JP2013146798A - ロボットハンド及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物に対して様々なハンドの把持姿勢により把持することを可能にした。
【解決手段】３つの指部１０Ａ〜１０Ｃと、３つの指部１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの基端を支持する支持部２０と、指部１０Ａ〜１０Ｃのうち第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃを、指部１０Ａ〜１０Ｃが支持部２０に支持されている位置を中心にして周回移動させる周回移動部３０Ｂとを備え、周回する第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃは、指部１０Ａ〜１０Ｃが支持部２０に支持されている位置を中心にして、ロボットハンド１の略ハンド軸Ｏ回りの周方向に１８０度以上の範囲で周回可能に設けられたロボットハンド１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットハンド及びロボット装置に関する。

従来、産業用ロボットアーム等の先端に取り付けて、物体を把持又は開放することで所定の作業を行うロボットハンドに関わり、より詳しくは、工具を把持して部品の組み付け等の作業を行う一方で、微小な部品を把持して精度良く配置する多機能なロボットハンドが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、差動歯車機構及び受動素子としてスプリングを用いることで、把持物体（対象物）の形状変化等があっても確実かつ安定して把持することができ、外乱に対して充分な順応性を有するロボットハンドの技術が開示されている。

特開昭６０−２５６８６号公報

しかしながら、従来のロボットハンド及びロボット装置では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１に記載のロボットハンドでは、受動素子は指全体を開くか又は閉じる機能を有しているのみであり、対象物に対して指部が馴染むことで接点を多くするといった機能を有していない。そのため、ロボットハンドに含まれる２本の指部では、対象物に対して多くの点で接することができず、安定した状態で把持することが困難であるという問題があった。
また、指部の相対的な位置を変更することができないため、例えば球形の物体を包み込むように把持させることや、薄い板状の物体を指部を対向させて把持させるなどといった多様な把持形態を実現することが不可能であり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物に対して様々なハンドの把持姿勢により把持することが可能なロボットハンド及びロボット装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るロボットハンドでは、３以上の指部と、該３以上の指部のそれぞれの基端を支持する支持部と、前記指部のうち少なくとも２以上の指部を、該指部が前記支持部に支持されている位置を中心にして周回移動させる周回移動部と、を備えたロボットハンドであって、前記２以上の指部は、該指部が前記支持部に支持されている位置を中心にして、前記ロボットハンドのハンド軸回りの周方向に１８０度以上の範囲で周回可能であることを特徴としている。

本発明では、対象物の形状に応じて、周回可能な２以上の指部をそれぞれ略ハンド軸回りの周方向に１８０度以上の大きな周方向の範囲内で周回させることができ、各指部の対象物を把持する方向を適宜変更することができる。例えば、周回移動部により２以上の指部を揃えた指位置とすることか可能となるので、双腕のそれぞれにロボットハンドを設けることで、それら双腕のハンドで（両手で）直方体などの対象物を挟み込んで安定した姿勢で把持させて作業をさせることができる。
また、例えば、対象物が球体の場合は、各指部が対象物を包み込むよう（各指部が対象物を中心に均等に配置されるよう）に変更することができる。一方、対象物が棒状部材の場合は、各指部が対象物を挟み込むよう（各指部が対象物を介して対向するよう）に変更することもできる。このような指部の開閉動作を行う向きの変更によって、球体や棒状部材を安定して把持することができる。
このように従来では不可能な把持形態を実施することが可能となり、多様な把持形態を実現することができる。

また、本発明のロボットハンドでは、前記周回移動部は、前記２以上の指部のそれぞれに接続する指回転軸と、該指回転軸に回転動力を伝達する動力部と、を有し、該動力部は前記支持部よりも下方に配置されていることが好ましい。

このロボットハンドによれば、指回転軸に回転動力を伝達する動力部を、支持部よりも下方における周回移動する指部に干渉しないスペースに配置することができる。そして、指部における根元位置（基端位置）の限られたスペースの動力部を配置する場合に比べて、大出力の駆動モーターを本ロボットハンドに装備することが可能となり、周方向に移動する指部の周回範囲を大きく確保することができる。

また、重量の大きな周回移動部の動力部をロボットハンド全体の根元に近い位置に配置することで、ロボットハンドの重量バランスや重心をその根元部分に位置させることができることから、ロボットハンドに作用するモーメントを小さくすることが可能となる。そのため、マニピュレーターの制御が容易になり、制御の安定性が増し、ロボットハンドにおける把持精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では、前記周回移動部は、ウォームギアと、該ウォームギアを回転させる駆動モーターと、前記ウォームギアに噛合する１つのウォームホイールと、前記ウォームホイールの回転に連動するとともに、ハンド軸に平行する指回転軸回りに回転して前記２以上の指部を同期させた状態で周回させる回転軸用平歯車と、前記ウォームホイールから前記回転軸用平歯車に回転動力を伝達する伝達用平歯車と、を備えていることが好ましい。

このロボットハンドによれば、１つのウォームホイールで複数の回転軸用平歯車を同期させた状態で回転させる伝達構造であり、これにより２以上の指部の指位置を変えることができる。例えば、２つのウォームホイールを用いてそれぞれに対応する指部に回転動力を伝達させている従来の場合には、製作の際にウォームギアの噛み合いを考慮し２つのウォームギアを高精度で位置決めする必要があったが、本発明のロボットハンドでは１つのウォームホイールを用いるので上記製作時の高精度な位置決めが不要となり、製作時間を短縮することができ、さらには動作不良を低減することができる。
さらに、ウォームギアに噛合するウォームホイールを１つとし、その他の伝達部を平歯車（回転軸用平歯車や伝達用平歯車）としたことで、ウォームホイールによる遊び量が小さくなり、周回移動部としてのガタツキを低減することができ、対象物に対してより高精度で安定的に把持することができる。

また、本発明に係るロボットハンドでは、複数の前記回転軸用平歯車が同一ピッチの歯形状をなしていることが好ましい。

この場合、複数の回転軸用平歯車が同一回転数において互いに同じ角度で回転するので、これら回転軸用平歯車に接続される複数の指部も同様に同一回転数において互いに同じ角度で回転するため、対象物の姿勢制御が容易となる。
また、回転軸用平歯車が同じ回転数で回転した場合に、複数の回転軸用平歯車同士で回転角度が異なる構成に比べて、装置構成を簡素化することができる。

また、本発明に係るロボットハンドでは、２つの前記回転軸用平歯車の間に配置され、それぞれの該回転軸用平歯車に回転動力を伝達する同期用平歯車が設けられていてもよい。

この場合、回転軸用平歯車同士が直接噛合することがなく、両回転軸用平歯車同士を離間を設けて配置した場合であっても、同期用平歯車によって一方の回転軸用平歯車から他方の回転軸用平歯車に回転を伝達することが可能となる。そのため、指部を周回させる指回転軸の配置にかかる制約が少なくなるという利点がある。

また、本発明に係るロボットハンドでは、前記指部は、周方向の移動が規制された固定位置の前記第１指部と、互いに異なる方向に周回可能な前記第２指部および第３指部と、からなる３つの指部により構成されており、前記第２指部および前記第３指部は、前記第１指部に対向する第１指位置から前記第１指部に対して周方向に近接して並列する第２指位置までの範囲を周回可能であることが好ましい。

本発明では、第２指部と第３指部が互いに周方向に近づく方向もしくは遠ざかる方向に回転し、３つの指部で対象物を所定の位置で安定して把持することができる。この場合、第１指位置に配置される第２指部と第３指部とが同じ回転数で回転した際に、第２指部が回転する回転角度と第３指部が回転する回転角度とは互いに等しくなり、第１指部に対する第２指部、第３指部の周方向の位置が等しい距離となるので、対象物に対してより安定的に把持することができる。

また、本発明に係るロボット装置では、上述したロボットハンドを多軸アームに備えたことを特徴としている。

本発明では、簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物を把持することが可能なロボット装置を提供することができる。

また、本発明に係るロボット装置では、多軸アームが複数設けられていることが好ましい。

このロボット装置によると、双腕のそれぞれにロボットハンドを設けることで、それら双腕のハンドで対象物を挟み込んで把持させて作業をさせることができる。このように従来では不可能な把持形態を実施することが可能となり、多様な把持形態を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態によるロボットハンドの全体構成を示す斜視図である。 同じくロボットハンドの全体構成を示す斜視図であって、指部を揃えた状態の図である。 図１において、３つの指部を均等に開いた状態の平面図である。 図３に示すロボットハンドの側面図である。 図１に示すロボットハンドの側面図である。 ロボットハンドにおける回転機構の全体構成を示す斜視図である。 図６に示す回転機構を上方から見た平面図である。 図７に示すＡ−Ａ線矢視図であって、回転機構の側面図である。 図６に示す回転機構を下方から見た平面図である。 本発明の第２の実施の形態によるロボット装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態によるロボット装置の全体構成を示す斜視図である。 第３の実施の形態の変形例によるロボット装置の全体構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態によるロボットハンド及びロボット装置について、図面に基づいて説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

（第１の実施の形態）
図１および図２に示すように、本第１の実施の形態によるロボットハンド１は、例えば工具や部品などの対象物を把持する産業用ロボットの把持装置として用いられる。なお、ロボットハンド１としては、産業ロボットに限られず、他の用途（宇宙関連、医薬関連、食品関連、遊具など）に用いても構わない。

具体的にロボットハンド１は、３つの指部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ（第１指部１０Ａ、第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃ）と、これら指部１０Ａ〜１０Ｃを支持する支持部２０と、支持部２０を駆動する駆動部３０と、を備えて概略構成されている。

ここで、３つの指部１０Ａ〜１０Ｃの基端部が位置する共通の平面（後述する支持板）に対して直交するとともに、指部１０Ａの回転中心軸線をハンド軸Ｏといい、このハンド軸Ｏに沿って指部１０Ａ〜１０Ｃ、支持部２０、駆動部３０がその順で配置されている。また、ハンド軸Ｏ方向に沿って指部１０Ａ〜１０Ｃの先端側を上側、駆動部３０側を下側といい、ハンド軸Ｏに直交する方向を径方向といい、ハンド軸Ｏを中心に周回する方向を周方向（図３に示す矢印Ｅ方向）という。なお、本実施の形態では、ハンド軸Ｏ付近を中心に周回するものも統一して「周回」という。例えば、第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃの周回中心はハンド軸Ｏとはずれているが、この場合も周回という。

３つの指部１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ駆動部３０の開閉機構３０Ａによって開閉動作可能に設けられ、その開閉動作に伴う全開状態および全閉状態において、それぞれの指先端１０ａの位置が図３に示す平面視でハンド軸Ｏを中心とした同心円上に位置している。なお、正確には、指部１０Ａ〜１０Ｃはそれぞれの回転中心が異なるため、ハンド軸Ｏを中心とした同心円上ではないが、本実施の形態では同心円上とみなす。また、３つの指部１０Ａ〜１０Ｃのうち第１指部１０Ａは周方向Ｅに移動せず固定されており、第２指部１０Ｂおよび第３指部１０Ｃは駆動部３０の周回移動部３０Ｂによって周方向Ｅに移動可能に設けられている。

第２指部１０Ｂおよび第３指部１０Ｃの周回する範囲は、それぞれ第１指部１０Ａに対向する第１指位置Ｐ１から第１指部１０Ａに近接して配列する第２指位置Ｐ２までの１８０度以上の範囲（図３に示す符号θの範囲）を周回可能である。ここで、前記「対向する」は、厳密に対向している状態と、概ね対向している状態の両方を含むものとする。
つまり、第２指部１０Ｂの周回範囲θ１（θ）は、３つの指部１０Ａ〜１０Ｃの基端部（指部の先端と反対側の根元の部分）が配置される面と交差する面であって、第２指部１０Ｂの中心線（第２指部１０Ｂの長手方向に沿う線）を含む面に沿って第２指部１０Ｂが周回する範囲である。一方、第３指部１０Ｃの周回範囲θ２（θ）は、３つの指部１０Ａ〜１０Ｃの基端部が配置される面と交差する面であって、第３指部１０Ｃの中心線（第３指部１０Ｃの長手方向に沿う線）を含む面に沿って第３指部１０Ｃが周回する範囲である。なお、図３において、周回範囲θ１、θ２を移動する第２指部１０Ｂおよび第３指部１０Ｃを二点鎖線で示しており、それぞれ１８０度以上となっている。

指部１０Ａ〜１０Ｃは、対象物を把持する部分である。各指部１０Ａ〜１０Ｃは、対象物に接触する接触部材１１と、関節部１２と、接触部材１１を回転可能に支持する支持部材１３と、接触部材１１と支持部材１３との間に介装されている弾性部材１４と、を備えている。

接触部材１１は、指部１０Ａ〜１０Ｃが閉じる方向へ屈曲している。接触部材１１は、屈曲部１１ａを有するように略Ｌ字型に形成された剛性部材である。この屈曲部１１ａには貫通穴（図示略）が形成されており、この貫通穴に両端が支持部材１３に固定された軸状の関節部１２が挿通された構成となっている。これにより、接触部材１１は、関節部１２を中心にして回転可能になっている。なお、これに限らず、支持部材１３の屈曲部１１ａに重なる部分に貫通穴が形成されており、この貫通穴に中央部が接触部材１１の屈曲部１１ａに固定された軸状の関節部１２の両端部が挿通された構成であっても、接触部材１１は関節部１２を中心に回転可能となる。

接触部材１１には、対象物に接触する部分をなす複数（３つ）の接触部（第１接触部１１Ａ、第２接触部１１Ｂ、および第３接触部１１Ｃ）が設けられている。第１接触部１１１Ａは、接触部材１１のうち先端部分（爪部分に相当）に位置している。第２接触部１１Ｂは、接触部材１１のうち屈曲部１１ａから第１接触部１１Ａまでの間に設けられ、第１接触部１１Ａを一体的に設けている。第３接触部１１Ｃは、接触部材１１のうち屈曲部１１ａから第１接触部１１Ａ側とは反対の端部までの間（屈曲部１１ａに対して指部の基端側）に設けられている。

接触部材１１と支持部材１３とは、関節部１２よりも各指部１０Ａ〜１０Ｃの基端側の位置において例えば圧縮バネからなる弾性部材１４によって接続されている。具体的には、接触部材１１の第３接触部１１Ｃには弾性部材１４の一端が接続されており、支持部材１３には弾性部材１４の他端が接続されている。
そのため、接触部材１１は、第２接触部１１Ｂ側と第３接触部１１Ｃとがそれぞれ別個に、関節部１２を中心として対象物に接する方向に回転可能（開閉可能）に設けられている。つまり、第２接触部１１Ｂと第３接触部１１Ｃとによってなす角度は変えることが可能となっている。

ここで、指部１０Ａ〜１０Ｃには、接触部材１１の回転を規制するストッパー１５が設けられている。ストッパー１５は、例えば第２接触部１１Ｂの反対側の面（指部の開閉方向で開く方向側の面）の基端から支持部材１３の上端面に沿うように突出している。このストッパー１５は、例えば接触部材１１が関節部１２を基準に所定角度以上回転しないように回転角度（接触部材１１が関節部１２を中心として回転する場合の回転角度）を規制する機能を有している。例えば弾性部材１４が自然長の場合においては、ストッパー１５が支持部材１３の上端面１３ａに接触した状態になっている。

支持部２０は、上部連結基板２１と、下部連結基板２２と、第１指部１０Ａの第１支持部材１３Ａを連結支持するとともに、第２指部１０Ｂの第２支持部材１３Ｂおよび第３指部１０Ｃの第３支持部材１３Ｃに周回移動部３０Ｂよる回転動力を伝達する固定リンク２３と、第１指部１０Ａの第１支持部材１３Ａを開閉可能に支持するとともに、第２指部１０Ｂの支持部材１３Ｂおよび第３指部１０Ｃの第３支持部材１３Ｃを回転可能かつ開閉可能に支持する連結リンク２４と、を備えている。

各指部１０Ａ〜１０Ｃの支持部材１３Ａ〜１３Ｃは、接触部材１１を関節部１２を介して屈曲部１１ａで回転可能に支持するとともに、固定リンク２３の関節部２３ａによって対象物に接する方向に回転可能（開閉可能）に支持されている。また、これらの支持部材１３Ａ〜１３Ｃは、前記関節部２３ａよりも基端部側において連結リンク２４の第１関節部２４ａに連結されており、この支持リンク２４の上下動によって第１関節部２４ａの位置が変位し、これにより第１関節部２４ａを中心にして支持部材１３が回転可能となっている。

固定リンク２３は、駆動部３０と各指部１０Ａ〜１０Ｃの支持部材１３とを連結する剛性部材である。具体的に固定リンク２３は、第１指部１０Ａに設けられる第１固定リンク２３Ａと、第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃのそれぞれに設けられる第２固定リンク２３Ｂ、第３固定リンク２３Ｃとからなる。
これら固定リンク２３Ａ〜２３Ｃは、支持部材１３を、関節部２３ａを介して回転可能な状態で支持している。例えば、固定リンク２３の支持部材１３と重なる部分には貫通穴（図示略）が形成されており、この貫通穴に両端が支持部材１３に固定された軸状の関節部２３ａが挿通された構成となっている。これにより、支持部材１３は関節部２３ａを中心に回転可能になっている。なお、これに限らず、支持部材１３の固定リンク２３と重なる部分に貫通穴が形成されており、この貫通穴に中央部が固定リンク２３に固定された軸状の関節部２３ａの両端部が挿通された構成であっても、支持部材１３は関節部２３ａを中心に回転可能となる。

第１固定リンク２３Ａの基端は、上部連結基板２１に固定されている。第２固定リンク２３Ｂと第３固定リンク２３Ｃの基端は、それぞれ後述する駆動部３０の指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂに軸支されている。

図４および図５に示すように、連結リンク２４は、連結板２４１と連結部材２４２とが第２関節部２４ｂ回りに回転可能に設けられ、連結板２４１と支持部材１３の基端とが第１関節部２４ａ回りに回転可能に設けられ、連結部材２４２の関節部２４ｂとは反対側の基端２４ｃが下部連結基板２２上に支持されている。連結リンク２４は、第１指部１０Ａに設けられる第１連結リンク２４Ａと、第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃのそれぞれに設けられる第２連結リンク２４Ｂ、第３連結リンク２４Ｃとからなる。

第１連結リンク２４Ａは、連結部材２４２の関節部２４ｂが設けられた側とは反対側の部分が、駆動部３０のボールナット３１２（後述する）に固定されている。
第２連結リンク２４Ｂおよび第３連結リンク２４Ｃは、下部連結基板２２を挿通する駆動部３０の指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂに軸支され、この回転軸回りに回転可能に取り付けられている。

図１および図２に示すように、駆動部３０は、３つの指部１０Ａ〜１０Ｃを同調させて開閉動作させるための開閉機構３０Ａと、第２指部１０Ｂおよび第３指部１０Ｃを同時に周方向に回転させるための周回移動部３０Ｂと、を有している。開閉機構３０Ａおよび周回移動部３０Ｂの主要部は、下部連結基板２２よりも下方においてハンド軸Ｏに直交する方向に板面を有する駆動基板３１に配置されている。
なお、駆動部３０は、例えば円筒状の図示しないカバー体に収容されている。

図２および図５に示すように、開閉機構３０Ａは、ハンド軸Ｏ上で駆動基板３１に対して軸回りに回転可能に支持されたボールネジのネジ軸３１１（図６参照）と、このネジ軸３１１に螺合してこのネジ軸３１１に沿って上下に移動するボールナット３１２と、駆動基板３１を貫通したネジ軸３１１の下端に同軸に設けられたプーリー３１３（図４、図５および図８）と、プーリー３１３にベルト等を介して回転を伝達する第１駆動モーター３１４と、を有している。ボールナット３１２は、上述した下部連結基板２２に一体的に設けられている。
すなわち、図５に示すように、第１駆動モーター３１４よりプーリー３１３に回転が伝達されると、プーリー３１３とともにネジ軸３１１が回転し、これによりボールナット３１２に一体に設けられた下部連結基板２２が昇降する。そして、下部連結基板２２に基端が設けられている連結リンク２４の連結部材２４２が昇降すると、連結板２４１の関節部２４ａの位置が径方向に変位し、これにより指部１０Ａ〜１０Ｃの支持部材１３が関節部２４ａを中心にして回転して開閉動作が行われる構成となっている。

図６〜図８に示すように、周回移動部３０Ｂは、ウォームギア３２１と、ウォームギア３２１を回転させる第２駆動モーター３２２と、ウォームギア３２１の回転に連動し、ハンド軸Ｏに平行する回転軸Ｃ１、Ｃ２を中心に回転し、互いに異なる方向に回転するとともに、図３に示す第２指部１０Ｂおよび第３指部１０Ｃを周回させる一対の同形状の回転軸用平歯車３２３（３２３Ａ、３２３Ｂ）と、これら回転軸用平歯車３２３Ａ、３２３Ｂのそれぞれより上方に延びる指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂと、ウォームギア３２１から一対の回転軸用平歯車３２３Ａ、３２３Ｂに回転動力を伝達する伝達用平歯車３２５と、を備えて概略構成されている。
ウォームギア３２１は円柱形状であって、側面の曲面部に螺旋状の歯を有している。
ここで、周回移動部３０Ｂにおいて、指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂを除いた部分を図４、図５に示す「動力部Ｇ」といい、この動力部Ｇが支持部２０よりも下方に配置されている。

一対の回転軸用平歯車３２３のうち一方の第１回転軸用平歯車３２３Ａには指回転軸３２４Ａ、上部連結基板２１、下部連結基板２２、第２固定リンク２３Ｂ、第２連結リンク２４Ｂを介して第２指部１０Ｂが設けられ、第１回転軸用平歯車３２３Ａとは異なる方向に回転する他方の第２回転軸用平歯車３２３Ｂには指回転軸３２４Ｂ、上部連結基板２１、下部連結基板２２、第３固定リンク２３Ｃ、第３連結リンク２４Ｃを介して第３指部１０Ｃが設けられ、第２指部１０Ｂと第３指部１０Ｃとは、第２駆動モーター３２２が回転することにより互いに周方向に近づく方向もしくは遠ざかる方向に回転する。つまり、第２指部１０Ｂおよび第３指部１０Ｃは、上述した第１指位置Ｐ１と第２指位置Ｐ２との間で周回可能となっている。

第２駆動モーター３２２とウォームギア３２１とは、それぞれ駆動基板３１上に配置され、それぞれの回転軸Ｃ３、Ｃ４が互いに水平方向に向けて、かつ平行に設けられている。ウォームギア３２１には、その回転軸Ｃ４上にプーリー３２７が同軸に設けられ、このプーリー３２７に第２駆動モーター３２２の回転が伝達される。
さらに、駆動基板３１上には、ウォームギア３２１に噛合し、その回転軸Ｃ４と直交する上下方向の軸を中心（回転軸Ｃ５）に回転するウォームホイール３２８が設けられている。ウォームホイール３２８の回転軸Ｃ５の下端には、駆動基板３１の下方に配置される第１伝達用平歯車３２５Ａが同軸に設けられている。そして、第１伝達用平歯車３２５Ａに噛合し、これとは異なる方向に回転する第２伝達用平歯車３２５Ｂが設けられ、この第２伝達用平歯車３２５Ｂと同軸で駆動基板３１上に第３伝達用平歯車３２５Ｃが設けられている。第３伝達用平歯車３２５Ｃには、これとは異なる方向に回転する第１回転軸用平歯車３２３Ａが噛合されている。
ウォームホイール３２８は円盤形状であって、側面の曲面部に円弧状の歯を有している。

第１回転軸用平歯車３２３Ａと第２回転軸用平歯車３２３Ｂとは、それぞれ同一ピッチの歯形状をなし、互いの間隔が一定に保持された状態で駆動基板３１に回転可能に支持され、それら回転軸Ｃ１、Ｃ２がボールネジのネジ軸３１１を挟んで対称位置に配置されている。
第１回転軸用平歯車３２３Ａと第２回転軸用平歯車３２３Ｂとの間には、一対の同形状の同期用平歯車３２６Ａ、３２６Ｂが設けられている。つまり、第１回転軸用平歯車３２３Ａが第１同期用平歯車３２６Ａに噛合し、この第１同期用平歯車３２６Ａに噛合する第２同期用平歯車３２６Ｂが第２回転軸用平歯車３２３Ｂに噛合し、これにより第１回転軸用平歯車３２３Ａの回転が第２回転軸用平歯車３２３Ｂに連動して伝達される。

一対の同期用平歯車３２６Ａ、３２６Ｂが同じ回転数で回転した場合に、第１回転軸用平歯車３２３Ａと第２回転軸用平歯車３２３Ｂが回転する方向は互いに異なるが回転角度は互いに等しくなる。そのため、指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂも互いに異なる方向に同一回転数で回転するので、それぞれに設けられる第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃも互いに異なる方向に同じ角度で回転する。

なお、第２指部１０Ｂと第３指部１０Ｃとで回転軸用平歯車３２３のピッチを異ならせることで、第１回転軸用平歯車３２３Ａと第２回転軸用平歯車３２３Ｂとが同じ回転数で回転した場合に、第１回転軸用平歯車３２３Ａが回転して第２指部１０Ｂが回転する回転角度と第２回転軸用平歯車３２３Ａが回転して第３指部１０Ｃが回転する回転角度とを互いに異ならせることもできる。この構成によれば、非対称物などの特殊な形状を把持することも可能となる。

第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃを周回させる場合、駆動部３０の周回移動部３０Ｂにおいて、先ず第２駆動モーター３２２を駆動させると、これにベルト等で連結されたプーリー３２７が回転軸Ｃ４回りに回転する。そして、プーリー３２７と同軸に設けられているウォームギア３２１が回転軸Ｃ４回りに回転し、その回転がハンド軸Ｏに平行する方向の回転軸Ｃ５を中心に回転するウォームホイール３２８に伝達される。さらに、このウォームホイール３２８と同軸に設けられる第１伝達用平歯車３２５Ａから、第２伝達用平歯車３２５Ｂ、第３伝達用平歯車３２５Ｃの順で回転が伝達され、その第３伝達用平歯車３２５Ｃに噛合する第１回転軸用平歯車３２３Ａが回転する。

さらに、第１回転軸用平歯車３２３Ａの回転は、一対の同期用平歯車３２６Ａ、３２６Ｂを介して第２回転軸用平歯車３２３Ｂに伝達される。このとき、一方の第１回転軸用平歯車３２３Ａは図７の上面視で右回転（矢印Ｆ１方向）する場合、他方の第２回転軸用平歯車３２３Ｂは左回転（矢印Ｆ２方向）となり、互いに異なる回転方向となる。そして、これら第１回転軸用平歯車３２３Ａおよび第２回転軸用平歯車３２３Ｂと同軸に設けられる指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂもそれぞれ回転軸用平歯車に連動して右回転（矢印Ｆ１方向）、左回転（矢印Ｆ２方向）となる。そして、指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂとともに、第２指部１０Ｂと第３指部１０Ｃが周回する。

次に、開閉機構３０Ａの作用について説明する。
図５に示すように、第１駆動モーター３１４とプーリー３１３とはベルト等で連結されており、第１駆動モーター３１４の駆動によりプーリー３１３が回転すると、このプーリー３１３と同軸に設けられハンド軸Ｏに沿って延在するボールネジのネジ軸３１１が回転し、これによりボールナット３１２がネジ軸３１１に沿って上下方向に移動する。このとき、ボールナット３１２に一体的に設けられている下部連結基板２２も同時にネジ軸３１１に対して相対的に上下に運動する。そして、指部１０Ａ〜１０Ｃは下部連結基板２２上で支持されているので、下部連結基板２２の上下移動に伴って連結リンク２４を介して指部１０Ａ〜１０Ｃが連動して開閉動作を行うようになっている。つまり、指部１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ支持部材１３の基端部が連結リンク２４を介して下部連結基板２２に取り付けられている。このため、連結リンク２４が上下に運動すると、各指部１０Ａ〜１０Ｃは関節部２４ａを中心に一体として回転する。例えば連結リンク２４が下方に移動すると、指部１０Ａ〜１０Ｃがハンド軸Ｏに近づく方向に同期して移動する。また、連結リンク２４が上方に移動すると、指部１０Ａ〜１０Ｃがハンド軸Ｏから遠ざかる方向に同期して移動する。

次に、上述したロボットハンド１の作用について詳細に説明する。
図１〜図５に示すように、本ロボットハンド１では、対象物の形状に応じて、周回可能な２つの指部１０Ｂ、１０Ｃをそれぞれ略ハンド軸Ｏ回りの周方向に１８０度以上の大きな周方向の範囲内で周回させることができ、各指部１０Ａ〜１０Ｃの対象物を把持する方向を適宜変更することができる。例えば、周回移動部３０Ｂにより３つの指部１０Ａ〜１０Ｃを揃えた指位置とすることか可能となるので、双腕のそれぞれにロボットハンド１を設けることで、それら双腕のハンドで（両手で）直方体などの対象物を挟み込んで安定した姿勢で把持させて作業をさせることができる。
また、例えば、対象物が球体の場合は、各指部１０Ａ〜１０Ｃが対象物を包み込むよう（各指部１０Ａ〜１０Ｃが対象物を中心に均等に配置されるよう）に変更することができる。一方、対象物が棒状部材の場合は、各指部１０Ａ〜１０Ｃが対象物を挟み込むよう（各指部１０Ａ〜１０Ｃが対象物を介して対向するよう）に変更することもできる。このような指部１０Ａ〜１０Ｃの開閉動作を行う向きの変更によって、球体や棒状部材を安定して把持することができる。
このように従来では不可能な把持形態を実施することが可能となり、多様な把持形態を実現することができる。

また、このロボットハンド１によれば、指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂに回転動力を伝達する動力部を、支持部２０よりも下方における周回移動する指部に干渉しないスペースに配置することができる。そして、指部１０Ａ〜１０Ｃにおける根元位置（基端位置）の限られたスペースの動力部を配置する場合に比べて、大出力の駆動モーターを本ロボットハンド１に装備することが可能となり、周方向に移動する第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃの周回範囲を１８０°と大きく確保することができる。

また、重量の大きな周回移動部３０Ｂの動力部をロボットハンド１全体の根元に近い位置に配置することで、ロボットハンド１の重量バランスや重心をその根元部分に位置させることができることから、ロボットハンド１に作用するモーメントを小さくすることが可能となる。そのため、マニピュレーターの制御が容易になり、制御の安定性が増し、ロボットハンド１における把持精度を向上させることができる。

また、このロボットハンド１によれば、１つのウォームホイール３２８で２つ回転軸用平歯車３２３Ａ、３２４Ｂを同期させた状態で回転させる伝達構造であり、これにより２つの指部１０Ｂ、１０Ｃの指位置を変えることができる。例えば、２つのウォームホイールを用いてそれぞれに対応する指部に回転動力を伝達させている従来の場合には、ロボットのハンドを製作する際にウォームギアの噛み合いを考慮し２つのウォームギアを高精度で位置決めする必要があったが、本ロボットハンド１では１つのウォームホイール３２８を用いるので上記製作時の高精度な位置決めが不要となり、製作時間を短縮することができ、さらには動作不良を低減することができる。
さらに、ウォームギア３２１に噛合するウォームホイール３２８を１つとし、その他の伝達部を平歯車（回転軸用平歯車３２３や伝達用平歯車３２５）としたことで、ウォームホイール３２８による遊び量が小さくなり、周回移動部３０Ｂとしてのガタツキを低減することができ、対象物に対してより高精度で安定的に把持することができる。

また、２つの回転軸用平歯車３２３Ａ、３２３Ｂが同一回転数において互いに同じ角度で回転するので、これら回転軸用平歯車３２３Ａ、３２３Ｂに接続される２つの指部１０Ｂ、１０Ｃも同様に同一回転数において互いに同じ角度で回転するため、対象物の姿勢制御が容易となる。
また、回転軸用平歯車が同じ回転数で回転した場合に、複数の回転軸用平歯車同士で回転角度が異なる構成に比べて、装置構成を簡素化することができる。

さらに、回転軸用平歯車３２３Ａ、３２３Ｂ同士が直接噛合することがなく、両回転軸用平歯車３２３Ａ、３２３Ｂ同士を離間を設けて配置した場合であっても、同期用平歯車３２６Ａ、３２６Ｂによって第１回転軸用平歯車３２３Ａから第２回転軸用平歯車３２３Ｂに回転を伝達することが可能となる。そのため、指部１０Ｂ、１０Ｃを周回させる指回転軸３２４Ａ、３２４Ｂの配置にかかる制約が少なくなるという利点がある。

さらにまた、第２指部１０Ｂと第３指部１０Ｃが互いに周方向に近づく方向もしくは遠ざかる方向に回転し、３つの指部１０Ａ〜１０Ｃで対象物を所定の位置で安定して把持することができる。この場合、第１指位置Ｐ１に配置される第２指部１０Ｂと第３指部１０Ｃとが同じ回転数で回転した際に、第２指部１０Ｂが回転する回転角度と第３指部１０Ｃが回転する回転角度とは互いに等しくなり、第１指部１０Ａに対する第２指部１０Ｂ、第３指部１０Ｃの周方向の位置が等しい距離となるので、対象物に対してより安定的に把持することができる。

上述した本実施の形態によるロボットハンド及びロボット装置では、簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物に対して様々なハンドの把持姿勢により把持することが可能になる。

次に、本発明のロボットハンド及びロボット装置による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

（第２の実施の形態）
図１０に示すように、ロボット装置４は、例えば産業用ロボットアームとして用いられる。ロボット装置４は、取付部４０、第１リンク４１、第２リンク４２、第３リンク４３、第４リンク４４、第５リンク４５及び第６リンク４６を有する多軸アームに設けられている。

取付部４０は、例えば床部や壁部、天井部などに取り付けられる部分である。第１リンク４１〜第６リンク４６は、例えば取付部４０から順に直列に接続されている。そして、本ロボット装置４は、取付部４０と第１リンク４１、およびリンク同士が接続部（関節４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ）で回転可能に連結されている。第１リンク４１〜第６リンク４６のそれぞれが回転可能に設けられているため、それぞれのリンクを関節４ａ〜４ｆで適宜回転させることで、ロボットアーム全体としての複合的な動作が可能になっている。

第６リンク４６は、ロボット装置４の先端部分である。この第６リンク４６の先端部に、上記第１の実施の形態に記載のロボットハンド１が取り付けられている。
本第２の実施の形態のロボット装置４によれば、簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物を把持することが可能なロボット装置を提供することができる。
本第２の実施の形態では６つの関節を有するロボット装置の例を示したが、関節の数はこれに限らず１以上あれば良い。７つまたはそれ以上の関節を有する、アームの動きに冗長性を持たせたロボット装置であってもよい。

（第３の実施の形態）
図１１に示すように、第３の実施の形態によるロボット装置５は、上述した第２の実施の形態による多軸アーム（ロボット装置４）を複数（ここでは２つ）設けた双腕ロボットである。この場合、双腕のそれぞれにロボットハンド１を設けることで、それら双腕のハンドで対象物Ｍを挟み込んで把持させて作業をさせることができる。このように従来では不可能な把持形態を実施することが可能となり、多様な把持形態を実現することができる。

また、図１２の変形例に示すように、ロボット装置５Ａの胴体部５１に設けられた２つの多軸アーム（ロボット装置４）のそれぞれにロボットハンド１を設ける構成としてもよい。さらに、各多軸アーム４を第１リンク４１〜第７リンク４７を有する７軸アームにして、それぞれにロボットハンド１を設ければ、人間が２本の腕と手を使って一つの大きなものを持つのと同様のアームの動きと把持形態を実現することができる。本ロボット装置５Ａは、６つの接続部（関節４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ）のうち符号４ｂと４ｃの関節の間に回転軸４ｇを設けることにより７軸アームを構成している。
なお、図１２において、ロボット装置５Ａは、底部に車輪５３を備えるとともに図示しない制御装置を収容した本体部５２に前記胴体部５１が支持されており、車輪５３によって移動可能となっている。

これにより、図１１および図１２に示す本第３の実施の形態では、１つのアーム（ロボットハンド１）では把持できなかった大きな対象物を把持することができる。また、箱の中の物体を、箱と物体との隙間に指部を差し込んで２つのアーム（ロボット装置４）で把持する場合、従来の３本指ハンドでは隙間が狭い場合にはすべての指部を隙間に差し込むことができなかったが、本第３の実施の形態では指先を揃えて隙間に差し込むことができるので、従来のハンドに比べてより多い本数の指部でしっかりと把持することができる。

以上、本発明によるロボットハンド及びロボット装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では３つの指部１０Ａ〜１０Ｃを設けた構成としているが、３つであることに限定されることはなく、要は３つ以上の指部があって、そのうちの少なくとも２つ以上の指部が周回可能に設けられていれば良いのである。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ ロボットハンド
４、５、５Ａ ロボット装置
１０Ａ 第１指部
１０Ｂ 第２指部
１０Ｃ 第３指部
１１ 接触部材
２０ 支持部
２１ 上部連結基板
２２ 下部連結基板
２３ 固定リンク
２４ 連結リンク
３０ 駆動部
３０Ａ 開閉機構
３０Ｂ 周回移動部
３１ 駆動基板
３１１ ネジ軸
３１２ ボールナット
３２１ ウォームギア
３２２ 第２駆動モーター
３２３Ａ、３２３Ｂ 回転軸用平歯車
３２４Ａ、３２４Ｂ 指回転軸
３２５Ａ〜３２５Ｃ 伝達用平歯車
３２６Ａ、３２６Ｂ 同期用平歯車
Ｏ ハンド軸
Ｐ１ 第１指位置
Ｐ２ 第２指位置

Claims (8)

1. ３以上の指部と、
   該３以上の指部のそれぞれの基端を支持する支持部と、
   前記指部のうち少なくとも２以上の指部を、該指部が前記支持部に支持されている位置を中心にして周回移動させる周回移動部と、
   を備えたロボットハンドであって、
   前記２以上の指部は、該指部が前記支持部に支持されている位置を中心にして、前記ロボットハンドのハンド軸回りの周方向に１８０度以上の範囲で周回可能であることを特徴とするロボットハンド。
2. 前記周回移動部は、前記２以上の指部のそれぞれに接続する指回転軸と、該指回転軸に回転動力を伝達する動力部と、を有し、
   該動力部は前記支持部よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記周回移動部は、
   ウォームギアと、
   該ウォームギアを回転させる駆動モーターと、
   前記ウォームギアに噛合する１つのウォームホイールと、
   前記ウォームホイールの回転に連動するとともに、ハンド軸に平行する指回転軸回りに回転して前記２以上の指部を同期させた状態で周回させる回転軸用平歯車と、
   前記ウォームホイールから前記回転軸用平歯車に回転動力を伝達する伝達用平歯車と、
   を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
4. 複数の前記回転軸用平歯車が同一ピッチの歯形状をなしていることを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
5. ２つの前記回転軸用平歯車の間に配置され、それぞれの該回転軸用平歯車に回転動力を伝達する同期用平歯車が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のロボットハンド。
6. 前記指部は、周方向の移動が規制された固定位置の前記第１指部と、互いに異なる方向に周回可能な前記第２指部および第３指部と、からなる３つの指部により構成されており、
   前記第２指部および前記第３指部は、前記第１指部に対向する第１指位置から前記第１指部に対して周方向に近接して並列する第２指位置までの範囲を周回可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボットハンド。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の前記ロボットハンドを多軸アームに備えたことを特徴とするロボット装置。
8. 前記多軸アームが複数設けられていることを特徴とする請求項７に記載のロボット装置。

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