(57)【要約】【課題】滑り覚のセンサを利用するロボットハンドにおいて、例えば３本の指機構で物体を把持した後、２本の指機構に持ち替えるなどの動作を行うことができるようにする。【解決手段】拇指１１は、拇指１１の位置を、軸J1.1と軸J1.2を中心に中指１２及び示指１３に対して対向して移動（即ち旋回）させることができるとともに、指先部分を、中指１２及び示指１３に対向する側又はその反対側に曲げることができるようになされている。中指１２及び示指１３は、その指先部分を、拇指１１に対向する側又はその反対側に曲げることができるとともに、中指１２全体を示指１３が位置する側又はその反対側に傾けることができるようになされている。本発明は、ロボットハンドマニピュレータに適用できる。【選択図】図２
2009066683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３本の指機構を有するロボットハンドにおいて、
各前記指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサが装着され、
前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構は、
前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個を含む少なくとも３個の駆動軸と、
前記第１の指機構の駆動軸を駆動して、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生させる第１の駆動装置と
を備え、
前記第２の指機構は、
少なくとも１個の駆動軸と、
前記第２の指機構の駆動軸を駆動して、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力を、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生させる第２の駆動装置と
を備えるロボットハンド。
【請求項２】
前記センサは、前記指先部の表面に粘弾性材料で構成される粘弾性体を有する
請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記センサは、前記指先部の一部の面に装着されている
請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
少なくとも３本の指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサが装着され、
前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構は、
前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個を含む少なくとも３個の駆動軸と、
前記第１の指機構の駆動軸を駆動させる第１の駆動装置と
を備え、
前記第２の指機構は、
少なくとも１個の駆動軸と、
前記第２の指機構の駆動軸を駆動させる第２の駆動装置と
を備えるロボットハンドの制御方法において、
前記第１の駆動装置に、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生させる第１の駆動制御ステップと、
前記第２の駆動装置に、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力が前記第１の指機構が把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生させる第２の駆動制御ステップと
を含む制御方法。
【請求項５】
少なくとも３本の指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサが装着され、
前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構は、
前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個を含む少なくとも３個の駆動軸と、
前記第１の指機構の駆動軸を駆動させる第１の駆動装置と
を備え、
前記第２の指機構は、
少なくとも１個の駆動軸と、
前記第２の指機構の駆動軸を駆動させる第２の駆動装置と
を備えるロボットハンドを制御するためのプログラムにおいて、
前記第１の駆動装置に、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生させる第１の駆動制御ステップと、
前記第２の駆動装置に、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力が前記第１の指機構が把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生させる第２の駆動制御ステップと
を含む制御処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【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制御方法、並びにプログラムに関し、特に、複雑な動作を行うことができるようにロボットハンドを制御することができるようにしたロボットハンド及び制御方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体を把持することができるロボットハンドの多指多関節型の指機構については、各種開発がなされている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
物体を把持する指機構に用いられる触覚センサとして、滑り覚（相対変位、滑り振動、せん断力）のセンサが挙げられる。この滑り覚のセンサを利用する指機構については、指先に相当する部分で把持対象物の滑りを検出し、滑りを検出した場合、各指の把持力を所定量増加させ、滑りを防止する把持制御方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１７８７３号公報
【特許文献２】特開平４−１８９４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら滑り覚のセンサを利用するロボットハンドにおいて、例えば３本の指機構で把持対象物を把持するとともに、その後２本の指機構に持ち替えるなどの複雑な動作を制御する方法は開発されていなかった。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、滑り覚のセンサを利用するロボットハンドにおいて、例えば３本の指機構で物体を把持した後、２本の指機構に持ち替えるなどの複雑な動作を制御することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面のロボットハンドは、少なくとも３本の指機構を有するロボットハンドにおいて、各前記指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサが装着され、前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構は、前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個を含む少なくとも３個の駆動軸と、前記第１の指機構の駆動軸を駆動して、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生させる第１の駆動装置とを備え、前記第２の指機構は、少なくとも１個の駆動軸と、前記第２の指機構の駆動軸を駆動して、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力を、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生させる第２の駆動装置とを備える。
【０００８】
前記センサは、前記指先部の表面に粘弾性材料で構成される粘弾性体を有することができる。
前記センサは、前記指先部の一部の面に装着されるようにすることができる。
【０００９】
本発明の一側面の制御方法は、少なくとも３本の指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサが装着され、前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構は、前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個を含む少なくとも３個の駆動軸と、前記第１の指機構の駆動軸を駆動させる第１の駆動装置とを備え、前記第２の指機構は、少なくとも１個の駆動軸と、前記第２の指機構の駆動軸を駆動させる第２の駆動装置とを備えるロボットハンドの制御方法において、前記第１の駆動装置に、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生させる第１の駆動制御ステップと、前記第２の駆動装置に、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力が前記第１の指機構が把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生させる第２の駆動制御ステップとを含む。
【００１０】
本発明の一側面のプログラムは、少なくとも３本の指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサが装着され、前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構は、前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個を含む少なくとも３個の駆動軸と、前記第１の指機構の駆動軸を駆動させる第１の駆動装置とを備え、前記第２の指機構は、少なくとも１個の駆動軸と、前記第２の指機構の駆動軸を駆動させる第２の駆動装置とを備えるロボットハンドを制御するためのプログラムにおいて、前記第１の駆動装置に、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生させる第１の駆動制御ステップと、前記第２の駆動装置に、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力が前記第１の指機構が把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生させる第２の駆動制御ステップとを含む制御処理をコンピュータに実行させる。
【００１１】
本発明の一側面のロボットハンド、制御方法、又はプログラムにおいては、少なくとも３本の指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサが装着され、前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構には、前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個を含む少なくとも３個の駆動軸と、前記第１の指機構の駆動軸を駆動させる第１の駆動装置とが設けられ、前記第２の指機構には、少なくとも１個の駆動軸と、前記第２の指機構の駆動軸を駆動させる第２の駆動装置とが設けられ、前記第１の駆動装置により、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力が、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生され、前記第２の駆動装置により、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力が、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力が前記第１の指機構が把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、例えば滑り覚のセンサを利用するロボットハンドにおいて、例えば３本の指機構で物体を把持した後、２本の指機構に持ち替えるなどの動作を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
【００１４】
本発明の一側面のロボットハンドは、
少なくとも３本の指機構を有するロボットハンドにおいて、
各前記指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサ（例えば、図１の分布圧力センサ４１）が装着され、
前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構（例えば、図１の拇指１１）は、
前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個（例えば、図２の軸J1.1と軸J1.2）を含む少なくとも３個の駆動軸（例えば、図２の軸J1.1乃至軸J1.4）と、
前記第１の指機構の駆動軸を駆動して、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生させる第１の駆動装置（例えば、図２の駆動部２１−３）と
を備え、
前記第２の指機構（例えば、図１の中指１２又は示指１３）は、
少なくとも１個の駆動軸（例えば、軸J2.2又は軸J3.2）と、
前記第２の指機構の駆動軸を駆動して、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力を、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生させる第２の駆動装置（例えば、図２の駆動部２２−２又は駆動部２３−２）と
を備える。
【００１５】
前記センサは、前記指先部の表面に粘弾性材料で構成される粘弾性体を有する（例えば、図７の変形部６１）ことができる。
【００１６】
前記センサは、前記指先部の一部の面に装着されている（例えば、図４又は図５）ようにすることができる。
【００１７】
本発明の一側面の制御方法又はプログラムは、
少なくとも３本の指機構の指先に相当する指先部に、把持対象物体からの力、及び滑り覚情報を検出することができるセンサが装着され、
前記指機構の少なくとも１つの第１の指機構は、
前記第１の指機構を、前記第１の指機構以外の他の第２の前記指機構に対して対向可能に移動させる駆動軸を少なくとも２個を含む少なくとも３個の駆動軸と、
前記第１の指機構の駆動軸を駆動させる第１の駆動装置と
を備え、
前記第２の指機構は、
少なくとも１個の駆動軸と、
前記第２の指機構の駆動軸を駆動させる第２の駆動装置と
を備えるロボットハンドの制御方法又はプログラムにおいて、
前記第１の駆動装置に、前記第１の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力に対して釣り合うように発生させる第１の駆動制御ステップ（例えば、図１７のステップＳ２６）と、
前記第２の駆動装置に、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力を、前記第２の指機構が前記把持対象物に対して発生する発生力の合力が前記第１の指機構が把持対象物に対して発生する発生力に対して釣り合うように発生させる第２の駆動制御ステップ（例えば、図１７のステップＳ２６）と
を含む。
【００１８】
図１は、本発明を適用したロボットハンドマニピュレータ１の外観の構成例を表している。
【００１９】
このロボットハンドマニピュレータ（ロボットハンドとも称する）１は、手首（結合）部１４と、その上面に配置された、人間の拇指、中指及び示指に相当する指機能を有する拇指１１、中指１２及び示指１３の指機構から構成されている。ロボットハンドマニピュレータ１は、例えば、人間の腕に相当する図示せぬ移動装置に装着され、また人間の目に相当する図示せぬ撮像装置に接続されている。
【００２０】
ロボットハンドマニュピレータ１は、撮像装置から得られた把持対象物としての物体の撮像画像に応じて、移動装置により、ロボットハンドマニピュレータ１全体がその物体に向かって移動されるとともに、拇指１１、中指１２及び示指１３が、その物体を把持するようになされている。
【００２１】
拇指１１、中指１２及び示指１３は、初期状態において、拇指１１の指先腹面に相当する面（分布圧力センサ４１−１が装着されている面）と、中指１２及び示指１３の指先腹面に相当する面（分布圧力センサ４１−２又は分布圧力センサ４１−３が装着されている面）がそれぞれ向かい合うように配置されている。
【００２２】
拇指１１乃至示指１３は、それぞれ、第１関節乃至第４関節の４つの関節を有し、それにより４自由度の運動が可能に構成されている。図２は、各関節の駆動軸の例を示している。
【００２３】
拇指１１の各関節は、各駆動軸が、駆動部２１−１乃至駆動部２１−４（個々に区別しないときは、単に、駆動部２１と称する。他の場合においても同様である）により駆動されることにより運動する。
【００２４】
拇指１１の第４関節（根元の関節）は、駆動部２１−１により、図２に示す、ヨー軸J1.1を中心に回転し、第３関節は、駆動部２１−２により、ヨー軸J1.2を中心に回転する。
【００２５】
また第２関節は、駆動部２１−３により、ロール軸J1.3を中心に回転し、第１関節は、駆動部２１−４により、ロール軸J1.4を中心に回転する。
【００２６】
従って拇指１１は、拇指１１の位置を、軸J1.1と軸J1.2を中心に中指１２及び示指１３に対して対向して移動（即ち旋回）させることができるとともに、その指先部１１Ａ（すなわち拇指の指先に相当する部分）を、中指１２及び示指１３に対向する側又はその反対側に曲げることができるようになされている。
【００２７】
なお拇指１１の軸J1.1は、中指１２及び示指１３の根元位置（手首（結合）部１４との接合位置）Ｐ12とＰ13の中間の位置に存在する。
【００２８】
中指１２の各関節は、各駆動軸が、駆動部２２−１乃至駆動部２２−４により駆動されることにより運動する。
【００２９】
中指１２の第４関節（根元の関節）は、駆動部２２−１により、図２に示すピッチ軸J2.1を中心に回転する。
【００３０】
第３関節は、駆動部２２−２により、ロール軸J2.2を中心に回転し、第２関節は、駆動部２２−３により、ロール軸J2.3を中心に回転し、第１関節は、駆動部２２−４により、ロール軸J2.4を中心に回転する。
【００３１】
従って中指１２は、その指先部１２Ａ（すなわち中指の指先に相当する部分）を、拇指１１に対向する側又はその反対側に曲げることができるとともに、中指１２全体を示指１３が位置する側又はその反対側に傾けることができるようになされている。
【００３２】
示指１３は、中指１２と同一機構を有している。即ち示指１３の各関節は、各駆動軸が、駆動部２３−１乃至駆動部２３−４により駆動されることにより運動する。
【００３３】
示指１３の第４関節（根元の関節）は、駆動部２３−１により、図２に示すピッチ軸J3.1を中心に回転する。
【００３４】
第３関節は、駆動部２３−２により、ロール軸J3.2を中心に回転し、第２関節は、駆動部２３−３により、ロール軸J3.3を中心に回転し、第１関節は、駆動部２３−４により、ロール軸J3.4を中心に回転する。
【００３５】
従って示指１３は、その指先部１３Ａが、拇指１１に対向する側又はその反対側に曲げることができるとともに、示指１３全体を中指１２が位置する側又はその反対側に傾けることができるようになされている。
【００３６】
拇指１１、中指１２及び示指１３には、3軸方向の並進力及び各軸周りのモーメントを同時に計測可能な６軸力センサが搭載されている。図１には、簡単のために、指先部１１Ａ、指先部１２Ａ及び指先部１３Ａの内部に搭載された６軸力センサ３１−１、６軸力センサ３１−２及び６軸力センサ３１−３のみが図示されている。
【００３７】
また指先部１１Ａ、指先部１２Ａ及び指先部１３Ａの表面には、物体から受けた圧力や物体の滑り状態を検出する分布圧力センサ４１−１、分布圧力センサ４１−２、及び分布圧力センサ４１−３が装着されている。分布圧力センサ４１の詳細については、後述する。
【００３８】
次に、拇指１１、中指１２及び示指１３を構成する駆動部２１、駆動部２２及び駆動部２３について説明する。
【００３９】
ロボットハンドマニピュレータ１では、中指１２の指先部１２Ａが発生する力（例えば、物体を押す力）と示指１３の指先部１３Ａが発生する力の大きさが同じになるように、駆動部２２及び駆動部２３が構成されている。
【００４０】
中指１２の指先部１２Ａが発生する力と示指１３の指先部１３Ａが発生する力（以下、指先発生力と称する。拇指１１の指先部１１Ａでの発生力においても同様である）の制御は、中指１２の根元関節軸J2.1から軸J2.2、軸J2.2から軸J2.3、軸J2.3から軸J2.4、及び軸J2.4から指先部１２Ａまでの距離Ｌ2.1，Ｌ2.2，Ｌ2.3，Ｌ2.4に基づく各駆動部２２−１乃至駆動部２２−４の発生トルクを、Ｔ2.1，Ｔ2.2，Ｔ2.3，Ｔ2.4とし、示指１３の根元関節軸J3.1から軸J3.2、軸J3.2から軸J3.3、軸J3.3から軸J3.4、軸J3.4から指先部１３Ａまでの距離Ｌ3.1,Ｌ3.2，Ｌ3.3，Ｌ3.4に基づく示指１３の各駆動部２３−１乃至駆動部２３−４の発生トルクを、Ｔ3.1，Ｔ3.2，Ｔ3.3，Ｔ3.4とすると、それらの発生トルクがそれぞれの駆動軸が動作させる指機構の重量も考慮されて調整されることにより行われる。
【００４１】
例えば、拇指１１の駆動部２１は、拇指１１の伸展状態のとき、伸展状態の中指１２又は示指１３の指先発生力の約２倍の指先発生力を出力することができるように構成されている。
【００４２】
駆動部２１乃至駆動部２３は、基本的に、減速機及び駆動モータを有して構成されているが、その特性や連結方法は、上述したような拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａの指先発生力に応じて決定される。
【００４３】
図３は、拇指１１、中指１２及び示指１３の駆動部２１乃至駆動部２３の構造例を示している。駆動部２１乃至駆動部２３は、主に、モータ、減速機、及び軸間距離の位置関係、重量、及び大きさ等に基づて所定の構造型に分類することができる。
【００４４】
この例の場合、拇指１１の駆動部２１−１乃至駆動部２１−４、中指１２の駆動部２２−３及び駆動部２２−４、並びに示指１３の駆動部２３−３及び駆動部２３−４は、図３の最上段に示される直線型の構造を有している。
【００４５】
中指１２の駆動部２２−２及び示指１３の駆動部２３−２は、図３の中段に示される積俵型の構造を有している。
【００４６】
中指１２の駆動部２２−１及び示指１３の駆動部２３−１は、図３の最下段に示される平歯伝達型の構造を有している。
【００４７】
次に、拇指１１、中指１２、及び示指１３の指先部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａに装着されている分布圧力センサ４１について説明する。
【００４８】
この例の場合、分布圧力センサ４１は、図１及び図４に示すように、ロボットハンドマニュピレータ１の初期状態における、拇指１１の指先部１１Ａの、中指１２及び示指１３に対向する側、中指１２及び示指１３の指先部１２Ａ，指先部１３Ａの、拇指１１に対向する側に、図５に示すように、指先部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａの指先腹面に相当する部分に装着されている。
【００４９】
なお図４は、図１のロボットハンドマニュピレータ１を真上から見た場合の拇指１１の指先部１１Ａ、中指１２の指先部１２Ａ、及び示指１３の指先部１３Ａの位置関係を示したものである。図４においては、手首（結合）部１４に対して平行な面上の、指先部１２Ａの中心０mと指先部１３Ａの中心Ｏiを通る軸をＸ軸とし、軸J1.1を通りＸ軸に直交する軸をＹ軸とし、軸J1.1を通る奥行き方向の軸をＺ軸としている。指先部１１Ａの中心０tと軸J1.2は一致する。また図５の左側には、分布圧力センサ４１が装着された先端部１１を斜め上方から見たときの斜視図が示され、右側には、分布圧力センサ４１が装着された方向から見た先端部１１の正面図が示されている。この例の場合、９０度の開き角の範囲で分布圧力センサ４１が装着されている。
【００５０】
なお分布圧力センサ４１を、指先全面に配置することが構造上困難であるとともに検出性能（サンプリング時間）を下げることになるので、通常、このように、最低限物体を把持する際に必要な指先腹面側にのみに装着されている。
【００５１】
分布圧力センサ４１は、そのセンサ面に垂直な法線力（例えば、圧力）のみを検出する静電容量型圧力センサで構成され、その表面に、人間の皮膚のような柔らかさを有する粘弾性材料で構成される粘弾性体を有している。この粘弾性体は、外部から受ける力とその方向によって様々な形状に変化し、粘弾性体に加わった圧力が拡散されることにより分布圧力センサ４１に伝えられる。またこの分布圧力センサ４１の表面は、グリップ性能を向上するためと、滑り状態検出性能を向上するための柔軟な粘弾性材料で覆われている。
【００５２】
分布圧力センサ４１は、粘弾性体に物体が接触した際に、その拡散された圧力値（以下、分布圧力値とも称する）を検出し、検出した分布圧力値に基づいて、ロボットハンドマニピュレータ１による物体の安定把持、器用な操りなどの複雑な制御を行うために必要な接触情報である、指先発生力や、把持物体と指先間の滑りを検出する。
【００５３】
本実施の形態の把持、操りにおける「滑り」とは、次のように定義される。
【００５４】
一般的には、指と対象物の間の相対運動を「滑り」と呼ぶ。この相対運動には大きく分けて、「並進運動」と「回転運動」の２つがあり、前者の「並進運動」は、把持接触点における把持力（法線力）と直交する方向（せん断方向、接線方向）への運動であり、後者の「回転運動」は、接触を保ちながら回転移動する「転がり運動」と、把持接触点の「法線軸まわりの回転運動」である。これらを、それぞれ、並進滑り、回転滑りと呼んで区別するが、これらは、同時に組み合わさって発生することが多い。
【００５５】
また一方で、把持の安定性やロバスト性などを考慮すると、指先は柔軟な構造とすることが望ましい。この柔軟な指先で対象物を把持している際に対象物へのせん断力を加えていくと、接触領域の外周部から徐々に相対運動が生じて、固着領域と滑り領域が混在する「初期局所滑り」が発生する。更に、せん断力を加えていくと、ある点を境にして、動摩擦係数に支配される運動状態（狭義の「滑り」）に至る。この滑り出しに相当する「初期局所滑り」時には、振動が発生するため、その観測が可能である。更に、初期局所滑りに至る前の段階において、指先と対象物の接触領域は略不変であるものの、柔軟素材が変形して「ずれ」が発生する状態も存在する。
【００５６】
把持、操りにおいて、指と対象物の間の完全な相対運動のみを基に制御していたのでは制御の遅れによりうまく実現できないことが多い。従って、「滑り」を予知し、未然に防ぐことも重要であると考え、上記の「初期局所滑り」及び「ずれ」も含めたものまでを広義の「滑り」と呼ぶことにする。
【００５７】
なお、分布圧力センサ４１においては、このように定義される「滑り」のうち、「初期局所滑り」及び「ずれ」を含めた「並進運動」と「回転運動」を検出することができる。
【００５８】
図６は、分布圧力センサ４１の一部の外観の詳細な構成例を示している。
【００５９】
分布圧力センサ４１は、大きく分けて、物体が触れる部分であって、変形する材料で構成されている入力部５１、入力部５１を支える固定部５２、及び電源を入力し、分布圧力センサ４１の検出結果などを、例えば、ロボットハンドマニピュレータ１のメイン制御部１０１（後述する図９）などに出力する外部接続部５３により構成されている。
【００６０】
図６の例において、入力部５１は、入力面５１ａが四角形である四角柱型で形成されている。
【００６１】
図７は、図６の分布圧力センサ４１の内部構造を示している。図７の上側には、分布圧力センサ４１を真上から見た上面図が、図７の下側には、分布圧力センサ４１の側面断面図がそれぞれ示されている。
【００６２】
入力部５１は、大きく分けて、変形部６１及び圧力検出部６２からなり、変形部６１を上層、圧力検出部６２を下層とする多層構造となっている。なお、図７上側において変形部６１は、内部構成がわかるように、一部に透過された状態で示されている。
【００６３】
変形部６１は、例えば、シリコン系材料のような粘弾性特性を有する粘弾性材料（粘弾性体）で構成されており、外部からの荷重により容易に変形が可能である。
【００６４】
粘弾性材料には、耐熱、耐寒、しゅう動、耐摩擦性の高いシリコン系が適しているが、他の材料を用いることもできる。
【００６５】
また、固定部５２との境界は拘束面になっており、接着や一体成形により固着されている。そのため、ゴム材料同等の非圧縮性から、例えば、側面や上面の一部が膨らむ、いわゆるバルジング現象を起こすこととなり、その形は、荷重値や入力面形状により様々な特徴をあらわすことが、出願人による実験の結果、認められている。
【００６６】
圧力検出部６２は、例えば、静電容量変化を利用して、圧力を検出する静電容量型圧力センサなどで構成されている。
【００６７】
変形部６１の変形によって応力分散が生じ、内部の圧力検出部６２に対して圧力が拡散されるので、粘弾性体の変形による補間特性に基づき、圧力検出部６２は、静電容量型圧力センサの空間分解能以上のセンシング性能を得ることができる。
【００６８】
図８は、図７の圧力検出部６２の詳細を示している。
【００６９】
圧力検出部６２は、例えば、フレキシブル基板７１上にマトリクス状に配置された複数の圧力検出素子（以下、センサエレメントとも称する）７２により構成される。すなわち、圧力検出部６２で構成されるセンサは、静電容量型圧力センサであり、分布型圧力センサとも呼ばれる。なお、図８の例においては、説明の便宜上、１つのセンサエレメントに符号を付し、他のセンサエレメントの符号は省略されている。
【００７０】
図８の例の場合、圧力検出部６２は、縦21列×横8行の168個のセンサエレメント７２を有しており、センサエレメント７２の各列及び各行からは、それぞれ、引き出し線が信号処理部７３に入力されている。これらの各センサエレメント７２により検出された分布圧力値は、この引き出し線を介して、信号処理部７３に入力され、信号処理部７３により所定の信号処理が行われる。そして、分布圧力センサ４１の外部には、この信号処理の結果が出力される。
【００７１】
次に、図１のロボットハンドマニピュレータ１の電気的な構成を説明する。図９は、図１のロボットハンドマニピュレータ１の電気的な構成例を示している。
【００７２】
図１に示したように各指機構に内蔵されている６軸力センサ３１は、3軸方向の並進力及び各軸周りのモーメントを同時に計測し、その計測結果を、メイン制御部１０１にリアルタイムに出力する。
【００７３】
図１、図４及び図５に示したように各拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａの表面に装着されている分布圧力センサ４１−１，４１−２，４１−３は、指先発生力や把持物体と指先間の滑りを検出し、メイン制御部１０１にリアルタイムに出力する。
【００７４】
メイン制御部１０１は、CPU(Central Processing Unit)やメモリ等を内蔵しており、CPUにおいて、メモリに記憶された制御プログラムが実行されることにより、各種の処理を行う。
【００７５】
メイン制御部１０１には、６軸力センサ３１により検出された3軸方向の並進力及び各軸周りのモーメントの情報、分布圧力センサ４１により検出された指先発生力や把持物体と指先間の滑りの情報、及び図示せぬ撮像装置から得られた画像情報等が供給される。
【００７６】
駆動部２１乃至駆動部２３は、メイン制御部１０１からの駆動信号に従って所定の関節軸を駆動させる。これにより、所定の関節が、所定の自由度を持って回転する。
【００７７】
図１０は、分布圧力センサ４１の電気的な構成例を示している。分布圧力センサ４１は、電気的に圧力検出部６２及び信号処理部７３を含んで構成されている。
【００７８】
圧力検出部６２は、複数のセンサエレメント７２（図８）により静電容量変化を検出原理として検出された分布圧力値を、信号処理部７３に出力する。
【００７９】
信号処理部７３は、圧力検出部６２からの分布圧力値を用いて、所定の信号処理（後述）を行うことで、指先発生力や把持物体と指先間の滑りを検出し、メイン制御部１０１にリアルタイムに出力する。
【００８０】
図１０には、分布圧力センサ４１の信号処理部７３の滑りを検出する滑り検出部１１１の電気的な構成例が更に示されている。
【００８１】
圧力検出部６２からの分布圧力値の情報は、滑り検出部１１１の接触検出部１２１及び圧力中心演算部１２２にそれぞれ入力される。
【００８２】
接触検出部１２１は、圧力検出部６２からの分布圧力値を用いて、各センサエレメント７２における接触検出を行い、分布圧力センサ４１（変形部６１）への物体の接触検出が行われたセンサエレメント７２の情報を、圧力中心演算部１２２に出力する。
【００８３】
例えば、圧力検出部６２が、水平方向(x)にm個（x=0,1,2,…,m-1）、垂直方向(y)にn個(y=0,1,2,…,n-1)のm×n個（図５の例の場合は、縦を水平方向とみて、m=21,n=8）のセンサエレメント７２で構成されているとすると、接触検出部１２１は、それぞれのセンサエレメント７２の出力（すなわち、圧力値）P(x,y)がある閾値th(x,y)を超えた場合、そのセンサエレメント７２が、入力部５１（変形部６１）への物体の接触を検出したとする。
【００８４】
圧力中心演算部１２２は、圧力検出部６２からの分布圧力値と、接触検出部１２１からの分布圧力センサ４１への物体の接触検出が行われたセンサエレメント７２の情報とを用いて、圧力中心位置を演算し、圧力中心移動演算部１２３に供給する。
【００８５】
圧力中心移動演算部１２３は、圧力中心演算部１２２からの圧力中心位置を時系列に蓄積する。圧力中心移動演算部１２３は、例えば、その蓄積された圧力中心位置の移動平均値の差分、又は、圧力中心位置の差分を求め、求められた差分を、圧力中心移動演算値として、滑り覚検出部１２４に出力する。
【００８６】
滑り覚検出部１２４は、例えば、圧力中心移動演算部１２３からの演算結果（すなわち、圧力中心移動演算値）を用いて、圧力中心移動検出演算を行い、圧力中心移動検出演算の演算結果により、滑りを検出したり、圧力中心移動演算部１２３からの演算結果を用いて、滑りを検出する。
【００８７】
次に、ロボットハンドマニピュレータ１の動作について説明する。
【００８８】
始めに拇指１１、中指１２及び示指１３の３本の指機構で、把持対象物としての物体Ｍを把持する場合の動作について、図１１のフローチャートを参照して説明する。なおこの例の場合、図示せぬ撮像装置により物体Ｍが撮像され、その結果得られた画像データがメイン制御部１０１に供給されるものとする。
【００８９】
ステップＳ１において、メイン制御部１０１は、供給された物体Ｍの画像を含む画像データに対して所定の画像処理を施して物体Ｍの外枠を認識し、物体Ｍの大きさや重心を検出する。
【００９０】
ステップＳ２において、メイン制御部１０１は、図示せぬ移動装置を制御して、ロボットハンドマニュピレータ１を、手首（結合）部１４に対して平行に（図４のＸＹ軸方向に）移動させ、物体Ｍの重心の手首（結合）部１４に対して平行な面上の位置（ＸＹ軸上の中心）Ｏと、拇指１１の軸J1.1を一致させる。
【００９１】
ステップＳ３において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏと拇指１１の軸J1.1が一致する状態を維持させながら、駆動部２１、駆動部２２、及び駆動部２３を制御して、物体Ｍを把持できるように、拇指１１、中指１２及び示指１３を広げさせる。
【００９２】
具体的にはメイン制御部１０１は、図４に示す位置にある拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａを、Ｙ軸方向に沿って移動させる。例えばロボットハンドマニュピレータ１の初期状態において、物体Ｍの大きさに対して拇指１１、中指１２及び示指１３の広がりが狭くそのままでは物体Ｍを把持することができない場合、メイン制御部１０１は、例えば拇指１１の駆動部２１−３、中指１２の駆動部２２−２及び示指１３の駆動部２３−２を駆動させて、軸J1.3、軸J2.2及び軸J3.2を外側方向に回転させ、指先部１１Ａ、指先部１２Ａ及び指先部１３Ａが外に開くように制御する。
【００９３】
なおロボットハンドマニュピレータ１の初期状態で、物体Ｍの大きさに対して拇指１１、中指１２及び示指１３の広がりが十分であれば、ここでの処理はスキップされる。
【００９４】
図１２は、物体Ｍを把持できるように広がった拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，指先部１２Ａ，指先部１３ＡのＸＹ軸上の位置を示している。ステップＳ２での処理により物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏと拇指１１の軸J1.1が一致している。
【００９５】
ステップＳ４において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏと拇指１１の軸J1.1が一致する状態を維持させながら、拇指１１、中指１２及び示指１３で物体Ｍを把持できるように（即ち、拇指１１、中指１２及び示指１３が、物体Ｍを覆うように）、ロボットハンドマニュピレータ１をＺ軸方向に移動させる。
【００９６】
ステップＳ５において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏと拇指１１の軸J1.1が一致する状態を維持させながら、駆動部２１、駆動部２２、及び駆動部２３を制御して、拇指１１、中指１２及び示指１３により物体Ｍを把持させる。
【００９７】
具体的には、メイン制御部１０１は、拇指１１の駆動部２１−３，２１−４、中指１２の駆動部２２−２，２２−３，２２−４及び示指１３の駆動部２３−２，２３−３，２３−４を駆動させて、軸J1.3及び軸J1.4、軸J2.2乃至軸J2.4並びに軸J3.2乃至軸J3.4を内外側方向に回転させる。これにより指先部１１Ａ、指先部１２Ａ及び指先部１３Ａが内外側に回転し、物体Ｍを把持する。
【００９８】
図１３は、物体Ｍを把持している拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，指先部１２Ａ，指先部１３ＡのＸＹ軸上の位置を示している。図中点線の円は、拇指１１乃至示指１３の閉じる前の指先部１１Ａ，指先部１２Ａ，指先部１３Ａの位置を示している。
【００９９】
拇指１１、中指１２、及び示指１３で物体Ｍを把持するには（例えば、物体Ｍの重心が移動又は回転しないように把持するには）、拇指１１の指先部１１Ａの指先発生力Ｆtの物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏ方向（以下、単に、中心方向と称する）の分力と、中指１２及び示指１３の指先発生力ＦmとＦiの合力Ｆcが対向し、かつ同じ大きさである必要がある。
【０１００】
この例の場合、拇指１１の指先発生力Ｆtは、拇指１１の指先部１１ＡのＸＹ軸上の中心Ｏtと分布圧力センサ４１−１のＸＹ軸上の中間位置を結ぶ方向に発生する（即ち指腹面が向いている方向に発生する）。中指１２及び示指１３の指先発生力Ｆm，Ｆiは、Ｙ軸方向に沿った方向に発生する。
【０１０１】
図１３の例の場合、拇指１１の指先部１１Ａの分布圧力センサ４１−１は、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏ方向を向いている。また物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏが、中指１２と示指１３の根元位置Ｐ12とＰ13の中間位置にある軸J1.1に対応する位置に存在する。従って中指１２の指先発生力Ｆmと示指１３の指先発生力Ｆiが同じ大きさである場合、その合力Ｆcは、物体Ｍの中心方向に発生する。即ち拇指１１の指先発生力Ｆtと対向する。
【０１０２】
そこでメイン制御部１０１は、中指１２の指先発生力Ｆmと示指１３の指先発生力Ｆiを同じ大きさになるようにするとともに、合成力Ｆcと指先発生力Ｆtが同じになるように、各駆動部２１乃至駆動部２３の発生トルクを調整する。
【０１０３】
なおこの場合中指１２及び示指１３の指先発生力Ｆm，Ｆiは物体Ｍの中心方向に対して角度θmとθi（以下、接触点角とも称する）を有するため、中指１２の指先部１２Ａ及び示指１３の指先部１３Ａの物体Ｍとの接触点（図中、白丸で示されている）には、接線力Ｆms及び接線力Ｆisが発生する。この例の場合指先発生力ＦmとＦiが等しく、角度θmとθiが等しいため、接線力Ｆms及び接線力Ｆisは互いに相殺され、この力により物体Ｍが移動、回転するようなことはない。
【０１０４】
以上のようにして、拇指１１、中指１２及び示指１３の３本の指機構で、物体Ｍが把持される。
【０１０５】
次に、２つ指機構で物体Ｍを把持する場合の動作を、図１４のフローチャートを参照して説明する。この例の場合、拇指１１と示指１３で物体Ｍを把持するものとする。
【０１０６】
ステップＳ１１において、メイン制御部１０１は、供給された物体Ｍの画像を含む画像データに対して所定の画像処理を施して物体Ｍの外枠を認識し、物体Ｍの大きさや重心を検出する。
【０１０７】
ステップＳ１２において、メイン制御部１０１は、拇指１１の駆動部２１−１を制御して、指先部１１ＡのＸＹ軸上の中心Ｏtを、示指１３の指先発生力Ｆiの方向に位置するように、軸J1.1を角度θt1だけ回転させる。
【０１０８】
これは後述するステップＳ１５で拇指１１の軸J1.2を回転させることによって、指先部１１Ａに装着された分布圧力センサ４１−１を示指１３に対向させることによって、拇指１１の指先発生力Ｆt（指先部１１ＡのＸＹ軸上の中心Ｏtと分布圧力センサ４１−１のＸＹ軸上の中間位置を結ぶ方向に発生する力）と、示指１３の指先発生力Ｆiとを対向させることができるようにするためである。
【０１０９】
ステップＳ１３において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、指先部１１ＡのＸＹ軸上の中心Ｏtと指先部１３ＡのＸＹ軸上の中心Ｏiとの中間位置と、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏが一致するように、ロボットハンドマニュピレータ１を、ＸＹ軸方向に移動させる。
【０１１０】
ステップＳ１４において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、拇指１１のＸＹ軸上の中心Ｏtと示指１３のＸＹ軸上の中心Ｏiとの中間位置と、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏが一致する状態を維持させながら、駆動部２１及び駆動部２３を制御して、物体Ｍを把持できるように、拇指１１及び示指１３を広げる。なお必要に応じて中指１２も広げられる。
【０１１１】
図１５は、物体Ｍを把持できるように広がった拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，指先部１２Ａ，指先部１３ＡのＸＹ軸上の位置を示している。なお図１５において、拇指１１は、ステップＳ１２での、軸J1.1の角度θt1の回転に応じて移動（旋回）している。
【０１１２】
ステップＳ１５において、メイン制御部１０１は、拇指１１の駆動部２１−２を制御して、拇指１１の指先発生力Ｆtが示指１３の指先発生力Ｆiが対向するように（即ち拇指１１の指先部１１Ａの中心Ｏtと分布圧力センサ４１−１の中心位置を結ぶ方向が、示指１３の指先発生力Ｆiの方向と対向するように）、拇指１１の軸J1.2を角度θt2だけ回転させる。
【０１１３】
ステップＳ１６において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、拇指１１のＸＹ軸上の中心Ｏtと示指１３のＸＹ軸上の中心Ｏiとの中間位置と、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏが一致する状態を維持させながら、拇指１１及び示指１３で物体Ｍを把持できるように（即ち拇指１１、中指１２及び示指１３が、物体Ｍを覆うように）、ロボットハンドマニュピレータ１をＺ軸方向に移動させる。
【０１１４】
ステップＳ１７において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、拇指１１のＸＹ軸上の中心Ｏtと示指１３のＸＹ軸上の中心Ｏiとの中間位置と、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏが一致する状態を維持させながら、駆動部２１及び駆動部２３を制御して、拇指１１及び示指１３を閉じて物体Ｍを把持させる。
【０１１５】
具体的には、メイン制御部１０１は、拇指１１の駆動部２１−３，２１−４と示指１３の駆動部２３−２，２３−３，２３−４を駆動させて、軸J1.3及び軸J1.4並びに軸J3.2乃至軸J3.4を内外側方向に回転させる。これにより指先部１１Ａ及び指先部１３Ａが内外側に回転し物体Ｍを把持する。
【０１１６】
図１６は、物体Ｍを把持している拇指１１及び示指１３の指先部１１Ａ，指先部１３ＡのＸＹ軸上の位置を示している。
【０１１７】
図１６において図中点線の円は、拇指１１及び示指１３の閉じる前の位置を示している。
【０１１８】
図１６に示すように、拇指１１の指先部１１Ａは、ステップＳ１５での軸J1.2の角度θt2の回転に応じて角度θt2だけ回転し、分布圧力センサ４１−１が示指１３に対向しているので、拇指１１の指先発生力Ｆtと示指１３の指先発生力Ｆiの方向が対向する。即ちこのときメイン制御部１０１は、指先発生力Ｆtと指先発生力Ｆiとが同じ大きさになるように、駆動部２１及び駆動部２３の発生トルクを調整する。
【０１１９】
以上のようにして、拇指１１及び示指１３の２本の指機構で、物体Ｍが把持される。
【０１２０】
以上のように、拇指１１の2個のヨー軸機構の制御により、拇指１１の分布圧力センサ４１−１の中心部分が物体Ｍに接触される（図１３及び図１６）。即ち分布圧力センサ４１が指先部の全表面を覆う装着されていない場合でも、分布圧力センサ４１の感受面積がより大きくなるように物体Ｍを保持することができるので、物体Ｍに接した時の圧力値が基準（スレッショルド）を超えるセンサ素子数を多くすることができる。
【０１２１】
物体が滑る状態を表す“滑り覚”情報（指標）は、上述したように、指表面に配置されたマトリクス状のセンサ素子の圧力値を計算に用いるため、電気的ノイズの影響を受けないように基準を超えるセンサ素子が多くあるほど安定した“滑り覚”情報を取り出すことができる。
【０１２２】
例えば、把持している物体が滑りだす瞬間に、この“滑り覚”情報をトリガーにして各指先発生力をコントロールし、物体を持ち直して落とさないような動作を行うことが可能になる。また滑り出す状態を予測できるため、物体の重量に適した必要把持力以上の力を出さないで維持させる、「最小力把持」が可能となる。この最小力把持は消費電力効率が良いだけではなく、把持形態刻一刻と変化させる物体の把持遷移動作（操り）の際にも効果的である。
【０１２３】
次に、３つの指機構で物体を把持した後、２つの指機構に持ち替える場合の動作を、図１７のフローチャートを参照して説明する。この例の場合、拇指１１乃至示指１３で物体Ｍを把持した後、拇指１１と中指１２に持ち替えるものとする。
【０１２４】
ステップＳ２１において、メイン制御部１０１は、供給された物体Ｍの画像を含む画像データに対して所定の画像処理を施して物体Ｍの外枠を認識し、物体Ｍの大きさや重心を検出する。
【０１２５】
ステップＳ２２において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、ロボットハンドマニュピレータ１を、手首（結合）部１４に対して平行に（図４のＸＹ軸方向に）移動させ、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏと拇指１１の軸J1.1を一致させる。
【０１２６】
ステップＳ２３において、メイン制御部１０１は、拇指１１の駆動部２１−２を制御して、指先部１１ＡをＹ軸方向に倒したときに、拇指１１の分布圧力センサ４１−１の一方の端が、物体Ｍと接触するように、軸J1.2を角度αだけ回転させる。
【０１２７】
ここで軸J1.2を角度αだけ回転させるのは、３本の指機構から２本の指機構で持ち替える際に、拇指１１の指先発生力Ｆt（拇指１１の指先部１１ＡのＸＹ軸上の中心Ｏtと分布圧力センサ４１−１のＸＹ軸上の中間位置を結ぶ方向に発生する力）の物体Ｍの中心方向の分力と中指１２の指先発生力Ｆmの物体Ｍの中心方向の分力を対向させるために拇指１１の指先部１１Ａを移動させることができるようにするためである（ステップＳ２７で後述）。
【０１２８】
ステップＳ２４において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏと拇指１１の軸J1.1が一致する状態を維持させながら、駆動部２１、駆動部２２、及び駆動部２３を制御して、物体Ｍを把持できるように、拇指１１、中指１２及び示指１３を広げる。
【０１２９】
ステップＳ２５において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏと拇指１１の軸J1.1が一致する状態を維持させながら、拇指１１、中指１２及び示指１３で物体Ｍを把持できるように（即ち拇指１１、中指１２及び示指１３が、物体Ｍを覆うように）、ロボットハンドマニュピレータ１をＺ軸方向に移動させる
【０１３０】
ステップＳ２６において、メイン制御部１０１は、移動装置を制御して、物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏと拇指１１の軸J1.1が一致する状態を維持させながら、駆動部２１、駆動部２２、及び駆動部２３を制御して、拇指１１、中指１２及び示指１３により物体Ｍを把持させる。
【０１３１】
具体的には、メイン制御部１０１は、拇指１１の駆動部２１−３，２１−４、中指１２の駆動部２２−２，２２−３，２２−４及び示指１３の駆動部２３−２，２３−３，２３−４を駆動させて、軸J1.3及び軸J1.4、軸J2.2乃至軸J2.4並びに軸J3.2乃至軸J3.4を内外側方向に回転させる。これにより、指先部１１Ａ、指先部１２Ａ及び指先部１３Ａが内外側に回転して物体Ｍを把持する。
【０１３２】
図１８は、物体Ｍを把持している拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，指先部１２Ａ，指先部１３ＡのＸＹ軸上の位置を示している。
【０１３３】
この場合、拇指１１の指先部１１Ａは、ステップＳ２３での軸J1.2の角度αの回転に応じて角度αだけ回転しているので、拇指１１の指先発生力Ｆtは中心方向に対して角度αを有する方向に発生している。
【０１３４】
また物体ＭのＸＹ軸上の中心Ｏが中指１２と示指１３の根元位置Ｐ12とＰ13の中間位置にある軸J1.1に対応する位置に存在するので、中指１２の指先発生力Ｆmと示指１３の指先発生力Ｆiの大きさが同じ場合、両者の合力Ｆcは、物体Ｍの中心方向に発生する。
【０１３５】
従ってメイン制御部１０１は、指先発生力Ｆmと指先発生力Ｆiの大きさが同じになるとともに、合成力Ｆcと拇指１１の指先発生力Ｆtの物体Ｍの中心方向の分力Ｆt×cosαが同じになるように、駆動部２１乃至駆動部２３の発生トルクを調整する。
【０１３６】
なおこの場合拇指１１の指先発生力Ｆtは中心方向に対して角度αを有するため、接線力Ｆtsが発生するが、分布圧力センサ４１−１の粘弾性材料の変形と軸J1.4の回転力により相殺されるものとする。
【０１３７】
また中指１２及び示指１３の指先発生力Ｆm，Ｆiは物体Ｍの中心方向に対して角度θmとθiを有するため、接線力Ｆms及び接線力Ｆisが発生するが、いまの場合指先発生力ＦmとＦiが等しく、角度θmとθiが等しいため、接線力Ｆms及び接線力Ｆisが互いに相殺され、この力により物体Ｍが移動することはない。
【０１３８】
ステップＳ２７において、メイン制御部１０１は、駆動部２１、駆動部２１及び駆動部２３を制御して、物体Ｍを把持している状態を維持させながら（即ち一定の指先発生力を発生させながら）、中指１２の指先発生力Ｆmの物体Ｍの中心方向の分力と拇指１１の指先発生力Ｆtの物体Ｍの中心方向の分力が完全に対向し、両者が釣り合うまで、拇指１１の軸J1.1と軸J1.2を回転させる。
【０１３９】
図１９は、その途中の拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，指先部１２Ａ，指先部１３ＡのＸＹ軸上の位置を示している。
【０１４０】
軸J1.2がαと反対方向にθt2だけ回転するが、物体Ｍと拇指１１の指先部１１Ａの分布圧力センサ４１−１間には充分な静止摩擦力で滑りが生じないので、軸J1.2の角度θt2の回転に合わせて、軸J1.1が角度θt1だけ回転し、その分拇指１１が移動（旋回）している。なお角度θt1と角度θt2の関係は、以下の式で表される。なお式中Ｌoは物体Ｍの直径、Ｌtは拇指１１の指先部１１ＡのＸＹ軸上の直径である。
θt2＝（θt1×Ｌt）／Lo
【０１４１】
また拇指１１、中指１２、及び示指１３で物体Ｍを把持し続けるためには、拇指１１の指先発生力Ｆtの物体Ｍの中心方向の分力と、中指１２及び示指１３の指先発生力Ｆm,Ｆiの合力Ｆcが対向し、かつ同じ大きさである必要がある。
【０１４２】
即ちいまの場合、メイン制御部１０１は、最終的には示指１３を物体Ｍから離すため、示指１３の指先発生力Ｆiを減少されるとともに、中指１２の指先発生力Ｆmを増加させながら、指先発生力Ｆmと指先発生力Ｆiの合力Ｆcが、拇指１１の指先発生力Ｆtの中心方向の分力Ｆt×cos（｜θt2−α｜）と対向し、同じ大きさになるように、駆動部２１乃至駆動部２３の発生トルクを調整する。
【０１４３】
なおこの場合拇指１１の指先発生力Ｆは中心方向に対して角度θt2−αを有するため、接線力Ｆtsが発生するが、分布圧力センサ４１−１の粘弾性材料の変形と軸J1.4の回転力により相殺されるものとする。
【０１４４】
また中指１２及び示指１３の指先発生力Ｆm，Ｆiは物体Ｍの中心方向に対して角度θmとθiを有し、指先発生力Ｆmと指先発生力Ｆiの大きさが異なるので、接線力Ｆmsと接線力Ｆisは相殺されず、物体Ｍの重心を移動させようとする力は存在するが、分布圧力センサ４１の粘弾性材料の変形により、その力が吸収され、物体Ｍの重心の移動は伴わないものとする。
【０１４５】
ステップＳ２８において、中指１２の指先発生力Ｆmの物体Ｍの中心方向の分力と拇指１１の指先発生力の物体Ｍの中心方向の分力が完全に対向し（即ちθt1＝θmになり）、両者が釣り合ったとき、メイン制御部１０１は、駆動部２３を制御して、示指１３を物体Ｍから離す。
【０１４６】
図２０は、拇指１１と中指１２に持ち替えられたときの、拇指１１、中指１２及び示指１３の指先部１１Ａ，指先部１２Ａ，指先部１３ＡのＸＹ軸上の位置を示している。中指１２の指先発生力Ｆmの物体Ｍの中心方向の分力Ｆm×cosθmと拇指１１の指先発生力Ｆtの物体Ｍの中心方向の分力Ｆt×cos（｜θt2−α｜）が完全に対向しているので、指先部１１Ａ及び指先部１３Ａにより、物体Ｍが把持されている。
【０１４７】
以上のようにして、３つの指機構で物体を把持した後、２つの指機構により持ち替えられる。
【０１４８】
以上のように、３本の指機構で把持した後、２本の指機構に持ち替えるなどの動作を可能にするようにしたので、圧力把持や精密把持等の様々の把持形態を、把持状況に応じて取ることができる。
【０１４９】
例えば、作業療法で提案されている把持形態分類「Kamakura」における指先を使う精密把握系のうち並列軽屈曲把握や並列伸展把握では、拇指を含む３本以上の指を用いて物体が把持される。これらに対して本発明によれば、拇指１１、中指１２、示指１３の３本の指機構を用いて対象物の把持を行うとともに、精密把持系のうち、非常に細かな物体を掴む指尖把握に対しては、２本の指機構（拇指１１と示指１３又は拇指１１と中指１２のいずれかの組み合わせの２本の指機構）を使うことで対象物の把持を行うことができる。
【０１５０】
以上においては、拇指１１及び中指１２に持ち替える場合を例として説明したが、拇指１１と示指１３に持ち替えることもできる。また、中指１２及び示指１３と同様の指機構を更に増やし、その指機構で持ち替えることもできる。
【０１５１】
これらの指機構の選択は、拇指１１の２箇所のヨー軸J1.1と軸J1.2で、拇指１１を、拇指１１と一緒に物体Ｍを把持する指機構の位置に合わせて旋回移動させ、拇指１１とその指機構の指先部の把持面を対向させることで可能にすることができる。
【０１５２】
また以上において、３本の指機構で把持した後、２本の指機構に持ち替える場合を例として説明したが、始めに２本の指機構で把持した後、３本の指機構に持ち替えることもできる。この処理は、基本的には、図１７のフローチャートで説明した処理を逆に行うことで実現される。
【０１５３】
例えば図２０に示したように拇指１１と中指１２で物体Ｍを把持した後、軸J1.2を回転させながら、拇指１１の指先発生力Ｆtと中指１２の指先発生力Ｆmが制御され、ある時点で示指１３による把持が追加される。
【０１５４】
また図１及び図２の例では、拇指１１の指先部１１Ａの中心Ｏtと軸J1.2が一致する場合を例として説明したが、図２１及び図２２に示すように、オフセットが設けられるようにすることができる。この際の上述した処理における軸J1.2及び軸J1.1の回転角は、そのオフセットの長さに応じて決定される。
【０１５５】
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。
【０１５６】
一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、又は、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
【０１５７】
図２３は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するパーソナルコンピュータ３０１の構成の例を示すブロック図である。CPU（Central Processing Unit）３１１は、ROM（Read Only Memory）３１２、又は記憶部３１８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM（Random Access Memory）３１３には、CPU３１１が実行するプログラムやデータなどが適宜記憶される。これらのCPU３１１、ROM３１２、及びRAM３１３は、バス３１４により相互に接続されている。
【０１５８】
CPU３１１にはまた、バス３１４を介して入出力インタフェース３１５が接続されている。入出力インタフェース３１５には、上述したセンサ３１、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部５１６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部３１７が接続されている。CPU３１１は、入力部５１６から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、CPU３１１は、処理の結果を出力部３１７に出力する。
【０１５９】
入出力インタフェース３１５に接続されている記憶部３１８は、例えばハードディスクからなり、CPU３１１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部３１９は、インターネットやローカルエリアネットワークなどのネットワークを介して外部の装置と通信する。
【０１６０】
また、通信部３１９を介してプログラムを取得し、記憶部３１８に記憶してもよい。
【０１６１】
入出力インタフェース３１５に接続されているドライブ３２０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア３２１が装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータなどを取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記憶部３１８に転送され、記憶される。
【０１６２】
コンピュータにインストールされ、コンピュータによって実行可能な状態とされるプログラムを格納するプログラム記録媒体は、図２３に示すように、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア３２１、又は、プログラムが一時的もしくは永続的に格納されるROM３１２や、記憶部３１８を構成するハードディスクなどにより構成される。プログラム記録媒体へのプログラムの格納は、必要に応じてルータ、モデムなどのインタフェースである通信部３１９を介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線又は無線の通信媒体を利用して行われる。
【０１６３】
なお、本明細書において、プログラム記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的或いは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１６４】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の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において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明を適用したロボットハンドマニピュレータ１の外観の構成例を示す図である。
【図２】関節の駆動軸を示す図である。
【図３】駆動部の構造例を示す図である。
【図４】分布圧力センサ４１の位置を示す図である。
【図５】指の先端に装着された分布圧力センサ４１の外観の構成例を示す図である。
【図６】分布圧力センサ４１の外観の構成例を示す斜視図である。
【図７】分布圧力センサ４１の内部の構成例を示す図である。
【図８】圧力検出部６２の構造例を示す図である。
【図９】ロボットハンドマニピュレータ１の内部の電気的な構成例を示すブロック図である
【図１０】信号処理部７３の構成例を示すブロック図である。
【図１１】３本の指で物体を把持する処理を説明するフローチャートである。
【図１２】３本の指で物体を把持する場合の指の動きを示す図である。
【図１３】３本の指で物体を把持する場合の指の動きを示す他の図である。
【図１４】２本の指で物体を把持する処理を説明するフローチャートである。
【図１５】２本の指で物体を把持する場合の指の動きを示す図である。
【図１６】２本の指で物体を把持する場合の指の動きを示す他の図である。
【図１７】３本の指で物体を把持し、２本の指に持ち替える処理を説明するフローチャートである。
【図１８】３本の指で物体を把持し、２本の指に持ち替える場合の指の動きを示す図である。
【図１９】３本の指で物体を把持し、２本の指に持ち替える場合の指の動きを示す他の図である。
【図２０】３本の指で物体を把持し、２本の指に持ち替える場合の指の動きを示す他の図である。
【図２１】本発明を適用した他のロボットハンドマニピュレータ１の外観の構成例を示す図である。
【図２２】関節の他の駆動軸を示す図である。
【図２３】パーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１  ロボットハンドマニュピレータ，  １１  拇指，  １２  中指，  １３  示指，  １４  手首（結合）部，  ２１  駆動部，  ２２  駆動部，  ２３  駆動部，  ３１  ６軸力センサ，  ４１  分布圧力センサ，  ５１  入力部，  ５２  固定部，  ５３  外部接続部，  ６１  変形部，  ６２  圧力検出部，  ７２  センサエレメント，  ７３  信号処理部，  １０１  メイン制御部，  １２１  接触検出部，  １２２  圧力中心演算部，  １２３  圧力中心移動演算部，  １２４  滑り覚検出部  
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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