(57)【要約】【課題】なじみ機構、指先の平行開閉、なじみ動作の際の指先の屈曲角度の増幅、掌部が直接物体に接触するように指部を全開させる機能の１又は２以上を、少ないアクチュエーターで実現し、低コストなロボットハンドを提供する。【解決手段】基台１１と、基台１１に設けられた指部１３と、を備え、指部１３は、第１リンク２１と、第２リンク２２と、第３リンク２３と、第４リンク２４と、第１リンク２１と第２リンク２２とを回動可能に接続する第１回動軸３１と、第２リンク２２と第３リンク２３とを回動可能に接続する第２回動軸３２と、第３リンク２３と第４リンク２４とを回動可能に接続する第３回動軸３３と、第４リンク２４と第１リンク２１とを回動可能に接続する第４回動軸３４と、を有する。【選択図】図２
2016068192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に設けられた指部と、を備え、
前記指部は、
第１リンクと、第２リンクと、第３リンクと、第４リンクと、
前記第１リンクと前記第２リンクとを回動可能に接続する第１回動軸と、
前記第２リンクと前記第３リンクとを回動可能に接続する第２回動軸と、
前記第３リンクと前記第４リンクとを回動可能に接続する第３回動軸と、
前記第４リンクと前記第１リンクとを回動可能に接続する第４回動軸と、を有し、
前記第２リンクは、前記第４リンクよりも前記基台側に位置し、
前記第１回動軸の位置は、前記基台に対して固定されており、
前記第２回動軸の位置は、前記基台に対して可動であるロボットハンド。
【請求項２】
前記基台は、掌部を有し、
対象物と接触可能な前記掌部の面と、前記対象物と接触可能な前記指部の先端の面とは同一平面上に位置することが可能である請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記第１リンクは、前記第１回動軸と前記第４回動軸との間に、第５回動軸を有する請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
基台と、
前記基台に設けられた指部と、を備え、
前記指部は、
第１リンクと、第２リンクと、第３リンクと、第４リンクと、
前記第１リンクと前記第２リンクとを回動可能に接続する第１回動軸と、
前記第２リンクと前記第３リンクとを回動可能に接続する第２回動軸と、
前記第３リンクと前記第４リンクとを回動可能に接続する第３回動軸と、
前記第４リンクと前記第１リンクとを回動可能に接続する第４回動軸と、を有し、
前記第２リンクは、前記第４リンクよりも前記基台側に位置し、
前記第１リンクは、前記第１回動軸と前記第４回動軸との間に、第５回動軸を有するロボットハンド。
【請求項５】
前記指部は、第５リンクと、第６リンクと、第７リンクと、
前記第５リンクと前記第６リンクとを回動可能に接続する第６回動軸と、
前記第６リンクと前記第７リンクとを回動可能に接続する第７回動軸と、を有し、
前記第４回動軸は、前記第４リンクと前記第７リンクとを回動可能に接続している請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記指部は、前記基台に対して可動である第８回動軸を有し、
前記第３リンクは、前記第２回動軸を中心として回動可能、かつ、前記第３回動軸と前記第８回動軸とを接続している請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のロボットハンドを有するロボット。
【請求項８】
第１アームと、第２アームとを有し、
前記第１アームと前記第２アームの少なくとも一方に、請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のロボットハンドが設けられているロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンド及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１及び特許文献１には、劣駆動リンクによるなじみ機構を有するロボットハンドの技術が公開されている。劣駆動リンクを採用することで、アクチュエーターの数よりも多い関節が駆動されるようになり、なじみ機構が実現される。なじみ機構により、対象物を把持させた時に対象物と指が接する面積を広くとることが出来るため安定した把持が可能となる。
特許文献２、３及び非特許文献２には、劣駆動リンクによるなじみ機構と、指先を平行に開閉する機構を同時に実現する技術が公開されている。これにより、なじみ機構による安定把持と、平行開閉による精密な物体の把持が同時に可能になる。
非特許文献３及び４には、劣駆動リンクによるなじみ機構と、指先に四節リンクを含むことで、指先がなじむために屈曲する角度を増幅する技術が公開されている。これにより、比較的小さな物体であってもなじみ機構により安定した把持が可能となる。
更に、特許文献４においても、非特許文献３及び４と同様の技術が公開されている。
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、指先の平行開閉と、なじみ動作の際の指先の屈曲角度の増幅が同時に実現されておらず、多様な物体を安定して把持させることが困難であった。
更に、上述の従来技術では、指と比較して力を加えることが出来る掌に当たる部位が直接物体に接触するように、指を全開して指の表面の高さを、掌と同程度かそれ以下に位置させることで、例えば大型で重量の大きい物体を双腕で挟み込んで把持させることが出来なかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１１８６４６号
【特許文献２】米国特許第５１０８１４０号明細書
【特許文献３】米国特許第５７６２３９０号明細書
【特許文献４】特表２００３−５３４９３０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｌ．Ｂｉｒｇｌｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｃｅ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｕｎｄｅｒａｃｔｕａｔｅｄ  Ｆｉｎｇｅｒｓ，”  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｐｐ．１１３９−１１４５，２００３．
【非特許文献２】“Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｒｏｂｏｔ  Ｇｒｉｐｐｅｒｓ”，［ｏｎｌｉｎｅ］，ＲＯＢＯＴＩＱ，インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｒｏｂｏｔｉｑ．ｃｏｍ／ｅｎ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ−ｒｏｂｏｔ−ｇｒｉｐｐｅｒｓ／＞
【非特許文献３】Ｎ．Ｆｕｋａｙａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＴＵＡＴ／Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ  ｈｕｍａｎｏｉｄ  Ｈａｎｄ，”  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ／ＲＳＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｒｏｂｏｔｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｐｐ．１７５４−１７５９，２０００．
【非特許文献４】上野泰平ら（Ｔ．Ｕｅｎｏ  ｅｔ  ａｌ．），“宇宙精細作業ハンド用操作指の開発，”  日本ロボット学会誌（Ｊ．Ｒｏｂｏｔ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ），Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．３，ｐｐ．３４９−３５９，２０１０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の諸事情に鑑みてなされたものであり、なじみ機構、指先の平行開閉及びなじみ動作の際の指先の屈曲角度の増幅からなる諸課題の少なくとも一つが実現され、更にはこれらが同時に実現されるロボットハンドを提供することを課題とする。又、指と比較して力を加えることができる掌に当たる部位が直接物体に接触するように、指を全開して指の表面の高さを、掌と同程度かそれ以下に位置させることができるロボットハンドを提供することも課題とする。更に、上述の機能を少ないアクチュエーターで実現し、低コストなロボットハンドを提供することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るロボットハンドは、基台と、前記基台に設けられた指部と、を備え、前記指部は、第１リンクと、第２リンクと、第３リンクと、第４リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクとを回動可能に接続する第１回動軸と、前記第２リンクと前記第３リンクとを回動可能に接続する第２回動軸と、前記第３リンクと前記第４リンクとを回動可能に接続する第３回動軸と、前記第４リンクと前記第１リンクとを回動可能に接続する第４回動軸と、を有し、前記第２リンクは、前記第４リンクよりも前記基台側に位置し、前記第１回動軸の位置は、前記基台に対して固定されており、前記第２回動軸の位置は、前記基台に対して可動であるロボットハンドである。
【０００８】
この構成によれば、基台に対して固定された第１回動軸を中心として、第２リンクが回動し、第２回動軸の位置が基台に対して移動するので、指先の平行開閉を実現することができる。この機能は、少ないアクチュエーターで実現可能であり、低コストなロボットハンドを提供することができる。
【０００９】
上記のロボットハンドにおいて、前記基台は、掌部を有し、対象物と接触可能な前記掌部の面と、前記対象物と接触可能な前記指部の先端の面とは同一平面上に位置することが可能であってもよい。
【００１０】
この構成によれば、指部と比較して力を加えることができる掌部が直接物体に接触するように、指部を全開して指部の先端の高さを、掌部と同程度かそれ以下に位置させることができるので、対象物に対する接触面積が増大するため、対象物を保持する際、あるいは対象物を押す、受け止める等、把持以外の作業をする際に、より安定した作業が可能になる。
【００１１】
上記のロボットハンドにおいて、前記第１リンクは、前記第１回動軸と前記第４回動軸との間に、第５回動軸を有してもよい。
【００１２】
この構成によれば、第１リンクに対し、第５回動軸を中心として、第４回動軸が回動するので、なじみ動作の際の指先の屈曲角度の増幅を実現することができる。
【００１３】
本発明の一態様に係るロボットハンドは、基台と、前記基台に設けられた指部と、を備え、前記指部は、第１リンクと、第２リンクと、第３リンクと、第４リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクとを回動可能に接続する第１回動軸と、前記第２リンクと前記第３リンクとを回動可能に接続する第２回動軸と、前記第３リンクと前記第４リンクとを回動可能に接続する第３回動軸と、前記第４リンクと前記第１リンクとを回動可能に接続する第４回動軸と、を有し、前記第２リンクは、前記第４リンクよりも前記基台側に位置し、前記第１リンクは、前記第１回動軸と前記第４回動軸との間に、第５回動軸を有するロボットハンドである。
【００１４】
この構成によれば、第１リンクに対し、第５回動軸を中心として、第４回動軸が回動するので、なじみ動作の際の指先の屈曲角度の増幅を実現することができる。この機能は、少ないアクチュエーターで実現可能であり、低コストなロボットハンドを提供することができる。
【００１５】
上記のロボットハンドにおいて、前記指部は、第５リンクと、第６リンクと、第７リンクと、前記第５リンクと前記第６リンクとを回動可能に接続する第６回動軸と、前記第６リンクと前記第７リンクとを回動可能に接続する第７回動軸と、を有し、前記第４回動軸は、前記第４リンクと前記第７リンクとを回動可能に接続していてもよい。
【００１６】
この構成によれば、なじみ動作の際、第１〜４リンクの部分に加えて、第５〜７リンクの部分を対象物に接触させることにより、接触面積が増加し、より安定した把持が可能になる。
【００１７】
上記のロボットハンドにおいて、前記指部は、前記基台に対して可動である第８回動軸を有し、前記第３リンクは、前記第２回動軸を中心として回動可能、かつ、前記第３回動軸と前記第８回動軸とを接続していてもよい。
【００１８】
この構成によれば、基台に対して第８回動軸を移動させることにより、第２回動軸を中心として第３リンクを回動可能となり、指先の平行開閉を実現することができる。
【００１９】
本発明の一態様に係るロボットは、上記のロボットハンドを有してもよい。
【００２０】
この構成によれば、なじみ機構、指先の平行開閉、なじみ動作の際の指先の屈曲角度の増幅、掌部が直接物体に接触するように指部を全開させる機能の１又は２以上を実現することができる。
【００２１】
上記のロボットは、第１アームと、第２アームとを有し、前記第１アームと前記第２アームの少なくとも一方に、上記のロボットハンドが設けられていてもよい。
【００２２】
この構成によれば、上記のロボットハンドを有するアームと、他のアーム（これが上記のロボットハンドを有してもよい。）とを組み合わせることにより、両腕（好ましくは両手）で大きな物体を持ち上げる等の作業が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のロボットハンドの一例を示す全体斜視図である。
【図２】指部のリンク構造の一例を模式的に示す全体図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、なじみ動作の一例を順に示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、指先開閉動作の一例を順に示す模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、対比例による指先開閉動作を順に示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、なじみ動作の一例を順に示す模式図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれなじみ動作において対象物に接触する初期姿勢が異なる複数の例を示す模式図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、指先の最大屈曲状態の説明図である。
【図９】なじみ動作において図８に示す２つのリンクを強調した模式図である。
【図１０】掌部に対して指部の先端を全開した状態の一例を示す模式図である。
【図１１】箱等の物体を両手で把持する双腕ロボットの一例を示す部分模式図である。
【図１２】双腕ロボットの一例を示す全体模式図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、平行開閉動作の実施例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態のロボットハンド１０を例示する全体斜視図である。ロボットハンド１０は、基台１１と、基台１１の中心軸方向（図１の上下方向）片側に設けられた掌部１２と、基台１１に対して掌部１２と同じ側に複数設けられた指部１３を有する。基台１１は、ロボットハンド１０の手首又は前腕に相当する部分である。ロボットハンド１０をアーム（図示せず）に取り付ける場合、基台１１を当該アームに取り付けることができる。基台１１はアームに対して、例えば中心軸周りに回動可能であってもよい。
【００２６】
掌部１２は、ロボットハンド１０の掌に相当する部分である。従来のロボットハンドでは、掌は必ずしも必要とされていない。本実施形態においては、ロボットハンド１０により操作される対象物（図示せず）が、指部１３のみならず、掌部１２と接触することも考慮に入れた操作が可能である。掌部１２は、基台１１の反対側に表面１２ａを有する。表面１２ａは、対象物に接触した場合に、対象物への影響を低減、緩和するため、パッド等が設けられてもよい。パッド等は、柔軟でも硬質でもよく、適宜選択可能である。
【００２７】
本実施形態のロボットハンド１０は、３つの指部１３を有する。ロボットハンド１０の指に相当する部分である。ロボットハンドが有する指部の数は特に制限されないが、２つ以上が好ましい。これらの指部１３の１つ又は２以上は、基台１１の中心軸周りに指部１３全体を回動可能としてもよい。図示例の場合、基台１１の先端面に形成された略半円状の孔１１ｂ内で、基台１１の中心軸に対する指部１３の位置を移動させることができる。指部１３は、対象物に接触した場合に、対象物への影響を低減、緩和するため、パッド１４，１５等が設けられてもよい。図示例では、指部１３の付け根側と先端側の２箇所にそれぞれパッド１４，１５が設けられている。
【００２８】
図２に、指部１３のリンク構造を模式的に示す。図２において、上は指部１３の先端側、下は指部１３の基端側（基台１１側）、左は指部１３の内面側（掌部１２側）、右は指部１３の外面側である。これらを以下参照する際、単に「先端側」、「基端側」、「内面側」、「外面側」という場合がある。これらの方向を指部の状態によらずに定義するとすれば、掌部１２を通るロボットハンド１０の中心軸を基準とした円筒座標において、「先端側」は、中心軸に沿って基台からの距離が増加する方向、「基端側」は、中心軸に沿って基台からの距離が減少する方向、「内面側」は、中心軸からの距離が減少する方向、「外面側」は、中心軸からの距離が増加する方向である。なお、基台からの距離は、基台の内部においては、基台の先端面を基準とした負数で定義する。
【００２９】
図２に示したように、ロボットハンドに含まれる指部１３は五節リンクで構成されていて、バネ及びストッパーを利用することで、なじみ機構、指先の平行開閉及びなじみ動作の際の指先の屈曲角度の増幅を同時に実現する。図２に示す構造にすることで、上記３つの機能を単純な構造で実現している。
【００３０】
指部１３の基台１１側には、第１リンク２１と、第２リンク２２と、第３リンク２３と、第４リンク２４とが設けられている。第１リンク２１と第２リンク２２とは、第１回動軸３１により回動可能に接続されている。第２リンク２２と第３リンク２３とは、第２回動軸３２により回動可能に接続されている。第３リンク２３と第４リンク２４とは、第３回動軸３３により回動可能に接続されている。第４リンク２４と第１リンク２１とは、第４回動軸３４により回動可能に接続されている。
【００３１】
指部１３の先端１６を、基台１１の中心軸に沿って、基台１１から離れる方向に伸展したとき、第１リンク２１及び第２リンク２２は基端側に位置し、第３リンク２３及び第４リンク２４は先端側に位置する。また、第１リンク２１及び第４リンク２４は、内面側に位置し、第２リンク２２及び第３リンク２３は外面側に位置する。第２リンク２２は、第４リンク２４よりも基台１１側（基端側）に位置する。
【００３２】
第１回動軸３１の位置は、基台１１に対して固定されており、第２回動軸３２の位置は、基台１１に対して可動である。基台１１から離れて設けられた第３リンク２３及び第４リンク２４の位置も、基台１１に対して可動である。
【００３３】
基台１１は、筐体１１ａを有する。筐体１１ａの内部には、基台１１の要素として、ボールネジ６０等の駆動力伝達手段、モータ（図示せず）等の駆動手段などが含まれる。ボールネジ６０は、基台１１の中心軸方向（図の上下方向）に配置されたネジ軸６１と、指部１３のリンク構造に接続されたナット６２を含む。ネジ軸６１とナット６２との間には、摩擦低減機構としてのボール（図示せず）等が含まれる。ネジ軸６１をモータで回転させると、ナット６２を上下させ、指部１３を開閉させることができる。
【００３４】
第１リンク２１は、第１回動軸３１と第４回動軸３４との間に、第５回動軸３５を有する。第４回動軸３４と第５回動軸３５との間には、第８リンク２８が設けられている。第５回動軸３５は、第１リンク２１と第８リンク２８とを、これらが互いに回動可能に接続する。図２において、第４回動軸３４と第５回動軸３５との間では、第１リンク２１及び第８リンク２８は紙面に対して重なっている。
【００３５】
指部１３の先端１６側には、第５リンク２５と、第６リンク２６と、第７リンク２７とが設けられている。第５リンク２５と第６リンク２６とは、第６回動軸３６により回動可能に接続されている。第６リンク２６と第７リンク２７とは、第７回動軸３７により回動可能に接続されている。第４回動軸３４は、第４リンク２４と第７リンク２７とを回動可能に接続している。第４リンク２４及び第５リンク２５は一体化された一つのリンク部材１７であってよい。第３回動軸３３は、リンク部材１７と第３リンクとを回動可能に接続する。第６リンク２６は、先端１６を含むリンク部材１８の一部であってよい。
【００３６】
第４回動軸３４は、詳細には、第１リンク２１に設けられた第４回動軸３４Ａと、第８リンク２８に設けられた第４回動軸３４Ｂとを有する（図３（ｃ）参照）。第４回動軸３４Ａは、直接には、第１リンク２１と第７リンク２７とを回動可能に接続する。第４回動軸３４Ｂは、直接には、第４リンク２４と第８リンク２８とを回動可能に接続する。図示例の場合、第１リンク２１及び第７リンク２７は、第４リンク２４に直接は接続されていない。
【００３７】
第１リンク２１と第８リンク２８との間には、第１ストッパー４１及び第１スプリング５１が設けられている。第１ストッパー４１は、第８リンク２８が外面側（図２の右側）に変位したときに、所定の位置（例えば第１リンク２１に沿った位置）で変位を阻止する。図２では、第１ストッパー４１のうち、第１リンク２１側の部分４１ａと第８リンク２８側の部分４１ｂとが互いに接触している状態を示す。図示では各部分４１ａ，４１ｂが第１リンク２１や第８リンク２８から突出しているが、実際の形状や構造は任意である。
【００３８】
第１ストッパー４１による阻止が作用すると、第８リンク２８は第５回動軸３５を中心とした回動を止めて、第１リンク２１と一体的に、第１回動軸３１を中心とした回動を行う。このとき、第１リンク２１、第２リンク２２、第３リンク２３及び第４リンク２４は、平行四節リンクとして機能する。このように、第８リンク２８が第１リンク２１と一体化している間は、第４回動軸３４Ａ及び第４回動軸３４Ｂが連動して動作するので、第１リンク２１が第４リンク２４に対して回動可能になる。このとき、第７リンク２７が第４リンク２４に対して回動可能にすることもできる。図示例の場合、第４リンク２４と第５リンク２５とが一体化されていることから、リンク部材１７と第６リンク２６と第７リンク２７とが実質的に三節リンク（自由度ゼロ）となり、指先の形状が安定する。
【００３９】
第８リンク２８が内面側（掌部１２側）に変位したとき、第８リンク２８は第１リンク２１よりも内面側に屈曲可能である。このとき、第８リンク２８が屈曲すると、第１スプリング５１から復元力を受ける、つまり、屈曲状態（例えば図３（ｃ）参照）から伸展状態（例えば図３（ｂ）参照）に移行する際には、第１スプリング５１の弾性力が効果的に寄与する。
【００４０】
図３（ａ）〜（ｃ）は、なじみ動作の一例を順に示す模式図である。このなじみ動作では、対象物１９が最初に掌部１２（図１及び図２参照）に接触した状態から、掌部１２と指部１３により、あるいは１または２以上の指部１３のみにより、対象物１９を把持する。まず、図３（ａ）に示すように、掌中の対象物１９から指部１３が離れた状態で、指部１３を基台１１側に屈曲させると、図３（ｂ）に示したように、対象物１９との接触が指部１３の内面側の第１リンク２１に作用する。このとき、対象物１９が第１リンク２１に直接接触するでもよく、パッド１４などを介して間接的に作用するでもよい。対象物１９との接触により、第１リンク２１の屈曲動作は抑制される。さらに、指部１３の外面側にある第３リンク２３を基台１１側に屈曲させると、第４リンク２４が押されて第４回動軸３４Ｂが対象物１９に近づくように第８リンク２８が回動する。その結果、図３（ｃ）に示したように、指部１３の先端１６側（リンク部材１８）が対象物１９に接触する。これにより、ロボットハンド１０に対象物１９を把持させたときに、対象物１９と指部１３とが接する面積を広くとることができる、なじみ機構が実現される。
【００４１】
このなじみ機構において、指部１３の根本（基端側）は、第１リンク２１、第２リンク２２、第３リンク２３及び第４リンク２４に加えて第８リンク２８を含む五節リンクとして機能する。また、指部１３の先端側は、第１リンク２１、第８リンク２８、リンク部材１７（第４リンク２４及び第５リンク２５）、第６リンク２６及び第７リンク２７を含む五節リンクとして機能する。指部１３の根本（基端）側が五節リンクを含むことにより、２つのリンク（例えば対象物１９に接触する第１リンク２１と、基台１１側の第２リンク２２）が停止しても、他のリンクが動作する自由度（例えば第５回動軸３５を中心とした第８リンク２８の回動）が確保される。このため、対象物１９に接触した後のなじみ動作において、指先を屈曲することが可能である。
【００４２】
図４（ａ）〜（ｅ）は、指先開閉動作の一例を順に示す模式図である。これらの図では、図３に示す第５回動軸３５、第６回動軸３６及び第７回動軸３７は図示を省略している。例えば図２に示す構成であれば、第１スプリング５１の弾性力（収縮）により、第８リンク２８は第１リンク２１と一体化し、リンク部材１７（第４リンク２４及び第５リンク２５）、第６リンク２６及び第７リンク２７が三節リンクとなっている。このため、図４に示す指先開閉においては、第１リンク２１、第２リンク２２、第３リンク２３及び第４リンク２４から構成される平行四節リンクにより平行開閉を実現できる。それゆえ、この指先平行開閉を実現する機構は、第５回動軸３５、第６回動軸３６、第７回動軸３７、第４リンク２４、第５リンク２５、第６リンク２６、第７リンク２７、第８リンク２８の一部又は全部を省略可能である。
【００４３】
図２を参照すると、本実施形態の平行開閉機構は、上述の平行四節リンクに加えて、基台１１に対して可動である第８回動軸３８、ボールネジ６０のナット６２を含む第１０リンク３０、第１０リンク３０に連結された第９回動軸３９、第８回動軸３８と第９回動軸３９との間に設けられた第９リンク２９を含む。第３リンク２３は、第２回動軸３２を中心として回動可能、かつ、第３回動軸３３と第８回動軸３８とを接続している。第８回動軸３８は、第３リンク２３と第９リンク２９とを回動可能に接続する。第９回動軸３９は、第９リンク２９と第１０リンク３０とを回動可能に接続する。
【００４４】
第１回動軸３１の位置は、基台１１に対して固定されており、第２回動軸３２の位置は、基台１１に対して可動である。このため、第２リンク２２は、基台１１に対して上下に回動可能である。第１回動軸３１を中心とした回転方向において、第１リンク２１が掌部１２から離れる方向（図２の時計回り）の回動は、第３ストッパー４３により規制される。また、当該回転方向において、第２リンク２２が先端側（上側）から掌部１２に近づく方向（図２の反時計回り）の回動は、第４ストッパー４４により規制される。
【００４５】
第２リンク２２と第３リンク２３との間の回動は、第２ストッパー４２と第２スプリング５２により規制される。第２ストッパー４２は、第３リンク２３が第２回動軸３２を中心として外面側（図２の右側、時計回り）に回動（伸展）したときに、所定の位置で回動を阻止する。図２では、第２ストッパー４２のうち、第３リンク２３側の部分４２ａと第２リンク２２側の部分４２ｂとが互いに接触している状態を示す。図示では各部分４２ａ，４２ｂが第３リンク２３や第２リンク２２から突出しているが、実際の形状や構造は任意である。第２ストッパー４２による阻止が作用すると、第３リンク２３と第２リンク２２との位置関係（角度）が保持される。
【００４６】
図４において、第３リンク２３が内面側（掌部１２に近づく側）に回動すると、図４（ａ）に示すように、第２ストッパー４２の阻止は解除される（各部分４２ａ，４２ｂが互いに離れる）。第３リンク２３が外面側（掌部１２から離れる側）に回動すると、図４（ｅ）に示すように、第２ストッパー４２の阻止は解除される（各部分４２ａ，４２ｂが互いに離れる）。いずれの場合も、第２スプリング５２は、第２リンク２２と第３リンク２３との間で復元力を増大する。
【００４７】
図４（ａ）においては、ナット６２がネジ軸６１の基端側にあり、指部１３が外面側に大きく伸展している。このとき、第３ストッパー４３による阻止が機能し、第１リンク２１が停止している。第２ストッパー４２及び第４ストッパー４４による阻止は解除され、第２スプリング５２は復元力を増大させている。ナット６２を先端側へ上昇させると、図４（ａ）から図４（ｂ）までの間、第１リンク２１が停止した状態で、第３リンク２３が内面側に屈曲し、第２リンク２２も第２スプリング５２の戻りにより内面側に屈曲する。第４リンク２４は、第２リンク２２と平行を維持するように変位する。図４（ｂ）において、第２ストッパー４２による阻止が開始される。
【００４８】
さらにナット６２を上昇させると、第３ストッパー４３による阻止が解除され、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）の順に経過する。その間、第２ストッパー４２による阻止を継続したまま、第２リンク２２及び第３リンク２３が内面側に屈曲する。詳しくは、第３ストッパー４３及び第４ストッパー４４による阻止が解除された状態で、第１リンク２１、第２リンク２２、第３リンク２３及び第４リンク２４の全体が相対的な角度関係を保持しながら、第１回動軸３１を中心にして回動する。図４（ｄ）において、第４ストッパー４４による阻止が開始される。
【００４９】
さらにナット６２を先端側に上昇させると、第２ストッパー４２による阻止が解除され、第２リンク２２が停止した状態で、第１リンク２１及び第３リンク２３が内面側に屈曲する。第４リンク２４は、第２リンク２２と平行を維持するように変位する。図４（ｄ）及び図４（ｅ）に示すように、指部１３の屈曲角度が大きくなると、ボールネジ６０におけるナット６２の上下運動を指部１３に伝達する機構が、第２ストッパー４２からリンクに変わることで、指全体が平行四節リンクとして動作していることがわかる。これにより、指先の平行開閉が実現され、精密な物体の把持が可能となる。
【００５０】
本実施形態による平行開閉は、可逆的に動作可能である。すなわち、ボールネジ６０においてナット６２を下降させることにより、図４（ｅ）、図４（ｄ）、図４（ｃ）、図４（ｂ）、図４（ａ）の順に、動作させることも可能である。図示例の場合、図４（ａ）及び図４（ｅ）では指部全体がほぼ真っ直ぐに伸びているのに対し、図４（ｂ）及び図４（ｄ）では、指先が根元に対して屈曲している。さらに、図４（ｂ）から図４（ｄ）の間では、第２ストッパー４２及び第２スプリング（図２のように第５回動軸３５を有する場合は、これらに加えて第１ストッパー４１及び第１スプリング５１）が第１リンク２１、第２リンク２２、第３リンク２３及び第４リンク２４の変形を阻止することにより、指部１３の姿勢が維持されている。このように、指部が対象物に接触し得る範囲において指部の変形を拘束することにより、指部の回転開閉と平行開閉を両立することができる。指部が対象物に接触することが想定されない、図４（ａ）及び図４（ｅ）においては、第２回動軸３２を中心とした回転運動を第３ストッパー４３又は第４ストッパー４４により拘束することで指の根元に対して指先が回転することを許容する。
【００５１】
次に、本実施形態と特許文献４のロボットハンドとを比較して、本実施形態のロボットハンドでは掌部が直接物体に接触するように、指部を全開して指部の表面の高さを、掌部と同程度かそれ以下に位置させることができることを示す。図５（ａ）〜（ｃ）は、対比例として、特許文献４記載のロボットハンドの指の動作を示す。
【００５２】
図５（ａ）〜（ｃ）に示したように、特許文献４記載のロボットハンドでは、指先２０３に連結された先端側リンク２０２は、基端側リンク２０１と平行な状態を維持するので、指の根本を開いても、指先２０３が上方を向いた姿勢を保持する。指部を全開するためには、図５（ｃ）に示したように上方を向いた指先２０３を掌２１０よりも下に移動させる必要がある。しかしながら、図５（ｃ）から明らかなように、実際はこの状態になる前にリンク同士の干渉が発生し、この状態に至るまで動作させることはできない。
【００５３】
一方で、本実施形態のロボットハンドでは、図４（ａ）に示したように指先がその下部と平行になるため、特許文献４記載のロボットハンドよりも指先を掌よりも下に移動させるのに必要な移動量が小さくて済む。これにより、本実施形態のロボットハンドでは掌部が直接物体に接触するように、指部を全開して指部の先端の高さを、掌部と同程度かそれ以下に位置させることができる。図１０として、掌部１２に対して指部１３の先端１６を全開した状態の一例を示す。指部１３の先端１６が掌部１２の表面１２ａと同程度の高さに位置していることが分かる。
【００５４】
図６（ａ）〜（ｅ）は、なじみ動作におけるリンク機構の変化を順に示す。図６（ａ）では、指部が立った状態で第１リンク２１が対象物に接触し図６（ｂ）〜（ｅ）では、第１リンク２１及び第２リンク２２が停止したまま、第３リンク２３が内面側に回動している。第５回動軸３５を中心とした第８リンク２８の回動により、指部１３の先端１６が大きく屈曲することが分かる。
【００５５】
図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれなじみ動作において対象物に接触する初期姿勢が異なる複数の例を示す模式図である。
図７（ａ）は、図３（ａ）〜（ｃ）と同様に、指部が外面側に開いた状態で対象物に接触し、なじみ動作を行うときのリンク機構の変化を１つに重ねて描いた図である。
図７（ｂ）は、図６（ａ）〜（ｅ）を１つに重ねて描いた図である。
図７（ｃ）は、指部が内面側に倒れた状態で対象物に接触し、なじみ動作を行うときのリンク機構の変化を１つに重ねて描いた図である。
いずれの場合も、指部の先端１６側が第１リンク２１と平行（指部全体が略逆Ｕ字状）になり、さらにはそれ以上に大きく屈曲することが分かる。
【００５６】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、指先の最大屈曲状態の説明図である。図８（ａ）は、図６（ａ）における第６リンク２６及び第７リンク２７の位置を示し、図８（ｂ）は、図６（ｅ）における第６リンク２６及び第７リンク２７の位置を示す。第１リンク２１が停止した状態で、第４回動軸３４Ａを中心として第７リンク２７（指先の内面側を含むリンク）が回動すると、さらに第７回動軸３７を中心として第６リンク２６（指の先端１６を含むリンク）が回動する。このとき、第６リンク２６と第７リンク２７とが同一線上に位置する（詳しくは、第４回動軸３４Ａと第６回動軸３６と第７回動軸３７とが同一線上に位置する）と、リンクの死点に到達し、指先の最大屈曲状態となる。
【００５７】
図９は、図６（ａ）〜（ｅ）に示すなじみ動作において、第６リンク２６と第７リンク２７の位置を強調した模式図を示す。第７回動軸３７を中心として第６リンク２６と第７リンク２７とがなす角度は、指先の屈曲が進むにつれて増加することが分かる。これは、第４回動軸３４Ａを中心とした第７リンク２７の回転角度に比べて、第７回動軸３７を中心とした第６リンク２６の回転角度が大きく、その分、指先の屈曲が増幅されることを意味する。これにより、指の根本に接触した対象物を、指先と掌部との間に抱え込むような、より確実な把持が可能になる。非特許文献４の「宇宙精細作業ハンド用操作指」と比較して、本実施形態によれば、リンク構造の相違に基づき、指先をより大きく屈曲させることができる。
【００５８】
図１０に示すように、本実施形態のロボットハンド１０は、対象物と接触可能な掌部１２の表面１２ａと、対象物と接触可能な指部１３の先端１６の面とが同一平面上に位置することが可能である。このようなロボットハンド１０は、片手に適用した場合にも、対象物を押す等、把持以外の作業が可能になる。
【００５９】
さらに、本実施形態のロボットハンド１０を双腕ロボットの両手に適用すると、図１１に示すように、箱等の対象物１９０を両手で把持することが可能である。図１１は、本実施形態のロボットハンド１０を、それぞれ第１アーム１０１及び第２アーム１０２に有する双腕ロボット１００の一例を示す部分模式図である。掌部１２と指部１３の先端１６とを対象物に接触させて把持するだけでなく、掌部１２よりも指部１３の表面の位置を下げることにより、掌部１２だけを対象物に接触させ、大きな力で両手で挟み込み把持ができる。
【００６０】
本実施形態のロボットハンドは、指部を駆動するアクチュエーターの数が１であり、指全体の自由度は３である。
【００６１】
図１２は、双腕ロボット４００の一例を示す全体模式図である。双腕ロボット４００は、格納部４１１と、胴体部４１２と、第１アーム４０１及び第１ハンド４０３と、第２アーム４０２及び第２ハンド４０４を備える。これらは、公知の構成を採用可能である。アームの自由度も任意である。
【００６２】
第１アーム４０１及び第２アーム４０２は、それぞれマニピュレーターにより構成される。アーム４０１，４０２及びハンド４０３，４０４の動作は、格納部４１１に格納された制御装置４１３から出力される制御信号により、制御される。双腕ロボット４００は、自己の状態等を示す信号を、制御装置４１３に入力してもよい。胴体部４１２は、相互に回動、伸縮等の動作が可能な複数の部分４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃを有してもよい。ロボットは、床面等に固定された状態で設置されてもよいし、図示例のように、車輪４２１，４２２等の移動手段を有してもよい。
【００６３】
図１３に、平行開閉動作の具体例として、指に物体からの力が加わる状態で、平行開閉動作を行う実施例を示す。図１３の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ指の姿勢が異なる。図１３（ａ）は、図６（ａ）と同様に指部が立った状態である。図１３（ｂ）は、指先が若干外面側へ傾いた状態である。図１３（ｃ）は、指先がさらに外面側へ傾いた状態である。指に物体から力が加わっても、第１ストッパー４１（図２、図３参照）及び第４ストッパー４４（図２、図４参照）が作用して平行開閉動作することが可能である。平行開閉を保つために、指に加わる物体からの垂直抗力と摩擦力の合力の向きが、図１３の線Ｌａ及び線Ｌｂで区切られる、外面側の（図中、網掛けを施した）領域Ａｐに入るようにするとよい。
【００６４】
本実施形態によれば、なじみ機構、指先の平行開閉及びなじみ動作の際の指先の屈曲角度の増幅が同時に実現されるロボットハンドを提供することが実現された。又、指と比較して力を加えることができる掌部が直接物体に接触するように、指部を全開して指部の表面の高さを、掌と部同程度かそれ以下に位置させることができるロボットハンドを提供することも実現された。更に、上述の機能を少ないアクチュエーターで実現し、低コストなロボットハンドを提供することも可能となった。
【００６５】
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。上述の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上述の実施形態で説明した要件の少なくとも１つは、省略されることがある。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。
【００６６】
ロボットは、アーム及びハンドの組を２組備える双腕ロボット、アーム及びハンドの組を１組備える単腕ロボットでもよいが、これらには限られない。アームとハンドの数は、それぞれ１個よりも多くてもよい。
【００６７】
第３ストッパー及び第４ストッパーは、第１ストッパー及び第２ストッパーと同様に、２つのリンク部材の間で、２つの部分が互いに接触可能となる構成でもよい。これらの実際の形状や構造は任意である。例えば、第３ストッパーは、基台側の部分と、第１リンク側の部分とを有してもよい。第４ストッパーは、基台側の部分と、第２リンク側の部分とを有してもよい。
【００６８】
アクチュエーターとしては、直線往復駆動アクチュエーター、回転往復駆動アクチュエーター等が挙げられ、ボールネジに限られず、動力シリンダー、サーボモーター、ピストン、ラック・アンド・ピニオン等も採用可能である。駆動力の伝達機構は、リンクに限らず、歯車、プーリー、ベルト等も利用可能である。復帰力を付与する機構として、バネなどの弾性体のほか、磁石等も利用可能である。バネとしては、引張バネ、圧縮バネ、ねじりバネ等が挙げられる。回動部には、各種ベアリング等を設けることができる。構造材は、金属、合金、繊維強化プラスチック、セラミックス等の各種材料から構成することができる。
【００６９】
ロボットハンド、ロボットアーム及びロボットは、外部の状態を把握するため、各種センサー、カメラ等の外部入力手段を備えてもよい。これらの外部入力手段により得られた情報は、ロボットが自律的な判断により動作するために利用することもできる。ロボットの制御装置は、ロボットの自律的な動作に必要なプログラム及び当該プログラムを格納した記録媒体を有することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、ロボット装置に広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…ロボットハンド、１１…基台、１２…掌部、１３…指部、１９，１９０…対象物、２１…第１リンク、２２…第２リンク、２３…第３リンク、２４…第４リンク、２５…第５リンク、２６…第６リンク、２７…第７リンク、２８…第８リンク、２９…第９リンク、３１…第１回動軸、３２…第２回動軸、３３…第３回動軸、３４，３４Ａ，３４Ｂ…第４回動軸、３５…第５回動軸、３６…第６回動軸、３７…第７回動軸、３８…第８回動軸、３９…第９回動軸、１００，４００…双腕ロボット、１０１，４０１…第１アーム、１０２，４０２…第２アーム、４０３…第１ハンド、４０４…第２ハンド。
【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】
2016068192.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016068192.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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