JP2017164831A - ハンド機構 - Google Patents

Abstract

【課題】可及的に人間の把持動作に近似させた把持動作を可能とするハンド機構の小型化を図る。【解決手段】複数の指部により把持対象物を把持可能に構成されたハンド機構であって、第１把持状態での把持と第２把持状態での把持を可能とするハンド本体部と、第１アクチュエータにより第１把持状態での把持位置と第２把持状態での把持位置との間で該親指部を該ハンド本体部周りに旋回させる第１駆動伝達部と、第２アクチュエータにより該親指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第２駆動伝達部とを有する親指部と、第３アクチュエータによる折り曲げを行う第３駆動伝達部と第４アクチュエータによる折り曲げを行う第４駆動伝達部とを有する操作指部と、第５アクチュエータにより該補助指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第５駆動伝達部を有する補助指部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、把持対象物を把持するためのハンド機構に関する。

従来、ロボットハンドに人間の指に近い構造を採用し、多様な対象物の把持が試みられている。例えば、大きい物から小さい物まで安定に把持するために複数本の指部を備えるハンド機構では、この複数本の指部が、それぞれ末節骨部及び該末節骨部に隣接する中節骨部を含む複数の骨部によって構成される場合がある。そして、中節骨部に対して末節骨部が真っ直ぐに伸びた状態から末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で回転可能となることで、人間の指における「つまむ」動作に近い動作が実現される。

一方で、ロボットハンドの動作を人間の指の動作に近似させようとすると、各指部に複数の関節部を設け、そのそれぞれの関節部を対応するアクチュエータで駆動させる構成を採用することができるが、その背反としてロボットハンドの大型化や、ロボットハンドの大きさを制限する結果としてアクチュエータの出力制限等が生じることになる。このような不利益を解消するための技術として、特許文献１の技術が開発された。特許文献１に開示の技術では、ロボットハンドの基端側の腕部にアクチュエータを設け、先端側の手部に当該アクチュエータの出力を伝える駆動力伝達部材と、その伝えられた駆動力により駆動されるプーリー部材が手部側に配置される。このように、駆動源を手部と離れた腕部に設け、その駆動力を手部に伝える構成とすることで、ロボットハンドの小型化が図られている。

特許第５４８２６６４号公報

上記特許文献１のハンド機構では、ハンド機構の小型化のためにアクチュエータ等の駆動部はハンド本体とは離れた腕部に配置され、その駆動力を様々な伝達機構を介して手部側の指部へと伝達している。そのため、ハンド機構そのものは軽量化できるものの、伝達機構の介在によりハンド機構そのものは機械的に複雑な構成となっており、必ずしもメンテナンス上好ましい構成とは言えない。ハンド機構を構築するに当たっては、アクチュエータとともにその機械的構造も含めた全体の小型化が図られるのが好ましく、上記特許文献１は、ハンド機構の小型化に関する本質的な解を下しているとは言えない。

また、本来的にハンド機構に、様々な把持動作、好ましくは人間の手の動作と近似する把持動作を実現させようとすると、ハンド機構に含まれる指部に必要とされる関節を設けるとともに、その把持動作を実現させるために各関節周りに駆動力を供給する必要があり、結果として、相応の数の関節と駆動力供給のためのアクチュエータをハンド機構に搭載する必要がある。しかし、従来の技術は、アクチュエータを搭載した状態でのハンド機構の小型化を可能とする十分な解決手段を示していないのが現実である。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、可及的に人間の把持動作に近似させた把持動作を可能とするハンド機構の小型化を目的とする。

本発明において、上記課題を解決するために、ハンド機構の本体部という限られた領域での、駆動力供給のためのアクチュエータと、その駆動力により駆動される指部の駆動伝達部の配置に着目した。ハンド機構の小型化と、その把持動作を可及的に人間の把持動作に近似させることとを両立するためには、最小限のアクチュエータと駆動伝達部の組合せで、必要とされる指部の把持動作を実現するのが必須と考えたものである。

詳細には、本発明は、複数の指部により把持対象物を把持可能に構成されたハンド機構であって、前記把持対象物を第１把持状態で把持する場合に該把持対象物を支持可能な第１の支持部と、該第１の支持部とは異なる支持部であって該把持対象物を第２把持状態で把持する場合に該把持対象物を支持可能な第２の支持部とを有するハンド本体部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第１アクチュエータにより前記第１把持状態での把持位置と前記第２把持状態での把持位置との間で親指部を該ハンド本体部周りに旋回させる第１駆動伝達部と、第２アクチュエータにより該親指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第２駆動伝達部とを有する親指部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第３アクチュエータにより操作指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第３駆動伝達部と、該操作指部において該第３駆動伝達部より先端側に位置する第４駆動伝達部であって、第４アクチュエータにより、該第４駆動伝達部より先端側の該操作指部の一部を、該第４駆動伝達部より基端側の該操作指部の一部に対して折り曲げる第４駆動伝達部とを有する操作指部と、前記ハンド本体部に取り付けられ、第５アクチュエータにより補助指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第５駆動伝達部を有する補助指部と、を備える。

本発明に係るハンド機構は、その本体部として第１の支持部と第２の支持部を有するハンド本体部を備えている。第１の支持部と第２の支持部は、ハンド機構において把持対象物の把持に関し異なる２つの把持状態を実現する際に、その把持対象物が接触し安定的に支持される部位である。このように異なる２つの支持部をハンド本体部が有することで、ハンド機構としては多様な対象物の把持動作が実現可能となり、以てその把持動作を可及的に人間の把持動作に近似させることが可能となる。なお、一例として、前記第１の支持部は、前記ハンド本体部の正面部位に位置する正面支持部であり、また、前記第２の支持部は、前記ハンド本体部の側面部位に位置する側面支持部であってもよい。

そして、上記ハンド機構には、親指部と操作指部と補助指部が備えられる。先ず、親指部は、上記第１の支持部による支持を利用する第１把持状態が形成される把持位置と、上記第２の支持部による支持を利用する第２把持状態が形成される把持位置との間で、当該親指部を旋回させる第１駆動伝達部が設けられ、当該第１駆動伝達部周りの駆動は、第１アクチュエータによって実現される。その上で、更に親指部には、ハンド本体部に対する折り曲げ動作を可能とする第２駆動伝達部が設けられ、当該第２駆動伝達部周りの駆動は第２アクチュエータによって実現される。このように２つの駆動伝達部が親指部に設けられることで、異なる２つの把持状態を形成するために必要な指部の必須動作を親指部が実現可能となる。なお、当該異なる２つの把持状態は、少なくとも親指部とハンド本体部とによって形成されてもよく、更に、上記操作指部と上記補助指部を適宜組み合わせて形成されるようにしてもよい。

なお、本願における駆動伝達部とは、対応するアクチュエータによって駆動される、指部を形成する一又は複数の関節等の駆動軸を含む構成である。例えば、一のアクチュエータによって駆動される指部の駆動軸が１つである場合には、当該一のアクチュエータに対応する駆動伝達部にはその１つの駆動軸が含まれることになる。また、一のアクチュエータによって駆動される指部の駆動軸が、例えばリンク機構などを利用することで複数となる場合には、当該一のアクチュエータに対応する駆動伝達部にはその複数の駆動軸が含まれることになる。

また、操作指部は、折り曲げ動作に関し第３駆動伝達部と第４駆動伝達部を有している。第３駆動伝達部は、操作指部において基端側に位置し、第４駆動伝達部は先端側に位置する駆動伝達部である。なお、本願における各指部の「先端側」とは、指先に位置する自由端側を意味し、「基端側」とは、「先端側」とは反対側であり、指部がハンド本体部に接続される根本側、すなわち指元側を意味する。また、ハンド本体部の先端側とは、ハンド本体部に接続された各指部の先端側と概ね一致し、一方で、ハンド本体部の基端側とは、その先端側とは反対側の、いわゆる手首側を意味する。

このように操作指部に、折り曲げ動作に関し２つの駆動伝達部が設けられることで、上述した異なる２つの把持状態の形成に資するとともに、操作指部がより複雑な折り曲げ動作を実現することが可能となる。すなわち、当該複雑な折り曲げ動作により操作指部の先端位置を細かく制御することが可能となるため、例えば、親指部と操作指部とで把持対象物をつまむ把持動作が可能となり、ハンド機構の把持動作をより人間の把持動作に近似させることができる。したがって、親指部と操作指部は、両指部による共同の把持動作が可能となるように、ハンド本体部に対する各指部の取り付け位置が決定されるのが好ましい。例えば、上記第１把持状態での把持位置又は第２把持状態での把持位置にある親指部と、操作指部とがつまみ動作が可能となるように、親指部と操作指部がハンド本体部に取り付けられてもよい。

そして、補助指部は、折り曲げ動作に関し第５駆動伝達部を有している。そのため、操作指部と比べて駆動伝達部が少ないため、指部としては操作指部より細かな折り曲げ動作は難しい。しかし、把持対象物を親指部や操作指部とともに把持する際に、補助指部が加わることで把持対象物との接触点が増え、把持対象物の安定的な把持動作の実現が可能となる。

上述までのように、本発明に係るハンド機構は、親指部に２つの駆動伝達部を有し、操作指部に２つの駆動伝達部を有し、補助指部に１つの駆動伝達部を有する構成を採用しており、当該構成は、最小限のアクチュエータと駆動伝達部の組合せで、人間の把持動作に可及的に近似する各指部の駆動を可能とする。したがって、当該ハンド機構は、その小型化と、その把持動作を可及的に人間の把持動作に近似させることとを両立することが可能となる。

可及的に人間の把持動作に近似させた把持動作を可能とするハンド機構の小型化が可能となる。

本発明の実施例に係るハンド機構の第１の斜視図である。 本発明の実施例に係るハンド機構の第２の斜視図である。 図１に示すハンド機構のカバーを取り外した状態の概略構成を示す図である。 図１に示すハンド機構の親指部の概略構成を示す第１の図である。 図１に示すハンド機構の親指部の概略構成を示す第２の図である。 図１に示すハンド機構の操作指部の一部の概略構成を示す第１の図である。 図１に示すハンド機構の操作指部の一部の概略構成を示す第２の図である。 図１に示すハンド機構の補助指部の概略構成を示す図である。 図１に示すハンド機構におけるアクチュエータの配置を示す図である。 図１に示すハンド機構において、親指部を用いた把持対象物を把持している第１の把持状態を示す図である。 図１に示すハンド機構において、親指部を用いた把持対象物を把持している第２の把持状態を示す図である。 図１に示すハンド機構において、親指部と操作指部によって把持対象物をつまんで把持している状態を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜ハンド機構１の概略構成＞
図１及び図２は、本発明の実施形態にかかるハンド機構１の斜視図である。具体的には、図１は、ハンド機構１をその掌側から見た場合の斜視図であり、図２は、手の甲側から見た場合の斜視図である。ハンド機構１は、ハンド本体部２に４本の指構成が備えられて構成されている。ハンド本体部２は概略的には直方体の形状を有しており、図１、図２に示すようにハンド本体部２の側方部位に親指部３が設けられ、ハンド本体部２の先端部位に操作指部４と、補助指部５が設けられている。補助指部５は２本の指構成を有しており、各指構成を第１指構成５ａ、第２指構成５ｂと称する。後述するように、補助指部５の２本の指構成は１つのアクチュエータによって同時に駆動されるように構成されるため、両指構成を纏めて一つの指部として扱う。

なお、本願明細書において、「先端側」とは、ハンド機構１の指先に位置する自由端側を意味し、「基端側」とは、「先端側」とは反対側である。すなわち、ハンド本体部２の基端側とはハンド機構１の手首側を意味し、各指部の基端側とは、該指部がハンド本体部２に接続される根本側、すなわち指元側を意味する。そして、図１に示す状態でハンド機構１の基端側から先端側へ延びる軸線を、ハンド機構１の「長手軸」と称する。

ここで、ハンド機構１は、ハンド本体部２の掌側に、比較的平らな領域である掌側支持部２ａを有する。掌側支持部２ａは、ハンド機構１が把持対象物をその掌側で把持しようとするときに（例えば、後述の図１１に示すように把持対象物を把持する場合）、各指部とともに把持対象物と接触し、その把持状態を支持する部位である。この掌側支持部２ａは本発明に係る正面支持部に相当する。更に、ハンド機構１は、ハンド本体部２の側面に、比較的平らな領域である側面支持部２ｂを有している。側面支持部２ｂは、ハンド機構１が把持対象物をその側面側で把持しようとするときに（例えば、後述の図１０に示すように把持対象物を把持する場合）、親指部３とともに把持対象物と接触し、その把持状態を支持する部位である。上記の通り、ハンド本体部２は概ね直方体の形状を有していることから、掌側支持部２ａと側面支持部２ｂは同一の平面上には位置しておらず、各支持部同士は概ね直交している。また、ハンド機構１の手の甲側には、後述するように各指部を駆動するアクチュエータの駆動ドライバが配置され、当該駆動ドライバを保護するためのカバー２ｃが設けられている。

ここで親指部３は、ハンド機構１の長手軸を中心に、ハンド本体部２の周りを旋回するように駆動可能とされる。なお、その具体的な駆動のための構成については後述する。そして、図１及び図２は、親指部３の、把持対象物を把持する際に接触する把持面３ａが、上記側面支持部２ｂに対向している状態を表しており、図示された状態では、把持面３ａと側面支持部２ｂとの間に形成される把持空間は概ね縮小された状態となっている。後述の図１０に示すように親指部３は、把持対象物がこの把持空間に進入可能となるように拡大され、その後把持面３ａと側面支持部２ｂとの間で把持対象物が把持されるように把持空間が縮小されるべく、側面支持部２ｂに対して把持面３ａが離間、近接するようにも駆動され得る。図１及び図２に示すように、把持面３ａと側面支持部２ｂとが対向すること
で、両者の間に把持対象物を位置させてその把持を図る状態が本発明に係る第１把持状態に相当し、このときの親指部３の位置を第１把持位置と称する。

更に、親指部３は、第１把持位置からハンド機構１の長手軸を中心にハンド本体部２の周りを旋回し、図１１に示すように、把持面３ａが上記掌側支持部２ａに対向した状態に至り、把持面３ａと掌側支持部２ａとの間に把持空間が形成される。このように把持面３ａが上記掌側支持部２ａに対向する場合においても、親指部３は、この把持空間が拡大、縮小するように掌側支持部２ａに対して把持面３ａが離間、近接するようにも駆動され得る。そして、把持面３ａと掌側支持部２ａとが対向することで、両者の間に把持対象物を位置させてその把持を図る状態が本発明に係る第２把持状態に相当し、このときの親指部３の位置を第２把持位置と称する。

このように親指部３に関しては、駆動に関する２つの自由度が付与されている。すなわち、第１把持位置と第２把持位置との間でハンド本体部２の周りを旋回駆動する自由度と、掌側支持部２ａ又は側面支持部２ｂに対して離間、近接のために駆動する自由度、すなわち親指部３の折り曲げ動作のための自由度を、親指部３は有する。そして、前者の自由度に従って駆動される、親指部３を構成する一又は複数の関節等を第１駆動伝達部と称し、後者の自由度に従って駆動される、親指部３を構成する一又は複数の関節等を第２駆動伝達部と称する。各駆動伝達部の詳細については、後述する。

また、操作指部４は、その指先がハンド機構１の掌側（掌側支持部２ａの側）に折り曲げ可能となるように駆動されるが、その折り曲げに際して２つの自由度が付与されている。これは、操作指部４により細かな把持動作を実現可能とするためである。そして、各自由度に従って駆動される、操作指部４を構成する一又は複数の関節等を、それぞれ第３駆動伝達部、第４駆動伝達部と称する。一方で、補助指部５もその指先がハンド機構１の掌側（掌側支持部２ａの側）に折り曲げ可能となるように駆動されるが、その折り曲げに際しては１つの自由度のみが付与されている。これは、補助指部５は、安定的な把持のために把持対象物を支えることを主な目的として設けられていることによる。そして、当該自由度に従って駆動される、補助指部５を構成する一又は複数の関節等を、第５駆動伝達部と称する。各駆動伝達部の詳細については、後述する。

また、図３には、図２に示す状態にあるハンド機構１において、手の甲側に設けられていたカバー２ｃを取り外した状態が示されている。具体的には、ハンド本体部２の手の甲側の上面に、上述した親指部３の第１駆動伝達部に対応した第１アクチュエータ３０を駆動制御するための駆動ドライバ１０ａ、操作指部４の第３駆動伝達部に対応した第３アクチュエータ４５（第３アクチュエータ４５はハンド機構１内に隠れているため、図３では参考用として参照番号を記載した）を駆動制御するための駆動ドライバ１０ｂ、同じく操作指部４の第４駆動伝達部に対応した第４アクチュエータ４０を駆動制御するための駆動ドライバ１０ｃ、補助指部５の第５駆動伝達部に対応した第５アクチュエータ５０（第５アクチュエータ５０はハンド機構１内に隠れているため、図３では参考用として参照番号を記載した）を駆動制御するための駆動ドライバ１０ｄがまとめて載置され、ドライバ配置部１０が形成されている。このようにドライバを手の甲側にまとめて配置することで、ハンド機構１による把持領域を広く確保することができる。なお、親指部３の第２駆動伝達部に対応した第２アクチュエータ３５（第２アクチュエータ３５はハンド機構１内に隠れているため、図３では参考用として参照番号を記載した）を駆動制御するための駆動ドライバ１１は、後述する図５に示すように親指部３の筐体３ｃ内に配置されている。なお、ハンド機構１における全アクチュエータの配置については、図５や図９等を参照されたい。

ここで、ハンド機構１に搭載されている上記の各アクチュエータ３０、３５、４０、４
５、５０については、直動の出力軸を有するリニアアクチュエータである。各アクチュエータは、概略円筒形をなすアクチュエータ本体とアクチュエータ本体の一方の端面から進退可能に突出する出力軸とを有している。各アクチュエータは電動で、上記の対応する各駆動ドライバからの指令に従い出力軸の進退量を調節することができる。

次に、ハンド機構１を構成する各指部の詳細な構造について以下に説明する。
＜親指部３について＞
親指部３について、図４及び図５に基づいて説明する。図４は親指部３の斜視図であり、図５は親指部３の内部構造の理解のために、ハンド機構１における操作指部４、補助指部５等の構成を省略した図である。上記の通り、親指部３に関連付けられたアクチュエータは、第１アクチュエータ３０と第２アクチュエータ３５の２つである。第１アクチュエータ３０により駆動される第１駆動伝達部について、図４に基づいて説明する。ハンド本体部２側に固定される第１アクチュエータ３０の出力軸３１は揺動リンク３２の入力部３２ａに接続されている。揺動リンク３２は、入力部３２ａと出力部３２ｂを有し、出力軸３１から伝わる駆動力によって揺動リンク３２が揺動することで、入力部３２ａに対する出力部３２ｂの相対位置が変動し、出力部３２ｂに接続されている親指部３の先端側の指部ボディ３３が上述した旋回駆動を行うことになる。したがって、揺動リンク３２を含む、出力軸３１から指部ボディ３３までの駆動力の伝達構造が、第１駆動伝達部に相当することになる。

次に、第２アクチュエータ３５による駆動される第２駆動伝達部について、図４及び図５に基づいて説明する。図５に示す通り、第２アクチュエータ３５は、筐体３ｃ内に配置され、更に、その駆動ドライバ１１も筐体３ｃ内に配置されている。そして、第２アクチュエータ３５の出力軸３６が、図５では図示されていない揺動リンクの入力部に接続され、更にその出力部から、指部ボディ３３側の回転軸３７（図４を参照）に対する回転トルクが出力される。なお、この回転軸３７が挿入される貫通孔が、図５では３７ａとして図示されている。この結果、第２アクチュエータ３５が駆動すると、指部ボディ３３がハンド本体部２に対して、上述した折り曲げ動作のための回転駆動を行うことになる。したがって、上記揺動リンクを含む、出力軸３６から回転軸３７までの駆動力の伝達構造が、第２駆動伝達部に相当することになる。

このように第２アクチュエータ３５は筐体３ｃ内に配置される構造を採用しているため、第２アクチュエータによる親指部３の折り曲げ動作は、第１アクチュエータ３０による親指部３の旋回駆動による状態にかかわらず実行可能である。すなわち、親指部３が第１把持位置、第２把持位置の何れの位置にあっても、また、両把持位置の間の位置にあっても、第２アクチュエータ３５による親指部３の折り曲げ動作は実行可能である。

ここで、指部ボディ３３は、把持面３ａと筐体３ｃとを有しており、図５に示す親指部３は、その把持面３ａが取り外された状態となることで、親指部３の内部が可視化されている。ここで、親指部３の筐体３ｃには、図１に示すようにハンド本体部２に親指部３が取り付けられた状態において、側面支持部２ｂ側に飛び出した形状を有する突起部３ｂが設けられている。このため、把持面３ａは、側面支持部２ｂに倣うような比較的平たい形状ではなく、親指部３と側面支持部２ｂとの間の把持空間を跨るように形成された把持補助面３ｄを一部に有することになる。これにより、親指部３が第２アクチュエータ３５によって折り曲げ駆動された場合でも、把持対象物がその回動部位に進入するのを把持補助面３ｄが防ぐことになり、安定した把持の実現に資するものである。

なお、親指部３の把持面３ａが、側面支持部２ｂに近接した位置にある場合には、突起部３ｂがハンド本体部２と干渉しないように、ハンド本体部２の一部が切り欠かれ、該突起部３ｃが収容可能となるように切り欠き部２ｄが形成されている（図１を参照）。更に
、親指部３が第２把持位置もしくはその近傍に位置しているときに、第２アクチュエータ３５によって折り曲げ駆動された場合でも突起部３ｂがハンド本体部２と干渉しないように、当該切り欠き部２ｄは形成されている。

＜操作指部４について＞
次に、操作指部４について、図６及び図７に基づいて説明する。操作指部４は、２つのサブ指部４ａ、４ｂで構成され、図６にサブ指部４ａの概略構成が示され、図７には別のサブ指部４ｂの概略構成が示されている。上記の通り、操作指部４に関連付けられたアクチュエータは、第３アクチュエータ４５と第４アクチュエータ４０の２つである。そして、第３アクチュエータ４５により駆動されるのが第３駆動伝達部であり、当該駆動伝達部が図６に示すサブ指部４ａに含まれる。また、第４アクチュエータ４０により駆動されるのが第４駆動伝達部であり、当該駆動伝達部が図７に示すサブ指部４ｂに含まれる。

先ず、サブ指部４ａについて説明する。ハンド本体部２側に固定される第３アクチュエータ４５の出力軸４６は揺動リンク４７の入力部４７ａに接続されている。揺動リンク４７は、入力部４７ａと出力部４７ｂを有し、出力軸４６から伝わる駆動力によって揺動リンク４７が揺動することで、入力部４７ａに対する出力部４７ｂの相対位置が変動する。そして、出力部４７ｂには、操作指部４の第１指部分４８が接続されている。第１指部分４８は、操作指部４の指構成を構成する３つの指部分４４、４３、４８のうち最も根本側の指部分である（図３を参照）。したがって、揺動リンク４７の揺動に応じて第１指部分４８を含む３つの指部分４４、４３、４８全体が、ハンド本体部２に対して、上述した折り曲げ動作のための回転駆動を行うことになる。したがって、揺動リンク４７を含む、出力軸４６から第１指部分４８までの駆動力の伝達構造が、第３駆動伝達部に相当することになる。

なお、第１指部分４８の先端側は、出力部４７ｂとの接続部位近傍の基端側よりも幅狭に配列された一対の先端側壁面部４８ａが設けられている。この一対の先端側壁面部４８ａは、図７に示すサブ指部４ｂに含まれる第２指部分４３を形成する一対の壁面の間の空間に嵌まり込む幅寸法となっている。なお、第１指部分４８の基端側は、図３に示すように、第２指部分４３の一対の壁面間には嵌り込まないように設計されている。そして、先端側壁面部４８ａには、図６、図７に示すように固定軸４３ｂが挿入されるための貫通孔が設けられている。この固定軸４３ｂによって、第１指部分４８と第２指部分４３は互いに連結されるが、両指部分同士は固定軸４３ｂを中心に互いに回転駆動可能である。更に、先端側壁面部４８ａにおいて固定軸４３ｂが挿入される貫通孔よりも先端側に、図７に示す支持軸４３ｃが挿入される貫通孔が形成されている。第１指部分４８は支持軸４３ｃに対して回動自在に連結されている。なお、後述するように、この支持軸４３ｃには連結リンク４３ｄが回動自在に取り付けられる。また、先端側壁面部４８ａの縁部分であって固定軸４３ｂが挿入される貫通孔よりも基端側の縁部分に窪み部４８ｂが形成される。この窪み部４８ｂは、第１指部分４８が第２指部分４３に対して連結されたときに、第２指部分４３側の支持軸４３ａを受けるように形成されている。

次に、サブ指部４ｂについて図７に基づいて説明する。ハンド本体部２側に固定される第４アクチュエータ４０の出力軸４１は揺動リンク４２の入力部４２ａに接続されている。揺動リンク４２は、入力部４２ａと出力部４２ｂを有し、出力軸４１から伝わる駆動力によって揺動リンク４２が揺動することで、入力部４２ａに対する出力部４２ｂの相対位置が変動する。そして、出力部４２ｂには、連結リンク４２ｃを介して操作指部４の第２指部分４３が接続されている。詳細には、第２指部分４３では、支持軸４３ａに連結リンク４２ｃが回動自在に連結されている。この第２指部分４３は、操作指部４の指構成を構成する３つの指部分４４、４３、４８のうち中間に位置する指部分である（図３を参照）。

また、第２指部分４３には、上記の固定軸４３ｂが配置されており、更に第２指部分４３の先端側には支持軸４３ｅが設けられ、操作指部４の指構成を構成する３つの指部分４４、４３、４８のうち先端側の第３指部分４４が、支持軸４３ｅを介して第２指部分４３に対して相対的に回転可能となるように接続されている。更に、第２指部分４３と第３指部分４４との間に、連結リンク４３ｄが配置されている。この連結リンク４３ｄは、上記の第１指部分４８の貫通孔に回動自在に挿入される支持軸４３ｃと、図示されない第３指部分４４側の支持軸とにそれぞれ回動自在に連結されている。以上の構成により、第４アクチュエータ４０の駆動による揺動リンク４２の揺動に応じて第３指部分４４が第２指部分４３に対して折り曲げ動作のための回転駆動を行うことになる。したがって、揺動リンク４２、連結リンク４３ｄを含む、出力軸４１から第３指部分４４までの駆動力の伝達構造が、第４駆動伝達部に相当することになる。

そして、ハンド機構１としては、上記の構成を有するサブ指部４ａ、４ｂが固定軸４３ｂや支持軸４３ｃを介して組合わされることで、図３等に示す状態となり、以て操作指部４が形成されることになる。そして、操作指部４としては、第３アクチュエータ４５が駆動することで、操作指部４全体がハンド本体部２に対して折り曲げ動作を行い、第４アクチュエータ４０が駆動することで、操作指部４のうち第３指部分４４が第２指部分４３に対して相対的に折り曲げ動作を行うことになる。

＜補助指部５について＞
次に、補助指部５について、図８に基づいて説明する。補助指部５には、２つの指構成である第１指構成５ａと第２指構成５ｂが含まれる。なお、上記の通り補助指部５は、把持対象物を安定して把持するための指部であり、少なくともハンド本体部２に対して補助指部５が折り曲げ動作をすればよく、各指構成の具体的な構造は、任意の構造を採り得る。一例としては、図８に示すように各指構成は、操作指部４と同じように３つの指部分を有してもよい。そして、各指部分は、ハンド本体部２に対する補助指部５の折り曲げ動作に連動して機械的に折り曲がるように好適なリンク機構を採用してもよい。重要な点は、補助指部５に関連付けられたアクチュエータは、上記折り曲げ動作を行うための第５アクチュエータ５０のみであることである。この第５アクチュエータ５０の駆動力で駆動される限りにおいては、第１指構成５ａ及び第２指構成５ｂは、折り曲げのための任意のリンク構造を採用できる。そして、第５アクチュエータ５０により駆動されるのが第５駆動伝達部であり、当該駆動伝達部が図８に示されている。

ハンド本体部２側に固定される第５アクチュエータ５０の出力軸５１は揺動リンク５２の入力部５２ａに接続されている。揺動リンク５２は、入力部５２ａと出力部５２ｂを有し、出力軸５１から伝わる駆動力によって揺動リンク５２が揺動することで、入力部５２ａに対する出力部５２ｂの相対位置が変動する。そして、出力部５２ｂには、直接に第２指構成５ｂが接続され、更に連結リンク５３を介して第１指構成５ａが接続されている。したがって、揺動リンク５２の揺動に応じて第１指構成５ａ及び第２指構成５ｂが、連動してハンド本体部２に対して、上述した折り曲げ動作のための回転駆動を行うことになる。更に、各指構成内のリンク機構によって、当該折り曲げ動作に連動して、各指構成内での指部分同士が相対的に回転される。以上より、揺動リンク５２を含む、出力軸５１から第１指構成５ａ及び第２指構成５ｂまでの駆動力の伝達構造が、第５駆動伝達部に相当することになる。また、補助指部５の別の形態として、第１指構成５ａ及び第２指構成５ｂが単に連動して回転駆動される代わりに、第５アクチュエータ５０により第１指構成５ａ及び第２指構成５ｂのそれぞれが把持対象物の形状にならって回転駆動されてもよい。このような把持対象物の形状にならわらわせるための各指構成については、例えば、特開２０１５−１１２６５０号公報の技術が採用できる。

＜ハンド機構１における各アクチュエータの配置＞
上述までのように構成される各指部を有するハンド機構１においては、各指部に対応するアクチュエータの配置は、ハンド機構１の小型化の観点から決定される。そこで、その配置について、図９に基づいて説明する。図９は、ハンド機構１を手の甲側から見たときの各指部と、それぞれに対応するアクチュエータとの位置関係を示している。先ず、操作指部４に対応する第４アクチュエータ４０が、その指構成の根元近傍に配置される。更に操作指部４に対応する別のアクチュエータである第３アクチュエータ４５は、補助指部５の第１指構成５ａの根元近傍に配置される。このように第３アクチュエータ４５が、操作指部４の位置からずれて配置されても、図６に示すように揺動リンク４７の横に第１指部分４８を配置することで、操作指部４を支障なく構成することができる。なお、第１指構成５ａの根元近傍には、図８に示すように第５アクチュエータ５０は位置していないため、当該場所に第３アクチュエータ４５を配置することは可能である。そして、補助指部５に対応する第５アクチュエータ５０は、補助指部５の第２指構成５ｂの根元近傍に配置されている。

次に、親指部３については、その内部に第２アクチュエータ３５が配置されるとともに、第１アクチュエータ３０が、第３アクチュエータ４５、第４アクチュエータ４０及び第５アクチュエータ５０よりも、ハンド本体部２の基端側に配置されている。親指部４が図４に示す構成を有していることを踏まえると、このようにハンド機構１に関連するアクチュエータのうち第１アクチュエータ３０を最も基端側に配置することで、ハンド本体部２での親指部４の取り付け位置を最も基端側とすることができる。そのためハンド機構１での親指部３による把持空間を可及的に大きく確保することができ、このことは結果としてハンド機構１の小型化に貢献することとなる。また、親指部３がハンド本体部２に対して折り曲げ動作を行った場合、親指部３に把持補助面３ｄが形成されているため、把持対象物が折り曲げ動作の回動部位に進入するのを防ぐことができ、安定した把持の実現が図られる。

＜ハンド機構１による把持形態の例示＞
ここで、図１０〜図１２に、ハンド機構１による把持対象物１００の把持形態を例示する。先ず、図１０に示す把持形態では、親指部３と側面支持部２ｂとの間で把持対象物１００を把持している。このような把持状態を形成するためには、例えば、第１アクチュエータ３０により親指部３を第１把持位置に移動させるとともに、第２アクチュエータ３５により親指部３をハンド本体部２から離間させる。そして、親指部３と側面支持部２ｂとの間の把持空間に把持対象物１００を位置させ、第２アクチュエータ３５により親指部３をハンド本体部２に近接させる。この結果、親指部３と側面支持部２ｂとの間に、把持対象物１００が挟まれ、図１０に示す把持状態が形成される。

次に、図１１に示す把持形態では、親指部３と掌側支持部２ａとの間で把持対象物１００を把持している。このような把持状態を形成するためには、例えば、第１アクチュエータ３０により親指部３を第２把持位置に移動させるとともに、第２アクチュエータ３５により親指部３をハンド本体部２から離間させる。そして、親指部３と掌側支持部２ａとの間の把持空間に把持対象物１００を位置させ、第２アクチュエータ３５により親指部３をハンド本体部２に近接させる。この結果、親指部３と掌側支持部２ａとの間に、把持対象物１００が挟まれ、図１１に示す把持状態が形成される。

次に、図１２に示す把持形態では、親指部３の先端部位と操作指部４の先端部位とで把持対象物１００をつまんで把持している。このような把持状態を形成するためには、例えば、第１アクチュエータ３０により親指部３を第２把持位置に移動させるとともに、第２アクチュエータ３５により親指部３をハンド本体部２から離間させる。そして、親指部３と操作指部４との間の把持空間に把持対象物１００を位置させ、第２アクチュエータ３５
により親指部３をハンド本体部２に近接させるとともに、第３アクチュエータ４５及び第４アクチュエータ４０により操作指部４の先端部位が親指部３の先端部位に重なるように折り曲げ動作が行われる。この結果、親指部３の先端部位と操作指部４の先端部位との間に把持対象物１００が挟まれ、図１２に示す把持状態が形成される。

この他、把持対象物１００が比較的太い場合等には、補助指部５の各指構成を適宜折り曲げることで、把持対象物１００を安定的に支持するようにしてもよい。

このように本発明に係るハンド機構１では、親指部３に旋回動作と折り曲げ動作の２つの自由度が付与され、操作指部４には折り曲げ動作に関し２つの自由度が付与され、補助指部５には折り曲げ動作に関し１つの自由度が付与されている。これらの自由度は、ハンド機構１による把持動作を人間の把持動作により近似させるために必要な各指部の自由度である。このような自由度の設定を各指部に行うことで、最小限の構成でハンド機構１において人間の把持動作により近似させた好適な把持動作が実現され、以てハンド機構１の小型化も図ることが可能となる。

１・・・ハンド機構、２・・・ハンド本体部、３・・・親指部、３ａ・・・把持面、３ｂ・・・突起部、３ｃ・・・筐体、４・・・操作指部、５・・・補助指部、１０・・・ドライバ配置部、３０・・・第１アクチュエータ、３５・・・第２アクチュエータ、４５・・・第３アクチュエータ、４０・・・第４アクチュエータ、５０・・・第５アクチュエータ

Claims (7)

1. 複数の指部により把持対象物を把持可能に構成されたハンド機構であって、
   前記把持対象物を第１把持状態で把持する場合に該把持対象物を支持可能な第１の支持部と、該第１の支持部とは異なる支持部であって該把持対象物を第２把持状態で把持する場合に該把持対象物を支持可能な第２の支持部とを有するハンド本体部と、
   前記ハンド本体部に取り付けられ、第１アクチュエータにより前記第１把持状態での把持位置と前記第２把持状態での把持位置との間で親指部を該ハンド本体部周りに旋回させる第１駆動伝達部と、第２アクチュエータにより該親指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第２駆動伝達部とを有する親指部と、
   前記ハンド本体部に取り付けられ、第３アクチュエータにより操作指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第３駆動伝達部と、該操作指部において該第３駆動伝達部より先端側に位置する第４駆動伝達部であって、第４アクチュエータにより、該第４駆動伝達部より先端側の該操作指部の一部を、該第４駆動伝達部より基端側の該操作指部の一部に対して折り曲げる第４駆動伝達部とを有する操作指部と、
   前記ハンド本体部に取り付けられ、第５アクチュエータにより補助指部を該ハンド本体部に対して折り曲げる第５駆動伝達部を有する補助指部と、
   を備える、ハンド機構。
2. 前記第１の支持部は、前記ハンド本体部の正面部位に位置する正面支持部であり、
   前記第２の支持部は、前記ハンド本体部の側面部位に位置する側面支持部である、
   請求項１に記載のハンド機構。
3. 前記ハンド本体部において前記正面支持部と干渉しない部位に、前記第１アクチュエータ、前記第３アクチュエータ、前記第４アクチュエータ、前記第５アクチュエータが配置され、
   前記第３アクチュエータ及び前記第４アクチュエータはそれぞれ直動アクチュエータであり、それぞれの出力軸が第１操作指用リンク機構及び第２操作指用リンク機構を介して前記操作指部に連結され、
   前記第５アクチュエータは直動アクチュエータであり、その出力軸が補助指用リンク機構を介して前記補助指部に連結され、
   前記第１アクチュエータは直動アクチュエータであり、その出力軸が親指用リンク機構を介して前記親指部に連結されるとともに、該第１アクチュエータは、前記ハンド本体部において前記第３アクチュエータ、前記第４アクチュエータ及び前記第５アクチュエータより該ハンド本体部の基端側に配置される、
   請求項２に記載のハンド機構。
4. 前記第２アクチュエータは、前記親指部の筐体内に配置される、
   請求項３に記載のハンド機構。
5. 前記第２アクチュエータにより前記親指部が前記第２駆動伝達部を中心に駆動される場合に該親指部と前記ハンド本体部の前記側面支持部との間に形成される把持空間に対して、該親指部から飛び出して形成される突起部が、該親指部に設けられ、
   前記突起部は、前記把持空間に面した把持面を有する、
   請求項４に記載のハンド機構。
6. 前記第２アクチュエータにより前記親指部が前記第２駆動伝達部を中心に駆動されることで、前記把持空間が縮小した状態で該親指部の前記突起部が該ハンド本体部の内部に収容されるように構成される、
   請求項５に記載のハンド機構。
7. 前記ハンド本体部の背面部位に、前記第１アクチュエータ、前記第３アクチュエータ、前記第４アクチュエータ、前記第５アクチュエータのそれぞれの駆動ドライバが配置されるドライバ配置部が設けられ、
   前記第２アクチュエータの駆動ドライバは、前記親指部の筐体内に配置される、
   請求項４から請求項６の何れか１項に記載のハンド機構。

Images