(57)【要約】【課題】多指ハンドにおいて、指先力のセンシングを不要とする構成を提供する。【解決手段】多指ハンド１０は、少なくとも２本の指として、Ａ指２１（第１指）およびＢ指２２（第２指）を備える。多指ハンド１０は、Ａ指２１が把持対象物５０に接触した状態で、Ａ指２１の駆動を停止する第１工程と、第１工程の後に、Ｂ指２２を把持対象物５０に接触させることにより、Ａ指２１およびＢ指２２を用いて把持対象物５０を把持する第２工程とを備える。【選択図】図３
2014124744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータを駆動源に有する指機構と、該指機構の駆動を制御する制御装置とを備える多指ハンドであって、
前記超音波モータはロータとステータと前記ロータを前記ステータに加圧接触させる予圧機構とを有し、
前記指機構は、対象物把持領域を挟んで対向配置される第１指と第２指とを備え、
前記制御装置は、前記第１指を駆動して把持対象物に接触させた状態で、前記第１指の駆動を停止する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記第２指を駆動して前記把持対象物に接触させることにより、前記第１指および前記第２指を用いて前記把持対象物を把持する第２工程と、を備える
ことを特徴とする多指ハンド。
【請求項２】
前記制御装置の前記第２工程は、
前記第２指を前記把持対象物に接触させるとともに前記第１指の側に向けて押し付ける工程と、
前記第２指を前記把持対象物に押し付けた状態で、前記第２指の駆動を停止する工程と
を含む、請求項１に記載の多指ハンド。
【請求項３】
前記第１指又は前記第２指は複数の指機構から構成され、
前記制御装置は前記第１指又は前記第２指の前記複数の指機構を同時に駆動制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の多指ハンド。
【請求項４】
前記第１指と前記第２指の一方は前記把持対象物との接触部に硬い表皮を備え、
前記第１指と前記第２指の他方は前記把持対象物との接触部に弾性変形可能な弾性表皮を備える、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多指ハンド。
【請求項５】
前記硬い表皮は、前記把持対象物を把持した状態において、前記把持対象物と接触した部分の変形量が０．５ｍｍ以下であり、
前記弾性表皮は、前記把持対象物を把持した状態において、前記把持対象物と接触した部分の変形量が０．５ｍｍ以上である、
ことを特徴とする請求項４に記載の多指ハンド。
【請求項６】
前記第１指および前記第２指のうち少なくとも１つは、異なる面に前記硬い表皮及び前記弾性表皮を備える両用指である、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の多指ハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多指ハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁モータ等を利用した多指ハンドでは、把持対象物を安定して把持するために、対向配置された指の指先力を常にセンシングするとともに、その対向配置した指の指先力が釣り合うように各指のトルクを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６９５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、指先力のセンシングに関する構成が複雑になるという問題があった。
たとえば、電磁モータ等を利用した多指ハンドで、把持動作中に把持対象物にかかる指先力を釣り合わせるためには、常に各指の指先力をセンシングしてその指先力を調整することが必要となる。さらに、指の関節が増えるほど、指先力を釣り合わせるために必要なセンシング機構の数も増加するとともに、制御も複雑になる。センシング機構の増加は指先の大型化を招くとともに、多指ハンドのコストも高くなってしまう。
【０００５】
特許文献１においても、各指の先端部に力センサを設け、指先に働く力の大きさや向きを検知して制御に用いている。また、対象物を把持している間も常にすべての指を駆動し続ける必要がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、対象物を把持する多指ハンドにおいて、指先力のセンシングを不要とし、簡易な構成で安定した把持を可能とする多指ハンドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の問題を解決するため、この発明に係る多指ハンドは、超音波モータを駆動源に有する指機構と、該指機構の駆動を制御する制御装置とを備える多指ハンドであって、超音波モータはロータとステータとロータをステータに加圧接触させる予圧機構とを有し、指機構は、対象物把持領域を挟んで対向配置される第１指と第２指とを備え、制御装置は、第１指を駆動して把持対象物に接触させた状態で、第１指の駆動を停止する第１工程と、第１工程の後に、第２指を駆動して把持対象物に接触させることにより、第１指および第２指を用いて把持対象物を把持する第２工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、第１指を対象物に接触させた後、第１指の駆動を停止することで、第１指には超音波モータによる一定の保持力が発生するので、把持動作中に第１指を駆動させ続けなくとも対象物の安定した把持が可能となる。
【０００９】
制御装置の第２工程は、第２指を把持対象物に接触させるとともに第１指の側に向けて押し付ける工程と、第２指を把持対象物に押し付けた状態で、第２指の駆動を停止する工程とを含んでもよい。
第１指又は第２指は複数の指機構から構成され、制御装置は第１指又は第２指の複数の指機構を同時に駆動制御する、ことを特徴としてもよい。
第１指と第２指の一方は把持対象物との接触部に硬い表皮を備え、第１指と第２指の他方は把持対象物との接触部に弾性変形可能な弾性表皮を備える、とを特徴としてもよい。
硬い表皮は、把持対象物を把持した状態において、把持対象物と接触した部分の変形量が０．５ｍｍ以下であり、弾性表皮は、把持対象物を把持した状態において、把持対象物と接触した部分の変形量が０．５ｍｍ以上である、ことを特徴としてもよい。
第１指および第２指のうち少なくとも１つは、異なる面に硬い表皮及び弾性表皮を備える両用指である、ことを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の多指ハンドによれば、第１指を対象物に接触させた後、第１指の駆動を停止することで第１指には超音波モータによる一定の保持力が発生するので、第１指に対向配置された第２指を駆動するのみで対象物の安定した把持が可能となる。また、第１指の指先力のセンシングが不要なため第１指の指先機構及びその制御を簡素化することができる。さらに、把持動作中における第１指の駆動時間や駆動電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る多指ハンドの構成の例を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る制御装置の処理の流れを表すフローチャートである。
【図３】第１モードにおいて、把持対象物と各指との位置関係の変化を示す図である。
【図４】第２モードにおいて、把持対象物と各指との位置関係の変化を示す図である。
【図５】実施の形態２と比較する参考例である。
【図６】実施の形態１の変形例において、把持対象物と各指との位置関係の変化を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る多指ハンドの構成を示す図である。
【図８】実施の形態２において、把持対象物と各指との位置関係の変化を示す図である。
【図９】実施の形態２と比較する参考例である。
【図１０】実施の形態２の変形例を示す図である。
【図１１】実施の形態２の変形例を示す図である。
【図１２】実施の形態２の変形例を示す図である。
【図１３】実施の形態２の変形例を示す図である。
【図１４】実施の形態２の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る多指ハンド１０の構成の例を示す。多指ハンド１０は３本の指を備える。本実施形態では、第１指をＡ指２１とし、第２指をＢ指２２とし、第３指をＣ指２３とする。各指において、把持すべき対象物に接触する部位（たとえば指先）は、弾性を有する材料を用いて構成されるか、または対象物を把持するのに十分な摩擦係数を有する。言い換えると、各指の表面には柔軟構造が形成されるか、または摩擦構造が形成される。
【００１３】
各指はそれぞれ少なくとも１つの関節を備える。図１の例では、Ａ指２１が関節２１ａを備え、Ｂ指２２が関節２２ａを備え、Ｃ指２３が関節２３ａを備える。これらの関節は、いずれも超音波モータによって構成される。すなわち、Ａ指２１、Ｂ指２２およびＣ指２３は、いずれも超音波モータによって駆動される。このように、多指ハンド１０は、超音波モータを駆動源に有する指機構を備える。これらの超音波モータはロータおよびステータを有する。また、これらの超音波モータは、ロータをステータに加圧接触させる予圧機構を有する。指機構は、対象物把持領域を挟んで対向配置される第１指と第２指とを備える。第１指又は第２指は複数の指機構から構成される。
【００１４】
各間接は、少なくとも１つの自由度を持つ。図１の例では、Ａ指２１の関節２１ａがなす角度αと、Ｂ指２２の関節２２ａがなす角度βと、Ｃ指２３の関節２３ａがなす角度γとはいずれも変更可能であり、たとえば０度≦α，β，γ≦１８０度である。本実施形態では、関節２１ａ、関節２２ａおよび関節２３ａは、すべて互いに平行な平面内で動作するものとする。この実施形態では、Ａ指２１、Ｂ指２２およびＣ指２３の関節２１ａ、２２ａ、２３ａには超音波モータのロータが配置されており、この関節に配置されるロータに先端側指部材が一体に固定され、関節よりも基端側の根元側指部材にステータが配置されている。このため、超音波モータの非駆動時には、予圧機構の予圧力により関節が固定されるため、根元側指先部と先端側指先部の角度は、超音波モータの駆動停止時の状態に維持される。
【００１５】
多指ハンド１０には制御装置３０が接続され、多指ハンド１０の動作を制御する。制御装置３０は、演算手段および記憶手段を備ており、たとえばマイクロコンピュータによって構成される。記憶手段には多指ハンド１０の制御に係る情報が記憶されている。このように、多指ハンド１０は、指機構の駆動を制御する制御装置３０を備える。制御装置３０は第１指又は第２指の複数の指機構を同時に駆動制御する。
【００１６】
制御装置３０にはカメラ４０が接続される。カメラ４０は、多指ハンド１０および把持対象物の画像を撮影する撮影手段として機能し、撮影した画像を制御装置３０に送信する。制御装置３０は、撮影された画像に基づき、多指ハンド１０の制御に用いるための情報として、多指ハンド１０または各指と、把持対象物との位置関係を決定することができる。このような位置関係の決定処理は、当業者であれば公知の手法を用いて適宜設計することができる。
【００１７】
図１のように構成される多指ハンド１０の動作を、図２〜図５を用いて説明する。
図２は、実施の形態１に係る制御装置３０の処理の流れを表すフローチャートである。また、図３および図４は、把持対象物５０または５１と、把持対象物５０または５１に接触する各指の部位との位置関係の変化を示す図である。とくに、図３は第１モードに対応し、図４は第２モードに対応する。
【００１８】
図２に示すように、まず制御装置３０は、多指ハンド１０の動作モードを決定する（ステップＳ１）。動作モードは、たとえばあらかじめ決まった順序で選択されるように管理者が決定して、制御装置３０の記憶手段に記憶させておくことができる。本実施形態に係る多指ハンドは２種類の動作モードを備えており、第１モードはたとえば長尺物や重量物の把持に適したモードとして設計することができ、第２モードはたとえば把持位置が制限される把持対象物の把持に適したモードとして設計することができる。
【００１９】
動作モードが第１モードに決定された場合、制御装置３０は図２に示す第１工程および第２工程を実行する。第１工程はステップＳ２およびＳ３を備え、第２工程はステップＳ４およびＳ５を備える。
【００２０】
第１モードにおいて、まず制御装置３０は、第１指としてたとえばＡ指２１を駆動する（ステップＳ２）。この駆動が開始された直後の状態を図３（ａ）に示す。この駆動は、Ａ指２１の所定の部位が、把持対象物５０に接触する位置に達するまで、関節２１ａを動作させる駆動である。なお図３では矢印によって駆動力を示す。
【００２１】
ここで、Ａ指２１を具体的にどのように駆動するかは、公知技術に基づいて当業者が適宜設計可能である。たとえば、把持対象物５０の位置や、Ａ指２１において把持対象物５０に接触すべき部位は、あらかじめ制御装置３０の記憶手段に指定してもよい。また、Ａ指２１が把持対象物５０に接触しているか否かの判定は、たとえばカメラ４０からの画像に基づいて制御装置３０に実行させることができる。Ｂ指２２およびＣ指２３についても、Ａ指２１と同様に駆動することができる。
【００２２】
ステップＳ２の駆動が終了する直前の状態を図３（ｂ）に示す。Ａ指２１が把持対象物５０に接触している。この状態において、制御装置３０はＡ指２１の駆動を停止する（ステップＳ３）。すなわち、関節２１ａがその時点の姿勢を保持するよう制御する。このように、第１工程において、制御装置３０は、Ａ指２１を駆動して把持対象物５０に接触させた状態で、Ａ指２１の駆動を停止する。
【００２３】
ここで、関節２１ａは超音波モータで構成されているので、単に関節２１ａへの通電を停止することにより予圧機構による保持力を発生させることができる。すなわち、保持のための電力やサーボ制御機構は不要である。この状態を図３（ｃ）に示す。
【００２４】
次に、制御装置３０は、第２指および第３指として、たとえばＢ指２２およびＣ指２３を駆動する（ステップＳ４）。この駆動が開始された直後の状態を図３（ｄ）に示す。この駆動は、ステップＳ２におけるＡ指２１と同様に、Ｂ指２２およびＣ指２３それぞれについて、所定の部位が把持対象物５０に接触する位置に達するまで、関節２２ａおよび関節２３ａを動作させる駆動である。このステップＳ４は、Ｂ指２２およびＣ指２３を把持対象物５０に接触させるとともにＡ指２１の側に向けて押し付ける工程であるということができる。
【００２５】
ステップＳ４の駆動が終了する直前の状態を図３（ｅ）に示す。この状態では、Ａ指２１と、Ｂ指２２およびＣ指２３とは、互いに反対の方向から把持対象物５０に接触している。すなわち、Ａ指２１が第１方向から把持対象物５０に接触しているとすると、Ｂ指２２およびＣ指２３は第１方向と反対の方向から把持対象物５０に接触していると言える。ここで、接触する方向とは、当業者が適宜定義可能であるが、たとえば各指が把持対象物５０に接触している部位における、指の表面の法線方向とすることができる。
【００２６】
この状態では、Ｂ指２２およびＣ指２３がそれぞれ把持対象物５０に対して駆動力（大きさをＦとする）を加えており、また、この駆動力と対向する向きに、Ａ指２１の保持力による反力が働く。この保持力の大きさは、Ｂ指２２およびＣ指２３の駆動力の合計に等しい。この例では、保持力の大きさは、各指の駆動力の２倍（２Ｆ）に等しい。したがって結果として、多指ハンド１０が把持対象物５０を把持する力は、Ａ指から受ける力２Ｆと、Ｂ指から受ける力Ｆと、Ｃ指から受ける力Ｆとの合計となり、駆動力の４倍の力で把持対象物５０を把持することになる。この把持力は、４本の指を用いて、把持対象物５０の両側から２本ずつで挟んで把持した場合の把持力と同等である。
【００２７】
Ｂ指２２およびＣ指２３の双方が把持対象物５０に接触している状態で、制御装置３０はＢ指２２およびＣ指２３の駆動を停止する（ステップＳ５）。すなわち、関節２２ａおよび関節２３ａがその時点の姿勢を保持するよう制御する。ここで、Ｂ指２２およびＣ指２３は同時に停止してもよく、順次停止してもよい。このように、第２工程において、制御装置３０は、Ｂ指２２およびＣ指２３を駆動して把持対象物５０に接触させることにより、Ａ指２１、Ｂ指２２およびＣ指２３を用いて把持対象物５０を把持する。このステップＳ５は、Ｂ指２２およびＣ指２３を把持対象物５０に押し付けた状態で、Ｂ指２２およびＣ指２３の駆動を停止する工程であるということができる。
【００２８】
この状態を図３（ｆ）に示す。この状態において、把持対象物５０は各指の弾性（たとえば指表面の柔軟構造）または摩擦力により維持されているので、多指ハンド１０は、把持対象物５０を、駆動力の４倍の力で把持したままである。
【００２９】
このように、本発明の実施の形態１における第１モードによれば、Ａ指２１を把持対象物に接触させた後、Ａ指２１のセンシングを行わず、単にＡ指２１の駆動を停止して保持すればよいので、指先力のセンシングが不要となる。したがって、制御も比較的簡素になり、指先力を与え続けなければならない時間も低減することができる。
【００３０】
また、第１モードは長尺物や重量物の把持に適したモードとして設計することができる。把持対象物５０を各指の駆動力の４倍の力で把持できるので、指先力が不足することがない。また、３点で固定できるので、回転モーメントにも対抗できる。
【００３１】
また、Ｂ指２２およびＣ指２３の駆動力が把持対象物５０に加わる時点ではＡ指２１は駆動を停止して保持しているので、３本の指がいずれも駆動状態で同時に把持対象物５０に接触するような多指ハンドと比較して、より安定して把持することができる。たとえば、３本の指がいずれも駆動状態で同時に把持対象物５０に接触すると、Ａ指２１の駆動力と、Ｂ指２２およびＣ指２３の駆動力の合力とが釣り合わず、把持対象物５０が移動したり各指の位置が変化する場合があるが、超音波モータでは停止時の保持力が駆動力よりも大きくなるよう設計できるので、上述の第１モードではこのような事態を回避することができる。また、３本の指をいずれも駆動状態で同時に把持対象物５０に接触させ、その後に３本同時に駆動を停止する制御とした場合、２本の指で把持する場合と同等の力でしか把持対象物５０を把持することができないが、上述の第１モードでは４本の指で把持する場合と同等の力で把持対象物５０を把持することができる。
【００３２】
次に、第２モードについて説明する。
動作モードが第２モードに決定された場合、制御装置はまずＢ指２２およびＣ指２３を駆動する（ステップＳ１１）。この駆動が開始された直後および駆動が終了する直前の状態を、それぞれ図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。第２モードでは、Ｂ指およびＣ指がいずれも第１指に相当し、Ａ指が第２指に相当する。
【００３３】
次に、制御装置は、Ｂ指２２およびＣ指２３の双方が把持対象物５１に接触している状態で、Ｂ指２２およびＣ指２３の駆動を停止する（ステップＳ１２）。この状態を図４（ｃ）に示す。
【００３４】
次に制御装置はＡ指２１を駆動する（ステップＳ１３）。この駆動が開始された直後および駆動が終了する直前の状態を、それぞれ図４（ｄ）および図４（ｅ）に示す。次に、制御装置は、Ａ指２１が把持対象物５１に接触している状態でＡ指２１の駆動を停止する（ステップＳ１４）。この状態を図４（ｆ）に示す。このように、第２モードは、把持対象物５１に対する各指の配置を除いて、第１モードにおける各指の駆動順序を入れ替えたものということができる。
【００３５】
このように、第２モードによれば、Ｂ指２２およびＣ指２３を把持対象物に接触させた後、各指のセンシングを行わず、単に各指の駆動を停止して保持すればよいので、指先力のセンシングが不要となる。したがって、制御が比較的簡素になる。
【００３６】
第２モードは、とくに、把持位置が制限される把持対象物の把持に適したモードとして設計することができる。把持位置が制限される把持対象物の例としては、複雑な形状の把持対象物が挙げられる。まずＢ指２２およびＣ指２３を保持力による停止状態にした後に、これらと対向するＡ指２１を駆動して把持することにより、３本の指の間の把持位置の距離に応じて、Ｂ指２２およびＣ指２３のそれぞれにおいて発生する反力が変化し、釣り合う状態を自動的に生成できる。
【００３７】
このため、たとえば図５に示す比較参考例のように把持対象物５１が回転して把持位置がずれるような事態を回避することができる。図５の例では、各指が把持対象物５１に及ぼす回転モーメントの大きさを破線矢印の大きさで示している。図５のようにすべての指が接触している状態ですべての指が駆動されると、Ｂ指２２およびＣ指２３の駆動力がＡ指２１を支点として釣り合わない（または、把持対象物５１の重心を中心として各指の駆動力が発生する回転モーメントが釣り合わない）ため、把持対象物５１が回転してしまう。
【００３８】
実施の形態１において、駆動される指は２本のみであってもよい。２本の指のみを駆動する場合、たとえば図６に示すような動作を実行してもよい。以下、図６に示す動作を説明する。
まず制御装置３０はＡ指２１およびＢ指２２を駆動する。この駆動が開始された直後の状態を図６（ａ）に示す。この駆動は、ステップＳ２におけるＡ指２１と同様に、Ａ指２１およびＢ指２２それぞれについて、所定の部位が把持対象物５０に接触する位置に達するまで、関節２１ａおよび関節２２ａを動作させる駆動である。
なお、図６では、この例で把持動作に用いないＣ指２３については図示を省略する。
【００３９】
この駆動が終了する直前の状態を図６（ｂ）に示す。Ａ指２１およびＢ指２２の双方が把持対象物５０に接触している状態で、制御装置３０はＡ指２１およびＢ指２２の駆動を停止する。すなわち、関節２１ａおよび関節２２ａがその時点の姿勢を保持するよう制御する。この状態を図６（ｃ）に示す。このようにして多指ハンド１０は把持対象物５０を把持する。
【００４０】
このような変形例は、とくに細い対象物や軽い対象物の把持に適したモードとして設計することができる。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態２は、先に把持対象物に接触する指と、後から把持対象物に接触する指とで、固さを異ならせるものである。
図７に、実施の形態２に係る多指ハンドの構成を示す。多指ハンドは、第１指としてＡ指６１を備え、第２指としてＢ指６２を備え、第３指としてＣ指６３を備える。Ａ指６１は硬い指であり、Ｂ指６２およびＣ指６３は柔らかい指である。
【００４２】
「硬い指」とは、たとえば、その指が把持対象物を把持した状態において、把持対象物と接触した部分の変形量が０．５ｍｍ以下となる指として定義することができる（図７では変形量が０である理想的な構造を示している）。硬い指は、たとえば鉄またはセラミックス等を用いて構成することができる。指の表面は、少なくとも把持対象物を適切に把持するのに十分な摩擦係数を有する。
【００４３】
「柔らかい指」とは、たとえば、その指が把持対象物を把持した状態において、把持対象物と接触した部分の変形量が０．５ｍｍ以上となる指として定義することができる。図７の例では、Ｂ指６２は把持対象物５２に接触しておらず変形していないが、Ｃ指６３は把持対象物５２に接触して変形している。Ｃ指６３に関して示す仮想変形部分６３ａは、把持対象物が存在していない場合のＣ指６３の形状を示す。柔らかい指は、たとえばシリコンまたはゴム等を用いて構成することができる。指の表面は、たとえば人間の皮膚のような構造とすることができる。
【００４４】
このように、第１指と第２指の一方は把持対象物との接触部に硬い表皮を備え、第１指と第２指の他方は把持対象物との接触部に弾性変形可能な弾性表皮を備える。硬い表皮は、把持対象物を把持した状態において、把持対象物と接触した部分の変形量が０．５ｍｍ以下であり、弾性表皮は、把持対象物を把持した状態において、把持対象物と接触した部分の変形量が０．５ｍｍ以上である。
【００４５】
実施の形態２は、実施の形態１における動作モードのいずれかの変形例として構成することができる。以下では、実施の形態２に係る多指ハンドが、実施の形態１の第１モードにおける動作を実行する場合を例にとって説明する。
【００４６】
図８は、把持対象物５２と、把持対象物５２に接触する各指の部位との位置関係の変化を示す図である。図８（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ図３（ａ）〜（ｆ）と同じ時点での状態を示す。まず図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、硬い指（この例ではＡ指６１）が駆動されて把持対象物５２に接触する。次に、図８（ｄ）〜（ｆ）に示すように、柔らかい指（この例ではＢ指６２およびＣ指６３）が駆動されて把持対象物５２に接触する。ここで、図８（ｅ）および（ｆ）に示すように、Ｂ指６２およびＣ指６３は弾性変形し、この変形の復元力として把持力を発生させる。
【００４７】
このように把持すると、Ａ指６１が変形しないので、把持完成後に把持対象物５２を持ち上げても、Ａ指６１と把持対象物５２との位置関係が変化しない。比較参考例として、図９に、指を３本とも柔らかい指とした場合の状態を示す。図９（ａ）のように把持対象物５２を持ち上げる前には適切に把持できているが、図９（ｂ）のように持ち上げた後には重力により把持対象物５２と各指または多指ハンドとの相対位置が変化してしまう。これに対し、本実施形態によれば、Ａ指６１が変形しない硬い指なので、Ａ指６１と把持対象物５２との位置関係が維持され、結果としてＢ指６２およびＣ指６３と把持対象物５２との位置関係も維持されることになる。
【００４８】
実施の形態２において、硬い指および柔らかい指の定義に用いる「変形量」とは、たとえば、その指が把持対象物を把持した状態において、その指が把持対象物に加える駆動力または保持力の向きに、最も大きく変位した表面部位の変位量（すなわち、最も大きく凹んだ部位の深さ）として定義可能である。
【００４９】
なお、同じ構成の指であっても、指の駆動力、把持対象物の形状、把持対象物の重量、等に応じて、接触した場合の変形量が異なる場合があるが、ここでいう変形量とは、駆動力や把持対象物の形状等を含めた条件ごとに定義される量とすることができる。たとえば、ある指の変形量が、軽い把持対象物を把持する場合には０．４ｍｍとなり、重い把持対象物を把持する場合には０．６ｍｍとなる場合があるが、その多指ハンドが軽い対象物に対して用いられる場合には、その指は硬い指として機能し、その多指ハンドが重い対象物に対して用いられる場合には、その指は柔らかい指として機能することになる。
【００５０】
なお、実施の形態２において説明した制御は、第２モードにおいても適用可能である。第２モードでは、図４のＢ指２２およびＣ指２３を硬い指として構成し、Ａ指２１を柔らかい指として構成すればよい。
【００５１】
上述の実施の形態１および２において、次のような変形を施すことができる。
動作モードは必ずしも複数設ける必要はない。たとえば、ステップＳ１の分岐を設けず、常に同一の動作モード（たとえば第１モードのみ）を実行するような制御としてもよい。
【００５２】
各指の役割は、異なる動作モードにおいて対応させる必要はない。たとえば第１モードではＡ指２１が第１指であり、第２モードではＢ指２２およびＣ指２３が第１指であるが、すべての動作モードにおいてＡ指を第１指として最初に駆動してもよい。ただし、この場合には、各指の配置を変更できる構成としておき、把持のための駆動を開始する前に、各指の位置関係をあらかじめ適切に決定する制御を行う必要がある。
【００５３】
いずれかまたはすべての指を停止させる際に、ロック状態への誘導処理を行ってもよい。たとえば、制御装置は、ステップＳ３においてＡ指２１の駆動を停止する直前に、Ａ指２１が把持対象物５０に接触した状態で、関節２１ａの超音波モータを不感帯で動作させてもよい。このような制御とすると、関節２１ａがロック状態に誘導されて保持力が高まる。このような制御は、とくに、最初に停止させた指と対向する指（図３の例ではＢ指２２およびＣ指２３）の駆動力の合計が大きい場合に有効であり、より確実に把持対象物５０を把持することができる。
【００５４】
なお、ロックした関節２１ａのロータ部は局部的に寿命低下する可能性があるが、ロータ部の回転によってオイル等の潤滑剤が供給される構成とすることにより、そのような寿命低下を回避または緩和することができる。
【００５５】
多指ハンドが備える指の数は、実施の形態１および２では３本であるが、４本以上の指を備えてもよい。また、指は少なくとも２本あればよい（なお２本以上の指を備えるハンドであれば「多指ハンド」に該当するものとする）。２本の場合において、第１モードでは、ステップＳ４で駆動される指はＢ指の１本のみとなる。また、この場合、Ｂ指は、たとえば対象物の重心に対してＡ指と反対の方向から対象物に接触するよう駆動される。言い換えると、Ｂ指は、たとえばＡ指が対象物に接触する向きと対向する向きに対象物に接触するよう駆動される。指が２本の場合、実施の形態１および２に比べて把持対象物を把持する力は弱くなるが、指先力のセンシングを行わずに把持対象物を把持するという目的は達成することができる。
【００５６】
図１０に、４本の指を用いる構成の例を示す。この構成では、多指ハンドは４本の指を備えており、Ａ指２１、Ｂ指２２およびＣ指２３に加え、Ｄ指２４が設けられている。図１０の例では、ステップＳ４およびＳ５において、Ｂ指２２、Ｃ指２３およびＤ指２４を並列的に駆動し、これら３本が把持対象物５０に接触した状態で同時に停止させる。このような構成であっても、Ａ指２１が停止した状態での保持力が、Ｂ指２２、Ｃ指２３およびＤ指２４の駆動力の合力よりも大きければ、把持対象物５０を適切な位置に維持したまま把持することができる。
【００５７】
また、実施の形態１および２では、いずれの指も、第１方向（たとえばＡ指２１が駆動される向き）または第２方向（たとえば第１方向と反対の向き）からのみ把持対象物に接触するが、これら以外の方向から把持対象物に接触してもよい。
【００５８】
図１１に、各指が互いに異なる３つの方向から把持対象物に接触する構成の例を示す。Ａ指２１は第１方向から把持対象物５３に接触し、Ｂ指２２は、第１方向とは異なる方向から把持対象物５３に接触し、Ｃ指２３は、第１方向とも第２方向とも異なる第３方向から把持対象物５３に接触している。第１、第２および第３方向は、いずれも平行ではない。なお、各指が把持対象物５３に接触する位置および各指の角度は、当業者が適宜設計可能であり、たとえば制御装置にあらかじめ記憶させておくことができる。
【００５９】
このような構成によれば、把持対象物５３が対向する位置に平行な面を持たない場合でも、適切に把持対象物５３を維持することができる。
【００６０】
実施の形態２において、すべての硬い指とすべての柔らかい指とが対向して配置される必要はない。少なくとも１本の硬い指と、少なくとも１本の柔らかい指とが対向して配置されればよい。
図１２に、把持対象物５２に対する硬い指および柔らかい指の配置の変形例を示す。この構成では、多指ハンドは４本の指を備えており、Ａ指６１、Ｂ指６２およびＣ指６３に加え、硬い指としてＤ指６４が設けられている。Ｄ指６４は、硬い指であるＡ指６１と対向して、すなわちＢ指６２およびＣ指６３と同じ側に配置される。
【００６１】
このように、少なくとも１本の硬い指と、少なくとも１本の柔らかい指とが対向して把持対象物５２を把持する構成であれば、把持している状態において把持対象物５２の位置精度を高く維持することができる。また、安定的に把持することができる。
【００６２】
なお、図１２の構成において、指を駆動する順序、とくにＤ指６４を駆動するタイミングは、当業者が適宜設計することができる。たとえばＢ指６２およびＣ指６３と同時に駆動されてもよいし、Ａ指６１が停止した後、Ｂ指６２およびＣ指６３を駆動する前にＤ指６４を駆動して把持対象物５２に接触させてもよいし、Ａ指６１、Ｂ指６２およびＣ指６３が把持対象物５２を把持した後にＤ指６４を駆動してもよい。
【００６３】
実施の形態２において、少なくとも１本の指を、異なる面に硬い表皮及び弾性表皮を備える両用指として構成してもよい。
図１３に、このような構成の例を示す。この構成では、多指ハンドは、硬い指であるＡ指６１と、柔らかい指であるＢ指６２と、硬い指としても柔らかい指としても機能する両用指７０とを備える。
【００６４】
両用指７０は、硬い表面部分７０ａと、柔らかい表面部分７０ｂとを備える。また、制御装置は、両用指７０の姿勢や位置を制御することにより、硬い表面部分７０ａおよび柔らかい表面部分７０ｂのいずれかを選択して把持対象物５４に接触させることができるものとする。
【００６５】
両用指７０は、硬い表面部分７０ａによって把持対象物５４を把持した場合には硬い指として機能し（すなわち硬い表面部分７０ａの変形量は５ｍｍ以下であり）、柔らかい表面部分７０ｂによって把持対象物５４を把持した場合には柔らかい指として機能する（すなわち柔らかい表面部分７０ｂの変形量は５ｍｍ以上である）。
【００６６】
このような構成によれば、把持対象物の表面構造または重量や、要求される把持精度等に応じて、両用指７０を使い分けることができ、より多様な把持対象物に適用可能な多指ハンドを構成することができる。
【００６７】
各指の形状は適宜設計可能である。たとえば指が把持対象物に接触する部分の形状を、平面でなく円筒面または球面としてもよい。
図１４に、実施の形態２において、各指の形状を円筒面状とした例を示す。多指ハンドは、第１指としてＡ指７１を備え、第２指としてＢ指７２を備え、第３指としてＣ指７３を備える。Ａ指７１は硬い指であり、Ｂ指７２およびＣ指７３は柔らかい指である。
【００６８】
図１４（ａ）は、円筒状の把持対象物５５を、その軸が重力の方向と直交する姿勢で把持した状態を示す。図１４（ｂ）は、直方体状の把持対象物５６を把持した状態を示す。いずれも、Ａ指７１と把持対象物５５または５６との間の摩擦により、重力等の外力に打ち勝って把持対象物５５または５６と各指との相対的位置を維持することができる。
【００６９】
また、実施の形態１および２において、各指の構成は図１に示したものに限らない。たとえば、いずれかまたはすべての指が複数の関節を備えてもよい。また、いずれかまたはすべての関節が２以上の自由度をもって運動可能であってもよい。どのような構成であっても、図２等に示す動作を実現するための具体的な制御方法は、当業者であれば適宜設計可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０  多指ハンド、２１  Ａ指（第１指または第２指）、２２  Ｂ指（第１指または第２指）、２３  Ｃ指（第１指または第３指）、２４  Ｄ指、３０  制御装置、４０  カメラ、５０〜５６  把持対象物、６１，７１  Ａ指（硬い指または第１指）、６２，７２  Ｂ指（柔らかい指または第２指）、６３，７３  Ｃ指（柔らかい指または第３指）、６４  Ｄ指（硬い指）、７０  両用指、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１１，Ｓ１２  第１工程、Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１３，Ｓ１４  第２工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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