(57)【要約】  【課題】コンパクトな構造でありながら把持形態の自由度が高く、しかも把持対象物の形状汎用性に優れたロボットハンドを提供する。  【解決手段】一対のフィンガー３Ａ，３Ｂの根元側の関節４ａ，４ｂに差動歯車装置９ａ，９ｂとクラッチ８ａ，８ｂとプーリ１０ａ，１０ｂを、指先側の関節６ａ，６ｂにクラッチ１２ａ，１２ｂとプーリ１３ａ，１３ｂをそれぞれ介装し、プーリ１０ａ，１３ａ間と１０ｂ，１３ｂ間にベルト２１を巻き掛ける。差動歯車装置９ａ，９ｂが共有する単一の主差動歯車装置１４とこれを駆動するモータ１５を設ける。各差動歯車装置９ａ，９ｂ，１４はクラッチを内蔵していて、主差動歯車装置１４の出力を二つの根元側差動歯車装置９ａ，９ｂに分配しながら各クラッチをＯＮ−ＯＦＦ制御して、対象物の把持とその開放とを行う。  【選択図】  図２
2007069286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つのフィンガーによる掴み動作にて対象物を把持するロボットハンドであって、
対向配置した２関節タイプの各フィンガーの根元側の関節に傘歯車型の根元側差動歯車装置と根元側クラッチを、各フィンガーの指先側の関節に指先側クラッチをそれぞれ個別に介装するとともに、
根元側の関節と指先側の関節との間には巻掛伝達手段を巻き掛け、
さらに上記二つの根元側差動歯車装置が共有する単一の傘歯車型の主差動歯車装置とこの主差動歯車装置を駆動する単一のモータを設け、
上記主差動歯車装置の出力を二つの根元側差動歯車装置に分配しながら各クラッチをＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、二つのフィンガーによる対象物の把持とその開放とを行わせるようになっていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
上記根元側差動歯車装置と主差動歯車装置は、差動歯車装置の構成要素である二つのサイドギヤ同士の連結固定とその解除を司る内蔵クラッチを有してい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】
上記根元側クラッチおよび指先側クラッチは、該当する関節本来の自由度を一時的に機能不能に拘束するもの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４】
上記根元側の関節にはその関節中心と同一軸線上に駆動輪を、指先側の関節にはその関節中心と同一軸線上に従動輪をそれぞれ個別に設け、それら駆動輪と従動輪との間に巻掛伝達手段を巻き掛けてあ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】
上記根元側差動歯車装置は、サイドギヤの軸心が根元側の関節の関節中心上に位置するように配置してあることを特徴とする請求項４に記載のロボットハンド。
【請求項６】
上記主差動歯車装置は、内蔵する二つのサイドギヤのそれぞれが互いに異なる根元側差動歯車装置を駆動するようになってい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】
請求項２に記載のロボットハンドによる把持制御方法であって、
各関節およびモータにそれぞれ位置検出器を設けてあり、
フィンガーによる対象物の把持動作に際し、
その把持動作に必要な各関節の動作量の総和をモータの総移動量としてモータの目標値に設定した上で各クラッチを開放してモータを起動することより各関節を一斉に作動させ、
各関節の現在位置を個別に監視するとともに各関節の現在位置までの移動量の総和をモータの現在位置として監視し、
各関節の現在位置が目標値と一致した時点で該当する関節のクラッチを順次連結固定して関節本来の機能を不能にする一方、
最後まで作動している関節については、モータの現在位置が目標値と一致して位置決め完了したことを条件に該当する関節のクラッチを連結固定し、もって関節本来の機能を不能にして対象物を把持することを特徴とするロボットハンドの把持制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも二つのフィンガーによる掴み動作にて対象物を把持するタイプのロボットハンドとその把持制御方法に関し、特に任意の形状の対象物を把持可能なように把持形態の自由度が高く且つ把持対象物の形状汎用性に優れたロボットハンドとその把持制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な形状や大きさの対象物を把持することが可能なように多関節構造のフィンガーを有するロボットハンドとして、例えば特許文献１に記載のように各関節に小型のモータおよび減速機を配置し、各関節ごとに個別に制御するようにしたものがある。
【０００３】
また、多関節構造のフィンガーの各関節を単一のモータにて駆動させるものとして、特許文献２に記載のように、歯車またはプーリとクラッチ板を用いて各関節を駆動させて、フィンガーを把持対象物の形状に倣わせるようにしたものがある。
【０００４】
さらに、上記と同様に多関節構造のフィンガーの各関節を単一のモータにて駆動させるものとして、特許文献３，４に記載のように、単一のモータが発生する動力を一つ以上の動滑車を介して２本以上の可撓性部材に伝達し、その各々の可撓性部材を牽引することより二つ以上のフィンガーに把持力を発生させるようにしたものがある。
【特許文献１】特開２００４−１２２３３９号公報
【特許文献２】特開２００３−３０５６８１号公報
【特許文献３】特開２００３−１４５４７４号公報
【特許文献４】特開２００１−２７７１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような多関節構造のフィンガーを有するロボットハンドのうち特に特許文献１に記載のものにあっては、モータの小型化が不可欠であり、したがってモータの出力を大きくすることが困難である。このため、把持対象物の重量が大きい場合には把持できないことになり、把持可能な対象物が著しく制約されることとなって好ましくない。また、関節の自由度の数だけモータを必要とするために、１モータ当たりの必要配線数を数本〜十数本とすると、関節駆動に必要な配線総数としては上記１モータ当たりの配線数に関節自由度を乗じた数だけ必要となる。その結果、多関節のアームの先端に上記のような指関節機構を有するハンドを装着した場合には配線が太くなり、アームおよびハンドの動作自由度自体が制約されるだけでなく、屈曲による断線によって故障が発生し易いという不具合がある。
【０００６】
一方、特許文献２〜４に記載のものでは、同一ハンドにおける各フィンガー、あるいは同一フィンガーにおける各関節を一つのモータ等の駆動源にて制御するものであるが、基本的にはメカニカル駆動であり、把持対象物との接触による各関節のトルクの変化に基づいて指要素を把持対象物の形状に倣わせるものであることから、把持以前の単独動作では関節を自由に制御することができないという不具合がある。また、把持対象物の形状によっては握る動作ではなく挟む動作となることがあるが、上記特許文献２〜４に記載のものでは、挟み動作時のフィンガーと把持対象物との接触面積（摩擦力）が最大となるように制御することができないため、安定した把持が行えなくことがある。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけコンパクトな構造でありながら把持形態の自由度が高く、しかも把持対象物の形状汎用性に優れたロボットハンドを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、少なくとも二つのフィンガーによる掴み動作にて対象物を把持するロボットハンドであって、対向配置した２関節タイプの各フィンガーの根元側の関節に傘歯車型の根元側差動歯車装置と根元側クラッチを、各フィンガーの指先側の関節に指先側クラッチをそれぞれ個別に介装するとともに、根元側の関節と指先側の関節との間には巻掛伝達手段を巻き掛け、さらに上記二つの根元側差動歯車装置が共有する単一の傘歯車型の主差動歯車装置とこの主差動歯車装置を駆動する単一のモータを設け、上記主差動歯車装置の出力を二つの根元側差動歯車装置に分配しながら各クラッチをＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、二つのフィンガーによる対象物の把持とその開放とを行わせるようになっていることを特徴とする。
【０００９】
この場合において、請求項２に記載のように、上記根元側差動歯車装置と主差動歯車装置は、差動歯車装置の構成要素である二つのサイドギヤ同士の連結固定とその解除を司る内蔵クラッチを有していることが望ましい。
【００１０】
また、請求項３に記載のように、上記根元側クラッチおよび指先側クラッチは、該当する関節本来の自由度を一時的に機能不能に拘束することができるものとする。
【００１１】
したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、実質的に各関節が一つのモータを共有していながらも、各クラッチを選択的もしくは一斉にＯＮ−ＯＦＦ作動させることにより、各関節ひいては各指要素を個別にまたは一斉に機能させて、指要素の任意の把持姿勢もしくは開放姿勢をつくることが可能であり、それによって把持対象物の形状に合わせた把持動作と開放動作を無理なく行うことができるようになる。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項２に記載のロボットハンドによる把持制御方法を前提として、各関節およびモータにそれぞれ位置検出器を設けてある。そして、フィンガーによる対象物の把持動作に際し、その把持動作に必要な各関節の動作量の総和をモータの総移動量としてモータの目標値に設定した上で各クラッチを開放してモータを起動することより各関節を一斉に作動させ、各関節の現在位置を個別に監視するとともに各関節の現在位置までの移動量の総和をモータの現在位置として監視する。さらに、各関節の現在位置が目標値と一致した時点で該当する関節のクラッチを順次連結固定して関節本来の機能を不能にする一方、最後まで作動している関節については、モータの現在位置が目標値と一致して位置決め完了したことを条件に該当する関節のクラッチを連結固定し、もって関節本来の機能を不能にして対象物を把持することを特徴とする。
【００１３】
したがって、この請求項７に記載の発明では、各関節が一斉に同時作動することから、把持動作の高速化が可能となるとともに、実際に対象物を把持するまでに要する時間を短縮できるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、各関節が単一のモータを共有した上で、それぞれの動力伝達系として差動歯車装置とクラッチおよび巻掛伝達手段との組み合わせとしたことにより、小型且つ軽量で制御も容易な高機能のハンドを実現できるほか、必要とされる配線本数の大幅な削減も可能であり、信頼性および保守性も大幅に向上する。
【００１５】
請求項７に記載の発明によれば、対象物の把持時に各フィンガーを構成している関節が一斉に同時作動する方式であるため、フィンガーのよる把持動作の高速化と対象物の把持に要する時間を短縮できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１〜３は本発明に係るロボットハンドのより具体的な実施の形態を示す図で、２フィンガー（二指）把持タイプであって且つそれぞれのフィンガー３Ａ，３Ｂが二つの関節４ａ，６ａまたは４ｂ，６ｂを有するロボットハンド１の例を示している。なお、図３は図２の要部拡大図を示している。
【００１７】
このロボットハンド１は、ハンド本体２に二つのフィンガー３Ａ，３Ｂを回動可能で且つ開閉可能に装着したものであり、それら一対のフィンガー３Ａ，３Ｂ同士の接近離間動作をもって所定の把持対象物を把持することが可能となっている。それぞれのフィンガー３Ａ，３Ｂは、根元側関節４ａまたは４ｂをもってハンド本体２に回転可能に連結された根元側指要素５ａ，５ｂと、その根元側指要素５ａまたはｂに指先側関節６ａまたは６ｂをもって回転可能に連結された同じく指要素として機能する指先７ａ，７ｂとをもっていわゆる二関節タイプのものとして構成してある。
【００１８】
根元側関節４ａ，４ｂは、根元側クラッチ８ａまたは８ｂと傘歯車型の根元側差動歯車装置９ａまたは９ｂおよび駆動輪として機能するプーリ１０ａまたは１０ｂとを同一軸線上に配置することにより構成されている一方、指先側関節６ａ，６ｂは関節軸１１上にそれと同一軸線上に位置するように指先側クラッチ１２ａまたは１２ｂと従動輪として機能するプーリ１３ａまたは１３ｂとを配置することにより構成されていて、さらに二つの根元側差動歯車装置９ａ，９ｂ同士の間にはそれら両者が共有することになる傘歯車型の主差動歯車装置１４が介装されていて、この主差動歯車装置１４はモータ１５により駆動されるようになっている。このように、ロボットハンド１のフィンガー３Ａ，３Ｂの指関節制御に必要な自由度（関節総数）をｎとした場合に、ｎ−１個の差動歯車装置９ａ，９ｂ，１４を有していることになる。
【００１９】
より詳しくは、図３に示す一対の根元側差動歯車装置９ａ，９ｂは、周知のようにリングギヤ１６と一体のケース１７内に一対のサイドギヤ１８とそれらに噛み合う一対のピニオンメート１９とを回転可能に収容したものであり、一対のサイドギヤ１８の軸心を根元側関節４ａまたは４ｂの軸心に一致させるとともに、一方のサイドギヤ１８を根元側指要素５ａまたは５ｂに対し相対回転不能に連結し、他方のサイドギヤ１８を同じく根元側指要素５ａまたは５ｂに対し相対回転可能に支持させてある。これにより、一対のサイドギヤ１８のシャフトが根元側関節４ａまたは４ｂの関節軸として機能するように設定してあり、一方のサイドギヤ１８のシャフトにはプーリ１０ａまたは１０ｂを相対回転不能に結合してある。さらに、根元側の差動歯車装置９ａ，９ｂのケース１７内には、一対のサイドギヤ１８同士を相対回転不能に連結固定したりその解除を司る内蔵クラッチ２０ａまたは２０ｂを設けてある。
【００２０】
他方、指先側関節６ａ，６ｂを形成している関節軸１１は指先７ａまたは７ｂに対し相対回転不能に結合されているのに対して、根元側指要素５ａまたは５ｂに対しては回転可能に支持されていて、さらに関節軸１１にはプーリ１３ａまたは１３ｂを相対回転不能に結合してある。そして、根元側関節５ａ，５ｂの一部を形成しているプーリ１０ａまたは１０ｂと指先側関節６ａ，６ｂの一部を形成しているプーリ１３ａまたは１３ｂとの間には巻掛伝達手段としてベルト２１を巻き掛けてある。なお、ここでは二組のプーリ１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂおよびベルト２１として歯付きタイプのものが使用され、同時に二組のプーリ１０ａ，１３ａ間および１０ｂ，１３ｂ間の速比は１：１に設定されている。
【００２１】
さらに、双方の根元側差動歯車装置９ａ，９ｂが共有している主差動歯車装置１４は根元側差動歯車装置９ａ，９ｂと基本的に同構造のものであって、内蔵クラッチ２２を有しているほか、一対のサイドギヤ２３はそれと同軸一体に傘歯車であるドライブギヤ２４を備えていて、それらのドライブギヤ２４が根元側差動歯車装置９ａ，９ｂのリングギヤ１６に噛み合っている。
【００２２】
つまり、二つの根元側関節４ａ，４ｂと同じく二つの指先側関節６ａ，６ｂは駆動源として正逆転可能な単一のモータ１５を共有していて、根元側クラッチ８ａ，８ｂのＯＮ−ＯＦＦ制御のほか、主差動歯車装置１４および根元側差動歯車装置９ａ，９ｂの内蔵クラッチ２２，２０ａ，２０ｂのＯＮ−ＯＦＦ制御および指先側クラッチ１２ａ，１２ｂのＯＮ−ＯＦＦ制御を適宜組み合わせることにより、各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂを個別にもしくは一斉に作動させることができるようになっている。
【００２３】
ここで、図２に示すようにモータ１５には位置検出器としてロータリーエンコーダ２５が装着されているほか、各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂにも同じく位置検出器としてロータリーエンコーダ２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂのいずれかが個別に装着されており、モータ１５に付設されたロータリーエンコーダ２５はロボットハンドコントローラ２８との間で位置フィードバックループを形成している一方、それそれの関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの回転位置、すなわち各フィンガー３Ａ，３Ｂを形成している根元側指要素５ａ，５ｂおよび指先７ａ，７ｂのそれぞれの回転位置が該当する関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂのロータリーエンコーダ２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂのいずれかにより検出されてロボットハンドコントローラ２８に取り込まれるようになっている。そして、そのロボットハンドコントローラ２８からモータ駆動指令およびそれぞれのクラッチ８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂ，２０ａ，２０ｂ，２２のＯＮ−ＯＦＦ制御信号が出力されることになる。
【００２４】
また、上記根元側クラッチ８ａ，８ｂ、指先側クラッチ１２ａ，１２ｂおよび内蔵クラッチ２０ａ，２０ｂとしては、ＯＮ作動による通電をもって機械的締結状態が開放されるタイプのものが使用されている。
【００２５】
このように構成されたロボットハンド１によれば、モータ１５の正転駆動もしくは逆転駆動と併せて各クラッチ８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂ，２０ａ，２０ｂ，２２を適宜ＯＮ−ＯＦＦ制御して開放状態または連結固定状態とすることにより、ロボットハンド１として任意の開放姿勢および把持姿勢をつくり出すことができる。
【００２６】
例えば図４に示すように、各フィンガー３Ａ，３Ｂが任意の姿勢位置にある場合において、その任意の姿勢位置から全開放位置Ｐ１まで各関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂを非同期で開放動作させる時には、図５に示すように各クラッチ８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂ，２０ａ，２０ｂ，２２を一斉にＯＮ作動させて開放状態とした上で、モータ１５を正転駆動させる。
【００２７】
ここで、各根元側差動歯車装置９ａ，９ｂおよび主差動歯車装置１４の内蔵クラッチ２０ａ，２０ｂ，２２をＯＮ作動させて開放状態とした時点で、それぞれの差動歯車装置９ａ，９ｂ，１４を形成している一対のサイドギヤ１８，１８同士および２３，２３同士は互いに独立して回転することが可能となる。また、根元側クラッチ８ａ，８ｂをＯＮ作動させて開放状態とした時点で各フィンガー３Ａ，３Ｂを形成している根元側指要素５ａ，５ｂはそれぞれ独立してハンド本体２に対して回動可能となり、同時に、指先側クラッチ１２１ａ，２ｂをＯＮ作動させて開放状態とした時点で各フィンガー３Ａ，３Ｂを形成している指先７ａ，７ｂはそれぞれ独立して該当する根元側指要素５ａまたは５ｂに対して回動可能となる。
【００２８】
上記のように全てのクラッチクラッチ８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂ，２０ａ，２０ｂ，２２をＯＮ作動させて開放状態とした上でモータ１５を正転駆動させると、そのモータ１５の回転出力をもって主差動歯車装置１４の一対のサイドギヤ２３がケースとともに回転駆動され、そのサイドギヤ２３と同軸一体のドライブギヤ２４が根元側差動歯車装置９ａ，９ｂのリングギヤ１６に噛み合っていることから、主差動歯車装置１４の回転動力が根元側の関節４ａ，４ｂを形成している一対の根元側差動歯車装置９ａ，９ｂのケース１７に伝達される。この各根元側差動歯車装置９ａ，９ｂのケース１７の回転はそれに内蔵されている各一対のサイドギヤ１８の回転にほかならず、その結果として各フィンガー３Ａ，３Ｂの根元側指要素５ａ，５ｂがハンド本体２に対して回動動作する。
【００２９】
同時に、各根元側差動歯車装置９ａ，９ｂにおける一対のサイドギヤ１８の回転は、一方のサイドギヤ１８と同軸一体の駆動側のプーリ１０ａ，１０ｂの回転を意味することから、各根元側差動歯車装置９ａ，９ｂの回転動力がそのまま指先側の関節６ａ，６ｂを形成している従動側のプーリ１３ａ，１３ｂに伝達されて、各フィンガー３Ａ，３ｂの指先７ａ，７ｂが該当する根元側指要素５ａまたは５ｂに対して回動動作することになる。その結果として、図４に示すように各根元側指要素５ａ，５ｂがハンド本体２に対して全開放位置まで開放動作し、同じく指先７ａ，７ｂが該当する根元側指要素５ａまたは５ｂ５に対して全開放位置まで開放動作することから、結果として一対のフィンガー３Ａ，３Ｂが全開放位置Ｐ１まで開放動作することになる。
【００３０】
この場合において、ロボットハンドコントローラ２８は各関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ（根元側指要素５ａ，５ｂおよび指先７ａ，７ｂ）が全開放動作した時の位置情報と各関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂが把持対象物を把持するべく全閉動作した時の位置情報とをそれぞれ予め記憶していることから、モータ１５に付設されたロータリーエンコーダ２５によってリアルタイムで検出される現在位置が上記の記憶されている全開放位置情報と一致するまでモータ１５を駆動することでロボットハンド１は全開放状態となる。
【００３１】
なお、各フィンガー３Ａ，３Ｂの全開放状態では、ハンド本体２に対する根元側指要素５ａ，５ｂの全開放限位置、および根元側指要素５ａまたは５ｂに対する指先７ａまたは７ｂの全開放限位置は図示外の機械的なストッパによって規制することがより望ましい。
【００３２】
また図６に示すように、各フィンガー３Ａ，３Ｂが任意の姿勢位置にある場合において、その任意の姿勢位置から把持対象物の把持アプローチ姿勢Ｐ２，Ｐ３まで各関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂを独立して動作させる時には、図７に示すように各クラッチ８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂ，２０ａ，２０ｂ，２２のＯＮ−ＯＦＦ制御はモータ１５のいわゆるインチング（寸動）運転と連動して行うものとする。なお、ここに言う把持アプローチ姿勢Ｐ２，Ｐ３とは、全開放姿勢でも把持姿勢ではない中間的な姿勢であって、例えば隣接する他の把持対象物等との干渉を回避するために把持対象物を把持する直前のアプローチ動作時に要求されるところの把持姿勢に近い状態を言う。
【００３３】
図６の例では、一方のフィンガー３Ａの根元側関節５ａ→指先側関節７ａ→他方のフィンガー３Ｂの根元側関節５ｂ→指先側関節７ｂの順で作動させるものとし、最初に主差動歯車装置１４の内蔵クラッチ２２のほか根元側差動歯車装置９ａの内蔵クラッチ２０ａおよび根元側関節４ａのクラッチ８ａをそれぞれＯＮ作動させて開放状態とした上で、モータ１５を逆転駆動させる。なお、上記把持アプローチ姿勢Ｐ２，Ｐ３を実現するのに必要な各関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの位置情報は予めロボットハンドコントローラ２８側で把握している。そして、一方のフィンガー３Ａの関節４ａ（根元側指要素５ａ）の移動量が所定の移動量に達したならば、モータ１５を一旦停止させるとともに、少なくとも根元側クラッチ８ａをＯＦＦ作動させて連結固定する。
【００３４】
この場合において、主差動歯車装置１４は一方のフィンガー３Ａの根元側の関節４ａだけでなく他方のフィンガー３Ｂの根元側の関節４ｂにも回転動力を伝達しようとするが、その他方のフィンガー３Ｂの根元側の関節４ｂでは根元側差動歯車装置９ｂの内蔵クラッチ２０ｂおよび根元側クラッチ８ｂが共にＯＦＦ作動にて連結固定状態にあって、実質的に関節４ｂとしての回転自由度が拘束されたままであるから、主差動歯車装置１４は一方のフィンガー３Ａの根元側差動歯車装置９ａのみに回転動力を伝達することになる。
【００３５】
次に、主差動歯車装置１４の内蔵クラッチ２２のほか根元側差動歯車装置９ａの内蔵クラッチ２０ａおよび指先側クラッチ１２ａをそれぞれＯＮ作動させて開放状態とした上でモータ１５を逆転駆動させて、一方のフィンガー３Ａの指先側の関節６ａ（指先７ａ）の移動量が所定の移動量に達したならば、モータ１５を一旦停止させるとともに、少なくとも根元側差動歯車装置９ａの内蔵クラッチ２０ａおよび指先側クラッチ１２ａをＯＦＦ作動させて連結固定する。これをもって、一方のフィンガー３Ａが把持アプローチ姿勢Ｐ２に位置決めされたことになる。
【００３６】
この後、図７に示すように上記のような動作をもう一方のフィンガー３Ｂについても同様に繰り返すことにより、双方のフィンガー３Ａ，３Ｂを把持アプローチ姿勢位置Ｐ２，Ｐ３に位置決めすることができる。
【００３７】
次に、図８に示すように、各フィンガー３Ａ，３Ｂが任意の姿勢位置にある場合において、その任意の姿勢位置から把持対象物の把持アプローチ姿勢Ｐ４まで各関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂを全軸同期で動作させる時には、図９に示すように根元側クラッチ８ａ，８ｂおよび指先側クラッチ１２ａ，１２ｂを全てＯＮ作動させて開放状態とした上で、モータ１５を逆転駆動させるものとする。ただし、この場合には四つ全ての関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂ（根元側指要素５ａ，５ｂおよび指先７ａ，７ｂ）の移動量が共に等しいことが条件とされ、各フィンガー３Ａ，３Ｂごとに現在位置から把持アプローチ姿勢位置Ｐ４までの各関節４ａ６ａおよび４ｂ，６ｂの累積移動量は既知であるから（その累積移動量は左右のフィンガー３Ａ，３Ｂ間で共に等しい）、その累積移動量を目標値としてモータ１５を駆動させることにより所期の目的を達成することができる。
【００３８】
つまり、この場合には、根元側クラッチ８ａ，８ｂおよび指先側クラッチ１２ａ，１２ｂの全てが開放状態となることで、各フィンガー３Ａ，３Ｂの根元側指要素５ａ，５ｂはハンド本体２に対して回動可能となり、また指先７ａ，７ｂは該当する根元側指要素５ａまたは５ｂに対して回動可能となる。そして、双方のフィンガー３Ａ，３Ｂの各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂ（根元側指要素５ａ，５ｂおよび指先７ａ，７ｂ）が一斉に同期作動、すなわち各フィンガー３Ａ，３Ｂの根元側指要素５ａ，５ｂがハンド本体２に対して、また各指先７ａ，７ｂが該当する根元側指要素５ａまたは５ｂに対してそれぞれ同一移動量だけ回動動作することで図８のような把持アプローチ姿勢Ｐ４を実現することができる。
【００３９】
次に、先に図１０に示したような把持アプローチ姿勢Ｐ４（図８の状態）から一対のフィンガー３Ａ，３Ｂを互いに同期させて把持動作させて把持対象物である部品Ｗを把持する場合には、図１１に示すように、図４と全く同様にして全てのクラッチ８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂ，２０ａ，２０ｂ，２２をＯＮ作動させて開放状態とした上で、モータ１５を逆転駆動させ、部品Ｗを把持した以降もなおもモータ１５の駆動をし続ける。これにより、一対のフィンガー３Ａ，３Ｂは根元側関節４ａ，４ｂでの差動歯車装置９ａ，９ｂの機能により部品形状に倣って均一な把持力で部品Ｗを把持し続けることが可能となる。
【００４０】
この場合において、図１０の状態では各関節４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの全てのクラッチ８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂを開放状態として、一対のフィンガー３Ａ，３Ｂを形成している根元側指要素５ａ，５ｂおよび指先７ａ，７ｂのそれぞれに回転トルクを発生させて部品Ｗを把持しているが、必要に応じて例えば双方の根元側クラッチ８ａ，８ｂを連結固定状態として指先７ａ，７ｂのみに回転トルクを発生させたり、あるいは双方の指先側クラッチ１２ａ，１２ｂを連結固定状態として根元側指要素５ａ，５ｂのみに回転トルクを発生させるようにしても部品Ｗを把持することが可能である。その結果として、様々な形状、大きさの把持対象物の把持に対して最適なハンド把持姿勢をつくり出すことができるとともに、把持対象物の形状や大きさに応じて各フィンガー３Ａ，３Ｂと把持対象物である部品Ｗとの間の適正な摩擦力を発生させることができるため、その把持能力が高く且つ安定したものとなる。
【００４１】
図１２，１３は本発明の第２の実施の形態として図６の変形例を示す。
【００４２】
先に説明した図６の例では、各フィンガー３Ａ，３Ｂを任意の位置から把持アプローチ姿勢位置Ｐ２，Ｐ３まで動作させるにあたり、一対のフィンガー３Ａ，３Ｂにおける合計四つの関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂ、すなわち各根元側指要素５ａ，５ｂおよび指先７ａ，７ｂをそれぞれ一つずつ段階的に動作させるようにしていることから、全体としての把持アプローチ動作に要する時間が冗長化する傾向にあることは否めない。また、図８の例では各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂを一斉に作動させてはいても、全ての関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂの移動量が共に等しい場合に限定される故に、真の意味での自由度に欠けることとなる。これに対して、図１２に示した第２の実施の形態では、一対のフィンガー３Ａ，３Ｂにおける四つの関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂに必要とされる移動量がそれぞれ異なる場合であっても、それら四つの関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂの全て、すなわち各根元側指要素５ａ，５ｂおよび指先７ａ，７ｂのそれぞれを一斉に同時作動させつつ、その把持アプローチ動作に要する時間の短縮化を図ったものである。
【００４３】
より詳しくは、各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂごとの個別位置決めは図２に示した該当するロータリーエンコーダ２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂを出力をもってその現在位置をロボットハンドコントローラ２８にて個別に監視することにより行う一方、各フィンガー３Ａ，３Ｂを図１２のような把持アプローチ姿勢Ｐ２，Ｐ３にするのに必要な各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂの動作量（目標値）の積算値（総和）、すなわち二つの根元側指要素５ａ，５ｂと二つの指先７ａ，７ｂの動作量の積算値（総和）をモータ１５の総移動量とした上でこれを各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂが共有するモータ１５の目標値として設定した上で、全てのクラッチ８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂ，２０ａ，２０ｂ，２２のＯＮ作動をもって開放状態としてモータ１５を逆転駆動させる。この場合、先に述べたように各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂごとの移動量、すなわち現在位置が図２に示したような該当するロータリーエンコーダ２６ａ，２６ｎおよび２７ａ，２７ｂによってリアルタイムで検出されることから、各関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂ、すなわち二つの根元側指要素５ａ，５ｂと二つの指先７ａ，７ｂはその目標値と現在位置情報との一致をもって所定位置に順次位置決めされる。
【００４４】
例えば、図１２，１３の例では一方のフィンガー３Ｂにおける関節４ｂたる根元側指要素５ｂの移動量が最も少なく且つ最も早く目標位置に到達することから、その根元側指要素５ｂの現在位置と目標値とが一致した時点で該当する根元側クラッチ８ｂをＯＦＦ作動させて連結固定し、このような動作を各関節４ａ，６ｂ，６ａ（残りの一方の根元側指要素５ａと二つの指先７ｂ，７ａ）ごとに順次実行する。続いて他方のフィンガー３Ａの根元側指要素５ａが目標位置に到達することになるので、その根元側指要素５ａの現在位置と目標値とが一致した時点で該当する根元側クラッチ８ａをＯＦＦ作動させて連結固定させる。さらに続いて、一方のフィンガー３Ｂの指先７ｂが目標位置に到達することになるので、その指先７ｂの現在位置と目標値とが一致した時点で該当する根元側クラッチ１２ｂおよび内蔵クラッチ２０ｂをＯＦＦ作動させて連結固定させる。
【００４５】
そして、最後まで動作している他方のフィンガー３Ａの指先７Ａが目標位置に到達してその指先７ａの現在位置と目標値とが一致したならば、モータ１５側のロータリーエンコーダ２５によって検出される現在位置がモータ１５そのものの目標値であるところの総移動量と一致していることを条件に初めて該当する根元側クラッチ８ａおよび内蔵クラッチ２０ａをそれぞれＯＦＦ作動させて連結固定させる。こうすることにより、少なくとも四つの関節４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂの動作が並行して行われることから、把持アプローチ姿勢をＰ２，Ｐ３をつくり出すのための動作を高速にて行え、それに要する時間を短縮できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るロボットハンドのより具体的な実施の形態を示す平面説明図。
【図２】図１の垂直断面説明図。
【図３】図２の要部拡大説明図。
【図４】図１に示したロボットハンドの全開放動作時の作動説明図。
【図５】図４の全開放動作時に必要とされる各クラッチのＯＮ−ＯＦＦ制御系のタイミングチャート。
【図６】図１に示したロボットハンドの把持アプローチ動作時の作動説明図。
【図７】図６の把持アプローチ動作時に必要とされる各クラッチのＯＮ−ＯＦＦ制御系のタイミングチャート。
【図８】図１に示したロボットハンドの別の把持アプローチ動作時の作動説明図。
【図９】図８の把持アプローチ動作時に必要とされる各クラッチのＯＮ−ＯＦＦ制御系のタイミングチャート。
【図１０】図８に示した把持アプローチ姿勢から把持動作に移行する際の作動説明図。
【図１１】図１０の把持動作時に必要とされる各クラッチのＯＮ−ＯＦＦ制御系のタイミングチャート。
【図１２】図６の把持アプローチ動作時の変形例を示す作動説明図。
【図１３】図１２の把持アプローチ動作時に必要とされる各クラッチのＯＮ−ＯＦＦ制御系のタイミングチャート。
【符号の説明】
【００４７】
１…ロボットハンド
２…ハンド本体
３Ａ，３Ｂ…フィンガー
４ａ，４ｂ…根元側の関節
５ａ，５ｂ…根元側指要素
６ａ，６ｂ…指先側の関節
７ａ，７ｂ…指先
８ａ，８ｂ…根元側クラッチ
９ａ，９ｂ…根元側差動歯車装置
１０ａ，１０ｂ…プーリ（駆動輪）
１２ａ，１２ｂ…指先側クラッチ
１３ａ，１３ｂ…プーリ（従動輪）
１４…主差動歯車装置
１５…モータ
１８…サイドギヤ
２０ａ，２０ｂ…内蔵クラッチ
２１…ベルト（巻掛伝達手段）
２２…内蔵クラッチ
２３…サイドギヤ
Ｗ…把持対象物としての部品
【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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