(57)【要約】【課題】関節の部分で複数の方向に指を動かすことが可能でありながら、構造が簡単であり、小型なロボットハンドを実現する。【解決手段】長手形状の第２部材を、連結部材を介して第１部材に取り付ける。連結部材は、第１部材に対しては、第２部材の長手方向に対して交差する方向の第１軸回りに回転可能とし、第２部材に対しては、長手方向および第１軸の方向の何れにも交差する方向の第２軸回りに回転可能とする。更に、第１部材には連結部材を第１軸回りに回転駆動する第１駆動部を設け、第２部材には連結部材を第２軸回りに回転駆動する第２駆動部を設ける。こうすれば、第１部材と第２部材とを、第１軸回りだけでなく第２軸回りにも回転させることが可能でありながら、構造が簡単であり、小型なロボットハンドを実現することが可能となる。【選択図】図２
2014184524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
長手形状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを連結する部材であって、前記第１部材に対しては、前記第２部材の長手方向に対して交差する方向の第１軸回りに回転可能に取り付けられ、前記第２部材に対しては、前記長手方向および前記第１軸の方向の何れにも交差する方向の第２軸回りに回転可能に取り付けられた連結部材と、
第１部材に設けられて、前記連結部材を前記第１回転軸回りに回転駆動する第１駆動部と、
第２部材に設けられて、前記連結部材を前記第２回転軸回りに回転駆動する第２駆動部と、
を備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
前記第２部材の長手方向と、前記第１軸と、前記第２軸とは互いに直交する方向に設定されている
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１軸または前記第２軸の一方は、前記第２部材を前記長手方向に直交する平面で取った断面の重心からオフセットした位置に設けられている
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１部材は、長手方向を有する形状の部材である
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、圧電材料を含んで形成された振動体である
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１駆動部の回転を減速して前記連結部材に伝える第１減速機構を備える
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第２駆動部の回転を減速して前記連結部材に伝える第２減速機構を備える
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項８】
第１部材と、
長手形状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを連結する連結部材と、
前記第１部材と前記連結部材とを連結し、前記第２部材の長手方向に対して交差する方向に設けられた第１軸と、
前記第２部材と前記連結部材とを連結し、前記長手方向および前記第１軸の方向の何れにも交差する方向に設けられた第２軸と、
第１部材に設けられて、前記連結部材を前記第１回転軸回りに回転駆動する第１駆動部と、
第２部材に設けられて、前記連結部材を前記第２回転軸回りに回転駆動する第２駆動部と、
を備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項９】
第１部材と、
長手形状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを連結する連結部材と、
前記第１部材に設けられて、屈曲方向および伸縮方向の振動を行う第１振動体と、
前記第１部材と前記連結部材とを連結し、前記第１振動体の前記伸縮方向に対して交差する方向に設けられた第１軸と、
前記第２部材と前記連結部材とを連結し、前記長手方向および前記第１振動体の前記伸縮方向の何れにも交差する方向に設けられた第２軸と、
前記第２部材に設けられて、屈曲方向および伸縮方向の振動を行い、且つ前記屈曲方向および前記伸縮方向が前記第２軸に交差する方向に設けられた第２振動体と、
を備え、
前記第１振動体は前記連結部材を前記第１回転軸回りに回転駆動させ、
前記第２振動体は前記連結部材を前記第２回転軸回りに回転駆動する
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９の何れか一項に記載のロボットハンドを備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンド、およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
指を用いて対象物を把持することが可能なロボットハンドが知られている。このロボットハンドでは、関節の部分で指を屈曲させることによって対象物を把持している。尚、ここでいう「屈曲方向」とは、人が対象物を把持する際に指を屈曲させる方向である。ロボットハンドで、様々な対象物を把持可能とするためには、関節の部分で屈曲方向に指を動かすだけでなく、屈曲方向とは異なる方向にも指を動かせるような関節としておくことが望ましい。
【０００３】
そこで、指を屈曲方向に動かす第２関節軸と、屈曲方向とは異なる方向に、第２関節軸ごと指を回転させる第１関節軸とを組み合わせて関節を形成する技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−００９２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、提案されている技術では、装置本体側に固定された第１関節軸に主関節部が外嵌され、主関節部の外周部には円弧形状の第２関節可動部が回動自在に軸支されている。そして、第１モータを用いて主関節部を第１関節軸回りに旋回動作させ、リニアステップモータを用いて第２関節可動部を回動させている。このため、関節部分の構造が複雑となり、ロボットハンドが大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、関節の部分で複数の方向に指を動かすことが可能でありながら、構造が簡単であり、小型なロボットハンドを実現することが可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明のロボットハンドは次の構成を採用した。すなわち、
第１部材と、
長手形状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを連結する部材であって、前記第１部材に対しては、前記第２部材の長手方向に対して交差する方向の第１軸回りに回転可能に取り付けられ、前記第２部材に対しては、前記長手方向および前記第１軸の方向の何れにも交差する方向の第２軸回りに回転可能に取り付けられた連結部材と、
第１部材に設けられて、前記連結部材を前記第１回転軸回りに回転駆動する第１駆動部と、
第２部材に設けられて、前記連結部材を前記第２回転軸回りに回転駆動する第２駆動部と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような本発明のロボットハンドにおいては、長手方向の形状を有する第２部材が、連結部材を介して第１部材に取り付けられている。また、連結部材は、第１部材に対しては、第２部材の長手方向に対して交差する方向の第１軸回りに回転可能に取り付けられており、第１部材に設けられた第１駆動部を用いて、連結部材を第１軸回りに回転駆動させることが可能となっている。更に、連結部材は、第２部材に対しては、長手方向および第１軸の方向の何れにも交差する方向の第２軸回りに回転可能に取り付けられており、第２部材に設けられた第２駆動部を用いて、連結部材を第２軸回りに回転駆動させることが可能となっている。このため、第１部材と第２部材とを、第１軸回りの方向だけでなく第２軸回りの方向にも回転させることが可能でありながら、構造が簡単であり、小型なロボットハンドを実現することが可能となる。
【０００９】
また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、第２部材の長手方向と、第１軸と、第２軸とが互いに直交するようにしてもよい。
【００１０】
こうすれば、第１軸回りに回転させたときの第２部材の移動方向と、第２軸回りに回転させたときの第２部材の移動方向とが互いに独立な関係となり、第１軸回りの回転に伴う移動方向に、第２軸回りの回転に伴う移動方向の成分が含まれることがない。このため、連結部材を第１軸回りに回転させる第１駆動部、および連結部材を第２軸回りに回転させる第２駆動部の制御を簡単にすることができる。
【００１１】
また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、第１軸または第２軸の一方は、第２部材を長手方向に直交する平面で取った断面の重心からオフセットした位置に設けることとしても良い。
【００１２】
第２部材を長手方向に直交する平面で取った断面の重心に対して、第１軸および第２軸がオフセットしていない場合は、第２部材の断面は、第１軸および第２軸の何れについても偏りの無い形状となる。このため、何れの軸についても、回転方向によらず第２部材の可動範囲はほぼ同じとなる。これに対して、第１軸または第２軸の一方を第２部材の断面の重心からオフセットさせれば、オフセットさせた軸に対して一方に偏った断面形状となる。このため、オフセットさせた軸についてはオフセットさせた方向への第２部材の可動範囲を拡大させることが可能となる。
【００１３】
また、上述した本発明のロボットハンドにおいて、第１部材も、長手方向を有する形状の部材としてもよい。
【００１４】
こうすれば、ロボットハンドの指部を屈曲させるための関節で、屈曲以外の方向にも曲げることが可能なロボットハンドを実現することが可能となる。
【００１５】
また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、第１駆動部および第２駆動部は、圧電材料を含んで形成された振動体としてもよい。
【００１６】
こうすれば、第１駆動部および第２駆動部を小型に形成することができるので、ロボットハンドを小型化することができる。また、振動体を振動させて駆動する方式を採用した場合、第１駆動部を振動させていない間は連結部材が第１軸回りに回転することがなく、第２駆動部を振動させていない間は連結部材が第２軸回りに回転することがない。このため、同じ姿勢を維持するための電力が不要となり、省電力化を実現できる。
【００１７】
また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、第１駆動部の回転を減速して連結部材に伝える第１減速機構を備えることとしてもよい。
【００１８】
こうすれば、第１駆動部が発生した駆動力を増大させて連結部材に伝えることができる。また、第１駆動部の動きが減速して連結部材に伝わるので、連結部材の細かな動きを制御することも可能となる。
【００１９】
また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、第２駆動部の回転を減速して連結部材に伝える第２減速機構を備えることとしてもよい。
【００２０】
こうすれば、第２駆動部が発生した駆動力を増大させて連結部材に伝えることができる。また、第２駆動部の動きが減速して連結部材に伝わるので、連結部材の細かな動きを制御することも可能となる。
【００２１】
また、本発明のロボットハンドは次のような態様で把握することも可能である。すなわち、
第１部材と、
長手形状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを連結する連結部材と、
前記第１部材と前記連結部材とを連結し、前記第２部材の長手方向に対して交差する方向に設けられた第１軸と、
前記第２部材と前記連結部材とを連結し、前記長手方向および前記第１軸の方向の何れにも交差する方向に設けられた第２軸と、
第１部材に設けられて、前記連結部材を前記第１回転軸回りに回転駆動する第１駆動部と、
第２部材に設けられて、前記連結部材を前記第２回転軸回りに回転駆動する第２駆動部と、
を備えることを特徴とするロボットハンドという態様で把握することも可能である。
【００２２】
あるいは、本発明のロボットハンドは、
第１部材と、
長手形状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを連結する連結部材と、
前記第１部材に設けられて、屈曲方向および伸縮方向の振動を行う第１振動体と、
前記第１部材と前記連結部材とを連結し、前記第１振動体の前記伸縮方向に対して交差する方向に設けられた第１軸と、
前記第２部材と前記連結部材とを連結し、前記長手方向および前記第１振動体の前記伸縮方向の何れにも交差する方向に設けられた第２軸と、
前記第２部材に設けられて、屈曲方向および伸縮方向の振動を行い、且つ前記屈曲方向および前記伸縮方向が前記第２軸に交差する方向に設けられた第２振動体と、
を備え、
前記第１振動体は前記連結部材を前記第１回転軸回りに回転駆動させ、
前記第２振動体は前記連結部材を前記第２回転軸回りに回転駆動する
ことを特徴とするロボットハンドという態様で把握することも可能である。
【００２３】
これらの態様で把握された本発明のロボットハンドも、第１部材と第２部材とを、第１軸回りの方向だけでなく第２軸回りの方向にも回転させることが可能となる。それでいながら、構造が簡単で且つ小型なロボットハンドを実現することが可能となる。
【００２４】
また、上述した本発明のロボットハンドは、第１部材と第２部材とを第１軸回りの方向および第２軸回りの方向に回転させることが可能でありながら、小型に形成することができる。このため本発明のロボットハンドを、ロボットに搭載することによって高性能のロボットを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施例のロボットハンドの外観形状を示した説明図である。
【図２】本実施例のロボットハンドの指部の構造を示した説明図である。
【図３】指部を駆動する圧電モーターの構造を示した斜視図である。
【図４】圧電モーターの動作原理を示す説明図である。
【図５】本実施例のロボットハンドが指部を屈曲および伸張させる動作を示した説明図である。
【図６】本実施例のロボットハンドが指部を左右に傾ける動作を示した説明図である。
【図７】第１変形例のロボットハンドの関節部の構造を示した説明図である。
【図８】第２変形例のロボットハンドの指部の構造を示した説明図である。
【図９】第３変形例のロボットハンドの指部の構造を示した説明図である。
【図１０】第４変形例のロボットハンドの指部の構造を示した説明図である。
【図１１】実施例や変形例のロボットハンドをアームの先端に搭載したロボットを例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本実施例のロボットハンド１０の外観形状を示した説明図である。図示されるように本実施例のロボットハンド１０は、掌部１５０に５本の指部１００を設けた構造となっている。また、それぞれの指部１００は、略円柱形状の指先部材１２０と、略円柱形状の中間部材１１０と、中間部材１１０を掌部１５０に連結する連結部材１３０とを備えている。詳細には後述するが、指先部材１２０の一端は中間部材１１０の一端に対して屈曲方向に回転可能に軸支されており、指先部材１２０と中間部材１１０との間に関節構造が形成されている。また、中間部材１１０の他端は、別の中間部材１１０の一端に対して屈曲方向に回転可能に軸支されており、中間部材１１０と中間部材１１０との間にも関節構造が形成されている。更に、中間部材１１０と掌部１５０とは、連結部材１３０を介して連結されることによって、２つの方向に回転可能な関節構造が形成されている。
【００２７】
尚、指部１００に設けられた２つの中間部材１１０を区別する必要がある場合には、指先部材１２０との間で関節構造を形成する中間部材１１０を先端側中間部材１１０ａと称し、先端側中間部材１１０ａとの間で関節構造を形成する中間部材１１０を根元側中間部材１１０ｂと称することがあるものとする。また、４つの指部１００が並んだ方向（図１の紙面上では左右方向）を「側面方向」と称し、図１で表示されている側を「腹側」と称し、図１で表示されていない側を「背側」と称することがあるものとする。更に、「腹側」と「背側」とを結ぶ方向（図１の紙面上では紙面に直角方向）を「表裏方向」と称することがあるものとする。尚、本実施例では掌部１５０が本発明における「第１部材」に対応し、根元側中間部材１１０ｂが本発明における「第２部材」に対応する。
【００２８】
図２は、本実施例のロボットハンド１０に搭載された指部１００の構造を示す説明図である。尚、図２では、人差し指を用いて説明するが、他の４本の指についても同様である。図２（ａ）には、指部１００を腹側から見た状態が示されており、図２（ｂ）には指部１００を側面方向から見た状態が示されている。
【００２９】
始めに、指先部材１２０と先端側中間部材１１０ａとの間に形成された関節構造について説明する。図示されるように、先端側中間部材１１０ａの端面のほぼ中央には、半円の円板形状の被駆動部１１２が、指先部材１２０に向かって突設されており、被駆動部１１２の円板形状の中心位置には関節軸１１６が挿通されている。また、指先部材１２０からは、被駆動部１１２の両側に向けて軸支部１１４が突設されており、被駆動部１１２に挿通された関節軸１１６の両端が軸支部１１４によって軸支されている。このため、指先部材１２０と先端側中間部材１１０ａとは、関節軸１１６回り（屈曲方向）に回転可能に接続されている。更に、指先部材１２０の内部には、後述する圧電モーター２００が収納されている。後述するように、圧電モーター２００には凸部２１２（図３参照）が設けられており、この凸部２１２が被駆動部１１２に押し付けられた状態となっている。
【００３０】
先端側中間部材１１０ａと根元側中間部材１１０ｂとの間に形成された関節構造も、上述した関節構造と同様である。すなわち、根元側中間部材１１０ｂの端面には被駆動部１１２が突設されており、被駆動部１１２には関節軸１１６が挿通されている。また、先端側中間部材１１０ａからは軸支部１１４が突設されており、被駆動部１１２に挿通された関節軸１１６の両端を軸支部１１４によって軸支している。このため、先端側中間部材１１０ａと根元側中間部材１１０ｂとは、関節軸１１６回り（屈曲方向）に回転可能に接続されている。更に、先端側中間部材１１０ａの内部には圧電モーター２００が収納されており、圧電モーター２００の凸部２１２（図３参照）が被駆動部１１２に押し付けられている。
【００３１】
連結部材１３０は、半円の円板形状に形成された第１被駆動部１３２と、半円の円板形状に形成された第２被駆動部１３４とを組み合わせた形状に形成されている。また、第１被駆動部１３２と第２被駆動部１３４とは、円弧形状の部分を逆方向に向けた状態（従って、半円の直径側の部分を背中合わせにした状態）で、第１被駆動部１３２と第２被駆動部１３４とを９０度ひねったような位置関係となっている。
【００３２】
第２被駆動部１３４の直径方向の両側には第２軸１３６が突設されており、それぞれの第２軸１３６は、根元側中間部材１１０ｂの端面から突設された２つの軸支部１１４によって軸支されている。このため、連結部材１３０と根元側中間部材１１０ｂとは、第２軸１３６回り（屈曲方向）に回転可能となっている。同様に、第１被駆動部１３２の直径方向の両側にも第１軸１３８が突設されており、それぞれの第１軸１３８は、掌部１５０から突設された２つの軸支部１５２によって軸支されている。このため、連結部材１３０と掌部１５０とは、第１軸１３８回りに回転可能となっている。更に、根元側中間部材１１０ｂの内部および掌部１５０の内部には圧電モーター２００がそれぞれ収納されている。このうち、根元側中間部材１１０ｂに収納された圧電モーター２００の凸部２１２（図３参照）は第１被駆動部１３２に押し付けられており、掌部１５０に収納された圧電モーター２００の凸部２１２は第２被駆動部１３４に押し付けられている。
【００３３】
尚、本実施例では、掌部１５０に収納された圧電モーター２００が、本発明における「第１駆動部」、「振動体」、および「第１振動体」に対応し、根元側中間部材１１０ｂに収納された圧電モーター２００が、本発明における「第２駆動部」、「振動体」、および「第２振動体」に対応する。また、第１被駆動部１３２と第２被駆動部１３４とを９０度ひねったような位置関係となっているから、第１被駆動部１３２の直径方向の両側に突設された第１軸１３８と、第２被駆動部１３４の長兄方向の両側に突設された第２軸１３６とは互いに直交する。更に、第１軸１３８および第２軸１３６は、略円柱形状に形成された根元側中間部材１１０ｂの中心軸Ｌとも直交している。
【００３４】
図３は、指先部材１２０や、中間部材１１０、掌部１５０に収納された圧電モーター２００の構造を示した斜視図である。図示されるように圧電モーター２００は、立方体形状をしており、圧電材料を含んで板状の形成された２枚の圧電素子（表圧電素子２２０，裏圧電素子２２１）の間に、金属平板で形成されたシム板２１０を挟んで貼り合わせた積層構造となっている。尚、以下では、圧電モーター２００の長手方向をＸ方向と称する。また、図中に示すように、Ｘ方向と直交する圧電モーター２００の短手方向をＹ方向と称し、Ｘ方向およびＹ方向と直交する圧電モーター２００の厚さ方向をＺ方向と称するものとする。
【００３５】
表圧電素子２２０のシム板２１０と接する面とは反対側の面（上面）には、表圧電素子２２０に電圧を印加するための表電極２２２が設けられており、図３に示されているように、表圧電素子２２０の上面を格子状に４分割するように４つの矩形形状の表電極２２２が設けられている。また、図示は省略するが、裏圧電素子２２１のシム板２１０と接する面とは反対側の面（下面）にも同様に、その下面を格子状に４分割するように４つの矩形形状の裏電極２２３が設けられている。また、金属製のシム板２１０は、圧電素子（表圧電素子２２０，裏圧電素子２２１）を補強するだけでなく、表圧電素子２２０および裏圧電素子２２１に電圧を印加するための共通電極としての役割を有しており、グランドに接地されている。
【００３６】
圧電モーター２００の長手方向（Ｘ方向）の端部には、凸部２１２が設けられている。また、圧電モーター２００の短手方向（Ｙ方向）に向いた両側面には、圧電モーター２００を凸部２１２が設けられた側に向けて付勢した状態で支持するための一対の支持部２１４が設けられている。これら凸部２１２および支持部２１４はシム板２１０と一体に形成されている。
【００３７】
図４は、圧電モーター２００の動作原理を示す説明図である。圧電モーター２００は、圧電モーター２００の表電極２２２および裏電極２２３に一定周期で電圧を印加したときに、圧電モーター２００の凸部２１２が楕円運動することによって動作する。圧電モーター２００の凸部２１２が楕円運動するのは次の理由による。尚、表圧電素子２２０に設けられた表電極２２２と、裏圧電素子２２１に設けられた裏電極２２３とはＸ−Ｙ平面に関して面対称であって基本的には同じであるため、ここでは、表電極２２２を例に説明する。
【００３８】
先ず、周知のように圧電材料を含む圧電素子（表圧電素子２２０，裏圧電素子２２１）は、正電圧を印加すると伸張する性質を有している。従って、図４（ａ）に示すように、４つの表電極２２２の全てに正電圧を印加した後、印加電圧を解除することを繰り返すと、圧電モーター２００（表圧電素子２２０）は、長手方向（Ｘ方向）に伸縮する動作を繰り返す。このように圧電モーター２００が長手方向（Ｘ方向）に伸縮を繰り返す動作を「伸縮振動」と呼ぶ。以下では、圧電モーター２００が伸縮する方向（図中の±Ｘ方向）を「伸縮方向」と呼ぶ。また、正電圧を印加する周波数を変化させていくと、ある特定の周波数となったときに伸縮量が急に大きくなって、一種の共振現象が発生する。伸縮振動で共振が発生する周波数（共振周波数）は、表圧電素子２２０の物性と、表圧電素子２２０の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）とによって決定される。
【００３９】
また、図４（ｂ）あるいは図４（ｃ）に示すように、互いに対角線の位置にある２つの表電極２２２を組（表電極２２２ａおよび表電極２２２ｄの組、あるいは表電極２２２ｂおよび表電極２２２ｃの組）として、一定周期で正電圧を印加する。すると、圧電モーター２００（表圧電素子２２０）は、長手方向（Ｘ方向）の先端部（凸部２１２が設けられた部分）が、図面上で左右方向（Ｙ方向）に首を振るような動作を繰り返す。例えば、図４（ｂ）に示したように、表電極２２２ａおよび表電極２２２ｄの組に一定周期で正電圧を印加すると、圧電モーター２００は、長手方向の先端部が右方向に移動する動作を繰り返す。また、図４（ｃ）に示したように、表電極２２２ｂおよび表電極２２２ｃの組に一定周期で正電圧を印加すると、圧電モーター２００は、長手方向の先端部が左方向に移動する動作を繰り返す。このような圧電モーター２００の動作を「屈曲振動」と呼ぶ。以下では、圧電モーター２００が屈曲振動する方向（図中の±Ｙ方向）を「屈曲方向」と呼ぶ。こうした屈曲振動についても、表圧電素子２２０の物性と、表圧電素子２２０の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）とによって決まる共振周波数が存在する。従って、互いに対角線の位置にある２つの表電極２２２に対して、その共振周波数で正電圧を印加すると、圧電モーター２００は右方向あるいは左方向（Ｙ方向）に大きく首を振って振動する。
【００４０】
ここで、図４（ａ）に示した伸縮振動の共振周波数も、図４（ｂ）あるいは図４（ｃ）に示した屈曲振動の共振周波数も、表圧電素子２２０の物性や、表圧電素子２２０の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）によって決定される。従って、表圧電素子２２０の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）を適切に選んでやれば、２つの共振周波数を一致させることができる。そして、そのような表圧電素子２２０に対して、図４（ｂ）あるいは図４（ｃ）に示すような屈曲振動の形態の電圧を共振周波数で印加すると、図４（ｂ）あるいは図４（ｃ）に示す屈曲振動が生じると同時に、共振によって図４（ａ）の伸縮振動も誘起される。その結果、図４（ｂ）に示す態様で表電極２２２ａおよび表電極２２２ｄの組に電圧を印加した場合には、圧電モーター２００の先端部（凸部２１２が設けられた部分）が図面上で時計回りに楕円を描くような動作（楕円運動）を行う。また、図４（ｃ）に示す態様で表電極２２２ｂおよび表電極２２２ｃの組に電圧を印加した場合には、圧電モーター２００の先端部が図面上で反時計回りの楕円運動を行う。尚、以上の説明では表電極２２２に正電圧を印加するものとして説明した。しかし、周知のように圧電材料は、負電圧を印加することによっても変形する。従って、表電極２２２に負電圧を印加することによって屈曲振動（および伸縮振動）を発生させても良いし、正電圧と負電圧とを繰り返すような交番電圧を印加することによって屈曲振動（および伸縮振動）を発生させても良い。また、上述した説明では、共振周波数の電圧を印加するものとして説明した。しかし、共振周波数を含んだ波形の電圧を印加すれば十分であり、例えばパルス状の電圧であっても構わない。さらに、裏圧電素子２２１についても、表圧電素子２２０と同様に、裏電極２２３に電圧を印加することによって屈曲振動および伸縮振動を発生させることができる。
【００４１】
圧電モーター２００は、このような楕円運動を利用して被駆動体を駆動する。すなわち、圧電モーター２００の凸部２１２を被駆動体に押しつけた状態で楕円運動を発生させる。すると、凸部２１２は、圧電モーター２００が伸張する際には被駆動体に押し付けられた状態で左から右に向かって（あるいは右から左に向かって）移動し、圧電モーター２００が収縮する際には被駆動体から離れた状態で元の位置まで復帰する動作を繰り返す。この結果、被駆動体は、凸部２１２から受ける摩擦力によって一方向に駆動される。
【００４２】
図５は、指部１００を側面方向から見て、指部１００を屈曲させる動作を示した説明図である。たとえば指先部材１２０に収納された圧電モーター２００は凸部２１２が被駆動部１１２に押し付けられているので、圧電モーター２００を駆動すれば、被駆動部１１２に対して指先部材１２０を、太線の矢印で示した方向に向かって、関節軸１１６回りに回転させることができる。先端側中間部材１１０ａに収納された圧電モーター２００についても同様に、圧電モーター２００を駆動することによって、被駆動部１１２に対して先端側中間部材１１０ａを太線の矢印で示した方向に向かって、関節軸１１６回りに回転させることができる。更に、根元側中間部材１１０ｂに収納された圧電モーター２００についても同様に、圧電モーター２００を駆動することによって、第１被駆動部１３２に対して根元側中間部材１１０ｂを太線の矢印で示した方向に向かって、第２軸１３６回りに回転させることができる。その結果、それぞれの圧電モーター２００を駆動すれば、図中に破線で示したように、指部１００全体を屈曲させることができる。また、圧電モーター２００を逆向きに駆動してやれば、屈曲した指部１００を伸張させることも可能である。
【００４３】
尚、図５では、指先部材１２０、先端側中間部材１１０ａ、根元側中間部材１１０ｂに収納された全ての圧電モーター２００を、同時に且つ同じ方向に駆動するものとして説明したが、一部の圧電モーター２００を駆動しても良いし、また一部の圧電モーター２００については他の圧電モーター２００に対して逆方向に駆動しても良い。
【００４４】
図６は、指部１００を腹側から見て、指部１００を左右に傾ける動作を示した説明図である。指部１００を左右に傾ける場合には、掌部１５０に収納された圧電モーター２００を用いて、連結部材１３０の第２被駆動部１３４を太線の矢印で示した方向に向かって、第１軸１３８回りに回転させる。こうすれば、図中に太い破線で示したように、指部１００全体を傾けることができる。また、圧電モーター２００を逆方向に駆動すれば、図中に細い破線で示したように、指部１００を逆方向に傾けることができる。更に、圧電モーター２００を何れかの方向に駆動して指部１００を傾けた後、圧電モーター２００を逆方向に駆動すれば、傾いた指部１００を元の状態に戻すことができる。また、図６では、指部１００を屈曲させていない状態で、左右に傾ける様子を示しているが、もちろん、図５に示したように指部１００を屈曲させた状態で（あるいは屈曲させながら）、指部１００を左右に傾けることも可能である。
【００４５】
以上に説明したように、本実施例のロボットハンド１０は、指部１００（詳しくは根元側中間部材１１０ｂ）と掌部１５０との間の関節部分では、図５に示したように第２軸１３６回り（屈曲方向）の回転と、図６に示したように第１軸１３８回り（左右方向）の回転とが可能である。このため、それぞれの指部１００をより柔軟に動かして、複雑な対象物を把持することが可能となる。それでいながら、指部１００（詳しくは根元側中間部材１１０ｂ）と掌部１５０とが連結部材１３０を介して連結されて、指部１００（詳しくは根元側中間部材１１０ｂ）および掌部１５０にそれぞれ圧電モーター２００が収納された簡単な構造となっている。このため、関節部分を小型化することができ、その結果、ロボットハンド１０が大型化することを回避することが可能となる。
【００４６】
尚、上述した実施例では、連結部材１３０の第２軸１３６は、略円柱形状に形成された根元側中間部材１１０ｂのほぼ中心軸Ｌ上に設けられているものとして説明した。しかし、第２軸１３６は、根元側中間部材１１０ｂの中心軸Ｌに対してオフセットさせた位置に設けることとしてもよい。こうすれば、第２軸１３６をオフセットさせた方向に、関節の可動範囲を広げることが可能となる。以下、この点について、図を用いて説明する。
【００４７】
図７は、連結部材１３０の第２軸１３６をオフセットさせた第１変形例の説明図である。尚、図７（ａ）には、掌部１５０と、連結部材１３０と、根元側中間部材１１０ｂの部分とを側面方向から見た状態が示されており、先端側中間部材１１０ａや指先部材１２０については図示が省略されている。また、図中で矢視Ｐの方から見た状態が図７（ｂ）に示されている。尚、図７（ｂ）でも、先端側中間部材１１０ａや指先部材１２０については図示が省略されている。図７（ｂ）に示されるように、第１変形例の第２軸１３６は、根元側中間部材１１０ｂの中心軸Ｌに直交する平面で取った断面の重心位置Ｇから、腹側の方向に距離Ｆだけオフセットされている。このように第２軸１３６をオフセットした状態では、根元側中間部材１１０ｂの屈曲方向への可動限界は図７（ａ）中に一点鎖線で示した位置となる。
【００４８】
図７（ｃ）には、参考として、連結部材１３０の第２軸１３６をオフセットさせていない本実施例が示されている。また、図７（ｄ）には、図７（ｃ）中の矢視Ｑの方向から見た状態が示されている。図７（ｄ）に示されるように、参考として示した本実施例の第２軸１３６は、根元側中間部材１１０ｂの中心軸からオフセットされてない。また、この場合、根元側中間部材１１０ｂの屈曲方向への可動限界は図７（ｃ）中に一点鎖線で示した位置となる。そして、図７（ａ）の可動限界と、図７（ｃ）の可動限界とを比較すれば明らかなように、第２軸１３６をオフセットさせることにより、オフセットさせた側への可動限界を広げることが可能となる。
【００４９】
また、上述した実施例では、根元側中間部材１１０ｂに収納された圧電モーター２００を駆動することによって、根元側中間部材１１０ｂを屈曲あるいは伸張させ（図５参照）、掌部１５０に収納された圧電モーター２００を駆動することによって、指部１００全体を左右方向に傾ける（図６参照）ものとして説明した。しかし、図８に示したように、掌部１５０に収納された圧電モーター２００を駆動することによって根元側中間部材１１０ｂを屈曲あるいは伸張させ、根元側中間部材１１０ｂに収納された圧電モーター２００を駆動することによって、指部１００全体を左右方向に傾けるようにすることも可能である。
【００５０】
すなわち、図８に示した第２変形例では、掌部１５０に対して連結部材１３０を回転させる第１軸１３８は、指部１００の側面方向（図８（ａ）上では左右方向。図８（ｂ）では紙面に直角方向）に向けて設けられている。また、連結部材１３０に対して根元側中間部材１１０ｂを回転させる第２軸１３６は、指部１００の表裏方向（図８（ａ）では紙面に直角方向。図８（ｂ）上では左右方向）に向けて設けられている。これに合わせて、図８の第２変形例の軸支部１１４や、軸支部１５２、第１被駆動部１３２、第２被駆動部１３４は、図２の本実施例に対して、根元側中間部材１１０ｂの中心軸Ｌを中心に９０度回転させたような位置関係に変更されている。
【００５１】
また、上述した実施例および変形例では、圧電モーター２００が連結部材１３０の第１被駆動部１３２や第２被駆動部１３４を直接駆動するものとして説明した。しかし、圧電モーター２００が減速機構を介して、第１被駆動部１３２や第２被駆動部１３４を駆動するものとしてもよい。
【００５２】
図９は、圧電モーター２００が減速機構を介して第１被駆動部１３２や第２被駆動部１３４を駆動する第３変形例を例示した説明図である。図９では、第３変形例の指部１００について、掌部１５０や、連結部材１３０、根元側中間部材１１０ｂ、先端側中間部材１１０ａの部分が拡大して表示されている。図示されるように第３変形例では、掌部１５０に収納された圧電モーター２００と、連結部材１３０の第２被駆動部１３４との間には、第１減速機構１４０が設けられている。第１減速機構１４０は、小ローター１４０ａと、小ローター１４０ａよりも半径の大きな大ローター１４０ｂとが同軸に組み付けられて構成されている。そして、圧電モーター２００が大ローター１４０ｂを駆動すると、その動きが小ローター１４０ａを介して減速された状態で第２被駆動部１３４に伝達される。このため、圧電モーター２００の力が増大されて、根元側中間部材１１０ｂ（および先端側中間部材１１０ａ、指先部材１２０）を第１軸１３８回り（屈曲方向）に回転させることができる。
【００５３】
また、根元側中間部材１１０ｂに収納された圧電モーター２００と、連結部材１３０の第１被駆動部１３２との間には、第２減速機構１４２が設けられている。第２減速機構１４２は、小ローター１４２ａと、小ローター１４２ａよりも半径の大きな大ローター１４２ｂとが同軸に組み付けられて構成されている。そして、圧電モーター２００が大ローター１４２ｂを駆動すると、その動きが小ローター１４０ａを介して減速された状態で第１被駆動部１３２に伝達される。このため、圧電モーター２００の力が増大されて、根元側中間部材１１０ｂ（および先端側中間部材１１０ａ、指先部材１２０）を第２軸１３６回り（左右方向）に回転させることができる。
【００５４】
また、上述した実施例および変形例では、指先部材１２０と先端側中間部材１１０ａの間や、先端側中間部材１１０ａと根元側中間部材１１０ｂとの間には連結部材１３０が設けられておらず、従ってこれらの部分では屈曲方向には回転可能であるが、左右方向には回転できないものとして説明した。しかし、図１０に例示した第４変形例のように、指先部材１２０と先端側中間部材１１０ａや、先端側中間部材１１０ａと根元側中間部材１１０ｂとの間も、連結部材１３０を介して連結するようにしても良い。こうすれば、指先部材１２０と先端側中間部材１１０ａとの間や、先端側中間部材１１０ａと根元側中間部材１１０ｂとの間の関節部分でも、屈曲方向および左右方向に回転させることが可能となる。尚、上述した第３変形例では、根元側中間部材１１０ｂが本発明における「第１部材」に対応し、先端側中間部材１１０ａが本発明における「第２部材」に対応する。
【００５５】
図１１は、実施例や変形例のロボットハンド１０をアーム３００の先端に搭載したロボット４００を例示した説明図である。上述したように本実施例および変形例のロボットハンド１０は、指部１００を柔軟に動かすことが可能でありながら、ロボットハンド１０を小型化することができる。このため、高性能なロボット４００を実現することが可能となる。
【００５６】
以上、本発明のロボットハンド、およびロボットについて説明したが、本発明は上記の実施例や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…ロボットハンド、    １００…指部、            １１０…中間部材、
１１２…被駆動部、        １１４…軸支部、          １１６…関節軸、
１２０…指先部材、        １３０…連結部材、        １３２…第１被駆動部、
１４０…第１減速機構、    １４２…第２減速機構、    １３４…第２被駆動部、
１３６…第２軸、          １３８…第１軸、          １５０…掌部、
１５２…軸支部、          ２００…圧電モーター、    ２１２…凸部、
２２０…表圧電素子、      ２２１…裏圧電素子、      ２２２…表電極、
２２３…裏電極、          ３００…アーム、          ４００…ロボット。
【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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