JP6154698B2

JP6154698B2 - ロボットハンド装置

Info

Publication number: JP6154698B2
Application number: JP2013186929A
Authority: JP
Inventors: 安弘山▲崎▼
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: JP2015054354A

Description

本発明は、手指の折り曲げ可能なロボットハンド装置に関する。

近年、人間の手を模倣したロボットハンド装置の研究開発が種々行われている。このようなロボットハンド装置は、人間の手のひらや甲の部分を模倣した基部と、基部から延設して人間の指を模倣した複数の指機構と、複数の指機構を作動させるための動力源とを備えている。

特許文献１には、一つの動力源で複数の指機構を作動させることができるロボットハンド装置が開示されている。このロボットハンド装置は、動力源の動力により回動する回動軸と、回動軸と各指機構とを連結する複数の指作動機構とを備えている。
また、指作動機構は、回動軸に固定される回動ローラと、一端側が回動ローラに連結する伝達リンクアームと、を備えており、回動軸の回動運動を往復運動に変換して指機構を引っ張ったり、押し込んだりするように構成されている。
そして、各指機構が真っ直ぐに延びている状態で回動軸が回動すると、各指作動機構に引っ張られた各指機構が手のひら側に向かって折れ曲り、ロボットハンド装置が道具を把持する動作を行うようになっている。

特開２００６−１６７８３１号公報

しかしながら、従来技術の各指作動機構は、回動ローラと伝達リンクアームとのリンク比が同一となっているため、指機構を引っ張る量又は押し込む量も同一となっている。そのため、各指機構の折れ曲がり方が一様となり、例えば、人差し指に対応する指機構だけが真っ直ぐに延び、他の指機構が手のひら側に折れ曲がって、ある方向を指差す動作などの手話を表現することができなかった。

また、上記課題を解決するために各指機構に動力源を設けて各指機構の折れ曲がり量を調整することが考えられるが、当該案では、重量化、部品点数の増加を招く。そのため、一つの動力源で複数の指機構を作動させることが好ましい。

そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、一つの動力源であっても各指機構の折れ曲がり量が異なるロボットハンド装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係るロボットハンド装置は、基部と、前記基部から延設される複数の指機構と、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、前記動力源の動力により回動する回動軸と、前記回動軸と各指機構とを連結し、前記動力源の動力を各指機構に伝達する複数の指作動機構と、を備え、前記指作動機構は、前記回動軸に固定されて前記回動軸とともに回動する回動リンクアームと、一端側が前記回動リンクアームに連結し、前記回動リンクアームの回動に合わせて往復運動する伝達リンクアームと、を備え、前記複数の指作動機構の一部は、前記回動リンクアームと前記伝達リンクアームとのリンク比が他の指作動機構のリンク比と異なり、前記複数の指作動機構は、前記リンク比が一定である第１指作動機構と、前記リンク比が可変である第２指作動機構とで構成され、前記第２指作動機構の回動リンクアームは、第１孔と、前記第１孔よりも前記回動軸の径方向外側に設けられた第２孔と、を有し、前記第２指作動機構の伝達リンクアームは、前記第１孔又は前記第２孔に挿通した連結ピンを介して前記回動リンクアームに連結する構成とした。

前記する発明によれば、複数の指作動機構の一部のリンク比と他の指作動機構のリンク比とが異なり、指機構を引っ張る量及び押し込む量も異なる。
よって、複数の指作動機構の一部が連結する指機構と、他の指作動機構が連結する指機構との間で、折れ曲がり量に差が生じるようになる。
そして、回動軸が回動すると、折り曲げ量の大きい指機構が手のひら側に折れ曲る一方で、折り曲げ量が小さい指機構が真っ直ぐ延びた状態に近似した状態となり、例えば、手話を表現する動作など、指機構のそれぞれを異なる位置へ作動させることができる。
また、ロボットハンド装置は、第２指作動機構のリンク比が第１指作動機構のリンク比と同一に設定された場合、各指機構の折れ曲がり量が同一となる。
さらに、ロボットハンド装置は、連結ピンが挿通する孔を第１孔又は第２孔に変えることで、伝達リンクアームと回動リンクアームとが連結する箇所が回動軸の径方向に変化してリンク比が変わる。

基部と、前記基部から延設される複数の指機構と、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、前記動力源の動力により回動する回動軸と、前記回動軸と各指機構とを連結し、前記動力源の動力を各指機構に伝達する複数の指作動機構と、を備え、前記指作動機構は、前記回動軸に固定されて前記回動軸とともに回動する回動リンクアームと、一端側が前記回動リンクアームに連結し、前記回動リンクアームの回動に合わせて往復運動する伝達リンクアームと、を備え、前記複数の指作動機構の一部は、前記回動リンクアームと前記伝達リンクアームとのリンク比が他の指作動機構のリンク比と異なり、前記複数の指作動機構は、前記リンク比が可変である第２指作動機構のみから構成され、前記第２指作動機構の回動リンクアームは、第１孔と、前記第１孔よりも前記回動軸の径方向外側に設けられた第２孔と、を有し、前記第２指作動機構の伝達リンクアームは、前記第１孔又は前記第２孔に挿通した連結ピンを介して前記回動リンクアームに連結する構成とした。

前記する発明によれば、複数の指作動機構の一部のリンク比と他の指作動機構のリンク比とが異なり、指機構を引っ張る量及び押し込む量も異なる。
よって、複数の指作動機構の一部が連結する指機構と、他の指作動機構が連結する指機構との間で、折れ曲がり量に差が生じるようになる。
そして、回動軸が回動すると、折り曲げ量の大きい指機構が手のひら側に折れ曲る一方で、折り曲げ量が小さい指機構が真っ直ぐ延びた状態に近似した状態となり、例えば、手話を表現する動作など、指機構のそれぞれを異なる位置へ作動させることができる。
また、ロボットハンド装置は、全ての第２指作動機構のリンク比が同一に設定された場合、各指機構の折れ曲がり量が同一となる。
さらに、ロボットハンド装置は、連結ピンが挿通する孔を第１孔又は第２孔に変えることで、伝達リンクアームと回動リンクアームとが連結する箇所が回動軸の径方向に変化してリンク比が変わる。

また、本発明に係るロボットハンド装置は、前記第２孔が前記回動軸の周方向に延びる長孔であることが好ましい。

このような構成を備えるロボットハンド装置は、連結ピンが第２孔に挿通している場合、回動軸とともに回動リンクアームが回動しても連結ピンが長孔に沿って逃げる。そのため、伝達リンクアームの移動が遅れ、指機構の折れ曲がり開始時期が遅れる。

また、本発明に係るロボットハンド装置は、前記第２指作動機構において、前記連結ピンは、前記第１孔内に挿通した第１連結ピンと、前記第２孔内に挿通した第２連結ピンとで構成され、前記第１連結ピンと前記第２連結ピンとのそれぞれが回動リンクアームと伝達リンクアームとを連結し、前記第２孔の形状は、前記第１ピン周りに前記伝達リンクアームとともに回動する第２連結ピンの軌跡となっており、前記第２指作動機構の伝達リンクアームは、前記第２連結ピンを前記第２孔内に出没自在に支持し、前記リンク比を自動で切り替える自動切替機能を有していることを特徴とするが好ましい。

このような構成を備えるロボットハンド装置は、ロボットハンド装置を操作又は管理する補助者がリンク比を変更するという作業を回避できる。

本願発明によれば、一つの動力源であっても各指機構の折れ曲がり量が異なるため、手話を表現する動作を実行することができる。
また、本願発明によれば、各指作動機構のリンク比が同一に設定された場合、道具を把持する動作も実行することができる。
また、本願発明によれば、補助者が連結ピンを挿通させる孔を変更することで、ロボットハンド装置の動作を、手話を表現する動作か、道具を把持する動作かを選択することができる。
また、本願発明によれば、指機構の折れ曲がり開始時期を遅らすことができるため、様々な手話を表現することができる。
また、本願発明によれば、リンク比を自動で切り替えて、ロボットハンド装置の動作を、手話を表現する動作か、道具を把持する動作かを選択することができる。

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。実施形態に係るロボットハンド装置を示す正面図である。リンク機構を示す図であって（ａ）は指機構が真っ直ぐに延びているときの側面図、（ｂ）は指機構が手のひら側に折り曲げたときの側面図である。第４指機構が真っ直ぐに延びている状態を第４指機構の左右方向の略中心で切った場合の第１指作動機構と第４指機構とを示す断面図である。第４指機構が手のひら側に折れ曲がっている状態を、第４指機構の左右方向の略中心で切った場合の第１指作動機構と第４指機構とを示す断面図である。第２指作動機構を示す斜視図である。連結ピンを第１孔に挿通した場合の第２指作動機構の動作状態を示し、（ａ）は回動軸が回動する前の状態の断面図、（ｂ）は回動軸が所定角度分だけ回動した状態の断面図、（ｃ）は（ｂ）の回動角度よりも大きく回動した状態を示す断面図である。連結ピンを第２孔に挿通した場合の第２指作動機構の動作状態を示し、（ａ）は回動軸が回動する前の状態の断面図、（ｂ）は回動軸が所定角度分だけ回動した状態の断面図、（ｃ）は（ｂ）の回動角度よりも大きく回動した状態を示す断面図である。ロボットハンド装置の動作を示し、（ａ）は第１指機構〜第４指機構が真っ直ぐに延びている状態の斜視図、（ｂ）は第１指機構〜第４指機構が一律に折れ曲がっている状態の斜視図、（ｃ）は第１指機構〜第４指機構が曲り終えた状態の斜視図、（ｄ）は第２指機構〜第４指機構が折れ曲っている状態の斜視図である。連結ピン係止機構を備えた変形例の側面図であり、（ａ）は回動軸が回動する前の状態を示し、（ｂ）はシャフトが突出した状態で回動した場合を示し、（ｃ）は回動後にシャフトを引っ込めた状態を示すものである。連結ピン係止機構を備えた変形例を断面視した断面図であり、（ａ）はシャフトが突出した状態を示し、（ｂ）はシャフトを引っ込めた状態を示すものである。変更例に係る第２指作動機構の道具把持モードを示し、（ａ）は回動軸の回動前の状態を示す側面図、（ｂ）は回動軸の回動後の状態を示す側面図である。変更例に係る第２指作動機構を示し、（ａ）は第１連結ピンが第１孔に挿通している状態を示す断面図、（ｂ）は第１連結ピンが第１孔から抜けた状態を示す断面図である。変更例に係る第２指作動機構の手話動作モードを示し、（ａ）は回動軸が所定角度分だけ回動した状態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の回動角度よりも大きく回動した状態を示す側面図である。

本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態のロボットハンド装置は、人間の手のように５本の指機構を備え、そのうちの４本の指機構に対して本発明を適用した例を説明する。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張して示すことがある。さらに、以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、説明を適宜省略する。

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た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とを備え、人間の手（図１では右手）を模倣した形状となっている。
また、４本の指機構２０は、人間の人差し指を模倣した第１指機構２０Ａと、人間の中指を模倣した第２指機構２０Ｂと、人間の薬指を模倣した第３指機構２０Ｃと、人間の小指を模倣した第４指機構２０Ｄとで構成されている。
さらに、ロボットハンド装置１は、４本の指機構２０を作動させるため、１つのモータ（動力源）３０と、モータ３０の駆動により回動する回動軸４０と、回動軸４０と各指機構２０とを連結させて指機構２０を作動させる４つの指作動機構４１とを主に備えている。そして、ロボットハンド装置１は、４本の指機構２０を作動させることで、道具を把持する把持動作モード、又は手話を表現する手話動作モードを実行できるようになっている。

なお、ロボットハンド装置１の構成の説明に関し、基部１０と指機構２０とが配置される方向において、基部１０側を下側と称し、指機構２０側を上側と称する。
また、ロボットハンド装置１を手のひら側から見て、４本の指機構２０が並ぶ方向において、第１指機構２０Ａが配置される側を右側と称し、第４指機構２０Ｄが配置される指機構側を左側と称する。
さらに、ロボットハンド装置１の手のひら側を前側と称し、手の甲側を後側と称する。
そのほか、親指構造体ＯＹは、別のモータＭ（図２参照）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２０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、人間の手の甲の部分を構成する手甲部１０ａと、人間の手のひらの部分を構成する手掌部（不図示）とを備える。
図２に示すように、手甲部１０ａは、上方と前方が開放している筐体であり、その内部空間に、モータ３０と、減速機３１と、リンク機構３２と、回動軸４０と、４つの指作動機構４１とを収容している。
手掌部（不図示）は、手甲部１０ａの前側を覆うカバー部材である。この手掌部によれば、手甲部１０ａに収容される部材が外部から視認できなくなり、ロボットハンド装置１の美観が向上する（図９参照）。

図２に示すように、モータ３０は、減速機３１およびリンク機構３２を介して回動軸４０に連結されている。
図３（ａ）に示すように、リンク機構３２は、減速機３１の出力軸３１ａに固定されて出力軸３１ａとともに回動する第１回動アーム３３と、回動軸４０に固定された第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とに連結するリンクアーム３５とを備えている。
また、図３（ｂ）に示すように、減速機３１の出力軸３１ａが回動した場合、第１回動アーム３３が回動し（矢印Ａ１参照）、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が下方に引っ張られて（矢印Ａ２，Ａ３参照）、第２回動アーム３４とともに回動軸４０が回動することとなる（矢印Ａ４参照）。なお、前記の説明における矢印Ａ１〜Ａ４の向きは、指機構２０を折り曲げるときの向きであり、指機構２０を真っ直ぐにするときには、矢印Ａ１〜Ａ４の向きは全て逆となる。

図２に示すように、回動軸４０は、左右方向に延在する円柱状の部材であり、その左右両端側が支持台３０ａ、３０ａにより回動自在に支持されている。
４つの指作動機構４１は、回動軸４０と第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄとを連結する３つの第１指作動機構４１Ａと、回動軸４０と第１指機構２０Ａとを連結する第２指作動機構４１Ｂとで構成されている。

図４に示すように、第１指作動機構４１Ａは、回動軸４０に固定されるとともに回動軸４０の径方向外側に突出する突出部４２ａを有する第１回動リンクアーム４２と、後記するフレーム１１の軸１１ｃに一端側が回動自在に連結する略Ｖ字状のＶ字リンクアーム４３と、Ｖ字リンクアーム４３の他端側と第１回動リンクアーム４２とを連結する伝達リンクアーム４４と、Ｖ字リンクアーム４３の中央部と指機構２０に設けられたピンＰ１とを連結する指側リンクアーム４５とを備えている。
そして、図５に示すように、回動軸４０の回動（矢印Ａ４参照）した場合、第１回動リンクアーム４２の突出部４２ａが下側へ回動して、伝達リンクアーム４４を下方へ引っ張る（矢印Ｂ１参照）。続いて、Ｖ字リンクアーム４３が下方に回動して（矢印Ｂ２参照）、指側リンクアーム４５が下方に移動して、ピンＰ１を下方に引っ張ることとなる（矢印Ｃ１参照）。
なお、前記の説明における矢印Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１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、矢印の向きは全て逆となる。

また、第１指作動機構４１Ａにおいて、第１回動リンクアーム４２と伝達リンクアーム４４とが連結ピン４６により回動自在に連結され、第１回動リンクアーム４２と伝達リンクアーム４４とのリンク比が一定となっている。そのため、回動軸４０の回動によるピンＰ１の引っ張り量及び押し込み量も一定となっている。
なお、第２指作動機構４１Ｂの説明は後述する。

４本の指機構２０である第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄのそれぞれは、共通する部材から構成されている。よって、第１指作動機構４１Ａに連結する第４指機構２０Ｄを代表例として挙げ、第１指機構２０Ａ〜第３指機構２０Ｃの構成の説明を省略する。
図４に示すように、指機構２０は、基部１０に固定されるフレーム１１と、フレーム１１の上方側に順に配置される根元部材２１、中間部材２２、指先部材２３と、フレーム１１、根元部材２１、中間部材２２及び指先部材２３を回動自在に連結する関節部材２４、２５、２６と、第１リンクアーム２７、第２リンクアーム２８と、を主に備えている。

フレーム１１は、断面が略コ字状の部材であり、手甲部１０ａの前面に固定された固定部１１ａと、固定部１１ａの左右両端縁のそれぞれから前方に延在して関節部材２４を挟持する一対の挟持部１１ｂ、１１ｂ（図４では左側の挟持部１１ｂのみ図示のため、図２を参照。）と、を備えている。

根元部材２１、中間部材２２、指先部材２３のそれぞれは、間隔を空けながら左右方向に対向配置される一対の節間板２１ａ、２２ａ、２３ａ（図４では、左側の節間板２１ａ、２２ａ、２３ａのみ図示）と、一対の節間板２１ａ、２２ａ、２３ａの間に介在して連結する図示しない連結部とにより一体に構成される部材である。
また、一対の節間板２１ａ、２２ａ、２３ａのそれぞれは、上下方向に長く、上下端部が略半円状に形成されている。

根元部材２１には、一対の節間板２１ａ間の下部側に、両端面が一対の節間板２１ａに固着した円筒部２１ｂが設けられている。
そして、一対の節間板２１ａと円筒部２１ｂの内部空間内とを、フレーム１１に挟持される関節部材２４が貫通し、根元部材２１がフレーム１１に対して回動自在に連結している。
中間部材２２は、一対の節間板２２ａの下部側で関節部材２５を挟持している。そして、関節部材２５が根元部材２１の上部側を貫通し、中間部材２２が根元部材２１に対して回動自在に連結している。
また、中間部材２２は、一対の節間板２２ａの上部側で関節部材２６を挟持している。そして、関節部材２６が指先部材２３の下部側を貫通し、指先部材２３が中間部材２２に対して回動自在に連結している。

また、フレーム１１は、一対の挟持部１１ｂの下部側で、指作動機構４１のＶ字リンクアーム４３を回動自在に支持するための軸１１ｃを挟持し、一対の挟持部１１ｂの上部側で、第１リンクアーム２７の下部側を回動自在に支持するピンＰ２を挟持している。
なお、節間板２１ａの下部側には、フレーム１１に挟持されるピンＰ２を挿通させるための第１逃げ溝２１ｃが形成されている。この逃げ溝２１ｃは、関節部材２４を中心として周方向に延びており、根元部材２１が前側に回動した場合、逃げ溝２１ｃ内をピンＰ２が逃げるようになっている（図５参照）。

根元部材２１は、一対の節間板２１ａの下部側で、指作動機構４１の指側リンクアーム４５の上部側を回動自在に連結するためのピンＰ１を挟持している。
図５に示すように、指側リンクアーム４５によりピンＰ１が下方に引っ張られると（矢印Ｃ１参照）、根元部材２１の前側が下方に引っ張られ、根元部材２１が前側に回動するようになっている（矢印Ｃ２参照）。
根元部材２１は、一対の節間板２１ａの上部側で、第２リンクアーム２８の下部側を回動自在に支持するピンＰ４を挟持している。

図４に示すように、中間部材２２は、一対の節間板２２ａの下部側で、第１リンクアーム２７の上部側を回動自在に支持するピンＰ３を挟持しており、第１リンクアーム２７を介してフレーム１１の後側と中間部材２２の前側とが連結している。
図５に示すように、根元部材２１が前側に回動した場合（矢印Ｃ２参照）、第１リンクアーム２７の上部側が前側に傾倒して（矢印Ｃ３参照）、ピンＰ３を挟持する中間部材２２の前側が下方側に引っ張られ（矢印Ｃ４参照）、中間部材２２が前側に回動するようになっている（矢印Ｃ５参照）。
なお、図４に示すように、節間板２２ａの上部側には、ピンＰ３を挿通させるための第２逃げ溝２１ｄが形成されており、中間部材２２が前側に回動した場合、第２逃げ溝２１ｄ内をピンＰ３が逃げるようになっている。

中間部材２２は、一対の節間板２２ａの下部側で、第２リンクアーム２８の上部側を回動自在に支持するピンＰ５を挟持しており、第２リンクアーム２８を介して根元部材２１の後側と指先部材２３の前側とが連結している。
図５に示すように、中間部材２２が前側に回動した場合（矢印Ｃ５参照）、第２リンクアーム２８の上部側が前側に回動して、ピンＰ５を挟持する指先部材２３の前側が下方側に引っ張られ（矢印Ｃ６参照）、指先部材２３が前側に回動するようになっている（矢印Ｃ７参照）。

図６に示すように、第２指作動機構４１Ｂは、回動軸４０に固定される第２回動リンクアーム５０と、伝達リンクアーム４４と、Ｖ字リンクアーム４３と、指側リンクアーム４５と、根元部材２１の円筒部２１ｂに巻き回しされた付勢部材５１とを備えている。
なお、第２指作動機構４１Ｂは、第１回動リンクアーム４２に代えて第２回動リンクアーム５０を備えている点と、付勢部材５１が追加されている点とが第１指作動機構４１Ａと相違する。以下、第２指作動機構４１Ｂについて、第１指作動機構４１Ａとの相違点に絞って説明する。

第２回動リンクアーム５０は、回動軸４０に固定される円環状の円環部５０ａと、円環部５０ａから径方向外側に延出する延出部５０ｂと、を備えている。
図６〜図８に示すように、延出部５０ｂには、第１孔５０ｃ、第２孔５０ｄが形成されている。この第１孔５０ｃ、第２孔５０ｄは、伝達リンクアーム４４を回動自在に支持する連結ピン４７を挿通させるための孔である。
また、第１孔５０ｃと第２孔５０ｄとは、回動軸４０の径方向にずれており、連結ピン４７が挿通する孔を第１孔５０ｃと第２孔５０ｄとの間で変更することで、伝達リンクアーム４４と第２回動リンクアーム５０とが連結する箇所が回動軸４０の径方向に変位して、リンク比が変わるようになっている。

図６に示すように、第１孔５０ｃは、挿通する連結ピン４７が回動可能な大きさに形成された円孔である。
図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、第１孔５０ｃに連結ピン４７が挿通した状態で回動軸４０が回動すると、第２回動リンクアーム５０も下方側に回動して伝達リンクアーム４４を下方へ移動する。そして、指側リンクアーム４５が根元部材２１を前側に回動するように引っ張り、第１指機構２０Ａが折れ曲がるようになっている。
また、第１孔５０ｃは、回動軸４０の中心軸に対して、第１指作動機構４１Ａの第１回動リンクアーム４２と伝達リンクアーム４４とを連結する連結ピン４６と同じ位置となるように形成されている。
そのため、連結ピン４７を第１孔５０ｃに挿通させた場合、第２回動リンクアーム５０と伝達リンクアーム４４とのリンク比は、第１指作動機構４１Ａのリンク比と同一となる。よって、第２指作動機構４１Ｂの引っ張り量及び押し込み量は、第１指作動機構４１Ａの引っ張り量及び押し込み量と同一となり、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄのそれぞれが同じように折り曲げる。

図８（ａ）に示すように、第２孔５０ｄは、回動軸４０の周方向に延びる半円孤状の長孔である。
そして、第２孔５０ｄにおける長孔は、第１指機構２０Ａが真っ直ぐ延びた状態で第２孔５０ｄに挿通する連結ピン４７に対し、第１指機構を折り曲げるため第２回動リンクアーム５０が回動する方向とは逆向き（図８において左回り）に延びている。
このため、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第２回動リンクアーム５０が右回りに回動した場合、連結ピン４７が第２孔５０ｄ内を逃げ、モータ３０の動力が伝達リンクアーム４４に伝達されることなく第１指機構２０Ａが真っ直ぐの状態を維持するようになっている。
そして、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２回動リンクアーム５０が所定の角度分だけ右回りに回動し、第２孔５０ｄ内の端面に連結ピン４７が当接した状態から、第２回動リンクアーム５０がさらに右回りに回動した場合（矢印Ｄ１参照）、伝達リンクアーム４４が下方に移動し（矢印Ｄ２参照）、指側リンクアーム４５が根元部材２１を引っ張る。このため、第１指機構２０Ａは、第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄよりも遅れて手の平側に折れ曲がり始める（矢印Ｄ３参照）。

また、第２孔５０ｄは、第１孔５０ｃよりも径方向外側に設けられている。
このため、連結ピン４７を第２孔５０ｄに挿通させて伝達リンクアーム４４を連結させた場合には、連結ピン４７が第１孔５０ｃに挿通した場合よりも、回動軸４０が回動した角度に対する伝達リンクアーム４４の下方への移動量が大きく、第１指機構２０Ａを引っ張る量も大きい。
この結果、図８（ｃ）に示すように、第１指機構２０Ａは、第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄよりも折れ曲がり開始時期が遅いものの、回動軸４０が回動した角度に対する折れ曲がり量が大きいため、折れ曲がり量を同じとすることができる。
なお、図８（ｃ）に示すように、伝達リンクアーム４４が下方に移動している状態で、第２回動リンクアーム５０が逆方向へ回動した場合、連結ピン４７は第２孔５０ｄ内を逃げるようになっているため、伝達リンクアーム４４は、第２回動リンクアーム５０により、伝達リンクアーム４４を上方へ押圧されないようになっている。

図６に示すように、付勢部材５１は、根元部材２１の円筒部２１ｂに巻き回しされたねじりコイルばねである。また、付勢部材５１の一端５１ａが、フレーム１１の固定部１１ａの前面に係止し、付勢部材５１の他端５１ｂが根元部材２１に形成された被係止部２１ｅに係止している。
図８（ｃ）に示すように、根元部材２１が前側に回動して付勢部材５１の一端５１ａと他端５１ｂとが近接した場合、根元部材２１を後側に回動させようとする付勢力（矢印Ｄ４参照）が作用するようになっている。
そのため、伝達リンクアーム４４が下方に移動している状態で、第２回動リンクアーム５０が逆方向へ回動した場合に、根元部材２１を下方に引っ張る力が解除されるとともに、付勢部材５１の付勢力により根元部材２１が後側に回動する。その結果、根元部材２１が指側リンクアーム４５を上方へ引っ張り上げて、伝達リンクアーム４４が上方へ移動して、Ｖ字リンクアーム４３、伝達リンクアーム４４、指側リンクアーム４５が回動軸４０の回動前の状態に復帰する。

つぎに、本実施形態の動作について、図９を参照しながら説明する。
最初に、ロボットハンド装置１が道具を握る把持動作モードについて説明する。なお、モータ３０の駆動前の初期状態は、図９（ａ）に示すように、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄのそれぞれは上方に向かって真っ直ぐ延びている状態となっている。
また、把持動作モードを実行する場合、補助者は、予め連結ピン４７を第２回動リンクアーム５０の第１孔５０ｃに挿通し、第２回動リンクアーム５０と伝達リンクアーム４４とを連結させる準備を行う。これにより、第１指作動機構４１Ａと第２指作動機構４１Ｂとのリンク比が同一となる。

把持動作モードでは、モータ３０が駆動すると、回動軸４０が回動して、３つの第１指作動機構４１Ａと第２指作動機構４１Ｂのそれぞれが対応する第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄを引っ張り始める。
また、連結ピン４７が第２回動リンクアーム５０の第１孔５０ｃに挿通し、回動軸４０の回動した角度に対応する第１指作動機構４１Ａの引っ張り量と第２指作動機構４１Ｂの引っ張り量とが同一となっていることから、図９（ｂ）に示すように、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄは一律に折れ曲がり始める。
そして、さらに回動軸４０が回動することで、図９（ｃ）で示すように、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄの手のひら側と対向する程度折れ曲がり、ロボットハンド装置１が道具を把持できるようになる。
一方で、図９（ｃ）に示される状態から、モータ３０を駆動させて回動軸４０が逆方向に回動させた場合、第１指作動機構４１Ａと第２指作動機構４１Ｂとのそれぞれが、モータ３０の動力を第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄに伝達する。
その結果、図９（ｂ）、（ａ）に示されるように、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄのそれぞれが次第に起立し始め、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄのそれぞれが上方に向かって延びた状態となる。

次に、手話を表現する手話動作モードについて説明する。
なお、手話動作モードを実行する場合、補助者は、予め連結ピン４７を第２回動リンクアーム５０の第２孔５０ｄに挿通し、第２回動リンクアーム５０と伝達リンクアーム４４とを連結させる準備を行う。これにより、第１指作動機構４１Ａと第２指作動機構４１Ｂとのリンク比が異なる。

手話動作モードでは、モータ３０の駆動により回動軸４０が回動し、さらに、３つの第１指作動機構４１Ａの第１回動リンクアーム４２と第２指作動機構４１Ｂの第２回動リンクアーム５０とが回動する。
ここで、第１指作動機構４１Ａに関し、第１回動リンクアーム４２の回動により、伝達リンクアーム４４が下方に移動し、第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄが引っ張られるため、第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄが曲り始める。
一方で、第２指作動機構４１Ｂに関し、第２回動リンクアーム５０が回動しても、連結ピン４７が第２孔５０ｄに沿って逃げるため、伝達リンクアーム４４が下方に移動せず、第１指機構２０Ａを引っ張らない。
そのため、図９（ｄ）に示すように、第１指機構２０Ａのみが上方に真っ直ぐに伸びた状態となり、ロボットハンド装置１は、上方を指差す動作、又は、ある物の数が１つであること示す動作を表現する。

そして、さらにモータ３０が回動した場合、第１指作動機構４１Ａの第１回動リンクアーム４２と第２指作動機構４１Ｂの第２回動リンクアーム５０とがさらに回動して、それぞれが対応する第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄを引っ張り始める。
ここで、第２指作動機構４１Ｂは、第１指機構２０Ａを引っ張る量が大きくなっている。よって、図９（ｃ）に示すように、第１指機構２０Ａは、第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄよりも遅れて折れ曲がり始めるものの、第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄの折れ曲がり量が同一となる。その結果、図９（ｄ）に示すように、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄの全てが大きく折れ曲がった状態をなり、ロボットハンド装置１は、ある物の数がゼロであること示す動作を表現する。

以上、実施形態のロボットハンド装置１によれば、モータ３０が一つであっても、各指機構２０の折れ曲がり量が異なり、手話を表現することができる。
また、実施形態のロボットハンド装置１によれば、連結ピン４７が挿通する孔を変えることで、道具を把持する動作も実行することができる。
また、実施形態のロボットハンド装置１によれば、指機構２０の折れ曲がり開始時期を遅らすことができるため、様々が手話を表現することができる。

以上、実施形態のロボットハンド装置１を説明したが、本発明は実施形態で説明した例に限定されない。
たとえば、実施形態の複数の指作動機構４１は、リンク比が一定の第１指作動機構４１Ａとリンク比が可変の第２指作動機構４１Ｂとから構成されていたが、第２指作動機構４１Ｂのみから構成されてもよい。当該構成によれば、回動軸４０の回動に対し、各指機構２０の折れ曲がり量を調整でき、ロボットハンド装置１がより様々な手話の動作を表現できるようになる。
また、実施形態の第２回動リンクアーム５０の第２孔５０ｄは、長孔となっているが本発明はこれに限定されず、単に円孔であってもよい。当該構成によれば、第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄの折れ曲がり量よりも第１指機構２０Ａの折れ曲がりが大きくすることができる。

また、実施形態の第２回動リンクアーム５０では、第１孔５０ｃと第２孔５０ｄとの２つの孔が形成されているが、ロボットハンド装置１に把持動作モードを実行させない場合、第２孔５０ｄのみが形成された第２回動リンクアーム５０を用いても良い。
また、第２孔５０ｄのみが形成された第２回動リンクアーム５０を利用する場合、図１０（ａ）に示すように、連結ピン４７に係止可能な連結ピン係止機構８０を用いて、第１指作動機構４１Ａの折れ曲がるタイミングを変更できるようにしてもよい。
この連結ピン係止機構８０とは、図１０（ａ）、図１１（ａ）に示すように、第２回動リンクアーム５０に固定された本体部８１と、本体部８１から出没自在なシャフト８２とで構成されている。そして、図１０（ａ）に示すように、シャフト８２は、側面視で第２孔５０ｄと重なるように延在しており、第２回動リンクアーム５０が回動した場合、第２孔５０ｄ内を逃げる連結ピン４７に係止し、連結ピン４７とともに伝達リンクアーム４４を下方側に引っ張るように構成されている。

そして、図１１（ｂ）に示すように、回動軸４０の回動前にシャフト８２を本体部８１に引っ込めた状態で回動軸４０を回動させると、連結ピン４７がシャフト８２係止することなく第２孔５０ｄ内を逃げ、第１指機構２０Ａは真っ直ぐ延びた状態を維持する。
一方で、シャフト８２を突出させた状態で回動軸４０を回動させた場合、図１０（ｂ）に示すように、連結ピン４７がシャフト８２に係止して伝達リンクアーム４４が下方に引っ張り、第１指機構２０Ａは、他の第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄと同じように折れ曲がり始める。
以上のように、連結ピン当接機構８０を設けることで、第１指作動機構４１Ａの折れ曲がるタイミングを変更でき、さらに、シャフト８２を突出させた状態で回動させた場合には把持動作モードの際の動作に近似した動作を実行することができる。
なお、シャフト８２を突出させた状態で回動軸４０を回動させた場合、第１指機構２０Ａは、リンク比の大きい第２孔５０ｄを介して連結しているため、他の第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄよりも大きい。
そのため、図１０（ｃ）に示すように、回動軸４０の回動量が所定量となった状態で、シャフト８２を本体部８１に引っ込めで、連結ピン４７が第２孔５０ｄ内を逃がしつつ、第２回動アーム５０が回動させる。これによれば、第１指機構２０Ａの折れ曲がり量は、手話動作モードのときと同じようになり、図９（ｃ）に示すように、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄの折れ曲がり量を統一させることができる。

また、上記した連結ピン係止機構８０については、第２孔５０ｄのみが形成された第２回動リンクアーム５０に用いた場合を例として挙げたが本発明はこれに限定されない。連結ピン係止機構８０は、第１孔５０ｃと第２孔５０ｄとが形成された第２回動リンクアーム５０に用いてもよく、また、後述するリンク比の自動切替機能を有する変形例の場合であっても用いることができるものである。また、連結ピン係止機構８０を一つだけ用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明は、２つ以上であってもよいものである。

また、実施形態のロボットハンド装置１では、連結ピン４７を分解し再度連結ピン４７を取り付けることで、把持動作モードと手話動作モードとを切り替えていたが、他の動力源を利用して自動で切り替えるように構成してもよい。
以下、把持動作モードと手話動作モードとの切り替えを自動で行うことができる第２指作動機構４１Ｂの変形例を、図１２、図１３を参照しながら説明する。

図１２（ａ）に示すように、変更例に係る第２指作動機構６０は、回動軸４０に固定された自動切替用第２回動リンクアーム６１と、一端側が自動切替用第２回動リンクアーム６１に連結する自動切替用伝達リンクアーム６２と、電磁石６３と、自動切替用第２回動リンクアーム６１と自動切替用伝達リンクアーム６２とを連結するための第１連結ピン７０、第２連結ピン７１と、Ｖ字リンクアーム４３と、指側リンクアーム４５と、図示しない付勢部材とを備えている。
なお、変更例に係る第２指作動機構６０は、第２回動リンクアーム５０に代えて自動切替用第２回動リンクアーム６１を備えている点と、伝達リンクアーム４４に代えて自動切替用伝達リンクアーム６２を備えている点と、連結ピン４６に代えて第１連結ピン７０、第２連結ピン７１を備えている点とが、実施形態に係る第２指作動機構４１Ｂと相違する。さらに、変更例に係る第２指作動機構６０は、電磁石６３が追加されている点が第２指作動機構４１Ｂと相違する。
以下、変形例に係る第２指作動機構６０について、第２指作動機構４１Ｂとの相違点に絞って説明する。

自動切替用第２回動リンクアーム６１は、回動軸４０の径方向にずらして形成された円孔の第１孔６１ｃと、長孔の第２孔６１ｄとを有している。
図１３（ａ）に示すように、第１孔６１ｃには、第１連結ピン７０が挿通し、第２孔６１ｄには、第２連結ピン７１が挿通している。

図１３（ａ）に示すように、自動切替用伝達リンクアーム６２の一端側は、自動切替用第２回動リンクアーム６１の左右両側に配置されて、自動切替用第２回動リンクアーム６１を左右両側から挟む一対の一端部６２ａ、６２ａを備えている。
また、一端部６２ａ、６１ａには、第１孔６１ｃに挿通する第１連結ピン７０を回動軸方向にスライド自在に支持するスライド部６２ｃと、第２孔６１ｄに挿通する第２連結ピン７１が貫通する貫通孔６２ｄと、が形成されている。
このため、自動切替用第２回動リンクアーム６１と自動切替用伝達リンクアーム６２とは、第１連結ピン７０と第２連結ピン７１とを介して連結している。
さらに、第１連結ピン７０の右端面には、永久磁石７０ａが固着されている。

電磁石６３は、スライド部６２ｃの右端部に設けられたコイルであり、このコイルは図示しない外部電源から流れてくる電流により電磁石となるように構成されている。
図１３（ａ）に示すように、通電により電磁石６３が永久磁石７０ａと同じ磁極となった場合に、永久磁石７０ａが反発する力を受けて、第１連結ピン７０が第１孔６１ｃ挿通した状態が保持されている。
一方で、電磁石６３が永久磁石７０ａと異なる磁極となった場合、図１３（ｂ）に示すように、永久磁石７０ａが電磁石６３に引き寄せられ、第１連結ピン７０が第１孔６１ｃから脱落するようになっている。

つぎに、変形例の動作例を説明する。
最初に、把持動作モードについて説明する。把持動作モードでは、図１２（ａ）に示すように、自動切替用第２回動リンクアーム６１と自動切替用伝達リンクアーム６２とが、第１連結ピン７０と第２連結ピン７１とを介して連結している状態で実行する。
モータ３０の駆動により自動切替用第２回動リンクアーム６１が回動すると（図１２（ａ）において右回り）、第２連結ピン７１が第２孔６１ｄ内を逃げる。そのため、自動切替用伝達リンクアーム６２は、第１連結ピン７０を介して自動切替用第２回動リンクアーム６１に引っ張られて下方に移動して、第１指機構２０Ａが折れ曲がり始める。
その結果、第１指機構２０Ａは、モータ３０の駆動時から他の３本の指機構２０とともに一律に折れ曲がるようになり図９（ｂ）参照）、道具を把持する動作を実行することができる（図９（ｃ）参照）。
なお、第２孔６１ｄの形状は、自動切替用伝達リンクアーム６２が第１連結ピン７０を回転軸として回動した場合に、自動切替用伝達リンクアーム６２とともに回動する第２連結ピン７１が描く軌跡と同一となっている。そのため、自動切替用伝達リンクアーム６２の一端部６２ａが第１連結ピン７０を回転軸として回動しながら下方に移動した場合に、第２連結ピン７１が係止することなく逃がすことができる。

次に手話動作モードについて説明する。
把持動作モードから手話動作モードへの切り替えは、図１３（ｂ）に示すように、永久磁石７０ａを電磁石６３の方に引き寄せるように通電し、第１連結ピン７０を第１孔６１ｃから抜いた状態とする。この結果、自動切替用第２回動リンクアーム６１と自動切替用伝達リンクアーム６２とは、第２連結ピン７１のみを介して連結している状態となる。

つぎに、図１４（ａ）に示すように、モータ３０を駆動して自動切替用第２回動リンクアーム６１を回動させると（矢印Ｆ１参照）、第２連結ピン７１が第２孔６１ｄ内を逃げるため（矢印Ｆ２参照）、第１指機構２０Ａの折れ曲がり量はゼロとなる。
よって、他の第２指機構２０Ｂ〜第４指機構２０Ｄが折れ曲がる一方で、第１指機構２０Ａのみが上方に真っ直ぐに伸びた状態となり、ロボットハンド装置１は、上方を指差す動作、又は、ある物の数が１つであること示す動作を表現する（図９（ｄ）参照）。
そして、自動切替用第２回動リンクアーム６１が所定の角度分だけ右回りに回動した場合に、第２孔６１ｄ内の端面に第２連結ピン７１が当接した状態となる。

図１４（ｂ）に示すように、第２孔６１ｄ内の端面に第２連結ピン７１が当接した状態のときから、自動切替用第２回動リンクアーム６１がさらに右回りに回動すると、自動切替用伝達リンクアーム６２が下方に移動する（矢印Ｆ３参照）。このため、指側リンクアーム４５が根元部材２１を引っ張り、第１指機構２０Ａが手の平側に折れ曲がり始める（矢印Ｄ３参照）。
このため、第１指機構２０Ａ〜第４指機構２０Ｄの全てが折れ曲って、ロボットハンド装置１は、物の数がゼロであること示す動作を表現する。
なお、図１４に示すように、手話動作モード中は、自動切替用第２回動リンクアーム６１の第１孔６１ｃと、自動切替用伝達リンクアーム６２が支持する第１連結ピン７０とは、回動軸４０の軸方向に重なっていない。

つぎに、第１指機構２０Ａを真っ直ぐに延ばすため、逆方向に自動切替用第２回動リンクアーム６１を回動させた場合、自動切替用伝達リンクアーム６２は、図示しない付勢部材により初期の状態に復帰する。また、第１指機構２０Ａに連結する指側リンクアーム４５が引っ張られて、Ｖ字リンクアーム４３が上昇して、伝達リンクアーム４４の上端側が回動前の位置に復帰する。
また、自動切替用第２回動リンクアーム６１の角度が初期状態と同じ角度となった場合、図１２（ａ）に示すように、伝達リンクアーム４４の下端側も回動前の位置に復帰し、伝達リンクアーム４４の位置が回動軸４０の回動前と同じになる。
そのため、自動切替用伝達リンクアーム６２のスライド部６２ｃに収容される第１連結ピン７０と、自動切替用第２回動リンクアーム６１の第１孔６１ｃとは、軸方向から見て重なり合う。
そして、永久磁石７０ａが電磁石６３に対して反発するように通電することで、第１連結ピン７０が第１孔６１ｃを挿通し、第１連結ピン７０と第２連結ピン７１とを介して、自動切替用第２回動リンクアーム６１と自動切替用伝達リンクアーム６２とが連結した状態となる。

上記した変形例によれば、手話動作モードと道具把持モードとの切り替えを自動的に切り替えることができるため、ロボットハンド装置を操作又は管理する補助者がリンク比を変更するという作業を回避できる。
以上、変形例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでない。たとえば、第１孔５０ｃと第２孔５０ｄとを繋ぐ孔を形成し、連結ピン４７が第１孔５０ｃと第２孔５０ｄとを繋ぐ孔内を移動しながらリンク比を変更できるようにしてもよい。なお、連結ピン４７が第１孔５０ｃと第２孔５０ｄとを繋ぐ孔内を移動させるための手段は特に限定されない。

１ロボットハンド装置
１０基部
２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）指機構
３０モータ
４０回動軸
４１（４１Ａ、４１Ｂ）指作動機構
４２第１回動リンクアーム
４３Ｖ字リンクアーム
４４伝達リンクアーム
４５指側リンクアーム
４６、４７連結ピン
５０第２回動リンクアーム
５０ｃ第１孔
５０ｄ第２孔
５１付勢部材
６０第２指作動機構
６１自動切替用第２回動リンクアーム
６２自動切替用伝達リンクアーム
７０第１連結ピン
７１第２連結ピン

Claims

基部と、前記基部から延設される複数の指機構と、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、
前記動力源の動力により回動する回動軸と、
前記回動軸と各指機構とを連結し、前記動力源の動力を各指機構に伝達する複数の指作動機構と、を備え、
前記指作動機構は、
前記回動軸に固定されて前記回動軸とともに回動する回動リンクアームと、
一端側が前記回動リンクアームに連結し、前記回動リンクアームの回動に合わせて往復運動する伝達リンクアームと、を備え、
前記複数の指作動機構の一部は、前記回動リンクアームと前記伝達リンクアームとのリンク比が他の指作動機構のリンク比と異なり、
前記複数の指作動機構は、前記リンク比が一定である第１指作動機構と、前記リンク比が可変である第２指作動機構とで構成され、
前記第２指作動機構の回動リンクアームは、第１孔と、前記第１孔よりも前記回動軸の径方向外側に設けられた第２孔と、を有し、
前記第２指作動機構の伝達リンクアームは、前記第１孔又は前記第２孔に挿通した連結ピンを介して前記回動リンクアームに連結することを特徴とするロボットハンド装置。
基部と、前記基部から延設される複数の指機構と、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、
前記動力源の動力により回動する回動軸と、
前記回動軸と各指機構とを連結し、前記動力源の動力を各指機構に伝達する複数の指作動機構と、を備え、
前記指作動機構は、
前記回動軸に固定されて前記回動軸とともに回動する回動リンクアームと、
一端側が前記回動リンクアームに連結し、前記回動リンクアームの回動に合わせて往復運動する伝達リンクアームと、を備え、
前記複数の指作動機構の一部は、前記回動リンクアームと前記伝達リンクアームとのリンク比が他の指作動機構のリンク比と異なり、
前記複数の指作動機構は、前記リンク比が可変である第２指作動機構のみから構成され、
前記第２指作動機構の回動リンクアームは、第１孔と、前記第１孔よりも前記回動軸の径方向外側に設けられた第２孔と、を有し、
前記第２指作動機構の伝達リンクアームは、前記第１孔又は前記第２孔に挿通した連結ピンを介して前記回動リンクアームに連結することを特徴とするロボットハンド装置。
前記第２孔は、前記回動軸の周方向に延びる長孔であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド装置。
前記第２指作動機構において、
前記連結ピンは、前記第１孔内に挿通した第１連結ピンと、前記第２孔内に挿通した第２連結ピンとで構成され、前記第１連結ピンと前記第２連結ピンとのそれぞれが回動リンクアームと伝達リンクアームとを連結し、
前記第２孔の形状は、前記第１連結ピン周りに前記伝達リンクアームとともに回動する第２連結ピンの軌跡となっており、
前記第２指作動機構の伝達リンクアームは、前記第２連結ピンを前記第２孔内に挿通又は抜くことが自在に支持され、前記リンク比を自動で切り替える自動切替機能を有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装置。