(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の指に相当する複数本の指機構を備え、
前記複数本の指機構が、それぞれ複数の骨部によって構成されているロボットハンドであって、
前記複数の骨部は、指先から順に末節骨部、該末節骨部に隣接する中節骨部、該中節骨部に隣接する基節骨部及び該基節骨部に隣接する中手骨部からなり、
前記中節骨部に対して前記末節骨部が真っ直ぐに伸びた状態から前記末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で独立して回動させる指先回転機構を備え、
前記指先回転機構は、前記末節骨部と前記中節骨部との間の接続部に屈伸を行うための１自由度のジョイントを有し、さらに前記ジョイントに所定の角度範囲内の回転運動を行わせる駆動機構を有し、
前記ジョイント及び前記駆動機構が、前記中節骨部に対して前記末節骨部が真っ直ぐに伸びた状態から前記末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で回動させることができるように構成されており、
前記駆動機構は、前記中節骨部に内蔵されて前記ジョイントを回転させる駆動力を発生するジョイント駆動用のモータと、前記モータの回転力を減速して前記ジョイントに伝達する減速機とから構成され、
前記複数本の指機構のうち人間の親指に相当する第１の指機構を、該第１の指機構を構成する前記複数の骨部が並ぶ方向に延びる中心線を中心にして所定の角度回転させる回転駆動機構を備え、前記第１の指機構の指腹部分と他の指機構の指腹部分とが正対するように構成し、
前記第１の指機構の前記基節骨部は、前記基節骨部及び前記中手骨部が並ぶ方向に分割された第１の基節骨部半部と第２の基節骨部半部とから構成され、
前記第１の基節骨部半部が前記中手骨部側に位置し、前記第２の基節骨部半部が前記中節骨部側に位置し、
前記第１の基節骨部半部と前記第２の基節骨部半部との間には、前記第１の基節骨部半部の中心と前記第２の基節骨部半部の中心とを通る中心線を中心にして前記第１の基節骨部半部に対して前記第２の基節骨部半部を所定の角度範囲内で回転させることを可能にする１自由度の回転ジョイントを有し、
さらに前記回転ジョイントに前記所定の角度範囲内の回転運動を行わせる回転ジョイント駆動用の駆動機構を有し、
前記回転ジョイントと前記回転ジョイント駆動用の駆動機構とにより前記回転駆動機構が構成されていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記減速機は、前記モータの出力軸に固定された第１のピニオン歯車と、前記中節骨部に回転自在に支持された回転軸に固定されて前記第１のピニオン歯車と噛み合う第１の平歯車と、前記回転軸に固定された第２のピニオン歯車と、前記ジョイントの回転中心を回転中心とするように前記末節骨部に対して固定されて前記第２のピニオン歯車と噛み合う第２の平歯車とからな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】
前記末節骨部及び前記中節骨部は、それぞれ幅方向に対向する第１及び第２の側壁部を有し、
前記ジョイントは前記末節骨部の前記第１及び第２の側壁部と前記中節骨部の前記第１及び第２の側壁部とを回転可能に接続するように設けられ、
前記モータは前記幅方向に前記出力軸の軸線が延びるように前記中節骨部の前記第１及び第２の側壁部間に配置され、
前記第１の平歯車を支持する前記回転軸の軸線及び前記第２の平歯車の回転中心線が、ともに前記出力軸の軸線と平行になり、
前記第１の平歯車が前記モータの前記出力軸が突出する方向に位置する前記中節骨部の前記第１の側壁部に沿い、前記第２の平歯車が前記末節骨部の前記第１の側壁部に沿うようにそれぞれ配置されてい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】
前記モータの前記出力軸は前記中節骨部の前記第１の側壁部に回転自在に支持され、前記モータのハウジングは前記中節骨部の前記第２の側壁部に支持され、
前記回転軸が前記中節骨部の前記第１の側壁部に支持され、
前記第２の平歯車が前記末節骨部の前記第１の側壁部に固定されてい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】
前記中節骨部の前記第２の側壁部には、前記末節骨部の回転位置を検出する回転位置検出センサが取り付けられている請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記末節骨部の腹部の外表面には接触圧力分布を計測するための圧力センサが装着されている請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項７】
人間の第１指乃至第５指に相当する５本の指機構と、前記５本の指機構を支持する人間の掌に相当する掌部とを備え、
前記５本の指機構が、それぞれ複数の骨部によって構成されているロボットハンドであって、
前記５本の指機構が、それぞれ指先から順にそれぞれ末節骨部、中節骨部、基節骨部及び中手骨部を備え、少なくとも前記末節骨部と前記中節骨部との間の接続部に屈伸を行うための１自由度のジョイントを有し、さらに前記ジョイントに所定の角度範囲内の回転運動を行わせる駆動機構を有し、
前記駆動機構は、前記中節骨部に内蔵されて前記ジョイントを回転させる駆動力を発生するジョイント駆動用のモータと、前記モータの回転力を減速して前記ジョイントに伝達する減速機とから構成され、
前記ジョイント及び前記駆動機構は、前記中節骨部に対して前記末節骨部が真っ直ぐに伸びた状態から前記末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で独立して回動させることができるように構成され、
前記末節骨部を前記中節骨部に対して外側に反らせた状態で、前記末節骨部の指腹部分を、つまむ対象物の面に広く押し当てることができる構造とし、
前記５本の指機構のうち前記第１指に相当する第１の指機構を、該第１の指機構を構成する前記複数の骨部が並ぶ方向に延びる中心線を中心にして所定の角度回転させる回転駆動機構を備え、前記第１の指機構の指腹部分と他の指機構の指腹部分とが正対するように構成し、
前記第１の指機構の前記基節骨部は、前記基節骨部及び前記中手骨部が並ぶ方向に分割された第１の基節骨部半部と第２の基節骨部半部とから構成され、
前記第１の基節骨部半部が前記中手骨部側に位置し、前記第２の基節骨部半部が前記中節骨部側に位置し、
前記第１の基節骨部半部と前記第２の基節骨部半部との間には、前記第１の基節骨部半部の中心と前記第２の基節骨部半部の中心とを通る中心線を中心にして前記第１の基節骨部半部に対して前記第２の基節骨部半部を所定の角度範囲内で回転させることを可能にする１自由度の回転ジョイントを有し、
さらに前記回転ジョイントに前記所定の角度範囲内の回転運動を行わせる回転ジョイント駆動用の駆動機構を有し、
前記回転ジョイントと前記回転ジョイント駆動用の駆動機構とにより前記回転駆動機構が構成されていることを特徴とするロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数本の指に相当する複数本の指機構を備えたロボットハンドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−１１７８７３号公報に示されたロボットハンドでは、各指機構の自由度を適切に選択することにより、人間の指に近い動作を実現している。その結果、小型軽量なロボットハンドでありながら、重いものでもしっかりと把持することが可能になった。
【特許文献１】特開２００３−１１７８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のロボットハンドは、重いものをしっかりと把持する機能を発揮することはできても、小さい物、薄い物、および壊れ易い物を優しく（柔らかく）安定につまむ機能までは発揮することができない。なぜなら、ロボットハンドの駆動用のアクチュエータが現在のところ電動モータのみであるため、ロボットハンドを人間に近い寸法と形状にしようとすると、どうしてもロボットハンド内に内蔵可能なモータおよび減速機の数が限られるため、薄い物等を優しくつまむためにロボットハンドに期待される運動の自由度が実現困難であるからである。また、各指機構の運動の自由度を増やすことによりロボットハンドが薄いもの等を優しく安定につまむことができるようにするためには、理論的にロボットハンドに搭載するモータを小さくしてできるだけ多くのモータを搭載すればよい。しかしながら小さなモータから大きなトルクを引き出すためには減速機の減速比を大きくしなければならないから、駆動機構のガタや摩擦損失が大きくなって、ロボットハンドの力制御性が悪くなる。【０００４】
本発明の目的は、小さい物、薄い物、壊れ易い物等を優しく安定につまむことができるロボットハンドを提供することにある。【０００５】
本発明の他の目的は、各指機構の運動の自由度が少なくかつ搭載されるモータ及び減速機の数が少なくても、薄い物等を優しく安定につまむことができるロボットハンドを提供することにある。【０００６】
本発明の更に他の目的は、簡単な構造の減速機を用いて上記目的を達成できるロボットハンドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が改良の対象とするロボットハンドは、複数本の指に相当する複数本の指機構を備え、この複数本の指機構が、それぞれ末節骨部(distal phalange section)及び該末節骨部に隣接する中節骨部(middle phalange section)を含む複数の骨部によって構成されているロボットハンドである。本発明のロボットハンドは、中節骨部に対して末節骨部が真っ直ぐに伸びた状態から末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で回動させる指先回転機構を備えている。このような構成にすると、末節骨部を中節骨部に対して外側に反らせながら物をつまむことが可能になるため、末節骨部の指腹部分をつまむ対象物の面に広く押し当てて、その物を安定につまむことが可能なる。【０００８】
指先回転機構は、末節骨部と中節骨部との間の接続部に屈伸を行わせるための１自由度のジョイントを有し、さらにジョイントに所定の角度範囲内の回転運動を行わせる駆動機構を有している。そしてこれらジョイント及び駆動機構が、中節骨部に対して末節骨部が真っ直ぐに伸びた状態から末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で回動させることができるように構成されている。このような構成にすると、末節骨部を反らせる量を調節することができるため、物をつまむ際に、末節骨部の指腹部分と中節骨部の指腹部分の両方を物に接触させた状態で物に加える力を分散させて物をつまむことができる。その結果、つまむ物に加える力を従来よりも小さくしたり、分散させることが可能になり、従来ではつまむことができなかった小さい物、薄い物、壊れ易い物を安定してつまむことができる。【０００９】
また前述の駆動機構は、中節骨部に内蔵されてジョイントを回転させる駆動力を発生するジョイント駆動用のモータと、モータの回転力を減速してジョイントに伝達する減速機とから構成することができる。末節骨部に求められる回転力は小さく、このような回転力は、モータと減速機からなる駆動機構により得ることができる。またこの駆動機構は小形に構成することができるので、駆動機構の中節骨部への内蔵が容易である。またこの駆動機構は、指先に微小な力を与える力制御を簡単に行える。【００１０】
特に本発明のロボットハンドを、人間の第１指乃至第５指に相当する５本の指機構と、その５本の指機構を支持する人間の掌に相当する掌部とを備え、第１指乃至第５指に相当する５本の指機構が、指先から順にそれぞれ末節骨部（distal phalange section)、中節骨部(middle phalange section)、基節骨部(proximal phalange section)を備え、少なくとも末節骨部と中節骨部との間の接続部に屈伸を行わせるための１自由度のジョイントを有し、このジョイントに所定の角度範囲内の回転運動を行わせる駆動機構を有するように構成してもよい。このような構成にすると、対象を人型のロボットハンドとした場合でも、末節骨部を中節骨部に対して外側に反らせながら物をつまむことが可能になるため、つまむ対象物の面に末節骨部の指腹部分を広く押し当てて、それを安定につまむことが可能な人型のロボットハンドを実現することができる。【００１１】
駆動機構で使用可能な減速機としては、種々の構造の減速機を用いることができる。しかしながら特に減速機をモータの出力軸に固定された第１のピニオン歯車と、中節骨部に回転自在に支持された回転軸に固定されて第１のピニオン歯車と噛み合う第１の平歯車と、回転軸に固定された第２のピニオン歯車と、ジョイントの回転中心を回転中心とするように末節骨部に対して固定されて第２のピニオン歯車と噛み合う第２の平歯車とから構成するのが好ましい。このようにすると、減速機をコンパクトに構成することができできる。しかも、駆動機構内の摩擦損失が小さいから、末節骨部から物に加える力を従来よりも微小な範囲で調節することができる。また簡単な構造で高い減速比が得られるため、小さなモータでも高いトルクが得られる。その結果、指先に微小な力を正確に与える力制御が可能となる。【００１２】
末節骨部及び中節骨部の構造は任意である。例えば、末節骨部及び中節骨部が、それぞれ幅方向に対向する第１及び第２の側壁部を有し、ジョイントが末節骨部の第１及び第２の側壁部と中節骨部の第１及び第２の側壁部とを回転可能に接続するように設けられている場合には、駆動機構を次のように構成するのが好ましい。まずモータを幅方向に出力軸の軸線が延びるように中節骨部の第１及び第２の側壁部間に配置する。そして第１の平歯車を支持する回転軸の軸線及び第２の平歯車の回転中心線を、ともに出力軸の軸線と平行にする。その上で、第１の平歯車をモータの出力軸が突出する方向に位置する中節骨部の第１の側壁部に沿うように配置し、第２の平歯車を末節骨部の第１の側壁部に沿うように配置する。このように構成すると、モータをロボットハンド内にコンパクトに収納できるだけでなく、第１及び第２の平歯車をロボットハンドの外部に嵩張ることなく設けることが可能になり、ロボットハンド内部の空間を利用して駆動機構を収納することができて、ロボットハンドの小型化を図ることができる。【００１３】
またモータの出力軸を中節骨部の第１の側壁部に回転自在に支持し、モータのハウジングを中節骨部の第２の側壁部に支持し、回転軸を中節骨部の第１の側壁部に支持し、第２の平歯車を末節骨部の第１の側壁部に固定するようにしてもよい。このようにするとモータの固定に特別な部品を用意する必要がなくなり、しかも減速機が占めるスペースをより小さいものとすることができる。【００１４】
また中節骨部の第２の側壁部に、末節骨部の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばポテンショメータ）を取り付けてもよい。これにより、中節骨部に対する末節骨部の回転角度を測定することができ、対象物のつまみ加減の制御が容易になる。【００１５】
さらに末節骨部の腹部の外表面に接触圧力分布を計測するための圧力センサを装着してもよい。このようにするとロボットハンドが対象物をつまむ際の末節骨部から物に加わる圧力を測定することができるため、測定した圧力に応じて指先のつまみ加減を制御することが可能になる。【００１６】
本発明のロボットハンドにおいて、複数本の指機構のうち人間の親指に相当する第１の指機構を、該第１の指機構を構成する複数の骨部が並ぶ方向に延びる中心線を中心にして所定の角度回転させる回転駆動機構を備え、第１の指機構と他の指機構とが正対するように構成してもよい。このように構成すると、回転ジョイントを回転させて第１指の指機構の末節骨部または中節骨部の指腹部分を、他の指機構の末節骨部または中節骨部の指腹部分と正面から対向させることが可能になる。その結果、第１指の指機構と他の指機構とで物をつまむ際に、接触面積を増大させることができ、確実かつ安定に物をつまむことが可能になる。【００１７】
本発明のロボットハンドにおいて、前記第１の指機構は指先から順にそれぞれ末節骨部、中節骨部、基節骨部を備え、基節骨部を、基節骨部及び中手骨部が並ぶ方向に分割された第１の基節骨部半部と第２の基節骨部半部とから構成してもよい。第１の基節骨部半部は中手骨部側に位置し、第２の基節骨部半部が中節骨部側に位置するように構成する。この場合において、第１の基節骨部半部と第２の基節骨部半部との間に、第１の基節骨部半部の中心と第２の基節骨部半部の中心とを通る中心線を中心にし第１の基節骨部半部に対して第２の基節骨部半部を所定の角度範囲内で回転させることを可能にする１自由度の回転ジョイントを設ける。そして、この回転ジョイントに所定の角度範囲内の回転運動を行わせる回転ジョイント駆動用の駆動機構を設ける。このような構成にすると、第１指の指機構と他の指機構とで物をつまむ際に、より接触面積を増大させることができ、より確実かつ安定に物をつまむことが可能になる。【００１８】
本発明の、回転ジョイント駆動用の駆動機構は、第１の基節骨部半部に取り付けられて回転ジョイントを回転させる駆動力を発生する回転ジョイント駆動用のモータと、モータの回転力を減速して回転ジョイントに伝達する減速機とから構成することができる。そして減速機を、モータの出力軸に固定された第１のピニオン歯車と、第１の基節骨部半部に回転自在に支持された回転軸に固定されて第１のピニオン歯車と噛み合う第１の平歯車と、回転軸に固定された第２のピニオン歯車と、回転ジョイントの回転中心を回転中心とするように第２の基節骨部半部に対して固定されて第２のピニオン歯車と噛み合う第２の平歯車とから構成することができる。このような構成にすると、少ない部品点数で、駆動機構を構成することができて、しかも小型のモータを用いて必要なトルクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態であるロボットハンドの外観を示す正面図であり、（Ｂ）は図１（Ａ）の平面図であり、（Ｃ）は図１（Ａ）の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態であるロボットハンドのジョイントの配置状態を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は第２指の斜視図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の内部機構を省略した分解図である。
【図４】（Ａ）は第２指の末節骨部と中節骨部とを分解した斜視図であり、（Ｂ）は減速機を含む駆動機構による第２指の末節骨部の動きを示す図であり、（Ｃ）は駆動機構を破線で示した第２指の末節骨部と中節骨部の平面図であり、（Ｄ）は第２指の駆動機構と末節骨部との関係を示す図である。
【図５】第１指の構成を示す分解斜視図である。
【図６】（Ａ）は第１指の斜視図であり、（Ｂ）は図６（Ａ）の分解斜視図である。
【図７】第１指の側面の一部を断面図で示した第１指の側面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明のロボットハンドが把持対象物を把持する状態を示す図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明のロボットハンドが把持対象物を把持する状態を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を人型のロボットハンドに適用した実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１（Ａ）は実施の形態のロボットハンドの外観を示す正面図であり、図１（Ｂ）はその平面図であり、図１（Ｃ）はその側面図である。また図２は図１に示したロボットハンドの屈伸部に設ける全２０個の回転ジョイントの配置、および呼び名を示す図である。なお以下の説明では、人間の第１指〜第５指に相当する５本の指機構を説明の便宜上、第１指〜第５指として説明する。図１に示すロボットハンド１は、第１指〜第５指（３ａ〜３ｅ）を有しており、ロボットハンドの各指には図２に示すように第１指に対してジョイントＪ1,0 〜Ｊ1,4、第２指に対してジョイントＪ2,0 〜Ｊ2,3 、第３指に対してジョイントＪ3,1〜Ｊ3,3 、第４指に対してジョイントＪ4,0 〜Ｊ4,3 、第５指に対してジョイントＪ5,0 〜Ｊ5,3 が配置され、これらのジョイント部で各指が屈伸運動、把持対象物を優しく（柔らかく）安定につまむ運動（以下、つまみ運動という）（詳細は後述する）あるいは指の間の開閉運動(以下、アブダクション運動という)をすることが可能な構成となっている。なお、第３指（後述の基節骨部）のジョイント部は、左右方向に回転させる必要がないため、図２に示すようにアブダクション用のジョイントＪ3,0 は省略されている。なお、上述の屈伸運動及びアブダクション運動については、特開２００３−１１７８７３号公報に詳しく説明されているので説明を省略する。【００２１】
本発明の実施の形態について説明する前にそれを実現するための第２指〜第５指の指機構について説明する。なお、第１指は他の４指と大きく異なる構造を持ち、第１指は他の４指と異なる運動をするので、その構造の説明は後述する。【００２２】
第２指〜第５指は、それぞれ四つの骨部により構成されており、各関節部で屈伸できる構成となっている。図３（Ａ）は代表例として第２指の斜視図を示し、図３（Ｂ）はその内部機構を省略したその分解図を示している。この図に示すように、第２指は指先から順に、末節骨部７（distal phalange section)、中節骨部９(middle phalange section)、基節骨部１１(proximal phalange section)、中手骨部１３(metacarpal section)を備えている。なお、第２指〜第５指においてそれぞれの中手骨部１３の形状が若干異なるが、特に説明を大きく変えなければならない差異ではないので、以後は第２指を代表に取り上げてその機構を説明し、他の第３指〜第５指の骨部機構については重複する部分の説明は省略する。【００２３】
末節骨部７と中節骨部９とを接続するジョイントＪ2,3 における指関節の駆動機構を図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して説明する。図４（Ａ）は第２指の末節骨部と中節骨部とを分解した斜視図であり、図４（Ｂ）は減速機を含む駆動機構による末節骨部の動きを説明するために用いる図であり、図４（Ｃ）は駆動機構を破線で示した第２指の末節骨部と中節骨部の平面図であり、図４（Ｄ）は第２指の末節骨部の駆動機構を説明するために用いる図である。【００２４】
本実施の形態では、末節骨部７と中節骨部９との間の接続部に屈伸を行うための１自由度のジョイントＪ2,3 を有しており、このジョイントに所定の角度範囲内の回転運動を行わせる駆動機構１４を有している。この駆動機構１４は中節骨部９に内蔵されてジョイントＪ2,3を回転させる駆動力を発生するジョイント駆動用のモータ１５と、モータ１５の回転力を減速してジョイントＪ2,3 に伝達する減速機１７とから構成されている。モータ１５としては、指先の微小な力制御を実現する十分な性能を得る為に、小形・軽量、正逆転可能かつトルク制御の容易なＤＣモータを採用している。【００２５】
ジョイントＪ2,3 及び駆動機構１４は、中節骨部９に対して末節骨部７が真っ直ぐに伸びた状態から末節骨部７を内側方向［（図４（Ｂ）に矢印で示したＡの方向］と外側方向［図４（Ｂ）に矢印で示したＢの方向］の二方向に所定の角度範囲内で回動させることができるように構成されている。なお、本実施の形態では、この状態で末節骨部７が外側に約４０度回転し、内側に約９０度回転するようになっている。このような構成にすると、末節骨部７と中節骨部９との間の接続部の回動を独立して制御することができ、指先に微小な力を与える力制御ができる。【００２６】
本実施の形態では、特に減速機１７がモータ１５の出力軸１５ａに固定された第１のピニオン歯車１９と、中節骨部９に回転自在に支持された回転軸２３に固定されて第１のピニオン歯車１９と噛み合う第１の平歯車２１と、回転軸２３に固定された第２のピニオン歯車２５と、ジョイントＪ2,3の回転中心Ｃ１を回転中心とするように末節骨部７に対して固定されて第２のピニオン歯車２５と噛み合う第２の平歯車２７とから構成されている。第１のピニオン歯車１９及び第２のピニオン歯車２５は、第１の平歯車２１及び第２の平歯車２７よりも歯数が大幅に少ない極力小さな歯車となっている。これらの歯数の構成を採用することにより、減速比を高くすることができ、しかも効率よく減速することができる。そのため本実施の形態を採用すると、簡単な構造で高い減速比が得られるため、1台の小形のモータでも高いトルクが得られる。その結果、指先に微小な力を効率よく与える力制御ができるため、人間により近い指先の運動を実現することができる。【００２７】
本実施の形態においては、末節骨部７及び中節骨部９が、それぞれ幅方向に対向する第１及び第２の側壁部３１及び３５並びに３３及び３７を有し、ジョイントＪ2,3は末節骨部７の第１及び第２の側壁部３５及び３７と中節骨部９の第１及び第２の側壁部３１及び３３とを回転可能に接続するように設けられている。モータ１５は幅方向に出力軸１５ａの軸線が延びるように中節骨部９の第１及び第２の側壁部３１及び３３間に配置され、第１の平歯車２１を支持する回転軸２３の軸線及び第２の平歯車２７の回転中心線ＣＬ１が、ともに出力軸１５ａの軸線と平行になるように、第１の平歯車２１及び第２の平歯車２７が配置されている。第１の平歯車２１は、モータ１５の出力軸１５ａが突出する方向に位置する中節骨部９の第１の側壁部３１に沿って配置されている。また第２の平歯車２７は末節骨部７の第１の側壁部３５に沿うように配置されている。このように第１及び第２のピニオン歯車１９及び２７と第１及び第２の平歯車を第１及び第２の側壁部を沿うようにそれぞれ設けると、中節骨部９及び末節骨部７内のスペースが広くなるためモータ１５を大きくすることができる。本実施の形態では、第２の平歯車２７が第１の側壁部３５の外側に配置されている。しかしながら中節骨部９及び末節骨部７の第１の側壁部３１，３５の外側に第１及び第２のピニオン歯車１９及び２５と第１及び第２の平歯車２１及び２７とをそれぞれ配置しているが、中節骨部９及び末節骨部７内にスペースが確保できるのであれば末節骨部７の第１の側壁部３５の内側に第２の平歯車２７を配置してもよいは勿論である。このような実施の形態を採用することにより、モータ１５をロボットハンド内にコンパクトに収納できるだけでなく、ロボットハンドに対して減速機１７を嵩張ることなく設けることができるため、ロボットハンド内部のモータをはじめセンサや配線のために利用可能な空間が確保できロボットハンドの小型化を図ることができる。【００２８】
より具体的には、モータ１５の出力軸１５ａが中節骨部９の第１の側壁部３１に回転自在に支持されている。またモータ１５のハウジングは中節骨部９の第２の側壁部３３に支持されている。さらに回転軸２３が中節骨部９の第１の側壁部３１に支持され、第２の平歯車２７が末節骨部７の第１の側壁部３５に固定されている。【００２９】
また、本実施の形態では、図４（Ａ）に示すように、中節骨部９の第２の側壁部３３に、末節骨部７の回転位置を検出する回転位置検出センサ（ポテンショメータ）３８が取り付けられている。回転位置検出センサ３８は、中節骨部９に対する末節骨部７の回転角度を測定することができる。【００３０】
さらに、本実施の形態において、特に図示していないが、指先の部分にセンサ電装品等を内蔵するための格納空間が形成されている。そしてその部分に、末節骨部７の腹部の外表面における接触圧力分布を計測するための圧力センサの本体を装着してもよい。このようにすると、ロボットハンドが対象物をつまむ際の指先の圧力を測定することができるため、測定した圧力に応じて指先のつまみ加減を制御することができる。【００３１】
なお、本実施の形態では、ジョイントＪ2,1 及びＪ2,2 に伝達する駆動機構は、ジョイントＪ2,3 の駆動機構と同じ機構になっているが、図示しないワイヤ・プーリからなる連動ワイヤ機構を用いることもできる。この連動ワイヤ機構については、特開２００３−１１７８７３号公報に詳しく説明されているので省略する。【００３２】
次に第１指の指機構について図２、図５、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図７を参照して説明する。なおこれらの図においては図３及び図４に示した第２指の構成と同様の部分には、図３及び図４に示した符号に´を付した符号を付して詳細な説明を省略する。図５は第１指の骨部の構成を説明するために第１指を分解して示したロボットハンドの斜視図である。図６（Ａ）は第１指のみの斜視図を示しており、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の分解斜視図である。図７は、第１指の基節骨部部分の駆動機構を説明するために第１指の基節骨部部分のみを断面図にした第１指の側面図である。第１指も第２指乃至第５指と同様に、図５に示すように四つの骨部により構成されている。指先から順に末節骨部７´、中節骨部９´、基節骨部１１´（第１の基節骨部半部３９，第２の基節骨部半部４１）及び中手骨部１３´から構成されている。第１指も第２指乃至第５指と同様に末節骨部と７´と中節骨部９´との間に末節骨部７´を独立に回転させるための駆動機構が配置されている。そして本実施の形態では、第１指の基節骨部１１´が、基節骨部１１´及び中手骨部１３´が並ぶ方向に分割された第１の基節骨部半部３９と第２の基節骨部半部４１とから構成されている。第１の基節骨部半部３９は中手骨部１３´側に位置し、第２の基節骨部半部４１が中節骨部９´側に位置している。第１の基節骨部半部３９と第２の基節骨部半部４１との間には、第１の基節骨部半部３９の中心と第２の基節骨部半部４１の中心とを通る回転中心線ＣＬ２を中心にして第１の基節骨部半部３９に対して第２の基節骨部半部４１を所定の角度範囲内で回転させることを可能にする１自由度の回転ジョイントＪ1,4が設けられている。そして後述するモータ１１５と外装４０の壁部４０ｃとの間には、回転ジョイントＪ1,4に所定の角度範囲内の回転運動を行わせる回転ジョイント駆動用の駆動機構１１４が設けられている。第１指を他の指（例えば第２指）と向かい合わせにする運動機能を実現するために人間の親指の根本が２自由度を有することと同様に、第１指の根元に二つのジョイントＪ1,0 、Ｊ1,1 のそれぞれ独立の駆動機構を組み込む。即ち、第１指の中手骨部１３´は、２自由度を実現するために中手骨部１３´と掌部との接続部および中手骨部１３´と基節骨部１１´との接続部にそれぞれ独立の駆動機構を備えた第１ジョイントＪ1,0、第２ジョイントＪ1,1（図２）を備えている。そして本実施の形態では、ジョイントＪ1,1、Ｊ1,2 の間に回転ジョイントＪ1,4 が独立の駆動機構を備えて組み込まれている。この回転ジョイントＪ1,4 は、ジョイントＪ1,1、Ｊ1,2、Ｊ1,3 が直線上に並ぶ軸Ｉ（図２）または回転中心線ＣＬ２（図６，図７）を中心にして、第２の基節骨部半部４１が第１の基節骨部半部３９に対して回転可能に設けられている。このような構成を採用すると、第１指を第１と第２の基節骨部半部の間で回転させることにより、第１指の末節骨部の腹部とそれ以外の指の腹部とを正面から接触させることができるので、優しく安定に対象物をつまむことができる。【００３３】
回転ジョイント駆動用の駆動機構１１４は、具体的には、第１の基節骨部半部３９に取り付けられて回転ジョイントＪ1,4 を回転させる駆動力を発生する回転ジョイント駆動用のモータ１１５と、モータ１１５の回転力を減速して回転ジョイントに伝達する減速機１１７とから構成される。モータ１１５は、正逆転可能なものであり、第１の基節骨部半部３９の外装４０に取り付けられている。外装４０は、モータ１１５の出力軸１１５ａ側の半部を収納するカバー４０ａを備えている。このカバー４０ａはモータ１１５の本体の周囲を囲む周壁部４０ｂと出力軸１１５ａと対向する壁部４０ｃとから構成されている。モータ１１５の出力軸１１５ａはケース４０ａの壁部４０ｃに回転自在に支持されている。減速機１１７は、モータ１１５の出力軸１１５ａに固定された第１のピニオン歯車１１９と、第１の基節骨部半部３９の壁部４０ｃに回転自在に支持された回転軸１２３に固定されて第１のピニオン歯車１１９と噛み合う第１の平歯車１２１と、回転軸１２９に固定された第２のピニオン歯車１２５と、回転ジョイントＪ1,4 の回転中心Ｃ２を回転中心とするように第２の基節骨部半部４１に対して固定されて第２のピニオン歯車１２５と噛み合う第２の平歯車１２７とから構成されている。第２の平歯車１２７は、第２の基節骨部半部４１の外装４２の一部を構成している。すなわち外装４２から突出するフランジ部４３の円弧状の外周部に歯が刻設されて、第２の平歯車１２７が構成されている。モータ１１５は、回転軸１１５ａを時計回り及び反時計回りに回転することができる。また第２の平歯車については、本実施の形態のように第２の基節骨部半部４１の一部として設けても良いが、別部品として第２の基節骨部半部４１に固定しても良い。【００３４】
なお、第１指のジョイントＪ1,4以外のジョイントＪ1,0 〜Ｊ1,3のうち、ジョイントＪ1,3の駆動機構に対しては上述の第２指のジョイントＪ2,3 の駆動機構を採用し、ジョイントＪ1,0 〜Ｊ1,2 の駆動機構に対しては従来の第１指の駆動機構を採用している。このような本実施の形態を採用することにより、第１指（ジョイントＪ1,0 〜Ｊ1,3の駆動機構に対応する部分）においても第２指乃至第５指と同様のつまみ機構を付与することができるので、より人間に近いつまみ運動を実現することができる。【００３５】
また、回転ジョイントＪ1,4 を加えることにより基節骨部１１´が長くなったり大きくなったりすることをさけるために、従来から基節骨部１１´に内蔵されているジョイントＪ1,2 を駆動するためのモータ１１６の円筒形ケースを回転軸として応用することができる［図６（Ｂ）］。この場合、中心線ＣＬ２とモータ１１６の円筒形ケースの軸線が一致する。【００３６】
以上、本実施の形態の構成を説明したが、図８及び図９には、本実施の形態のロボットハンドを用いて実際に対象物を把持する場合のハンドの形状と実際につまんだ状態を示している。図８の例では、箱状の対象物を第１指と第３指乃至第５指でつまんでいる。第１指と第３指乃至第５指は、それぞれ末節骨部７が中節骨部９に対してそれぞれ外側に所定の角度回転している。第１指においては、第１の基節骨部半部３９に対して第２の基節骨部半部４１が回転して、第１指の末節骨部７´の腹部が第３指乃至第５指の末節骨部７の腹部と正面から対向している。その結果、末節骨部７，７´の腹部全体と中節骨部９，９´の腹部の一部の両方で対象物を挟んでいる。またこの例では基節骨部１１の腹部の一部も対象物の角部と接触している。このような状態は末節骨部７，７´が中節骨部に対して外側に回動し得てはじめて得られるものである。【００３７】
また図９の例では、厚みが薄い対象物を第１指と第３指とでつまんでいる。この状態でも第１指及び第３指の末節骨部７，７´はそれぞれ中節骨部９，９´に対して外側に所定の角度回動している。また第１指では、第３指の腹部と第１指の腹部とが正面から対象物を間に挟んで対向するように、第１の基節骨部半部３９を中心にして第２の基節骨部半部４１が回転している。その結果、この例では、第１指及び第３指の末節骨部の腹部全体で厚みの薄い対象物を優しく安定につまむことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、従来はつまむことができなかった小さい物、薄い物、壊れ易い物を優しく安定につまむことができる利点が得られる。
【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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