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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2026-03-09
(45)【発行日】2026-03-17
(54)【発明の名称】ロボットハンド装置
(51)【国際特許分類】
B25J 15/08 20060101AFI20260310BHJP
B25J 13/08 20060101ALI20260310BHJP
【ＦＩ】
B25J15/08 J
B25J13/08 Z
B25J15/08 W
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022022089
(22)【出願日】2022-02-16
(65)【公開番号】P2023119278
(43)【公開日】2023-08-28
【審査請求日】2025-01-10
(73)【特許権者】
【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】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100181135
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 隆史
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 勇太
【審査官】樋口 幸太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０２５５５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１６７０３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－８３０２０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｊ １５／０８
(57)【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範囲を調整する回転範囲調整手段と、を具備し、
前記回転範囲調整手段は、電圧印加により前記指節の回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構からなり、
前記可変負荷機構は、一方側の指節に接続されたシャフトと、該シャフトに固定されたコイルと、該シャフトの外周に該シャフトの軸線に沿って移動自在に設けられた磁性体と、該磁性体と一体に設けられた外輪と、前記コイルに対して電圧を印加するスイッチと、を有し、
前記コイルは前記スイッチのＯＮにより電圧が印加された場合に、前記磁性体を介して外輪を他方側の指節に接触させることで、２つの指節間に摺動抵抗を発生させることを特徴とするロボットハンド装置。
【請求項2】
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範囲を調整する回転範囲調整手段と、を具備し、
前記回転範囲調整手段は、電圧印加により前記指節の回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構からなり、
前記可変負荷機構は前記関節機構の回転軸／支持軸を形状記憶シャフトにより構成し、電圧印加により当該形状記憶シャフトの前記回転箇所の回転中心に対する湾曲の大きさを変化させるよう変形させることで回転摺動抵抗を発生させる、
ことを特徴とするロボットハンド装置。
【請求項3】
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範囲を調整する回転範囲調整手段と、を具備し、
前記回転範囲調整手段は、電圧印加により前記指節の回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構からなり、
前記可変負荷機構は前記関節機構の回転箇所を拘束する形状記憶スプリングを有し、該形状記憶スプリングは、前記回転箇所の軸の周囲に設けられて、電圧印加により変形して前記軸を締め付けることによって回転摺動抵抗を発生させることを特徴とするロボットハンド装置。
【請求項4】
前記回転範囲調整手段は、前記可変負荷機構の回転摺動抵抗を順次調整することで、前記指節を段階的に屈曲させることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のロボットハンド装置。
【請求項5】
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平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１～４のいずれか１項に記載のロボットハンド装置。
【請求項6】
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１～５のいずれか１項に記載のロボットハンド装置。
【請求項7】
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６に記載のロボットハンド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、５指を構成している指節を対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い等）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。
【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、状態（硬い、柔らかい、脆い等）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、状態（硬い、柔らかい、脆い等）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】
【文献】特開２０２１－１６００２２号公報
【文献】特開２０１８－００１３５９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、対象物に適した把持動作ができないという問題がある。
【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、摺動抵抗という新たな制御要素を用いることで、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。
【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範囲を調整する回転範囲調整手段と、を具備し、前記回転範囲調整手段は、電圧印加により前記指節の回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構からな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範囲を調整する回転範囲調整手段と、を具備し、前記回転範囲調整手段は、電圧印加により前記指節の回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構からな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それぞれの回転範囲を調整する回転範囲調整段階とを具備し、前記回転範囲調整段階は、電圧印加により前記指節の回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する抵抗可変段階からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、指節の回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する専用の可変負荷機構を設けることで、対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い等）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図であって、（Ａ）は全体の概略構成図、（Ｂ）は可変負荷機構を示す図である。
【図2】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3】指パーツの内部構成を示す図である。
【図5】（Ａ）～（Ｄ）は実施形態に係るロボットハンド装置の連続した動作例１を示す図である。
【図6】（Ａ）～（Ｃ）は実施形態に係るロボットハンド装置の連続した動作例２を示す図である。
【図7】（Ａ）～（Ｄ）は実施形態に係るロボットハンド装置の連続した動作例３を示す図である。
【図8】実施形態の変形例１を示す図である。
【図9】実施形態の変形例２を示す図である。
【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の最小構成について図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。
このロボットハンド装置１００は、図１（Ａ）に示すように関節機構５０、屈曲駆動手段５１及び回転範囲調整手段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ａ～ｃ及び指節ｄ，ｅ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１～５（図面では５本であるが、適宜変更可）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１～５がハンド本体部６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。
このロボットハンド装置１００は、図１（Ａ）に示すように関節機構５０、屈曲駆動手段５１及び回転範囲調整手段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ａ～ｃ及び指節ｄ，ｅ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１～５（図面では５本であるが、適宜変更可）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１～５がハンド本体部６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。
【0013】
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、ワイヤなどにより構成されている。
【0014】
回転範囲調整手段５２は、関節機構５０の指節ａ～ｅの回転箇所に設けられて、屈曲駆動手段５１による指節ａ～ｅのそれぞれの回転範囲を調整するものであって、電圧の調整等により指節ａ～ｅの各回転箇所での回転抵抗を可変する。
具体的には、回転範囲調整手段５２は、図１（Ｂ）に示すように電圧印加により指節ａ～ｅの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構５３からなる。
具体的には、回転範囲調整手段５２は、図１（Ｂ）に示すように電圧印加により指節ａ～ｅの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構５３からなる。
【0015】
以上説明した本発明に係るロボットハンド装置１００によれば、関節機構５０の指節ａ～ｅを屈曲させる屈曲駆動手段５１とは別に、指節ａ～ｅの回転箇所に、電圧印加により指節ａ～ｅの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整して、当該指節ａ～ｅのそれぞれの回転範囲を調整する可変負荷機構５３を設けた構成である。
すなわち、本発明のロボットハンド装置１００では、指節ａ～ｅの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する専用の可変負荷機構５３を設けることで、対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い等）に適した指節ａ～ｅ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、本発明のロボットハンド装置１００では、指節ａ～ｅの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する専用の可変負荷機構５３を設けることで、対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い等）に適した指節ａ～ｅの細かい把持動作を実行することが可能となる。
【0016】
（実施形態）
本発明の実施形態に係るロボットハンド装置１０１について図２～図９を参照して説明する。
ロボットハンド装置１０１は、図２に示すように関節機構２０、屈曲駆動手段２１及び回転範囲調整手段２２を主な構成要素とするものであって、多関節に構成されたロボットアーム（図示略）の先端部に設置される。
本発明の実施形態に係るロボットハンド装置１０１について図２～図９を参照して説明する。
ロボットハンド装置１０１は、図２に示すように関節機構２０、屈曲駆動手段２１及び回転範囲調整手段２２を主な構成要素とするものであって、多関節に構成されたロボットアーム（図示略）の先端部に設置される。
【0017】
関節機構２０は、指節回転軸（Ｍ１，Ｍ２）を介して回転自在に連結された複数の指節Ａ～Ｃを有し、かつこれら複数の指節Ａ～Ｃにより例えば、５本の各指パーツ１１を構成する。
また、この関節機構２０では、指パーツ１１がハンド本体部１６に対して回転支持軸Ｎ１を介して回転自在に連結された構成とされる。
また、この関節機構２０では、指パーツ１１がハンド本体部１６に対して回転支持軸Ｎ１を介して回転自在に連結された構成とされる。
【0018】
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、指パーツ１１における関節機構２０では、３つの指節Ａ～Ｃ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おり、図２に示される初期状態の基準位置Оから、プラス（＋）方向（矢印Ｐ１方向）となる平側又はマイナス（－）方向（矢印Ｒ１方向）となる甲側に回転自在に設けられている。
具体的には、指パーツ１１における関節機構２０では、３つの指節Ａ～Ｃ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おり、図２に示される初期状態の基準位置Оから、プラス（＋）方向（矢印Ｐ１方向）となる平側又はマイナス（－）方向（矢印Ｒ１方向）となる甲側に回転自在に設けられている。
【0019】
屈曲駆動手段２１は、関節機構２０の指節Ａ～Ｃを、基準位置Оからプラス方向（矢印Ｐ１方向）となる平側に掌屈駆動させ、又は該基準位置Оからマイナス方向（矢印Ｒ１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、例えばワイヤ３０により構成されている。
ワイヤ３０は、指パーツ１１毎に設置され、かつ各指パーツ１１の先端に位置する指節Ａに２本ずつ連結されている。
また、各指パーツ１１のワイヤ３０は、各指パーツ１１に曲げ力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。
また、各指パーツ１１のワイヤ３０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アクチュエータ４１により牽引又は引出される。
ワイヤ３０は、指パーツ１１毎に設置され、かつ各指パーツ１１の先端に位置する指節Ａに２本ずつ連結されている。
また、各指パーツ１１のワイヤ３０は、各指パーツ１１に曲げ力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。
また、各指パーツ１１のワイヤ３０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アクチュエータ４１により牽引又は引出される。
【0020】
回転範囲調整手段２２は、指節Ａ～Ｃの回転箇所に設けられ、屈曲駆動手段２１による指節Ａ～Ｃのそれぞれの回転範囲を調整するものであって、電圧の調整等により指節Ａ～Ｃの各回転箇所での回転抵抗を可変する。
具体的には、回転範囲調整手段２２は、電圧印加により指節Ａ～Ｃの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構２４からなる。
具体的には、回転範囲調整手段２２は、電圧印加により指節Ａ～Ｃの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整する可変負荷機構２４からなる。
【0021】
また、この可変負荷機構２４では、電圧の調整等により、指節Ａ～Ｃの各回転箇所での回転抵抗を可変として摺動負荷を変化させることによって各関節の可動順序を制御する。
なお、回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４は、指パーツ１１において、「第１関節」となる指節回転軸Ｍ１、「第２関節」となる指節回転軸Ｍ２及び「第３関節」となる回転支持軸Ｎ１に設けられる。
なお、回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４は、指パーツ１１において、「第１関節」となる指節回転軸Ｍ１、「第２関節」となる指節回転軸Ｍ２及び「第３関節」となる回転支持軸Ｎ１に設けられる。
【0022】
具体的な可変負荷機構２４の構成について図３～図９を参照して説明する。
図３及び図４には、指パーツ１１の指節Ａと指節Ｂとの間に位置する可変負荷機構２４が一例として示されている。
この可変負荷機構２４は、図４（Ａ）に示すように、指節Ａと指節Ｂとを回転自在に連結する指節回転軸Ｍ１となるシャフト２５と、該シャフト２５にコイルホルダ２６Ａを介して固定されたコイル２６と、該コイル２６への通電で発生した磁界が作用される磁性体からなるロッド２７と、該ロッド２７が固定される外輪２８とを有する電磁ブレーキである。なお、コイル２６への通電はスイッチ２９のＯＮ／ＯＦＦにより行われる。
図３及び図４には、指パーツ１１の指節Ａと指節Ｂとの間に位置する可変負荷機構２４が一例として示されている。
この可変負荷機構２４は、図４（Ａ）に示すように、指節Ａと指節Ｂとを回転自在に連結する指節回転軸Ｍ１となるシャフト２５と、該シャフト２５にコイルホルダ２６Ａを介して固定されたコイル２６と、該コイル２６への通電で発生した磁界が作用される磁性体からなるロッド２７と、該ロッド２７が固定される外輪２８とを有する電磁ブレーキである。なお、コイル２６への通電はスイッチ２９のＯＮ／ＯＦＦにより行われる。
【0023】
なお、これら構成において、シャフト２５及びコイル２６は指節Ａ側に固定され、ロッド２７及び外輪２８はシャフト２５に対して軸線方向に移動可能に設置されている。また、シャフト２５と指節Ｂとの間には図示しない軸受が設置されている。
そして、このような可変負荷機構２４では、図４（Ｂ）に示すようにコイル２６へ通電することにより、ロッド２７がシャフト２５に沿って図中左右方向に移動して、該ロッド２７と一体な外輪２８が指節Ｂに接触及び摺動する（接触摺動箇所を図４（Ｂ）に符号２８Ａで示す）。
これにより該可変負荷機構２４では、指節Ａ及び指節Ｂの相対回転に摺動負荷を掛けることができる。
そして、このような可変負荷機構２４では、図４（Ｂ）に示すようにコイル２６へ通電することにより、ロッド２７がシャフト２５に沿って図中左右方向に移動して、該ロッド２７と一体な外輪２８が指節Ｂに接触及び摺動する（接触摺動箇所を図４（Ｂ）に符号２８Ａで示す）。
これにより該可変負荷機構２４では、指節Ａ及び指節Ｂの相対回転に摺動負荷を掛けることができる。
【0024】
その結果、上記回転範囲調整手段２２では、指節Ａ～Ｃの指節回転軸Ｍ１，Ｍ２及び指節支持軸Ｎ１にそれぞれ備えられた可変負荷機構２４の各コイル２６に対して、選択的な通電を実施することで、指節Ａ～Ｃの回転部分にて回転させる／回転を停止させる操作を自在に行うことができる。
なお、このとき、可変負荷機構２４では各コイル２６へ供給する電流／電圧の大きさを調整することで、指節Ａ～Ｃの回転の有無とともにその回転量、すなわち回転角度も自由に調整することができる。
なお、このとき、可変負荷機構２４では各コイル２６へ供給する電流／電圧の大きさを調整することで、指節Ａ～Ｃの回転の有無とともにその回転量、すなわち回転角度も自由に調整することができる。
【0025】
また、指パーツ１１の表面には図２及び図７に示すように接触センサ３１が設けられている。
接触センサ３１は、対象物が把持されたか否かを検知するものであって、指パーツ１１の平側と甲側のいずれにも設置されている（図では一方側のみ記載している）。なお、これら接触センサ３１は、指パーツ１１を覆う弾性シート４２（図２参照）上に配置されている。
接触センサ３１は、対象物が把持されたか否かを検知するものであって、指パーツ１１の平側と甲側のいずれにも設置されている（図では一方側のみ記載している）。なお、これら接触センサ３１は、指パーツ１１を覆う弾性シート４２（図２参照）上に配置されている。
【0026】
次に、回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４の動作について図４及び図５～図７を参照して説明する。
図４（Ａ）～（Ｂ）に示すように、まず、摺動負荷を発生させたい指節Ａ～Ｃの可変負荷機構２４に電圧を掛けた場合には、コイル２６に発生した磁力で磁性体であるロッド２７がコイル２６内に引き込まれて外輪２８が指節Ａ～Ｃ（本例では指節Ｂ）に接触し、回転軸となるシャフト２５と当該指節Ａ～Ｃの間に回転負荷を発生させる。
図４（Ａ）～（Ｂ）に示すように、まず、摺動負荷を発生させたい指節Ａ～Ｃの可変負荷機構２４に電圧を掛けた場合には、コイル２６に発生した磁力で磁性体であるロッド２７がコイル２６内に引き込まれて外輪２８が指節Ａ～Ｃ（本例では指節Ｂ）に接触し、回転軸となるシャフト２５と当該指節Ａ～Ｃの間に回転負荷を発生させる。
【0027】
その後、ワイヤ３０を牽引した場合には指節Ａ～Ｃの屈曲が開始されるが、このとき、負荷の軽い指節Ａ～Ｃでは初動が早くなって大きく回転する一方、負荷の大きい指節Ａ～Ｃでは、負荷の小さい指節Ａ～Ｃが曲がり切った後から回転し始める。
すなわち、回転範囲調整手段２２では、可変負荷機構２４の負荷を最大に高めて、狙った指節Ａ～Ｃをロック状態にすることで、指節Ａ～Ｃに同一の動きをさせず、該指節Ａ～Ｃを個々に曲げる制御を実現することができる。
すなわち、回転範囲調整手段２２では、可変負荷機構２４の負荷を最大に高めて、狙った指節Ａ～Ｃをロック状態にすることで、指節Ａ～Ｃに同一の動きをさせず、該指節Ａ～Ｃを個々に曲げる制御を実現することができる。
【0028】
図５（Ａ）～（Ｄ）には指パーツ１１の指節Ａ～Ｃで比較的大きさの小さい対象物を掴むための動作例が示されている。
まず、回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４において、摺動負荷を「第１指節Ａ（指節回転軸Ｍ１）＜第２指節Ｂ（指節回転軸Ｍ２）＜第３指節Ｃ（指節支持軸Ｎ１）」となるように設定した後、屈曲駆動手段２１のアクチュエータ４１（図２参照）にて所定側のワイヤ３０を牽引する。
まず、回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４において、摺動負荷を「第１指節Ａ（指節回転軸Ｍ１）＜第２指節Ｂ（指節回転軸Ｍ２）＜第３指節Ｃ（指節支持軸Ｎ１）」となるように設定した後、屈曲駆動手段２１のアクチュエータ４１（図２参照）にて所定側のワイヤ３０を牽引する。
【0029】
これにより、最初に第１指節Ａが曲がって屈曲を終えると、第２指節Ｂがゆっくりと曲がり始めた後、第３指節Ｃが曲がり始める。このとき、指節Ａ及びＢの屈曲状態が当該指節Ａ，Ｂで対象物を挟める角度になったら、第３指節Ｃの摺動負荷を減らして曲がり度合いを制御する。
これにより、上記ロボットハンド装置１０１では、５指パーツ１１の屈曲により比較的大きさの小さい対象物を挟むことが可能となる。
これにより、上記ロボットハンド装置１０１では、５指パーツ１１の屈曲により比較的大きさの小さい対象物を挟むことが可能となる。
【0030】
図６（Ａ）～（Ｃ）には指パーツ１１の指節Ａ～Ｃで紙やカードのような薄い対象物を掴むための動作例が示されている。
まず、回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４において、摺動負荷を「第１指節Ａ（指節回転軸Ｍ１）＝第２指節Ｂ（指節回転軸Ｍ２）＞第３指節Ｃ（指節支持軸Ｎ１）」となるように設定した後、屈曲駆動手段２１のアクチュエータ４１（図２参照）にて所定側のワイヤ３０を牽引する。
これにより、最初に第３指節Ｃが曲がって屈曲を終えると、第１指節Ａ及び第２指節Ｂがゆっくりと曲がり始める。これにより上記ロボットハンド装置１０１では、５指パーツ１１の屈曲により紙やカードのような薄い対象物を挟むことが可能となる。
まず、回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４において、摺動負荷を「第１指節Ａ（指節回転軸Ｍ１）＝第２指節Ｂ（指節回転軸Ｍ２）＞第３指節Ｃ（指節支持軸Ｎ１）」となるように設定した後、屈曲駆動手段２１のアクチュエータ４１（図２参照）にて所定側のワイヤ３０を牽引する。
これにより、最初に第３指節Ｃが曲がって屈曲を終えると、第１指節Ａ及び第２指節Ｂがゆっくりと曲がり始める。これにより上記ロボットハンド装置１０１では、５指パーツ１１の屈曲により紙やカードのような薄い対象物を挟むことが可能となる。
【0031】
図７には接触センサ３１の検出信号を利用した指パーツ１１の指節Ａ～Ｃの動作例が示されている。
回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４では、接触センサ３１が把持対象物Ｓ１をつまんだり、挟み込んだことを検知すると、アクチュエータ４１の動作を段階的に停止させることで、潰すことなく把持することを可能にする。
回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４では、接触センサ３１が把持対象物Ｓ１をつまんだり、挟み込んだことを検知すると、アクチュエータ４１の動作を段階的に停止させることで、潰すことなく把持することを可能にする。
【0032】
例えば、回転範囲調整手段２２の可変負荷機構２４では、例えば卵のような脆い対象物Ｓ１を把持する場合に、まず第３指節Ｃ（指節支持軸Ｎ１）のみ摺動抵抗を軽くして可動させる。
その後、可変負荷機構２４では、第３指節Ｃの接触センサ３１が対象物Ｓ１に接触したことを検知した場合に、図７（Ａ）～（Ｂ）に示すように第３指節Ｃの摺動抵抗を最大にして可動を止め、第２指節Ｂ（指節回転軸Ｍ２）の摺動抵抗を軽くして第２指節Ｂを可動させる。
その後、可変負荷機構２４では、第２指節Ｂの接触センサ３１が対象物Ｓ１に接触したことを検知した場合に、図７（Ｂ）～（Ｃ）に示すように第２指節Ｂの摺動抵抗を最大にして可動を止め、第１指節Ａ（指節回転軸Ｍ１）の摺動抵抗を軽くして該第１指節Ａを可動させる。
その後、可変負荷機構２４では、第３指節Ｃの接触センサ３１が対象物Ｓ１に接触したことを検知した場合に、図７（Ａ）～（Ｂ）に示すように第３指節Ｃの摺動抵抗を最大にして可動を止め、第２指節Ｂ（指節回転軸Ｍ２）の摺動抵抗を軽くして第２指節Ｂを可動させる。
その後、可変負荷機構２４では、第２指節Ｂの接触センサ３１が対象物Ｓ１に接触したことを検知した場合に、図７（Ｂ）～（Ｃ）に示すように第２指節Ｂの摺動抵抗を最大にして可動を止め、第１指節Ａ（指節回転軸Ｍ１）の摺動抵抗を軽くして該第１指節Ａを可動させる。
【0033】
その後、可変負荷機構２４では、第１指節Ａの接触センサ３１が対象物Ｓ１に接触したことを検知した場合に、図７（Ｃ）～（Ｄ）に示すようにワイヤ３０の牽引を停止させる。
そして、上記ロボットハンド装置１０１にて、平側／甲側の双方に接触センサ３１を備えることにより、指パーツ１１の指節Ａ～Ｃを平側／甲側のいずれの側にも屈曲させて、脆い対象物Ｓ１を自在に把持することが可能となる。
そして、上記ロボットハンド装置１０１にて、平側／甲側の双方に接触センサ３１を備えることにより、指パーツ１１の指節Ａ～Ｃを平側／甲側のいずれの側にも屈曲させて、脆い対象物Ｓ１を自在に把持することが可能となる。
【0034】
以上説明した本実施形態に係るロボットハンド装置１０１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２１とは別に、指節Ａ～Ｃの回転箇所に、電圧印加により指節Ａ～Ｃの回転箇所の回転摺動抵抗を個々に調整して、当該指節Ａ～Ｃのそれぞれの回転範囲を調整する可変負荷機構２４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１０１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可変負荷機構２４を設けることで、対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い等）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１０１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可変負荷機構２４を設けることで、対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い等）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。
【0035】
（変形例１）
なお、上記実施形態の可変負荷機構２４では、外輪２８を指節Ａ～Ｃ（図４の例では指節Ｂ）に摺動させることで該指節Ａ～Ｃの相対回転を規制したが、これに限定されず、図８に示すようにコイル２６、ロッド２７及び外輪２８を用いず、形状記憶合金で形成された形状記憶シャフト３２を用いて指節Ａ～Ｃの相対回転を規制しても良い。
なお、上記実施形態の可変負荷機構２４では、外輪２８を指節Ａ～Ｃ（図４の例では指節Ｂ）に摺動させることで該指節Ａ～Ｃの相対回転を規制したが、これに限定されず、図８に示すようにコイル２６、ロッド２７及び外輪２８を用いず、形状記憶合金で形成された形状記憶シャフト３２を用いて指節Ａ～Ｃの相対回転を規制しても良い。
【0036】
この形状記憶シャフト３２は、図４に示すシャフト２５に代えて設けられたものであって、その両側に電圧を印加してその形状を変化させることで、隣接する指節Ａ～Ｃに回転摺動抵抗を発生させる。
なお、図８では、指節回転軸Ｍ１，Ｍ２のシャフトに形状記憶シャフト３２を用いた例が示されており、電圧が印加されず変形が生じていない指節回転軸Ｍ１が「実線」で示され、電圧が印加されて変形が生じた指節回転軸Ｍ２が「破線」で示されている。
なお、図８では、指節回転軸Ｍ１，Ｍ２のシャフトに形状記憶シャフト３２を用いた例が示されており、電圧が印加されず変形が生じていない指節回転軸Ｍ１が「実線」で示され、電圧が印加されて変形が生じた指節回転軸Ｍ２が「破線」で示されている。
【0037】
（変形例２）
また、上記実施形態の可変負荷機構２４では、外輪２８を指節Ａ～Ｃ（図４の例では指節Ｂ）に摺動させることで該指節Ａ～Ｃの相対回転を規制したが、これに限定されず、図９に示すようにコイル２６、ロッド２７及び外輪２８に代えて、形状記憶合金で形成された形状記憶スプリング３３を用いて指節Ａ～Ｃの相対回転を規制しても良い。
また、上記実施形態の可変負荷機構２４では、外輪２８を指節Ａ～Ｃ（図４の例では指節Ｂ）に摺動させることで該指節Ａ～Ｃの相対回転を規制したが、これに限定されず、図９に示すようにコイル２６、ロッド２７及び外輪２８に代えて、形状記憶合金で形成された形状記憶スプリング３３を用いて指節Ａ～Ｃの相対回転を規制しても良い。
【0038】
この形状記憶スプリング３３は、その両側に電圧を印加させてその形状を変化させることで、シャフト２５を締め上げて隣接する指節Ａ～Ｃに回転摺動抵抗を発生させる。
【0039】
なお、本発明は、屈伸動作を行う物に対し、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。
【0040】
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】
【0041】
本発明は、５指を構成している指節を対象物の形状、状態（硬い、柔らかい、脆い等）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】
【0042】
１ 指パーツ
２ 指パーツ
３ 指パーツ
４ 指パーツ
５ 指パーツ
６ ハンド本体部
１１ 指パーツ
１６ ハンド本体部
２０ 関節機構
２１ 屈曲駆動手段
２２ 回転範囲調節手段
２４ 可変負荷機構
２５ シャフト
２６ コイル
２７ ロッド
２８ 外輪
２９ スイッチ
３０ ワイヤ
３１ 接触センサ
３２ 形状記憶シャフト
３３ 形状記憶スプリング
４１ アクチュエータ
４２ 弾性シート
５０ 関節機構
５１ 屈曲駆動手段
５２ 回転範囲調節手段
５３ 可変負荷機構
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
Ｍ１ 指節回転軸
Ｍ２ 指節回転軸
Ｎ１ 回転支持軸
Ｐ１ 平側
Ｒ１ 甲側
Ｓ１ 対象物
１００ ロボットハンド装置
１０１ ロボットハンド装置
２ 指パーツ
３ 指パーツ
４ 指パーツ
５ 指パーツ
６ ハンド本体部
１１ 指パーツ
１６ ハンド本体部
２０ 関節機構
２１ 屈曲駆動手段
２２ 回転範囲調節手段
２４ 可変負荷機構
２５ シャフト
２６ コイル
２７ ロッド
２８ 外輪
２９ スイッチ
３０ ワイヤ
３１ 接触センサ
３２ 形状記憶シャフト
３３ 形状記憶スプリング
４１ アクチュエータ
４２ 弾性シート
５０ 関節機構
５１ 屈曲駆動手段
５２ 回転範囲調節手段
５３ 可変負荷機構
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
Ｍ１ 指節回転軸
Ｍ２ 指節回転軸
Ｎ１ 回転支持軸
Ｐ１ 平側
Ｒ１ 甲側
Ｓ１ 対象物
１００ ロボットハンド装置
１０１ ロボットハンド装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】