JP6514520B2 - ハンド装置、それを備えたロボットアーム及びロボット - Google Patents

Description

本発明は、押し動作、引き動作、把持動作、摘まみ動作等の作業を行うハンド装置、並びに、それを用いたロボットアーム及びロボットに関する。

従来、押し動作、引き動作、把持動作、摘まみ動作等の作業を行うためのハンド装置としては、ハンド基部と、ハンド基部に連結され、屈伸機構を有する複数の指部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

そのような構成のハンド装置は、これを用いるロボットアームやロボットの動作に応じて各指部が独立して屈伸し、その動作に適した形態となる。

特許第４２３４５４７号公報

しかし、特許文献１に記載のようなハンド装置を用いて押し動作や引き動作を行う場合、指部を介して対象物に荷重を加えることになる。このとき、指部に大きな力が加わり、指部の屈伸機構に破損が生じてしまうおそれがあった。

また、そのような破損を防止するために指部の屈伸機構の数を減らすことも考えられるが、屈伸機構の数を減らすと指部の自由度が低下するので、押し動作や引き動作以外の精密な動きが要求される動作（例えば、把持動作や摘まみ動作、ボタンを押すといった動作）を行うことが難しくなるおそれがあった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、破損が生じにくく、精密な動きが要求される動作を行うことができるハンド装置、それを用いたロボットアーム及びロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のハンド装置は、ハンド基部と、ハンド基部の長手方向の先端部からハンド基部に対して屈曲して延びる第１指部と、第１指部の先端部のハンド基部側の面と対向するようにハンド基部に取り付けられた第２指部と、第２指部の先端部を第１指部に接近又は離間するように第２指部を作動させる駆動機構とを備え、第１指部は、ハンド基部の長手方向及び第１指部の延びる方向に対し直交する方向に、第２指部よりも長く形成されるとともに、第２指部の先端部と対向する位置に、ハンド基部から離れる方向に突出する突起部を有し、第２指部は、第２指部の先端部を第１指部に接近させた閉状態で突起部と当接する爪部を有し、ハンド基部の長手方向及び第１指部の延びる方向に対し直交する方向における爪部の長さは、第１指部の突起部の長さに対応しており、突起部の先端部と爪部の先端部とは、閉状態では、当接していることを特徴とする。

本発明のハンド装置では、押し動作の際に、第１指部は、そのハンド基部とは反対側の面を介して対象物に荷重を加え、引き動作の際には、そのハンド基部側の面を介して対象物に荷重を加える。

このような動作の際に対象物に大きな荷重を加えると、従来のハンド装置では、ハンド基部と第１指部との間の関節機構に破損が生じてしまうおそれがあった。しかし、本発明のハンド装置の第１指部は、ハンド基部に固定されたものである、すなわち、従来のハンド装置のように関節機構を介してハンド基部に連結されたものではない。

そのため、本発明のハンド装置によれば、このような動作の際に対象物に大きな荷重を加えても、破損が生じにくい。

また、本発明のハンド装置によれば、第１指部のハンド基部側の面に対向するように設けられた第２指部と第１指部とによって対象物を摘まむといった動作等の精密な動きが要求される動作も容易に行うことができる。
また、このような突起部を設ければ、第１指部の先端部でもボタン等を押すという動作ができるようになる。
また、第１指部の突起部及び第２指部の爪部は、ハンド基部の長手方向及び第１指部の延びる方向に対し直交する方向における長さが、第１指部全体よりも短い。このような突起部と爪部とによれば、第１指部と第２指部とで摘まむことが難しい小さな対象物も、容易に摘まむことができる。

また、本発明のハンド装置においては、第２指部の先端部は、第２指部の先端部を第１指部に接近させた閉状態では、第１指部の先端部よりもハンド基部に近い位置に位置していることが好ましい。

このように、閉状態（例えば、摘まみ動作をする際に対象物を摘まんでいる状態）で第２指部の先端部が第１指部の先端部よりもハンド基部に近い位置に位置するように構成すれば、ハンド装置全体の閉状態におけるサイズを、より小型化することができる。その結果、狭所でも作業を行うことができる。

また、本発明のハンド装置においては、駆動機構は、非駆動時には、第２指部の先端部を第１指部に接近させた閉状態を維持することが好ましい。

このように、駆動機構の非駆動時には閉状態（例えば、摘まみ動作をする際に対象物を摘まんでいる状態）となるように構成すれば、動作中に駆動力の供給が停止したとしても、対象物を落下させてしまうことがない。また、摘まみ動作中に駆動力を供給し続ける必要がなくなるので、省電力化を実現し、駆動機構に用いる駆動源を小型・軽量化を実現することができる。

また、本発明のハンド装置においては、駆動機構は、第２指部の先端部が第１指部に対して接近又は離間するように、第２指部を回動させることが好ましい。

このように第２指部が回動する構成とすれば、第１指部のハンド基部側の面と、第２指部のハンド基部側の面と、ハンド基部の第１指部が延びている側の面とで、対象物を３点接触によって把持することができるようになる。また、第２指部の先端部を第１指部の先端部よりも突出した位置に移動させれば、第２指部の先端部でボタン等を押すという動作ができるようになる。そのため、実行できる動作の種類を増やすことができる。

また、本発明のハンド装置においては、第１指部は、第２指部側とは反対側に緩衝部材を有していることが好ましい。

このような緩衝部材を有するようにすれば、押し動作の際に第１指部を保護することができるので、さらに破損を防止しやすくなる。

また、本発明のハンド装置においては、駆動機構は、第２指部を作動させる駆動力を発生する駆動源と、駆動源と第２指部との間に設けられたブレーキとを有し、駆動源は、第２指部の先端部を第１指部から離間させた開状態にする際に、駆動力を発生させ、ブレーキは、駆動時に第２指部の作動を可能にし、非駆動時に第２指部の作動を停止させることが好ましい。

このように構成すれば、駆動源及びブレーキを作動させていない状態で第２指部の位置を固定できるので、駆動源の定格トルクを小さくしても、対象物を強固に掴み続けることができる。ひいては、小型の駆動源を採用することができるようになるので、駆動機構全体の軽量化・小型化を図ることができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のロボットアームは、上記いずれかのハンド装置と、可動リンクと、ハンド装置の長手方向の第１指部側とは反対側の端部に可動リンクを連結する関節機構とを備え、関節機構は、ハンド装置のハンド基部を、可動リンクに対して第１指部の延設されている側とは反対側に回動可能に連結していることを特徴とする。

本発明のロボットアームによれば、ハンド装置として上記のいずれかのハンド装置を備えているので、可動リンクに連結されたハンド装置の破損が生じにくく、精密な動きが要求される動作を行うことができる。

また、本発明のロボットアームによれば、ハンド装置を起こす動作（人間が手の平を正面に向ける動作に対応する動作）を行うことができるので、上記のハンド装置が行うことができる各種動作に加え、可動リンクの長手方向の正面にある対象物を摘まむという動作を行うことができる。さらに、可動リンクが長手方向の軸周りに回転する機能を有する場合には、正面にある対象物を摘まんだまま捻るといった動作を行うことができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のロボットは、基体と、複数の可動リンクと、各々の可動リンクを基体に対して回動可能に連結する複数の関節機構と、複数の可動リンクの少なくとも１つに連結された上記いずれかのハンド装置とを備えていることを特徴とする。

上記のハンド装置を備えた本発明のロボットによれば、可動リンクに連結されたハンド装置の破損が生じにくく、精密な動きが要求される動作を行うことができる。

また、本発明のロボットによれば、ハンド装置によってロボットの自重を支えるように対象物に荷重を加えた場合であっても、ハンド装置に破損が生じることがないので、ハンド装置の動作と可動リンクの回動とによって、梯子を上るような移動も行うことができる。

また、本発明のロボットにおいては、複数の可動リンクは、基体の上部に左右一対に設けられた腕リンクと、基体の下部に左右一対に設けられた脚リンクを含み、脚リンク又は腕リンクのみによる二足歩行モードと、脚リンク及び腕リンクによる四足歩行モードとを切り替え可能であるように構成してもよい。

上記のハンド装置は、ロボットの脚体の先端の足平部として用いてもロボットの自重によって破損が生じることがないので、通常では各種作業のための動作を行う腕リンクを、歩行のために用いることができる。

また、本発明のロボットにおいては、可動リンクは、ハンド装置を可動リンクに対して回動させる駆動部を有し、駆動部は、可動リンクが回動していない基準姿勢時には、可動リンクの基体側に位置していることが好ましい。

駆動部としては一般的にアクチュエータ等の駆動源や減速機等を組み合わせたものが用いられるので、可動リンクを構成する部材としてはサイズが比較的大きく、ロボットの移動時等には外部環境に接触してしまうことが多い。そこで、上記のように、駆動部を基準姿勢時には可動リンクの基体側に位置するように構成すれば、駆動部と外部環境との接触を回避しやすくなる。

本発明の実施形態に係るロボットの構成を模式的に示す正面図。 図１のロボットの関節機構の自由度を模式的に示す斜視図。 図１のロボットの二足歩行モードで移動している状態を示す側面図。 図１のロボットの四足歩行モードで移動している状態を示す側面図。 図１のロボットのハンド部及び腕リンクの一部を示す斜視図。 図１のロボットのハンド部及び腕リンクの一部を断面として示す側面図であり、６Ａは閉状態を示し、６Ｂは開状態を示す。 図１のロボットのハンド部の内部構造を断面として示す斜視図。 図１のロボットのハンド部が腕リンクに対して曲がった状態を示す側面図。

以下、図面を参照して、本発明に係るロボットの実施形態を説明する。本実施形態のロボット１は、人型のロボットであり、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替えて移動可能に構成されたものである。

ただし、本発明におけるハンド装置は、このように構成された人型のロボットにのみ適用し得るものではなく、その他の工業用ロボット等、ハンド装置を備えるロボットであれば、本実施形態のロボット１とは異なる形態のロボットも含まれるものである。

まず、図１を参照して、本実施形態のロボット１の構成を説明する。

ロボット１の胴体は、上部基体１０と、上部基体１０の下方に配置された下部基体１１と、上部基体１０と下部基体１１との間に設けられた腰関節機構１２とで構成されている。上部基体１０と下部基体１１とは、人間の腰関節に対応する腰関節機構１２を介して、相対的に回動可能に連結されている。

ロボット１の頭部は、周囲の環境を認識するための環境認識装置２０の環境認識ユニット２０ａである。環境認識ユニット２０ａに搭載されている外部環境を撮像するためのカメラや外部環境までの距離を認識するためのセンサは、上部基体１０の内部に配置された環境認識ユニット用制御回路２０ｂによって制御されている。環境認識ユニット２０ａは、人間の首関節に対応する首関節機構２１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。

なお、本実施形態のロボット１が人型のロボットであるので、人間の頭部に対応する環境認識ユニット２０ａを上部基体１０の上方に設けている。しかし、本発明のロボットの環境認識ユニットは、このような構成に限定されるものではなく、ロボットの使用環境等に応じて、上部基体の上部以外の位置（例えば、上部基体の前方等）に設けてもよい。

ロボット１の左右の腕体は、上部基体１０の上部左右両側から延設された一対の腕リンク３０（可動リンク）である。各々の腕リンク３０は、人間の肩関節に対応する肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。

腕リンク３０は、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａと、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂと、人間の肘関節に対応する肘関節機構３０ｃとで構成されている。第１腕リンク部３０ａは、肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂは、肘関節機構３０ｃを介して、第１腕リンク部３０ａに対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂの先端には、人間の手に対応するハンド部４０（ハンド装置）が連結されている。

なお、本実施形態のロボット１では、腕体である腕リンク３０を、第１腕リンク部３０ａと、第２腕リンク部３０ｂと、肘関節機構３０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの腕体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。

ハンド部４０は、エンドエフェクタの一例である。このハンド部４０は、人間の手首関節に対応する手首関節機構４１を介して、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂに対して回動可能に連結されている。本実施形態のロボット１では、ハンド部４０と腕リンク３０とで、マニピュレータとしてのロボットアームが構成されている。

ロボット１の左右の脚体は、下部基体１１の下部から下方に延設された左右一対の脚リンク５０（可動リンク）である。各々の脚リンク５０は、人間の股関節に対応する股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。

脚リンク５０は、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａと、人間の下腿に対応する第２脚リンク部５０ｂと、人間の膝関節に対応する膝関節機構５０ｃとで構成されている。第１脚リンク部５０ａは、股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂは、膝関節機構５０ｃを介して、第１脚リンク部５０ａに対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂの先端には、人間の足に対応する足平部６０が連結されている。

なお、本実施形態のロボット１では、脚体である脚リンク５０を、第１脚リンク部５０ａと、第２脚リンク部５０ｂと、膝関節機構５０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの脚体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。

足平部６０は、人間の足首関節に対応する足首関節機構６１を介して、脚リンク５０の第２脚リンク部５０ｂに対して、回動可能に連結されている。

次に、図２を参照して、本実施形態のロボット１の関節機構の自由度について説明する。

なお、本実施形態の説明では、各関節機構が各部材を回動させる方向は、特にことわらない限り、いずれの関節機構も連結された部材を回動させていない姿勢（以下、「基準姿勢」という。）を基準として説明する。本実施形態のロボット１の場合、基準姿勢は、ロボット１が起立した状態（上部基体１０、下部基体１１、各腕リンク３０及び各脚リンク５０をほぼ鉛直方向に伸ばした状態）となる。

また、本実施形態の説明では、ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸は、それぞれ図２に示すように、ロボット１が基準姿勢のときにおけるロボット１の鉛直方向の軸（Ｚ軸）、左右方向の軸（Ｙ軸）、前後方向の軸（Ｘ軸）を意味する。この場合、ヨー軸は、上部基体１０及び下部基体１１の体幹軸である。

腰関節機構１２は、上部基体１０の下方に配置された第１腰関節機構１２ａと、第１腰関節機構１２ａと下部基体１１との間に配置された第２腰関節機構１２ｂとで構成されている。

第１腰関節機構１２ａは、上部基体１０を、下部基体１１及び第２腰関節機構１２ｂに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。第２腰関節機構１２ｂは、上部基体１０及び第１腰関節機構１２ａを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。

首関節機構２１は、環境認識ユニット２０ａを、上部基体１０に対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

腕リンク３０の肘関節機構３０ｃは、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂを、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

肩関節機構３１は、上部基体１０の鉛直方向の幅及び水平方向の幅の範囲内に位置するように配置された第１肩関節機構３１ａと、第１肩関節機構３１ａの側方であって上部基体１０の外側に配置された第２肩関節機構３１ｂと、第２肩関節機構３１ｂ及び腕リンク３０の第１腕リンク部３０ａの間に配置された第３肩関節機構３１ｃとで構成されている。

ここで、基体の「幅」とは、鉛直方向では、通常使用される状態において、基体の最も高い位置から最も低い位置までの間を指す。同様に、水平方向では、通常使用される状態において、基体の最も前方となる位置から最も後方となる位置までの間、又は、最も右側となる位置から最も左側となる位置までの間を指す。

第１肩関節機構３１ａは、第２肩関節機構３１ｂを、上部基体１０に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２肩関節機構３１ｂは、第３肩関節機構３１ｃを、第１肩関節機構３１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。第３肩関節機構３１ｃは、腕リンク３０を、第２肩関節機構３１ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。

手首関節機構４１は、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂのハンド部４０側に配置された第１手首関節機構４１ａと、第１手首関節機構４１ａのハンド部４０の間に配置された第２手首関節機構４１ｂとで構成されている。

第１手首関節機構４１ａは、第２手首関節機構４１ｂを、第２腕リンク部３０ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２手首関節機構４１ｂは、ハンド部４０を、第１手首関節機構４１ａに対してロール軸周り及びピッチ軸周りに回動可能に連結している。

脚リンク５０の膝関節機構５０ｃは、人間の下肢に対応する第２脚リンク部５０ｂを、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

股関節機構５１は、下部基体１１の下方に配置された第１股関節機構５１ａと、第１股関節機構５１ａの脚リンク５０側に配置された第２股関節機構５１ｂとで構成されている。

第１股関節機構５１ａは、第２股関節機構５１ｂを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２股関節機構５１ｂは、脚リンク５０を、第１股関節機構５１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。

足首関節機構６１は、足平部６０を、第２脚リンク部５０ｂに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。

なお、本発明のロボットにおける腰関節機構、首関節機構、肩関節機構、肘関節機構、膝関節機構、股関節機構、足首関節機構の構成は、上記の構成に限定されるものではなく、ロボットの用途やロボット内の関節の配置スペースに応じて、適宜変更してよい。例えば、いずれかの関節機構を省略してもよいし、上記以外の関節機構を追加してもよい。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のロボット１の２つの歩行モードについて説明する。なお、図３においては、理解を容易にするために、腕リンク３０を図示省略している。

なお、本実施形態の説明において、ハンド部４０又は足平部６０を「接地させる」とは、ハンド部４０又は足平部６０がロボット１に作用する力に抗する接触反力を受けるように、ハンド部４０又は足平部６０を外部環境に接触させることを意味する。

図３に示すように、二足歩行モードでは、一対の脚リンク５０の一方の先端の足平部６０を地面Ａに接地させた状態（その一方の脚リンク５０を支持脚とした状態）で、他方の脚リンク５０の先端の足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その他方の脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、脚リンク５０のそれぞれの遊脚としての動作は、交互に行われる。また、図示省略した腕リンク３０は、非接地状態となっている。

図４に示すように、四足歩行モードでは、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの２つ又は３つを地面Ａに接地させた状態（その２つ又は３つの腕リンク３０及び脚リンク５０を支持脚とした状態）で、残りの２つ又は１つのハンド部４０又は足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの２つ又は１つの腕リンク３０又は脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、遊脚として動作させる腕リンク３０又は脚リンク５０は、所定の規則で周期的に切り替えられる。

ただし、四足歩行モードの動作は、上記の動作に限定されるものではない。例えば、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの１つを地面Ａに接地させた状態（その１つのハンド部４０又は足平部６０を支持脚とした状態）で、残りの３つのハンド部４０及び足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの３つのハンド部４０又は足平部６０を遊脚として動作させること）を繰り返すようにすることも可能である。

また、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０を一斉に空中に移動させて（すなわち、ロボット１をジャンプさせて）、さらに接地させることを繰り返すようにすることも可能である。

以下、図５及び図６を参照して、本実施形態のハンド部４０について詳細に説明する。なお、図５及び図６におけるハンド部４０は、基準姿勢時においてロボット１の右側に位置し、右手を構成するものである。

まず、図５を参照して、ハンド部４０の構成について詳細に説明する。

ハンド部４０は、人間の手の平及び手の甲に対応するハンド基部４０ａと、人間の人差し指、中指、薬指及び小指に対応する単一の部材である第１指部４０ｂと、人間の親指に対応する第２指部４０ｃとを備えている。

第１指部４０ｂは、ハンド基部４０ａの長手方向の先端部から、ハンド基部４０ａに対して屈曲して延びている。第１指部４０ｂは、ハンド基部４０ａと一体的に構成され、ハンド基部４０ａに固定されている。第１指部４０ｂのハンド基部４０ａとは反対側の面には、緩衝部材４０ｄが取り付けられている。

このように構成された第１指部４０ｂを備えるハンド部４０では、押し動作の際には、第１指部４０ｂは、そのハンド基部４０ａとは反対側の面（すなわち、緩衝部材４０ｄ）を介して対象物に荷重を加える。一方、引き動作の際には、第１指部４０ｂのハンド基部４０ａ側の面を介して対象物に荷重を加える。

従来のロボットはハンド基部と第１指部との間に関節機構が設けられていたので、このような押し動作や引き動作の際には、第１指部に大きな力が加わり、その関節機構に破損が生じてしまうおそれがあった。しかし、本実施形態のロボット１のハンド部４０の第１指部４０ｂは、ハンド基部４０ａに固定されたものである、すなわち、従来のロボットのように関節機構を介してハンド基部に連結されたものではない。

そのため、ハンド部４０は、このような動作の際に対象物に大きな荷重を加えても、破損が生じにくい。

また、押し動作の際には、緩衝部材４０ｄが第１指部４０ｂを保護するので、第１指部４０ｂそのものにも破損が生じにくい。

また、このように構成されたハンド部４０を備えたロボット１は、ハンド部４０によってロボット１の自重を支えるように対象物を保持した場合であっても、ハンド部４０に破損が生じることがないので、ハンド部４０の動作と腕リンク３０の回動とによって、梯子を上るような移動も行うことができる。

さらに、このように構成されたハンド部４０を備えたロボット１は、ハンド部４０の第１指部４０ｂ（本実施形態では、第１指部４０ｂのハンド基部４０ａとは反対側に取り付けられた緩衝部材４０ｄ）を接地させて移動する四足歩行モードで移動する場合であっても、ロボット１の自重によってハンド部４０に破損が生じることがない。

第２指部４０ｃは、第１指部４０ｂの先端部のハンド基部４０ａ側の面と対向するように、ハンド基部４０ａに取り付けられている。第２指部４０ｃは、ハンド基部４０ａの内部に設けられた駆動機構４０ｅ（図６参照。）によって、第２指部４０ｃの先端部を第１指部４０ｂに接近又は離間するように第２指部が回動させられる。

このように第２指部４０ｃが構成されているので、ハンド部４０は、第１指部４０ｂと第２指部４０ｃとによって対象物を摘まむといった動作等の精密な動きが要求される動作も容易に行うことができる。

また、第１指部４０ｂは、ハンド基部４０ａの長手方向及び第１指部４０ｂの延びる方向に対し直交する方向（Ｙ軸方向）で、第２指部４０ｃよりも長く形成されるとともに、第２指部４０ｃの先端部と対向する位置に、ハンド基部４０ａから離れる方向（Ｘ軸方向）に突出する突起部４０ｆを有している。

このような突起部４０ｆを有しているので、ハンド部４０は、第１指部４０ｂの先端部でもボタン等を押すという動作ができる。

また、第２指部４０ｃは、第２指部４０ｃの先端部を第１指部４０ｂに接近させた状態（以下、「閉状態」という。）で突起部４０ｆと当接する爪部４０ｇを有している。ハンド基部４０ａの長手方向及び第１指部４０ｂの延びる方向に対し直交する方向（Ｙ軸方向）における爪部４０ｇの長さは、第１指部４０ｂの突起部４０ｆの長さに対応している。

このような爪部４０ｇを有しているので、ハンド部４０は、第１指部４０ｂと第２指部４０ｃとで摘まむことが難しい小さな対象物も、突起部４０ｆと爪部４０ｇとで、容易に摘まむことができる。また、この爪部４０ｇを利用することによって、突起部４０ｆでは押すことが難しい小さなボタンを押すといった動作も可能となる。

次に、図６を参照して、ハンド部４０の第２指部４０ｃの回動について説明する。

駆動機構４０ｅは、第２指部４０ｃの先端部を第１指部４０ｂに対して接近又は離間するように、ハンド基部４０ａの内部に位置する支点Ｐ周りに、第２指部４０ｃを回動させる。

このように第２指部４０ｃが回動するので、図６Ａに示すように、閉状態では、ハンド部４０は、第１指部４０ｂのハンド基部４０ａ側の面と、第２指部４０ｃのハンド基部４０ａ側の面と、ハンド基部４０ａの第１指部４０ｂが延びている側の面とで、対象物Ｏを３点接触によって把持することができる。

また、閉状態では、第２指部４０ｃの先端部は、第１指部４０ｂの先端部よりもハンド基部４０ａに近い位置に位置するので、閉状態では、ハンド部４０全体がより小型化される。そのため、狭所で作業を行う際には、閉状態とすることで、エンドエフェクタであるハンド部４０を容易に作業領域まで移動させることができる。その結果、ハンド部４０と外部環境との接触を防止して、ハンド部４０の破損を防止することができる。

一方、図６Ｂに示すように、第２指部４０ｃの先端部を第１指部４０ｂの先端部から離間させた状態（以下、「開状態」という。）は、第２指部４０ｃは、第１指部４０ｂよりも突出した位置に位置するので、ハンド部４０は、第２指部４０ｃの先端部（本実施形態においては爪部４０ｇ）でボタン等を押すという動作ができる。

次に、図７を参照して、ハンド部４０に内蔵された駆動機構４０ｅについて説明する。

駆動機構４０ｅは、駆動源４０ｅ１と、駆動源４０ｅ１からの駆動力の伝達を制御する電磁ブレーキ４０ｅ２と、電磁ブレーキ４０ｅ２を介して伝達された駆動源４０ｅ１からの駆動力を減速して第２指部４０ｃに伝達する減速機４０ｅ３とで構成されている。また、駆動機構４０ｅは、駆動時には第２指部４０ｃが開状態となり、非駆動時には、第２指部４０ｃが閉状態となるように構成されている。

このように構成された駆動機構４０ｅを備えているので、ハンド部４０は、動作中に駆動力の供給が停止したとしても、対象物を把持した状態が解除されないので、対象物落下させてしまうことがない。また、ロボット１が梯子を上っている場合等には、ロボット１の落下が防止される。

ところで、従来のロボットでは、主に駆動源からの出力のみによって、指部の駆動を制御して、対象物を掴む動作を行っていた。

また、従来のロボットで用いられているモータ等の駆動源は、一般的に、瞬時的に大きなトルク（以下、その最大のトルクを「瞬時最大トルク」という。）を発生させることができるが、定格トルク（保持トルク）は、瞬時最大トルクよりも低くなるという特徴がある。

そのため、従来のロボットのハンド部で対象物を掴み続ける動作を行うためには、十分に大きな定格トルク（保持トルク）を持つモータ（すなわち、サイズの大きなモータ）を使用しなくてはならず、ハンド部全体の大型化を招いていた。

これに対し、本実施形態のロボット１のハンド部４０では、駆動機構４０ｅが、第２指部４０ｃと第２指部４０ｃを回動させる駆動力を発生する駆動源４０ｅ１との間に、電磁ブレーキ４０ｅ２を有する構成となっている。電磁ブレーキ４０ｅ２は、駆動時（通電時）に第２指部４０ｃの作動を可能にし、非駆動時に第２指部４０ｃの作動を停止させるように構成されている。

このハンド部４０で対象物を掴み続ける動作を行う場合、まず、電磁ブレーキ４０ｅ２に通電して駆動源４０ｅ１からの駆動力を第２指部４０ｃに伝達可能な状態とし、次に、駆動源４０ｅ１で発生した瞬時最大トルクで第２指部４０ｃを回動させて対象物を掴み（第２指部４０ｃを開状態とした後に閉状態とし）、その後、電磁ブレーキ４０ｅ２の通電を遮断して第２指部４０ｃを固定する。

すなわち、ハンド部４０は、駆動源４０ｅ１において生じる駆動力がゼロの状態で、対象物を掴んだ状態（駆動源４０ｅ１が定格トルクを発生し続けているのと同じ状態）を保持することができる。

そのため、ハンド部４０に用いられる駆動源４０ｅ１は、対象物を掴む際に第２指部４０ｃを回動させるために十分な瞬時最大トルクを発生させることができるものであればよく、従来のロボットよりも小型の駆動源を採用することができる。その結果、駆動機構４０ｅは、電磁ブレーキ４０ｅ２を備えていても、全体として従来の駆動機構よりも小型・軽量なものとすることができる。

以下、図８を参照して、本実施形態の手首関節機構４１について詳細に説明する。なお、図８における手首関節機構４１は、基準姿勢時においてロボット１の右側に位置するものである。

手首関節機構４１の第２手首関節機構４１ｂは、ハンド部４０のハンド基部４０ａの長手方向の第１指部４０ｂ側とは反対側の端部を、腕リンク３０に対して第１指部４０ｂの延設されている側とは反対側に向かって、ピッチ軸周りに回動可能に連結している。すなわち、ロボット１では、ハンド部４０を起こす動作（人間が手の平を正面に向ける動作に対応する動作）を行うことができるようになっている。

そのため、ハンド部４０は、腕リンク３０の長手方向の正面にある対象物を摘まむという動作を行うことができる。さらに、肩関節機構３１の第３肩関節機構３１ｃによって腕リンク３０が長手方向の軸周りに回転可能となっているので、ハンド部４０は、正面にある対象物を摘まんだまま捻るといった動作を行うことができる。

手首関節機構４１の第２手首関節機構４１ｂの内部には、ハンド部４０と第２手首関節機構４１ｂとを相対的に回動させるための駆動部４１ｃが配置されている。駆動部４１ｃは、アクチュエータ等の駆動源や減速機等を組み合わせたものであるので、手首関節機構４１を構成する部材としてはサイズが比較的大きい。

そこで、ロボット１では、基準姿勢時において駆動部４１ｃが手首関節機構４１の上部基体１０側に位置するように構成することによって、駆動部４１ｃと外部環境との接触を回避している。

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態においては、第１指部４０ｂに緩衝部材４０ｄを取り付けているが、緩衝部材は、第１指部の材料やロボットの自重に応じて、省略してもよい。

また、上記実施形態においては、第１指部４０ｂに突起部４０ｆを設けているが、突起部４０ｆは、第１指部４０ｂの幅等に応じて、省略してもよい。

また、上記実施形態においては、第２指部４０ｃに第１指部４０ｂの突起部４０ｆに対応するように爪部４０ｇを設けているが、爪部４０ｇは、省略してもよい。省略した場合、つまみ動作は、第１指部４０ｂと第２指部４０ｃとによって行われる。また、爪部４０ｇは、必ずしも突起部４０ｆに対応するものである必要はなく、突起部４０ｆを省略した場合にも、設けてもよい。

また、上記実施形態においては、駆動機構４０ｅは、第２指部４０ｃを回動させている。しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、駆動機構は、第２指部の先端部を第１指部に接近又は離間するように第２指部を作動させるものであればよい。例えば、第２指部をハンド基部に対してスライドさせるものであってもよい。

１…ロボット、１０…上部基体、１１…下部基体、１２…腰関節機構、１２ａ…第１腰関節機構、１２ｂ…第２腰関節機構、２０…環境認識装置、２０ａ…環境認識ユニット、２０ｂ…環境認識ユニット用制御回路、２１…首関節機構、３０…腕リンク（可動リンク）、３０ａ…第１腕リンク部、３０ｂ…第２腕リンク部、３０ｃ…肘関節機構、３１…肩関節機構、３１ａ…第１肩関節機構、３１ｂ…第２肩関節機構、３１ｃ…第３肩関節機構、４０…ハンド部（ハンド装置）、４０ａ…ハンド基部、４０ｂ…第１指部、４０ｃ…第２指部、４０ｄ…緩衝部材、４０ｅ…駆動機構、４０ｅ１…駆動源、４０ｅ２…電磁ブレーキ、４０ｅ３…減速機、４０ｆ…突起部、４０ｇ…爪部、４１…手首関節機構、４１ａ…第１手首関節機構、４１ｂ…第２手首関節機構、４１ｃ…駆動部、５０…脚リンク（可動リンク）、５０ａ…第１脚リンク部、５０ｂ…第２脚リンク部、５０ｃ…膝関節機構、５１…股関節機構、５１ａ…第１股関節機構、５１ｂ…第２股関節機構、６０…足平部、６１…足首関節機構、Ａ…地面、Ｏ…対象物、Ｐ…第２指部４０ｃの回動の支点。

Claims (10)

1. ハンド基部と、
   前記ハンド基部の長手方向の先端部から前記ハンド基部に対して屈曲して延びる第１指部と、
   前記第１指部の先端部の前記ハンド基部側の面と対向するように前記ハンド基部に取り付けられた第２指部と、
   前記第２指部の先端部を前記第１指部に接近又は離間するように前記第２指部を作動させる駆動機構とを備え、
   前記第１指部は、前記ハンド基部の長手方向及び前記第１指部の延びる方向に対し直交する方向に、前記第２指部よりも長く形成されるとともに、前記第２指部の先端部と対向する位置に、前記ハンド基部から離れる方向に突出する突起部を有し、
   前記第２指部は、前記第２指部の先端部を前記第１指部に接近させた閉状態で前記突起部と当接する爪部を有し、
   前記ハンド基部の長手方向及び前記第１指部の延びる方向に対し直交する方向における前記爪部の長さは、前記第１指部の前記突起部の長さに対応しており、
   前記突起部の先端部と前記爪部の先端部とは、前記閉状態では、当接していることを特徴とするハンド装置。
2. 請求項１に記載のハンド装置であって、
   前記第２指部の先端部は、前記第２指部の先端部を前記第１指部に接近させた閉状態では、前記第１指部の先端部よりも前記ハンド基部に近い位置に位置していることを特徴とするハンド装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のハンド装置であって、
   前記駆動機構は、非駆動時には、前記第２指部の先端部を前記第１指部に接近させた閉状態を維持することを特徴とするハンド装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のハンド装置であって、
   前記駆動機構は、前記第２指部の先端部が前記第１指部に対して接近又は離間するように、前記第２指部を回動させることを特徴とするハンド装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のハンド装置であって、
   前記第１指部は、前記第２指部側とは反対側に緩衝部材を有していることを特徴とするハンド装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のハンド装置であって、
   前記駆動機構は、前記第２指部を作動させる駆動力を発生する駆動源と、前記駆動源と前記第２指部との間に設けられたブレーキとを有し、
   前記駆動源は、前記第２指部の先端部を前記第１指部から離間させた開状態にする際に、駆動力を発生させ、
   前記ブレーキは、前記ブレーキの駆動時に前記第２指部の作動を可能にし、前記ブレーキの非駆動時に前記第２指部の作動を停止させることを特徴とするハンド装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のハンド装置と、可動リンクと、前記ハンド装置の長手方向の前記第１指部側とは反対側の端部に前記可動リンクを連結する関節機構とを備え、
   前記関節機構は、前記ハンド装置の前記ハンド基部を、前記可動リンクに対して前記第１指部の延設されている側とは反対側に回動可能に連結していることを特徴とするロボットアーム。
8. 基体と、複数の可動リンクと、各々の前記可動リンクを前記基体に対して回動可能に連結する複数の関節機構と、複数の前記可動リンクの少なくとも１つに連結された請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のハンド装置とを備えていることを特徴とするロボット。
9. 請求項８に記載のロボットであって、
   前記複数の可動リンクは、前記基体の上部に左右一対に設けられた腕リンクと、前記基体の下部に左右一対に設けられた脚リンクを含み、
   前記脚リンク又は前記腕リンクのみによる二足歩行モードと、前記脚リンク及び前記腕リンクによる四足歩行モードとを切り替え可能であることを特徴とするロボット。
10. 請求項８又は請求項９に記載のロボットであって、
    前記可動リンクは、前記ハンド装置を前記可動リンクに対して回動させる駆動部を有し、
    前記駆動部は、前記可動リンクが回動していない基準姿勢時には、前記可動リンクの前記基体側に位置していることを特徴とするロボット。