特開 2022-99041 ハンド機構、ロボットハンド及びロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022099041

(43)【公開日】2022-07-04

(54)【発明の名称】ハンド機構、ロボットハンド及びロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20220627BHJP

   B25J 15/10 20060101ALI20220627BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 J

B25J15/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020212783

(22)【出願日】2020-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】315014671

【氏名又は名称】東京ロボティクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098899

【弁理士】

【氏名又は名称】飯塚 信市

(74)【代理人】

【識別番号】100163865

【弁理士】

【氏名又は名称】飯塚 健

(72)【発明者】

【氏名】松尾 雄希

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 史朗

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707ES05

3C707ES07

3C707EU01

3C707EU02

3C707EU07

3C707HS27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】人間類似の動作を直感的に実現することができるハンド機構を提供する。
【解決手段】手掌部９と、前記手掌部の側部から延出する第一指１と、前記手掌部の先端から延出する先端指と、を備えるハンド機構であって、前記第一指は、前記手掌部に対して軸支され、前記先端指の延出方向と略平行な第一軸を中心として揺動する、第一リンクと、前記第一リンクに対して軸支され、前記第一軸に対して垂直な方向からやや傾けた第二軸を中心として揺動する、第二リンクと、を備える、ハンド機構である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

手掌部と、
前記手掌部の側部から延出する第一指と、
前記手掌部の先端から延出する先端指と、を備えるハンド機構であって、
前記第一指は、
前記手掌部に対して軸支され、前記先端指の延出方向と略平行な第一軸を中心として揺動する、第一リンクと、
前記第一リンクに対して軸支され、前記第一軸に対して垂直な方向からやや傾けた第二軸を中心として揺動する、第二リンクと、を備える、ハンド機構。

【請求項2】

前記第一軸は、さらに、前記手掌部に対して平行に配置されている、請求項１に記載のハンド機構。

【請求項3】

前記第二リンクに軸支され、前記第二軸と垂直な第三軸を中心として揺動する第三リンクをさらに備える、請求項１又は２に記載のハンド機構。

【請求項4】

前記第三リンクに軸支され、前記第三リンクと連動して揺動する第四リンクをさらに備える、請求項３に記載のハンド機構。

【請求項5】

前記第一指は屈曲することで、屈曲した前記先端指の先端面と対向可能に構成されている、請求項１～３に記載のハンド機構。

【請求項6】

前記第一リンクを駆動する第一駆動ユニットは、前記手掌部に支持されている、請求項１～５に記載のハンド機構。

【請求項7】

前記第二リンクを駆動する第二駆動ユニットは、第一リンクに支持されている、請求項１～６に記載のハンド機構。

【請求項8】

前記第三リンク及び第四リンクを駆動させる第三駆動ユニットは、第二リンクに支持されている、請求項４に記載のハンド機構。

【請求項9】

前記第一駆動ユニットは、ボールねじを用いて駆動される、請求項６に記載のハンド機構。

【請求項10】

前記第二駆動ユニットは、ボールねじを用いて駆動される、請求項７に記載のハンド機構。

【請求項11】

前記第三駆動ユニットは、ボールねじを用いて駆動される、請求項８に記載のハンド機構。

【請求項12】

各前記先端指は、手掌部に配置される先端指用駆動ユニットにより、連動して屈曲又は伸展する四節リンク構造を備えている、請求項１に記載のハンド機構。

【請求項13】

前記先端指用駆動ユニットは、ボールねじを用いて駆動される、請求項１２に記載のハンド機構。

【請求項14】

前記先端指は、第二指、第三指及び第四指から成る三本の指である、請求項１～１３に記載のハンド機構。

【請求項15】

前記第三指の前記手掌部への付け根部分の回転軸は、前記第二指の前記手掌部への付け根部分の回転軸及び前記第四指の前記手掌部への付け根部分の回転軸と鋭角を為している、請求項１４に記載のハンド機構。

【請求項16】

請求項１～１５に記載のハンド機構を備えたロボットハンド。

【請求項17】

請求項１～１５に記載のハンド機構を備えたロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ハンド機構、例えば、ロボットの腕の先端等に配されるロボットハンド機構に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、人間類似の動作を実現することを目的として、人間類似の構造を有するロボットハンドについて研究開発が行われている。

【0003】

この種のハンドでは、手掌部の側部に対して人の親指に相当する指が、手掌部の先端部に対して人差し指乃至薬指に相当する指が備えらえている。例えば、特許文献１には、手掌部に相当するハンド本体部の側面に対して、ハンド本体部周りに旋回し又は折り曲げられるよう制御される親指部が備えられ、ハンド本体部の先端部に対して、折り曲げられるよう制御された操作指部と補助指部が備えられたハンド機構が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１６４８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、この種のロボットハンドを人間の手の動作に合わせて遠隔操作しようとする場合や、ロボットハンドに対してプログラムにより人間類似の動作を実行させようとする場合には、ロボットハンドの機構は、人間の複雑な手の機構を適切にモデル化したものであることが好ましい。このモデル化が不適切な場合、ロボットハンドの動作が人間の手の動作と直感的に対応付かなかったり、或いは、その動作に違和感が生じるおそれがある。

【0006】

しかしながら、従前のロボットハンドにおいては、人間の複雑な手構造について過度の単純化がなされ、人間の手構造のモデル化が不十分であった。その結果、ロボットハンドを直感的に動作させること等が困難であった。

【0007】

本発明は上述の技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、人間類似の動作を直感的に実現すること等ができるハンド機構等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の技術的課題は、以下の構成を有するハンド機構等により解決することができる。

【0009】

すなわち、本発明に係るハンド機構は、手掌部と、前記手掌部の側部から延出する第一指と、前記手掌部の先端から延出する先端指と、を備えるハンド機構であって、前記第一指は、前記手掌部に対して軸支され、前記先端指の延出方向と略平行な第一軸を中心として揺動する、第一リンクと、前記第一リンクに対して軸支され、前記第一軸に対して垂直な方向からやや傾けた第二軸を中心として揺動する、第二リンクと、を備えている。

【0010】

このような構成によれば、第一軸の揺動中心軸である第一軸と、第二リンクの揺動中心軸である第二軸が非垂直的位置関係となっている。その結果、人間の第一指の構造に近似したハンド機構を提供することができ、これにより、人間類似の動作を直感的に実現すること等ができるハンド機構等を提供することができる。

【0011】

前記第一軸は、さらに、前記手掌部に対して平行に配置されていてもよい。

【0012】

このような構成によれば、人間と同様に、第一指を手掌部周りに旋回させることができる。

【0013】

前記第二リンクに軸支され、前記第二軸と垂直な第三軸を中心として揺動する第三リンクをさらに備える、ものであってもよい。

【0014】

このような構成によれば、第二リンクの揺動中心軸と第三リンクの揺動中心軸は直交するので、人間類似の態様で動作することができる。

【0015】

前記第三リンクに軸支され、前記第三リンクと連動して揺動する第四リンクをさらに備える、ものであってもよい。

【0016】

このような構成によれば、第三リンクと第四リンクとは連動するので、対象物を包み込むような把持を実現することができる。

【0017】

前記第一指は屈曲することで、屈曲した前記先端指の先端面と対向可能に構成されている、ものであってもよい。

【0018】

このような構成によれば、第一子の屈曲により先端指との間で対象物を把持することができる。

【0019】

前記第一リンクを駆動する第一駆動ユニットは、前記手掌部に支持されている、ものであってもよい。

【0020】

このような構成によれば、駆動ユニットが手掌部へと支持されていることから、指を小型化させたり、指にセンサ等の他の機構を格納させることができる。

【0021】

前記第二リンクを駆動する第二駆動ユニットは、第一リンクに支持されている、ものであってもよい。

【0022】

このような構成によれば、駆動ユニットが第一リンクに支持されているので、第二リンクから先端に向けた部分を小型化させたり、当該部分にセンサ等の他の機構を格納することができる。

【0023】

前記第三リンク及び第四リンクを駆動させる第三駆動ユニットは、第二リンクに支持されている、ものであってもよい。

【0024】

このような構成によれば、駆動ユニットが第二リンクに支持されているので、第三リンクから先端に向けた部分を小型化させたり、当該部分にセンサ等の他の機構を格納することができる。

【0025】

前記第一駆動ユニットは、ボールねじを用いて駆動される、ものであってもよい。

【0026】

このような構成によれば、高精度で高い把持力を出力することができる。

【0027】

前記第二駆動ユニットは、ボールねじを用いて駆動される、ものであってもよい。

【0028】

このような構成によれば、高精度で高い把持力を出力することができる。

【0029】

前記第三駆動ユニットは、ボールねじを用いて駆動される、ものであってもよい。

【0030】

このような構成によれば、高精度で高い把持力を出力することができる。

【0031】

各前記先端指は、手掌部に配置される先端指用駆動ユニットにより、連動して屈曲又は伸展する四節リンク構造を備えている、ものであってもよい。

【0032】

このような構成によれば、手掌部に駆動ユニットがあることから、先端指を小型化したり先端指内にセンサ等の他の機構を格納することができる。

【0033】

前記先端指用駆動ユニットは、ボールねじを用いて駆動される、ものであってもよい。

【0034】

このような構成によれば、高精度で高い把持力を出力することができる。

【0035】

前記先端指は、第二指、第三指及び第四指から成る三本の指である、ものであってもよい。

【0036】

このような構成によれば、三本の指で対象物を包み込むように把持することができる。

【0037】

前記第三指の前記手掌部への付け根部分の回転軸は、前記第二指の前記手掌部への付け根部分の回転軸及び前記第四指の前記手掌部への付け根部分の回転軸と鋭角を為している、ものであってもよい。

【0038】

このような構成によれば、人間類似の態様で、三本の指で対象物を包み込むように把持することができる。

【0039】

また、本発明は、上述のハンド機構を備えたロボットハンドとしても観念することができる。

【0040】

さらに、本発明は上述のハンド機構を備えたロボットとしても観念することができる。

【発明の効果】

【0041】

本発明によれば、人間類似の動作を直感的に実現すること等ができるハンド機構等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】図１は、ロボットハンドの正面図である。

【図2】図２は、ロボットハンドの右側面図である。

【図3】図３は、閉状態のロボットハンドの正面図である。

【図4】図４は、第一関節部周辺の構成について説明するための斜視図である。

【図5】図５は、第一回転軸周りの回転の様子について表す説明図である。

【図6】図６は、第一駆動ユニットの動作原理について示す説明図である。

【図7】図７は、第一駆動ユニットを簡略化して示した模式図である。

【図8】図８は、第二関節部周辺の構成について説明するための斜視図である。

【図9】図９は、第二回転軸周りの回転の様子について表す説明図である。

【図10】図１０は、第二駆動ユニットの動作原理について示す説明図である。

【図11】図１１は、第二駆動ユニットを簡略化して示した模式図である。

【図12】図１２は、第一～第三の各回転軸の配置についての説明図である。

【図13】図１３は、第三関節部及び第四関節部の構成について説明するための斜視図である。

【図14】図１４は、第三回転軸及び第四回転軸周りの回転の様子について表す説明図である。

【図15】図１５は、第三駆動ユニットの動作原理について示す説明図である。

【図16】図１６は、第三駆動ユニットを簡略化して示した模式図である。

【図17】図１７は、ロボットハンドの第三指の斜視図である。

【図18】図１８は、第三指の動作原理について説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

以下、本発明の好適な実施の形態について添付の図を参照しつつ詳細に説明する。

【0044】

（１．第１の実施形態）
第１の実施形態として、本発明を、図示しないロボットの腕部の先端に備えられるロボットハンド５００に対して適用した例について説明する。なお、ロボットハンド５００が取り付けられる位置は限定されず、他の様々な装置や部位等に取り付けることができる。

【0045】

（１．１ ハンド機構の全体構成と動作）
図１及び図２を参照しつつ、ロボットハンド５００の全体構成について説明する。図１は、完全な開状態にあるロボットハンド５００の正面図であり、図２は、同状態のロボットハンド５００の右側面図である。なお、開状態とは、ロボットハンド５００に備えられるすべての関節を伸展状態とした状態を言う。また、これとは逆に、閉状態とは、ロボットハンド５００に備えられる一部又はすべての関節を屈曲させた状態を言う。

【0046】

図１及び図２から明らかな通り、ロボットハンド５００は、略直方体形状の手掌部９を中心に備えている。手掌部９の右側面からは人間の手の第一指（親指）に相当する第一指１が延出している。手掌部９の上面又は先端からは、第一指１の側から順に、人間の手の第二指（示指）に相当する第二指６、人間の手の第三指（中指）に相当する第三指７、及び、人間の手の第四指（薬指）に相当する第四指８が延出している。

【0047】

手掌部９の背面側、すなわちロボットハンド５００の甲側には、甲部全体から側面にかけての範囲をカバーする甲部カバー９１が取り付けられている。また、手掌部９の正面側には、図示しないアームの先端部等との連結に利用され掌のおよそ全体をカバーする略鍵穴形状を有する掌部カバー９２が設けられている。

【0048】

第一指１は、手掌部９の側部から延出するように、順に、第一リンク１１１、第二リンク１１２、第三リンク１１３及び第四リンク１１４が連結され構成されている。なお、第一リンク１１１及び第二リンク１１２は、第一指カバー１９９によりカバーされているため、同図においては不図示であることに留意されたい。

【0049】

また、第一指１は、手掌部９側から指の先端に向けて順に、第一関節部１２１（所謂ＣＭ関節に相当）、第二関節部１２２、第三関節部１２３（所謂ＭＰ関節に相当）、及び、第四関節部１２４の４つの関節部を備えている。そのうち、第一関節部１２１、第二関節部１２２、及び、第三関節部１２３の３つの関節部は、それぞれ、第一回転軸１０１、第二回転軸１０２、及び、第三回転軸１０３を中心として能動的に回動し、残りの第四関節部１２４は受動的に回動する。すなわち、これらの構造により指を折り曲げて物を把持するような動作が可能となる。

【0050】

第二指６は、手掌部９の先端から延出するように、順に、第一リンク６１１、第二リンク６１２、及び、第三リンク６１３が連結されて構成されている。

【0051】

また、第二指６は、手掌部９側から指の先端に向けて順に、第一関節部６２１（所謂ＭＰ関節に相当）、第二関節部６２２、第三関節部６２３の３つの関節部を備えている。そのうち、第一関節部６２１は、第一回転軸６０１を中心として能動的に回動し、残りの第二関節部６２２及び第三関節部６２３は受動的に回動する。すなわち、これらの構造により指を折り曲げて物を把持するような動作が可能となる。

【0052】

第三指７は、手掌部９の先端から延出するように、順に、第一リンク７１１、第二リンク７１２、及び、第三リンク７１３が連結されて構成されている。

【0053】

また、第三指７は、手掌部９側から指の先端に向けて順に、第一関節部７２１（所謂ＭＰ関節に相当）、第二関節部７２２、第三関節部７２３の３つの関節部を備えている。そのうち、第一関節部７２１は、第一回転軸７０１を中心として能動的に回動し、残りの第二関節部７２２及び第三関節部７２３は受動的に回動する。すなわち、これらの構造により指を折り曲げて物を把持するような動作が可能となる。

【0054】

第四指８は、手掌部９の先端から延出するように、順に、第一リンク８１１、第二リンク８１２、及び、第三リンク８１３が連結されて構成されている。

【0055】

また、第四指８は、手掌部９側から指の先端に向けて順に、第一関節部８２１（所謂ＭＰ関節に相当）、第二関節部８２２、第三関節部８２３の３つの関節部を備えている。そのうち、第一関節部８２１は、第一回転軸８０１を中心として能動的に回動し、残りの第二関節部８２２及び第三関節部８２３は受動的に回動する。すなわち、これらの構造により指を折り曲げて物を把持するような動作が可能となる。

【0056】

なお、同図から明らかな通り、手掌部９の先端部付近に設けられた、第二指６の第一回転軸６０１、第三指７の第一回転軸７０１及び第四指８の第一回転軸８０１は互いに平行ではなく互いに鋭角を為している。すなわち、同図にあって、第三指７の第一回転軸７０１は手掌部９の付け根側の面に対して平行となっているものの、その左右の第二指６の第一回転軸６０１と第四指８の第一回転軸８０１は、左右均等に、それぞれ側部側にやや傾いて配置されている。

【0057】

このような構成によれば、各指が手掌部９の中心に向けて折り曲げられるので、人間類似の態様で対象物を把持することができる。

【0058】

以上の関節部とリンクを備えたロボットハンド５００は、その関節部を回動させることにより、開閉することができる。

【0059】

図３は、完全な閉状態のロボットハンド５００の正面図である。同図で示されるように、第一指１、第二指６、第三指７及び第四指８をそれぞれ折り曲げることで、所望の対象物を把持するよう指先を近付けることができる。

【0060】

なお、同図においては、第一指１の先端は、第二指６の先端、第三指７の先端及び第四指８の先端と略垂直をなすように描かれているものの、第一指１の第二関節部１２２を回動させることにより、第一指１の先端を各指、すなわち、第二指６の先端、第三指７の先端及び第四指８の先端と対向させることができる。

【0061】

このような構成によれば、対象物を指先でつまむような巧みな動作を実現することができる。

【0062】

（１．２ 第一指１の構成と動作）
以下、第一指１の構成と動作について関節毎に詳述する。

【0063】

（第一関節部）
まず、図４～図７を参照しつつ、第一指１の第１関節部１２１に係る構成と動作について詳述する。

【0064】

図４は、第一関節部１２１周辺の構成について説明するための斜視図である。なお、同図においては、説明のため、甲部カバー９１、第一指カバー１９９等のカバー並びに他の指等は不図示とされている。

【0065】

同図から明らかな通り、手掌部９の略中央には、第一駆動軸１３１を一辺とする枠部材９０１が備えられている。これにより、第一指１は、手掌部９に対して支持される。なお、この第一駆動軸１３１は、第一回転軸１０１をもたらすものである。

【0066】

枠部材９０１の中央には、略円筒状の第一サーボモータ１３５が配置され、その出力回転軸は、枠部材９０１の左側面に設けられた孔部から突出している。突出した出力回転軸の先端には、小径の第一平歯車１３６が取り付けられている。

【0067】

第一サーボモータ１３５の直下には、第一サーボモータ１３５の長手方向と平行にボールねじを構成する第一ねじ軸１３８が配置されている。この第一ねじ軸１３８の一端は、第一サーボモータ１３５の一端と共に軸支されており、一方、他端は、左側面の孔部から突出している。また、この突出した第一ねじ軸１３８の端部には、相対的に大径の第二平歯車１３７が、小径の第一平歯車１３６と噛合するよう取り付けられている。

【0068】

第一ねじ軸１３８には、ボールねじを形成するよう第一ナット部材１３９が摺動可能に取り付けられている。後述するように、第一ナット部材１３９は、駆動力を伝達する第一伝達リンク１４０を介して、第一リンク１１１と連結されている。

【0069】

なお、第一サーボモータ１３５から第一伝達リンク１４０へと至る一連の部材を第一駆動ユニットと称することがある。

【0070】

このように、第１関節部１２１を回動させる第一駆動ユニットは、手掌部９に支持されている。これにより、第一指１の小型化や第一指１内にセンサ等の機構を格納するスペースの確保等を行うことができる。

【0071】

第一リンク１１１は、第一駆動軸１３１、すなわち、第一回転軸１０１を中心として回転するよう軸支されており、第一サーボモータ１３５からの駆動力を受けて自在に回転する。なお、第一駆動軸１３１の上端には、第一駆動軸１３１の回転角度を検出するアブソリュートエンコーダ１３２が配置されている。

【0072】

図５は、第一回転軸１０１周りの回転の様子について表す説明図である。図５（ａ）は、第一リンクが４５°の位置にある場合のロボットハンド５００の状態を示しており、図５（ｂ）は、第一リンクが９０°の位置にある場合のロボットハンド５００の状態を示している。なお、同図においては、完全な開状態にある時の第一リンク１１１の角度を０°としている。

【0073】

続いて、図６及び図７を参照しつつ、第一リンク１１１の駆動原理について説明する。図６は、第一駆動ユニットの動作原理について示す説明図である。

【0074】

図６から明らかな通り、第一サーボモータ１３５が駆動されると、第一平歯車１３６が回転する。この回転は第二平歯車１３７を介して第一ねじ軸１３８へと伝達され、第一ねじ軸１３８が連動して回転する。

【0075】

第一ねじ軸１３８が回転すると、第一ナット部材１３９はその回転に応じてねじ軸１３８に沿って並進運動する。この並進運動は、連結される第一伝達リンク１４０へと伝達されて、第一伝達リンク１４０を第一ねじ軸に平行な方向に並進運動させる。

【0076】

このとき、第一伝達リンク１４０は、第一ナット部材１３９に対して、第一ねじ軸と垂直な方向に摺動可能な態様にて第一軸部材１４１を介して軸支されている（並進拘束）。これにより、第一伝達リンク１４０は、並進運動に合わせて、第一ねじ軸１３８と垂直な方向にも移動する。

【0077】

このような二次元的に移動する第一伝達リンク１４０は、第一リンク１１１と第二軸部材を介して回動可能に連結されていることから、第一リンクは、第一駆動軸１３１を中心として回転することとなる。

【0078】

このように、ボールねじを用いて駆動力を発生させる構成によれば、高い精度と把持力を実現することができる。

【0079】

図７は、第一駆動ユニットを簡略化して示した模式図である。なお、図７はあくまで原理の説明のための模式図であり、実際のロボットハンド５００を構成する部品の形状等とは必ずしも一致しない点に留意されたい。

【0080】

同図から明らかな通り、第一ナット部材１３９が第一ねじ軸１３８上を並進運動すると、それに連動して第一伝達リンク１４０が並進運動する。この第一伝達リンク１４０からの力は、第一リンク１１１の端部へと伝達され、第一リンク１１１において第一駆動軸１３１を中心とした回転が実現される。

【0081】

すなわち、以上の構成により、第一指１の第１関節部１２１は、第二指６、第三指７及び第四指８の延在方向と平行又は略平行な軸周りに回動（旋回）することができるよう構成されている。

【0082】

（第二関節部）
次に、図８～図１２を参照しつつ、第２関節部１２２に係る構成と動作について詳述する。

【0083】

図８は、第二関節部１２２周辺の構成について説明するための斜視図である。

【0084】

同図から明らかな通り、第一リンク１１１には、さらに、第二回転軸１０２を中心として揺動可能な態様で第二リンク１１２が連結されている。

【0085】

ここで、第二回転軸１０２は第一回転軸１０１とは垂直ではなく、垂直よりやや他の指側へと傾いている、すなわち鋭角を為している点に留意されたい。

【0086】

このような構成によれば、人間類似の動作を直感的に実現すること等ができるハンド機構等を提供することができる。

【0087】

第二リンク１１２の基端側の第二回転軸１０２の近傍内部には、図示しない第二サーボモータ１５２が配置され、その出力軸は同図下側から突出している。突出した出力軸の先端には小径の第三平歯車１５３が取り付けられている。

【0088】

この第三平歯車１５３は、相対的に大径の第四平歯車１５４と噛合し、回転力を伝達する。第四平歯車１５４は、ボールねじを構成する第二ねじ軸１５１と連結されており、第二ねじ軸１５１を連動して回転させる。

【0089】

第二ねじ軸１５１が回転すると、第二ナット部材１５５が、第二ねじ軸１５１に沿って並進運動する。後述するように、この第二ナット部材１５５の移動により第二回転軸１０２を中心とした第二リンク１１２の揺動が実現される。

【0090】

第二リンク１１２の中央付近には、揺動角度を検出するためのアブソリュートエンコーダ１５５が設けられている。

【0091】

なお、第二サーボモータ１５２から第２リンク１１２における揺動を生じさせる一連の部材を第二駆動ユニットと称することがある。

【0092】

このように、第二関節部１２２を回動させる第二駆動ユニットは、第一リンク１１１に支持されているので、第二関節部の揺動機能を第一指１内に集約することができる。

【0093】

図９は、第二回転軸１０２周りの回転の様子について表す説明図である。図９（ａ）は第一指１が第二指６に最も近い位置にある場合のロボットハンド５００の状態を示しており、図９（ｂ）は、第一指１が第二指６から最も遠い位置にある場合のロボットハンド５００の状態を示している。

【0094】

続いて、図１０及び図１１を参照しつつ、第二リンク１１２の揺動原理について説明する。図１０は、第二駆動ユニットの動作原理について示す説明図である。

【0095】

図１０から明らかな通り、図示しない第二サーボモータ１５２を駆動させると、小径の第三平歯車１５３が回転する。この第３平歯車１５３の回転は、相対的に大径の第四平歯車１５４が回転する。

【0096】

この第四平歯車１５４が回転すると、その中心軸である第二ねじ軸１５１が回転する。

【0097】

この第二ねじ軸１５１が回転すると、略コの字型又は略U字型の第二ナット部材１５５が第二ねじ軸１５１に沿って並進運動する。

【0098】

第二ナット部材１５５の開放端には、当該開放端に支持された軸部を備え他端を回転指示部材１５７により第二リンク１１２に対して軸支された、第二伝達リンク１５６が取り付けられている。第二伝達リンク１５６の軸部は、第二ナット部材１５５の並進運動に伴って、その軸方向に摺動する。

【0099】

このような構成によれば、第二伝達リンク１５６は第二リンク１１２へと支持されていることから、第二ナット部材１５５の並進運動に伴って、第二リンク１１２、第三リンク１１３及び第四リンク１１４は、第二回転軸１０２を中心として一体的に揺動することとなる。

【0100】

また、ボールねじを用いて駆動力を発生させる構成によれば、高い精度と把持力を実現することができる。

【0101】

図１１は、第二駆動ユニットを簡略化して示した模式図である。なお、同図はあくまで原理の説明のための模式図であり、実際のロボットハンド５００を構成する部品の形状等とは必ずしも一致しない点に留意されたい。

【0102】

同図から明らかな通り、第一リンク１１１には、第二回転軸１０２を中心として揺動するよう第二リンク１１２の一端が連結されている。また、ボールねじを構成する第二ねじ軸１５１は第１リンクに対して回転支持されている。

【0103】

この状態において、第二ねじ軸１５１が回転すると、第二ナット軸部材１５５がその軸に沿って並進移動する。

【0104】

また、第二伝達リンク１５６の一端は、第二ナット軸部材１５５により並進拘束されており、一方のその他端は第二リンク１１２へと回動自在に支持されている。そのため、第二ナット軸部材１５５が移動すると、第二伝達リンク１５６は、第二ナット軸部材１５５日して図中の矢印の方向に並進移動し、これにより、第二リンクは第二回転軸１０２を中心として揺動する。

【0105】

図１２は、開状態にあるロボットハンド５００を右側面から観察したときの、第一～第三の各回転軸１０１～１０３の配置についての説明図である。同図から明らかな通り、第一回転軸１０１と第二回転軸１０２とは直行せず、手掌部９の先端側に対してやや傾いてθ（＜９０°）を為して配置されている。このような構成は人間の手の構造と類似している。すなわち、人間の手においても、第一指（親指）の先端の腹を為す面は、手を開いた状態において、手掌部と平行ではなくやや先端側に傾いて配置されている。また、第二回転軸１０２と第三回転軸１０３とは直行して配置されている。

【0106】

このような構成によれば、人間類似の動作を直感的に実現すること等ができるハンド機構等を提供することができる。

【0107】

（第三関節部及び第四関節部）
次に、図１３～図１６を参照しつつ、第三関節部１２２及び第四関節部に係る構成と動作について詳述する。

【0108】

図１３は、第三関節部１２３及び第四関節部１２４の構成について説明するための斜視図である。

【0109】

同図から明らかな通り、第二リンク１１２の甲部側には、第二リンク１１２の長手方向と略水平に略円筒状の第三サーボモータ１６１が配置されている。第三サーボモータ１６１の下端は所定の支持筐体に支持され、支持筐体からは第三サーボモータ１６１の出力軸に取り付けられた小径の第五平歯車１６２が突出している。この第五平歯車１６２は、相対的に大径の第六平歯車１６３と噛合している。

【0110】

第六平歯車１６３は、その中心でボールねじの一部を形成する図示しない第三ねじ軸１６４と結合されている（図１５参照）。第三ねじ軸１６４には、図示しない第三ナット部材１７５が連結されており（図１５参照）、第三ナット部材１７５は、ボルト１７６を介して、第三ねじ軸１６４の軸方向に摺動可能な第三伝達リンク１６５と連結されている。

【0111】

第三伝達リンク１６５は、第一連結軸１６７を介して、U字型伝達リンク１７１の一端と連結されている。U字型伝達リンク１７１は、その中腹において第二連結軸１６９にて支持されると共に、第三リンク１１３、第四リンク１１４の内部を通じて第四連結軸１７７にて第四関節部１２４と連結されている。

【0112】

また、第三リンク１１３の付け根は、第三連結軸１７０を介して、第二リンク１１２へと揺動自在に連結されている。また、第三リンク１１３の先端は、第五連結軸１７８を介して第四リンク１１４へと連結されている。

【0113】

なお、第三サーボモータ１６１から第四連結軸１７７に至る一連の駆動系を以下第三駆動ユニットと称することがある。

【0114】

以上の構成により、第三関節部１２３及び第四関節部１２４の折り曲げ動作が実現される。

【0115】

図１４は、第三回転軸１０３及び第四回転軸１０４周りの回転の様子について表す説明図である。図１４（ａ）は、開状態にあるロボットハンド５００を示しており、図１４（ｂ）は、第三関節部１２３及び第四関節部１２４のみが閉状態のロボットハンド５００を示している。

【0116】

続いて、図１５及び図１６を参照しつつ、第三リンク１１３及び第四リンク１１４の揺動原理について説明する。図１５は、第三駆動ユニットの動作原理について示す説明図である。

【0117】

図１５（ａ）から明らかな通り、第一指１が伸展している状態においては、第三ねじ軸１６４は、第二リンク１１２の長手方向と略平行に配置されている。なお、第三ねじ軸１６３には、ボールねじを形成するよう第三ナット部材１７５が取り付けられ、ナット部材１７５には、ボルト１７６を介して第三伝達リンク１６５が連結されている。また、第三ねじ軸１６４を支持する筐体は、第五回転軸１７４を介して回動自在に第二リンク１１２へと連結されている。

【0118】

この状態において、第三サーボモータ１６１が駆動されると、第五平歯車１６２及び第六平歯車１６３が回転し、第三ねじ軸１６４を回転させる。これにより、第三ナット部材１７５が第三ねじ軸に沿って並進運動する。

【0119】

図１５（ｂ）は、第三ねじ軸１６４の回転により、第三ナット部材１７５が所定量移動した状態を表している。同図から明らかな通り、第三ナット部材１７５が移動したことにより、第三伝達リンク１６５を下から押し上げるような動作となる。このとき、第三ねじ軸１６４等は、第六回転軸１７４を中心として回動する。

【0120】

第三伝達リンク１６５は、第三ナット部材１７５によって下から押し上げられると、U字型伝達リンク１７１の一端を上方向に押し上げることとなる。このとき、U字型伝達リンク１７１はその途中において第二連結軸１６９により第二リンク１１２へと軸支されている。従って、U字型伝達リンク１７１の他端は、押し下げられることとなる。この押し下げられたU字型伝達リンク１７１の他端は、第四連結軸１７７により第四リンク１１４へと連結されているので、第四関節部１２４における折り曲げが生じる。

【0121】

また、U字型伝達リンク１７１が第二連結軸１６９を中心として回転すると、第三リンク１１３は、第四リンク１１４に従動するようにして、第三連結軸１７０を中心として揺動する。すなわち、第三関節部１２３における折り曲げが生じる。

【0122】

図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の状態から、さらに第三ナット部材１７５が第三ねじ軸１６４に対して上昇した場合の状態について示している。同図の状態にあっては、第三ナット部材１７５は、第三ねじ軸１６４の上限の位置に配置されている。また、第三伝達リンク１６５はさらに上方に押し上げられると共に、第三ねじ軸１６４等は、第六回転軸１７４を中心として鉛直方向からさらに傾くよう回動している。

【0123】

この伝達リンク１６５の上昇により、U字型伝達リンク１７１の一端はさらに押し上げられ、U字型伝達リンク１７１の他端はさらに押し下げられる。これにより、第四関節部はさらに折り曲げられる。また、これに伴って、第三リンク１１３は、第三連結軸１７０を中心としてさらに揺動する。すなわち、第三関節部１２３における折り曲げが生じる。

【0124】

このように、ボールねじを用いて駆動力を発生させる構成によれば、高い精度と把持力を実現することができる。

【0125】

図１６は、第三駆動ユニットを簡略化して示した模式図である。なお、同図はあくまで原理の説明のための模式図であり、実際のロボットハンド５００を構成する部品の形状等とは必ずしも一致しない点に留意されたい。

【0126】

同図から明らかな通り、第二リンク１１２には第三ねじ軸１６４が軸支されており、第三ナット部材１７５は、この第三ねじ軸１６４に沿って上下に並進運動する。第三ナット部材１７５は第三伝達リンク１６５の下端と連結されており、第三伝達リンク１６５は、第三ナット部材１７５と共に上下運動する。

【0127】

第三伝達リンク１６５の上端は、U字型伝達リンク１７１の一端と回動自在に連結されており、U字型伝達リンク１７１の中央付近は第二リンク１１２に対して揺動可能に軸支されているため、第三伝達リンク１６５の一端が押し上げられると、その他端が押し下げられる。

【0128】

この押し下げに伴なって、第三連結軸１７７と回動可能に連結された第四リンク１１４は手掌側へと折り曲げられる。また、この折り曲げに伴い、第三リンク１１３も第三連結軸１７０を中心に手掌側へと揺動する。

【0129】

このような構成によれば、第三駆動系は第二リンク１１２へと支持されており、また、１つの駆動系により第三関節部１１３及び第四関節部１１４の２つの関節部を駆動させるので、第三リンク１１３及び第四リンク１１４の内部構成を簡略化することができる。これにより、指先を小型化することが出来ると共に、指先にセンサを取り付ける空間等を設けることができる。

【0130】

また、人間の手においても第三関節部１１３及び第四関節部は連動するように折り曲げられることから、自然な折り曲げ動作を実現することができる。すなわち、人間類似の動作を直感的に実現すること等ができるハンド機構等を提供することができる。

【0131】

（１．３ 第一指１以外の指の構成と動作）
次に、図１７及び図１８を参照しつつ、第一指１以外の指、すなわち、第二指６、第三指７及び第四指８の構成と動作について説明する。第二指６、第三指７及び第四指８の構成は、リンク長等を除いて略同一の構成を備えている。そのため、以下では、特に第三指７の構成を例に説明する。

【0132】

図１７は、ロボットハンド５００の第三指７の斜視図である。同図から明らかな通り、第三指は、手掌部９に対して固定される側面略Ｌ字型の支持部品７３７を備えている。

【0133】

このように、支持部品７３７がＬ字型形状を備えていることにより、手掌部９において第一子１を含む他の機構のための空間を設けることができる。

【0134】

支持部品７３７の甲部側には、サーボモータ７３１が配置されている。また、支持部品７３７の上端からは、一リンク７１１、第二リンク７１２及び第三リンク７１３が、それぞれ、第二連結軸７４１、第三連結軸７４８及び第四連結軸７５０を介して連結されている。なお、第二連結軸７４７には、その回転角度を検出するアブソリュートエンコーダ７３８が備えられている。

【0135】

なお、同図にあっては、サーボモータ７３１からの駆動力を伝達するリンクは、手掌部９側をカバーする第一カバー７８１と、甲部側をカバーする第二カバー７８０により保護されている。

【0136】

次に、図１８を参照しつつ、第三指７の動作について説明する。

【0137】

図１８は、第三指７の動作原理について説明するための説明図である。同図から明らかな通り、サーボモータ７３１が駆動されると、その出力軸に取り付けられた小径の平歯車である第一平歯車７３２が回転する。この回転に伴い、第一平歯車７３２と噛合する大径の平歯車である第二平歯車７３３が従動的に回転する。

【0138】

第二平歯車７３３が回転するとその中心と連結されボールねじを構成するねじ軸７４１が回転する。この回転を受けて、略ひしゃく型のナット部材７４２は上下に並進運動する。

【0139】

このように、ボールねじを用いることにより駆動力を発生させる構成によれば、物体把持の際の把持力を確保することができる。

【0140】

一方、支持部品７３７の上端には、その中央を第五連結軸７４６により回動可能に支持されたＶ字型伝達リンク７４５が設けられている。Ｖ字型伝達リンク７４５は、その一端において第七連結軸７４４を介してナット部材７４２へと回転自在に連結され、その他端において第二リンク７１２の付け根と連結されている。

【0141】

この状態において、ナット部材７４２が上昇すると、Ｖ字型伝達リンク７４５のナット部材７４２との連結端が引き上げられることとなる。また、Ｖ字型伝達リンク７４５は第五連結軸７４６の辺りを中心として回転し、逆側の端部、すなわち、Ｖ字型伝達リンク７４５と第二リンク７１２の付け根との連結端が押し下げられることとなる。これにより、第一リンク７１１は前方へと折り曲がる。

【0142】

また、上述の通り、第二リンク７１２は第三連結軸７４８により回動自在に第一リンク７１１に対して軸支されていることから、Ｖ字型伝達リンク７４５により第二連結リンクがその根元において押し下げられると、第二リンクは第三連結軸７４８を中心として揺動する。

【0143】

なお、このとき、サーボモータの下端を支える支持板７３５は、回動自在に支持部品７３７の下端に連結されていることから、ナット部材７４２から受ける反力により回動するよう構成されている。

【0144】

すなわち、以上の構成によれば、一つのサーボモータからの駆動力を利用して、第一関節部７２１と第二関節部７２２を連動させて折り曲げることができる。

【0145】

なお、同図の例にあっては、第二リンク７１２と第三リンク７１３との間は固定されている。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されず、第三関節部７１３もさらに連動するような構成としてもよい。

【0146】

（２．変形例）
上述の実施形態においては、ロボットハンド１５の構成として、手掌部９から人間の手の第二指（示指）に相当する第二指６、人間の手の第三指（中指）に相当する第三指７、及び、人間の手の第四指（薬指）に相当する第四指８が延出するものとしたが、本発明はこのような構成に限定されない。従って、例えば、小指に相当する第五指をさらに備えてもよいし、それ以上の指を備えてもよい。また、それとは逆に、第三指と第四子など、より少ない本数であってもよい。

【0147】

また、ロボットハンド１５の各指の関節数は上述の実施形態に限定されず、上述の関節数よりも多くても少なくてもよい。

【0148】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記の実施形態は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。

【産業上の利用可能性】

【0149】

本発明は、少なくともロボットハンド、ロボット等を製造する産業において利用可能である。

【符号の説明】

【0150】

１ 第一指
６ 第二指
７ 第三指
８ 第四指
９ 手掌部
５００ ロボットハンド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】