(57)【要約】  小型かつ軽量であり、さまざまなワークを確実に把持することができるロボットハンドおよびロボットを提供することを課題とする。この課題を解決するために、このロボットハンドおよびロボットは、互いに平行な回転軸まわりにそれぞれ回転する複数の関節部と、先端から１つずつ上記した関節部を介しながら連結される複数のリンクと、隣接した関節部同士を連動して回転させる張架部材と、関節部について末端の関節部のみを駆動して回転させる１つの駆動源とを備える。
2013008310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な回転軸まわりにそれぞれ回転する複数の関節部と、
前記関節部を介して連結される複数のリンクと、
隣接した前記関節部の回転を連動させる張架部材と、
末端の前記関節部を駆動して回転させる１つの駆動源と
を備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記張架部材は、
前記関節部における正逆の回転向きに対応してそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
把持対象物であるワークを把持する際に前記リンクの１つが前記ワークへ接したことによって可動を規制された場合に、当該リンクと先端側において隣接する前記リンクを可動するための前記関節部が、可動を規制された前記リンクに対して回転することを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記リンクの自重および長さに基づき、前記関節部が前記末端から前記先端にかけて順に回転するようにあらかじめ調整された所定の付勢力を有し、前記所定の付勢力をもって前記関節部の回転を握り込み方向へ付勢する付勢部材
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記複数の関節部は、
前記回転軸の一端にそれぞれプーリを有し、
前記プーリは、
前記駆動源の回転駆動時に、前記関節部間で分配される当該駆動源の出力トルクの比が、前記関節部の回転角の変位に応じてつねに一定になるようにあらかじめ調整された形状であることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項６】
所定の弾性力でつねに前記張架部材へ押し付けられることによって、前記回転角が変位した場合であっても、前記張架部材のたるみをとって張力を保持する張力保持部材
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記張架部材は、
ワイヤまたはタイミングベルトであることを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項８】
互いに平行な回転軸まわりにそれぞれ回転する複数の関節部と、
前記関節部を介して連結される複数のリンクと、
隣接した前記関節部の回転を連動させる張架部材と、
末端の前記関節部を駆動して回転させる１つの駆動源と
を備えるロボットハンド
を有することを特徴とするロボット。
【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】
従来、ロボットが有する多関節アームの終端可動部に設けられ、把持対象物であるワークを把持するロボットハンドが知られている。かかるロボットハンドは、たとえば、人間の指を模した指機構を複数個有しており、かかる指機構でワークを挟み込むことによって把持動作を行う。【０００３】
ところで、近年、かかるワークの形状や大きさの多様性が増している。そこで、上記した指機構を多関節化することで指機構の自由度を高めて、ワークの多様性に応えることを目的とした技術が提案されている。【０００４】
ここで、かかる多関節化においては、関節のそれぞれを個別の駆動源によって駆動してもよいが、かかる場合、ロボットハンドの自重の増加を招くため、把持可能なワークの重量が制約され、好ましくない。【０００５】
そこで、特許文献１および特許文献２には、１つの駆動源の動力で各関節を連動して動作させる、いわゆる劣駆動系の動力伝達機構を備えたロボットハンドが開示されている。なお、かかるロボットハンドは、上記した指機構に相当する指本体またはフインガに沿って相互に噛み合うように配設された歯車の列（以下、「歯車列」と記載する）によって、１つの駆動源の動力を伝達し、各関節を動作させている。【０００６】
これにより、ロボットハンドは、搭載する駆動源の数を減らし、軽量化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０６４１８５号公報
【特許文献２】特開２００８−０４９４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術を用いた場合、動力伝達機構である歯車列自体が、ある程度の大きさの配設スペースを要するため、ロボットハンドが大型化するという問題があった。【０００９】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、小型かつ軽量であり、さまざまなワークを確実に把持することができるロボットハンドおよびロボット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】
【００１０】
本願の開示するロボットハンドおよびロボットは、一つの態様において、互いに平行な回転軸まわりにそれぞれ回転する複数の関節部と、前記関節部を介して連結される複数のリンクと、隣接した前記関節部の回転を連動させる張架部材と、末端の前記関節部を駆動して回転させる１つの駆動源とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願の開示するロボットハンドおよびロボットの一つの態様によれば、小型かつ軽量であり、さまざまなワークを確実に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、実施例１に係るロボットハンドを備えるロボットの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施例１に係るロボットハンドを備えるロボットの正面図である。
【図２】図２は、実施例１に係るロボットハンドの斜視図である。
【図３】図３は、実施例１に係るロボットハンドが備える指機構の正面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、指機構の初期姿勢における側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、指機構の第１の動作姿勢における簡略的な側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、指機構の第２の動作姿勢における簡略的な側面図である。
【図５】図５は、実施例２に係る指機構の初期姿勢における側面図である。
【図６】図６は、実施例２に係る指機構の動作姿勢における側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットハンドおよびロボットの実施例を詳細に説明する。なお、以下に示す各実施例における例示で本発明が限定されるものではない。
【００１４】
また、以下では、ロボットハンドを人の手に見立てた場合に、指に相当する部材を「指機構」と記載する。また、「指機構」に含まれ、指の、いわばリンクである指節に対応する部材を「指節部」と記載する。なお、以下では、親指に相当するものについては「指機構」に含まず、特に「親指部」と記載する。
【００１５】
また、以下では、指機構の回転関節に円形のプーリを取り付けた場合の実施例を実施例１として、かかるプーリを非円形とした場合の実施例を実施例２として、それぞれ説明する。
【実施例１】
【００１６】
まず、実施例１に係るロボットハンドを備えるロボットの概略について、図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、実施例１に係るロボットハンド２０を備えるロボット１０の側面図であり、図１Ｂは、実施例１に係るロボットハンド２０を備えるロボット１０の正面図である。【００１７】
なお、図１Ａおよび図１Ｂには、説明を分かりやすくするために、鉛直方向を正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明に用いる他の図面においても示す場合がある。【００１８】
また、以下では、１対で構成される構成要素については、１対のうちの一方の各部材にのみ符号を付し、他方については符号の付与を省略する場合がある。かかる場合、双方の構成は同様であるものとする。【００１９】
図１Ａに示すように、実施例１に係るロボット１０は、本体部１０ａと、アーム部１０ｂと、脚部１０ｃとを備えている。本体部１０ａは、ロボット１０の本体部分であり、人の胴体に相当する機構である。【００２０】
アーム部１０ｂは、本体部１０ａの側面に取り付けられるいわゆる多関節アームであり、終端可動部にエンドエフェクタとしてロボットハンド２０を有する。脚部１０ｃは、本体部１０ａの下部に配置され、ロボット１０をＸ軸方向に沿って進ませたり、Ｚ軸と略平行な軸まわりに旋回させたりする機構である。【００２１】
また、図１Ｂに示すように、Ｘ軸の正方向からみた場合、ロボット１０は、アーム部１０ｂを１対備えている。すなわち、ロボット１０は、いわゆる双腕ロボットである。なお、図１Ｂに示すように、アーム部１０ｂに対してＦＲＰ（Fiber  Reinforced  Plastics）などを素材とするアームカバー１０ｂ’を覆設することで、アーム部１０ｂの機構部分を保護することができる。【００２２】
また、図１Ｂに示すように、アームカバー１０ｂ’には、圧力センサ１０ｄや温度センサ（図示せず）などを取り付けることができ、たとえば、障害物への接触などを検知し、かかる障害物を回避して移動するといった制御を行うことができる。【００２３】
また、図１Ｂに示すように、ロボット１０は、表示情報などを出力する表示モニタ１０ｅといったユーザインタフェースに関連する各種デバイスを備えることができる。【００２４】
次に、実施例１に係るロボットハンド２０の構成例について、図２を用いて説明する。図２は、実施例１に係るロボットハンド２０の斜視図である。なお、図２には、ロボット１０（図１Ｂ参照）をＸ軸の正方向からみた場合の左手に対応するロボットハンド２０を示している。【００２５】
図２に示すように、実施例１に係るロボットハンド２０は、アーム部１０ｂの終端可動部１０ｂａに対して取り付けられる。ここで、終端可動部１０ｂａは、図２に示す軸ＡＸｐまわりに回転することができる。したがって、ロボットハンド２０もまた、かかる終端可動部１０ｂａの回転にあわせて回転することとなる。【００２６】
また、図２に示すように、ロボットハンド２０は、指機構２１と、親指部２２とを備えている。ロボットハンド２０は、かかる指機構２１と親指部２２との間で把持対象物であるワークを挟み込んで、かかるワークを把持する。【００２７】
なお、以下では、ワークを把持する際の指機構２１の動作方向、すなわち、指機構２１がこれからワークへ接しようとする向きを「握り込み方向」と記載する。また、以下では、かかる握り込み方向への回転駆動を「正転駆動」と、かかる「正転駆動」とは逆向きの回転駆動を「逆転駆動」と、それぞれ記載する場合がある。【００２８】
ここで、ロボットハンド２０の構成例をより詳細に、特に指機構２１について、図３を用いて説明する。図３は、実施例１に係るロボットハンド２０が備える指機構２１の正面図である。【００２９】
図３に示すように、指機構２１は、固定部２１ａと、第１指節部２１ｂと、第２指節部２１ｃとを備えている。【００３０】
固定部２１ａは、終端可動部１０ｂａ（図２参照）へ固定される部材である。かかる固定部２１ａには、回転駆動するアクチュエータ２１ｆが配置される。【００３１】
第１指節部２１ｂは、人の指の根元に対応する指節に相当する部材であり、摩擦低減のためのベアリング（図示せず）を備えた２組の軸受を有している。【００３２】
そして、２組の軸受のうち、一方の１組の軸受には、アクチュエータ２１ｆの出力軸を含む軸ＡＸｘ１まわりの回転軸が軸支される。なお、かかる軸受および軸ＡＸｘ１まわりの回転軸を含む可動機構を、以下では、「第１関節部２１ｄ」と記載する。【００３３】
すなわち、第１指節部２１ｂは、固定部２１ａに対して、第１関節部２１ｄを介して回転自在に連結される。また、アクチュエータ２１ｆの出力軸には、駆動プーリ２１ｇが固定される。なお、Ｘ軸方向からみた場合、駆動プーリ２１ｇの形状は円形であるものとする。【００３４】
また、固定部２１ａと第１指節部２１ｂとの間には、第１指節部２１ｂを握り込み方向へ付勢する付勢部材としてのトーションばね２１ｌを配置することができる。かかるトーションばね２１ｌについては、後述する指機構２１の動作説明の際に詳しく述べる。【００３５】
また、上述の２組の軸受のうち、他方の１組の軸受には、第２指節部２１ｃが有する軸ＡＸｘ２まわりの回転軸が軸支される。なお、かかる軸受および軸ＡＸｘ２まわりの回転軸を含む可動機構を、以下では、「第２関節部２１ｅ」と記載する。【００３６】
すなわち、第２指節部２１ｃは、第１指節部２１ｂに対して、第２関節部２１ｅを介して回転自在に連結される。かかる第２指節部２１ｃは、人の指先に対応する指節に相当する部材である。【００３７】
また、かかる第２指節部２１ｃの回転軸の一端には、従動プーリ２１ｈが、上述の駆動プーリ２１ｇと並設するように固定される。なお、Ｘ軸方向からみた場合、従動プーリ２１ｈの形状もまた円形であるものとする。【００３８】
そして、第１関節部２１ｄおよび第２関節部２１ｅの間は、ワイヤの張架によって連結される。【００３９】
具体的には、図３に示すように、正転駆動ワイヤ２１ｉが、一端を駆動プーリ２１ｇに、他端を第２指節部２１ｃに設けられた終端部２１ｋにそれぞれ固定されて張架される。このとき、正転駆動ワイヤ２１ｉは、駆動プーリ２１ｇおよび従動プーリ２１ｈにおいては、それぞれ同じ向きに巻回されて滑りなく固定されている。【００４０】
また、同様に、逆転駆動ワイヤ２１ｊが、一端を駆動プーリ２１ｇに、他端を終端部２１ｋにそれぞれ固定されて張架される。このとき、逆転駆動ワイヤ２１ｊは、駆動プーリ２１ｇおよび従動プーリ２１ｈのそれぞれにおいて、正転駆動ワイヤ２１ｉとは逆向きに巻回され、滑りなく固定される。【００４１】
これにより、アクチュエータ２１ｆの回転駆動が、滑りなく第１関節部２１ｄおよび第２関節部２１ｅの回転軸へ伝達されることとなる。【００４２】
なお、このように第１関節部２１ｄおよび第２関節部２１ｅを連結した場合、アクチュエータ２１ｆの回転駆動によって第１関節部２１ｄおよび第２関節部２１ｅのそれぞれに生じるトルクは、アクチュエータ２１ｆの出力トルクが、駆動プーリ２１ｇの半径および従動プーリ２１ｈの半径の比に応じて分配されたものとなる。【００４３】
また、ここでは、ワイヤを張架する例を取り上げたが、張架可能な張架部材であればよく、タイミングベルトなどを用いてもよい。また、上述した終端部２１ｋには、正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊの一端を固定するだけでなく、両ワイヤの有効長を調整する機構を含むこととしてもよい。【００４４】
次に、実施例１に係るロボットハンド２０の動作について、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、指機構２１の初期姿勢における側面図である。また、図４Ｂは、指機構２１の第１の動作姿勢における簡略的な側面図である。また、図４Ｃは、指機構２１の第２の動作姿勢における簡略的な側面図である。【００４５】
なお、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、Ｘ軸の正方向からみた場合、握り込み方向への回転は右回りを指す。【００４６】
図４Ａに示すように、指機構２１は、把持動作を行っていない段階においては、第１関節部２１ｄおよび第２関節部２１ｅの双方の回転軸を、Ｚ軸に略平行な軸ＡＸｚ上に配置するような初期姿勢をとる。【００４７】
かかる初期姿勢は、張架された正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊの張力によって保たれている。なお、既に図３を用いて説明したように、第１指節部２１ｂは、アクチュエータ２１ｆの出力軸、および、第２指節部２１ｃの回転軸を、それぞれ対応する軸受で回転自在に軸支している部材である。【００４８】
言い換えるならば、第１指節部２１ｂは、かかる双方の軸が回転しても、かかる回転に従動しない部材である。【００４９】
しかしながら、かかる第１指節部２１ｂは、前述の正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊの張力によって、向きを軸ＡＸｚに沿って固定され、駆動プーリ２１ｇ、および、従動プーリ２１ｈを介しての第２指節部２１ｃと、いわば一体化しているとみなすことができる。【００５０】
ここで、把持動作の開始にともなって、固定部２１ａのアクチュエータ２１ｆが正転駆動したものとする。かかるアクチュエータ２１ｆの正転駆動は、まず、第１関節部２１ｄに対してトルクを生じさせる。【００５１】
そして、図４Ｂに示すように、第１関節部２１ｄに生じたトルクは、第１関節部２１ｄの回転軸を中心に、駆動プーリ２１ｇと、かかる駆動プーリ２１ｇと一体化した第１指節部２１ｂおよび第２指節部２１ｃとを、第１指節部２１ｂがワーク１００へ接触するまで握り込み方向３００へ回転させる。【００５２】
なお、以下の説明の便宜上、図４Ｂに示すように、第１指節部２１ｂのリンク長を「Ｌ１」と、第１関節部２１ｄの回転軸から第１指節部２１ｂにおけるワーク１００との接触点である把持点ｋ１までの距離を「Ｌ’１」と、ワーク１００と接触したときの第１関節部２１ｄの回転角を「θ１」と、それぞれ定義しておく。【００５３】
ここで、把持点ｋ１においてワーク１００と接した第１指節部２１ｂは、その可動を規制されたこととなる。そして、かかる状態においては、第１関節部２１ｄのトルクは、駆動プーリ２１ｇに正転駆動ワイヤ２１ｉ（図４Ａ参照）を巻き取らせ、かかる巻き取りの際に加わる張力によって、従動プーリ２１ｈへ駆動プーリ２１ｇの駆動力を伝達する。すなわち、第２関節部２１ｅに対してトルクを生じさせる。【００５４】
そして、図４Ｃに示すように、第２関節部２１ｅに生じたトルクは、前述の一体化を解除させ、第２指節部２１ｃのみを、第２関節部２１ｅの回転軸を中心にワーク１００へ接触するまで握り込み方向４００へ回転させる。【００５５】
なお、以下の説明の便宜上、図４Ｃに示すように、第２関節部２１ｅの回転軸から第２指節部２１ｃにおけるワーク１００との接触点である把持点ｋ２までの距離を「Ｌ’２」と、ワーク１００と接触したときの、軸ＡＸｙｚを基準とする第２関節部２１ｅの回転角を「θ２」と、それぞれ定義しておく。【００５６】
すなわち、図４Ａから図４Ｃにかけて示したように、指機構２１は、ワーク１００の把持動作に際して、指の根元に対応する第１指節部２１ｂから指先に対応する第２指節部２１ｃにかけて順次ワーク１００の形状にならわせる「ならい動作」を行う。【００５７】
かかる「ならい動作」により、把持点ｋ１や把持点ｋ２などの各点でワーク１００を多点支持することができるので、さまざまな形状や大きさのワーク１００を確実に把持することが可能となる。【００５８】
なお、図４Ｃに示したように、第１指節部２１ｂおよび第２指節部２１ｃがそれぞれワーク１００へ接したときの第１関節部２１ｄにかかるトルクＴ１は、第１指節部２１ｂの質量をｍ１、第２指節部２１ｃの質量をｍ２、重力加速度をｇとした場合、たとえば、把持点ｋ１に基づくトルクと、把持点ｋ２に基づくトルクとの総和として、
【数１】
2013008310.tif 000003
式（１）によって算出することができる。【００５９】
また、同じく第２関節部２１ｅにかかるトルクＴ２は、たとえば、
【数２】
2013008310.tif 000004
式（２）によって算出することができる。【００６０】
ところで、指機構２１が、「ならい動作」を行うにあたっては、第２指節部２１ｃのみが先行して回転することを防止することが好ましい。言い換えれば、一体化した第１指節部２１ｂと第２指節部２１ｃとを、確実に先行して回転させることが好ましい。【００６１】
これは、上述したトーションばね２１ｌ（図３参照）が有する所定の付勢力（すなわち、弾性力）を、第１関節部２１ｄのトルクへ加えることによって実現することができる。具体的には、トーションばね２１ｌの弾性力によって付勢するトルクをＴｂとした場合、
【数３】
2013008310.tif 000005
式（３）の条件を満たす弾性力を有するトーションばね２１ｌを、固定部２１ａと第１指節部２１ｂとの間に、初期姿勢においては弾性力を蓄積するように、動作姿勢においては第１指節部２１ｂを握り込み方向３００（図４Ｂ参照）へ付勢するように、配置することとすればよい。【００６２】
なお、式（３）の右辺が最大となるのは、初期姿勢から把持動作を開始する場合である。すなわち、最も重力の影響を受けるｃｏｓθ１＝１およびｃｏｓ（θ１＋θ２）＝１のときであり、これを式（３）の右辺に適用すれば、
【数４】
2013008310.tif 000006
重力補償の条件を示す式（４）を得ることができる。【００６３】
したがって、かかる式（４）の条件を満たす弾性力を有するトーションばね２１ｌを備えることで、指機構２１に、確実に「ならい動作」を行わせることができる。【００６４】
なお、図４Ｃに示す動作姿勢における第１指節部２１ｂの押し付け力Ｐ１は、たとえば、第１指節部２１ｂのみに基づいて第１関節部２１ｄにかかるトルクを、把持点ｋ１までの距離Ｌ’１で割る、以下の、
【数５】
2013008310.tif 000007
式（５）によって算出することができる。【００６５】
また、同様に、図４Ｃに示す動作姿勢における第２指節部２１ｃの押し付け力Ｐ２については、たとえば、第２指節部２１ｃのみに基づいて第２関節部２１ｅにかかるトルクを、把持点ｋ２までの距離Ｌ’２で割る、以下の、
【数６】
2013008310.tif 000008
式（６）によって算出することができる。【００６６】
上述したように、実施例１に係るロボットハンドおよびロボットは、互いに平行な回転軸まわりにそれぞれ回転する第１関節部および第２関節部と、かかる第１関節部および第２関節部を介して連結される第１指節部および第２指節部と、隣接する第１関節部および第２関節部同士を連動して回転させる正転駆動ワイヤおよび逆転駆動ワイヤと、第１関節部のみを回転させる１つのアクチュエータとを備える。【００６７】
そして、実施例１に係るロボットハンドおよびロボットは、ワークを把持する際に、第１指節部がワークへ接触したことによってその可動を規制された場合には、正転駆動ワイヤへ張力を加えることによって第２関節部を連動させ、第２指節部をワークへ接触するまで回転させる。【００６８】
したがって、実施例１に係るロボットハンドおよびロボットによれば、小型かつ軽量でありつつ、さまざまなワークを確実に把持することができる。なお、ワークを解放する際には、アクチュエータを逆転駆動させればよい。【００６９】
ところで、上述した実施例１では、駆動源であるアクチュエータの出力トルクが、第１関節部および第２関節部においては、基本的に、駆動プーリの半径および従動プーリの半径の比に応じて分配されたものとなる点について述べた。【００７０】
また、上述した実施例１では、第１指節部および第２指節部がそれぞれワークへ接したときに、第１関節部および第２関節部にかかるトルク（以下、「負荷トルク」と記載する）は、各把持点までの距離および各関節の回転角によって変位する点について示した（式（１）および式（２）参照）。【００７１】
これらの点について、本来、把持動作において安定した把持姿勢を保つにあたっては、前述の分配される出力トルクの比と、変位する負荷トルクの比とが、つねにつり合っている状態が理想的である。【００７２】
そこで、以下に示す実施例２では、非円形状のプーリによって、かかる出力トルクの比と負荷トルクの比とをつねにつり合わせる場合について、図５および図６を用いて説明する。
【実施例２】
【００７３】
図５は、実施例２に係る指機構２１’の初期姿勢における側面図である。また、図６は、実施例２に係る指機構２１’の動作姿勢における側面図である。なお、図５および図６では、図３、および図４Ａ〜図４Ｃに示した実施例１に係る指機構２１と同一の構成要素には同一の符号を付しており、実施例１と重複する構成要素についての説明は省略するか簡単な説明にとどめることとする。【００７４】
図５に示すように、指機構２１’は、従動プーリ２１ｈ（図４Ａ参照）に代わって非円形プーリ２００を備える点で、上述した実施例１に係る指機構２１とは異なる。また、図５に示すように、スプリング２０１と、テンショナー２０２とをさらに備える点で、実施例１に係る指機構２１とは異なる。【００７５】
非円形プーリ２００は、従動プーリ２１ｈ（図４Ａ参照）の場合と同様に、第２指節部２１ｃの回転軸の一端に固定され、その外周面には、正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊが巻回される。【００７６】
スプリング２０１は、その弾性力によってテンショナー２０２をつねに正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊへ押し付ける部材である。【００７７】
テンショナー２０２は、かかるスプリング２０１によってつねに正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊへ押し付けられることで、正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊのたるみをとって張力を保持する張力保持部材である。また、張力を保持することで、正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊが各プーリから脱落することを防ぐことができる。【００７８】
そして、図６に示すように、非円形プーリ２００は、第２関節部２１ｅにトルクが生じた場合、第２関節部２１ｅの回転角θ２に応じて有効径Ｒ２を変化させつつ回転することとなる。このとき、非円形プーリ２００の有効径Ｒ２の変化による正転駆動ワイヤ２１ｉおよび逆転駆動ワイヤ２１ｊの張力の変化は、スプリング２０１で押し付けられるテンショナー２０２によって吸収される。【００７９】
ここで、第２関節部２１ｅの回転角θ２に応じた非円形プーリ２００の有効径Ｒ２は、たとえば、次のように求めることができる。なお、ここで、駆動プーリ２１ｇは円形であるものとし、その半径は半径Ｒ１で示すこととする。また、第１指節部２１ｂのリンク長Ｌ１、および、第２関節部２１ｅの回転軸から把持点ｋ２までの距離Ｌ’２については、上述した実施例１の場合と同様とする。【００８０】
まず、上述した実施例１において示した、式（１）および式（２）に基づき、第１関節部２１ｄにかかる負荷トルクＴ１と第２関節部２１ｅにかかる負荷トルクＴ２との比は、
【数７】
2013008310.tif 000009
式（７）によってあらわすことができる。【００８１】
ここで、かかる負荷トルクＴ１と負荷トルクＴ２との比と、前述の分配される出力トルクの比とをつねにつり合わせたいので、式（７）の左辺を駆動プーリ２１ｇの半径Ｒ１と非円形プーリ２００の有効径Ｒ２との比に置き換えて、
【数８】
2013008310.tif 000010
式（８）の関係式を導くことができる。【００８２】
そして、かかる式（８）の関係式を、有効径Ｒ２について解くと、
【数９】
2013008310.tif 000011
式（９）を導くことができる。すなわち、かかる式（９）によって、第２関節部２１ｅの回転角θ２に応じた有効径Ｒ２を求めることで、非円形プーリ２００の形状をあらかじめ調整することができる。【００８３】
これにより、指機構２１’をつねに安定した把持姿勢に保つことができるので、小型かつ軽量でありつつ、さまざまなワークを確実に把持することができる。また、安定した把持姿勢により、小さな部品をつまむピッキング動作などにも適用することができるので、適用範囲の広い、汎用性豊かなロボットハンドを提供することができる。【００８４】
上述したように、実施例２に係るロボットハンドおよびロボットは、互いに平行な回転軸まわりにそれぞれ回転する第１関節部および第２関節部と、かかる第１関節部および第２関節部を介して連結される第１指節部および第２指節部と、隣接する第１関節部および第２関節部同士を連動して回転させる正転駆動ワイヤおよび逆転駆動ワイヤと、第１関節部のみを回転させる１つのアクチュエータとを備える。【００８５】
また、実施例２に係るロボットハンドおよびロボットは、第１関節部の一端に駆動プーリを、第２関節部の一端に非円形プーリをそれぞれ有し、かかる非円形プーリの形状は、アクチュエータの回転駆動時に、第１関節部および第２関節部の間で分配されるアクチュエータの出力トルクの比が、第２関節部の回転角の変位に応じてつねに一定になるようにあらかじめ調整される。【００８６】
したがって、実施例２に係るロボットハンドおよびロボットによれば、小型かつ軽量でありつつ、さまざまなワークを確実に把持することができる。また、安定した把持姿勢により、適用範囲の広い、汎用性豊かなロボットハンドを提供することができる。【００８７】
ところで、上述した各実施例では、１個の指機構の動作について説明したが、指機構が２個以上である場合に本発明を適用することとしてもよい。また、上述した親指部を指機構に含み、本発明を適用することとしてもよい。【００８８】
また、上述した各実施例では、１個の指機構につき、指節部が２個である場合について説明したが、指節部が３個以上であってもよい。また、上述した各実施例では、駆動源であるアクチュエータが固定部に配置され、その出力軸と駆動プーリの回転軸が同一である場合について説明したが、アクチュエータの配置位置や駆動プーリとの連結方法などを限定するものではない。【００８９】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１０    ロボット
１０ａ  本体部
１０ｂ  アーム部
１０ｂ’  アームカバー
１０ｂａ  終端可動部
１０ｃ  脚部
１０ｄ  圧力センサ
１０ｅ  表示モニタ
２０    ロボットハンド
２１、２１’  指機構
２１ａ  固定部
２１ｂ  第１指節部
２１ｃ  第２指節部
２１ｄ  第１関節部
２１ｅ  第２関節部
２１ｆ  アクチュエータ
２１ｇ  駆動プーリ
２１ｈ  従動プーリ
２１ｉ  正転駆動ワイヤ
２１ｊ  逆転駆動ワイヤ
２１ｋ  終端部
２１ｌ  トーションばね
２２    親指部
１００    ワーク
２００    非円形プーリ
２０１    スプリング
２０２    テンショナー
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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