JP2011140113A

JP2011140113A - ロボットハンド及びこれを含むロボット

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Publication number: JP2011140113A
Application number: JP2010288126A
Authority: JP
Inventors: Yong Jae Kim; 容載金; Ja-Woo Lee; 仔雨李; Kang Min Park; 康敏朴
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: JP5818432B2; US20110163561A1; EP2343162A1; US8419096B2; KR20110080922A; EP2343162B1; KR101685997B1

Abstract

【課題】指構造体における関節のうちの一部の動きが他の関節の動作に影響を与えないように構造を改善したロボットハンド及びこれを含むロボットを開示する。
【解決手段】ＭＰ関節部のうち、ロール方向に回転するＭＰロール関節部とピッチ方向に回転するＭＰピッチ関節部は、オフセットが形成されるように互いに離間して配置される。このような構造により、各関節部の可動角が大きくなり、正確な制御が可能になる。また、ロボットハンドの内部における全体的な摩擦が減少し、システム全体が安定化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットハンド及びこれを含むロボットに関し、特に、他の関節の動きに影響を受けないロボットハンド及びこれを含むロボットに関するものである。

家庭向け、軍事向け、産業向けとして２足歩行、４足歩行などが可能な様々な形態のロボットが開発されてきている。

特に、人間型（humanoid）ロボットは、人間の身体構造を真似て作ったロボットで、人間と類似の動作を行わせることを製作目的とする。

このようなロボットは、人間の関節運動と類似の関節運動を通じて、走り、歩きなどの歩行動作を含む様々な動作を実現することとなる。

人間型ロボットには、人の手に対応する形状のロボットハンドが設けられ、このロボットハンドを用いて人の手による作業と類似の作業を行うことができる。

ロボットハンドは、人の手の平及び手の甲に対応する構成であるベース部と、人の指に対応する構成である指構造体と、を含み、指構造体はベース部に回転可能に設けられてモノを把持する。

本発明は、指構造体における関節のうちの一部の動きが他の関節の動作に影響を与えないようにその構造を改善したロボットハンド及びこれを含むロボットを提供する。

また、摩擦を最小化したロボットハンド及びこれを含むロボットを提供する。

また、可動角が広いとともに正確な制御が可能なロボットハンド及びこれを含むロボットを提供する。

上記の課題を解決するための本発明は、ベース部と、前記ベース部に結合する複数の指構造体と、前記複数の指構造体を駆動させる駆動部と、前記駆動部から前記複数の指構造体に駆動力を伝達するワイヤーと、を含むロボットハンドであって、前記指構造体のそれぞれは、前記ベース部と前記指構造体とを連結するＭＰ（meta phalangeal）関節部を含み、前記ＭＰ関節部は、ロール方向に回転するＭＰロール関節部と、ピッチ方向に回転するＭＰピッチ関節部と、を含み、前記ＭＰロール関節部と前記ＭＰピッチ関節部とは互いにオフセットが形成されるように離間して配置されることを特徴とする。

前記指構造体のそれぞれは、前記ＭＰピッチ関節部と連結される第１構造体と、前記第１構造体と結合する第２構造体と、前記第２構造体と結合する第３構造体と、前記第１構造体と前記第２構造体とを連結し、ピッチ方向に回転するＰＩＰ（proximal interphalangeal）関節部と、前記第２構造体と前記第３構造体とを連結し、ピッチ方向に回転するＤＩＰ（distal interphalangeal）関節部と、をさらに含むことができる。

前記ＭＰピッチ関節部は、前記第１構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＭＰピッチプーリと、前記ＭＰロール関節部と同軸に自由に回転する第２ＭＰピッチプーリと、前記第１ＭＰピッチプーリと前記第２ＭＰピッチプーリとの間に配置されて自由に回転する第３ＭＰピッチプーリ及び第４ＭＰピッチプーリと、を含むことができる。

前記ワイヤーは、前記ＭＰピッチ関節部を駆動させる第１ＭＰピッチワイヤー及び第２ＭＰピッチワイヤーを含み、前記第１ＭＰピッチワイヤーは、前記第１ＭＰピッチプーリに固定されて巻かれ、前記第３ＭＰピッチプーリを経て前記第２ＭＰピッチプーリに１回巻かれてから下方に延び、前記第２ＭＰピッチワイヤーは、前記第１ＭＰピッチプーリに固定されて前記第１ＭＰピッチワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第４ＭＰピッチプーリを経て、前記第１ＭＰピッチワイヤーと反対方向に前記第２ＭＰピッチプーリに１回巻かれてから下方に延びることができる。

前記ＭＰロール関節部は、ロール方向に回転するＭＰロールプーリを含み、前記ワイヤーは、前記ＭＰロールプーリに一端が固定されて互いに反対方向に巻かれる第１ＭＰロールワイヤー及び第２ＭＰロールワイヤーを含むことができる。

前記ＰＩＰ関節部は、前記第２構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＰＩＰプーリと、前記第１ＰＩＰプーリの下側に配置されて自由に回転する第２ＰＩＰプーリと、前記第２ＰＩＰプーリの下側に配置されて前記第１ＭＰピッチプーリと同軸に自由に回転する第３ＰＩＰプーリと、前記第３ＰＩＰプーリの下側に並んで配置されて自由に回転する第４ＰＩＰプーリ及び第５ＰＩＰプーリと、を含むことができる。

前記ワイヤーは、前記ＰＩＰ関節部を駆動させる第１ＰＩＰワイヤー及び第２ＰＩＰワイヤーを含み、前記第１ＰＩＰワイヤーは、前記第１ＰＩＰプーリに固定されて巻かれ、前記第２ＰＩＰプーリ及び第３ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第４ＰＩＰプーリを経て下方に延び、前記第２ＰＩＰワイヤーは、前記第１ＰＩＰプーリに固定されて前記第１ＰＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第３ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第５ＰＩＰプーリを経て前記第４ＰＩＰプーリに１回巻かれてから下方に延びることができる。

前記ＤＩＰ関節部は、前記第３構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＤＩＰプーリと、前記第２構造体に連動して回転する第２ＤＩＰプーリと、を含むことができる。

前記ワイヤーは、一端が前記第１ＤＩＰプーリに固定されて巻かれ、他端が前記第２ＤＩＰプーリに固定されて巻かれる第１ＤＩＰワイヤーと、一端が前記第１ＤＩＰプーリに固定され、前記第１ＤＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、他端が前記第２ＤＩＰプーリに固定され、前記第１ＤＩＰワイヤーと反対方向に巻かれる第２ＤＩＰワイヤーと、を含むことができる。

前記第１ＤＩＰワイヤーと前記第２ＤＩＰワイヤーとは互いに交差して配置されることができる。

前記ＰＩＰ関節部は、前記第２構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１１ＰＩＰプーリと、前記第１１ＰＩＰプーリの下側に配置されて前記第１ＭＰピッチプーリと同軸に自由に回転する第１２ＰＩＰプーリと、前記第１２ＰＩＰプーリの下側に並んで配置されて自由に回転する第１３ＰＩＰプーリ及び第１４ＰＩＰプーリと、を含むことができる。

前記ワイヤーは、前記ＰＩＰ関節部を駆動させる第１１ＰＩＰワイヤー及び第１２ＰＩＰワイヤーを含み、前記第１１ＰＩＰワイヤーは、前記第１１ＰＩＰプーリに固定されて巻かれ、前記第１２ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第１３ＰＩＰプーリを経て下方に延び、前記第１２ＰＩＰワイヤーは、前記第１１ＰＩＰプーリに固定されて前記第１１ＰＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第１２ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第１４ＰＩＰプーリを経て下方に延びることができる。

また、本発明は、モノを把持できるように設けられるロボットハンドを含むロボットであって、前記ロボットハンドは、ベース部と、前記ベース部に結合する複数の指構造体と、前記複数の指構造体を駆動させる駆動部と、前記駆動部から前記複数の指構造体に駆動力を伝達するワイヤーと、を含み、前記指構造体のそれぞれは、前記ベース部と前記指構造体とを連結するＭＰ（meta phalangeal）関節部を含み、前記ＭＰ関節部は、ロール方向に回転するＭＰロール関節部と、ピッチ方向に回転するＭＰピッチ関節部と、を含み、前記ＭＰロール関節部と前記ＭＰピッチ関節部とは、前記ＭＰロール関節部と前記ＭＰピッチ関節部とのいずれか一方の動きがいずれか他方の動作に影響を与えることを防止するように、互いに離間して配置されることを特徴とする。

前記ワイヤーは、前記ＭＰピッチ関節部を駆動させる第１ＭＰピッチワイヤー及び第２ＭＰピッチワイヤーを含み、前記第１ＭＰピッチワイヤーは、前記第１ＭＰピッチプーリに固定されて巻かれ、前記第３ＭＰピッチプーリを経て、前記第２ＭＰピッチプーリに１回巻かれてから下方に延び、前記第２ＭＰピッチワイヤーは、前記第１ＭＰピッチプーリに固定されて前記第１ＭＰピッチワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第４ＭＰピッチプーリを経て、前記第１ＭＰピッチワイヤーと反対方向に前記第２ＭＰピッチプーリに１回巻かれてから下方に延びることができる。

前記ＭＰロール関節部は、ロール方向に回転するＭＰロールプーリを含み、前記ワイヤーは、前記ＭＰロールプーリに一端が固定され、互いに反対方向に巻かれる第１ＭＰロールワイヤー及び第２ＭＰロールワイヤーを含むことができる。

前記ワイヤーは、一端が前記第１ＤＩＰプーリに固定されて巻かれ、他端が前記第２ＤＩＰプーリに固定されて巻かれる第１ＤＩＰワイヤーと、一端が前記第１ＤＩＰプーリに固定されて前記第１ＤＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、他端が前記第２ＤＩＰプーリに固定されて前記第１ＤＩＰワイヤーと反対方向に巻かれる第２ＤＩＰワイヤーと、を含むことができる。

本発明の一実施例に係るロボットハンド及びこれを含むロボットによれば、ＭＰロール関節部とＭＰピッチ関節部とをオフセットが形成されるように互いに離間して配置したため、指構造体における関節のうちの一部の動きが他の関節の動作に影響を与えることを防止することが可能になる。

また、ワイヤーの摩擦を最小化したため、ワイヤーに過度な負荷がかかったりワイヤーが緩まったりすることを防止し、駆動系統を全体として安定化させることができる。

また、指構造体の可動角が広くなり、かつ、正確な制御が可能になる。

本発明の一実施例による人間型ロボットの外観を示す正面図である。左ロボットハンドを示す斜視図である。一本の指構造体を示す斜視図である。ＭＰロール関節部を示す斜視図である。図４Ａを模式化した概念図である。ＭＰピッチ関節部を示す斜視図である。図５Ａを模式化した概念図である。ＰＩＰ関節部を示す斜視図である。図６Ａを模式化した概念図である。ＤＩＰ関節部を示す斜視図である。図７Ａを模式化した概念図である。各プーリの半径を用いたワイヤーの移動量と各関節部の回転角度との関係を示す関係式である。本発明の他の実施例によるＰＩＰ関節部を示す概念図である。

以下、本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例による人間型ロボットの外観を示す正面図である。

図１に示すように、本実施例による人間型ロボット１（以下、‘ロボット’と略す。）は、胴体１０と、胴体１０の上端部に連結される頭２０と、胴体１０の上部両側に連結される１対の腕組立体３０Ｒ，３０Ｌと、胴体１０の下部両側に連結される１対の脚組立体４０Ｒ，４０Ｌと、を含む。参照符号で“Ｒ”、“Ｌ”はそれぞれ右側と左側を示す。

胴体１０の内部は、カバー１１により保護される。胴体１０は、制御ユニット１２、バッテリー１３及び傾斜センサー（図示せず）を含むことができる。傾斜センサーは、鉛直軸に対する胴体１０の傾斜角度とその角速度などを検出する。胴体１０は、胸部１０ａと腰部１０ｂとに区分することができ、胸部１０ａと腰部１０ｂとの間には、胸部１０ａが腰部１０ｂに対して相対回転できるように関節を設置することができる。

頭２０には、ロボット１の視覚機能を果たすカメラ２１、及び聴覚機能を果たすマイクロホン（図示せず）を設置することができる。頭２０は、首関節部（図示せず）を介して胴体１０と連結される。

脚組立体４０Ｒ，４０Ｌはそれぞれ、上腿リンク４１、下腿リンク４２及び足４３を含む。上腿リンク４１は、大腿関節部（図示せず）を介して胴体１０に連結される。上腿リンク４１と下腿リンク４２は膝関節部（図示せず）を介して互いに連結され、下腿リンク４２と足４３は足首関節部（図示せず）を介して互いに連結される。

腕組立体３０Ｒ，３０Ｌは、上膊リンク３１及び下膊リンク３２を含む。上膊リンク３１は、肩関節部（図示せず）を介して胴体１０に連結される。上膊リンク３１と下膊リンク３２は、肘関節部（図示せず）を介して互いに連結される。また、腕組立体３０Ｒ，３０Ｌは、モノを把持できるようなロボットハンド１００，１００’をさらに含み、ロボットハンド１００，１００’は下膊リンク３２と互いに連結される。

以下では、ロボットハンド１００，１００’について詳細に説明する。右ロボットハンド１００’と左ロボットハンド１００は互いに対称の構成を有するので、左ロボットハンド１００を取り上げて説明する。

図２は、左ロボットハンドを示す斜視図であり、図３は、一本の指構造体を示す斜視図であり、図４Ａは、ＭＰロール関節部を示す斜視図で、図４Ｂは、図４Ａを模式化した概念図であり、図５Ａは、ＭＰピッチ関節部を示す斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａを模式化した概念図であり、図６Ａは、ＰＩＰ関節部を示す斜視図であり、図６Ｂは、図６Ａを模式化した概念図であり、図７Ａは、ＤＩＰ関節部を示す斜視図であり、図７Ｂは、図７Ａを模式化した概念図である。

図２及び図３に示すように、ロボットハンド１００は、ベース（base）部１０３と、ベース部１０３の上側に結合する複数の指構造体１０５と、複数の指構造体を駆動させる駆動部（図示せず）と、駆動部から複数の指構造体１０５に駆動力を伝達するワイヤー１０８と、を含む。ベース部１０３の側部には親指構造体１０７が結合する。親指構造体はモーター（図示せず）により駆動される。

ベース部１０３は、人間の手の一部、すなわち、手の平や手の甲に対応する。ベース部１０３は、人間の手の平の部分を構成する手の平部１０４と、人間の手の甲の部分を構成する手の甲部（図示せず）を含む。

複数の指構造体１０５は、ベース部１０３の先端から上方に延びるように設けられる。本発明の一実施例では複数の指構造体１０５が４本設けられ、各指構造体１０５は、人間の指の動きを摸倣できるように構成される。

すなわち、各指構造体１０５は、人間の指にしてみれば、人差し指、中指、名無し指、小指に該当する。以下では、一本の指構造体１０５を取り上げて説明し、それ以外の指構造体１０５は大きさにおいてやや異なる以外は同一の構造を有するので、その説明は省略する。

指構造体１０５は、ベース部１０３と指構造体１０５とを連結するＭＰ（meta phalangeal）関節部２１０と、ＭＰ関節部２１０と連結される第１構造体２９２と、第１構造体２９２と結合する第２構造体２９４と、第２構造体２９４と結合する第３構造体２９６と、第１構造体２９２と第２構造体２９４とを連結し、ピッチ（pitch）方向に回転するＰＩＰ（proximal interphalangeal）関節部２６０と、第２構造体２９４と第３構造体２９６とを連結し、ピッチ方向に回転するＤＩＰ（distal interphalangeal）関節部２８０と、を含む。

第１構造体２９２、第２構造体２９４及び第３構造体２９６は、人間の指の節に対応する構成であり、各構造体２９２，２９４，２９６は、ＭＰ関節部２１０、ＰＩＰ関節部２６０及びＤＩＰ関節部２８０により人間の指と類似の動作を行う。

図３〜図５Ｂを参照すると、ＭＰ関節部２１０は、２自由度を有し、ロール（roll）方向に回転するＭＰロール関節部２２０と、ピッチ方向に回転するＭＰピッチ関節部２３０を含む。ＭＰロール関節部２２０及びＭＰピッチ関節部２３０は、骨組みを形成するフレーム２０２に設けられる。

ＭＰロール関節部２２０は、ロール方向に回転するＭＰロールプーリ２２２を含み、ＭＰロールプーリ２２２は、第１ＭＰロールワイヤー２２４ａ及び第２ＭＰロールワイヤー２２４ｂにより回転する。第１ＭＰロールワイヤー２２４ａ及び第２ＭＰロールワイヤー２２４ｂは、ＭＰロールプーリ２２２に一端２２５ａ，２２５ｂが固定されて互いに反対方向に巻かれ、下側の駆動部（図示せず）により駆動される。

ＭＰロール関節部２２０の動作について説明すると、駆動部により第１ＭＰロールワイヤー２２４ａ及び第２ＭＰロールワイヤー２２４ｂが移動し、ＭＰロールプーリ２２２がロール方向に回転するようになり、ＭＰロールプーリ２２２と連結されたフレーム２０２がロール方向に回転しながら第１構造体２９２をロール方向に回転させる。

ＭＰピッチ関節部２３０は、第１構造体２９２に固定されてピッチ方向に回転する第１ＭＰピッチプーリ２３２と、ＭＰロール関節部２２０と同軸に自由に回転する第２ＭＰピッチプーリ２３４と、第１ＭＰピッチプーリ２３２と第２ＭＰピッチプーリ２３４との間に配置されて自由に回転する第３ＭＰピッチプーリ２３６及び第４ＭＰピッチプーリ２３７と、を含む。

そして、ＭＰピッチ関節部２３０は、第１ＭＰピッチワイヤー２３９ａ及び第２ＭＰピッチワイヤー２３９ｂにより駆動される。第１ＭＰピッチワイヤー２３９ａは、一端２４０ａが第１ＭＰピッチプーリ２３２に固定されて巻かれ、第３ＭＰピッチプーリ２３６を経て第２ＭＰピッチプーリ２３４に１回巻かれてから下方に延びる。第２ＭＰピッチワイヤー２３９ｂは、一端２４０ｂが第１ＭＰピッチプーリ２３２に固定されて第１ＭＰピッチワイヤー２３９ａと反対方向に巻かれ、第４ＭＰピッチプーリ２３７を経て、第１ＭＰピッチワイヤー２３９ａとは反対方向に第２ＭＰピッチプーリ２３４に１回巻かれてから下方に延びる。

ＭＰピッチ関節部２３０の動作について説明すると、駆動部により第１ＭＰピッチワイヤー２３９ａ及び第２ＭＰピッチワイヤー２３９ｂが移動し、第２ＭＰピッチプーリ２３４及びこれと連結された第３ＭＰピッチプーリ２３６及び第４ＭＰピッチプーリ２３７が回転するようになり、第１ＭＰピッチプーリ２３２がピッチ方向に回転しながら第１構造体２９２を回転させる。

ＭＰロール関節部２２０とＭＰピッチ関節部２３０は互いにオフセット（offset）Ｄが形成されるように離間して配置されている（図３、図４Ａ及び図５Ａ参照）。すなわち、ロール方向に回転するＭＰロールプーリ２２２の回転軸とピッチ方向に回転するＭＰピッチプーリ２３２の回転軸とが直交するとともにオフセットＤの間隔だけ離間している。

このようにＭＰロール関節部２２０とＭＰピッチ関節部２３０との間にオフセットＤを形成して互いに離間させる理由は、各関節部２２０，２３０，２６０，２８０の回転動作が他の関節部の影響を受けずに動作できるようにするためである。

また、ＭＰロール関節部２２０とＭＰピッチ関節部２３０とを離間して配置することによって、各関節部２２０，２３０，２６０，２８０を駆動させるワイヤー１０８が、他の関節部の動作により過度に引っ張られたり緩めたりすることを防止することができる。これによって、各関節部２２０，２３０，２６０，２８０の充分な可動角が確保され、全体として駆動系統の摩擦が減る効果があり、システム全体が安定化する。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、ＰＩＰ関節部２６０は、第２構造体２９４に固定され、ピッチ方向に回転する第１ＰＩＰプーリ２６２と、第１ＰＩＰプーリ２６２の下側に配置され、自由に回転する第２ＰＩＰプーリ２６４と、第２ＰＩＰプーリ２６４の下側に配置され、第１ＭＰピッチプーリ２３２と同軸に自由に回転する第３ＰＩＰプーリ２６６と、第３ＰＩＰプーリ２６６の下側に並んで配置され、自由に回転する第４ＰＩＰプーリ２６７及び第５ＰＩＰプーリ２６８と、を含む。

ＰＩＰ関節部２６０は、第１ＰＩＰワイヤー２６９ａ及び第２ＰＩＰワイヤー２６９ｂにより駆動される。第１ＰＩＰワイヤー２６９ａは、一端２７０ａが第１ＰＩＰプーリ２６２に固定されて巻かれ、第２ＰＩＰプーリ２６４及び第３ＰＩＰプーリ２６６を経てＭＰロール関節部２２０の回転軸と同軸に配置され、第４ＰＩＰプーリ２６７を経て下方に延びる。第２ＰＩＰワイヤー２６９ｂは、一端２７０ｂが第１ＰＩＰプーリ２６２に固定されて第１ＰＩＰワイヤー２６９ａと反対方向に巻かれ、第３ＰＩＰプーリ２６６を経てＭＰロール関節部２２０の回転軸と同軸に配置され、第５ＰＩＰプーリ２６８を経て第４ＰＩＰプーリ２６７に１回巻かれてから下方に延びる。

第１ＰＩＰワイヤー２６９ａ及び第２ＰＩＰワイヤー２６９ｂをＭＰロール関節部２２０の回転軸と同軸に配置させる理由は、ＭＰロール関節部２２０の回転動作がＰＩＰ関節部２６０の駆動動作に及ぼす影響を最小化するためである。すなわち、ＭＰロール関節部２２０が回転しても、第１ＰＩＰワイヤー２６９ａ及び第２ＰＩＰワイヤー２６９ｂはやや捩られるだけで、その他の影響は受けない。

ＰＩＰ関節部２６０の動作について説明すると、駆動部により第１ＰＩＰワイヤー２６９ａ及び第２ＰＩＰワイヤー２６９ｂが移動し、第４ＰＩＰプーリ２６７及び第５ＰＩＰプーリ２６８、第３ＰＩＰプーリ２６６、第２ＰＩＰプーリ２６４が順に自由に回転するようになり、第１ＰＩＰプーリ２６２が回転しながら第２構造体２９４をピッチ方向に回転させる。

図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、ＤＩＰ関節部２８０は、第３構造体２９６に固定され、ピッチ方向に回転する第１ＤＩＰプーリ２８２と、第２構造体２９４に連動して回転する第２ＤＩＰプーリ２８４と、を含む。

第１ＤＩＰプーリ２８２と第２ＤＩＰプーリ２８４とは、第１ＤＩＰワイヤー２８６ａ及び第２ＤＩＰワイヤー２８６ｂを介して連結される。第１ＤＩＰワイヤー２８６ａは、一端２８７ａが第１ＤＩＰプーリ２８２に固定されて巻かれ、他端２８８ａは、第２ＤＩＰプーリ２８４に固定されて巻かれる。第２ＤＩＰワイヤー２８６ｂは、一端２８７ｂが第１ＤＩＰプーリ２８２に固定されて第１ＤＩＰワイヤー２８６ａと反対方向に巻かれ、他端２８８ｂは、第２ＤＩＰプーリ２８４に固定されて、第１ＤＩＰワイヤー２８６ａと反対方向に巻かれる。ここで、第１ＤＩＰワイヤー２８６ａと第２ＤＩＰワイヤー２８６ｂは互いに交差して“Ｘ”字状に配置される。

ＤＩＰ関節部２８０の動作について説明すると、第２構造体２９４の動きによって第２ＤＩＰプーリ２８４が回転し、第２ＤＩＰプーリ２８４と第１ＤＩＰワイヤー２８６ａ及び第２ＤＩＰワイヤー２８６ｂを介して連動する第１ＤＩＰプーリ２８２が回転し、第３構造体２９６がピッチ方向に回転しながら駆動される。このとき、第１ＤＩＰプーリ２８２は、第１ＤＩＰプーリ２８２の半径の逆数と第２ＤＩＰプーリ２８４の半径の逆数との割合で連動して回転する。

図８は、各プーリの半径を用いたワイヤーの移動量と各関節部の回転角度との関係を示す関係式である。

以上で説明したＭＰ関節部２１０、ＰＩＰ関節部２６０及びＤＩＰ関節部２８０は、図８に示す関係式によってそれぞれ回転する。

この関係式において、Ｑｒは、ＭＰロール関節部２２０の回転角度を表し、Ｑｍは、ＭＰピッチ関節部２３０の回転角度を表し、Ｑｐは、ＰＩＰ関節部２６０の回転角度を表し、Ｑｄは、ＤＩＰ関節部２８０の回転角度を表す。そして、Ｌｒは、ＭＰロールワイヤー２２４ａ，２２４ｂの移動量を表し、Ｌｐは、ＭＰピッチワイヤー２３９ａ，２３９ｂの移動量を表し、Ｌｇは、ＰＩＰワイヤー２６９ａ，２６９ｂの移動量を表す。また、Ｒｒは、ＭＰロールプーリ２２２の半径を表し、Ｒｇｐは、第１ＭＰピッチプーリ２３２の半径を表し、Ｒｄは、第２ＭＰピッチプーリ２３４の半径を表し、Ｒｐは、第１ＰＩＰプーリ２６２の半径を表し、Ｒｇは、第３ＰＩＰプーリ２６６の半径を表し、Ｒｃｄは、第１ＤＩＰプーリ２８２の半径を表し、Ｒｃｐは、第２ＤＩＰプーリ２８４の半径を表す。Ｎｄは、回転方向を表すもので、“＋１”または“−１”になる。図８の関係式に示していない第３ＭＰピッチプーリ２３６、第４ＭＰピッチプーリ２３７、第２ＰＩＰプーリ２６４、第４ＰＩＰプーリ２６７、第５ＰＩＰプーリ２６８の半径サイズは、各関節部２１０，２６０，２８０の回転角度とは関係がない。

図８の関係式に示すように、指構造体１０５の各関節部２１０，２６０，２８０は、駆動部によりＭＰロールワイヤー２２４ａ，２２４ｂ、ＭＰピッチワイヤー２３９ａ，２３９ｂ及びＰＩＰワイヤー２６９ａ，２６９ｂを各移動量Ｌｒ，Ｌｐ，Ｌｇだけ動かすと、指構造体１０５の内部における各プーリの半径設計によって各関節部２１０，２６０，２８０が所定角度Ｑｒ，Ｑｍ，Ｑｐ，Ｑｄだけ回転する。このような関係式により、ロボットハンド１００の正確な制御が可能になる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。ただし、上述の本発明の一実施例と同一の部分についての説明は省略する。

図９は、本発明の他の実施例におけるＰＩＰ関節部を示す概念図である。

図６Ａ及び図６Ｂに示す本発明の一実施例によるＰＩＰ関節部２６０は、図９に示す本発明の他の実施例におけるＰＩＰ関節部３６０に取って代わることができる。

図９におけるＰＩＰ関節部３６０は、第２構造体２９４に固定されてピッチ方向に回転する第１１ＰＩＰプーリ３６２と、第１１ＰＩＰプーリ３６２の下側に配置されて第１ＭＰピッチプーリ２３２と同軸に自由に回転する第１２ＰＩＰプーリ３６６と、第１２ＰＩＰプーリ３６６の下側に並んで配置されて自由に回転する第１３ＰＩＰプーリ３６７及び第１４ＰＩＰプーリ３６８と、を含む。

ＰＩＰ関節部３６０は、第１１ＰＩＰワイヤー３６９ａ及び第１２ＰＩＰワイヤー３６９ｂにより駆動される。第１１ＰＩＰワイヤー３６９ａは、一端３７０ａが第１１ＰＩＰプーリ３６２に固定されて巻かれ、第１２ＰＩＰプーリ３６６を経てＭＰロール関節部２２０の回転軸と同軸に配置され、続いて第１３ＰＩＰプーリ３６７を経て下方に延びる。第１２ＰＩＰワイヤー３６９ｂは、第１１ＰＩＰプーリ３６２に一端３７０ｂが固定されて第１１ＰＩＰワイヤー３６９ａと反対方向に巻かれ、第１２ＰＩＰプーリ３６６を経てＭＰロール関節部２２０の回転軸と同軸に配置され、続いて第１４ＰＩＰプーリ３６８を経て下方に延びる。

ここで、図９のＰＩＰ関節部３６０は、第１１ＰＩＰワイヤー３６９ａ及び第１２ＰＩＰワイヤー３６９ｂの配置が、図６Ａ及び図６ＢにおけるＰＩＰ関節部２６０における配置と異なる点、並びに図６Ａ及び図６Ｂにおける第２ＰＩＰプーリ２６４が省かれる点以外は、図６Ａ及び図６ＢのＰＩＰ関節部２６０と同一の構成及び動作を有する。

以上では特定の実施例を例に挙げて本発明を図示し且つ説明してきたが、本発明は、上述の実施例に限定されることはなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者による、添付の特許請求の範囲に記載の発明の技術的思想の要旨を逸脱しない限度内での様々な変形実施が可能であるということは明らかである。

１ロボット
１０胴体
２０頭
１００，１００’ ロボットハンド
１０５指構造体
１０８ワイヤー
２１０ＭＰ関節部
２２０ＭＰロール関節部
２３０ＭＰピッチ関節部
２６０ＰＩＰ関節部
２８０ＤＩＰ関節部

Claims

ベース部と、前記ベース部に結合する複数の指構造体と、前記複数の指構造体を駆動させる駆動部と、前記駆動部から前記複数の指構造体に駆動力を伝達するワイヤーと、を含むロボットハンドであって、
前記指構造体のそれぞれは、前記ベース部と前記指構造体とを連結するＭＰ（meta phalangeal）関節部を含み、
前記ＭＰ関節部は、ロール方向に回転するＭＰロール関節部と、ピッチ方向に回転するＭＰピッチ関節部と、を含み、
前記ＭＰロール関節部と前記ＭＰピッチ関節部とは互いにオフセットが形成されるように離間して配置されることを特徴とするロボットハンド。
前記指構造体のそれぞれは、前記ＭＰピッチ関節部と連結される第１構造体と、前記第１構造体と結合する第２構造体と、前記第２構造体と結合する第３構造体と、前記第１構造体と前記第２構造体とを連結し、ピッチ方向に回転するＰＩＰ（proximal interphalangeal）関節部と、前記第２構造体と前記第３構造体とを連結し、ピッチ方向に回転するＤＩＰ（distal interphalangeal）関節部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
前記ＭＰピッチ関節部は、前記第１構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＭＰピッチプーリと、前記ＭＰロール関節部と同軸に自由に回転する第２ＭＰピッチプーリと、前記第１ＭＰピッチプーリと前記第２ＭＰピッチプーリとの間に配置されて自由に回転する第３ＭＰピッチプーリ及び第４ＭＰピッチプーリと、を含むことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
前記ワイヤーは、前記ＭＰピッチ関節部を駆動させる第１ＭＰピッチワイヤー及び第２ＭＰピッチワイヤーを含み、
前記第１ＭＰピッチワイヤーは、前記第１ＭＰピッチプーリに固定されて巻かれ、前記第３ＭＰピッチプーリを経て前記第２ＭＰピッチプーリに１回巻かれてから下方に延び、
前記第２ＭＰピッチワイヤーは、前記第１ＭＰピッチプーリに固定されて前記第１ＭＰピッチワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第４ＭＰピッチプーリを経て、前記第１ＭＰピッチワイヤーと反対方向に前記第２ＭＰピッチプーリに１回巻かれてから下方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。
前記ＭＰロール関節部は、ロール方向に回転するＭＰロールプーリを含み、
前記ワイヤーは、前記ＭＰロールプーリに一端が固定されて互いに反対方向に巻かれる第１ＭＰロールワイヤー及び第２ＭＰロールワイヤーを含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
前記ＰＩＰ関節部は、前記第２構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＰＩＰプーリと、前記第１ＰＩＰプーリの下側に配置されて自由に回転する第２ＰＩＰプーリと、前記第２ＰＩＰプーリの下側に配置されて前記第１ＭＰピッチプーリと同軸に自由に回転する第３ＰＩＰプーリと、前記第３ＰＩＰプーリの下側に並んで配置されて自由に回転する第４ＰＩＰプーリ及び第５ＰＩＰプーリと、を含むことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
前記ワイヤーは、前記ＰＩＰ関節部を駆動させる第１ＰＩＰワイヤー及び第２ＰＩＰワイヤーを含み、
前記第１ＰＩＰワイヤーは、前記第１ＰＩＰプーリに固定されて巻かれ、前記第２ＰＩＰプーリ及び第３ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第４ＰＩＰプーリを経て下方に延び、
前記第２ＰＩＰワイヤーは、前記第１ＰＩＰプーリに固定されて前記第１ＰＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第３ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第５ＰＩＰプーリを経て前記第４ＰＩＰプーリに１回巻かれてから下方に延びることを特徴とする請求項６に記載のロボットハンド。
前記ＤＩＰ関節部は、前記第３構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＤＩＰプーリと、前記第２構造体に連動して回転する第２ＤＩＰプーリと、を含むことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
前記ワイヤーは、一端が前記第１ＤＩＰプーリに固定されて巻かれ、他端が前記第２ＤＩＰプーリに固定されて巻かれる第１ＤＩＰワイヤーと、一端が前記第１ＤＩＰプーリに固定され、前記第１ＤＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、他端が前記第２ＤＩＰプーリに固定され、前記第１ＤＩＰワイヤーと反対方向に巻かれる第２ＤＩＰワイヤーと、を含むことを特徴とする請求項８に記載のロボットハンド。
前記第１ＤＩＰワイヤーと前記第２ＤＩＰワイヤーとが互いに交差して配置されることを特徴とする請求項９に記載のロボットハンド。
前記ＰＩＰ関節部は、前記第２構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１１ＰＩＰプーリと、前記第１１ＰＩＰプーリの下側に配置されて前記第１ＭＰピッチプーリと同軸に自由に回転する第１２ＰＩＰプーリと、前記第１２ＰＩＰプーリの下側に並んで配置されて自由に回転する第１３ＰＩＰプーリ及び第１４ＰＩＰプーリと、を含むことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
前記ワイヤーは、前記ＰＩＰ関節部を駆動させる第１１ＰＩＰワイヤー及び第１２ＰＩＰワイヤーを含み、
前記第１１ＰＩＰワイヤーは、前記第１１ＰＩＰプーリに固定されて巻かれ、前記第１２ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第１３ＰＩＰプーリを経て下方に延び、
前記第１２ＰＩＰワイヤーは、前記第１１ＰＩＰプーリに固定されて前記第１１ＰＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第１２ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第１４ＰＩＰプーリを経て下方に延びることを特徴とする請求項１１に記載のロボットハンド。
モノを把持できるように設けられるロボットハンドを含むロボットであって、
前記ロボットハンドは、ベース部と、前記ベース部に結合する複数の指構造体と、前記複数の指構造体を駆動させる駆動部と、前記駆動部から前記複数の指構造体に駆動力を伝達するワイヤーと、を含み、
前記指構造体のそれぞれは、前記ベース部と前記指構造体とを連結するＭＰ（meta phalangeal）関節部を含み、
前記ＭＰ関節部は、ロール方向に回転するＭＰロール関節部と、ピッチ方向に回転するＭＰピッチ関節部と、を含み、
前記ＭＰロール関節部と前記ＭＰピッチ関節部とは、前記ＭＰロール関節部と前記ＭＰピッチ関節部とのいずれか一方の動きがいずれか他方の動作に影響を与えることを防止するように、互いに離間して配置されることを特徴とするロボット。
前記指構造体のそれぞれは、前記ＭＰピッチ関節部と連結される第１構造体と、前記第１構造体と結合する第２構造体と、前記第２構造体と結合する第３構造体と、前記第１構造体と前記第２構造体とを連結し、ピッチ方向に回転するＰＩＰ（proximal interphalangeal）関節部と、前記第２構造体と前記第３構造体とを連結し、ピッチ方向に回転するＤＩＰ（distal interphalangeal）関節部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のロボット。
前記ＭＰピッチ関節部は、前記第１構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＭＰピッチプーリと、前記ＭＰロール関節部と同軸に自由に回転する第２ＭＰピッチプーリと、前記第１ＭＰピッチプーリと前記第２ＭＰピッチプーリとの間に配置されて自由に回転する第３ＭＰピッチプーリ及び第４ＭＰピッチプーリと、を含むことを特徴とする請求項１４に記載のロボット。
前記ワイヤーは、前記ＭＰピッチ関節部を駆動させる第１ＭＰピッチワイヤー及び第２ＭＰピッチワイヤーを含み、
前記第１ＭＰピッチワイヤーは、前記第１ＭＰピッチプーリに固定されて巻かれ、前記第３ＭＰピッチプーリを経て、前記第２ＭＰピッチプーリに１回巻かれてから下方に延び、
前記第２ＭＰピッチワイヤーは、前記第１ＭＰピッチプーリに固定されて前記第１ＭＰピッチワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第４ＭＰピッチプーリを経て、前記第１ＭＰピッチワイヤーと反対方向に前記第２ＭＰピッチプーリに１回巻かれてから下方に延びることを特徴とする請求項１５に記載のロボット。
前記ＭＰロール関節部は、ロール方向に回転するＭＰロールプーリを含み、
前記ワイヤーは、前記ＭＰロールプーリに一端が固定され、互いに反対方向に巻かれる第１ＭＰロールワイヤー及び第２ＭＰロールワイヤーを含むことを特徴とする請求項１３に記載のロボット。
前記ＰＩＰ関節部は、前記第２構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＰＩＰプーリと、前記第１ＰＩＰプーリの下側に配置されて自由に回転する第２ＰＩＰプーリと、前記第２ＰＩＰプーリの下側に配置されて前記第１ＭＰピッチプーリと同軸に自由に回転する第３ＰＩＰプーリと、前記第３ＰＩＰプーリの下側に並んで配置されて自由に回転する第４ＰＩＰプーリ及び第５ＰＩＰプーリと、を含むことを特徴とする請求項１４に記載のロボット。
前記ワイヤーは、前記ＰＩＰ関節部を駆動させる第１ＰＩＰワイヤー及び第２ＰＩＰワイヤーを含み、
前記第１ＰＩＰワイヤーは、前記第１ＰＩＰプーリに固定されて巻かれ、前記第２ＰＩＰプーリ及び第３ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第４ＰＩＰプーリを経て下方に延び、
前記第２ＰＩＰワイヤーは、前記第１ＰＩＰプーリに固定されて前記第１ＰＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、前記第３ＰＩＰプーリを経て前記ＭＰロール関節部の回転軸と同軸に配置され、前記第５ＰＩＰプーリを経て前記第４ＰＩＰプーリに１回巻かれてから下方に延びることを特徴とする請求項１８に記載のロボット。
前記ＤＩＰ関節部は、前記第３構造体に固定されてピッチ方向に回転する第１ＤＩＰプーリと、前記第２構造体に連動して回転する第２ＤＩＰプーリと、を含むことを特徴とする請求項１４に記載のロボット。
前記ワイヤーは、一端が前記第１ＤＩＰプーリに固定されて巻かれ、他端が前記第２ＤＩＰプーリに固定されて巻かれる第１ＤＩＰワイヤーと、一端が前記第１ＤＩＰプーリに固定されて前記第１ＤＩＰワイヤーと反対方向に巻かれ、他端が前記第２ＤＩＰプーリに固定されて前記第１ＤＩＰワイヤーと反対方向に巻かれる第２ＤＩＰワイヤーと、を含むことを特徴とする請求項２０に記載のロボット。
前記第１ＤＩＰワイヤーと前記第２ＤＩＰワイヤーとが互いに交差して配置されることを特徴とする請求項２１に記載のロボット。