JP7226637B2 - ロボットアームおよびロボット - Google Patents

ロボットアームおよびロボット Download PDF

Info

Publication number
JP7226637B2
JP7226637B2 JP2022188444A JP2022188444A JP7226637B2 JP 7226637 B2 JP7226637 B2 JP 7226637B2 JP 2022188444 A JP2022188444 A JP 2022188444A JP 2022188444 A JP2022188444 A JP 2022188444A JP 7226637 B2 JP7226637 B2 JP 7226637B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
finger
arm
axis
hand
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022188444A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023011015A (ja
Inventor
昇 川口
正樹 平野
翔太 楢崎
隼人 星野
新吾 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JP2023011015A publication Critical patent/JP2023011015A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7226637B2 publication Critical patent/JP7226637B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/10—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0084—Programme-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators
    • B25J9/0087—Dual arms

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

本開示は、ロボットアームおよびロボットアームを有するロボットに関する。
人間がするような細かな作業をロボットハンドにさせるために、人間の手と同様な指関節をロボットハンドに持たせると、ロボットハンドを動かすために必要な駆動機構の数が多くなる（例えば特許文献１参照）。
２本指で挟んで物体を持つ、５本指で挟んで物体を持つ、５本指を適切に曲げて物体を持つ、電動ドライバなどの工具をレバーやボタンなどで操作するなどの作業ごとに、その作業に適したロボットハンドを付け替える方法がある（例えば、特許文献２参照）。２本指で挟んで物体を持つ作業専用のロボットハンドがある（例えば、特許文献３参照）。
ロボットハンドを操作する際に、オペレータが手に装着するグローブ（手袋）式のハンド操作装置がある。グローブ式のハンド操作装置には、オペレータの指およびその他の部分の動きをリアルタイムで計測するセンサが設けられている。グローブ式のハンド操作装置でセンサにより計測されたオペレータの指およびその他の部分の動きは、そのままロボットハンドの指部などが取るように制御される。
工場などで使用されるロボットアーム（マニピュレータ）は、実施する作業が決まっており、事前に作成されたプログラムなどで決められたように動いて作業する。
特開２０１７－１６４８３１ 特開２０１３－０９４８９２ 特開２０１２－１４３８３５
人間がするような細かな作業をロボットハンドにさせるためには、ロボットハンドは人間の手と同程度の大きさである必要がある。多数の駆動機構を搭載したロボットハンドを人間の手と同様な大きさにするためには、駆動機構が出せる力の上限を制限する必要があり、ロボットハンドが大きな力を出すことが難しくなる。
作業に適したロボットハンドを付け替える方法では、現実の作業ではロボットハンドがする作業は多くあり、ロボットハンドの付け替えの手間が大きい。
グローブ式のハンド操作装置を手に装着して繊細なクリティカル作業を行う際には、指の動きを常に適切に動作させる必要がある。ロボットハンドを長時間にわたって操縦する際には、オペレータは常に手を休めることができず、オペレータに精神的および肉体的に重い負担が発生する。グローブ式のハンド操作装置に、ある時点でのロボットハンドの状態を維持するキープモードがある場合でも、作業再開時に指が思いもかけない方向に動いて、物体を把持する状態を維持できないで物体を落とす可能性がある。
実際の現場、例えば災害現場で人を救助するために使用されるロボットのロボットアームでは、どのようにロボットアームを動かせばよいか事前に決めることができない。ロボットアームを操作する際に、ロボットアームの動き方（動作）を指示する操作指示をオペレータが容易にかつ負担を少なくして入力できることが望まれている。
本開示は、手首関節部が２回転自由度または１回転自由度であるが、ハンド部を回転させる動作も含めて多様な動作をすることができるロボットアームおよびロボットを得ることを目的とする。
本開示に係るロボットアームは、第１指部と、第１指部と対向して配置された第３指部と、第３指部と並んで配置された第２指部と、第１指部が回転可能に接続する第１指接続部と、第２指部が回転可能に接続し、第３指部が回転可能に接続する第２指接続部と、第１指接続部および第２指接続部が接続する手基部と、第１指部と第３指部の間隔が増減するように、かつ、手基部を回転させる回転軸が手基部に垂直な状態での第１指部および第３指部の指先の中間点を通るように、第１指接続部および第２指接続部を手基部に対して移動させる指移動部とを備えたロボットハンドと、ロボットハンドが回転可能に接続する前腕部と、前腕部が回転可能に接続する上腕部と、上腕部が回転可能に接続する腕接続部と、ロボットハンドを前腕部に２回転自由度または１回転自由度で回転可能に接続する手首関節部と、前腕部を上腕部に回転可能に接続する肘関節部と、上腕部を腕接続部に回転可能に接続する肩関節部とを備えたものである。
前腕部を通る前腕部回転軸の回りに前腕部が回転可能であり、前腕部回転軸が手基部を回転させる回転軸である。
本開示に係るロボットは、２本の腕部と、腕部が回転可能に接続する胴体部とを備えたものである。
腕部は、直列に接続された上腕部、前腕部および第１指部と、第１指部と対向して配置された第３指部と、第３指部と並んで配置された第２指部と、第１指部が回転可能に接続する第１指接続部と、第２指部が回転可能に接続し、第３指部が回転可能に接続する第２指接続部と、第１指接続部および第２指接続部が接続する手基部と、第１指部と第３指部の間隔が増減するように、かつ、手基部を回転させる回転軸が手基部に垂直な状態での第１指部および第３指部の指先の中間点を通るように、第１指接続部および第２指接続部を手基部に対して移動させる指移動部とを備えたロボットハンドと、上腕部を胴体部に回転可能に接続する肩関節部、前腕部を上腕部に回転可能に接続する肘関節部およびロボットハンドを前腕部に２回転自由度または１回転自由度で回転可能に接続する手首関節部とを有する。
前腕部を通る前腕部回転軸の回りに前腕部が回転可能であり、前腕部回転軸が手基部を回転させる回転軸である。
本開示に係るロボットアームおよびロボットによれば、手首関節部が２回転自由度または１回転自由度であるが、ロボットハンドを回転させる動作も含めて多様な動作をすることができる。
実施の形態１に係るロボット操作システムの概略構成を説明するブロック図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットの斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットの正面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットの右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットの背面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットの左側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットの平面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットのヒューマノイド部の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットのヒューマノイド部の正面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットのヒューマノイド部の右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットのヒューマノイド部の背面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットのヒューマノイド部の左側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットのヒューマノイド部の平面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットのヒューマノイド部の底面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する回転軸を示す図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する腕部の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する腕部の別の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する腕部の正面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する腕部の右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する腕部の背面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する腕部の左側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する腕部の平面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する腕部の底面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットの腕部が有する回転軸を示す図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有する手首関節部の構造を示す断面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の正面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の背面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の左側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の平面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の底面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の変化した状態１での斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の変化した状態２での斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の変化した状態３での斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の変化した状態４での斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の変化した状態５での斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の変化した状態５の使用例を示す斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムで操作されるロボットが有するハンド部の別の使用例を示す斜視図と正面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する操作装置の使用状態での斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する操作装置の使用状態での右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する操作装置の使用状態での正面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する操作装置の使用状態での平面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する操作装置の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する操作装置の右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する右のアーム操作装置およびハンド操作装置の左側面図および正面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のアーム操作装置およびハンド操作装置の正面図および右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のアーム操作装置およびハンド操作装置の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のアーム操作装置が有する回転軸を示す斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のアーム操作装置が有する回転軸を示す正面図および右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のハンド操作装置の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のハンド操作装置の別の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のハンド操作装置のさらに別の斜視図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のハンド操作装置の正面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のハンド操作装置の右側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のハンド操作装置の左側面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムが有する左のハンド操作装置の底面図である。 実施の形態１に係るロボット操作システムの機能構成を説明するブロック図である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るロボット操作システムの構成概要図である。ロボット操作システム１００は、クローラ移動ロボット（ロボットと略す）１、ロボット１に搭載された２個の現場カメラ２、操作装置３、表示装置４を主に有して構成される。オペレータ９０は、ロボット１を操作する操作者である。ロボット１は、２本の腕部を有してクローラ（キャタピラ）で移動するタイプのロボットである。ロボット１は、車両部１Ｗと、車両部１Ｗの前方上面に搭載されたヒューマノイド部１Ｈを有する。現場カメラ２は、ロボット１の頭部に搭載されて、ロボット１が活動する現場の画像を撮影する。現場カメラ２が撮影した画像は、表示装置４に表示される。
操作装置３は、オペレータ９０が操作指示を入力するための入力装置や制御演算装置６０を含む。オペレータ９０は、入力装置により操作指示を入力する。操作指示とは、ロボット１の各部の動きについてのオペレータ９０の指示である。操作指示の例は、右手を上げる、前進するなどである。実際にロボット１を動かす信号は、操作指示から生成された制御信号である。制御信号は、アクチュエータの長さを例えば３０ｃｍにする、例えば肩関節のサーボモータを３０度回転させるなどの、実際にロボット１を動かす信号である。
制御信号により、アクチュエータや肩関節のサーボモータなどは制御される。制御信号は、操作指示から生成される。制御演算装置６０は、オペレータ９０が入力装置に入力する操作指示から制御信号を生成する。制御演算装置６０は、操作指示に基づきロボット１を制御する。
オペレータ９０は、椅子に座って足および手を使用してロボット１を操作する。操作装置３は、操作指示を入力する入力装置として、上体入力装置５、モード切替ペダル６および足操作入力装置７（図示せず）を有する。上体入力装置５は、オペレータ９０が手で操作して、ヒューマノイド部１Ｈが有する左右の腕部への操作指示を入力する。モード切替ペダル６は、オペレータ９０が足で操作して、上体入力装置５の入力モードを変更する。
足操作入力装置７は、主に車両部１Ｗへの操作指示を入力する。足操作入力装置７は、オペレータ９０が足で操作して操作指示を入力する。足操作入力装置７については、本明細書では説明しない。
制御演算装置６０は、入力装置によりオペレータ９０が入力した操作指示からロボット１を操作する制御信号を生成する。なお、オペレータ９０が居る場所を指令所と呼ぶ。
制御演算装置６０は、ＣＰＵ６１、メモリ部６２などを含む電子計算機により実装される。メモリ部６２は、ＣＰＵ６１で実行されるプログラムやデータを記憶する。データには、処理に使用するデータあるいは処理の結果で得られるデータなどが含まれる。メモリ部６２は、フラッシュメモリのような半導体メモリおよびハードディスクである。メモリ部６２は、揮発性の記憶装置および不揮発性の記憶装置を含む。
図２から図１４を参照して、ロボット１の構造を説明する。図２から図７は、ロボット１の全体の斜視図、正面図、右側面図、背面図、左側面図および平面図である。図８から図１４は、ヒューマノイド部１Ｈの斜視図、正面図、右側面図、背面図、左側面図、平面図および底面図である。図２から図１４に示す姿勢をロボット１がとる状態を、基準状態と呼ぶ。
ロボット１は、車両部１Ｗとヒューマノイド部１Ｈを有する。ヒューマノイド部１Ｈは、頭部９、２本の腕部１０、胴体部１１、胴体支持アーム１２、胴体接続部１３およびアーム接続部１４を有する。車両部１Ｗは、クローラで移動するタイプの車両である。車両部１Ｗは、小型のパワーショベルが有するようなクローラを有する。
車両部１Ｗは、その左右にクローラ移動部１５が設けられている。左側をクローラ移動部１５Ｌ、右側をクローラ移動部１５Ｒと表記する。左右を特定しない場合は、クローラ移動部１５と表記する。車両部１Ｗが有する左右の２個ある他の構成要素に関しても、同様に添え字ＬまたはＲを付加して、あるいは添え字を付加しないで表記する。クローラ移動部１５は、駆動される車輪１６と、車輪１６にかけ渡されたクローラ１７を有する。車輪１６は、例えば５軸の車輪１６が前後に並んで配置される。クローラ１７は、金属製の板がつなげられた輪状である。クローラ１７を構成する金属製の板材には、回転で移動する方向に直交する方向に突起が設けられている。クローラ１７には、２列の突起を設けている。水などが前後に流れやすいように、クローラ１７に設けた２列の突起の間には、突起がない部分を設けている。車輪１６が回転するとクローラ１７も回転する。クローラ１７が、地面などに接触する。地面などに接触しながらクローラ１７が回転することで、車両部１Ｗが移動する。地面などにはクローラが接触するので、地面などに凸凹があっても車両部１Ｗは移動できる。左右のクローラ移動部１５Ｌ、１５Ｒは、互いに独立に動く。例えば、右側のクローラ移動部１５Ｒを前進させ、左側のクローラ移動部１５Ｌを後進させることができる。
車両部１Ｗの上面の後方には、電源となるバッテリ１８（図示せず）を搭載する。車両部１Ｗは、クローラ移動部１５Ｌ、１５Ｒの側面および前後面を覆うクローラカバー１ＷＡ有する。車両部１Ｗの上面後方には、バッテリ１８を収納するバッテリ収納部１ＷＢが設けられる。
腕部１０は、人の腕と同様な形状である。腕部１０の構造は、後で説明する。胴体部１１には、２本の腕部１０がその上部の左右に回転可能に接続する。胴体部１１と２本の腕部１０は、人間の胴体と腕と同様な位置関係および同様な大きさを有している。そのため、ロボット１は、人間と同様な細かな作業ができる。胴体部１１の下側には、胴体支持アーム１２が接続する。胴体支持アーム１２を移動させると、車両部１Ｗに対する胴体部１１の位置を変更できる。
胴体部１１は、腕接続部１９、胴上部２０、胴下部２１および胴体交差回転部２３を有する。腕接続部１９には、２本の腕部１０が接続する。胴下部２１には、胴体支持アーム１２が接続する。胴上部２０および胴体交差回転部２３は、腕接続部１９と胴下部２１の間に存在する。胴体交差回転部２３は、胴上部２０を胴下部２１に対して回転させる。胴体交差回転部２３が胴上部２０を胴下部２１に対して回転させる回転軸を、胴体交差回転軸と呼ぶ。腕接続部１９は、胴上部２０により回転可能に支持される。腕接続部１９を胴上部２０に対して回転させる回転軸を、腕接続部回転軸と呼ぶ。
胴体支持アーム１２は、車両部１Ｗから伸びて胴体部１１を支持する。胴体支持アーム１２は、車両部１Ｗに対する位置を変更可能に胴体部１１を支持する。胴体支持アーム１２は、胴体部１１を作業に適した位置および姿勢で配置することができる。胴体支持アーム１２の長さは、ロボット１が作業する位置の想定する最大の高さや、車両部１Ｗが近づける場所から想定する最大距離などを考慮して決める。
胴体支持アーム１２の上側に、胴体接続部１３が接続する。胴体接続部１３は、胴体部１１を胴体支持アーム１２に２回転自由度で回転可能に接続する。胴体接続部１３により、胴体部１１は胴体支持アーム１２との接続角度を変更できる。胴体部１１と胴体支持アーム１２との接続角度を変更する回転軸を、胴体傾斜回転軸と呼ぶ。胴体接続部１３により、胴体部１１を通る胴体回転軸の回りに胴体部１１は胴体支持アーム１２に対して回転できる。胴体傾斜回転軸は、胴体回転軸および胴体支持アーム１２と直交する。
制御するための計算が複雑になるが、胴体傾斜回転軸は、胴体回転軸および胴体支持アーム１２の何れかまたは両方と直角ではない角度で交差してもよい。胴体傾斜回転軸は、胴体回転軸および胴体支持アーム１２と交差していればよい。胴体接続部１３は、３回転自由度以上で回転可能に胴体部１１を胴体支持アーム１２に接続してもよい。胴体接続部１３は、胴体回転軸の回りの回転と胴体傾斜回転軸の回りの回転とを含む少なくとも２回転自由度で胴体部１１を胴体支持アーム１２に接続すればよい。
胴体支持アーム１２の下側に、アーム接続部１４が接続する。アーム接続部１４は、胴体支持アーム１２の一端を車両部１Ｗに２回転自由度で回転可能に接続する。アーム接続部１４は、方位回転軸と仰角回転軸とを有する。方位回転軸は、胴体支持アーム１２が延在する方向を車両部１Ｗの上面に投影した方向が車両部１Ｗの前後方向に対してなす角度を変更する回転軸である。仰角回転軸は、胴体支持アーム１２と車両部１Ｗの上面とがなす角度を変更する回転軸である。方位回転軸と仰角回転軸は直交する。仰角回転軸と胴体傾斜回転軸は、平行である。仰角回転軸は、方位回転軸および胴体支持アーム１２と直交する。
制御するための計算が複雑になるが、仰角回転軸は、方位回転軸および胴体支持アーム１２の何れかまたは両方と直角ではない角度で交差してもよい。仰角回転軸は、方位回転軸および胴体支持アーム１２と交差していればよい。アーム接続部１４は、３回転自由度以上で回転可能に胴体支持アーム１２を車両部１Ｗに接続してもよい。アーム接続部１４は、方位回転軸の回りの回転と仰角回転軸の回りの回転とを含む少なくとも２回転自由度で胴体支持アーム１２を車両部１Ｗに接続すればよい。
ロボット１は、車両部１Ｗの下端から頭部９の上端までの高さが約１．８ｍ、車両部１Ｗの前後方向の長さが約１．４ｍ、腕接続部１９および腕部１０の最小の横幅は約０．５５ｍである。重量は、ヒューマノイド部１Ｈだけで約１５０ｋｇ、ロボット１全体で約３００ｋｇである。腕部１０を水平に伸ばした状態で、片手で約３ｋｇ、両手で約６ｋｇの重量の物体を把持できる。腕部１０を鉛直下方に伸ばした状態では、片手で約１０ｋｇ、両手で約２０ｋｇの重量の物体を把持できる。物体を把持した状態で、胴体支持アーム１２を移動させることができる。
ロボット１の姿勢を表現するため、３種類の直交座標系を使用する。３種類の直交座標系は、車両部１Ｗを基準とする第１の直交座標系、胴体接続部１３を基準とする第２の直交座標系、腕接続部１９を基準とする第３の直交座標系である。
車両部１Ｗを基準とする第１の直交座標系を、以下のように定義する。第１の直交座標系により、車両部１Ｗに対する胴体支持アーム１２および胴体接続部１３の位置を表現する。
Ｘ１軸:車両部１Ｗの左右方向に平行な軸。
Ｙ１軸:車両部１Ｗの前後方向に平行な軸。
Ｚ１軸:車両部１Ｗの高さ方向に平行な軸。方位回転軸。
Ｘ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸は、互いに直交する。方位回転軸（Ｚ１軸）および仰角回転軸の交点を、第１の直交座標系の原点とする。右方をＸ１軸の正の向きとし、前方を１軸の正の向きとし、上方をＺ１軸の正の向きとする。Ｘ１軸およびＹ１軸は、車両部１Ｗの上面に平行である。Ｚ１軸は、車両部１Ｗの上面と直交する。
胴体接続部１３を基準とする第２の直交座標系を以下のように定義する。第２の直交座標系により、胴体接続部１３に対する腕接続部１９の位置を表現する。
Ｘ２軸:胴体接続部１３が有する胴体傾斜回転軸。
Ｙ２軸:Ｘ２軸およびＺ２軸に直交する軸。
Ｚ２軸:胴体接続部１３が有する胴体回転軸。
Ｘ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸は、互いに直交する。胴体傾斜回転軸（Ｘ２軸）および胴体回転軸（Ｚ２軸）の交点を、第２の直交座標系の原点とする。基準状態では、Ｘ１軸とＸ２軸、Ｙ１軸とＹ２軸、Ｚ１軸とＺ２軸は、それぞれ互いに平行である。基準状態における車両部１Ｗの右方をＸ２軸の正の向きとし、前方をＹ２軸の正の向きとし、上方をＺ２軸の正の向きとする。
腕接続部１９を基準とする第３の直交座標系を以下のように定義する。第３の直交座標系により、腕接続部１９に対する腕部１０の位置を表現する。
Ｘ３軸:２本の腕部１０が腕接続部１９に接続する２個の箇所を通る回転軸。
Ｙ３軸:Ｘ３軸およびＺ３軸に直交する軸。
Ｚ３軸:腕接続部１９を回転させる回転軸。腕接続部回転軸と呼ぶ。
Ｘ３軸、Ｙ３軸、Ｚ３軸は、互いに直交する。第３の直交座標系の原点は、腕接続部回転軸（Ｚ３軸）と、Ｘ３軸を含みＺ３軸に垂直な平面との交点とする。基準状態での腕接続部１９の右方をＸ３軸の正の向きとし、前方をＹ３軸の正の向きとし、上方をＺ３軸の正の向きとする。
図１５を参照して、ロボット１が有する回転軸について説明する。腕部１０を除くロボット１は、以下に示す６個の回転軸を有する。図１５は、ロボット１が有する回転軸を示す図である。
ＡＺ１軸：アーム接続部１４での方位回転軸。ＡＺ１軸は、Ｚ１軸と一致する。
ＥＬ１軸：アーム接続部１４での仰角回転軸。
ＥＬ２軸：胴体接続部１３での胴体傾斜回転軸。ＥＬ２軸は、Ｘ２軸と一致する。
ＡＺ２軸：胴体接続部１３での胴体回転軸。ＡＺ２軸は、Ｚ２軸と一致する。
ＸＥＬ軸：胴体交差回転部２３での胴体交差回転軸。
ＡＺ３軸：腕接続部１９を回転させる回転軸。腕接続部回転軸と呼ぶ。ＡＺ２軸は、Ｚ３軸と一致する。
ＡＺ２軸とＸＥＬ軸とは同じ平面上で交差し、ＡＺ３軸がＡＺ２軸とＸＥＬ軸の交点を通る。つまり、胴体部１１が有する３個の回転軸であるＡＺ２軸、ＸＥＬ軸およびＡＺ３軸は１点で交差する。基準状態では、胴上部２０が胴下部２１の真上に存在し、ＡＺ２軸とＡＺ３軸が同じ直線上に存在する。ＸＥＬ軸は、ＡＺ２軸が存在する平面と直交し、ＡＺ３軸が存在する平面と直交する。ＸＥＬ軸が回転すると、ＡＺ２軸とＡＺ３軸が交差するようになる。ＡＺ２軸、ＸＥＬ軸およびＡＺ３軸は１点で交差しなくてもよい。
ロボット１はＡＺ３軸を有するので、ロボット１では、ＸＥＬ軸の向きを腕接続部１９に対して変更できる。基準状態では、ＸＥＬ軸を回転させると、腕接続部１９が前後方向に回転する。ＡＺ３軸を９０度回転させた状態では、ＸＥＬ軸を回転させると、腕接続部１９がその左右のどちらかが高くなるように回転する。ＡＺ３軸を４５度回転させた状態では、ＸＥＬ軸を回転させると、腕接続部１９がその左右のどちらかが高くなるように回転し、かつ前後方向にも回転する。ＡＺ１軸とＡＺ３軸を反対方向に同じ角度だけ回転させると、胴体部１１では腕接続部１９が向く方向を変化させずＸＥＬ軸の回転により腕接続部１９が回転する方向を変更できる。
アーム接続部１４および胴体接続部１３での６個の回転軸の配置は、１本の腕部を有する一般の産業用ロボットの回転軸の配置と同じである。アーム接続部１４および胴体接続部１３の制御は、一般の産業ロボットと同様に制御することができる。
ヒューマノイド部１Ｈの構造の説明に戻る。図９などに示すように、頭部９は、腕接続部１９の上側に接続する。頭部接続部９Ｃは、頭部９を腕接続部１９に対して３回転自由度で回転可能に接続する。頭部９は、板状である。頭部９の前側で高さ方向のほぼ中間の位置に、数ｃｍ程度の間隔を空けて２個の現場カメラ２を搭載している。２個の現場カメラ２の視差を計算することで、物体などへの距離を把握できる。基準状態では、頭部９はＺ３軸の方向を向く。現場カメラ２はＹ３軸の方向を向く。頭部接続部９Ｃは、胴体部１１に対する角度を変更可能に、頭部９を胴体部１１に接続する。
頭部接続部９Ｃは、頭部９をＸ３軸の回りに例えば－９０度から９０度、Ｙ３軸の回りに例えば－３０度から３０度、Ｚ３軸の回りに例えば－９０度から９０度、回転させることができる。基準状態では、Ｘ３軸、Ｙ３軸、Ｚ３軸の回りの回転角度は、いずれも０度である。頭部９を上に向ける場合に、Ｘ３軸の角度は正である。頭部９を左に傾ける場合に、Ｙ３軸の角度は正である。上から見てＺ３軸の回りに時計回りに回転する場合に、Ｚ３軸の回りの回転角度が正である。ある軸の回りの回転角度は、その軸の回りに回転した角度である。
腕接続部１９は、円盤状の胴接続部１９Ａ(図１１に図示)、外形が直方体状である２個の腕回転部１９Ｂ、厚い板状の腕接続構造部１９Ｃを有する。胴接続部１９Ａは、胴上部２０に回転可能に支持される。腕接続構造部１９Ｃは、胴接続部１９Ａの上側に垂直に接続する。腕接続構造部１９Ｃの両側の主面は、左右方向を向く。腕接続構造部１９Ｃの両側の主面の前側の部分に、それぞれ直方体状の腕回転部１９Ｂが接続する。腕回転部１９Ｂは、腕部１０を回転させる機構を収納する。腕接続構造部１９Ｃの下を向く側面の後側の部分に、円盤状の胴接続部１９Ａが接続する。
２本の腕部１０は、腕接続部１９を回転させるＡＺ３軸よりも前に存在する。そのため、腕接続部１９が回転する場合に、腕部１０が回転を妨げることはない。
胴上部２０は、腕接続部回転部２０Ａと、回転軸接続ヨーク２０Ｂとを有する。ヨークとは、他の部材を回転可能に保持する穴または突起が設けられた互いに対向する部材である。ヨークに設けられた穴または突起に保持され、他の部材を回転可能にする部材を軸部材と呼ぶ。腕接続部回転部２０Ａは、胴接続部１９Ａの下方に存在し、胴接続部１９Ａを回転可能に支持する。腕接続部回転部２０Ａは、円柱状である。腕接続部回転部２０Ａは、胴接続部１９ＡをＡＺ３軸の回りに回転させる。ＡＺ３軸は、Ｘ３軸と交差する軸である。Ｘ３軸は、２本の腕部１０が腕接続部１９に接続する２個の箇所を結ぶ回転軸である。腕接続部回転部２０Ａは、胴上部２０に対して腕接続部１９をＡＺ３軸の回りに回転させる。
回転軸接続ヨーク２０Ｂは、胴体交差回転部２３が有する回転軸部材２３Ａに腕接続部回転部２０Ａを接続する部材である。回転軸接続ヨーク２０Ｂは、回転軸部材２３Ａが貫通して接続する２枚の対向する板状の部分と、２枚の板の上部を接続する板状の部分を有する構成である。回転軸接続ヨーク２０Ｂの上部の板状の部分の上側に、腕接続部回転部２０Ａが接続する。回転軸接続ヨーク２０Ｂは、回転軸部材２３Ａが回転すると、回転軸部材２３Ａと共に回転する。
胴下部２１は、回転軸保持ヨーク２１Ａと、垂直円柱部２１Ｂとを有する。回転軸保持ヨーク２１Ａは、回転軸部材２３Ａを回転可能に保持する。回転軸保持ヨーク２１Ａは、２枚の対向する板状の部分と、２枚の板の下部を接続する板状の部分とを有する形状である。２枚の対向する板状の部分が、回転軸部材２３Ａを回転可能に支持する。垂直円柱部２１Ｂは、回転軸保持ヨーク２１Ａの下側に接続する円柱状の部材である。
胴体交差回転部２３は、回転軸部材２３Ａ、回転軸ギア２３Ｂ、モータ２３Ｃ、駆動ギア２３Ｄおよびギアカバー２３Ｅを有する。回転軸部材２３Ａは、ＸＥＬ軸を構成する軸部材である。ＸＥＬ軸は、基準状態ではＸ１軸に平行である。回転軸部材２３Ａは、回転軸保持ヨーク２１Ａに回転可能に保持される。回転軸部材２３Ａには、胴上部２０が有する回転軸接続ヨーク２０Ｂが接続する。回転軸部材２３Ａが回転すると、胴上部２０も回転する。回転軸ギア２３Ｂは、回転軸部材２３Ａに固定されたギアである。回転軸ギア２３Ｂは、回転軸部材２３Ａでは右の腕部１０が存在する側に存在する。モータ２３Ｃは、回転軸ギア２３Ｂを回転させる動力を発生させる。モータ２３Ｃは、回転軸保持ヨーク２１Ａの内側の上に載置される。駆動ギア２３Ｄは、モータ２３Ｃが回転することで回転するギアである。駆動ギア２３Ｄは、回転軸ギア２３Ｂと噛み合う。駆動ギア２３Ｄが回転すると、回転軸ギア２３Ｂ、回転軸部材２３Ａおよび胴上部２０も回転する。ギアカバー２３Ｅは、回転軸ギア２３Ｂおよび駆動ギア２３Ｄを覆うカバーである。
胴体支持アーム１２は、２枚の側板１２Ａと、側板１２Ａを連結する連結板１２Ｂとを有する。２枚の側板１２Ａの上端部には、胴体接続部１３の回転軸部材１３Ｃが回転可能に保持される。回転軸部材１３Ｃは、胴体接続部１３を胴体支持アーム１２に対して回転させるＥＬ２軸の回転軸である部材である。２枚の側板１２Ａの下端部には、アーム接続部１４の回転軸部材１４Ｃが接続する。胴体支持アーム１２は、胴体部１１を車両部１Ｗに対して決められた位置に配置する。胴体支持アーム１２は、人間では脚の部分に対応する。
胴体接続部１３は、胴体部１１を２回転自由度で回転可能に胴体支持アーム１２に接続する。胴体接続部１３は、ＡＺ２軸およびＥＬ２軸の回りに回転可能に胴体部１１を胴体支持アーム１２に接続する。胴体接続部１３は、胴体支持アーム１２に対する胴体部１１の角度を変更する。胴体接続部１３は、人間では腰の部分に対応する。
胴体接続部１３は、胴体回転部１３Ａ、回転軸接続ヨーク１３Ｂ、回転軸部材１３Ｃ、回転軸ギア１３Ｄ、モータ１３Ｅ、駆動ギア１３Ｆおよびギアカバー１３Ｇを有する。胴体回転部１３Ａは、外形が円筒状である。胴体回転部１３Ａは、ＡＺ２軸の回りに回転可能に垂直円柱部２１Ｂを支持する。垂直円柱部２１Ｂは、胴下部２１の最も下に位置する円柱状の部分である。胴体回転部１３Ａの内部には、垂直円柱部２１Ｂを回転させるためのモータやギアが存在する。回転軸接続ヨーク１３Ｂは、その下部が前方に出ている。基準状態では、胴体回転部１３Ａは胴体支持アーム１２よりも背面側に位置する。
回転軸接続ヨーク１３Ｂは、胴体回転部１３Ａの下側に接続する。回転軸接続ヨーク１３Ｂは、２枚の対向する板状の部分と、２枚の板の上部を接続する板状の部分を有する形状である。回転軸接続ヨーク１３Ｂの上部の板状の部分の上側に、胴体回転部１３Ａが接続する。回転軸接続ヨーク１３Ｂの２枚の対向する板状の部分は、２枚の側板１２Ａに挟まれて、内側に回転軸部材１３Ｃが接続する。回転軸部材１３Ｃが回転すると、回転軸接続ヨーク１３Ｂおよび胴体回転部１３Ａが共に回転する。回転軸部材１３Ｃには、回転軸ギア１３Ｄが接続する。回転軸ギア１３Ｄは、回転軸部材１３Ｃでは右の腕部１０が存在する側に存在する。モータ１３Ｅは、回転軸ギア１３Ｄを回転させる動力を発生する。モータ１３Ｄは、胴体支持アーム１２の連結板１２Ｂの上側に載置される。駆動ギア１３Ｆは、モータ１３Ｄにより駆動されるギアである。駆動ギア１３Ｆは回転軸ギア１３Ｄと噛み合う。駆動ギア１３Ｆが回転すると、回転軸ギア１３Ｄが回転する。回転軸ギア１３Ｄが回転すると、回転軸部材１３Ｃを含んで胴体接続部１３の胴体１１側の部材が回転する。
アーム接続部１４は、胴体支持アーム１２を２回転自由度で回転可能に車両部１Ｗに接続する。アーム接続部１４は、胴体支持アーム１２をＡＺ１軸およびＥＬ１軸の回りに回転可能に車両部１Ｗに接続する。ＡＺ１軸は、車両部１Ｗの高さ方向に平行な回転軸である。ＥＬ１軸は、胴体支持アーム１２とＡＺ１軸とがなす角度を変更する回転軸である。
アーム接続部１４は、アーム回転部１４Ａ、アーム基部１４Ｂ、回転軸保持ヨーク１４Ｃ、回転軸部材１４Ｄ、回転軸ギア１４Ｅ、モータ１４Ｆ、駆動ギア１４Ｇ（図示せず）およびギアカバー１４Ｈを有する。アーム回転部１４Ａは、外形がフランジを有する円筒状である。アーム回転部１４Ａは、車両部１Ｗの上面に設けられた窪みに設置される。アーム回転部１４Ａの円筒状の部分が、車両部１Ｗの内部に入る。アーム回転部１４Ａのフランジが、車両部１Ｗの窪みの底面の上に出る。アーム回転部１４Ａは、その上に存在するアーム基部１４ＢをＡＺ１軸の回りに回転可能に支持する。アーム回転部１４Ａは、アーム基部１４Ｂを回転させるためのモータやギアを収納する。アーム基部１４Ｂは、円盤状の部材の上に略長方形の板材が接続した部材である。アーム基部１４Ｂの円盤状の部材が、アーム回転部１４Ａに回転可能に支持される。
回転軸保持ヨーク１４Ｃは、アーム基部１４Ｂの上側に接続した２枚の対向する板材である。回転軸保持ヨーク１４Ｃは、回転軸部材１４Ｄを回転可能に保持する。回転軸部材１４Ｄは、胴体支持アーム１２を車両部１Ｗに対して回転させるＥＬ１軸の回転軸である部材である。回転軸ギア１４Ｅは、回転軸部材１４Ｄに接続する。回転軸ギア１４Ｅは、回転軸部材１４Ｄでは回転軸保持ヨーク１４Ｃよりも右の腕部１０が存在する側に存在する。モータ１４Ｆは、回転軸ギア１４Ｅを回転させる動力を発生する。モータ１４Ｆは、回転軸保持ヨーク１４Ｃに設けられた貫通穴を通り、回転軸保持ヨーク１４Ｃに支持される。駆動ギア１４Ｇは、モータ１４Ｆの回転により駆動する。駆動ギア１４Ｇは回転軸ギア１４Ｅと噛み合う。駆動ギア１４Ｇが回転すると、回転軸ギア１４Ｅおよび回転軸部材１４Ｄが回転する。ギアカバー１４Ｈは、回転軸ギア１４Ｅおよび駆動ギア１４を覆うカバーである。
アーム接続部１４では、ＡＺ１軸の回りに例えば－１６０度から１８０度の範囲で回転可能である。ＥＬ１軸の回りには、例えば－７０度から９５度の範囲で回転可能である。ここで、ＡＺ１軸の回りの回転角度は、ヒューマノイド部１Ｈが向く方向が車両部１Ｗの向く方向と平行になる場合に、０度とする。ＡＺ１軸の角度は、上から見て時計回りに回転する場合に、角度を正とする。胴体支持アーム１２が車両部１Ｗの上面と直交する場合に、ＥＬ１軸の回りの回転角度を０度とする。胴体支持アーム１２が前に傾く場合に、ＥＬ１軸の角度を正とする。
胴体接続部１３では、ＥＬ２軸の回りに例えば－１０５度から１５０度の範囲で回転可能である。ＡＺ２軸の回りには、例えば－９５度から９５度の範囲で回転可能である。ここで、ＥＬ２軸の回りの回転角度は、胴体支持アーム１２が延在する方向とＡＺ２軸の方向とが平行になる場合に、０度とする。胴下部２１が胴体支持アーム１２に対して前に傾く場合に、ＥＬ２軸の角度を正とする。ＡＺ２軸の回りの回転角度は、胴体部１１が向く方向が胴体支持アーム１２の向く方向と平行になる場合に、０度とする。上から見て時計回りに胴体部１１が回転する場合に、ＡＺ２軸の角度を正とする。
胴体交差回転部２３では、ＸＥＬ軸の回りに例えば－９５度から９５度の範囲で回転可能である。ここで、ＸＥＬ軸の回りの回転角度は、ＡＺ３軸がＡＺ２軸と平行になる場合に、０度とする。基準状態では、ＸＥＬ軸の角度は０度である。基準状態で、胴上部２０が胴下部２１よりも前側に移動する場合に、ＸＥＬ軸の角度を正とする。
腕接続部回転部２０Ａでは、ＡＺ３軸の回りに例えば－１８５度から１８５度の範囲で回転可能である。腕接続部１９が向く方向と胴上部２０が向く方向と同じになる場合に、ＡＺ３軸の回りの回転角度を０度とする。上から見て時計回りに腕接続部１９が回転する場合に、ＡＺ３軸の角度を正とする。
ロボット１では、２本の腕部１０を車両部１Ｗに対して大きく動かすことができ、作業に適した方向に２本の腕部１０を向けることができる。障害物などがある場合などは、障害物などを避けるような姿勢を、ロボット１は取ることができる。つまり、把持または操作する対象へのアプローチの自由度が高く、障害物などのために作業難易度が高い場合でも、ロボット１は柔軟に対応できる。また、アプローチする駆動範囲も拡大できて、より広範囲な空間で作業することが可能となる。胴体支持アーム１２により、腕接続部１９の位置を決められた範囲の３次元空間内の任意の位置に配置できる。さらに、２本の腕部１０の位置を、腕接続部１９に対して決められた範囲の３次元空間内の任意の位置に配置できる。
ロボット１の姿勢に応じて頭部接続部９Ｃを制御することで、ハンド部２６が存在する方向に現場カメラ２を向けることができる。
図１６から図２３を参照して、腕部１０の構造を説明する。図１６は、腕部１０の斜視図である。図１７は、腕部１０の別の斜視図である。図１８から図２３は、腕部１０の正面図、右側面図、背面図、左側面図、平面図および底面図である。
腕部１０は、腕基部２２、上腕部２４、前腕部２５およびハンド部２６が直列に接続する。腕基部２２は、腕接続部１９に回転可能に支持される。上腕部２４は、肩関節部２７により腕基部２２に２回転自由度で回転可能に接続する。前腕部２５は、肘関節部２８により上腕部２４に２回転自由度で回転可能に接続する。ハンド部２６は、手首関節部２９により前腕部２５に２回転自由度で回転可能に接続する。
図２４を参照して、腕部１０が有する回転軸について説明する。図２４は、腕部１０が有する回転軸を示す図である。図２４(A)は左の腕部１０の左側面図であり、図２４(B)は左の腕部１０の正面図である。
腕部１０は、以下に示す７個の回転軸を有する。
ＡＺ４軸：腕部１０を腕接続部１９に対して回転させる回転軸。腕基部２２を通り、腕基部２２を回転させる回転軸。ＡＺ４軸を、腕基部回転軸と呼ぶ。ＡＺ４軸の回りの回転角度を、腕基部回転角と呼ぶ。腕基部回転角を、変数θＡＺ４で表す。
ＥＬ４軸：上腕部２４と腕基部２２とがなす角度を変更させる回転軸。ＥＬ４軸は、ＡＺ４軸と直交する。ＥＬ４軸の回りの回転角度を、上腕部傾斜角と呼ぶ。上腕部傾斜角を、変数δＥＬ４で表す。
ＡＺ５軸：上腕部２４を通り、かつ上腕部２４を回転させる回転軸。ＡＺ５軸は、ＥＬ４軸と直交する。ＡＺ５軸を、上腕部回転軸と呼ぶ。ＡＺ５軸の回りの回転角度を、上腕部回転角と呼ぶ。上腕部回転角を、変数θＡＺ５で表す。
ＥＬ５軸：前腕部２５と上腕部２４がなす角度を変更させる回転軸。ＥＬ５軸は、ＡＺ５軸と直交する。ＥＬ５軸の回りの回転角度を、前腕部傾斜角と呼ぶ。前腕部傾斜角を、変数δＥＬ５で表す。
ＡＺ６軸：前腕部２５を通り、かつ前腕部２５を回転させる回転軸。ＡＺ６軸は、ＥＬ５軸と直交する。ＡＺ６軸を、前腕部回転軸と呼ぶ。ＡＺ６軸の回りの回転角度を、前腕部回転角と呼ぶ。前腕部回転角を、変数θＡＺ６で表す。
ＥＬ６軸：ハンド部２６と前腕部２５（ＡＺ６軸）とがなす角度を、ＡＺ６軸およびＸＥＬ２軸を含む平面（前後方向回転平面）で回転させる回転軸。ＥＬ６軸は、ＡＺ６軸およびＸＥＬ２軸と直交する。ＥＬ６軸の回りの回転角度を、ハンド第１傾斜角と呼ぶ。ハンド第１傾斜角を、変数δＥＬ６で表す。
ＸＥＬ２軸：ハンド部２６と前腕部２５（ＡＺ６軸）とがなす角度を、ＡＺ６軸およびＥＬ６軸を含む平面（左右方向回転平面）で回転させる回転軸。ＸＥＬ２軸は、ＡＺ６軸およびＥＬ６軸と直交する。ＸＥＬ２軸の回りの回転角度を、ハンド第２傾斜角と呼ぶ。ハンド第２傾斜角を、変数δＸＥＬ２で表す。
前後方向回転平面は、ＡＺ６軸を含む第１平面である。左右方向回転平面は、前後方向回転平面と交差し、かつＡＺ６軸を含む第２平面である。計算は複雑になるが、第１平面と第２平面は、直交していなくてもよい。第１平面と第２平面は、ＡＺ６軸を含みかつ交差していればよい。
ＡＺ４軸は、腕基部２２を腕接続部１９に対して回転させる回転軸である。ＥＬ４軸とＡＺ５軸は、肩関節部２７で腕基部２２と上腕部２４との接続角度を変更する回転軸である。ＥＬ５軸とＡＺ６軸は、肘関節部２８で上腕部２４と前腕部２５との接続角度を変更する回転軸である。ＥＬ６軸とＸＥＬ２軸は、手首関節部２９で前腕部２５とハンド部２６との接続角度を変更する回転軸である。前後方向回転平面および左右方向回転平面は、前腕部２５を通る互いに直交する２平面である。
ＡＺ４軸は、腕接続部１９に垂直である。ＡＺ４軸は、腕接続部１９と交差していればよい。ＡＺ４軸は、肩部回転軸とも呼ぶ。肩部回転軸は、腕接続部１９と交差する回転軸である。ＡＺ４軸の回りの回転角度を、腕基部回転角あるいは肩部回転角と呼ぶ。
腕基部２２は、円柱状である。腕基部２２は、腕接続部１９が有する腕回転部１９Ｂに設けられた穴に回転可能に挿入される。腕回転部１９Ｂには、背面側からモータ１９Ｄが挿入される。腕回転部１９Ｂの内部には、モータ１９Ｄが出す回転トルクにより腕基部２２を回転させるウォームギア機構が収納される。腕基部２２の端部には、図示しないウォームホイールが設けられる。ウォームホイールは、モータ１９Ｄの回転により回転する図示しないウォームと噛み合う。モータ１９Ｄおよびウォームが回転すると、ウォームホイールおよび腕基部２２および腕部１０がＡＺ４軸の回りに回転する。基準状態での腕部１０は、ヒューマノイド部１Ｈの前後方向に回転する。腕基部２２の肩関節部２７側の端には、フランジが設けられる。腕基部２２のフランジに、肩関節部２７が接続する。腕基部２２は、ＡＺ４軸の回りを回転する。ＡＺ４軸は、円柱状である腕基部２２の中心を通る。腕回転部１９Ｂに設けられた穴と、この穴に回転可能に挿入される腕基部２２は、腕基部２２を胴体部１１に少なくとも１回転自由度で回転可能に接続する腕基部関節部２２Ａ（符号は図示せず）である。
腕基部２２の回転可能範囲は、例えば－３５度から１８０度の範囲である。ここで、腕基部２２がＡＺ４軸の回りに回転する角度（腕基部回転角）は、上腕部２４が下を向く場合に腕基部回転角を０度とし、上腕部２４が前方に回転する場合に、腕基部回転角を正とする。腕基部２２の回転により、上腕部２４を真上に向けることができる。また、上腕部２４を真下から後ろに３５度まで回転できる。腕基部回転角θＡＺ４は、例えば－３５度≦θＡＺ４≦１８０度の範囲内の何れかの値をとることができる。
肩関節部２７が、関節接続部２４Ａに対して中間円筒部２４Ｂを回転させる機構を含むと考えてもよい。そう考える場合には、肩関節部２７は、上腕部２４を２回転自由度で回転可能に腕基部２２に接続する。肩関節部２７は、上腕部２４を通る上腕部回転軸（ＡＺ５軸）の回りの回転と、上腕部２４と腕基部２２とがなす角度を変更する回転軸（ＥＬ４軸）の回りの回転とを可能にする。肩関節部２７におけるＡＺ５軸の回りの回転は、上腕部２４および前腕部２５を回転させる。ＡＺ５軸の回りに上腕部２４を回転させる場合には、肘関節部２８で前腕部２５をＡＺ５軸の回りに回転させる場合よりも、構造が簡単になる。
肩関節部２７は、ＥＬ４軸の回りの１回転自由度で上腕部２４を回転可能に上腕基部２２に接続すると考えてもよい。上腕部回転軸（ＡＺ５軸）の回りに上腕部２４を回転可能にする機構は、肩関節部２７ではなく、上腕部２４に設けられていると考えてもよい。そのように考える場合には、肩関節部２７は、上腕部２４を上腕基部２２に少なくとも１回転自由度で回転可能に接続する。また、上腕部２４を通る上腕部回転軸の回りに上腕部２４が回転可能である。
関節接続部２４Ａに対して中間円筒部２４Ｂを回転させる機構を肩関節部が含むことに加えて、腕基部２２および腕基部関節部２２Ａを肩関節部の一部と考えてもよい。そう考える場合には、肩関節部は、３回転自由度で回転可能に上腕部２４を腕回転部１９Ｂに接続する。肩関節部が有する３回転自由度は、ＡＺ４軸、ＥＬ４軸およびＡＺ５軸の回りの回転自由度である。腕回転部１９Ｂは腕接続部１９に含まれるので、肩関節部は、３回転自由度で回転可能に上腕部２４を腕接続部１９に接続する。腕接続部１９は胴体部１１に含まれるので、肩関節部は、３回転自由度で回転可能に上腕部２４を胴体部１１に接続する。肩関節部は腕部１０を回転可能に胴体部１１に接続する。
肩関節部２７では、ＥＬ４軸の回りの回転可能範囲は、例えば－１０度から７５度である。ここで、肩関節部２７におけるＥＬ４軸の回転角度（上腕部傾斜角）は、上腕部２４が腕基部２２と直交する場合に角度を０度とする。上腕部２４と腕基部２２との間の角度が小さくなる、すなわち上腕部２４が胴体部１１から離れるように回転する場合に、ＥＬ４軸の角度を正とする。肩関節部２４では、基準状態では上腕部２４を横方向の外側に７５度まで上げることができ、上腕部２４が胴体部１１に近づく方向には、１０度まで回転できる。上腕部傾斜角δＥＬ４は、例えば－１０度≦δＥＬ４≦７５度の範囲内の何れかの値をとることができる。
肩関節部２７では、ＡＺ５軸の回りの回転可能範囲は、例えば－９０度から２０度である。ここで、ＡＺ５軸の回りの回転角度（上腕部回転角）は、基準状態で０度であり、上腕部２４が胴体部１１の側に回転する場合に角度を負とする。上腕部２４を通るＡ５軸の回りの回転により、上腕部２４を下に向けて肘関節部２８を９０度に曲げた状態では、前腕部２５を腕接続部１９の前面に平行になるまで内側に回転でき、外側には２０度まで回転できる。上腕部回転角θＡＺ５は、例えば－９０度≦θＡＺ５≦２０度の範囲内の何れかの値をとることができる。
肘関節部２８が、回転軸接続部２５Ａに対して前腕基部２５Ｂを回転させる機構を含むと考えてもよい。そう考える場合には、肘関節部２８は、前腕部２５を２回転自由度で回転可能に上腕部２４に接続する。肘関節部２８は、前腕部２５を通る前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りの回転と、前腕部２５と上腕部２４とがなす角度を変更する回転軸（ＥＬ５軸）の回りの回転とを可能とする。ＡＺ６軸の回りの回転は、前腕部２５およびハンド部２６を回転させる。ＡＺ６軸の回りに前腕部２５を回転させる場合には、手首関節部２９でハンド部２６をＡＺ６軸の回りに回転できるようにする場合よりも、構造が簡単になる。
肘関節部２８は、ＥＬ５軸の回りの１回転自由度で前腕部２５を回転可能に上腕部２４に接続すると考えてもよい。前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りに前腕部２５を回転可能にする機構は、肘関節部２８ではなく、前腕部２５に設けられていると考えてもよい。そのように考える場合には、肘関節部２８は、前腕部２５を上腕部２４に少なくとも１回転自由度で回転可能に接続する。また、前腕部２５を通る前腕部回転軸の回りに前腕部２５が回転可能である。
肘関節部２８では、ＥＬ５軸の回りの回転可能範囲は、例えば１０度から１２５度である。ここで、ＥＬ５軸の回りの回転角度（前腕部傾斜角）は、前腕部２５と上腕部２４とが同一直線に存在する場合を０度とする。つまり、上腕部２４を肘関節部２８よりも前腕部２５が存在する側に延長した直線と前腕部２５とがなす角度が、ＥＬ５軸の回りの回転角度である。前腕部２５が上腕部２４よりも前側に存在する場合に、ＥＬ５軸の回りの回転角度を正とする。前腕部傾斜角が０度の場合に、前腕部２５と上腕部２４とがなす角度は１８０度である。したがって、肘関節部２８は、前腕部２５と上腕部２４とがなす角度が約１７０度から約５５度である範囲で、曲げ伸ばしできる。前腕部傾斜角δＥＬ５は、例えば１０度≦δＥＬ５≦１２５度の範囲内の何れかの値をとることができる。
肘関節部２８では、前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りの回転可能範囲は、例えば－１００度から１００度までである。基準状態では、前後方向回転平面が前腕部２５の正面方向と平行になる。ＡＺ６軸の回りの回転角度（前腕部回転角）は、基準状態ではＡＺ６軸の角度を０度とする。前後回転平面が外側に傾く場合に、ＡＺ６軸の角度を正とする。前腕部回転角θＡＺ６は、例えば－１００度≦θＡＺ６≦１００度の範囲内の何れかの値をとることができる。
手首関節部２９は、ハンド部２６を２回転自由度で回転可能に前腕部２５に接続する。手首関節部２９は、２軸ジンバルである。手首関節部２９は、前後方向回転平面および左右方向回転平面のそれぞれで前腕部２５とハンド部２６とがなす角度を変更できる。前後方向回転平面および左右方向回転平面は、どちらも前腕部２５を含む平面であり、互いに直交する。ＥＬ６軸は、前後方向回転平面に直交する。ＥＬ６軸は、前後方向回転平面でハンド部２６が回転することを可能にする回転軸である。ＸＥＬ２軸は、左右方向回転平面に直交する。ＸＥＬ２軸は、左右方向回転平面でハンド部２６が回転することを可能にする回転軸である。前後方向回転平面が、前腕部回転軸（ＡＺ６軸）を含む第１前腕平面である。左右方向回転平面が、ＡＺ６軸を含み前後方向回転平面と直交する第２前腕平面である。前後方向回転平面および左右方向回転平面は、互いに直交しなくともよく、交差していればよい。第１前腕平面である前後方向回転平面は、ＡＺ６軸を含まなくてもよい。第２前腕平面である左右方向回転平面は、ＡＺ６軸を含まなくてもよい。前後方向回転平面と左右方向回転平面とは、互いに交差していればよい。
手首関節部２９では、ＥＬ６軸の回りの回転による前後方向回転平面での回転角度は、ハンド部２６を例えば－４５度から６０度まで回転できる。ＸＥＬ２軸の回りの回転による左右方向回転平面での回転角度は、ハンド部２６を例えば－６０度から６０度まで回転できる。ＥＬ６軸およびＸＥＬ２軸の回りの回転角度は、ハンド部２６と前腕部２５とが同一の直線上に存在する場合に、角度を０度とする。前後方向回転平面でハンド部２６が前側に存在する場合に、ＥＬ６軸の回りの回転角度（ハンド第１傾斜角）を正とする。左右方向回転平面でハンド部２６が外側に存在する場合に、ＸＥＬ２軸の回りの回転角度（ハンド第２傾斜角）を正とする。ハンド第１傾斜角δＥＬ６は、例えば－４５度≦δＥＬ６≦６０度の範囲内の何れかの値をとることができる。ハンド第２傾斜角δＸＥＬ２は、例えば－６０度≦δＸＥＬ２≦６０度の範囲内の何れかの値をとることができる。
肘関節部２８で前腕部２５が前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りに回転するので、ハンド部２６は前腕部２５に対する向きを大きく変更できる。手首関節部２９では、互いに直交する前後方向回転平面および左右方向回転平面で前腕部２５とハンド部２６との接続角度を変更できるので、ハンド部２６を前腕部２５に対して意図する方向に向けることが容易である。手首関節部が、前腕部２５に対してハンド部２６を回転させ、ハンド部２６が前腕部２５となす角度を変更する方式の関節部である場合は、ハンド部２６と前腕部２５とがなす角度が１８０度に近い場合（前腕部２５が延在する方向にハンド部２６が存在する場合）には、ハンド部２６を前腕部回転軸の回りに大きく回転させる必要があり、ハンド部２６を前腕部２５に対して意図した方向に向けることが難しくなる。
手首関節部を、ハンド部２６が前腕部２５となす角度だけを変更するようにしてもよい。その場合には、手首関節部での回転自由度が１回転自由度でよく、手首関節部を簡素にできる。肘関節部２８で前腕部２５が前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りに回転するので、ハンド部２６は前腕部回転軸に対する回転可能範囲は、手首関節部で必要な範囲にできる。ただし、ハンド部２６と前腕部２５とがなす角度が１８０度に近い場合には、ハンド部２６を前腕部回転軸に対して意図した方向に向けることが難しくなる。
腕基部関節部は、２回転自由度を有してもよい。肩関節部２７は、１回転自由度あるいは３回転自由度を有してもよい。肘関節部２８は、１回転自由度あるいは３回転自由度を有してもよい。手首関節部２９は、１回転自由度あるいは３回転自由度を有してもよい。腕基部関節部の回転自由度、肩関節部２７の回転自由度、肘関節部２８の回転自由度、手首関節部２９の回転自由度の合計は、６回転自由度あるいは８回転自由度でもよい。
肩関節部２７は、肩関節構造部２７Ａ、モータ２７Ｂ、モータ設置部２７Ｃおよび回転軸部材２７Ｄを有する。回転軸部材２７Ｄは、ＥＬ４軸に平行な棒状の部材である。回転軸部材２７Ｄに、上腕部２４が接続する。回転軸部材２７Ｄが回転すると、上腕部２４がＥＬ４軸の回りを回転する。上腕部２４を、ＡＺ５軸の回りに回転させる機構は、上腕部２４に設けられる。
肩関節構造部２７Ａおよびモータ設置部２７Ｃは、回転軸部材２７Ｄを回転可能に保持する部材である。回転軸部材２７Ｄは、肩関節構造部２７Ａに垂直である。基準状態では肩関節構造部２７Ａは前後方向に水平に延在し、回転軸部材２７Ｄは下方に延在する。肩関節構造部２７Ａは、フランジを有する円筒と、腕接続部１９側に接続した直方体とを有する形状である。肩関節構造部２７Ａの円筒を前方から見ると、フランジの部分は、円の左右の対向する部分を直線で切り取った形状である。モータ設置部２７Ｃも、フランジを有する円筒状の形状である。フランジは、肩関節構造部２７Ａおよびモータ設置部２７Ｃで同じ形状である。肩関節構造部２７Ａの円筒のフランジおよびモータ設置部２７Ｃのフランジは、互いに接合する。モータ設置部２７Ｃには、その内部にモータ２７Ｂが設置される。モータ２７Ｂは、回転軸部材２７Ｄを回転させる動力を発生する。モータ設置部２７Ｃの内部には、モータ２７Ｂの回転トルクを回転軸部材２７Ｄに伝えるギアも収納される。
上腕部２４は、関節接続部２４Ａ、中間円筒部２４Ｂ、フタ２４Ｃおよび下側円柱２４Ｄを有する。関節接続部２４Ａは、肩関節部２７が有する回転軸部材２７Ｄと接続する四角い棒状の部分を有する部材である。回転軸部材２７Ｄと関節接続部２４Ａは、一体に形成される。関節接続部２４Ａは、四角い棒状の部分の下側に円柱状の部分を有する。円柱状の部分は、中間円筒部２４Ｂの内部に回転可能に挿入される。中間円筒部２４Ｂが関節接続部２４Ａに対して回転することで、上腕部２４がＡＺ５軸の回りを回転する。
関節接続部２４Ａは、肩関節構造部２７Ａに設けられた開口を通る。肩関節構造部２７Ａに設けられた開口は、基準状態では下側を向く。関節接続部２４Ａの角棒の部分が開口と接触することで、肩関節部２７において左右方向の回転角度が制限される。肩関節部２７は、上腕部２７を下に向けた状態から左右方向の外側に回転させる場合は、上腕部２７が水平に近い角度になるまで回転できる。
中間円筒部２４Ｂには、背面側に開口が設けられる。背面側の開口は、中間円筒部２４Ｂの内部のモータなどをメンテナンスなどするために設けている。フタ２４Ｃは、中間円筒部２４Ｂの開口をふさぐ。中間円筒部２４Ｂの上側の内部には、関節接続部２４Ａに対して中間円筒部２４Ｂを回転させるモータやギアが収納される。肘関節部２８で使用するモータ２４Ｅ（図示せず）も、中間円筒部２４Ｂの下側の内部に収納される。モータ２４Ｅの回転軸は、中間円筒部２４Ｂの下側から外部に出る。
下側円柱２４Ｄは、中間円筒部２４Ｂの下側に接続する。下側円柱２４Ｄは、中間円筒部２４Ｂよりも径が小さい円筒である。関節接続部２４Ａ、中間円筒部２４Ｂおよび下側円柱２４Ｄは、１本の直線上に存在する。下側円柱２４Ｄは、肘関節部２８が有する回転軸保持ヨーク２８Ａに接続する。
肘関節部２８は、２回転自由度で前腕部２５を上腕部２４に接続する。肘関節部２８は、前腕部２５を通る前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りの回転と、上腕部２４と前腕部２５とがなす角度を変更する回転とを可能にする。肘関節部２８は、回転軸保持ヨーク２８Ａ、回転軸部材２８Ｂ、ウォームホイール２８Ｃ、ウォーム２８Ｄ、ギア部２８Ｅ、モータ２８Ｆ、ギア部２８Ｇ、モータ収納部２８Ｈおよびギアカバー２８Ｊを有する。ウォームギア機構を使用しているので、肘関節部２８で前腕部２５と上腕部２４とがなす角度は、電力の供給が途絶えた場合でも維持できる。
回転軸部材２８Ｂは、前腕部２５と上腕部２４との間の角度を変更する回転軸（ＥＬ５軸）を構成する軸部材である。回転軸部材２８Ｂに前腕部２５が接続する。回転軸部材２８Ｂは、上腕部２４に対して直交する方向に延在する。回転軸保持ヨーク２８Ａは、回転軸部材２８Ｂを回転可能に保持する。回転軸保持ヨーク２８Ａは、回転軸部材２８Ｂが貫通する２枚の対向する板状の部分と、２枚の板の上部を接続する板状の部分を有する形状である。回転軸保持ヨーク２８Ａは、上側の板状の部分で下側円柱２４Ｄに接続する。
図２１に示すように、ウォームホイール２８Ｃ、ウォーム２８Ｄおよびギア部２８Ｅは、上腕部２４の内部に収納されたモータ２４Ｅにより回転軸部材２８Ｂを回転させる機構を構成する。ウォームホイール２８Ｃは、回転軸部材２８Ｂに取り付けられている。ウォームホイール２８Ｃが回転することで、回転軸部材２８Ｂが回転する。ウォームホイール２８Ｃは、肘関節部２８の左右方向の外側に存在する。ギア部２８Ｅは、モータ２４Ｅの回転により回転する。ギア部２８Ｅは、中間円筒部２４Ｂの下面に平行に設置される。ギア部２８Ｅは、モータ２４Ｅの回転軸と噛み合うギアと、ウォーム２８Ｄと噛み合うギアとを有する。ウォーム２８Ｄは、中間円筒部２４Ｂが延在する方向に存在する。ウォーム２８Ｄは、中間円筒部２４Ｂに近い側でギア部２８Ｅと噛み合う。また、中間円筒部２４Ｂから遠い側で、ウォーム２８Ｄはウォームホイール２８Ｃと噛み合う。ギアカバー２８Ｊは、ウォームホイール２８Ｃ、ウォーム２８Ｄおよびギア部２８Ｅを覆うカバーである。
モータ２４Ｅが回転すると、モータ２４Ｅの回転がギア部２８Ｅによりウォーム２８Ｄに伝えられて、ウォーム２８Ｄが回転する。ウォーム２８Ｄが回転すると、ウォームホイール２８Ｃおよび回転軸部材２８Ｂが回転して、前腕部２５と上腕部２４とがなす角度が変化する。
図２０に示すように、モータ２８Ｆ、ギア部２８Ｇおよびモータ収納部２８Ｈは、前腕部２５に設けられる。モータ２８Ｆ、ギア部２８Ｇおよびモータ収納部２８Ｈは、肘関節部２８において前腕部２５を通る前腕部回転軸の回りに前腕部２５を回転させる機構を構成する。モータ２８Ｆは、前腕部２５を回転させる動力を発生する。ギア部２８Ｇは、モータ２８Ｆの回転により前腕部２５を回転させるためのギアである。モータ収納部２８Ｈは、モータ２８Ｆを収納する。ギア部２８Ｇの外形は、フランジを有する円筒状である。モータ収納部２８Ｈは、ギア部２８Ｇの手首側に接続する。モータ収納部２８Ｈは、モータ２８Ｆを挟む２個の側面と、側面をつなぐ底面とを有する部材である。ギア部２８Ｇは、モータ２８Ｆと前腕基部２５Ｂ（後述）の間に存在する。ギア部２８Ｇの内部には、回転軸接続部２５Ａ（後述）、ギア機構およびモータ２８Ｆの回転軸が存在する。ギア機構は、モータ２８Ｆの回転により、前腕基部２５Ｂを回転軸接続部２５Ａに対して回転させる機構である。
前腕部２５は、回転軸接続部２５Ａ、前腕基部２５Ｂ、前腕骨部２５Ｃ、アクチュエータ構造部２５Ｄ、ねじ棒保持部２５Ｅおよびねじ棒保持部２５Ｆを有する。回転軸接続部２５Ａは、回転軸部材２８Ｂともに回転する部材である。回転軸接続部２５Ａと回転軸部材２８Ｂは、一体に形成する。回転軸接続部２５Ａは、関節接続部２４Ａと同様な形状を有する。回転軸接続部２５Ａの形状は、肘関節部２８が有する回転軸部材２８Ｂと接続する円柱状の部分と、円柱状の部分の下側に接続する円筒状の部分とを有する形状である。前腕基部２５Ｂは、フランジを有する円筒状の形状である。前腕基部２５Ｂの上面の円形の開口に、回転軸接続部２５Ａの円筒状の部分が回転可能に挿入される。前腕基部２５Ｂのフランジとギア部２８Ｇのフランジとが接合されるギア部２８Ｇは、前腕基部２５Ｂよりもハンド部２６が存在する側に存在する。モータ２８Ｆが回転すると、ギア部２８Ｇの内部に設けられたギア機構により、前腕基部２５Ｂが回転軸接続部２５Ａに対して回転する。
前腕骨部２５Ｃは、前腕基部２５Ｂのハンド部２６が存在する側に接続する角柱状の部材である。前腕骨部２５Ｃの先端に、手首関節部２９が設けられる。前腕基部２５Ｂの下側には、外形が円筒状のギア部２８Ｇが接続する。前腕骨部２５Ｃは、ギア部２８Ｇを貫通して手首側に延在する。
アクチュエータ構造部２５Ｄは、手首関節部２９において接続角度を変更する２個のアクチュエータを設置するための構造部材である。アクチュエータ構造部２５Ｄは、前腕骨部２５Ｃに固定される。アクチュエータ構造部２５Ｄが固定される面は、基準状態で前腕骨部２５Ｃの前側を向く面である。アクチュエータ構造部２５Ｄは、手首関節部２９の半分の断面がＴ字状であり、肘関節部２８側がＴの縦棒だけである形状を有する部材である。Ｔの縦棒だけの部分（縦板部）は、外形が円筒状のギア部２８Ｇの外側およびフランジに接続する。ねじ棒保持部２５Ｅは、アクチュエータ構造部２５Ｄの断面がＴ字状であるハンド部２６側の端部に取り付けられる。ねじ棒保持部２５Ｆは、アクチュエータ構造部２５Ｄの縦板部の端部および前腕基部２５Ｂのフランジに接続する。ねじ棒保持部２５Ｅおよびねじ棒保持部２５Ｆの間に、２本のねじ棒が回転可能に保持される。
手首関節部２９は、２回転自由度でハンド部２６を前腕部２５に接続する。手首関節部２９は、交線が前腕部２５を通る互いに直交する２平面のそれぞれで、ハンド部２６と前腕部２５との間の角度を変更する。交線が前腕部２５を通る互いに直交する２平面は、前後方向回転平面および左右方向回転平面である。前後方向回転平面および左右方向回転平面は、アクチュエータ構造部２５Ｄにより決まる平面に対して４５度の角度をなす。図２５に、手首関節部２９の断面図を示す。図２５は、図２１に示すＡ－Ａ断面での断面図である。
手首関節部２９は、Ｔ字部材２９Ａ、Ｔ字部材保持ヨーク２９Ｂ、Ｔ字部材保持部２９Ｃおよび手首基部２９Ｄを有する。Ｔ字部材２９Ａは、２回転自由度の接続を可能とするＴ字状の部材である。Ｔ字部材２９Ａは、前腕骨部２５Ｃと手首基部２９Ｄとを２回転自由度で接続する。Ｔ字部材保持ヨーク２９Ｂは、前腕骨部２５Ｃの先端に設けられる。Ｔ字部材保持部２９Ｃは、手首基部２９Ｄに設けられる。Ｔ字部材２９ＡのＴの横棒の部分をＥＬ６軸が通り、Ｔの縦棒の部分をＸＥＬ２軸が通る。Ｔ字部材２９ＡのＴの横棒の部分は円柱状であり、Ｔの横棒の部分の円柱の中心がＥＬ６軸である。Ｔ字部材２９ＡのＴの縦棒の部分は円柱状であり、Ｔの縦棒の部分の円柱の中心がＸＥＬ２軸である。Ｔ字部材２９Ａでは、ＥＬ６軸とＸＥＬ６軸が同一平面上に存在する。
Ｔ字部材保持ヨーク２９Ｂは、２枚の対向する板材と、前腕骨部２５Ｃ側で２枚の板材をつなぐ板材とを有する部材である。Ｔ字部材保持ヨーク２９Ｂは、Ｔ字部材２９ＡのＴの横棒の両端を回転可能に保持する。ベアリング２９Ｅ（図２５に図示）は、Ｔ字部材保持ヨーク２９ＢとＴ字部材２９Ａとの間に存在して、両者を回転可能にする。Ｔ字部材保持部２９Ｃは、Ｔ字部材２９ＡのＴの縦棒を回転可能に保持する部材である。ベアリング２９Ｆ（図２５に図示）は、Ｔ字部材保持部２９ＣとＴ字部材２９Ａとの間に存在して、両者を互いに回転可能にする。Ｔ字部材保持部２９Ｃは、等脚台形のような断面を有する部材である。Ｔ字部材保持部２９Ｃの台形の下底側の側面に、Ｔ字部材２９ＡのＴの縦棒の部分が挿入される。手首基部２９Ｄは、円盤状の部材である。ハンド部２６が存在する側とは反対の側の手首基部２９Ｄの面に、Ｔ字部材保持部２９Ｃが垂直に接続する。Ｔ字部材２９ＡのＸＥＬ２軸が延在する部分（Ｔの縦棒の部分）は、Ｔ字部材保持部２９Ｃに回転可能に保持される。ＸＥＬ２軸およびＥＬ６軸は、円盤状の手首基部２９Ｄに平行である。ＸＥＬ２軸およびＥＬ６軸の交点を、前腕部回転軸（ＡＺ６軸）が通る。
Ｔ字部材保持部２９Ｃには、前腕外側アクチュエータ３５および前腕内側アクチュエータ３６が有する固定長リンクの他端が回転可能に接続する。
前腕外側アクチュエータ３５および前腕内側アクチュエータ３６は、手首関節部２９での回転角度を変更する。前腕外側アクチュエータ３５と前腕内側アクチュエータ３６は、同様な形状である。前腕外側アクチュエータ３５および前腕内側アクチュエータ３６は、それぞれ移動部材と、移動部材に一端が接続する固定長リンクを有する。２本の固定長リンクの他端が手首関節部２９に接続する。手首関節部２９は、一端が移動部材により移動する２本の固定長リンクにより駆動される。前腕外側アクチュエータ３５および前腕内側アクチュエータ３６は、前腕部２５に設けられる。
前腕外側アクチュエータ３５の構造を説明する。前腕外側アクチュエータ３５は、ねじ棒３５Ａ、移動部材３５Ｂ、レール３５Ｃ、リンク３５Ｄ、モータ設置板３５Ｅ、モータ３５Ｆ、ベルト３５Ｇ、プーリ３５Ｈおよびプーリ３５Ｊを有する。ねじ棒３５Ａの両端は、ねじ棒保持部２５Ｅおよびねじ棒保持部２５Ｆに回転可能に保持される。ねじ棒保持部２５Ｅおよびねじ棒保持部２５Ｆでは、ねじ棒３５Ａを保持する部分に直方体状の部材を設けている。移動部材３５Ｂは、ねじ棒３５Ａの雄ねじに噛み合う雌ねじが設けられた貫通穴を有する。レール３５Ｃは、アクチュエータ構造部２５Ｄの縦板部の側面に、ねじ棒３５Ａと平行に設けられる。移動部材３５Ｂは、レール３５Ｃを挟む部分を有する。移動部材３５Ｂはレール３５Ｃを挟むので、ねじ棒３５Ａが回転すると、移動部材３５Ｂが回転することなくねじ棒３５Ａに沿って移動する。
モータ設置板３５Ｅは、ハンド部２６側に存在するねじ棒保持部２５Ｅに設けられる。
モータ設置板３５Ｅは、前腕部２５が延在する方向に対して略垂直に設けられる。モータ設置板３５Ｅに垂直に、かつねじ棒３５Ａに平行に、モータ３５Ｆがモータ設置板３５に取り付けられる。ねじ棒３５Ａおよびモータ３５Ｆの回転軸は、モータ設置板３５に設けられた開口を通る。ベルト３５Ｇ、プーリ３５Ｈおよびプーリ３５Ｊは、モータ３５Ｆの回転をねじ棒３５Ａに伝える。プーリ３５Ｈは、ねじ棒３５Ａに取り付けられる。プーリ３５Ｊは、モータ３５Ｆの回転軸に取り付けられる。ベルト３５Ｇは、プーリ３５Ｈおよびプーリ３５Ｊにかけ渡される。モータ設置板３５のモータ３５Ｆが存在しない側に、プーリ３５Ｈ、プーリ３５Ｊおよびベルト３５Ｇが設けられる。プーリ３５Ｈおよびプーリ３５Ｊがベルト３５Ｇにより連結されているので、モータ３５Ｆの回転軸が回転すると、ねじ棒３５Ａが回転する。
移動部材３５Ｂは、ねじ棒３５Ａが延在する方向から見ると、１個の角を共有して互いに直交する２個の長方形を組み合わせて、共有する角を凹な円弧面により除いたような形状である。移動部材３５Ｂの２個の長方形の部分の厚さは、同じである。別の言い方をすると、移動部材３５Ｂは、２個の直方体を連結部材で結合したような形状を有する部材である。連結部材は、凹な円弧状の側面と２個の互いに直交する平面とを有する形状を有する部材である。移動部材３５Ｂの１個の直方体には、ねじ棒３５Ａが貫通する。もう１個の直方体は、レール３５Ｃを挟む。レール３５Ｃを挟む側の直方体の部分にリンク３５Ｄの一端が２回転自由度で回転可能に接続する。リンク３５Ｄの長さは、一定で変化しない。リンク３５Ｄは、ねじれを可能とする１回転自由度を有する。
リンク３５Ｄの一端が移動部材３５Ｂに回転可能に接続する箇所を、前腕外側リンク取付部Ｊ１１と呼ぶ。前腕外側リンク取付部Ｊ１１は、２軸ジンバルである。前腕外側リンク取付部Ｊ１１では、移動部材３５Ｂに回転可能に設けられたヨークがリンク３５Ｄの一端に設けられた軸部材を回転可能に保持する。前腕外側リンク取付部Ｊ１１のヨークは、アクチュエータ構造部２５Ｄの縦板部に垂直に設けられる。
リンク３５Ｄの他端は、ハンド部２６（厳密には、Ｔ字部材保持部２９Ｃ）に２回転自由度で回転可能に接続する。リンク３５Ｄの一端がハンド部２６に接続する箇所を、手外側リンク取付部Ｊ１３と呼ぶ。手外側リンク取付部Ｊ１３は、前腕外側リンク取付部Ｊ１１と同様な構造である。
前腕内側アクチュエータ３６は、ねじ棒３６Ａ、移動部材３６Ｂ、レール３６Ｃ、リンク３６Ｄ、モータ設置板３６Ｅ、モータ３６Ｆ、ベルト３６Ｇ、プーリ３６Ｈおよびプーリ３６Ｊを有する。リンク３６Ｄの一端は、前腕内側リンク取付部Ｊ１２により、２回転自由度で回転可能に移動部材３６Ｄに接続する。前腕内側リンク取付部Ｊ１２は、２軸ジンバルである。前腕内側リンク取付部Ｊ１２は、前腕外側リンク取付部Ｊ１１と同様な構造を有する。リンク３６Ｄの他端は、手内側リンク取付部Ｊ１４により、２回転自由度で回転可能に移動部材３６Ｄに接続する。
前腕内側アクチュエータ３６は、前腕外側アクチュエータ３５と同様な構造を有する。前腕内側アクチュエータ３６については、詳細な構造の説明を省略する。
前腕部２５の裏側に、モータ３５Ｆ、モータ２８Ｆおよびモータ３６Ｆを並行して配置している。そうすることで、前腕部２５の幅および厚みを小さくできる。
腕部１０では、ギア駆動による関節部とリンク駆動による関節部とを組み合わせるハイブリッド方式の駆動方式を採用している。２回転自由度を持たせる肩関節部では、１回転自由度は、上腕部を通り上腕部を回転させる。２回転自由度を有する肘関節部では、１回転自由度は、前腕部を通り前腕部を回転させる。そのため、腕部１０をコンパクトにでき、駆動範囲を人間と同等以上にできる。ハイブリッド駆動方式は、腕部１０が必要なパワーを出すことができ、かつ静かである。また、ハイブリッド駆動方式では、腕部１０が有する各関節部を高精度に駆動することが可能になる。
図２６から図３９を参照して、ハンド部２６の構造を説明する。図２６は、ハンド部２６の斜視図である。図２７から図３２は、ハンド部２６の正面図、右側面図、背面図、左側面図、平面図および底面図である。ハンド部２６は、使用する際には指部が水平になる場合が多い。ここでのハンド部２６の正面は、指部が水平になる状態で、指部が延在する方向と直交する方向とする。ハンド部２６は、５本の指部を有する。ハンド部２６は、１本の指部と並んだ４本の指部とが対向して配置される。１本の指部および４本の指部は、その間隔が増減するように直線的に移動する。５本の指部は、根元から指全体が回転可能である。図３３から図３７は、ハンド部２６の変化した状態１から状態５を示す斜視図である。図３８は、変化した状態５で電動ドライバを操作している斜視図である。
ハンド部２６は、第１指部９１と、並んだ４本の第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５、第１指接続部９６、第２指接続部９７、および手首接続部９８を有する。第１指部９１は、第３指部９３に対向して配置される。第２指部９２は、第３指部９３に並んで配置される。第２指部９２が並ぶ側とは反対の側に第３指部９３に並んで、第４指部９４が配置される。第３指部９３が並ぶ側とは反対の側に第４指部９４に並んで、第５指部９５が配置される。第１指接続部９６に、第１指部９１が回転可能に接続する。第２指接続部９７に、４本の指部である第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５がそれぞれ独立に回転可能に接続する。手首接続部９８は、手首関節部２９と接続する。第１指部９１が人間の手の親指に対応し、第２指部９２が人差指に対応し、第３指部９３が中指に対応し、第４指部９４が薬指に対応し、第５指部９５が小指に対応すると考えることができる。
ハンド部２６の構造を説明するために、以下のように第４の直交座標系を定義する。
Ｘ４軸:手首接続部９８に垂直な軸。
Ｙ４軸:指部が直線移動する方向に平行な軸。
Ｚ４軸:４本の指部が並ぶ方向に平行な軸。
基準状態での指先の方向をＸ４軸の正の向きとし、第１指部９１から第３指部９３に向かう方向をＹ４軸の正の向きとし、第５指部９５から第２指部９２に向かう方向をＺ４軸の正の方向とする。Ｘ４軸に平行な方向を指先方向と呼ぶ。Ｘ４座標値が大きい側を指先側と呼び、小さい側を指元側と呼ぶ。Ｚ４軸に平行な方向を手幅方向と呼ぶ。Ｚ４座標値が大きい側を第２指部側と呼び、小さい側を第５指部側と呼ぶ。Ｙ４軸に平行な方向をスライド方向と呼ぶ。Ｙ４座標値が大きい側を第３指部側と呼び、小さい側を第１指部側と呼ぶ。
第１指接続部９６は、手首接続部９８に対してスライド方向に移動可能である。第１指接続部９６には、第１指部９１が回転可能に接続する。第２指接続部９７は、手首接続部９８に対してスライド方向に移動可能である。第２指接続部９７には、第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５が回転可能に接続する。第１指接続部９６および第２指接続部９７がスライド方向に移動する際には、連動して移動する。手首接続部９８に対して移動する距離は、第１指接続部９６および第２指接続部９７で同じであり、移動方向は互いに反対である。
手首接続部９８は、手基部９８Ａ、接続円柱部９８Ｂ、第１レール９８Ｃ、第２レール９８Ｄ、ピニオン９８Ｅ（図２７に図示）、モータ９８Ｆ（図示せず）を有する。手基部９８Ａは、Ｙ４Ｚ４平面に平行な板状の部材である。手基部９８Ａに、第１指接続部９６および第２指接続部９７が接続する。手基部９８ＡをＸ４軸に平行な方向から見ると、Ｚ４軸方向の長さとＹ４軸方向の長さの比が１０：１１程度の長方形である。接続円柱部９８Ｂは、手首関節部２９と接続する部材である。接続円柱部９８Ｂは、手基部９８Ａの指元側の主面に接続する。接続円柱部９８Ｂは、外形が円柱状であり、径は指先側で大きく、手首関節部２９が存在する側で径が階段状に小さくなる。接続円柱部９８Ｂは、手首関節部２９が有する手首基部２９Ｄに固定される。接続円柱部９８Ｂの中心軸を、Ｘ４軸とする。接続円柱部９８Ｂの中心軸は、手基部９８ＡのＺ４軸方向の中央であり、かつＹ４軸方向では少し第１指部９１が存在する側である位置に存在する。第１レール９８Ｃなどが設けられた手基部９８Ａの主面とＸ４軸との交点を、第４の直交座標系の原点とする。
接続円柱部９８Ｂの中心軸（Ｘ４軸）は、手首関節部２９が有する２個の回転軸であるＥＬ６軸とＸＥＬ軸の交点を通る。ＥＬ６軸とＸＥＬ軸の交点には、前腕部回転軸（ＡＺ６軸）も通る。そのため、手首関節部２９は、Ｘ４軸がＡＺ６軸と一致する状態（Ｘ４軸がＡＺ６軸と同じ直線上に存在する状態）で、ハンド部２６を前腕部２５に接続することができる。Ｘ４軸がＡＺ６軸と一致する状態で前腕部２５およびハンド部２６を前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りに回転させると、ハンド部２６はＸ４軸の回りを回転する。
第１レール９８Ｃは、第１指接続部９６がＹ４軸に平行な方向にスライドして移動するためのレールである。第２レール９８Ｄは、第２指接続部９７がＹ４軸に平行な方向にスライドして移動するためのレールである。第１レール９８Ｃと第２レール９８Ｄは、手基部９８Ａの指先側の主面に設けられる。第１レール９８Ｃは、手基部９８Ａの主面の第２指部側の辺に沿って設けられる。第２レール９８Ｄは、手基部９８Ａの主面の第５指部側の辺に沿って設けられる。ピニオン９８Ｅは、Ｘ４軸の回りを回転するギアである。ピニオン９８Ｅは、第１指接続部９６に設けられた第１ラック９６Ａと第２指接続部９７に設けられた第２ラック９７Ａと係合する。ピニオン９８Ｅが回転すると、第１ラック９６Ａすなわち第１指接続部９６と第２ラック９７Ａすなわち第２指接続部９７とが、互いに反対方向に同じ距離だけ移動する。モータ９８Ｆは、第１ラック９６Ａおよび第２ラック９７Ａがピニオン９８Ｅに対して移動する動力を発生する。
ハンド部２６は、第１指接続部９６および第２指接続部９７を移動させる移動機構ではなく、第１指接続部９６または第２指接続部９７のどちらかだけを移動させる移動機構を備えてもよい。ハンド部２６は、第１指接続部９６および第２指接続部９７の少なくとも一方を移動させる移動機構を備えればよい。
第１指接続部９６は、第１ラック９６Ａ、第１フレーム９６Ｂ、第１把持部９６Ｃ、第１指接続フレーム９６Ｄを有する。第１フレーム９６Ｂは、Ｙ４Ｚ４平面に平行な主面を有する外形が直方体のフレームである。第１ラック９６Ａは、第１フレーム９６Ｂの第５指部側の側面の指元側の辺（Ｙ４軸に平行）に沿って設けられる。第１把持部９６Ｃは、第１レール９８Ｃを把持する部材である。第１把持部９６Ｃが第１レール９８Ｃを把持することで、第１指接続部９６が手基部９８Ａと分離することなく、第１レール９８Ｃに沿って移動できる。第１把持部９６Ｃは、第１フレーム９６Ｂの指元側の主面の第２指部側の辺（Ｙ４軸に平行）に沿って設けられる。第１指接続フレーム９６Ｄは、第１指部９１が回転可能に接続する部材である。第１指接続フレーム９６Ｄは、第１フレーム９６Ｂの第１指部側の側面に接続する。
第２指接続部９７は、第２ラック９７Ａ、第２フレーム９７Ｂ、第２把持部９７Ｃ、第２指接続フレーム９７Ｄ、掌肉部９７Ｅを有する。第２フレーム９７Ｂは、Ｙ４Ｚ４平面に平行な主面を有する外形が直方体のフレームである。第２フレーム９７ＢのＸ４軸方向の長さは、第１フレーム９６Ｂよりも少し短い。第２ラック９７Ａは、第２フレーム９７Ｂの第２指部側の側面の指元側の辺（Ｙ４軸に平行）に沿って設けられる。第２ラック９７Ａと手基部９８Ａとの距離は、第１ラック９６Ａと手基部９８Ａとの距離と同じである。第２把持部９７Ｃは、第２レール９８Ｄを把持する部材である。第２把持部９７Ｃが第２レール９８Ｄを把持することで、第２指接続部９７が手基部９８Ａと分離することなく、第２レール９８Ｄに沿って移動できる。第２把持部９７Ｃは、第２フレーム９７Ｂの指元側の主面の第５指部側の辺（Ｙ４軸に平行）に沿って設けられる。第２指接続フレーム９７Ｄは、第２指部９２、第３指部９３、第４指部９５が回転可能に接続する部材である。第２指接続フレーム９７Ｄは、第２フレーム９７Ｂの第３指部側の側面に接続する。
第１レール９８Ｃ、第１把持部９６Ｃ、第２レール９８Ｄ、第２把持部９７Ｃ、第１ラック９６Ａ、第２ラック９７Ａ、ピニオン９８Ｅおよびモータ９８Ｆは、第１指部９１と第３指部９３の間隔が増減するように、第１指接続部９６および第２指接続部９７の少なくとも一方を手基部９８に対して移動させる移動機構である指移動部を構成する。
ハンド部２６が有する指移動部は、第１指接続部９６および第２指接続部９７を移動させる。指移動部としては、第１指接続部または第２指接続部の一方だけを手基部に対して移動させるものでもよい。
掌肉部９７Ｅは、第２指接続フレーム９７Ｄの第１指部側の側面に第２フレーム９７Ｂよりも指先側の位置で接続する。掌肉部９７Ｅは、手幅方向で第１指部９１と対向する部分ではスライド方向に直方体状の切り欠き９７Ｆを有する。切り欠き９７Ｆは、第１指接続フレーム９６Ｄに対して回転した第１指部９１を収納できる。掌肉部９７Ｅは、ハンド部２６が物体を把持する際に、物体に指元側で接触する。掌肉部９７Ｅは、第２指接続フレーム９７Ｄに対して回転した第２指部９２、第４指部９４および第５指部９５を指元側で支持する。
第２指部９２、第４指部９４および第５指部９５のそれぞれは、手基部９８Ａに対して垂直な角度から掌肉部９７Ｅに接触する角度までの範囲で回転できる。第１指部９１は、手基部９８Ａに対して垂直な角度から第１フレーム９６Ｂまたは第３指部９３に接触する角度までの範囲で回転できる。第３指部９３は、手基部９８Ａに対して垂直な角度から掌肉部９７Ｅまたは第１指部９１に接触する角度までの範囲で回転できる。
指部の構造を説明する。第１指部９１は、指本体部９１Ａ、指先部９１Ｂ、指内側部９１Ｃ、指関節部９１Ｄ、ウォームホイール９１Ｅ（図３４に図示）、ウォーム９１Ｆ（図示せず）、モータ９１Ｇ（図示せず）、距離センサ９１Ｈおよび開口９１Ｊを有する。指本体部９１Ａは、鋼板でできた指部の内側の面およびその両側の側面を有する形状である。第１指部９１で内側とは、回転させる際に手基部９８Ａに向かう面である。第２指部９２などでも同様に内側を定義する。指本体部９１Ａの側面は、指先側での高さが低く指元側で高さが高い。指本体部９１Ａは、指元側に側面よりも厚い底面を有する。指本体部９１Ａの指先側は開いている。指本体部９１Ａの底面の指元側には、手幅方向の幅が狭い鋼材の部分が存在する。
指先部９１Ｂは、指本体部９１Ａの指先の内側に取り付けられた樹脂製の部材である。
指先部９１Ｂの表面には、２ｍｍ程度の高さの凹凸を設けており、指先部９１Ｂと物体とがよりしっかりと接触するようにしている。指先部９１Ｂは、物体を持つ際に物体に接触する十分な面積を有するようにしている。指内側部９１Ｃは、指本体部９１Ａの内側の面に取り付けた樹脂製の部材である。指内側部９１Ｃは、指先部９１Ｂよりも薄い。
指関節部９１Ｄは、第１指接続フレーム９６Ｄに設けられたヨーク９１ＤＡが第１指部９１に設けられた指節回転軸９１ＤＢを回転可能に保持する構成である。ウォームホイール９１Ｅは、指節回転軸９１ＤＢとともに回転するように、指本体部９１Ａの指元側の底面に接続する。ウォーム９１Ｆは、ウォームホイール９１Ｅと嵌合する。ウォーム９１Ｆは、第１指接続フレーム９６Ｄに収納される。第１指接続フレーム９６Ｄの指関節部９１Ｄが存在する側の面に開口があり、その開口の中にウォームホイール９１Ｅが入り、ウォーム９１Ｆと嵌合する。モータ９１Ｇは、ウォーム９１Ｆを回転させる動力を発生する。
モータ９１Ｇは、第１指接続フレーム９６Ｄに収納される。第１指接続フレーム９６Ｄには、モータ９１Ｇの回転をウォーム９１Ｆに伝えるギアも収納される。
距離センサ９１Ｈは、指先部９１Ｂと近くに存在する物体との距離を計測するセンサである。距離センサ９１Ｈは、指本体部９１Ａおよびに設けられた開口９１Ｊを通る光線を放射して物体との距離を計測する。距離センサ９１Ｈは、第１指部９１の指先に設けられた第１距離センサである。
第３指部９３は、第１指部９１と同様な構造を有する。第３指部９３は、指本体部９３Ａ、指先部９３Ｂ、指内側部９３Ｃ、指関節部９３Ｄ、ウォームホイール９３Ｅ（図３５に図示）、ウォーム９３Ｆ（図３５に図示）、モータ９３Ｇ（図示せず）、距離センサ９３Ｈ、開口９３Ｊを有する。距離センサ９３Ｈは、第３指部９３の指先に設けられた第２距離センサである。本体部９３Ａは、鋼板製である。指先部９３Ｂおよび指内側部９３Ｃは、樹脂製である。指本体部９３Ａは、内側の面が段差を有する形状である。指本体部９３Ａの内側の面には、指先部９３Ｂが設けられる部分と指内側部９３Ｃが設けられる部分とに段差が存在する。指先部９３Ｂが設けられる部分と、指内側部９３Ｃが設けられる部分とは平行であるが、指先部９３Ｂが設けられる部分の方が内側に存在する。ウォーム９３Ｆおよびモータ９３Ｇは、第２指接続フレーム９７Ｄに収納される。
第４指部９４および第５指部９５は、第３指部９５と同様な形状である。第４指部９４および第５指部９５は、距離センサおよび開口を有しない。第４指部９４は、第２指部９２が並ぶ側とは反対の側に第３指部９３に並び、第２指接続部９７に回転可能に接続する。第５指部９５は、第３指部９３が並ぶ側とは反対の側に第４指部９４に並び、第２指接続部９７に回転可能に接続する。
第２指部９２は、第４指部９４と同様な構造に加えて、指本体部９２Ａに沿って指元側に移動するスライド指先部９２Ｋおよびその駆動機構を有する。第２指部９２は、指本体部９２Ａ、指先部９２Ｂ、指内側部９２Ｃ、指関節部９２Ｄ、ウォームホイール９２Ｅ（図３５に図示）、ウォーム９２Ｆ（図３５に図示）、モータ９２Ｇ（図示せず）、スライド指先部９２Ｋ、モータ収納部９２Ｌ、モータ９２Ｍ（図示せず）、ネジ棒９２Ｎ（図３１に図示）、溝９２Ｐ（図３１に図示）、ナット９２Ｑ（図示せず）を有する。スライド指先部９２Ｋは、指本体部９２Ａの第３指部９３に隣接しない側の側面に設けられる。スライド指先部９２Ｋは、Ｚ４軸の方向から見ると内側に曲がった形状である。スライド指先部９２Ｋの曲がった先端の指先部９２Ｂに垂直な方向での位置は指先部９２Ｂの表面の位置とほぼ同じであり、第２指部９２が延在する方向での位置は指先部９２Ｂの指元側の端とほぼ同じである。そのため、第２指部９２で物体を把持する際に、スライド指先部９２Ｋは支障にはならない。スライド指先部９２Ｋは、指本体部９２Ａに沿って指本体部９２Ａの長さの２０％程度の距離を指元側に移動できる。スライド指先部９２Ｋは、第２指部９２の指先の第３指部９３が並ぶ側とは反対の側に設けられた、第１指部９１が存在する側（内側）に曲がった引っ掛け部である。
指本体部９２Ａは、内部にスライド指先部９２Ｋを移動させる機構を収納しており、外形が角筒状である。指本体部９２Ａの第３指部９３が並ぶ側ではない側の側面には、指本体部９２Ａの長さ方向に延在する溝９２Ｐが設けられている。溝９２Ｐの長さは、スライド指先部９２Ｋが移動可能な長さとほぼ等しい。ネジ棒９２Ｎは、溝９２Ｐの中に設けられている。ネジ棒９２Ｎは、指元側では指本体部９２Ａの内部に入る。指本体部９２Ａの内部にネジ棒９２Ｎと嵌合する雌ネジを有する貫通穴が設けられたナット９２Ｑが存在する。ナット９２Ｑの指本体部９２Ａに対する長さ方向の位置は決まっており、ナット９２Ｑが回転することで、指本体部９２Ａから出るネジ棒９２Ｎの長さが変化する。モータ９２Ｇは、ナット９２Ｑを回転させる動力を発生させる。モータ収納部９２Ｌは、モータ９２Ｇを収納する。スライド指先部９２Ｋを移動させる機構は、スライド指先部９２Ｋを第２指部９２に沿って第２指接続部９７に近づける方向に移動させる引っ掛け部移動部である。
ハンド部２６が有する移動可能な部分の個数は、７個である。ハンド部２６では、第１指部９１、第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５という５本の指部がそれぞれ回転する。第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔を変更できる。第２指部９２が有するスライド指先部９２Ｋが移動できる。ハンド部２６は、簡素な構造である。例えば、５本の指部が２個の指関節部で曲がる場合は、少なくとも１０個の駆動機構が必要になる。
第１指部９１は、手基部９８Ａに対して垂直な位置から平行な位置まで回転できる。第１指部９１が手基部９８Ａに対して平行な場合は、第１指部９１は掌肉部９７Ｅに設けられた切り欠き９７Ｆの中に入る。第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５は、それぞれ独立に手基部９８Ａに対する角度を変更できる。第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５は、手基部９８Ａに垂直な位置から掌肉部９７Ｅに接する位置まで回転できる。
図３３に示す状態１では、第１指部９１、第２指部９３、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５を手基部９８Ａに対して垂直にして、第１指部９１の指先部９１Ｂと第３指部９３の指先部９３Ｂを接触させることができる。状態１では、指先部９１Ｂと指先部９３Ｂの間に物体を挟んで持つことができる。状態１のハンド部２６は、紙などの薄い物体も挟んで持つことができる。状態１のハンド部２６では、４本の指部と第１指部９１とで物体を挟むので、大きな物体でも挟むことができる。
図３４に示す状態２では、第１指部９１だけを手基部９８Ａに平行にして、第２指部９３、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５を手基部９８Ａに垂直にできる。状態２のハンド部２６を、第２指部９３、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５の内側が上に向くように手首関節部２９を回転させれば、ハンド部２６が有する４本の指部の上に物体を載せることができる。また、４本の指部をスコップのように使用することもできる。
図３５に示す状態３では、第１指部９１だけを手基部９８Ａに対して垂直にして、第２指部９３、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５を掌肉部９７Ｅに接触させている。状態３のハンド部２６は、第１指部９１の指先部９１Ｂで、ボタンなどを押すことができる。
図３６に示す状態４では、第１指部９１および第３指部９３を手基部９８Ａに対して垂直にして、第２指部９３、第４指部９４および第５指部９５を掌肉部９７Ｅに接触させている。状態４は状態１と同様に、指先部９１Ｂと指先部９３Ｂの間に物体を挟んで持つことができる。第２指部９３、第４指部９４および第５指部９５を立てた状態では入らないような狭い空間にも、第１指部９１および第３指部９３の指先を入れて物体を持つことができる。
図３７に示す状態５では、第１指部９１を手基部９８Ａに対して垂直にして、第２指部９３、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５を傾斜させて、第３指部９３の指先部９３Ｂが第１指先部９１Ｂに斜めに接触している。状態５のハンド部２６は、図３８に示すように、例えば電動ドライバのグリップを把持する際のハンド部２６が取るべき状態である。図３８に示すように、５本の指部で電動ドライバ４０のグリップ４１を把持する。さらに、第２指部９２が有するスライド指先部９２Ｋを電動ドライバ４０のレバー４２にかけた状態にして、スライド指先部９２Ｋを指元側に移動させることで、レバー４２を引くことができる。つまり、状態５のハンド部２６は、例えば電動ドライバ４０を使用できる。
図３９は状態４のハンド部２６を使用する例を示す図である。図３９(A)に斜視図を示し、図３９(B)に正面図を示す。状態４のハンド部２６は、第１指部９１の指先部９１Ｂと第３指部９３の指先部９３Ｂの間に、正八角形の筒状の物体４５を挟んで持っている。図３９(B)に示すように、第１指部９１および第３指部９３が手基部９８Ａに対して垂直な状態では、指先部９１Ｂおよび指先部９３Ｂは平行になる。手基部９８Ａを回転させる回転軸（Ｘ４軸）が指先部９１Ｂおよび指先部９３Ｂの間の空間の中心を通る。この空間の中心は、第１指部９１および第３指部９３の指先の中間点でもある。ハンド部２６をＸ４軸の回りに回転させる場合に、物体４５の位置は変化しないで回転することになる。ハンド部２６は、物体４５を安定して容易に回転させることができる。
腕部１０では、ハンド部２６は前腕部２５とともに肘関節部２８が有する前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りに回転する。手首関節部２９では、ハンド部２６は接続円柱部９８Ｂの中心軸（Ｘ４軸）の回りに回転できない。ＡＺ６軸をＸ４軸の替わりに使用することで、腕部１０はハンド部２６をＡＺ６軸（Ｘ４軸）の回りに回転させることができる。そのためには、ハンド部２６が前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の方向に向くようにする。すなわち、Ｘ４軸をＡＺ６軸と一致させる。別の言葉で言うと、Ｘ４軸とＡＺ６軸とが１個の直線上に存在するように、ハンド部２６を前腕部２５に接続する。そうすると、前腕部回転軸（ＡＺ６軸）が手基部９８Ａを回転させる回転軸（Ｘ４軸）になる。この状態で、肘関節部２６において前腕部２５を前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りに回転させると、ハンド部２６もＸ４軸の回りに回転する。このようにして、ロボット１は、工具の一種であるドライバなどをハンド部２６で持って回転させることができる。このように、腕部１０は、関節部の回転自由度の合計が７回転自由度であるが、ハンド部２６を回転させる動作も含めて多様な動作をすることができる。
手首関節部を、ハンド部２６を通る回転軸の回りにも回転可能な３回転自由度にしてもよい。その場合には、ハンド部２６を前腕部２５とは異なる方向に向けた状態でも、ハンド部２６でドライバなどを持って回転させることができる。手首関節部が３回転自由度である場合は、肘関節部２８で前腕部２５が前腕部回転軸の回りに回転できなくてもよい。手首関節部が３回転自由度にする場合は、球面軸受けを使用するか、２軸ジンバルを回転可能に保持する部材を追加する必要があり、さらに関節部を駆動するリンクを３本にするなどが必要である。その結果、３回転自由度の手首関節部は、２回転自由度である手首関節部２９よりも構造が複雑になる。
ハンド部２６は、指回転モード、間隔変更モード、スライドモードの３個のモードで動作する。指回転モードでは、第１指部９１が第１指接続部９６との間の角度を変更でき、第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５のそれぞれが独立に第２指接続部９７に対してなす角度を変更できる。間隔変更モードでは、第１指接続部９６と第２指接続部９７との間の間隔を変更できる。なお、図３４に示す状態２では、第１指接続部９６と第２指接続部９７との間の間隔は変更できない。状態２は、第１指接続部９６と第２指接続部９７との間の間隔が最も広い場合に取ることができる。スライドモードでは、スライド指先部９２Ｋを指元側に移動させることができる。ハンド部２６およびハンド操作装置８０の動作モードは、オペレータ９０が足でモード切替ペダル６を操作することで容易に変更できる。そのため、オペレータ９０はハンド部２６およびハンド操作装置８０の動作モードを変更することが、ハンド部２６に物体を持つなどの状態を維持したままで可能である。モード切替以外の、ハンド部２６を動かす操作指示は、ハンド操作装置８０によりオペレータ９０が入力する。ハンド操作装置８０は、オペレータ９０が手に持つ。ハンド操作装置８０に、動作モードの切替のための釦やスイッチやレバーなどを設けてもよい。ハンド操作装置８０については、後で説明する。
複数の動作モードで使用できるハンド部２６は、複数の機能を有するハイブリッドなロボットハンドと考えることができる。ハンド部２６は、移動可能な部分は７個だけという簡素な構造である。それでいながら、多くのバリエーションで物体を持たせたり、工具を使用したり、４本の指部で雪かきなどのような動作をさせたりと、多くの使用形態でハンド部２６を使用できる。ハンド部２６は、人がする作業に同等あるいは近い多くの作業をすることができる。ハンド部２６、ハンド操作装置８０および制御演算装置をセットにし、このセットだけを使用することが可能である。ハンド部２６、ハンド操作装置８０および制御演算装置のセットは、ロボットハンドを操作するロボットハンドシステムを構成する。
ハンド部２６は、様々な形態で物体を把持できる。例えば、第１指部９１と第３指部９３とで物体を挟んで持つことができる。第１指部９１と、第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５とで、物体を挟んで持つことができる。５本の指部を使用して物体を把持する場合には、物体が重い場合でも物体に働く回転モーメントを５本の指部で分散して受け止めて安定して物体をつかめる。工具などを把持して、工具を使用するために手首関節部２９を回転させる場合に、回転モーメントに対する反力を５本の指部で受けることができる。第１指部９１、第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５を適切に曲げて、物体の形状に適した持ち方で物体を持つことができる。通常のマニピュレータは、２本の指での把持だけが可能であるが、ハンド部２６は２本から５本の指で物体を把持できる。平面を有しない物体でも、物体の形状に合わせて５本の指を適切に回転させて、物体を持つことができる。指をどの角度まで曲げるかはオペレータ９０が判断して、オペレータ９０がハンド部２６を操作して適切な形状になるように、５本の指部、第１指接続部９６および第２指接続部９７を操作する。物体を持つ際に使用する指部の本数および各指部の角度を、物体に合わせて変更できるので、ハンド部２６が持てる物体のバリエーションが大きく広がる。
人指し指に相当する第２指部９２は、指先が内側に曲がって指元側に移動可能なスライド指先部９２Ｋを有する。電動ドライバや放水ノズルなどを５本の指部で把持し、レバーにスライド指先部９２Ｋを掛けて引く（指元側に移動させる）ことで、電動ドライバや放水ノズルなどを容易に操作できる。スライド指先部９２Ｋを掛けることができれば、レバーなどはどのような形状でもよい。電動ドライバや放水ノズルなどを操作可能であり、かつ多様な形態で物体を持つことができるような他のロボットハンドまたはマニピュレータを、発明者らは知らない。
図４０から図４５を参照して、操作装置３の構成を説明する。図４０から図４３は、操作装置３の使用状態での斜視図、右側面図、正面図および平面図である。図４０から図４３では、オペレータ９０も図示する。図４４および図４５は、操作装置３の斜視図および右側面図である。図４４および図４５では、オペレータ９０は図示しない。操作装置３は、表示装置４、上体入力装置５、モード切替ペダル６、足操作入力装置７（図示せず）および制御演算装置６０を有する。表示装置４は、現場カメラ２が撮影した画像、ロボット１および周囲環境の３次元モデルをオペレータ９０が指定した視点から見た画像であるモデル画像などを表示する。制御演算装置６０は、表示装置４に表示する画像を生成する機能を有する。表示装置４は、立体視表示が可能な表示装置でもよい。立体視表示とは、立体的に見えるように表示することである。立体視表示装置および他の種類の表示装置を併用してもよい。
上体入力装置５は、ロボット１の左右の腕部１０および左右のハンド部２６を操作するための操作指示を入力する装置である。モード切替ペダル６は、ハンド部２６が動くモードの切り替えをオペレータ９０が入力するために使用する。モード切替ペダル６は、オペレータ９０が上体入力装置５に向かう姿勢をとる場合に、オペレータ９０の右側に存在するものをモード切替ペダル６Ｒと呼び、左側に存在するものをモード切替ペダル６Ｌと呼ぶ。オペレータ９０は、右足でモード切替ペダル６Ｒを踏み、左足でモード切替ペダル６Lを踏む。足操作入力装置７は、車両部１Ｗおよび腕部１０を含まないヒューマノイド部１Ｈを操作するために、オペレータ９０が足で操作する。足操作入力装置７は、日本特許出願である特願２０２０－５７２７５（出願日：２０２０年３月２７日）に記載されたものと同様なものを使用する。足操作入力装置７については、本明細書では説明しない。特願２０２０－５７２７５は、特開２０２１－４９６３３として２０２１年４月１日に公開公報が出されている。特願２０２０－５７２７５の記載内容は、参照により本願に取り込まれる。
上体入力装置５は、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌ、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌ、支持フレーム５１を有する。オペレータ９０はアーム操作装置５０Ｒにより、右の腕部１０を操作する。アーム操作装置５０Ｌにより、左の腕部１０を操作する。ハンド操作装置８０Ｒにより、右のハンド部２６を操作する。ハンド操作装置８０Ｌにより、左のハンド部２６を操作する。支持フレーム５１は、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌを決められた位置に配置する。支持フレーム５１の向って右側に、アーム操作装置５０Ｒの上端が接続される。支持フレーム５１の向って左側に、アーム操作装置５０Ｌの上端が接続される。支持フレーム５１は、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌの上端を椅子に座ったオペレータ９０の胸よりも少し低い位置の前方に配置する。ハンド操作装置８０Ｒは、アーム操作装置５０Ｒの先端に接続する。ハンド操作装置８０Ｌは、アーム操作装置５０Ｌの先端に接続する。
制御演算装置６０は、右用のアーム操作装置５０Ｒから入力される操作指示に基づき右の腕部１０を制御し、左用のアーム操作装置５０Ｌから入力される操作指示に基づき左の腕部１０を制御する。制御演算装置６０は、右用のハンド操作装置８０Ｒから入力される操作指示に基づき右のハンド部２６を制御し、左用のハンド操作装置８０Ｌから入力される操作指示に基づき左のハンド部２６を制御する。
図４６から図５０を参照して、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌの構造を説明する。図４６は、右のアーム操作装置５０Ｒおよびハンド操作装置８０Ｒの左側面図および正面図である。図４６(A)が左側面図であり、図４６(B)が正面図である。図４７は、左のアーム操作装置５０Lおよびハンド操作装置８０Lの正面図および右側面図である。図４７(A)が正面図であり、図４７(B)が右側面図である。図４８は、左のアーム操作装置５０Lおよびハンド操作装置８０Lの斜視図である。図４９は、左のアーム操作装置５０Lが有する回転軸を説明する斜視図である。図５０は、左のアーム操作装置５０Lが有する回転軸を説明する正面図および右側面図である。図５０(A)が正面図であり、図５０(B)が右側面図である。アーム操作装置５０Ｒとアーム操作装置５０Ｌは、同様な構造である。アーム操作装置５０Ｒとアーム操作装置５０Ｌは、人間の右腕と左腕のように互いに鏡像の関係にある。
以下の説明で、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌに共通な事項に関しては、アーム操作装置５０と表記する。ハンド操作装置８０に関しても、同様である。
アーム操作装置５０は、フレーム接続部５２、上腕構造部５３、前腕構造部５４、肩関節計測部５５、肘関節計測部５６、手首関節計測部５７、上腕装着部５８および前腕装着部５９を有する。フレーム接続部５２は、アーム操作装置５０を支持フレーム５１に接続する。フレーム接続部５２に、上腕構造部５３、前腕構造部５４およびハンド操作装置８０が直列に接続する。
アーム操作装置５０は、オペレータ９０の腕の長さの例えば５０％程度の長さを有する。アーム操作装置５０の長さは、ロボット１が有する腕部１０の長さよりも短い。アーム操作装置５０の長さは、オペレータ９０が動かして操作指示を入力するのに適した長さにする。アーム操作装置５０の長さがオペレータ９０の腕よりも短い場合に、オペレータ９０が操作しやすい。アーム操作装置５０の長さは、腕が短いオペレータ９０でも操作しやすい長さにする。アーム操作装置５０の長さがオペレータ９０の腕の長さよりも短いので、アーム操作装置５０をコンパクトにできる。
アーム操作装置５０の長さがオペレータ９０の腕の長さよりも短いので、アーム操作装置５０が有する各計測関節部の角度を、腕部１０が有する各関節部に取らせる角度と同じ角度にすることは難しい。アーム操作装置５０が有する各計測関節部で計測される角度に、１以上に決められた係数を乗算した角度を腕部１０が有する各関節部に取らせる角度とする操作指示を、アーム操作装置５０は生成する。
フレーム接続部５２は、平板状である。フレーム接続部５２は、上腕構造部５３が接続する腕接続構造部である。上腕構造部５３および前腕構造部５４は、外形が四角柱状である。上腕構造部５３は、上側および下側に直方体状の外形を有する部材と、その間をつなぐ対向する２枚の板材とを有する。上腕構造部５３の上側に肩関節計測部５５が設けられ、下側に肘関節計測部５６が設けられる。前腕構造部５４は、上側に直方体状の外形を有する部材と、その下側に設けられた対向する２枚の板材とを有する。前腕構造部５４の上側に肘関節計測部５６が設けられ、下側に手首関節計測部５７が設けられる。
肩関節計測部５５は、フレーム接続部５２に上腕構造部５３を３回転自由度で接続し、回転軸ごとに回転角度を計測する。肘関節計測部５６は、上腕構造部５３に前腕構造部５４を２回転自由度で接続し、回転軸ごとに回転角度を計測する。手首関節計測部５７は、前腕構造部５４にハンド操作装置８０を２回転自由度で接続し、回転軸ごとに回転角度を計測する。ハンド操作装置８０は、前腕構造部５４に接続するハンド構造部である。
アーム操作装置５０が有する回転軸は、ロボット１の腕部１０と同じ７軸である。アーム操作装置５０が有する回転軸は、以下である。アーム操作装置５０が有する回転軸を、計測軸と呼ぶ。
Ｘ１Ｍ軸：上腕構造部５３をフレーム接続部５２に対して回転させる回転軸。Ｘ１Ｍ軸は、フレーム接続部５２に垂直である。Ｘ１Ｍ軸は、腕部１０が有するＡＺ４軸と対応する。Ｘ１Ｍ軸を、腕接続構造部回転軸と呼ぶ。
Ｙ２Ｍ軸：上腕構造部５３とフレーム接続部５２とがなす角度を変更させる回転軸。Ｙ２Ｍ軸は、腕部１０が有するＥＬ４軸と対応する。Ｙ２Ｍ軸は、Ｘ１Ｍ軸と直交する。Ｙ２Ｍ軸は、Ｘ１Ｍ軸と交点を持つ。
Ｚ３Ｍ軸：上腕構造部５３を通り、かつ上腕構造部５３を回転させる回転軸。Ｚ３Ｍ軸は、腕部１０が有するＡＺ５軸と対応する。Ｚ３Ｍ軸は、Ｙ２Ｍ軸と直交する。Ｚ３Ｍ軸は、Ｙ２Ｍ軸およびＸ１Ｍ軸の交点を通る。Ｚ３Ｍ軸を、上腕構造部回転軸と呼ぶ。
Ｘ４Ｍ軸：前腕構造部５４と上腕構造部５３がなす角度を変更させる回転軸。Ｘ４Ｍ軸は、腕部１０が有するＥＬ５軸と対応する。Ｘ４Ｍ軸は、Ｚ３Ｍ軸と直交する。Ｘ４Ｍ軸は、Ｚ３Ｍ軸と交点を持つ。腕部１０が基準状態である場合には、Ｘ４Ｍ軸はＸ１Ｍ軸と平行である。
Ｚ５Ｍ軸：前腕構造部５４を通り、かつ前腕構造部５４を回転させる回転軸。Ｚ５Ｍ軸は、腕部１０が有するＡＺ６軸と対応する。Ｚ５Ｍ軸は、Ｘ４Ｍ軸と直交する。Ｚ５Ｍ軸は、Ｘ４Ｍ軸およびＺ３Ｍ軸の交点を通る。Ｚ５Ｍ軸を、前腕構造部回転軸と呼ぶ。
Ｘ６Ｍ軸：ハンド操作装置８０と前腕構造部５４とがなす角度を変更させる回転軸。
Ｘ６Ｍ軸は、腕部１０が有するＥＬ６軸と対応する。Ｘ６Ｍ軸は、Ｚ５Ｍ軸と直交する。Ｘ６Ｍ軸は、Ｚ５Ｍ軸と交点を持つ。腕部１０が基準状態である場合には、Ｘ６Ｍ軸はＸ４Ｍ軸と平行である。
Ｙ７Ｍ軸：ハンド操作装置８０と前腕構造部５４とがなす角度変更させる回転軸。Ｙ７Ｍ軸は、腕部１０が有するＸＥＬ２軸と対応する。Ｙ７Ｍ軸は、Ｚ５Ｍ軸およびＸ６Ｍ軸と直交する。Ｙ７Ｍ軸は、ＡＺ６軸およびＥＬ６軸の交点を通る。
アーム操作装置５０が有する７個の計測軸のそれぞれは、腕部１０が有する７個の回転軸のそれぞれに対応する。Ｘ１Ｍ軸は、ＡＺ４軸と対応する。Ｙ２Ｍ軸は、ＥＬ４軸と対応する。Ｚ３Ｍ軸は、ＡＺ５軸と対応する。Ｘ４Ｍ軸は、ＥＬ５軸と対応する。Ｚ５Ｍ軸は、ＡＺ６軸と対応する。Ｘ６Ｍ軸は、ＥＬ６軸と対応する。Ｙ７Ｍ軸は、ＸＥＬ２軸と対応する。そのため、アーム操作装置５０は、腕部１０を操作する操作指示を入力しやすい。アーム操作装置５０は、異なる回転軸の構成を有する腕部１０を操作する場合にも適用できる。その場合には、アーム操作装置５０が有する各計測軸で計測した角度と、腕部の各回転軸で動かすべき角度に変換する。
各計測軸の回りの回転により計測される角度として、以下を定義する。
腕基部回転計測角θＸ１Ｍ：Ｘ１Ｍ軸の回りの上腕構造部５３の回転角度。腕基部回転計測角θＸ１Ｍが０度である場合に、腕基部回転角θＡＺ４が０度である。腕基部回転計測角θＸ１Ｍが正である場合に、腕基部回転角θＡＺ４が正である。腕基部回転計測角θＸ１Ｍを肩部回転計測角とも呼ぶ。
上腕傾斜計測角δＹ２Ｍ：上腕構造部５３がＸ１Ｍ軸となす角度。δＹ２Ｍは、Ｙ２Ｍ軸の回りに上腕構造部５３が回転することで変化する。上腕傾斜計測角δＹ２Ｍが０度である場合に、上腕部傾斜角δＥＬ４が０度である。上腕傾斜計測角δＹ２Ｍが正である場合に、上腕部傾斜角δＥＬ４が正である。
上腕部回転計測角θＺ３Ｍ：Ｚ３Ｍ軸の回りの上腕構造部５３の回転角度。上腕部回転計測角θＺ３Ｍが０度である場合に、上腕部回転角θＡＺ５が０度である。上腕部回転計測角θＺ３Ｍが正である場合に、上腕部回転角θＡＺ５が正である。
前腕傾斜計測角δＸ４Ｍ：前腕構造部５４が上腕構造部５３（Ｚ３Ｍ軸）に対してなす角度。δＸ４Ｍは、Ｘ４Ｍ軸の回りに前腕構造部５４が回転することで変化する。前腕傾斜計測角δＸ４Ｍが０度である場合に、前腕部傾斜角δＥＬ５が０度である。前腕傾斜計測角δＸ４Ｍが正である場合に、前腕部傾斜角δＥＬ５が正である。
前腕部回転計測角θＺ５Ｍ：Ｚ５Ｍ軸の回りの前腕構造部５４の回転角度。前腕部回転計測角θＺ５Ｍが０度である場合に、前腕部回転角θＡＺ６が０度である。前腕部回転計測角θＺ５Ｍが正である場合に、前腕部回転角θＡＺ６が正である。
ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍ：Ｚ５Ｍ軸およびＹ７Ｍ軸を含む第１計測平面で、ハンド操作装置８０が前腕構造部５４（Ｚ５Ｍ軸）に対してなす角度。δＸ６Ｍは、Ｘ６Ｍ軸の回りにハンド操作装置８０が回転することで変化する。ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍが０度である場合に、ハンド第１傾斜角δＥＬ６が０度である。ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍが正である場合に、ハンド第１傾斜角δＥＬ６が正である。
ハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍ：Ｚ５Ｍ軸およびＸ６Ｍ軸を含む第２計測平面で、ハンド操作装置８０が前腕構造部５４（Ｚ５Ｍ軸）に対してなす角度。δＹ７Ｍは、Ｙ７Ｍ軸の回りにハンド操作装置８０が回転することで変化する。ハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍが０度である場合に、ハンド第２傾斜角δＸＥＬ２が０度である。ハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍが正である場合に、ハンド第２傾斜角δＸＥＬ２が正である。
第１計測平面と第２計測平面は互いに直交している。計算は複雑になるが、第１計測平面と第２計測平面を直交ではない角度で交差させてもよい。第１計測平面と第２計測平面は、Ｚ５Ｍ軸がそれらの交線になるように交差していればよい。
肩関節計測部５５は、腕基部回転計測角θＸ１Ｍ、上腕傾斜計測角δＹ２Ｍおよび上腕部回転計測角θＺ３Ｍを計測する。計測したθＸ１Ｍを係数α１倍した角度α１*θＸ１Ｍが、腕部１０でＡＺ４軸が取るべき角度θＡＺ４になる。δＹ２Ｍを係数α２倍した角度α２*δＹ２Ｍが、腕部１０でＥＬ４軸が取るべき角度δＥＬ４になる。θＺ３Ｍを係数α３倍した角度α３*θＺ３Ｍが、腕部１０でＡＺ５軸が取るべき角度θＡＺ５になる。アーム操作装置５０では、腕基部回転計測角θＸ１Ｍ、上腕傾斜計測角δＹ２Ｍおよび上腕部回転計測角θＺ３Ｍが、上腕構造部５３がフレーム接続部５２（腕接続構造部）に接続する角度である肩関節計測角度である。
肘関節計測部５６は、前腕傾斜計測角δＸ４Ｍおよび前腕部回転計測角θＺ５Ｍを計測する。計測したδＸ４Ｍを係数α４倍した角度α４*δＸ４Ｍが、腕部１０でＥＬ５軸が取るべき角度δＥＬ５になる。θＺ５Ｍを係数α５倍した角度α５*θＺ５Ｍが、腕部１０でＡＺ６軸が取るべき角度θＡＺ６になる。アーム操作装置５０では、前腕傾斜計測角δＸ４Ｍおよび前腕部回転計測角θＺ５Ｍが、前腕構造部５４が上腕構造部５３に接続する角度である肘関節計測角度である。
手首関節計測部５７は、ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍおよびハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍを計測する。計測したδＸ６Ｍを係数α６倍した角度α６*δＸ６Ｍが、腕部１０でＥＬ６軸が取るべき角度δＥＬ６になる。δＹ７Ｍを係数α７倍した角度α７*δＹ７Ｍが、腕部１０でＸＥＬ２軸が取るべき角度δＸＥＬ２になる。アーム操作装置５０では、ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍおよびハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍが、ハンド操作装置８０（ハンド構造部）が前腕構造部５４に接続する角度である手首関節計測角度である。
肩関節計測部５５は、Ｘ１Ｍ角計測部５５Ａ、肩関節第１ヨーク５５Ｂ、肩関節第２ヨーク５５Ｃ、Ｙ２Ｍ角計測部５５ＤおよびＺ３Ｍ角計測部５５Ｅを有する。Ｘ１Ｍ角計測部５５Ａは、フレーム接続部５２に垂直に接続する。Ｘ１Ｍ角計測部５５Ａは、軸部材を回転可能に保持する軸受け、軸部材が回転しないようにするロック機構、軸部材が回転できる範囲を制限する回転範囲制限機構および軸部材の回転角度を計測するエンコーダを有する。Ｘ１Ｍ角計測部５５Ａは、肩関節第１ヨーク５５Ｂが有する軸部材を回転可能に保持する。Ｘ１Ｍ軸は肩関節第１ヨーク５５Ｂの軸部材の中心を通り、肩関節第１ヨーク５５ＢはＸ１Ｍ軸の回りを回転する。Ｘ１Ｍ角計測部５５Ａは、肩関節第１ヨーク５５ＢがＸ１Ｍ角計測部５５Ａに対してＸ１Ｍ軸の回りに回転する角度を計測する。Ｘ１Ｍ角計測部５５Ａは、Ｘ１Ｍ軸および肩関節第１ヨーク５５Ｂが回転することをロックできる。回転することをロックするとは、回転しないようにすることである。
肩関節第２ヨーク５５Ｃは、肩関節第１ヨーク５５Ｂに挟まれている。肩関節第１ヨーク５５Ｂおよび肩関節第２ヨーク５５Ｃは、Ｙ２Ｍ軸の回りの回転角度を変更可能に互いに接続する。Ｙ２Ｍ軸の軸部材は、肩関節第２ヨーク５５Ｃに固定されている。肩関節第２ヨーク５５Ｃは、Ｙ２Ｍ角計測部５５Ｄを挟む。肩関節第２ヨーク５５ＣがＹ２Ｍ軸の回りを回転すると、Ｙ２Ｍ角計測部５５Ｄも同じように回転する。Ｙ２Ｍ角計測部５５Ｄは、軸受け、ロック機構、回転範囲制限機構およびエンコーダを有する。Ｙ２Ｍ角計測部５５Ｄは、肩関節第２ヨーク５５ＣおよびＹ２Ｍ角計測部５５Ｄが肩関節第１ヨーク５５Ｂに対してＹ２Ｍ軸の回りに回転する角度を計測する。Ｙ２Ｍ角計測部５５Ｄは、肩関節第２ヨーク５５Ｃ、Ｙ２Ｍ軸およびＹ２Ｍ角計測部５５Ｄが回転することをロックできる。
肩関節第２ヨーク５５Ｃは、Ｚ３Ｍ軸の回りに回転可能である。Ｚ３Ｍ軸の軸部材は、肩関節第２ヨーク５５Ｃに固定されている。Ｚ３Ｍ軸の軸部材は、下方に延在する。Ｚ３Ｍ軸の軸部材は、上腕構造部５３の上側の底面に設けられた開口を通る。Ｚ３Ｍ角計測部５５Ｅは、上腕構造部５３の内部に設けられる。Ｚ３Ｍ角計測部５５Ｅは、軸受け、ロック機構、回転範囲制限機構およびエンコーダを有する。Ｚ３Ｍ角計測部５５Ｅは、Ｚ３Ｍ軸を回転可能に保持する。Ｚ３Ｍ角計測部５５Ｅは、肩関節第２ヨーク５５ＣがＺ３Ｍ角計測部５５Ｅに対してＺ３Ｍ軸の回りに回転する角度を計測する。Ｚ３Ｍ角計測部５５Ｅは、Ｚ３Ｍ軸および肩関節第２ヨーク５５Ｃが回転することをロックできる。
肩関節計測部５５は、肩計測関節部であり、肩関節角度計測部であり、肩ロック部である。肩計測関節部は、上腕構造部５３を、フレーム接続部５２に垂直なＸ１Ｍ軸の回りに回転可能に、上腕傾斜計測角を変更可能に、上腕構造部５３を通るＺ３Ｍ軸の回りに回転可能に、フレーム接続部５２に接続する。肩関節角度計測部は、腕基部回転計測角θＸ１Ｍと、上腕傾斜計測角δＹ２Ｍと、上腕部回転計測角θＸ３Ｍとを計測する。肩ロック部は、肩計測関節部が動かないようにロックする。
肘関節計測部５６は、Ｘ４Ｍ角計測部５６Ａ、肘関節ヨーク５６ＢおよびＺ５Ｍ角計測部５６Ｃを有する。Ｘ４Ｍ角計測部５６Ａは、上腕構造部５３の下側の直方体状の外形の部分の下側に接続する２枚の板材の間に設けられる。肘関節ヨーク５６Ｂは、Ｘ４Ｍ角計測部５６Ａおよび２枚の板材をＸ４Ｍ軸の回りに回転可能に保持する。Ｘ４Ｍ軸の軸部材は、肘関節ヨーク５６Ｂに固定されている。Ｘ４Ｍ角計測部５６Ａは、軸受け、ロック機構、回転範囲制限機構およびエンコーダを有する。Ｘ４Ｍ角計測部５６Ａは、肘関節ヨーク５６ＢがＸ４Ｍ角計測部５６Ａに対してＸ４Ｍ軸の回りに回転する角度を計測する。Ｘ４Ｍ角計測部５６Ａは、Ｘ４Ｍ軸および肘関節ヨーク５６Ｂが回転することをロックできる。
肘関節ヨーク５６Ｂは、Ｚ５Ｍ軸の回りに回転可能である。Ｚ５Ｍ軸の軸部材は、肘関節ヨーク５６Ｂに固定されている。Ｚ５Ｍ軸は、前腕構造部５４の上側の底面に設けられた開口を通り、Ｚ５Ｍ角計測部５６Ｃに回転可能に保持される。Ｚ５Ｍ角計測部５６Ｃは、前腕構造部９４の上側の外形が直方体状の部分の内部に設けられる。Ｚ５Ｍ角計測部５６Ｃは、軸受け、ロック機構、回転範囲制限機構およびエンコーダを有する。Ｚ５Ｍ角計測部５６Ｃは、肘関節ヨーク５６ＢがＺ５Ｍ角計測部５６Ｃに対してＺ５Ｍ軸の回りに回転する角度を計測する。Ｚ５Ｍ角計測部５６Ｃは、Ｚ５Ｍ軸および肘関節ヨーク５６Ｂが回転することをロックできる。
肘関節計測部５６は、肘計測関節部であり、肘関節角度計測部であり、肘ロック部である。肘計測関節部は、前腕構造部５４を、前腕傾斜計測角δＸ４Ｍを変更可能に、Ｚ５Ｍ軸の回りに回転可能に上腕構造部５３に接続する。肘関節角度計測部は、前腕傾斜計測角δＸ４Ｍと、前腕部回転計測角θＺ５Ｍとを計測する。肘ロック部は、肘計測関節部が動かないようにロックする。
手首関節計測部５７は、手首関節第１ヨーク５７Ａ、Ｘ６Ｍ角計測部５７Ｂ、Ｙ７Ｍ角計測部５７Ｃおよび手首関節第２ヨーク５７Ｄを有する。手首関節第１ヨーク５７Ａは、前腕構造部５４の下端の２枚の板材の下側に接続する。手首関節第１ヨーク５７Ａは、直方体状のＸ６Ｍ角計測部５７ＢをＸ６Ｍ軸の回りに回転可能に保持する。Ｘ６Ｍ軸の軸部材は、手首関節第１ヨーク５７Ａに固定されている。Ｘ６Ｍ角計測部５７Ｂは、軸受け、ロック機構、回転範囲制限機構およびとエンコーダを有する。Ｘ６Ｍ角計測部５７Ｂは、手首関節第１ヨーク５７ＡがＸ６Ｍ角計測部５７Ｂに対してＸ６Ｍ軸の回りに回転する角度を計測する。Ｘ６Ｍ角計測部５７Ｂは、Ｘ６Ｍ軸および手首関節第１ヨーク５７Ａが回転することをロックできる。
Ｙ７Ｍ角計測部５７Ｃは、直方体状である。Ｙ７Ｍ角計測部５７Ｃは、Ｘ６Ｍ角計測部５７Ｂと接続してＸ６Ｍ軸方向においてオペレータ９０の手の小指側に設けられる。手首関節第２ヨーク５７Ｄは、Ｘ６Ｍ角計測部５７ＢおよびＹ７Ｍ角計測部５７ＣをＹ７Ｍ軸が延在する方向において挟む。Ｙ７Ｍ軸の軸部材は、手首関節第２ヨーク５７Ｄに固定されている。手首関節第２ヨーク５７Ｄの下側の面には、ハンド操作装置８０が接続する。手首関節第２ヨーク５７Ｄは、Ｘ６Ｍ角計測部５７ＢおよびＹ７Ｍ角計測部５７Ｃを、Ｙ７Ｍ軸の回りに回転可能に保持する。Ｙ７Ｍ軸の軸部材は、Ｙ７Ｍ角計測部５７Ｃの中に入る。Ｘ６Ｍ角計測部５７Ｂの中には、Ｙ７Ｍ軸の軸部材は存在しない。Ｘ６Ｍ角計測部５７Ｂは、手首関節部第２ヨーク５７Ｄに設けられた突起を回転可能に保持する。突起は、手首関節部第２ヨーク５７Ｄの側面においてＹ７Ｍ軸が存在すべき位置に設けられる。Ｙ７Ｍ角計測部５７Ｃは、軸受け、ロック機構、回転範囲制限機構およびエンコーダを有する。Ｙ７Ｍ角計測部５７Ｃは、Ｙ７Ｍ角計測部５７Ｃに対して手首関節第２ヨーク５７ＤがＹ７Ｍ軸の回りに回転する角度を計測する。Ｙ７Ｍ角計測部５７Ｃは、Ｙ７Ｍ軸および手首関節第２ヨーク５７Ｄが回転することをロックできる。
手首関節計測部５７は、手首計測関節部であり、手首関節角度計測部であり、手首ロック部である。手首計測関節部は、ハンド操作装置８０を、ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍと、ハンド第２傾斜計測角とを変更可能に、前腕構造部５４に接続する。手首関節角度計測部は、ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍと、ハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍとを計測する。手首ロック部は、手首計測関節部が動かないようにロックする。
上腕装着部５８は、上腕構造部５３をオペレータ９０の上腕に装着する。前腕装着部５９は、前腕構造部５４をオペレータ９０の前腕に装着する。図を簡単にするために上腕装着部５８を小さなリング状に表現しているが、実際は異なる。上腕装着部５８は、接続および分離が可能なバンドにより上腕構造部５３とオペレータ９０の上腕とを緩やかに連結する。上腕構造部５３とオペレータ９０の上腕の距離は、図に表示しているリングの直径の２倍以上の間隔を持たせる。前腕装着部５９に関しても同様である。前腕装着部５９は、接続および分離が可能なバンドにより前腕構造部５４とオペレータ９０の前腕とを緩やかに連結する。前腕構造部５４とオペレータ９０の前腕の距離は、図に表示しているリングの直径の２倍以上の間隔を持たせる。さらに、ハンド操作装置８０に設けた手装着部８７で、アーム操作装置５０に先端に設けたハンド操作装置８０とオペレータ９０の手とを連結する。
オペレータ９０が腕を動かすことで、アーム操作装置５０が有する各計測軸の回りの回転角度が計測される。計測した回転角度を適切な倍率（１より大きい）で大きくした角度で、制御演算装置６０は、肩関節部２７、肘関節部２８および手首関節部２９における角度を変化させる。倍率は回転軸ごとに決められる。各回転軸で計測された回転角度に乗算される係数は、係数α１、α２、α３、α４、α５、α６、α７である。
制御演算装置は、腕基部回転計測角θＸ１Ｍ、上腕傾斜計測角δＹ２Ｍ、上腕部回転計測角θＺ３Ｍ、前腕傾斜計測角δＸ４Ｍ、前腕部回転計測角θＺ５Ｍ、ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍ、ハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍに基づき、腕基部回転角θＡＺ４、上腕部傾斜角δＥＬ４、上腕部回転角θＡＺ５、前腕部傾斜角δＥＬ５、前腕部回転角θＡＺ６、ハンド第１傾斜角δＥＬ６およびハンド第２傾斜角δＸＥＬ２を制御してもよい。例えば、以下のように計算してもよい。なお、非線形な計算式を使用してもよい。
θＡＺ４＝α１１*θＸ１Ｍ＋α１２*δＹ２Ｍ
＋α１３*θＺ３Ｍ＋α１４*δＸ４Ｍ
＋α１５*θＺ５Ｍ＋α１６*δＸ６Ｍ
＋α１７*δＹ７Ｍ
δＥＬ４＝α２１*θＸ１Ｍ＋α２２*δＹ２Ｍ
＋α２３*θＺ３Ｍ＋α２４*δＸ４Ｍ
＋α２５*θＺ５Ｍ＋α２６*δＸ６Ｍ
＋α２７*δＹ７Ｍ
θＡＺ５＝α３１*θＸ１Ｍ＋α３２*δＹ２Ｍ
＋α３３*θＺ３Ｍ＋α３４*δＸ４Ｍ
＋α３５*θＺ５Ｍ＋α３６*δＸ６Ｍ
＋α３７*δＹ７Ｍ
δＥＬ５＝α４１*θＸ１Ｍ＋α４２*δＹ２Ｍ
＋α４３*θＺ３Ｍ＋α４４*δＸ４Ｍ
＋α４５*θＺ５Ｍ＋α４６*δＸ６Ｍ
＋α４７*δＹ７Ｍ
θＡＺ６＝α５１*θＸ１Ｍ＋α５２*δＹ２Ｍ
＋α５３*θＺ３Ｍ＋α５４*δＸ４Ｍ
＋α５５*θＺ５Ｍ＋α５６*δＸ６Ｍ
＋α５７*δＹ７Ｍ
δＥＬ６＝α６１*θＸ１Ｍ＋α６２*δＹ２Ｍ
＋α６３*θＺ３Ｍ＋α６４*δＸ４Ｍ
＋α６５*θＺ５Ｍ＋α６６*δＸ６Ｍ
＋α６７*δＹ７Ｍ
δＸＥＬ２＝α７１*θＸ１Ｍ＋α７２*δＹ２Ｍ
＋α７３*θＺ３Ｍ＋α７４*δＸ４Ｍ
＋α７５*θＺ５Ｍ＋α７６*δＸ６Ｍ
＋α７７*δＹ７Ｍ
係数α１１などは、各回転軸で計測された回転角度に乗算される係数である。
アーム操作装置５０は、オペレータ９０が腕および手で操作して各関節部の角度を変更する機械式の角度入力装置を用いる。そのため、オペレータ９０の癖などによらない安定したロボット１の腕部１０（ロボットアーム）の操作が可能になる。加速度センサなどを使用するアーム操作装置では、バッテリの容量などにより駆動できる時間が制約される場合がある。また、加速度センサは、ドリフト等の発生で微小な角度差が発生する場合がある。アーム操作装置５０は、各関節部の角度を機械式でオペレータ９０が入力し、角度のデータに基づき各関節部を制御するので、長時間にわたって動作する場合でも、安定的に腕部１０（ロボットアーム）を操作できる。
アーム操作装置５０は、各計測関節部の角度を維持する（ロックする）機能を有する。腕部１０に取らせるべき姿勢に対応するアーム操作装置５０の姿勢を維持することが、オペレータ９０の筋肉にとって負担になる場合は、アーム操作装置５０が有する各計測関節部の角度維持機構（ロック機構）をＯＮにする。そうすることで、オペレータ９０は腕などを休めることができる。アーム操作装置５０は、人と同様な合計７自由度の関節自由度を有するので、オペレータ９０は自分の腕を動かすのと同様な感覚でアーム操作装置５０を動かし、腕部１０を操縦できる。アーム操作装置５０は、オペレータ９０が腕部１０（ロボットアーム）を操作する負担を従来よりも軽減できる。
アーム操作装置５０が有するロック機構を働かせるかどうかのスイッチ（ロックスイッチ）は、ハンド操作装置８０に設ける。ハンド操作装置８０Ｒが有するロックスイッチは、アーム操作装置５０Ｒをロックし、ロックを解除する。ハンド操作装置８０Ｌが有するロックスイッチは、アーム操作装置５０Ｌをロックし、ロックを解除する。ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌのどちらかのロックスイッチを操作することで、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌの両方をロックし、ロック解除できるようにしてもよい。ハンド操作装置８０を、ロック可能にしてもよい。ハンド操作装置８０をロックするとは、ジョイスティックが動いても操作指示を生成しないようにすることである。ハンド操作装置８０をロックするロックスイッチをハンド操作装置８０に設けてもよいし、ハンド操作装置８０とは別に設けてもよい。ハンド操作装置８０をロックするロックスイッチをハンド操作装置８０に設ける場合は、ハンド操作装置８０がロック中でもロックスイッチだけは操作できる。
ロックスイッチは、肩ロック部、肘ロック部および手首ロック部がロックするロック状態とロックしない非ロック状態とを一律に切り替えるロック状態変更スイッチである。ロック状態では、肩関節計測部５５、肘関節計測部５６および手首関節計測部５７は、その有する各計測関節部の角度が変化しない。非ロック状態では、肩関節計測部５５、肘関節計測部５６および手首関節計測部５７は、その有する各計測関節部の角度が変化できる。ロックスイッチは、ハンド操作装置８０とは別に設けてもよい。ロックスイッチは、オペレータ９０が足で操作するものでもよい。
手首関節部が３回転自由度でハンド部を前腕部に接続する場合は、アーム操作装置の手首関節計測部も３回転自由度にする。３回転自由度の手首関節計測部では、ハンド部を通る手首部回転計測軸の回りにハンド部が回転する角度を計測でき、手首部回転計測軸の回りにハンド部が回転することをロックする機構も有する。
図５１から図５７を参照して、ハンド操作装置８０の構造を説明する。ハンド操作装置８０Ｒとハンド操作装置８０Ｌは、同様な構造である。ハンド操作装置８０Ｒとハンド操作装置８０Ｌは、人間の右手と左手のように互いに鏡像の関係にある。図５１は、オペレータ９０が左手で操作して左のハンド部２６Ｌを動かすハンド操作装置８０Ｌの斜視図である。図５２と図５３は、ハンド操作装置８０Ｌの別の方向から見た斜視図である。図５４から図５７は、ハンド操作装置８０Ｌの正面図、右側面図、左側面図および底面図である。図では、手首関節計測部５７の下側の部分も図に描いている。
図５１から図５７では、ハンド操作装置８０を基準とする直交座標系であるＵＶＷ座標系も示す。Ｕ軸は、ハンド操作装置８０の厚み方向の軸である。オペレータ９０の手がある側をＵ軸の正の向きとする。Ｖ軸は、ハンド操作装置８０の前後方向の軸である。Ｖ軸の正の向きは、前から後ろに向かう方向とする。Ｗ軸は、ハンド操作装置８０の高さ方向の軸である。Ｗ軸の正の向きは、下から上に向かう方向とする。
ハンド操作装置８０は、第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２、第３ジョイスティック８３、第４ジョイスティック８４、第５ジョイスティック８５、本体部８６および手装着部８７を有する。第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２、第３ジョイスティック８３、第４ジョイスティック８４および第５ジョイスティック８５は、ハンド部２６が有する第１指部９１、第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５にそれぞれ対応する。本体部８６は、オペレータ９０が把持する部分である。手装着部８７は、本体部８６の外側（オペレータ９０の手の甲側）の主面に設けられる。手装着部８７にオペレータ９０が手を入れることで、オペレータ９０が本体部８６を握っていなくても、オペレータ９０の手から本体部８６が離れなくなる。
本体部８６は、正面から見ると略長方形、側面から見ると四角形の１辺をその途中で３０度弱折り曲げたような略五角形である。正面側の側面を、第１側面８６Ａと呼ぶ。第１側面８６Ａの下側に接続する側面を、第２側面８６Ｂと呼ぶ。第２側面８６ＢとＶＷ平面で約３０度の角度をなすように折れ曲がって接続する側面を、第３側面８６Ｃと呼ぶ。第２側面８６Ｂは、Ｕ軸と平行である。第３側面８６Ｃは、第２側面８６Ｂに対して内側（オペレータ９０の掌から遠い側）に傾斜している。内側に傾斜すると、Ｕ軸の負の側がＷ軸の正の側に位置することになる。第３側面８６Ｃは、第２側面８６Ｂに対してＵＷ平面で約３０度の角度をなすように傾斜している。第１側面８６Ａには、略直方体状の空間を有する窪み８６Ｄが設けられる。第１側面８６Ａのほとんどが、窪み８６Ｄの略長方形の開口部である。窪み８６Ｄの底面は、第１側面８６Ａと平行である。第１側面８６Ａは、本体部８６を把持する際にオペレータ９０の人指し指および中指が延在する方向に沿う本体部８６の側面である。第２側面８６Ｂは、第１側面８６Ａに隣接して第1側面８６Ａとは交差する角度の方向に延在する本体部８６の側面である。第２側面８６Ｂは、第１側面８６Ａと鈍角、例えば１１０度程度をなす角度の方向に延在する。第１側面８６Ａと第２側面８６Ｂとは、細く浅い溝などを介して隣接してもよい。
第１ジョイスティック８１は、第１側面８６Ａに設けられた窪み８６Ｄの底面に垂直に設けられる。第２ジョイスティック８２および第３ジョイスティック８３は、第２側面８６Ｂに垂直に設けられる。第４ジョイスティック８４および第５ジョイスティック８５は、第３側面８６Ｃに垂直に設けられる。このように配置することで、５個のジョイスティックを、人間の手の５本指で操作しやすい位置に配置できる。オペレータ９０は親指で、第１ジョイスティック８１を操作する。第１ジョイスティック８１を窪み８６Ｄの底面に設けているので、本体部８６のＶ軸に平行な方向での幅を人間が握りやすい長さにでき、かつ第１ジョイスティック８１を親指で容易に傾斜させることができる。人指し指で第２ジョイスティック８２を操作する。中指で第３ジョイスティック８３を操作する。薬指で第４ジョイスティック８４を操作する。小指で第５ジョイスティック８５を操作する。指回転モードでは、第１ジョイスティック８１を操作すると、第１指部９１が動く。第２ジョイスティック８２を操作すると、第２指部９２が動く。第３ジョイスティック８３を操作すると、第３指部９３が動く。第４ジョイスティック８４を操作すると、第４指部９４が動く。第５ジョイスティック８５を操作すると、第５指部９５が動く。複数のジョイスティックを同時に操作すれば、複数の指部が同時に動く。
第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２、第３ジョイスティック８３、第４ジョイスティック８４および第５ジョイスティック８５は、図５４における左右方向に傾けることができる。第１ジョイスティック８１は、第１側面８６Ａに垂直な方向（高さ方向）での長さを変更できる。なお、各ジョイスティックは、図５４における上下方向、左右方向および高さ方向に操作可能であるが、ハンド部２６を操作するために使用しない方向には動かないようにロックをかけている。各ジョイスティックは、力が加えられた方向に傾斜し、力が加えられなくなると通常の位置（垂直な位置）に戻る。
第１ジョイスティック８１を高さ方向に移動させる操作は、アーム操作装置５０が有する各関節計測部での各回転軸の回りの回転角度を、その時点での角度に固定する（ロックする）かどうかを決める。第１ジョイスティック８１は、ロックスイッチでもある。第１ジョイスティック８１を押し込んで戻す操作により、アーム操作装置５０が有する各関節計測部での各角度を固定するかどうかが変化する。ロック中は、第１ジョイスティック８１が押し込まれた状態のままとしてもよい。動作開始時は、アーム操作装置５０が有する各関節計測部は角度を変更可能である。第１ジョイスティック８１を押し込むと、アーム操作装置５０が有する各関節計測部での各回転軸の回りの回転角度が、その時点での角度に固定される。その状態で、第１ジョイスティック８１を再度押し込むと、アーム操作装置５０が有する各関節計測部での各回転軸の回りの回転角度が変更可能になる。なお、ハンド操作装置８０Ｒの第１ジョイスティック８１により、アーム操作装置５０Ｒの各関節計測部での角度を固定するかどうかを操作する。ハンド操作装置８０Ｌの第１ジョイスティック８１により、アーム操作装置５０Ｌの角度を固定するかどうかを操作する。
モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌにより、オペレータ９０はハンド部２６およびハンド操作装置８０の動作モードを切り替える。ハンド部２６およびハンド操作装置８０は、動作モードが切り替えられると、切り替えられた動作モードで動作する。左右のハンド部２６は同じ動作モードで動作する。ハンド操作装置８０Ｒを操作すると、右のハンド部２６が動く。ハンド操作装置８０Ｌを操作すると、左のハンド部２６が動く。モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌのどちらも踏んでいない場合は、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌを操作することで、左右のハンド部２６は指回転モードで操作できる。モード切替ペダル６Ｒだけを踏んでいる場合は、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌを操作することで、左右のハンド部２６は間隔変更モードで操作できる。モード切替ペダル６Ｌだけを踏んでいる場合は、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌを操作することで、左右のハンド部２６はスライドモードで操作できる。モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌを同時に踏んでいる場合は、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌを操作することで、左右のハンド部２６は指回転モードで操作できる。なお、モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌを踏んでいるかどうかと、ハンド部２６およびハンド操作装置８０の動作モードとの対応関係は、上記から変更してもよい。例えば、右のモード切替ペダル６Ｒだけを踏んでいる場合と、左のモード切替ペダル６Ｌだけを踏んでいる場合の動作モードを入れ替えてもよい。モード切替ペダルが３値以上を入力できるようにして、右のモード切替ペダルで右のハンド部２６およびハンド操作装置８０Ｒの動作モードを変更し、左のモード切替ペダルで左のハンド部２６およびハンド操作装置８０Ｌの動作モードを変更するようにしてもよい。
モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌは、ロボットハンドであるハンド部２６を操作する操作指示を入力するロボットハンド操作装置の一部を構成する。モード切替ペダル６Ｒは、ハンド部２６およびハンド操作装置８０の動作モードを指回転モードと間隔変更モードとの間で切り替えるために、オペレータ９０が足で操作する移動モード変更スイッチである。モード切替ペダル６Ｌは、ハンド部２６およびハンド操作装置８０の動作モードを指回転モードとスライドモードとの間で切り替えるために、オペレータ９０が足で操作するスライドモード変更スイッチである。モード切替ペダル６Ｒをスライドモード変更スイッチにし、モード切替ペダル６Ｌを移動モード変更スイッチにしてもよい。移動モード変更スイッチおよびスライドモード変更スイッチの少なくとも一つをハンド操作装置が有してもよい。
指回転モードでハンド部２６を操作する方法を説明する。第１ジョイスティック８１を左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾けると、第１指部９１が第１フレーム９６Ｂに近づく向きに回転する。第１ジョイスティック８１を左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾けると、第１指部９１が第１フレーム９６Ｂから離れる向きに回転する。第１ジョイスティック８１を傾斜させている間は、第１指部９１は回転する。力が加えられなくなり第１ジョイスティック８１が垂直な位置に戻ると、第１指部９１は回転を停止する。第１ジョイスティック８１を操作することで、第１指部９１は手基部９８Ａに対して垂直な角度から第１フレーム９６Ｂまたは第３指部９３に接触する角度までの範囲内で任意の角度をとることができる。
第１ジョイスティック８１を傾斜させる速度に応じて、第１指部９１が回転する速度が変化する。第１指部９１が回転する速度は、第１ジョイスティック８１を動かす速度に応じて単調非減少に決められる。第１ジョイスティック８１を速く傾斜させると、第１指部９１が速く回転する。第１ジョイスティック８１をゆっくり傾斜させると、第１指部９１がゆっくり回転する。ジョイスティックを動かす速度と指部が動く速度の関係は、第２ジョイスティック８２と第２指部９２の間などでも同様である。
第２ジョイスティック８２により、第２指部９２を操作する。第２ジョイスティック８２を左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾けると、第２指部９２が掌肉部９７Ｅに近づく向きに回転する。第２ジョイスティック８２を左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾けると、第２指部９２が掌肉部９７Ｅから離れる向きに回転する。第２ジョイスティック８２を傾斜させている間は、第２指部９２は回転する。力が加えられなくなり第２ジョイスティック８２が垂直な位置に戻ると、第２指部９２は回転を停止する。第２ジョイスティック８２を操作することで、第２指部９２は手基部９８Ａに対して垂直な角度から掌肉部９７Ｅに接触する角度までの範囲内で任意の角度をとることができる。
第３ジョイスティック８３により、第３指部９３を操作する。第３ジョイスティック８３を左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾けると、第３指部９３が掌肉部９７Ｅに近づく向きに回転する。第３ジョイスティック８３を左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾けると、第３指部９３が掌肉部９７Ｅから離れる向きに回転する。第３ジョイスティック８３を傾斜させている間は、第３指部９３は回転する。力が加えられなくなり第３ジョイスティック８３が垂直な位置に戻ると、第３指部９３は回転を停止する。第３ジョイスティック８３を操作することで、第３指部９１は手基部９８Ａに対して垂直な角度から掌肉部９７Ｅまたは第１指部９１に接触する角度までの範囲内で任意の角度をとることができる。
第４ジョイスティック８４により、第４指部９４を操作する。第４ジョイスティック８４を左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾けると、第４指部９４が掌肉部９７Ｅに近づく向きに回転する。第４ジョイスティック８４を左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾けると、第４指部９４が掌肉部９７Ｅから離れる向きに回転する。第４ジョイスティック８４を傾斜させている間は、第４指部９４は回転する。力が加えられなくなり第４ジョイスティック８４が垂直な位置に戻ると、第４指部９４は回転を停止する。第４ジョイスティック８４を操作することで、第４指部９４は手基部９８Ａに対して垂直な角度から掌肉部９７Ｅに接触する角度までの範囲内で任意の角度をとることができる。
第５ジョイスティック８５により、第５指部９５を操作する。第５ジョイスティック８５を左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾けると、第５指部９５が掌肉部９７Ｅに近づく向きに回転する。第５ジョイスティック８５を左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾けると、第５指部９５が掌肉部９７Ｅから離れる向きに回転する。第５ジョイスティック８５を傾斜させている間は、第５指部９５は回転する。力が加えられなくなり第５ジョイスティック８５が垂直な位置に戻ると、第５指部９５は回転を停止する。第５ジョイスティック８５を操作することで、第５指部９５は手基部９８Ａに対して垂直な角度から掌肉部９７Ｅに接触する角度までの範囲内で任意の角度をとることができる。
なお、５本のジョイスティックすべてで、ジョイスティックを左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾ける場合に、対応する指部が手基部９８Ａに近づく向きに回転し、ジョイスティックを左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾ける場合に、対応する指部が手基部９８Ａから離れる向きに回転するようにしてもよい。
このように、オペレータ９０が各ジョイスティックを操作するときに対応する指部が動く操作指示が入力され、オペレータ９０が各ジョイスティックを操作しないときに対応する指部が動く操作指示が入力されない。ジョイスティックを操作するとは、オペレータ９０がジョイスティックの全体またはその部分を動かす、あるいは動かした状態を保持することである。
ハンド操作装置８０では、ジョイスティックを操作することで対応する指部を回転させる。ジョイスティックを傾けていないときは、指部は回転しない。オペレータ９０は、指部を意図する角度まで回転させるまでジョイスティックを傾け、意図する角度になるとジョイスティックから指を離す。このようなオペレーションで、オペレータ９０は容易に各指部を意図する角度にすることができる。ジョイスティックを動かす速度に応じて単調非減少に決められた速度で、ジョイスティックに対応する指部が回転する。例えば、第１ジョイスティック８１を速く動かすと、第１指部９１が速く動く。第１ジョイスティック８１をゆっくり動かすと、第１指部９１がゆっくり動く。他のジョイスティックと対応する指部でも同様である。そのため、速く動かしたい場合、意図した角度に正確に動かしたい場合のどちらでも容易に、オペレータ９０は指を回転させることができる。
なお、ジョイスティックを動かす速度（操作速度と呼ぶ）と、対応する指部が回転する速度（回転速度と呼ぶ）は比例させてもよいし、比例させなくてもよい。操作速度が小さい間は、回転速度と操作速度を比例させてもよい。操作速度が大きくなると、回転速度と操作速度の間の比例係数を小さくするようにしてもよい。操作速度が閾値以上では、回転速度が上限値になるようにしてもよい。
操作速度が第１の値（操作速度１と呼ぶ）である場合に、対応する指部が第１の値（回転速度１と呼ぶ）で回転し、操作速度が第１の値よりも大きい第２の値（操作速度２と呼ぶ）である場合に、対応する指部が回転する速度が第１の値以上である第２の値（回転速度２と呼ぶ）である。操作速度１＜操作速度２であるように操作速度１と操作速度２をどのように選んだ場合でも、回転速度１≦回転速度２が成立する。このような場合に、操作速度に対して回転速度が単調非減少であるという。
間隔変更モードでは、第１ジョイスティック８１により第１指接続部９６および第２指接続部９７を制御する。第１ジョイスティック８１を左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾けると、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が広がる方向に第１指接続部９６および第２指接続部９７が移動する。第１ジョイスティック８１を左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾けると、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が狭まる方向に第１指接続部９６および第２指接続部９７が移動する。ただし、第１指部９１の回転角度が閾値以下の場合は、間隔変更モードで第１ジョイスティック８１を操作しても、第１指接続部９６および第２指接続部９７は移動しない。第１指部９１の回転角度は、第１指部９１が第１フレーム９６Ｂの上面と平行になる場合にゼロ度とする。閾値は、例えば３度などのように適切に決める。
なお、間隔変更モードで、第１ジョイスティック８１を左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾ける場合に、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が狭まる方向に第１指接続部９６および第２指接続部９７が移動し、第１ジョイスティック８１を左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾ける場合に、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が広がる方向に第１指接続部９６および第２指接続部９７が移動するようにしてもよい。
間隔変更モードでは、第１ジョイスティック８１を動かす速度に応じて、第１指接続部９６および第２指接続部９７が移動する速度が変化する。第１指接続部９６および第２指接続部９７が移動する速度は、指移動部が動く速度である。指移動部が動くと、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が変化する。動かす速度に応じて、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が変化する速度は単調非減少に決められる。第１ジョイスティック８１を速く動かすと、間隔が速く増減する。第１ジョイスティック８１をゆっくり動かすと、間隔がゆっくり増減する。
間隔変更モードでの第１ジョイスティック８１は、オペレータ９０が操作することで指移動部が動く操作指示を入力する指移動部操作部である。指移動部操作部は、第１ジョイスティック８１ではなく、第２ジョイスティック８２、第３ジョイスティック８３、第４ジョイスティック８４および第５ジョイスティック８５の何れかでもよい。指移動部操作部でもある場合の、第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２、第３ジョイスティック８３、第４ジョイスティック８４および第５ジョイスティック８５の何れかを、指移動部操作ジョイスティックと呼ぶ。指移動部操作ジョイスティックは、指移動部操作部としても兼用されるジョイスティックである。
なお、第５指部９５を有さない、あるいは第５指部９５および第４指部９４を有さないロボットハンドを操作するハンド操作装置は、第５ジョイスティック８５、あるいは第５ジョイスティック８５および第４ジョイスティック８４を備えない。指移動部操作ジョイスティックは、ハンド操作装置に備えられたジョイスティックの中で、指移動部を操作する操作指示を入力するジョイスティックである。第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２および第３ジョイスティック８３を備えたハンド操作装置では、第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２および第３ジョイスティック８３の何れかが指移動部操作部としても兼用される指移動部操作ジョイスティックである。
指移動部操作部として専用の釦、レバー、スイッチなどをハンド操作装置に設けてもよい。間隔変更モードでは、指移動部操作ジョイスティックは指移動部操作部である。指回転モードおよびスライドモードでは、指移動部操作ジョイスティックは指移動部操作部ではない。
第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が可能な範囲の最大になると、それ以上には間隔は広がらない。第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が可能な範囲の最小になると、それ以上には間隔は狭まらない。第１指部９１および第３指部９３の少なくとも一方が手基部９８Ａに対して垂直ではない場合は、第１指部９１と第３指部９３が接触すると、それ以上には間隔は狭くすることはできない。
ハンド部２６では、指回転モードと間隔変更モードの切替は、５本の指部の状態によらず可能である。指部を回転させた後に間隔を変更し、さらに指部を回転させることができる。間隔を変更した後に、指部を回転させ、さらに間隔を変更できる。なお、第１指部９１と第３指部９３が接触する状況では、第１指部９１および第３指部９３は接触を解消する側への回転または移動だけができる。
物体を把持するために、例えばオペレータ９０は以下のような手順で操作する。指回転モードで、第１指部９１の第１指接続部９６に対する角度を意図した角度にする。第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５のそれぞれの第２指接続部９７に対する角度を意図した角度にする。その後、間隔変更モードで、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が意図する距離になるまで、第１指接続部９６および第２指接続部９７を移動させる。指回転モードに戻して、第１指部９１、第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５の角度を微調整する。必要であれば、さらに間隔変更モードで、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔を変更する。
物体によっては、先に間隔変更モードで、第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔が意図する距離になるまで、第１指接続部９６および第２指接続部９７を移動させる。その後、指回転モードで、第１指部９１を第１指接続部９６に対して意図した角度にする。
第２指部９２、第３指部９３、第４指部９４および第５指部９５のそれぞれを第２指接続部９７に対して意図した角度にする。
ハンド部２６は、第１指部９１と第３指部９３との２本の指部で、物体を把持できる。さらに、ハンド部２６は、第２指部９２、第４指部９４および第５指部９５の内の少なくとも１本の指部を加えた３本から５本の指部で、物体を把持できる。
スライドモードでは、第２ジョイスティック８２によりスライド指先部９２Ｋを移動させることを制御する。第２ジョイスティック８２を左右方向でオペレータ９０の掌から離れる向き（Ｕ軸の負の向き）に傾けると、スライド指先部９２Ｋが掌肉部９７Ｅに近づく向きに移動する。第２ジョイスティック８２を左右方向でオペレータ９０の掌に近づく向き（Ｕ軸の正の向き）に傾けると、スライド指先部９２Ｋが掌肉部９７Ｅから離れる向きに移動する。第２ジョイスティック８２を傾斜させている間は、スライド指先部９２Ｋは移動する。力が加えられなくなり第２ジョイスティック８２が垂直な位置に戻ると、スライド指先部９２Ｋは移動を停止する。第２ジョイスティック８２を傾斜させる速度に応じて、スライド指先部９２Ｋが移動する速度が変化する。傾斜させる速度に応じて、スライド指先部９２Ｋが移動する速度は単調非減少に決められる。第２ジョイスティック８２を速く傾斜させると、スライド指先部９２Ｋが速く移動する。第２ジョイスティック８２をゆっくり傾斜させると、スライド指先部９２Ｋがゆっくり移動する。
スライドモードでの第２ジョイスティック８２は、オペレータ９０が操作することで引っ掛け部移動部を操作する操作指示を入力する引っ掛け部操作部である。引っ掛け部操作部は、第２ジョイスティック８２ではなく、第１ジョイスティック８１、第３ジョイスティック８３、第４ジョイスティック８４および第５ジョイスティック８５の何れかでもよい。引っ掛け部操作部でもある場合の、第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２、第３ジョイスティック８３、第４ジョイスティック８４および第５ジョイスティック８５の何れかを、引っ掛け部操作ジョイスティックと呼ぶ。引っ掛け部操作ジョイスティックは、引っ掛け部操作部としても兼用されるジョイスティックである。
なお、第５指部９５を有さない、あるいは第５指部９５および第４指部９４を有さないロボットハンドを操作するハンド操作装置は、第５ジョイスティック８５、あるいは第５ジョイスティック８５および第４ジョイスティック８４を備えない。引っ掛け部操作ジョイスティックは、ハンド操作装置に備えられたジョイスティックの中で、引っ掛け部移動部を操作する操作指示を入力するジョイスティックである。第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２および第３ジョイスティック８３を備えたハンド操作装置では、第１ジョイスティック８１、第２ジョイスティック８２および第３ジョイスティック８３の何れかが引っ掛け部操作部としても兼用される引っ掛け部操作ジョイスティックである。
引っ掛け部操作部として専用の釦、レバー、スイッチなどをハンド操作装置に設けてもよい。スライドモードでは、引っ掛け部操作ジョイスティックは引っ掛け部操作部である。指回転モードおよび間隔変更モードでは、引っ掛け部操作ジョイスティックは引っ掛け部操作部ではない。
ハンド部２６は、スライドモードでも動作するので、電動ドライバや放水ノズル等のグリップを把持して操作レバーにスライド指先部９２Ｋを引っ掛けた状態で、スライド指先部９２Ｋを指元側に移動させることで、電動ドライバや放水ノズル等を操作できる。電動ドライバや放水ノズル等の操作する場合に、ハンド部２６を付け替えることは不要である。
ハンド部２６が有する指部を操作するためにジョイスティックを使用することで、オペレータ９０の負担を従来よりも軽減できる。ジョイスティックを使用することで、物体を把持した状態をキープすることが容易になる。ジョイスティックを操作しない場合に、指部はその時点の状態を保持できる。そのため、オペレータ９０は操作中に手および神経を休めることができる。ジョイスティックを使用することで、物体を把持する、あるいは物体を手放すなどの操作を、オペレータ９０がＯＮ／ＯＦＦ制御の感覚で実施できる。
グローブ（手袋）式のハンド操作装置、曲げセンサを用いたハンド操作装置では、オペレータは自分の手および指の角度に常に気を配る必要がある。ハンド部の繊細な動きが必要な操作、あるいは長時間の連続操作では、オペレータは指を休めることができないので、オペレータの負担が大きい。オペレータが不用意に自分の指を動かすと、ロボットハンドの指が追従して動き、予期せぬ動作を起こし、果たすべき任務を実施する上で支障をきたすことが考えられる。
図５８を参照して、操作装置３のソフトウェア構成を説明する。図５８は、実施の形態１に係るロボット操作システムの機能構成を説明するブロック図である。制御演算装置６０は、通信回線６９を介してロボット１と接続される。制御演算装置６０とロボット１は、通信回線６９を介して互いに通信する。通信回線６９により、制御演算装置６０からロボット１を制御する制御信号が送られる。ロボット１からは、現場カメラ２が撮影した画像やハンド部２６の指先に設けた距離センサ９１Ｈ、９３Ｈが検出する距離などが送られる。通信回線６９は、有線回線でも無線回線でもよく、公衆回線でも専用回線でもよい。通信回線６９には、用途に合わせた通信回線を使用する。ロボット１と制御演算装置６０との間の距離は、任意である。距離は、何千ｋｍも離れていてもよいし、１ｍでもよい。
表示装置４、上体入力装置５、モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌ、足操作入力装置７（図示せず）と制御演算装置６０との間は、ＬＡＮ７０で結ぶ。この明細書における遠隔操作とは、遠隔で機械を操作する方法で機械を制御（操作）するという意味である。遠隔操作する際には、遠隔操作される機械に操作指示または制御信号を送信する。ロボット１と制御演算装置６０の実際の距離は、遠隔でなくてもよい。上体入力装置５と制御演算装置６０とを、ＬＡＮ７０を介さないで接続してもよい。
ロボット１は、現場カメラ２、胴体支持アーム１２などの骨格部７１、アーム接続部１４などの関節部７２、車両部１Ｗ、モータ７３、アクチュエータ７４、制御部７５および通信部７６を、主に有して構成される。
骨格部７１は、胴体支持アーム１２、胴下部２１、胴上部２０、腕接続部１９、上腕部２４、前腕部２５、ハンド部２６である。関節部７２は、アーム接続部１４、胴体接続部１３、胴体交差回転部２３、腕接続部回転部２０Ａ、腕基部関節部２２Ａ、肩関節部２７、肘関節部２８および手首関節部２９である。なお、肩関節部２７は、上腕部２４を通る上腕部回転軸（ＡＺ５軸）の回りの回転と、上腕部２４と腕基部２２とがなす角度を変更する回転軸（ＥＬ４軸）の回りの回転とを可能にする。肘関節部２８は、前腕部２５を通る前腕部回転軸（ＡＺ６軸）の回りの回転と、前腕部２５と上腕部２４とがなす角度を変更する回転軸（ＥＬ５軸）の回りの回転とを可能とする。上腕部回転軸（ＡＺ５軸）は、上腕部２４を通り、上腕部２４が延在する方向の回転軸である。前腕部回転軸（ＡＺ６軸）は、前腕部２５を通り、前腕部２５が延在する方向の回転軸である。
遠隔操作されるロボットにおいて、遠隔操作される部位を被操作部と呼ぶ。ロボット１の被操作部は、アーム接続部１４、胴体接続部１３、胴体交差回転部２３、腕接続部回転部２０Ａ、腕基部関節部２２Ａ、肩関節部２７、肘関節部２８、手首関節部２９およびハンド部２６である。操作指示により遠隔操作されるロボットの１の部位を、操作対象部と呼ぶ。操作指示は、上体入力装置５などにより入力される。操作対象部は、被操作部の少なくとも一部である。
モータ７３は、アーム接続部１４、胴体接続部１３、胴体交差回転部２３、腕接続部回転部２０Ａ、腕部１０が有する関節部（手首関節部２９は除く）、およびハンド部２６が有する指関節部などを、回転させる動力を発生させる。アクチュエータ７４は、前腕外側アクチュエータ３５および前腕内側アクチュエータ３６であり、手首関節部２９を回転および静止させる。
制御部７５は、制御演算装置６０からの制御信号を基にモータ７３およびアクチュエータ７４を制御する。制御部７５は、内部に記憶部７７を有する。記憶部７７は、制御信号などを記憶する。通信部７６は、制御演算装置６０と双方向に通信する。
制御演算装置６０は、通信部６３、構造データ記憶部６４、状態データ記憶部６５、上体入力装置インタフェース部６６、操作指示データ生成部６７、制御信号生成部６８を主に有して構成される。上体入力装置インタフェース部は、図および以後の説明では、上体入力装置ＩＦ部と表記する。なお、図示していないが、足入力装置７（図示せず）に対するオペレータ９０の操作から、車両部１Ｗおよびヒューマノイド部１Ｈ（腕部１０を除く）を操作する操作指示および制御信号を生成する機能部も存在する。
構造データ記憶部６４は、ロボット１の構造を表現する構造データを記憶する。構造データ記憶部６４には、ロボット１を遠隔操作中には変化しないデータを記憶する。状態データ記憶部６５は、現場カメラ２が撮影した画像や、操作指示データ(後で説明する)などの遠隔操作中に変化するデータを記憶する。
上体入力装置ＩＦ部６６は、上体入力装置５が有するアーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌで計測される各計測関節部での角度、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌで操作されるジョイスティックの操作方向と速度などのデータを受信して、状態データ記憶部６５に書き込む。
操作指示データ生成部６７は、ロボット１の被操作部を操作（制御）する操作指示データを生成する。生成される操作指示データは、腕部１０およびハンド部２６がすべき動作を指示する操作指示を表すデータである。
操作指示データ生成部６７は、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌで計測する角度から左右の腕部１０が有する腕基部関節部２２Ａ、肩関節部２７、肘関節部２８、手首関節部２９への操作指示データを生成する。操作指示データ生成部６７は、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌの第１ジョイスティック８１から第５ジョイスティック８５などの動きから、左右のハンド部２６を操作する操作指示データを生成する。
制御信号生成部６８は、状態データ記憶部６５を参照して操作指示データからロボット１が有するモータ７３およびアクチュエータ７４を制御する制御信号を生成する。
構造データ記憶部６４および状態データ記憶部６５は、ハードウェアとしてはメモリ部６２に対応する。通信部６３、操作指示データ生成部６７および制御信号生成部６８は、メモリ部６２に記憶した専用プログラムをＣＰＵ６１で実行させることにより実現する。
動作を説明する。オペレータ９０は、表示装置４および上体入力装置５の前に座り、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌを動かし、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌ、モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌを操作する。アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌの各計測関節部の角度、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌの各ジョイスティックの動き、モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌが踏み込まれているかどうかが、制御演算装置６０に入力される。制御演算装置６０は、操作指示データおよび制御信号を生成する。ロボット１の左右の腕部１０が、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌおよびハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌから入力される操作指示にしたがって動く。
アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌに対して各計測関節部の角度を固定する（ロックする）と、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌは動かない。アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌが動かないと、ロボット１の腕部１０も動かない。オペレータ９０は、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌをロックしている間に、休むことができる。オペレータ９０がアーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌを装着してロックを解除すると、オペレータ９０は腕部１０の操作を再開できる。
ロボット１の左右のハンド部２６が、ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌから入力される操作指示にしたがって動く。ハンド操作装置８０では、ジョイスティックを使用しているので、ジョイスティックを傾けていない場合は、ハンド部２６は動かない。
モード切替ペダル６Ｒ、６Ｌのどちらも踏まれていない場合は、左右のハンド部２６は指回転モードである。指回転モードでは、ハンド操作装置８０が有する各ジョイスティックを操作することで、ハンド部２６が有する各指部が回転する。第１ジョイスティック８１を動かすことで第１指部９１が回転する操作指示が入力される。第２ジョイスティック８２を動かすことで第２指部９２が回転する操作指示が入力される。第３ジョイスティック８３を動かすことで第３指部９３が回転する操作指示が入力される。第４ジョイスティック８４を動かすことで第４指部９４が回転する操作指示が入力される。第５ジョイスティック８５を動かすことで第５指部９５が回転する操作指示が入力される。
モード切替ペダル６Ｒだけが踏まれている場合は、左右のハンド部２６は間隔変更モードである。間隔変更モードでは、ハンド操作装置８０が有する第１ジョイスティック８１を操作することで、ハンド部２６が有する第１指接続部９６と第２指接続部９７の間隔を変更できる。モード切替ペダル６Ｌだけが踏まれている場合は、左右のハンド部２６はスライドモードである。スライドモードでは、ハンド操作装置８０が有する第２ジョイスティック８２を操作することで、ハンド部２６が有するスライド指先部９２Ｋを指元側に移動できる。
ハンド部２６は、簡素な構造だが、多くの種類の動作ができる。物体を把持する場合には、２本から５本の指部の伸ばした指先で物体を把持でき、物体の形状に合わせて５本の指部を回転させて物体を把持できる。例えば、大きいあるいは長い物体は、把持に使用する指部の本数を多くして把持し、小さい物体は２本の指部だけで把持する。あるいは、第１指部９１を掌肉部９１Ｅの中に入れて、上に向けた４本の指の上に物体を載せることができる。大きなあるいは長い物体を、左右のハンド部２６で持つことができる。左右のハンド部２６で持つ場合には、左右のハンド部２６を４本の指部が上に向くようにし、適切な間隔をおいて同じ高さに配置して、物体を左右のハンド部２６の４本の指の上に載せる。大きな物体を、左右のハンド部２６の４本の指が鉛直方向に並ぶようにして、２個のハンド部２６の間に挟んで持つこともできる。さらに、物体をつまむ、ひねる、曲げる、ねじる、ボタンを押す、レバーを引くなど多様な数多くの動作をハンド部２６にさせるようにハンド部２６を操作できる。ハンド部２６は、人が行っているほとんどの動作をすることができる。その際に、ハンド部２６を作業内容に合わせて交換することは不要である。そのため、多くの種類の作業を連続してシームレスに、ハンド部２６を有するロボット１がするように遠隔操作できる。
本開示に係るロボット操作システムでは、予期しない事象が発生する状況でも、その状況に適した動作をロボットが取れるように、オペレータの判断により遠隔操作ができる。人工知能技術を応用した自律型のロボットでは対応できないような多様な環境において、本開示に係るロボット操作システムによれば、オペレータが臨機応変な作業指示ができるようになる。本開示に係るロボット操作システムは、オペレータがロボットを操作する負担を従来よりも軽減できる。
本開示に係るロボット操作システムの適用先は、非常に多岐にわたる。例えば、以下が考えられる。
・人命に係る危険作業で人間の代替作業を必要とされる分野。
・省人化を要求される分野。介護分野や農業分野など。
・テレワークの実現を図る遠隔操作事業分野。
例えば、以下のような作業に使用することが期待される。
・地雷、爆弾などを処理する作業。
・テロ対応時などの人命に関わる危険な作業。
・事故が発生した原子力発電所での作業。
・化学物質等での長時間作業が不可能な作業環境での作業。塗装作業など。
・介護現場での人を補助あるいは支援する作業。
・農作業における各種作業。
・警備、監視作業。例えば、無人施設での２４時間にわたる警備業務など。
上に例を示したどの作業も、その時の状況に応じた判断が必要であり、ロボットだけでは対応できないような作業である。ロボットが人工知能を有していたとしても、ロボットだけでは対応することは現在の技術では難しい。これらの作業では、作業内容をあらかじめ決めることができない。これらの作業は、予測不可能な事態が発生し、臨機応変な判断が必要となる作業である。状況に応じて状況に適切な多様な作業を、ロボットができるようにするためには、人の判断を利用する遠隔操作が必要である。両手を使用する細かい様々な作業まで、人がロボットを遠隔操作できるようになれば、社会的に非常に有益である。本開示に係るロボット操作システムは、両手を使用する細かい作業を含む多種多様な作業を、人がロボットを遠隔操作できるようにするものである。
また、重要施設などを警備する分野でも、ロボット操作システムは活用できる。無人通信局や無人駅などの無人施設での、２４時間警備などに適用できる。必要な場合に、人によりロボットを遠隔操作することで、例えば、監視、警備業務での業務の質を向上させることができる。
ハンド部２６は５本の指部を有する。ハンド部は、第１指部９１、第２指部９２および第３指部９３の３本の指部を有するものでもよい。あるいは、第４指部９４も有する４本体の指部を有するものでもよい。あるいは、６本以上の指部を有するハンド部でもよい。第２指部がスライド指先部を有さなくてもよい。対向する第１指部および第３指部を含む少なくとも３本の指部を有するものであり、第１指部が第１指接続部に回転可能に接続し、第３指部および他の指部が第２指接続部に回転可能に接続し、第１指接続部と第２指接続部との間の間隔が変更可能なものであればよい。ハンド部が５本とは異なる本数の指部を有する場合でも、ハンド部が有する指部と同じ本数のジョイスティックをハンド操作装置は有する。
３本指のハンド部が有する第１指部および第３指部ではない指部は、第２指部でなくてもよい。第４指部あるいは第５指部と、第１指部および第３指部の３本の指部をハンド部が有する場合は、第４指部あるいは第５指部が第３指部に並んで配置された第２指部であると考えることができる。
３本あるいは４本の指部を有するハンド部がスライド指先部を有する場合は、第２指部にスライド指先部を設ける。第２指部は、第３指部の前側に並ぶ指部である。ハンド部の前側は、基準状態のロボットでロボットの正面に存在する側である。
ハンド部２６は、５本の指部を有するロボットハンドである。腕部１０は、直列に接続した上腕部、前腕部およびハンド部を有するロボットアームである。ハンド部２６あるいはその変形を、ロボットハンドとして使用してもよい。腕部１０あるいはその変形を、ロボットアームとして使用してもよい。
ハンド操作装置８０は、オペレータ９０により操作されてハンド部２６（ロボットハンド）を動かす操作指示を入力するロボットハンド操作装置である。操作対象であるロボットハンドは、少なくとも３本の指部を有するものであれば、どんなロボットハンドでもよい。１セットのハンド部２６およびハンド操作装置８０と、制御演算装置６０のハンド部２６を遠隔操作する機能は、ロボットハンドを遠隔操作するロボットハンド操作システムを構成する。ハンド部（ロボットハンド）は、ハンド部２６を変形したものでもよい。ハンド操作装置は、ハンド操作装置８０を変形したものでもよい。ロボットハンドおよびハンド操作装置の少なくとも一方を変形する場合には、その変形に応じて制御演算装置も変形させる。制御演算装置は、ハンド操作装置により入力された操作指示に基づきロボットハンドを制御する。何れの場合でも、本開示に係るロボットハンド操作装置およびロボットハンド操作システムは、オペレータがロボットハンドを操作する負担を従来よりも軽減できる。
アーム操作装置５０は、ロボットアームである腕部１０を操作する操作指示を操作者がアーム操作装置５０を動かすことで入力するロボットアーム操作装置である。ロボットアームとしては、ハンド部２６とは異なるロボットハンド（ハンド部）を有するものでもよい。
腕部１０が有する肩関節部２６（腕基部関節部２２Ａを含む）および肘関節部２７は、１回転自由度で回転可能にする機構を直列につなげて２回転自由度または３回転自由度の関節部を構成している。１回転自由度で回転可能にする機構を直列につなげる関節部を、直列式の関節部と呼ぶ。腕部は、２回転自由度で回転可能な２軸ジンバルなどを使用する関節部、あるいは球面軸受けなどを使用する３回転自由度の関節部を有するものでもよい。２軸ジンバルとしては、交差する２平面での角度をそれぞれ変更可能にする２個の回転機構を有するもの（ＸＹ式）、基準となる直線（基準直線）の回りの回転機構と基準直線となす角度を変更可能にする回転機構を有するもの（経緯式）の何れでもよい。３回転自由度の関節部は、２軸ジンバルが回転可能に接続する２個の部材の一方の側の部材に、その部材を通る軸の回りの回転を可能にする機構を備えたものでもよい。ＸＹ式の２軸ジンバルを使用する２回転自由度または３回転自由度の関節部を、ＸＹ式の関節部と呼ぶ。経緯式の２軸ジンバルを使用する２回転自由度または３回転自由度の関節部を、経緯式の関節部と呼ぶ。
ロボットアームとしては、腕接続部と、腕接続部に接続する上腕部と、上腕部に接続する前腕部と、前腕部に接続するハンド部と、上腕部を腕接続部に回転可能に接続する肩関節部と、前腕部を上腕部に回転可能に接続する肘関節部と、ハンド部を前腕部に回転可能に接続する手首関節部とを有するものであればよい。ハンド部は、どのようなものでもよい。肩関節部は、直列式の関節部、ＸＹ式の関節部、経緯式の関節部の何れでもよい。肩関節部は、上腕部を腕接続部に回転可能に接続するものであればどのようなものでもよい。肘関節部は、直列式の関節部、ＸＹ式の関節部、経緯式の関節部の何れでもよい。肘関節部は、前腕部を上腕部に回転可能に接続するものであればどのようなものでもよい。手首関節部は、直列式の関節部、ＸＹ式の関節部、経緯式の関節部の何れでもよい。手首関節部は、ハンド部を前腕部に回転可能に接続するものであればどのようなものでもよい。手首関節部は、ハンド部を通る回転軸の回りにハンド部を回転可能に前腕部に接続するものでもよい。このようなロボットアームをタイプ１のロボットアームと呼ぶ。
タイプ１のロボットアームは、ハンド部と、ハンド部が接続する前腕部と、前腕部が接続する上腕部と、上腕部が接続する腕接続部と、ハンド部を前腕部に回転可能に接続する手首関節部と、前腕部を上腕部に回転可能に接続する肘関節部と、上腕部を腕基部に回転可能に接続する肩関節部とを備えるものでもよい。
タイプ１のロボットアームは、ロボットハンドと、ロボットハンドが接続する前腕部と、前腕部が接続する上腕部と、上腕部が接続する腕接続部とを備えるものでもよい。ロボットアームは、少なくとも２回転自由度で回転可能にロボットハンドを前腕部に接続する手首関節部と、少なくとも２回転自由度で回転可能に前腕部を上腕部に接続する肘関節部と、少なくとも２回転自由度で回転可能に上腕部を腕接続部に接続する肩関節部を備えるものでもよい。
タイプ１のロボットアームを操作する操作指示を、オペレータがロボットアーム操作装置を動かすことで入力する、タイプ１のロボットアーム操作装置は、腕接続構造部と、腕接続構造部に接続する上腕構造部と、上腕構造部に接続する前腕構造部と、前腕構造部に接続するハンド構造部とを備える。ロボットアーム操作装置は、肩関節部で上腕部が腕接続部に接続するのと同じ回転自由度で回転可能に上腕構造部を腕接続構造部に接続する肩計測関節部と、肘関節部で前腕部が上腕部に接続するのと同じ回転自由度で回転可能に前腕構造部を上腕構造部に接続する肘計測関節部と、手首関節部でハンド部が前腕部に接続するのと同じ回転自由度で回転可能にハンド構造部を前腕構造部に接続する手首計測関節部とを備える。ロボットアーム操作装置は、肩計測関節部が動かないようにロックする肩ロック部と、肘計測関節部が動かないようにロックする肘ロック部と、手首計測関節部が動かないようにロックする手首ロック部と、肩計測関節部で上腕構造部が腕接続構造部に接続する角度である肩関節計測角度を計測する肩関節角度計測部と、肘計測関節部で前腕構造部が上腕構造部に接続する角度である肘関節計測角度を計測する肘関節角度計測部と、手首計測関節部でハンド構造部が前腕構造部に接続する角度である手首関節計測角度を計測する手首関節角度計測部とを備える。ロボットアーム操作装置は、肩ロック部、肘ロック部および手首ロック部がロックするロック状態とロックしない非ロック状態とを一律に切り替えるロック状態変更スイッチとを備える。タイプ１のロボットアーム操作装置により入力される操作指示は、肩関節計測角度、肘関節計測角度、手首関節計測角度である。
タイプ１のロボットアームを、制御演算装置は、操作指示である、肩関節計測角度、肘関節計測角度、手首関節計測角度に基づき、肩関節部、肘関節部、手首関節部を制御する。
あるいは、ロボットアームは、ハンド部と、ハンド部が回転可能に接続する前腕部と、前腕部が回転可能に接続する上腕部と、上腕部が回転可能に接続する腕基部と、腕基部が回転可能に接続する腕接続部とを備える。ロボットアームでは、前腕部を通る前腕部回転軸を含む第１平面で前腕部回転軸とハンド部がなす角度であるハンド第１傾斜角と、第１平面と交差し、かつ前腕部回転軸を含む第２平面で前腕部回転軸とハンド部がなす角度であるハンド第２傾斜角とを変更可能に、ハンド部が前腕部に接続する。ロボットアームでは、上腕部と前腕部がなす角度である前腕部傾斜角を変更可能に、前腕部が上腕部に接続する。ロボットアームでは、腕基部と上腕部がなす角度である上腕部傾斜角を変更可能に、上腕部が腕基部に接続する。ロボットアームでは、腕基部を通る腕基部回転軸の回りの回転角度である腕基部回転角を変更可能に、腕基部が腕接続部に接続する。ロボットアームでは、上腕部を通る上腕部回転軸の回りに上腕部が回転可能であり、かつ前腕部回転軸の回りに前腕部が回転可能である。このようなロボットアームを、タイプ２のロボットアームと呼ぶ。タイプ２のロボットアームは、タイプ１のロボットアームに含まれる。
タイプ２のロボットアームは、以下のようなものでもよい。ロボットアームは、ハンド部と、ハンド部が回転可能に接続する前腕部と、前腕部が回転可能に接続する上腕部と、上腕部が回転可能に接続する腕基部と、腕基部が回転可能に接続する腕接続部とを備える。ロボットアームは、手首関節部と、肘関節部と、肩関節部と、腕基部関節部とを備える。手首関節部は、前腕部を通る前腕部回転軸を含む第１平面で前腕部回転軸とハンド部がなす角度であるハンド第１傾斜角と、第１平面と交差し、かつ前腕部回転軸を含む第２平面で前腕部回転軸とハンド部がなす角度であるハンド第２傾斜角とを変更可能に、ハンド部を前腕部に接続する。肘関節部は、上腕部と前腕部がなす角度である前腕部傾斜角を変更可能に、前腕部を上腕部に接続する。肩関節部は、腕基部と上腕部がなす角度である上腕部傾斜角を変更可能に、上腕部を腕基部に接続する。腕基部関節部は、腕基部を通る腕基部回転軸の回りの回転角度である腕基部回転角を変更可能に、腕基部を腕接続部に接続する。
腕部１０は、タイプ２のロボットアームである。腕部１０は、タイプ１のロボットアームでもある。
タイプ２のロボットアームは、タイプ２のロボットアーム操作装置により、ロボットアームを操作する操作指示をオペレータが入力する。タイプ２のロボットアーム操作装置をオペレータが動かすことで、ロボットアームを操作する操作指示をオペレータが入力する。入力された操作指示は、ロボットアームを制御する制御演算装置に入力される。
タイプ２のロボットアーム操作装置は、腕接続構造部と、腕接続構造部に接続する上腕構造部と、上腕構造部に接続する前腕構造部と、前腕構造部に接続するハンド構造部とを備える。
ロボットアーム操作装置は、肩計測関節部と、肘計測関節部と、手首計測関節部とを備える。肩計測関節部は、腕接続構造部に垂直な腕接続構造部回転軸の回りに回転可能に、上腕構造部が腕接続構造部回転軸となす角度である上腕傾斜計測角を変更可能に、上腕構造部を通る上腕構造部回転軸の回りに回転可能に、上腕構造部を腕接続構造部に接続する。肘計測関節部は、前腕構造部が上腕構造部に対してなす角度である前腕傾斜計測角を変更可能に、前腕構造部を通る前腕構造部回転軸の回りに回転可能に、前腕構造部を上腕構造部に接続する。手首計測関節部は、前腕構造部回転軸を含む第１計測平面でハンド構造部が前腕構造部回転軸に対してなす角度であるハンド第１傾斜計測角と、第１計測平面と交差し、かつ前腕構造部回転軸を含む第２計測平面でハンド構造部が前腕構造部回転軸に対してなす角度であるハンド第２傾斜計測角とを変更可能に、ハンド構造部を前腕構造部に接続する。
ロボットアーム操作装置は、肩関節角度計測部と、肘関節角度計測部と、手首関節角度計測部とを備える。肩関節角度計測部は、腕接続構造部回転軸の回りに上腕構造部が回転する角度である腕基部回転計測角と、上腕傾斜計測角と、上腕構造部回転軸の回りに上腕構造部が回転する角度である上腕部回転計測角とを計測する。肘関節角度計測部は、前腕傾斜計測角と、前腕構造部回転軸の回りに前腕構造部が回転する角度である前腕部回転計測角とを計測する。手首関節角度計測部は、ハンド第１傾斜計測角と、ハンド第２傾斜計測角とを計測する。
ロボットアーム操作装置により操作者が入力する操作指示は、腕基部回転計測角θＸ１Ｍ、上腕傾斜計測角δＹ２Ｍ、上腕部回転計測角θＺ３Ｍ、前腕傾斜計測角δＸ４Ｍ、前腕部回転計測角θＺ５Ｍ、ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍ、およびハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍである。
アーム操作装置５０は、タイプ２のロボットアーム操作装置である。アーム操作装置５０は、タイプ１のロボットアーム操作装置でもある。タイプ１のロボットアーム操作装置であるアーム操作装置５０は、肩関節計測角度として腕基部回転計測角θＸ１Ｍ、上腕傾斜計測角δＹ２Ｍ、および上腕部回転計測角θＺ３Ｍを計測する。アーム操作装置５０は、肘関節計測角度として前腕傾斜計測角δＸ４Ｍ、および前腕部回転計測角θＺ５Ｍを計測する。アーム操作装置５０は、手首関節計測角度としてハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍ、およびハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍ
タイプ２のロボットアームを、制御演算装置は、操作指示である、腕基部回転計測角θＸ１Ｍ、上腕傾斜計測角δＹ２Ｍ、上腕部回転計測角θＺ３Ｍ、前腕傾斜計測角δＸ４Ｍ、前腕部回転計測角θＺ５Ｍ、ハンド第１傾斜計測角δＸ６Ｍ、およびハンド第２傾斜計測角δＹ７Ｍに基づき、腕基部回転角θＡＺ４、上腕部傾斜角δＥＬ４、上腕部回転角θＡＺ５、前腕部傾斜角δＥＬ５、前腕部回転角θＡＺ６、ハンド第１傾斜角δＥＬ６およびハンド第２傾斜角δＸＥＬ２を制御する。
タイプ１およびタイプ２のロボットアーム操作装置は、肩計測関節部が肩関節部と同じ回転自由度であり、肘計測関節部が肘関節部と同じ回転自由度であり、手首計測関節部が手首関節部と同じ回転自由度である。関節部と対応する計測関節部が同じ回転自由度であるとは、関節部と対応する計測関節部が有する回転軸の種類および数が一致していることである。
肩計測関節部と肩関節部、肘計測関節部と肘関節部、手首計測関節部と手首関節部の何れか少なくとも一つが同じ回転自由度ではない場合でも、ロボットアーム操作装置がロボットアームを操作可能な場合がある。
関節部において、腕接続部に近い側の部材を第１部材と呼び、遠い側の部材を第２部材と呼ぶ。肩関節部２７（腕基部関節部２２Ａも含む）では、腕接続部１９が第１部材であり、上腕部２４が第２部材である。肘関節部２８では、上腕部２４が第１部材であり、前腕部２５が第２部材である。手首関節部２９では、前腕部２５が第１部材であり、ハンド部２６が第２部材である。なお、肩関節部２７における第１部材は、胴体部１１であるとも考えられる。手首関節部２９における第２部材であるハンド部２６は、ロボットハンドである。
直列式または経緯式の関節部では、第１部材に対して第２部材がなす角度は、第１部材を通る第１部材回転軸と第２部材とがなす関節部傾斜角と、第１部材回転軸の回りに第２部材が回転する関節部回転角とで表す。関節部において第１部材に対して第２部材がなす角度が２回転自由度で変更可能とは、関節部傾斜角および関節部回転角を変更可能であることである。関節部において第１部材に対して第２部材がなす角度が１回転自由度で変更可能とは、その関節部で関節部傾斜角を変更可能であることである。第１部材に対して第２部材がなす角度が変更可能も、その関節部で関節部傾斜角を変更可能であることである。第２部材を通る回転軸を、第２部材回転軸と呼ぶ。関節部で第２部材回転軸の回りに第２部材が回転する角度を、第２部材回転角と呼ぶ。
肩関節部２７における第１部材回転軸は、腕基部回転軸（ＡＺ４軸）である。肩関節部２７における第２部材回転軸は、上腕部回転軸（ＡＺ５軸）である。肩関節部２７における関節部傾斜角は、上腕部傾斜角δＥＬ４である。肩関節部２７における関節部回転角は、腕基部回転角θＡＺ４である。肩関節部２７における第２部材回転角は、上腕部回転角θＡＺ５である。
肘関節部２８における第１部材回転軸は、上腕部回転軸（ＡＺ５軸）である。肘関節部２における第２部材回転軸は、前腕部回転軸（ＡＺ６軸）である。肘関節部２８における関節部傾斜角は、前腕部傾斜角δＥＬ５である。肘関節部２８における関節部回転角は、上腕部回転軸（ＡＺ５軸）の回りに上腕部２４に対して前腕部２５が回転する角度（肘関節部回転角と呼ぶ）である。肘関節部２８での第２部材回転角は、前腕部回転角θＡＺ６である。手首関節部２９での第１部材回転軸は、前腕部回転軸（ＡＺ６軸）である。
ＸＹ式の関節部では、互いに交差する２平面を第１平面と第２平面と呼ぶ。第２平面に垂直な回転軸を第１回転軸と呼び、第１平面に垂直な回転軸を第２回転軸と呼ぶ。第１回転軸の回りに第２部材が回転する角度を、第１傾斜角と呼ぶ。第２回転軸の回りに第２部材が回転する角度を、第２傾斜角と呼ぶ。ＸＹ式の関節部では、第１部材に対して第２部材がなす角度は、第１傾斜角および第２傾斜角である。ＸＹ式の関節部での第１部材に対して第２部材がなす角度は、２回転自由度で変更可能である。第１平面と第２平面は、互いに直交することが望ましいが、互いに交差していればよい。第１平面と第２平面の交線は、第１部材回転軸と一致することが望ましいが、第１平面と第２平面の交線と第１部材回転軸とが一致していなくてもよい。
手首関節部２９では、第１部材回転軸が前腕部回転軸（ＡＺ６軸）であり、前後方向回転平面が第２平面であり、ＥＬ６軸が第１回転軸であり、左右方向回転平面が第１平面であり、ＥＬ６軸が第２回転軸である。手首関節部２９では、第１傾斜角はハンド第１傾斜角δＥＬ６であり、第２傾斜角はハンド第２傾斜角δＸＥＬ２である。
直列式または経緯式の手首関節部では、関節部傾斜角をハンド部傾斜角と呼び、関節部回転角を手首関節部回転角と呼ぶ。手首関節部の第２部材回転角をハンド部回転角と呼ぶ。
関節部の回転自由度は、その関節部で第２部材が第２部材回転軸の回りに回転できる場合は、第１部材に対して第２部材がなす角度の回転自由度に１回転自由を加えた回転自由度である。関節部の回転自由度は、その関節部で第２部材が第２部材回転軸の回りに回転できない場合は、第１部材に対して第２部材がなす角度の回転自由度に等しい。
肩関節部で腕接続部に対して上腕部が１回転自由度または２回転自由度で接続する角度を、上腕部接続角と呼ぶ。肘関節部で上腕部に対して前腕部が１回転自由度または２回転自由度で接続する角度を、前腕部接続角と呼ぶ。手首関節部で前腕部に対してハンド部が１回転自由度または２回転自由度で接続する角度を、ハンド部接続角と呼ぶ。
タイプ３のロボットアームは、腕接続部と、腕接続部に接続する上腕部と、上腕部に接続する前腕部と、前腕部に接続するハンド部とを備える。ロボットアームは、腕接続部と交差する肩部回転軸の回りの回転角度である肩部回転角と、肩部回転軸と上腕部とがなす角度である上腕部傾斜角とを変更可能に、上腕部を腕接続部に接続する肩関節部と、上腕部を通る上腕部回転軸と前腕部がなす角度である前腕部傾斜角を変更可能に、前腕部を上腕部に接続する肘関節部と、ハンド部を前腕部に回転可能に接続する手首関節部とを備える。タイプ３のロボットアームでは、上腕部または前腕部が上腕部回転軸の回りに回転する角度である肘部回転角が変更可能である。
タイプ３のロボットアームは、腕接続部と、腕接続部に接続する上腕部と、上腕部に接続する前腕部と、前腕部に接続するハンド部とを備え、腕接続部と交差する肩部回転軸の回りに回転可能に、かつ肩部回転軸と上腕部とがなす角度を変更可能に上腕部が腕接続部に接続し、上腕部を通る上腕部回転軸と前腕部とがなす角度を変更可能に前腕部が上腕部に接続し、ハンド部が前腕部に回転可能に接続し、上腕部または前腕部が上腕部回転軸の回りに回転可能であるものでもよい。
タイプ３のロボットアームにおいて、上腕部が上腕部回転軸の回りに回転する角度である肘部回転角が変更可能であることは、肩関節部が３回転自由度であることを意味する。腕部１０において、肩関節部が関節接続部２４Ａに対して中間円筒部２４Ｂを回転させる機構、腕基部２２および腕基部関節部２２Ａを含むと考える場合には、腕部１０の肩関節部は３回転自由度である。肩関節部が有する３回転自由度は、腕基部回転角、上腕部傾斜角および上腕部回転角をそれぞれ変化させる回転自由度である。したがって、腕部１０は、タイプ３のロボットアームでもある。
前腕部が上腕部回転軸の回りに回転する角度である肘部回転角が変更可能であることは、肘関節部で前腕部が上腕部に２回転自由度で接続することを意味する。肘関節部で前腕部が上腕部に２回転自由度で接続する腕部は、例えば国際公開ＷＯ２０１８/０７４１０１（先行文献１と呼ぶ）に記載された人型ロボット１００が有する肘関節部３１である。先行文献１の段落００９３には、「前腕部８は、上腕部７に肘関節部３１により２回転自由度で接続される。肘関節部３１は、上腕部７と同じ方向の回転軸Ｒz2を有し、回転軸Ｒz2により回転する前腕部８の上腕部７に対する角度も変更できる２軸ジンバルである。」と記載されている。先行文献１における「回転軸Ｒz2」は、本開示における上腕部回転軸に対応する。「回転軸Ｒz2」の回りの回転角度が、本開示における前腕部が上腕部回転軸の回りに回転する角度である肘部回転角に対応する。「回転軸Ｒz2により回転する前腕部８の上腕部７に対する角度」は、本開示においては、前腕部傾斜角に対応する。
手首関節部が少なくとも２回転自由度を有する場合には、タイプ３のロボットアームでは、肩関節部、肘関節部および手首関節部の回転自由度の合計が少なくとも７回転自由度である。
タイプ３のロボットアームは、タイプ３のロボットアーム操作装置により、ロボットアームを操作する操作指示をオペレータが入力する。タイプ３のロボットアーム操作装置をオペレータが動かすことで、ロボットアームを操作する操作指示をオペレータが入力する。腕部１０は、タイプ３のロボットアームでもある。アーム操作装置５０は、タイプ３のロボットアーム操作装置でもある。
タイプ３のロボットアーム操作装置は、腕接続構造部と、腕接続構造部に接続する上腕構造部と、上腕構造部に接続する前腕構造部と、前腕構造部に接続するハンド構造部とを備える。ロボットアーム操作装置は、腕接続構造部と交差する腕接続構造部回転軸の回りに回転可能に、上腕構造部が腕接続構造部回転軸となす角度である上腕傾斜計測角を変更可能に、上腕構造部を通る上腕構造部回転軸の回りに回転可能に、上腕構造部を腕接続構造部に接続する肩計測関節部と、前腕構造部が上腕構造部に対してなす角度である前腕傾斜計測角を変更可能に、前腕構造部を上腕構造部に接続する肘計測関節部と、前腕傾斜計測角を変更可能に、ハンド構造部を前腕構造部に接続する手首計測関節部とを備える。ロボットアーム操作装置は、さらに、腕接続構造部回転軸の回りに上腕構造部が回転する角度である肩部回転計測角と、上腕傾斜計測角と、上腕構造部回転軸の回りに上腕構造部が回転する角度である上腕部回転計測角とを計測する肩関節角度計測部と、前腕傾斜計測角を計測する肘関節角度計測部と、手首計測関節部でハンド構造部が前腕構造部に接続する角度である手首関節計測角度を計測する手首関節角度計測部とを備える。
タイプ３のロボットアームを、制御演算装置は、操作指示である、肩部回転計測角、上腕傾斜計測角、上腕部回転計測角、前腕傾斜計測角、および手首関節計測角度に基づき、肩部回転角、上腕部傾斜角、肘部回転角、前腕部傾斜角、および手首関節部を制御する。
タイプ２またはタイプ３のロボットアーム操作装置は、肩ロック部、肘ロック部および手首ロック部の少なくとも１つを備えなくてもよい。タイプ２またはタイプ３のロボットアーム操作装置は、肩ロック部、肘ロック部および手首ロック部を備えてもよい。
本開示に係るロボットアーム操作装置は、肩計測関節部、肘計測関節部および手首計測関節部の少なくとも１つで、操作対象であるロボットアームの肩関節部、肘関節部および手首関節部が有する回転自由度と異なってもよい。例えば、アーム操作装置５０は、先行文献１に記載されている上肢部７を操作する操作指示を入力するために使用できる。アーム操作装置５０は、３回転自由度の肩計測関節部と前腕部傾斜角を変更できる回転自由度を含む２回転自由度を有する肘計測関節部を有する。先行文献１に記載されている上肢部７は、２回転自由度の肩関節部１３と、肘部回転角および前腕部傾斜角が変更可能な２回転自由度の肘関節部３１とを有する。アーム操作装置５０は、先行文献１に記載されている上肢部７を操作する操作指示を入力できる。アーム操作装置５０により、先行文献１に記載されている上肢部７を操作する操作指示を入力する場合には、Ｚ３Ｍ軸の回りの回転角度である上腕部回転計測角θＺ３Ｍに基づき、肘関節部３１において回転軸Ｒz2の回りの回転角度を変更する操作指示を入力する。
アーム操作装置５０を、手首計測関節部においてハンド構造部と前腕構造部とがなす角度（ハンド部傾斜計測角と呼ぶ）と、ハンド構造部を通る回転軸の回りハンド構造部の回転角度（ハンド部回転計測角と呼ぶ）とを計測できるように変形してもよい。ハンド部傾斜計測角を変数δＹ８Ｍで表す、ハンド部回転計測角を変数δＺ９Ｍで表す。そのように変形したアーム操作装置は、例えば先行文献１の手首関節部３６を操作する操作指示を入力する場合に使用できる。前腕部回転計測角θＺ５Ｍおよびハンド部傾斜計測角δＹ８Ｍに基づき、手首関節部３６のＸ軸の回りの回転角αvおよびＹ軸の回りの回転角βvを変更する操作指示を入力する。ハンド部回転計測角δＺ９Ｍに基づき、手首関節部３６のＺ軸の回りの回転角γvを変更する操作指示を入力する。
腕部１０およびアーム操作装置５０の１セットと、制御演算装置６０の腕部１０を遠隔操作する機能は、ロボットアームを遠隔操作するロボットアーム操作システムを構成する。ハンド部２６を含まない腕部を遠隔操作する場合でも、１セットの腕部およびアーム操作装置と、制御演算装置の腕部を遠隔操作する機能は、ロボットアーム操作システムを構成する。ハンド部２６を含む腕部１０を遠隔操作する場合には、ロボットアーム操作システムはハンド操作装置８０も含む。ロボットアーム操作システムは、アーム操作装置５０を有さず、ハンド操作装置８０を有するものでもよい。ロボットアーム操作システムの操作対象は、ハンド部２６を含まない腕部１０、あるいはハンド部２６を含む腕部１０、あるいはハンド部２６を有するロボットアームであればよい。腕部（ロボットアーム）は、腕部１０を変形したものでもよく、アーム操作装置はアーム操作装置５０を変形したものでもよい。ハンド部（ロボットハンド）はハンド部２６を変形したものでもよく、ハンド操作装置は、ハンド操作装置８０を変形したものでもよい。ロボットアーム、アーム操作装置、ロボットハンドおよびハンド操作装置の少なくとも一つを変形する場合には、その変形に応じて制御演算装置も変形させる。制御演算装置は、アーム操作装置およびハンド操作装置の少なくとも一つにより入力された操作指示に基づきロボットアームおよびロボットハンドの少なくとも一つを制御する。何れの場合でも、ロボットアーム操作装置およびロボットアーム操作システムによれば、オペレータがロボットアームを操作する負担を従来よりも軽減できる。
ロボット操作システム１００は、左右の腕部１０（ハンド部２６を含む）を操作対象とする。ロボット操作システムは、左右の腕部１０（ハンド部２６を含まない）を操作対象とするものでもよい。ロボット操作システムは、左右のハンド部２６を操作対象とするものでもよい。腕部１０（ハンド部２６を含まない）は変形したものでもよく、ハンド部２６は変形したものでもよい。
ロボットは、上半身だけのロボットでもよい。クローラではなく通常の車輪で移動するロボット、２本足で移動する人型ロボットなどでもよい。
操作対象であるロボットは、対向する第１指部および第３指部を含む少なくとも３本の指部を有するものであり、第１指部が第１指接続部に回転可能に接続し、第３指部および他の指部が第２指接続部に回転可能に接続し、第１指接続部と第２指接続部との間の間隔が変更可能なロボットハンドをハンド部として有するものであればよい。
あるいは、前述したタイプ１またはタイプ２またはタイプ３のロボットアームを胴体部の左右に有するロボットを操作対象としてもよい。
ロボットをオペレータ９０が音声で遠隔操作できるようにしてもよい。その場合には、オペレータ９０がマイクを装着し、制御演算装置が音声処理部を有する。音声処理部は、音声認識部と音声制御部とを有する。音声認識部は、オペレータ９０が発生する音声から予め決められた特定の語句を抽出する。オペレータ９０の音声は、マイクから入力される。音声制御部は、抽出した語句に応じた操作指示データを生成する。音声制御部が生成した操作指示データは、状態データ記憶部に書き込まれる。制御信号生成部は、状態データ記憶部を参照して操作指示データに応じた制御信号を生成する。
特定の語句は、例えば、ストップ、キープ、キープ解除などである。語句と、語句から生成される操作指示データの対応は、例えば、以下のようになる。
(a) ストップからは、ロボット１の動作を停止させる操作指示データが生成される。
(b) キープからは、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌをロック状態にし、腕部１０を静止させる操作指示データが生成される。ハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌからの操作指示は、無効になる。
(c) キープ解除からは、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌのロックを解除し、アーム操作装置５０Ｒ、５０Ｌおよびハンド操作装置８０Ｒ、８０Ｌからの入力に対して操作指示データを生成する。
音声認識部は、上記とは異なる語句を認識できたり、上記の語句の中で認識しない語句があったりしてもよい。音声制御部は、音声認識部が抽出した語句に応じてロボット１を停止または動作させることができれば、どのようなものでもよい。
実施の形態の変形や一部の構成要素を省略すること、変形や省略の自由な組み合わせが可能である。
１００ ロボット操作システム（ロボットアーム操作システム、ロボットハンド操作システム）
１ クローラ移動ロボット（ロボット）
１Ｗ 車両部
１ＷＡ クローラカバー
１ＷＢ バッテリ収納部
１Ｈ ヒューマノイド部
２ 現場カメラ
３ 操作装置
４ 表示装置
５ 上体入力装置
６ モード切替ペダル（ロボットハンド操作装置）
６Ｒ モード切替ペダル（移動モード変更スイッチ、ロボットハンド操作装置）
６Ｌ モード切替ペダル（スライドモード変更スイッチ、ロボットハンド操作装置）
７ 足操作入力装置

９ 頭部
９Ｃ 頭部接続部
１０ 腕部（ロボットアーム）
１１ 胴体部
１２ 胴体支持アーム
１２Ａ 側板
１２Ｂ 連結板
１３ 胴体接続部
１３Ａ 胴体回転部
１３Ｂ 回転軸接続ヨーク
１３Ｃ 回転軸部材
１３Ｄ 回転軸ギア
１３Ｅ モータ
１３Ｆ 駆動ギア
１３Ｇ ギアカバー
１４ アーム接続部
１４Ａ アーム回転部
１４Ｂ アーム基部
１４Ｃ 回転軸保持ヨーク
１４Ｄ 回転軸部材
１４Ｅ 回転軸ギア
１４Ｆ モータ
１４Ｇ 駆動ギア
１４Ｈ ギアカバー
１５、１５Ｌ、１５Ｒ クローラ移動部
１６ 車輪
１７ クローラ
１８ バッテリ
１９ 腕接続部
１９Ａ 胴接続部
１９Ｂ 腕回転部
１９Ｃ 腕接続構造部
１９Ｄ モータ
１９Ｅ ウォームホイール
１９Ｆ ウォーム
２０ 胴上部
２０Ａ 腕接続部回転部
２０Ｂ 回転軸接続ヨーク
２１ 胴下部
２１Ａ 回転軸保持ヨーク
２１Ｂ 垂直円柱部
２２ 腕基部
２２Ａ 腕基部関節部
２３ 胴体交差回転部
２３Ａ 回転軸部材
２３Ｂ 回転軸ギア
２３Ｃ モータ
２３Ｄ 駆動ギア
２３Ｅ ギアカバー
２４ 上腕部
２４Ａ 関節接続部
２４Ｂ 中間円筒部
２４Ｃ フタ
２４Ｄ 下側円柱
２４Ｅ モータ
２５ 前腕部
２５Ａ 回転軸接続部
２５Ｂ 前腕基部
２５Ｃ 前腕骨部
２５Ｄ アクチュエータ構造部
２５Ｅ ねじ棒保持部
２５Ｆ ねじ棒保持部
２６ ハンド部（ロボットハンド）
２７ 肩関節部
２７Ａ 肩関節構造部
２７Ｂ モータ
２７Ｃ モータ設置部
２７Ｄ 回転軸部材
２７Ｅ 開口
２８ 肘関節部
２８Ａ 回転軸保持ヨーク
２８Ｂ 回転軸部材
２８Ｃ ウォームホイール
２８Ｄ ウォーム
２８Ｅ ギア部
２８Ｆ モータ
２８Ｇ ギア部
２８Ｊ ギアカバー
２９ 手首関節部
２９Ａ Ｔ字部材
２９Ｂ Ｔ字部材保持ヨーク
２９Ｃ Ｔ字部材保持部
２９Ｄ 手首基部
２９Ｅ ベアリング
２９Ｆ ベアリング

３５ 前腕外側アクチュエータ
３５Ｌ 前腕外側リンク
３５Ｍ モータ
３５Ａ ねじ棒
３５Ｂ 移動部材
３５Ｃ レール
３５Ｄ リンク
３５Ｅ モータ設置板
３５Ｆ モータ
３５Ｇ ベルト
３５Ｈ プーリ
３５Ｊ プーリ
３６ 前腕内側アクチュエータ
３６Ｌ 前腕内側リンク
３６Ｍ モータ
３６Ａ ねじ棒
３６Ｂ 移動部材
３６Ｃ レール
３６Ｄ リンク
３６Ｅ モータ設置板
３６Ｆ モータ
３６Ｇ ベルト
３６Ｈ プーリ
３６Ｊ プーリ

４０ 電動ドライバ
４１ グリップ
４２ レバー
４５ 物体

５０、５０Ｒ、５０Ｌ アーム操作装置（ロボットアーム操作装置）
５１ 支持フレーム
５２ フレーム接続部
５３ 上腕構造部
５４ 前腕構造部
５５ 肩関節計測部（肩計測関節部、肩ロック部、肩関節角度計測部）
５５Ａ Ｘ１Ｍ角計測部
５５Ｂ 肩関節第１ヨーク
５５Ｃ 肩関節第２ヨーク
５５Ｄ Ｙ２Ｍ角計測部
５５Ｅ Ｚ３Ｍ角計測部
５６ 肘関節計測部（肘計測関節部、肘ロック部、肘関節角度計測部）
５６Ａ Ｘ４Ｍ角計測部
５６Ｂ 肘関節ヨーク
５６Ｃ Ｚ５Ｍ角計測部
５７ 手首関節計測部（手首計測関節部、手首ロック部、手首関節角度計測部）
５７Ａ 手首関節第１ヨーク
５７Ｂ Ｘ６Ｍ角計測部
５７Ｃ Ｙ７Ｍ角計測部
５７Ｄ 手首関節第２ヨーク
５８ 上腕装着部
５９ 前腕装着部

６０ 制御演算装置
６１ ＣＰＵ
６２ メモリ部
６３ 通信部
６４ 構造データ記憶部
６５ 状態データ記憶部
６６ 上体入力装置インタフェース部（上体入力装置ＩＦ部）
６７ 操作指示データ生成部
６８ 制御信号生成部
６９ 通信回線
７０ ＬＡＮ

７１ 骨格部
７２ 関節部
７３ モータ
７４ アクチュエータ
７５ 制御部
７６ 通信部
７７ 記憶部

８０、８０Ｒ、８０Ｌ ハンド操作装置（ロボットハンド操作装置）
８１ 第１ジョイスティック（ロック状態変更スイッチ、指移動部操作部、指移動部操作ジョイスティック）
８２ 第２ジョイスティック（引っ掛け部操作部、引っ掛け部操作ジョイスティック）
８３ 第３ジョイスティック
８４ 第４ジョイスティック
８５ 第５ジョイスティック
８６ 本体部
８６Ａ 第１側面
８６Ｂ 第２側面
８６Ｃ 第３側面
８６Ｄ 窪み
８７ 手装着部

９０ オペレータ（操作者）

９１ 第１指部
９２ 第２指部
９３ 第３指部
９４ 第４指部
９５ 第５指部

９１Ａ、９２Ａ、９３Ａ、９４Ａ、９５Ａ 指本体部
９１Ｂ、９２Ｂ、９３Ｂ、９４Ｂ、９５Ｂ 指先部
９１Ｃ、９２Ｃ、９３Ｃ、９４Ｃ、９５Ｃ 指内側部
９１Ｄ、９２Ｄ、９３Ｄ、９４Ｄ、９５Ｄ 指関節部
９１ＤＡ、９２ＤＡ、９３ＤＡ、９４ＤＡ、９５ＤＡ ヨーク
９１ＤＢ、９２ＤＢ、９３ＤＢ、９４ＤＢ、９５ＤＢ 指節回転軸
９１Ｅ、９２Ｅ、９３Ｅ、９４Ｅ、９５Ｅ ウォームホイール
９１Ｆ、９２Ｆ、９３Ｆ、９４Ｆ、９５Ｆ ウォーム
９１Ｇ、９２Ｇ、９３Ｇ、９４ＧＦ、９５Ｆ モータ
９１Ｈ 距離センサ（第１距離センサ）
９３Ｈ 距離センサ（第２距離センサ）
９１Ｊ、９３Ｊ 開口
９２Ｋ スライド指先部（引っ掛け部）
９２Ｌ モータ収納部
９２Ｍ モータ（引っ掛け部移動部）
９２Ｎ ネジ棒（引っ掛け部移動部）
９２Ｐ 溝（引っ掛け部移動部）
９２Ｑ ナット（引っ掛け部移動部）

９６ 第１指接続部
９６Ａ 第１ラック（指移動部）
９６Ｂ 第１フレーム
９６Ｃ 第１把持部（指移動部）
９６Ｄ 第１指接続フレーム

９７ 第２指接続部
９７Ａ 第２ラック（指移動部）
９７Ｂ 第２フレーム
９７Ｃ 第２把持部（指移動部）
９７Ｄ 第２指接続フレーム
９７Ｅ 掌肉部
９７Ｆ 切り欠き

９８ 手首接続部
９８Ａ 手基部
９８Ｂ 接続円柱部
９８Ｃ 第１レール（指移動部）
９８Ｄ 第２レール（指移動部）
９８Ｅ ピニオン（指移動部）
９８Ｆ モータ（指移動部）

Ｊ１１ 前腕外側リンク取付部
Ｊ１２ 前腕内側リンク取付部
Ｊ１３ 手外側リンク取付部
Ｊ１３Ａ 回転ヨーク
Ｊ１３Ｂ ベアリング
Ｊ１３Ｃ ベアリング
Ｊ１４ 手内側リンク取付部
Ｊ１４Ａ 回転ヨーク
Ｊ１４Ｂ ベアリング
Ｊ１４Ｃ ベアリング

Claims (3)

  1. 第１指部と、前記第１指部と対向して配置された第３指部と、前記第３指部と並んで配置された第２指部と、前記第１指部が回転可能に接続する第１指接続部と、前記第２指部が回転可能に接続し、前記第３指部が回転可能に接続する第２指接続部と、前記第１指接続部および前記第２指接続部が接続する手基部と、前記第１指部と前記第３指部の間隔が増減するように、かつ、前記手基部を回転させる回転軸が前記手基部に垂直な状態での前記第１指部および前記第３指部の指先の中間点を通るように、前記第１指接続部および前記第２指接続部を前記手基部に対して移動させる指移動部とを備えたロボットハンドと、
    前記ロボットハンドが回転可能に接続する前腕部と、
    前記前腕部が回転可能に接続する上腕部と、
    前記上腕部が回転可能に接続する腕接続部と、
    前記ロボットハンドを前記前腕部に２回転自由度または１回転自由度で回転可能に接続する手首関節部と、
    前記前腕部を前記上腕部に回転可能に接続する肘関節部と、
    前記上腕部を前記腕接続部に回転可能に接続する肩関節部とを備え、
    前記前腕部を通る前腕部回転軸の回りに前記前腕部が回転可能であり、
    前記前腕部回転軸が前記手基部を回転させる回転軸である、ロボットアーム。
  2. ２本の腕部と、
    前記腕部が回転可能に接続する胴体部とを備え、
    前記腕部は、直列に接続された上腕部、前腕部および第１指部と、前記第１指部と対向して配置された第３指部と、前記第３指部と並んで配置された第２指部と、前記第１指部が回転可能に接続する第１指接続部と、前記第２指部が回転可能に接続し、前記第３指部が回転可能に接続する第２指接続部と、前記第１指接続部および前記第２指接続部が接続する手基部と、前記第１指部と前記第３指部の間隔が増減するように、かつ、前記手基部を回転させる回転軸が前記手基部に垂直な状態での前記第１指部および前記第３指部の指先の中間点を通るように、前記第１指接続部および前記第２指接続部を前記手基部に対して移動させる指移動部とを備えたロボットハンドと、前記上腕部を前記胴体部に回転可能に接続する肩関節部、前記前腕部を前記上腕部に回転可能に接続する肘関節部および前記ロボットハンドを前記前腕部に２回転自由度または１回転自由度で回転可能に接続する手首関節部とを有し、
    前記前腕部を通る前腕部回転軸の回りに前記前腕部が回転可能であり、
    前記前腕部回転軸が前記手基部を回転させる回転軸である、ロボット。
  3. 車輪の回転により移動する車両部と、
    前記車両部に対する位置を変更可能に前記胴体部を支持する、一端が前記車両部に接続する胴体支持アームと、
    前記車両部に設けられて、前記車両部と交差する方位回転軸の回りの回転と前記方位回転軸および前記胴体支持アームと交差する仰角回転軸の回りの回転とを含む少なくとも２回転自由度で回転可能に、前記胴体支持アームを前記車両部に接続するアーム接続部と、
    前記胴体部を通る胴体回転軸の回りの回転と、前記胴体回転軸および前記胴体支持アームと交差する胴体傾斜回転軸の回りの回転とを含む少なくとも２回転自由度で回転可能に、前記胴体部を前記胴体支持アームに接続する胴体接続部とを備えた請求項２に記載のロボット。
JP2022188444A 2020-12-28 2022-11-25 ロボットアームおよびロボット Active JP7226637B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020219387 2020-12-28
JP2020219387 2020-12-28
PCT/JP2021/048795 WO2022145450A1 (ja) 2020-12-28 2021-12-28 ロボットハンド、ロボットアーム、ロボット、ロボットハンド操作システム、ロボットハンド操作装置、ロボットアーム操作システム、ロボットアーム操作装置およびロボット操作システム
JP2022568611A JP7231132B2 (ja) 2020-12-28 2021-12-28 ロボットハンド、ロボットアームおよびロボット

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022568611A Division JP7231132B2 (ja) 2020-12-28 2021-12-28 ロボットハンド、ロボットアームおよびロボット

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023011015A JP2023011015A (ja) 2023-01-20
JP7226637B2 true JP7226637B2 (ja) 2023-02-21

Family

ID=82260747

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022568611A Active JP7231132B2 (ja) 2020-12-28 2021-12-28 ロボットハンド、ロボットアームおよびロボット
JP2022188443A Active JP7323039B2 (ja) 2020-12-28 2022-11-25 ロボットアーム操作装置、ロボットアーム操作システムおよびロボット操作システム
JP2022188442A Active JP7323038B2 (ja) 2020-12-28 2022-11-25 ロボットハンド操作装置、ロボットハンド操作システム、ロボットアーム操作システムおよびロボット操作システム
JP2022188444A Active JP7226637B2 (ja) 2020-12-28 2022-11-25 ロボットアームおよびロボット

Family Applications Before (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022568611A Active JP7231132B2 (ja) 2020-12-28 2021-12-28 ロボットハンド、ロボットアームおよびロボット
JP2022188443A Active JP7323039B2 (ja) 2020-12-28 2022-11-25 ロボットアーム操作装置、ロボットアーム操作システムおよびロボット操作システム
JP2022188442A Active JP7323038B2 (ja) 2020-12-28 2022-11-25 ロボットハンド操作装置、ロボットハンド操作システム、ロボットアーム操作システムおよびロボット操作システム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240042626A1 (ja)
JP (4) JP7231132B2 (ja)
WO (1) WO2022145450A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004025326A (ja) 2002-06-24 2004-01-29 Okura Yusoki Co Ltd 把持装置および移載機
JP2009274204A (ja) 2008-05-13 2009-11-26 Samsung Electronics Co Ltd ロボット、ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法
JP2012143835A (ja) 2011-01-12 2012-08-02 Seiko Epson Corp ロボットハンド
JP2013094892A (ja) 2011-10-31 2013-05-20 Idec Corp ロボットハンドおよびロボットハンドシステム
JP2017164831A (ja) 2016-03-14 2017-09-21 Thk株式会社 ハンド機構
WO2019208652A1 (ja) 2018-04-25 2019-10-31 三菱電機株式会社 回転接続機構、ロボット、ロボットアームおよびロボットハンド

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2762943B2 (ja) 1995-01-24 1998-06-11 株式会社明電舎 多軸マスタ・スレーブ形サーボマニプレータのマスタアーム操作装置
JP2005171510A (ja) * 2003-12-08 2005-06-30 Hitachi Constr Mach Co Ltd 操作装置および作業車両
JP2010213873A (ja) 2009-03-16 2010-09-30 Ritsumeikan 動力義肢の制御方法、及び当該方法が適用された動力義肢
JP5532760B2 (ja) * 2009-08-31 2014-06-25 株式会社安川電機 搬送システム，ロボット装置及びワークの製造方法
JP5423441B2 (ja) * 2010-02-03 2014-02-19 株式会社安川電機 作業システム、ロボット装置、機械製品の製造方法
US8936289B1 (en) * 2010-03-15 2015-01-20 Telefactor Robotics LLC Robotic finger assemblies
US9314921B2 (en) * 2011-03-17 2016-04-19 Sarcos Lc Robotic lift device with human interface operation
US9718195B1 (en) * 2016-06-09 2017-08-01 X Development Llc Cylindrical worm drive robotic gripper

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004025326A (ja) 2002-06-24 2004-01-29 Okura Yusoki Co Ltd 把持装置および移載機
JP2009274204A (ja) 2008-05-13 2009-11-26 Samsung Electronics Co Ltd ロボット、ロボットハンド及びロボットハンドの制御方法
JP2012143835A (ja) 2011-01-12 2012-08-02 Seiko Epson Corp ロボットハンド
JP2013094892A (ja) 2011-10-31 2013-05-20 Idec Corp ロボットハンドおよびロボットハンドシステム
JP2017164831A (ja) 2016-03-14 2017-09-21 Thk株式会社 ハンド機構
WO2019208652A1 (ja) 2018-04-25 2019-10-31 三菱電機株式会社 回転接続機構、ロボット、ロボットアームおよびロボットハンド

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022145450A1 (ja) 2022-07-07
JP2023011015A (ja) 2023-01-20
JP2023011013A (ja) 2023-01-20
JP7231132B2 (ja) 2023-03-01
JP7323039B2 (ja) 2023-08-08
JP7323038B2 (ja) 2023-08-08
JPWO2022145450A1 (ja) 2022-07-07
US20240042626A1 (en) 2024-02-08
JP2023011014A (ja) 2023-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3481599B1 (en) Parallel link device, industrial robot, and haptic presentation device
Tachi et al. Development of an anthropomorphic tele-existence slave robot
Gienger et al. Task-oriented whole body motion for humanoid robots
US9189065B2 (en) Side-type force sense interface
Ueberle et al. Vishard10, a novel hyper-redundant haptic interface
Goza et al. Telepresence control of the NASA/DARPA robonaut on a mobility platform
Almetwally et al. Real-time tele-operation and tele-walking of humanoid Robot Nao using Kinect Depth Camera
Park et al. Development of humanoid robot platform khr-2 (kaist humanoid robot 2)
Shkolnik et al. Inverse kinematics for a point-foot quadruped robot with dynamic redundancy resolution
AU2018102036A4 (en) A search-and-rescue hexapod robot with a tele-operable mechanical arm
Ha et al. Whole-body multi-modal semi-autonomous teleoperation of mobile manipulator systems
Lee et al. Exoskeletal master device for dual arm robot teaching
Sian et al. Whole body teleoperation of a humanoid robot integrating operator's intention and robot's autonomy: an experimental verification
KR102168774B1 (ko) 로봇의 마스터 장치 및 이를 구비하는 로봇 제어 시스템
Bergamasco et al. Exoskeletons as man-machine interface systems for teleoperation and interaction in virtual environments
JP7226637B2 (ja) ロボットアームおよびロボット
Sabater et al. Design, modelling and implementation of a 6 URS parallel haptic device
Ruiken et al. uBot-7: A dynamically balancing mobile manipulator with series elastic actuators
Ang et al. Multipoint haptic mediator interface for robotic teleoperation
Diftler et al. Robonaut mobile autonomy: Initial experiments
Diftler et al. A mobile autonomous humanoid assistant
Almasri et al. Human-like motion based on a geometrical inverse kinematics and energetic optimization
Park et al. A Whole-Body Integrated AVATAR System: Implementation of Telepresence With Intuitive Control and Immersive Feedback
WO2023210730A1 (ja) ロボット
Slack et al. Design of a lightweight, ergonomic manipulator for enabling expressive gesturing in telepresence robots

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221125

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20221125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230123

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7226637

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151