JP4643429B2 - ハンド装置 - Google Patents

Description

本発明は、手掌部より延設された複数の指機構によって物体を把持可能なハンド装置に関する。

従来、人間の手と同様に、手掌部から延設された複数の屈伸運動可能な指機構を備えたハンド装置が提案されている（たとえば、特許文献１）。
特開２００１−３４７４８２号公報

しかし、ハンド装置には人間の手のような柔軟性が若干不足しているため、指を屈曲させる力を強め、物体を強く握らせようとすると、物体の姿勢が不安定なものとなったり、物体が手掌部から逃げたりしてしまう場合があった。

そこで、本発明は、前記のような物体の手掌部からの逃げを抑制し、当該物体をより安定に把持することができるハンド装置を提供することを解決課題とする。

前記課題を解決するための本発明のハンド装置は、手掌部と、当該手掌部から延設された複数の指機構とを備え、制御ユニットによって動力源から動力伝達機構を介して各指機構に伝達される動力が調節されることで当該各指機構の屈伸運動が制御され、当該複数の指機構をその内側に屈曲させることで該複数の指機構および手掌部によって物体を把持可能なハンド装置であって、前記手掌部においてその掌面領域を上に向けたとき、当該掌面領域よりも上方に突出した掌突出部が設けられるとともに、複数の指機構のうち一部または全部においてその内側に突出した指突出部が設けられ、前記指機構が回動可能な状態で連結されている複数のリンク部材を備え、前記指突出部が前記複数の指機構を構成する前記リンク部材とは別個の部材により構成され、前記制御ユニットによって動力源から該部材に伝達される動力が調節されることにより、該指機構の内側への前記指突出部の突出位置および突出量のうち一方または両方が制御されることを特徴とする（第１発明）。

本発明のハンド装置によれば、複数の指機構の一部または全部の指の内側から、把持対象となる物体に作用する力に対向する抗力を、掌突出部および指突出部のうち一部または全部から当該物体に作用させることができる。これにより、当該突出部が手掌部に設けられていない場合と比較して、物体が手掌部から逃げることを抑制しながら指機構の屈曲力を強めることができるので、ハンド装置により強い握力で当該物体が安定に把持されうる。なお「掌面領域」は、平面およびなだらかに連続する曲面のうち一方または両方によって構成される。

さらに、指機構に設けられた指突出部の突出位置や突出量が制御されることで、物体の安定した把持の観点から、手掌部の掌突出部や、他の指機構から物体に作用する力に対向する適当な力を当該指突出部から当該物体に作用させることができる。

第１発明のハンド装置において、前記掌突出部として前記掌面領域を部分的に囲繞する土手部が前記手掌部に設けられていてもよい（第２発明）。

当該構成のハンド装置によれば、前記のように物体が指機構から受ける力に対向する抗力が、掌突出部としての土手部から当該物体に作用することで、物体が安定に把持されうる。また、物体が掌面領域の範囲に収まる程度のサイズである場合、当該物体が掌面領域の部分から逃げることが土手部によって抑制されるので、当該物体が安定に把持されうる。

第１発明のハンド装置において、前記複数の指機構のうち一部または全部の根元部分の内側に前記指突出部が設けられていてもよい（第３発明）。

当該構成のハンド装置によれば、前記のように物体が指機構から受ける力に対向する抗力が、指機構の根元部分内側に設けられた指突出部から当該物体に作用することで、物体が安定に把持されうる。

第１発明のハンド装置において、前記複数の指機構として、前記掌面領域を挟んで内側が相互に対向しうる、第１指機構および並列配置された第２ないし第ｎ指機構（ｎ＝３，４，５，‥）を備え、前記手掌部における第１、第２および第ｎ指機構のそれぞれの付け根部分の一部または全部に前記掌突出部が設けられていてもよい（第４発明）。

当該構成のハンド装置によれば、第１指機構を人間の手の親指に対応させ、かつ、第２ないし第ｎ指機構を人間の手の人差指等、親指以外の指に対応させて各指機構の配置、形状、機能等が設定されうる。これにより、ヒューマノイド型ロボットのハンド装置として相応しい形状および機能等を、当該ハンド装置にもたせることができる。

第１発明のハンド装置において、前記掌突出部が前記手掌部とは別個の掌部材により構成され、前記制御ユニットによって動力源から該掌部材に伝達される動力が調節されることにより、前記掌面領域を上に向けたとき、該掌面領域よりも上方への前記掌突出部の突出位置および突出量のうち一方または両方が制御されてもよい（第５発明）。

当該構成のハンド装置によれば、掌突出部の突出位置や突出量が制御されることで、物体の安定した把持の観点から、指機構から物体に作用する力に対向する適当な力を掌突出部から当該物体に作用させることができる。

第５発明のハンド装置において、前記掌部材が、前記制御ユニットにより動力源から伝達される動力が調節されることで前記掌面領域に対して近づいたり離れたりするように揺動させられてもよい（第６発明）。

当該構成のハンド装置によれば、複数の指機構の伸長動作および屈曲動作に連動して、掌部材が掌面領域に近づくようにまたは離れるように揺動することで、把持対象となる物体の形状等に合わせて、掌突出部の突出位置や突出量が適当に制御される。

第５発明のハンド装置において、前記掌突出部が前記指機構の動力源とは別個の動力源により駆動されてもよい（第７発明）。

第１発明のハンド装置において、前記掌突出部に作用する外力に応じた信号を出力する力センサが設けられ、前記制御ユニットが、該力センサからの出力信号に応じて、前記動力源から各指機構に伝達される動力を調節してもよい（第８発明）。

当該構成のハンド装置によれば、手掌部に設けられた掌突出部に対する物体の当たり具合（接触具合）に応じて、複数の指機構のそれぞれから当該物体に作用する力が、当該物体を安定に把持する観点から適当に制御されうる。

第８発明のハンド装置において、前記制御ユニットが、前記掌突出部に設けられた前記力センサからの出力に応じて、前記動力源から該掌突出部に内側が対向する指機構に伝達される動力を調節してもよい（第９発明）。

当該構成のハンド装置によれば、手掌部に設けられた掌突出部に対する物体の当たり具合（接触具合）に応じて、複数の指機構のうち、内側が当該掌突出部に対向する指機構から当該物体に作用する力が、当該物体を安定に把持する観点から適当に制御されうる。

第８発明のハンド装置において、前記力センサが設けられた掌突出部に対向する指機構の内側に同じく力センサが設けられ、前記制御ユニットが、該掌突出部および指機構の内側に設けられた力センサからの出力の時間変化パターンを検知し、当該検知結果に応じて、前記動力源から各指機構に伝達される動力を時間変化させながら調節してもよい（第１０発明）。

当該構成のハンド装置によれば、相互に対向する指機構の内側と、手掌部の突出部とが把持対象である物体に接触する先後関係に基づき、必要に応じて複数の指機構および手掌部のうち一部または全部の姿勢変更等による当該物体の握りなおしが可能となる。このため、物体を把持し損なう可能性が高いと予測される状態で、ハンド装置による当該物体の把持の態様が変更され、これによって物体が安定に把持されうる。

第１発明のハンド装置において、前記掌突出部が形成されることにより前記手掌部の内部において前記掌面領域の部分よりも広く形成された空間に、前記動力源が配置されていてもよい（第１１発明）。

当該構成のハンド装置によれば、掌突出部の形成により生じた手掌部の内部空間が、複数の指機構の一部または全部に動力を伝達する動力源の配置スペースとして有効利用されうる。また、掌突出部における手掌部の内部空間が、掌面領域部分における手掌部の内部空間よりも大きいので、その分だけ大きい動力源を手掌部に内蔵させ、これによって当該動力源から指機構に伝達される動力、ひいてはハンド装置の握力が強化されうる。

さらに、掌突出部における手掌部の内部空間に配置された動力源が、当該掌突出部に内側が対向しうる指機構に動力を伝達するものである場合、前記のように（１）動力源の大型化による当該指機構の屈曲力の強化、および同じく前記のように（２）当該指機機構から把持対象となる物体に作用する力に対向して当該物体に当該掌突出部からの抗力作用の相乗効果によって、より安定に当該物体がハンド装置によって把持されうる。

第１発明のハンド装置において、前記掌突出部が形成されることにより前記手掌部の内部において前記掌面領域の部分よりも広く形成された空間に、前記制御ユニットが配置されていてもよい（第１２発明）。

当該構成のハンド装置によれば、掌突出部の形成により生じた手掌部の内部空間が、複数の指機構の屈伸運動を制御するための制御ユニットの配置スペースとして有効利用されうる。また、掌突出部における手掌部の内部空間が、掌面領域部分における手掌部の内部空間よりも大きいので、その分だけ制御ユニットまわりの制御信号線や電線の配線スペースが大きく確保されうる。

本発明のハンド装置の実施形態について図面を用いて説明する。

図１に示されているロボットＲは、人間と同様に、上体部Ｐ１と、上体部Ｐ１の上方に配置された頭部Ｐ２と、上体部Ｐ１の下部から下方に延設された左右の脚部Ｐ３と、上体部Ｐ１の上部の両側部から延設された左右の腕部Ｐ４と、左右の腕部Ｐ４のそれぞれの先端に設けられているハンド装置１とを備えている。ロボットＲは、左右の脚部Ｐ３の動きによって自律的に歩行しうる二足歩行ロボットである。

まず、ハンド装置１の第１実施例について図２〜図４を用いて説明する。

図２に示されている第１実施例のハンド装置１は、手掌部１０と、手掌部１０から延設された第１指機構１１、第２指機構１２、第３指機構１３、第４指機構１４および第５指機構１５とを備えている。第１指機構１１、第２指機構１２、第３指機構１３、第４指機構１４、および第５指機構１５のそれぞれは、人間の手の親指、人差指、中指、薬指および小指のそれぞれに相当する。第１指機構１１は、その内側が、他の指機構１２〜１５の内側に対向しうるように配置されている。４本の指機構１２〜１５は、横方向に並列されている。

第１指機構１１は、第１リンク部材１１２、第２リンク部材１１４、第３リンク部材１１６および破線で示されているような形状の指カバーを備えている。第１リンク部材１１２、第２リンク部材１１４および第３リンク部材１１６のそれぞれは、人間の手の第１中手骨、親指の基節および末節に相当する。

第１リンク部材１１２は、手掌部１０に取り付けられた基部１１２に対して第１軸ａ１のまわりに回動可能な状態で、第１関節１１１を介して当該基部１１０に連結されている。基部１１０は、手掌部１０に固定されていてもよいし、手掌部１０に対して可動に取り付けられていてもよい。第２リンク部材１１４は、第１リンク部材１１２に対して第２軸ａ２のまわりに回動可能な状態で、第２関節１１３を介して第１リンク部材１１２に連結されている。第３リンク部材１１６は、第２リンク部材１１４に対して第３軸ａ３のまわりに回動可能な状態で、第３関節１１５を介して第２リンク部材１１４に連結されている。第１関節１１１、第２関節１１３および第３関節１１５のそれぞれは、人間の手の第１中手骨の基部側の間接、親指の中手指節関節および指節間関節のそれぞれに相当する。第１軸ａ１は、指機構１２〜１５の並列方向（図２の左右方向）とほぼ平行であり、第２軸ａ２は第１軸ａ１と離反して交差しており、第３軸ａ３は第２軸ａ２と離反して交差している。

第１指機構１１は、手掌部１０に収納されたモータＭから、減速機構Ｇ等により構成される動力伝達機構を介して伝達される動力に応じて、第１関節１１１、第２関節１１３および第３関節１１５のそれぞれにおいて曲がりうる。モータＭから第１指機構１１に伝達される動力は、ＣＰＵ等により構成された制御ユニット（図示略）によって制御される。

指機構１２〜１５は、たとえば、特開２００３−１８１７８７号公報に記載されている指機構と同様の構成とされ、また、それぞれがほぼ同様の構成とされている。たとえば、第５指機構１５は、第１リンク部材１５２、第２リンク部材１５４、第３リンク部材１５６および破線で示されているような形状の指カバーを備えている。第１リンク部材１５２、第２リンク部材１５４および第３リンク部材１５６のそれぞれは、人間の手の小指の基節、中節および末節のそれぞれに相当する。

第１リンク部材１５２は、手掌部１０に取り付けられた基部１５０に対して第１軸ｂ１のまわりに回動可能な状態で、第１関節１５１を介して当該基部１５０に連結されている。基部１５０は、手掌部１０に固定されていてもよいし、手掌部１０に対して可動に取り付けられていてもよい。第２リンク部材１５４は、第１リンク部材１５２に対して第２軸ｂ２のまわりに回動可能な状態で、第２関節１５３を介して第１リンク部材１５２に連結されている。第３リンク部材１５６は、第２リンク部材１５４に対して第３軸ｂ３のまわりに回動可能な状態で、第３関節１５５を介して第２リンク部材１５４に連結されている。第１関節１５１、第２関節１５３および第３関節１５５のそれぞれは、人間の手の小指の中手指節関節、近位指節間関節および遠位指節間関節のそれぞれに相当する。第１軸ｂ１、第２軸ｂ２および第３軸ｂ３は、指機構１２〜１５の並び方向（図２の左右方向）とほぼ平行である。

第５指機構１５は、動力源としてのモータ（図示略）から、動力伝達機構を介して伝達される動力に応じて、第１関節１５１、第２関節１５３および第３関節１５５のそれぞれにおいて内側に曲がることができる。モータから第５指機構１５に伝達される動力は、第１指機構１１と同様に前記制御ユニットによって制御される。

第２指機構１２、第３指機構１３および第４指機構１４のそれぞれの構成は、第５指機構１５の前記構成とほぼ同様なので説明を省略する。

なお、指機構１１〜１５のうち、複数の指機構が共通の一のモータによって駆動されてもよく、本実施形態における第１指機構１１のように一の指機構が一のモータによって駆動されてもよい。また、動力伝達機構は、前掲の特開２００３−１８１７８７号公報に記載されているようにワイヤやプーリ等によって構成されてもよく、各指機構を屈伸運動させるようにモータの動力を伝達しうるあらゆる構成が採用されてもよい。

手掌部１０は、第１指機構１１の動力源としてのモータＭや、指機構１１〜１５のそれぞれの動力伝達機構の一部を収納するケースとして構成され、図３に示されているように、掌面領域１００（斜線部分）を上に向けたとき、掌面領域１０１よりも上方に突出する第１掌突出部１０１、第２掌突出部１０２および第３掌突出部１０３が形成されている。

掌面領域１００は、指機構１１〜１５の内側に対向しうる略平面状（なだらかな曲面状）で、かつ、第３指機構１３の付け根周辺から第４指機構１４の付け根周辺までの横の広がりをもって、当該付け根周辺から手掌部１０の略中央部まで縦に広がる略矩形状の領域である。

第１掌突出部１０１は、第１指機構１１の付け根付近から、掌面領域１００の縦の広がりを手根側でさえぎるように横に延びて形成されている。第２掌突出部１０２は、掌面領域１００の横の一方の広がりをさえぎるように第２指機構１２の付け根付近に形成されている。第３掌突出部１０３は、掌面領域１００の横の他方の広がりをさえぎるように第５指機構１５の付け根付近に形成されている。掌突出部１０１〜１０３は、掌面領域１００を部分的に囲繞する土手部を構成している。

さらに、第１掌突出部１０１が形成されることにより手掌部１０の内部において掌面領域１０１の部分よりも広く形成された空間Ｓに、第１指機構１１の動力源としてのモータＭが配置されている。

前記構成の第１実施例のハンド装置１によれば、たとえば、図４に示されているように、指機構１１〜１５から円柱状の物体ｘに作用する力（黒矢印参照）に対向する抗力（白矢印参照）を、掌突出部１０１〜１０３から当該物体ｘに作用させることができる。

なお、図４では第４指機構１４、第５指機構１５および第３掌突出部１０３のそれぞれは隠れているが、第１指機構１１、第２指機構１２、第３指機構１３、第１掌突出部１０１および第２掌突出部１０２と同様に、物体ｘに当接している。これにより、掌突出部１０１〜１０３が手掌部１０に設けられていない場合と比較して、物体ｘが手掌部１０から逃げることを抑制しながら指機構１１〜１５の屈曲力を強めることができるので、ハンド装置１により強い握力で物体ｘが安定に把持されうる。

また、把持対象である物体が、掌面領域１００の範囲に収まる程度のサイズである場合、当該物体が掌面領域１００の部分から逃げることが、指機構１１〜１５および３つの掌突出部１０１〜１０３によって抑制されるので、当該物体がさらに安定に把持されうる。

また、第１掌突出部１０１が形成されることにより手掌部１０の内部において掌面領域１００の部分よりも広く形成された空間Ｓに、第１指機構１１の動力源であるモータＭが配置されている（図３および図４参照）。すなわち、手掌部１０の内部空間ＳがモータＭの配置スペースとして有効利用されうる。また、当該内部空間Ｓが、掌面領域１００の部分における手掌部１０の内部空間よりも大きいので、その分だけ大きいモータＭを手掌部１０に内蔵させ、これによって当該モータＭから第１指機構１１に伝達される動力、ひいてはハンド装置１の握力が強化されうる。

続いて、ハンド装置１の第２実施例について図５〜図７を用いて説明する。

図５に示されている第２実施例のハンド装置１によれば、手掌部１０における第１指機構１１の付け根部分（第１実施例のハンド装置１における第１掌突出部１０１が形成されていた部分）にスリット１０１２が開設され、このスリット１０１２から一部が手掌部１０から突出する掌部材１０１１によって第１掌突出部１０１が構成されている。

掌部材１０１１は、第１指機構１１の動力源であるモータＭから動力が伝達されることで、図６に実線で示されている掌面領域１００に近い状態と、一点鎖線で示されている掌面領域１００から遠い状態との間を遷移するように軸ｃのまわりで、スリット１０１２に沿って揺動する。なお、掌部材１０１１は、指機構の動力源とは別個の動力源により駆動されてもよい。その他の構成は前記実施形態のハンド装置とほぼ同様なので、共通の構成については同じ符号を用いるとともに、説明を省略する。

前記構成の第２実施例のハンド装置１によれば、たとえば、図７に示されているように、指機構１１〜１５から物体ｘに作用する力（黒矢印参照）に対向する抗力（白矢印参照）を、掌部材１０１１（＝第１掌突出部１０１）、第２掌突出部１０２および第３掌突出部１０３から当該物体ｘに作用させることができる。

なお、図７では第２指機構１２は隠れているが、第１指機構１１、第３指機構１３、第４指機構１４、第５指機構１５、第１掌突出部１０１および第２掌突出部１０２と同様に物体ｘに当接している。これにより、掌突出部１０１〜１０３が手掌部１０に設けられていない場合と比較して、物体ｘが手掌部１０から逃げることを抑制しながら指機構１１〜１５の屈曲力を強めることができるので、ハンド装置１により強い握力で物体ｘが安定に把持されうる。特に、第１掌突出部１０１の突出位置や突出量（掌部材１０１１の姿勢）が制御されることで、物体ｘの安定した把持の観点から、指機構１１〜１５から物体ｘに作用する力に対向する適当な力を第１掌突出部１０１から当該物体ｘに作用させることができる。

次に、ハンド装置１の第３実施例について図８を用いて説明する。図８に示されている第３実施例のハンド装置１は、第１指機構１１の根元部分に、その内側に突出する指突出部１１２２が設けられている。そのほかの構成は、第１実施例のハンド装置（図２〜図４）とほぼ同様の構成なので、共通の構成には同じ符号を付すとともに説明を省略する。

前記構成の第３実施例のハンド装置１によれば、第１および第２実施例のハンド装置１と同様に、指機構１１〜１５から物体ｘに作用する力（黒矢印参照）に対向する抗力（白矢印参照）を、掌突出部１０１〜１０３から当該物体ｘに作用させることができる。また、指突出部１１２２から物体ｘに高い圧力を作用させることができる。これにより、ハンド装置１により強い握力で物体ｘが安定に把持されうる。

続いて、ハンド装置１の第４実施例について図９を用いて説明する。図９に示されている第４実施例のハンド装置１は、第１指機構１１の根元部分に、その内側に突出する指突出部１１２２が設けられている。そのほかの構成は、第２実施例のハンド装置（図５〜図７）とほぼ同様の構成なので、共通の構成には同じ符号を付すとともに説明を省略する。

前記構成の第４実施例のハンド装置１によれば、第１および第２実施例のハンド装置１と同様に、指機構１１〜１５から物体ｘに作用する力（黒矢印参照）に対向する抗力（白矢印参照）を、掌突出部１０１〜１０３から当該物体ｘに作用させることができる。また、指突出部１１２２から物体ｘに高い圧力を作用させることができる。これにより、ハンド装置１により強い握力で物体ｘが安定に把持されうる。

なお、第３および第４実施例において、第２指機構１２等の他の指機構にも同様に内側に突出する指突出部が設けられていてもよい。また、指機構の内側に突出した指突出部が、当該指機構とは別個の指部材により構成され、制御ユニットによってモータ等の動力源から当該指部材に伝達される動力が調節されることで、当該指部材の突出方向および突出量が調節されてもよい。

第１ないし第４実施例のハンド装置１の物体把持能力に関する実験結果を図１０に示す。

図１０において横軸は把持対象である円柱状の物体の径を表し、縦軸はハンド装置１の握力を表している。指機構１１〜１５の動力源としてのモータの電流や、手掌部１０に設けられた圧力センサの出力等に基づいて測定される。手掌部１０に掌突出部１０１〜１０３が形成されておらず、かつ、指機構１１〜１５のいずれにも指突出部１１２２が形成されていない従来のハンド装置の物体把持能力は、図１０において太線で示されている。

これに対して、第１〜第４実施例のハンド装置１によれば、細線（第１実施例）、破線（第２実施例）、一点鎖線（第３実施例）および二点鎖線（第４実施例）で示されているような従来のハンド装置を超える高い把持能力を有していることがわかる。すなわち、本発明のハンド装置１によれば、当該従来のハンド装置よりも強い握力で物体を把持可能である（物体径ｒ０〜ｒ３における握力を参照）。また、本発明のハンド装置１によれば、当該従来のハンド装置よりも大径の（大きい）物体を把持可能であることがわかる（物体径ｒ３〜ｒ４における握力を参照）。

さらに、（ａ）掌突出部１０１〜１０３が手掌部１０に設けられている第１実施例（細線）、（ａ）掌突出部１０１〜１０３が手掌部１０に設けられ、かつ、（ｂ）指突出部１１２２が設けられている第３実施例（一点鎖線）、（ａ）掌突出部１０１〜１０３が手掌部１０に設けられ、かつ、（ｃ）掌突出部１０１が可動の掌部材１０１１により構成されている第２実施例（破線）、（ａ）掌突出部１０１〜１０３が手掌部１０に設けられ、（ｂ）指突出部１１２２が設けられ、かつ、（ｃ）掌突出部１０１が可動の掌部材１０１１により構成されている第４実施例（二点差線）の順にハンド装置１の握力が徐々に大きくなっていることが分かる。

なお、前記実施形態ではハンド装置１が、ヒューマノイド型ロボット１のハンド装置として適当なものとなるように人間の５本の指に相当する５つの指機構１１〜１５を備えているが、当該指機構の数や配置は変更されうる。

また、前記実施形態では第１掌突出部１０１における手掌部１０の内部空間Ｓに、第１指機構１０の動力源としてのモータＭが配置されているが（図３および図４参照）、他の実施形態として指機構１２〜１５の一部または全部の動力源としてのモータが当該内部空間Ｓに配置されてもよい。

当該構成のハンド装置１によれば、（１）内部空間Ｓの広さに応じたモータの大型化による当該指機構１２〜１５の屈曲力の強化、および（２）当該指機機構１２〜１５から把持対象となる物体に作用する力に対向して当該物体に第１掌突出部１０１から作用する抗力の相乗効果によって、より確実に当該物体がハンド装置１によって把持されうる。

同様の観点から、第１指機構１１の動力源としてのモータＭが、第２掌突出部１０２または第３掌突出部１０３の形成によって掌面領域１００よりも大きく形成された手掌部１０の内部空間に配置されてもよい。これにより、（１）内部空間の広さに応じたモータＭの大型化による第１指機構１１の屈曲力の強化、および（２）第１指機機構１１から把持対象となる物体に作用する力に対向して当該物体に第２掌突出部１０２および第３掌突出部１０３の一方または両方から作用する抗力の相乗効果によって、より確実に当該物体がハンド装置１によって把持されうる。

さらに、第１掌突出部１０１や、第２掌突出部１０２または第３掌突出部１０３における、掌面領域１００の部分よりも大きい手掌部１０の内部空間に、指機構１１〜１５の一部または全部の屈伸運動を制御するための前記制御ユニットが配置されていてもよい。

当該構成のハンド装置１によれば、手掌部１０の当該内部空間Ｓが制御ユニットの配置スペースとして有効利用されうる。また、当該内部空間Ｓが、掌面領域１００の部分における手掌部１０の内部空間よりも大きいので、その分だけ制御ユニットまわりの制御信号線や電線の配線スペースが大きく確保されうる。

また、掌突出部１０１〜１０３のそれぞれの場所に作用する外力に応じて出力する力センサが手掌部１０に設けられ、指機構１１〜１５の屈伸運動を制御するための前記制御ユニットが、当該力センサからの出力に応じて、モータＭ等の動力源から各指機構１１〜１５に伝達される動力を調節してもよい。

当該構成のハンド装置１によれば、手掌部１０に設けられた掌突出部１０１〜１０３に対する物体の当たり具合（接触具合）に応じて、複数の指機構１１〜１５のそれぞれから当該物体に作用させる力が、当該物体を安定に把持する観点から適当に制御されうる。たとえば、力センサの出力が、第１掌突出部１０１における手掌部１０と物体との接触に応じたものである場合、第１掌突出部１０１に内側が対向する指機構１２〜１５を屈曲させる力が強められてもよい（図４参照）。また、力センサの出力が、第２掌突出部１０２または第３掌突出部１０３における手掌部１０と物体との接触に応じたものである場合、第２掌突出部１０２または第３掌突出部１０３に内側が対向する第１指機構１１を屈曲させる力が強められてもよい（同）。

さらに、掌突出部１０１〜１０３のみならず、これらに対向する指機構１１〜１５の内側にも力センサが設けられ、制御ユニットが、当該掌突出部１０１〜１０３および指機構１１〜１５の内側に設けられた力センサからの出力の時間変化パターンを検知し、当該検知結果に応じて、モータＭ等の動力源から各指機構１１〜１５に伝達される動力を時間変化させながら調節してもよい。

当該構成のハンド装置１によれば、相互に対向する指機構１１〜１５の内側と、手掌部１０の掌突出部１０１〜１０３とが把持対象である物体に接触する先後関係に基づき、必要に応じて複数の指機構１１〜１５および手掌部１０のうち一部または全部の姿勢変更等による当該物体の握りなおしが可能となる。このため、物体を把持し損なう可能性が高いと予測される状態で、ハンド装置１による当該物体の把持の態様が変更され、これによって物体が安定に把持されうる。

本発明のハンド装置を備えるロボットの構成例示図。 本発明のハンド装置（第１実施例）の構成説明図。 本発明のハンド装置（第１実施例）の構成説明図。 本発明のハンド装置（第１実施例）による物体の把持状態の例示図。 本発明のハンド装置（第２実施例）の構成説明図。 本発明のハンド装置（第２実施例）の構成説明図。 本発明のハンド装置（第２実施例）による物体の把持状態の例示図。 本発明のハンド装置（第３実施例）の構成説明図。 本発明のハンド装置（第４実施例）の構成説明図。 本発明のハンド装置の機能説明図本発明のハンド装置の構成例示図。

１‥ハンド装置、１０‥手掌部、１１〜１５‥指機構、１００‥掌面領域、１０１〜１０３‥掌突出部（土手部）、１０１１‥掌部材、１１２２‥指突出部、Ｍ‥モータ（動力源）、Ｓ‥手掌部の拡張された内部空間。

Claims (12)

1. 手掌部と、当該手掌部から延設された複数の指機構とを備え、制御ユニットによって動力源から動力伝達機構を介して各指機構に伝達される動力が調節されることで当該各指機構の屈伸運動が制御され、当該複数の指機構をその内側に屈曲させることで該複数の指機構および手掌部によって物体を把持可能なハンド装置であって、
   前記手掌部においてその掌面領域を上に向けたとき、当該掌面領域よりも上方に突出した掌突出部が設けられるとともに、複数の指機構のうち一部または全部においてその内側に突出した指突出部が設けられ、
   前記指機構が回動可能な状態で連結されている複数のリンク部材を備え、前記指突出部が前記複数の指機構を構成する前記リンク部材とは別個の部材により構成され、
   前記制御ユニットによって動力源から該部材に伝達される動力が調節されることにより、該指機構の内側への前記指突出部の突出位置および突出量のうち一方または両方が制御されることを特徴とするハンド装置。
2. 前記掌突出部として前記掌面領域を部分的に囲繞する土手部が前記手掌部に設けられていることを特徴とする請求項１記載のハンド装置。
3. 前記複数の指機構のうち一部または全部の根元部分の内側に前記指突出部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のハンド装置。
4. 前記複数の指機構として、前記掌面領域を挟んで内側が相互に対向しうる、第１指機構および並列配置された第２ないし第ｎ指機構（ｎ＝３，４，５，‥）を備え、
   前記手掌部における第１、第２および第ｎ指機構のそれぞれの付け根部分の一部または全部に前記掌突出部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のハンド装置。
5. 前記掌突出部が前記手掌部とは別個の掌部材により構成され、
   前記制御ユニットによって動力源から該掌部材に伝達される動力が調節されることにより、前記掌面領域を上に向けたとき、当該掌面領域よりも上方への前記掌突出部の突出位置および突出量のうち一方または両方が制御されることを特徴とする請求項１記載のハンド装置。
6. 前記掌部材が、前記制御ユニットにより動力源から伝達される動力が調節されることで前記掌面領域に対して近づいたり離れたりするように揺動させられることを特徴とする請求項５記載のハンド装置。
7. 前記掌突出部が前記指機構の動力源とは別個の動力源により駆動されることを特徴とする請求項５記載のハンド装置。
8. 前記掌突出部に作用する外力に応じた信号を出力する力センサが設けられ、
   前記制御ユニットが、該力センサからの出力信号に応じて、前記動力源から各指機構に伝達される動力を調節することを特徴とする請求項１記載のハンド装置。
9. 前記制御ユニットが、前記掌突出部に設けられた前記力センサからの出力に応じて、前記動力源から該掌突出部に内側が対向する指機構に伝達される動力を調節することを特徴とする請求項８記載のハンド装置。
10. 前記力センサが設けられた掌突出部に対向する指機構の内側に同じく力センサが設けられ、
    前記制御ユニットが、該掌突出部および指機構の内側に設けられた力センサからの出力の時間変化パターンを検知し、当該検知結果に応じて、前記動力源から各指機構に伝達される動力を時間変化させながら調節することを特徴とする請求項８記載のハンド装置。
11. 前記掌突出部が形成されることにより前記手掌部の内部において前記掌面領域の部分よりも広く形成された空間に、前記動力源が配置されていることを特徴とする請求項１記載のハンド装置。
12. 前記掌突出部が形成されることにより前記手掌部の内部において前記掌面領域の部分よりも広く形成された空間に、前記制御ユニットが配置されていることを特徴とする請求項１記載のハンド装置。

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