JP4482437B2 - ロボットハンド装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の指機構を有したロボットハンド装置に関するものである。

近年、人間の手のように複数の指を有するロボットハンド装置が知られている。このようなロボットハンド装置は、手のひらの部分となる手掌部と、この手掌部から延設される複数の指機構とで主に構成されており、その各指機構は、複数の節間部材が複数の指関節を介して回動自在に連結されるとともに、モータからの動力によって手掌部側（基端部側）の節間部材が折り曲げられ、または、伸ばされることで、その先の節間部材が順次折り曲げられ、または、伸ばされるようなリンク機構となっている。以下に、このようなロボットハンド装置の従来例として、２つの例を挙げて説明することとする。

第１のロボットハンド装置としては、前記した各指機構に対してモータを１つずつ設けたものが知られている（特許文献１参照）。このロボットハンド装置によれば、個々に設けたモータで各指機構を折り曲げることができるので、例えば小指から順に折り曲げていくというような人間らしい把持動作を行うことが可能となっている。

第２のロボットハンド装置としては、前記した各指機構の基端部にワイヤを繋げ、これらのワイヤを多種の部材を介して１つのモータに連結させたものが知られている（特許文献２，３参照）。このロボットハンド装置によれば、各指機構を動かすためのモータは１つで済むため、スペース効率を向上させることが可能となっている。

特開２００３−２６６３５７号公報 特開２００２−１０３２６９号公報 特開２００３−１８１７８７号公報

しかしながら、第１のロボットハンド装置では、人間らしい把持動作（規則的な把持動作）を実現することはできるが、複数のモータを設けているため、スペース効率が悪いといった問題があった。また、第２のロボットハンド装置では、モータが１つであるためスペース効率を向上させることはできるが、各指機構が１つのモータによって同時に折り曲げられるので、人間らしい把持動作を行うことができないといった問題があった。また、第２のロボットハンド装置では、例えば複雑な形状の物品を把持する場合において、５本の指機構のうちのいずれか１本が前記物品に当接すると、それ以上ワイヤを引っ張ることが不能となって、他の指機構はその物品から浮いた状態となり、適切な把持ができないといった問題もあった。

そこで、本発明では、主として、スペース効率を向上させることができるとともに、小指から順に折り曲げていくというような人間らしい把持動作を行う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。

前記課題を解決する本発明は、基部から延設される複数の指機構と、前記各指機構を作動させる１つの動力源と、を備えたロボットハンド装置であって、前記各指機構を作動させるために前記各指機構に連結される複数の指機構作動部材と、少なくとも２つの前記指機構作動部材に対して前記動力源からの動力を異なるタイミングで伝達するように構成される動力伝達機構と、を備えている構成とする。

この構造によれば、例えば全ての指機構作動部材のそれぞれに対して異なるタイミングで動力が伝達されるように動力伝達機構を構成することによって、各指機構作動部材がそれぞれ所定のタイミングずつずれて動き出すため、小指から順に（複数の指機構を端から順に）折り曲げていくというような人間らしい把持動作を行うことが可能となる。また、この構造では、動力伝達機構によって１つの動力源からの動力を各指機構作動部材に対して適宜ずらして伝達させることができるので、動力源が１つで済み、スペース効率を向上させることができる。

また、前記ロボットハンド装置としては、前記動力源がモータであり、前記指機構作動部材が前記指機構に対して伝達手段を介して連結される回動ローラであり、前記動力伝達機構が、前記各回動ローラを回動自在に支持するとともに、前記モータによって回動する回動軸と、前記各回動ローラを前記回動軸に対する所定位置に保持するために前記回動軸に固定される弾性部材と、を有し、前記弾性部材にて前記各回動ローラを所定位置に保持しているときには前記各回動ローラと前記回動軸とが一体的に回動するように構成され、前記指機構の最大握り状態または最大伸ばし状態のときにおいて、少なくとも２つの前記回動ローラをそれぞれ保持する前記弾性部材の変形量が、異なるように設定されているものを採用できる。

ここで、「最大握り状態」とは、指機構をそれ以上折り曲げることができない状態をいい、「最大伸ばし状態」とは、指機構をそれ以上伸ばすことができない状態をいう。

この構造によれば、例えば最大伸ばし状態のときに全ての弾性部材がそれぞれ異なる変形量で変形しているように設定されている場合は、最大伸ばし状態から指機構の折り曲げを開始させる際において、モータを駆動させて回動軸を回動させると、弾性部材が回動ローラを所定位置に保持している際の変形量（例えばゼロ）に戻った順に、回動ローラが回動軸と一体的に回動するようになる。すなわち、複数の弾性部材の変形量を端から順に（例えば小指側から順に）、徐々に増やしていった場合は、小指から順に折り曲げていくというような人間らしい把持動作を行うことが可能となる。また、この構造では、複数の指機構に動力を所定のタイミングで適宜伝達するための動力伝達機構として、他のスペースへ移動することのない回動軸およびこれに設けられる弾性部材を採用したので、スペース効率をより向上させることができる。

また、前記伝達手段は、リンク機構であるのが望ましい。この構造によれば、従来のような指機構の一部にワイヤを掛け回し、このワイヤの引っ張り方向を変えることによって指機構を折り曲げまたは伸ばすような構造に比べ、指機構を伸ばすときに積極的にリンク機構で指機構の基端側の部品を押すことができるので、指機構の伸ばし動作を良好に行うことができる。特に、指機構を伸ばす方向に付勢するばねを設けた従来の構造では、指機構を折り曲げる際において、ばねの変形力が握る力に対してロスとなるが、本発明のようなリンク機構で指機構を押し引きする構造では、そのような問題は解消される。

さらに、前記回動軸には、前記各回動ローラの一部に接離自在に係合する複数の当接部が設けられるのが望ましい。

この構造によれば、例えば指機構に多少重い部材を置き、これを把持させる場合において、モータを駆動させて回動軸を回動させると、弾性部材で保持された回動ローラが回動軸とともに回動しようとするが、指機構の折り曲げ動作が前記部材によって邪魔されるので、回動ローラは動かずに、回動軸が弾性部材を変形させつつ回動する。すなわち、回動ローラに対して回動軸が相対的に回動するため、回動軸の回動が進むにつれて、回動軸に設けられた当接部が回動ローラの一部に近づいていくこととなる。そして、回動軸の当接部が回動ローラの一部に当接すると、この当接部によって回動ローラが強く押されて回動することとなるので、多少重い部材であっても良好に把持することが可能となる。

また、前記各指機構は、前記基部側の部分を中心として互いに近接・離間する方向へ揺動自在に支持されているのが望ましい。

この構造によれば、ロボットハンド装置と人とが握手をする場合において、人がロボットハンド装置の複数の指機構（例えば人差指、中指、薬指、小指）を互いに密着させるように強く握ったとしても、各指機構が揺動するので、各指機構の破損を防ぐことができる。

さらに、前記各指機構は、前記基部に固定された基部側弾性部材によって係止されることで、互いに離間する方向に付勢されているのが望ましい。

この構造によれば、前記したような人とロボットハンド装置との握手が終わった後に、各指機構を自動的に元の位置に戻すことができる。

本発明によれば、動力伝達機構によって１つの動力源からの動力を各指機構作動部材に対して適宜ずらして伝達させることができるので、スペース効率を向上させることができるとともに、小指から順に折り曲げていくというような人間らしい把持動作を行うことができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、人間の手のように構成されるロボットハンド装置の指機構のうちの４本の指機構に対して本発明を適用した例を説明する。

図１に示すように、ロボットハンド装置１は、人間の手のひらや手の甲の部分に相当する基部１０と、基部１０の一端縁から略同一方向に延設される４本の指機構２０と、これらの指機構２０とは別の場所から延設される親指構造体ＯＹと、前記各指機構２０を作動させるための１つのモータ（動力源）３０とで主に構成されている。さらに、このロボットハンド装置１には、各指機構２０を作動させるために各指機構２０にリンク機構（伝達手段）４０を介して連結される４つの回動ローラ（指機構作動部材）５０と、各回動ローラ５０に対してモータ３０からの動力を異なるタイミングで伝達するように構成される動力伝達機構６０とが設けられている。

ここで、親指構造体ＯＹは、図示せぬ別のモータによって駆動可能となっている。なお、本実施形態においては、親指構造体ＯＹが、モータ３０からの動力が伝達されない（すなわち、本実施形態の親指構造体ＯＹは、特許請求の範囲にいう「指機構」には相当しない）ようになっているが、本発明はこれに限定されず、親指構造体ＯＹをも他の指機構とともに１つの動力源で駆動させるようにしてもよい。

基部１０は、人間の手のひらの部分を構成するためにケース状に形成される図示せぬ手掌部と、人間の手の甲の部分を構成するためにケース状に形成される手甲部１０ａとで構成されている。そして、前記手掌部と手甲部１０ａとで形成される空間内に、前記したモータ３０、リンク機構４０、回動ローラ５０および動力伝達機構６０などが収容されるようになっている。

指機構２０は、図２（ａ）に示すように、３つの節間部材２１，２２，２３と、これらの節間部材２１，２２，２３同士や、根元側の節間部材２１と基部１０に固定されるフレームＦ（図１参照）とを回動自在に連結する関節部材２４，２５，２６と、根元側の節間部材２１の動作に連動させて、その先の節間部材２２，２３を順次動作させるためのリンクアーム２７，２８とで主に構成されている。なお、以下の説明においては、便宜上、３つの節間部材２１，２２，２３を根元側から順に、根元部材２１、中間部材２２、指先部材２３ともいい、３つの関節部材２４，２５，２６を、根元側から順に第３関節部材２４、第２関節部材２５、第１関節部材２６ともいい、２つのリンクアーム２７，２８を、根元側から順に、第１リンクアーム２７、第２リンクアーム２８ともいう。また、以下の説明では、小指に相当する指機構２０のみを説明することとし、その他の人差指、中指、薬指に相当する指機構２０については小指の機構と多少大きさが異なるだけで同様の構造となるのでその説明は省略することとする。

根元部材２１は、長方形の両端を半円状に形成したような形状となる部材であり、その基端部２１ａがフレームＦ（図１参照）に固定された第３関節部材２４に回動自在に連結されるとともに、その先端部２１ｂに第２関節部材２５を介して中間部材２２が回動自在に連結されている。また、根元部材２１には、その第３関節部材２４の近傍（第２関節部材２５と第３関節部材２４との間）における手のひら側（図示上側）の適所に、ピンＰ１を介してリンク機構４０が回動自在に連結されるとともに、その両端部２１ａ，２１ｂに、後記する第１リンクアーム２７に回動自在に連結される固定ピンＰ２およびピンＰ３を逃げるための逃げ溝２１ｃ，２１ｄが適宜形成されている。さらに、根元部材２１には、その先端部２１ｂの手の甲側（図示下側）の適所に、ピンＰ４を介して第２リンクアーム２８が回動自在に連結されている。

中間部材２２は、その外形が根元部材２１と略同様の形状となる部材であり、その基端部２２ａが第２関節部材２５を介して根元部材２１に回動自在に連結されるとともに、その先端部２２ｂに第１関節部材２６を介して指先部材２３が回動自在に連結されている。また、中間部材２２には、その第２関節部材２５の近傍（第１関節部材２６と第２関節部材２５との間）における手のひら側の適所に、ピンＰ３を介して第１リンクアーム２７が回動自在に連結されている。

指先部材２３は、その外形が根元部材２１と略同様の形状となる部材であり、その基端部２３ａが第１関節部材２６を介して中間部材２２に回動自在に連結されている。また、指先部材２３には、その第１関節部材２６の近傍（先端部と第１関節部材２６との間）における手のひら側の適所に、ピンＰ５を介して第２リンクアーム２８が回動自在に連結されている。

第１リンクアーム２７は、フレームＦ（図１参照）と中間部材２２とに回動自在に連結される部材であり、図２（ｂ）に示すように、リンク機構４０によって根元部材２１が引っ張られて（矢印Ａ１）、根元部材２１が回動すると（矢印Ａ２）、これに応じて固定ピンＰ２を中心に回動して（矢印Ａ３）、ピンＰ３を介して中間部材２２を引っ張るように作用している（矢印Ａ４）。

第２リンクアーム２８は、根元部材２１と指先部材２３とに回動自在に連結される部材であり、前記したように第１リンクアーム２７で中間部材２２が引っ張られて（矢印Ａ４）、中間部材２２が回動すると（矢印Ａ５）、これに応じてピンＰ４を中心に回動して（矢印Ａ６）、ピンＰ５を介して指先部材２３を引っ張って（矢印Ａ７）、指先部材２３を回動させるように作用している（矢印Ａ８）。

なお、指機構２０を折り曲げた状態から伸ばすときには、前記した矢印Ａ１〜Ａ８の向きが全て逆になるように、指機構２０が動作するようになっている。

図１に示すように、モータ３０は、減速機３１およびモータ側リンク機構３２を介して動力伝達機構６０の後記する回動軸６１に連結されている。モータ側リンク機構３２は、図３（ａ）に示すように、減速機３１の出力軸３１ａに固定されて、この出力軸３１ａとともに回動する第１回動アーム３３と、後記する回動軸６１に固定されて、この回動軸６１とともに回動する第２回動アーム３４と、第１回動アーム３３の延出部３３ａと第２回動アーム３４の延出部３４ａとに回動自在に連結されるリンクアーム３５とで構成されている。そして、このモータ側リンク機構３２は、図３（ｂ）に示すように、減速機３１の出力軸３１ａが回動されて第１回動アーム３３が回動すると（矢印Ｂ１）、この第１回動アーム３３の延出部３３ａによってリンクアーム３５および第２回動アーム３４の延出部３４ａが引っ張られて（矢印Ｂ２，Ｂ３）、この第２回動アーム３４とともに回動軸６１が回動することとなる（矢印Ｂ４）。なお、前記の説明における矢印Ｂ１〜Ｂ４の向きは、指機構２０を折り曲げるときの向きであるため、指機構２０を伸ばすときには、矢印Ｂ１〜Ｂ４の向きは全て逆となる。

図１および図４に示すように、動力伝達機構６０は、回動軸６１と、この回動軸６１に固定ピン６２を介して固定されるばね部材６３とで主に構成されている。

回動軸６１は、４つの回動ローラ５０をそれぞれ回動自在に支持するものであり、その適所には、各回動ローラ５０の後記する切欠部（一部）５１ｂに接離自在となる４つの当接ピン（当接部）６４が設けられている。

ばね部材６３は、回動軸６１の周りを所定の隙間を空けるようにして券回されるコイル状のばねであり、その一端部６３ａと他端部（図示せず）とによって回動ローラ５０の一部を挟み込み、かつ、その中央部が固定ピン６２に固定されることによって、回動ローラ５０を両側から付勢して、回動軸６１に対する回動ローラ５０の相対的な位置を所定位置に保持するように作用している。そして、このばね部材６３の付勢力は所定の強さに設定されおり、これにより、前記した指機構２０に何も負荷をかけないで回動軸６１を回動させた場合には、ばね部材６３が変形せずに回動軸６１および回動ローラ５０が一体的に回動するようになり、また、指機構２０の動きを所定の負荷で抑えて回動軸６１を回動させた場合には、回動軸６１がばね部材６３を変形させつつ、動かない回動ローラ５０に対して相対的に回動するようになっている。また、各ばね部材６３は、各固定ピン６２の設置位置（位相）が回動軸６１の周方向において適宜ずらされていることによって、指機構２０の最大握り状態または最大伸ばし状態のときにおいて、その変形量がそれぞれ異なるように設定されている（図５参照）。

以下に、回動ローラ５０とばね部材６３と回動軸６１との関係を模式的に示す図５を参照して動力伝達機構６０の作用について説明する。なお、この図において、ばね部材６３は、便宜上、２つのばね部材６３’として表示している。

図５に示すように、４つの指機構２０の全てを最大伸ばし状態としているときは、小指側のばね部材６３’の変形量がゼロ（詳しくは、２つのばね部材６３’による付勢力が互いに相殺された状態）となっており、その他のばね部材６３’の変形量は、薬指、中指、人差指の順に段階的に増加していくように設定されている。そして、この状態から回動軸６１を反時計回りに回動していくと、ばね部材６３’の変形量がゼロとなっている小指側の回動軸６１と回動ローラ５０とが一体的に回動するのみで、その他の回動軸６１は、動かない回動ローラ５０に対して相対的に回動して、ばね部材６３’の変形を元の状態に戻すように作用する（図の第１段階）。

そして、回動軸６１の回動によって、図の第１段階で示すように、薬指側のばね部材６３’の変形が元の状態に戻る（変形量がゼロとなる）と、この薬指側の回動ローラ５０も回動軸６１とともに回動することとなる（図の第２段階）。その後は、中指、人差指といった順でそれぞれの回動ローラ５０が順番に回動軸６１とともに回動していくこととなる。すなわち、ばね部材６３’の変形量を小指側から順に段階的に増加させるように設定することによって、各回動ローラ５０の回動開始のタイミングを小指から順に行うことができるので、指機構２０を小指側から順に折り曲げていくことが可能となっている。

なお、小指側から先に折り曲げられていった各指機構２０は、小指側から順に最大握り状態（それ以上折り曲げることができない状態）となるため、これにより小指側から順に回動ローラ５０の回動が規制されていくこととなる。そして、このように小指側から順に回動ローラ５０の回動が規制されていくと、それまで回動ローラ５０と一体的に回動していた回動軸６１が、小指側から順に回動ローラ５０に対して相対的に回動していくことになる。これにより、ばね部材６３’が小指側から順に変形されていくこととなるため、４つの指機構２０の全てが最大握り状態となったときには、その変形量は最大伸ばし状態の逆の状態（人差指から順にばね部材６３’の変形量が段階的に増大している状態）となる。そのため、最大握り状態から各指機構２０を伸ばしていく際には、人差指側の指機構２０から順に伸ばされていくこととなる。

次に、図２（ａ）を参照して、再び構成の説明を行うこととする。図２（ａ）に示すように、回動ローラ５０は、回動軸６１に回動自在に係合する回動基部５１と、この回動基部５１から径方向外側へ延出する延出部５２とを有している。回動基部５１には、図１に示すように、その一端面５１ａに、軸方向片側（一端面５１ａ側）へ開口するとともに、径方向において貫通するように形成される切欠部５１ｂが形成されている。

なお、この切欠部５１ｂは、前記したように回動軸６１に固定された当接ピン６４と適宜接離自在となっており、これにより回動ローラ５０の回動軸６１に対する相対的な移動が当接ピン６４によって規制されるようになっている。そのため、例えば人が強引に指機構２０を折り曲げまたは伸ばそうとしたときには、回動ローラ５０は切欠部５１ｂの範囲でのみ移動でき、それ以上の移動は当接ピン６４によって阻止されるので、指機構２０の位置を良好に保持することができる。ちなみに、このように人が強引に指機構２０を折り曲げてから指機構２０を持つ手を離した場合には、前記したばね部材６３によって指機構２０（回動ローラ５０）が元の位置に復帰することとなる。

さらに、前記した切欠部５１ｂおよび当接ピン６４は、以下に示す作用も奏する。
例えば、指機構２０に多少重い部材を置き、これを把持させる場合において、モータ３０を駆動させて回動軸６１を回動させると、ばね部材６３で保持された回動ローラ５０が回動軸６１とともに回動しようとするが、指機構２０の折り曲げ動作が前記部材によって邪魔されるので、回動ローラ５０は動かずに、回動軸６１がばね部材６３を変形させつつ回動する。すなわち、回動ローラ５０に対して回動軸６１が相対的に回動するため、回動軸６１の回動が進むにつれて、回動軸６１に設けられた当接ピン６４が回動ローラ５０の切欠部５１ｂの端部に近づいていくこととなる。そして、回動軸６１の当接ピン６４が回動ローラ５０の切欠部５１ｂの端部に当接すると、この当接ピン６４によって回動ローラ５０が強く押されて回動することとなるので、多少重い部材であっても良好に把持することが可能となる。

また、回動基部５１には、その両端面５１ａ，５１ｃに、軸方向外側へ膨出するばね受け部５１ｄ，５１ｅが形成されている（図４参照）。なお、このように回動基部５１の両端面５１ａ，５１ｃの両方にばね受け部５１ｄ，５１ｅを設けることによって、図４に示すように、回動ローラ５０に対するばね部材６３の位置を適宜選択可能であるため、設計自由度が向上するとともに、回動ローラ５０を全て同一の形状に形成できるので、その分コストダウンを図ることができる。

リンク機構４０は、図２（ａ）に示すように、第１アーム部４１と、Ｖ字アーム部４２と、第２アーム部４３とで主に構成されている。第１アーム部４１は、回動ローラ５０の延出部５２の先端部とＶ字アーム部４２の一端部とに回動自在に連結されている。Ｖ字アーム部４２は、その両端部が、フレームＦ（図１参照）に固定される固定ピン４４と第１アーム部４１とに回動自在に連結されるとともに、その中央部の適所（Ｖ字の屈曲部）に、第２アーム部４３が回動自在に連結されている。そして、第２アーム部４３は、Ｖ字アーム部４２に連結されていない側の端部が、前記した指機構２０の根元部材２１にピンＰ１を介して回動自在に連結されている。

このように構成されるリンク機構４０では、図２（ｂ）に示すように、回動軸６１とともに回動ローラ５０が回動されると（矢印Ｃ１）、第１アーム部４１が引っ張られて（矢印Ｃ２）、Ｖ字アーム部４２が固定ピン４４を中心に回動することとなる（矢印Ｃ３）。そして、このようにＶ字アーム部４２が回動することによって（矢印Ｃ３）、第２アーム部４３が引っ張られて（矢印Ｃ４）、指機構２０が折り曲げられることとなる（矢印Ａ１〜Ａ８）。なお、前記の説明における矢印Ｃ１〜Ｃ４の向きは、指機構２０を折り曲げるときの向きであるため、指機構２０を伸ばすときには、矢印Ｃ１〜Ｃ４の向きは全て逆となる。

また、このリンク機構４０は、図６に示すように、基部１０（詳しくは、手甲部１０ａ）に設けられる軸部１１を中心として、横方向に（手甲部１０ａの平面内で）揺動自在となるように構成されており、これにより指機構２０も横方向（互いに離着する方向）に揺動自在となっている。具体的には、図１および図４に示すように、リンク機構４０のＶ字アーム部４２を支持する固定ピン４４と、指機構２０の根元部材２１を支持する第３関節部材２４とが固定されるフレームＦが、横方向に揺動自在となるように基部１０に軸支されている。さらに、このフレームＦに固定される指機構２０は、図６に示すように、軸部１１に取り付けられた位置決めスプリング（基部側弾性部材）１２によって互いに離間する方向に付勢されるようになっている。なお、この位置決めスプリング１２は、その一端が、指機構２０ごとに形成される手甲部１０ａの凹部１０ｂの段差部１０ｃに引っ掛かるとともに、その他端が、フレームＦに固定されるようになっている。

また、このようにフレームＦを揺動自在とするのに伴って、図４に示すように、リンク機構４０の第１アーム部４１とＶ字アーム部４２との接続部Ｊ１や、第１アーム部４１と回動ローラ５０との接続部Ｊ２には、所定の遊びが設けられている。具体的には、接続部Ｊ１は、図７に示すように、第１アーム部４１の端部に形成された二股部４１ａと、この二股部４１ａに固定されるピン４５と、このピン４５が挿入される貫通孔４２ａが形成されるとともに、二股部４１ａの間に所定の隙間を空けて配設されるＶ字アーム部４２の端部４２ｂとで構成されている。そして、Ｖ字アーム部４２の端部４２ｂに形成される貫通孔４２ａが、その中央部から外側に向かうにつれて徐々に拡径するようなＲ形状に形成されることによって、第１アーム部４１とＶ字アーム部４２との横方向における相対的な移動をスムーズに行うことが可能となっている。なお、接続部Ｊ２も、接続部Ｊ１と同様の構造となっている。ここで、本実施形態では、接続部Ｊ１，Ｊ２を前記したような構造としたが、本発明はこれに限定されず、接続部としてボールジョイントを用いてもよい。

このように指機構２０およびリンク機構４０がフレームＦを介して基部１０に対して揺動自在に構成されることによって、ロボットハンド装置１と人とが握手をする場合において、人がロボットハンド装置１の４つの指機構（人差指、中指、薬指、小指）２０を互いに密着させるように強く握ったとしても、各指機構２０が揺動するので、各指機構２０の破損を防ぐことができる。さらに、人とロボットハンド装置１との握手が終わった後は、各指機構２０が位置決めスプリング１２によって自動的に元の位置に戻されるようになっている。

次に、指機構２０の動作について説明する。なお、以下の説明では、図１に示すように指機構２０を最大に伸ばした状態から最大に折り曲げるまでの動作を説明し、この逆の動作である最大に折り曲げた状態から最大に伸ばした状態までの動作については、説明を省略することとする。

まず、図１に示すように、モータ３０を駆動させると、モータ３０の動力が減速機３１およびモータ側リンク機構３２を介して回動軸６１に伝達されて、この回動軸６１が反時計回りに回動する（詳細は図３の矢印Ｂ１〜Ｂ４参照）。このように回動軸６１が回動を開始すると、図５に示すように、ばね部材６３（６３’）の変形量がゼロとなった順に、すなわち小指側から回動ローラ５０が回動軸６１と一体的に回動することとなる。そして、このように各回動ローラ５０が小指側から順に回動を開始すると、図１に示すように、各リンク機構４０によって各指機構２０が小指側から順に折り曲げられることとなる（詳細は図２（ｂ）の矢印Ｃ１〜Ｃ４，Ａ１〜Ａ８参照）。

以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
最大伸ばし状態から指機構２０の折り曲げを開始させる際には、ばね部材６３の変形量が小指側から順にゼロに戻ることで回動ローラ５０が小指側から順に回動するので、指機構２０を小指から順に折り曲げていくというような人間らしい把持動作を行うことが可能となる。また、動力伝達機構６０が、他のスペースへ移動することのない回動軸６１およびこれに設けられるばね部材６３で主に構成されるので、スペース効率を向上させることができる。

指機構２０をリンク機構４０によって押し引きする構造となっているので、従来のような指機構の一部にワイヤを掛け回し、このワイヤの引っ張り方向を変えることによって指機構を折り曲げまたは伸ばすような構造に比べ、指機構２０を伸ばすときに積極的にリンク機構４０で指機構２０の根元部材２１を押すことができるので、指機構２０の伸ばし動作を良好に行うことができる。

指機構２０に多少重い部材を置き、これを把持させる場合には、回動軸６１の当接ピン６４によって回動ローラ５０が強く押されて回動することで良好に指機構２０の折り曲げ動作を行うことができるので、多少重い部材であっても良好に把持することが可能となる。

ロボットハンド装置１と人とが握手をする場合において、人がロボットハンド装置１の４本の指機構（人差指、中指、薬指、小指）を互いに密着させるように強く握ったとしても、各指機構２０が揺動するので、各指機構２０の破損を防ぐことができる。また、人とロボットハンド装置１との握手が終わった後には、位置決めスプリング１２によって各指機構２０を自動的に元の位置に戻すことができる。

当接ピン６４が切欠部５１ｂの両端に当接する範囲内で、各回動ローラ５０と回動軸６１とが互いに相対回動自在となるので、例えば複雑な形状の物品をロボットハンド装置１に把持させる場合において、４本の指機構２０のうちのいずれか１本（例えば、小指）が前記物品に先に当接してその動きが止められたとしても、このように止まった小指（小指側の回動ローラ５０）に対して回動軸６１が前記した範囲内で回動できる。これにより、その他の指機構２０（人差指、中指、薬指）の回動ローラ５０が回動軸６１とともに前記した範囲内で回動することとなるので、各指機構２０を前記物品に全て当接させて、適切な把持を行うことが可能となる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、動力源として出力軸を単に回動させるだけのモータ３０を採用したが、本発明はこれに限定されず、例えば出力軸を軸方向に進退させるステッピングモータや、ピストンなどを採用してもよい。

前記実施形態では、１つの動力源からの動力を、４本の指機構２０（小指、薬指、中指、人差指）のそれぞれに異なるタイミングで伝達するように構成したが、本発明はこれに限定されず、これらのうちの少なくとも２本の指機構２０に異なるタイミングで動力が伝達されるようになっていればよい。

本実施形態に係るロボットハンド装置を示す斜視図である。 指機構を伸ばしているときの指機構およびリンク機構の状態を示す側面図（ａ）と、指機構を折り曲げたときの指機構およびリンク機構の状態を示す側面図（ｂ）である。 指機構を伸ばしているときのモータ側リンク機構を示す側面図（ａ）と、指機構を折り曲げたときのモータ側リンク機構の状態を示す側面図である。 動力伝達機構を示す上面図である。 回動ローラとばね部材と回動軸との関係を示す説明図である。 指機構を横方向に揺動自在に支持する構造を示す下面図である。 図４のＸ−Ｘ断面図である。

符号の説明

１ ロボットハンド装置
１０ 基部
１１ 軸部
１２ 位置決めスプリング（基部側弾性部材）
２０ 指機構
２１ 根元部材
２２ 中間部材
２３ 指先部材
２７ 第１リンクアーム
２８ 第２リンクアーム
３０ モータ（動力源）
４０ リンク機構
５０ 回動ローラ（指機構作動部材）
５１ 回動基部
５１ｂ 切欠部
５２ 延出部
６０ 動力伝達機構
６１ 回動軸
６２ 固定ピン
６３ ばね部材
６４ 当接ピン（当接部）

Claims (5)

1. 基部から延設される複数の指機構と、
   前記各指機構を作動させる１つの動力源と、を備えたロボットハンド装置であって、
   前記各指機構を作動させるために前記各指機構に連結される複数の指機構作動部材と、
   少なくとも２つの前記指機構作動部材に対して前記動力源からの動力を異なるタイミングで伝達するように構成される動力伝達機構と、を備え、
   前記動力源は、モータであり、
   前記指機構作動部材は、前記指機構に対して伝達手段を介して連結される回動ローラであり、
   前記動力伝達機構は、前記各回動ローラを回動自在に支持するとともに、前記モータによって回動する回動軸と、前記各回動ローラを前記回動軸に対する所定位置に保持するために前記回動軸に固定される弾性部材と、を有し、前記弾性部材にて前記各回動ローラを所定位置に保持しているときには前記各回動ローラと前記回動軸とが一体的に回動するように構成され、
   前記指機構の最大握り状態または最大伸ばし状態のときにおいて、
   少なくとも２つの前記回動ローラをそれぞれ保持する前記弾性部材の変形量が、異なるように設定されていることを特徴とするロボットハンド装置。
2. 前記伝達手段は、リンク機構であることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド装置。
3. 前記回動軸には、前記各回動ローラの一部に接離自在に係合する複数の当接部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボットハンド装置。
4. 前記各指機構は、前記基部側の部分を中心として互いに近接・離間する方向へ揺動自在に支持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のロボットハンド装置。
5. 前記各指機構は、前記基部に固定された基部側弾性部材によって係止されることで、互いに離間する方向に付勢されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のロボットハンド装置。

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