知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2024-27614ロボットハンド装置、把持装置、及びロボットハンド装置における関節動作方法
(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】P2024027614
(43)【公開日】2024-03-01
(54)【発明の名称】ロボットハンド装置、把持装置、及びロボットハンド装置における関節動作方法
(51)【国際特許分類】
B25J 15/08 20060101AFI20240222BHJP
【ＦＩ】
B25J15/08 J
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022130543
(22)【出願日】2022-08-18
(71)【出願人】
【識別番号】000227205
【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100134544
【弁理士】
【氏名又は名称】森 隆一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 勇太
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707DS01
3C707ES06
3C707ES07
3C707ET03
3C707EU11
3C707EW04
3C707EW07
(57)【要約】
【課題】この発明は、指節の回転方向を規制することにより、対象物に適した指節の把持動作を実行することが可能なロボットハンド装置、把持装置、およびロボットハンド装置における関節動作方法を提供する。
【解決手段】関節機構２０の指節Ａ～Ｃを屈曲させる屈曲駆動手段２１と、指節Ａ～Ｃの回転箇所に設けられて屈曲駆動手段２１による指節Ａ～Ｃのそれぞれの回転を調整する回転調整機構２２とを具備し、回転調整機構２２は、電圧印加により指節Ａ～Ｃの回転を所定の方向へ規制する規制部材２３を備えることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】関節機構２０の指節Ａ～Ｃを屈曲させる屈曲駆動手段２１と、指節Ａ～Ｃの回転箇所に設けられて屈曲駆動手段２１による指節Ａ～Ｃのそれぞれの回転を調整する回転調整機構２２とを具備し、回転調整機構２２は、電圧印加により指節Ａ～Ｃの回転を所定の方向へ規制する規制部材２３を備えることを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転自在に連結された複数の指節を有し、かつこれら複数の指節により各指パーツを構成するとともに、該指パーツがハンド本体部に対して回転自在に連結された関節機構と、
前記関節機構の指節を屈曲させる屈曲駆動手段と、前記指節の回転箇所に設けられて前記屈曲駆動手段による前記指節のそれぞれの回転を調整する回転調整機構と、を具備し、
前記回転調整機構は、前記指パーツの回転を所定の方向へ規制する規制部材を有する、
ことを特徴とするロボットハンド装置。
前記関節機構の指節を屈曲させる屈曲駆動手段と、前記指節の回転箇所に設けられて前記屈曲駆動手段による前記指節のそれぞれの回転を調整する回転調整機構と、を具備し、
前記回転調整機構は、前記指パーツの回転を所定の方向へ規制する規制部材を有する、
ことを特徴とするロボットハンド装置。
【請求項2】
前記回転調整機構は、複数の前記指節のうち互いに連結された一方と連動して回転する中心ローラと、該中心ローラの周囲を前記指節の他方と連動して回転する衛星ローラと、
該衛星ローラの前記中心ローラの周囲での回転を許容する大径部と回転を規制する小径部とを有する支持穴と、
該支持穴内における前記衛星ローラの位置を操作する操作部材と、
を有する請求項１に記載のロボットハンド装置。
該衛星ローラの前記中心ローラの周囲での回転を許容する大径部と回転を規制する小径部とを有する支持穴と、
該支持穴内における前記衛星ローラの位置を操作する操作部材と、
を有する請求項１に記載のロボットハンド装置。
【請求項3】
前記屈曲駆動手段は、前記関節機構の指節を、基準位置からプラス方向となる側に掌屈させるとともに、該基準位置からマイナス方向となる甲側に背屈させることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド装置。
【請求項4】
前記屈曲駆動手段は前記関節機構の指節を引っ張る／緩めるワイヤからなることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド装置。
【請求項5】
前記ワイヤは指パーツの第１指節に接続されることを特徴とする請求項４に記載のロボットハンド装置。
【請求項6】
請求項３～５のいずれか１項に記載のロボットハンド装置を一対備え、これらのロボットハンド装置は、掌屈方向と背屈方向とを互いに反対方向に向けて配置された、
把持装置。
把持装置。
【請求項7】
前記ロボットハンド装置は、前記回転を規制する向きが互いに反対方向へ向けられた、
請求項６に記載の把持装置。
請求項６に記載の把持装置。
【請求項8】
回転自在に連結された複数の指節を有しかつこれら複数の指節により各指パーツを構成するとともに、これら指パーツがハンド本体部に対しても回転自在に連結された関節機構を具備するロボットハンド装置において、前記関節機構の指節を屈曲させる屈曲駆動段階と、前記屈曲駆動段階による前記指節のそれぞれの回転を所定の方向へ規制する回転方向規制段階と、を有することを特徴とするロボットハンド装置における関節動作方法。
【請求項9】
前記ロボットハンド装置を互いに向かい合わせに配置し、互いに回転範囲の規制方向を反対の向きにして前記指節を屈曲させる、請求項８に記載のロボットハンド装置における関節動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、人の指に近似した動作を行う指節を対象物の形状、状態に応じて段階的に屈曲させることができるロボットハンド装置、把持装置、及びロボットハンド装置における関節動作方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的な５指ロボットハンドでは、人間と同じ動作が実行できるよう、多関節型のロボットアームへ取り付けて一体化した環境で動作させることが多い。
そして、このようなロボットハンドでは、把持しようとする対象物の形状（平面、曲面、角形、丸形等）、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に応じて、指節を適切に屈曲させる必要がある。
そして、このようなロボットハンドでは、把持しようとする対象物の形状（平面、曲面、角形、丸形等）、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に応じて、指節を適切に屈曲させる必要がある。
【0003】
この種のロボットに関連する技術として、特許文献１及び２に記載の技術が開示されている。
特許文献１に示されるロボットハンドは、指節部が複数のループ状の弾性を有する線材を所定間隔で配列してなる線材群によりその外形が形成される指部と、関節部を駆動するためのモータ（例えば、サーボモータやステッピングモータ、モータと歯車の組合せ等）と、線材群の先端周辺に設置されて対象物に接した際の負荷を検出する変位センサと、を有する。
そして、このロボットハンドの制御部では、変位センサで検出された線材群の先端周辺の負荷に応じて、モータによる当該指節の屈曲動作を行わせる。
特許文献１に示されるロボットハンドは、指節部が複数のループ状の弾性を有する線材を所定間隔で配列してなる線材群によりその外形が形成される指部と、関節部を駆動するためのモータ（例えば、サーボモータやステッピングモータ、モータと歯車の組合せ等）と、線材群の先端周辺に設置されて対象物に接した際の負荷を検出する変位センサと、を有する。
そして、このロボットハンドの制御部では、変位センサで検出された線材群の先端周辺の負荷に応じて、モータによる当該指節の屈曲動作を行わせる。
【0004】
特許文献２に示されるロボットハンドでは、指把持対象物を把持した際に把持力が作用する指体部分に設けられた弾性部と、関節毎に設けられて該関節が屈曲した際の反力を受けるのを感知する触覚センサとが具備される。
そして、このロボットハンドでは、指体における関節毎の複数のモータを指根本側から順番に通電することにより、該指体の関節を順番に屈曲させる。
その際、このロボットハンドでは、指体を根本側の関節から順番に屈曲させて、把持対象物を包み込むように把持するため、当該動作によって当該把持対象物に局部的な強い刺激が加わることを防止するとともに、ソフトで確実な把持動作を行うことができる。
そして、このロボットハンドでは、指体における関節毎の複数のモータを指根本側から順番に通電することにより、該指体の関節を順番に屈曲させる。
その際、このロボットハンドでは、指体を根本側の関節から順番に屈曲させて、把持対象物を包み込むように把持するため、当該動作によって当該把持対象物に局部的な強い刺激が加わることを防止するとともに、ソフトで確実な把持動作を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－１６００２２号公報
【特許文献2】特開２０１８－００１３５９号公報
【特許文献3】特開２００５－０４６９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献１及び２に示されるロボットハンドでは、モータの駆動制御により指節／関節の屈曲を行わせるようにしているが、指節／関節の可動順序、屈曲程度など細かい制御が難しく、さまざまな形状の対象物に最適な方向から指を向けて把持することが難しいという問題がある。
また特許文献３には、動力伝達系にトルクリミッタを設ける構成が開示されているが、トルクリミッタの使用は、単に過剰なトルクの伝達を防止して対象物の損傷を防止するに留まり、前述のような、対象物の形状（平面、曲面、角形、丸形等）、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に応じて、指節を適切に屈曲させる目的の達成に十分な機構たり得るものではない。
また特許文献３には、動力伝達系にトルクリミッタを設ける構成が開示されているが、トルクリミッタの使用は、単に過剰なトルクの伝達を防止して対象物の損傷を防止するに留まり、前述のような、対象物の形状（平面、曲面、角形、丸形等）、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に応じて、指節を適切に屈曲させる目的の達成に十分な機構たり得るものではない。
【0007】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、対象物に適した指節の把持動作を実行することが可能なロボットハンド装置及びロボットハンド動作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１態様に示すロボットハンド装置では、回転自在に連結された複数の指節を有し、かつこれら複数の指節により各指パーツを構成するとともに、該指パーツがハンド本体部に対して回転自在に連結された関節機構と、前記関節機構の指節を屈曲させる屈曲駆動手段と、前記指節の回転箇所に設けられて前記屈曲駆動手段による前記指節のそれぞれの回転を調整する回転調整機構と、を具備し、前記回転調整機構は、前記指パーツの回転を所定の方向へ規制する規制部材を有することを特徴とする。
本発明の第１態様に示すロボットハンド装置では、回転自在に連結された複数の指節を有し、かつこれら複数の指節により各指パーツを構成するとともに、該指パーツがハンド本体部に対して回転自在に連結された関節機構と、前記関節機構の指節を屈曲させる屈曲駆動手段と、前記指節の回転箇所に設けられて前記屈曲駆動手段による前記指節のそれぞれの回転を調整する回転調整機構と、を具備し、前記回転調整機構は、前記指パーツの回転を所定の方向へ規制する規制部材を有することを特徴とする。
【0009】
本発明の第２態様に示す関節動作方法では、回転自在に連結された複数の指節を有しかつこれら複数の指節により各指パーツを構成するとともに、これら指パーツがハンド本体部に対しても回転自在に連結された関節機構を具備するロボットハンド装置において、前記関節機構の指節を屈曲させる屈曲駆動段階と、前記屈曲駆動段階による前記指節の回転を所定の方向へ規制する回転方向規制段階と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、指節の回転箇所においてその回転方向を規制することにより、対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に適した指節の細かい把持動作を実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係るロボットハンド装置の最小構成を示す側面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るロボットハンド装置の全体の外観を示す斜視図である。
【図3】一実施形態に係るロボットハンド装置の一の指の構成を示す側面図である。 実施形態に係るロボットハンド装置の指パーツを示す概略構成図である。
【図7】一実施形態に係るロボットハンド装置の縦断面図である。
【図8】一実施形態に係るロボットハンド装置の回転調整機構の軸を含む断面図であって、（a）は操作部材が引っ込んだ回転規制状態、（ｂ）は通電により操作部材が突出した回転可能状態を示すものである。
【図9】一実施形態におけるロボットハンド装置の軸と直交する断面を示し、（a）は回転状態、（ｂ）は回転規制状態、（ｃ）は規制解除状態を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明に係るロボットハンド装置１００の最小構成例について、図１を参照して説明する。
ロボットハンド装置１００は、回転自在に連結された複数の指節Ａ、Ｂ、Ｃを有し、かつこれら複数の指節Ａ、Ｂ、Ｃにより、人の手のいずれかの指に相当する指パーツ１０を構成するとともに、該指パーツ１０がハンド本体部に対して回転自在に連結された関節機構２０と、前記関節機構２０の指節Ａ、Ｂ，Ｃを屈曲させる屈曲駆動手段２１と、前記指節の回転箇所に設けられて前記屈曲駆動手段２１による前記指節Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの回転を調整する回転調整機構２２とを具備し、前記回転調整機構２２は、前記指パーツ１０の回転を所定の方向へ規制する規制部材２３を有することを特徴とする。
ロボットハンド装置１００は、回転自在に連結された複数の指節Ａ、Ｂ、Ｃを有し、かつこれら複数の指節Ａ、Ｂ、Ｃにより、人の手のいずれかの指に相当する指パーツ１０を構成するとともに、該指パーツ１０がハンド本体部に対して回転自在に連結された関節機構２０と、前記関節機構２０の指節Ａ、Ｂ，Ｃを屈曲させる屈曲駆動手段２１と、前記指節の回転箇所に設けられて前記屈曲駆動手段２１による前記指節Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの回転を調整する回転調整機構２２とを具備し、前記回転調整機構２２は、前記指パーツ１０の回転を所定の方向へ規制する規制部材２３を有することを特徴とする。
【0013】
上記のように構成されたロボットハンド装置によれば、前記屈曲駆動手段２１によって指節Ａ，Ｂ，Ｃを駆動するに際し、前記回転調整機構２２によって前記指節Ａ、Ｂ，Ｃのいずれかの回転を一方向に規制することにより、指節Ａ、Ｂ、Ｃの相互の回転を規制することができる。この回転の規制により、これらの相対角度を所定の規制の下に制限し、指節Ａ、Ｂ、Ｃの相互角度を対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に適した状態に調整しながら把持することができる。
【0014】
また本発明の最小構成例にかかる関節動作方法は、回転自在に連結された複数の指節Ａ、Ｂ、Ｃを有しかつこれら複数の指節Ａ、Ｂ、Ｃにより各指パーツ１０を構成するとともに、これら指パーツ１０がハンド本体部に対しても回転自在に連結された関節機構２０を具備するロボットハンド装置１００において、前記関節機構２０の指節Ａ、Ｂ、Ｃを屈曲させる屈曲駆動段階と、前記屈曲駆動段階による前記指節Ａ、Ｂ、Ｃの回転を所定の方向へ規制する回転方向規制段階とを有することを特徴とする。
【0015】
上記のように構成された関節動作方法によれば、屈曲駆動段階において前記指節Ａ、Ｂ、Ｃを駆動するに際し、前記回転方向規制段階によって前記指節Ａ、Ｂ、Ｃの相互の回転を規制することができる。この回転の規制により、これらの相対角度を制限することにより、指節Ａ、Ｂ、Ｃの相互角度を対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に適した状態に調整しながら把持することができる。
【0016】
（実施形態）
本発明の一実施形態に係るロボットハンド装置１００について図２～図１０を参照して説明する。
まず、ロボットハンド装置の全体構成について、図２を参照して説明する。
このロボットハンド装置１００は、関節機構５０、屈曲駆動手段５１及び回転調整機構５２を主な構成要素とする。
関節機構５０は、指節回転軸（ｍ１，ｍ２及びｍ３）を介して回転自在に連結された複数の指節（第１節～第３節）ａ～ｃ及び指節ｄ，ｅ（第１節および第２節）を有し、かつこれら複数の指節ａ～ｃ及び指節ｄ，ｅにより複数本の各指パーツ１１～１５（図面では５本であるが、ロボットハンドの機能に応じて適宜本数や指節の数を変更しても良い）を構成する。
また、この関節機構５０では、これら５本の指パーツ１１～１５がハンド本体部６１に対して回転支持軸（ｎ１及びｎ２、ｎ３）を介して回転自在に連結された構成とされる。
屈曲駆動手段５１は、関節機構５０の指節ａ～ｅを、基準位置から屈曲させるためのものであって、例えばモータと、該モータにより回転するプーリに巻き掛けられて引っ張り力を伝達するワイヤなどにより構成されている。
本発明の一実施形態に係るロボットハンド装置１００について図２～図１０を参照して説明する。
まず、ロボットハンド装置の全体構成について、図２を参照して説明する。
このロボットハンド装置１００は、関節機構５０、屈曲駆動手段５１及び回転調整機構５２を主な構成要素とする。
関節機構５０は、指節回転軸（ｍ１，ｍ２及びｍ３）を介して回転自在に連結された複数の指節（第１節～第３節）ａ～ｃ及び指節ｄ，ｅ（第１節および第２節）を有し、かつこれら複数の指節ａ～ｃ及び指節ｄ，ｅにより複数本の各指パーツ１１～１５（図面では５本であるが、ロボットハンドの機能に応じて適宜本数や指節の数を変更しても良い）を構成する。
また、この関節機構５０では、これら５本の指パーツ１１～１５がハンド本体部６１に対して回転支持軸（ｎ１及びｎ２、ｎ３）を介して回転自在に連結された構成とされる。
屈曲駆動手段５１は、関節機構５０の指節ａ～ｅを、基準位置から屈曲させるためのものであって、例えばモータと、該モータにより回転するプーリに巻き掛けられて引っ張り力を伝達するワイヤなどにより構成されている。
【0017】
図２に概要を示した前記関節機構５０の指パーツ１１～１５の一つ（例えば指パーツ１１）を例として、図３を参照してその内部構造を説明する。
指パーツ１１は、複数の指節（図２の符号ａ、ｂ、ｃに対応し、基端側の第３節６２から、順に、第２節６３、第１節６４と符号を付す）を指節回転軸（基端側の第３関節６５から、順に、第２関節６６、第１関節６７の符号を付す）を介して回転自在に連結した構成を有する。
なお、指パーツ１１において、指節回転軸ｍ１は「第１関節」、指節回転軸ｍ２は「第２関節」、及び回転支持軸ｎ１は「第３関節」に相当する。
具体的には、前記指パーツ１１～１５における関節機構５０では、３つの指節６２～６４の指節回転軸ｍ１、ｍ２及び回転支持軸ｎ１が、互いに平行又はほぼ平行な位置関係に配置されている。
指パーツ１１は、複数の指節（図２の符号ａ、ｂ、ｃに対応し、基端側の第３節６２から、順に、第２節６３、第１節６４と符号を付す）を指節回転軸（基端側の第３関節６５から、順に、第２関節６６、第１関節６７の符号を付す）を介して回転自在に連結した構成を有する。
なお、指パーツ１１において、指節回転軸ｍ１は「第１関節」、指節回転軸ｍ２は「第２関節」、及び回転支持軸ｎ１は「第３関節」に相当する。
具体的には、前記指パーツ１１～１５における関節機構５０では、３つの指節６２～６４の指節回転軸ｍ１、ｍ２及び回転支持軸ｎ１が、互いに平行又はほぼ平行な位置関係に配置されている。
【0018】
回転調整機構５２は、指節６２、６３、６４の回転箇所である第１、第２、第３関節６５～６７に設けられ、屈曲駆動手段５１による第１節～第３節６２～６４のそれぞれの回転を調整するものであって、一実施形態では、後述する操作部を通電あるいは非通電とすることにより、第１節～第３節６２～６４の回転を一方向へ規制する。
【0019】
前記屈曲駆動手段５１は、関節機構５０の指節（第１節～第３節）６２～６４を、基準位置からプラス方向（矢印Ｘ方向）となる平側に掌屈駆動させ、又は該基準位置からマイナス方向（矢印Ｘ方向）となる甲側にも背屈駆動させるためのものであって、例えば、電動モータ等のアクチュエータ６９により駆動される屈曲駆動手段としてのワイヤ５１により構成されている。また、各指パーツ１１のワイヤ５１は、手や手首や腕を構成する構造体の任意の部位に設置された前記アクチュエータ６９により牽引又は引出される。
このワイヤ５１は、指パーツ１１毎に設置され、かつ各指パーツ１１の先端に位置する第１節６４に２本ずつ連結されて、いずれか一方を引き他方を追従させる操作により、該指パーツ１１を矢印Ｘ方向またはＹ方向へ回転させる。
また、各指パーツ１１のワイヤ５１は、各指パーツ１１に曲げ力（関節廻りのモーメント）を作用させるために、指節回転軸（ｍ１、ｍ２）及び回転支持軸（ｎ１）の回転中心からやや平側／甲側にずれた位置に設置されている。
このワイヤ５１は、指パーツ１１毎に設置され、かつ各指パーツ１１の先端に位置する第１節６４に２本ずつ連結されて、いずれか一方を引き他方を追従させる操作により、該指パーツ１１を矢印Ｘ方向またはＹ方向へ回転させる。
また、各指パーツ１１のワイヤ５１は、各指パーツ１１に曲げ力（関節廻りのモーメント）を作用させるために、指節回転軸（ｍ１、ｍ２）及び回転支持軸（ｎ１）の回転中心からやや平側／甲側にずれた位置に設置されている。
【0020】
前記指節６２～６４の回転方向を調整する回転調整機構５２の構成の詳細について、図７～図１０を参照して説明する。なお以下の説明にあっては、指節Ａ、Ｂ、Ｃ、の内、代表例として第１関節６７の構造を主体に説明する。
前記第１関節６７は、これと一体に回転する中心ローラ７２を備え、該中心ローラ７２の周囲には、衛星ローラ７３が相互に円周方向へ１８０度の間隔を置いて、保持ローラ７４により自転および公転を自在に支持されて配置されている。同様に、第２関節６６は、これと一体に回転する中心ローラ７１を備えるが、第１関節６７と同一構成なので詳細な説明を省略する。
前記第１関節６７は、これと一体に回転する中心ローラ７２を備え、該中心ローラ７２の周囲には、衛星ローラ７３が相互に円周方向へ１８０度の間隔を置いて、保持ローラ７４により自転および公転を自在に支持されて配置されている。同様に、第２関節６６は、これと一体に回転する中心ローラ７１を備えるが、第１関節６７と同一構成なので詳細な説明を省略する。
【0021】
前記保持ローラ７４は、図１０に示すように、衛星ローラ７３を回転可能に収容する支持穴７５を有する。この支持穴７５は、前記衛星ローラ７３の外径より僅かに大きな内径を有して衛星ローラ７３の回転を許容する大径部と、前記衛星ローラ７３の外径より僅かに小さな内径を有して衛星ローラ７３の回転を規制する小径部とを有するタマゴ形の断面形状を有する。また支持穴７５は、前記小径部を時計回りの前方側へ向けて、かつ、回転方向へ１８０度（半回転に相当する角度）の間隔をおいて二個所に形成されている。また前記支持穴７５の小径部には、図１０（ａ）に示す突出状態、あるいは、図１０（ｂ）に示す引っ込み状態となるように、該支持穴７５内に出没することによって衛星ローラ７３を移動させる操作部材７６が設けられる。
該操作部材７６は、例えば電磁力によってプランジャを往復動させるソレノイド等のアクチュエータであって、図８に示すように、スイッチＳＷを介して電源ＤＣに接続されている。この操作部材７６は、スイッチＳＷを開閉することにより、図８（ａ）に示す非通電状態から図８（ｂ）に示す通電状態に切り替え操作され、前記操作部材７６を前記支持穴７５内に突出させることによって、前記衛星ローラ７３を前記支持穴７５内で小径部から大径部へ向かって移動させるよう構成されている。
該操作部材７６は、例えば電磁力によってプランジャを往復動させるソレノイド等のアクチュエータであって、図８に示すように、スイッチＳＷを介して電源ＤＣに接続されている。この操作部材７６は、スイッチＳＷを開閉することにより、図８（ａ）に示す非通電状態から図８（ｂ）に示す通電状態に切り替え操作され、前記操作部材７６を前記支持穴７５内に突出させることによって、前記衛星ローラ７３を前記支持穴７５内で小径部から大径部へ向かって移動させるよう構成されている。
【0022】
上記構成の一実施形態にかかるロボットハンド装置の作用をその動作とともに説明する。
まず、一実施形態の動作を可能とする回転調整機構（トルクリミッタ）５２の動作について、図９、１０を参照して説明する。
ここで、操作部材７６は、通電状態では、図１０（ａ）に示すように突出することで、衛星ローラ７３を支持穴７５の小径側から大径側へ移動させることにより回転が可能となるよう操作することができ、また、非通電状態では、図１０（ｂ）に示すように支持穴７５から引っ込むことで、支持穴７５内の大径側にあった衛星ローラ７３が小径側へ移動することを許容して回転を規制するよう操作することができる。
図９（ａ）に示すように、中心ローラ７２が反時計回り（矢印Ｘ方向）、保持ローラ７４が時計回り（矢印Ｙ方向）へ回転しようとすると、衛星ローラ７３が支持穴７５の大径部分へ移動するため、時計回りに自転しながら、中心ローラ７２の回りを相対的に公転することができる。ここで、操作部材７６は非通電状態であって、支持穴７５から退いた位置に配置されている。
まず、一実施形態の動作を可能とする回転調整機構（トルクリミッタ）５２の動作について、図９、１０を参照して説明する。
ここで、操作部材７６は、通電状態では、図１０（ａ）に示すように突出することで、衛星ローラ７３を支持穴７５の小径側から大径側へ移動させることにより回転が可能となるよう操作することができ、また、非通電状態では、図１０（ｂ）に示すように支持穴７５から引っ込むことで、支持穴７５内の大径側にあった衛星ローラ７３が小径側へ移動することを許容して回転を規制するよう操作することができる。
図９（ａ）に示すように、中心ローラ７２が反時計回り（矢印Ｘ方向）、保持ローラ７４が時計回り（矢印Ｙ方向）へ回転しようとすると、衛星ローラ７３が支持穴７５の大径部分へ移動するため、時計回りに自転しながら、中心ローラ７２の回りを相対的に公転することができる。ここで、操作部材７６は非通電状態であって、支持穴７５から退いた位置に配置されている。
【0023】
これに対して、図９（ｂ）に示すように、中心ローラ７２が時計回り（矢印Ｙ方向）、保持ローラ７４が反時計回り（矢印Ｘ方向）に回転しようとすると、衛星ローラ７３が支持穴７５の小径部分へ移動して支持穴７５の内面との接触により自転が規制され、中心ローラ７２の回りの相対的な公転も規制される。なお衛星ローラ７３の自転は規制されるが、転がる場合に比して非常に大きなトルクがかかった場合に中心ローラ７２の表面を滑ることが可能であるから、反時計回りの公転が完全に規制される訳ではない。
【0024】
また、図９（ｃ）に示すように、操作部材７６を構成するソレノイド等のアクチュエータを通電して操作部材７６を支持穴７５内に突出させると、衛星ローラ７３が支持穴７５の大径側へ押されることから、衛星ローラ７３の自転が可能となり、図９（ｃ）に示すように、中心ローラ７２の反時計回り（矢印Ｘ方向）、保持ローラ７４の時計回り（矢印Ｙ方向）への相対回転が可能な状態となる。
図９（ｃ）に示す状態から、図９（ａ）に示すように、操作部材７５を引っ込んだ状態に戻すと、衛星ローラ７３が小径側へ移動することが可能となり、図９（ｂ）に示すように、中心ローラ７２の時計回り（図中Ｙ方向）への回転と保持ローラ７４の反時計回り（図中Ｘ方向）への回転との規制が可能な状態となる。
図９（ｃ）に示す状態から、図９（ａ）に示すように、操作部材７５を引っ込んだ状態に戻すと、衛星ローラ７３が小径側へ移動することが可能となり、図９（ｂ）に示すように、中心ローラ７２の時計回り（図中Ｙ方向）への回転と保持ローラ７４の反時計回り（図中Ｘ方向）への回転との規制が可能な状態となる。
【0025】
前記回転調整機構５２の作用に基づくロボットハンド装置１００の動作を説明する。
図４（ａ）は、対象物７０を挟んで一対のロボットハンド装置１００を配置した場合の指パーツ１１、１１’を側面視した状態を示し、上下の指パーツ１１、１１’は、いずれも第１節～第３節６２～６４が直線状をなして、対象物７０を挟む準備状態となっている。
上下の指パーツ１１、１１’の屈曲駆動手段５１を図４（ｂ）の矢印方向へ引っ張るように作動させると、指パーツ１１、１１’が手の平側への掌屈方向へ屈曲し、第１節６４の先端が対象物７０を挟み込む。
対象物７０を保持する力をより大きくすべく、上側の指パーツ１１の屈曲駆動手段５１をより引っ張ると、上側の指パーツ１１の第１節６４がより屈曲する。この上側の指パーツ１１の力を受ける下側の指パーツ１１’は、第１～第３関節６５～６７が備える回転調整機構５２の作用により、手の甲側への背屈方向への回転が規制されるため、図４（ｂ）に示す屈曲角度（図示例の場合、３０度）で維持される。
図４（ａ）は、対象物７０を挟んで一対のロボットハンド装置１００を配置した場合の指パーツ１１、１１’を側面視した状態を示し、上下の指パーツ１１、１１’は、いずれも第１節～第３節６２～６４が直線状をなして、対象物７０を挟む準備状態となっている。
上下の指パーツ１１、１１’の屈曲駆動手段５１を図４（ｂ）の矢印方向へ引っ張るように作動させると、指パーツ１１、１１’が手の平側への掌屈方向へ屈曲し、第１節６４の先端が対象物７０を挟み込む。
対象物７０を保持する力をより大きくすべく、上側の指パーツ１１の屈曲駆動手段５１をより引っ張ると、上側の指パーツ１１の第１節６４がより屈曲する。この上側の指パーツ１１の力を受ける下側の指パーツ１１’は、第１～第３関節６５～６７が備える回転調整機構５２の作用により、手の甲側への背屈方向への回転が規制されるため、図４（ｂ）に示す屈曲角度（図示例の場合、３０度）で維持される。
【0026】
これに対して、回転調整機構５２による回転規制を行わない場合は、図４（ｃ）に示すような屈曲状態となる。
すなわち、上側の指パーツ１１の屈曲駆動手段５１を図４（ｂ）の状態からさらに引っ張ると、上側の指パーツ１１の第１節６４がより屈曲する（４５度に達する）にもかかわらず、第２節６３が背屈により直線に近い角度へ伸展（１５度まで延びる）するため、第１節６４の先端から対象物７０へ伝わる力を大きくすることができず、屈曲駆動手段５１の動作にもかかわらず、指パーツ１１，１１’の間の対象物７０へ作用する把持力を大きくすることができない。
すなわち、上側の指パーツ１１の屈曲駆動手段５１を図４（ｂ）の状態からさらに引っ張ると、上側の指パーツ１１の第１節６４がより屈曲する（４５度に達する）にもかかわらず、第２節６３が背屈により直線に近い角度へ伸展（１５度まで延びる）するため、第１節６４の先端から対象物７０へ伝わる力を大きくすることができず、屈曲駆動手段５１の動作にもかかわらず、指パーツ１１，１１’の間の対象物７０へ作用する把持力を大きくすることができない。
【0027】
一実施形態にあっては、回転調整機構５２によって指パーツ１１、１１’が背屈方向へ戻る動きを規制することにより、指パーツ１１の先端の第１節６４から対象物７０へ十分な把持力を作用させて指パーツ１１、１１’の間に対象物７０を確実に保持することができる。
なお図４（ａ）（ｂ）（ｃ）にあっては、指パーツ１１の動作を例として説明したが、他の指パーツ１２、１３、１４、１５については、対象物７０の形状や、アプローチする方向に応じて、指パーツ１１に近似した動作、あるいは、当該指パーツの位置に応じて指パーツ１１とは異なる動作が行われる。
なお図４（ａ）（ｂ）（ｃ）にあっては、指パーツ１１の動作を例として説明したが、他の指パーツ１２、１３、１４、１５については、対象物７０の形状や、アプローチする方向に応じて、指パーツ１１に近似した動作、あるいは、当該指パーツの位置に応じて指パーツ１１とは異なる動作が行われる。
【0028】
一実施形態にかかるロボットハンド装置１００により、対象物７０を包み込むように握る場合の動作について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、第３関節６５が対象物７０の上方となる位置に指パーツ１１を配置する。屈曲駆動手段５１により第１節６４の先端を掌屈方向へ引っ張ると、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、回転調整機構５２による掌屈方向への回転は自在であるため、第２節６３、第３節６２が図５（ｂ）（ｃ）に示すように、順次曲がり、最終的に、図５（ｄ）に示すように、対象物７０を包み込む状態（人の手指により掴んだ状態に近似した把持状態）で対象物７０を把持することができる。
図５（ａ）に示すように、第３関節６５が対象物７０の上方となる位置に指パーツ１１を配置する。屈曲駆動手段５１により第１節６４の先端を掌屈方向へ引っ張ると、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、回転調整機構５２による掌屈方向への回転は自在であるため、第２節６３、第３節６２が図５（ｂ）（ｃ）に示すように、順次曲がり、最終的に、図５（ｄ）に示すように、対象物７０を包み込む状態（人の手指により掴んだ状態に近似した把持状態）で対象物７０を把持することができる。
【0029】
なお、回転調整機構５２によって背屈方向への回転が規制されていることから、図５（ｄ）に示す把持状態が維持されるが、図９、１０に示す操作部材７６を通電して衛星ローラ７３を支持穴７５の大径部分へ押し出すことにより、回転調整機構５２による背屈方向への回転の規制が解除されるので、指パーツ１１による把持を解除することが可能になる。この解除に伴い、屈曲駆動手段５１により第１節６４を反対方向へ引っ張ることにより、対象物７０を把持状態から解放することができる。
【0030】
一実施形態にかかるロボットハンド装置１００により、対象物７０を上下から挟んで保持する場合の動作について、図６を参照して説明する。
図６（ａ）示すように、上下の指パーツ１１、１１’は、いずれも第１節～第３節６２～６４が直線状をなして、対象物７０を挟む準備状態、すなわち、対象物７０に対して十分な間隔をおいて上下に配置されている。
上下の指パーツ１１、１１’の屈曲駆動手段５１を図６（ｂ）の矢印方向へ引っ張るように作動させると、指パーツ１１、１１’が手の平側への掌屈方向へ屈曲し、上下の指パーツ１１、１１’の第１節６４の先端が対象物７０に接近し、これを挟み込む。
対象物７０を保持する力をより大きくすべく、上側の指パーツ１１の屈曲駆動手段５１をより引っ張ると、上側の指パーツ１１の第１節６４がより屈曲する。この上側の指パーツ１１の力を受ける下側の指パーツ１１’は、第１～第３関節６５～６７が備える回転調整機構５２の作用により、手の甲側への背屈方向への回転が規制されるため、図６（ｂ）に示す屈曲角度で維持される。
図６（ａ）示すように、上下の指パーツ１１、１１’は、いずれも第１節～第３節６２～６４が直線状をなして、対象物７０を挟む準備状態、すなわち、対象物７０に対して十分な間隔をおいて上下に配置されている。
上下の指パーツ１１、１１’の屈曲駆動手段５１を図６（ｂ）の矢印方向へ引っ張るように作動させると、指パーツ１１、１１’が手の平側への掌屈方向へ屈曲し、上下の指パーツ１１、１１’の第１節６４の先端が対象物７０に接近し、これを挟み込む。
対象物７０を保持する力をより大きくすべく、上側の指パーツ１１の屈曲駆動手段５１をより引っ張ると、上側の指パーツ１１の第１節６４がより屈曲する。この上側の指パーツ１１の力を受ける下側の指パーツ１１’は、第１～第３関節６５～６７が備える回転調整機構５２の作用により、手の甲側への背屈方向への回転が規制されるため、図６（ｂ）に示す屈曲角度で維持される。
【0031】
上側の指パーツ１１の屈曲駆動手段５１を図６（ｂ）の状態からさらに引っ張ると、図６（ｃ）に示すように、上側の指パーツ１１の第１節６４がさらに屈曲する（図示例では４５度）にもかかわらず、下側の指パーツ１１’の背屈方向への回転が規制されて、その角度が維持され、したがって、対象物７０を上下方向へ圧縮しながら、上下の指パーツ１１、１１‘の間に保持することができる。
【0032】
以上説明した本実施形態に係るロボットハンド装置１００によれば、関節機構２０の指節Ａ～Ｃを屈曲させる屈曲駆動手段５１とは別に、指節Ａ～Ｃの回転箇所に、回転方向を個々に一方向に制限するよう調整して、当該指節Ａ～Ｃのそれぞれの回転を調整する回転調整機構５２を設けるようにした。
すなわち、本実施形態のロボットハンド装置１００では、指節Ａ～Ｃの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する専用の回転調整機構５２を設けることで、対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に適した指節Ａ～Ｃの細かい把持動作を実行することが可能となる。
すなわち、本実施形態のロボットハンド装置１００では、指節Ａ～Ｃの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する専用の回転調整機構５２を設けることで、対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に適した指節Ａ～Ｃの細かい把持動作を実行することが可能となる。
【0033】
なお、前記一実施形態では、回転調整機構によって指節の相対回転を一方向へ規制する構成としたが、対象物の形状に応じて、一の指パーツを構成する複数の指節の一部のみの回転を規制し、あるいは、複数本の指パーツの一部のみの回転を規制するよう、回転調整機構の操作部材の通電、遮断を設定しても良い。
また、屈曲駆動手段から指節に到る動力伝達系の一部に、所定以上の駆動力が伝わろうとするとスリップするいわゆる滑りクラッチ等の機構を採用して、指パーツ、あるいはこれを構成する指節の破損を防止するようにしても良い。
また、屈曲駆動手段から指節に到る動力伝達系の一部に、所定以上の駆動力が伝わろうとするとスリップするいわゆる滑りクラッチ等の機構を採用して、指パーツ、あるいはこれを構成する指節の破損を防止するようにしても良い。
【0034】
なお、本発明は、屈伸動作を行う装置について、全般へ適用・応用が可能である。
また、本発明は「手」に着目したが、屈伸動作を考えた際、肘や膝、足などへ置き換えることができ、さらに人間の体の構造を模範としている機械へも適用可能である。
また、医療器具として義手や義足は、人間の各部位の動作を再現する装置であり第二の手足の役割をする。この分野にも本発明の技術が適用可能である。
また、本発明は「手」に着目したが、屈伸動作を考えた際、肘や膝、足などへ置き換えることができ、さらに人間の体の構造を模範としている機械へも適用可能である。
また、医療器具として義手や義足は、人間の各部位の動作を再現する装置であり第二の手足の役割をする。この分野にも本発明の技術が適用可能である。
【0035】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明は、５指を構成している指節を対象物の形状（平面、曲面、角形、丸形等）、状態（硬い、柔らかい、脆い、指先で摘まむ等）に応じて段階的に屈曲させることができる人型のロボットハンド装置及びロボットハンド動作方法に関する。
【符号の説明】
【0037】
１０、１１、１１’、１２、１３、１ ４、１５ 指パーツ
２０ 関節機構
２１ 屈曲駆動手段
２２ 回転調整機構
２３ 規制部材
５０ 関節機構
５１ 屈曲駆動手段
５２ 回転調整機構
６１ ハンド本体部
６２ 第３節（指節）
６３ 第２節（指節）
６４ 第１節（指節）
６５ 第３関節
６６ 第２関節
６７ 第１関節
６９ アクチュエータ
７０ 対象物
７１、７２ 中心ローラ
７３ 衛星ローラ
７４ 保持ローラ
７５ 支持穴
７６ 操作部材
１００ ロボットハンド装置
Ａ、Ｂ、Ｃ 指節
ＳＷ スイッチ
ＤＣ 電源
ａ 指節
ｂ 指節
ｃ 指節
ｄ 指節
ｅ 指節
Ａ 指節
Ｂ 指節
Ｃ 指節
ｍ１ 指節回転軸
ｍ２ 指節回転軸
ｍ３ 指節回転軸
ｎ１ 回転支持軸
ｎ２ 回転支持軸
ｎ３ 回転支持軸
２０ 関節機構
２１ 屈曲駆動手段
２２ 回転調整機構
２３ 規制部材
５０ 関節機構
５１ 屈曲駆動手段
５２ 回転調整機構
６１ ハンド本体部
６２ 第３節（指節）
６３ 第２節（指節）
６４ 第１節（指節）
６５ 第３関節
６６ 第２関節
６７ 第１関節
６９ アクチュエータ
７０ 対象物
７１、７２ 中心ローラ
７３ 衛星ローラ
７４ 保持ローラ
７５ 支持穴
７６ 操作部材
１００ ロボットハンド装置
Ａ、Ｂ、Ｃ 指節
ＳＷ スイッチ
ＤＣ 電源
ａ 指節
ｂ 指節
ｃ 指節
ｄ 指節
ｅ 指節
Ａ 指節
Ｂ 指節
Ｃ 指節
ｍ１ 指節回転軸
ｍ２ 指節回転軸
ｍ３ 指節回転軸
ｎ１ 回転支持軸
ｎ２ 回転支持軸
ｎ３ 回転支持軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】