion 91 are supported by the support member 100 so as to be rotatable around a second rotation axis O2 parallel to the axial direction D. The second rotation axis O2 coincides with the central axis of the rotation shaft portion 91. The distance between the second rotation axis O2 and the first rotation axis O1 is variable.
The drum main body portion 92 is a cylindrical member. The drum main body portion 92 is formed axially symmetrically about the second rotation axis O2. The drum main body portion 92 is integrated with the rotating shaft portion 91.

ドラム本体部９２の外周面には、ドラム９０の周方向に沿って複数のフランジ９３が設けられている。複数のフランジ９３は、軸方向Ｄに互いに間隔をあけて設けられている。
以下において、ドラム本体部９２における複数のフランジ９３間の部分を第１溝部９４とする。
第１溝部９４は、ドラム９０の周方向に沿って複数設けられている。複数の第１溝部９４は、軸方向Ｄに互いに間隔をあけて設けられている。第１溝部９４には、ワイヤ８０の巻回接触部８３がそれぞれ配置されている。これにより、第１溝部９４は、巻回部８１のうち少なくとも巻回端部８２の軸方向Ｄへの移動を規制する規制部２（第１規制部２ａ）の機能を有している。第１溝部９４は、巻回部８１全体の軸方向Ｄへの移動を規制している。
ドラム９０は、バネ１０１により支持部材１００を介してプーリ７０側に付勢されている。ドラム９０は巻回接触部８３をプーリ７０に対して押さえ付けている。ドラム９０は、巻回部８１のうち少なくとも巻回端部８２をプーリ７０に対して押さえ付ける押圧部３の機能を有している。 A plurality of flanges 93 are provided on the outer peripheral surface of the drum body 92 along the circumferential direction of the drum 90. The plurality of flanges 93 are provided at intervals in the axial direction D.
In the following, the portion between the plurality of flanges 93 in the drum body portion 92 will be referred to as a first groove portion 94.
A plurality of first groove portions 94 are provided along the circumferential direction of the drum 90. The plurality of first groove portions 94 are provided at intervals in the axial direction D. The winding contact portions 83 of the wire 80 are arranged in the first groove portions 94, respectively. Thereby, the first groove portion 94 has the function of the restriction portion 2 (first restriction portion 2a) that restricts movement of at least the winding end portion 82 of the winding portion 81 in the axial direction D. The first groove portion 94 restricts movement of the entire winding portion 81 in the axial direction D.
The drum 90 is urged toward the pulley 70 via the support member 100 by a spring 101. The drum 90 presses the winding contact portion 83 against the pulley 70. The drum 90 has the function of the pressing portion 3 that presses at least the winding end portion 82 of the winding portion 81 against the pulley 70 .

（牽引過程）
続いて、上述したワイヤ駆動装置５０を用いて手首部２０を牽引する過程を説明する。
モータ６０を作動させる。モータ６０の出力軸部は、モータ６０の駆動力をプーリ７０に伝達する。プーリ７０は、第１回転軸Ｏ１周りに回転する。ワイヤ８０は、プーリ７０の回転方向に送り出される。ワイヤ８０は、モータ６０の駆動力をドラム９０に伝達する。ドラム９０は、プーリ７０とともに第２回転軸Ｏ２周りに回転する。 (traction process)
Next, a process of pulling the wrist portion 20 using the wire driving device 50 described above will be described.
Activate the motor 60. The output shaft portion of the motor 60 transmits the driving force of the motor 60 to the pulley 70. Pulley 70 rotates around the first rotation axis O1. The wire 80 is sent out in the direction of rotation of the pulley 70. Wire 80 transmits the driving force of motor 60 to drum 90. The drum 90 rotates together with the pulley 70 around the second rotation axis O2.

ワイヤ８０の巻回端部８２は、プーリ７０に対して押さえ付けられているため、巻回部８１の長さは不変となっている。さらに、巻回接触部８３は、第１溝部９４に配置されているため、軸方向Ｄへの移動が規制されている。これにより、ワイヤ８０は、プーリ７０の径方向に重なることなく送り出される。 Since the winding end portion 82 of the wire 80 is pressed against the pulley 70, the length of the winding portion 81 remains unchanged. Further, since the winding contact portion 83 is disposed in the first groove portion 94, movement in the axial direction D is restricted. Thereby, the wire 80 is sent out without overlapping in the radial direction of the pulley 70.

手首部２０は、送り出し方向にワイヤ８０の牽引力（実施例１の最大静的引っ張り力に相当）を受ける。ワイヤ８０の牽引力は、モータ６０の稼働後、所定の時間上昇する。ワイヤ８０の牽引力が所定の荷重を超えると、手首部２０が牽引される。
手首部２０は、例えばロボットアーム（不図示）に固定されている。このため、ハンド本体部１０が、手首部２０を中心に回転する。
また、プーリ７０を反対方向に回転させると、ワイヤ８０は反対方向に送り出される。これにより、手首部２０は、反対方向に牽引される。よって、ハンド本体部１０は、手首部２０中心に反対方向に回転する。 The wrist portion 20 receives a pulling force (corresponding to the maximum static pulling force in Example 1) of the wire 80 in the feeding direction. The traction force of the wire 80 increases for a predetermined period of time after the motor 60 is activated. When the pulling force of the wire 80 exceeds a predetermined load, the wrist portion 20 is pulled.
The wrist portion 20 is fixed to, for example, a robot arm (not shown). Therefore, the hand main body 10 rotates around the wrist 20.
Furthermore, when the pulley 70 is rotated in the opposite direction, the wire 80 is sent out in the opposite direction. This causes the wrist portion 20 to be pulled in the opposite direction. Therefore, the hand main body 10 rotates in the opposite direction around the wrist 20.

ワイヤ８０の牽引力は、ドラム９０の押圧力（実施例１のドラム圧力、ドラム力に相当）によってプーリ７０とワイヤ８０との間に生じる最大静止摩擦力を利用したものである。ワイヤ８０の牽引力は、ワイヤ８０の巻き数が増加すると指数関数的に増加する（数５参照）。本実施例において、例えばワイヤ８０を１０回以上巻くことにより、手首部２０を牽引するために必要な牽引力を得ている。 The traction force of the wire 80 utilizes the maximum static friction force generated between the pulley 70 and the wire 80 due to the pressing force of the drum 90 (corresponding to the drum pressure and drum force in Example 1). The pulling force of the wire 80 increases exponentially as the number of turns of the wire 80 increases (see Equation 5). In this embodiment, the pulling force necessary to pull the wrist portion 20 is obtained by winding the wire 80 ten or more times, for example.

以上説明したように、実施例２のワイヤ駆動装置５０において、ワイヤ８０は、プーリ７０の外周面に複数回巻き付けられている。さらに、ドラム９０は、ワイヤ８０の巻回部８１のうち少なくとも巻回端部８２をプーリ７０に対して押さえ付けている。これにより、巻回部８１の長さが不変となっている。
第１溝部９４は、ワイヤ８０の巻回部８１のうち少なくとも巻回端部８２の軸方向Ｄへの移動を規制している。これにより、巻回端部８２の軸方向Ｄへの移動を抑制できる。よって、ワイヤ８０の送り出し時に、ワイヤ８０がプーリ７０の径方向に重なることを防止できる。したがって、プーリ径の増大による牽引力の低下を防止できる。 As described above, in the wire drive device 50 of the second embodiment, the wire 80 is wound around the outer peripheral surface of the pulley 70 multiple times. Further, the drum 90 presses at least the winding end portion 82 of the winding portion 81 of the wire 80 against the pulley 70 . Thereby, the length of the winding portion 81 remains unchanged.
The first groove portion 94 restricts movement of at least the winding end portion 82 of the winding portion 81 of the wire 80 in the axial direction D. Thereby, movement of the winding end portion 82 in the axial direction D can be suppressed. Therefore, when feeding out the wire 80, it is possible to prevent the wire 80 from overlapping in the radial direction of the pulley 70. Therefore, it is possible to prevent a reduction in traction force due to an increase in the pulley diameter.

ドラム９０は、第１規制部２ａとして機能する第１溝部９４を有している。これにより、第１規制部２ａをドラム９０およびプーリ７０以外の部材として設けた場合と比較して、ワイヤ駆動装置５０が小型化される。したがって、ワイヤ駆動装置５０の配置の自由度を向上できる。 The drum 90 has a first groove portion 94 that functions as the first regulating portion 2a. As a result, the wire driving device 50 is made smaller in size compared to the case where the first regulating portion 2a is provided as a member other than the drum 90 and the pulley 70. Therefore, the degree of freedom in arranging the wire driving device 50 can be improved.

押圧部３は、第２回転軸Ｏ２周りに回転可能なドラム９０である。これにより、プーリ７０の回転によってワイヤ８０が送り出される際、ドラム９０もプーリ７０とともに回転する。よって、ワイヤ８０の送り出し時に、ワイヤ８０がドラム９０から受ける摩擦力を軽減できる。したがって、ドラム９０からの摩擦力による牽引力の低下を抑制できる。 The pressing section 3 is a drum 90 that is rotatable around the second rotation axis O2. Thereby, when the wire 80 is fed out by the rotation of the pulley 70, the drum 90 also rotates together with the pulley 70. Therefore, the frictional force that the wire 80 receives from the drum 90 can be reduced when the wire 80 is fed out. Therefore, reduction in traction force due to frictional force from the drum 90 can be suppressed.

第１規制部２ａは、ドラム９０の外周面上に設けられた第１溝部９４である。巻回端部８２は、第１溝部９４に配置されている。これにより、巻回端部８２におけるワイヤ８０の位置ずれを防止できる。巻回部８１の長さの変化が抑制される。よって、ワイヤ８０が径方向に重なることが防止される。したがって、プーリ径の増大による牽引力の低下を防止できる。 The first regulating portion 2a is a first groove portion 94 provided on the outer peripheral surface of the drum 90. The winding end portion 82 is arranged in the first groove portion 94 . This can prevent the wire 80 from shifting at the winding end 82. Changes in the length of the winding portion 81 are suppressed. Therefore, the wires 80 are prevented from overlapping in the radial direction. Therefore, it is possible to prevent a reduction in traction force due to an increase in the pulley diameter.

ワイヤ８０の巻回接触部８３は、第１溝部９４に配置されている。これにより、巻回部８１全体の軸方向Ｄへの移動を抑制できる。よって、ワイヤ８０の送り出し時に、ワイヤ８０がプーリ７０の径方向に重なることを防止できる。したがって、プーリ径の増大による牽引力の低下を防止できる。 The winding contact portion 83 of the wire 80 is arranged in the first groove portion 94 . Thereby, movement of the entire winding portion 81 in the axial direction D can be suppressed. Therefore, when feeding out the wire 80, it is possible to prevent the wire 80 from overlapping in the radial direction of the pulley 70. Therefore, it is possible to prevent a reduction in traction force due to an increase in the pulley diameter.

第１回転軸Ｏ１と第２回転軸Ｏ２との軸間距離が可変である。これにより、例えば経年劣化によってワイヤ８０が縮径しても、第１回転軸Ｏ１と第２回転軸Ｏ２とを接近させるだけの簡単な操作により、ドラム９０押圧力の低下を抑制できる。したがって、ワイヤ駆動装置５０を容易にメンテナンスできる。 The distance between the first rotation axis O1 and the second rotation axis O2 is variable. Thereby, even if the diameter of the wire 80 is reduced due to aging, for example, the reduction in the pressing force of the drum 90 can be suppressed by a simple operation of bringing the first rotation axis O1 and the second rotation axis O2 closer together. Therefore, the wire drive device 50 can be easily maintained.

ワイヤ８０の牽引力は、ドラム９０の押圧力によってプーリ７０とワイヤ８０との間に生じる最大静止摩擦力を利用したものである。このため、ワイヤ８０が最大静止摩擦力以上の外力で引っ張られると、ワイヤ８０がプーリ７０に対して滑る。これにより、ワイヤ８０が過大な外力で引っ張られることによりワイヤ駆動装置５０が破損することを防止できる。
ワイヤ８０の牽引力は、ワイヤ８０の巻き数が増加すると指数関数的に増加する。このため、ワイヤ８０の巻き数を調整することにより、牽引に必要な牽引力を得ることができる。 The pulling force of the wire 80 utilizes the maximum static friction force generated between the pulley 70 and the wire 80 due to the pressing force of the drum 90. Therefore, when the wire 80 is pulled by an external force greater than the maximum static friction force, the wire 80 slips with respect to the pulley 70. This can prevent the wire drive device 50 from being damaged due to the wire 80 being pulled by an excessive external force.
The traction force of the wire 80 increases exponentially as the number of turns of the wire 80 increases. Therefore, by adjusting the number of turns of the wire 80, the traction force necessary for traction can be obtained.

次に、図１１に基づいて本発明の実施例３を説明する。なお、実施例３の構成のうち、実施例２と同様の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本発明に係る実施例３について説明する。実施例３では、ドラム９０に第１溝部９４が設けられておらず、プーリ７０に後述する第２溝部７３が設けられている点で、上述した実施例２と相異している。 Next, a third embodiment of the present invention will be described based on FIG. 11. Note that, among the configurations of the third embodiment, the same configurations as those of the second embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
Example 3 according to the present invention will be described. The third embodiment differs from the second embodiment described above in that the drum 90 is not provided with a first groove portion 94, and the pulley 70 is provided with a second groove portion 73, which will be described later.

（ワイヤ駆動装置５０）
図１１は、実施例３に係るワイヤ駆動装置５０の側面図である。図１１は、ワイヤ駆動装置５０をＺ軸方向の一方側（＋Ｚ側）から見た側面図である。図１１において、ワイヤ８０の巻回部８１のうち一部は透過されている。透過された巻回部８１の外形は、破線で示されている。
図１１に示すように、プーリ７０の外周面に、第２溝部７３が設けられている。第２溝部７３は、軸方向Ｄに沿って延びるらせん状に形成されている。
ワイヤ８０は、第２溝部７３に沿って巻き付けられている。これにより、第２溝部７３は、巻回部８１のうち少なくとも巻回端部８２の軸方向Ｄへの移動を規制する規制部２（第２規制部２ｂ）の機能を有している。第２溝部７３は、巻回部８１全体の軸方向Ｄへの移動を規制している。
手首部２０は、実施例２と同様の牽引過程を経て牽引される。 (Wire drive device 50)
FIG. 11 is a side view of the wire driving device 50 according to the third embodiment. FIG. 11 is a side view of the wire drive device 50 viewed from one side (+Z side) in the Z-axis direction. In FIG. 11, a part of the winding portion 81 of the wire 80 is transparent. The transparent outline of the winding portion 81 is shown by a broken line.
As shown in FIG. 11, a second groove 73 is provided on the outer peripheral surface of the pulley 70. The second groove portion 73 is formed in a spiral shape extending along the axial direction D.
The wire 80 is wound along the second groove 73. Thereby, the second groove portion 73 has the function of the restriction portion 2 (second restriction portion 2b) that restricts movement of at least the winding end portion 82 of the winding portion 81 in the axial direction D. The second groove portion 73 restricts movement of the entire winding portion 81 in the axial direction D.
The wrist portion 20 is pulled through the same pulling process as in the second embodiment.

以上説明したように、実施例３のワイヤ駆動装置５０において、プーリ７０は、第２規制部２ｂとして第２溝部７３を有している。これにより、第２規制部２ｂをドラム９０およびプーリ７０以外の部材として設けた場合と比較して、ワイヤ駆動装置５０が小型化される。したがって、ワイヤ駆動装置５０の配置の自由度を向上できる。 As explained above, in the wire drive device 50 of the third embodiment, the pulley 70 has the second groove portion 73 as the second restriction portion 2b. As a result, the wire driving device 50 is made smaller in size compared to the case where the second regulating portion 2b is provided as a member other than the drum 90 and the pulley 70. Therefore, the degree of freedom in arranging the wire driving device 50 can be improved.

第２規制部２ｂは、プーリ７０の外周面に、軸方向Ｄに沿って延びるらせん状に形成された第２溝部７３である。ワイヤ８０は、第２溝部７３に沿って巻き付けられている。これにより、巻回部８１全体の軸方向Ｄへの移動を抑制できる。よって、ワイヤ８０の送り出し時に、ワイヤ８０がプーリ７０の径方向に重なることを防止できる。したがって、プーリ径の増大による牽引力の低下を防止できる。 The second restricting portion 2b is a second groove portion 73 formed in the outer peripheral surface of the pulley 70 in a spiral shape extending along the axial direction D. The wire 80 is wound along the second groove 73. Thereby, movement of the entire winding portion 81 in the axial direction D can be suppressed. Therefore, when feeding out the wire 80, it is possible to prevent the wire 80 from overlapping in the radial direction of the pulley 70. Therefore, it is possible to prevent a reduction in traction force due to an increase in the pulley diameter.

次に、図１２に基づいて本発明の実施例４を説明する。なお、実施例４の構成のうち、実施例２または実施例３と同様の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本発明に係る実施例４について説明する。実施例４では、ドラム９０に第１溝部９４が設けられた上で、プーリ７０に第２溝部７３が設けられている点で、上述した実施例２および実施例３と相異している。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described based on FIG. 12. Note that among the configurations of the fourth embodiment, the same components as those of the second or third embodiment are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.
Example 4 according to the present invention will be described. The fourth embodiment differs from the second and third embodiments described above in that the drum 90 is provided with a first groove 94 and the pulley 70 is provided with a second groove 73.

（ワイヤ駆動装置５０）
図１２は、実施例３に係るワイヤ駆動装置５０の側面図である。図１２は、ワイヤ駆動装置５０をＺ軸方向の一方側（＋Ｚ側）から見た側面図である。図１２において、ワイヤ８０の巻回部８１のうち一部は透過されている。透過された巻回部８１の外形は、破線で示されている。
図１２に示すように、ワイヤ８０は、第２溝部７３に巻き付けられている。さらに、ワイヤ８０の巻回接触部８３は、第１溝部９４に配置されている。
手首部２０は、実施例２と同様の牽引過程を経て牽引される。 (Wire drive device 50)
FIG. 12 is a side view of the wire drive device 50 according to the third embodiment. FIG. 12 is a side view of the wire drive device 50 viewed from one side (+Z side) in the Z-axis direction. In FIG. 12, a part of the winding portion 81 of the wire 80 is transparent. The transparent outline of the winding portion 81 is shown by a broken line.
As shown in FIG. 12, the wire 80 is wound around the second groove 73. Furthermore, the winding contact portion 83 of the wire 80 is arranged in the first groove portion 94 .
The wrist portion 20 is pulled through the same pulling process as in the second embodiment.

以上説明したように、実施例４のワイヤ駆動装置５０において、ドラム９０に第１溝部９４が設けられている。さらに、プーリ７０に第２溝部７３が設けられている。ワイヤ８０は、第２溝部７３に沿って巻き付けられている。ワイヤ８０の巻回接触部８３は、第１溝部９４に配置されている。
これにより、ワイヤ８０の軸方向Ｄへの移動を抑制できる。よって、ワイヤ８０の送り出し時に、ワイヤ８０がプーリ７０の径方向に重ねられることを防止できる。したがって、プーリ径の増大によるワイヤ８０の牽引力の低下を防止できる。 As explained above, in the wire driving device 50 of the fourth embodiment, the first groove portion 94 is provided in the drum 90. Furthermore, a second groove portion 73 is provided in the pulley 70. The wire 80 is wound along the second groove 73. The winding contact portion 83 of the wire 80 is arranged in the first groove portion 94 .
Thereby, movement of the wire 80 in the axial direction D can be suppressed. Therefore, when feeding out the wire 80, it is possible to prevent the wire 80 from being overlapped in the radial direction of the pulley 70. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the pulling force of the wire 80 due to an increase in the pulley diameter.

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Additions, omissions, substitutions, and other changes to the configuration are possible without departing from the spirit of the present invention. The invention is not limited by the foregoing description, but only by the scope of the claims appended hereto.

実施例２から実施例４では、ドラム９０は、プーリ７０とともに回転するとしたが、ドラム９０は回転しなくもよい。ドラム９０が回転しない場合、ドラム９０はワイヤ８０が摺動しやすい材料で形成されている。ただし、ドラム９０がプーリ７０とともに回転する場合は、ドラム９０からの摩擦力が軽減されるという点で優位性がある。 In Examples 2 to 4, the drum 90 rotates together with the pulley 70, but the drum 90 does not need to rotate. When the drum 90 is not rotating, the drum 90 is made of a material on which the wire 80 easily slides. However, when the drum 90 rotates together with the pulley 70, there is an advantage in that the frictional force from the drum 90 is reduced.

実施例２から実施例４では、ドラム９０の第１溝部９４またはプーリ７０の第２溝部７３によって巻回部の軸方向Ｄの移動を規制するとしたが、他の部材によって規制してもよい。ただし、第１溝部９４または第２溝部７３によって巻回部８１の軸方向Ｄの移動を規制する場合は、ワイヤ駆動装置５０が小型化されるという点で優位性がある。 In Examples 2 to 4, the movement of the winding portion in the axial direction D is regulated by the first groove 94 of the drum 90 or the second groove 73 of the pulley 70, but it may be regulated by other members. However, when the movement of the winding part 81 in the axial direction D is restricted by the first groove part 94 or the second groove part 73, there is an advantage in that the wire driving device 50 can be made smaller.

実施例２から実施例４では、押圧部３は、ドラム９０であるとしたが、ワイヤ８０の巻回部８１のうち少なくとも巻回端部８２を押さえ付けていれば、他の部材であってもよい。ただし、押圧部３がドラム９０の場合は、実施例２から実施例４で示した作用効果を有する点で優位性がある。 In Examples 2 to 4, the pressing part 3 is the drum 90, but it may be any other member as long as it presses at least the winding end 82 of the winding part 81 of the wire 80. Good too. However, when the pressing part 3 is the drum 90, it is advantageous in that it has the effects shown in the second to fourth embodiments.

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施例における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with well-known components without departing from the spirit of the present invention.

２…規制部、２ａ…第１規制部、２ｂ…第２規制部、３…押圧部、２０…手首部（被牽引物）、５０…ワイヤ駆動装置、６０…モータ、７０…プーリ、７３…第２溝部、８０…ワイヤ、８１…巻回部、８２…巻回端部、８３…巻回接触部、９０…ドラム、９４…第１溝部、Ｄ…軸方向、Ｏ１…第１回転軸、Ｏ２…第２回転軸 2... Regulation part, 2a... First regulation part, 2b... Second regulation part, 3... Pressing part, 20... Wrist part (towed object), 50... Wire drive device, 60... Motor, 70... Pulley, 73... Second groove part, 80... Wire, 81... Winding part, 82... Winding end part, 83... Winding contact part, 90... Drum, 94... First groove part, D... Axial direction, O1... First rotating shaft, O2...Second rotation axis

Claims (7)

第１回転軸周りに回転可能に設けられたプーリと、
前記第１回転軸の軸方向に並んで前記プーリに複数回巻き付けられた巻回部を有し、被牽引物を牽引するワイヤと、
前記プーリを回転させるモータと、
前記巻回部のうち少なくとも前記軸方向両端に配置される一対の巻回端部を、前記プーリに対して押さえ付ける押圧部と、
前記巻回部のうち少なくとも前記巻回端部の前記軸方向への移動を規制する、少なくとも１個の規制部と、
前記押圧部を支持する支持部材と、
前記支持部材に設けられたバネと、
を備え、
前記押圧部は、前記軸方向に沿う第２回転軸周りに回転可能なドラムであり、
前記第１回転軸と前記第２回転軸との軸間距離が可変であり、
前記支持部材は、前記ドラムの前記軸方向両端に配置されて前記ドラムを前記第２回転軸周りに回転可能に支持するとともに、前記プーリ側から見て前記第２回転軸に交差するように延び、
前記バネは、それぞれの前記支持部材の延びる方向の両端に、前記軸方向から見て前記プーリを挟むように一対設けられ、前記支持部材から前記プーリ側に延びて前記支持部材を前記プーリ側に付勢することを特徴とするワイヤ駆動装置。 a pulley rotatably provided around a first rotation axis;
a wire that has a winding part that is lined up in the axial direction of the first rotating shaft and is wound around the pulley a plurality of times, and that pulls a towed object;
a motor that rotates the pulley;
a pressing portion that presses at least a pair of winding ends disposed at both ends in the axial direction of the winding portion against the pulley;
at least one regulating portion that regulates movement of at least the winding end portion of the winding portion in the axial direction;
a support member that supports the pressing part;
a spring provided on the support member;
Equipped with
The pressing part is a drum rotatable around a second rotation axis along the axial direction,
The distance between the first rotation axis and the second rotation axis is variable,
The support member is disposed at both ends of the drum in the axial direction to rotatably support the drum around the second rotation axis, and extends to intersect with the second rotation axis when viewed from the pulley side. ,
A pair of springs are provided at both ends in the extending direction of each of the support members so as to sandwich the pulley when viewed from the axial direction, and extend from the support member toward the pulley to move the support member toward the pulley. A wire drive device characterized in that it is energized . 前記押圧部は、前記規制部のうち第１規制部を有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ駆動装置。 The wire driving device according to claim 1 , wherein the pressing part has a first regulating part among the regulating parts. 前記第１規制部は、前記ドラムの外周面上に、前記ドラムの周方向に沿って、前記軸方向に互いに間隔をあけて設けられた複数の第１溝部であり、
前記巻回端部は、前記第１溝部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ駆動装置。 The first regulating portion is a plurality of first groove portions provided on the outer circumferential surface of the drum along the circumferential direction of the drum and spaced apart from each other in the axial direction,
The wire driving device according to claim 2 , wherein the winding end portion is disposed in the first groove portion. 前記巻回部のうち、前記プーリと前記ドラムとの間に配置される巻回接触部は、前記第１溝部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のワイヤ駆動装置。 The wire driving device according to claim 3 , wherein a winding contact portion of the winding portion arranged between the pulley and the drum is arranged in the first groove. 前記プーリは、前記規制部のうち第２規制部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワイヤ駆動装置。 The wire drive device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the pulley has a second restriction part among the restriction parts. 前記第２規制部は、前記プーリの外周面に、前記軸方向に沿って延びるらせん状に形成された第２溝部であり、
前記ワイヤは、前記第２溝部に沿って巻き付けられることを特徴とする請求項５に記載のワイヤ駆動装置。 The second regulating portion is a second groove formed in the outer peripheral surface of the pulley in a spiral shape extending along the axial direction,
The wire driving device according to claim 5 , wherein the wire is wound along the second groove. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のワイヤ駆動装置を有するハンド本体部と、 A hand main body having the wire drive device according to any one of claims 1 to 6;
前記ハンド本体部に対して回転可能に設けられた前記被牽引物と、を備え、 The towed object is rotatably provided with respect to the hand main body,
前記ワイヤの両端は、それぞれ前記被牽引物の異なる２箇所に固定されていることを特徴とするロボットハンド。 The robot hand is characterized in that both ends of the wire are respectively fixed to two different locations on the towed object.
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