(57)【要約】【課題】小型化しつつ最適な動きを１つのアクチュエータで実現するロボットハンドの指の駆動機構を提供すること。【解決手段】１つのアクチュエータ１１０で駆動させるロボットハンドの指１０１の駆動機構であって、基節１１１、中節１２１、末節１３１、駆動リンク１１４、２つの中継リンク１１３、１２３、２つの中間リンク１１５、１２５、中手指節間関節１１２、近位指節間関節１２２、遠位指節間関節１３２、第１連結軸１１６、第２連結軸１１７、第３連結軸１２６、および第４連結軸１２７からなる２つの四節リンク機構１０３、１０４を備え、基節、中節および末節の無負荷時の姿勢を所定に保持する捻りバネおよびストッパを具備し、遠位指節間関節と第４連結軸と指先の３箇所と共に、近位指節間関節と第２、第３連結軸とを３角形の中間リンク板の各頂部に配置して相対的な位置関係を固定する。【選択図】図４
2019063886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットハンド本体側の基節と、指先側の末節と、前記基節および前記末節の間の中節とを有して、１つのアクチュエータの駆動力が伝達されることにより機能する、ロボットハンドの指の駆動機構であって、
前記基節を前記ロボットハンド本体に相対回転自在に連結する中手指節間関節と、前記基節および前記中節を相対回転自在に連結する近位指節間関節と、前記中節および前記末節を相対回転自在に連結する遠位指節間関節とを備えて、
前記基節と、前記中手指節間関節に一端側を回転自在に連結されて前記アクチュエータにより回転される駆動リンクと、前記近位指節間関節に一端側を回転自在に連結されている基側中間リンクと、前記駆動リンクの他端側に配置されている第１連結軸および前記基側中間リンクの他端側に配置されている第２連結軸に両端側を回転自在に連結されている基側中継リンクとにより構成される基側四節リンク機構と、
前記中節と、前記末節と、前記近位指節間関節に一端側を回転自在に連結されている末側中間リンクと、前記末側中間リンクの他端側に配置されている第３連結軸および前記末節の他端側に配置されている第４連結軸に両端側を回転自在に連結されている末側中継リンクとにより構成される末側四節リンク機構と、
前記基節、前記中節および前記末節に対する無負荷時に該基節、該中節および該末節の互いの相対的な姿勢を所定に保持する姿勢保持手段とを具備し、
前記基側中間リンクおよび前記末側中間リンクは、前記第２連結軸と前記第３連結軸との間の間隔が固定されることにより、相対的な位置関係を維持したまま一端側を共通の前記近位指節間関節により回転自在に支持され、
前記末節は、前記遠位指節間関節と、前記第４連結軸と、前記中節から離隔する位置の指先とがそれぞれ異なる３箇所に配置されて相対的な位置関係が固定されている、ロボットハンドの指の駆動機構。
【請求項２】
前記姿勢保持手段として、前記基節と前記中節と前記末節とを延伸する姿勢になる方向に付勢する弾性部材が前記近位指節間関節および前記遠位指節間関節に設置されている、請求項１に記載のロボットハンドの指の駆動機構。
【請求項３】
前記姿勢保持手段は、前記基節、前記中節および前記末節が互いに接近する姿勢から前記延伸する姿勢に向かって前記弾性部材により付勢されて回転した後に、さらに該弾性部材により回転されることを制限する制限手段を有する、請求項２に記載のロボットハンドの指の駆動機構。
【請求項４】
前記基側四節リンク機構および前記末側四節リンク機構において、前記指の長さの一部となる、前記基節および前記中節に対して前記基側中継リンクおよび前記末側中継リンクはそれぞれ同等の長さを有し、前記指の厚さの一部となる、前記基側中間リンクは前記駆動リンクよりも短尺に形成されているとともに、前記末節は前記末側中間リンクよりも短尺に形成されており、
前記指が延伸する姿勢の際に、前記基側四節リンク機構は前記第２連結軸が前記近位指節間関節および前記第１連結軸の間の線分に接近する外側に位置し、前記末側四節リンク機構は前記第４連結軸が前記遠位指節間関節および前記第３連結軸の間の線分に接近する外側に位置する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボットハンドの指の駆動機構。
【請求項５】
前記中手指節間関節、前記近位指節間関節および前記遠位指節間関節のそれぞれが回転自在に支持する部材間に挟まれる角度を検出する検出手段を備え、
前記検出手段は、前記部材間の角度を検出するセンサ素子と、当該センサ素子の検出情報および予め取得可能な前記部材の寸法に応じた幾何学的関係を用いて前記部材間の角度を算出する演算素子と、により構成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボットハンドの指の駆動機構。
【請求項６】
上記請求項１から上記請求項５のいずれか１項に記載の駆動機構を備える前記指を少なくとも２組以上備えるロボットハンドであって、
前記アクチュエータの駆動力を前記指毎の前記駆動リンクに伝達して機能させる伝達機構を備える、ロボットハンド。
【請求項７】
前記指毎に、前記基節および前記中節への無負荷時に前記中手指節間関節、前記近位指節間関節および前記遠位指節間関節が直線上に位置しつつ、当該指同士が互いに接近する方向に回転した際に前記末節の指腹側が仮想平面に対面接触可能な回転角に、当該末節の無負荷時の姿勢が調整されている、請求項６に記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記ロボットハンド本体の前記指の設置面に前記基節、前記中節および前記末節を近接対面させたときに、当該設置面から離隔する方向に最も突出する突出部材が当該指の周囲の少なくとも３箇所以上に配置されている、請求項６または請求項７に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の節を有する指が対象物に応じた動きをすることのできるロボットハンドの指の駆動機構、および、その駆動機構を具備する指を備えるロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の節を有する多関節の指を動作させて機能するロボットハンドには、駆動源として関節数と同数のアクチュエータを搭載することにより、複雑な動きを実現することが行われている。しかし、複数のアクチュエータを搭載するのでは小型化するのが困難であり、また、把持などする対象物に応じて個々の関節を最適に動作させるために、駆動制御が複雑になる。
【０００３】
このことから、多関節の指を備えるロボットハンドでも、駆動源として１つのアクチュエータを搭載して対象物に適した把持等の動作を実現する駆動機構が、例えば、特許文献１などに開示されている。この特許文献１に記載の駆動機構では、指の基節、中節および末節を含む６つのリンクで２つの四節リンク機構を構築することによって、１つのアクチュエータで、中手指節間関節、近位指節間関節および遠位指節間関節の３つの関節を中心にその基節、中節および末節を回転駆動可能にする構成が採用されている。この構成により、小型化を実現しつつ、対象物の形状に合わせて基節、中節および末節を動作させて把持することが実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０３２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に記載のようなロボットハンドの指の駆動機構にあっては、指の基節、中節および末節を６つのリンクからなる２つの四節リンク機構で駆動させる構成を採用するために、その基節、中節および末節のそれぞれが別個に対象物の形状に合わせて相対的に自由に動くことができない。このことから、このロボットハンドでは、動きに制約のある範囲内で把持等する作業を行う必要があり、対象物に適した好適な動作で作業をすることができない、という課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、指の基節、中節および末節の作業対象の形状に適した動きを１つのアクチュエータで実現することにより、小型化しつつ対象物に対する最適な動きを実現するロボットハンドの指の駆動機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するロボットハンドの指の駆動機構の発明の一態様は、ロボットハンド本体側の基節と、指先側の末節と、前記基節および前記末節の間の中節とを有して、１つのアクチュエータの駆動力が伝達されることにより機能する、ロボットハンドの指の駆動機構であって、前記基節を前記ロボットハンド本体に相対回転自在に連結する中手指節間関節と、前記基節および前記中節を相対回転自在に連結する近位指節間関節と、前記中節および前記末節を相対回転自在に連結する遠位指節間関節とを備えて、前記基節と、前記中手指節間関節に一端側を回転自在に連結されて前記アクチュエータにより回転される駆動リンクと、前記近位指節間関節に一端側を回転自在に連結されている基側中間リンクと、前記駆動リンクの他端側に配置されている第１連結軸および前記基側中間リンクの他端側に配置されている第２連結軸に両端側を回転自在に連結されている基側中継リンクとにより構成される基側四節リンク機構と、前記中節と、前記末節と、前記近位指節間関節に一端側を回転自在に連結されている末側中間リンクと、前記末側中間リンクの他端側に配置されている第３連結軸および前記末節の他端側に配置されている第４連結軸に両端側を回転自在に連結されている末側中継リンクとにより構成される末側四節リンク機構と、前記基節、前記中節および前記末節に対する無負荷時に該基節、該中節および該末節の互いの相対的な姿勢を所定に保持する姿勢保持手段とを具備し、前記基側中間リンクおよび前記末側中間リンクは、前記第２連結軸と前記第３連結軸との間の間隔が固定されることにより、相対的な位置関係を維持したまま一端側を共通の前記近位指節間関節により回転自在に支持され、前記末節は、前記遠位指節間関節と、前記第４連結軸と、前記中節から離隔する位置の指先とがそれぞれ異なる３箇所に配置されて相対的な位置関係が固定されている。
【０００８】
上記課題を解決するロボットハンドの発明の一態様は、上記の駆動機構を備える前記指を少なくとも２組以上備えるロボットハンドであって、前記アクチュエータの駆動力を前記指毎の前記駆動リンクに伝達して機能させる伝達機構を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
このように本発明の一態様によれば、基節、駆動リンク、基側中間リンクおよび基側中継リンクにより構成される基側四節リンク機構と、中節、末節、末側中間リンクおよび末側中継リンクにより構成される末側四節リンク機構とを備え、基側中間リンクおよび末側中間リンクが相対的な位置関係を維持したまま一端側を共通にして回転自在に支持されて、末節に対する指先の相対的な位置関係が所定に固定されつつ、駆動リンクが１つのアクチュエータの駆動力を伝達されて回転される。
【００１０】
この構成により、基側中間リンクおよび末側中間リンクの他端側の間を別個のリンクとして機能させることができ、制限を受けることなく基節、中節および末節を順次に回転させて、末節の指先まで対象物に沿わせることができる。
【００１１】
したがって、対象物の形状に応じた指の基節、中節および末節の動きを１つのアクチュエータで実現することができ、小型化しつつ対象物に対する最適な動きを実現するロボットハンドの指の駆動機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る指の駆動機構を搭載するロボットハンドを示す図であり、その外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、その駆動機構を示す指先側からの斜視図である。
【図３】図３は、その駆動機構を示す指元からの斜視図である。
【図４】図４は、その駆動機構におけるリンク要素をモデル化して説明するリンク構成図である。
【図５】図５は、基節の構成部品を示す斜視図である。
【図６】図６は、中節の構成部品を示す斜視図である。
【図７】図７は、末節の構成部品を示す斜視図である。
【図８】図８は、駆動リンクの構成部品を示す斜視図である。
【図９】図９は、基側中継リンクの構成部品を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、基側中間リンクおよび末側中間リンクの構成部品を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、末側中継リンクの構成部品を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、図８と異なる駆動リンクの構成部品を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、指の駆動待機時の姿勢を示す側面図である。
【図１４】図１４は、指の駆動途中の姿勢を示す側面図である。
【図１５】図１５は、指の停止時の姿勢を示す側面図である。
【図１６】図１６は、細めの対象物を把持する際の駆動途中の姿勢を示す側面図である。
【図１７】図１７は、図１６に続く駆動途中の姿勢を示す側面図である。
【図１８】図１８は、図１７に続く対象物の把持状態の姿勢を示す側面図である。
【図１９】図１９は、薄い対象物の把持状態の姿勢を示す側面図である。
【図２０】図２０は、厚めの対象物を把持する際の駆動途中の姿勢を示す側面図である。
【図２１】図２１は、図２０に続く対象物の把持状態の姿勢を示す側面図である。
【図２２】図２２は、太めの対象物の把持状態の姿勢を示す側面図である。
【図２３】図２３は、指の停止時の姿勢を示す斜視図である。
【図２４】図２４は、指の外部環境による損傷回避を説明する側面図である。
【図２５】図２５は、角度の検出手段の他の態様を説明する、図５と異なる基節の構成部品を示す斜視図である。
【図２６】図２６は、角度の検出手段の他の態様を説明する、図６と異なる中節の構成部品を示す斜視図である。
【図２７】図２７は、角度の検出手段の他の態様を説明する、図１０と異なる基側中間リンクおよび末側中間リンクの構成部品を示す斜視図である。
【図２８】図２８は、姿勢保持手段の他の態様を説明する要部構成の拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図２４は本発明の一実施形態に係る指の駆動機構を搭載するロボットハンドを示す図である。
【００１４】
図１〜図３において、ロボットハンド１００は、３本の指１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ）をそれぞれ駆動して作業対象を把持等する作業を行うように、手首１０９を介して不図示のロボット本体側に取り付けられている。なお、このロボットハンド１００は、例えば、人型ロボットやアーム型ロボット等に搭載されて、他のロボットと連携するなどして、スムーズな各種作業を実現する。
【００１５】
ロボットハンド１００は、手首１０９に取り付けられる掌（ロボットハンド本体）１０５の掌面１０６内の３箇所に指１０１が配置されて作業対象を把持等するようになっており、掌面１０６の一端辺１０６ａの両端側に指１０１Ａ、１０１Ｃが配置されて、反対側端辺１０６ｂの中央に指１０１Ｂが配置されている。この指１０１Ａ〜１０１Ｃは、それぞれの基節１１１、中節１２１および末節１３１が掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂの間に向かって接近する方向に相対回転することにより、作業対象を把持等することができるようにレイアウトされている。
【００１６】
指１０１は、基節１１１の一端側が掌１０５の掌面１０６側（同一面、内側あるいは外側のいずれでもよい）に配置されている中手指節間関節１１２に相対回転自在に連結支持されて、その基節１１１の他端側と中節１２１の一端側とが近位指節間関節１２２に相対回転自在に連結支持されて、その中節１２１の他端側と末節１３１の一端側とが遠位指節間関節１３２に相対回転自在に連結支持されて、その末節１３１の他端側が後述する指先１３９として機能する。
【００１７】
この指１０１は、基節１１１をリンクとして含む基側四節リンク機構１０３と、中節１２１および末節１３１をリンクとして含む末側四節リンク機構１０４とを備えて（図４を参照）、１つのアクチュエータ１１０の駆動力を伝達されることにより、その基節１１１、中節１２１および末節１３１のそれぞれを相対回転させることにより機能するように構築されている。
【００１８】
基側四節リンク機構１０３および末側四節リンク機構１０４は、後述するように、それぞれ、４つのリンクが３角形に近似する台形になるように配置されて、個々のリンクが相対的に回転自在に連結されている。
【００１９】
基側四節リンク機構１０３は、基節１１１に対する対辺側に基側中継リンク１１３が配置されて、その基節１１１および基側中継リンク１１３の指元（掌面１０６）側が駆動リンク１１４により連結されるとともに、その指先１３９側が基側中間リンク１１５により連結されている。基節１１１は、指元側が駆動リンク１１４の端部と中手指節間関節１１２により回転自在に連結されて、指先１３９側が基側中間リンク１１５の端部と近位指節間関節１２２により回転自在に連結されている。基側中継リンク１１３は、指元側が駆動リンク１１４の端部と第１連結軸１１６により回転自在に連結されて、指先１３９側が基側中間リンク１１５の端部と第２連結軸１１７により回転自在に連結されている。
【００２０】
末側四節リンク機構１０４は、中節１２１に対する対辺側に末側中継リンク１２３が配置されて、その中節１２１および末側中継リンク１２３の指元側が末側中間リンク１２５により連結されるとともに、その指先１３９側が末節１３１により連結されている。中節１２１は、指元側が末側中間リンク１２５の端部と近位指節間関節１２２により回転自在に連結されて、指先１３９側が末節１３１の端部と遠位指節間関節１３２により回転自在に連結されている。末側中継リンク１２３は、指元側が末側中間リンク１２５の端部と第３連結軸１２６により回転自在に連結されて、指先１３９側が末節１３１の端部と第４連結軸１２７により回転自在に連結されている。
【００２１】
基側中間リンク１１５および末側中間リンク１２５は、概略３角形の板状に形成されている中間リンク板１２０（図１０を参照）の１つの頂部に位置する近位指節間関節１２２を共通利用して基節１１１および中節１２１の端部が回転自在に連結されているとともに、その中間リンク板１２０の３角形における他の２つの頂部に位置する第２連結軸１１７および第３連結軸１２６に基側中継リンク１１３および末側中継リンク１２３の端部がそれぞれ回転自在に連結されることにより機能するように構築されている。すなわち、中間リンク板１２０は、近位指節間関節１２２および第２、第３連結軸１１７、１２６の３箇所の相対的な位置関係を固定して、これらの間の基側中間リンク１１５および末側中間リンク１２５の相対的な姿勢を保持したまま、その近位指節間関節１２２を中心にして回転自在に連結状態を維持している。このため、中間リンク板１２０は、その第２、第３連結軸１１７、１２６の間においても、相対的な位置関係を保持したまま近位指節間関節１２２を中心にして回転するリンクを備えることになり、第２、第３連結軸１１７、１２６に回転自在に連結されている基側中継リンク１１３、基側中間リンク１１５、末側中間リンク１２５、および末側中継リンク１２３を連動させるように動作を伝達する。
【００２２】
末節１３１は、両端側の遠位指節間関節１３２および第４連結軸１２７の２箇所の間隔を維持しつつ中節１２１および末側中継リンク１２３の指先１３９側を回転自在に連結するとともに、その遠位指節間関節１３２から中節１２１の延長方向に離隔する形状の指先１３９を第４連結軸１２７に対する相対的な位置関係も固定したまま相対回転可能にすることにより、その指先１３９を指先として機能させるようになっている。すなわち、遠位指節間関節１３２、第４連結軸１２７および指先１３９の３箇所の相対的な位置関係が固定されたまま回転可能に構築されている。
【００２３】
そして、図４に指１０１の駆動機構を構成するリンクのモデル図を示すように、基側四節リンク機構１０３においては、指１０１の長さの一部となる基節１１１と基側中継リンク１１３が同等の長さに形成されて、指１０１の中手指節間関節１１２付近の厚さとなる駆動リンク１１４に対して基側中間リンク１１５が半分以下で１／３程度の短尺に形成されている。同様に、末側四節リンク機構１０４においては、指１０１の長さの一部となる中節１２１と末側中継リンク１２３が同等の長さに形成されて、指１０１の近位指節間関節１２２付近の厚さとなる末側中間リンク１２５に対して末節１３１が半分以下で１／３程度の短尺に形成されている。
【００２４】
このため、指１０１をできるだけ延伸させた姿勢にしたときに、基側四節リンク機構１０３においては、基側中継リンク１１３と基側中間リンク１１５とができるだけ直線的に連続する姿勢になって、その基側中継リンク１１３と基側中間リンク１１５との間を回転自在に連結する第２連結軸１１７がそれらの両端側の近位指節間関節１２２と第１連結軸１１６の間の線分Ｌ１（後述の第１仮想リンク１１９）に外側で接近することにより、全体で概略３角形に近似する形状を形成するように作製されている。末側四節リンク機構１０４においては、末側中継リンク１２３と末節１３１とができるだけ直線的に連続する姿勢になって、その末側中継リンク１２３と末節１３１との間を回転自在に連結する第４連結軸１２７がそれらの両端側の第３連結軸１２６と遠位指節間関節１３２との間の線分Ｌ２（後述の第２仮想リンク１２９）に外側で接近することにより、全体で概略３角形に近似する形状を形成するように作製されている。
【００２５】
この構成により、基側四節リンク機構１０３においては、基節１１１などに動きを制限する負荷が加えられない場合には、アクチュエータ１１０により回転する駆動リンク１１４と一体に相対的な連結姿勢（リンク形状）を維持したまま中手指節間関節１１２を中心にして回転することができる。この基側四節リンク機構１０３は、例えば、基節１１１が作業対象に突き当たるなどして動きを停止させる制限負荷が掛かった場合には、停止する基節１１１に対して中手指節間関節１１２を中心に回転する駆動リンク１１４に連動して基側中継リンク１１３が指先１３９側に移動することを許容するように基側中間リンク１１５（末側中間リンク１２５）が近位指節間関節１２２を中心にして回転する。この基側四節リンク機構１０３は、基側中間リンク１１５が駆動リンク１１４の半分以下の短尺に形成されているので、基側中継リンク１１３の指先１３９側の末側中間リンク１２５を大きく回転させることができ、近位指節間関節１２２での回転範囲を大きくすることができる。なお、本実施形態では、基側中間リンク１１５を駆動リンク１１４の半分以下の寸法に作製しているが、駆動リンク１１４＞基側中間リンク１１５の寸法に作製することにより十分に機能させることができることは言うまでもない。
【００２６】
このとき、末側四節リンク機構１０４においては、基側四節リンク機構１０３と同様に、中節１２１などに動きを制限する負荷が加えられない場合には、近位指節間関節１２２を中心にして回転する基側中間リンク１１５と一体の末側中間リンク１２５と相対的な連結姿勢（リンク形状）を維持したままその近位指節間関節１２２を中心にして回転することができる。この末側四節リンク機構１０４は、例えば、中節１２１が作業対象に突き当たるなどして動きを停止させる制限負荷が掛かった場合には、停止する中節１２１に対して近位指節間関節１２２を中心に回転する末側中間リンク１２５に連動して末側中継リンク１２３が指先１３９側に移動することを許容するように末節１３１が遠位指節間関節１３２を中心にして回転する。この末側四節リンク機構１０４でも、末節１３１が末側中間リンク１２５の半分以下の短尺に形成されているので、末側中継リンク１２３の指先１３９側の末節１３１を大きく回転させることができ、遠位指節間関節１３２での回転範囲を大きくすることができる。なお、本実施形態では、末節１３１を末側中間リンク１２５の半分以下の寸法に作製しているが、末側中間リンク１２５＞末節１３１の寸法に作成することにより十分に機能させることができることは言うまでもない。
【００２７】
すると、末節１３１は、遠位指節間関節１３２を中心にして相対的な位置関係（姿勢）の固定されている指先１３９を回転させて作業対象に突き当てることができ、基節１１１および中節１２１と共に作業対象を把持する状態にすることができる。
【００２８】
具体的には、基節１１１は、図５に示すように、中間フレーム１１１Ｆにより連結固定されている一対の基節プレート１１１Ｐの両端側に軸穴１１１ａ、１１１ｂがそれぞれ形成されて構成されている。中節１２１は、図６に示すように、中間フレーム１２１Ｆにより連結固定されている一対の中節プレート１２１Ｐの両端側に支持シャフト１２１Ｓ１、１２１Ｓ２が軸として機能するようにそれぞれ固定されて構成されている。末節１３１は、図７に示すように、指先フレーム１３１Ｆにより連結固定されている一対の末節プレート１３１Ｐの一端側に軸穴１３１ａがそれぞれ形成されているとともに、その指先フレーム１３１Ｆに一端側が連結固定されている支持プレート１３１Ｓの他端側に軸穴１３１ｂが形成されて構成されている。
【００２９】
また、駆動リンク１１４は、図８に示すように、駆動リンクプレート１１４Ｐの両端側に軸穴１１４ａ、１１４ｂがそれぞれ形成されて構成されている。基側中継リンク１１３は、図９に示すように、中間フレーム１１３Ｆにより連結固定されている一対の基側中継リンクプレート１１３Ｐの両端側に軸穴１１３ａ、１１３ｂがそれぞれ形成されて構成されている。基側中間リンク１１５と末側中間リンク１２５とは、図１０に示すように、上述する中間リンク板１２０の３角形の各頂部に軸穴１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃがそれぞれ形成されて構成されている。末側中継リンク１２３は、図１１に示すように、中間フレーム１２３Ｆにより連結固定されている一対の末側中継リンクプレート１２３Ｐの両端側に軸穴１２３ａ、１２３ｂがそれぞれ形成されて構成されている。
【００３０】
詳細には、一対の基節プレート１１１Ｐの一端側は、軸穴１１１ａに後述する連結シャフト１１４Ｓが差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、基節１１１の一端側は、中手指節間関節１１２（軸穴１１１ａおよび連結シャフト１１４Ｓ）により相対回転自在に連結されている。
【００３１】
また、一対の駆動リンクプレート１１４Ｐの一端側は、軸穴１１４ａに後述する連結シャフト１１４Ｓが差し込まれて固定されている。これにより、駆動リンク１１４の一端側は、中手指節間関節１１２（軸穴１１４ａおよび連結シャフト１１４Ｓ）により一体回転するように連結されている。
【００３２】
一対の中節プレート１２１Ｐの一端側は、基節プレート１１１Ｐの他端側の間に位置するように幅狭の離間距離に形成されて、その間に支持シャフト１２１Ｓ１が固定されており、その支持シャフト１２１Ｓ１の両端部が一端側の外面から突出している。一対の基節プレート１１１Ｐの他端側は、軸穴１１１ｂに中節プレート１２１Ｐの支持シャフト１２１Ｓ１の両端部が嵌め込まれて回転自在に支持されている。基節プレート１１１Ｐと同様に、中間リンク板１２０の一端側頂部は、軸穴１２０ａに中節プレート１２１Ｐの支持シャフト１２１Ｓ１が差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、基節１１１の他端側、中節１２１の一端側、および、基側中間リンク１１５と末側中間リンク１２５の一端側は、近位指節間関節１２２（軸穴１１１ｂ、１２０ａおよび支持シャフト１２１Ｓ１）により相対回転自在に連結されている。
【００３３】
また、一対の中節プレート１２１Ｐの他端側は、末節プレート１３１Ｐの一端側を間に位置させるように基節プレート１１１Ｐと同等の離間距離に形成されて、その間に支持シャフト１２１Ｓ２が固定されている。一対の末節プレート１３１Ｐの一端側は、軸穴１３１ａに中節プレート１２１Ｐの支持シャフト１２１Ｓ２が差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、中節１２１の他端側および末節１３１の一端側は、遠位指節間関節１３２（軸穴１３１ａおよび支持シャフト１２１Ｓ２）により相対回転自在に連結されている。
【００３４】
基側中継リンクプレート１１３Ｐの両端側の軸穴１１３ａ、１１３ｂと、駆動リンクプレート１１４Ｐの他端側および中間リンク板１２０の基側頂部の軸穴１１４ｂ、１２０ｂとは、第１連結軸１１６および第２連結軸１１７の連結シャフト１１６Ｓ、１１７Ｓがそれぞれ差し込まれて相対回転自在に連結されている。これにより、基側中継リンク１１３の両端側と駆動リンク１１４の他端側および基側中間リンク１１５の他端側とは、第１連結軸１１６および第２連結軸１１７（軸穴１１３ａ、１１３ｂおよび連結シャフト１１６Ｓ、１１７Ｓ）により相対回転自在に連結されている。
【００３５】
末側中継リンクプレート１２３Ｐの両端側の軸穴１２３ａ、１２３ｂと、中間リンク板１２０の末側頂部および支持プレート１３１Ｓの軸穴１３１ｂとは、第３連結軸１２６および第４連結軸１２７の連結シャフト１２６Ｓ、１２７Ｓがそれぞれ差し込まれて相対回転自在に連結されている。これにより、末側中継リンク１２３の両端側と末側中間リンク１２５の他端側および末節１３１の他端側とは、第３連結軸１２６および第４連結軸１２７（軸穴１２３ａ、１２３ｂおよび連結シャフト１２６Ｓ、１２７Ｓ）により相対回転自在に連結されている。
【００３６】
ところで、一対の末節プレート１３１Ｐの間の指先フレーム１３１Ｆは、軸穴１３１ａ側の一端側から他端側に向かって離隔するほど徐々に薄くなる先細り形状に形成されて、指先１３９として好適に機能するように作製されている。支持プレート１３１Ｓは、軸穴１３１ｂの形成されている他端側から離隔する一端側がその指先フレーム１３１Ｆの一面側にネジ止め固定されている。これにより、末節１３１は、両端側の軸穴１３１ａ、１３１ｂの一方または双方を中心に相対回転自在に連結されて、末側四節リンク機構１０４の一リンクとして機能する。
【００３７】
そして、近位指節間関節１２２および遠位指節間関節１３２には、基節プレート１１１Ｐおよび中節プレート１２１Ｐが、また、中節プレート１２１Ｐおよび末節プレート１３１Ｐが、それぞれ概略直線的に延伸する姿勢になるように弾性力を付与する、所謂、捻りバネ（弾性部材）１４１、１４２が支持シャフト１２１Ｓ１、１２１Ｓ２のそれぞれの周りに位置するように設置されている。この捻りバネ１４１、１４２は、例えば、基節プレート１１１Ｐに対して中節プレート１２１Ｐが、また、中節プレート１２１Ｐに対して末節プレート１３１Ｐが無負荷状態から互いに接近する方向に回転したときに延伸姿勢に戻す方向に付勢する弾性力を付与するように設置されている。
【００３８】
また、これら捻りバネ１４１、１４２の周りには、図５〜図７に示すように、回転のし過ぎを制限するストッパとして機能する突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２がそれぞれ配置されている。突き当て面１１１ｔ１は、図５に示すように、基節プレート１１１Ｐの軸穴１１１ｂから離隔する長手方向端面の逆回転方向の片側に形成されており、回転方向の片側が円形に形成されて回転を許容するように形成されているのに対して、その逆回転方向側に位置して角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。突き当て面１２１ｔ２は、図６に示すように、中節プレート１２１Ｐの軸穴１２１ａの近傍で基節プレート１１１Ｐの突き当て面１１１ｔ１に対面する対向面に形成されて、その突き当て面１１１ｔ１に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。また、突き当て面１２１ｔ１は、同様に、図６に示すように、中節プレート１２１Ｐの軸穴１２１ｂから離隔する長手方向端面の逆回転方向の片側に形成されており、回転方向の片側が円形に形成されて回転を許容するように形成されているのに対して、その逆回転方向側に位置して角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。突き当て面１３１ｔ２は、図７に示すように、末節プレート１３１Ｐの軸穴１３１ａの近傍で中節プレート１２１Ｐの突き当て面１２１ｔ１に対面する対向面に形成されて、その突き当て面１２１ｔ１に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。
【００３９】
突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ２および突き当て面１２１ｔ１、１３１ｔ２は、基節プレート１１１Ｐ、中節プレート１２１Ｐおよび中節プレート１３１Ｐのそれぞれが互いに接近する状態から近位指節間関節１２２および遠位指節間関節１３２を中心にして捻りバネ１４１、１４２の弾性力により延伸姿勢に戻る方向に回転して、その延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、互いに突き当たるように形成されている。これにより、基節プレート１１１Ｐ、中節プレート１２１Ｐおよび中節プレート１３１Ｐは、延伸姿勢から回転し過ぎることが制限されることにより、その延伸姿勢に戻った状態で維持することができ、指１０１の反り返りを確実に防止することができる。すなわち、捻りバネ１４１、１４２と突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２とが姿勢保持手段を構成している。
【００４０】
なお、突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２の形状は、本実施形態で採用する図５〜図７に示す形状に限定されるものではない。本発明の実施形態では、詳細には、図示するように、基節１１１の近位指節間関節１２２付近に突き当て面１１１ｔ１を面状で設け、中節１２１の近位指節間関節１２２付近に突き当て面１２１ｔ２を面状で設けている。基節１１１と中節１２１が延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、面状の突き当て面１１１ｔ１と面状の突き当て面１２１ｔ２が互いに突き当たるように形成されている。面状で互いに突き当たる形状とすることにより大きな力を受けることが可能な程度の強度を有するストッパとして構成されて設置されている。同様に、本発明の実施形態では、図示するように、中節１２１の遠位指節間関節１３２付近に突き当て面１２１ｔ１を面状で設け、末節１３１の遠位指節間関節１３２付近に突き当て面１３１ｔ２を面状で設けている。中節１２１と末節１３１が延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、面状の突き当て面１２１ｔ１と面状の突き当て面１３１ｔ２が互いに突き当たるように形成されている。面状で互いに突き当たる形状とすることにより大きな力を受けることが可能な程度の強度を有するストッパとして構成されて設置されている。
【００４１】
これにより、指１０１は、例えば、図１３〜図１５に示すような無負荷時に、基節プレート１１１Ｐ、中節プレート１２１Ｐおよび末節プレート１３１Ｐがほぼ直線的に延伸する姿勢で待機することができる。
【００４２】
さらに、図１〜図３に戻って、掌１０５の掌面１０６内に配置されている指１０１Ａ〜１０１Ｃ毎の中手指節間関節１１２における一対の基節プレート１１１Ｐは、それぞれ一端側の軸穴１１１ａに連結シャフト１１４Ｓが相対回転自在に差し込まれて支持されている。これに対して、その中手指節間関節１１２における駆動リンクプレート１１４Ｐは、その基節プレート１１１Ｐの間に位置して一端側の軸穴１１４ａに連結シャフト１１４Ｓが差し込まれることにより回転可能に支持されつつ、それぞれアクチュエータ１１０の駆動力を受け取ってその連結シャフト１１４Ｓ（軸穴１１４ａ）を中心に正逆回転されて駆動するようになっている。
【００４３】
指１０１Ａの駆動リンクプレート１１４Ｐは、図１〜図３および図８に示すように、一端側の軸穴１１４ａを軸心とする外周側にウォームホイール１１４Ｗが固定されているとともに、その軸穴１１４ａに連結シャフト１１４Ｓ１が相対回転不能に固定されている。
【００４４】
これに対して、アクチュエータ１１０は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置１１０Ｔを介して伝達シャフト１５１を回転駆動させることにより駆動力を出力するようになっており、その伝達シャフト１５１の先端に、指１０１Ａの駆動リンクプレート１１４Ｐのウォームホイール１１４Ｗに噛み合う円筒ウォーム１５１Ｗが同軸回転するように固定されている。
【００４５】
これにより、指１０１Ａの中手指節間関節１１２では、アクチュエータ１１０の駆動力を円筒ウォーム１５１Ｗおよびウォームホイール１１４Ｗを介して直接、減速伝達されて駆動リンクプレート１１４Ｐが正逆回転されるとともに、その駆動リンクプレート１１４Ｐの軸穴１１４ａに差し込まれて固定されている連結シャフト１１４Ｓ１が一体回転される。
【００４６】
指１０１Ｃの駆動リンクプレート１１４Ｐは、図１〜図３および図１２に示すように、指１０１Ａのようにウォームホイール１１４Ｗが固定されることなく、軸穴１１４ａに指１０１Ａと共通の連結シャフト１１４Ｓ１が差し込まれて相対回転不能に固定されている。
【００４７】
これにより、指１０１Ｃの中手指節間関節１１２では、同一のアクチュエータ１１０の駆動力が指１０１Ａと共通の連結シャフト１１４Ｓ１を介して一体回転するように伝達されて、駆動リンクプレート１１４Ｐが等速に正逆回転される。
【００４８】
指１０１Ｂの駆動リンクプレート１１４Ｐは、図１〜図３および図８に示すように、指１０１Ａと同様に、一端側の軸穴１１４ａを軸心とする外周側にウォームホイール１１４Ｗが固定されて、指１０１Ａ、１０１Ｃとは別経路でアクチュエータ１１０の駆動力が伝達されるとともに、その軸穴１１４ａには指１０１Ａ、１０１Ｃとは別個の連結シャフト１１４Ｓ２が差し込まれて相対回転不能に固定されている（本実施形態では、後述するように回転角を検出するために固定するが、自由回転可能な場合には相対回転可能に支持するようにしてもよい）。
【００４９】
これに対して、アクチュエータ１１０は、伝達シャフト１５１の先端側の円筒ウォーム１５１Ｗとは別に、その円筒ウォーム１５１Ｗと伝達装置１１０Ｔとの間に駆動プーリ１５１Ｐが相対回転不能に固定されて伝達ベルト１５３が従動プーリ１５４Ｐと共に巻き掛けられている。従動プーリ１５４Ｐは、指１０１Ａ近傍下部の駆動プーリ１５１Ｐから指１０１Ｃの近傍下部側の離隔位置に配置されて伝達ベルト１５３により従動回転されるように掌１０５の内部に回転自在に支持されている。また、従動プーリ１５４Ｐには、伝達ギア１５１Ｇが同軸に一体回転するように固定されており、その伝達ギア１５１Ｇには、中継ギア１５５が噛み合ってアクチュエータ１１０の駆動力が駆動プーリ１５１Ｐおよび伝達ベルト１５３を介して伝達されるようになっている。この中継ギア１５５は、軸心に伝達シャフト１５７が同軸に一体回転するように固定されており、この伝達シャフト１５７の反対側端部には、円筒ウォーム１５７Ｗが同軸に一体回転するように固定されている。この円筒ウォーム１５７Ｗには、一端側の軸穴１１４ａに連結シャフト１１４Ｓ２が差し込まれている駆動リンクプレート１１４Ｐのウォームホイール１１４Ｗが噛み合って正逆回転されるようになっている。
【００５０】
これにより、指１０１Ｂの中手指節間関節１１２では、同一のアクチュエータ１１０の駆動力が駆動プーリ１５１Ｐと伝達ベルト１５３から円筒ウォーム１５７Ｗおよびウォームホイール１１４Ｗを介して間接的に減速伝達されて駆動リンクプレート１１４Ｐが正逆回転される。すなわち、伝達シャフト１５１、１５７、円筒ウォーム１５１Ｗ、１５７Ｗ、ウォームホイール１１４Ｗ、駆動プーリ１５１Ｐ、従動プーリ１５４Ｐ、伝達ベルト１５３、伝達ギア１５１Ｇ、および中継ギア１５５がアクチュエータ１１０の駆動力を伝達する伝達機構を構成している。
【００５１】
そして、ロボットハンド１００は、指１０１Ａ〜１０１Ｃの基節１１１、中節１２１、末節１３１の相対的な屈曲状態を制御部１００Ｃが取得して、対象に応じた駆動を実現して把持等する最適作業を行うようになっている。なお、本実施形態では、ロボットハンド１００に制御部１００Ｃを設置して動作を統括制御する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、ロボットハンド１００を設置されているロボット本体側に統括制御される形態に適用してもよいことはいうまでもない。
【００５２】
ロボットハンド１００の制御部１００Ｃは、メモリ１００Ｍ内に格納されている制御プログラムを実行する中央演算素子、所謂、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されている。制御部１００Ｃは、そのメモリ１００Ｍ内に予め設定されている各種パラメータや後述する角度センサなどの取得する各種センサ情報等に基づいて、例えば、アクチュエータ１１０の正逆駆動を制御することにより、例えば、図１６に示すような円柱状のワークＷ１を作業対象として、最適条件で把持等する作業を実行するようになっている。
【００５３】
このロボットハンド１００の制御部１００Ｃは、中手指節間関節１１２と近位指節間関節１２２との作動状況を後述するセンサ素子により直接検出取得するとともに、遠位指節間関節１３２の作動状況については取得したセンサ情報やメモリ１００Ｍ内に格納されている各部の寸法情報（幾何学的関係）を用いて算出取得するようになっている。
【００５４】
具体的には、ロボットハンド１００の制御部１００Ｃは、アクチュエータ１１０の不図示の駆動出力軸の回転角を検出するエンコーダ１１０Ｅが接続されている。制御部１００Ｃは、そのエンコーダ１１０Ｅの検出情報に基づいて図４に示す指１０１のリンクモデルにおける掌１０５側の基準位置Ｂからの駆動リンクプレート１１４Ｐの相対回転角１１２αを直接検出取得する。なお、この駆動リンクプレート１１４Ｐの相対回転角１１２αは、伝達装置１１０Ｔによる減速比を考慮して検出すればよい。
【００５５】
また、基節プレート１１１Ｐの一端側には、図５に示すように、駆動リンクプレート１１４Ｐと一体回転する連結シャフト１１４Ｓ１、１１４Ｓ２を差し込まれて相対回転自在に支持する軸穴１１１ａの片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット１１１ｒｍが埋め込まれて突起状に突出している。図２や図３に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド１１１ｒｈは、その連結シャフト１１４Ｓ１、１１４Ｓ２を回転自在に支持して中手指節間関節１１２として機能させる掌１０５側の部材に設置されて読取用マグネット１１１ｒｍの周りに位置し、制御部１００Ｃに接続されている。制御部１００Ｃは、読取ヘッド１１１ｒｈの検出する読取用マグネット１１１ｒｍの相対回転から図４に示す指１０１のリンクモデルにおける掌１０５側の基準位置Ｂからの基節プレート１１１Ｐの相対回転角１１２βを直接検出取得する。なお、図２や図３において、制御部１００Ｃに接続するセンサ線は、読取ヘッド１１１ｒｈの１系統のみを一点鎖線で図示しており、他の系統は割愛している。
【００５６】
さらに、中節プレート１２１Ｐの一端側には、図６に示すように、支持シャフト１２１Ｓ１の片側端部が外面から突出して、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット１２１ｒｍが埋め込まれている。図２や図３に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド１２１ｒｈは、その支持シャフト１２１Ｓ１の片側端部が回転自在に嵌め込まれる基節プレート１１１Ｐの他端側の軸穴１１１ｂ周りに位置し、制御部１００Ｃに接続されている。制御部１００Ｃは、読取ヘッド１２１ｒｈの検出する読取用マグネット１２１ｒｍの相対回転から基節プレート１１１Ｐに対する中節プレート１２１Ｐの相対回転角１２２αを直接取得する。
【００５７】
このようにして、ロボットハンド１００の制御部１００Ｃは、図４に示すように、アクチュエータ１１０のエンコーダ１１０Ｅのセンサ情報に基づいて駆動リンクプレート１１４Ｐの指１０１における基準位置Ｂからの中手指節間関節１１２（軸穴１１１ａ、１１４ａ）周りでの回転角１１２αを直接取得し、また、読取ヘッド１１１ｒｈの検出する読取用マグネット１１１ｒｍの回転情報に基づいて基節プレート１１１Ｐの指１０１における基準位置Ｂからの中手指節間関節１１２周りでの回転角１１２βを直接取得し、さらに、読取ヘッド１２１ｒｈが検出する読取用マグネット１２１ｒｍの回転情報に基づいて基節プレート１１１Ｐに対する中節プレート１２１Ｐの近位指節間関節１２２（軸穴１１１ｂ、１２１ａ）周りでの回転角１２２αを直接取得している。
【００５８】
これに対して、制御部１００Ｃは、中節プレート１２１Ｐに対する末節プレート１３１Ｐの遠位指節間関節１３２（軸穴１２１ｂ、１３１ａ）周りにおける回転角１３２γを算出取得している。
【００５９】
詳細に、まず、この制御部１００Ｃは、中手指節間関節１１２周りにおいて、駆動リンクプレート１１４Ｐの基準位置Ｂからの回転角１１２αを、基節プレート１１１Ｐの基準位置Ｂからの回転角１１２βから減算することにより、基節プレート１１１Ｐと駆動リンクプレート１１４Ｐとの間の回転角１１２γを算出取得する。
【００６０】
次いで、制御部１００Ｃは、その基節プレート１１１Ｐと駆動リンクプレート１１４Ｐ（以下では、プレートという文言を省略する場合もある）との間の算出回転角１１２γと、基節１１１のリンク長（既定の基節プレート１１１Ｐの軸穴１１１ａ、１１１ｂ間距離、以下同様のため省略）と、駆動リンク１１４のリンク長とから、第１仮想リンク１１９（軸穴１１１ｂ、１１４ｂ間の線分Ｌ１）の長さを算出取得する。
【００６１】
次いで、制御部１００Ｃは、算出した第１仮想リンク１１９の長さと、基節１１１のリンク長と、駆動リンク１１４のリンク長とから、その第１仮想リンク１１９と基節１１１との間の近位指節間関節１２２周りにおける回転角１２２βを算出取得する。
【００６２】
次いで、同様に、制御部１００Ｃは、算出した第１仮想リンク１１９の長さと、基側中継リンク１１３のリンク長と、中間リンク板１２０における基側中間リンク１１５のリンク長とから、その第１仮想リンク１１９と基側中間リンク１１５との間の近位指節間関節１２２周りにおける回転角１２２γを算出取得する。
【００６３】
次いで、制御部１００Ｃは、第１仮想リンク１１９と基節１１１との間の算出回転角１２２βと、その第１仮想リンク１１９と基側中間リンク１１５との間の算出回転角１２２γと、中間リンク板１２０の基側中間リンク１１５および末側中間リンク１２５の間の近位指節間関節１２２周りにおける固定角１２２δと、基節プレート１１１Ｐと中節プレート１２１Ｐの間の近位指節間関節１２２周りにおける検出回転角１２２αとから、中節１２１および末側中間リンク１２５の間の近位指節間関節１２２周りにおける回転角１２２εを算出取得する。
【００６４】
次いで、制御部１００Ｃは、中節１２１および末側中間リンク１２５の間の算出回転角１２２εと、中節１２１のリンク長と、中間リンク板１２０における末側中間リンク１２５のリンク長とから、第２仮想リンク１２９（軸穴１２０ｃ、１２１ｂ間の線分Ｌ２）の長さを算出取得する。
【００６５】
次いで、制御部１００Ｃは、算出した第２仮想リンク１２９の長さと、中節１２１のリンク長と、中間リンク板１２０における末側中間リンク１２５のリンク長とから、その第２仮想リンク１２９と中節１２１との間の遠位指節間関節１３２（軸穴１２１ｂ、１３１ａ）周りにおける回転角１３２αを算出取得する。
【００６６】
次いで、制御部１００Ｃは、同様に、算出した第２仮想リンク１２９の長さと、末側中継リンク１２３のリンク長と、末節１３１のリンク長とから、その第２仮想リンク１２９と末節１３１との間の遠位指節間関節１３２周りにおける回転角１３２βを算出取得する。
【００６７】
次いで、制御部１００Ｃは、第２仮想リンク１２９と中節１２１との間の算出回転角１３２αと、第２仮想リンク１２９と末節１３１との間の算出回転角１３２βと、末節プレート１３１Ｐの軸穴１３１ａから支持プレート１３１Ｓの他端側の軸穴１３１ｂまでのリンクとして機能する末節１３１およびその末節プレート１３１Ｐの軸穴１３１ａから指先フレーム１３１Ｆの他端側の指先１３９の先端１３９ａまでの指先リンクの間の軸穴１３１ａ周りにおける固定角１３３αとからその指先リンクと中節１２１（中節プレート１２１Ｐ）の延長線１２１Ｅとの間の遠位指節間関節１３２における回転角１３２γを算出取得する。
【００６８】
このようにして、このロボットハンド１００の制御部１００Ｃは、エンコーダ１１０Ｅや読取用マグネット１１１ｒｍ、１２１ｒｍおよび読取ヘッド１１１ｒｈ、１２１ｒｈから、駆動リンク１１４の回転角１１２αや、基節１１１および中節１２１の回転角１１２β、１２２α（中手指節間関節１１２および近位指節間関節１２２の関節角）を直接検出取得するのに加えて、センサ素子を特に設置することなく、基側四節リンク機構１０３および末側四節リンク機構１０４の構成要素の寸法や角度等の幾何学的情報を用いて、遠位指節間関節１３２の関節角として、末節１３１と一体の指先１３９の回転角１３２γを算出取得することができる。すなわち、ロボットハンド１００では、センサ素子の設置数を少なくして、コスト低減と共に、設置スペースを削減して小型化を図ることができる。
【００６９】
そして、このロボットハンド１００の制御部１００Ｃは、メモリ１００Ｍ内の制御プログラムを実行して各種設定パラメータや各種センサ情報等に基づいてアクチュエータ１１０の正逆駆動を制御することにより各種作業を最適条件で実行する。
【００７０】
ところで、このロボットハンド１００は、基節１１１、中節１２１および末節１３１のいずれにも負荷が加えられることなく、各指１０１Ａ〜１０１Ｃの指先１３９が掌面１０６の中央付近の仮想鉛直平面１０６Ｖ（図１９を参照）に接近して、その仮想鉛直平面１０６Ｖを挟んで交互の隣接位置で向かい合う際に、その仮想鉛直平面１０６Ｖに指先１３９の指腹１３９ｓが全面接触する姿勢を取るように設定されている。
【００７１】
これにより、ロボットハンド１００は、アクチュエータ１１０が正逆駆動されてウォームホイール１１４Ｗと円筒ウォーム１５１Ｗ、１５７Ｗとの噛合位置に応じて駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心に駆動回転されることにより、指１０１Ａ〜１０１Ｃが同調して機能する。このロボットハンド１００は、指１０１Ａ〜１０１Ｃの指先１３９が大きく互いに離間する姿勢から始動し、その指先１３９が互いに接近する方向に動作されることによって、基節１１１、中節１２１および末節１３１が中手指節間関節１１２、近位指節間関節１２２および遠位指節間関節１３２で適宜に屈曲して作業対象のワークＷを把持する作業などを実行することができる。
【００７２】
例えば、指１０１は、作業対象のワークＷの存在しない無負荷時には、例えば、図１３〜図１５に指１０１Ａを一例にして図示するように動作する。まず、指１０１Ａは、無負荷時には、中節１２１が基節１１１に対して、末節１３１（指先１３９）がその中節１２１に対して、捻りバネ１４１、１４２の弾性力により付勢されている。このため、基節１１１、中節１２１および末節１３１は、ほぼ直線的に延伸する姿勢にされて基側四節リンク機構１０３および末側四節リンク機構１０４の形状が維持される。
【００７３】
ロボットハンド１００の指１０１Ａは、図１３に示すように、駆動リンク１１４がウォームホイール１１４Ｗと円筒ウォーム１５１Ｗとの待機時の噛合位置に保持されて、他の指１０１Ｂの指先１３９から大きく離隔する待機姿勢に保持される。この指１０１Ａは、その待機姿勢から始動されると、アクチュエータ１１０の駆動力により円筒ウォーム１５１Ｗが回転されてウォームホイール１１４Ｗとの噛合位置が変動するのに連れて、駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心に回転する。すると、指１０１Ａは、図１４に示すように、指１０１Ｂの指先１３９に接近する方向に回転されて、基節１１１、中節１２１および末節１３１が直線的な延伸姿勢のまま、図１５に示すように、掌面１０６に対して平行姿勢で対面する位置で停止される。このロボットハンド１００は、図１５に示す状態を取ることにより、後述する図２３に示すように、指１０１Ａ〜１０１Ｃを収容する停止状態にすることができるようになっている。
【００７４】
また、例えば、指１０１は、作業対象の細めの円柱状のワークＷ１を把持する際には、図１６〜図１８に図示するように、動作する。なお、このワークＷ１は円柱形状で指１０１Ａ、１０１Ｃが同時に同様に動作して把持する作業を行うことになるが、指１０１Ａを図示する図面を用いてその動作を説明する。
【００７５】
まず、ロボットハンド１００の指１０１Ａは、図１３に示す無負荷の待機状態からアクチュエータ１１０の駆動力により円筒ウォーム１５１Ｗが回転されてウォームホイール１１４Ｗとの噛合位置が変動するのに連れて、駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心に回転することによって、図１６に示すように、基節１１１がワークＷ１に突き当たってそれ以上の回転が制限される。そのまま、指１０１Ａは、その駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心にさらに回転されることによって、基側四節リンク機構１０３が変形されつつ、図１７に示すように、基側中継リンク１１３が指先１３９側にスライドされて、中間リンク板１２０（基側中間リンク１１５と末側中間リンク１２５）と中節１２１が捻りバネ１４１の弾性力に抗して近位指節間関節１２２を中心に回転される。すると、指１０１Ａは、末側四節リンク機構１０４の形状を維持したまま、その中節１２１がワークＷ１に突き当たってそれ以上の回転が制限される。このとき、中間リンク板１２０（基側中間リンク１１５と末側中間リンク１２５）と中節１２１が近位指節間関節１２２を中心に限界まで回転された後には、その中節１２１がワークＷ１に突き当たる前でも、後述するように、末側中継リンク１２３のスライドと共に、捻りバネ１４２の弾性力に抗する末節１３１の相対回転が開始されることになる。
【００７６】
このロボットハンド１００は、中節１２１がワークＷ１に突き当たるなどした後にも、駆動リンク１１４や中間リンク板１２０が中手指節間関節１１２や近位指節間関節１２２を中心に回転することによって、図１８に示すように、中節１２１の回転制限に伴って末側中継リンク１２３が指先１３９側にスライドされる。この後に、指１０１Ａは、末節１３１が捻りバネ１４２の弾性力に抗して遠位指節間関節１３２を中心に回転されて、末側四節リンク機構１０４が変形されつつ、指先１３９がその遠位指節間関節１３２を中心に回転されることにより、その指先１３９の指腹１３９ｓをワークＷ１に突き当てた状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。
【００７７】
また、例えば、図１９に図示するように、作業対象のワークＷがシート状の場合には、掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂ間の中央付近の仮想鉛直平面１０６Ｖに一致させるようにそのワークＷを保持してロボットハンド１００を駆動させることにより、指１０１Ａ〜１０１Ｃは、図１３に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先１３９同士が互いに接近する方向に、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転される。すると、その指１０１Ａ〜１０１Ｃは、その仮想鉛直平面１０６Ｖに位置するシート状のワークＷに指先１３９の指腹１３９ｓを全面接触させる状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。すなわち、ロボットハンド１００は、指１０１の指先１３９でシート状のワークＷを挟んで把持することができる。
【００７８】
さらに、例えば、指１０１は、作業対象の厚板状のワークＷ２を把持する際には、図２０および図２１に図示するように、動作する。
【００７９】
まず、例えば、図２０に図示するように、作業対象のワークＷ２が掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂ間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド１００を駆動させることにより、指１０１Ａ〜１０１Ｃは、図１３に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先１３９同士が互いに接近する方向に、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転される。すると、指１０１Ａ〜１０１Ｃは、その掌面１０６の中央付近に位置するワークＷ２に中節１２１の他端側が突き当たってそれ以上の回転が制限される。
【００８０】
この指１０１Ａ〜１０１Ｃは、中節１２１がワークＷ２に突き当たった後にも、駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心にさらに回転されることによって、基側四節リンク機構１０３が変形されつつ、中間リンク板１２０が近位指節間関節１２２を中心に回転されて、末側中継リンク１２３が指先１３９側にスライドされる。すると、指１０１Ａ〜１０１Ｃは、図２１に示すように、末節１３１が捻りバネ１４２の弾性力に抗して遠位指節間関節１３２を中心に回転されて、末側四節リンク機構１０４が変形されつつ、指先１３９がその遠位指節間関節１３２を中心に回転される。これにより、指１０１Ａ〜１０１Ｃは、末節１３１の指先１３９の指腹１３９ｓをワークＷ２に対面させて突き当てた状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。このとき、ロボットハンド１００の指１０１は、基節プレート１１１Ｐと中節プレート１２１Ｐの突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ２が互いに突き当って基節１１１および中節１２１を一体化された節とみなすことができ、アクチュエータ１１０の駆動力が中節１２１の回転に浪費されてしまうことなく、効率よくワークＷ２を把持する作業にあてることができる。
【００８１】
また、例えば、ロボットハンド１００は、作業対象のワークＷ３が中節１２１の長さよりも大径で指１０１の１本では把持することができない円柱の場合には、図２２に図示するように、動作する。
【００８２】
まず、作業対象のワークＷ３が掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂ間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド１００を駆動させることにより、図１６〜図１８で説明するワークＷ１の場合と同様に動作して、指１０１Ａ〜１０１Ｃの全体で把持することになる。この場合、指１０１Ａ〜１０１Ｃは、図１３に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先１３９同士が互いに接近する方向に、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。すると、指１０１Ａ〜１０１Ｃは、掌面１０６の中央付近に位置するワークＷ３に、基節１１１と、中節１２１と、末節１３１の指先１３９とが順次に突き当たってそれ以上の回転が制限されることにより把持することになる。
【００８３】
詳細には、まず、ロボットハンド１００の指１０１Ａ〜１０１Ｃは、図１３に示す無負荷状態の基節１１１、中節１２１および末節１３１が直線的な延伸姿勢のまま回転され、基節１１１がワークＷ３に突き当たってそれ以上の回転が制限されると、中節１２１が捻りバネ１４１の弾性力に抗して近位指節間関節１２２を中心に回転される。この後に、その指１０１Ａ〜１０１Ｃの中節１２１がワークＷ３に突き当たってそれ以上の回転が制限されると、さらに、末節１３１が捻りバネ１４２の弾性力に抗して遠位指節間関節１３２を中心に回転される。すると、その指１０１Ａ〜１０１Ｃの末節１３１（指先１３９）がその遠位指節間関節１３２を中心に回転されて、その指先１３９の指腹１３９ｓをワークＷ３に突き当てた状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。
【００８４】
これにより、ロボットハンド１００は、基側四節リンク機構１０３と、末側四節リンク機構１０４とを１つのアクチュエータ１１０の駆動力によって別個に変形させるように駆動させることにより、作業対象のワークＷの形状に応じて基節１１１と、中節１２１と、末節１３１とを順次に回転させることができ、末節１３１の指先１３９までを沿わせる状態にして、そのワークＷを把持することができる。
【００８５】
ところで、ロボットハンド１００の制御部１００Ｃは、例えば、停止命令があったときに、図２３に示すように、無負荷の状態のままアクチュエータ１１０を駆動させて、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま、掌面１０６に対して平行姿勢で対面するホーム状態まで回転させて停止させるようになっている。これにより、指１０１Ａ〜１０１Ｃが外的環境に干渉して損傷してしまうことを極力少なくすることができる。
【００８６】
このロボットハンド１００は、掌１０５の掌面１０６の４隅に、指１０１Ａ〜１０１Ｃをホーム状態にしたときに、その基側中継リンク１１３や末側中継リンク１２３の最も突出する部位よりも設置面の掌面１０６から離隔する大きさ（高さ）のリブ（突出部材）１９１が配置されている。
【００８７】
これにより、ロボットハンド１００は、指１０１Ａ〜１０１Ｃをホーム状態に収容して停止させた場合には、図２４に示すように、指１０１Ａ〜１０１Ｃの基側中継リンク１１３や末側中継リンク１２３などに装置外の部材ＥＸ等が突き当たって損傷させてしまうことを未然に回避することができる。
【００８８】
このように、本実施形態の指１０１Ａ〜１０１Ｃを搭載するロボットハンド１００にあっては、１つのアクチュエータ１１０の駆動力によって基節１１１、中節１２１および末節１３１を作業対象のワークＷの形状に応じて順次に回転させることができ、末節１３１の指先１３９までをワークＷの外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷを最適状態で把持することができる。
【００８９】
したがって、作業対象のワークＷの形状に応じて指１０１の基節１１１、中節１２１および末節１３１を１つのアクチュエータ１１０で最適駆動させることができ、小型化しつつワークＷに対する最適な動きを実現することができる。
【００９０】
本実施形態では、中手指節間関節１１２および近位指節間関節１２２に読取用マグネット１１１ｒｍ、１２１ｒｍと読取ヘッド１１１ｒｈ、１２１ｒｈとを設置して、基節１１１および中節１２１の相対回転角（関節角）をセンサ情報として制御部１００Ｃに直接検出取得させ、末節１３１の相対回転角（関節角）は基側四節リンク機構１０３および末側四節リンク機構１０４の寸法形状を用いて算出取得する場合を一例にして説明するが、これに限るものではない。例えば、遠位指節間関節１３２にもセンサを設置して直接検出取得するようにしてもよいが、センサの設置制限や部品コスト等を勘案すると、本実施形態の方が好適である。
【００９１】
また、本実施形態では、基節１１１の基節プレート１１１Ｐ側に、読取ヘッド１２１ｒｈと、読取用マグネット１２１ｒｍとを設置する一例を説明するが、これに限るものではない。その他の態様としては、これに代えて、例えば、図２５〜図２７に図示するように、中節１２１の中節プレート１２１Ｐの外側にセンサ用プレート１２１Ｐ２を増設して、回転センサ素子の一方の構成要素である読取ヘッド１２１ｒｈを設置するとともに、回転センサ素子の他方の構成要素である読取用マグネット１２１ｒｍは、中間リンク板１２０の軸穴１２０ａに差し込む支持シャフト１２１Ｓ１をそのセンサ用プレート１２１Ｐ２まで延長して検出可能に埋め込むようにしてもよい。この場合にも、上述実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９２】
また、本実施形態では、基節１１１、中節１２１、末節１３１を延伸姿勢に保持する姿勢保持手段として、捻りバネ１４１、１４２と突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２を設置する一例を説明するが、これに限るものではない。その他の態様としては、これに代えて、例えば、その基節１１１、中節１２１、末節１３１のそれぞれが延伸姿勢から回転し過ぎてしまうことを制限する手段（ストッパ）として、図２８に図示するように、基節プレート１１１Ｐや中節プレート１２１Ｐの長手方向端部の外周面に突起１１１ｕ１、１２１ｕ１を形成するとともに、その突起１１１ｕ１、１２１ｕ１に突き当たってその回転のし過ぎを制限する突起１２１ｕ２、１３１ｕ２を中節プレート１２１Ｐや末節プレート１３１Ｐの側面に形成するようにしてもよい。この場合には、同様の作用効果を得ることができる。
【００９３】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００９４】
１００……ロボットハンド
１００Ｃ……制御部
１００Ｍ……メモリ
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ……指
１０３……基側四節リンク機構
１０４……末側四節リンク機構
１０５……掌
１０６……掌面
１０６Ｖ……仮想鉛直平面
１０９……手首
１１０……アクチュエータ
１１０Ｅ……エンコーダ
１１０Ｔ……伝達装置
１１１……基節
１１１ｒｈ、１２１ｒｈ……読取ヘッド
１１１ｒｍ、１２１ｒｍ……読取用マグネット
１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２……突き当て面
１１２……中手指節間関節
１１３……基側中継リンク
１１４……駆動リンク
１１４Ｗ……ウォームホイール
１１５……基側中間リンク
１１９、１２９……仮想リンク
１２０……中間リンク板
１２１……中節
１２２……近位指節間関節
１２３……末側中継リンク
１２５……末側中間リンク
１３１……末節
１３２……遠位指節間関節
１３９……指先
１４１、１４２……捻りバネ
１５１、１５７……伝達シャフト
１５１Ｇ……伝達ギア
１５１Ｐ……駆動プーリ
１５１Ｗ、１５７Ｗ……円筒ウォーム
１５３……伝達ベルト
１５４Ｐ……従動プーリ
１５５……中継ギア
Ｌ１、Ｌ２……線分
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３……ワーク
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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