JP6634430B2

JP6634430B2 - ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法

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Publication number: JP6634430B2
Application number: JP2017227098A
Authority: JP
Inventors: 吉弘宮崎; 昭太奥山; 侑也和田
Original assignee: SQUSE Inc
Current assignee: SQUSE Inc
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2037-11-27
Also published as: JP2019093520A; CN109834725A; US10661450B2; US20190160692A1

Description

本発明は、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、対象物を掴む際、又は掴んだ対象物を離す際に指先を開く構成であるため、例えば、梱包箱の中に複数の対象物を密着させて収納させ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、梱包箱の中に複数の対象物を密着させて収納させることが可能な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。

一態様に係るロボットハンドは、基部と、該基部に支持される複数の指部と、該指部を伸展させる伸展腱と、該伸展腱に接続されており、該伸展腱を伸縮させるエア駆動アクチュエータから構成される伸筋と、前記指部を屈曲させる屈曲腱と、該屈曲腱に接続されており、該屈曲腱を伸縮させるエア駆動アクチュエータから構成される屈筋とを備える指機構、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に対して圧縮空気を供給する供給路の中途に設けられた加圧電磁弁及び減圧電磁弁、並びに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、前記伸筋及び前記屈筋の収縮度合いを制御する制御部を備え、各指部は、第１骨部材と、前記第１骨部材の一端部に回動可能に連結される第２骨部材と、夫々が前記第１骨部材の他端部及び前記基部に回動可能に連結され、前記第１骨部材及び前記基部の間で平行リンク機構を形成する一対の第３骨部材とを備え、前記制御部は、対象物を把持する動作の前に前記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、前記対象物の形状に倣って前記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の少なくとも１つを実行すべく、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を開閉制御するよう構成してある。

また、一態様に係るロボットハンドの制御方法は、基部と、該基部に支持される複数の指部と、該指部を伸展させる伸展腱と、該伸展腱に接続されており、該伸展腱を伸縮させるエア駆動アクチュエータから構成される伸筋と、前記指部を屈曲させる屈曲腱と、該屈曲腱に接続されており、該屈曲腱を伸縮させるエア駆動アクチュエータから構成される屈筋とを備える指機構、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に対して圧縮空気を供給する供給路の中途に設けられた加圧電磁弁及び減圧電磁弁、並びに、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、前記伸筋及び前記屈筋の収縮度合いを制御する制御部を備え、各指部が、第１骨部材と、前記第１骨部材の一端部に回動可能に連結される第２骨部材と、夫々が前記第１骨部材の他端部及び前記基部に回動可能に連結され、前記第１骨部材及び前記基部の間で平行リンク機構を形成する一対の第３骨部材とを備えるロボットハンドの制御方法であって、前記制御部は、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、前記対象物の形状に倣って前記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の少なくとも１つを実行すべく、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、梱包箱の中に複数の対象物を密着させて収納させることができる。

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。腱の断面図である。対象物を把持する前の各指の状態を示す模式的説明図である。対象物を把持した各指の状態を示す模式的説明図である。対象物を離す場合の各指の状態を示す模式的説明図である。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。収納状態を説明する説明図である。対象物を下方へ移動させて収納した状態を示す模式図である。対象物を転がり収納により収納した状態を示す模式図である。転がり収納を説明する説明図である。実施の形態３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。ＣＰＵが読み込むパラメータの一例を示す概念図である。転がり運動の動作手順を説明するフローチャートである。収納順序を説明する説明図である。

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５００，５１０、電磁弁６００、及び制御基板７００を備える。本実施の形態では、指機構部１００は、２本の指（第１指１０１及び第２指１０２）を備える。第１指１０１及び第２指１０２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２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、把持形、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。なお、以下の説明において、第１指１０１及び第２指１０２を区別して説明する必要がない場合には、単に指１０１，１０２とも記載する。

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。前腕骨２００の近位側の端部及び遠位側の端部には夫々フランジ５００，５１０が設けられている。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（加圧制御）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（減圧制御）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８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ー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）５０２に接続されている。自在継手５０２は、フランジ５００の画定された領域に設けられたリブ５０１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は指機構部１００の外観図である。本実施の形態に係る指機構部１００は、第１指１０１（例えば母指又は親指）及び第２指１０２（例えば示指）の２本の指を備える。各指１０１，１０２は、近位側から中手骨ＭＥＢ、２本の基節骨ＰＰ１，ＰＰ２、中節骨ＭＩＰ、及び末節骨ＤＰ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。

中手骨ＭＥＢは前腕骨２００の遠位側の端部に固設されている。基節骨ＰＰ１は基節骨ＰＰ２の近位側に配置されており、その一端は中手骨ＭＥＢに対して、他端は中節骨ＭＩＰに対してそれぞれ回動可能に連結されている。基節骨ＰＰ１の中手骨ＭＥＢ側の回動芯は中手指節関節ＭＰ１を構成する。中手指節関節ＭＰ１は、断面形状の一部が円形又は楕円形をなす曲面部を有しており、例えば基節骨ＰＰ１と一体的に形成されている。また、基節骨ＰＰ１の中節骨ＭＩＰ側の回動芯は近位指節間関節ＰＩＰ１を構成する。近位指節間関節ＰＩＰ１は、断面形状の一部が円形又は楕円形をなす曲面部を有しており、例えば基節骨ＰＰ１と一体的に形成されている。

基節骨ＰＰ２は基節骨ＰＰ１の遠位側に配置されており、その一端は中手骨ＭＥＢに対して、他端は中節骨ＭＩＰに対してそれぞれ回動可能に連結されている。基節骨ＰＰ２の中手骨ＭＥＢ側の回動芯は中手指節関節ＭＰ２を構成する。中手指節関節ＭＰ２は、断面形状の一部が円形又は楕円形をなす曲面部を有しており、例えば基節骨ＰＰ２と一体的に形成されている。また、基節骨ＰＰ２の中節骨ＭＩＰ側の回動芯は近位指節間関節ＰＩＰ２を構成する。近位指節間関節ＰＩＰ２は、断面形状の一部が円形又は楕円形をなす曲面部を有しており、例えば基節骨ＰＰ２と一体的に形成されている。

２本の基節骨ＰＰ１，ＰＰ２は、略同じ長さを有しており、中手骨ＭＥＢと中節骨ＭＩＰとの間で平行リンク機構を形成する。このため、基節骨ＰＰ１，ＰＰ２が中手骨ＭＥＢに対して近位側へ回動した場合、中節骨ＭＩＰはその姿勢を変えることなく、近位側かつ外側（手の甲側）へ変位する。また、基節骨ＰＰ１，ＰＰ２が中手骨ＭＥＢに対して遠位側へ回動した場合、中節骨ＭＩＰはその姿勢を変えることなく、遠位側かつ内側（掌側）へ変位する。

末節骨ＤＰは、長手方向の寸法が中節骨ＭＩＰよりも短い骨部材であり、中節骨ＭＩＰの遠位側の端部に回動可能に連結されている。末節骨ＤＰの回動芯は遠位指節間関節ＤＩＰを構成する。遠位指節間関節ＤＩＰは、断面形状の一部が円形又は楕円形をなす曲面部を有しており、例えば中節骨ＭＩＰと一体的に形成されている。

各指１０１，１０２には２本の腱３００，３００が設けられている。２本の腱３００，３００の一方は伸展腱３００Ａである。人工筋４００の１つである伸筋４００Ａから延びる伸展腱３００Ａは、フランジ５１０を貫通する貫通孔の内部に設けられた腱ガイドＧ１１により案内されて基節骨ＰＰ１まで延び、基節骨ＰＰ１の中途に設けられた腱ガイドＧ１２と中節骨ＭＩＰの近位側の端部に設けられた腱ガイドＧ１３とにより案内されて中節骨ＭＩＰの外側（手の甲側）に配され、近位指節間関節ＰＩＰ１，ＰＩＰ２及び遠位指節間関節ＤＩＰの各曲面部と接触した状態を保ちながら中節骨ＭＩＰの長手方向に沿って末節骨ＤＰまで延びている。

伸展腱３００Ａの遠位側の端部は、末節骨ＤＰに設けられた固定端Ｇ０に固定されている。伸展腱３００Ａと末節骨ＤＰ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。このような機械的強度の劣化を排除するために、両者同士を完全に固着せず、応力を緩和できるように、例えば、伸展腱３００Ａを末節骨ＤＰの一部に結んで取り付ける構成であってもよい。

２本の腱３００，３００の他方は屈曲腱３００Ｂである。人工筋４００の１つである屈筋４００Ｂから延びる屈曲腱３００Ｂは、フランジ５１０を貫通する別の貫通孔に設けられた腱ガイドＧ２１と中手骨ＭＥＢに設けられた腱ガイドＧ２２とにより案内されて、中手指節関節ＭＰ１，ＭＰ２の曲面部に接触した状態を保ちながら基節骨ＰＰ２まで延び、基節骨ＰＰ２の中途に設けられた腱ガイドＧ２３、及び中節骨ＭＩＰに設けられた２つの腱ガイドＧ２４，Ｇ２５により案内されて中節骨ＭＩＰの内側（掌側）に配され、近位指節間関節ＰＩＰ２及び遠位指節間関節ＤＩＰの各曲面部に接触した状態を保ちながら、中節骨ＭＩＰの長手方向に沿って末節骨ＤＰまで延びている。

屈曲腱３００Ｂの遠位側の端部は、末節骨ＤＰに設けられた固定端Ｇ０に固定されている。屈曲腱３００Ｂと末節骨ＤＰ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。このような機械的強度の劣化を排除するために、両者同士を完全に固着せず、応力を緩和できるように、例えば、屈曲腱３００Ｂを末節骨ＤＰの一部に結んで取り付ける構成であってもよい。

なお、本実施の形態に係る指機構部１００は、第１指（例えば母指又は親指）１０１及び第２指（示指）１０２の２本の指を備える構成としたが、第３指（例えば中指）、第４指（例えば環指又は薬指）、及び第５指（例えば小指）の少なくとも１つを更に備え、３本以上の指を備える構成であってもよい。また、本実施の形態に係る指機構部１００は、第１指１０１又は第２指１０２に相当する同じ指を２本以上備える構成であってもよい。

また、末節骨ＤＰ及び中節骨ＭＩＰの少なくとも一方には、把持対象の対象物ＯＢＪと接触する部位（すなわち手の掌側）に対象物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（図８を参照）。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（図８を参照）。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、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。

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が各関節ＭＰ１，ＭＰ２，ＰＩＰ１，ＰＩＰ２，ＤＩＰ、腱ガイドＧ１１〜Ｇ１３，Ｇ２１〜Ｇ２５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。

腱３００は、人工筋４００の牽引力により伸長し、伸張量に応じた内部張力ＦＩを発生させる。牽引力に対向する内部張力ＦＩ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。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。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。

以下、各指１０１，１０２の動作状態を説明する。
図４は対象物ＯＢＪを把持する前の各指１０１，１０２の状態を示す模式的説明図である。本実施の形態では、対象物ＯＢＪを把持する前に、伸筋４００Ａを加圧状態に制御する。このとき伸筋４００Ａは短手方向に膨らみ、長手方向に縮むことによって、伸展腱３００Ａを牽引する。伸展腱３００Ａの牽引力により、指先の末節骨ＤＰは中節骨ＭＩＰに対して伸展すると共に、各指１０１，１０２の基節骨ＰＰ１，ＰＰ２は共に近位側へ回動する。基節骨ＰＰ１，ＰＰ２の回動に伴い、各指１０１，１０２の中節骨ＭＩＰは、近位側かつ外側（手の甲側）へ変位する。よって、２つの指１０１，１０２の中節骨ＭＩＰ，ＭＩＰは、略平行状態を維持しながら手首側へ引き付けられ、同時に中節骨ＭＩＰ，ＭＩＰ間の間隔は拡大する。

図５は対象物ＯＢＪを把持した各指１０１，１０２の状態を示す模式的説明図である。本実施の形態では、対象物ＯＢＪを把持する際、屈筋４００Ｂを加圧状態に制御する。このとき屈筋４００Ｂは短手方向に膨らみ、長手方向に縮むことによって、屈曲腱３００Ｂを牽引する。屈曲腱３００Ｂの牽引力により、指先の末節骨ＤＰは中節骨ＭＩＰに対して屈曲すると共に、各指１０１，１０２の基節骨ＰＰ１，ＰＰ２は共に遠位側へ回動する。基節骨ＰＰ１，ＰＰ２の回動に伴い、各指１０１，１０２の中節骨ＭＩＰは、遠位側かつ内側（掌側）へ変位する。よって、２つの指１０１，１０２の中節骨ＭＩＰ，ＭＩＰは、略平行状態を維持しながら指先側へ繰り出され、同時に中節骨ＭＩＰ，ＭＩＰ間の間隔は縮小する。このような動作により、各指１０１，１０２により対象物ＯＢＪを把持することが可能となる。

図６は対象物ＯＢＪを離す場合の各指１０１，１０２の状態を示す模式的説明図である。把持した対象物ＯＢＪを離す場合、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂを減圧状態に制御し、これらを弛緩させる。このとき、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂの張力は弱められるので、２つの指１０１，１０２の中節骨ＭＩＰ，ＭＩＰ間の間隔を維持した状態にて、指先の末節骨ＤＰ，ＤＰを伸展させることが可能となる。この状態でロボットハンド１０００を引き上げることにより、指先を開くことなく、指を抜くことが可能となる。

図７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、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。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、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、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、対象物ＯＢＪの把持に係る動作指令を受付けた場合、対象物ＯＢＪを把持する動作に入る。把持動作の際に対象物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、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、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、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、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、把持形、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、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８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８では、ロボットハンド１０００を構成する指機構部１００の各関節、人工筋４００、腱３００、及び電磁弁６１０，６２０の繋がりを示している。

第１指１０１は、末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ、基節骨ＰＰ１，ＰＰ２、及び中手骨ＭＥＢを有する。末節骨ＤＰ及び中節骨ＭＩＰには力センサ１６０が取り付けられている。力センサ１６０は、第１指１０１が対象物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、骨部材同士は、遠位指節間関節ＤＩＰ、近位指節間関節ＰＩＰ１，ＰＩＰ２、中手指節関節ＭＰ１，ＭＰ２を介して回動可能に連結されている。遠位指節間関節ＤＩＰ及び中手指節関節ＭＰ１にはそれぞれ角度センサ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、骨部材同士の相対的な傾きの角度を検知し、ＣＰＵ７０１へ出力する。

第１指１０１の基本的な制御は、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７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対象物ＯＢＪを掴むための把持命令を入力すると、ＣＰＵ７０１は、指１０１を屈曲又は伸展させるための制御信号を電磁弁６１０，６２０に伝える。制御信号を受けた電磁弁６１０及び６２０は、人工筋４００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の内部にエアを供給する加圧制御またはエアを抜くための減圧制御である。

人工筋４００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ＰＩＰ１，ＰＩＰ２、及び中手指節関節ＭＰ１，ＭＰ２を回動するモーメントとして作用する。

第２指１０２の構成は、第１指１０１の構成と同様である。すなわち、第２指１０２は、末節骨ＤＰ、中節骨ＭＩＰ、基節骨ＰＰ１，ＰＰ２、及び中手骨ＭＥＢを有する。末節骨ＤＰ及び中節骨ＭＩＰには力センサ１６０が取り付けられている。力センサ１６０は、第１指１０１が対象物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、骨部材同士は、遠位指節間関節ＤＩＰ、近位指節間関節ＰＩＰ１，ＰＩＰ２、中手指節関節ＭＰ１，ＭＰ２を介して回動可能に連結されている。遠位指節間関節ＤＩＰ及び中手指節関節ＭＰ１にはそれぞれ角度センサ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、骨部材同士の相対的な傾きの角度を検知し、ＣＰＵ７０１へ出力する。

第２指１０２の基本的な制御は、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７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対象物ＯＢＪを掴むための把持命令を入力すると、ＣＰＵ７０１は、指１０２を屈曲又は伸展させるための制御信号を電磁弁６１０，６２０に伝える。制御信号を受けた電磁弁６１０及び６２０は、人工筋４００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の内部にエアを供給する加圧制御またはエアを抜くための減圧制御である。

第１指１０１及び第２指１０２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、第１指１０１及び第２指１０２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９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９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、対象物ＯＢＪに第１指１０１及び第２指１０２が近接しているときの状態を表している。

第１指１０１及び第２指１０２は、遠位指節間関節ＤＩＰ、近位指節間関節ＰＩＰ１，ＰＩＰ２、及び中手指節関節ＭＰ１，ＭＰ２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４１０の一端に接続する。エア供給口・吸引口４１０の他端は電磁弁６１０，６２０に繋がっている。

ここで、第１指１０１を駆動する電磁弁６１０，６２０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６１０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、伸筋４００Ａを加圧して、伸筋４００Ａの短手方向を膨張するように働く。伸筋４００Ａの短手方向が膨張すると伸展腱３００Ａを伸筋４００Ａの長手方向に引っ張る。こうした作用を与える電磁弁Ｉの弁機能を本願明細書では「伸筋加圧」と称する。

電磁弁ＩＩは、伸筋４００Ａを減圧して、伸筋４００Ａ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。伸筋４００Ａの長手方向が伸張すると伸展腱３００Ａは近位指節間関節ＰＩＰ１側に向かって移動する。こうした作用を与える電磁弁ＩＩの弁機能を本願明細書では「伸筋減圧」と称する。

電磁弁ＩＩＩは、屈筋４００Ｂを加圧して、屈筋４００Ｂの短手方向を膨張するように働く。屈筋４００Ｂの短手方向が膨張すると屈曲腱３００Ｂを屈筋４００Ｂの長手方向に引っ張る。こうした作用を与える電磁弁ＩＩＩの弁機能を本願明細書では「屈筋加圧」と称する。

電磁弁ＩＶは、屈筋４００Ｂを減圧して、屈筋４００Ｂ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。屈筋４００Ｂの長手方向が伸張すると屈曲腱３００Ｂは中手指節関節ＭＰ１側に向かって移動する。こうした作用を与える電磁弁ＩＶの弁機能を本願明細書では「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、第１指１０１の関節を回動するにあたり、伸展腱３００Ａ及び屈曲腱３００Ｂ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。第２指１０２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Ｉ〜ＩＶ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１０は電磁弁Ｉ〜ＩＶの制御状態を説明する説明図である。図１０は、図９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を伸筋４００Ａ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、伸筋４００Ａ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を近位指節間関節ＰＩＰ１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、屈筋４００Ｂ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を伸筋４００Ａ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、屈筋４００Ｂ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を中手指節関節ＭＰ１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、屈筋４００Ｂを短手方向に膨らませて屈曲腱３００Ｂを屈筋４００Ｂ側に引っ張り、各関節と対象物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、対象物ＯＢＪを把持するときに採用する。対象物ＯＢＪを把持するときの好ましい指の姿は、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を減圧し、屈筋４００Ｂ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（伸展腱３００Ａ）が張られた状態となり、各関節が直線的に並んだ状態となる。弁状態８に制御することにより、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（伸展腱３００Ａ）が張られた状態となり、屈筋４００Ｂ（屈曲腱３００Ｂ）は緩んだ状態であり、各指を対象物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（伸展腱３００Ａ）及び屈筋４００Ｂ（屈曲腱３００Ｂ）がともに張られた状態となり、伸筋４００Ａ（伸展腱３００Ａ）と屈筋４００Ｂ（屈曲腱３００Ｂ）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（伸展腱３００Ａ）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（伸展腱３００Ａ）の加圧と減圧とを同時にオンできることに加え、屈筋４００Ｂ（屈曲腱３００Ｂ）の加圧と減圧とを同時にオンできるので、伸筋４００及び屈筋４００Ｂ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〜ＩＶと２つの人工筋４００（伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂ）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。

以下、ロボットハンド１０００の制御方法について説明する。
図１１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。

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、対象物ＯＢＪの形状に倣って、指機構部１００の各指を対象物ＯＢＪに添わせ、ロボットハンド１０００が対象物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、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。なお、ステップＳ１０１の固化制御からステップＳ１０２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。

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と対象物ＯＢＪや対象物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。

なお、本実施の形態では、弁状態０〜１６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の張力によって各関節に対応した回動芯を回動させ、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。

また、本実施の形態では、中手骨ＭＥＢ、基節骨ＰＰ１，ＰＰ２、及び中節骨ＭＩＰが平行リンク機構を形成するので、指先を開くことなく対象物ＯＢＪを把持することができ、また把持した対象物ＯＢＪを離す際にも、指先を開くことなく指を抜くことができる。

（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１２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。

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、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、対象物ＯＢＪの大きさ、形状、さらには対象物ＯＢＪが置かれている周囲の状態や、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１３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、対象物ＯＢＪの形状に倣って、指機構部１００の各指を対象物ＯＢＪに添わせ、ロボットハンド１０００が対象物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１４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。

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と対象物ＯＢＪや対象物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。

図１３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１０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１０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１４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を減圧状態、伸筋４００Ａを加圧状態に制御する（ステップＳ２２７）。ステップＳ２２７は、図１０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１０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、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。

（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１及び２で説明したロボットハンド１０００を用いて対象物ＯＢＪを把持し、矩形状の収納箱に隙間なく収納する動作について説明する。本実施の形態において、対象物ＯＢＪは果実等の球形状の物体であるとする。

図１５は収納状態を説明する説明図である。図１５Ａは矩形状の収納箱に１６個の対象物ＯＢＪを密着させて収納した状態を示している。対象物ＯＢＪの収納が完了した状態において、対象物ＯＢＪが他の対象物ＯＢＪに囲まれている場合にはｓ１〜ｓ６で示す６つの空隙が生じている。また、収納箱と隣接する把持対象物については、４つの空隙が生じている。

同様に、図１５Ｂ〜図１５Ｄは、それぞれ矩形状の収納箱に１５個、１３個、１２個の対象物ＯＢＪを密着させて収納した状態を示しており、対象物ＯＢＪの周囲には４つ乃至６つの空隙が生じていることが分かる。

ロボットハンド１０００は、この空隙に相当する対象物ＯＢＪの部位を２本の指１０１，１０２により把持し、収納位置まで移動させ、対象物ＯＢＪを押し込んだ後、指１０１，１０２を開放し離脱させることで密着収納を行う。

本実施の形態に係るロボットハンド１０００は、指先を開くことなく対象物ＯＢＪを把持し、また指先を開くことなく把持した対象物ＯＢＪから指を離すことが可能であるため、図１５Ａ〜図１５Ｄに示すように対象物間又は対象物と収納箱との間に空隙が生じている場合には、空隙に相当する対象物ＯＢＪの部位を把持して収納箱の中へ移動させることにより、対象物ＯＢＪを密着させて収納させることが可能となる。

しかしながら、対象物ＯＢＪである果実等の物体が緩衝材により包まれている場合、対象物ＯＢＪを密着収納させたときに、隣接する対象物ＯＢＪの緩衝材が容易に脱落するという課題を有している。

図１６は対象物ＯＢＪを下方へ移動させて収納した状態を示す模式図である。図１６Ａは、ｎ−１番目の対象物ＯＢＪが収納箱に収納済みであり、ｎ−１番目の対象物ＯＢＪと収納箱との間に形成される空間に、ｎ番目の対象物ＯＢＪを収納しようとしている状態を示している。図１６Ｂは、ｎ番目の対象物ＯＢＪの収納が完了した状態を示している。緩衝材は、例えば筒状の弾性材が中央部より折り返された構造を有しており、折り返し方向から対象物ＯＢＪを押し込んで装着される。このため、折り返し部分に上方から力が加わると、図１６Ｂに示すように、緩衝材は容易に脱落する。

図１７は対象物ＯＢＪを転がり収納により収納した状態を示す模式図である。図１７Ａは、ｎ−１番目の対象物ＯＢＪが収納箱に収納済みであり、ｎ−１番目の対象物ＯＢＪと収納箱との間に形成される空間に、ｎ番目の対象物ＯＢＪを収納しようとしている状態を示している。図１７Ｂは、ｎ番目の対象物ＯＢＪの収納が完了した状態を示している。本実施の形態では、ｎ番目の対象物ＯＢＪを上記空間に収納する際、ｎ−１番目の対象物の周囲を滑ることなく転がるように収納（転がり収納）することにより、緩衝材の脱落を防止する。

また、対象物の収納が完了した後に、ロボットハンドの各指を開放し、対象物ＯＢＪから離脱させる際に指先を開いた場合には、緩衝材や収納箱とロボットハンドとの干渉や摩擦等によって、緩衝材のずれや収納済みの対象物ＯＢＪの持ち上がりが発生する。しかしながら、本実施の形態に係るロボットハンド１０００は、指先を開くことなく、各指１０１，１０２を対象物から離脱させることが可能であるので、指１０１，１０２を収納箱から抜く際の緩衝材のずれ及び収納済みの対象物ＯＢＪの持ち上がりを防止することができる。

以下、転がり収納について説明する。
図１８は転がり収納を説明する説明図である。図１８は、収納済みの対象物ＯＢＪ−Ａに密着させて他の対象物ＯＢＪ−Ｂを収納する状態を示している。なお、図１８では、簡略化のために、緩衝材を装着した対象物ＯＢＪ−Ａ，ＯＢＪ−Ｂを双方とも円形により示している。図１８に示すように、対象物ＯＢＪ−Ａ，ＯＢＪ−Ｂの端部Ｐが密着した状態から、対象物ＯＢＪ−Ｂを対象物ＯＢＪ−Ａに沿わせて転がした場合、緩衝材には滑りが発生せず、緩衝材の脱落が発生しない。

対象物ＯＢＪ−Ａを中心Ｏ_A の固定円、対象物ＯＢＪ−Ｂを中心Ｏ_B の動円とした場合、対象物ＯＢＪ−Ｂは、図１８に示す軌跡を移動する。すなわち、対象物ＯＢＪ−Ａと対象物ＯＢＪ−Ｂとが点Ｐで接した状態から、対象物ＯＢＪ−Ｂが対象物ＯＢＪ−Ａの周囲を滑りなく回転させると、対象物ＯＢＪ−Ｂ上の点Ｐは点Ｐ_B1に移動し、その軌跡はエピサイクロイド曲線となる。対象物ＯＢＪ−Ａの円の半径をｒ_A 、対象物ＯＢＪ−Ａの円の半径をｒ_B とした場合、以下の関係式が得られる。

α_θ ＝（ｒ_A ＋ｒ_B ）ｃｏｓθ−ｒ_B ｃｏｓ（（ｒ_A ＋ｒ_B ）／ｒ_B ）θ
Ｚ_θ ＝（ｒ_A ＋ｒ_B ）ｓｉｎθ−ｒ_B ｓｉｎ（（ｒ_A ＋ｒ_B ）／ｒ_B ）θ

上記の関係式により求められる座標をロボットハンド１０００の制御における座標計算に組み込み、ベクトルＯ_B −Ｐを、ベクトルＯ_B1−Ｐ_B1に移動させる制御により、転がり収納を実現することができる。ここで、ベクトルＯ_B −Ｐは、転がりベクトルと称し、ｒ_B を転がり半径と称する。

図１９は実施の形態３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は入数の設定値を受付ける（ステップＳ３０１）。ここで、入数とは、収納箱に収納すべき対象物ＯＢＪの最大数である。

次いで、コントローラＣＯＮは、対象物ＯＢＪの収納位置及び転がり収納に係るパラメータの読み込みを行う（ステップＳ３０２）。図２０はＣＰＵ７０１が読み込むパラメータの一例を示す概念図である。収納箱に収納すべき対象物ＯＢＪの入数に応じて、収納箱における各対象物ＯＢＪの収納位置、及び転がりパラメータを設定することができる。ここで、対象物ＯＢＪの収納位置は、ある特定の位置を原点とした３次元直交座標系の３次元座標として記述することができる。また、転がりパラメータにおけるαは、対象物ＯＢＪを収納する際の平面内の角度を表す。ｒ_A 及びｒ_B はそれぞれ上述した固定円及び動円の半径であり、θは、対象物ＯＢＪを収納する際の鉛直面内の角度（図１８における線分Ｐ−Ｏ_A と線分Ｏ_B1−Ｏ_A とがなす角度）を表す。このようなパラメータは、コントローラＣＯＮが備えるメモリ等の記憶装置（不図示）に予め記憶されているものとする。

コントローラＣＯＮは、収納数を示すカウンタの値ｎを１だけ増加させる（ステップＳ３０３）。収納数を示すカウンタの初期値は例えば０である。

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与え、ロボットＲＯＢからロボットハンド１０００に対して開放に係る動作指令を出力させることにより、ロボットハンド１０００が備える各指１０１，１０２を開放させる（ステップＳ３０４）。このとき、ロボットハンド１０００が備えるＣＰＵ７０１は、伸筋４００Ａを加圧制御、屈筋４００Ｂを減圧制御することにより、各指１０１，１０２を開放させる。

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与えることにより、ロボットＲＯＢが備えるアーム部分の動作を制御し、ロボットハンド１０００を把持位置へ移動させる（ステップＳ３０５）。なお、ロボットハンド１０００を把持位置へ移動させるアーム部分の動作の制御については、公知の制御手法を用いることができる。

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与え、ロボットＲＯＢからロボットハンド１０００に対して把持に係る動作指令を出力させることにより、ロボットハンド１０００が備える各指１０１，１０２により対象物ＯＢＪを把持させる（ステップＳ３０６）。このとき、ロボットハンド１０００が備えるＣＰＵ７０１は、伸筋４００Ａを減圧制御、屈筋４００Ｂを加圧制御することにより、各指１０１，１０２により対象物ＯＢＪを把持させる。

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与え、ロボットＲＯＢからロボットハンド１０００に対して保持に係る動作指令を出力させることにより、ロボットハンド１０００が備える各指１０１，１０２により対象物ＯＢＪを保持させる（ステップＳ３０７）。このとき、ロボットハンド１０００が備えるＣＰＵ７０１は、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂの制御をオフにすることにより、各指１０１，１０２により対象物ＯＢＪを保持させる。

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与えることにより、ロボットＲＯＢが備えるアーム部分の動作を制御し、ロボットハンド１０００を転がり始点へ移動させる（ステップＳ３０８）。なお、ロボットハンド１０００を転がり始点へ移動させるアーム部分の動作の制御については、公知の制御手法を用いることができる。ステップＳ３０８の動作により、ロボットハンド１０００により把持している対象物ＯＢＪを、収納済みの対象物ＯＢＪに対して、転がりパラメータで設定されている角度θで接触させることが可能となる。

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与え、ロボットＲＯＢからロボットハンド１０００に対して締めに係る動作指令を出力させることにより、ロボットハンド１０００が備える各指１０１，１０２により対象物ＯＢＪを増締めする（ステップＳ３０９）。このとき、ロボットハンド１０００が備えるＣＰＵ７０１は、ロボットハンド１０００が備えるＣＰＵ７０１は、伸筋４００Ａの制御をオフ、屈筋４００Ｂを加圧制御することにより、各指１０１，１０２により対象物ＯＢＪを増締めする。

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与えることにより、ロボットＲＯＢが備えるアーム部分の動作を制御し、把持している対象物ＯＢＪの転がり運動を実行させる（ステップＳ３１０）。転がり運動の動作手順については、後述することとする。

転がり運動が完了し、把持している対象物ＯＢＪが所定の収納位置に収納された場合、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与え、ロボットＲＯＢからロボットハンド１０００に対して弛緩に係る動作指令を出力させることにより、ロボットハンド１０００が備える各指１０１，１０２を弛緩させる（ステップＳ３１１）。このとき、ロボットハンド１０００が備えるＣＰＵ７０１は、伸筋４００Ａ及び屈筋４００Ｂを共に減圧制御することにより、各指１０１，１０２を弛緩させる。

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与えることにより、ロボットＲＯＢが備えるアーム部分の動作を制御し、ロボットハンド１０００を上昇させる（ステップＳ３１２）。本実施の形態では、各指１０１，１０２を弛緩させた状態にてロボットハンド１０００を上昇させるので、緩衝材のずれや収納済みの対象物ＯＢＪの持ち上がりを防止することができる。

次いで、コントローラＣＯＮは、カウンタの値ｎが入数に等しいか否かを判断する（ステップＳ３１３）。カウンタの値ｎが入数に等しくない場合（Ｓ３１３：ＮＯ）、コントローラＣＯＮは、処理をステップＳ３０３へ戻し、残りの対象物ＯＢＪを収納箱に収納させる動作を継続して行う。また、カウンタの値ｎが入数に等しい場合（Ｓ３１３：ＹＥＳ）、コントローラＣＯＮは、本フローチャートによる処理を終了する。

図２１は転がり運動の動作手順を説明するフローチャートである。コントローラＣＯＮは、収納しようとしている対象物ＯＢＪの鉛直面内での角度θをΔθだけ減算する（ステップＳ３２１）。Δθは、対象物ＯＢＪに応じて適宜設定し得る角度の変化量であり、図に示していないメモリ等の記憶装置に予め記憶されているものとする。

次いで、コントローラＣＯＮは、対象物ＯＢＪの目標位置を計算する（ステップＳ３２２）。コントローラＣＯＮは、カウンタの値がｎの場合の対象物ＯＢＪの３次元座標を（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とした場合、目標位置の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を例えば以下の演算式により計算することができる。

Ｘ＝Ｘｎ＋（（ｒ_An＋ｒ_Bn）×ｃｏｓθ_n−ｒ_Bn×ｃｏｓ（（ｒ_An＋ｒ_Bn）／ｒ_Bn）×θ_n ）×ｃｏｓα_{n ，}
Ｙ＝Ｙｎ＋（（ｒ_An＋ｒ_Bn）×ｃｏｓθ_n−ｒ_Bn×ｃｏｓ（（ｒ_An＋ｒ_Bn）／ｒ_Bn）×θ_n ）×ｓｉｎα_n ，
Ｚ＝Ｚｎ＋（（ｒ_An＋ｒ_Bn）×ｓｉｎθ_n−ｒ_Bn×ｓｉｎ（（ｒ_An＋ｒ_Bn）／ｒ_Bn）×θ_n ）

次いで、コントローラＣＯＮは、ロボットＲＯＢに制御条件を与えることにより、ロボットＲＯＢが備えるアーム部分の動作を制御し、把持している対象物ＯＢＪの中心座標が座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に一致するようにロボットハンド１０００を移動させる（ステップＳ３２３）。なお、ロボットハンド１０００を特定の位置まで移動させるアーム部分の動作の制御については、公知の制御手法を用いることができる。

次いで、コントローラＣＯＮは、対象物ＯＢＪの鉛直面内での角度θが０以下となったか否かを判断する（ステップＳ３２４）。鉛直面内での角度θが０より大きい場合（Ｓ３２４：ＮＯ）、収納が完了していないと判断できるので、コントローラＣＯＮは、処理をステップＳ３２１へ戻し、対象物ＯＢＪの移動を継続させる。また、鉛直面内での角度θが０以下となった場合（Ｓ３２４：ＹＥＳ）、収納が完了したと判断できるので、コントローラＣＯＮは、本フローチャートによる処理を終了する。

なお、図１９に示すフローチャートでは、収納箱に収納する全ての対象物ＯＢＪに転がり収納を適用する構成としたが、収納箱内に十分なスペースが確保できる場合、ロボットハンド１０００を並進移動させて対象物ＯＢＪを所定の収納位置に収納してもよい。

図２２は収納順序を説明する説明図である。収納箱に１５個の対象物ＯＢＪ１〜ＯＢＪ１５を収納する際、対象物ＯＢＪ１，ＯＢＪ２，ＯＢＪ３，…，ＯＢＪ１５の順に順次収納する手順を想定する。対象物ＯＢＪ１を収納箱に収納する際、収納箱には他の対象物ＯＢＪ２〜ＯＢＪ１５は存在しておらず、十分なスペースを確保することが可能である。この場合、転がり収納は適用せずに、例えば収容箱の内部にてロボットハンド１０００を図中の白抜矢符の方向へ並進移動させることにより、対象物ＯＢＪ１を所定の収納位置に収納することが可能である。対象物ＯＢＪ２〜ＯＢＪ４、ＯＢＪ６〜９についても同様であり、ロボットハンド１０００の並進移動のみで各対象物を所定の収納位置に収納することが可能である。

一方、対象物ＯＢＪ５，対象物ＯＢＪ１０〜ＯＢＪ１５を収納箱に収納する場合、並進移動させる十分なスペースを確保することができず、転がり収納が必要となる。例えば、対象物ＯＢＪ１〜ＯＢＪ１２までを収納した状態にて、新たに対象物ＯＢＪ１３を収納する場合、図に示す白抜矢符の方向に対象物ＯＢＪ１３を移動させ、対象物ＯＢＪ８及びＯＢＪ１２にそれぞれに接触点Ｓ８及びＲ１２で接触させた状態にて、転がり収納を実行する。なお、対象物ＯＢＪ１の中心Ｏ₁ と対象物ＯＢＪ２の中心Ｏ₂ とを結ぶ水平面内線分をＸ軸、対象物ＯＢＪ１の中心Ｏ₁ と対象物ＯＢＪ６の中心Ｏ₆ とを結ぶ水平面内の線分をＹ軸とした場合、Ｘ軸及びＹ軸に直交する軸がＺ軸、ブジェクトＯＢＪ１の中心Ｏ₁ と対象物ＯＢＪ１３の中心Ｏ₁₃とを結ぶ水平面内の線分がα軸となり、Ｘ軸とα軸のなす角度が上述した演算式におけるαとなる。

対象物ＯＢＪ１１〜ＯＢＪ１２、ＯＢＪ１４〜ＯＢＪ１５を収納箱に収納する場合も同様であり、収納済みの他の対象物に２点（又は１点）で接触させた状態で転がり収納を実行することにより、緩衝材の脱落を防止しながら各対象物を収納箱に収納することができる。

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。

１００指機構部
１０１第１指
１０２第２指
１６０力センサ
１７０角度センサ
２００前腕骨
３００腱
３００Ａ伸展腱
３００Ｂ屈曲腱
４００人工筋
４００Ａ伸筋
４００Ｂ屈筋
４１０エア供給口・吸引口
５００，５１０フランジ
５０１リブ
５０２自在継手
６００電磁弁
６５０マニホールド
７００制御基板
７０１ＣＰＵ
１０００ロボットハンド
ＤＩＰ遠位指節間関節
ＤＰ末節骨（第２骨部材）
ＭＥＢ中手骨（基部）
ＭＩＰ中節骨（第１骨部材）
ＭＰ中手指節関節
ＰＩＰ近位指節間関節
ＰＰ基節骨（第３骨部材）

Claims

基部と、該基部に支持される複数の指部と、該指部を伸展させる伸展腱と、該伸展腱に接続されており、該伸展腱を伸縮させるエア駆動アクチュエータから構成される伸筋と、前記指部を屈曲させる屈曲腱と、該屈曲腱に接続されており、該屈曲腱を伸縮させるエア駆動アクチュエータから構成される屈筋とを備える指機構、
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に対して圧縮空気を供給する供給路の中途に設けられた加圧電磁弁及び減圧電磁弁、並びに
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、前記伸筋及び前記屈筋の収縮度合いを制御する制御部
を備え、
各指部は、
第１骨部材と、
前記第１骨部材の一端部に回動可能に連結される第２骨部材と、
夫々が前記第１骨部材の他端部及び前記基部に回動可能に連結され、前記第１骨部材及び前記基部の間で平行リンク機構を形成する一対の第３骨部材と
を備え、
前記制御部は、
対象物を把持する動作の前に前記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、
前記対象物の形状に倣って前記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
の少なくとも１つを実行すべく、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を開閉制御するよう構成してある
ロボットハンド。
前記伸展腱は、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２骨部材、前記第１骨部材、及び前記一対の第３骨部材の一方に沿って延び、
前記屈曲腱は、前記第２骨部材が前記第１骨部材に対して屈曲する側に配され、前記第２骨部材、前記第１骨部材、及び前記一対の第３骨部材の他方に沿って延びる
請求項１に記載のロボットハンド。
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２に記載のロボットハンド。
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２又は請求項３に記載のロボットハンド。
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４に記載のロボットハンド。
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２から請求項５の何れか１つに記載のロボットハンド。
基部と、該基部に支持される複数の指部と、該指部を伸展させる伸展腱と、該伸展腱に接続されており、該伸展腱を伸縮させるエア駆動アクチュエータから構成される伸筋と、前記指部を屈曲させる屈曲腱と、該屈曲腱に接続されており、該屈曲腱を伸縮させるエア駆動アクチュエータから構成される屈筋とを備える指機構、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に対して圧縮空気を供給する供給路の中途に設けられた加圧電磁弁及び減圧電磁弁、並びに、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、前記伸筋及び前記屈筋の収縮度合いを制御する制御部を備え、各指部が、第１骨部材と、前記第１骨部材の一端部に回動可能に連結される第２骨部材と、夫々が前記第１骨部材の他端部及び前記基部に回動可能に連結され、前記第１骨部材及び前記基部の間で平行リンク機構を形成する一対の第３骨部材とを備えるロボットハンドの制御方法であって、
前記制御部は、
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、
前記対象物の形状に倣って前記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
の少なくとも１つを実行すべく、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。
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７に記載のロボットハンドの制御方法。
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７に記載のロボットハンドの制御方法。
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７に記載のロボットハンドの制御方法。
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７に記載のロボットハンドの制御方法。
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７に記載のロボットハンドの制御方法。
前記制御部は、
球状の対象物を前記ロボットハンドにより把持して収納部に収納する場合、前記ロボットハンドにより把持している把持対象物が前記収納部に収納されている収納済み対象物の表面上を転がるように、前記把持対象物を移動させる制御を行う
請求項７から請求項１２の何れか１つに記載のロボットハンドの制御方法。
前記制御部は、
前記収納済み対象物に接触した前記把持対象物上の点の軌跡がエピサイクロイド曲線となるように前記把持対象物を移動させる
請求項１３に記載のロボットハンドの制御方法。
前記制御部は、
前記収納部における対象物の収納数、収納位置、及び前記軌跡を決定するパラメータに従って、前記把持対象物を移動させる
請求項１４に記載のロボットハンドの制御方法。