(57)【要約】      （修正有）【課題】人型ロボットハンドに関し、把持位置計算が容易な外郭形状および把持方法の実現を課題とする。【解決手段】手掌外郭１と、第１指末節２と、第２指末節３と、第３指末節４とを備え、手掌外郭１は、凸面部１aを含む手掌基面１ｂと、球面部１ｃと、円筒面部１ｄとを含み、手掌基面１ｂは、球面部１ｃならびに円筒面部１ｄとそれぞれ谷底線１ｅ、１ｆを挟んで谷型をなし、第１指末節の先端、第２指末節の先端、第３指末節の先端はそれぞれ球面２ａ、３ａ、４ａを含むことを特徴とするロボットハンドを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
手掌外郭と、第１指末節と、第２指末節と、第３指末節とを備え、手掌外郭は、凸面部を含む手掌基面と、球面部と、円筒面部とを含み、手掌基面は、球面部ならびに円筒面部とそれぞれ谷底線を挟んで谷型をなし、第１指末節の先端、第２指末節の先端、第３指末節の先端はそれぞれ球面を含むことを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
物体を、前記請求項１に記載のロボットハンドの凸面部と、球面部と、円筒面部と、第３指末節とに接触させて固定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
人型ロボットハンドに関し、把持位置計算が容易な外郭形状および把持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動化の高度化に伴ってロボット導入の負担が増えており、人型ロボットの機械的汎用性に着目したソフトウェア中心の導入作業が注目されている。ところが、産業用途に適したロボットハンドは満足に実現されておらず、作業内容に合わせてロボットハンドを専用設計（例えば特許文献１）しなければならないのが現状である。
【０００３】
ロボットハンドの課題は多岐に及ぶが、産業用途においては、把持位置計算が特に重要な課題である。つまり、物体の位置が与えられたとき、ロボットハンドの目標位置の計算が容易にできなければならない。
【０００４】
この点、人の手を見てみると、柔軟に変形しうる皮膚で覆われている上に表面の形状が複雑を極めるため、手の位置と物体の位置との関係を定量的に評価することが難しい。さらに、樹脂や金属のような大変形をしない工業材料で、いかにその機能を実現するかという点に難しさがある。
【０００５】
本願はこのように対立する問題を、ロボットハンドの外郭形状を工夫することにより解決しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２１７４３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の技術的背景を鑑み、人型ロボットハンドに関し、把持位置計算が容易な外郭形状および把持方法の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
把持位置計算を容易にするための原理は、物体を谷型形状へ押し付ける原理による。この原理自体は公知であり、工作物の固定等に用いられるＶ字ブロックなどがよく知られている。この原理によれば、谷方向に向かって1方向の力を加えるだけで強固に物体を固定できる上、位置の再現性も高い。ただし、人型ロボットハンドの場合、種々の把持ができるような汎用性を損なわない形で谷型形状を設けねばならず、そこに技術的な難しさがある。
【０００９】
図１はこの課題を解決する手段を示し、手掌外郭（１）と、第１指末節（２）と、第２指末節（３）と、第３指末節（４）とを備え、手掌外郭（１）は、凸面部（１a）を含む手掌基面（１ｂ）と、球面部（１ｃ）と、円筒面部（１ｄ）とを含み、手掌基面（１ｂ）は、球面部（１ｃ）ならびに円筒面部（１ｄ）とそれぞれ谷底線（１ｅ、１ｆ）を挟んで谷型をなし、第１指末節の先端、第２指末節の先端、第３指末節の先端はそれぞれ球面（２ａ、３ａ、４ａ）を含むことを特徴とするロボットハンドを示したものである。
【００１０】
手掌外郭（１）の球面部（１ｃ）は、物体との接触部分から球の中心までの距離が常に球の半径と等しくなることを利用して位置計算を容易にする効果を狙ったものであるため、接触部分は球面でなければならない。同様に、円筒面部（１ｄ）も、円筒中心線から物体接触部分までの距離が常に円筒半径と等しいことを利用しているため、その接触部分は円筒面でなければならない。凸面部（１a）も同様の理由で球面または円筒面とすることができるが、平面や凹面では前記谷型を構成することが難しいため、凸面でなければならない。
【００１１】
谷底線（１ｅ、１ｆ）は仮想的なものであって、谷底の形状は丸みを帯びた凹面等であってよいが、物体が、谷底線を挟む２面の両方に接触することを妨げない形状でなければならない。
【００１２】
第１指末節（２）、第２指末節（３）、第３指末節（４）は、適当な指機構により手掌外郭と機械的に結合すればよい。このとき、各指末節の先端形状は球面（２ａ、３ａ、４ａ）を含むため、その幾何学的な性質により、把持物体が球面（２ａ、３ａ、４ａ）だけに接触する範囲内では接触状態を一定とすることができる。これによって、各指末節の姿勢の精度に対する要求が緩やかになり、指機構を簡略化するなど、設計自由度が高まる効果が期待できる。
【００１３】
このような形状によれば、図２に示すように、物体（５）を、前記ロボットハンドの凸面部（１a）と、球面部（１ｃ）と、円筒面部（１ｄ）と、第３指末節（４）とに接触させて固定する方法により把持することができる。
【００１４】
物体が十分な摩擦力で固定されるよう、第３指末節（４）は手掌面に向かう方向に押し付けても良い。このとき物体には、凸面部（１a）と、球面部（１ｃ）とが挟む谷底線（１ｅ）、ならびに、凸面部（１a）を含む手掌基面（１ｂ）と、円筒面部（１ｄ）とが挟む谷底線（１ｆ）に向かう力が働き、それぞれの２面への接触によって物体の位置が固定される。なお、第１指末節（２）、第２指末節（３）を物体（５）に接触させると、より強固に把持ができる。
【発明の効果】
【００１５】
把持物体を、固定された谷型に押し付ける原理により、再現性の高い把持が可能になる。このとき、接触面の形状を球面や円筒面など、幾何学的な計算しやすい形状にしたことで、把持位置の計算が容易になり、事前に把持姿勢を定量的に評価することができる。さらに、指先形状に球面を含ませたことで、指機構を簡略化するなど、設計自由度が高まる効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】把持位置計算を容易とする外郭形状の概念を示した図である。
【図２】物体を把持する方法を示した図である。
【図３】把持位置計算を容易とする外郭形状の実施例を示した図である。
【図４】棒材を把持する方法の実施例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図３は手掌外郭（１）と、第１指末節（２）と、第２指末節（３）と、第３指末節（４）とを備え、手掌外郭（１）は、凸面部（１a）を含む手掌基面（１ｂ）と、球面部（１ｃ）と、円筒部（１ｄ）とを含み、手掌基面（１ｂ）は、球面部（１ｃ）ならびに円筒部（１ｄ）とそれぞれ谷型（１ｅ、１ｆ）をなし、第１指末節の先端、第２指末節の先端、第３指末節の先端はそれぞれ球面（２ａ、３ａ、４ａ）を含むことを特徴とするロボットハンドの実施例である。
【００１８】
把持物体が接触する手掌基面（１ｂ）、球面部（１ｃ）、円筒部（１ｄ）は、適当な厚みを持ったゴム素材とし、手掌外郭（１）に貼り付けている。各指の先端もゴム素材としている。ゴムの弾性変形によって把持物体の位置が変わりうるが、ゴムを剛体と仮定して計算した把持位置を代表値とすればよい。
【００１９】
図４は、棒材（５）を、前記ロボットハンドの凸面部（１a）と、球面部（１ｃ）と、円筒面部（１ｄ）と、第３指末節（４）とに接触させて固定する方法の実施例である。この実施例であれば手掌形状は大きく変形しないため、樹脂や金属といった従来の工業材料でも容易に実現できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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