(57)【要約】【課題】動物（典型的にはヒト）の手を模していながら、作業を器用に行うことのできるロボットハンドを提供する。【解決手段】ロボットハンド１０は、４本の指（人差し指１２、中指１４、薬指１６、及び、小指１８）と第５の指（親指２０）を備える。４本の指の夫々は、直動関節１８ｈによって、手のひら２２に接続されている。４本の指の夫々は、ＤＩＰ関節、ＰＩＰ関節、及びＭＰ関節に相当する３つの回転関節（第１関節１８ｂ、１８ｄ、及び１８ｅ）を有している。ロボットハンド１０は、ヒトの手を模していながら、ヒトの手が有していない直動関節１８ｈを有している。直動関節１８ｈは、指の姿勢を保持したまま指全体を並行移動することができる。ロボットハンド１０は、直動関節１８ｈを備えることによって、回転関節のみで構成されているロボットハンドよりも作業を器用に行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
手のひらと、
手のひらから伸びる複数の指と、を備えており、
少なくとも１本の指が、直動関節と回転関節を備えていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
直動関節は、手のひらと指を連結しているとともに、指の延設方向に伸縮する関節であ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】
ひとつの直動関節と３つの回転関節を有する４本の指と、複数の回転関節のみを有している第５の指を備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物（典型的にはヒト）の手を模して人工的に造られたロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
手のひらと、手のひらに連結されている複数の指を有するロボットハンドが知られている。例えば、特許文献１には、ヒトの手を模した、５本の指を備えるロボットハンドが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２３１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
動物（典型的にはヒト）の関節は、全て回転関節であるため、動物の手の構造を模したロボットハンドを作る場合、ロボットハンドの指も回転関節で構成するのが常識であった。特許文献１に開示されたロボットハンドも、回転関節のみからなる５本の指を備えている。
ヒトの骨格はかなり柔軟に動くため、ヒトの手は器用に作業を行うことができる。例えば、バイオリンの演奏では、指先を弦に押し当てたまま、フレットの上で指先を滑らせることができる（チョーキングと呼ばれている動作）。
他方、ロボットハンドは各部材が剛体であるため、ヒトの手の構造を模して製作しても、従来のロボットハンドでは、前述のチョーキング動作など、ヒトと同じように器用に作業を行うことは困難であった。
作業を限定するのであれば、ヒトの手を模することなく、その作業に適した構造を有するロボットハンドを作ればよい。例えば、バイオリンの演奏だけを行うロボットハンドであれば、夫々の弦の直上に、直交３方向（弦の伸びる１方向と、弦に直交する２方向）に直動する指を備えたロボットハンドを作成すればよい。しかしそれでは、ロボットハンドが実行することのできる作業を限定することになる。
動物（典型的にはヒト）の手を模していながら、器用に作業を行うことのできるロボットハンドが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
様々な作業において指の動きを仔細に観察すると、指先が並行移動することが多いことが判明した。そこで本発明は、動物の手の構造を模したロボットハンドの指の関節に直動関節を採用する。すなわち、本発明のロボットハンドは、少なくとも１本の指が直動関節と回転関節を備えている。
自由度という観点からみれば、回転関節も直動関節も同じ１自由度である。しかしながら、指先を並行移動するには直動関節が有利である。１自由度で指先を並行移動させることができるとともに、広い範囲に亘って並行移動させることができるからである。別言すれば、指先を並行移動させるという観点からみると、直動関節は、回転関節に比べて広い可動範囲を確保できる。また。直動関節を採用することで、ヒトの手の形状を模しているような外見を与えることができる。
【０００６】
さらに作業中の指の動きを仔細に観察すると、指先が並行移動する方向は、手のひらに対して遠ざかる、或いは、近づく方向が多いことが判明した。例えば、前述したチョーキング動作が典型的な例である。そこで、指に備える直動関節は、手のひらと指を連結する関節であり、指の延設方向に伸縮する関節であることが好ましい。指の付け根に直動関節を配置することによって、回転関節群によって連結されている指全体を伸縮させることができる。指先の姿勢を維持したまま、指先を伸縮することができる。
【０００７】
ヒトの手の外見を模すために、ロボットハンドは、ひとつの直動関節と３つの回転関節を有する４本の指と、複数の回転関節のみを有している第５の指を備えていることが好ましい。
４本の指は、いわゆる人差し指、中指、薬指、小指に相当する。３つの回転関節は、近位から、中手指節関節（ＭＰ関節）、近位指節間関節（ＰＩＰ関節）、遠位指節間関節（ＤＩＰ関節）に対応する。直動関節は、前述したように、手のひらと指を連結する関節である。別言すれば、直動関節は、中手指節関節よりも近位の関節である。
第５の指は親指に対応する。第５の指が有する回転関節の数は、２つ或いは３つが好ましい。第５の指が２つの回転関節を備える場合には、それらは、中手指節関節（ＭＰ関節）と指節間関節（ＩＰ関節）に対応する。
直動関節は、外見上は「関節」に見えないため、上記の５本の指を有するロボットハンドは、外見的にはヒトの手と同じ構造を有しているように見える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、動物（典型的にはヒト）の手を模していながら、器用に作業を行うことのできるロボットハンドを実現できる。
【実施例】
【０００９】
図１に、ロボットハンド１０のスケルトン図を示す。図２に、ロボットハンド１０の模式的平面図を示す。図１のスケルトン図は、図２の模式的平面図に対応している。
ロボットハンド１０は、手のひら２２と、５本の指（人差し指１２、中指１４、薬指１６、小指１８、及び親指２０）を備えている。人差し指１２、中指１４、薬指１６、小指１８は、同じ構造を有している。以下では、小指１８の構造を説明し、人差し指１２、中指１４、薬指１６の説明は省略する。
小指１８は、４つのリンク（遠位から、第１リンク１８ａ、第２リンク１８ｃ、第３リンク１８ｅ、及び第４リンク１８ｇ）と、４つの関節（遠位から、第１関節１８ｂ、第２関節１８ｄ、第３関節１８ｆ、及び第４関節１８ｈ）から構成されている。第１リンク１８ａが指先のリンクである。第４リンク１８ｇが、指の根元リンクである。第１関節１８ｂ、第２関節１８ｄ、第３関節１８ｆは、回転関節である。図１、図２において、関節の上に描かれている破線が回転軸を表している。第１関節１８ｂ、第２関節１８ｄ、第３関節１８ｆは、それぞれ、ヒトの指の遠位指節間関節（ＤＩＰ関節）、近位指節間関節（ＰＩＰ関節）、中手指節関節（ＭＰ関節）に対応する。第４関節１８ｈは、直動関節である。
第４リンク１８ｇが、第４関節１８ｈを介して、手のひら２２の小指基部２２ａに連結されている。第４リンク１８ｇは、第４関節１８ｈ（直動関節）によって、指の延設方向（図１の矢印が示す方向）に沿って伸縮する。すなわち、小指１８の全体が、第４関節１８ｈ（直動関節）によって、指の延設方向（図１、２の矢印が示す方向）に沿って伸縮する。
なお、図１と２に示すように、第４関節１８ｈの根元側（手のひら２２の側）は、手のひら２２に固定されている。
【００１０】
図２に示すように、手のひら２２の内部に第４アクチュエータ１１８ｈが内蔵されている。第４アクチュエータはモータであり、その回転軸にボールネジ１１９が連結されている。小指の第４リンク１８ｇが、ボールネジ１１９に係合している。第４アクチュエータによってボールネジ１１９を回転させると、第４リンク１８ｇが指の延設方向（図１、２の矢印が示す方向）に移動する。すなわち、小指１８の全体が指の延設方向に沿って伸縮する。
【００１１】
第３リンク１８ｅに、第３アクチュエータ１１８ｆが内蔵されている。第３アクチュエータ１１８ｆが、第３関節１８ｆを駆動する。すなわち、第３関節１８ｆが、第４リンク１８ｇに対して第３リンク１８ｅを回転させる。第２リンク１８ｃに、第２アクチュエータ１１８ｄが内蔵されている。第２アクチュエータ１１８ｄが、第２関節１８ｄを駆動する。すなわち、第２関節１８ｄが、第３リンク１８ｅに対して第２リンク１８ｃを回転させる。第１リンク１８ａに、第１アクチュエータ１１８ｂが内蔵されている。第１アクチュエータ１１８ｂが、第１関節１８ｂを駆動する。すなわち、第１関節１８ｂが、第２リンク１８ｃに対して第１リンク１８ａを回転させる。
【００１２】
第５の指である親指２０について説明する。
親指２０は、２つのリンク（遠位から、第１リンク２０ａと第２リンク２０ｃ）と、２つの関節（遠位から、第１関節２０ｂと第２関節２０ｄ）から構成されている。第１リンク２０ａが指先のリンクである。第２リンク２０ｃが、指の根元リンクである。第１関節２０ｂと第２関節２０ｄはともに回転関節である。図１、図２において、関節の上に描かれている破線が回転軸を表している。親指２０の第１関節２０ｂと第２関節２０ｄは、それぞれ、指節間関節（ＩＰ関節）と中手指節関節（ＭＰ関節）に相当する。親指２０は、回転関節のみを有しており、直動関節を有していない。
第２リンク２０ｃが、第２関節２０ｄを介して、手のひら２２の親指基部２２ｂに連結されている。第２リンク２０ｄの遠位端に、第１関節２０ｂを介して第１リンク２０ａが連結されている。
親指第１関節２０ｂは、第１アクチュエータ１２０ｂによって駆動される。すなわち、親指第１関節２０ｂが、第２リンク２０ｃに対して第１リンク２０ａを回転させる。親指第２関節２０ｄは、第２アクチュエータ１２０ｄによって駆動される。すなわち、親指第２関節２０ｄが、手のひら２２に対して第２リンク２０ｃを回転させる。
【００１３】
直動関節である第４関節の効果を、図３を参照して説明する。図３は、ロボットハンド１０を使ってバイオリンを演奏するときの模式図である。図３は、ロボットハンド１０がバイオリンのネック９０を掴んでいる様子を示す模式的断面図である。符号９０ａ〜９０ｄは、弦を示している。図３では、ロボットハンド１０をスケルトンで表している。図３では、人差し指１２、中指１４、及び薬指１６の図示を省略している。
図３は、小指１８が弦９０ｃを押さえている様子を示している。小指１８の第１リンク１８ａの先端が、弦９０ｃをネック９０に押し当てている。小指１８の第４関節１８ｈを駆動すると、小指１８全体が、図の左右方向（図の矢印の方向）に移動する。その結果、小指１８の先端リンク１８ａは、弦９０ｃを押さえたまま、フレットの上を矢印の方向に移動する。すなわち、弦９０ｃをチョーキングする。このとき、小指１８の３つの回転関節（第１関節１８ｂ、第２関節１８ｄ、及び、第３関節１８ｆ）を駆動する必要がない。別言すれば、３つの回転関節によって定まる小指１８の姿勢を変化することなく、チョーキング動作を実行できる。
このように、指の付け根に直動関節を備えることで、従来のロボットハンドでは実現が難しい作業を器用に実行することができる。
【００１４】
ロボットハンド１０は、４本の指（人差し指１２、中指１４、薬指１６、及び小指１８）と第５の指（親指２０）を有している。４本の指のそれぞれは、直動関節（第４関節１８ｈなど）によって手のひら２２に連結されている。４本の指のそれぞれは、遠位指節間関節（ＤＩＰ関節）、近位指節間関節（ＰＩＰ関節）、及び中手指節関節（ＭＰ関節）に対応する３つの回転関節（第１関節１８ｂ、第２関節１８ｄ、及び第３関節１８ｆ）を備えている。直動関節である第４関節１８ｈは、３つの回転関節よりも近位側に配置されている。ロボットハンド１０は、ヒトの指の遠位指節間関節（ＤＩＰ関節）、近位指節間関節（ＰＩＰ関節）、及び中手指節関節（ＭＰ関節）に対応する３つの回転関節に加えて、ヒトの指が備えていない直動関節を備えている。ロボットハンド１０は、図１、２から明らかなように、ヒトの指が備えていない直動関節を備えているにも関わらずに外見はヒトの手の構造にそっくりである。外見はヒトの手に似ているが、ヒトの手が有していない直動関節を有することによって、作業を器用に実行することができる。
【００１５】
実施例のロボットハンド１０は、親指２０が２つの回転関節（第１関節２０ｂと第２関節２０ｄ）を備える。親指は３つの回転関節を備えていてもよい。親指の第３の関節は、ヒトにおいて手のひらを屈曲させる関節に相当する位置に配置されることが好ましい。
実施例のロボットハンド１０では、４本の指（人差し指１２、中指１４、薬指１６、及び小指１８）が等しい長さを有している。夫々の指の長さが異なっていてもよい。
【００１６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、ロボットハンドのスケルトン図を示す。
【図２】図２は、ロボットハンドの模式的平面図を示す。
【図３】図３は、チョーキング動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０：ロボットハンド
１２：人差し指
１４：中指
１６：薬指
１８：小指
２０：親指
１８ｂ、１８ｄ、１８ｆ：回転関節
１８ｈ：直動関節
【図１】
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【図２】
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【図３】
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