JP7154463B1 - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

ロボットハンド（１０）は、第１指部（Ａ）と、第２指部（Ｂ）と、基部（２０）と、駆動部（ＤＡ１）とを備える。第１指部（Ａ）は、基部（２０）に接続される基端リンク部（Ａ１）と、基端リンク部（Ａ１）に接続される中間リンク部（Ａ２）と、中間リンク部（Ａ２）に接続される先端リンク部（Ａ３）と、基端リンク部（Ａ１）と中間リンク部（Ａ２）とを回転可能に支持する受動関節部（ＰＡ２）と、中間リンク部（Ａ２）と先端リンク部（Ａ３）とを回転可能に支持する受動関節部（ＰＡ３）と、基端リンク部（Ａ１）と中間リンク部（Ａ２）とを基本姿勢になるように保持するバネ要素（ＳＡ２）とを備える。

Description

本開示は、２つの指部の挟み込みにより把持対象物を把持するロボットハンドに関する。

従来のロボットハンドは、複雑な作業をするために、人の指のように複数の関節および複数のアクチュエータを備えた複数の指機構によって構成されることが多い。一方で、システムの自由度に対してアクチュエータの数が少ない劣駆動方式のロボットハンド開発の取り組みも行われている。

例えば、形状または大きさが未知の物体を把持するために、巻き付くような指の動作ができる劣駆動を適用したロボットハンドが開発されている。特許文献１では、近位関節と、中間関節と、遠位関節とを含むリンク機構の指アセンブリを備え、各関節が単一のアクチュエータによって同期して駆動される。具体的には、各関節にプーリーを設け、各プーリーに巻回される捻り紐の引っ張りによって各プーリーを回転させ、かつ間接ブレーキ機構によって各関節をロックおよびロック解除することで、指アセンブリの様々な動きを実現している。

特開２０１７－３５７８０号公報

特許文献１のロボットハンドは、構造が複雑であるという問題がある。また、複数の把持対象物が密接に複数個整列された状態から一つの把持対象物を安定して把持する状態に遷移させる場合、特許文献１のロボットハンドでは、細かい状態遷移の管理とそれに応じた指のロックなど複雑な制御が必要である。具体的には、整列された複数の把持対象物から一つを切り出すすくい操作を行って、その後、把持対象物を包み込み把持できる状態までスライドさせていくような動きを実現する場合、特許文献１では、手先の複雑な遷移を行うための複雑な制御操作が必要である。このため、特許文献１では、把持対象物ごとに制御動作を設計しなくてはならず、把持対象物の種類によっては指運動の生成が困難な場合もある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、小型化可能な簡単な構造および簡単な制御によってすくい操作および包み込み把持を実現するロボットハンドを得ることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示におけるロボットハンドは、把持対象物を把持する。ロボットハンドは、第１指部と、第１指部と対向する第２指部と、を有する指部と、ロボットのアームに設けられる基部と、基部に接続され、第１指部および第２指部のうちの少なくとも一つを回転駆動する駆動部と、を備える。第１指部は、基部に接続される第１リンク部と、第１リンク部に接続される第２リンク部と、第２リンク部に接続される第３リンク部と、第１リンク部と第２リンク部とを回転可能に支持する第１受動関節部と、第２リンク部と第３リンク部とを回転可能に支持し、第１受動関節部と連動せずに動作する第２受動関節部と、第１リンク部と第２リンク部とを基本姿勢になるように保持する第１弾性体と、を備えることを特徴とする。

本開示におけるロボットハンドによれば、小型化可能な簡単な構造および簡単な制御によってすくい操作および包み込み把持を実現するという効果を奏する。

実施の形態１から１２のロボットハンドを適用したロボットシステムを示す概念図 実施の形態１のロボットハンドを示す概念図 実施の形態１のロボットハンドの第１変形例を示す概念図 実施の形態１のロボットハンドの第２変形例を示す概念図 図３に示される実施の形態１の第１変形例のロボットハンドによって把持対象物を把持するときの動きを説明するための図 実施の形態２のロボットハンドの先端部の構成を示す概念図 実施の形態２のロボットハンドの先端部の変形例の構成を示す概念図 実施の形態３のロボットハンドの先端部の構成を示す概念図 実施の形態３のロボットハンドが床面に平置きされた扁平な把持対象物を把持するときの先端部の姿勢を示す概念図 実施の形態４のロボットハンドの先端部の構成を示す概念図 実施の形態４のロボットハンドが把持対象物を把持したときの先端部の状態を示す概念図 実施の形態４のロボットハンドが床面に平置きされた扁平な把持対象物を把持するときの先端部の姿勢を示す概念図 実施の形態５のロボットハンドの先端部の構成を示す概念図 実施の形態６のロボットハンドの構成を示す概念図 実施の形態６のロボットハンドの構成を示す斜視図 実施の形態７のロボットハンドの構成を示す概念図 実施の形態８のロボットハンドの構成を示す概念図 実施の形態９のロボットハンドの構成を示す概念図 実施の形態１０のロボットハンドの構成を示す概念図 実施の形態１０のロボットハンドの構成を示す概念図 実施の形態１１のロボットハンドの構成を示す概念図 実施の形態１２のロボットハンドの構成を示す概念図 実施の形態１２のロボットハンドの構成を示す斜視図

以下に、実施の形態にかかるロボットハンドを図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施の形態１から実施の形態１２のロボットハンドを適用したロボットシステムを示す概念図である。このロボットシステムは、ロボット１と、ロボットハンド１０と、ロボット制御装置２を備えている。ロボット１は、複数のアーム５を有する。ロボットハンド１０は、ロボット１のアーム５の先端に接続される。ロボットハンド１０は、ロボット制御装置２によって制御され、把持対象物Ｗを把持する。

実施の形態１．
図２は、実施の形態１のロボットハンド１０を示す概念図である。図２に示されるように、ロボットハンド１０は、基部２０と、基部２０に取り付けられ、互いに対向した第１指部Ａと第２指部Ｂとを備える。第１指部Ａは、駆動部ＤＡ１と、第１リンク部としての基端リンク部Ａ１と、第１受動関節部としての受動関節部ＰＡ２と、第２リンク部としての中間リンク部Ａ２と、第２受動関節部としての受動関節部ＰＡ３と、第３リンク部としての先端リンク部Ａ３と、第１弾性体としてのバネ要素ＳＡ２と、を有する。第２指部Ｂは、基端リンク部Ｂ１を有する。基端リンク部Ｂ１は先端リンク部としても機能する。受動関節部とは、モータなどのアクチュエータによって駆動されない関節である。

基部２０は、例えば円柱形状であり、中心軸を有している。駆動部ＤＡ１は、基部２０に固定されている。駆動部ＤＡ１は、基端リンク部Ａ１を回転可能に支持し、かつ基端リンク部Ａ１を回転駆動する。基端リンク部Ａ１は、駆動部ＤＡ１によって駆動部ＤＡ１を中心にして回転駆動される。受動関節部ＰＡ２は、基端リンク部Ａ１の先端側と、中間リンク部Ａ２の基端側とを、回転可能に連結する。中間リンク部Ａ２は、受動関節部ＰＡ２を中心にして回転駆動される。バネ要素ＳＡ２は、基端リンク部Ａ１と中間リンク部Ａ２とを予め設定された張力をもって接続し、基端リンク部Ａ１と中間リンク部Ａ２とが角度θ１で釣り合うように調整されている。すなわち、バネ要素ＳＡ２は、基端リンク部Ａ１と中間リンク部Ａ２とを基本姿勢になるように保持する。θ１は、９０度以上である。θ１は指腹側の角度を表している。受動関節部ＰＡ３は、中間リンク部Ａ２の先端側と、先端リンク部Ａ３の基端側とを、回転可能に連結する。先端リンク部Ａ３は、受動関節部ＰＡ３を中心にして回転駆動される。先端リンク部Ａ３は、受動関節部ＰＡ３に接続されているので、環境に押し付けられると、その姿勢が変化する。図示はしてないが、先端リンク部Ａ３は、把持対象物を把持しやすいように、先細の形状が望ましい。なお、基端リンク部Ａ１と中間リンク部Ａ２とに接続されるバネ要素ＳＡ２として、バネ以外の弾性体を使用してもよい。

基端リンク部Ｂ１は、基部２０に固定されており、基部２０に対し動かない。

図３は、実施の形態１のロボットハンド１０の第１変形例を示す概念図である。図３に示すロボットハンド１０は、基部２０と、基部２０に取り付けられ、互いに対向した第１指部Ａと第２指部Ｂとを備える。図３に示す第１指部Ａと図２に示した第１指部Ａは、同一構成であり、重複する説明は省略する。

図３に示す第２指部Ｂは、第４リンク部としての基端リンク部Ｂ１と、第３受動関節部としての受動関節部ＰＢ２と、第５リンク部としての先端リンク部Ｂ２と、第２弾性体としてのバネ要素ＳＢ２と、を有する。基端リンク部Ｂ１は基部２０に固定されている。受動関節部ＰＢ２は、基端リンク部Ｂ１の先端側と、先端リンク部Ｂ２の基端側とを、回転可能に連結する。先端リンク部Ｂ２は、受動関節部ＰＢ２を中心にして回転駆動される。バネ要素ＳＢ２は、基端リンク部Ｂ１と先端リンク部Ｂ２とを予め設定された張力をもって接続し、基端リンク部Ｂ１と先端リンク部Ｂ２とが角度θ２で釣り合うように剛性が調整されている。θ２は、９０度以上である。θ２は指腹側の角度を表している。

なお、図３に示すように、バネ要素ＳＡ２，ＳＢ２は受動関節部ＰＡ２，ＰＢ２を中心に右回り方向に張力を掛けるよう接続されるが、これに限定されない。例えば、バネ要素ＳＡ２，ＳＢ２は受動関節部ＰＡ２，ＰＢ２を中心に左回り方向に張力を掛けるよう接続されてもよいし、右回りと左回りとの両方向に張力を掛けるよう接続されてもよい。

このような構成にすることで、第１指部Ａと第２指部Ｂとの間の幅が広すぎて把持中に把持対象物Ｗが転倒して、把持対象物Ｗが第１指部Ａと第２指部Ｂとの間から外れてしまい、把持できなくなる状況を減らすことができる。

なお、環境とは、把持対象物Ｗの他に、把持対象物Ｗを配置した床面、壁面、あるいは把持対象物Ｗの周囲にある物体の表面のことを指す。すなわち、把持対象物Ｗを把持する場合に、ロボット１を動かしてロボットハンド１０が移動する場合に指先が触れて外力を受けるものを指す。

図４は、実施の形態１のロボットハンド１０の第２変形例を示す概念図である。図４に示す第２変形例においては、第１指部Ａの第１受動関節部ＰＡ２にストッパＳＴＡ１を設け、受動関節部ＰＡ３にストッパＳＴＡ２を設けている。第１ストッパとしてのストッパＳＴＡ１は、例えば、基端リンク部Ａ１の先端の外側に設けられる板部材であり、基端リンク部Ａ１に対して中間リンク部Ａ２が広がる方向への可動範囲を制限するように設けられている。ストッパＳＴＡ２は、例えば、中間リンク部Ａ２の先端の外側に設けられる板部材であり、中間リンク部Ａ２に対して先端リンク部Ａ３が広がる方向への可動範囲を制限するように設けられている。このようなストッパＳＴＡ１，ＳＴＡ２を設けることにより、把持対象物Ｗを把持するときに、第１指部Ａに対し把持対象物Ｗから反力Ｆ１，Ｆ２が発生する。このようなストッパを、図３に示した第２指部Ｂの受動関節部ＰＢ２に設けてもよい。また、第１指部Ａに、ストッパＳＴＡ１，ＳＴＡ２の何れか一方のみを設けてもよい。

図５は、図３に示される実施の形態１の第１変形例のロボットハンド１０によって把持対象物Ｗ１を把持するときの動きを説明するための図である。この動作例では、互いに密接するように整列された複数の把持対象物Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，・・・から一つの把持対象物Ｗ１がすくい操作されて、その後、把持対象物Ｗ１が包み込み把持される。把持対象物Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，・・・は、厚みが薄く、扁平な直方体形状を有する。複数の把持対象物Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，・・・は、床面Ｑに載置されている。

まず、図５の左図に示すように、ロボット制御装置２は、ロボット１によってロボットハンド１０の基部２０を移動させ、整列された複数の把持対象物Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，・・・のうち、一番手前にある把持対象物Ｗ１と２番目にある把持対象物Ｗ２との間に、第１指部Ａの先端リンク部Ａ３の先端を差し込む。基部２０の移動は、ロボット１の移動によって行われる。

図５の右図では、第１指部Ａについては３つの動作状態を示し、第２指部Ｂについては２つの動作状態を示している。次に、ロボット制御装置２は、ロボット１によって基部２０を移動させ、図５の右図の第１指部Ａについての左側の動作状態で示すように、第１指部Ａの先端リンク部Ａ３を２番目にある把持対象物Ｗ２に押しあてる。この時、先端リンク部Ａ３は２番目にある把持対象物Ｗ２に接触することで押されて、矢印Ｅ１で示すように、第２指部Ｂ側の方向に向かって、受動関節部ＰＡ３を中心に回転運動を始める。この際、先端リンク部Ａ３は、把持対象物Ｗ２との接触で生じる反力によって受動的に運動している。この受動的な運動によって、把持対象物Ｗ１を回転させて整列した把持対象物の列から把持対象物Ｗ１を切り離す。このような切り離しを「単離」と呼ぶが、実施の形態１では、単離を実現するための先端リンク部Ａ３の構成が特徴となる。先端リンク部Ａ３を使った単離操作は、単純に指を押し込んで単離を実施する場合に比べて、次のような利点がある。

すなわち、把持の初期段階で指部の入り込む隙間が大きくなり、把持対象物を挟み込む操作が容易になる。また、把持対象物Ｗ１の表面で指部を滑らせる時間が減り、把持対象物Ｗ１が傷つけられ難くなる。

その後、図５の右図の第１指部Ａについての中央の動作状態および右側の動作状態で示すように、基端リンク部Ａ１を駆動部ＤＡ１によって回転運動させ、把持対象物Ｗ１を第１指部Ａと第２指部Ｂとによって挟み込むことで包み込み把持する。このとき、第２指部Ｂの先端リンク部Ｂ２は、把持対象物Ｗ１によって押されて、受動関節部ＰＢ２を中心にして、破線で示す状態から実線に示す状態に、回転運動する。また、この把持動作の際に、把持対象物Ｗ１は、基端リンク部Ａ１の回転運動によって床面Ｑ上をスライド移動する。また、駆動部ＤＡ１によって第１指部Ａが閉じていく際に、先端リンク部Ａ３および中間リンク部Ａ２は、把持対象物Ｗ１の表面に沿って受動的に動く。

実施の形態１のロボットハンド１０によれば、図５に示すような厚みが薄く扁平な把持対象物Ｗ１が床面Ｑに一つ寝かされて置かれている場合の把持にも対応することができる。まず、ロボット１によってロボットハンド１０の基部２０を移動させて、先端リンク部Ａ３の背面側を床面Ｑに押し付け、床面Ｑに倣うように先端リンク部Ａ３を回転させる。その後、基部２０を移動させて先端リンク部Ａ３を把持対象物Ｗ１に対して近づける。さらに駆動部ＤＡ１を駆動して第１指部Ａを閉じる方向に回転させると、床面Ｑに配置された扁平な把持対象物Ｗ１を把持することができる。

つぎに、バネ要素ＳＡ２によって中間リンク部Ａ２が基端リンク部Ａ１に対し角度θ１で釣り合うように調整されている状態について説明する。

図２に示すように、受動関節部ＰＡ２については、変位が生じてもバネ要素ＳＡ２によって基本姿勢に戻ろうとする作用力が働く。すなわちバネ要素ＳＡ２は、基本姿勢に戻る復元力を作用させる。基本姿勢とは、ロボットハンド１０が把持対象物に対して把持操作を開始する際の初期姿勢を示している。

具体的な基本姿勢の一例としては、図５に示すように、ロボットハンド１０の基部２０の中心軸の方向を重力方向にほぼ平行な状態にして、ロボットハンド１０の基部２０から第１指部Ａの基端リンク部Ａ１、中間リンク部Ａ２および先端リンク部Ａ３が下向きに向かって伸びている状態である。ただし、角度θ１が９０度以上である姿勢であれば特にこの姿勢に限ることはない。

さらに、第１指部Ａの基本姿勢について説明する。ロボット１のアーム５を動かしてロボットハンド１０の基部２０を、前述したように、基部２０の中心軸の方向を重力方向に一致させる基本姿勢状態にする。基部２０が基本姿勢の状態で、ロボットハンド１０を開状態にして、アーム５を動かしてロボットハンド１０を把持対象物に接近し、ロボットハンド１０の駆動部ＤＡ１を駆動して閉状態にして把持対象物を把持する。基端リンク部Ａ１は、開く方向へは地面に水平な姿勢まで回転し、閉じる方向へは閉じ切る状態まで回転する。

基端リンク部Ａ１が地面に水平になっている際に、中間リンク部Ａ２が重力方向に一致するように調整する。中間リンク部Ａ２を重力方向と一致するように調整する理由は、重なり合うように整列された複数の把持対象物の隙間は、重力方向に平行かやや傾いた向きになることが多いためである。このような隙間に、ロボットハンド１０の第１指部Ａの先端リンク部Ａ３を挿入する場合、中間リンク部Ａ２を重力方向にほぼ一致するように設定しておくと、最も効果的に把持対象物を把持することができる。

以上により、基端リンク部Ａ１が水平よりは閉じた状態になり、かつ中間リンク部Ａ２が重力方向に一致する方向を向く状態が、実施の形態１での好適な基本姿勢となる。ここで、基端リンク部Ａ１と中間リンク部Ａ２とのなす角度θ１に注目すると、基端リンク部Ａ１を水平にした状態から閉じる方向に基本姿勢があり、中間リンク部Ａ２は重力方向に倣うとすると、角度θ１が必ず９０度以上になることがわかる。つまり、基端リンク部Ａ１と中間リンク部Ａ２とのなす角度θ１が９０度以上という制約条件を入れると、実施の形態１のロボットハンド１０を好適な条件で使うことが出来る。

なお、実施の形態１のロボットハンド１０では、把持操作をした後に、第１指部Ａを開いた状態にすると、通常であれば、重力によって自動的に元の基本姿勢に戻る。受動関節部ＰＡ２に追加するバネ要素ＳＡ２は、把持対象物を把持したり、中間リンク部Ａ２が環境に接触する際に、適切な抗力を生じて変位し難くする効果を期待しているが、基本姿勢の状態でバネ要素ＳＡ２の影響で、中間リンク部Ａ２が重力に倣って下向きの姿勢をとれなくなることは期待していない。

すなわち、バネ要素ＳＡ２については、自然長の状態で基本姿勢になるように調整するのが望ましい。バネ要素ＳＡ２のバネの硬さは、一つの把持対象物を整列させた状態から単離する際に好適な硬さに調整したほうがよい。具体的には、駆動部ＤＡ１を駆動して基端リンク部Ａ１が閉じていく運動をするのに合わせて、中間リンク部Ａ２が完全に開き切らない程度の硬さに調整する。

ここで、ロボットハンド１０が取り付けられるロボット１としては、複数の構造形態が存在する。ロボット１の機構の具体例としては、シリアルリンク機構、あるいはパラレルリンク機構が代表的である。シリアルリンク機構は、床面固定位置から、片持ち状態で直列にリンクが並んだ構造であり、可動範囲が広いことが特徴である。パラレルリンク機構は、閉リンク構造となっており、剛性が高く高速に動作できるのが特徴である。

ロボット１の構造形態に応じてロボットの可動範囲に違いがあるため、先に説明したロボットハンド１０の動きを実現する場合、システムによってはパラレルリンクでは可動範囲が狭くて実現できないような場合が考えられる。各実施の形態は、いかなる機構であっても、ロボット１の基部２０を把持対象物に対して相対的に並進運動および回転運動をさせることができる場合には、適用が可能である。すなわち、各実施の形態は、特にロボット１の構造形態を限定することはない。

また、駆動部ＤＡ１については、回転関節を構成したものを説明したが、回転運動する関節であれば、例えば、図示しないベルトを介して別の位置に駆動源を配置しても良い。また、基端リンク部Ａ１を回転運動することができるのであれば、駆動部ＤＡ１を受動関節部に置き換え、直動運動する駆動部ＤＡ１によって基端リンク部Ａ１を押すよう構成していても良い。すなわち、基端リンク部Ａ１は、基部２０に対して回転関節を中心に運動できる構成であれば良い。

また、受動関節部ＰＡ２、受動関節部ＰＡ３、受動関節部ＰＢ２については、一つの軸回りに滑らかに回転するものであれば、転がり軸受、ころ軸受、滑り軸受などの任意の軸受を採用すればよい。受動関節部ＰＡ２、受動関節部ＰＡ３、受動関節部ＰＢ２は、各リンク部への外部からの作用力に基づく回転トルク、および軸受の回転摩擦力に従って回転変位する構成になっている。なお、受動関節部ＰＡ２、受動関節部ＰＡ３、受動関節部ＰＢ２については、毎回の作業毎に元の位置に戻すために、各受動関節部の固定部と回転部との間にバネを取り付けるなどの構成を取り得る。

前述したように、特許文献１では、各関節部はプーリー、捻り紐によって互いに連結され、各関節部は連動された運動を行うが、実施の形態１はそのような構成ではない。特許文献１の機構では、前述したように整列された複数の把持対象物としての物品から一つの把持対象物を単離する際に、指部の先端のリンク部のみに外部から力が作用するときに、前述したような把持対象物としての物品を隣に配置された物品から引きはがすような動作が生じない。これに対し、実施の形態１のロボットハンド１０によれば、最先端の受動関節部ＰＡ３が、他の関節と連動せずに動作するので、先端リンク部Ａ３が接続される受動関節部ＰＡ３のみが把持対象物からの反力によって関節変位を生じ、把持対象物を隣に配置された物品から引きはがすような動作を実現することができる。

このようにこの実施の形態１によれば、最先端の受動関節部ＰＡ３が、他の関節と連動せずに動作するので、小型化可能な簡単な構成かつ簡単な制御で安定したすくい操作および包み込み把持を含む単離操作を実現し、単離操作の成功率を向上させることができる。これによって、自動化ロボットシステムの生産性を向上させることができる。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２のロボットハンドの先端部の構成を示す概念図である。実施の形態２では、実施の形態１の第１指部Ａおよび第２指部Ｂにおける把持対象物と接触する部分に先細形状の指腹部２１をさらに設けている。第１指腹部としての指腹部２１は、基端側が太く、先端側に向かって細くなる形状をしている。図６では、第１指部Ａの先端部を示しており、先端リンク部Ａ３の先端に指腹部２１を固定している。指腹部２１は、把持対象物との接触面積を増やすために設けられており、把持対象物と直接接触するのに適した形状であって柔軟な素材が採用される。例えば、摩擦係数を増加させるような素材、あるいは把持対象物との接触の際の衛生のため抗菌素材を選ぶこともできる。

図７は、実施の形態２のロボットハンドの先端部の変形例の構成を示す概念図である。図７では、先端リンク部Ａ３’をリンク部２１ａと先細形状の指腹部２１ｂとで構成し、リンク部２１ａと指腹部２１ｂとを柔軟な同一素材で構成している。

このように実施の形態２によれば、第１指部Ａおよび第２指部Ｂの先端に柔軟な材料の指腹部を設けているので、把持成功率が向上し、歩留りが向上する。

実施の形態３．
図８は、実施の形態３のロボットハンドの先端部の構成を示す概念図である。実施の形態３では、実施の形態１の第１指部Ａの先端リンク部Ａ３の形状を変化させている。実施の形態３の先端リンク部Ａ３においては、背面部２２が中間リンク部Ａ２の中心軸と平行な平面で構成されている。実施の形態３の先端リンク部Ａ３においては、背面部２２が中間リンク部Ａ２の中心軸が延びる方向と平行な平面で構成されている。さらに、実施の形態３の先端リンク部Ａ３の指腹側においては、受動関節部ＰＡ３に近い基端部２３は、受動関節部ＰＡ３よりも内側であるおもて面側に突出する凸部形状となっており、かつ先端部２４は、先細りになるテーパ形状を呈している。また、基端部２３と先端部２４とは、スロープ状に接続されるのではなく、急峻な段差があるように接続されており、先端部２４は、凸部形状の基端部２３に対し凹んでいる。

実施の形態３のロボットハンドの特徴は、単純に左右対称に先細りする爪先構造では取り出し難かった把持対象物を把持することを可能とした点である。図５に示したように、把持対象物と把持対象物との間に指を挿入する動作を実行するためには、先端リンク部Ａ３の構造が先細りになる必要がある。また、最後の一つの把持対象物を取りだす際に、壁面に寄り掛かった把持対象物に指を挿入させる場合には、壁に指が沿った形でなければならない。実施の形態３のロボットハンドでは、このような場合に指を挿入しやすい構造をとっている。

実施の形態３でのロボットハンドの動きを説明する。ロボット１を使ってロボットハンド１０の基部２０を動かし、先端リンク部Ａ３を環境に対して押し付け、結果として受動的に先端リンク部Ａ３が環境に沿った状態に遷移するようにする。把持を開始する前には、把持が成功しやすい基本姿勢を取り、ロボットハンド１０を設計された把持アプローチ方向に動作させる。

ここで、把持のための基本姿勢として、先端リンク部Ａ３が中間リンク部Ａ２に対して自重で垂れ下がった状態を作る。ロボットハンド１０は、図８に示すように、先端リンク部Ａ３の指腹部側は凸部形状の基端部２３を持ち、先端に向けて細くなっていく先端部２４を有する。

また、先端リンク部Ａ３の背面部２２は、自重で垂れ下がった状態において、壁面に平行な姿勢を取れる形状をしている。すなわち、先端リンク部Ａ３の背面部２２は自重で垂れ下がった際に、指先と背面部２２がほぼ同一直線状に並ぶように設計される。また、指腹部側は、凸部形状の基端部２３を持ち、先端に向けて細くなっていく先端部２４を有する。指腹部側に凸部形状の基端部２３を設けることで、把持対象物に対して接触面を多くすることができる。このように、実施の形態３のロボットハンドでは、先端に向けて細くなっていく先端部２４を有するので、単離がしやすくなり、指腹部側に凸部形状の基端部２３を設けているので、把持対象物を安定的に把持することができる。

実施の形態３のロボットハンドをロボット１に装着して使う際に、ロボットハンドの指先の基本姿勢としては、重力にならった状態で先端リンク部Ａ３と中間リンク部Ａ２とがなす角が１８０度以下になるように設計する。例えば、図５に示したように、中間リンク部Ａ２が地面に対して鉛直な場合は、中間リンク部Ａ２と先端リンク部Ａ３とがなす角は１８０度となる。

一方で、ロボットハンドの基部２０を時計回りの方向にやや傾けた姿勢にすることもでき、この場合は、中間リンク部Ａ２は地面に対して鉛直よりは少し傾きを持った姿勢となる。一方で、先端リンク部Ａ３は地面に対してほぼ鉛直な姿勢を取るため、中間リンク部Ａ２と先端リンク部Ａ３とがなす角は１８０度よりやや小さくなる。

図９は、実施の形態３のロボットハンドが床面に平置きされた扁平な把持対象物を把持するときの先端部の姿勢を示す概念図である。図９に示すように、実施の形態３のロボットハンドであれば、床面に平置きされた扁平物体と床面との間に、先端リンク部Ａ３を挿入させることができる。まず、基部２０の軸方向をやや傾けた状態にし、中間リンク部Ａ２を床面に対して直角より傾いた状態とし、先端リンク部Ａ３の背面部側が床面に接触する状態にする。この状態の姿勢のまま、ロボット１のアーム５を移動させ、基部２０を床面に押し付ける方向に移動させる。基部２０の移動に伴い、先端リンク部Ａ３が床面から生じる反力によって受動関節部ＰＡ３を中心に回転する。ロボット制御装置２を制御することによって、先端リンク部Ａ３が受動関節部ＰＡ３の回転によって変化した姿勢のまま、床面に平置きされた把持対象物と床面との間に先端リンク部Ａ３を挿入させる方向に、第１指部Ａまたはロボット１のアーム５を動かす。先端リンク部Ａ３を挿入させる方向に動かす動作は、第１指部Ａを駆動部ＤＡ１によって駆動させる方法と、基部２０をロボット１のアーム５で移動させる方法とがあるが、いずれの方法でもよい。先端リンク部Ａ３を床面と把持対象物の下面との間に挿入させる方向に動かすと、先端リンク部Ａ３が床面に拘束され、スムーズに先端リンク部Ａ３が床面と把持対象物の下面との間に滑り込み、先端リンク部Ａ３が把持対象物の下面を支持する状態に遷移することができる。

また、先端リンク部Ａ３を床面と把持対象物との間に挿入させる際に、第１指部Ａを駆動部ＤＡ１で駆動させる方法を取った場合、駆動部ＤＡ１による第１指部Ａの全体の回転運動に伴って中間リンク部Ａ２が床面に接近する。このとき、先端リンク部Ａ３は床面からの反力と、中間リンク部Ａ２との接続部の運動との双方に従い、受動的に回転する。これによって、受動的な運動として先端リンク部Ａ３の背面部が床面とほぼ平行になる姿勢に近づく。この運動により、先端リンク部Ａ３がスムーズに把持対象物の下面に滑り込み、先端リンク部Ａ３が把持対象物の下面を支持する状態に遷移することができる。

以上の例では、床面に配置された扁平な把持対象物に関して説明したが、壁面に立てかけられた扁平な把持対象物を壁面から単離して把持する際にも同様の効果が期待できる。

なお、先端リンク部Ａ３の指腹部は先端が窪んで先細り形状となっていることが望ましいが、指腹部のうちで把持対象物に触れる部分には柔らかい素材を貼り付け、把持対象物の表面形状にぴったり付く方が、把持対象物を落とし難くなるため、指腹部に柔らかい部材をさらに備え付けても良い。

このように実施の形態３の先端リンク部Ａ３においては、背面部２２が中間リンク部Ａ２と平行な平面で構成され、指腹側においては、凸部形状の基端部２３および先細りになる先端部２４を有しているので、床面または壁面に密接に配置された把持対象物を、スムーズに単離することができるようになる。これによって、自動化ロボットシステムの生産効率が向上する。

実施の形態４．
図１０は、実施の形態４のロボットハンドの先端部の構成を示す概念図である。図１１は、実施の形態４のロボットハンドが把持対象物を把持したときの先端部の状態を示す概念図である。実施の形態４のロボットハンドの第１指部Ａの先端リンク部Ａ３においては、背面部に、受動関節部ＰＡ３よりも上側まで延び、かつ背面側に突出した突出部２５を有している。別言すれば、実施の形態４のロボットハンドの第１指部Ａの先端リンク部Ａ３は、自重で垂れ下がった姿勢において、受動関節部ＰＡ３よりも上側まで延び、かつ受動関節部ＰＡ３よりも背面側に突出する突出部２５を有する。また、先端リンク部Ａ３の指腹部側の把持対象物Ｗを把持する把持部２６は、屈曲形状を有し、表面にゴムなどの摩擦部材２７が設けられている。別言すれば、実施の形態４のロボットハンドの第１指部Ａの先端リンク部Ａ３の受動関節部ＰＡ３から先端側は、先細り形状であり、先端リンク部Ａ３の受動関節部ＰＡ３から先端側における基端部は、背面側およびおもて面側に突出している。

図１２は、実施の形態４のロボットハンドが床面に平置きされた扁平な把持対象物を把持するときの先端部の姿勢を示す概念図である。図１２の左図は、先端リンク部Ａ３の先端側が床面（または壁面）に接したときの状態を示し、図１２の右図は、先端リンク部Ａ３の根本側の突出部２５が床面（または壁面）に接したときの状態を示している。図１２の左図に示すように、先端リンク部Ａ３の先端側が床面に接したときは矢印で示す床面からの反力により先端リンク部Ａ３は反時計回りの方向に回転する。一方、図１２の右図に示すように、先端リンク部Ａ３の根本側の突出部２５が床面に接したときは矢印で示す床面からの反力により先端リンク部Ａ３は時計回りの方向に回転する。したがって、把持対象物と床面（または壁面）との間に先端リンク部Ａ３の先端部が入り込みやすい姿勢に先端リンク部Ａ３を自動的に調整することが可能となる。

このように実施の形態４によれば、先端リンク部Ａ３の背面部に、受動関節部ＰＡ３よりも上側まで延びかつ背面側に突出した突出部２５を設けているので、把持対象物と床面（または壁面）との間に先端リンク部Ａ３の先端部が入り込みやすい姿勢に先端リンク部Ａ３を自動的に調整することが可能となる。これにより、床面（または壁面）に密接に配置された把持対象物を、スムーズに単離することができるようになる。これによって、自動化ロボットシステムの生産効率が向上する。

実施の形態５．
図１３は、実施の形態５のロボットハンドの先端部の構成を示す概念図である。図１３の左図は、ロボットハンドが初期姿勢のときの姿勢を示し、図１３の右図は、ロボットハンドの駆動部ＤＡ１に対し矢印で示す重力方向の力を付与した時の姿勢を示している。実施の形態５においては、実施の形態１のロボットハンド１０に対し、受動関節部ＰＡ３のまわりにもバネ要素ＳＡ３を追加している。バネ要素ＳＡ３の弾性力は、受動関節部ＰＡ２のまわりのバネ要素ＳＡ２の剛性よりも弱い。すなわち、先端に行くほど弱いばねで構成されている。

この構成では、先端側のバネ要素ＳＡ３が先に屈曲し、その後で、バネ要素ＳＡ２が屈曲することができるため、先に示したように、先端リンク部Ａ３が壁面、または床面に倣うような挙動を示しつつ、一定の基本姿勢に戻ることができる。バネの取り付け方としては、受動関節部ＰＡ３を中心に右回り方向に張力を掛ける場合、左回り方向に張力を掛ける場合、両方から張力を掛ける場合の３パターンのいずれでも良い。

繰り返し同じような把持操作をする際に、摩擦等の影響を受けて、受動的な動きをする先端リンク部Ａ３の初期位置が毎回変化する場合、あるいは指先を壁面、または床面にならった形で押し付ける場合に、把持対象物に先端リンク部Ａ３の指先が接触してしまい、所望の指先の動作が生じないことがある。

実施の形態５によれば、先端側のバネ要素ＳＡ３が先に屈曲し、その後でバネ要素ＳＡ２が屈曲するので、毎回安定して指先を壁面、または床面から単離する操作を行うことができるようになり、把持成功率が向上する。結果として、生産システムの生産効率を上げることができる。

実施の形態６．
図１４は、実施の形態６のロボットハンドの構成を示す概念図である。図１５は、実施の形態６のロボットハンドの構成を示す斜視図である。実施の形態６では、実施の形態１のロボットハンド１０に対し、ロボット１との接続のためのロボット固定部３０をさらに備え、ロボットハンド１０の基部２０とロボット固定部３０との間に第４受動関節部としての受動関節部Ｐ０をさらに備え、受動関節部Ｐ０を初期位置に保持するための第３弾性体としてのバネ要素Ｓ０をさらに備えている。受動関節部Ｐ０の初期位置とは、ロボットハンド１０の指先が重力方向に平行になるように基部２０の中心軸の方向が傾斜される位置であるとする。

ロボットハンドの指先を壁面または床面にならった形で押し付ける場合に、従来機構では、ロボットのアームの手首部を壁面または床面に対して傾きを持った状態にする必要があった。このとき、アームの手首部が傾きを持つことで、アームの肘位置が環境に張り出した形になる、手首部が環境に干渉する、あるいは、可動範囲が足りず、壁面または床面に対して傾きを持った状態を取ることが出来ないといった問題が生じていた。

実施の形態６の構成とすることにより、基部２０をロボット１のアーム５によって大きく姿勢変更することなく、実施の形態３に示したように床面あるいは壁面に対して先端リンク部Ａ３を押し付ける場合に、先端リンク部Ａ３の先端部が扁平な把持対象物と床面あるいは壁面との間に自動的に入り込む状態にすることができる。

特に、ロボットシステムにおいては、ロボットハンド先端の姿勢をロボットアームの動作によって変更したときに、ロボットアームの肘部が環境に干渉することがある。実施の形態６の構成では、ロボット固定部３０および受動関節部Ｐ０を備えているので、ロボット１のアーム５の姿勢変化を低減することができるため、環境への干渉を避け、把持動作の効率を上げることができる。結果として、生産システムの生産効率を上げることができる。

実施の形態７．
図１６は、実施の形態７のロボットハンドの構成を示す概念図である。実施の形態７のロボットハンドでは、第１指部Ａと第２指部Ｂとの構成が同一で、第１指部Ａと第２指部Ｂとが左右対称な構造としている。第１指部Ａは、第７受動関節部としての受動関節部ＰＡ１と、基端リンク部Ａ１と、受動関節部ＰＡ２と、中間リンク部Ａ２と、受動関節部ＰＡ３と、先端リンク部Ａ３と、第２ストッパとしてのストッパＳＴＡ１と、バネ要素ＳＡ２と、ゴムなどの柔らかい摩擦部材２７とを有する。第２指部Ｂは、第８受動関節部としての受動関節部ＰＢ１と、第６リンク部としての基端リンク部Ｂ１と、第５受動関節部としての受動関節部ＰＢ２と、第７リンク部としての中間リンク部Ｂ２’と、第６受動関節部としての受動関節部ＰＢ３と、第８リンク部としての先端リンク部Ｂ３と、第２ストッパとしてのストッパＳＴＢ１と、第４弾性体としてのバネ要素ＳＢ２と、摩擦部材２７とを有する。

実施の形態７の第１指部Ａは、実施の形態１の駆動部ＤＡ１を、駆動機構を持たない受動関節部ＰＡ１に置換している。基部２０には、駆動源としての回転駆動部Ｄ０と、回転駆動部Ｄ０の回転を受動関節部ＰＡ１，ＰＢ１に伝達する伝達機構部Ｇ０とを有する。回転駆動部Ｄ０が回転駆動されると、受動関節部ＰＡ１，ＰＢ１が同期して回転される。伝達機構部Ｇ０は歯車としてもよいし、タイミングベルトとプーリーの組み合わせとしてもよい。また、機構は左右対称として、伝達機構部を第１指部Ａ、第２指部Ｂのうちのいずれか一方にのみ動力を伝え、第１指部Ａあるいは第２指部Ｂのいずれか一方だけが挟み込みのために駆動される構成としてもよい。

このような実施の形態７の構成にすることにより、実施の形態３に示したように、床面あるいは壁面に対して先端リンク部Ａ３を押し付ける場合に、第１指部Ａおよび第２指部Ｂのいずれも同じように単離操作が可能となる。このため、第１指部Ａあるいは第２指部Ｂによって単離操作する際に、指先の位置を把持対象物の方向に向けるためのロボットハンドの姿勢変化が小さくなり、ロボット１のアーム５による移動を小さくすることができる。結果として、把持成功率および把持効率が向上して、システムの生産性が向上する。

実施の形態８．
図１７は、実施の形態８のロボットハンドの構成を示す概念図である。実施の形態８のロボットハンドにおいては、第１指部Ａは、実施の形態１の駆動部ＤＡ１を、駆動機構を持たない第１０受動関節部としての受動関節部ＰＡ１に置換している。第１指部Ａは、受動関節部ＰＡ１と、基端リンク部Ａ１と、受動関節部ＰＡ２と、中間リンク部Ａ２と、受動関節部ＰＡ３と、先端リンク部Ａ３と、第６弾性体としてのバネ要素ＳＡ１と、バネ要素ＳＡ２とを有する。バネ要素ＳＡ１は、受動関節部ＰＡ１を初期位置に保持し、バネ要素ＳＡ２は、受動関節部ＰＡ２を初期位置に保持する。

また、第２指部Ｂは、基端リンク部Ｂ１を回転駆動する駆動部ＤＢ１と、第９リンク部としての基端リンク部Ｂ１と、第９受動関節部としての受動関節部ＰＢ２と、第１０リンク部としての先端リンク部Ｂ２と、第５弾性体としてのバネ要素ＳＢ２とを有する。この実施の形態８では、第１指部Ａの全ての関節は、駆動機構を持たない受動関節とし、第２指部Ｂを駆動部ＤＢ１によって回転駆動する。

実施の形態８のロボットハンドでは、ロボット１のアーム５によるロボットハンド１０の基部２０の並進移動によって、ロボットハンド１０と把持対象物Ｗとを接触させ、把持対象物Ｗの単離動作を行う。さらに、駆動部ＤＢ１を駆動して第２指部Ｂを閉じる方向に運動させることで、第１指部Ａによる単離動作と、第１指部Ａおよび第２指部Ｂによる把持動作を同時に行う。これにより、実施の形態４の構成よりも高速にロボットハンド内の把持対象物を把持完了状態に遷移させることができる。

すなわち、実施の形態８においては、把持対象物Ｗを挟むための駆動部ＤＢ１を用いたリンク移動を行う指を第２指部Ｂに担わせ、把持対象物を単離操作をするための指を第１指部Ａに担わせるようにしており、役割を分けることで、単離操作の完了まで待つことなく把持対象物を挟む動作に遷移できるようになる。したがって、実施の形態８によれば、把持１回にかかる動作時間が短縮され、結果として、生産システムの生産効率を上げることができる。

実施の形態９．
図１８は、実施の形態９のロボットハンドの構成を示す概念図である。実施の形態９のロボットハンドは、実施の形態７のロボットハンドと同様、第１指部Ａと第２指部Ｂとの構成が同一で、第１指部Ａと第２指部Ｂとが左右対称な構造としている。実施の形態９では、実施の形態７の回転駆動部Ｄ０、伝達機構部Ｇ０、受動関節部ＰＡ１，ＰＢ１の代わりに、回転関節部ＪＴ０と駆動部Ｄ０を配置している。

実施の形態９のロボットハンドの第１指部Ａは、基端リンク部Ａ１と、受動関節部ＰＡ２と、中間リンク部Ａ２と、受動関節部ＰＡ３と、先端リンク部Ａ３と、バネ要素ＳＡ２と、中間リンク部Ａ２が開く方向への回転を規制する第４ストッパとしてのストッパＳＴＡ１と、を有する。実施の形態９のロボットハンドの第２指部Ｂは、第１１リンク部としての基端リンク部Ｂ１と、第１１受動関節部としての受動関節部ＰＢ２と、第１２リンク部としての中間リンク部Ｂ２’と、第１２受動関節部としての受動関節部ＰＢ３と、第１３リンク部としての先端リンク部Ｂ３と、第７弾性体としてのバネ要素ＳＢ２と、中間リンク部Ｂ２’が開く方向への回転を規制する第５ストッパとしてのストッパＳＴＢ１と、を有する。

第１指部Ａの基端リンク部Ａ１および第２指部Ｂの基端リンク部Ｂ１は、回転関節部ＪＴ０から駆動部Ｄ０の方に延在されている。すなわち、第１指部Ａの基端リンク部Ａ１は、中間リンク部Ａ２と逆方向に延在される第１延在部を有し、第２指部Ｂの基端リンク部Ｂ１は、中間リンク部Ｂ２’と逆方向に延在される第２延在部を有している。駆動部Ｄ０は、基端リンク部Ａ１の第１延在部と、基端リンク部Ｂ１の第２延在部と連結されており、連結点を作用点として第１延在部および第２延在部を押圧して、基端リンク部Ａ１，Ｂ１を回転関節部ＪＴ０を支点にして回転駆動する。実施の形態９では、駆動部Ｄ０が動作することにより、回転関節部ＪＴ０を介して、第１指部Ａと第２指部Ｂとが同一回転軸上で交差した状態で回転駆動される。この時の指の動きはハサミと同じ原理で動作する。

実施の形態９の構成にすることにより、ロボットハンドにおけるアクチュエータとしての駆動部Ｄ０を、指先からより離れた位置に配置することができる。また、ロボットハンドにおけるアクチュエータとしての駆動部Ｄ０の作用点を回転関節部ＪＴ０から離して配置することで、てこの原理によって必要な出力を小さくでき、アクチュエータの選定にあたり、出力を抑えることができる。これにより、駆動部Ｄ０の出力が小さい小型のアクチュエータを選定することができ、ロボットハンドの厚みを減らすことができ、小型化することができる。

このように実施の形態９によれば、環境との干渉のために把持できないケースを減らすことができ、把持にかかる平均動作時間が短縮され、結果として、生産システムの生産効率を上げることができる。

実施の形態１０．
図１９は、実施の形態１０のロボットハンドの構成を示す概念図である。図２０は、実施の形態１０のロボットハンドの構成を示す概念図である。図２０では、ロボットハンドの先端部を斜めから見た状態を示している。実施の形態１０のロボットハンドにおいては、第１指部Ａは、実施の形態１の受動関節部ＰＡ３を複数の受動関節部ＰＡ３α，ＰＡ３β，ＰＡ３γに置換し、先端リンク部Ａ３を複数の先端リンク部Ａ３α，Ａ３β，Ａ３γに置換している。複数の受動関節部ＰＡ３α，ＰＡ３β，ＰＡ３γは同軸に接続されており、複数の受動関節部ＰＡ３α，ＰＡ３β，ＰＡ３γの回転軸の方向は、受動関節部ＰＡ２と同じである。具体的には、受動関節部ＰＡ３αが中間リンク部Ａ２に連結され、その同軸上に、受動関節部ＰＡ３β，ＰＡ３γが連結される。受動関節部ＰＡ３α，ＰＡ３β，ＰＡ３γにはそれぞれ先端リンク部Ａ３α，Ａ３β，Ａ３γが接続される。先端リンク部Ａ３α，Ａ３β，Ａ３γは、それぞれ基端側が太く、先端側に向かって細くなる形状をした指腹部を備えている。

実施の形態１０の構成によれば、複数の先端リンク部Ａ３α，Ａ３β，Ａ３γを有しているので、把持対象物の単離操作において、把持対象物に指を差し込む動作を行う場合に、第１指部Ａの先端リンク部が１本の場合に比べると、指が差し込みやすくなる。先端リンク部を１本にしている方式では、把持対象物の形状に凹凸がある場合には、スムーズに指先を差し込むことが難しい。特に、食品のように凹凸があり、個々の形状にばらつきがある場合には、先端リンク部が複数本あるほうが、スムーズに指を把持対象物と把持対象物との間に滑り込ませることができる。これは、把持対象物の表面に倣いながらそれぞれの指が独立して動くことで、先端リンク部の先端がそれぞれ把持対象物の形状に倣って、各先端リンク部Ａ３α，Ａ３β，Ａ３γが、確実に触れている状態になるためである。このように、第１指部の姿勢を遷移させて単離操作がスムーズに移行できるだけでなく、接触面が増加することで安定的な把持を実現することができる。

実施の形態１０では、先端リンク部の個数は、３個に限ったものではなく、２個以上であれば、任意の個数を採用すればよい。また、実施の形態１０は、図１７に示した実施の形態８の構成のように、第２指部Ｂが駆動部ＤＢ１で駆動される場合において、第２指部Ｂが、図１９、図２０で示した第１指部Ａのように、基端リンク部と、中間リンク部と、先端リンク部を備えている場合においても、適用することができる。実施の形態１０を適用した場合、第２指部Ｂは、第１４リンク部としての基端リンク部と、第１５リンク部としての中間リンク部と、第１６リンク部としての先端リンク部と、基端リンク部と中間リンク部とを接続する第１３受動関節部としての受動関節部と、中間リンク部と先端リンク部とを接続する第１４受動関節部としての受動関節部と、基端リンク部と中間リンク部とを接続する第８弾性体としてのバネ要素とを備え、先端リンク部は、基端側が太く、先端側に向かって細くなる形状をした指腹部を備える。また、指腹部を有する先端リンク部は複数であり、先端リンク部を接続する受動関節部は複数であり、複数の受動関節部は、同軸上に接続される。また、図１６に示した実施の形態７あるいは図１８に示した実施の形態９の第１指部Ａおよび第２指部Ｂの少なくとも一方に、実施の形態１０を適用してもよい。

このように実施の形態１０によれば、先端リンク部の個数を複数にしたので、把持成功率および把持効率が向上して、システムの生産性が向上する。

実施の形態１１．
図２１は、実施の形態１１のロボットハンドの構成を示す概念図である。実施の形態１１では、図１６に示した実施の形態７のロボットハンドにおける第１指部Ａの受動関節部ＰＡ２に取り付けられたバネ要素ＳＡ２および第２指部Ｂの受動関節部ＰＢ２に取り付けられたバネ要素ＳＢ２を取り外し、弾性を持った被覆部材４０でロボットハンド全体を覆っている。実施の形態１１では、ロボットハンドで直接的に把持対象物を触りたくない作業を行う場合に、好適である。

ここで、実施の形態１１のロボットハンドでは、受動的なリンク指先を備えているため、回転方向に変位させたい変位量だけ変位するように、被覆部材４０の弾性の強さを選定する必要がある。すなわち、ロボットハンドを環境に押し当てたとき、受動関節部ＰＡ２,ＰＡ３を受動的に動かし、各リンク部を変位させる必要がある。受動関節部ＰＡ２の初期角度をθA2とし、受動関節部ＰＡ３の初期角度をθA3とするとき、設計上の各受動関節部ＰＡ２，ＰＡ３の駆動範囲をθA2MIN≦θA2≦θA2MAX、θA3MIN≦θA3≦θA3MAXと規定する。規定された駆動範囲については、弾性をもつ被覆部材４０の一部にたるみ４０ｂと薄肉部４０ａとを持たせることで実現する。

たるみを持たせるためには、次のようにする。受動関節部ＰＡ２，ＰＡ３に接続されたリンク部については、環境に対して接触する側と、把持対象物を把持する側があるが、受動関節部ＰＡ２，ＰＡ３における環境に対して接触する外側の部分にたるみ４０ｂを形成する。同様の処理を第２指部Ｂにも実施する。また、薄肉部４０ａについては、たるみ４０ｂを持たせた位置から受動関節部ＰＡ２，ＰＡ３に対して対称な内側の位置に設ける。これによって、第１指部Ａあるいは第２指部Ｂを環境に対して接触させた場合に、内側に曲がりやすくなる。さらに、弾性をもつ被覆部材４０で覆っているため、環境に対して接触した後に把持対象物を把持して把持対象物を解放する、すなわちハンドに対して作用させていた力を除荷すると、全体がつり合いの位置に戻ろうとする作用で、受動関節部にバネ要素ＳＡ２，ＳＢ２が無くても、第１指部Ａおよび第２指部Ｂが元の位置に戻ることができる。

なお、弾性のある被覆部材４０としては、食品生産現場で用いられるような手袋の素材を例示できる。具体的には、ニトリルゴム、天然ゴム、ラテックスなどがあるが、素材を特に制限するものではない。また、ポリエチレンのように弾性を持たないが衛生的で安価な部材を選定し、受動関節部だけ、内側から弾性をもつ被覆部材を接着して関節に弾性を持たせる構成を取ることもできる。この構成により、関節が楽に回転する適度なたるみを持ちつつ、元の位置に戻ろうとする力も作用させることができる。

このように実施の形態１１によれば、衛生的で使い捨てが可能な手袋を備えたロボットハンドを提供でき、メンテナンスにかかる費用を抑える観点で、生産効率を向上させることができる。なお、実施の形態１～１１において、第１指部Ａの受動関節部ＰＡ２に取り付けられたバネ要素ＳＡ２、受動関節部ＰＡ３に取り付けられたバネ要素ＳＡ３、および第２指部Ｂの受動関節部ＰＢ２に取り付けられたバネ要素ＳＢ２を取り外し、たるみ４０ｂと薄肉部４０ａとを持たせた弾性のある被覆部材４０をロボットハンドに被せることで、各バネ要素の機能を実現してもよい。また、被覆部材４０は、基端リンク部の一部と、中間リンク部の一部と、受動関節部ＰＡ２とを少なくとも覆うようにしてもよい。

実施の形態１２．
図２２は、実施の形態１２のロボットハンドの構成を示す概念図である。図２３は、実施の形態１２のロボットハンドの構成を示す斜視図である。実施の形態１２では、実施の形態１のロボットハンド１０のストッパＳＴＡ１を、中間リンク部Ａ２が規制される位置を回転方向に対して可変する機構を有するストッパＳＴＡ３に置換している。ストッパＳＴＡ３は、図２３に示されるように、中間リンク部Ａ２の基端部に形成された凸部５０と、基端リンク部Ａ１の先端部に形成された長穴５１と、基端リンク部Ａ１に固定されるピン５２によって構成される。ピン５２は、基端リンク部Ａ１に固定されており、長穴５１を貫通している。ピン５２は、長穴５１内の任意の位置に固定することができる。ピン５２の固定位置を可変することで、ピン５２が凸部５０に当接するときの、中間リンク部Ａ２の回転角度を可変することができる。これにより、中間リンク部Ａ２が規制される位置を可変することができる。

このように実施の形態１２によれば、中間リンク部Ａ２が開く方向に規制される位置を回転方向に対して可変する機構を有するストッパＳＴＡ３を設けているので、受動関節部ＰＡ２に外力がかかる状態すなわち、中間リンク部Ａ２が閉じ切ったときの姿勢が変わる。したがって、ロボットハンドの把持完了姿勢が変化し、多様な把持対象物を把持しやすい指姿勢をもって把持することができる。これによって、より多品種な把持対象物に対して、同一の機構、構成で把持することが可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ロボット、２ ロボット制御装置、５ アーム、１０ ロボットハンド、２０ 基部、２１，２１ｂ 指腹部、２２ 背面部、２３ 基端部、２４ 先端部、２５ 突出部、２６ 把持部、２７ 摩擦部材、３０ ロボット固定部、４０ 被覆部材、４０ａ 薄肉部、４０ｂ たるみ、５０ 凸部、５１ 長穴、５２ ピン、Ａ 第１指部、Ａ１，Ｂ１ 基端リンク部、Ａ２，Ｂ２’ 中間リンク部、Ａ３，Ａ３’，Ａ３α，Ａ３β，Ａ３γ，Ｂ２，Ｂ３ 先端リンク部、Ｂ 第２指部、Ｄ０，ＤＡ１，ＤＢ１ 駆動部（回転駆動部）、Ｇ０ 伝達機構部、ＪＴ０ 回転関節部、Ｐ０，ＰＡ２，ＰＡ３，ＰＢ１，ＰＢ２，ＰＡ３α，ＰＡ３β，ＰＡ３γ 受動関節部、Ｑ 床面、Ｓ０，ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２ バネ要素、ＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＢ１ ストッパ、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 把持対象物。

Claims (19)

1. 把持対象物を把持するロボットハンドであって、
   第１指部と、前記第１指部と対向する第２指部と、を有する指部と、
   ロボットのアームに設けられる基部と、
   前記基部に接続され、前記第１指部および前記第２指部のうちの少なくとも一つを回転駆動する駆動部と、
   を備え、
   前記第１指部は、
   前記基部に接続される第１リンク部と、
   前記第１リンク部に接続される第２リンク部と、
   前記第２リンク部に接続される第３リンク部と、
   前記第１リンク部と前記第２リンク部とを回転可能に支持する第１受動関節部と、
   前記第２リンク部と前記第３リンク部とを回転可能に支持し、前記第１受動関節部と連動せずに動作する第２受動関節部と、
   前記第１リンク部と前記第２リンク部とを基本姿勢になるように保持する第１弾性体と、
   を備えることを特徴とするロボットハンド。
2. 前記駆動部は、前記第１指部の前記第１リンク部を回転駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 第２指部は、
   前記基部に接続される第４リンク部と、
   前記第４リンク部に接続される第５リンク部と、
   前記第４リンク部と前記第５リンク部とを回転可能に支持する第３受動関節部と、
   前記第４リンク部と前記第５リンク部とを基本姿勢になるように保持する第２弾性体と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記第１弾性体の剛性は、前記第１リンク部が水平より閉じた状態になり、かつ前記第２リンク部が重力方向に一致する状態を、前記基本姿勢となるよう設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
5. 前記第２リンク部および前記第３リンク部のうちの少なくとも前記第２リンク部が開く方向への回転を規制する第１ストッパを設ける
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のロボットハンド。
6. 前記第３リンク部は、基端側が太く、先端側に向かって細くなる形状をした第１指腹部を備える
   ことを特徴とする請求項２から４の何れか一つに記載のロボットハンド。
7. 前記第３リンク部は、背面部および指腹部を有し、
   前記背面部が前記第２リンク部の中心軸と平行な平面を有し、
   前記指腹部の基端側はおもて面側に突出する凸部形状になっており、前記指腹部の先端側は、先細り形状を呈している
   ことを特徴とする請求項２から４の何れか一つに記載のロボットハンド。
8. 前記第３リンク部は、自重で垂れ下がった姿勢において、第２受動関節部よりも上側まで延び、かつ第２受動関節部よりも背面側に突出する突出部を有する
   ことを特徴とする請求項２から４の何れか一つに記載のロボットハンド。
9. 前記第３リンク部の前記第２受動関節部から先端側は、先細り形状であり、
   前記第３リンク部の前記第２受動関節部から先端側における基端部は、背面側およびおもて面側に突出している
   ことを特徴とする請求項８に記載のロボットハンド。
10. 前記第１弾性体よりも剛性が小さく、前記第２リンク部と前記第３リンク部とを基本姿勢になるように保持する第３弾性体をさらに備える
    ことを特徴とする請求項２から９の何れか一つに記載のロボットハンド。
11. 前記ロボットの前記アームに固定されるロボット固定部と、
    前記ロボット固定部と前記基部とを回転可能に支持する第４受動関節部と、
    前記ロボット固定部と前記基部とを基本姿勢になるように保持する第３弾性体と、
    をさらに備える
    ことを特徴とする請求項２から１０の何れか一つに記載のロボットハンド。
12. 前記第１指部は、
    前記第２リンク部が開く方向への回転を規制する第２ストッパをさらに備え、
    前記第２指部は、
    前記基部に接続される第６リンク部と、
    前記第６リンク部に接続される第７リンク部と、
    前記第７リンク部に接続される第８リンク部と、
    前記第６リンク部と前記第７リンク部とを回転可能に支持する第５受動関節部と、
    前記第７リンク部と前記第８リンク部とを回転可能に支持する第６受動関節部と、
    前記第６リンク部と前記第７リンク部とを基本姿勢になるように保持する第４弾性体と、
    前記第７リンク部が開く方向への回転を規制する第３ストッパと、
    を備え、
    前記第１指部は、
    前記基部に対し前記第１リンク部を回転可能に支持する第７受動関節部、
    を備え、
    前記第２指部は、
    前記基部に対し前記第６リンク部を回転可能に支持する第８受動関節部、
    を備え、
    前記駆動部は、前記第７受動関節部および前記第８受動関節部を回転駆動する
    ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
13. 前記第２指部は、
    前記基部に接続される第９リンク部と、
    前記第９リンク部に接続される第１０リンク部と、
    前記第９リンク部と前記第１０リンク部とを回転可能に支持する第９受動関節部と、
    前記第９リンク部と前記第１０リンク部とを基本姿勢になるように保持する第５弾性体と、
    を備え、
    前記駆動部は、前記第２指部の前記第９リンク部を回転駆動し、
    前記第１指部は、
    前記基部に対し前記第１リンク部を回転可能に支持する第１０受動関節部と、
    前記基部と前記第１リンク部とを基本姿勢になるように保持する第６弾性体と、
    を備える
    ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
14. 前記第１指部は、
    前記第２リンク部が開く方向への回転を規制する第４ストッパをさらに備え、
    前記第２指部は、
    前記基部に接続される第１１リンク部と、
    前記第１１リンク部に接続される第１２リンク部と、
    前記第１２リンク部に接続される第１３リンク部と、
    前記第１１リンク部と前記第１２リンク部とを回転可能に支持する第１１受動関節部と、
    前記第１２リンク部と前記第１３リンク部とを回転可能に支持する第１２受動関節部と、
    前記第１１リンク部と前記第１２リンク部とを基本姿勢になるように保持する第７弾性体と、
    前記第１１リンク部が開く方向への回転を規制する第５ストッパと、
    を備え、
    前記基部は、前記第１指部の前記第１リンク部と前記第２指部の前記第１１リンク部とが交差されるように前記第１リンク部および前記第１１リンク部を回転可能に支持する回転関節部を備え、
    前記第１リンク部は、前記第２リンク部と逆方向に延在される第１延在部を有し、
    前記第１１リンク部は、前記第１２リンク部と逆方向に延在される第２延在部を有し、
    前記駆動部は、前記第１延在部および前記第２延在部を押圧して、前記第１リンク部および前記第１１リンク部を前記回転関節部を支点にして回転する
    ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
15. 前記第３リンク部は複数であり、
    前記第２受動関節部は複数であり、
    前記第１指腹部は複数であり、
    複数の前記第２受動関節部は同軸上に接続される
    ことを特徴とする請求項６に記載のロボットハンド。
16. 前記第２指部は、
    前記基部に接続される第１４リンク部と、
    前記第１４リンク部に接続される第１５リンク部と、
    前記第１５リンク部に接続される第１６リンク部と、
    前記第１４リンク部と前記第１５リンク部とを回転可能に支持する第１３受動関節部と、
    前記第１５リンク部と前記第１６リンク部とを回転可能に支持する第１４受動関節部と、
    前記第１４リンク部と前記第１５リンク部とを基本姿勢になるように保持する第８弾性体と、
    を備え、
    前記駆動部は、前記第２指部の前記第１４リンク部を回転駆動し、
    前記第１６リンク部は、基端側が太く、先端側に向かって細くなる形状をした第２指腹部を備え、
    前記第１６リンク部は複数であり、
    前記第１４受動関節部は複数であり、
    前記第２指腹部は複数であり、
    複数の前記第１４受動関節部は同軸上に接続される
    ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
17. 前記第１弾性体は、前記第１リンク部の一部と、前記第２リンク部の一部と、前記第１受動関節部とを少なくとも覆う、弾性を有する被覆部材である
    ことを特徴とする請求項１から１６の何れか一つに記載のロボットハンド。
18. 前記被覆部材は、前記第１受動関節部の外側にたるみを有し、前記第１受動関節部の内側に薄肉部を有する
    ことを特徴とする請求項１７に記載のロボットハンド。
19. 前記第１ストッパは、前記第２リンク部が規制される位置を回転方向に対して可変する機構を有する
    ことを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。

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