JP6545768B2 - 指機構、ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法 - Google Patents

指機構、ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、指機構、ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法に関する。
近年、対象物を掴んで何らかの作業を行わせるために、人の手の機能を模倣したロボットハンド及びロボットハンドを備えた産業用ロボットが提案されている（例えば、特許文献１〜５を参照）。
特開２００８−３２１４０号公報 特開２０１１−２４５５７５号公報 特開２０１５−２２１４６９号公報 特開２０１１−６７９３６号公報 特開２００４−４２２１４号公報
しかしながら、従来のロボットハンド及びロボットハンドを備えた産業用ロボットでは、柔らかい物や形状が固定されていない物などの不定柔軟物を掴んで作業することは困難であった。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、柔らかい物や形状が固定されていない物などの不定柔軟物を掴んで作業することが可能な指機構、ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法を提供することを目的とする。
一態様に係る指機構は、第１骨部材及び第２骨部材と、前記第１骨部材及び前記第２骨部材を長手方向の端部同士で回動可能に連結する第１回動芯と、前記第２骨部材が前記第１骨部材に対して伸展する側に配され、前記第１骨部材及び前記第２骨部材の長手方向に沿って延びる伸展腱と、前記第１骨部材及び前記第２骨部材の双方に設けられ、前記伸展腱が前記第１回動芯の表面の一部に接触するように前記伸展腱を案内する第１伸展腱ガイドと、前記伸展腱に接続されており、前記伸展腱を伸縮させる伸筋と、前記第１骨部材が前記第２骨部材に対して屈曲する側に配され、前記第１骨部材及び前記第２骨部材の長手方向に沿って延びる屈曲腱と、前記第１骨部材及び前記第２骨部材の双方に設けられ、前記屈曲腱が前記第１回動芯の表面の他部に接触するように前記屈曲腱を案内する第１屈曲腱ガイドと、前記屈曲腱に接続されており、前記屈曲腱を伸縮させる屈筋とを備える。
また、一態様に係るロボットハンドは、前述の指機構と、該指機構が備える伸筋及び屈筋の収縮度合いを制御する制御部とを備える。
また、一態様に係るロボットハンドの制御方法は、前述のロボットハンドの制御方法であって、前記ロボットハンドが備える制御部は、把持対象物を把持する動作の前に前記ロボットハンドの指機構が備える伸展腱及び屈曲腱の牽引力を拮抗させる固化動作、前記把持対象物の形状に倣って前記把持対象物を把持するならい把持動作、把持した状態を保持する保持動作、該保持動作を開放するならい開放動作、及び前記指機構が備える伸筋及び屈筋を弛緩させる弛緩動作を実行すべく、前記伸筋及び前記屈筋を構成するエア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁及び減圧電磁弁の開閉制御を行う。
本願によれば、柔らかい物や形状が固定されていない物などの不定柔軟物を掴んで作業することができる。
実施の形態１に係るロボットハンドの概略構成を示す外観図である。 指機構部の外観図である。 指機構部の外観図である。 腱拮抗関節の動作を説明するための説明図である。 指を伸展させた状態を説明する模式的説明図である。 指を屈曲させた状態を説明する模式的説明図である。 母指の機構を示す。 腱の断面図である。 実施の形態１に係るロボットハンドシステムの全体構成を説明するブロック図である。 ロボットハンドの制御系の構成を説明するブロック図である。 指機構部における牽引力の伝達機構を説明する説明図である。 電磁弁Ｉ〜ＩＶの制御状態を説明する説明図である。 実施の形態１に係るロボットハンドの制御方法を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係るロボットハンドの制御手順を説明するフローチャートである。 囲い形成の制御手順を示すフローチャートである。 把持動作の制御手順を示すフローチャートである。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係るロボットハンド１０００の概略構成を示す外観図である。本実施の形態に係るロボットハンド１０００は、指機構部１００、前腕骨２００、腱３００、人工筋４００、フランジ５００、電磁弁６００、及び制御基板７００を備える。指機構部１００における各指は、人工筋４００により伸縮制御される腱３００の張力に応じて伸展又は屈曲するように構成されている。本実施の形態では、２種類の腱３００（後述する伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂ，図４を参照）の拮抗制御を行うことにより、自律的に関節角及び力を制御し、把持型、保持力、指関節の硬さなどの制御（コンプライアンス制御）を実現することを特徴の１つとしている。
人工筋４００は、前腕骨２００の周囲に配されている。前腕骨２００は、人の前腕骨に相当し、手首の関節から腕の関節までに相当する部材である。人工筋４００は、例えばマッキベン型のエア駆動アクチュエータであり、電磁弁６００の開閉動作により制御されるマニホールド６５０からエアが供給され、その収縮度合いが制御される。すなわち、人工筋４００の内部にエアが供給された場合、人工筋４００は、その短手方向が膨らみ、長手方向が縮むことによって収縮する。逆に、人工筋４００の内部からエアを放出した場合、人工筋４００は、その短手方向が縮み、長手方向が伸びることによって弛緩する。
電磁弁６００は、制御基板７００に実装されるＣＰＵ７０１（図１０を参照）によって制御される。制御基板７００には、ＣＰＵ７０１の他に、ＣＰＵ７０１と通信を行う各種インタフェースに用いる入力側コネクタ、出力側コネクタ、電磁弁６００のコイルを駆動するコイルドライバ、各種の信号、電圧、電流を処理するオペアンプ、コンパレータ、トランジスタ、ダイオード、抵抗等の各種電子デバイスが実装されていてもよい。
人工筋４００の遠位側の端部は腱３００に接続されており、近位側の端部は自在継手（ジョイント）５２０に接続されている。自在継手５２０は、フランジ５００の画定された領域に設けられたリブ５１０内で自在に摺動するように構成されている。人工筋４００に接続された腱３００は、人工筋４００が収縮することによって伸長し、人工筋４００が弛緩することによって短縮する。
なお、本実施の形態では、人工筋４００としてマッキベン型のエア駆動アクチュエータを用いる構成としたが、エア駆動アクチュエータに代えて、モータ及びプーリを用いて腱３００を巻き取る方式を採用してもよい。また、リニアモータを用いて直接的に腱３００を伸縮させる方式、電流が流れることにより伸縮する繊維状のアクチュエータであるバイオメタルを用いて腱３００を伸縮させる方式などを採用してもよい。
図２及び図３は指機構部１００の外観図である。図の煩雑さを避けるために、図２では主として骨部材の構成を示し、図３では主として関節の構成を示している。指機構部１００は、人体と同じ５本の指を備え、第１指ＴＨＵＭＢ（母指又は親指ともいう）、第２指ＩＦ（示指ともいう）、第３指ＭＦ（中指ともいう）、第４指ＲＦ（環指又は薬指ともいう）、及び第５指ＬＦ（小指ともいう）の５つの指で構成される。図２は人体の手の掌側から見た外観図を示している。したがって、図２を正視した正面側が把持対象物ＯＢＪ（図９を参照）に接触する部位となる。指機構部１００の母指ＴＨＵＭＢを除く示指ＩＦ、中指ＭＦ、環指ＲＦ、及び小指ＬＦは、それぞれ末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ、基節骨ＰＰ、中手骨ＭＥＢで構成される。
各指にはそれぞれにも２本の腱３００，３００が設けられている（図４を参照）。各指に設けられている２本の腱３００，３００は後述する伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂである。各腱３００は、中手骨ＭＥＢの長手方向から中手指節関節ＭＰを介して基節骨ＰＰの長手方向に延び、さらに基節骨ＰＰの長手方向から近位指節間関節ＰＩＰを介し中節骨ＭＩＰの長手方向に延び、さらに中節骨ＭＩＰの長手方向から遠位指節間関節ＤＩＰを介して末節骨ＤＰの長手方向に向かって延びている。２本の腱３００，３００の遠位側の端部は、末節骨ＤＰに固定されている。示指ＩＦ、中指ＭＦ、環指ＲＦ及び小指ＬＦは、手根骨ＣＢの端部で一体化され、手根骨ＣＢの他端部は、手根管１８０を介して手関節１９０に連結されている。手根管１８０の厚み方向には複数の穴が貫通して設けられ、これらの穴を通して複数の腱３００が所定の方向に向けられ図１に示した人工筋４００の一端部に固定される。なお、本実施の形態においては、各骨部材の長手方向の寸法が短手方向の寸法よりも長いことは必須要件ではなく、各骨部材を伸展又は屈曲させる腱３００が配される方向を長手方向と称する。
各指の例えば末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ、基節骨ＰＰ、及び中手骨ＭＥＢの少なくとも１つであって把持対象物に接触する部位（すなわち手の掌側）には、把持対象物ＯＢＪを保持したときの保持力を検出する力センサ１６０が設けられていてもよい。また、各関節部には、相連結する部材間の角度（関節角）を検出する角度センサ１７０が設けられていてもよい。これらの力センサ１６０及び角度センサ１７０は、本発明の指機構部１００においては必須の構成要件ではない。しかし、把持対象物ＯＢＪの形や固さがあらかじめ分かっている場合には、こうしたセンサを取り付けることで各指の動きの範囲を自動制御することができる。
図３は、図２の指機構部１００の構造とまったく同じであるが、外観の角度を変えている。図２と同じ部位には同じ符号を付す。図の煩雑さを排除するために、各指の末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ、基節骨ＰＰ、及び中手骨ＭＥＢ等には符号は付していない。図３は、母指ＴＨＵＭＢの手根中手関節ＣＭ（ＣＭＸ，ＣＭＹ）の部位をさらに詳しく示すために用意している。
母指ＴＨＵＭＢは、他の指と同様に末節骨ＤＰ、基節骨ＰＰ、及び中手骨ＭＥＢ（ＭＥＢ１，ＭＥＢ２）を備えるが、他の指が有する中節骨ＭＩＰは備えていない。中手骨ＭＥＢは他の指とは異なり、分割された第１中手骨ＭＥＢ１及び第２中手骨ＭＥＢ２で構成される。こうした構成により、母指ＴＨＵＭＢの手根中手関節ＣＭは、他の手根中手関節ＣＭとは異なり、第１手根中手関節ＣＭＸと第２手根中手関節ＣＭＹで構成される。第１手根中手関節ＣＭＸは、第１中手骨ＭＥＢ１と第２中手骨ＭＥＢ２とを連係し、第２手根中手関節ＣＭＹは、第２中手骨ＭＥＢ２と手根骨ＣＢとを連係する。
母指ＴＨＵＭＢのつけ根となる手根中手関節を２つの関節に分けることにより、母指ＴＨＵＭＢの自由度が拡大し、特に小指ＬＦと対向できる角度幅が広がるので対象物の把持力が向上する。
なお、図１〜図３では５本の指を備えた指機構部１００の例を示したが、指の数は５本に限らず、複数であればよい。例えば、指機構部１００を２本の指で構成する場合には、母指ＴＨＵＭＢと示指ＩＦとで構成すればよく、３本の指で構成する場合には、さらに中指ＭＦを加えて構成するとよい。さらに、例えば示指ＩＦに相当する指を４本用意して、同じ指で複数の指を構成するようにしてもよい。
図４は腱拮抗関節の動作を説明するための説明図である。腱拮抗関節なる用語に類似する用語として拮抗腱駆動なるものが知られている。両者は伸展腱と屈曲腱の２つの腱を拮抗させるという点ではほぼ同じといえる。しかし、腱拮抗関節は、拮抗腱駆動を実行するに好適な関節の構造に重点を置く点で相違する。換言すれば、本実施の形態に係る腱拮抗関節は、関節の回動の大きさを腱の拮抗によって一義的に決定できるに好適な構造を有する関節であるとも言える。図４に示す腱拮抗関節及びその基本動作は、図２及び図３に示した母指ＴＨＵＭＢ、示指ＩＦ、中指ＭＦ、環指ＲＦ、及び小指ＬＦの各関節に共通して適用される。
指機構部１００は、図４に示すように、第１骨部材１、第２骨部材２、第３骨部材３、及び第４骨部材４を備える。これらの骨部材は、例えばアクリロニトリル−ブダジエン−スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）で構成される。第１骨部材１の遠位側の端部には腱ガイドＧ１，Ｇ２がそれぞれ設けられている。第１骨部材１及び第２骨部材２は回動芯１１により、第２骨部材２及び第３骨部材３は回動芯１２により、第３骨部材３及び第４骨部材４は回動芯１３によりそれぞれ回動可能に連結されている。回動芯１１〜１３は、本発明の各関節に相当する。第２骨部材２の近位側の端部には腱ガイドＧ３，Ｇ４が設けられ、遠位側の端部には腱ガイドＧ５，Ｇ６がそれぞれ設けられている。第３骨部材３の近位側の端部には腱ガイドＧ７，Ｇ８、遠位側の端部には腱ガイドＧ９，Ｇ１０がそれぞれ設けられている。腱ガイドＧ１〜Ｇ１０は、例えば第１乃至第４骨部材１〜４と同じ材料、又はＰＥ（ポリエチレン）、ＰＡ（ポリアセタール）等で構成することができる。
図４は、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂが腱ガイドＧ１〜Ｇ１０により案内されて、回動芯１１〜１３に接触した状態を示している。回動芯１１は、断面形状の一部が円形をなす曲面部を有しており、第２骨部材２と一体的に形成されている。また、回動芯１２は、断面形状の一部が円形をなす曲面部を有しており、第３骨部材３と一体的に形成されている。更に、回動芯１３は、断面形状の一部が円形をなす曲面部を有しており、第４骨部材４と一体的に形成されている。
図４の例では、回動芯１１〜１３は第２乃至第４骨部材２〜４のいずれかと一対的に形成した構成としたが、第１乃至第４骨部材１〜４から分離して設けてもよい。また、回動芯１１〜１３の形状は円形に限らず、楕円形であってもよい。もちろん円形と楕円形の組み合わせの形状であってもよい。いずれにしても回動芯１１〜１３の表面の一部に弧形部を有し、腱ガイドＧ１〜Ｇ１０の作用により、回動芯１１〜１３と伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂとの接触長が変化するものであれば回動芯１１〜１３の形状は限定されない。
図４は、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂが近位側から遠位側に向かって、すなわち、第１骨部材１から第４骨部材４に向かい回動芯１１〜１４の曲面部に接触して延設されている状態を示す。伸展腱３００Ａは人の手の甲側に、屈曲腱３００Ｂは手の掌側にそれぞれ配設される。伸展腱３００Ａの一端は指機構部１００が備える人工筋４００，４００，…，４００のうちの１つである人工筋４００Ａ（図５を参照，以下では伸筋４００Ａとも称する）に接続される。伸展腱３００Ａの他端と第４骨部材４との固定部位は、引っ張り応力を受け機械的強度が劣化することが憂慮される。こうした不具合を排除するには両者同士を完全に固着せずに応力を緩和できるように、例えば、伸展腱３００Ａを第４骨部材４の一部に結んで取り付けるようにするとよい。
屈曲腱３００Ｂの一端は伸展腱３００Ａが接続される人工筋４００Ａとは別の人工筋４００である人工筋４００Ｂ（図５を参照，以下では屈筋４００Ｂとも称する）に接続される。屈曲腱３００Ｂの他端と第４骨部材４との固定部位は、伸展腱３００Ａと同様に引っ張り応力を受け機械的強度が劣化することが憂慮される。こうした不具合を排除するには両者同士を完全に固着せずに応力を緩和できるように、例えば、屈曲腱３００Ｂを第４骨部材４の一部に結んで取り付けるようにするとよい。
腱３００は弾性体であり，伸筋の牽引力Ｆｅと屈筋の牽引力Ｆｆにより伸長し，伸長量に応じた内部張力を発生させる。牽引力Ｆｅ及びＦｆに対抗する内部張力は腱３００の断面積Ａ，腱３００の歪みε，腱３００のヤング率Ｅを用いて、Ａ×Ｅ×εで与えられる。ここで腱３００の歪みεは、腱３００の自由長Ｌ０と伸長量ΔＬよりΕ＝ΔＬ／Ｌ０で与えられる。
ここで、屈曲腱３００Ｂの伸長量Ｌｆ(DIP) ，Ｌｆ(PIP) ，Ｌｆ(MP)と、伸展腱３００Ａの伸長量Ｌｅ(DIP) ，Ｌｅ(PIP) ，Ｌｅ(MP)とは、伸筋の牽引力をＦｅ，屈筋の牽引力をＦｆとしたとき、
Ｆｅ＝Ａ×Ｅ×（Ｌｆ(MP) ＋Ｌｆ(PIP) ＋Ｌｆ(DIP)）／Ｌｆ０、
Ｆｆ＝Ａ×Ｅ×（Ｌｅ(MP) ＋Ｌｅ(PIP) ＋Ｌｅ(DIP)）／Ｌｅ０
で求められる。ただし，断面積Ａ及びヤング率Ｅは、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂの双方で同じと仮定している。また，伸展腱３００Ａの自由長をＬｅ０，屈曲腱３００Ｂの自由長をＬｆ０としている。上記２つの式は、伸筋４００Ａの牽引力と屈曲腱３００Ｂの内部張力が等しく、屈筋４００Ｂの牽引力と伸展腱３００Ａの内部張力が等しいことを示している。
本実施の形態では、回動芯１１〜１３の半径（直径）を遠位側から近位側に向かって徐々に増加させている（以下回動傾斜という）。すなわち、回動芯１３、回動芯１２、回動芯１１の順で半径（直径）が増加するようにしている。回動傾斜の割合は１０％〜４０％であることが好ましい。特に、回動芯１１〜１３の半径の比（ｒ(MP)：ｒ(PIP) ：ｒ(DIP)）を１.６２：１.２７：１とするとよい。こうした回動傾斜をもたせることで、回動順序は中手指節関節ＭＰの回動完了後に近位指節間関節ＰＩＰが回動し始め、近位指節間関節ＰＩＰの回動完了後に遠位指節間関節ＤＩＰが回動し始める。これを把持対象物ＯＢＪの把持に適用した場合、基節骨ＰＰが先ず把持対象物ＯＢＪに接触することにより、中手指節関節ＭＰの回動が制限された場合、近位指節間関節ＰＩＰが回動し、中節骨ＭＩＰが把持対象物ＯＢＪに接触する。その後，遠位指節間関節ＤＩＰが回動し、末節骨ＤＰが把持対象物ＯＢＪに接触する。ここで、回動芯１１〜１３と腱３００との接触長は、各関節における回動半径と回動角とにより直接的に求まる。例えば、中手指節関節ＭＰにおける屈曲腱３００Ｂの接触長Ｌｆ(MP)は、回動半径ｒ(MP) ×回動角で求まる。他の関節との接触長、及び伸展腱３００Ａと関節との接触長についても同様である。
図５は指を伸展させた状態を説明する模式的説明図である。図５は、人工筋４００Ａの短手方向が最大に膨張し、人工筋４００Ｂが最大に弛緩した状態を示している。こうした状態は、伸展腱３００Ａが最も伸長した状態であり、屈曲腱３００Ｂが最も緩んだ状態となり、末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ、基節骨ＰＰ、及び中手骨ＭＥＢがほぼ一直線上に並ぶ。こうした状態を図４を用いて説明すると、屈曲腱３００Ｂの伸長量Ｌｆ(DIP) ，Ｌｆ(PIP) ，Ｌｆ(MP)が最大であり，伸展腱３００Ａの伸長量Ｌｅ(DIP) ，Ｌｅ(PIP) ，Ｌｅ(MP)は最小となる。伸展腱３００Ａの牽引力をＦｅ，屈曲腱３００Ｂの牽引力をＦｆとしたとき、
Ｆｅ＝Ａ×Ｅ×（Ｌｆ(MP) ＋Ｌｆ(PIP) ＋Ｌｆ(DIP)）／Ｌｆ０、
Ｆｆ＝Ａ×Ｅ×（Ｌｅ(MP) ＋Ｌｅ(PIP) ＋Ｌｅ(DIP)）／Ｌｅ０≒０
で求められる。ただし，断面積Ａ及びヤング率Ｅは、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂの双方で同じと仮定している。また，伸展腱３００Ａの自由長をＬｅ０，屈曲腱３００Ｂの自由長をＬｆ０としている。
図６は指を屈曲させた状態を説明する模式的説明図である。図６は人工筋４００Ｂの短手方向が最大に膨張し、人工筋４００Ａが最大に弛緩した状態を示している。こうした状態は、屈曲腱３００Ｂが最も屈曲した状態であり、伸展腱３００Ａが最も緩んだ状態となり、末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ、基節骨ＰＰ、及び中手骨ＭＥＢの相隣接する骨同士は例えば６０度から９０度の角度をもって配置される。こうした状態について図４を用いて説明すると、図６の状態は，屈曲腱３００Ｂの伸長量Ｌｆ(DIP) ，Ｌｆ(PIP) ，Ｌｆ(MP)は最小であり，伸展腱３００Ａの伸長量Ｌｅ(DIP) ，Ｌｅ(PIP) ，Ｌｅ(MP)は最大になる。伸展腱３００Ａの牽引力をＦｅ、屈曲腱３００Ｂの牽引力をＦｆとしたとき、
Ｆｅ＝Ａ×Ｅ×（Ｌｆ(MP) ＋Ｌｆ(PIP) ＋Ｌｆ(DIP)）／Ｌｆ０≒０、
Ｆｆ＝Ａ×Ｅ×（Ｌｅ(MP) ＋Ｌｅ(PIP) ＋Ｌｅ(DIP)）／Ｌｅ０
で求められる。ただし，断面積Ａ及びヤング率Ｅは、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂの双方で同じと仮定している。また，伸展腱３００Ａの自由長をＬｅ０，屈曲腱３００Ｂの自由長をＬｆ０としている。
図５及び図６に示すように、人工筋４００Ａ，４００Ｂの端部には丸みを持った自在継手５２０を設けている。これは、人工筋４００Ａ及び４００Ｂの膨張度合い（収縮度合い）に関わらず、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂと、それぞれが接続されている自在継手５２０の中心Ｐとを結ぶ線分が人工筋４００Ａ及び４００Ｂの短手方向の中心線ＣＬ上に重ならせるためである。こうした構成によって、人工筋４００Ａ及び４００Ｂの動きを滑らかにする共に、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂ並びに人工筋４００Ａ，４００Ｂにかかる負荷を緩和している。
図７は母指ＴＨＵＭＢの機構を示す。母指ＴＨＵＭＢは、他の４つの指の機構とは異なり、４本の腱３１４，３２４，３３４，３４４とそれらを個々に駆動する４つの人工筋４１２，４２２，４３２，４４２を備える。
母指ＴＨＵＭＢは、末節骨ＤＰ、基節骨ＰＰ、及び中手骨ＭＥＢを備え、中手骨ＭＥＢの中間部には第１手根中手関節ＣＭＸが設けており、中手骨ＭＥＢは第１中手骨ＭＥＢ１と第２中手骨ＭＥＢ２とに分割された構成となっている。末節骨ＤＰと基節骨ＰＰとは指節間関節ＩＰを介し、基節骨ＰＰと第１中手骨ＭＥＢ１とは中手指節関節ＭＰを介し、第１中手骨ＭＥＢ１と第２中手骨ＭＥＢ２とは第１手根中手関節ＣＭＸを介し、第２中手骨ＭＥＢ２と手根骨ＣＢとは第２手根中手関節ＣＭＹを介してそれぞれ回動可能に連結されている。
母指ＴＨＵＭＢに設けた指節間関節ＩＰ、中手指節関節ＭＰ、及び第１手根中手関節ＣＭＸは、腱３２４，３３４の張力により回動する。腱３２４及び３３４は、それぞれ人工筋４２２，４３２の膨らみと縮みで張力が与えられる。腱３２４は、母指ＴＨＵＭＢを伸展させる、いわゆる伸展腱として、腱３３４は、母指ＴＨＵＭＢを屈曲させる、いわゆる屈曲腱としてそれぞれ作用する。腱３２４，３３４は第２手根中手関節ＣＭＹの回動には関与していない。以下では、腱３２４を伸展腱３２４とも記載し、腱３３４を屈曲腱３３４とも記載する。
母指ＴＨＵＭＢに設けた第２手根中手関節ＣＭＹは、他の関節とは異なり、腱３１４，３４４の張力により回動する。腱３１４，３４４は、それぞれ人工筋４１２，４４２の膨らみと縮みで張力が与えられる。腱３４４は、母指ＴＨＵＭＢの内転筋の動作を制御する。内転筋は、母指ＴＨＵＭＢを小指ＬＦ側の方向に引く筋である。把持対象物ＯＢＪの大きさと形状に即応して母指ＴＨＵＭＢと他の指との対向距離や相対的距離を制御することは、把持対象物ＯＢＪの掴みに安定性と適切な保持強度を与える。腱３１４は腱３４４とは反対の作用を有する。すなわち、母指ＴＨＵＭＢの位置を小指ＬＦ側からより遠ざけようとする外転筋の動きを制御する。これによって、把持対象物ＯＢＪの大きさと形状に即応した離す動作の迅速性と安全性を与える。以下では、腱３１４を外転筋腱３１４とも記載し、腱３４４を内転筋腱３４４とも記載する。
人工筋４１２，４２２，４３２及び４４２は、図１等に示す電磁弁６００で駆動されるマニホールド６５０側から供給されるエアの加圧、減圧により伸縮制御される。エアはフランジ５００、リブ５１０側に取り付けた人工筋４１２，４２２，４３２及び４４２の一端側に設けられたエア供給口・吸引口５３０（図１１を参照）からそれぞれ供給される。
図８は腱３００の断面図である。腱３００は，人工筋４００の牽引力により弾性変形を行うコア部３１０と、コア部３１０を保護するシース部３２０とにより構成される複合構造である。コア部３１０には，ヤング率が例えば０.５ＧＰａから２ＧＰａとなるナイロン，ポリエチレン等の合成樹脂繊維を用いる。コア部３１０は内部張力ＦＩを腱拮抗関節に働く力に変換する。
シース部３２０は，コア部３１０と同じ材料で構成することができる。シース部３２０は、ビニル等の樹脂組成物を筒状に編まれており、コア部３１０より小さな力で伸長することができる。シース部３２０の機能は，コア部３１０が回動芯１１〜１３，腱ガイドＧ１〜Ｇ１０等の部材に接触することを防止し，摩擦等による牽引力の逸失と、コア部３１０の摩耗とを防止することである。
図９は実施の形態１に係るロボットハンドシステムの全体構成を説明するブロック図である。実施の形態１に係るロボットハンドシステムは、上述したロボットハンド１０００、ロボットハンド１０００が装着されるロボットＲＯＢ、ロボットＲＯＢに対して各種指令を与えるコントローラＣＯＮ、及び把持対象物ＯＢＪを含む周辺環境を撮像する撮像装置ＣＡＭを備える。
コントローラＣＯＮは、いわゆるコンピュータ装置であり、各種の情報を受付ける入力インタフェース、入力インタフェースを通じて受付けた情報を基に各種演算処理や情報処理を行う処理回路、処理回路が生成した情報を外部へ出力する出力インタフェース等（不図示）を備える。コントローラＣＯＮは、例えば把持対象物ＯＢＪに関する掴みと置きの制御条件であるＰ＆Ｐ条件（Pick and Place条件）の入力を受付ける。Ｐ＆Ｐ条件は、把持対象物ＯＢＪに応じて、ロボットハンド１０００を操作又は管理するユーザにより適宜設定され得る。把持対象物ＯＢＪは任意の物体である。例えば、桃、トマト等の果菜類、コロッケ、唐揚等の食材類などの柔らかい物であってもよい。また、サラダ、惣菜等の形状が定められていない物であってもよい。また、把持対象物ＯＢＪは、玩具などの比較的小さな物であってもよい。Ｐ＆Ｐ条件は、例えば、把持対象物ＯＢＪの重さ、形状、柔らかさ、色、つや等の条件を含み得る。
ロボットＲＯＢは、例えばＮ−ＪＩＫＵ（出願人の登録商標）であり、コントローラＣＯＮに接続されると共に、ロボットハンド１０００が装着される。ロボットＲＯＢには、上述したＰ＆Ｐ条件を含む各種条件がコントローラＣＯＮを通じて入力される。ロボットＲＯＢは、コントローラＣＯＮを通じて入力された各種条件を基に、関節角や掴み力などの把持対象物ＯＢＪに応じた各種データや各種動作指令をロボットハンド１０００に対して与える。
ロボットハンド１０００は、把持対象物ＯＢＪの把持に係る動作指令を受付けた場合、把持対象物ＯＢＪを把持する動作に入る。把持動作の際に把持対象物ＯＢＪが置かれた場所の周辺環境の情報が必要となる場合がある。コントローラＣＯＮは、例えば、把持対象物ＯＢＪが置かれた周辺環境の撮像データを撮像装置ＣＡＭから取得し、取得した撮像データを解析することによって、把持対象物ＯＢＪが置かれた場所の周辺環境の情報を取得することが可能である。また、コントローラＣＯＮは、撮像装置ＣＡＭから得られる撮像データを解析することによって、把持対象物ＯＢＪの３次元情報を取得し、把持位置、把持姿勢等を決定してもよい。コントローラＣＯＮは、入力されたＰ＆Ｐ条件、撮像データを解析することによって得られる把持対象物ＯＢＪの周辺環境に係る情報や３次元情報などを基に、把持対象物ＯＢＪに適合する動作指令を与える。ロボットハンド１０００は、コントローラＣＯＮから与えられる動作指令に基づき、指機構部１００における関節角及び力の自律的制御を行い、把持型、保持力、指関節の硬さなどの制御（コンプライアンス制御）を実現する。
なお、把持対象物ＯＢＪの周囲環境に係る情報をコントローラＣＯＮに事前に与えることが可能である場合、撮像装置ＣＡＭからの撮像データは不要であるから、ロボットハンドシステムには撮像装置ＣＡＭが含まれていなくてもよい。
図１０はロボットハンド１０００の制御系の構成を説明するブロック図である。図１０では、ロボットハンド１０００を構成する各指機構の関節、人工筋、腱、及び電磁弁の繋がりを示している。作図の便宜上、図１０では、母指ＴＨＵＭＢ及び示指ＩＦのみが把持対象物ＯＢＪに対向した状態を示しているが、中指ＭＦ、環指ＲＦ及び小指ＬＦも示指ＩＦと同じ関節を有し、かつ把持対象物ＯＢＪに接触または対向しているものとする。
母指ＴＨＵＭＢは、末節骨ＤＰ、基節骨ＰＰ、及び中手骨ＭＥＢを有する。末節骨ＤＰには力センサ１６０が取り付けられ、基節骨ＰＰには別の力センサ１６０が取り付けられている。力センサ１６０は、母指ＴＨＵＭＢが把持対象物ＯＢＪに与える接触力を検知する。さらにこれまでの説明で明らかなように骨同士は、指節間関節ＩＰ、中手指節関節ＭＰ、第１手根中手関節ＣＭＸ、及び第２手根中手関節ＣＭＹを介して回動可能に連結されている。指節間関節ＩＰ、中手指節関節ＭＰ、第１手根中手関節ＣＭＸ、及び第２手根中手関節ＣＭＹのそれぞれには角度センサ１７０が取り付けられている。角度センサ１７０は、関節角すなわち、骨同士の相対的な傾きの角度を検知し、ＣＰＵ７０１へ出力する。
母指ＴＨＵＭＢの基本的な制御は、ロボットハンド１０００全体を制御する制御基板７００及びこれに実装されたＣＰＵ７０１に対して、各種の動作指令を与えることによって行う。動作指令は、例えば図９に示したコントローラＣＯＮより与えることができる。
コントローラＣＯＮ等の外部入力手段を介して例えば把持対象物ＯＢＪを掴むための把持命令が制御基板７００に実装されたＣＰＵ７０１に入力されると、ＣＰＵ７０１は、各指を屈伸するための制御信号を電磁弁６１２，６２２，６３２及び６４２に伝える。制御信号を受けた電磁弁６１２，６２２，６３２及び６４２は、人工筋４００（具体的には、外転筋４１２，伸筋４２２，屈筋４３２及び内転筋４４２）が伸縮するように給排制御を行う。給排制御とは、人工筋４００（４１２，４４２，４３２，４４２）の内部にエアを供給する加圧処理またはエアを抜くための減圧処理である。
人工筋４００（４１２，４４２，４３２及び４４２）の伸縮により、腱３１４，３２４，３３４及び３４４を引っ張る牽引力が発生し、これによって腱３１４，３２４，３３４及び３４４に張力が発生する。
外転筋腱３１４及び内転筋腱３４４に働く張力は、第２手根中手関節ＣＭＹを制御する。図７の説明でも述べたが母指ＴＨＵＭＢに設けた第２手根中手関節ＣＭＹは他の指には設けていないものである。
伸展腱３２４に働く張力は、第２手根中手関節ＣＭＹを除く他の関節を回動するモーメントとして作用する。したがって、この張力は、指節間関節ＩＰ、中手指節関節ＭＰ及び第１手根中手関節ＣＭＸを回動するモーメントとして作用する。
屈曲腱３３４に働く張力３３は、第２手根中手関節ＣＭＹを除く他の関節を回動するモーメントとして作用する。したがって、この張力は、指節間関節ＩＰ、中手指節関節ＭＰ及び第１手根中手関節ＣＭＸを回動するモーメントとして作用する。
以上、母指ＴＨＵＭＢの各関節の回動制御について説明した。図７においても述べたが、母指ＴＨＵＭＢは、他の指に設けられた腱３００に加え、外転筋の動きを制御する外転筋腱３１４と、内転筋の動きを制御する内転筋腱３４４とが付け加えられ、母指ＴＨＵＭＢの動く範囲を従前よりも広くしたことを特徴の１つとしている。
次に、示指ＩＦの構成について述べる。示指ＩＦは、末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ、基節骨ＰＰ、及び中手骨ＭＥＢを有する。末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ及び基節骨ＰＰには力センサ１６０が取り付けられている。力センサ１６０は、示指ＩＦが把持対象物ＯＢＪに与える接触力を検知する。これまでの説明で明らかなように骨同士は、遠位指節間関節ＤＩＰ、近位指節間関節ＰＩＰ、中手指節関節ＭＰを介して回動可能に連結されている。遠位指節間関節ＤＩＰ、近位指節間関節ＰＩＰ、及び中手指節関節ＭＰそれぞれには角度センサ１７０が取り付けられている。角度センサ１７０は、関節角すなわち、骨同士の相対的な傾きの角度を検知し、ＣＰＵ７０１へ出力する。
示指ＩＦの基本的な制御は、母指ＴＨＵＭＢと同様に、ロボットハンド１０００の制御基板７００に実装されたＣＰＵ７０１に各種の動作指令を与えることで行う。動作指令は、例えば図９に示したコントローラＣＯＮより与えることができる。
コントローラＣＯＮ等の外部入力手段を介して例えば把持対象物ＯＢＪを掴むための把持命令を入力すると、ＣＰＵ７０１は、各指を屈伸するための制御信号を電磁弁６５２，６６２に伝える。制御信号を受けた電磁弁６５２及び６６２は、人工筋４００（具体的には、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂ）が伸縮するように給排制御を行う。給排制御とは具体的には人工筋４００（４００Ａ，４００Ｂ）の内部にエアを供給する加圧処理またはエアを抜くための減圧処理である。
人工筋４００（４００Ａ，４００Ｂ）の伸縮により、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂを引っ張る牽引力が発生し、これによって伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂに張力が発生する。この張力は各関節を回動するモーメントとなる。すなわち、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂに働く張力は、遠位指節間関節ＤＩＰ、近位指節間関節ＰＩＰ及び中手指節関節ＭＰを回動するモーメントとして作用する。
母指ＴＨＵＭＢ、示指ＩＦ、中指ＭＦ、環指ＲＦ及び小指ＬＦにそれぞれ取り付けられた力センサ１６０は、接触力に係るセンサ値をＣＰＵ７０１へ出力する。また、各指の各関節に取り付けられた角度センサ１７０は、各関節の関節角に係るセンサ値をＣＰＵ７０１へ出力する。これらのセンサ値は、制御基板７００を通じて、コントローラＣＯＮへ出力されてもよい。ロボットハンド１０００のユーザは、力センサ１６０及び角度センサ１７０のセンサ値に基づき、Ｐ＆Ｐ条件の現状を維持するか、それとも変更又は修正するかを判断してもよい。
以上に述べたロボットハンド１０００及び指機構部１００の動作と制御は、それらの把持力及び関節角をフィードバックし、対象物の大きさ、形状、柔らかさ等に合わせて逐次制御条件を調整、制御するものであり、これがロボットハンドのコンプライアンス制御である。
図１１は指機構部１００における牽引力の伝達機構を説明する説明図である。図１１は、指機構部１００の関節、人工筋、腱、及び電磁弁の繋がりを示し、把持対象物ＯＢＪに母指ＴＨＵＭＢと示指ＩＦが接触または近接しているときの状態を表している。なお、図１１は作図の便宜上、２つの指の各関節のみを示したが、中指ＭＦ、環指ＲＦ及び小指ＬＦも示指ＩＦと同じ関節を有し、把持対象物ＯＢＪに対向している。
母指ＴＨＵＭＢは、指節間関節ＩＰ、中手指節関節ＭＰ、及び第１手根中手関節ＣＭＸを備える。指節間関節ＩＰ、中手指節関節ＭＰ、第１手根中手関節ＣＭＸの曲面部（弧形部）には、伸展腱３２４と屈曲腱３３４が懸架され、近位側から遠位側に向かって、すなわち第１手根中手関節ＣＭＸから指節間関節ＩＰ側に向かって延設されている。伸展腱３２４及び屈曲腱３３４の一端はそれぞれ人工筋４２２及び４３２の一端に接続し、人工筋４２２及び４３２の他端はエア供給口・吸引口５３０を備える。人工筋４２２及び４３２のエア供給口・吸引口５３０はそれぞれ電磁弁６２２，６３２側に繋がっている。
母指ＴＨＵＭＢは、更に第２手根中手関節ＣＭＹを備える。第２手根中手関節ＣＭＹは、母指ＴＨＵＭＢの外転筋４１２と内転筋４４２の動作を制御する。第２手根中手関節ＣＭＹには外転筋腱３１４と内転筋腱３４４が懸架される。外転筋腱３１４及び内転筋腱３４４の一端はそれぞれ人工筋４１２及び４４２の一端に接続し、人工筋４１２及び４４２の他端はエア供給口・吸引口５３０を備える。エア供給口・吸引口５３０はそれぞれ電磁弁６１２，６４２側に繋がっている。
示指ＩＦは、遠位指節間関節ＤＩＰ、近位指節間関節ＰＩＰ、中手指節関節ＭＰ及び手根中手関節ＣＭを備える。これらの関節の曲面部（弧形部）には、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂが懸架され、近位側から遠位側に向かって、すなわち、手根中手関節ＣＭから遠位指節間関節ＤＩＰ側に向かって延設されている。伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂの一端はそれぞれ伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂの一端に接続し、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂの各他端は、エア供給口・吸引口５３０の一端に接続する。エア供給口・吸引口５３０の他端は電磁弁６５２，６６２側に繋がっている。
図１１には作図と説明の便宜上示指ＩＦを例示したが、中指ＭＦ、環指ＲＦ、及び小指ＬＦは、示指ＩＦとほぼ同様の構成であるので説明は省略する。
ここで、母指ＴＨＵＭＢ側を駆動する電磁弁６２２，６３２を例に取り上げ、その動作の分担、作用等について説明する。電磁弁６２２は電磁弁Ｉ及び電磁弁ＩＩの２つで構成される。電磁弁Ｉは、人工筋４４２を加圧して、人工筋４４２の短手方向を膨張するように働く。人工筋４４２の短手方向が膨張すると伸展腱３２４を人工筋４４２の長手方向に引っ張る。こうした作用を与える電磁弁Ｉの弁機能を本書で「伸筋加圧」と称する。
電磁弁ＩＩは、人工筋４４２を減圧して、人工筋４４２の短手方向を縮ませ、その長手方向を伸張するように働く。人工筋４４２の長手方向が伸張すると伸展腱３２４は第１手根中手関節ＣＭＸ側に向かって移動する。こうした作用を与える電磁弁ＩＩの弁機能を本書で「伸筋減圧」と称する。
電磁弁ＩＩＩは、人工筋４３２を加圧して、人工筋４３２の短手方向を膨張するように働く。人工筋４３２の短手方向が膨張すると屈曲腱３３４を人工筋４３２の長手方向に引っ張る。こうした作用を与える電磁弁ＩＩＩの弁機能を本書で「屈筋加圧」と称する。
電磁弁ＩＶは、人工筋４３２を減圧して、人工筋４３２の短手方向を縮ませ、その長手方向を伸張するように働く。人工筋４３２の長手方向が伸張すると屈曲腱３３４は第１手根中手関節ＣＭＸ側に向かって移動する。こうした作用を与える電磁弁ＩＶの弁機能を本書で「屈筋減圧」と称する。
以上の説明から明かになるように、本実施の形態に係るロボットハンド１０００は、母指ＴＨＵＭＢの関節を回動するにあたり、伸展腱３２４及び屈曲腱３３４を４つの電磁弁Ｉ〜ＩＶを用いて制御するので、電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフの組み合わせにより１６通りの制御状態を作り出すことができる。また、他の指についても同様であり、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂを４つの電磁弁を用いて制御することができ、電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフの組み合わせにより、それぞれの指について１６通りの制御状態を作り出すことができる。
図１２は電磁弁Ｉ〜ＩＶの制御状態を説明する説明図である。図１２は、図１１に示した電磁弁Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ及びＩＶのオン、オフ動作、各弁の弁機能、及び指機構部１００の動作の関係を示している。
電磁弁Ｉの弁機能は「伸筋加圧」を有する。「伸筋加圧」は、４００Ａ，４２２にエアを供給して加圧しその短手方向を膨張させ、伸展腱３００Ａ，３２４を人工筋４００Ａ，４２２側に引っ張る動作である。
電磁弁ＩＩの弁機能は「伸筋減圧」を有する。「伸筋減圧」は、人工筋４００Ａ，４２２を減圧しその短手方向を縮め、長手方向を伸ばす、すなわち伸展腱３００Ａ，３２４を中手指節関節ＭＰ側に緩める動作である。
電磁弁ＩＩＩの弁機能は「屈筋加圧」を有する。「屈筋加圧」は、人工筋４００Ｂ，４３２にエアを供給し加圧してその短手方向を膨張させるとともに長手方向を縮め、屈曲腱３００Ｂ，３３４を人工筋４００Ａ，４３２側に引っ張る動作である。
電磁弁ＩＶの弁機能は「屈筋減圧」を有する。「屈筋減圧」は、人工筋４００Ｂ，４３２を減圧しその短手方向を縮め、長手方向を伸ばす、すなわち屈曲腱３００Ｂ，３３２を中手指節関節ＭＰ側に緩める動作である。
弁状態（制御状態）は、電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン、オフの組み合わせで１６通り用意される。弁状態０は、電磁弁Ｉ〜ＩＶの４つの弁がすべてオフ状態であることを示す。弁状態０では伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂ（伸展腱３２４及び屈曲腱３３４）が拮抗した状態に置かれる。
弁状態１は、電磁弁ＩＶのみをオンにして、残りの３つの電磁弁をオフとした制御状態である。
弁状態２は、電磁弁ＩＩＩのみをオンにして、残りの３つの電磁弁Ｉ，ＩＩ，ＩＶをオフとした制御状態である。弁状態２は、人工筋４００Ｂ，４３２を短手方向に膨らませて屈曲腱３００Ｂ，３３４を人工筋４００Ｂ，４３２側に引っ張り、各関節と把持対象物ＯＢＪとの接触強度を増加させる、いわゆる「対象物の増締め」を行うときに用いる。
弁状態３は、電磁弁Ｉ，ＩＩをオフにして、電磁弁ＩＩＩ，ＩＶをオンに設定する。弁状態３は、屈筋加圧と屈筋減圧とを併用することができる。この２つの圧力と制御時間とを組み合わせることで、通常の制御では期待できない過渡制御が実現できる。
弁状態４は、電磁弁ＩＩのみをオンにして、残りの３つの電磁弁Ｉ，ＩＩＩ，ＩＶをオフとした制御状態である。
弁状態５は、電磁弁ＩＩ，ＩＶがオンをにして、電磁弁Ｉ，ＩＩＩをオフに設定する。弁状態５は、各指を接触している把持対象物ＯＢＪから離すための、いわゆる指抜きを行うときに採用される。伸筋減圧と屈筋減圧を同時に行うことで人工筋４００を緩んだ状態として、各関節と各腱３００に加わる不要な力を排除してこれらの劣化を防止する。
弁状態６は、電磁弁ＩＩ，ＩＩＩをオンにして、電磁弁Ｉ，ＩＶをオフに設定する。弁状態６は、把持対象物ＯＢＪを把持するときに採用する。把持対象物ＯＢＪを把持するときの好ましい指の姿は、把持対象物ＯＢＪに接触する手掌側の力を強め手の甲側の力を緩めている状態である。したがって伸筋４００Ａ，４２２を減圧し、屈筋４００Ｂ，４３２を加圧することになる。
弁状態７は、電磁弁Ｉをオフにして、残りの電磁弁ＩＩ〜ＩＶをすべてオンに設定する。弁状態７は、電磁弁ＩＩＩ，ＩＶの状態は弁状態３と同じであり、ともにオンに置かれる。
弁状態８は、電磁弁Ｉをオンにして、残りの電磁弁をすべてオフに設定する。弁状態８は、弁状態７と電磁弁のオン、オフ状態が逆転する。弁状態８では伸筋４００Ａ，４２２（伸展腱３００Ａ，３２４）が張られた状態となり、各関節がほぼ一直線上に並んだ状態となる。弁状態８に制御することにより、把持対象物ＯＢＪに対する加圧が解除される。
弁状態９は、電磁弁Ｉ，ＩＶをオンにして、電磁弁ＩＩ，ＩＩＩをオフに設定する。弁状態９では伸筋４００Ａ，４２２（伸展腱３００Ａ，３２４）が張られた状態となり、屈筋４００Ｂ，４３２（屈曲腱３００Ｂ，３３４）は緩んだ状態であり、各指を把持対象物ＯＢＪから開放するには最適な状態となる。
弁状態１０は、電磁弁Ｉ，ＩＩＩをオンにして、電磁弁ＩＩ，ＩＶをオフに設定する。弁状態１０では伸筋４００Ａ，４２２（伸展腱３００Ａ，３２４）及び屈筋４００Ｂ，４３２（屈曲腱３００Ｂ，３３４）がともに張られた状態となり、伸筋４００Ａ，４２２（伸展腱３００Ａ，３２４）と屈筋４００Ｂ，４３２（屈曲腱３００Ｂ，３３４）が拮抗した状態に置かれる。こうした状態は、各人工筋４００の初期状態をチェックする場合や各関節の締め付け、すなわち、関節を硬さを増加するときに採用する。
ロボットハンド１０００は、電磁弁Ｉ〜ＩＶの組み合わせによって、弁状態１１〜１５に示す状態を採用することも可能である。例えば、弁状態１１に制御し、減圧の大きさと減圧時間との組み合わせにより屈筋４００Ｂ，４３２の動作にいろいろな変化をもたせることができる。
弁状態１２〜１４は、伸筋４００Ａ，４２２（伸展腱３００Ａ，３２４）の加圧と減圧とを同時にオンすることができるので、加圧の大きさ及び加圧時間、さらには減圧の大きさ及び減圧時間の組み合わせにより伸筋４００Ａ，４２２の動作にいろいろな変化をもたせることができる。
弁状態１５は、伸筋４００Ａ，４２２（伸展腱３００Ａ，３２４）の加圧と減圧とを同時にオンできることに加え、屈筋４００Ｂ，４３２（屈曲腱３００Ｂ，３３４）の加圧と減圧とを同時にオンできるので、伸筋４００Ａ，４２２及び屈筋４００Ｂ，４３２の動作を併用することが可能となる。本実施の形態に係る指機構の制御においては、１本の指に４つの電磁弁Ｉ〜４と２つの人工筋４００Ａ，４００Ｂ（又は４２２，４３２）を用いて各関節を回動することで、指に多種多様の動作を行えるという特徴が得られる。なお、母指ＴＨＵＭＢについては、外転筋４１２及び内転筋４４２の動作制御にもそれぞれ２つの電磁弁６１２，６４２を用いて動作の制御を行うようにしたので人体の指と手に類似した振る舞いをすることができるという特徴が得られる。
以下、ロボットハンド１０００の制御方法について説明する。
図１３は実施の形態１に係るロボットハンド１０００の制御方法を説明するフローチャートである。コントローラＣＯＮから把持の開始に係る動作指令を受付けた場合、ロボットハンド１０００が備える制御基板７００に搭載されたＣＰＵ７０１は固化制御を実行する（ステップＳ１０１）。ここで、固化制御とは、伸展腱３００Ａの牽引力と屈曲腱３００Ｂの牽引力とを互いに拮抗させた初期化状態に置くことである。具体的には、ＣＰＵ７０１は、前述した弁状態１０となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂを共に加圧状態に制御する。伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂは共に短手方向に膨らみ、長手方向に縮むことによって、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂを牽引し、牽引力を拮抗させる。母指ＴＨＵＭＢが備える伸筋４２２及び屈筋４３２についても同様である。
次いで、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態をならい把持に遷移させる（ステップＳ１０２）。ならい把持とは、把持対象物ＯＢＪの形状に倣って、指機構部１００の各指を把持対象物ＯＢＪに添わせ、ロボットハンド１０００が把持対象物ＯＢＪを掴みに入る動作をいう。具体的には、ＣＰＵ７０１は、前述した弁状態６となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸筋４００Ａを減圧状態、屈筋４００Ｂを加圧状態に制御する。伸展腱３００Ａの張力を弱めることにより、把持対象物ＯＢＪに指機構部１００の各指を添わせる制御が可能となる。母指ＴＨＵＭＢが備える伸筋４２２及び屈筋４３２についても同様である。なお、ステップＳ１０１の固化制御からステップＳ２０のならい把持への遷移は、コントローラＣＯＮからの動作指令を受けて実行する構成であってもよく、固化制御に遷移してから設定時間が経過した後に自動的に実行する構成であってもよい。
次いで、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態を保持に遷移させる（ステップＳ１０３）。保持とは、ロボットハンド１０００が掴んだ把持対象物ＯＢＪを保持する動作をいう。具体的には、ＣＰＵ７０１は、前述した弁状態０となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂの張力を保持した状態に制御する。母指ＴＨＵＭＢが備える伸展腱３２４及び屈曲腱３３４についても同様である。なお、ステップＳ１０２のならい把持からステップＳ１０３の保持への遷移は、コントローラＣＯＮからの動作指令を受けて実行する構成であってもよく、ならい把持に遷移してから設定時間が経過した後に自動的に実行する構成であってもよい。
コントローラＣＯＮから把持動作の開放を指示する動作指令を受付けた場合、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態をならい開放に制御する（ステップＳ１０４）。ならい開放とは、ステップＳ１０３の保持動作を開放するための動作である。ＣＰＵ７０１は、前述した弁状態９となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸筋４００Ａを加圧状態、屈筋４００Ｂを減圧状態に制御する。伸展腱３００Ａの張力を増加させ、屈曲腱３００Ｂの張力を弱めることで保持動作を開放することができる。母指ＴＨＵＭＢが備える伸筋４２２及び屈筋４３２についても同様である。
次いで、ＣＰＵ７０１は、把持作業を終了させるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。コントローラＣＯＮから把持作業の終了指示に係る動作指令を受付けた場合、ＣＰＵ７０１は、把持作業を終了すると判断する。把持作業を終了しないと判断した場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、ＣＰＵ７０１は、ステップＳ１０２へ処理を戻し、他の把持対象物ＯＢＪを掴むためにステップＳ１０２〜Ｓ１０４の一連の処理を実行する。
一方、把持作業を終了すると判断した場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態を弛緩に制御する（ステップＳ１０６）。弛緩は、指機構部１００と把持対象物ＯＢＪや把持対象物ＯＢＪを収容する箱又は容器等との接触を避けるための指抜き、並びに、腱３００及び人工筋４００の保護のための動作である。前述した弁状態５となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂを共に減圧状態に制御する。母指ＴＨＵＭＢが備える伸筋４２２及び屈筋４３２についても同様である。
なお、本実施の形態では、弁状態０〜弁状態１６の何れかの状態に制御する構成としたが、２つの弁状態を時間的に交互に切り替える構成としてもよい。伸展加圧、伸展減圧、屈筋加圧及び屈筋減圧の状態を時間的に切り替えることにより、通常の制御では期待できない過渡制御を実現することができる。
以上のように、実施の形態１では、伸展腱３００Ａと屈曲腱３００Ｂの張力によって回動芯１１〜１３を回動させ、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂの張力が釣り合った状態で回動を自律的に停止させるようにしたので、不定形柔軟物をつぶさず掴むことができる。
また、実施の形態１では、伸展腱３００Ａと屈曲腱３００Ｂの物理的な特性で張力を一義的に決めることができる。
更に、本実施の形態では、回動芯１１，１２，１３の順に伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂとの接触長を長くしているので、把持対象物ＯＢＪを掴む際に、指の関節を広げた後に把持対象物ＯＢＪを包み込むような指の型（把持形）を作り出すことができるので、把持対象物ＯＢＪが不定形柔軟物であってとしても適切に把持することができる。
（実施の形態２）
実施の形態２では、指機構部１００が備える角度センサ及び力センサの出力に基づき、フィードバック制御する構成について説明する。
図１４は実施の形態２に係るロボットハンド１０００の制御手順を説明するフローチャートである。コントローラＣＯＮから把持の開始に係る動作指令を受付けた場合、ロボットハンド１０００が備える制御基板７００に搭載されたＣＰＵ７０１は固化制御を実行する（ステップＳ２０１）。ここで、固化制御とは、伸展腱３００Ａの牽引力と屈曲腱３００Ｂの牽引力とを互いに拮抗させた初期化状態に置くことである。具体的には、ＣＰＵ７０１は、前述した弁状態１０となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂを共に加圧状態に制御する。伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂは共に短手方向に膨らみ、長手方向に縮むことによって、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂを牽引し、牽引力を拮抗させる。母指ＴＨＵＭＢが備える伸筋４２２及び屈筋４３２についても同様である。
次いで、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態を囲い形成に遷移させる（ステップＳ２０２）。囲い形成とは、ロボットハンド１０００をロボットＲＯＢに装着し、把持対象物ＯＢＪを把持及び開放するときの動作の許容範囲、許容領域を決めることである。ロボットハンド１０００には、把持対象物ＯＢＪの大きさ、形状、さらには把持対象物ＯＢＪが置かれている周囲の状態や、把持対象物ＯＢＪを収納する周囲の状態に応じた振る舞いが求められる。例えば、箱に桃を収納するとき、または箱から桃を取り出すときには、箱の端と真ん中とでは指機構の角度を変えておく必要があるので、こうした状況を踏まえて囲い形成を設定する。なお、囲い形成における制御手順は、図１５に示すフローチャートにて詳述する。
次いで、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態を把持に遷移させる（ステップＳ２０３）。把持は、実施の形態１で説明したならい把持とほぼ同じ動作であり、把持対象物ＯＢＪの形状に倣って、指機構部１００の各指を把持対象物ＯＢＪに添わせ、ロボットハンド１０００が把持対象物ＯＢＪを掴みに入る動作をいう。なお、把持における制御手順は、図１６に示すフローチャートにて詳述する。
次いで、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態を保持に遷移させる（ステップＳ２０４）。保持とは、ロボットハンド１０００が掴んだ把持対象物ＯＢＪを保持する動作をいう。具体的には、ＣＰＵ７０１は、前述した弁状態０となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂの張力を保持した状態に制御する。なお、ステップＳ２０３の把持からステップＳ２０４の保持への遷移は、コントローラＣＯＮからの動作指令を受けて実行する構成であってもよく、把持状態に遷移してから設定時間が経過した後に自動的に実行する構成であってもよい。
コントローラＣＯＮから把持動作の開放を指示する動作指令を受付けた場合、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態をならい開放に制御する（ステップＳ２０５）。ならい開放とは、ステップＳ２０４の保持動作を開放するための動作である。ＣＰＵ７０１は、前述した弁状態９となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸筋４００Ａを加圧状態、屈筋４００Ｂを減圧状態に制御する。伸展腱３００Ａの張力を増加させ、屈曲腱３００Ｂの張力を弱めることで保持動作を開放することができる。母指ＴＨＵＭＢが備える伸筋４２２及び屈筋４３２についても同様である。
次いで、ＣＰＵ７０１は、把持作業を終了させるか否かを判断する（ステップＳ２０６）。コントローラＣＯＮから把持作業の終了指示に係る動作指令を受付けた場合、ＣＰＵ７０１は、把持作業を終了すると判断する。把持作業を終了しないと判断した場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、ＣＰＵ７０１は、ステップＳ２０２へ処理を戻し、他の把持対象物ＯＢＪを掴むためにステップＳ２０２〜Ｓ２０５の一連の処理を実行する。
一方、把持作業を終了すると判断した場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０１は、指機構部１００の制御状態を弛緩に制御する（ステップＳ２０７）。弛緩は、指機構部１００と把持対象物ＯＢＪや把持対象物ＯＢＪを収容する箱又は容器等との接触を避けるための指抜き、並びに、腱３００及び人工筋４００の保護のための動作である。前述した弁状態５となるように電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂを共に減圧状態に制御する。母指ＴＨＵＭＢが備える伸筋４２２及び屈筋４３２についても同様である。
図１５は囲い形成の制御手順を示すフローチャートである。ロボットハンド１０００が備える制御基板７００に搭載されたＣＰＵ７０１は、コントローラＣＯＮを通じて関節角に対する目標角、及び接触力の設定値を受付ける（ステップＳ２１１）。
ＣＰＵ７０１は、各センサからのセンサ出力を取得した場合（ステップＳ２１２）、力センサ１６０のセンサ値が設定値より大きいか否かを判断する（ステップＳ２１３）。力センサ１６０のセンサ値が設定値よりも大きい場合（Ｓ２１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０１は、コントローラＣＯＮへの完了報告を行い（ステップＳ２１５）、本フローチャートによる処理を終了する。
力センサ１６０のセンサ値が設定値以下と判断した場合（Ｓ２１３：ＮＯ）、ＣＰＵ７０１は、角度センサ１７０により計測される関節角が目標角と実質的に等しいか否かを判断する（ステップＳ２１４）。角度センサ１７０により計測される関節角が目標角と実質的に等しいと判断した場合（Ｓ２１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０１は、ステップＳ２１５の完了報告を行って、本フローチャートによる処理を終了する。
角度センサ１７０のセンサ値が示す関節角が目標角と実質的に異なると判断した場合（Ｓ２１４：ＮＯ）、ＣＰＵ７０１は、角度センサ１７０により計測される関節角が目標角より大きいか否かを判断する（ステップＳ２１６）。
角度センサ１７０により計測される関節角が目標角より大きいと判断した場合（Ｓ２１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０１は、電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、屈筋４００Ｂ，４３２を減圧状態、伸筋４００Ａ，４２２を加圧状態に制御する（ステップＳ２１７）。ステップＳ２１７の処理は、図１２の弁状態９に相当し、ならい開放の動作に対応する。すなわち、角度センサ値が目標値よりも高いということは、対向する骨同士の距離が目標値よりも縮まっていることになるので、これらを少し離れる方向に制御することになる。上記制御状態に制御した後、ＣＰＵ７０１は、処理をステップＳ２１２へ戻す。
一方、角度センサ１７０により計測される関節角が目標角以下と判断した場合（Ｓ２１６：ＮＯ）、ＣＰＵ７０１は、電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、屈筋４００Ｂ，４３２を加圧状態、伸筋４００Ａ，４２２を減圧状態に制御する（ステップＳ２１８）。ステップＳ２１８は、図１２の弁状態６に相当し、「ならい把持」の動作に対応する。すなわち、角度センサ値が目標値よりも低いということは、対向する骨同士の距離が目標値よりも離れていることであるので、少し近づける方向に制御することになる。上記制御状態に制御した後、ＣＰＵ７０１は、処理をステップＳ２１２へ戻す。
図１６は把持動作の制御手順を示すフローチャートである。ロボットハンド１０００が備える制御基板７００に搭載されたＣＰＵ７０１は、コントローラＣＯＮを通じて関節角に対する目標角、及び接触力の設定値を受付ける（ステップＳ２２１）。
ＣＰＵ７０１は、各センサからのセンサ出力を取得した場合（ステップＳ２２２）、角度センサ１７０により計測される関節角が目標角より大きいか否かを判断する（ステップＳ２２３）。角度センサ１７０により計測される関節角が目標角より大きいと判断した場合（Ｓ２２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０１は、コントローラＣＯＮへの完了報告を行い（ステップＳ２２５）、本フローチャートによる処理を終了する。
角度センサ１７０により計測される関節角が目標角以下と判断した場合（Ｓ２２３：ＮＯ）、ＣＰＵ７０１は、力センサ１６０のセンサ値（すなわち把持力）が設定値と実質的に等しいか否かを判断する（ステップＳ２２４）。力センサ１６０のセンサ値が設定値と実質的に等しいと判断した場合（Ｓ２２４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０１は、ステップＳ２２５の完了報告を行い、本フローチャートによる処理を終了する。
力センサ１６０のセンサ値が設定値と実質的に異なると判断した場合（Ｓ２２４：ＮＯ）、力センサ１６０のセンサ値が設定値より大きいか否かを判断する（ステップＳ２２６）。力センサ１６０のセンサ値が設定値よりも大きい場合（Ｓ２２６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０１は、電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、屈筋４００Ｂ，４３２を減圧状態、伸筋４００Ａ，４２２を加圧状態に制御する（ステップＳ２２７）。ステップＳ２２７は、図１２の弁状態９に相当し、ならい開放の動作に対応する。すなわち、力センサ値が目標値よりも高いということは、把持力が大きいことを意味するので、把持力を弱める方向に制御することになる。上記制御状態に制御した後、ＣＰＵ７０１は、処理をステップＳ２２２へ戻す。
力センサ１６０のセンサ値が設定値以下と判断した場合（Ｓ２２６：ＮＯ）、ＣＰＵ７０１は、電磁弁Ｉ〜ＩＶのオン・オフを制御し、屈筋４００Ｂ，４３２を加圧状態、伸筋４００Ａ，４２２を減圧状態に制御する（ステップＳ２２８）。ステップＳ２２８は、図１２の弁状態６に相当し、ならい把持の動作に等しい。すなわち、力センサ値が目標値よりも低いということは、把持力が弱いことを意味するので、把持力を強くする方向に制御することになる。上記制御状態に制御した後、ＣＰＵ７０１は、処理をステップＳ２２２へ戻す。
以上のように、実施の形態２では、力センサ１６０及び角度センサ１７０のセンサ出力に基づき、フィードバック制御を実行することができるので、把持対象物ＯＢＪを把持している把持形、保持力、指関節の硬さなどを自律的に制御するコンプライアンス制御が可能となる。
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ 第１骨部材
２ 第２骨部材
３ 第３骨部材
４ 第４骨部材
１１，１２，１３ 回動芯
１００ 指機構部
１６０ 力センサ
１７０ 角度センサ
１８０ 手根管
１９０ 手関節
２００ 前腕骨
３００ 腱
３００Ａ 伸展腱
３００Ｂ 屈曲腱
３１４ 外転筋腱
３４４ 内転筋腱
４００，４００Ａ，４００Ｂ 人工筋
５００ フランジ
５１０ リブ
５２０ 自在継手
５３０ エア供給口・吸引口
６００ 電磁弁
６１２，６２２，６３２，６４２，６５２，６６２ 電磁弁
６５０ マニホールド
７００ 制御基板
７０１ ＣＰＵ
１０００ ロボットハンド
ＣＢ 手根骨
ＣＭ 手根中手関節
ＣＭＸ 第１手根中手関節
ＣＭＹ 第２手根中手関節
ＤＩＰ 遠位指節間関節
ＤＰ 末節骨
Ｇ１〜Ｇ８ 腱ガイド
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ 電磁弁
ＩＦ 示指（第２指）
ＬＦ 小指（第５指）
ＭＦ 中指（第３指）
ＭＥＢ 中手骨
ＭＥＢ１ 第１中手骨
ＭＥＢ２ 第２中手骨
ＭＩＰ 中節骨
ＭＰ 中手指節関節
ＰＩＰ 近位指節間関節
ＰＰ 基節骨
ＲＦ 環指（第４指）
ＴＨＵＭＢ 母指（第１指）

Claims (33)

  1. 第１骨部材及び第２骨部材と、
    前記第１骨部材及び前記第２骨部材を長手方向の端部同士で回動可能に連結する第１回動芯と、
    前記第２骨部材が前記第１骨部材に対して伸展する側に配され、前記第１骨部材及び前記第２骨部材の長手方向に沿って延びる伸展腱と、
    前記第１骨部材及び前記第２骨部材の双方に設けられ、前記伸展腱が前記第１回動芯の表面の一部に接触するように前記伸展腱を案内する第１伸展腱ガイドと、
    前記伸展腱に接続されており、前記伸展腱を伸縮させる伸筋と、
    前記第１骨部材が前記第２骨部材に対して屈曲する側に配され、前記第１骨部材及び前記第２骨部材の長手方向に沿って延びる屈曲腱と、
    前記第１骨部材及び前記第２骨部材の双方に設けられ、前記屈曲腱が前記第１回動芯の表面の他部に接触するように前記屈曲腱を案内する第１屈曲腱ガイドと、
    前記屈曲腱に接続されており、前記屈曲腱を伸縮させる屈筋と
    を備える指機構。
  2. 第３骨部材と、
    前記第１骨部材が連結された端部とは反対側の前記第２骨部材の端部にて、前記第３骨部材の端部を回動可能に連結する第２回動芯と、
    前記第２骨部材及び前記第３骨部材の双方に設けられ、前記伸展腱が前記第２回動芯の表面の一部に接触するように前記伸展腱を案内する第２伸展腱ガイドと、
    前記第２骨部材及び前記第３骨部材の双方に設けられ、前記屈曲腱が前記第２回動芯の表面の他部に接触するように前記屈曲腱を案内する第２屈曲腱ガイドと
    を備える請求項１に記載の指機構。
  3. 第４骨部材と、
    前記第２骨部材が連結された端部とは反対側の前記第３骨部材の端部にて、前記第４骨部材の端部を回動可能に連結する第３回動芯と、
    前記第３骨部材及び前記第４骨部材の少なくとも一方に設けられ、前記伸展腱が前記第３回動芯の表面の一部に接触するように前記伸展腱を案内する第３伸展腱ガイドと、
    前記第３骨部材及び前記第４骨部材の少なくとも一方に設けられ、前記屈曲腱が前記第３回動芯の表面の他部に接触するように前記屈曲腱を案内する第３屈曲腱ガイドと
    を備える請求項２に記載の指機構。
  4. 前記第１骨部材、前記第２骨部材、前記第３骨部材及び前記第４骨部材は、それぞれ中手骨、基節骨、中節骨及び末節骨である
    請求項３に記載の指機構。
  5. 前記伸展腱及び前記屈曲腱は、それぞれ前記伸筋及び前記屈筋の牽引力により伸長する弾性体であり、
    前記伸展腱及び前記屈曲腱に発生する内部張力Ｆは、前記伸展腱及び前記屈曲腱の断面積をＡ、ヤング率をＥ、歪みをεとした場合、Ｆ＝Ａ×Ｅ×εで与えられ、前記歪みεは、前記伸展腱及び前記屈曲腱の自由長をＬ０、伸長量をΔＬとした場合、ε＝ΔＬ／Ｌ０で表される
    請求項１から請求項４の何れか１つに記載の指機構。
  6. 前記伸展腱及び前記屈曲腱は、それぞれ前記伸筋及び前記屈筋の牽引力により伸長する弾性体であり、
    前記伸展腱及び前記屈筋の断面積をＡ、ヤング率をＥ、前記伸展腱の自由長をＬｅ０、前記第１回動芯、前記第２回動芯及び前記第３回動芯による前記伸展腱の伸長量をそれぞれＬｅ(MP) 、Ｌｅ(PIP) 及びＬｅ(DIP)、前記屈曲腱の自由長をＬｆ０、前記第１回動芯、前記第２回動芯、及び前記第３回動芯による前記屈曲腱の伸長量をそれぞれＬｆ(MP) 、Ｌｆ(PIP) 及びＬｆ(DIP) とした場合、
    前記伸展腱の牽引力Ｆｅ及び前記屈曲腱の牽引力Ｆｆは、それぞれ
    Ｆｅ＝Ａ×Ｅ×（Ｌｆ(MP) ＋Ｌｆ(PIP)＋Ｌｆ(DIP)）／Ｌｆ０、
    Ｆｆ＝Ａ×Ｅ×（Ｌｅ(MP) ＋Ｌｅ(PIP)＋Ｌｅ(DIP)）／Ｌｅ０
    で表される請求項３に記載の指機構。
  7. 前記伸展腱が最も伸展した場合、前記伸展腱の伸長量の和Ｌｅ(MP) ＋Ｌｅ(PIP) ＋Ｌｅ(DIP) は最大となり、前記屈曲腱の伸長量の和Ｌｆ(DIP) ＋Ｌｆ(PIP) ＋Ｌｆ(MP)は最小となる
    請求項６に記載の指機構。
  8. 前記屈曲腱が最も伸展した場合、前記屈曲腱の伸長量の和Ｌｆ(DIP) ＋Ｌｆ(PIP) ＋Ｌｆ(MP)が最大となり、前記伸展腱の伸長量の和Ｌｅ(MP) ＋Ｌｅ(PIP) ＋Ｌｅ(DIP) は最小となる
    請求項６に記載の指機構。
  9. 前記伸展腱及び前記屈曲腱は、コア部と、該コア部を保護するシース部とを有する
    請求項１から請求項８の何れか１つに記載の指機構。
  10. 前記コア部は、ヤング率が０．５ＧＰａ〜２．０ＧＰａの合成樹脂繊維である
    請求項９に記載の指機構。
  11. 前記第１回動芯、前記第２回動芯及び前記第３回動芯に対する前記伸展腱及び前記屈曲腱の接触長は、前記第１回動芯、前記第２回動芯、前記第３回動芯の順に長い
    請求項３に記載の指機構。
  12. 前記第１回動芯、前記第２回動芯及び前記第３回動芯は、凸状の曲面部を有し、
    前記曲面部の曲率半径は、前記第１回動芯、前記第２回動芯、前記第３回動芯の順に大きい
    請求項３に記載の指機構。
  13. 前記第１回動芯の曲率半径は、前記第２回動芯の曲率半径よりも１０％〜４０％大きく、前記第２回動芯の曲率半径は、前記第３回動芯の曲率半径よりも１０％〜４０％大きい
    請求項１２に記載の指機構。
  14. 前記第１回動芯、前記第２回動芯及び前記第３回動芯の曲率半径の比を、１．６２：１．２７：１としてある
    請求項１２に記載の指機構。
  15. 第ｎ回動芯（ｎは１，２，３の何れか）は、第ｎ骨部材又は第（ｎ＋１）骨部材に固定される
    請求項１から請求項１４の何れか１つに記載の指機構。
  16. 第ｎ回動芯（ｎは１，２，３の何れか）は、第ｎ骨部材及び第（ｎ＋１）骨部材とは分離して設けられる
    請求項１から請求項１４の何れか１つに記載の指機構。
  17. 前記第１乃至第４骨部材、前記第１乃至第３伸展腱ガイド、並びに、前記第１乃至第３屈曲腱ガイドは、同一材料により形成されている
    請求項３に記載の指機構。
  18. 前記第１乃至第４骨部材、前記第１乃至第３伸展腱ガイド、並びに、前記第１乃至第３屈曲腱ガイドは、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂により形成されている
    請求項１７に記載の指機構。
  19. 複数の指を備え、
    該複数の指は、第１乃至第ｍ（ｍは２、３、４の何れか）骨部材、第１乃至第（ｍ−１）回動芯、第１乃至第（ｍ−１）伸展腱ガイド、第１乃至第（ｍ−１）屈曲腱ガイド、伸展腱、屈曲腱、伸筋、並びに、屈筋をそれぞれ備える
    請求項１から請求項１８の何れか１つに記載の指機構。
  20. 前記複数の指は、示指、中指、環指、及び小指の少なくとも１つを含む
    請求項１９に記載の指機構。
  21. 前記複数の指は、母指を含み、
    該母指は、外転筋腱及び該外転筋腱を伸縮させる外転筋、並びに、内転筋腱及び該内転筋腱を伸縮させる内転筋を更に備える
    請求項１９又は請求項２０に記載の指機構。
  22. 前記伸筋及び前記屈筋は、マッキベン型のエア駆動アクチュエータである
    請求項１から請求項２１の何れか１つに記載の指機構。
  23. 前記伸筋及び前記屈筋は、モータ及びプーリを有し、前記モータの駆動により前記伸展腱及び前記屈曲腱を巻き取る方式の人工筋である
    請求項１から請求項２１の何れか１つに記載の指機構。
  24. 前記伸筋及び前記屈筋は、リニアモータ又はバイオメタルを用いた直動方式の人工筋である
    請求項１から請求項２１の何れか１つに記載の指機構。
  25. 請求項１から請求項２４の何れか１つに記載の指機構と、
    該指機構が備える伸筋及び屈筋の収縮度合いを制御する制御部と
    を備えるロボットハンド。
  26. 請求項２２に記載の指機構と、
    該指機構が備えるマッキベン型のエア駆動アクチュエータに対して圧縮空気を供給する供給路に中途に設けられた加圧電磁弁及び減圧電磁弁と、
    前記加圧電磁弁及び前記減圧電磁弁の開閉を制御する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、前記加圧電磁弁及び前記減圧電磁弁の開閉を制御し、前記エア駆動アクチュエータ内の空気圧を調整することにより、前記指機構が備える伸筋及び屈筋の収縮度合いを制御する
    ロボットハンド。
  27. 請求項２６に記載のロボットハンドの制御方法であって、
    前記ロボットハンドが備える制御部は、
    把持対象物を把持する動作の前に前記ロボットハンドの指機構が備える伸展腱及び屈曲腱の牽引力を拮抗させる固化動作、
    前記把持対象物の形状に倣って前記把持対象物を把持するならい把持動作、
    把持した状態を保持する保持動作、
    該保持動作を開放するならい開放動作、及び
    前記指機構が備える伸筋及び屈筋を弛緩させる弛緩動作
    を実行すべく、前記伸筋及び前記屈筋を構成するエア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁及び減圧電磁弁の開閉制御を行う
    ロボットハンドの制御方法。
  28. 前記制御部は、
    前記固化動作を実行する場合、前記伸筋及び前記屈筋を構成するエア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁をそれぞれ開制御し、減圧電磁弁をそれぞれ閉制御する
    請求項２７に記載のロボットハンドの制御方法。
  29. 前記制御部は、
    前記ならい把持動作を実行する場合、前記伸筋を構成するエア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁を閉制御し、減圧電磁弁を開制御すると共に、前記屈筋を構成するエア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁を開制御し、減圧電磁弁を閉制御する
    請求項２７に記載のロボットハンドの制御方法。
  30. 前記制御部は、
    前記保持動作を実行する場合、前記伸筋及び前記屈筋を構成する各エア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁及び減圧電磁弁をそれぞれ閉制御する
    請求項２７に記載のロボットハンドの制御方法。
  31. 前記制御部は、
    前記ならい開放動作を実行する場合、前記伸筋を構成するエア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁を開制御し、減圧電磁弁を閉制御すると共に、前記屈筋を構成するエア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁を閉制御し、減圧電磁弁を開制御する
    請求項２７に記載のロボットハンドの制御方法。
  32. 前記制御部は、
    前記弛緩動作を実行する場合、前記伸筋及び前記屈筋を構成するエア駆動アクチュエータ用の加圧電磁弁をそれぞれ閉制御し、減圧電磁弁をそれぞれ開制御する
    請求項２７に記載のロボットハンドの制御方法。
  33. 前記ロボットハンドは、
    把持対象物に対する接触力を検知する力センサと、
    各骨部材の回動角を検知する角度センサと
    を更に備えており、
    前記制御部は、前記力センサ及び前記角度センサの出力に基づき、前記加圧電磁弁及び前記減圧電磁弁の開閉を制御し、前記エア駆動アクチュエータ内の空気圧を調整することにより、前記指機構が備える伸筋及び屈筋の収縮度合いを制御する
    請求項２７から請求項３２の何れか１つに記載のロボットハンドの制御方法。
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