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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2025-01-28
(54)【発明の名称】ロボットハンドおよびロボット
(51)【国際特許分類】
B25J 15/10 20060101AFI20250121BHJP
B25J 17/00 20060101ALI20250121BHJP
B25J 15/08 20060101ALI20250121BHJP
【ＦＩ】
B25J15/10
B25J17/00 E
B25J15/08 J
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023537569
(86)(22)【出願日】2023-05-30
(85)【翻訳文提出日】2023-06-20
(86)【国際出願番号】 CN2023097055
(87)【国際公開番号】W WO2024113734
(87)【国際公開日】2024-06-06
(31)【優先権主張番号】202211543802.8
(32)【優先日】2022-12-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】202211537972.5
(32)【優先日】2022-12-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521162399
【氏名又は名称】之江実験室
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】張 璞
(72)【発明者】
【氏名】顧 建軍
(72)【発明者】
【氏名】朱 世強
(72)【発明者】
【氏名】宛 敏紅
(72)【発明者】
【氏名】厳 敏東
(72)【発明者】
【氏名】高 广
(72)【発明者】
【氏名】鐘 霊
(72)【発明者】
【氏名】黄 秋蘭
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707DS01
3C707ES06
3C707ES08
3C707ET03
3C707EU03
3C707EU18
3C707EV04
3C707EV18
3C707HS27
(57)【要約】
本発明は、ロボットハンドおよびロボットに関する。ロボットハンドは掌部と、機械指と、駆動構造とを備える。掌部は、掌平面および掌平面に垂直な掌側面を有する。機械指は、掌側面に設けられる。駆動構造は、掌部と機械指との間に設けられて、機械指と掌部とを接続方向に接続する。駆動構造は、機械指の、回転軸線周りの回転を駆動するために用いられ、回転軸線が接続方向に垂直に延び、かつ掌平面に平行する。駆動構造は、機械指の、揺動軸線周りの回転を駆動するためにも用いられ、揺動軸線が掌平面と交差する。揺動軸線は回転軸線に垂直する。本発明の機械指は２つの異なる方向への回転運動が可能であるため、人間の指のような運動自由度を有し、ロボットハンドの擬人化の程度を向上させることができる。また、本発明のロボットハンドの設置方法は、簡単な動作の運動自由度のニーズを満たすことができ、ロボットハンドが人間の手の姿勢を模倣し、簡単な手の動作を十分に行うことができる。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボットハンドであって、掌平面および前記掌平面に垂直な掌側面を有する掌部と、
前記掌側面に設けられる機械指と、
前記掌部と前記機械指との間に設けられて、前記機械指と前記掌部とを接続方向に接続する駆動構造と、を備え、
前記駆動構造は、前記機械指の、回転軸線周りの回転と揺動軸線周りの回転との少なくとも一方を駆動するために用いられ、前記回転軸線が前記接続方向に垂直に延び、かつ前記掌平面に平行し、前記揺動軸線が前記掌平面と交差し、かつ前記回転軸線に垂直する
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項2】
前記駆動構造は、前記機械指を前記回転軸線周りに回転駆動するための回動駆動モジュールを備え、前記回動駆動モジュールは、前記掌部に固定され、回動モータ本体、回動モータベースおよび回動軸を備える回動モータと、
前記回動モータ本体に固定接続される回動主動歯車と、
前記回動軸に固定接続される回動従動歯車と、を備え、
前記回動軸は、前記回動モータベースに可動接続され、前記機械指に固定接続され、
前記回動主動歯車の主動回動軸線は、前記接続方向に延び、
前記回動従動歯車は前記回動主動歯車と噛合し、前記回動従動歯車の従動回動軸線は、前記回転軸線と一致する
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】
前記駆動構造は、前記機械指を前記回転軸線周りに回転駆動する、および前記機械指を前記揺動軸線周りに回転駆動するための揺動駆動モジュールを備え、前記揺動駆動モジュールは、揺動モータ本体、揺動モータベース、および前記揺動モータベースに固定接続される十字軸を備える揺動モータと、
第１揺動歯車および第２揺動歯車を備える揺動歯車セットと、
前記第１揺動歯車と前記第２揺動歯車との間に設けられ、前記第１揺動歯車と前記第２揺動歯車とにそれぞれ噛合する出力歯車と、を備え、
前記十字軸は、前記回転軸線に沿って延びる第１軸と、前記揺動軸線に沿って延びる第２軸と、を有し、
前記第１揺動歯車と前記第２揺動歯車は、それぞれ前記第１軸に回転可能に接続され、前記揺動モータは、前記第１揺動歯車および前記第２揺動歯車を同方向または逆方向に回転駆動するために用いられ、
前記出力歯車の軸線は前記揺動軸線と一致し、前記出力歯車は前記機械指に固定接続され、前記機械指は前記第２軸に回転可能に接続される
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4】
前記揺動モータは、前記揺動モータ本体に固定接続される第１主動歯車と、
前記揺動モータ本体に固定接続される第２主動歯車と、を備え、
前記第１主動歯車は前記第１揺動歯車と噛合し、前記第１主動歯車の回転軸線は、前記接続方向に延び、
前記第２主動歯車は前記第２揺動歯車と噛合し、前記第２主動歯車の回転軸線は、前記接続方向に延びる
ことを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項5】
前記第１揺動歯車は、固定接続される第１メイン歯車と第１サブ歯車とを備え、前記第１メイン歯車が前記第１主動歯車と噛合し、前記第１サブ歯車が前記出力歯車と噛合し、前記第１メイン歯車の直径が、前記第１サブ歯車より大きい、および／または、前記第２揺動歯車は、固定接続される第２メイン歯車と第２サブ歯車とを備え、前記第２メイン歯車が前記第２主動歯車と噛合し、前記第２サブ歯車が前記出力歯車と噛合し、前記第２メイン歯車の直径が、前記第２サブ歯車より大きい
ことを特徴とする請求項４に記載のロボットハンド。
【請求項6】
前記機械指は、掌根ユニットと、指ユニットと、を備え、前記駆動構造はさらに、前記掌根ユニットと前記指ユニットとの間に設けられて、前記掌根ユニットと前記指ユニットとを接続し、前記指ユニットを折曲軸線周りに回動駆動するために用いられ、前記折曲軸線の投影と、前記回転軸線の投影とが交差する
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7】
前記ロボットハンドは、指腹パネルおよび指先ベースを有する指先モジュールと、
前記指先モジュールに設けられ、前記機械指の指先の力を検出するための力センサと、を備え、
前記指腹パネルは前記指先ベースに摺動接続され、
前記力センサの少なくとも一部は、前記指先ベースの前記指腹パネルに面する側に設けられる
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8】
前記指先ベースの前記指腹パネルに面する側は、ガイドポストを有し、前記指腹パネルは、前記ガイドポストを嵌め込むためのガイド孔を有し、および／または、前記指先ベースの前記指腹パネルに面する側は、ガイド孔を有し、前記指腹パネルは、前記ガイド孔に嵌め込まれるガイドポストを有することを特徴とする請求項７に記載のロボットハンド。
【請求項9】
前記指先モジュールは、前記指腹パネルと前記指先ベースとの間に設けられる弾性部材をさらに備え、前記弾性部材の一端は前記指腹パネルに当接し、他端は前記指先ベースに当接し、前記弾性部材は圧縮状態にあることを特徴とする請求項７に記載のロボットハンド。
【請求項10】
前記機械指の数は複数であり、各前記機械指には、対応する前記駆動構造が設けられ、前記掌側面は、先端面および前記先端面に垂直な側端面を有し、複数の前記機械指は、前記側端面に設けられる第１機械指と、前記先端面に設けられる第２機械指と、を含み、前記第１機械指の延在軸線と前記掌平面との間の角度は１０度以上３０度以下であり、
前記第１機械指の指腹と前記第２機械指の指腹とは同一平面上に設けられる
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11】
前記機械指は、延在方向に沿って設けられる指先と、中間指部と、近端指部と、を有し、前記中間指部が前記指先に回転可能に接続され、前記近端指部と前記掌部との間に前記駆動構造が接続され、前記ロボットハンドは、
前記中間指部と前記近端指部との間に設けられ、前記中間指部と前記近端指部とにそれぞれ回転可能に接続され、前記中間指部と前記近端指部との間の角度を変えるための関節構造をさらに備える
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12】
前記駆動構造は、前記機械指を前記回転軸線周りに回転駆動するための回動駆動モジュールを備え、前記回動駆動モジュールは、前記掌部に固定され、回動モータ本体、回動駆動軸、回動モータベースおよび回動軸を備える回動モータと、
前記回動駆動軸に固定接続される回動主動歯車と、
前記回動軸に固定接続される回動従動歯車と、を備え、
前記回動軸は、前記回動モータベースに可動接続され、前記近端指部に固定接続され、
前記回動主動歯車の主動回動軸線は、前記接続方向に延び、
前記回動従動歯車は前記回動主動歯車と噛合し、前記回動従動歯車の従動回動軸線は前記回転軸線と一致する
ことを特徴とする請求項１１に記載のロボットハンド。
【請求項13】
前記指先は、平行に設けられる第１指先軸と第２指先軸とを有し、前記関節構造は、平行に設けられる第１関節軸と第２関節軸と第３関節軸とを有し、前記近端指部は、第１近端リンクおよび第２近端リンクを有し、前記第１近端リンクの一端は前記回動軸に固定接続され、他端は前記第１関節軸と第２関節軸とにそれぞれ回転可能に接続され、前記第２近端リンクの一端は前記回動モータベースに回転可能に接続され、他端は前記第３関節軸に回転可能に接続され、前記第１指先軸の軸線方向において、第１近端リンクの投影と第２近端リンクの投影とが交差し、
前記中間指部は、第１中間リンクおよび第２中間リンクを有し、前記第１中間リンクの一端は前記第１指先軸に回転可能に接続され、他端は前記第２関節軸に回転可能に接続され、前記第２中間リンクの一端は前記第２指先軸に回転可能に接続され、他端は前記第３関節軸と前記第１関節軸とにそれぞれ回転可能に接続され、前記第１指先軸の軸線方向において、前記第１中間リンクの投影と前記第２中間リンクの投影とが交差する
ことを特徴とする請求項１２に記載のロボットハンド。
【請求項14】
前記関節構造は関節モータを有し、前記関節モータは、前記近端指部に固定接続される関節モータベースと、
前記関節モータベースに回転可能に接続され、かつ前記中間指部に固定接続される関節駆動軸と、
関節主動歯車と、
前記関節モータベースに固定され、かつ前記関節主動歯車に固定接続され、前記関節主動歯車を回転駆動するための関節モータ本体と、
前記関節駆動軸に固定接続される関節従動歯車と、を備え、
前記関節駆動軸は、前記中間指部を回転駆動して、前記中間指部と前記近端指部との間の角度を変えるために用いられ、
前記関節主動歯車の関節主動軸線は、前記延在方向に延び、
前記関節従動歯車は前記関節主動歯車と噛合し、前記関節従動歯車の関節従動軸線は、前記関節主動軸線に垂直する
ことを特徴とする請求項１１に記載のロボットハンド。
【請求項15】
前記指先は、平行に設けられる第１指先軸と第２指先軸とを有し、前記中間指部は、一端は前記関節駆動軸に固定接続され、他端は前記第１指先軸に回転可能に接続される主動リンクと、
一端は前記第２指先軸に回転可能に接続され、他端は前記関節モータに回転可能に接続される従動リンクと、を備え、
前記主動リンクは、前記関節駆動軸周りに回転するように前記関節モータに駆動され、
前記第１指先軸の軸線方向において、前記主動リンクの投影と前記従動リンクの投影とが交差する
ことを特徴とする請求項１４に記載のロボットハンド。
【請求項16】
前記主動リンクは、第１サブリンクと第２サブリンクとを有し、前記第１サブリンクの一端は前記関節駆動軸に固定接続され、他端は前記第２サブリンクに回転可能に接続され、前記第２サブリンクの前記第１サブリンクから離れる端部は、前記第１指先軸に回転可能に接続され、前記従動リンクは、前記関節駆動軸に回転可能に接続されることを特徴とする請求項１５に記載のロボットハンド。
【請求項17】
前記中間指部は、延在方向に沿って設けられる弾性部材をさらに有し、前記弾性部材の一端は前記指先の接続点に固定接続され、他端は前記従動リンクに固定接続され、前記弾性部材は伸張状態にあり、前記接続点は、前記第２指先軸の延在軸線から離れることを特徴とする請求項１６に記載のロボットハンド。
【請求項18】
前記機械指の数は複数であり、各前記機械指には、対応する前記駆動構造および／または前記関節構造が設けられることを特徴とする請求項１１に記載のロボットハンド。
【請求項19】
胴体部と、上肢部と、請求項１から１８のいずれか１項に記載のロボットハンドとを備えるロボットであって、前記上肢部の一端は前記ロボットハンドに接続され、他端は前記胴体部に接続されることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボット分野に関連し、特に、ロボットハンドおよびロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
人間型ロボットの発展に伴い、人間型ロボットはますます注目されるようになった。人間型ロボットは、人間の動作姿勢を模倣して作業タスクを遂行することができるため、ロボットが日常生活に入って、人間の代わりに日常生活の煩雑な作業を遂行することが望まれている。
【0003】
ロボットハンドはロボットの重要なコンポーネントである。ロボットハンドをできるだけ擬人化し、ロボットハンドの動作の信頼性を高めることは、現在業界内で注目される問題である。
【発明の概要】
【0004】
本発明は関連技術の不足を解決するために、ロボットハンドおよびロボットを提供する。
【0005】
本発明の第１態様は、ロボットハンドを提供し、前記ロボットハンドは、掌平面および前記掌平面に垂直な掌側面を有する掌部と、前記掌側面に設けられる機械指と、前記掌部と前記機械指との間に設けられて、前記機械指と前記掌部とを接続方向に接続する駆動構造と、を備え、前記駆動構造は、前記機械指の、回転軸線周りの回転と揺動軸線周りの回転との少なくとも一方を駆動するために用いられ、前記回転軸線が前記接続方向に垂直に延び、かつ前記掌平面に平行し、前記揺動軸線が前記掌平面と交差し、かつ前記回転軸線に垂直する。
【0006】
さらに、前記駆動構造は、前記機械指を前記回転軸線周りに回転駆動するための回動駆動モジュールを備え、前記回動駆動モジュールは、前記掌部に固定され、回動モータ本体、回動モータベースおよび回動軸を備える回動モータと、前記回動モータ本体に固定接続される回動主動歯車と、前記回動軸に固定接続される回動従動歯車と、を備え、前記回動軸は、前記回動モータベースに可動接続され、前記機械指に固定接続され、前記回動主動歯車の主動回動軸線は、前記接続方向に延び、前記回動従動歯車は前記回動主動歯車と噛合し、前記回動従動歯車の従動回動軸線は、前記回転軸線と一致する。
【0007】
さらに、前記駆動構造は、前記機械指を前記回転軸線周りに回転駆動する、および前記機械指を前記揺動軸線周りに回転駆動するための揺動駆動モジュールを備え、前記揺動駆動モジュールは、揺動モータ本体、揺動モータベース、および前記揺動モータベースに固定接続される十字軸を備える揺動モータと、第１揺動歯車および第２揺動歯車を備える揺動歯車セットと、前記第１揺動歯車と前記第２揺動歯車との間に設けられ、前記第１揺動歯車と前記第２揺動歯車とそれぞれ噛合する出力歯車と、を備え、前記十字軸は、前記回転軸線に沿って延びる第１軸と、前記揺動軸線に沿って延びる第２軸と、を有し、前記第１揺動歯車と前記第２揺動歯車は、それぞれ前記第１軸に回転可能に接続され、前記揺動モータは、前記第１揺動歯車および前記第２揺動歯車を同方向または逆方向に回転駆動するために用いられ、前記出力歯車の軸線は前記揺動軸線と一致し、前記出力歯車は前記機械指に固定接続され、前記機械指は前記第２軸に回転可能に接続される。
【0008】
さらに、前記揺動モータは、前記揺動モータ本体に固定接続される第１主動歯車と、前記揺動モータ本体に固定接続される第２主動歯車と、を備え、前記第１主動歯車は前記第１揺動歯車と噛合し、前記第１主動歯車の回転軸線は、前記接続方向に延び、前記第２主動歯車は前記第２揺動歯車と噛合し、前記第２主動歯車の回転軸線は、前記接続方向に延びる。
【0009】
さらに、前記第１揺動歯車は、固定接続される第１メイン歯車と第１サブ歯車とを備え、前記第１メイン歯車が前記第１主動歯車と噛合し、前記第１サブ歯車が前記出力歯車と噛合し、前記第１メイン歯車の直径が、前記第１サブ歯車より大きい、および／または、前記第２揺動歯車は、固定接続される第２メイン歯車と第２サブ歯車とを備え、前記第２メイン歯車が前記第２主動歯車と噛合し、前記第２サブ歯車が前記出力歯車と噛合し、前記第２メイン歯車の直径が、前記第２サブ歯車より大きい。
【0010】
さらに、前記機械指は、掌根ユニットと、指ユニットと、を備え、前記駆動構造はさらに、前記掌根ユニットと前記指ユニットとの間にさらに設けられて、前記掌根ユニットと前記指ユニットとを接続し、前記指ユニットを折曲軸線周りに回動駆動するために用いられ、前記折曲軸線の投影と、前記回転軸線の投影とが交差する。
【0011】
さらに、前記ロボットハンドは、指腹パネルおよび指先ベースを有する指先モジュールと、前記指先モジュールに設けられ、前記機械指の指先の力を検出するための力センサと、を備え、前記指腹パネルは前記指先ベースに摺動接続され、前記力センサの少なくとも一部は、前記指先ベースの前記指腹パネルに面する側に設けられる。
【0012】
さらに、前記指先ベースの前記指腹パネルに面する側は、ガイドポストを有し、前記指腹パネルは、前記ガイドポストを嵌め込むためのガイド孔を有し、および／または、前記指先ベースの前記指腹パネルに面する側は、ガイド孔を有し、前記指腹パネルは、前記ガイド孔に嵌め込まれるガイドポストを有する。
【0013】
さらに、前記指先モジュールは、前記指腹パネルと前記指先ベースとの間に設けられる弾性部材をさらに備え、前記弾性部材の一端は前記指腹パネルに当接し、他端は前記指先ベースに当接し、前記弾性部材は圧縮状態にある。
【0014】
さらに、前記機械指の数は複数であり、各前記機械指には、対応する前記駆動構造が設けられ、前記掌側面は、先端面および前記先端面に垂直な側端面を有し、複数の前記機械指は、前記側端面に設けられる第１機械指と、前記先端面に設けられる第２機械指と、を含み、前記第１機械指の延在軸線と前記掌平面との間の角度は１０度以上３０度以下であり、前記第１機械指の指腹と前記第２機械指の指腹とは同一平面上に設けられる。
【0015】
さらに、前記機械指は、延在方向に沿って設けられる指先と、中間指部と、近端指部と、を有し、前記中間指部が前記指先に回転可能に接続され、前記近端指部と前記掌部との間に前記駆動構造が接続され、前記ロボットハンドは、前記中間指部と前記近端指部との間に設けられ、前記中間指部と前記近端指部とにそれぞれ回転可能に接続され、前記中間指部と前記近端指部との間の角度を変えるための関節構造をさらに備える。
【0016】
さらに、前記駆動構造は、前記機械指を前記回転軸線周りに回転駆動するための回動駆動モジュールを備え、前記回動駆動モジュールは、前記掌部に固定され、回動モータ本体、回動駆動軸、回動モータベースおよび回動軸を備える回動モータと、前記回動駆動軸に固定接続される回動主動歯車と、前記回動軸に固定接続される回動従動歯車と、を備え、前記回動軸は、前記回動モータベースに可動接続され、前記近端指部に固定接続され、前記回動主動歯車の主動回動軸線は、前記接続方向に延び、前記回動従動歯車は前記回動主動歯車と噛合し、前記回動従動歯車の従動回動軸線は前記回転軸線と一致する。
【0017】
さらに、前記指先は、平行に設けられる第１指先軸と第２指先軸とを有し、前記関節構造は、平行に設けられる第１関節軸と第２関節軸と第３関節軸とを有し、前記近端指部は、第１近端リンクおよび第２近端リンクを有し、前記第１近端リンクの一端は前記回動軸に固定接続され、他端は前記第１関節軸と第２関節軸とにそれぞれ回転可能に接続され、前記第２近端リンクの一端は前記回動モータベースに回転可能に接続され、他端は前記第３関節軸に回転可能に接続され、前記第１指先軸の軸線方向において、第１近端リンクの投影と第２近端リンクの投影とが交差し、前記中間指部は、第１中間リンクおよび第２中間リンクを有し、前記第１中間リンクの一端は前記第１指先軸に回転可能に接続され、他端は前記第２関節軸に回転可能に接続され、前記第２中間リンクの一端は前記第２指先軸に回転可能に接続され、他端はそれぞれ前記第３関節軸と前記第１関節軸とにそれぞれ回転可能に接続され、前記第１指先軸の軸線方向において、前記第１中間リンクの投影と前記第２中間リンクの投影とが交差する。
【0018】
さらに、前記関節構造は関節モータを有し、前記関節モータは、前記近端指部に固定接続される関節モータベースと、前記関節モータベースに回転可能に接続され、かつ前記中間指部に固定接続される関節駆動軸と、関節主動歯車と、前記関節モータベースに固定され、かつ前記関節主動歯車に固定接続され、前記関節主動歯車を回転駆動するための関節モータ本体と、前記関節駆動軸に固定接続される関節従動歯車と、を備え、前記関節駆動軸は、前記中間指部を回転駆動して、前記中間指部と前記近端指部との間の角度を変えるために用いられ、前記関節主動歯車の関節主動軸線は、前記延在方向に延び、前記関節従動歯車は前記関節主動歯車と噛合し、前記関節従動歯車の関節従動軸線は、前記関節主動軸線に垂直する。
【0019】
さらに、前記指先は、平行に設けられる第１指先軸と第２指先軸とを有し、前記中間指部は、一端は前記関節駆動軸に固定接続され、他端は前記第１指先軸に回転可能に接続される主動リンクと、一端は前記第２指先軸に回転可能に接続され、他端は前記関節モータに回転可能に接続される従動リンクと、を備え、前記主動リンクは、前記関節駆動軸周りに回転するように前記関節モータに駆動され、前記第１指先軸の軸線方向において、前記主動リンクの投影と前記従動リンクの投影とが交差する。
【0020】
さらに、前記主動リンクは、第１サブリンクと第２サブリンクとを有し、前記第１サブリンクの一端は前記関節駆動軸に固定接続され、他端は前記第２サブリンクに回転可能に接続され、前記第２サブリンクの前記第１サブリンクから離れる端部は、前記第１指先軸に回転可能に接続され、前記従動リンクは、前記関節駆動軸に回転可能に接続される。
【0021】
さらに、前記中間指部は、延在方向に沿って設けられる弾性部材をさらに有し、前記弾性部材の一端は前記指先の接続点に固定接続され、他端は前記従動リンクに固定接続され、前記弾性部材は伸張状態にあり、前記接続点は、前記第２指先軸の延在軸線から離れる。
【0022】
さらに、前記機械指の数は複数であり、各前記機械指には、対応する前記駆動構造および／または前記関節構造が設けられる。
【0023】
本発明の第２態様は、胴体部と、上肢部と、上記第２態様に記載のロボットハンドとを備えるロボットを提供し、前記上肢部の一端は前記ロボットハンドに接続され、他端は前記胴体部に接続される。
【0024】
上記の実施形態から分かるように、本発明の機械指は２つの異なる方向への回転運動が可能であるため、人間の指のような運動自由度を有し、ロボットハンドの擬人化の程度を向上させることができる。また、本発明のロボットハンドの設置方法は、簡単な動作の運動自由度のニーズを満たすことができ、ロボットハンドが人間の手の姿勢を模倣し、簡単な手の動作を十分に行うことができる。
【0025】
上記の一般的な説明および後述の詳細な説明は、例示的または説明的なものであり、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0026】
本発明の実施形態における技術案をより明確に説明するために、以下、実施形態の説明において使用する図面について簡単に説明する。明らかに、以下の説明における図面は本発明のいくつかの実施形態に過ぎず、当業者にとっては、創造的な努力なしに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
【図1】本発明のロボットハンドの一実施形態の全体概略図である。
【図2】本発明のロボットハンドの別の実施形態の全体概略図である。
【図3】本発明のロボットハンドの第２機械指の一実施形態の全体概略図である。
【図4】本発明のロボットハンドの第１機械指の一実施形態の全体概略図である。
【図5】本発明の揺動駆動モジュールの一実施形態の全体概略図である。
【図6】本発明のロボットハンドの指先モジュールの一実施形態の分解模式図である。
【図7】本発明のロボットハンドの別の実施形態の正面の全体概略図である。
【図9】本発明のロボットハンドの機械指の一実施形態の正面の全体概略図である。
【図11】本発明のロボットハンドの機械指の別の実施形態の全体概略図である。
【図12】本発明のロボットハンドの機械指の別の実施形態の裏面の全体概略図である。
【図14】本発明の機械指の一実施形態の関節構造、中間指部の機械構造簡略化図である。
【図15】本発明のロボットハンドの一実施形態の側面概略図である。
【図16】本発明の機械指の一実施形態の関節構造、近端指部および中間指部の機械構造簡略化図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
ここで、図面に示す例示的な実施形態について詳細に説明する。以下の説明が図面に関連する場合、特に示されない限り、異なる図面における同じ数字は同一または類似する要素を表す。以下の例示的な実施形態で説明する方法は、本発明と一致するすべての方法を意味するものではない。逆に、これらは、添付の特許請求の範囲に詳細に記載された、本発明のいくつかの態様と一致する装置の例にすぎない。
【0028】
本発明で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を制限することを意図するものではない。特別な定義がない限り、本発明で使用される技術用語または科学用語は、本発明が属する分野において一般的な技能を有する者に理解される通常の意味であるべきである。本発明明細書および特許請求の範囲で使用される「第１」、「第２」および類似する用語は、いかなる順序、数量または重要性を示すものではなく、異なる構成要素を区別するために使用されるものである。同様に、「１つ」や「一」などの類似語も数量制限を示すものではなく、少なくとも１つが存在することを示し、「１つ」だけを指す場合は別途説明する。「複数」または「いくつか」は２つ以上を意味する。特に明記しない限り、「前部」、「後部」、「下部」および／または「上部」などの類似語は説明の便宜上のものであり、１つの位置または１つの空間方向に限定されるものではない。「含む」または「有する」などの類似語は、含まれる、または有される要素または物品が、それを「含む」または「有する」要素または物品にカバーされるまたは同等することを意味し、他の要素または物品を排除するものではない。「接続する」または「連結する」などの類似語は、物理的または機械的な接続に限定されるものではなく、直接または間接的にかかわらず、電気的な接続を含むことができる。本発明の明細書および添付の特許請求の範囲で使用される単数形の「１つ」、「前記」および「該」は、文脈が他の意味を明確に示さない限り、複数の形を含むことを意図する。理解されるように、本明細書で使用される「および／または」という用語は、１つまたは複数の関連するアイテムの任意のまたはすべての可能な組み合わせを含むことを意味する。
【0029】
図１および図２を参照して、本発明の第１態様は、掌部１と、駆動構造２と、機械指３とを備えるロボットハンド１００を提供する。掌部１は、掌平面１２および掌平面１２に垂直な掌側面１３を有する。機械指３は、掌側面１３に設けられる。駆動構造２は、掌部１と機械指３との間に設けられて、機械指３と掌部１とを接続方向ＤＥに接続する。つまり、ロボットハンド１００は人間の手のような構造を形成している。駆動構造２は、機械指３の、回転軸線ＲＡ周りの回転と揺動軸線ＳＡ周りの回転との少なくとも一方を駆動するために用いられる。回転軸線ＲＡが接続方向ＤＥに垂直に延び、かつ掌平面１２に平行する。揺動軸線ＳＡが掌平面１２と交差し、かつ回転軸線ＲＡに垂直する。
【0030】
図２に示す実施形態を例にとって説明する。掌平面１２の延在平面は、長さ方向Ｘと幅方向Ｙが位置する平面に平行する。機械指３が回転軸線ＲＡ周りに回転するとき、ロボットハンド１００は実際に人間の指の前後揺動、すなわち掌の開閉を模倣している。回転軸線ＲＡは掌平面１２に平行するため、機械指３が回転軸線ＲＡ周りに回転するとき、長さ方向Ｘと厚さ方向Ｚが位置する平面上で機械指３の延在軸線と掌平面１２との間の角度を変えていてもよいし、幅方向Ｙと厚さ方向Ｚが位置する平面上で機械指３の延在軸線と掌平面１２との間の角度を変えていてもよい。
【0031】
揺動軸線ＳＡと掌平面１２とが交差する。したがって、機械指３が揺動軸線ＳＡ周りに回転するとき、機械指３と掌平面１２との間の角度は一定である。しかし、長さ方向Ｘと幅方向Ｙが位置する平面上では、機械指３の延在軸線と長さ方向Ｘとの間の角度が変化する。このため、機械指３が揺動軸線ＳＡ周りに回転するとき、ロボットハンド１００は実際に人間の指の左右揺動を模倣している。
【0032】
このような設置により、本発明の機械指３は２つの異なる方向への回転運動が可能であるため、人間の指のような運動自由度を有し、ロボットハンド１００の擬人化の程度を向上させることができる。また、簡単な動作では、人間は通常、指の左右揺動と前後揺動だけを使う。よって、本発明のロボットハンド１００の設置方法は、簡単な動作の運動自由度のニーズを満たすことができ、ロボットハンド１００が人間の手の姿勢を模倣し、例えばピアノを弾いたり、キーボードを押したりするなどの簡単な手の動作を行うことができる。
【0033】
ロボットハンド１００の運動を明確に説明するために、上記では、基準方向、すなわち長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、厚さ方向Ｚを用いて説明した。なお、長さ方向Ｘと、幅方向Ｙと、厚さ方向Ｚとの間にはそれぞれ垂直であり、ここでは説明を省略する。また、本明細書で説明する左右揺動は、幅方向Ｙにおいて機械指３の指先の移動と見なすことができ、前後揺動は、厚み方向Ｚにおいて機械指３の指先の移動と見なすことができる。
【0034】
掌側面１３は、先端面１３１および先端面１３１に垂直な側端面１３２有する。機械指３は、先端面１３１または側端面１３２に設けられてもよく、本発明ではこれに限定されない。また、ロボットハンド１００には、１つ、２つ、またはそれ以上の機械指３が設けられてもよく、本発明ではこれに限定されない。
【0035】
説明すべきことは、機械指３は先端面１３１または側端面１３２に設けてもよいため、異なる機械指３の延在方向ＤＣが異なる。図１に示すように、側端面１３２に設けられる機械指３と先端面１３１に設けられる機械指３とは延在方向ＤＣが異なる。また、機械指３の接続方向ＤＥと延在方向ＤＣは同一であっても異なっていてもよい。図１に示す実施形態を例として、先端面１３１に設けられる機械指３の接続方向ＤＥおよび延在方向ＤＣは、いずれも先端面１３１に対して垂直である。側端面１３２に設けられる機械指３の接続方向ＤＥは延在方向ＤＣに対して垂直である。
【0036】
いくつかの実施形態では、機械指３の数が複数であり、それによって人間の手に近い形態となり、ロボットハンド１００の擬人化の程度を向上させる。この実施例において、各機械指３には対応する駆動構造２が設けられ、駆動構造２を介して掌部１に接続されることにより、ロボットハンド１００が各機械指３を駆動して運動させ、より複雑な動作を行わせることができるようにしてもよい。あるいは、機械指３の一部にはそれぞれ対応する駆動構造２が設けられ、機械指３の一部が掌部１に直接接続されていてもよい。このうち、ロボットハンド１００は駆動構造２が設けられた機械指３のみを駆動して運動させることができ、他の機械指３は掌部１と固定されたままである。人間の複数の指の中には、人差し指、中指などの主導的な役割を果たす指、および薬指などの補助的な役割を果たす指があるため、当業者は、主導的な役割を果たす機械指３を駆動構造２を介して掌部１に接続するように設置し、補助的な役割を果たす機械指３を掌部１に固定接続するように設置することで、ロボットハンド１００の機能性を最大限に維持し、生産コストをある程度低減することができる。
【0037】
図１に示すように、複数の機械指３は、側端面１３２に設けられる第１機械指３１と、先端面１３１に設けられる複数の第２機械指３２とを含む。図１および図２に示す実施形態では、複数の第２機械指３２は、機械人差し指３２１、機械中指３２２、機械薬指３２３および機械小指３２４を含んでもよい。側端面１３２に設けられる第１機械指３１は、ロボットハンド１００の親指であってもよい。このように、ロボットハンド１００は、人間の手の指の分布を模倣し、ロボットハンド１００の擬人化の程度をより向上させることができる。
【0038】
説明すべきことは、第２機械指３２は、機械人差し指３２１、機械中指３２２、機械薬指３２３、および機械小指３２４のうちの少なくとも１つを含んでもよく、本発明はこれに限定されない。また、前述した実施形態と同様に、第１機械指３１および第２機械指３２のうちの少なくとも１つと掌部１とを駆動構造２により接続してもよい。第２機械指３２の数が複数である実施形態では、一部の第２機械指３２に駆動構造２が設けられ、一部の第２機械指３２が掌部１に直接接続されていてもよく、本発明はこれに限定されない。
【0039】
図１５を参照して、人間の手がリラックスした姿勢を模倣し、ロボットハンド１００が掌部１および第１機械指３１によって形成される把持空間ＧＳにおいて物をよりよく把持できるようにするために、いくつかの実施形態では、第１機械指３１の延在軸線ＥＡと掌平面１２との間の角度αが１０度以上３０度以下である。例えば、第１機械指３１の延在軸線ＥＡと掌平面１２との間の角度αは、１０度、２０度、または３０度であってもよい。角度αが小さすぎると、ロボットハンド１００が緊張した状態、硬直した状態に見え、物をつかみにくくなる。そして角度αが大きすぎると、ロボットハンド１００が不自然になり、また、第１機械指３１が開きすぎて空間が占有され、把持が不安定になる。さらに、第２機械指３２をわずかに曲げる状態にすることができ、それにより、人間の手が自然にリラックスした姿勢を模倣し、ロボットハンド１００の擬人化の程度を向上させることができる。
【0040】
また、ロボットハンド１００がピアノを弾くやキーボードを押すために使用される実施形態では、この角度範囲により、第１機械指３１は、人間の手の親指がキーボードやピアノの鍵に置かれた姿勢を模倣することができる。図１に示すように、この実施形態では、第１機械指３１の指腹と第２機械指３２の指腹とが同一平面上に設けられている。このような設置により、ロボットハンド１００は、人間の手が自然にキーボードやピアノの鍵に置かれた姿勢を模倣して、ピアノを弾くやキーボードを押すなどの操作を行ってもよい。
【0041】
機械指３を回転軸線ＲＡ周りに回転駆動するために、駆動構造２はモータであってもよい。モータは機械指３に直接接続され、機械指３を直接駆動して回転させる。図３を参照して、いくつかの実施形態では、駆動構造２は、機械指３を回転軸線ＲＡ周りに回転駆動するための回動駆動モジュール２１を備える。回動駆動モジュール２１は、回動主動歯車２１２と、回動モータ２１１と、回動従動歯車２１３とを備える。回動モータ２１１は、掌部１に固定され、回動モータ本体２１１０と、回動モータベース２１１２と、回動軸２１１３とを備える。ここで、回動軸２１１３は、回動モータベース２１１２に可動接続され、機械指３に固定接続される。回動主動歯車２１２は、回動モータ本体２１１０に固定接続され、回動モータ本体２１１０が、回動主動歯車２１２を回転駆動する。回動主動歯車２１２の主動回動軸線Ａ１は、接続方向ＤＥに沿って延びる。回動従動歯車２１３は、回動軸２１１３に固定接続される。回動従動歯車２１３は回動主動歯車２１２と噛合し、回動従動歯車２１３の従動回動軸線Ａ２が、回転軸線ＲＡと一致する。つまり、従動回動軸線Ａ２は主動回動軸線Ａ１に垂直する。
【0042】
図３に示す機械中指３２２を例にとると、回転軸線ＲＡは幅方向Ｙに延びる。主動回動軸線Ａ１は接続方向ＤＥに延び、本実施形態では、主動回動軸線Ａ１は長さ方向Ｘに延びる。従動回動軸線Ａ２は回転軸線ＲＡと一致し、本実施形態では従動回動軸線Ａ２は幅方向Ｙに延びる。
【0043】
回動モータ２１１は、回動主動歯車２１２を主動回動軸線Ａ１周りに回転駆動し、回動主動歯車２１２と回動従動歯車２１３との噛合によって、該回動運動は従動回動軸線Ａ２周りの回動従動歯車２１３の回転に変換される。回動従動歯車２１３と機械指３とは固定接続されるため、機械指３を回転軸線ＲＡ周りに回転運動することができる。
【0044】
図９～図１０に示すように、いくつかの実施形態では、回動モータ２１１の回動モータ本体２１１０には回動駆動軸２１１１が設けられてもよく、回動主動歯車２１２が回動駆動軸２１１１に固定接続される。これにより、回動モータ本体２１１０は、回動駆動軸２１１１を介して回動主動歯車２１２を回転駆動することができる。
【0045】
回動駆動モジュール２１を設けることにより、ロボットハンド１００は歯車伝達によって運動平面の変換を実現することができる。したがって、回動モータ２１１は、機械指３の延在方向ＤＣと一致するように接続方向ＤＥに沿って設けられることができるため、掌部１内に隠れ、ロボットハンド１００の美観を向上させることができる。モータが機械指３を直接に回転駆動して、モータを回転軸線ＲＡの方向に沿って設置する必要がある実施形態に比べて、回動駆動モジュール２１はロボットハンド１００の空間をより合理的に利用することができ、複数の機械指３をコンパクトに並べて設置することができ、ロボットハンド１００の擬人化および構造のコンパクトさを向上させることができる。
【0046】
さらに、回動主動歯車２１２の直径は、回動従動歯車２１３の直径よりも小さくてもよい。このように、歯車の歯車比（ギア比）によってトルクを増大させ、回動モータ２１１の必要なパラメータを低減することができる。また、主動回動軸線Ａ１が接続方向ＤＥに沿って延び、回動従動歯車２１３の回転軸線が回転軸線ＲＡに沿って延びるため、機械指３の直径の変化に回動主動歯車２１２の直径の変化を、機械指３の長さの変化に回動従動歯車２１３の直径の変化を反映することができる。人間の指の長さは指の直径よりはるかに大きいため、この設置方法は人間の指のサイズを模倣し、トルクを増大させると同時に機械指３の擬人化の程度と軽さを改善することができる。
【0047】
図４を参照して、機械指３は、掌根ユニット３１１と、指ユニット３１２と、を備える。回動駆動モジュール２１はさらに、掌根ユニット３１１と指ユニット３１２との間に設けられて、掌根ユニット３１１と指ユニット３１２とを接続し、指ユニット３１２を折曲軸線ＦＡ周りに回動駆動する。ここで、折曲軸線ＦＡの投影と、回転軸線ＲＡの投影とが交差する。
【0048】
本実施形態では、機械指３は第１機械指３１であり、人間の手の親指の運動を模倣する。第１機械指３１と掌部１との間の回動運動は、掌根ユニット３１１の指ユニット３１２から離れる端部の回動駆動モジュール２１によって実現される。また、掌根ユニット３１１と指ユニット３１２との間の回動駆動モジュール２１は、第１機械指３１の折曲を駆動することができ、折曲の方向が第１機械指３１の回転方向と異なるため、第１機械指３１の運動自由度が１つ増える。このように、第１機械指３１は、より複雑な動作を行うことができる。ロボットハンド１００がピアノを弾くために使用される実施形態では、このような設置方法により、第１機械指３１は、上下に動いてピアノの鍵を押したり離したりするだけでなく、左右の移動も可能であるため、ロボットハンド１００全体が動かない状態でより多くの異なる位置にある鍵を弾くことができ、人間の手の演奏姿勢を模倣し、ロボットハンド１００の擬人化の程度を向上させることができる。
【0049】
もちろん、別の実施形態では、第２機械指３２の機械人差し指３２１、機械中指３２２などは、掌根ユニット３１１と、指ユニット３１２と、を備え、掌根ユニット３１１と指ユニット３１２との間が回動駆動モジュール２１を介して接続されていてもよく、本発明はこれに限定されない。
【0050】
図５を参照して、駆動構造２は、揺動駆動モジュール２２をさらに備える。揺動駆動モジュール２２は、機械指３を回転軸線ＲＡ周りに回転駆動する、および機械指３を揺動軸線ＳＡ周りに回転駆動するために用いられる。揺動駆動モジュール２２は、揺動歯車セット２２１と、揺動モータ２２４と、出力歯車２２５とを備える。揺動モータ２２４は、揺動モータベース２２４０と、揺動モータベース２２４０に固定接続される十字軸２２４４とを備える。十字軸２２４４は、回転軸線ＲＡに沿って延びる第１軸２２４４１と、揺動軸線ＳＡに沿って延びる第２軸２２４４２とを有する。揺動歯車セット２２１は、第１揺動歯車２２２および第２揺動歯車２２３を備える。揺動モータ２２４は、第１揺動歯車２２２および第２揺動歯車２２３を同方向または逆方向に回転駆動するために用いられる。第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３は、それぞれ第１軸２２４４１に回転可能に接続される。出力歯車２２５は、第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３との間に設けられ、第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３とそれぞれ噛合する。出力歯車２２５の軸線は揺動軸線ＳＡと一致し、出力歯車２２５は機械指３に固定接続される。ここで、機械指３は第２軸２２４４２に回転可能に接続される。
【0051】
次に、揺動駆動モジュール２２の駆動過程について説明する。揺動モータ２２４が第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３を駆動して横視点ＶＡにおいて同速度で同方向に回転させる場合、時計回りの回転を例にとると、第１揺動歯車２２２と出力歯車２２５との噛合によって出力歯車２２５が反時計回りに回転する傾向があり、第２揺動歯車２２３と出力歯車２２５との噛合によって出力歯車２２５が時計回りに回転する傾向がある。そのため、出力歯車２２５の両側にかかる力は相殺され、出力歯車２２５は静止状態を維持する。このとき、出力歯車２２５と第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３との間は、相対的に静止した状態にあり、すなわち揺動軸線ＳＡ周りに回転しない。したがって、第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３の回転は、十字軸２２４４、出力歯車２２５、第１揺動歯車２２２、および第２揺動歯車２２３が共に回転軸線ＲＡ周りに回転するように表現される。一方、機械指３と第２軸２２４４２とが回転可能に接続され、第２軸２２４４２の軸線が回転軸線ＲＡに垂直するため、第２軸２２４４２は機械指３を回転軸線ＲＡ周りに回転させ、機械指３全体の回転軸線ＲＡ周りの回転運動が実現される。
【0052】
第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３とが横視点ＶＡで同速度で逆方向に回転する場合、第１揺動歯車２２２が反時計回りに回転し、第２揺動歯車２２３が時計回りに回転することを例にとると、第１揺動歯車２２２と出力歯車２２５との噛合によって出力歯車２２５が時計回りに回転する傾向があり、第２揺動歯車２２３と出力歯車２２５との噛合によって出力歯車２２５も時計回りに回転する傾向がある。したがって、このとき、出力歯車２２５は揺動軸線ＳＡを中心に時計回りに回転する。出力歯車２２５と機械指３とが固定接続され、機械指３と第２軸２２４４２とが回転可能に接続されるため、出力歯車２２５は機械指３全体を揺動軸線ＳＡ周りに回転させる。
【0053】
このような設置により、揺動駆動モジュール２２は、機械指３の回転軸線ＲＡ周りの回転運動だけでなく、機械指３の揺動軸線ＳＡ周りの回転運動も実現することができる。単一の揺動駆動モジュール２２は、機械指３に２つの運動自由度を持たせることができることがわかる。揺動軸線ＳＡ周りの回転運動と回転軸線ＲＡ周りの回転運動とに別々のモータを設ける実施形態に比べて、揺動駆動モジュール２２は、揺動モータ２２４だけで揺動軸線ＳＡ周りと回転軸線ＲＡ周りの回転運動を駆動することができる。このため、モータの数を減らし、ロボットハンド１００の構造のコンパクトさを高め、それによりロボットハンド１００内部の空間利用率を高めることができる。したがって、揺動駆動モジュール２２は、ロボットハンド１００の全体の体積を減少させ、ロボットハンド１００の擬人化の程度や美観を向上させるのに有利である。
【0054】
さらに、揺動モータ２２４は、揺動モータ本体２２４１と、第１主動歯車２２４２と、第２主動歯車２２４３とを備えてもよい。第１主動歯車２２４２の回転軸線Ａ３と第２主動歯車２２４３の回転軸線Ａ４は、それぞれ接続方向ＤＥに延びる。第１主動歯車２２４２は揺動モータ本体２２４１に固定接続され、第２主動歯車２２４３は揺動モータ本体２２４１に固定接続されて、揺動モータ本体２２４１は第１主動歯車２２４２と第２主動歯車２２４３の回転運動をそれぞれ駆動することができる。第１主動歯車２２４２は第１揺動歯車２２２と噛合し、第２主動歯車２２４３は第２揺動歯車２２３と噛合する。
【0055】
いくつかの実施形態では、揺動モータ本体２２４１には、第１駆動軸２２４５および第２駆動軸２２４６が設けられてもよく、第１主動歯車２２４２が第１駆動軸２２４５に固定接続され、第２主動歯車２２４３が第２駆動軸２２４６に固定接続される。これにより、揺動モータ本体２２４１は、第１駆動軸２２４５および第２駆動軸２２４６を介して、第１主動歯車２２４２と第２主動歯車２２４３をそれぞれ回転駆動することができる。
【0056】
俯瞰視点ＶＢにおける第１主動歯車２２４２の回転方向と、横視点ＶＡにおける第１揺動歯車２２２の回転方向とは逆である。つまり、第１主動歯車２２４２が時計回りに回転すると、第１揺動歯車２２２を反時計回りに回転させることができる。第１主動歯車２２４２が反時計回りに回転すると、第１揺動歯車２２２を時計回りに回転させることができる。
【0057】
同様に、俯瞰視点ＶＢにおける第２主動歯車２２４３の回転方向と、横視点ＶＡにおける第２揺動歯車２２３の回転方向とは同じである。つまり、第２主動歯車２２４３が時計回りに回転すると、第２揺動歯車２２３を時計回りに回転させることができる。第２主動歯車２２４３が反時計回りに回転すると、第２揺動歯車２２３を反時計回りに回転させることができる。
【0058】
上記の説明から分かるように、第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３が同方向に回転する場合、揺動駆動モジュール２２は機械指３を回転軸線ＲＡ周りに回転させ、このとき第１主動歯車２２４２と第２主動歯車２２４３の回転方向が逆になる。第１揺動歯車２２２と第２揺動歯車２２３が逆方向に回転する場合、揺動駆動モジュール２２は機械指３を揺動軸線ＳＡ周りに回転させ、このとき第１主動歯車２２４２と第２主動歯車２２４３の回転方向は同じである。
【0059】
したがって、揺動モータ本体２２４１は、第１主動歯車２２４２と第２主動歯車２２４３の回転方向をそれぞれ制御して機械指３の運動方向を制御することができる。第１主動歯車２２４２の回転軸線Ａ３と第２主動歯車２２４３の回転軸線Ａ４が前記接続方向ＤＥに沿って延びるため、揺動モータ２２４は機械指３の延在方向ＤＣに沿って設置して掌部１内に設置することができ、揺動モータ２２４を隠してロボットハンド１００の美観を向上させるのに有利である。また、揺動モータ２２４を掌部１内に設けられることは、ロボットハンド１００の構造のコンパクトさを高め、ロボットハンド１００の体積を全体的に低減するだけでなく、露出している部品の大部分は掌部１と機械指３であるため、ロボットハンド１００の擬人化の程度を向上させるのにも有利である。
【0060】
いくつかの実施形態では、第１主動歯車２２４２と第１揺動歯車２２２の直径は同じであってもよい。別の実施形態では、第１揺動歯車２２２の直径は、第１主動歯車２２４２よりも大きくてもよい。このように、第１揺動歯車２２２と第１主動歯車２２４２との間の減速比により、第１揺動歯車２２２はトルクを増幅させることができ、揺動モータ本体２２４１の必要なパラメータを低減し、揺動駆動モジュール２２の体積およびコストを低減するのに有利である。同様に、第２主動歯車２２４３の直径は、第２揺動歯車２２３の直径以下であってもよく、ここでは説明を省略する。
【0061】
さらに、第１揺動歯車２２２は、固定接続される第１メイン歯車２２２１と第１サブ歯車２２２２とを備える。第１メイン歯車２２２１が第１主動歯車２２４２と噛合し、第１サブ歯車２２２２が出力歯車２２５と噛合する。第１メイン歯車２２２１の直径は、第１サブ歯車２２２２より大きい。同様に、第２揺動歯車２２３は、固定接続される第２メイン歯車２２３１と第２サブ歯車２２３２とを備える。第２メイン歯車２２３１が第２主動歯車２２４３と噛合し、第２サブ歯車２２３２が出力歯車２２５と噛合する。第２メイン歯車２２３１の直径は、第２サブ歯車２２３２より大きい。このような設置方法により、揺動駆動モジュール２２の横方向（回転軸線ＲＡが示す方向）の空間を利用して、揺動駆動モジュール２２の空間利用率を高めるのに有利である。また、比較的サイズの小さい第１サブ歯車２２２２および第２サブ歯車２２３２は、回転軸線ＲＡ上で互いに対向して近接しているため、第１サブ歯車２２２２と第２サブ歯車２２３２とに噛合する出力歯車２２５のサイズを小さくすることができ、構造のコンパクトさを高める。また、このような設置により、第１メイン歯車２２２１と第２メイン歯車２２３１のサイズを増加することができ、第１揺動歯車２２２と第１主動歯車２２４２との間の減速比、第２揺動歯車２２３と第２主動歯車２２４３との間の減速比をさらに増加し、揺動モータ本体２２４１のトルクをさらに増幅させるのに有利である。
【0062】
もちろん、別の実施形態では、揺動駆動モジュール２２には、第１揺動歯車２２２のみが第１メイン歯車２２２１および第１サブ歯車２２２２を備えてもよく、あるいは、第２揺動歯車２２３のみが第２メイン歯車２２３１および第２サブ歯車２２３２を備えてもよく、本発明はこれに限定されない。
【0063】
説明すべきことは、ロボットハンド１００が複数の機械指３を含む実施形態では、機械指３の駆動構造２は同一であっても異なっていてもよい。例えば、すべての機械指３の駆動構造２が揺動駆動モジュール２２であり、それによりすべての機械指３が前後揺動と左右揺動を行うことができる。あるいは、一部の機械指３に回動駆動モジュール２１が設けられ、他の一部の機械指３に揺動駆動モジュール２２が設けられていてもよい。そのため、一部の機械指３は前後揺動のみが可能であり、他の一部の機械指３は前後揺動と左右揺動が可能である。このように、本発明の駆動構造２は汎用性と可搬性に優れ、当業者は実際のニーズに応じて異なる機械指３に異なる駆動構造２を配置することができ、ロボットハンド１００に所望の動作を行わせることができる。
【0064】
図２に示す実施形態では、第１機械指３１は、側端面１３２に設けられ、掌根ユニット３１１と指ユニット３１２とを備える。掌根ユニット３１１は、回動駆動モジュール２１を介して掌部１に接続され、かつ回動駆動モジュール２１を介して指ユニット３１２に接続される。第２機械指３２は先端面１３１に設けられ、機械人差し指３２１、機械中指３２２、機械薬指３２３および機械小指３２４を含む。ここで、機械人差し指３２１は、揺動駆動モジュール２２を介して掌部１に接続される。機械中指３２２、機械薬指３２３、および機械小指３２４は、それぞれ回動駆動モジュール２１を介して掌部１に接続される。このように、第１機械指３１と機械人差し指３２１はそれぞれ２つの自由度を持ち、機械中指３２２と機械薬指３２３と機械小指３２４はそれぞれ１つの自由度を持つ。このような設置方法により、ロボットハンド１００は人間の手と同様の外観を有する。また、ロボットハンド１００は、鍵を弾くときの人間の手の姿勢を、少ない駆動構造２を用いながら、うまく模倣することができる。
【0065】
図１を参照して、いくつかの実施形態では、駆動構造２の機械指３の回転軸線ＲＡ周りの回転運動を検出するために、ロボットハンド１００は、角度センサ５をさらに備える。角度センサ５は機械指３の根元部に設けられ、機械指３と掌部１との間の角度を測定するために用いられる。機械指３の根元部は、機械指３と駆動構造２との接続位置、駆動構造２上、あるいは駆動構造２と掌部１との接続位置であってもよい。このような設置により、駆動構造２の動作が正常であるか否かを監視することができる。例えば、機械指３の回転軸線ＲＡ周りの実際の回転度数を監視し、その後、駆動構造２によって駆動される所望の回転度数と実際の回転度数とを比較してもよい。これにより、ロボットハンド１００の駆動構造２に故障があるかどうかを知ることができ、ロボットハンド１００の監視メンテナンスや調整に有利であり、ロボットハンド１００の運動精度を向上させることができる。
【0066】
図２を参照して、機械指３は指先モジュール３４を有する。指先モジュール３４は作業面に接触するために用いられる。いくつかの実施形態では、ピアノを弾くロボットハンド１００、キーボードのキーを叩くロボットハンド１００などは、指先モジュール３４を介して作業面を押圧する必要がある。本実施形態では、ロボットハンド１００は、指先モジュール３４に設けられる力センサ４（図６に示す）を備えてもよい。力センサ４は、機械指３の指先の力を検出するために用いられる。これにより、指先モジュール３４が作業面に接触しているかどうかを検出し、力センサ４が戻した数値に基づいて指先モジュール３４が作業面を押圧する力を制御することができる。例えば、力センサ４のデータに基づいて、ロボットハンド１００がピアノの鍵を押す力を制御することで、ロボットハンド１００が柔らかさ、激しさ、哀愁などの音楽的感情を演奏することができ、ロボットハンド１００の擬人化の程度やユーザの使用感を向上させることができる。
【0067】
図６を参照して、指先モジュール３４は、指腹パネル３４１および指先ベース３４２を有する。いくつかの実施形態では、力センサ４は、指腹パネル３４１の指先ベース３４２から離れる側に設けられる。つまり、力センサ４は、指先モジュール３４の作業面と接触する側に設けられ、それにより、作業面に直接接触することができ、検出の精度を向上させる。別の実施形態では、指腹パネル３４１は指先ベース３４２に摺動接続され、力センサ４は、指先ベース３４２の指腹パネル３４１に面する側に設けられる。指先モジュール３４が作業面を押圧すると、指腹パネル３４１が指先ベース３４２に向かって摺動し、指腹パネル３４１と指先ベース３４２との間に設けられた力センサ４を押圧する。このような設置により、指先モジュール３４は力センサ４を収容することができ、力センサ４に密閉保護を提供し、水蒸気、ほこりなどの物質が力センサ４に影響を与え、力センサ４の感度低下をもたらすことを回避する。また、指先モジュール３４が作業面に接触した場合にのみ、指腹パネル３４１が力センサ４を押圧する。指先モジュール３４に力センサ４を露出することによるユーザや外物の誤接触の可能性がある実施形態に比べて、力センサ４を指先モジュール３４内に設けることで、検出データの精度を向上させることができる。また、指腹パネル３４１の移動によって力センサ４を押すことで、力センサ４の測定面積を増やすこともできる。
【0068】
いくつかの実施形態では、指先ベース３４２は、指先内ベース３４２１および指先筐体３４２２を有する。指先内ベース３４２１は、指先筐体３４２２に収容され、指腹パネル３４１は、指先内ベース３４２１に接続される。指先内ベース３４２１と指先筐体３４２２との間の空間は、力センサ４や回路基板などの回路構造を収容するために用いられ、回路構造の封止をさらに実現することができる。力センサ４の一部は、指先内ベース３４２１に予め設けられた孔を通過し、指腹パネル３４１と指先内ベース３４２１との間に露出して指腹パネル３４１に接触することができる。指腹パネル３４１と指先ベース３４２との間は摺動接続であるため、不純物は指腹パネル３４１と指先ベース３４２との間の空隙を通して指先モジュール３４に入り込み、力センサ４などの回路構造に悪影響を及ぼす可能性がある。固定接続される指先内ベース３４２１と指先筐体３４２２とを設けることで、指先ベース３４２のシール性を高め、回路構造の保護を強化することができる。
【0069】
指先ベース３４２と指腹パネル３４１との間の摺動接続は、指腹パネル３４１の外壁が指先ベース３４２の外側面を全体的に覆うことによって実現してもよい。あるいは、別の実施形態では、指先ベース３４２の指腹パネル３４１に面する側はガイドポスト３４３を有する。指腹パネル３４１は、ガイドポスト３４３を嵌め込むためのガイド孔３４５を有する。ガイドポスト３４３とガイド孔３４５の加工と組み立てが簡単で、嵌合度がよい。もちろん、指先ベース３４２の指腹パネル３４１に面する側はガイド孔３４５を有し、指腹パネル３４１はガイド孔３４５に嵌め込まれるガイドポスト３４３を有してもよい。あるいは、指先ベース３４２はガイド孔３４５とガイドポスト３４３とを有し、指腹パネル３４１は嵌合するガイドポスト３４３とガイド孔３４５とを有してもよく、本発明はこれに限定されない。
【0070】
指先モジュール３４は、指腹パネル３４１の復元を支援するために、指腹パネル３４１と指先ベース３４２との間に設けられる弾性部材３４４をさらに備える。弾性部材３４４の一端は指腹パネル３４１に当接し、他端は指先ベース３４２に当接し、弾性部材３４４は圧縮状態にある。指腹パネル３４１が作業面に接触すると、弾性部材３４４がさらに圧縮され、指腹パネル３４１が力センサ４に接触できるようになる。弾性部材３４４は常に圧縮状態にあるため、指腹パネル３４１が作業面に接触していないとき、弾性部材３４４は指腹パネル３４１に指先ベース３４２から離れる力を与え続け、指腹パネル３４１が力センサ４から離れる状態を維持することができる。
【0071】
指先ベース３４２がガイドポスト３４３を有し、指腹パネル３４１がガイド孔３４５有する実施形態では、弾性部材３４４はガイドポスト３４３に嵌設され、弾性部材３４４の力が指先ベース３４２から指腹パネル３４１に向かうように維持されることができる。それにより弾性部材３４４の指腹パネル３４１に対する復帰効果を確保することができる。もちろん、弾性部材３４４は、指腹パネル３４１と指先ベース３４２との間に直接設置されてもよく、本発明はこれに限定されるものではない。
【0072】
図７および図８を参照して、いくつかの実施形態では、機械指３は、延在方向ＤＣに沿って設けられる指先３３１と、中間指部３３２と、近端指部３３３とを有する。中間指部３３２の一端は指先３３１に回転可能に接続される。近端指部３３３と掌部１との間に駆動構造２が接続される。すなわち、駆動構造２は掌側面１３に設けられ、近端指部３３３の中間指部３３２から離れた端部に接続されて、機械指３と掌部１とを接続方向ＤＥに接続する。中間指部３３２と近端指部３３３の間には関節構造７が設けられ、関節構造７は中間指部３３２と近端指部３３３にそれぞれ回転可能に接続される。関節構造７は、機械指３が人間の手のような指の曲げ動作を行うことができるように、中間指部３３２と近端指部３３３との間の角度を変えることができる。
【0073】
このような設置により、ロボットハンド１００は、物の形状に対する適応性が高い。ロボットハンド１００は、機械指３と掌部１との間の角度や、近端指部３３３と中間指部３３２との間の角度を変えることで、異なる物を把持することができる。また、ロボットハンド１００の適応性が高いため、機械指３は物の表面にできるだけ密着することができ、ロボットハンド１００が物をより安定的に把持することができる。
【0074】
駆動構造２と同様に、機械指３の数が複数である実施形態では、すべての機械指３に関節構造７が設けられてもよいし、一部の機械指３に関節構造７が設けられてもよい。また、機械指３に駆動構造２と関節構造７を同時に設けて、機械指３の柔軟性を高めることができる。あるいは、機械指３には関節構造７のみが設けられ、機械指３の生産コストを低減してもよい。
【0075】
機械指３が延在方向ＤＣに沿って設けられる指先３３１と、中間指部３３２と、近端指部３３３とを有するいくつかの実施形態では、駆動構造２は回動駆動モジュール２１を備える。以下、図７～図１０を参照しながら、機械薬指３２３を例に具体的に説明する。回動駆動モジュール２１は、回動モータ２１１と、回動主動歯車２１２と、回動従動歯車２１３とを備える。回動モータ２１１は掌部１に固定され、回動モータ本体２１１０、回動駆動軸２１１１、回動モータベース２１１２および回動軸２１１３を備える。回動軸２１１３は、回動モータベース２１１２に可動接続され、機械指３の近端指部３３３に固定接続される。回動軸２１１３の軸線は、回転軸線ＲＡに沿って延びる。回動主動歯車２１２は回動駆動軸２１１１に固定接続され、回動主動歯車２１２の主動回動軸線Ａ１は接続方向ＤＥに延びる。回動従動歯車２１３は回動軸２１１３に固定接続され、回動従動歯車２１３は回動主動歯車２１２と噛合する。
【0076】
回動モータ２１１が回動駆動軸２１１１を回転駆動するため、回動駆動軸２１１１は回動主動歯車２１２を主動回動軸線Ａ１周りに回転させることができ、回動主動歯車２１２と回動従動歯車２１３との噛合によって、該回転運動は回転軸線ＲＡ周りの回転に変換される。回動従動歯車２１３と回動軸２１１３とが固定接続され、近端指部３３３も回動軸２１１３に固定接続されるため、回動従動歯車２１３の回転によって機械指３を回転軸線ＲＡ周りに回転させることができる。
【0077】
図１１に示すように、機械指３が延在方向ＤＣに沿って設けられる指先３３１と、中間指部３３２と、近端指部３３３とを有するいくつかの実施形態では、駆動構造２は揺動駆動モジュール２２をさらに備えてもよい。揺動駆動モジュール２２の構成、および揺動駆動モジュール２２と機械指３の近端指部３３３との接続関係については、上記図５についての説明を参照することができ、ここでは説明を省略する。
【0078】
ユーザは、ロボットハンド１００を使用して物を把持する際、ロボットハンド１００が駆動構造２によって機械指３と掌部１との間の角度を変更した後、近端指部３３３と中間指部３３２との間の角度を手動で調整することができ、例えば中間指部３３２を関節構造７周りに手動で回動させて、機械指３が物の表面に密着して把持できるようにすることができる。さらに、図１１を参照し続け、いくつかの実施形態では、関節構造７は関節モータ７４を有する。関節モータ７４は、近端指部３３３の駆動構造２から離れる端部に設けられ、中間指部３３２を回転駆動して、中間指部３３２と近端指部３３３との間の角度を変えるために用いられる。このような設置により、ユーザはロボットハンド１００を使用して物を把持する際に、近端指部３３３と中間指部３３２との間の角度を手動で調整する必要がなく、関節モータ７４を制御すればよく、実用的で便利であり、ロボットハンド１００の知能化と自動化を向上させることができる。
【0079】
図１１に示す実施形態のように、関節モータ７４は、関節モータベース７４１と関節駆動軸７４２とを備えることができる。関節モータベース７４１は近端指部３３３に固定接続される。関節駆動軸７４２は関節モータベース７４１に回転可能に接続され、かつ中間指部３３２に固定接続される。関節モータ本体７４４（図１２に示す）は、関節モータベース７４１に固定され、図１１に示す実施形態では関節モータベース７４１内に隠れている。関節モータ本体７４４はウォームギア構造であってもよく、ウォーム構造は関節駆動軸７４２上に設けられ、関節モータ本体７４４内のギアの回転が関節駆動軸７４２の回転を回転駆動し、中間指部３３２を回転させる。
【0080】
図１２および図１３を参照して、別の実施形態では、関節モータ７４は、関節主動歯車７４３と関節従動歯車７４５とをさらに備える。関節主動歯車７４３の関節主動軸線Ａ５は延在方向ＤＣに沿って延びる。関節モータ本体７４４は関節主動歯車７４３に固定接続され、関節主動歯車７４３の回転を駆動するために用いられる。関節従動歯車７４５は関節駆動軸７４２に固定接続され、かつ関節従動歯車７４５は関節主動歯車７４３と噛合する。関節従動歯車７４５の関節従動軸線Ａ６は関節主動軸線Ａ５に垂直する。
【0081】
実際には、この構造は、駆動構造２の回動駆動モジュール２１と類似する。関節モータ本体７４４は、関節主動歯車７４３を関節主動軸線Ａ５周りに回転駆動し、関節主動歯車７４３と関節従動歯車７４５との噛合により、該回転運動は関節従動軸線Ａ６周りの回転に変換される。関節従動歯車７４５と関節駆動軸７４２とが固定接続され、中間指部３３２も関節駆動軸７４２に固定接続されるため、関節従動歯車７４５の回転によって中間指部３３２を回転駆動し、中間指部３３２と近端指部３３３との間の角度を変えることができる。
【0082】
いくつかの実施形態において、関節構造７の構造は、駆動構造２の回動駆動モジュール２１と同じであってもよい。
【0083】
関節モータ７４について説明した上記実施形態に基づいて、図１１を参照して、指先３３１は、平行に設けられる第１指先軸３３１１と第２指先軸３３１２とを有してもよい。中間指部３３２は、主動リンク３３２３と従動リンク３３２４とを備える。主動リンク３３２３の一端は関節駆動軸７４２に固定接続され、他端は第１指先軸３３１１に回転可能に接続される。主動リンク３３２３は、関節モータ７４によって駆動されて関節駆動軸７４２周りに回転する。従動リンク３３２４の一端は第２指先軸３３１２に回転可能に接続され、他端は関節モータ７４に回転可能に接続される。ここで、第１指先軸３３１１の軸線方向Ａ７において、主動リンク３３２３の投影と従動リンク３３２４の投影とが交差する。
【0084】
図１４の機械構造簡略化図を用いて説明する。主動リンク３３２３が関節駆動軸７４２周りに回転すると、主動リンク３３２３は第１指先軸３３１１を関節駆動軸７４２周りに回転させる。第１指先軸３３１１と第２指先軸３３１２とが指先３３１に接続されるため、主動リンク３３２３は間接的に第２指先軸３３１２を回転させ、それによって第２指先軸３３１２に接続される従動リンク３３２４を回転させることができる。従動リンク３３２４と主動リンク３３２３の長さが固定であり、第１指先軸３３１１が主動リンク３３２３に回転可能に接続され、第２指先軸３３１２が従動リンク３３２４に回転可能に接続されるため、主動リンク３３２３と従動リンク３３２４とは互いに牽制され、指先３３１が延在方向ＤＣにおいて掌部１に指向する状態と掌部１から離れる状態とを切り替えることができる。このように、ロボットハンド１００が比較的体積の小さい物を把持する必要がある場合、指先３３１は掌部１に曲げ、物が落ちないように物を引っかけることができる。したがって、このような設置方法は、ロボットハンド１００の異なる物のサイズに対する適合性を向上させ、ロボットハンド１００の適用範囲を拡大することができる。
【0085】
本実施形態では、従動リンク３３２４の関節モータ７４に接続する一端が、関節モータベース７４１に接続されてもよいため、従動リンク３３２４と関節モータベース７４１との接続位置を調整することにより、主動リンク３３２３と従動リンク３３２４との角度などのパラメータを調整して、指先３３１の運動を制御することができる。また、図１２および図１３を参照して、機械指３を第１機械指３１として説明する。従動リンク３３２４は関節駆動軸７４２と回転可能に接続されてもよい。本実施形態では、主動リンク３３２３は、第１サブリンク３３２３１と第２サブリンク３３２３２とを有する。第１サブリンク３３２３１の一端は関節駆動軸７４２に固定接続され、他端は第２サブリンク３３２３２に接続される。第２サブリンク３３２３２の第１サブリンク３３２３１から離れる端部は、第１指先軸３３１１に回転可能に接続される。
【0086】
関節駆動軸７４２の回転により第１サブリンク３３２３１を回転させ、第１サブリンク３３２３１が第２サブリンク３３２３２を移動させ、第２サブリンク３３２３２が指先３３１を移動させることで従動リンク３３２４を移動させて、指先３３１が延在方向ＤＣにいて掌部１に指向する状態と掌部１から離れる状態とを切り替えることができる。このような設置により、主動リンク３３２３は２つの独立したサブリンクに分けることができ、ユーザは、第１サブリンク３３２３１と第２サブリンク３３２３２の長さを調整することにより、第２サブリンク３３２３２と従動リンク３３２４との間の角度を調整することができる。関節モータベース７４１上の接続位置を変更する実施形態と比較して、このような設置方法により、主動リンク３３２３と従動リンク３３２４との関係を容易に調整し、指先３３１の運動を調整することができる。
【0087】
第１サブリンク３３２３１と第２サブリンク３３２３２とは、折り曲げられた主動リンク３３２３を形成するように固定接続されてもよい。主動リンク３３２３が一体的に形成される実施形態では、従動リンク３３２４が物に接触したとき、物は従動リンク３３２４のそれ以上の回動を妨げるため、一体的に形成される主動リンク３３２３もそれ以上回動しにくい。したがって、いくつかの実施形態では、第１サブリンク３３２３１と第２サブリンク３３２３２とは回転可能に接続される。従動リンク３３２４が物に接触したとき、従動リンク３３２４が動かなくなるため、第２指先軸３３１２の位置が固定される。このとき、第１サブリンク３３２３１は、回転し続けることができ、第２サブリンク３３２３２を指先３３１に向かって移動させ、第１指先軸３３１１を第２指先軸３３１２周りに回転させ、第２指先軸３３１２周りの指先３３１の回転を実現させる。
【0088】
このような設置により、ロボットハンド１００が物を把持する際に、近端指部３３３および中間指部３３２が物に当接してそれ以上動くことができなくなった場合でも、ロボットハンド１００は、指先３３１が図１５に示す把持空間ＧＳ内の物を把持することができるように、指先３３１と中間指部３３２との間の角度を変更することができ、ロボットハンド１００の把持安定性を高めることができる。
【0089】
さらに、中間指部３３２は、延在方向ＤＣに沿って設けられる弾性部材３３２５をさらに有する。弾性部材３３２５の一端は指先３３１の接続点（図示せず）に固定接続され、他端が従動リンク３３２４に固定接続され、弾性部材３３２５は伸張状態にある。ここで、接続点は第２指先軸３３１２の延在軸線から離れる。指先３３１が第２指先軸３３１２周りに回転すると、接続点が第２指先軸３３１２の延在軸線から離れるため、接続点も第２指先軸３３１２周りに回転する。以下、指先３３１が中間指部３３２に向かって回転することを正回転と呼び、指先３３１が中間指部３３２から離れるように回転することを逆回転と呼ぶ。指先３３１が正回転すると、接続点と従動リンク３３２４上の弾性部材３３２５の固定点との直線距離が増加し、このとき弾性部材３３２５がさらに伸張する。指先３３１が逆回転すると、接続点と従動リンク３３２４上の弾性部材３３２５の固定点との直線距離が減少する。弾性部材３３２５は伸張状態にあるため、弾性部材３３２５の引張力によって指先３３１の復帰を支援することができる。
【0090】
当業者は、実際のニーズに応じて、従動リンク３３２４における弾性部材３３２５の固定位置を設定することができる。例えば、弾性部材３３２５の長さが短い場合には、固定位置を第２指先軸３３１２に近づけることができる。弾性部材３３２５の長さが長い場合、固定位置を関節駆動軸７４２に近づけることができる。図１３に示すように、従動リンク３３２４は、その延在方向ＤＣにおいて複数の接続孔３３２４１を有し、当業者はロボットハンド１００の状態に応じて長さとばね定数の異なる弾性部材３３２５を交換することができ、あるいは、複数の異なる規格の弾性部材３３２５を容易に交換することができるため、機械指３が市販の複数種類の弾性部材３３２５に対応でき、メンテナンスコストを低減することができる。
【0091】
中間指部３３２は主動リンク３３２３と従動リンク３３２４とを備える実施形態では、関節モータ７４は上述したウォームギア構造であってもよく、関節主動歯車７４３と関節従動歯車７４５が設けられる構造であってもよく、または例えばモータが関節駆動軸７４２を直接駆動する構造であってもよい。本発明ではこれに限定されない。
【0092】
別の実施形態では、関節構造７に関節モータ７４を設けない。この実施形態では、関節構造７と回動駆動モジュール２１とが協働して、中間指部３３２と近端指部３３３との間の角度の変化を駆動する。図９および図１０を参照すると、関節構造７は、平行に設けられる第１関節軸７１と第２関節軸７２と第３関節軸７３とを有する。近端指部３３３は、第１近端リンク３３３１および第２近端リンク３３３２を有する。中間指部３３２は、第１中間リンク３３２１および第２中間リンク３３２２を有する。第１近端リンク３３３１の一端は回動軸２１１３に固定接続され、他端は第１関節軸７１に回転可能に接続される。回動軸２１１３と第１関節軸７１との間には、第１近端リンク３３３１は第２関節軸７２にも回転可能に接続される。第２近端リンク３３３２の一端は回動モータベース２１１２に回転可能に接続され、他端は第３関節軸７３に回転可能に接続される。第１中間リンク３３２１の一端は第１指先軸３３１１に回転可能に接続され、他端は第２関節軸７２に回転可能に接続される。第２中間リンク３３２２の一端は第２指先軸３３１２に回転可能に接続され、他端は第３関節軸７３に回転可能に接続される。第２指先軸３３１２と第３関節軸７３との間には、第２中間リンク３３２２は第１関節軸７１にも回転可能に接続される。ここで、第１指先軸３３１１の軸線方向Ａ７において、第１近端リンク３３３１の投影と第２近端リンク３３３２の投影とが交差し、第１中間リンク３３２１の投影と第２中間リンク３３２２の投影とが交差する。
【0093】
図１６を参照して説明する。回動軸２１１３は、第１近端リンク３３３１を回動駆動する。第１近端リンク３３３１は第１関節軸７１と第２関節軸７２とにそれぞれ回転可能に接続されるため、第１近端リンク３３３１は、第１関節軸７１に接続される第２中間リンク３３２２と、第２関節軸７２に接続される第１中間リンク３３２１とを移動させることができる。第２中間リンク３３２２は、第３関節軸７３および第２指先軸３３１２にも接続されるため、第２中間リンク３３２２の移動は、第３関節軸７３に接続される第２近端リンク３３３２を回転させ、指先３３１を移動させることができる。第１中間リンク３３２１は、第１指先軸３３１１にも接続されるため、第１中間リンク３３２１の移動は指先３３１を移動させることができる。
【0094】
回動軸２１１３が第１近端リンク３３３１を駆動する際に、第１近端リンク３３３１、第２近端リンク３３３２、第１中間リンク３３２１および第２中間リンク３３２２は、それぞれの長さおよび互いの角度によって制限され、図１６に示すような機械指３が曲がった形になることができる。
【0095】
このような設置により、機械指３は、関節構造７に関節モータ７４を設ける必要がなく、近端指部３３３および中間指部３３２を駆動構造２に関連付けることで、駆動構造２は機械指３を駆動して延在方向ＤＣと掌平面１２との角度を変えることができるほか、近端指部３３３と中間指部３３２との角度を変えることができ、駆動構造２の利用率を向上させ、機械指３の構造を簡略化し、機械指３の生産コストを低減する。
【0096】
図７に示す実施形態を例にとると、機械薬指３２３及び機械小指３２４の駆動構造２は、機械指３の折曲を行うことができる。人間の手の薬指と小指が手のひらの中心に近づくと、通常、指の折曲も伴う。そのため、このような設置構造によりロボットハンド１００の擬人化の程度を向上させる。また、物を把持する際、機械薬指３２３と機械小指３２４は通常、主導的な役割ではなく補助的な役割を果たすため、このような設置方式では関節モータ７４を設置する必要がなく、少ない関節モータ７４でほとんどの把持姿勢を模倣することができ、ロボットハンド１００が正常に作動することを確保すると同時に、ロボットハンド１００の生産コストを低減するのに有利である。
【0097】
また、図７に示す実施形態では、第１機械指３１、機械人差し指３２１、および機械中指３２２の関節構造７には、関節モータ７４が設けられているため、第１機械指３１、機械人差し指３２１、および機械中指３２２の調整の柔軟性を高め、ロボットハンド１００が異なるサイズや外面の不規則な物を把持できるようにすることができる。
【0098】
また、人間の手の人差し指と親指の動きの柔軟性と同様に、第１機械指３１と機械人差し指３２１の駆動構造２は揺動駆動モジュール２２であり、ロボットハンド１００の第１機械指３１と機械人差し指３２１を掌側面１３に対して揺動させることができ、物を把持する際に把持位置を調整することができ、ロボットハンド１００の異なるサイズの物に対する把持適合性と柔軟性を向上させることができる。
【0099】
なお、図７に示す実施形態は、例示的なものであり、限定するものではない。当業者は、実際のニーズに応じて異なる数の機械指３を設置してもよく、第１機械指３１、機械人差し指３２１、機械中指３２２、機械薬指３２３、および機械小指３２４の駆動構造２を同じにしてもよく、関節構造７を同じにしてもよく、本発明はこれに限定されない。本発明の関節構造７と駆動構造２は、需要に応じて機械指３に設け、機械指３を異なる運動能力と運動自由度を持たせることができるため、関節構造７と駆動構造２の適応性が高く、可搬性が高い。
【0100】
本発明の第２態様は、胴体部と、上肢部と、上記実施形態に記載のロボットハンド１００とを備えるロボットを提供する。上肢部の一端はロボットハンドに接続され、他端は胴体部に接続されて、人体と類似する構造を形成する。ロボットハンド１００の機械指３は２つの異なる方向への回転運動が可能であるため、ロボットはピアノを弾いたり、キーボードを押したりするなど、人間の手の運動に似た動作を行うことができ、ロボットの擬人化の程度を向上させることができる。ロボットには、電源素子、ドライバ、コントローラなどの電子部品が設置され、ロボットハンド１００の機械運動を駆動するために用いられる。理解できるように、これらの電子部品は胴体部または上肢部に設置することができ、ロボットの構造のコンパクトさおよび完全性を向上させる。あるいは、ロボットの外部に設置してもよく、本発明はこれに限定されない。なお、ロボットハンド１００の各実施形態について上述した有益な効果は、本発明のロボットについても同様に説明することができ、説明の簡単化のため、本発明では説明を省略する。
【0101】
本明細書に記載された具体的な実施形態は、本発明の精神を例示するにすぎない。当業者は、本発明の精神から逸脱することはなく、または添付の特許請求の範囲で定義された範囲を超えることはなく、本明細書に記載された具体的な実施形態に対して様々な修正、補足、または同様の方法で代替することができる。
【0102】
上記の実施形態の各技術的特徴は、任意の組み合わせが可能であり、説明を簡潔にするために、上記の実施形態における各技術的特徴の可能な組み合わせはすべて記述されていないが、これらの技術的特徴の組み合わせに矛盾がない限り、本明細書の範囲内であると考えられるべきである。
【符号の説明】
【0103】
１００ ロボットハンド
１ 掌部
１２ 掌平面
１３ 掌側面
１３１ 先端面
１３２ 側端面
２ 駆動構造
２１ 回動駆動モジュール
２１１ 回動モータ
２１２ 回動主動歯車
２１３ 回動従動歯車
２１１０ 回動モータ本体
２１１１ 回動駆動軸
２１１２ 回動モータベース
２１１３ 回動軸
２２ 揺動駆動モジュール
２２１ 揺動歯車セット
２２２ 第１揺動歯車
２２２１ 第１メイン歯車
２２２２ 第１サブ歯車
２２３ 第２揺動歯車
２２３１ 第２メイン歯車
２２３２ 第２サブ歯車
２２４ 揺動モータ
２２４０ 揺動モータベース
２２４１ 揺動モータ本体
２２４２ 第１主動歯車
２２４３ 第２主動歯車
２２４４ 十字軸
２２４４１ 第１軸
２２４４２ 第２軸
２２４５ 第１駆動軸
２２４６ 第２駆動軸
２２５ 出力歯車
３ 機械指
３１ 第１機械指
３１１ 掌根ユニット
３１２ 指ユニット
３２ 第２機械指
３２１ 機械人差し指
３２２ 機械中指
３２３ 機械薬指
３２４ 機械小指
３３１ 指先
３３２ 中間指部
３３３ 近端指部
３３１１ 第１指先軸
３３１２ 第２指先軸
３３２１ 第１中間リンク
３３２２ 第２中間リンク
３３２３ 主動リンク
３３２４ 従動リンク
３３２５ 弾性部材
３３３１ 第１近端リンク
３３３２ 第２近端リンク
３３２３１ 第１サブリンク
３３２３２ 第２サブリンク
３３２４１ 接続孔
３４ 指先モジュール
３４１ 指腹パネル
３４２ 指先ベース
３４２１ 指先内ベース
３４２２ 指先筐体
３４３ ガイドポスト
３４４ 弾性部材
３４５ ガイド孔
４ 力センサ
５ 角度センサ
７ 関節構造
７１ 第１関節軸
７２ 第２関節軸
７３ 第３関節軸
７４ 関節モータ
７４１ 関節モータベース
７４２ 関節駆動軸
７４３ 関節主動歯車
７４４ 関節モータ本体
７４５ 関節従動歯車
Ｘ 長さ方向
Ｙ 幅方向
Ｚ 厚さ方向
ＤＥ 接続方向
ＤＣ 延在方向
ＲＡ 回転軸線
ＳＡ 揺動軸線
ＦＡ 折曲軸線
Ａ１ 主動回動軸線
Ａ２ 従動回動軸線
Ａ３ 回転軸線
Ａ４ 回転軸線
Ａ５ 関節主動軸線
Ａ６ 関節従動軸線
Ａ７ 第１指先軸３３１１の軸線方向
ＥＡ 延在軸線
ＧＳ 把持空間
α 角度
ＶＡ 横視点
ＶＢ 俯瞰視点
１ 掌部
１２ 掌平面
１３ 掌側面
１３１ 先端面
１３２ 側端面
２ 駆動構造
２１ 回動駆動モジュール
２１１ 回動モータ
２１２ 回動主動歯車
２１３ 回動従動歯車
２１１０ 回動モータ本体
２１１１ 回動駆動軸
２１１２ 回動モータベース
２１１３ 回動軸
２２ 揺動駆動モジュール
２２１ 揺動歯車セット
２２２ 第１揺動歯車
２２２１ 第１メイン歯車
２２２２ 第１サブ歯車
２２３ 第２揺動歯車
２２３１ 第２メイン歯車
２２３２ 第２サブ歯車
２２４ 揺動モータ
２２４０ 揺動モータベース
２２４１ 揺動モータ本体
２２４２ 第１主動歯車
２２４３ 第２主動歯車
２２４４ 十字軸
２２４４１ 第１軸
２２４４２ 第２軸
２２４５ 第１駆動軸
２２４６ 第２駆動軸
２２５ 出力歯車
３ 機械指
３１ 第１機械指
３１１ 掌根ユニット
３１２ 指ユニット
３２ 第２機械指
３２１ 機械人差し指
３２２ 機械中指
３２３ 機械薬指
３２４ 機械小指
３３１ 指先
３３２ 中間指部
３３３ 近端指部
３３１１ 第１指先軸
３３１２ 第２指先軸
３３２１ 第１中間リンク
３３２２ 第２中間リンク
３３２３ 主動リンク
３３２４ 従動リンク
３３２５ 弾性部材
３３３１ 第１近端リンク
３３３２ 第２近端リンク
３３２３１ 第１サブリンク
３３２３２ 第２サブリンク
３３２４１ 接続孔
３４ 指先モジュール
３４１ 指腹パネル
３４２ 指先ベース
３４２１ 指先内ベース
３４２２ 指先筐体
３４３ ガイドポスト
３４４ 弾性部材
３４５ ガイド孔
４ 力センサ
５ 角度センサ
７ 関節構造
７１ 第１関節軸
７２ 第２関節軸
７３ 第３関節軸
７４ 関節モータ
７４１ 関節モータベース
７４２ 関節駆動軸
７４３ 関節主動歯車
７４４ 関節モータ本体
７４５ 関節従動歯車
Ｘ 長さ方向
Ｙ 幅方向
Ｚ 厚さ方向
ＤＥ 接続方向
ＤＣ 延在方向
ＲＡ 回転軸線
ＳＡ 揺動軸線
ＦＡ 折曲軸線
Ａ１ 主動回動軸線
Ａ２ 従動回動軸線
Ａ３ 回転軸線
Ａ４ 回転軸線
Ａ５ 関節主動軸線
Ａ６ 関節従動軸線
Ａ７ 第１指先軸３３１１の軸線方向
ＥＡ 延在軸線
ＧＳ 把持空間
α 角度
ＶＡ 横視点
ＶＢ 俯瞰視点
【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】
【国際調査報告】