JP2009154281A

JP2009154281A - ロボットハンド装置

Info

Publication number: JP2009154281A
Application number: JP2007338839A
Authority: JP
Inventors: Hironori Waida; 寛則和井田; Kazuyuki Takahashi; 和幸高橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: WO2009084142A1; JP5013476B2

Abstract

【課題】掴み動作を行う際に、特異点による影響を極力回避して、指の円滑な動作性を確保することができるロボットハンド装置を提供する。
【解決手段】手の平１の端縁に指を連結している関節３６に、手の平の面１ａと交差する方向に延びて指３を手の平の面１ａに沿う方向に揺動させる揺動軸３７と、手の平の面１ａに沿う方向に延びて指３を手の平の面１ａに向かう方向に屈曲させる屈曲軸３８とを設ける。揺動軸３７を、手の平１に対して傾斜する姿勢で設ける。これにより、揺動軸３７の手の平１に向かう軸線３７ａが、指３から次第に離反する方向に傾斜して延び、特異点による影響のない把持作業領域を拡大することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の関節を介して屈伸する指を備えるロボットハンド装置に関する。

この種のロボットハンド装置は、手の平の端縁から延びる複数の指を備え、各指が、手の平に対して屈伸運動させる複数の関節を備えていることにより、人間の手と同様にして物品の掴み動作（手の平面に物品を当接させた状態で指を折り曲げて手の平面上で物品を把持する動作）が行えるように構成されている。更に、屈伸運動が可能であるだけでなく、種々様々の物体を掴むのに適した姿勢を容易に採ることができるように、指を手の平の面に沿う方向に揺動させる所謂側屈運動を可能としたものも知られている。このものでは、
手の平の端縁に指を連結している関節に、指を手の平に向かって屈曲させる屈曲軸だけでなく、指を手の平の面に沿う方向に揺動させるべく軸線が手の平の面に直交する方向に延びる揺動軸を備えている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この種のロボットハンド装置においては、例えば図２に示すように、示指に相当する指５を手の平６の方向に屈曲させたとき、その屈曲範囲には、側屈運動のための揺動軸５１の軸線５１ａが存在する。そして、指５を屈伸運動させて物品を掴んだときに、揺動軸５１の軸線５１ａに指先５２が一致すると、側屈運動させてもその軸線５１ａ回りに指先５２の向きが変わるだけで指先５２の位置を移動させることができない状態となる。この状態は、一般に特異点と言われており、指５の位置制御が困難となって指５の動作性が悪くなる。

更に、揺動軸５１の軸線５１ａが指５の手の平６側の端部に位置し且つ手の平の面６ａに直交している場合、例えば、手の平の面６ａに物品を当接させ、この物品を掴むように指５を屈曲させると、手の平の面６ａの上方で指先５２が揺動軸５１の軸線５１ａを越えてしまう。このため、指先力等による的確な制御が行えず、円滑な掴み動作が行えない不都合がある。
特開２００１−３４７４８２号公報

本発明はかかる背景に鑑み、掴み動作を行う際に、特異点による影響を極力回避して、指の円滑な動作性を確保することができるロボットハンド装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、物品に当接する面を有する手の平と、該手の平の端縁から延びる指とを備え、該指が複数の関節を介して屈伸して、指と手の平とによる物品の掴み動作を行うロボットハンド装置において、前記指における各関節のうち手の平の端縁に指を連結している関節は、手の平の面と交差する方向に延びて指を手の平の面に沿う方向に揺動させる揺動軸と、手の平の面に沿う方向に延びて指を手の平の面に向かう方向に屈曲させる屈曲軸とを備え、前記揺動軸は、手の平に対して傾斜する姿勢で設けられ、該揺動軸の手の平に向かう軸線は、該指から次第に離反する方向に傾斜して延びていることを特徴とする。

本発明において、揺動軸は、指を手の平の面に沿う方向に揺動させる所謂側屈運動のための軸であり、屈曲軸は、指を手の平の面に向かう方向に屈曲させる所謂屈伸運動のための軸である。そして、揺動軸は、その手の平に向かう軸線が、該指から次第に離反するように傾斜する姿勢に設けられていることにより、揺動軸の軸線は手の平の面に対して傾斜した状態て交差する。これによって、掴み動作（手の平面に物品を当接させた状態で指を折り曲げて手の平面上で物品を把持する動作）の際に指を屈曲軸により屈曲させたとき、指先が揺動軸の軸線に一致する位置は手の平面の近傍となるので、手の平面上における指の把持作業領域のうち、特異点の影響を受けない領域を大とすることができる。

また、本発明において、前記屈曲軸は、前記揺動軸よりも指側に位置して該揺動軸に隣接することが好ましい。これにより、揺動軸の軸線は、屈曲軸の軸線に対して相対的に手の平側となるので、手の平面上における指の把持作業領域のうち、特異点の影響を受けない領域を更に拡大することができる。

図１は本実施形態のロボットハンド装置Ａを模式的に示している。このロボットハンド装置Ａは、人間の手を模倣したものであり、手の平１をはじめ、母指２、示指３、中指、環指および小指に相当する５指を備える。なお、図においては母指２及び示指３のみを示し、他の指を省略している。

図１に示すように、示指３は、その指先側から指基側に向かって順に、末節部３１、中節部３２、及び基節部３３を備え、この配置は人間の示指に対応している。末節部３１と中節部３２とは第１関節３４により手の平の面１ａに向かう方向に屈曲自在に連結されている。中節部３２と基節部３３とは第２関節３５により手の平の面１ａに向かう方向に屈曲自在に連結されている。そして、基節部３３は第３関節３６を介して手の平１に連結されている。第３関節３６は、揺動軸３７と屈曲軸３８とにより構成され、該揺動軸３７が手の平１の端縁側に枢着されている。揺動軸３７は、示指３を手の平の面１ａに沿う方向に揺動させる軸であり、屈曲軸３８は、示指３を手の平の面１ａに向かう方向に屈曲させる軸である。そして、第３関節３６は、本発明における指（示指３）の各関節のうち手の平の端縁に指を連結している関節に相当するものである。

末節部３１、中節部３２、及び基節部３３は、各関節３４，３５，３６を介して図示しないリンク機構により接続されており、屈曲軸３８による第３関節３６の回動に連動して第２関節３５及び第１関節３４の回動が行なわれる。これによって、物品（図示しない）に向かって末節部３１、中節部３２、及び基節部３３が屈曲し、手の平の面１ａ上の物品を掴む動作が行なわれる。なお、物品を掴む際には、屈曲する示指３の反対側から後述の母指２が物品に当接する。また、第３関節３６の回動は、図示しないが、手の平１の内部等に設けられた駆動源により駆動される。例えば、駆動源が電動モータである場合には電動モータの出力軸が第３関節３６に接続される。この場合には、出力軸のトルクを制御することにより示指３の指先部である末節部３１が物品に当接する力（指先力）が制御される。

また、母指２は、示指３と同様にして指先から指基に向かって順に、末節部２１、中節部２２、及び基節部２３を備え、手の平の面１ａを介して示指３の反対側（図示しない手首側）に設けられている。末節部２１と中節部２２とは第１関節２４により手の平の面１ａに向かう方向に屈曲自在に連結されている。中節部２２と基節部２３とは第２関節２５により手の平の面１ａに向かう方向に屈曲自在に連結されている。そして、母指２の基節部２３は第３関節２６を介して手の平１に連結されている。母指２の第３関節２６は、揺動軸２７と屈曲軸２８とにより構成され、該揺動軸２７が手の平１の端縁側に枢着されている。母指２の揺動軸２７は、該母指２を手の平の面１ａに対して左右方向に揺動させる軸であり、その軸線２７ａが手の平の面１ａに沿って延びる姿勢に設けられている。また、母指２の屈曲軸２８は、該母指２を手の平の面１ａに対して向かう方向に屈曲させる軸であり、その軸線２８ａは揺動軸２７の軸線２７ａと直交している。

ここで、示指３の第３関節３６における揺動軸３７と屈曲軸３８とについて更に詳しく説明する。示指３における第３関節３６の屈曲軸３８は、その軸線３８ａが手の平の面１ａに沿う方向に延びている。これにより、第３関節３６を介して示指３を手の平の面１ａに向かう方向に屈曲させることができる。

示指３における第３関節３６の揺動軸３７は、その軸線３７ａが手の平の面１ａと交差する方向に延びている。また、示指３の揺動軸３７は手の平の面１ａに対して傾斜して設けられており、手の平１に向かう揺動軸３７の軸線３７ａは、示指３側から次第に離反するように傾斜（即ち、母指２の側に向かって傾斜）している。そして更に、示指３の第３関節３６における揺動軸３７と屈曲軸３８とは、互いに交差方向に軸線が延びるが、このとき、屈曲軸３８は、揺動軸３７よりも示指３側に位置している。

こうすることによって、第３関節３６を介しての示指３の動きは、手の平の面１ａに向かっての屈伸運動が得られるだけでなく、手の平１に対して揺動軸３７の軸線３７ａ回りの側屈運動を得ることができる。それだけでなく、揺動軸３７が手の平の面１ａに対して傾斜して設けられていることにより、示指３の側屈運動における特異点の影響を受けずに屈伸運動が行える手の平の面１ａの上方領域（以下、把持作業領域という）を拡大することができる。更に、屈曲軸３８が揺動軸３７よりも示指３側に位置するので、特異点の影響を受けない把持作業領域を拡大させることができる。

示指３の側屈運動における特異点は、揺動軸３７の軸線３７ａ上に存在する。このため、例えば、示指３を手の平１側に屈曲させて、揺動軸３７の軸線３７ａ上に指先である末節部３１が位置すると、揺動軸３７を介して側屈運動を行っても、中節部３２及び基節部３３は円弧軌道に沿って揺動するが、末節部３１は移動することなく定位置に留まる。従って、この状態では、末節部３１の自由度がなく、末節部３１に対して位置制御や指先力制御を行うことが困難となる。

そして、図２に示した従来のロボットハンド装置Ｂのように、揺動軸５１の軸線５１ａが手の平の面６ａに対して直交していると、手の平の面６ａに対向する把持作業領域の殆どが揺動軸５１の軸線５１ａを越えた位置にあり、特異点の影響を受けない把持作業領域が極めて狭い。

それに対して、本実施形態においては、図１に示すように、揺動軸３７を手の平の面１ａに対して傾斜して設けたことにより、図２に示した従来のロボットハンド装置Ｂと異なり、特異点とされる揺動軸３７の軸線３７ａを母指２側に傾斜して示指３から遠ざけることができ、示指３の側屈運動において把持作業領域の殆どで特異点の影響を受けないので、精度の高い示指３の制御を行うことができる。更に、図示しないが、中指、環指および小指においても、示指３と同様な構成を採用することにより、特異点の影響を受けない把持作業領域を広く確保することができる。

そして、このように、示指３の側屈運動は、把持作業領域の殆どで特異点の影響を受けないので、手の平の面１ａ上の物品を母指２と示指３とによって掴む場合の動作が円滑に行え、人間の手を模倣した動作を容易に得ることができる。

本発明の一実施形態のロボットハンド装置を模式的に示す説明図。従来のロボットハンド装置を模式的に示す説明図。

符号の説明

Ａ…ロボットハンド装置、１…手の平、１ａ…手の平の面、３…示指（指）、３６…第３関節（関節）、３７…揺動軸、３７ａ…軸線、３８…屈曲軸。

Claims

物品に当接する面を有する手の平と、該手の平の端縁から延びる指とを備え、該指が複数の関節を介して屈伸して、指と手の平とによる物品の掴み動作を行うロボットハンド装置において、
前記指における各関節のうち手の平の端縁に指を連結している関節は、手の平の面と交差する方向に延びて指を手の平の面に沿う方向に揺動させる揺動軸と、手の平の面に沿う方向に延びて指を手の平の面に向かう方向に屈曲させる屈曲軸とを備え、
前記揺動軸は、手の平に対して傾斜する姿勢で設けられ、該揺動軸の手の平に向かう軸線は、該指から次第に離反する方向に傾斜して延びていることを特徴とするロボットハンド装置。
前記屈曲軸は、前記揺動軸よりも指側に位置して該揺動軸に隣接することを特徴とする請求項１記載のロボットハンド装置。