(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手掌部から延設された複数の指機構を備え、各指機構が、前記手掌部側から複数の関節を介して順次連接された複数のリンク機構と、前記各関節の運動を行わしめるアクチュエータとを具備する多指ハンド装置の制御装置において、
前記各指機構の少なくとも二つ以上のリンク機構と、前記手掌部とにそれぞれ外力を検知する力センサを設け、
前記手掌部と前記複数の指機構のうちの少なくとも一つの指機構とを物体の外面に沿わせるように接触させて該物体を把持する際に、前記多指ハンド装置を該物体に接近させながら前記力センサの出力を監視し、
該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、該物体に接触させる指機構の最も先端側に位置する力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、当該先端側の力センサが設けられているリンク機構の該物体への接触に続いて、当該先端側の力センサ以外の力センサが当該先端側の力センサに近いものから順番に該物体との接触に伴う外力を検知し、さらに最後に前記手掌部の力センサが該物体との接触に伴う外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御し、
該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、前記手掌部の力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、前記手嘗部の該物体への接触に続いて、前記物体に接触させる各指機構の力センサが該手掌部の力センサに近いものから順番に外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御し、
該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、該物体に接触させる指機構の最も先端側の力センサと前記手掌部の力センサとの中間に位置する力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、当該中間の力センサが設けられているリンク機構の該物体への接触に続いて、当該中間の力センサよりも該指機構の先端側の力センサが当該中間の力センサに近いものから順番に外力を検知すると共に、前記手掌部の力センサを含めて当該中間の力センサよりも手掌部側の力センサが当該中間の力センサに近いものから順番に外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御することによって前記物体の把持動作を行うことを特徴とする多指ハンド装置の制御装置。
【請求項２】
前記手掌部の力センサは、該手掌部の手平面部に設けた圧力センサであり、前記各指機構のリンク機構に設けた力センサは、該リンク機構の側面部のうち、前記物体の把持動作に際して前記手平面部に対面するように該手掌部に接近する面部に設けた圧力センサであることを特徴とする請求項１記載の多指ハンド装置の制御装置。
【請求項３】
前記各指機構の最も先端側のリンク機構の先端部には、前記力センサとしての三軸力センサが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の多指ハンド装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の指機構を有する多指ハンド装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人の手と同様の構造を有するハンド装置等、多指ハンド装置は、手掌部から複数の指機構が延設され、その各指機構は、複数の関節を介して複数のリンク機構を順次連接して構成されている。そして、各関節を作動させる（例えば各関節の屈曲動作を行わせる）アクチュエータが、各リンク機構等、適宜の箇所に設けられている。
【０００３】
この種の多指ハンド装置により物体を把持する場合、より具体的には、多指ハンド装置の一つ以上の指機構と手掌部とを物体に接触させて該物体を把持する場合、その把持動作は例えば次のように行われている。
【０００４】
すなわち、物体に対して多指ハンド装置を位置決めし、多指ハンド装置のあらかじめ定められた部位（例えば指機構の先端等）を物体に接触させる。そして、この状態から、物体の把持に際して該物体に接触させるべき指機構の各関節をあらかじめ定められた形態でアクチュエータを介して作動させて、該指機構及び手掌部を物体に接触させ、該物体を把持する。
【０００５】
しかしながら、このような把持動作では、物体の形状やサイズがあらかじめ決められているような場合には支障はないが、種々様々の形状、サイズの物体を把持する場合には、次のような不都合を生じるものとなっていた。
【０００６】
すなわち、種々様々な物体を把持しようとする場合、該物体に対して多指ハンド装置を常に精度よく位置決めすることは難しく、物体の把持の開始に際して常に、多指ハンド装置の所望の部位を最初に物体に接触させるようにすることが困難である。このため、あらかじめ定められた形態で指機構の各関節を作動させても、物体の把持を円滑に行うことができない場合が多くなるという不都合がある。
【０００７】
この場合、かかる不都合を解消するためには、例えば物体を撮像して、その形状やサイズを画像処理により認識し、その認識した物体の形状やサイズに応じて多指ハンド装置の適切な把持動作を演算することも考えられる。しかるにこのようなやり方では、演算処理量が膨大となり、その演算処理に多大な時間を要するものとなってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、種々様々の物体の把持を比較的簡単な制御処理で適切に行うことができる多指ハンド装置の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の多指ハンド装置の制御装置はかかる目的を達成するために、手掌部から延設された複数の指機構を備え、各指機構が、前記手掌部側から複数の関節を介して順次連接された複数のリンク機構と、前記各関節の運動を行わしめるアクチュエータとを具備する多指ハンド装置の制御装置において、前記各指機構の少なくとも二つ以上のリンク機構と、前記手掌部とにそれぞれ外力を検知する力センサを設け、前記手掌部と前記複数の指機構のうちの少なくとも一つの指機構とを物体の外面に沿わせるように接触させて該物体を把持する際に、前記多指ハンド装置を該物体に接近させながら前記力センサの出力を監視し、
該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、該物体に接触させる指機構の最も先端側に位置する力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、当該先端側の力センサが設けられているリンク機構の該物体への接触に続いて、当該先端側の力センサ以外の力センサが当該先端側の力センサに近いものから順番に該物体との接触に伴う外力を検知し、さらに最後に前記手掌部の力センサが該物体との接触に伴う外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御し、
該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、前記手掌部の力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、前記手嘗部の該物体への接触に続いて、前記物体に接触させる各指機構の力センサが該手掌部の力センサに近いものから順番に外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御し、
該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、該物体に接触させる指機構の最も先端側の力センサと前記手掌部の力センサとの中間に位置する力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、当該中間の力センサが設けられているリンク機構の該物体への接触に続いて、当該中間の力センサよりも該指機構の先端側の力センサが当該中間の力センサに近いものから順番に外力を検知すると共に、前記手掌部の力センサを含めて当該中間の力センサよりも手掌部側の力センサが当該中間の力センサに近いものから順番に外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御することによって前記物体の把持動作を行うことを特徴とする。
【００１０】
かかる本発明によれば、前記手掌部と前記複数の指機構のうちの少なくとも一つの指機構とを物体の外面に沿わせるように接触させて該物体を把持する際に、前記多指ハンド装置を該物体に接近させながら前記力センサの出力を監視し、該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうちの一つが前記物体との接触に伴う外力を最初に検知すると、前記アクチュエータのうちの前記物体に接触させるべき各指機構の関節を作動させるアクチュエータを、前記外力を最初に検知した力センサにより近い力センサから順番に外力が検知されるように制御する。このため、物体に接触させる指機構の関節は、最初に前記外力を検知した力センサが設けられているリンク機構あるいは手掌部により近いリンク機構から順番に物体に接触するように作動する。
より具体的に言えば、本発明では、前記物体の把持の際に、該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、該物体に接触させる指機構の最も先端側に位置する力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、当該先端側の力センサが設けられているリンク機構の該物体への接触に続いて、当該先端側の力センサ以外の力センサが当該先端側の力センサに近いものから順番に該物体との接触に伴う外力を検知し、さらに最後に前記手掌部の力センサが該物体との接触に伴う外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御する。このため、指機構の先端部が最初に物体に接触したときには、該指機構の関節は、該指機構のリンク機構が先端側のものから手掌部側のものにかけて順次物体に接触し、最終的に手掌部が物体に接触するように作動する。
また、該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、前記手掌部の力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、前記手嘗部の該物体への接触に続いて、前記物体に接触させる各指機構の力センサが該手掌部の力センサに近いものから順番に外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御する。このため、手掌部が最初に物体に接触したときには、該物体を把持するための指機構の関節は、該指機構のリンク機構が手掌部側のものから先端側のものにかけて順次物体に接触するように作動する。
また、該物体に接触させる指機構及び前記手掌部の各力センサのうち、該物体に接触させる指機構の最も先端側の力センサと前記手掌部の力センサとの中間に位置する力センサが最初に、該物体との接触に伴う外力を検知したときには、当該中間の力センサが設けられているリンク機構の該物体への接触に続いて、当該中間の力センサよりも該指機構の先端側の力センサが当該中間の力センサに近いものから順番に外力を検知すると共に、前記手掌部の力センサを含めて当該中間の力センサよりも手掌部側の力センサが当該中間の力センサに近いものから順番に外力を検知するように該指機構の各関節を作動させる前記アクチュエータを制御する。このため、指機構の中間部分が最初に物体に接触したときには、該指機構の関節は、その中間部分よりも先端側のリンク機構が中間部分寄りのものから先端側のものにかけて順次物体に接触するように作動すると共に、その中間部分よりも手掌部側のリンク機構が中間部分寄りのもの順次物体に接触し、さらに手掌部が物体に接触するように作動する。
従って、把持する物体の形状やサイズによらずに、前記外力を検知した力センサが指機構のどのリンク機構もしくは手掌部に設けられているかによらずに、該物体を把持するための指機構や手掌部を該物体に円滑に沿わせて接触させることができる。さらに、このように指機構や手掌部を物体に円滑に沿わせて接触させる作動は、最初に前記外力を検知した力センサが手掌部及び指機構のいずれに設けられているか、あるいは、指機構のどのリンク機構に設けられているかによらずに行うことできる。このため、物体の把持に際しての多指ハンド装置の物体に対する位置決めをさほど高精度に行う必要がない。
【００１１】
この結果、本発明によれば、多指ハンド装置による種々様々の物体の把持を比較的簡単な制御処理で適切に行うことができる。
【００１２】
かかる本発明では、前記手掌部の力センサは、該手掌部の手平面部に設けた圧力センサであり、前記各指機構のリンク機構に設けた力センサは、該リンク機構の側面部のうち、前記物体の把持動作に際して前記手平面部に対面するように該手掌部に接近する面部に設けた圧力センサであることが好ましい。
【００１３】
このように前記力センサとして圧力センサを用い、それを手掌部の手平面部と、各指機構のリンク機構の側面部のうちの上記の側面部（これは人の指の腹側の面部に相当する）とに設けることによって、前述のような物体の把持に際しての多指ハンド装置の作動制御を簡略な構成で支障なく行うことができる。
【００１４】
さらに本発明では、前記各指機構の最も先端側のリンク機構の先端部には、前記力センサとしての三軸力センサが設けられていることが好ましい。
【００１５】
このように各指機構の先端部に三軸力センサを設けることによって、例えば物体の把持に際して、指機構の先端部が最初に物体に接触した場合には、該指機構が物体にどのような姿勢で接触したかが判るため、物体の把持に適した姿勢に多指ハンド装置の姿勢を調整した上で、物体の把持を円滑に行うことが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図１１を参照して説明する。
【００２３】
図１及び図２は本実施形態の多指ハンド装置の基本構造を示す斜視図であり、図１は多指ハンド装置の手平面を上側にして示した斜視図、図２は多指ハンド装置の手甲側を上側にして示した斜視図である。尚、図１及び図２では、説明の便宜上、多指ハンド装置の各指機構２〜５は、その要部構成のみを簡略化して記載し、アクチュエータ等の構成要素を省略している。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の多指ハンド装置は、手掌部１と、この手掌部１から延設された複数の指機構２〜５とを具備している。指機構２〜５は、本実施形態では４本であり、このうち、指機構２は人の手の親指に相当するものである。
【００２５】
手掌部１は、板状部材により形成されたものであり、表面が手平面６ａ（図１参照）となる手掌本体板６と、この手掌本体板６の後端部から該手掌本体板６と略直交する姿勢で手甲側（手掌本体板６の裏面側）に起立された起立板７とから構成されている。手掌本体板６の裏面（手甲側の面）は、指機構２〜５のうちの指機構３〜５が取付けられる面部である（図２参照）。
【００２６】
起立板７は、手掌部１の略幅方向に延在する第１部分起立板７ａと、この第１部分起立板７ａの一端側で該第１部分起立板７ａに対して傾斜して延在する第２部分起立板７ｂとから成る。第１部分起立板７ａは、図示しないロボットのアーム（腕体）に取付けられる部分、第２部分起立板７ｂは、指機構２が取付けられる部分である。
【００２７】
指機構２〜５のうち、指機構３〜５は、いずれも同一構造であり、それぞれ、第１〜第５の５個のリンク機構８〜１２を手掌部１側から順に第１〜第４の４個の関節１３〜１６を介して連接した構造となっている。尚、指機構３〜５は、上記のようにいずれも同一構造であることから、図１及び図２では、便宜上、指機構４については、各リンク機構及び各関節の参照符号を省略している。
【００２８】
これらの指機構３〜５のより詳細な構造は後述するが、それぞれの各関節１３〜１６は、いずれも一軸回りの回転運動を可能とする関節である。そして、本実施形態では、最も手掌部１寄りの第１関節１３の回転軸心は、他の三つの第２〜第４関節１４〜１６の回転軸心（これらは互いに平行である）と直交している。
【００２９】
すなわち、例えば指機構５について図１を参照して説明すると、この指機構５の第１関節１３は、図示の回転軸心１３ｘの回りに第２リンク機構９を第１リンク機構８に対して回転可能とし、第２関節１４は、第１関節１３の回転軸心１３ｘと直交する回転軸心１４ｘの回りに第３リンク機構１０を第２リンク機構９に対して回転可能としている。さらに、第３関節１５は、第２関節１４の回転軸心１４ｘと平行な回転軸心１５ｘの回りに第４リンク機構１１を第３リンク機構１０に対して回転可能とし、第４関節１６は、第３関節１５の回転軸心１５ｘと平行な回転軸心１６ｘの回りに第５リンク機構１２を第４リンク機構１１に対して回転可能としている。
【００３０】
このような第１〜第４関節１３〜１６の回転動作は、指機構３，４についても全く同様である。そして、本実施形態では、指機構３〜５のそれぞれは、その第１リンク機構８が、第１関節１３の回転軸心１３ｘを手掌部１の手掌本体板６と略直交する方向に向けて該手掌本体板６の裏面部に固設されている（図２参照）。
【００３１】
一方、指機構２は、第１〜第４の４個のリンク機構１７〜２０を手掌部１側から順に第１〜第３の３個の関節２１〜２３を介して連接した構造となっている。
【００３２】
この指機構２の各関節２１〜２３は、前記指機構３〜５の第１〜第３関節１３〜１５と同様、いずれも一軸回りの回転運動を可能とする関節であり、最も手掌部１寄りの第１関節２１の回転軸心は、他の二つの第２及び第３関節２２，２３の回転軸心（これらは互いに平行である）と直交している。
【００３３】
すなわち、図１参照して、指機構２の第１関節２１は、図示の回転軸心２１ｘの回りに第２リンク機構１８を第１リンク機構１７に対して回転可能とし、第２関節２２は、第１関節２１の回転軸心２１ｘと直交する回転軸心２２ｘの回りに第３リンク機構１９を第２リンク機構１８に対して回転可能としている。さらに、第３関節２３は、第２関節２２の回転軸心２２ｘと平行な回転軸心２３ｘの回りに第４リンク機構２０を第３リンク機構１９に対して回転可能としている。
【００３４】
そして、本実施形態では、指機構２は、その第１リンク機構１７が、第１関節２１の回転軸心２１ｘを手掌部１の第２部分起立板７ｂと直交する方向（手掌本体部６と略平行な方向）に向けて該第２部分起立板７ｂの外表面部に固設されている。
【００３５】
前記指機構２〜５のさらに詳細な構造を図３〜図６を参照して説明する。
【００３６】
図３及び図４は、同一構造である指機構３〜５のうちの例えば指機構３を各関節１３〜１６の箇所で分解して示した分解斜視図である。この場合、図３では、指機構３の腹側の側面部、すなわち指機構３の、前記手掌部１の手平面６ａと同じ側の側面部であって、図１及び図２ように指機構３を屈曲させた状態で手掌部１の手平面６ａに対面する側面部（以下、腹面部という）が図３中の矢印Ａの方向（上方向）に向けられている。また、図４では、指機構３の腹面部が同図中の矢印Ｂの方向（横方向）に向けられている。また、図５は指機構３を伸ばした状態で、その腹面部側から見た平面図、図６は図５のVI矢視図である。
【００３７】
図３〜図５に示すように、指機構３の第１リンク機構８は、手掌部１に固定される本体機枠２４に、第１関節１３を動作させるための電動モータ２５（アクチュエータ）と、該電動モータ２５の回転位置あるいは第１関節１３の動作位置を検出するためのロータリエンコーダ２６と、遊星歯車機構等により構成された減速装置２７とを搭載している。図４に示すように、電動モータ２５の駆動軸２５ａは、無端条ベルト２８を介してロータリエンコーダ２６の回転軸２６ａ及び減速装置２７の入力軸２７ａに接続され、電動モータ２５の駆動軸２５ａの回転が無端条ベルト２８を介してロータリエンコーダ２６の回転軸２６ａ及び減速装置２７の入力軸２７ａに伝達されるようになっている。
【００３８】
減速装置２７は、第１関節１３を構成するものであり、その入力軸２７ａに与えられる回転を減速して出力する回転出力部２７ｂ、すなわち、入力軸２７ａよりも遅い回転速度で入力軸２７ａの軸心（これは第１関節１３の回転軸心１３ｘである）の回りに回転する回転出力部２７ｂを備えている。この回転出力部２７ｂは、第２リンク機構９の構成要素となるもので、第２リンク機構９の本体機枠２９を図５に示すようにネジ３０により固定して結合するための結合部３１が一体に設けられている。該結合部３１に第２リンク機構９の本体機枠２９を結合することにより該本体機枠２９が減速装置２７の回転出力部２７ｂと一体化する。これにより、該第２リンク機構９は、第１リンク機構８の電動モータ２５を作動させたとき、第１関節１３の回転軸心１３ｘである減速装置２７の入力軸２７ａの軸心回りに回転（揺動）する。
【００３９】
上記のように回転出力部２７ｂの結合部３１に本体機枠２９が結合される第２リンク機構９にあっては、その本体機枠２９に、第１リンク機構８と同様、電動モータ３２（アクチュエータ）、ロータリエンコーダ３３及び減速装置３４が搭載され、電動モータ３２の駆動軸３２ａが無端条ベルト３５を介してロータリエンコーダ３３の回転軸３３ａ及び減速装置３４の入力軸３４ａに接続されている。この場合、電動モータ３２、ロータリエンコーダ３３及び減速装置３４は、本体機枠２９を第１リンク機構８側の前記結合部３１に結合した状態で、それらの軸心が前記第１関節１３の回転軸心１３ｘと直交するように配置されている。
【００４０】
この第２リンク機構９の減速装置３４は、前記第２関節１４を構成するもので、第１リンク機構８の減速装置２７と同様、その入力軸３４ａに与えられる回転を減速して出力する回転出力部３４ｂを第３リンク機構１０の構成要素として有している。該回転出力部３４ｂは、第２関節１４の回転軸心１４ｘとしての減速装置３４の入力軸３４ａの軸心回りに該入力軸３４ａよりも遅い回転速度で回転可能に設けられ、この回転出力部３４ｂに、第３リンク機構１０の本体機枠３６を図示しないネジにより固定して結合する結合部３７が一体に設けられている。該結合部３７に第３リンク機構１０の本体機枠３６を結合することにより、該第３リンク機構１０は、第２リンク機構９の電動モータ３２を作動させたとき、第２関節１４の回転軸心１４ｘである減速装置３４の入力軸３４ａの軸心回りに回転出力部３４ｂと一体に回転（揺動）する。
【００４１】
上記のように回転出力部３４ｂの結合部３７に本体機枠３６が結合される第３リンク機構１０にあっては、その本体機枠３６に、第１リンク機構８と同様、電動モータ３８（アクチュエータ）、ロータリエンコーダ３９及び減速装置４０が搭載され、電動モータ３８の駆動軸３８ａが無端条ベルト４１を介してロータリエンコーダ３９の回転軸３９ａ及び減速装置４０の入力軸４０ａに接続されている。この場合、電動モータ３８、ロータリエンコーダ３９及び減速装置４０は、本体機枠３６を第２リンク機構９側の前記結合部３７に結合した状態で、それらの軸心が前記第２関節１４の回転軸心１４ｘと平行になるように配置されている。
【００４２】
この第３リンク機構１０の減速装置４０は、前記第３関節１５を構成するもので、第１リンク機構８の減速装置２７と同様、その入力軸４０ａに与えられる回転を減速して出力する回転出力部４０ｂを第４リンク機構１１の構成要素として有している。該回転出力部４０ｂは、第３関節１５の回転軸心１５ｘとしての減速装置４０の入力軸４０ａの軸心回りに該入力軸４０ａよりも遅い回転速度で回転可能に設けられ、この回転出力部４０ｂに、板状に形成された第４リンク機構１１の本体部１１ａが一体に設けられている。これにより、第４リンク機構１１は、第３リンク機構１０の電動モータ３８を作動させたとき、第３関節１５の回転軸心１５ｘである減速装置４０の入力軸４０ａの軸心回りに回転出力部４０ｂと一体に回転（揺動）する。
【００４３】
第４リンク機構１１の本体部１１ａの先端部（回転出力部４０ｂと反対側の端部）には、第５リンク機構１２との連結部４２が設けられている。該連結部４２は、第４関節１６の構成要素となるもので、第３関節１５の回転軸心１５ｘと平行なピン穴４３が穿設されている。
【００４４】
上記連結部４２は、図５に示すように、第５リンク機構１２の本体機枠４４の第４リンク機構１１側の端部に形成された切込溝４５に挿入され、該切込溝４５を横断する方向で本体機枠４４に穿設されたピン穴４６と連結部４２のピン穴４３とが同心になるように配置される。そして、この状態で、本体機枠４４のピン穴４６及び連結部４２のピン穴４３にピン４７を挿通することにより、連結部４２が第５リンク機構１２の本体機枠４４に連結され、その連結箇所が第４関節１６として構成される。すなわち、第５リンク機構１２は、第４関節１６の回転軸心１６ｘとしてのピン４７の軸心回りに回転可能とされる。
【００４５】
この場合、本実施形態では、第５リンク機構１２の本体機枠４４は、上記のように第４リンク機構１１の連結部４２に連結されているだけでなく、さらに、図６に示すようにアーム片４８を介して第３リンク機構１０の本体機枠３６に連結されている。
【００４６】
上記アーム片４８は、第５リンク機構１２の本体機枠４４の側面部の後端部寄りの箇所から、第３リンク機構１０の本体機枠３６の側面部の先端部寄りの箇所にかけて指機構３の長手方向に対して傾斜した姿勢で延在しており、その両端部は、それぞれ第５リンク機構１２の本体機枠４４と第３リンク機構１０の本体機枠３６とに支軸４９，５０を介して回転可能に軸支されている。
【００４７】
このようなアーム片４８を備えていることにより、第３リンク機構１０の電動モータ３８の作動によって、第４リンク機構１１が図６に仮想線で示すように指機構３の腹面部側に回転（揺動）されたとき、第５リンク機構１２は、第４リンク機構１１に対してピン４７の回りに回転（揺動）し、第４リンク機構１１よりも大きな回転角度で、第３リンク機構１０に対して揺動する。つまり、第３関節１５の箇所で指機構３がその腹面部側に屈曲すると、それに連動して、第４関節１６の箇所で、指機構３がその腹面部側に屈曲する。従って、本実施形態では第３リンク機構１０の電動モータ３８は、第３関節１５を作動させるアクチュエータであると同時に、第４関節１６を作動させるアクチュエータでもある。
【００４８】
以上説明した指機構３の構造は、指機構４，５についても全く同一である。尚、詳細な図示は省略するが、指機構２については、その第１リンク機構１７から第３関節２３にかけての部分の構造は、前述の指機構３〜５の第１リンク機構８から第３関節１５にかけての部分の構造と同一である。すなわち、指機構２の第１リンク機構１７、第２リンク機構１８、第３リンク機構１９、第１関節２１、第２関節２２及び第３関節２３の構造は、それぞれ指機構３〜５の第１リンク機構８、第２リンク機構９、第３リンク機構１０、第１関節１３、第２関節１４及び第３関節１５の構造と同一である。
【００４９】
そして、指機構２にあっては、第３関節２３より先端側の第４リンク機構２０の構造のみが、指機構３〜５の第３関節１５よりも先端側の部分の構造と相違するものとなっている。この場合、指機構２の第４リンク機構２０は、指機構３〜５のような前記アーム片４８を具備せずに、該指機構３〜５における第４リンク機構１１と第５リンク機構１２とをネジ等により一体的に固定して結合したような構造となっている。
【００５０】
また、本実施形態では、指機構２〜５のうち、指機構３〜５のそれぞれには、図１〜図３及び図５に示すように、力センサとしての圧力センサ５１，５２及び三軸力センサ５３が備えられている。各指機構３〜５に備えた圧力センサ５１，５２は本実施形態では二つであり、圧力センサ５１は、各指機構３〜５の腹面部側で、第３リンク機構１０の本体機枠３６に貼着されている。また、圧力センサ５２は、各指機構３〜５の腹面側で、第４リンク機構１１の構成要素である減速装置４０の回転出力部４０ｂ（第３関節１５の箇所）に貼着されている。
【００５１】
さらに三軸力センサ５３は、第５リンク機構１２の本体機枠４４の略球形状に形成された先端部（各指機構３〜５の先端部）に内蔵されている。
【００５２】
これと同様に、指機構２にも、図２に示すように、二つの圧力センサ５４，５５と三軸力センサ５６とが備えられ、圧力センサ５４は、指機構２の腹面部側で、第３リンク機構１９の第２関節２２寄りの箇所に貼着されている。また、圧力センサ５５は、指機構２の腹面部側で、第４リンク機構２０の第３関節２３寄りの箇所に貼着されている。さらに、三軸力センサ５６は、第４リンク機構２０の先端部（指機構２の先端部）に内蔵されている。
【００５３】
また、図１に示すように、手掌部１の手平面６ａには、指機構３，４の付け根の近傍箇所で、圧力センサ５７が貼着されると共に、指機構２の付け根の近傍箇所で、圧力センサ５８が貼着されている。
【００５４】
次に、上述した構成の多指ハンド装置の制御システムを図７を参照して説明する。図７はこの制御システムのブロック図である。尚、図７では、前述した各指機構２〜５に備えた圧力センサ（圧力センサ５１等）と、三軸力センサ（三軸力センサ５３等）と、ロータリエンコーダ（ロータリエンコーダ２６等）と、電動モータ（電動モータ２５等）とにそれぞれ総称的に参照符号６０，６１，６２，６３を付している。これらの参照符号６０〜６３は、前記図１〜図５において括弧書きで併記されている。以下の説明では、必要に応じてこの参照符号６０，６１，６１，６２を用いることがある。
【００５５】
図７に示すように、本実施形態における制御システムは、マイクロコンピュータを用いて構成されたコントローラ６４を備え、各圧力センサ６０、各三軸力センサ６１及び各ロータリエンコーダ６２の検出出力は、このコントローラ６４に入力される。そして、コントローラ６４は、それらの検出出力のデータ等を用いて各指機構２〜５の各電動モータ６３を制御するようにしている。この場合、コントローラ６４は、前述の多指ハンド装置を備えた図示しないロボットの本体部に搭載され、各圧力センサ６０、各三軸力センサ６１、各ロータリエンコーダ６２及び各電動モータ６３に図示を省略する信号線を介して接続されている。
【００５６】
次に、本実施形態の多指ハンド装置により、物体を把持する際の作動を説明する。
【００５７】
本実施形態の多指ハンド装置による物体（図示しない）の把持は、例えば指機構２の腹面部と、指機構３〜５のうちの少なくとも一つの指機構の腹面部と手掌部１の手平面６ａとを物体の表面に接触させ、それらの間に物体を包み込むようにすることでなされる。
【００５８】
このような物体の把持動作に際しては、まず、例えば多指ハンド装置の各指機構２〜５を伸ばした状態で、該多指ハンド装置を物体に向かって接近させる。そして、この接近を行いながら、前記コントローラ６４が、物体を把持するために該物体に接触させる各指機構のそれぞれについて、図８〜図１１のフローチャートに示すような制御処理を行うことで、物体の把持動作が行われる。
【００５９】
ここで、以下の説明では、物体を把持するために、例えば指機構２及び指機構３を用いる場合を想定し、まず、指機構３に係わる動作について説明する。
【００６０】
図８を参照して、コントローラ６４は、まず、各圧力センサ６０及び各三軸力センサ６１による検出データを取得する（ＳＴＥＰ１）。
【００６１】
次いで、コントローラ６４は、手掌部１の圧力センサ６０のうちの指機構３寄りの圧力センサ５７（図１参照）により圧力が検知されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ２）。このとき、手掌部１の圧力センサ５７により圧力が検知された場合、すなわち、手掌部１の圧力センサ５７の部分が、把持すべき物体に最初に接触した場合には、第１把持制御の処理を実行する（ＳＴＥＰ３）。
【００６２】
この第１把持制御の処理は、図９のフローチャートに示すように行われる。すなわち、コントローラ６４は、まず、指機構３の第３リンク機構１０を該指機構３の腹面部側に位置する物体に向かって回転させるように第２関節１４を電動モータ６３（第２リンク機構９の電動モータ３２）により作動させると共に、第３リンク機構１０の圧力センサ５１の検出データを取得する（ＳＴＥＰ３−１）。
【００６３】
そして、第３リンク機構１０の圧力センサ５１により圧力が検知されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ３−２）、その検知がなされるまで、ＳＴＥＰ３−１の処理を継続する。これにより、手掌部１に続いて、第３リンク機構１０が物体に接触される。
【００６４】
次いで、第３リンク機構１０の圧力センサ５１により圧力が検知されると、コントローラ６４は、指機構３の第４リンク機構１１を物体に向かって回転させるように第３関節１５を電動モータ６３（第３リンク機構１０の電動モータ３８）により作動させると共に、第４リンク機構１１の圧力センサ５２の検出データを取得する（ＳＴＥＰ３−３）。
【００６５】
そして、第４リンク機構１１の圧力センサ５２により圧力が検知されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ３−４）、その検知がなされるまで、ＳＴＥＰ３−３の処理を継続する。これにより、第３リンク機構１０に続いて、第４リンク機構１１が物体に接触される。
【００６６】
尚、このとき、第３関節１５の作動に連動して、前述のように第５リンク機構１２が第４関節１６の前記ピン４７の回りに回転する（第４関節１６において指機構３がその腹面部側に屈曲する）ため、基本的には第５リンク機構１２も最終的に物体に接触する。また、ＳＴＥＰ３−４で、第４リンク機構１１の圧力センサ５２により圧力が検知された場合には、第１把持制御の処理は終了する。
【００６７】
このようにして、物体に最初に手掌部１が接触した場合には、指機構３の第３〜第５リンク機構１２が手掌部１側のものから順番に、物体に接触される。
【００６８】
図８のフローチャートに戻って、前記ＳＴＥＰ２で、手掌部１の圧力センサ５７により圧力が検知されない場合には、コントローラ６４は、次に、指機構３の第３リンク機構１０の圧力センサ５１により圧力が検出されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ４）。このとき、第３リンク機構１０の圧力センサ５１により圧力が検知された場合、すなわち、第３リンク機構１０の圧力センサ５１の部分が、把持すべき物体に最初に接触した場合には、第２把持制御の処理を実行する（ＳＴＥＰ５）。
【００６９】
この第２把持制御の処理は、図１０のフローチャートに示すように行われる。この第２把持制御の処理では、ＳＴＥＰ５−１〜ＳＴＥＰ５−２の処理と、ＳＴＥＰ５−３〜ＳＴＥＰ５−４の処理とが並列的に行われる。前者の処理では、コントローラ６４は、まず、指機構３の第２リンク機構９及び手掌部１を該指機構３の腹面部側に位置する物体に向かって回転させるように第２関節１４を電動モータ６３（第２リンク機構９の電動モータ３２）により作動させると共に、手掌部１の圧力センサ６０のうちの指機構３寄りの圧力センサ５７の検出データを取得する（ＳＴＥＰ５−１）。
【００７０】
そして、手掌部１の圧力センサ５７により圧力が検知されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−２）、その検知がなされるまで、ＳＴＥＰ５−１の処理を継続する。これにより、第３リンク機構１０よりも手掌部１側においては、第３リンク機構１０に続いて、手掌部１が物体に接触される。
【００７１】
一方、ＳＴＥＰ５−３〜ＳＴＥＰ５−４の処理では、コントロータ６４は、まず、指機構３の第４リンク機構１１を物体に向かって回転させるように第３関節１５を電動モータ６３（第３リンク機構１０の電動モータ３８）により作動させると共に、第４リンク機構１１の圧力センサ５２の検出データを取得する（ＳＴＥＰ５−３）。
【００７２】
そして、第４リンク機構１１の圧力センサ５２により圧力が検知されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−４）、その検知がなされるまで、ＳＴＥＰ５−３の処理を継続する。これにより、第３リンク機構１０よりも指機構３の先端側においては、第３リンク機構１０に続いて、第４リンク機構１１が物体に接触される。
【００７３】
尚、このとき、第３関節１５の作動に連動して、第５リンク機構１２が第４関節１６の前記ピン４７の回りに回転するため、基本的には第５リンク機構１２も最終的に物体に接触する。
【００７４】
上述のようにしてＳＴＥＰ５−２と、ＳＴＥＰ５−４とで、それぞれ独立的に、手掌部１の圧力センサ５７による圧力の検知と、第４リンク機構１１の圧力センサ５２による圧力の検知とがなされたときには、コントローラ６４はさらに、その両圧力センサ５７，５２により圧力が同時に検知されているか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−５）。このとき、両圧力センサ５７，５２により圧力が同時に検知されたときには、第２把持制御の処理は終了する。尚、ＳＴＥＰ５−５で両圧力センサ５７，５２により圧力が同時に検知されない状態は、ＳＴＥＰ５−１〜ＳＴＥＰ５−２の処理と、ＳＴＥＰ５−３〜ＳＴＥＰ５−４の処理とのうちのいずれか一方の処理の継続中の状態である。
【００７５】
このようにして、物体に最初に第３リンク機構１０が接触した場合には、該第３リンク機構１０よりも手掌部１側では、該手掌部１が次に物体に接触され、第３リンク機構１０よりも指機構３の先端側では、第４リンク機構１１及び第５リンク機構１２が順番に物体に接触される。
【００７６】
図８のフローチャートに戻って、前記ＳＴＥＰ４で、指機構３の第３リンク機構１０の圧力センサ５１により圧力が検知されない場合には、コントローラ６４は、次に、指機構３の第４リンク機構１１の圧力センサ５２により圧力が検出されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ６）。このとき、第４リンク機構１１の圧力センサ５２により圧力が検知された場合、すなわち、第４リンク機構１１の圧力センサ５２の部分が、把持すべき物体に最初に接触した場合には、第３把持制御の処理を実行する（ＳＴＥＰ７）。
【００７７】
この第３把持制御の処理は、図１１のフローチャートに示すように行われる。すなわち、コントローラ６４は、まず、指機構３の第３リンク機構１０を該指機構３の腹面部側に位置する物体に向かって回転させるように第３関節１５を電動モータ６３（第３リンク機構１０の電動モータ３８）により作動させると共に、第３リンク機構１０の圧力センサ５１の検出データを取得する（ＳＴＥＰ７−１）。
【００７８】
そして、第３リンク機構１０の圧力センサ５１により圧力が検知されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ７−２）、その検知がなされるまで、ＳＴＥＰ７−１の処理を継続する。これにより、第４リンク機構１１に続いて、第３リンク機構１０が物体に接触される。
【００７９】
尚、このとき、第３関節１５の作動に連動して、前述のように第５リンク機構１２が第４関節１６の前記ピン４７の回りに回転するため、基本的には第５リンク機構１２も物体に接触する。
【００８０】
次いで、第３リンク機構１０の圧力センサ５１により圧力が検知されると、コントローラ６４は、指機構３の第２リンク機構９及び手掌部１を物体に向かって回転させるように第２関節１４を電動モータ６３（第２リンク機構９の電動モータ３２）により作動させると共に、手掌部１の圧力センサ６０のうちの指機構３寄りの圧力センサ５７の検出データを取得する（ＳＴＥＰ７−３）。
【００８１】
そして、手掌部１の圧力センサ５７により圧力が検知されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ７−４）、その検知がなされるまで、ＳＴＥＰ７−３の処理を継続する。これにより、第３リンク機構１０に続いて、手掌部１が物体に接触される。
【００８２】
尚、ＳＴＥＰ７−４で、手掌部１の圧力センサ５７により圧力が検知された場合には、第３把持制御の処理は終了する。
【００８３】
このようにして、物体に最初に指機構３の第４リンク機構１１が接触した場合には、指機構３の第３リンク機構１０と、手掌部１とが順番に、物体に接触される。また、第３リンク機構１０の物体への接触と並行して、指機構３の先端部に位置する第５リンク機構も物体に接触される。
【００８４】
図８のフローチャートに戻って、前記ＳＴＥＰ６で、指機構３の第４リンク機構１１の圧力センサ５２により圧力が検知されない場合には、コントローラ６４は、次に、指機構３の先端部の第５リンク機構１２の三軸力センサ５３により外力が検出されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ８）。このとき、三軸力センサ５３により外力が検知された場合、すなわち、第５リンク機構１１が、把持すべき物体に最初に接触した場合には、第４把持制御の処理を実行する（ＳＴＥＰ９）。
【００８５】
この第４把持制御の処理は、本実施形態では、前述の第３把持制御の処理と同一であり、前記図１１のフローチャートに示すように行われる。この場合、ＳＴＥＰ７−１，７−２の処理を行ったとき、指機構３の第３関節１５の作動に連動して、前述のように第５リンク機構１２が第４関節１６の前記ピン４７の回りに回転するため、基本的には、第４リンク機構１１及び第３リンク機構１０が順番に物体に接触する。そして、第３リンク機構１０が物体に接触した後の作動は、第３把持制御の処理の場合と全く同一となる。
【００８６】
従って、物体に最初に指機構３の先端部の第５リンク機構１２が接触した場合には、それに続いて第４リンク機構１１、第３リンク機構１０、及び手掌部１が順番に、物体に接触される。
【００８７】
尚、この場合、物体に最初に接触する第５リンク機構１２の力センサは、三軸力センサ５３であるため、指機構３が物体に対してどの向きに接触しているかをコントローラ６４が認識することができる。このため、多指ハンド装置の物体に対する姿勢を、指機構３の第３リンク機構１０等を物体に接触させやすい姿勢に調整した上で、上記のように第４リンク機構１１、第３リンク機構１０、及び手掌部１を順番に物体に接触させることができる。
【００８８】
図８のフローチャートの説明に戻って、ＳＴＥＰ８で、第５リンク機構１２の三軸力センサ５３により外力が検出されない場合は、指機構３が未だ物体に接触していない状態であり、この場合には、コントローラ６４は、把持動作の指令が継続しているか否かを判断する（ＳＴＥＰ１０）。そして、該指令が継続している場合には前記ＳＴＥＰ１からの処理が繰り返される。
【００８９】
また、前述のように第１〜第４把持制御のいずれかの処理を終了した後も、ＳＴＥＰ１０の判断処理が行われ、把持動作の指令が継続している場合には、前記ＳＴＥＰ１からの処理が繰り返される。この場合、指機構３や手掌部１は把持制御の処理によって既に物体に接触されているので、基本的には、その状態が維持されることとなる。
【００９０】
物体を指機構３と指機構２とを用いて把持する場合、指機構２についても、前述の図８〜図１１のフローチャートに従って、指機構２の動作のための処理がコントローラ６４により行われる。但し、この場合、ＳＴＥＰ２、ＳＴＥＰ５−２、
ＳＴＥＰ５−５、ＳＴＥＰ７−４で圧力が検知されたか否かを判断する手掌部１の圧力センサ６０は、指機構２寄りの圧力センサ５８である。
【００９１】
そして、このように指機構２についても指機構３と同様の制御処理が行われることによって、指機構２の第３リンク機構１９及び第４リンク機構２０がその腹面部側で物体に接触される。
【００９２】
これにより、指機構２，３及び手掌部１は、物体を包囲するようにして該物体に接触され、該物体が把持される。
【００９３】
尚、上述したような把持動作は、他の指機構を用いて物体を把持する場合にも同様に行われる。
【００９４】
以上説明したようにして、本実施形態の多指ハンド装置による物体の把持に際しては、その把持を行うための各指機構２〜５の関節は、圧力センサ６０や三軸力センサ６１の検出データに応じて、多指ハンド装置の最初に物体に接触した部位により近い部位を順番に物体に接触させるように電動モータ６３により作動される。このため、基本的には、物体の形状やサイズによらずに、該物体の外面に円滑に沿うようにして、指機構２〜５や手掌部１を物体に接触させて該物体を把持することができる。また、物体の把持に際して、常に多指ハンド装置の特定の部位を最初に物体に接触させずともよいため、物体と多指ハンド装置との位置決めをさほど精度よく行う必要がなく、把持動作のための処理が容易となる。
【００９５】
尚、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような変形態様も可能である。
【００９６】
すなわち、前記実施形態では、指機構を４本備えた多指ハンド装置について説明したが、指機構の本数は、これに限定されるものではなく、２本以上備えておればよい。
【００９７】
また、前記実施形態では、指機構２のリンク機構の個数を４個とし、指機構３〜５のリンク機構の個数を５個としたが、指機構２のリンク機構を指機構３〜５のリンク機構の個数と同一としたり、各指機構のリンク機構の個数をそれぞれ異なるものとしてもよい。
【００９８】
また、前記実施形態では、物体の把持に際して、最初に指機構の中間部のリンク機構の圧力センサにより圧力が検知されたとき、前記図１０の第２把持制御の処理のように、中間部のリンク機構よりも先端側における指機構の作動の制御処理と、その中間部のリンク機構よりも手掌部側の指機構の作動の制御処理とを並列的に行うようにしたが、それらの制御処理を順番に行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における多指ハンド装置の斜視図。
【図２】図１の多指ハンド装置を図１とは異なる方向から見た斜視図。
【図３】図１及び図２の多指ハンド装置の指機構の分解斜視図。
【図４】図１及び図２の多指ハンド装置の指機構の分解斜視図。
【図５】図１及び図２の多指ハンド装置の指機構の平面図。
【図６】図５のVI矢視図。
【図７】本発明の実施形態における制御システムのブロック図。
【図８】本発明の実施形態の作動を説明するためのフローチャート。
【図９】図８のフローチャートのサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図１０】図８のフローチャートのサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図１１】図８のフローチャートのサブルーチン処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…手掌部、２〜５…指機構、８〜１２，１７〜２０…リンク機構、１３〜１６，２１〜２３…関節、２５，３２，３８，６３…電動モータ（アクチュエータ）、５１，５２，５４，５５，６０…圧力センサ（力センサ）、５３，５６，６１…三軸力センサ（力センサ）。
【図１】
0004323056.tif 000002
【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】
0004323056.tif 000008
【図８】
0004323056.tif 000009
【図９】
0004323056.tif 000010
【図１０】
0004323056.tif 000011
【図１１】
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