JP5313094B2 - 流体圧伝達装置及びロボットハンド装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動流体圧シリンダと従動流体圧シリンダとを備える流体圧伝達装置、及びこれを備えたロボットハンド装置に関する。

従来、人間の手を模した複数の指機構と、各指機構が接続されたハンド本体とを備えるロボットハンド装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のロボットハンド装置の指機構は、流体圧伝達装置により屈伸される。この流体圧伝達装置は、ハンド本体内に設けられた複数の従動流体圧シリンダと、ハンド本体の外部に設けられ、各従動流体圧シリンダに流体圧伝達管を介して夫々接続された複数の駆動流体圧シリンダとを備える。

モータ等の駆動源により駆動流体圧シリンダで流体圧を発生させると、当該駆動流体圧シリンダに接続された従動流体圧シリンダに当該流体圧が付与される。そして、従動流体圧シリンダのピストンが進退し、このピストンに連結された指機構の関節の構成部品たる可動部材が可動する。このようにして、従動流体圧シリンダのピストンの進退により、指機構の関節の屈伸動作が行われる。

特開平８−１２６９８４号公報

従来の駆動流体圧シリンダと従動流体圧シリンダと流体圧伝達管とで構成される流体圧伝達装置では、精密な動作を要求される関節等に用いられる従動流体圧シリンダには、これに対応する１つの駆動流体圧シリンダが接続される。

この従動流体圧シリンダが複数設けられているものにおいては、当該従動流体圧シリンダに要求される最大圧力及び最大速度に対応可能な大きな定格出力を有する駆動源を用いる必要がある。このため、精密な動作が要求される関節等に用いられる従動流体圧シリンダの数の増加に比例して、流体圧伝達装置全体が大型化し軽量化が図れなくなってしまう。

本発明は、小型化及び軽量化を図ることができる流体圧伝達装置、及びこれを備えたロボットハンド装置を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明の流体圧伝達装置は、複数の主駆動流体圧シリンダと、該主駆動流体圧シリンダのシリンダ室と流体圧伝達路を介してシリンダ室が連通される複数の従動流体圧シリンダとを備え、前記主駆動流体圧シリンダが発生した流体圧を前記従動流体圧シリンダに伝達する流体圧伝達装置であって、前記複数の主駆動流体圧シリンダのピストンを駆動する主駆動源と、ピストンで２つのシリンダ室に区切られた副駆動流体圧シリンダと、該副駆動流体圧シリンダのピストンを駆動する副駆動源と、前記流体圧伝達路と前記副駆動流体圧シリンダの各シリンダ室とを連通する連通路とを備えることを特徴とする。

本発明の流体圧伝達装置によれば、１つの主駆動源による複数の主駆動流体圧シリンダのピストンの進退と、副駆動源による副駆動流体圧シリンダのピストンの進退とにより、複数の従動流体圧シリンダのシリンダ室に流体圧を伝達させることができる。

ここで、一般的に、複数の従動流体圧シリンダが必要とする流体圧が大きく相違することは少ない。そこで、１つの主駆動源による複数の主駆動流体圧シリンダのピストンの進退によって、複数の従動流体圧シリンダが必要とする流体圧の中間的な流体圧を発生させ、複数の従動流体圧シリンダが必要する流体圧の差分を調整するための流体圧を、副駆動源による副駆動流体圧シリンダのピストンの進退によって発生させる。

これにより、上記従来の流体圧伝達装置のように各別の駆動源によって主駆動流体圧シリンダのピストンを駆動する場合に比べて、駆動源の合計体積及び重量を減少させることが可能となり、流体圧伝達装置全体の小型化及び軽量化を図ることができる。

［２］本発明において、前記主駆動源は、前記副駆動源よりも定格出力が大きいことが好ましい。

これによれば、上記従来の流体圧伝達装置のように複数の主駆動流体圧シリンダのピストンを各別に駆動する駆動源の合計定格出力に相当する、例えば従来の各駆動源の２倍の定格出力を有する主駆動源を用いた場合、主駆動源の体積及び重量は、従来の駆動源の合計に比べて、一般的に３割程度増加するに過ぎない。そのため、流体圧伝達装置全体の小型化及び軽量化を更に図ることができる。

［３］本発明の流体圧伝達装置は、例えば、複数の関節部で屈伸自在な指機構を備えるロボットハンド装置に用いることができる。この場合、前記従動流体圧シリンダのピストンの進退に伴い、指関節の関節部が屈伸するように、従動流体圧シリンダのピストンと指機構の関節の可動部材とを連結させればよい。

人間の手を模倣したロボットハンド装置の指機構において、各関節の動作は、独立しておらず、関連性がある。例えば、ＰＩＰ関節（近位指節間関節）とＭＰ１関節が逆方向に動作することは稀であり、掴む、握るなどの高負荷の動作を行う場合は、同方向に力が発生している。これは、人間の指に複数の関節に跨る筋が存在することからも理解される。そのため、複数の従動流体圧シリンダが必要とする流体圧が大きく相違しない場合に適した本発明の流体圧伝達装置を、ロボットハンド装置の指関節に適用することは好適である。なお、指関節の関節部が３以上存在する場合、複数の関節部に対して１つの従動流体圧シリンダを設け、これら関節部を一定の関連性を持たせて動作させてもよい。

［４］更に、ロボットハンド装置が指機構を複数備え、該複数の指関節のうち少なくとも２以上の指関節の関節部が、前記従動流体圧シリンダのピストンの進退に伴い、屈伸することも好ましい。

ロボットハンド装置が複数の指機構を備える場合、本発明の流体圧伝達装置を任意の指機構に適用してもよい。特に、指先でのつまみ動作を含む器用動作を行う器用指の動作に応じて握り動作を含む力動作を行う力指とされている指機構に、本発明の流体圧伝達装置を適用することが好ましい。

本発明の一実施形態のロボットハンド装置を示す概略構成図。 ハンド本体の各関節を模式的に示す説明図。 ハンド本体の内部構造を手の甲側から示す説明図。 ハンド本体に備える指機構の一つを示す説明的断面図。 ハンド本体に備える拇指機構を示す説明的断面図。 器用指とされる指機構における駆動手段の一部の構成を模式的に示す説明図。 力指とされる指機構における駆動手段の一部の構成を模式的に示す説明図。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のロボットハンド装置１は、図１に示すように、人間の手を模倣したハンド本体２と、ハンド本体２を駆動する駆動手段３とにより構成され、所謂ヒューマノイドロボットに好適に用いることができるものである。

ハンド本体２は、基部４と、５本の指に夫々対応する屈伸機能を有した５つの指機構である拇指機構５、示指機構６、中指機構７、環指機構８、及び小指機構９とを備えている。基部４は、各指機構を連結支持するフレーム１０を備え、基部４の表側が手の甲とされ裏側が手の平とされる。図１は、ハンド本体２の手の平側を示している。

各指機構は、各関節を露出させて指表皮部材１１により被覆され、基部４は基部表皮部材１２により被覆されている。

各指機構は、図２に模式的に示すように、複数の指節及び関節を備えている。示指機構６、中指機構７、環指機構８、及び小指機構９は、夫々、指先側から順に、ＤＩＰ関節（遠位指節間関節）１３、ＰＩＰ関節（近位指節間関節）１４、ＭＰ１関節１５、及びＭＰ２関節１６を備えて、各関節毎に回動自在とされている。

ＤＩＰ関節１３は１軸で回動し、ＰＩＰ関節１４はＤＩＰ関節１３と平行の軸線回りに１軸で回動する。ＭＰ１関節１５及びＭＰ２関節１６は２軸で回動する中手指節関節を構成するものであって、ＭＰ１関節１５はＰＩＰ関節１４と平行の軸線回りに回動し、ＭＰ２関節１６はＭＰ１関節１５に交差する軸線回りに回動する。

ＤＩＰ関節１３と、ＰＩＰ関節１４と、ＭＰ１関節１５とは、基部４の手の平側に向かう方向に回動して握り動作等の屈伸運動が行えるようになっている。ＭＰ２関節１６は、各指機構同士が近接・離間する方向に各指機構を揺動させ、例えば手を広げる動作等が行えるようになっている。

拇指機構５は、図２に模式的に示すように、指先側から順に、ＩＰ関節（拇指指節間関節）１７、ＭＰ関節（拇指中手指節関節）１８、ＣＭ１関節１９、及びＣＭ２関節２０を備えて、各関節毎に回動自在とされている。

ＩＰ関節１７は１軸で回動し、ＭＰ関節１８はＩＰ関節１７と平行の軸線回りに１軸で回動する。ＣＭ１関節１９及びＣＭ２関節２０は２軸で回動する手根中手関節を構成するものであって、ＣＭ１関節１９はＭＰ関節１８と平行の軸線回りに回動し、ＣＭ２関節２０はＣＭ１関節１９に交差する軸線回りに回動する。

ＩＰ関節１７と、ＭＰ関節１８と、ＣＭ１関節１９とは、基部４の手の平側或いは他の４つの指機構６，７，８，９の何れかの指腹側に向かう方向に回動して握り動作等の屈伸運動が行えるようになっている。ＣＭ２関節２０は、拇指機構５を手の平側或いは他の４つの指機構６，７，８，９の何れかの指腹側に対向するように回動させる。

５つの指機構のうち、拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７の３つの指機構は、後述するように指先でのつまみ動作を含む器用動作を行う器用指とされ、環指機構８及び小指機構９は、器用指の動作に応じて握り動作を含む力動作を行う力指とされている。

本発明者は、人間の手及び指の動きを分析した。その結果、本発明者は、拇指、示指、及び中指が比較的繊細な作業を行う際に用いられ、環指及び小指が物体を比較的強い力で握って保持したり、持ち替え時に一時的に保持したりする際に用いられていることを知見した。

人間が机等に載置されている円柱状の物体をつかみ上げるときの動作を例にとって説明すると、先ず、拇指、示指、及び中指により物体に触れて物体の姿勢を確認すると共に、拇指、示指、及び中指における力の入れ具合により物体を握り易い姿勢に修正する。次いで、拇指、示指、及び中指の各指先で物体を挟んで物体をつまみ上げる（つまみ動作）。このとき、環指及び小指が物体の握り込みを開始し、拇指、示指、及び中指による把持から環指及び小指による把持に移行する。その後、環指及び小指が物体を比較的強い力でしっかり握り込み（握り動作）、それに添えるようにして拇指、示指、及び中指が物体を握って物体のつかみ上げ動作が完了する。以上のつかみ上げ動作は切れ目なく連続して迅速に行われる。

器用指とされる拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７は、図３及び図４に示すように、力センサである６軸力センサ２１を備えている。６軸力センサ２１は、拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７の各指先部材２２に傾斜する姿勢で取付けられている。６軸力センサ２１は、器用指の指先部材２２に作用する６軸力、即ち、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の並進力と各軸周りのモーメントとを測定する。そして、６軸力センサ２１から出力される６軸力の測定値に基づいて器用指における指先力の制御が行われる。

示指機構６の構成を説明すれば、図４に示すように、示指機構６は、ＭＰ１関節１５の回動軸１５１を回動させる第１の従動流体圧シリンダ２３と、ＰＩＰ関節１４の回動軸１４１を回動させる第２の従動流体圧シリンダ２４とを備えている。

第１の従動流体圧シリンダ２３のシリンダ本体２３１は、人間の中手骨に相当し、ＭＰ２関節１６の回動軸１６１により回動自在に前記基部４のフレーム１０（図１参照）に支持されている。第２の従動流体圧シリンダ２４のシリンダ本体２４１は、人間の基節骨に相当し、ＭＰ１関節１５の回動軸１５１を介して第１の従動流体圧シリンダ２３に回動自在に連結されている。

第２の従動流体圧シリンダ２４のシリンダ本体２４１に流体を供給する配管２４４は、ＭＰ１関節１５の回動軸１５１の内部に収容されている。これにより、ＭＰ１関節１５の回動時に配管２４４が邪魔にならず、示指機構６の屈伸動作を円滑に行うことができる。なお、流体としては、特に作動油が好ましい。

また、第２の従動流体圧シリンダ２４のシリンダ本体２４１を示指機構６の長手方向に沿ってＭＰ１関節１５とＰＩＰ関節１４との間に配設することにより、示指機構６をコンパクトに構成することができる。

ＰＩＰ関節１４には、人間の中節骨に相当する連結部材２５を介してＤＩＰ関節１３が連結されている。ＤＩＰ関節１３の回動軸１３１には、前記指先部材２２に連設された６軸力センサ２１を支持する支持部材２６が回動自在に連結されている。連結部材２５は、その一端がＰＩＰ関節１４の回動軸１４１に回動自在に連結され、他端がＤＩＰ関節１３の回動軸１３１に連結されている。

更に、ＰＩＰ関節１４とＤＩＰ関節１３との間には、リンク部材２７が設けられている。リンク部材２７は、第２の従動流体圧シリンダ２４のシリンダ本体２４１と指先部材２２の６軸力センサ２１を支持する支持部材２６とを連結する。

第１の従動流体圧シリンダ２３は、シリンダ本体２３１内部のシリンダ室２３１ａに流体が供給されることによりピストン２３２が摺動し、ピストンロッド２３３が伸縮してＭＰ１関節１５を回動させる。これにより、示指機構６がＭＰ１関節１５を介して屈伸する。

第２の従動流体圧シリンダ２４は、シリンダ本体２４１内部のシリンダ室２４１ａに流体が供給されることによりピストン２４２が摺動し、ピストンロッド２４３が伸縮してＰＩＰ関節１４を回動させる。このとき、ＰＩＰ関節１４とＤＩＰ関節１３とが、連結部材２５とリンク部材２７とにより連結されているので、第２の従動流体圧シリンダ２４によるＰＩＰ関節１４の回動に追従してＤＩＰ関節１３が回動する。

ＤＩＰ関節１３は、第２の従動流体圧シリンダ２４によるＰＩＰ関節１４の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、ＤＩＰ関節１３を駆動するためのシリンダ等が不要となり、示指機構６を軽量に構成することができる。

以上の構成により、示指機構６は、第１の従動流体圧シリンダ２３及び第２の従動流体圧シリンダ２４のピストンロッド２３１，２４１を伸長させることにより折り曲げ状態となり、ピストンロッド２３１，２４１を収縮させることにより延ばし状態となる。

示指機構６のＭＰ２関節１６は、図３に示すように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド２８３が伸縮する第３の従動流体圧シリンダ２８により回動される。第３の従動流体圧シリンダ２８は、ピストンロッド２８３を伸長させることにより示指機構６を中指機構７に近接する方向に揺動させ、ピストンロッド２８３を収縮させることにより示指機構６を中指機構７から離反する方向に揺動させる。

図４に示すように、ＰＩＰ関節１４、ＭＰ１関節１５及びＭＰ２関節１６の夫々にはコイルばね１４ｓ，１５ｓ，１６ｓが設けられている。ＰＩＰ関節１４及びＭＰ１関節１５の各コイルばね１４ｓ，１５ｓは、示指機構６を延ばし方向に付勢する。ＭＰ２関節１６のコイルばね１６ｓは、示指機構６を中指機構７から離反させる方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばね１４ｓ，１５ｓ，１６ｓの付勢方向は、３つの従動流体圧シリンダ２３，２４，２８のピストンロッド２３３，２４３，２８３の収縮方向と同じ方向とされている。

以上、器用指とされる示指機構６の構成を詳しく述べたが、器用指とされる中指機構７の構成も示指機構６と同じである。

力指とされる環指機構８及び小指機構９は、示指機構６の上述した構成のうち、６軸力センサ２１と第３の従動流体圧シリンダ２８とを備えないこと以外は、示指機構６と同じ構成である。環指機構８及び小指機構９は、第３の従動流体圧シリンダ２８を備えないことにより、ＭＰ２関節１６が力動作に応じて自在に回動し、ＭＰ２関節１６のコイルばね１６ｓの付勢により所定位置に自然復帰するようになっている。

器用指とされる拇指機構５の構成を説明すれば、図５に示すように、拇指機構５は、ＣＭ１関節１９の回動軸１９１を回動させる第１の従動流体圧シリンダ２９と、ＭＰ関節１８の回動軸１８１を回動させる第２の従動流体圧シリンダ３０とを備えている。

第１の従動流体圧シリンダ２９のシリンダ本体２９１は、ＣＭ２関節２０の回動軸とされており、回動自在に前記基部４のフレーム１０に支持されている。

このように、第１の従動流体圧シリンダ２９のシリンダ本体２９１をＣＭ２関節２０の回動軸として兼用することにより、第１の従動流体圧シリンダ２９とＣＭ２関節２０の回動軸とを別々に設けた場合に比べてコンパクトとなる。しかも、ＣＭ２関節２０の回動に伴う第１の従動流体圧シリンダ２９の揺動は全くなく、その揺動スペースが不要となるので極めてコンパクトに構成することができる。

第２の従動流体圧シリンダ３０のシリンダ本体３０１は、ＣＭ１関節１９の回動軸１９１を介して第１の従動流体圧シリンダ２９に回動自在に連結されている。

第２の従動流体圧シリンダ３０のシリンダ本体３０１に流体を供給する配管３０４は、ＣＭ１関節１９の回動軸１９１の内部に収容されている。これにより、ＣＭ１関節１９の回動時に配管３０４が邪魔にならず、拇指機構５の屈伸動作を円滑に行うことができる。

ＭＰ関節１８には、連結部材３１を介してＩＰ関節１７が連結されている。ＩＰ関節１７の回動軸１７１には、前記指先部材２２が回動自在に連結されている。連結部材３１は、その一端がＭＰ関節１８の回動軸１８１に回動自在に連結され、他端がＩＰ関節１７の回動軸１７１に連結されている。

更に、ＭＰ関節１８とＩＰ関節１７との間には、リンク部材３２が設けられている。リンク部材３２は、第２の従動流体圧シリンダ３０のシリンダ本体３０１と指先部材２２の６軸力センサ２１を支持する支持部材３３とを連結する。

第１の従動流体圧シリンダ２９は、シリンダ本体２９１内部のシリンダ室２９１ａに流体が供給されることによりピストン２９２が摺動し、ピストンロッド２９３が伸縮してＣＭ１関節１９を回動させる。これにより、示指機構６がＣＭ１関節１９を介して屈伸する。

第２の従動流体圧シリンダ３０は、シリンダ本体３０１内部のシリンダ室３０１ａに流体が供給されることによりピストン３０２が摺動し、ピストンロッド３０３が伸縮してＭＰ関節１８を回動させる。このとき、ＭＰ関節１８とＩＰ関節１７とが、連結部材３１とリンク部材３２とにより連結されていることにより、第２の従動流体圧シリンダ３０によるＭＰ関節１８の回動に追従してＩＰ関節１７が回動する。

ＩＰ関節１７は、第２の従動流体圧シリンダ３０によるＭＰ関節１８の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、ＩＰ関節１７を駆動するためのシリンダ等が不要となり、拇指機構５を軽量に構成することができる。

以上の構成により、拇指機構５は、第１の従動流体圧シリンダ２９及び第２の従動流体圧シリンダ３０のピストンロッド２９３，３０３を伸長させることにより折り曲げ状態となり、ピストンロッド２９３，３０３を収縮させることにより延ばし状態となる。

拇指機構５のＣＭ２関節２０は、図３に示すように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド３４３が伸縮する第３の従動流体圧シリンダ３４により回動される。

拇指機構５は、第３の従動流体圧シリンダ３４のピストンロッド３４３を伸長させることにより、基部４の手の平側に回動し、第３の従動流体圧シリンダ３４のピストンロッド３４３を収縮させることにより示指機構６に隣り合う方向に回動する。

図５に示すように、第１の従動流体圧シリンダ２９のシリンダ本体２９１への流体の供給は、ＣＭ２関節２０の回動軸である第１の従動流体圧シリンダ２９のシリンダ本体２９１の軸受け部１０１の内部に形成された流体路２９４を介して行われる。これにより、第１の従動流体圧シリンダ２９のシリンダ本体２９１を円滑に回動させることができ、ＣＭ２関節２０による拇指機構５の回動を円滑に行うことができる。

図３及び図５に示すように、ＭＰ関節１８、ＣＭ１関節１９及びＣＭ２関節２０の夫々にはコイルばね１８ｓ，１９ｓ，２０ｓが設けられている。ＭＰ関節１８及びＣＭ１関節１９の各コイルばね１８ｓ，１９ｓは、拇指機構５を延ばし方向に付勢する。ＣＭ２関節２０のコイルばね２０ｓは、第１の従動流体圧シリンダ２９のシリンダ本体２９１の外周を包囲するようにして設けられ、拇指機構５を示指機構６に隣り合う方向に回動する方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばね１８ｓ，１９ｓ，２０ｓの付勢方向は、３つの従動流体圧シリンダ２９，３０，３４の各ピストンロッド２９３，３０３，３４３の収縮方向と同じ方向とされている。

そして図示しないが、ハンド本体２の指腹側を覆う指表皮部材１１や手の平側を覆う基部表皮部材１２には、所定位置に複数の接触センサが設けられている。

以上、ハンド本体２の構成について説明したが、次に、ハンド本体２の各指機構を駆動するための駆動手段３について説明する。

駆動手段３は、図１に示すように、ハンド本体２の外部に設けられた駆動シリンダユニット３５と、この駆動シリンダユニット３５を介してハンド本体２を制御するコントローラ３６と、前述した各従動流体圧シリンダ２３，２４，２８，２９，３０，３４とにより構成される。

駆動シリンダユニット３５は、複数の駆動流体圧シリンダ３７を備えている。駆動流体圧シリンダ３７は、図６及び図７に示すように、内部に流体を収容するシリンダ本体３７１と、シリンダ本体３７１の内部を摺動するピストン３７２と、ピストン３７２と一体化されたピストンロッド３７３とを備えている。

駆動シリンダユニット３５の各駆動流体圧シリンダ３７は、ハンド本体２に内蔵されている前述の従動流体圧シリンダ２３，２４，２８，２９，３０，３４に、１つずつ対応して計１３個設けられている。図１に概略を示しているが、駆動シリンダユニット３５の各駆動流体圧シリンダ３７とハンド本体２の各従動流体圧シリンダ２３，２４，２８，２９，３０，３４とは夫々が流体圧伝達管（流体圧伝達路）３８を介して各別に接続されている。

器用指とされている拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７においては、図６に模式的に示すように、各従動流体圧シリンダ２３，２４，２８，２９，３０，３４内部のシリンダ室２３ａ，２４ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ，３４ａと駆動流体圧シリンダ３７内部のシリンダ室３７ａとが夫々流体圧伝達管３８を介して各別に接続されている。そして、各駆動流体圧シリンダ３７のピストンロッド３７３には、該ピストンロッド３７３を進退させる駆動源であるモータ３９が夫々各別に接続されている。なお、図６では、示指機構６の従動流体圧シリンダ２３，２４を代表として示している。

この構成により、モータ３９によってピストンロッド３７３を進退させて駆動流体圧シリンダ３７のシリンダ室３７ａに流体を送出・吸入すれば、それに対応して、各流体伝達管３８を介して各従動流体圧シリンダ２３，２４，２８，２９，３０，３４のシリンダ室２３ａ，２４ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ，３４ａに流体が圧入・排出され、ピストンロッド２３３，２４３，２８３，２９３，３０３，３４３が進退する。これにより、従動流体圧シリンダ３７による指機構５，６，７の駆動が行われる。

コントローラ３６がモータ３９を介して、駆動流体圧シリンダ３７における流体の送出量及び吸入量、具体的にはピストンロッド３７３の進退量を制御することにより、従動流体圧シリンダ２３，２４，２８，２９，３０，３４によって指機構５，６，７に所望の屈伸作動を行わせることができる。

一方、力指とされている環指機構８及び小指機構９においては、図７に模式的に示すように、第１の従動流体圧シリンダ２３内部のシリンダ室２３ａと駆動流体圧シリンダ３７_１内部のシリンダ室３７ａ_１とが流体圧伝達管３８_１を介して接続され、第２の従動流体圧シリンダ２４内部のシリンダ室２４ａと駆動流体圧シリンダ３７_２内部のシリンダ室３７ａ_２とが流体圧伝達管３８_２を介して接続されている。そして、駆動流体圧シリンダ３７_１，３７_２のピストンロッド３７３_１，３７３_２には、これらピストンロッド３７３_１，３７３_２を一体的に進退させる主駆動源としての主モータ４０が接続されている。

そして、内部に流体を収容するシリンダ本体４１１と、シリンダ本体４１１の内部を摺動し、シリンダ本体４１１の内部を２つのシリンダ室４１１ａ，４１１ｂに区分するピストン４１２と、ピストン４１２と一体化されたピストンロッド４１３とを備える副駆動流体圧シリンダ４１が設けられている。シリンダ４１１ａ，４１１ｂは、夫々内部に流体を収容し、シリンダ本体の内部を摺動するピストン４１２の進退によりその容積が変化するように構成されている。副駆動流体圧シリンダ４１のシリンダ室４１１ａは、連通管（連通路）４２_１を介して流体圧伝達管３８_１と、副駆動流体圧シリンダ４１のシリンダ室４１１ｂは、連通管（連通路）４２_２を介して流体圧伝達管３８_２と夫々連通されている。そして、副駆動流体圧シリンダ４１のピストンロッド４１３には、該ピストンロッド４１３を進退させる副駆動源としての副モータ４３が接続されている。

この構成により、主モータ４０によってピストンロッド３７３_１，３７３_２を進退させて駆動流体圧シリンダ３７_１，３７_２のシリンダ室３７ａ_１，３７ａ_２に流体を送出・吸入すれば、それに対応して、各流体伝達管３８_１，３８_２を介して各従動流体圧シリンダ２３，２４のシリンダ室２３ａ，２４ａに流体が圧入・排出され、ピストンロッド２３３，２４３が進退する。このとき、主モータ４０によるピストンロッド３７３_１，３７３_２の進退は、進退方向が同じであり、進退量の比は一定である。そのため、主モータ４０によるピストンロッド３７３_１，３７３_２の進退によっては、従動流体圧シリンダ２３，２４のピストンロッド２３３，２４３の進退は、進退方向が同じであり、進退量の比が一定のものに限定される。

そこで、副モータ４３によってピストンロッド４１３を進退させて、連通管４２_１，４２_２を介して副駆動流体圧シリンダ４１のシリンダ室４１ａ，４１ｂに流体を送出・吸入すれば、それに対応して、各流体伝達管３８_１，３８_２を介して各従動流体圧シリンダ２３，２４のシリンダ室２３ａ，２４ａに流体が圧入・排出され、ピストンロッド２３３，２４３が進退する。

ところで、ＰＩＰ関節１４とＭＰ１関節１５の動作は、独立しておらず、関連性がある。即ち、ＰＩＰ関節１４とＭＰ１関節１５とが逆方向に動作することは稀であり、掴む、握るなどの高負荷の動作を行う場合は、同方向に力が発生している。そのため、環指機構８や小指機構９の動作時、従動流体圧シリンダ２３，２４のピストンロッド２３３，２４３の進退は、進退方向が同じであり、進退量の比もほぼ等しくなり、従動流体圧シリンダ２３，２４が必要とする流体圧も大きく相違することはない。そのため、副駆動圧シリンダ４１は、シリンダ室４１ａ，４１ｂが大きな容積を必要としないので、小型となる。また、副モータ４３は、定格出力が小さくてよいので、小型となる。更に、指関節の屈伸動作を行う程度の定格出力を有する小型モータは、コイルやマグネットなど定格出力と比例して大きくなる構成要素が少ない。そのため、上記従来の流体圧伝達装置のように複数の主駆動流体圧シリンダのピストンを各別に駆動するモータの合計定格出力に相当する、例えば従来の各モータの２倍の定格出力を有する主モータ４０を用いた場合、主モータ４０の体積及び重量は、従来のモータの合計に比べて、一般的に３割程度増加するに過ぎない。従って、流体圧伝達装置全体、具体的には、主駆動流体圧シリンダ３７_１，３７_２、副駆動圧シリンダ４１、主モータ４０、副モータ４３などを格納する駆動シリンダユニット３５の小型化及び軽量化を図ることができる。

コントローラ３６が主モータ４０及び副モータ４３を介して、主駆動流体圧シリンダ３７_１，３７_２及び副駆動圧流体シリンダ４３における流体の送出量及び吸入量、具体的にはピストンロッド３７３_１，３７３_２，４３３の進退量を制御することにより、従動流体圧シリンダ２３，２４によって指機構８，９に所望の屈伸作動を行わせることができる。

そして、駆動シリンダユニット３５をハンド本体２の外部に設けたことにより、ハンド本体２を小型軽量として、例えば人間の標準的な手と同等の大きさのハンド本体２を得ることができる。更に、各駆動流体圧シリンダ３７及び各従動流体圧シリンダ２３，２４，２８，２９，３０，３４の流体圧により各指機構５，６，７，８，９を作動させるので、小型であっても十分な把持力を得ることができる。

また、コントローラ３６は、信号線４４を介して駆動シリンダユニット３５に接続され、各駆動流体圧シリンダ３７から各従動流体圧シリンダ２３，２４，２８，２９，３０，３４に伝達される作動用流体圧を調節することにより各指機構の屈伸を制御する。更に、コントローラ３６は、信号線４５を介してハンド本体２に接続され、器用指とされている拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７の各６軸力センサ２１や前記接触センサから得られる情報に基づいて、各駆動流体圧シリンダ３７の制御を行う。これによって、コントローラ３６は、前述した構成のハンド本体２の各指機構により人間の動作を模倣した把持動作を行うように制御する。

コントローラ３６は、例えば、ハンド本体２の各指機構により円柱状の物体（図示せず）をつかみ上げる動作を行うとき、次のようにして指機構を制御する。

先ず、器用指とされている拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７の指先で物体をつまむ動作を行う。次いで、拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７により手の平側の基部表皮部材１２に接触するまで物体を把持する。このとき、コントローラ３６は、各６軸力センサ２１、及び指腹側の指表皮部材１１や手の平側の基部表皮部材１２に設けられている接触センサの情報に基づき、物体の位置・大きさ・姿勢等を演算する。コントローラ３６は、その演算結果に基づいて拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７を動作させるので、つまむ動作から把持する動作に連続的に移行する際に物体のバランスを取りながら物体の姿勢を器用に操ることができる。続いて、コントローラ３６は、環指機構８及び小指機構９を作動させ、力指とされる環指機構８及び小指機構９により比較的強い力で物体を握り込み、その後、拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７により比較的強い力で物体を握り込む。このような動作がコントローラ３６の制御により行われることにより、人間を模倣して物体の把持動作を行うことができる。また、各指機構に、器用指と力指との役割分担を設定したことにより、器用指とされている拇指機構５、示指機構６、及び中指機構７にのみ６軸力センサ２１を設ければよく、環指機構８及び小指機構９を小型軽量に形成することができる。

なお、モータ３９，主モータ４０、副モータ４３が、ピストンロッド３７３，３７３_１，３７３_２，４１３を夫々進退させる構成は限定されないが、例えば、ボールネジ機構やプーリ・ベルト機構を用いることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、実施形態では、５つの指機構５，６，７，８，９を備えて人の手を模したロボットハンド装置１について説明したが、例えば、指機構の数や器用指と力指との使い分けを必要に応じて変更してもよい。また、器用指とされる指機構５，６，７に副駆動流体圧シリンダ４１を用いた流体圧伝達装置を適用してもよい。

また、本発明の流体圧伝達装置は、ロボットハンド装置に限らず、ロボットの腕や脚など、或いはロボット以外の装置における複数の関節部の屈伸動作に用いてもよい。

１…ロボットハンド装置、８…環指機構（指機構）、９…小指機構（指機構）、１４…ＰＩＰ関節（関節部）、１５…ＭＰ１関節（関節部）、２３…第１の従動流体圧シリンダ、２３ａ…シリンダ室、２４…第２の従動流体圧シリンダ、２４ａ…シリンダ室、３７_１，３７_２…駆動流体圧シリンダ（主駆動流体圧シリンダ）、３７ａ_１，３７ａ_２…シリンダ室、３８_１，３８_２…流体圧伝達管（流体圧伝達路）、４０…主モータ（主駆動源）、４１…副駆動流体圧シリンダ、４１ａ…シリンダ室、４１１…ピストン、４２_１，４２_２…連通管（連通路）、４３…副モータ（副駆動源）。

Claims (4)

1. 複数の主駆動流体圧シリンダと、
   該主駆動流体圧シリンダのシリンダ室と流体圧伝達路を介してシリンダ室が連通される複数の従動流体圧シリンダとを備え、前記主駆動流体圧シリンダが発生した流体圧を前記従動流体圧シリンダに伝達する流体圧伝達装置であって、
   前記複数の主駆動流体圧シリンダのピストンを駆動する主駆動源と、
   ピストンで２つのシリンダ室に区切られた副駆動流体圧シリンダと、
   該副駆動流体圧シリンダのピストンを駆動する副駆動源と、
   前記流体圧伝達路と前記副駆動流体圧シリンダの各シリンダ室とを連通する連通路とを備えることを特徴とする流体圧伝達装置。
2. 請求項１記載の流体圧伝達装置であって、
   前記主駆動源は、前記副駆動源よりも定格出力が大きいことを特徴とする流体圧伝達装置。
3. 請求項１又は２記載の流体圧伝達装置を用いたロボットハンド装置であって、
   該ロボットハンド装置は、複数の関節部で屈伸自在な指機構を備え、
   前記従動流体圧シリンダのピストンの進退に伴い、前記指関節の関節部が屈伸することを特徴とするロボットハンド装置。
4. 請求項３記載の流体圧伝達装置を用いたロボットハンド装置であって、
   該ロボットハンド装置は、前記指機構を複数備え、
   該複数の指関節のうち少なくとも２以上の指関節の関節部が、前記従動流体圧シリンダのピストンの進退に伴い、屈伸することを特徴とするロボットハンド装置。

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