JP7386589B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

本発明は、複数の指を有するロボットハンドに関する。

駆動源としての１つのアクチュエータにより複数の指を動作させるロボットハンドが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のロボットハンドは、ロボットハンド本体側の基節と、指先側の末節と、基節および末節の間の中節とを有し、１つのアクチュエータの駆動力が伝達されることにより機能する駆動機構を有している。

特開２０１９－０６３８８６号公報

こうしたロボットハンドの指の駆動機構は、複数の部品が組み合わされて構成されており、各部品が互いに作用しながら複数の指の動きを実現させる。ただし、従来の駆動機構は、その一部に異常が発生していても、可能な限り動作を継続するよう構成されており、正常に稼働しているかどうかの判断が困難である。異常が発生している状態で駆動機構に動作を継続させると、異常箇所の状態が悪化すると共に、異常箇所の不具合が他の箇所に影響を及ぼし、大がかりな修理が必要となったり、修理不能な状態になったりする可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、駆動機構の異常の発生を精度よく検知し、故障等のトラブルを未然に防止するロボットハンドを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るロボットハンドは、１つのアクチュエータの駆動力を伝達することで少なくとも２本の指により物品を把持させるものであり、アクチュエータから伝達される駆動力を出力する第１サイドシャフト及び第２サイドシャフトをもつ差動装置を含み、アクチュエータと各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を備えた駆動機構と、第１サイドシャフトの回転角に対応する第１回転角を検出する第１指側出力センサと、第２サイドシャフトの回転角に対応する第２回転角を検出する第２指側出力センサと、アクチュエータの出力軸の回転角に対応する入力回転角を検出するモータ軸センサと、第１指側出力センサと、第２指側出力センサと、モータ軸センサと、各部の寸法情報(幾何学的関係)と、駆動力伝達装置の減速比に基づいて、駆動機構が正常に稼働しているか否かの判定を行う制御部と、を有し、制御部は、第１回転角と第２回転角との和を２で除した値が入力回転角と略異なる場合に、駆動機構が正常に稼働していない旨判定するものである。

本発明の一態様に係るロボットハンドは、１つのアクチュエータの駆動力を伝達することで各々が複数の節とこれらを連結する複数の関節を備えた３本の指により物品を把持させるものであり、アクチュエータから伝達される駆動力を振り分ける差動装置を含み、アクチュエータと各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を備えた駆動機構と、３本の指それぞれに対応づけられ、複数の関節の関節角を検出する３つの関節角センサと、アクチュエータの出力軸の回転角に対応する入力回転角を検出するモータ軸センサと、３つの関節角センサと、モータ軸センサと、各部の寸法情報(幾何学的関係)と、駆動力伝達装置の減速比に基づいて、駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定する制御部と、を有し、３本の指は、当該ロボットハンドの本体における掌面の一端側の中央に配置された第１指と、掌面の他端側に間隔を開けて配置された第２指と第３指により構成され、制御部は、モータ軸センサによる検出値を用いる方式、第１指に対応づけられた関節角センサによる検出値を用いる方式、及び第２指と第３指とのそれぞれに対応づけられた関節角センサによる検出値を用いる方式の各々により、入力回転角に対応する回転角の値を求め、求めた３つの値に基づいて駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定するものである。

本発明に係る発明によれば、種々のセンサそれぞれの検出値から導出される値に基づいて駆動機構が正常に稼働しているか否かの判定を行うため、駆動機構の異常の発生を精度よく検知し、故障等のトラブルを未然に防止することができる。

図１は、本発明の実施例１に基づくロボットハンド１の斜視図である。 図２は、図１とは逆方向から見たロボットハンド１の斜視図である。 図３は、ワークＷ１(対象物Ｗ１)を把持する前の姿勢を示す正面図である。 図４は、ワークＷ１(対象物Ｗ１)を把持する際に指２Ａが対象物Ｗ１に接触した姿勢を示す正面図である。 図５は、ワークＷ１(対象物Ｗ１)を把持した姿勢を示す正面図である。 図６は、ワークＷ１(対象物Ｗ１)を把持した姿勢を示す正面図であり、図５とは異なる把持姿勢している。 図７は、ワークＷ１(対象物Ｗ１)を把持した姿勢を示す正面図であり、図５や図６とは異なる把持姿勢している。 図８は、本発明の実施例２に基づくロボットハンド１の斜視図である。 図９は、図８に示すロボットハンド１における指２の駆動機構を示す指先側からの斜視図である。 図１０は、その駆動機構を示す指元からの斜視図である。 図１１は、その駆動機構を示す指元からの背面図である。 図１２は、その駆動機構におけるリンク要素をモデル化して説明するリンク構成図である。 図１３は、基節１１１の構造を示す斜視図である。 図１４は、中節１２１の構造を示す斜視図である。 図１５は、末節１３１の構造を示す斜視図である。 図１６(ａ)は、駆動リンク１１４の構造を示す斜視図で、図１６(ｂ)は図１６(ａ)とは反対側から見た駆動リンク１１４の構造を示す斜視図である。 図１７は、基側中継リンク１１３の構造を示す斜視図である。 図１８は、中間リンク板１２０の構造を示す斜視図である。 図１９は、末側中継リンク１２３の構造を示す斜視図である。 図２０は、指が対象物を把持する前の姿勢を示す側面図である。 図２１は、指が薄い対象物を把持したときの姿勢を示す側面図である。 図２２は、指が円柱形状のワークＷ２(対象物Ｗ２)を把持した際の姿勢を示す斜視図である。 図２３は、指が円柱形状のワークＷ２(対象物Ｗ２)を把持する直前の状態を示す側面図である。 図２４は、図２３の状態から中節１２１が円柱形状のワークＷ２(対象物Ｗ２)に接触した時の姿勢を示す側面図である。 図２５は、図２４の状態から指先１３９が円柱形状のワークＷ２(対象物Ｗ２)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。 図２６は、指が円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)を把持した際の姿勢を示す斜視図である。 図２７は、指が円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)を把持した際の姿勢を示す側面図である。 図２８は、指が円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)を把持した際の姿勢を図２７とは逆方向から見た側面図である。 図２９は、図２８に示す側面図において、手前の指(２Ｂ)とワークＷ３(対象物Ｗ３)が接する部分で対象物のみを断面で描画した側面図である。 図３０は、図２８に示す側面図において、中央の指(２Ａ)とワークＷ３(対象物Ｗ３)が接する部分で対象物のみを断面で描画した側面図である。 図３１は、図２８に示す側面図において、奥の指(２Ｃ)とワークＷ３(対象物Ｗ３)が接する部分で対象物のみを断面で描画した側面図である。 図３２は、本発明の実施例３に基づくロボットハンド１における指２の駆動機構を指先側から見た斜視図である。 図３３は、同駆動機構を指元から見た斜視図である。 図３４は、同駆動機構を指元から見た背面図である。 図３５は、本発明の実施例４に基づくロボットハンド１における指２の駆動機構を指先側から見た斜視図である。 図３６は、同駆動機構を指元から見た斜視図である。 図３７は、同駆動機構を指元から見た背面図である。 図３８は、指が異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)を把持した際の姿勢を示す斜視図である。 図３９は、指が異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)を把持した際の姿勢を示す側面図である。 図４０は、図３９とは逆方向から見た指が異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)を把持した際の姿勢を図３９とは逆方向から見た側面図である。 図４１は、図４０に示す側面図において、手前の指(２Ｂ)とワークＷ４(対象物Ｗ４)が接する部分で対象物のみを断面で描画した側面図である。 図４２は、図４０に示す側面図において、中央の指(２Ａ)とワークＷ４(対象物Ｗ４)が接する部分で対象物のみを断面で描画した側面図である。 図４３は、図４０に示す側面図において、奥の指(２Ｃ)とワークＷ４(対象物Ｗ４)が接する部分で対象物のみを断面で描画した側面図である。 図４４は、本発明の実施例１に基づくロボットハンド１のセルフロック機構を内在する直動装置［例：台形ねじ］を、セルフロック機構のない直動装置［例：ボールねじ］に置き換えたロボットハンドで、ワークＷ１(対象物Ｗ１)を把持した姿勢を示す正面図である。 図４５は、そのハンドで(図４４のハンドで)アクチュエータがサーボロック状態で(モータ出力軸が回転しない状況で)、差動装置の差動動作により対象物の把持位置が変わった状態を示す正面図である。 図４６は、対象物の種類と形状を示す斜視図である。図４６(ａ)は円柱形状で、図４６(ｂ)は円錐形状で、図４６(ｃ)は異径形状対象物の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に基づくロボットハンド１の斜め上方からみた全体図であり、図２は、図１とは逆方向から見たロボットハンド１の全体図である。図３～図７はワークＷ１(対象物Ｗ１)を把持する際の動作を示す正面図である。
図１と図２において、ロボットハンド１は、２本の指２(２Ａ、２Ｂ)をそれぞれ駆動して作業対象を把持等する作業を行うように、ベースフレーム５を介して図示しないロボット本体側に取り付けられている。なお、このロボットハンド１は、例えば、人型ロボットやアーム型ロボット等に搭載されて、他のロボットと連携するなどして、スムーズな各種作業を実現する。

２本の指２(２Ａ、２Ｂ)は、１つのアクチュエータの駆動力を伝達することにより、指腹に相当する対向面が近づいたり遠ざかったりすることにより機能するように構成されている。

電動モータ等のアクチュエータ１１は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置１１Ｔを介して伝達シャフト３１を駆動回転させることにより駆動力を出力するようになっている。アクチュエータ１１は、ベースフレーム５に固定されている。
伝達シャフト３１の先端には、駆動ギア３１Ｇが同軸上で一体回転するように固定されている。なお、減速等が不要の場合は、伝達装置１１Ｔを介さずに、直接アクチュエータ１１の出力軸の先端に、駆動ギア３１Ｇが同軸に一体回転するように固定してもよい。
駆動ギア３１Ｇに、差動装置４１においてリングギアの役割をなす従動ギア３３Ｇが噛み合うことで、アクチュエータ１１の駆動力がディファレンシャルケース４２に伝達されるようになっている。

差動装置４１は、ディファレンシャルケース４２、その内部に配置された図示しないピニオンギア、同じく図示しないサイドギア、サイドシャフト５１、６１から構成されている。また、差動装置４１は、ベースフレーム５に対して、軸方向には不動で自由回転可能に軸支されている。
サイドシャフト５１は図示しないサイドギアに、サイドシャフト６１は図示しない別のサイドギアにそれぞれ相対回転不能に一体形成あるいは固定されている。
サイドシャフト５１とサイドシャフト６１の回転軸は同軸になるように配置され、ディファレンシャルケース４２ならびに、ベースフレーム５に対して、その回転軸の軸方向には不動であるが、回転軸周りに回転可能に軸支されている。

また、図１および図２に示されるように、従動ギア３３Ｇは、その回転軸がサイドシャフト５１の回転軸ならびにサイドシャフト６１の回転軸と同軸になるように、ディファレンシャルケース４２に相対回転不能に固定されている。
このような構成により、アクチュエータ１１の出力が、伝達シャフト３１、駆動ギア３１Ｇ、従動ギア３３Ｇを介して、ディファレンシャルケース４２まで伝達される構成になっている。
なお、実施例１では、アクチュエータ１１の出力をディファレンシャルケース４２まで伝達するために、駆動ギア３１Ｇと従動ギア３３Ｇを用いた伝達機構を用いているが、他の伝達機構でも構わない。例えば、伝達シャフト３１の先端に駆動プーリを同軸に一体回転するように固定し、従動プーリをサイドシャフト５１の回転軸ならびにサイドシャフト６１の回転軸と同軸になるようにディファレンシャルケース４２に相対回転不能に固定し、伝達ベルトを駆動プーリと従動プーリを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ１１の出力をディファレンシャルケース４２まで伝達する伝達機構を用いてもよい。

ディファレンシャルケース４２の内部に配置された図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアが噛み合うことで、ディファレンシャルケース４２に対して、サイドシャフト５１(１つ目のサイドギア)とサイドシャフト６１(別のサイドギア)との間に差動運動が発生する。
実施例１の差動装置４１は、図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアにベベルギアを用いた一般的な差動装置で構成されている。なお、サイドシャフト５１とサイドシャフト６１との間に差動運動を発生させるものであれば、例えば、発明者らが特願２０１９－１８２２７５号で提案したような、ピニオンギアとサイドギアに対し、３次元曲線によって互いに動きが拘束されたギアを用いた差動装置を用いてもよい。

ここで、図１に示すように、サイドシャフト６１の先端には、駆動プーリ６１Ｐが同軸上で一体回転するように固定されており、同様に、図２に示すように、サイドシャフト５１の先端には、駆動プーリ５１Ｐが同軸上で一体回転するように固定されている。
指２Ａ、２Ｂに、駆動プーリ５１Ｐ、６１Ｐからの駆動力を伝達する伝達装置２１Ａ、２１Ｂは、差動装置４１を介して駆動力を出力するサイドシャフト５１、６１、これらに同軸上に固定された駆動プーリ５１Ｐ、６１Ｐ、伝達ベルト５２、６２、従動プーリ５３Ｐ、６３Ｐ、これらに同軸上に固定されたねじ軸２２Ａ、２２Ｂ、ねじナット２３Ａ、２３Ｂにより構成されている。ねじ軸２２Ａ、２２Ｂは、差動装置４１の指側出力軸であり、これにより、ねじ軸２２を介して、入力側から出力軸に駆動力を伝達できるが、ねじナット２３により、出力軸に作用する外力や負荷力が入力軸に伝達されない、セルフロック機構を構成している。
すなわち、図１から図７に示すセルフロック機構付伝達装置２１においては、その入力軸であるねじ軸２２を正転および逆転の両方向に回転させることで、リニアガイド２４に沿ってねじナット２３を正方向および反対方向の両方向に直線運動を生成できるが、ねじナット２３を正方向および反対方向の両方向に直進運動を生成するような外力や負荷力を加えても、ねじナット２３は動かず、ねじ軸２２も回転させることができない。なお、実施例１では、ねじ軸２２に台形ねじを使用している。

ねじ軸２２Ａの先端には、従動プーリ５３Ｐが同軸上で一体回転するように固定されており、伝達ベルト５２を駆動プーリ５１Ｐと従動プーリ５３Ｐを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ１１の出力をねじ軸２２Ａまで伝達し、ねじナット２３Ａと一体の指２Ａの直線運動を生成するように構成している。
同様に、ねじ軸２２Ｂの先端には、従動プーリ６３Ｐが同軸上で一体回転するように固定されており、伝達ベルト６２を駆動プーリ６１Ｐと従動プーリ６３Ｐを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ１１０の出力をねじ軸２２Ｂまで伝達し、ねじナット２３Ｂと一体の指２Ｂの直線運動を生成するように構成している。
なお、ねじ軸２２Ａとねじ軸２３Ｂは互いに逆ねじで構成されている。
このような構成により、無負荷状態時には、サイドシャフト５１とサイドシャフト６１が、ディファレンシャルケース４２と相対的な位置関係を維持したまま回転駆動され、アクチュエータ１１の回転運動は、指２Ａと指２Ｂの開閉運動として生成される。

図３から図５を用いて、実施例１のハンド１による対象物把持動作について説明する。
なお、これらの図は、いずれも対象物Ｗ１を把持する前後の姿勢を示す正面図である。
図３は、対象物Ｗ１を把持する前の姿勢を示す正面図で、無負荷状態を示している。図３の状態で、アクチュエータ１１を駆動すると、サイドシャフト５１とサイドシャフト６１が、ディファレンシャルケース４２と相対的な位置関係を維持したまま回転駆動され、前述のように指２Ａと指２Ｂの開閉運動が生成される。
図４は、図３の状態から、指２Ａと指２Ｂが閉じる動作となるようにアクチュエータ１１を駆動し、指２Ａが対象物Ｗ１に接触した状態を示す正面図である。この図４の状態で、更に指２Ａと指２Ｂが閉じる動作となるようにアクチュエータ１１を駆動すると、サイドシャフト５１の回転運動は停止し、サイドシャフト６１はディファレンシャルケース４２の回転運動の２倍の速さで回転運動を行う。すなわち、指２Ａの直線運動(閉じる動作)は生成されず、指２Ｂの直線運動(閉じる動作)のみが生成される。
図５は、指２Ａの直線運動(閉じる動作)は生成されず、指２Ｂの直線運動(閉じる動作)のみが生成された状態から、指２Ｂが対象物Ｗ１に接触した状態を示す正面図である。これにより、ハンド１による対象物Ｗ１の把持が実現されている。

図３から図５に示す挙動から分かるように、対象物Ｗ１が、把持前に指２Ａと指２Ｂの中央に位置していなくとも、あるいは、対象物Ｗ１の形状が不均一な異径対象物であっても、差動装置４１によりサイドシャフト５１、６１に差動動作が生成され、接触側の指が停止し、非接触側の指が急速に対象物に近接するため、確実な把持動作を実現できることが分かる。
一般に、ロボットが視覚認識(カメラを用いた認識など)や環境認識(レーダを用いた認識など)により対象物の位置を認識して把持する場合、これらの認識には誤差があり、安定した把持時に影響が与える場合がある。このような場合でも、実施例１のロボットハンド１では、対象物の認識位置誤差の影響を受けずに安定した把持が実現できる。

対象物Ｗ１をロボットハンド１で把持して高速に対象物Ｗ１を高速に搬送する作業(目的の位置で急減速する作業)時では、停止時に対象物Ｗ１には慣性力が作用し、この慣性力がロボットハンド１への外力となる。また、重心位置が不定の対象物(例えば、容器に液体と空気が入った対象物で、液体が動くと重心位置が変わる対象物)や動体(例えば、動物)を把持する作業時でも、把持した物品自体の重心位置が動くことにより発生する外力が、ロボットハンド１に作用する。
本実施例１では、差動装置４１よりも出力側(指２がある側)に、セルフロック機構付伝達装置２１を設けたことにより、ロボットハンド１に外力(例えば、図５に矢印で示した外力)が作用しても、サイドシャフト５１、６１に差動運動が発生することはなく、指２Ａと指２Ｂで確実な把持が実現される。

ここで、セルフロック機構付伝達装置２１を設けていない場合について、説明する。
図４４および図４５は、実施例１のセルフロック機構付伝達装置２１を、セルフロック機構無の直動装置２２１Ａ、Ｂ(例えば、ボールねじを用いた駆動装置)に置き換えた場合の対象物Ｗ１把持の姿勢を示している。
図４４は、対象物Ｗ１を把持した姿勢を示している。

図４４において、ロボットハンド１に矢印Ａの方向の外力が作用すると、セルフロック機能が無い為、その外力により、ディファレンシャルケース４２がアクチュエータ１１により回転しないように制御されていても、サイドシャフト５１、６１に差動運動が発生し、図４５に示すように、把持している対象物Ｗ１の位置や姿勢が把持中に変化してしまう。
これに対し、セルフロック機構付伝達装置２１を用いれば、例えば、ロボットアームが対象物Ｗ１を把持した状態で、矢印Ａの方向に高速移動させ、目標位置で瞬時に停止させ、矢印Ａの方向に大きな慣性力が作用した場合でも、セルフロック機構付伝達装置２１により、対象物Ｗ１の位置や姿勢の変動を防止することができる。

以上のように、本発明の実施例１では、１つのアクチュエータ１１の駆動力を、差動装置４１でサイドシャフト５１、６１に分配し、そしてセルフロック機構付伝達装置２１Ａ、２１Ｂを駆動する構成を採用したことにより、対象物の認識位置誤差の影響を受けずに安定した把持が実現できるだけでなく、ロボットハンド１に作用する外力に対しても安定した把持を実現できる。
また、図５に示すように、ロボットハンド１は、指２(指２Ａと指２Ｂ)の直線運動位置を制御部１Ｃが取得して、対象に応じた駆動を実現して把持等する最適作業を行うようになっている。なお、本実施例では、ロボットハンド１に制御部１Ｃを設置して動作を統括制御する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、ロボットハンド１を設置されているロボット本体側に統括制御される形態に適用してもよい。

ロボットハンド１の制御部１Ｃは、メモリ１Ｍ内に格納されている制御プログラムを実行する中央演算素子、所謂、ＣＰＵ(Central Processing Unit)により構成されている。制御部１Ｃは、そのメモリ１Ｍ内に予め設定されている各種パラメータや後述する角度センサなどの取得する各種センサ情報等に基づいて、例えば、アクチュエータ１１の正逆駆動を制御することにより、例えば、ワークＷ１を作業対象として、最適条件で把持等する作業を実行するようになっている。
具体的には、ロボットハンド１の制御部１Ｃは、アクチュエータ１１の駆動出力軸の回転角を検出するエンコーダ１１Ｅが接続されている。制御部１Ｃは、そのエンコーダ１１Ｅの検出情報に基づいて、差動装置４１の入力回転角でもあるディファレンシャルケース４２の回転角を検出している。なお、ディファレンシャルケース４２の回転角は、エンコーダ１１Ｅで検出したアクチュエータ１１の駆動出力軸の回転角に、伝達装置１１Ｔの減速比と、駆動ギア３１Ｇと従動ギア３３Ｇによる減速比に基づいて検出すればよい。

また、ねじ軸２２Ａの片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット５３ｒｍが同軸上で一体回転するように固定されている。加えて、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド５３ｒｈは、そのねじ軸２２Ａを回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット５３ｒｍの周りに位置し、制御部１Ｃに接続されている。
制御部１Ｃは、読取ヘッド５３ｒｈの検出する読取用マグネット５３ｒｍの相対回転情報に基づき、ねじ軸２２Ａのリード(ねじ軸２２の１回転に伴い、ナット２３がリニアガイド２４に沿って進む距離)に基づいて、指２Ａの位置(並進位置)を直接検出取得する。
なお、本実施例では、指側出力センサとして、ねじ軸２２Ａの回転角を検出して指２Ａの位置を取得する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、差動装置４１の出力軸であるサイドシャフト５１の片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット５３ｒｍ’を同軸上で一体回転するように固定し、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド５３ｒｈ’を、そのサイドシャフト５１を回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット５３ｒｍ’の周りに位置し、サイドシャフト５１の回転角を検出し、その検出した回転情報に基づき、駆動プーリ５１Ｐと従動プーリ５３Ｐと伝達ベルト５２による減速比、ねじ軸２２Ａのリード(ねじ軸２２の１回転に伴い、ナット２３がリニアガイド２４に沿って進む距離)に基づいて、指２Ａの位置(並進位置)を直接検出取得する形態に適用してもよい。また、ナット２３Ａに、位置センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット５３ｒｍ”を一体に固定し、位置センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド５３ｒｈ”を、そのナット２３Ａを並進自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット５３ｒｍ”の並進移動する周りに位置し、ナット２３Ａの位置(並進位置)を検出し、その検出した位置(並進位置)に基づき、指２Ａの位置(並進位置)を直接検出取得する形態に適用してもよい。

同様に、ねじ軸２２Ｂの片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット６３ｒｍが同軸上で一体回転するように固定されている。加えて、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド６３ｒｈは、そのねじ軸２２Ｂを回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット６３ｒｍの周りに位置し、制御部１Ｃに接続されている。制御部１Ｃは、読取ヘッド６３ｒｈの検出する読取用マグネット６３ｒｍの相対回転情報に基づき、ねじ軸２２Ｂのリードに基づいて、指２Ｂの位置(並進位置)を直接検出取得する。
なお、本実施例では、指側出力センサとして、ねじ軸２２Ｂの回転角を検出して指２Ｂの位置を取得する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、差動装置４１の出力軸であるサイドシャフト６１の片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット６３ｒｍ’を同軸上で一体回転するように固定し、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド６３ｒｈ’を、そのサイドシャフト６１を回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット６３ｒｍ’の周りに位置し、サイドシャフト６１の回転角を検出し、その検出した回転情報に基づき、駆動プーリ６１Ｐと従動プーリ６３Ｐと伝達ベルト６２による減速比、ねじ軸２２Ｂのリード(ねじ軸２２の１回転に伴い、ナット２３がリニアガイド２４に沿って進む距離)に基づいて、指２Ｂの位置(並進位置)を直接検出取得する形態に適用してもよい。また、ナット２３Ｂに、位置センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット６３ｒｍ”を一体に固定し、位置センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド６３ｒｈ”を、そのナット２３Ｂを並進自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット６３ｒｍ”の並進移動する周りに位置し、ナット２３Ｂの位置(並進位置)を検出し、その検出した位置(並進位置)に基づき、指２Ｂの位置(並進位置)を直接検出取得する形態に適用してもよい。

加えて、制御部１Ｃは、検出取得した指２Ａの位置と指２Ｂの位置より、ワークの把持状況を判断している。
具体的には、制御部１Ｃからの指令で、アクチュエータ１１を駆動しているにもかかわらず、指２Ａの位置と指２Ｂの位置が変化しない場合は、「対象物把持の可能性有」と判断している。メモリ１Ｍ内に予め設定している把持対象物情報(ワークＷの形状、ワークＷを想定どおり把持した時の指２Ａと指２Ｂの想定位置間隔)と取得情報を比較参照し、ワークＷの把持状況を判断している。

図５から図７に示すワークＷ１は、いずれも同じ対象物で、ロボットハンド１の正面(図５から図７を図示した視点方向)から見て長方形断面を持つ対象物である。図５は、ワークＷ１の短辺方向で把持している図を示しており、図６は、ワークＷ１の長辺辺方向で把持している図を示しており、図７は、ワークＷ１の(長方形断面の)対角線方向で把持している図を示している。
制御部１Ｃの指令により、ワークＷ１を短辺方向で把持する作業を実現する場合、メモリ１Ｍ内に、ワークＷ１を短辺方向で把持した際の指２Ａと指２Ｂの想定位置間隔を格納しておく。そして、検出取得した指２Ａの位置と指２Ｂの位置から算出する指２Ａと指２Ｂの位置間隔とメモリ１Ｍ内に予め設定した想定位置間隔を比較し、その比較結果が一致すれば、図５に示すように、制御部１Ｃは短辺方向でワークＷ１を把持していると判断する。
比較結果が一致しない場合は、制御部１Ｃは短辺方向でワークＷ１を把持していない(図６や図７に示す把持状況など、図５に示す把持状況ではない)と判断し、把持作業をやり直す。

更に、制御部１Ｃは、エンコーダ１１Ｅの検出情報、読取ヘッド５３ｒｈの検出する読取用マグネット５３ｒｍの相対回転情報、読取ヘッド６３ｒｈの検出する読取用マグネット６３ｒｍの相対回転情報により、ロボットハンド１の駆動機構のシステム検証をしている。
すなわち、前述のように、制御部１Ｃは、そのエンコーダ１１Ｅの検出情報に基づいて、差動装置４１の入力回転角でもあるディファレンシャルケース４２の回転角を検出している。
また、制御部１Ｃは、読取ヘッド５３ｒｈの検出する読取用マグネット５３ｒｍの相対回転情報に基づき、駆動プーリ５１Ｐと従動プーリ５３Ｐと伝達ベルト５２による減速比に基づいて、サイドシャフト５１の回転角を検出取得する。
加えて、制御部１Ｃは、読取ヘッド６３ｒｈの検出する読取用マグネット６３ｒｍの相対回転情報に基づき、駆動プーリ６１Ｐと従動プーリ６３Ｐと伝達ベルト６２による減速比に基づいて、サイドシャフト６１の回転角を検出取得する。

検出取得したサイドシャフト５１の回転角、サイドシャフト６１の回転角、ディファレンシャルケース４２の回転角が、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)に基づいて次式(１)を満たせば、制御部１Ｃはロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していると判断する。
(サイドシャフト５１の回転角＋サイドシャフト６１の回転角)÷２
＝ディファレンシャルケース４２の回転角・・・・・(１)

しかしながら、伝達装置１１Ｔや駆動ギア３１Ｇや従動ギア３３Ｇや差動装置４１のガタやギア歯摩耗による歯飛び、駆動プーリ５１Ｐと伝達ベルト５２と従動プーリ５３Ｐによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、駆動プーリ６１Ｐと伝達ベルト６２と従動プーリ６３Ｐによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、回転角センサ(１１Ｅ、５３ｒｈ、５３ｒｍ、６３ｒｈ、６３ｒｍ)の取付緩みや故障などが発生すると、対象物把持の有無の状態にかかわらず、上記式(１)を満たさなくなる。
このような場合、制御部１Ｃはロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していていないと判断する。
また、セルフロック機構付伝達装置２１のガタやナット２３と指２の取付緩みなどが発生すると、対象物の寸法情報(幾何学的関係)が予め分かっている既知対象物を想定どおりに把持させた場合においても、検出取得した指２Ａの位置と指２Ｂの位置から算出する指２Ａと指２Ｂの位置間隔とメモリ１Ｍ内に予め設定した想定位置間隔が一致しなくなる。
このような場合も、制御部１Ｃはロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していていないと判断する。

以上のように、本実施例１のロボットハンド１は、１つのアクチュエータ１１の駆動力を伝達することで少なくとも２本の指により物品を把持させる駆動機構を有している。駆動機構は、アクチュエータ１１から伝達される駆動力を出力する第１サイドシャフト(５１)及び第２サイドシャフト(６１)をもつ差動装置(４１)を含み、アクチュエータ１１と各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を有している。また、ロボットハンド１は、第１サイドシャフトの回転角に対応する第１回転角を検出する第１指側出力センサと、第２サイドシャフトの回転角に対応する第２回転角を検出する第２指側出力センサと、アクチュエータ１１の出力軸の回転角に対応する入力回転角を検出するモータ軸センサ(エンコーダ１１Ｅ)と、を有している。さらに、ロボットハンド１は、第１指側出力センサと、第２指側出力センサと、モータ軸センサと、各部の寸法情報(幾何学的関係)と、駆動力伝達装置の減速比に基づいて、駆動機構が正常に稼働しているか否かの判定を行う制御部１Ｃを有している。そして、制御部１Ｃは、第１回転角と前記第２回転角との和を２で除した値が入力回転角と略異なる場合に、駆動機構が正常に稼働していない旨判定するよう構成されている。すなわち、本実施例１のロボットハンド１は、制御部１Ｃが、種々のセンサそれぞれの検出値から導出される値に基づき、駆動機構が正常に稼働しているか否かの判定を行うため、駆動機構の異常の発生を精度よく検知し、故障等のトラブルを未然に防止することができる。

［実施例２］
図８～図３１は、本発明の実施例２に基づくロボットハンド１を示す図である。実施例１と比較すると、セルフロック機構付伝達装置と、各指が備えている関節の有無で相違している。
具体的には、実施例１では、ねじ軸２２とねじナット２３から構成されるセルフロック機構付伝達装置２１を用いているが、実施例２では、円筒ウォーム２６とウォームホイール２７より構成されるセルフロック機構付伝達装置２５を用いている。
また、実施例１の指２(２Ａ、２Ｂ)には関節は無いが、実施例２の指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)には中手指節間関節１１２や近位指節間関節１２２や遠位指節間関節１３２等の関節を有する指となっており、加えて実施例２の指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)は１つの駆動力源で複数の関節を稼働させ、各指を構成する節をワークＷの外面に沿うよう馴染ませる劣駆動機構で構成されている。

図８～図１１において、ロボットハンド１は、３本の指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)をそれぞれ駆動して作業対象を把持等する作業を行うように、手首１０９を介して、図示しないロボット本体側に取り付けられている。なお、このロボットハンド１は、例えば、人型ロボットやアーム型ロボット等に搭載されて、他のロボットと連携するなどして、スムーズな各種作業を実現する。
ロボットハンド１は、手首１０９に取り付けられる掌(ロボットハンド本体)１０５の掌面１０６内の３箇所に指２が配置されて作業対象を把持等するようになっており、掌面１０６の一端辺１０６ａの両端側に指２Ｂ、２Ｃが配置されて、反対側端辺１０６ｂの中央に指２Ａが配置されている。この指２Ａ～２Ｃは、それぞれの基節１１１、中節１２１および末節１３１が掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂの間に向かって接近する方向に相対回転することにより、作業対象を把持等することができるようにレイアウトされている。

３本の指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)は、１つのアクチュエータ１１から発生する動力で駆動され、いずれも同じ構造で構成している。また、３本の指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)は、中手指節間関節１１２、近位指節間関節１２２、遠位指節間関節１３２を備え、１つのアクチュエータからの駆動力を各指の駆動リンク１１４に伝達することで、各指の動きが発生するように構成している。各指の構造は同じ構成であることから、指を構成する部位の符号に関しては特に断りがない限り同じ符号を用いている。なお、指２Ａの部位なのか、指２Ｂの部位なのか、指２Ｃの部位なのか、明確にどの指の部位であるかを示す必要がある場合には、指を見分けるための符号＊Ａや＊Ｂや＊Ｃを付与している。例えば、指２Ａの駆動リンク１１４は駆動リンク１１４Ａのように記載している。

指２は、基節１１１の一端側が掌１０５の掌面１０６側(同一面、内側あるいは外側のいずれでもよい)に配置されている中手指節間関節１１２に相対回転自在に連結支持されて、その基節１１１の他端側と中節１２１の一端側とが近位指節間関節１２２に相対回転自在に連結支持されて、その中節１２１の他端側と末節１３１の一端側とが遠位指節間関節１３２に相対回転自在に連結支持されて、その末節１３１の他端側が後述する指先１３９として機能する。
この指２は、基節１１１をリンクとして含む基側四節リンク機構１０３と、中節１２１および末節１３１をリンクとして含む末側四節リンク機構１０４とを備えて(図１２を参照)、１つのアクチュエータ１１の駆動力を伝達されることにより、その基節１１１、中節１２１および末節１３１のそれぞれを相対回転させることにより機能するように構築されている。

基側四節リンク機構１０３および末側四節リンク機構１０４は、後述するように、それぞれ、４つのリンクが３角形に近似する台形になるように配置されて、個々のリンクが相対的に回転自在に連結されている。
基側四節リンク機構１０３は、基節１１１に対する対辺側に基側中継リンク１１３が配置されて、その基節１１１および基側中継リンク１１３の指元(掌面１０６)側が駆動リンク１１４により連結されるとともに、その指先１３９側が基側中間リンク１１５により連結されている。基節１１１は、指元側が駆動リンク１１４の端部と中手指節間関節１１２により回転自在に連結されて、指先１３９側が基側中間リンク１１５の端部と近位指節間関節１２２により回転自在に連結されている。基側中継リンク１１３は、指元側が駆動リンク１１４の端部と第１連結軸１１６により回転自在に連結されて、指先１３９側が基側中間リンク１１５の端部と第２連結軸１１７により回転自在に連結されている。

末側四節リンク機構１０４は、中節１２１に対する対辺側に末側中継リンク１２３が配置されて、その中節１２１および末側中継リンク１２３の指元側が末側中間リンク１２５により連結されるとともに、その指先１３９側が末節１３１により連結されている。中節１２１は、指元側が末側中間リンク１２５の端部と近位指節間関節１２２により回転自在に連結されて、指先１３９側が末節１３１の端部と遠位指節間関節１３２により回転自在に連結されている。末側中継リンク１２３は、指元側が末側中間リンク１２５の端部と第３連結軸１２６により回転自在に連結されて、指先１３９側が末節１３１の端部と第４連結軸１２７により回転自在に連結されている。

基側中間リンク１１５および末側中間リンク１２５は、概略３角形の板状に形成されている中間リンク板１２０(図１８を参照)の１つの頂部に位置する近位指節間関節１２２を共通利用して基節１１１および中節１２１の端部が回転自在に連結されているとともに、その中間リンク板１２０の３角形における他の２つの頂部に位置する第２連結軸１１７および第３連結軸１２６に基側中継リンク１１３および末側中継リンク１２３の端部がそれぞれ回転自在に連結されることにより機能するように構築されている。
すなわち、中間リンク板１２０は、近位指節間関節１２２および第２、第３連結軸１１７、１２６の３箇所の相対的な位置関係を固定して、これらの間の基側中間リンク１１５および末側中間リンク１２５の相対的な姿勢を保持したまま、その近位指節間関節１２２を中心にして回転自在に連結状態を維持している。このため、中間リンク板１２０は、その第２、第３連結軸１１７、１２６の間においても、相対的な位置関係を保持したまま近位指節間関節１２２を中心にして回転するリンクを備えることになり、第２、第３連結軸１１７、１２６に回転自在に連結されている基側中継リンク１１３、基側中間リンク１１５、末側中間リンク１２５、および末側中継リンク１２３を連動させるように動作を伝達する。

末節１３１は、両端側の遠位指節間関節１３２および第４連結軸１２７の２箇所の間隔を維持しつつ中節１２１および末側中継リンク１２３の指先１３９側を回転自在に連結するとともに、その遠位指節間関節１３２から中節１２１の延長方向に離隔する形状の指先１３９を第４連結軸１２７に対する相対的な位置関係も固定したまま相対回転可能にすることにより、その指先１３９を指先として機能させるようになっている。すなわち、遠位指節間関節１３２、第４連結軸１２７および指先１３９の３箇所の相対的な位置関係が固定されたまま回転可能に構築されている。

そして、指２の駆動機構を構成するリンクのモデル図(１２図参照)に示すように、基側四節リンク機構１０３においては、指２の長さの一部となる基節１１１と基側中継リンク１１３が同等の長さに形成されて、指２の中手指節間関節１１２付近の厚さとなる駆動リンク１１４に対して基側中間リンク１１５が半分以下で１／３程度の短尺に形成されている。同様に、末側四節リンク機構１０４においては、指２の長さの一部となる中節１２１と末側中継リンク１２３が同等の長さに形成されて、指２の近位指節間関節１２２付近の厚さとなる末側中間リンク１２５に対して末節１３１が半分以下で１／３程度の短尺に形成されている。

このため、指２をできるだけ延伸させた姿勢にしたときに、基側四節リンク機構１０３においては、基側中継リンク１１３と基側中間リンク１１５とができるだけ直線的に連続する姿勢になって、その基側中継リンク１１３と基側中間リンク１１５との間を回転自在に連結する第２連結軸１１７がそれらの両端側の近位指節間関節１２２と第１連結軸１１６の間の線分Ｌ１(後述の第１仮想リンク１１９)に外側で接近することにより、全体で概略３角形に近似する形状を形成するように作製されている。末側四節リンク機構１０４においては、末側中継リンク１２３と末節１３１とができるだけ直線的に連続する姿勢になって、その末側中継リンク１２３と末節１３１との間を回転自在に連結する第４連結軸１２７がそれらの両端側の第３連結軸１２６と遠位指節間関節１３２との間の線分Ｌ２(後述の第２仮想リンク１２９)に外側で接近することにより、全体で概略３角形に近似する形状を形成するように作製されている。

この構成により、基側四節リンク機構１０３においては、基節１１１などに動きを制限する負荷が加えられない場合には、アクチュエータ１１により回転する駆動リンク１１４と一体に相対的な連結姿勢(リンク形状)を維持したまま中手指節間関節１１２を中心にして回転することができる。この基側四節リンク機構１０３は、例えば、基節１１１が作業対象に突き当たるなどして動きを停止させる制限負荷が掛かった場合には、停止する基節１１１に対して中手指節間関節１１２を中心に回転する駆動リンク１１４に連動して基側中継リンク１１３が指先１３９側に移動することを許容するように基側中間リンク１１５(末側中間リンク１２５)が近位指節間関節１２２を中心にして回転する。この基側四節リンク機構１０３は、基側中間リンク１１５が駆動リンク１１４の半分以下の短尺に形成されているので、基側中継リンク１１３の指先１３９側の末側中間リンク１２５を大きく回転させることができ、近位指節間関節１２２での回転範囲を大きくすることができる。なお、本実施例では、基側中間リンク１１５を駆動リンク１１４の半分以下の寸法に作製しているが、駆動リンク１１４が基側中間リンク１１５より長ければ上述の機能を発揮させることができることはいうまでもない。

このとき、末側四節リンク機構１０４においては、基側四節リンク機構１０３と同様に、中節１２１などに動きを制限する負荷が加えられない場合には、近位指節間関節１２２を中心にして回転する基側中間リンク１１５と一体の末側中間リンク１２５と相対的な連結姿勢(リンク形状)を維持したままその近位指節間関節１２２を中心にして回転することができる。この末側四節リンク機構１０４は、例えば、中節１２１が作業対象に突き当たるなどして動きを停止させる制限負荷が掛かった場合には、停止する中節１２１に対して近位指節間関節１２２を中心に回転する末側中間リンク１２５に連動して末側中継リンク１２３が指先１３９側に移動することを許容するように末節１３１が遠位指節間関節１３２を中心にして回転する。

この末側四節リンク機構１０４でも、末節１３１が末側中間リンク１２５の半分以下の短尺に形成されているので、末側中継リンク１２３の指先１３９側の末節１３１を大きく回転させることができ、遠位指節間関節１３２での回転範囲を大きくすることができる。なお、本実施例では、末節１３１を末側中間リンク１２５の半分以下の寸法に作製しているが、末側中間リンク１２５が末節１３１より長ければ上述の機能を達成できることはいうまでもない。
これにより、末節１３１は、遠位指節間関節１３２を中心にして相対的な位置関係(姿勢)の固定されている指先１３９を回転させて作業対象に突き当てることができ、基節１１１および中節１２１と共に作業対象を把持する状態にすることができる。

具体的には、基節１１１は、図１３に示すように、中間フレーム１１１Ｆにより連結固定されている一対の基節プレート１１１Ｐの両端側に軸穴１１１ａ、１１１ｂがそれぞれ形成されて構成されている。中節１２１は、図１４に示すように、中間フレーム１２１Ｆにより連結固定されている一対の中節プレート１２１Ｐの両端側に支持シャフト１２１Ｓ１、１２１Ｓ２が軸として機能するようにそれぞれ固定されて構成されている。末節１３１は、図１５に示すように、指先フレーム１３１Ｆにより連結固定されている一対の末節プレート１３１Ｐの一端側に軸穴１３１ａがそれぞれ形成されているとともに、その指先フレーム１３１Ｆに一端側が連結固定されている支持プレート１３１Ｓの他端側に軸穴１３１ｂが形成されて構成されている。

また、駆動リンク１１４は、図１６に示すように、駆動リンクプレート１１４Ｐの両端側に軸穴１１４ａ、１１４ｂがそれぞれ形成されて構成されている。基側中継リンク１１３は、図１７に示すように、中間フレーム１１３Ｆにより連結固定されている一対の基側中継リンクプレート１１３Ｐの両端側に軸穴１１３ａ、１１３ｂがそれぞれ形成されて構成されている。基側中間リンク１１５と末側中間リンク１２５とは、図１８に示すように、上述する中間リンク板１２０の３角形の各頂部に軸穴１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃがそれぞれ形成されて構成されている。末側中継リンク１２３は、図１９に示すように、中間フレーム１２３Ｆにより連結固定されている一対の末側中継リンクプレート１２３Ｐの両端側に軸穴１２３ａ、１２３ｂがそれぞれ形成されて構成されている。

詳細には、一対の基節プレート１１１Ｐの一端側は、軸穴１１１ａに後述する差動装置４１の指側出力軸である連結シャフト１１４Ｓが差し込まれて回転自在に支持されている(図１６参照)。これにより、基節１１１の一端側は、中手指節間関節１１２(軸穴１１１ａおよび連結シャフト１１４Ｓ)により相対回転自在に連結されている。
また、一対の駆動リンクプレート１１４Ｐの一端側は、軸穴１１４ａに後述する連結シャフト１１４Ｓが差し込まれて固定されている。これにより、駆動リンク１１４の一端側は、中手指節間関節１１２(軸穴１１４ａおよび連結シャフト１１４Ｓ)により一体回転するように連結されている。

図１４に示すように、一対の中節プレート１２１Ｐの一端側は、基節プレート１１１Ｐの他端側の間に位置するように幅狭の離間距離に形成されて、その間に支持シャフト１２１Ｓ１が固定されており、その支持シャフト１２１Ｓ１の両端部が一端側の外面から突出している。一対の基節プレート１１１Ｐの他端側は、軸穴１１１ｂに中節プレート１２１Ｐの支持シャフト１２１Ｓ１の両端部が嵌め込まれて回転自在に支持されている。基節プレート１１１Ｐと同様に、中間リンク板１２０の一端側頂部は、軸穴１２０ａに中節プレート１２１Ｐの支持シャフト１２１Ｓ１が差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、基節１１１の他端側、中節１２１の一端側、および、基側中間リンク１１５と末側中間リンク１２５の一端側は、近位指節間関節１２２(軸穴１１１ｂ、１２０ａおよび支持シャフト１２１Ｓ１)により相対回転自在に連結されている。

また、一対の中節プレート１２１Ｐの他端側は、末節プレート１３１Ｐの一端側を間に位置させるように基節プレート１１１Ｐと同等の離間距離に形成されて、その間に支持シャフト１２１Ｓ２が固定されている。一対の末節プレート１３１Ｐの一端側は、軸穴１３１ａに中節プレート１２１Ｐの支持シャフト１２１Ｓ２が差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、中節１２１の他端側および末節１３１の一端側は、遠位指節間関節１３２(軸穴１３１ａおよび支持シャフト１２１Ｓ２)により相対回転自在に連結されている。

図１７に示す、基側中継リンクプレート１１３Ｐ両端に形成された軸穴１１３ａ、１１３ｂと、図１６に示す駆動リンクプレート１１４Ｐの他端側に形成された軸穴１１４ｂと図１８に示す中間リンク板１２０の基側頂部に形成された軸穴１２０ｂとは、第１連結軸１１６および第２連結軸１１７の連結シャフト１１６Ｓ、１１７Ｓ(図１７参照)がそれぞれ差し込まれて相対回転自在に連結されている。これにより、基側中継リンク１１３の両端側と駆動リンク１１４の他端側および基側中間リンク１１５の他端側とは、第１連結軸１１６および第２連結軸１１７(軸穴１１３ａ、１１３ｂおよび連結シャフト１１６Ｓ、１１７Ｓ)により相対回転自在に連結されている。

図１９に示す末側中継リンクプレート１２３Ｐ両端側に形成された軸穴１２３ａ、１２３ｂと、図１８に示す中間リンク板１２０の末側頂部に形成された軸穴１２０ｃ、図１５に示す支持プレート１３１Ｓの軸穴１３１ｂとは、第３連結軸１２６および第４連結軸１２７の連結シャフト１２６Ｓ、１２７Ｓ(図１９参照)がそれぞれ差し込まれて相対回転自在に連結されている。これにより、末側中継リンク１２３の両端側と末側中間リンク１２５の他端側および末節１３１の他端側とは、第３連結軸１２６および第４連結軸１２７(軸穴１２３ａ、１２３ｂおよび連結シャフト１２６Ｓ、１２７Ｓ)により相対回転自在に連結されている。

ところで、図１５に示す一対の末節プレート１３１Ｐの間に位置する指先フレーム１３１Ｆは、軸穴１３１ａ側の一端側から他端側に向かって離隔するほど徐々に薄くなる先細り形状に形成されて、指先１３９として好適に機能するように作製されている。支持プレート１３１Ｓは、軸穴１３１ｂの形成されている他端側から離隔する一端側がその指先フレーム１３１Ｆの一面側にネジ止め固定されている。これにより、末節１３１は、両端側の軸穴１３１ａ、１３１ｂの一方または双方を中心に相対回転自在に連結されて、末側四節リンク機構１０４を形成するリンクのひとつとして機能する。

そして、図１０に示すように、近位指節間関節１２２および遠位指節間関節１３２には、基節プレート１１１Ｐおよび中節プレート１２１Ｐが、また、中節プレート１２１Ｐおよび末節プレート１３１Ｐが、それぞれ概略直線的に延伸する姿勢になるように弾性力を付与する、所謂、捻りバネ(弾性部材)１４１、１４２が支持シャフト１２１Ｓ１、１２１Ｓ２(図１４参照)のそれぞれの周りに位置するように設置されている。この捻りバネ１４１、１４２は、例えば、基節プレート１１１Ｐに対して中節プレート１２１Ｐが、また、中節プレート１２１Ｐに対して末節プレート１３１Ｐが無負荷状態から互いに接近する方向に回転したときに延伸姿勢に戻す方向に付勢する弾性力を付与するように設置されている。

また、これら捻りバネ１４１、１４２の周りには、図１３～図１５に示すように、回転のし過ぎを制限するストッパとして機能する突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２がそれぞれ配置されている。突き当て面１１１ｔ１は、図１３に示すように、基節プレート１１１Ｐの軸穴１１１ｂから離隔する長手方向端面の逆回転方向の片側に形成されており、回転方向の片側が円形に形成されて回転を許容するように形成されているのに対して、その逆回転方向側に位置して角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。突き当て面１２１ｔ２は、図１４に示すように、中節プレート１２１Ｐの軸穴１２１ａの近傍で基節プレート１１１Ｐの突き当て面１１１ｔ１に対面する対向面に形成されて、その突き当て面１１１ｔ１に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。また、突き当て面１２１ｔ１は、同様に、図１４に示すように、中節プレート１２１Ｐの軸穴１２１ｂから離隔する長手方向端面の逆回転方向の片側に形成されており、回転方向の片側が円形に形成されて回転を許容するように形成されているのに対して、その逆回転方向側に位置して角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。突き当て面１３１ｔ２は、図１５に示すように、末節プレート１３１Ｐの軸穴１３１ａの近傍で中節プレート１２１Ｐの突き当て面１２１ｔ１に対面する対向面に形成されて、その突き当て面１２１ｔ１に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。

突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ２および突き当て面１２１ｔ１、１３１ｔ２は、基節プレート１１１Ｐ、中節プレート１２１Ｐおよび中節プレート１３１Ｐのそれぞれが互いに接近する状態から近位指節間関節１２２および遠位指節間関節１３２を中心にして捻りバネ１４１、１４２の弾性力により延伸姿勢に戻る方向に回転して、その延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、互いに突き当たるように形成されている。これにより、基節プレート１１１Ｐ、中節プレート１２１Ｐおよび中節プレート１３１Ｐは、延伸姿勢から回転し過ぎることが制限されることにより、その延伸姿勢に戻った状態で維持することができ、指２の反り返りを確実に防止することができる。すなわち、捻りバネ１４１、１４２と突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２とが姿勢保持手段を構成している。

なお、突き当て面１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２の形状は、本実施例２で採用する図１３～図１５に示す形状に限定されるものではない。
すなわち、実施例２では、基節１１１の近位指節間関節１２２付近に突き当て面１１１ｔ１を面状で設け、中節１２１の近位指節間関節１２２付近に突き当て面１２１ｔ２を面状で設けている。基節１１１と中節１２１が延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、面状の突き当て面１１１ｔ１と面状の突き当て面１２１ｔ２が互いに突き当たるように形成されている。面状で互いに突き当たる形状とすることにより大きな力を受けることが可能な程度の強度を有するストッパとして構成されて設置されている。

同様に、中節１２１の遠位指節間関節１３２付近に突き当て面１２１ｔ１を面状で設け、末節１３１の遠位指節間関節１３２付近に突き当て面１３１ｔ２を面状で設けている。中節１２１と末節１３１が延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、面状の突き当て面１２１ｔ１と面状の突き当て面１３１ｔ２が互いに突き当たるように形成されている。面状で互いに突き当たる形状とすることにより大きな力を受けることが可能な程度の強度を有するストッパとして構成されて設置されている。
これにより、指２は、例えば、図８～図１０に示すような無負荷時に、基節プレート１１１Ｐ、中節プレート１２１Ｐおよび末節プレート１３１Ｐがほぼ直線的に延伸する姿勢で待機することができる。

さらに、図８～図１０では、掌１０５の掌面１０６内に配置されている指２の中手指節間関節１１２における一対の基節プレート１１１Ｐは、それぞれ一端側の軸穴１１１ａに連結シャフト１１４Ｓが相対回転自在に差し込まれて支持されている。これに対して、その中手指節間関節１１２における駆動リンクプレート１１４Ｐは、その基節プレート１１１Ｐの間に位置して一端側の軸穴１１４ａに連結シャフト１１４Ｓが差し込まれることにより回転可能に支持されつつ、それぞれアクチュエータ１１の駆動力を受け取ってその連結シャフト１１４Ｓ(軸穴１１４ａ)を中心に正逆回転されて駆動するようになっている。

指２の駆動リンクプレート１１４Ｐは、図８～図１０および図１６に示すように、一端側の軸穴１１４ａを軸心とする外周側にウォームホイール２７が固定されているとともに、その軸穴１１４ａに連結シャフト１１４Ｓが相対回転不能に固定されている。
これに対して、アクチュエータ１１は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置１１Ｔを介して伝達シャフト３１を回転駆動させることにより駆動力を出力するようになっており、その伝達シャフト３１の先端に駆動プーリ３１Ｐが同軸上で一体回転するように固定されている。

指２Ａの駆動リンクプレート１１４Ｐのウォームホイール２７に噛み合う円筒ウォーム２６は、軸心に伝達シャフト１５７が同軸に一体回転するように固定されており、この伝達シャフト１５７の反対側端部には、従動プーリ３３Ｐが同軸に一体回転するように固定されている。伝達ベルト３２は、駆動プーリ３１Ｐと従動プーリ３３Ｐを共に巻き掛けられており、アクチュエータ１１の出力を伝達シャフト１５７まで伝達している。

これにより、指２Ａの中手指節間関節１１２Ａでは、アクチュエータ１１の駆動力を円筒ウォーム２６Ａおよびウォームホイール２７Ａを介して、減速伝達されて駆動リンクプレート１１４ＰＡが正逆回転される。指２Ａの駆動リンクプレート１１４ＰＡは、図９～図１１および図１６に示すように、一端側の軸穴１１４ａＡを軸心とする外周側にウォームホイール２７Ａが固定されて、アクチュエータ１１の駆動力が伝達されるとともに、その軸穴１１４ａＡには連結シャフト１１４ＳＡが差し込まれて相対回転不能に固定されている。なお、本実施例では、後述するように駆動リンクプレート１１４Ｐの回転角を検出するため連結シャフト１１４Ｓを駆動リンクプレート１１４Pに対して相対回転不能に固定するが、駆動リンクプレート１１４Ｐの回転角の検出が不要な場合には相対回転可能に支持するようにしてもよい。

指２Ｂの駆動リンクプレート１１４ＰＢは、図９～図１１および図１６に示すように、指２Ａと同様に、一端側の軸穴１１４ａＢを軸心とする外周側にウォームホイール２７Ｂが固定されて、指２Ａ、２Ｃとは別経路でアクチュエータ１１の駆動力が伝達されるとともに、その軸穴１１４ａＢには指２Ａ、２Ｃとは別個の連結シャフト１１４ＳＢが差し込まれて相対回転不能に固定されている。なお、指２Ａと同様に、本実施例では、後述するように駆動リンクプレート１１４Ｐの回転角を検出するため連結シャフト１１４Ｓを駆動リンクプレート１１４Pに対して相対回転不能に固定するが、駆動リンクプレート１１４Ｐの回転角の検出が不要な場合には相対回転可能に支持するようにしてもよい。

具体的には、アクチュエータ１１の駆動力が、伝達シャフト１５７まで駆動伝達される経路に関しては、指２Ａと同様であるが、伝達シャフト１５７まで駆動伝達された駆動力が、指２Ｂまで駆動伝達される経路が異なる。
すなわち、伝達シャフト１５７の軸方向中央部には、駆動ギア３４Ｇが同軸に一体回転するように固定されている。
駆動ギア３４Ｇに、差動装置４１を構成するリングギアの役割をなす従動ギア３６Ｇが噛み合うことで、アクチュエータ１１の駆動力がディファレンシャルケース４２に伝達されるようになっている。

差動装置４１は、ディファレンシャルケース４２、その内部に配置された図示しないピニオンギア、同じく図示しないサイドギア、サイドシャフト５１、６１から構成されている。また、差動装置４１は、アクチュエータ１１の駆動力が伝達された際に駆動回転されるように、ロボットハンド１の図示しないフレームに対して、掌１０５の内部で、軸方向には不動で自由回転可能に軸支されている。
サイドシャフト５１は図示しないサイドギアに、サイドシャフト６１は図示しない別のサイドギアにそれぞれ相対回転不能に一体形成あるいは固定されている。
サイドシャフト５１とサイドシャフト６１の回転軸は同軸になるように配置され、ディファレンシャルケース４２ならびに、ロボットハンド１のフレーム(図示せず)に対して、その回転軸の軸方向には不動であるが、回転軸周りに回転可能に軸支されている。

また、図１０および図１１に示されるように、従動ギア３６Ｇは、その回転軸がサイドシャフト５１の回転軸ならびにサイドシャフト６１の回転軸と同軸になるように、ディファレンシャルケース４２に相対回転不能に固定されている。
このような構成により、アクチュエータ１１の出力が、駆動プーリ３１Ｐ、伝達ベルト３２、従動プーリ３３Ｐ、伝達シャフト１５７、駆動ギア３４Ｇ、従動ギア３６Ｇを介して、ディファレンシャルケース４２まで伝達される構成になっている。
なお、本実施例では、アクチュエータ１１の出力をディファレンシャルケース４２まで伝達するために、駆動ギア３４Ｇと従動ギア３６Ｇを用いた伝達機構を用いているが、他の伝達機構でも構わない。
例えば、伝達シャフト１５７の軸方向中央部に駆動プーリを同軸に一体回転するように固定し、従動プーリをサイドシャフト５１の回転軸ならびにサイドシャフト６１の回転軸と同軸になるようにディファレンシャルケース４２に相対回転不能に固定し、伝達ベルトを駆動プーリと従動プーリを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ１１の出力をディファレンシャルケース４２まで伝達する伝達機構を用いてもよい。

ディファレンシャルケース４２の内部に配置された図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアが噛み合うことで、ディファレンシャルケース４２に対して、サイドシャフト５１(１つ目のサイドギア)とサイドシャフト６１(別のサイドギア)との間に差動運動が発生する。
本実施例の差動装置４１は、図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアに、例えば、前述のように、特願２０１９－１８２２７５号で提案しているような、互いの動きが３次元曲線によって拘束されたギアを用いた差動装置で構成されている。なお、サイドシャフト５１とサイドシャフト６１との間に差動運動が発生する差動装置であれば、本実施例１に示したように、図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアにベベルギアを用いた一般的な差動装置を用いても良い。

サイドシャフト５１の先端には、駆動プーリ５１Ｐが同軸上で一体回転するように固定され、伝達ベルト５２が従動プーリ５３Ｐと共に巻き掛けられている。この従動プーリ５３Ｐは、軸心に伝達シャフト１７７が同軸に一体回転するように固定されている。この伝達シャフト１７７の反対側端部には、円筒ウォーム２６Ｂが同軸に一体回転するように固定されている。この円筒ウォーム２６Ｂには、一端側の軸穴１１４ａＢに連結シャフト１１４ＳＢが差し込まれている駆動リンクプレート１１４ＰＢのウォームホイール２７Ｂが噛み合うことで、正逆回転されるようになっている。

これにより、指２Ｂの中手指節間関節１１２Ｂでは、同一のアクチュエータ１１の駆動力が伝達シャフト１５７まで駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が差動装置４１のサイドシャフト５１に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動プーリ５１Ｐと伝達ベルト５２と従動プーリ５３Ｐからなるベルト伝達機構を介して伝達シャフト１７７に駆動伝達され、更には円筒ウォーム２６Ｂおよびウォームホイール２７Ｂを介して減速伝達されて駆動リンクプレート１１４ＰＢが正逆回転される。すなわち、指２Ｂの駆動に関しては、伝達シャフト３１、１５７、１７７、円筒ウォーム２６Ｂ、ウォームホイール２７Ｂ、駆動プーリ３１Ｐ、５１Ｐ、従動プーリ３３Ｐ、５３Ｐ、伝達ベルト３２、５２、駆動ギア３４Ｇ、従動ギア３６Ｇ、差動装置４１、およびサイドシャフト５１がアクチュエータ１１の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。

指２Ｃの駆動リンクプレート１１４ＰＣは、図９～図１１および図１６に示すように、指２Ａ、２Ｂと同様に、一端側の軸穴１１４ａＣを軸心とする外周側にウォームホイール２７Ｃが固定されて、指２Ａ、２Ｂとは別経路でアクチュエータ１１の駆動力が伝達されるとともに、その軸穴１１４ａＣには指２Ａ、２Ｂとは別個の連結シャフト１１４ＳＣが差し込まれて相対回転不能に固定されている。なお、指２Ａ、２Ｂと同様に、本実施例では、後述するように駆動リンクプレート１１４Ｐの回転角を検出するため連結シャフト１１４Ｓを駆動リンクプレート１１４Pに対して相対回転不能に固定するが、駆動リンクプレート１１４Ｐの回転角の検出が不要な場合には相対回転可能に支持するようにしてもよい。

具体的には、アクチュエータ１１の駆動力が、差動装置４１(従動ギア３６Ｇ、ディファレンシャルケース４２)まで駆動伝達される経路に関しては、指２Ｂと同様である。が、差動装置４１(従動ギア３６Ｇ、ディファレンシャルケース４２)まで駆動伝達された駆動力が、指２Ｃまで駆動伝達される経路が異なる。
サイドシャフト６１の先端には、駆動プーリ６１Ｐが同軸上で一体回転するように固定され、伝達ベルト６２が従動プーリ６３Ｐと共に巻き掛けられている。この従動プーリ６３Ｐは、軸心に伝達シャフト１８７が同軸に一体回転するように固定されており、この伝達シャフト１８７の反対側端部には、円筒ウォーム２６Ｃが同軸に一体回転するように固定されている。この円筒ウォーム２６Ｃには、一端側の軸穴１１４ａＣに連結シャフト１１４ＳＣが差し込まれている駆動リンクプレート１１４ＰＣのウォームホイール２７Ｃが噛み合って正逆回転されるようになっている。

これにより、指２Ｃの中手指節間関節１１２Ｃでは、同一のアクチュエータ１１の駆動力が差動装置４１(従動ギア３６Ｇ、ディファレンシャルケース４２)まで駆動伝達される。駆動伝達された駆動力が差動装置４１のサイドシャフト６１に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動プーリ６１Ｐと伝達ベルト６２と従動プーリ６３Ｐからなるベルト伝達機構を介して伝達シャフト１８７に駆動伝達され、更には円筒ウォーム２６Ｃおよびウォームホイール２７Ｃを介して減速伝達されて駆動リンクプレート１１４ＰＣが正逆回転される。すなわち、指２Ｃの駆動に関しては、伝達シャフト３１、１５７、１８７、円筒ウォーム２６Ｃ、ウォームホイール２７Ｃ、駆動プーリ３１Ｐ、６１Ｐ、従動プーリ３３Ｐ、６３Ｐ、伝達ベルト３２、６２、駆動ギア３４Ｇ、従動ギア３６Ｇ、差動装置４１、およびサイドシャフト６１がアクチュエータ１１の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。

そして、ロボットハンド１は、指２Ａ～２Ｃの基節１１１、中節１２１、末節１３１の相対的な屈曲状態を制御部１Ｃが取得して、対象に応じた駆動を実現して把持等する最適作業を行うようになっている。なお、本実施例では、ロボットハンド１に制御部１Ｃを設置して動作を統括制御する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、ロボットハンド１を設置されているロボット本体側に統括制御される形態に適用してもよいことはいうまでもない。

ロボットハンド１の制御部１Ｃは、メモリ１Ｍ内に格納されている制御プログラムを実行する中央演算素子、所謂、ＣＰＵ(Central Processing Unit)により構成されている。制御部１Ｃは、そのメモリ１Ｍ内に予め設定されている各種パラメータや後述する角度センサなどの取得する各種センサ情報等に基づいて、例えば、アクチュエータ１１の正逆駆動を制御することにより、例えば、図２２、図２３に示すような円柱形状のワークＷ１を作業対象として、最適条件で把持等する作業を実行するようになっている。

このロボットハンド１の制御部１Ｃは、中手指節間関節１１２と近位指節間関節１２２との作動状況を後述するセンサ素子により直接検出取得するとともに、遠位指節間関節１３２の作動状況については取得したセンサ情報やメモリ１Ｍ内に格納されている各部の寸法情報(幾何学的関係)を用いて算出取得するようになっている。
具体的には、連結シャフト１１４Ｓの一端側には、図１６下方に示すように、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット１１４ｒｍが埋め込まれている。図９や図１０に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド１１４ｒｈは、その連結シャフト１１４Ｓを回転自在に支持して中手指節間関節１１２として機能させる掌１０５側の部材に設置されて読取用マグネット１１４ｒｍの周りに位置し、制御部１Ｃに接続されている。制御部１Ｃは、読取ヘッド１１４ｒｈの検出する読取用マグネット１１４ｒｍの相対回転から図１２に示す指２のリンクモデルにおける掌１０５側の基準位置Ｒからの駆動リンクプレート１１４Ｐの相対回転角１１２αを直接検出取得する。なお、図１１において、制御部１Ｃに接続するセンサ線(制御部１Ｃと読取ヘッド１１４ｒｈ間のセンサ線)は一点鎖線で図示している。
なお、本実施例では、指側出力センサとして、読取ヘッド１１４ｒｈの検出する読取用マグネット１１４ｒｍの相対回転から図１２に示す指２のリンクモデルにおける掌１０５側の基準位置Ｒからの駆動リンクプレート１１４Ｐの相対回転角１１２αを直接検出取得する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、伝達シャフト１５７、１７７、１８７の片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネットを同軸上で一体回転するように固定し、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッドを、その伝達シャフト１５７、１７７、１８７を回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネットの周りに位置し、伝達シャフト１５７、１７７、１８７の回転角を検出し、その検出した回転情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置２５(２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ)による減速比に基づいて、相対回転角１１２αを検出取得する形態に適用してもよい。また、伝達シャフト(１７７、１８７)の回転角の検出に代わり、差動装置４１のサイドシャフト(５１、６１)の回転角を検出し、その検出した回転情報に基づき、駆動プーリ(５１Ｐ、６１Ｐ)と伝達ベルト(５２、６２)と従動プーリ(５３Ｐ、６３Ｐ)で構成されるベルト伝達機構の減速比、ならびにセルフロック機構付伝達装置２５(２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ)による減速比に基づいて、相対回転角１１２αを検出取得する形態に適用してもよい。

また、基節プレート１１１Ｐの一端側には、図１３に示すように、駆動リンクプレート１１４Ｐと一体回転する連結シャフト１１４Ｓを差し込まれて相対回転自在に支持する軸穴１１１ａの片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット１１１ｒｍが埋め込まれて突起状に突出している。
図９、図１０に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド１１１ｒｈは、その連結シャフト１１４Ｓを回転自在に支持して中手指節間関節１１２として機能させる掌１０５側の部材に設置されて読取用マグネット１１１ｒｍの周りに位置し、制御部１Ｃに接続されている。制御部１Ｃは、読取ヘッド１１１ｒｈの検出する読取用マグネット１１１ｒｍの相対回転から図１２に示す指２のリンクモデルにおける掌１０５側の基準位置Ｒからの基節プレート１１１Ｐの相対回転角１１２βを直接検出取得する。なお、図１１において、制御部１Ｃに接続するセンサ線(制御部１Ｃと読取ヘッド１１１ｒｈ間のセンサ線)も一点鎖線で図示している。

さらに、中節プレート１２１Ｐの一端側には、図１４に示すように、支持シャフト１２１Ｓ１の片側端部が外面から突出して、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット１２１ｒｍが埋め込まれている。図９や図１０に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド１２１ｒｈは、その支持シャフト１２１Ｓ１の片側端部が回転自在に嵌め込まれる基節プレート１１１Ｐの他端側の軸穴１１１ｂ周りに位置し、制御部１Ｃに接続されている。制御部１Ｃは、読取ヘッド１２１ｒｈの検出する読取用マグネット１２１ｒｍの相対回転から基節プレート１１１Ｐに対する中節プレート１２１Ｐの相対回転角１２２αを直接取得する。なお、図１１において、制御部１Ｃに接続するセンサ線(制御部１Ｃと読取ヘッド１２１ｒｈ間のセンサ線)も一点鎖線で図示している。

このようにして、ロボットハンド１の制御部１Ｃは、図１２に示すように、読取ヘッド１１４ｒｈの検出する読取用マグネット１１４ｒｍの回転情報に基づいて駆動リンクプレート１１４Ｐの指２における基準位置Ｒからの中手指節間関節１１２(軸穴１１１ａ、１１４ａ)周りでの回転角１１２αを直接取得し、また、読取ヘッド１１１ｒｈの検出する読取用マグネット１１１ｒｍの回転情報に基づいて基節プレート１１１Ｐの指２における基準位置Ｒからの中手指節間関節１１２周りでの回転角１１２βを直接取得し、さらに、読取ヘッド１２１ｒｈが検出する読取用マグネット１２１ｒｍの回転情報に基づいて基節プレート１１１Ｐに対する中節プレート１２１Ｐの近位指節間関節１２２(軸穴１１１ｂ、１２１ａ)周りでの回転角１２２αを直接取得している。

これに対して、制御部１Ｃは、中節プレート１２１Ｐに対する末節プレート１３１Ｐの遠位指節間関節１３２(軸穴１２１ｂ、１３１ａ)周りにおける回転角１３２γを算出取得している。
具体的には、まず、この制御部１Ｃは、中手指節間関節１１２周りにおいて、駆動リンクプレート１１４Ｐの基準位置Ｒからの回転角１１２αを、基節プレート１１１Ｐの基準位置Ｒからの回転角１１２βから減算することにより、基節プレート１１１Ｐと駆動リンクプレート１１４Ｐとの間の回転角１１２γを算出取得する。

次いで、制御部１Ｃは、その基節プレート１１１Ｐと駆動リンクプレート１１４Ｐ(以下では、プレートという文言を省略する場合もある)との間の算出回転角１１２γと、基節１１１のリンク長(既定の基節プレート１１１Ｐの軸穴１１１ａ、１１１ｂ間距離、以下同様のため省略)と、駆動リンク１１４のリンク長とから、第１仮想リンク１１９(軸穴１１１ｂ、１１４ｂ間の線分Ｌ１)の長さを算出取得する。
次いで、制御部１Ｃは、算出した第１仮想リンク１１９の長さと、基節１１１のリンク長と、駆動リンク１１４のリンク長とから、その第１仮想リンク１１９と基節１１１との間の近位指節間関節１２２周りにおける回転角１２２βを算出取得する。

次いで、同様に、制御部１Ｃは、算出した第１仮想リンク１１９の長さと、基側中継リンク１１３のリンク長と、中間リンク板１２０における基側中間リンク１１５のリンク長とから、その第１仮想リンク１１９と基側中間リンク１１５との間の近位指節間関節１２２周りにおける回転角１２２γを算出取得する。
制御部１Ｃは、第１仮想リンク１１９と基節１１１との間の算出回転角１２２βと、その第１仮想リンク１１９と基側中間リンク１１５との間の算出回転角１２２γと、中間リンク板１２０の基側中間リンク１１５および末側中間リンク１２５の間の近位指節間関節１２２周りにおける固定角１２２δと、基節プレート１１１Ｐと中節プレート１２１Ｐの間の近位指節間関節１２２周りにおける検出回転角１２２αとから、中節１２１および末側中間リンク１２５の間の近位指節間関節１２２周りにおける回転角１２２εを算出取得する。

次いで、制御部１Ｃは、中節１２１および末側中間リンク１２５の間の算出回転角１２２εと、中節１２１のリンク長と、中間リンク板１２０における末側中間リンク１２５のリンク長とから、第２仮想リンク１２９(軸穴１２０ｃ、１２１ｂ間の線分Ｌ２)の長さを算出取得する。
制御部１Ｃは、算出した第２仮想リンク１２９の長さと、中節１２１のリンク長と、中間リンク板１２０における末側中間リンク１２５のリンク長とから、その第２仮想リンク１２９と中節１２１との間の遠位指節間関節１３２(軸穴１２１ｂ、１３１ａ)周りにおける回転角１３２αを算出取得する。

次いで、制御部１Ｃは、同様に、算出した第２仮想リンク１２９の長さと、末側中継リンク１２３のリンク長と、末節１３１のリンク長とから、その第２仮想リンク１２９と末節１３１との間の遠位指節間関節１３２周りにおける回転角１３２βを算出取得する。

次いで、制御部１Ｃは、第２仮想リンク１２９と中節１２１との間の算出回転角１３２αと、第２仮想リンク１２９と末節１３１との間の算出回転角１３２βと、末節プレート１３１Ｐの軸穴１３１ａから支持プレート１３１Ｓの他端側の軸穴１３１ｂまでのリンクとして機能する末節１３１およびその末節プレート１３１Ｐの軸穴１３１ａから指先フレーム１３１Ｆの他端側の指先１３９の先端１３９ｅまでの指先リンクの間の軸穴１３１ａ周りにおける固定角１３３αとからその指先リンクと中節１２１(中節プレート１２１Ｐ)の延長線１２１Ｅとの間の遠位指節間関節１３２における回転角１３２γを算出取得する。

このようにして、このロボットハンド１の制御部１Ｃは、読取用マグネット１１１ｒｍ、１１４ｒｍ、１２１ｒｍおよび読取ヘッド１１１ｒｈ、１１４ｒｈ、１２１ｒｈから、駆動リンク１１４の回転角１１２αや、基節１１１および中節１２１の回転角１１２β、１２２α(中手指節間関節１１２および近位指節間関節１２２の関節角)を直接検出取得するのに加えて、センサ素子を特に設置することなく、基側四節リンク機構１０３および末側四節リンク機構１０４の構成要素の寸法や角度等の幾何学的情報を用いて、遠位指節間関節１３２の関節角として、末節１３１と一体の指先１３９の回転角１３２γを算出取得することができる。すなわち、ロボットハンド１では、センサ素子の設置数を少なくして、コスト低減と共に、設置スペースを削減して小型化を図ることができる。

そして、このロボットハンド１の制御部１Ｃは、メモリ１Ｍ内の制御プログラムを実行して各種設定パラメータや各種センサ情報等に基づいてアクチュエータ１１の正逆駆動を制御することにより各種作業を最適条件で実行する。
ところで、指２は、作業対象のワークＷの存在しない無負荷時には、図８～図１０および図２０に示すように、中節１２１が基節１１１に対して、末節１３１(指先１３９)がその中節１２１に対して、捻りバネ１４１、１４２の弾性力により付勢されている。このため、基節１１１、中節１２１および末節１３１は、ほぼ直線的に延伸する姿勢にされて基側四節リンク機構１０３および末側四節リンク機構１０４の形状が維持される。

また、このロボットハンド１は、基節１１１、中節１２１および末節１３１のいずれにも負荷が加えられることなく、各指２Ａ～２Ｃの指先１３９が掌面１０６の中央付近の仮想鉛直平面１０６Ｖ(図２１を参照)に接近して、その仮想鉛直平面１０６Ｖを挟んで交互の隣接位置で向かい合う際に、その仮想鉛直平面１０６Ｖに指先１３９の指腹１３９ｓが全面接触する姿勢を取るように設定されている。
これにより、ロボットハンド１は、アクチュエータ１１が正逆駆動されてウォームホイール２７と円筒ウォーム２６との噛合位置に応じて駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心に駆動回転されることにより、指２Ａ～２Ｃが機能する。このロボットハンド１は、指２Ａ～２Ｃの指先１３９が大きく互いに離間する姿勢から始動し、その指先１３９が互いに接近する方向に動作されることによって、基節１１１、中節１２１および末節１３１が中手指節間関節１１２、近位指節間関節１２２および遠位指節間関節１３２で適宜に屈曲して作業対象のワークＷを把持する作業などを実行することができる。

以下、実施例２により、様々な形状のワークＷ２を把持する際の動作を説明する。
例えば、指２は、作業対象のワークＷ２が円柱形状の対象物(図４６(ａ)参照)を把持する際には、図２２～図２５に図示するように、動作する。
まず、作業対象のワークＷ２が掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂ間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド１を駆動させることにより、図２２に示すように、指２Ａ～２Ｃの全体で把持することになる。この場合、指２Ａ～２Ｃは、図２０に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先１３９同士が互いに接近する方向に、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。すると、指２Ａ～２Ｃは、掌面１０６の中央付近に位置するワークＷ２に、基節１１１と、中節１２１と、末節１３１の指先１３９とが順次に突き当たってそれ以上の回転が制限されることにより把持することになる。

なお、このワークＷ２は円柱形状で指２Ａ～２Ｃが同時に同様に動作して把持する作業を行うことため、以下では、指２Ａに関して図面を用いてその動作を説明する。
まず、ロボットハンド１の指２Ａは、図２０に示す無負荷の待機状態からアクチュエータ１１の駆動力により円筒ウォーム２６が回転されてウォームホイール２７との噛合位置が変動するのに連れて、駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心に回転することによって、図２３に示すように、基節１１１がワークＷ２に突き当たってそれ以上の回転が制限される。そのまま、指２Ａは、その駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心にさらに回転されることによって、基側四節リンク機構１０３が変形されつつ、図２４に示すように、基側中継リンク１１３が指先１３９側にスライドされて、中間リンク板１２０(基側中間リンク１１５と末側中間リンク１２５)と中節１２１が捻りバネ１４１の弾性力に抗して近位指節間関節１２２を中心に回転される。すると、指２Ａは、末側四節リンク機構１０４の形状を維持したまま、その中節１２１がワークＷ２に突き当たってそれ以上の回転が制限される。このとき、中間リンク板１２０(基側中間リンク１１５と末側中間リンク１２５)と中節１２１が近位指節間関節１２２を中心に限界まで回転された後には、その中節１２１がワークＷ２に突き当たる前でも、後述するように、末側中継リンク１２３のスライドと共に、捻りバネ１４２の弾性力に抗する末節１３１の相対回転が開始されることになる。

このロボットハンド１は、中節１２１がワークＷ２に突き当たるなどした後にも、駆動リンク１１４や中間リンク板１２０が中手指節間関節１１２や近位指節間関節１２２を中心に回転することによって、図２５に示すように、中節１２１の回転制限に伴って末側中継リンク１２３が指先１３９側にスライドされる。この後に、指２Ａは、末節１３１が捻りバネ１４２の弾性力に抗して遠位指節間関節１３２を中心に回転されて、末側四節リンク機構１０４が変形されつつ、指先１３９がその遠位指節間関節１３２を中心に回転されることにより、その指先１３９の指腹１３９ｓをワークＷ２に突き当てた状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。

このように、本実施例の指２Ａ～２Ｃを搭載するロボットハンド１にあっては、１つのアクチュエータ１１の駆動力によって基節１１１、中節１２１および末節１３１を作業対象のワークＷ２の円柱形状に応じて順次に回転させることができ、末節１３１の指先１３９までをワークＷ２の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ２(円柱形状対象物)を最適状態で把持することができる。

また、例えば、図２１に戻って、作業対象のワークＷがシート状の場合には、掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂ間の中央付近の仮想鉛直平面１０６Ｖに一致させるようにそのワークＷを保持してロボットハンド１を駆動させることにより、指２Ａ～２Ｃは、図２０に示す指の無負荷姿勢のまま、上述するように、指先１３９同士が互いに接近する方向に、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転される。すると、その指２Ａ～２Ｃは、その仮想鉛直平面１０６Ｖに位置するシート状のワークＷに指先１３９の指腹１３９ｓを全面接触させる状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。すなわち、ロボットハンド１は、指２の指先１３９でシート状のワークＷを挟んで把持することができる。

また、例えば、指２は、作業対象のワークＷ３が円錐形状の対象物(図４６(ｂ)参照)を把持する際には、図２６～図３１に図示するように、動作する。
まず、作業対象のワークＷ３が掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂ間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド１を駆動させることにより、図２６に示すように、指２Ａ～２Ｃの全体で把持することになる。この場合、指２Ａ～２Ｃは、図２０に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先１３９同士が互いに接近する方向に、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。すると、指２Ａ～２Ｃは、掌面１０６の中央付近に位置するワークＷ３に、異なる姿勢で(各指２の中手指節間関節１１２の関節角、近位指節間関節１２２の関節角、遠位指節間関節１３２の関節角が異なる状態で)、各指２の基節１１１と、中節１２１と、末節１３１の指先１３９とが順次に突き当たってそれ以上の回転が制限されることにより把持することになる。

なお、このワークＷ３は円錐形状で指２Ａ～２Ｃが異なる姿勢で動作して把持する作業を行うことになるが、指２の基節１１１、中節１２１および末節１３１を作業対象のワークＷの形状に応じて順次に回転させ、末節１３１の指先１３９までをワークＷの外面に馴染むように沿わさせる動作原理に関しては、ワークＷ２(円柱形状対象物、図４６(ａ)参照)の時と変わりないので、説明は省略する。

本発明の実施例２では、前述のように、アクチュエータ１１の駆動力が駆動リンク１１４(駆動リンクプレート１１４Ｐ)まで駆動伝達される経路は、指２Ａ、２Ｂ、２Ｃで、別経路で伝達されている。また、指２Ｂと指２Ｃの駆動伝達経路には、差動装置４１が介在するため、各指を駆動する駆動リンク１１４(駆動リンクプレート１１４Ｐ)の回転角［１１２α］が異なる角度となりながら作業が実行できる構成になっている。そのため、図２７～図３１に破線で示すように各指の駆動リンク(１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ)の姿勢が異なる姿勢をとるとともに、指２Ａ～２Ｃが異なる姿勢で動作してワークＷ３を把持することができる。

円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)の把持状態の姿勢を示す図２６～図３１を用いて、より詳細に説明する。
図２６はその斜視図で、図２７はその側面図である。図２８は、図２７とは逆方向から見た円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)の把持状態の姿勢を示す側面図である。図２９～図３１は、図２８に示す側面図において、手前の指(２Ｂ)とワークＷ３(対象物Ｗ３)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図、中央の指(２Ａ)とワークＷ３(対象物Ｗ３)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図、奥の指(２Ｃ)とワークＷ３(対象物Ｗ３)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図である。

図２９は、手前の指(２Ｂ)の基節１１１Ｂが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し、続く中節１２１Ｂが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し、続く指先１３９Ｂが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図２９に示すように、手前の指(２Ｂ)においては、その基節１１１Ｂ、中節１２１Ｂおよび末節１３１Ｂ(指先１３９Ｂ)までをワークＷ３の一端側付近の太い径部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ３(円錐形状対象物、図４６(ｂ)参照)を最適状態で把持することができる。

また、図３０は、中央の指(２Ａ)の基節１１１Ａが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し、続く中節１２１Ａが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し、続く指先１３９Ａが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図３０に示すように、中央の指(２Ａ)においても、その基節１１１Ａ、中節１２１Ａおよび末節１３１Ａ(指先１３９Ａ)までをワークＷ３の中間付近の中程度の太さの部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ３(円錐形状対象物、図４６(ｂ)参照)を最適状態で把持することができる。

加えて、図３１は、奥の指(２Ｃ)の基節１１１Ｃが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し、続く中節１２１Ｃが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し、続く指先１３９Ｃが円錐形状のワークＷ３(対象物Ｗ３)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図示のとおり、奥の指(２Ｃ)においても、その基節１１１Ｃ、中節１２１Ｃおよび末節１３１Ｃ(指先１３９Ｃ)までをワークＷ３の他端側付近の細い径部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ３(円錐形状対象物、図４６(ｂ)参照)を最適状態で把持することができる。

このように、本実施例の指２Ａ～２Ｃを搭載するロボットハンド１にあっては、１つのアクチュエータ１１の駆動力を各指２まで伝達駆動するとともに、指２Ｂと指２Ｃの駆動伝達経路に差動装置４１を介在させたことによって、円錐形状を有するワークＷに対しても、各指の基節１１１、中節１２１および末節１３１を、各指が接触する作業対象のワークＷ３の形状に応じて順次に回転させることができ、各指の末節１３１の指先１３９までをワークＷ３の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ３(円錐形状対象物、図４６(ｂ)参照)を最適状態で把持することができる。

なお、アクチュエータ１１を駆動し把持したワークＷを放す際は、把持時にワークＷの外面に馴染んだ節の順番とは逆に、節がワークから離れていく。具体的には、先ず指先１３９(末節１３１)がワークＷから離れ、次に中節１２１がワークＷから離れ、最後に基節１１１がワークＷから離れ、そして基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。

ワークＷ３(円錐形状対象物、図４６(ｂ)参照)などを把持し、指２Ａ～２Ｃが異なる姿勢で把持したワークＷを放す場合は、直線的な延伸姿勢の指２Ａ～２Ｃの姿勢が一致しないで動作することがある。例えば、直線的な延伸姿勢の指２Ｂが直線的な延伸姿勢の指２Ａから離れているにも関わらず、直線的な延伸姿勢の指２Ｃが直線的な延伸姿勢の指２Ａに近い位置になる姿勢になることがある。そのような場合においても、指２Ａと指２Ｂ(２Ｃ)が互いに遠ざかる(指が開く)方向にアクチュエータ１１を駆動することで、直線的な延伸姿勢の指２の姿勢が揃う構成を採用している。

具体的には、図１６に示すように、駆動リンク１１４には、過度の回転を制限するストッパとして機能する突き当て面１１４ｔ１が配置されている。この突き当て面１１４ｔ１は、駆動リンクプレート１１４Ｐの軸穴１１４ａ(中手指節間関節１１２の軸)から少し離隔する側面の基側四節リンク機構１０３の外側に略角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。また、突き当て面１０６ｔ１は、図８、図２２、図２６に示すように、中手指節間関節１１２の軸から少した隔離された掌１０６の面上に、駆動リンクプレート１１４Ｐの突き当て面１１４ｔ１に対面する対向面に形成されて、その突き当て面１１４ｔ１に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。

指２Ｂの突き当て面１１４ｔ１Ｂと突き当て面１０６ｔ１Ｂの突き当りが、指２Ｃの突き当て面１１４ｔ１Ｃと突き当て面１０６ｔ１Ｃの突き当りよりも先に起きた場合には、差動装置４１のサイドシャフト５１の回転運動が停止する。サイドシャフト５１の回転運動が停止したことにより、指２Ｂの駆動も停止する。また、サイドシャフト５１の回転運動が停止したことにより、サイドシャフト６１はディファレンシャルケース４２の回転運動の２倍の速さで回転運動をし、指２Ｃの突き当て面１１４ｔ１Ｃと突き当て面１０６ｔ１Ｃの突き当った時に、指２Ｃの駆動も停止する。
この停止と同時に、指２Ａの突き当て面１１４ｔ１Ａと突き当て面１０６ｔ１Ａの突き当りも起き、指２Ａの駆動も停止する。

この逆で、指２Ｃの突き当て面１１４ｔ１Ｃと突き当て面１０６ｔ１Ｃの突き当りが、指２Ｂの突き当て面１１４ｔ１Ｂと突き当て面１０６ｔ１Ｂの突き当りよりも先に起きた場合には、差動装置４１のサイドシャフト６１の回転運動が停止する。サイドシャフト６１の回転運動が停止したことにより、指２Ｃの駆動も停止する。また、サイドシャフト６１の回転運動が停止したことにより、サイドシャフト５１はディファレンシャルケース４２の回転運動の２倍の速さで回転運動をし、指２Ｂの突き当て面１１４ｔ１Ｂと突き当て面１０６ｔ１Ｂの突き当った時に、指２Ｂの駆動も停止する。
この停止と同時に、指２Ａの突き当て面１１４ｔ１Ａと突き当て面１０６ｔ１Ａの突き当りも起き、指２Ａの駆動も停止する。
このような構成により、ワークＷを放し再度把持する場合においても、図２０に示すような指２が直線的な延伸姿勢から把持を再開することができる。

本実施例２のロボットハンド１では、図９～図１１に示すように、１つのアクチュエータ１１の駆動力を、指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)を駆動する駆動リンク１１４(１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ)まで駆動伝達する経路に、円筒ウォーム２６(２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ)とウォームホイール２７(２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ)を用いている。この円筒ウォーム２６(２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ)とウォームホイール２７(２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ)により、セルフロック機構付伝達装置２５(２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ)を構成している。このセルフロック機構付伝達装置は、実施例１のセルフロック機構付伝達装置２１(２１Ａ、２１Ｂ)で説明したように、入力側から出力軸に駆動力を伝達できるが、出力軸に作用する外力や負荷力が入力軸に伝達されない機能を備えている。
なお、本実施例２では、円筒ウォーム２６とウォームホイール２７より構成されるセルフロック機構付伝達装置２５を用いているが、本実施例１で用いたねじ軸２２とねじナット２３から構成されるセルフロック機構付伝達装置２１を実施例２に用いている構成でもよい。

対象物Ｗ(Ｗ２、Ｗ３)をロボットハンド１で把持して高速に対象物Ｗを高速に搬送する作業(目的の位置で急減速する作業)時では、停止時に対象物Ｗには慣性力が作用し、この慣性力がロボットハンド１への外力となる。また、重心位置が不定の対象物(例えば、容器に液体と空気が入った対象物で、液体が動くと重心位置が変わる対象物)や動体(例えば、動物)を把持する作業時でも、重心位置が動くことによる外力が、ロボットハンド１に作用する。
実施例２では、差動装置４１よりも出力側(指２がある側)に、セルフロック機構付伝達装置２５Ｂ、２５Ｃを設けたことにより、ロボットハンド１に外力が作用しても、サイドシャフト５１、６１に差動運動が発生することはなく、指２Ｂと指２Ｃで確実な把持が実現される。また、セルフロック機構付伝達装置２５Ａを設けたことにより、ロボットハンド１に外力が作用しても、指２Ａで確実な把持が実現される。

加えて、ロボットハンド１の制御部１Ｃは、図１１で説明したように、読取ヘッド１１４ｒｈの検出する読取用マグネット１１４ｒｍの回転情報に基づいて駆動リンクプレート１１４Ｐの指２における基準位置Ｒからの中手指節間関節１１２(軸穴１１１ａ、１１４ａ)周りでの回転角１１２α、読取ヘッド１１１ｒｈの検出する読取用マグネット１１１ｒｍの回転情報に基づいて基節プレート１１１Ｐの指２における基準位置Ｒからの中手指節間関節１１２周りでの回転角１１２β、読取ヘッド１２１ｒｈが検出する読取用マグネット１２１ｒｍの回転情報に基づいて基節プレート１１１Ｐに対する中節プレート１２１Ｐの近位指節間関節１２２(軸穴１１１ｂ、１２１ａ)周りでの回転角１２２αを直接取得し、また、中節プレート１２１Ｐに対する末節プレート１３１Ｐの遠位指節間関節１３２(軸穴１２１ｂ、１３１ａ)周りにおける回転角１３２γを算出取得している。
また、制御部１Ｃは、取得したこれらの回転角情報、ならびに、基側四節リンク機構１０３および末側四節リンク機構１０４の構成要素の寸法や角度等の幾何学的情報を用いて、各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の指の姿勢を取得している。
加えて、制御部１Ｃは、検出取得した各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の指の姿勢より、ワークの把持状況を判断している。

具体的には、制御部１Ｃからの指令で、アクチュエータ１１を駆動しているにも関わらず、各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の姿勢が変化しない場合は、「対象物把持の可能性有」と判断している。メモリ１Ｍ内に予め設定している把持対象物情報(ワークＷの形状、ワークＷを想定通り把持した時の指２の想定姿勢)と取得情報を比較参照し、ワークＷの把持状況判断をしている。
例えば、制御部１Ｃの指令により、ワークＷ３(円錐形状対象物)を把持する作業を実現する場合、メモリ１Ｍ内に、ワークＷ３(円錐形状対象物)を把持した際の各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の想定姿勢を格納しておく。そして、検出取得した各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の姿勢とメモリ１Ｍ内に予め設定した想定姿勢を比較し、その比較結果が一致すれば、制御部１ＣはワークＷ３(円錐形状対象物)を把持している(図２６に示す状況で把持している)と判断する。
比較結果が一致しない場合は、制御部１ＣはワークＷ３(円錐形状対象物)を把持していない(図２２に示す把持状況など、図２６に示す把持状況ではない)と判断し、把持作業をやり直す。

加えて、実施例２のロボットハンド１の制御部１Ｃは、図１１に示すようにアクチュエータ１１の駆動出力軸の回転角を検出するエンコーダ１１Ｅが接続されている。このエンコーダ１１Ｅの情報、読取ヘッド１１４ｒｈ(１１４ｒｈＡ、１１４ｒｈＢ、１１４ｒｈＣ)の検出する読取用マグネット１１４ｒｍ(１１４ｒｍＡ、１１４ｒｍＢ、１１４ｒｍＣ)の回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート１１４Ｐ(１１４ＰＡ、１１４ＰＢ、１１４ＰＣ)の中手指節間関節１１２(１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ)周りでの回転角１１２α(１１２αＡ、１１２αＢ、１１２αＣ)の情報より、ロボットハンド１の駆動機構のシステム検証をしている。

具体的には、制御部１Ｃは、エンコーダ１１Ｅの情報に基づき、伝達装置１１Ｔの減速比、駆動プーリ３１Ｐと伝達ベルト３２と従動プーリ３３Ｐで構成されるベルト伝達機構の減速比、駆動ギア３４Ｇと伝達ギア３６Ｇで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、ディファレンシャルケース４２の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、４２ｒ１と定義する。
制御部１Ｃは、指２Ａの読取ヘッド１１４ｒｈＡの検出する読取用マグネット１１４ｒｍＡの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート１１４ＰＡの中手指節間関節１１２Ａ周りでの回転角１１２αＡの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置２５Ａの減速比、駆動ギア３４Ｇと伝達ギア３６Ｇで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、ディファレンシャルケース４２の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、４２ｒ２と定義する。

制御部１Ｃは、また、指２Ｂの読取ヘッド１１４ｒｈＢの検出する読取用マグネット１１４ｒｍＢの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート１１４ＰＢの中手指節間関節１１２Ｂ周りでの回転角１１２αＢの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置２５Ｂの減速比、駆動プーリ５１Ｐと伝達ベルト５２と従動プーリ５３Ｐで構成されるベルト伝達機構の減速比を考慮し、サイドギア５１の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、５１ｒ３と定義する。

さらに、制御部１Ｃは、指２Ｃの読取ヘッド１１４ｒｈＣの検出する読取用マグネット１１４ｒｍＣの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート１１４ＰＣの中手指節間関節１１２Ｃ周りでの回転角１１２αＣの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置２５Ｃの減速比、駆動プーリ６１Ｐと伝達ベルト６２と従動プーリ６３Ｐで構成されるベルト伝達機構の減速比を考慮し、サイドギア６１の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、６１ｒ３と定義する。

また、制御部１Ｃは、検出したサイドギア５１の回転角５１ｒ３と検出したサイドギア６１の回転角６１ｒ３に基づき、式(２)のようにその平均値を算出し、ディファレンシャルケース４２の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、４２ｒ３と定義する。
ディファレンシャルケース４２の回転角４２ｒ３
＝(サイドシャフト５１の回転角＋サイドシャフト６１の回転角)÷２・・・(２)

制御部１Ｃは、３方式で検出したディファレンシャルケース４２の回転角(４２ｒ１、４２ｒ２、４２ｒ３)の値を比較し、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)に基づいて全て等しければ、ロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していると判断する。
しかしながら、３方式で検出したディファレンシャルケース４２の回転角(４２ｒ１、４２ｒ２、４２ｒ３)の値を比較し、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)を考慮しても等しくなければ、ロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。

例えば、４２ｒ２の値と４２ｒ３の値が等しく、４２ｒ１の値だけが異なる結果の場合は、伝達装置１１Ｔのガタやギア歯摩耗による歯飛び、駆動プーリ３１Ｐと伝達ベルト３２と従動プーリ３３Ｐによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、回転角センサ(１１Ｅ)の取付緩みや故障などが発生し、ロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。
例えば、４２ｒ１の値と４２ｒ３の値が等しく、４２ｒ２の値だけが異なる結果の場合は、セルフロック機構付伝達装置２５Ａのガタやギア歯摩耗による歯飛び、回転角センサ(１１４ｒｈＡ、１１４ｒｍＡ)の取付緩みや故障などが発生し、ロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。

一方、４２ｒ１の値と４２ｒ２の値が等しく、４２ｒ３の値だけが異なる結果の場合は、セルフロック機構付伝達装置２５Ｂ、２５Ｃや差動装置４１や駆動ギア３４Ｇと従動ギア３６Ｇで構成される歯車伝達装置のガタやギア歯摩耗のガタやギア摩擦摩耗による歯飛び、駆動プーリ５１Ｐと伝達ベルト５２と従動プーリ５３Ｐによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、駆動プーリ６１Ｐと伝達ベルト６２と従動プーリ６３Ｐによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、回転角センサ(１１４ｒｈＢ、１１４ｒｍＢ、１１４ｒｈＣ、１１４ｒｍＣ)の取付緩みや故障などが発生し、ロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。

加えて、ロボットハンド１の制御部１Ｃは、図１１で説明したように、読取ヘッド１１１ｒｈの検出する読取用マグネット１１１ｒｍの回転情報に基づいて基節プレート１１１Ｐの指２における基準位置Ｒからの中手指節間関節１１２周りでの回転角１１２β、読取ヘッド１２１ｒｈが検出する読取用マグネット１２１ｒｍの回転情報に基づいて基節プレート１１１Ｐに対する中節プレート１２１Ｐの近位指節間関節１２２(軸穴１１１ｂ、１２１ａ)周りでの回転角１２２αを直接取得し、また、中節プレート１２１Ｐに対する末節プレート１３１Ｐの遠位指節間関節１３２(軸穴１２１ｂ、１３１ａ)周りにおける回転角１３２γを算出取得している。すなわち、複数の関節を備えた指２の中手指節間関節１１２、近位指節間関節１２２、遠位指節間関節１３２の関節角を取得している。
指２を構成する基側四節リンク機構１０３のガタ、末側四節リンク機構１０４のガタ、回転角センサ(１１１ｒｈＡ、１１１ｒｍＡ、１２１ｒｈＡ、１２１ｒｍＡ、１１１ｒｈＢ、１１１ｒｍＢ、１２１ｒｈＢ、１２１ｒｍＢ、１１１ｒｈＣ、１１１ｒｍＣ、１２１ｒｈＣ、１２１ｒｍＣ)の取付緩みや故障などが発生すると、対象物の寸法情報(幾何学的関係)が予め分かっている既知対象物を想定どおりに把持させた場合においても、検出取得した各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の姿勢とメモリ１Ｍ内に予め設定した想定姿勢が一致しなくなる。
このような場合も、制御部１Ｃはロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していていないと判断する。

以上のように、本実施例２のロボットハンド１は、１つのアクチュエータ１１の駆動力を伝達することで、各々が複数の節とこれらを連結する複数の関節を備えた３本の指により物品を把持させる駆動機構を有している。駆動機構は、アクチュエータ１１から伝達される駆動力を振り分ける差動装置４１を含み、アクチュエータ１１と各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を備えている。また、ロボットハンド１は、３本の指それぞれに対応づけられ、複数の関節の関節角を検出する３つの関節角センサと、アクチュエータ１１の出力軸の回転角に対応する入力回転角を検出するモータ軸センサ(エンコーダ１１Ｅ)と、を有している。さらに、ロボットハンド１は、３つの関節角センサと、モータ軸センサと、各部の寸法情報(幾何学的関係)と、駆動力伝達装置の減速比に基づいて、駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定する制御部１Ｃを有している。３本の指は、ロボットハンド１の本体における掌面(１０６)の一端側の中央に配置された第１指(２Ａ)と、掌面の他端側に間隔を開けて配置された第２指(２Ｂ)と第３指(２Ｃ)により構成されている。そして、制御部１Ｃは、モータ軸センサによる検出値を用いる方式、第１指に対応づけられた関節角センサによる検出値を用いる方式、及び第２指と第３指とのそれぞれに対応づけられた関節角センサによる検出値を用いる方式の各々により、入力回転角に対応する回転角の値を求め、求めた３つの値に基づいて駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定するものである。すなわち、本実施例２のロボットハンド１は、制御部１Ｃが、種々のセンサそれぞれの検出値から導出される値に基づき、駆動機構が正常に稼働しているか否かの判定を行うため、駆動機構の異常の発生を精度よく検知し、故障等のトラブルを未然に防止することができる。

［実施例３］
図３２～図３４は、実施例３に基づくロボットハンド１を示す図である。実施例２と比較して使用する差動装置４１’が相違している。
具体的には、実施例３で用いている差動装置４１’は、実施例２の差動装置４１の構成に、捻りバネ４６、４７を付加し、実施例２における差動装置４１の差動動作に制限を持たせている。
本実施例３のロボットハンド１で、ワークＷを把持する作業を行う際、指２の基節１１１、中節１２１および末節１３１を作業対象のワークＷの形状に応じて順次に回転させ、末節１３１の指先１３９までをワークＷの外面に馴染むように把持する動作が実現される点や、その動作原理や動作挙動に関しては、実施例２と同様であるので、説明は省略する。

実施例３で用いている差動装置４１’は、ディファレンシャルケース４２に対するサイドシャフト５１、６１の相対姿勢が後述する初期姿勢(両サイドシャフト５１、６１に負荷が作用していない時にある状態の姿勢)に維持されるように構成されている。
具体的には、図３２～図３４に示すように、捻りバネ４６、４７がサイドシャフト５１、６１のそれぞれの周りに位置するように設置されている。また、捻りバネ４６は、一端がディファレンシャルケース４２に固定され、他端がサイドシャフト５１に固定されている。更に、捻りバネ４７は、一端がディファレンシャルケース４２に固定され、他端がサイドシャフト６１に固定されている。すなわち、捻りバネ４６、４７は、ディファレンシャルケース４２とサイドシャフト５１、６１の相対運動差により捻じれ量が変化するように配置している。

また、両ディファレンシャルシャフト５１、６１に負荷が作用していない時は、捻りバネ４６、４７が互いに自然状態に戻ろうとする力が均衡する姿勢(初期姿勢)に維持されるように構成されている。
このような構成にすることで、実施例３の差動装置４１’では、サイドシャフト５１とサイドシャフト６１の間に差動運動を生成させつつも、差動動作に制限を持たせ、ディファレンシャルケース４２に対するサイドシャフト５１、６１の相対姿勢が初期姿勢に維持されるようになっている。

差動装置４１の差動動作に制限を持たせた差動装置４１’を用いたことで、ワークＷを放す際の挙動が、実施例２の挙動と一部相違している。
すなわち、アクチュエータ１１を駆動し把持したワークＷを放す際、把持時にワークＷの外面に馴染んだ節の順番とは逆に、節がワークから離れていく点は、実施例２と同じである。また、先ず指先１３９(末節１３１)がワークＷから離れ、次に中節１２１がワークＷから離れ、最後に基節１１１がワークＷから離れ、そして基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される点も同じである。
しかし、指２Ａ、指２Ｂ、指２Ｃが全て直線的な延伸姿勢でその姿勢が揃うタイミングで実施例２とは相違する。

実施例２では、先述のように各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の突き当て面１１４ｔ１(１１４ｔ１Ａ、１１４ｔ１Ｂ、１１４ｔ１Ｃ)と突き当て面１０６ｔ１(１０６ｔ１Ａ、１０６ｔ１Ｂ、１０６ｔ１Ｃ)の突き当たりが全て突き当たった時点で、指２Ａ、指２Ｂ、指２Ｃが全て直線的な延伸姿勢でその姿勢が揃う。
これに対し、実施例３では、差動装置４１の差動動作に制限を持たせた差動装置４１’を用いたことで、全ての指２の節がワークＷから離れた時点で、指２Ａ、指２Ｂ、指２Ｃが全て直線的な延伸姿勢でその姿勢が揃う。揃った後も、更にアクチュエータ１１を指２が開くように駆動すると、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転が継続される。各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の突き当て面１１４ｔ１(１１４ｔ１Ａ、１１４ｔ１Ｂ、１１４ｔ１Ｃ)と突き当て面１０６ｔ１(１０６ｔ１Ａ、１０６ｔ１Ｂ、１０６ｔ１Ｃ)の突き当たりが同時に起き、指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の駆動も停止する。

実施例３のロボットハンド１においても、実施例２と同様に、１つのアクチュエータ１１の駆動力を、指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)を駆動する駆動リンク１１４(１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ)まで駆動伝達する経路に、円筒ウォーム２６(２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ)とウォームホイール２７(２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ)を用いている。この円筒ウォーム２６(２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ)とウォームホイール２７(２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ)により、セルフロック機構付伝達装置２５(２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ)を構成している。
このように、実施例３では、実施例２と同様、差動装置４１よりも出力側(指２がある側)に、セルフロック機構付伝達装置２５Ｂ、２５Ｃを設けたことにより、ロボットハンド１に外力が作用しても、サイドシャフト５１、６１に差動運動が発生することはなく、指２Ｂと指２Ｃで確実な把持が実現される。また、セルフロック機構付伝達装置２５Ａを設けたことにより、ロボットハンド１に外力が作用しても、指２Ａで確実な把持が実現される。
なお、実施例３のワークＷの把持状況判断ならびに駆動機構のシステム検証に関しても、実施例２と同様であり、説明を省略する。

［実施例４］
図３５～図４３は、本発明の実施例４に基づくロボットハンド１を示す図である。実施例４と実施例２と比較すると、差動装置を複数設ける点で相違する。実施例２では、差動装置４１の１台の差動装置を用いているのに対し、実施例４では、差動装置４１と差動装置７１の２台の差動装置を用いている。
実施例４で用いている差動装置４１と差動装置７１、ならびに実施例２で用いている差動装置４１は、サイドシャフト５１、６１の長さに相違はあるものの、ほぼ同様の構成であり、差動装置４１、７１に関する説明は省略する。

また、実施例４のロボットハンド１においても、ワークＷを把持する作業を行う際、指２の基節１１１、中節１２１および末節１３１を作業対象のワークＷの形状に応じて順次に回転させ、末節１３１の指先１３９までをワークＷの外面に馴染むように把持する動作が実現される点や、その動作原理や動作挙動に関しては、実施例２と同様であり、説明は省略する。
実施例４の構成概略は、図３５～図３７に示すように、アクチュエータ１１の駆動力が、伝達シャフト１５７ならびに差動装置４１まで駆動伝達される経路に、差動装置７１が介在されている。

また、実施例４では、採用している差動装置の台数は、１つのアクチュエータ１１で駆動する指２の本数：３(本)よりも１つ少ない数：２(台)としている。
このような構成を採用することで、指２Ａの駆動伝達経路には差動装置７１が介在し、指２Ｂと指２Ｃの駆動伝達経路には差動装置４１、７１が介在するため、各指を駆動する駆動リンク１１４(駆動リンクプレート１１４Ｐ)の回転角［１１２α］をアクチュエータ１１の出力回転角とは完全に独立して回転駆動しながら作業が実行できる構成になっている。
すなわち、各指を駆動する駆動リンク１１４(駆動リンクプレート１１４Ｐ)の回転角［１１２α］が、全ての指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)に関して、アクチュエータ１１の出力回転角の関数で一義的に定められることがないようにしている。

以下、実施例２の駆動伝達経路と比較した相違点を中心に実施例４を説明する。
アクチュエータ１１は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置１１Ｔを介して伝達シャフト３１を回転駆動させることにより駆動力を出力するようになっており、その伝達シャフト３１の先端に、駆動ギア３１Ｇが同軸上で一体回転するように固定されている。従動ギア３３Ｇは、駆動ギア３１Ｇに噛み合う位置に配置されて従動回転されるように掌１０５の内部に回転自在に支持されている。
従動ギア３３Ｇは、差動装置７１を構成するリングギアの役割をなすようにディファレンシャルケース７２が同軸に一体回転するように固定されている。これにより、アクチュエータ１１の駆動力がディファレンシャルケース７２に伝達されるようになっている。

差動装置７１は、ディファレンシャルケース７２、その内部に配置された図示しないピニオンギア、同じく図示しないサイドギア、サイドシャフト８１、９１から構成されている。また、差動装置７１は、アクチュエータ１１の駆動力が伝達された際に駆動回転されるように、ロボットハンド１の図示しないフレームに対して、掌１０５の内部で、軸方向には不動で自由回転可能に軸支されている。
サイドシャフト８１の先端には、駆動ギア８１Ｇが同軸上で一体回転するように固定されている。従動ギア８３Ｇは、駆動ギア８１Ｇに噛み合う位置に配置されて従動回転されるように掌１０５の内部に回転自在に支持され、この従動ギア８３Ｇは、軸心に伝達シャフト１５７が同軸に一体回転するように固定されている。
この伝達シャフト１５７の反対側端部には、円筒ウォーム２６Ａが同軸に一体回転するように固定されている。この円筒ウォーム２６Ａには、一端側の軸穴１１４ａＡに連結シャフト１１４ＳＡが差し込まれている駆動リンクプレート１１４ＰＡのウォームホイール２７Ａが噛み合って正逆回転されるようになっている。

これにより、指２Ａの中手指節間関節１１２Ａでは、アクチュエータ１１の駆動力が駆動ギア３１Ｇと従動ギア３３Ｇからなる歯車伝達機構に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が差動装置７１のサイドシャフト８１に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動ギア８１Ｇと従動ギア８３Ｇからなる歯車伝達機構を介して伝達シャフト１５７に駆動伝達され、更には円筒ウォーム２６Ａおよびウォームホイール２７Ａを介して減速伝達されて駆動リンクプレート１１４ＰＡが正逆回転される。
すなわち、指２Ａの駆動に関しては、伝達シャフト３１、１５７、円筒ウォーム２６Ａ、ウォームホイール２７Ａ、駆動ギア３１Ｇ、８１Ｇ、従動ギア３３Ｇ、８３Ｇ、差動装置７１、およびサイドシャフト８１がアクチュエータ１１の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。

サイドシャフト９１の先端には、駆動ギア９１Ｇが同軸上で一体回転するように固定されている。中間ギア９２Ｇは、駆動ギア９１Ｇと従動ギア９３Ｇに噛み合う位置に配置されて従動回転されるように掌１０５の内部に回転自在に支持されている。中間ギア９２と噛み合う従動ギア９３Ｇは、結果、駆動ギア９１Ｇにより従動回転されるように掌１０５の内部に回転自在に支持され、この従動ギア９３Ｇは、軸心に差動装置４１のディファレンシャルケース４２が同軸に一体回転するように固定されている。
差動装置４１のサイドシャフト５１、６１から、指２Ｂ、２Ｃを駆動する駆動リンク１１４Ｂ、１１４Ｃ(駆動リンクプレート１１４ＰＢ、１１４ＰＣ)までの駆動伝達経路は、実施例２と同じである。

これにより、指２Ｂの中手指節間関節１１２Ｂでは、アクチュエータ１１の駆動力が駆動ギア３１Ｇと従動ギア３３Ｇからなる歯車伝達機構に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が差動装置７１のサイドシャフト９１に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動ギア９１Ｇと中間ギア９２Ｇと従動ギア９３Ｇからなる歯車伝達機構を介して差動装置４１のサイドシャフト５１に駆動伝達される。伝達された駆動力が駆動プーリ５１Ｐと伝達ベルト５２と従動プーリ５３Ｐからなるベルト伝達機構を介して伝達シャフト１７７に駆動伝達され、更には円筒ウォーム２６Ｂおよびウォームホイール２７Ｂを介して減速伝達されて駆動リンクプレート１１４ＰＢが正逆回転される。
すなわち、指２Ｂの駆動に関しては、伝達シャフト３１、１７７、円筒ウォーム２６Ｂ、ウォームホイール２７Ｂ、駆動プーリ５１Ｐ、従動プーリ５３Ｐ、伝達ベルト５２、駆動ギア３１Ｇ、９１Ｇ、従動ギア３３Ｇ、９３Ｇ、中間ギア９２Ｇ、差動装置４１、７１およびサイドシャフト５１、９１がアクチュエータ１１の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。

また、指２Ｃの中手指節間関節１１２Ｃでは、アクチュエータ１１の駆動力が駆動ギア３１Ｇと従動ギア３３Ｇからなる歯車伝達機構に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が差動装置７１のサイドシャフト９１に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動ギア９１Ｇと中間ギア９２Ｇと従動ギア９３Ｇからなる歯車伝達機構を介して差動装置４１のサイドシャフト６１に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動プーリ６１Ｐと伝達ベルト６２と従動プーリ６３Ｐからなるベルト伝達機構を介して伝達シャフト１８７に駆動伝達され、更には円筒ウォーム２６Ｃおよびウォームホイール２７Ｃを介して減速伝達されて駆動リンクプレート１１４ＰＣが正逆回転される。
すなわち、指２Ｃの駆動に関しては、伝達シャフト３１、１８７、円筒ウォーム２６Ｃ、ウォームホイール２７Ｃ、駆動プーリ６１Ｐ、従動プーリ６３Ｐ、伝達ベルト６２、駆動ギア３１Ｇ、９１Ｇ、従動ギア３３Ｇ、９３Ｇ、中間ギア９２Ｇ、差動装置４１、７１およびサイドシャフト６１、９１がアクチュエータ１１の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。

これにより、実施例４においても、ロボットハンド１は、アクチュエータ１１が正逆駆動されてウォームホイール２７と円筒ウォーム２６との噛合位置に応じて駆動リンク１１４が中手指節間関節１１２を中心に駆動回転されることにより、指２Ａ～２Ｃが機能する。このロボットハンド１は、指２Ａ～２Ｃの指先１３９が大きく互いに離間する姿勢から始動し、その指先１３９が互いに接近する方向に動作されることによって、基節１１１、中節１２１および末節１３１が中手指節間関節１１２、近位指節間関節１２２および遠位指節間関節１３２で適宜に屈曲して作業対象のワークＷを把持する作業などを実行することができる。

また、例えば、指２は、作業対象のワークＷ４が異径形状の対象物(図４６(ｃ)参照)を把持する際には、図３８～図４３に図示するように、動作する。
まず、作業対象のワークＷ４が掌面１０６の端辺１０６ａ、１０６ｂ間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド１を駆動させることにより、図３８に示すように、指２Ａ～２Ｃの全体で把持することになる。この場合、指２Ａ～２Ｃは、図２０に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先１３９同士が互いに接近する方向に、基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。すると、指２Ａ～２Ｃは、掌面１０６の中央付近に位置するワークＷ４に、異なる姿勢で(各指２の中手指節間関節１１２の関節角、近位指節間関節１２２の関節角、遠位指節間関節１３２の関節角が異なる状態で)、各指２の基節１１１と、中節１２１と、末節１３１の指先１３９とが順次に突き当たってそれ以上の回転が制限されることにより把持することになる。
なお、このワークＷ４は異径形状で指２Ａ～２Ｃが異なる姿勢で動作して把持する作業を行うことになるが、指２の基節１１１、中節１２１および末節１３１を作業対象のワークＷの形状に応じて順次に回転させ、末節１３１の指先１３９までをワークＷの外面に馴染むように沿うことを可能にする動作原理に関しては、ワークＷ２(円柱形状対象物、図４６(ａ)参照)やワークＷ３(円錐形状対象物、図４６(ｂ)参照)の時と同様であるので説明は省略する。

本発明の実施例４では、前述のように、アクチュエータ１１の駆動力が駆動リンク１１４(駆動リンクプレート１１４Ｐ)まで駆動伝達される経路は、指２Ａ、２Ｂ、２Ｃで、別経路で伝達されている。また、指２Ａの駆動伝達経路には、差動装置７１が介在し、指２Ｂと指２Ｃの駆動伝達経路には、差動装置４１、７１が介在するため、各指を駆動する駆動リンク１１４(駆動リンクプレート１１４Ｐ)の回転角［１１２α］をアクチュエータ１１の出力回転角とは完全に独立して回転駆動しながら作業が実行できる構成になっている。そのため、図３９～図４３に破線で示すように各指の駆動リンク(１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ)の姿勢が異なる姿勢をとるとともに、指２Ａ～２Ｃが異なる姿勢で動作してワークＷ４を把持することができる。

異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)の把持状態の姿勢を示す図である図３８～図４３を用いて、より詳細に説明する。
図３８はその斜視図、図３９はその側面図、そして図４０は、図３９とは逆方向から見た異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)の把持状態の姿勢を示す側面図である。
また、図４１～図４３は、図４０に示す側面図において、それぞれ、手前の指(２Ｂ)とワークＷ４(対象物Ｗ４)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図、中央の指(２Ａ)とワークＷ４(対象物Ｗ４)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図、奥の指(２Ｃ)とワークＷ４(対象物Ｗ４)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図である。

図４１は、手前の指(２Ｂ)の基節１１１Ｂが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し、続く中節１２１Ｂが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し、続く指先１３９Ｂが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。
図４１に示すように、手前の指(２Ｂ)においては、その基節１１１Ｂ、中節１２１Ｂおよび末節１３１Ｂ(指先１３９Ｂ)までをワークＷ４の一端側付近の太い径部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ４(異径形状対象物、図４６(ｃ)参照)を最適状態で把持することができる。

また、図４２は、中央の指(２Ａ)の基節１１１Ａが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し、続く中節１２１Ａが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し、続く指先１３９Ａが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図４２に示すように、中央の指(２Ａ)においても、その基節１１１Ａ、中節１２１Ａおよび末節１３１Ａ(指先１３９Ａ)までをワークＷ４の中間付近のくびれて最も細くなった部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ４(異径形状対象物、図４６(ｃ)参照)を最適状態で把持することができる。

加えて、図４３は、奥の指(２Ｃ)の基節１１１Ｃが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し、続く中節１２１Ｃが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し、続く指先１３９Ｃが異径形状のワークＷ４(対象物Ｗ４)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図４３に示すように、奥の指(２Ｃ)においても、その基節１１１Ｃ、中節１２１Ｃおよび末節１３１Ｃ(指先１３９Ｃ)までをワークＷ４の他端側付近の細い径部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ４(異径形状対象物、図４６(ｃ)参照)を最適状態で把持することができる。

図４２を参照して、実施例２との相違をさらに説明すると、図３０と比較すれば明らかなように、手前の指(２Ｂ)と奥の指(２Ｃ)が各節をワークＷの外面に馴染むように沿わさせて駆動が停止した状態、すなわち、差動装置４１への駆動伝達が停止した状態においても、差動装置７１のサイドシャフト８１への駆動伝達がアクチュエータ１１により行われる。これにより、中央の指(２Ａ)が駆動されるため、ワークＷの中間部位がワークＷ３(円錐形状対象物、図４６(ｂ)参照)よりも細いワークＷ４(異径形状対象物、図４６(ｃ)参照)であっても、中央の指(２Ａ)の各節をワークＷの外面に馴染むように沿わさせることが可能である。

このように、本実施例の指２Ａ～２Ｃを搭載するロボットハンド１にあっては、１つのアクチュエータ１１の駆動力を指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)まで伝達駆動するとともに、指２Ａの駆動伝達経路に差動装置７１を介在させ、指２Ｂと指２Ｃの駆動伝達経路に差動装置４１、７１を介在させたことによって、異径形状を有するワークＷに対しても、各指の基節１１１、中節１２１および末節１３１を、各指が接触する作業対象のワークＷ４の形状に応じて順次に回転させることができ、各指の末節１３１の指先１３９までをワークＷ４の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークＷ４(異径形状対象物、図４６(ｃ)参照)を最適状態で把持することができる。

なお、アクチュエータ１１を駆動し把持したワークＷを放す際は、実施例２と同様に、把持時にワークＷの外面に馴染んだ節の順番とは逆に、節がワークから離れていく。具体的には、先ず指先１３９(末節１３１)がワークＷから離れ、次に中節１２１がワークＷから離れ、最後に基節１１１がワークＷから離れ、そして基節１１１、中節１２１および末節１３１の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。
また、ワークＷ４(異径形状対象物、図４６(ｃ)参照)などを把持し、指２Ａ～２Ｃが異なる姿勢で把持したワークＷを放す場合は、直線的な延伸姿勢の指２Ａ～２Ｃの姿勢が一致しないで動作することがある。例えば、直線的な延伸姿勢の指２Ｂが直線的な延伸姿勢の指２Ａから離れているにも関わらず、直線的な延伸姿勢の指２Ｃが直線的な延伸姿勢の指２Ａに近い位置になる姿勢になることがある。そのような場合においても、指２Ａ、２Ｂ、２Ｃが互いに遠ざかる(指が開く)方向にアクチュエータ１１を駆動することで、直線的な延伸姿勢の指２の姿勢が揃うように構成されている。

その原理は、実施例２と同じく、各指の突き当て面１１４ｔ１と突き当て面１０６ｔ１が突き当たることで実現される。
突き当て面１１４ｔ１と突き当て面１０６ｔ１が一番最初に突き当たった指への駆動伝達力は、その駆動伝達経路に介在した差動装置により駆動が停止し、二番目に突き当たった指への駆動伝達力に関しても、その駆動伝達経路に介在した差動装置により駆動が停止する。最後の指の突き当て面１１４ｔ１と突き当て面１０６ｔ１が突き当たるとその指への駆動が停止し、アクチュエータ１１による駆動が停止する。
このような構成により、ワークＷを放し再度把持する場合においても、図２０に示すような指２が直線的な延伸姿勢から把持を再開することができる。

実施例４のロボットハンド１においても、実施例２と同様に、１つのアクチュエータ１１の駆動力を、指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)を駆動する駆動リンク１１４(１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ)まで駆動伝達する経路に、円筒ウォーム２６(２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ)とウォームホイール２７(２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ)を用いている。この円筒ウォーム２６(２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ)とウォームホイール２７(２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ)により、セルフロック機構付伝達装置２５(２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ)を構成している。
実施例４では、差動装置７１よりも出力側(指２がある側)に、セルフロック機構付伝達装置２５Ａを設け、差動装置４１よりも出力側(指２がある側)に、セルフロック機構付伝達装置２５Ｂ、２５Ｃを設けたことにより、ロボットハンド１に外力が作用しても、サイドシャフト８１、９１に差動運動が発生することはなく、またサイドシャフト５１、６１に差動運動が発生することはなく、指２Ａ、２Ｂ、２Ｃで確実な把持が実現される。

実施例４のワークの把持状況判断に関しては、実施例２と同様でありであり、その説明を省略する。
また、実施例４においても、実施例２と同様、ロボットハンド１の制御部１Ｃは、アクチュエータ１１の図示しない駆動出力軸の回転角を検出するエンコーダ１１Ｅが接続されている。このエンコーダ１１Ｅの情報、読取ヘッド１１４ｒｈ(１１４ｒｈＡ、１１４ｒｈＢ、１１４ｒｈＣ)の検出する読取用マグネット１１４ｒｍ(１１４ｒｍＡ、１１４ｒｍＢ、１１４ｒｍＣ)の回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート１１４Ｐ(１１４ＰＡ、１１４ＰＢ、１１４ＰＣ)の中手指節間関節１１２(１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ)周りでの回転角１１２α(１１２αＡ、１１２αＢ、１１２αＣ)の情報より、ロボットハンド１の駆動機構のシステム検証をしている。

具体的には、制御部１Ｃは、エンコーダ１１Ｅの情報に基づき、伝達装置１１Ｔの減速比、駆動ギア３１Ｇと従動ギア３３Ｇで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、ディファレンシャルケース７２の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、７２ｒ４と定義する。
また、制御部１Ｃは、指２Ａの読取ヘッド１１４ｒｈＡの検出する読取用マグネット１１４ｒｍＡの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート１１４Ａの中手指節間関節１１２Ａ周りでの回転角１１２αＡの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置２５Ａの減速比、駆動ギア８１Ｇと伝達ギア８３Ｇで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、サイドシャフト８１の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、８１ｒ４と定義する。

制御部１Ｃは、検出したディファレンシャルケース７２の回転角(７２ｒ４)と検出したサイドシャフト８１の回転角(８１ｒ４)に基づき、次の式(３)でサイドシャフト９１の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、９１ｒ４と定義する。
サイドシャフト９１の回転角
＝ ディファレンシャルケース７２の回転角×２
－ サイドシャフト８１の回転角・・・・・・(３)

更に、制御部１Ｃは、検出したサイドシャフト９１の回転角(９１ｒ４)に基づき、駆動ギア９１Ｇと伝達ギア９３Ｇで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、ディファレンシャルケース４２の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、４２ｒ４と定義する。
また、制御部１Ｃは、指２Ｂの読取ヘッド１１４ｒｈＢの検出する読取用マグネット１１４ｒｍＢの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート１１４Ｂの中手指節間関節１１２Ｂ周りでの回転角１１２αＢの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置２５Ｂの減速比、駆動プーリ５１Ｐと伝達ベルト５２と従動プーリ５３Ｐで構成されるベルト伝達機構の減速比を考慮し、サイドギア５１の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、５１ｒ５と定義する。

更に、制御部１Ｃは、指２Ｃの読取ヘッド１１４ｒｈＣの検出する読取用マグネット１１４ｒｍＣの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート１１４Ｃの中手指節間関節１１２Ｃ周りでの回転角１１２αＣの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置２５Ｃの減速比、駆動プーリ６１Ｐと伝達ベルト６２と従動プーリ６３Ｐで構成されるベルト伝達機構の減速比を考慮し、サイドギア６１の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、６１ｒ５と定義する。
また、制御部１Ｃは、検出したサイドギア５１の回転角５１ｒ５と検出したサイドギア６１の回転角６１ｒ５に基づき、次式のようにその平均値を算出し、ディファレンシャルケース４２の回転角を検出している。式(４)に示すように、この検出角を、説明の便宜上、４２ｒ５と定義する。
ディファレンシャルケース４２の回転角４２ｒ５
＝(サイドシャフト５１の回転角＋サイドシャフト６１の回転角)÷２
・・・・・・(４)

制御部１Ｃは、２方式で検出したディファレンシャルケース４２の回転角(４２ｒ４、４２ｒ５)の値を比較し、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)に基づいて等しければ、ロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していると判断する。
一方、２方式で検出したディファレンシャルケース４２の回転角(４２ｒ４、４２ｒ５)の値を比較し、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)を考慮しても等しくなければ、ロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。

具体的には、４２ｒ４の値と４２ｒ５の値が異なる結果の場合は、伝達装置１１Ｔや、セルフロック機構付伝達装置２５(２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ)や、差動装置４１、７１や、駆動ギア３１Ｇや従動ギア３３Ｇで構成される歯車伝達装置や、駆動ギア８１Ｇや従動ギア８３Ｇで構成される歯車伝達装置や、駆動ギア９１Ｇや中間ギア９２Ｇと従動ギア９３Ｇで構成される歯車伝達装置のガタやギア歯摩耗による歯飛び、駆動プーリ５１Ｐと伝達ベルト５２と従動プーリ５３Ｐによるベルト伝達機構や、駆動プーリ６１Ｐと伝達ベルト６２と従動プーリ６３Ｐによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、回転角センサ(１１Ｅ、１１４ｒｈＡ、１１４ｒｍＡ、１１４ｒｈＢ、１１４ｒｍＢ、１１４ｒｈＣ、１１４ｒｍＣ)の取付緩みや故障などが発生し、ロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。

加えて、ロボットハンド１の制御部１Ｃは、実施例２と同様に、複数の関節を備えた指２の中手指節間関節１１２、近位指節間関節１２２、遠位指節間関節１３２の関節角を取得している。
指２を構成する基側四節リンク機構１０３のガタ、末側四節リンク機構１０４のガタ、回転角センサ(１１１ｒｈＡ、１１１ｒｍＡ、１２１ｒｈＡ、１２１ｒｍＡ、１１１ｒｈＢ、１１１ｒｍＢ、１２１ｒｈＢ、１２１ｒｍＢ、１１１ｒｈＣ、１１１ｒｍＣ、１２１ｒｈＣ、１２１ｒｍＣ)の取付緩みや故障などが発生すると、対象物の寸法情報(幾何学的関係)が予め分かっている既知対象物を想定どおりに把持させた場合においても、検出取得した各指２(２Ａ、２Ｂ、２Ｃ)の姿勢とメモリ１Ｍ内に予め設定した想定姿勢が一致しなくなる。
このような場合も、制御部１Ｃはロボットハンド１の駆動機構のシステムが正常に稼働していていないと判断する。

以上の実施例では、アクチュエータからの駆動力を指に伝達する伝達装置として、セルフロック機構を備えたセルフロック機構付伝達装置を用いたが、例えば、ロボットハンドの移動に伴い発生する慣性力、あるいは把持する物品の重心位置変動により発生する外力を検出して、電磁アクチュエータにより指の開閉を抑止するもの等、種々の機構を採用することができる。

１……ロボットハンド、
１Ｃ……制御部
１Ｍ……メモリ
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ……指
５……ベースフレーム
１１……アクチュエータ
１１Ｅ……エンコーダ
１１Ｔ……伝達装置
２１、２１Ａ、２１Ｂ……セルフロック機構付伝達装置
２２、２２Ａ、２２Ｂ……ねじ軸［例：台形ねじ］
２３、２３Ａ、２３Ｂ……ねじナット
２４、２４Ａ、２４Ｂ……リニアガイド
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ……セルフロック機構付伝達装置
２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ……円筒ウォーム
２７、２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ……ウォームホイール
３１……伝達シャフト
３１Ｐ……駆動プーリ
３２……伝達ベルト
３３Ｐ……従動プーリ
３１Ｇ、３４Ｇ……駆動ギア
３３Ｇ、３６Ｇ……従動ギア
４１、７１……差動装置
４２、７２……ディファレンシャルケース
４６、４７……捻りバネ
５１、６１、８１、９１……サイドシャフト
５１Ｐ……駆動プーリ
５２……伝達ベルト
５３Ｐ……従動プーリ
５３ｒｈ、６３ｒｈ……読取ヘッド
６１Ｐ……駆動プーリ
６２……伝達ベルト
６３Ｐ……従動プーリ
８１Ｇ、９１Ｇ……駆動ギア
８３Ｇ、９３Ｇ……従動ギア
９２……シャフト
９２Ｇ……中間ギア
１０３……基側四節リンク機構
１０４……末側四節リンク機構
１０５……掌
１０６……掌面
１０６Ｖ……仮想鉛直平面
１０９……手首
１１０……アクチュエータ
１１０Ｅ……エンコーダ
１１０Ｔ……伝達装置
１１１……基節
１１１ｒｈ、１２１ｒｈ……読取ヘッド
１１１ｒｍ、１２１ｒｍ……読取用マグネット
１１１ｔ１、１２１ｔ１、１２１ｔ２、１３１ｔ２……突き当て面
１１２……中手指節間関節
１１３……基側中継リンク
１１４……駆動リンク
１１４ｒｈ……読取ヘッド
１１４ｒｍ……読取用マグネット
１１５……基側中間リンク
(１１６……第１連結軸)
(１１７……第２連結軸)
１１９、１２９……仮想リンク
１２０……中間リンク板
１２１……中節
１２２……近位指節間関節
１２３……末側中継リンク
１２５……末側中間リンク
(１２６……第３連結軸)
(１２７……第４連結軸)
１３１……末節
１３２……遠位指節間関節
１３９……指先
Ｌ１、Ｌ２……線分
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４……ワーク
２２１、２２１Ａ、２２１Ｂ……直動装置(セルフロック機構無)
２２２、２２２Ａ、２２２Ｂ……ねじ軸［例：ボールねじ］
２２３、２２３Ａ、２２３Ｂ……ボールねじナット
２２４、２２４Ａ、２２４Ｂ……リニアガイド

Claims (2)

1. １つのアクチュエータの駆動力を伝達することで少なくとも２本の指により物品を把持させるものであり、前記アクチュエータから伝達される駆動力を出力する第１サイドシャフト及び第２サイドシャフトをもつ差動装置を含み、前記アクチュエータと各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を備えた駆動機構と、
   前記第１サイドシャフトの回転角に対応する第１回転角を検出する第１指側出力センサと、
   前記第２サイドシャフトの回転角に対応する第２回転角を検出する第２指側出力センサと、
   前記アクチュエータの出力軸の回転角に対応する入力回転角を検出するモータ軸センサと、
   前記第１指側出力センサと、前記第２指側出力センサと、前記モータ軸センサと、各部の寸法情報(幾何学的関係)と、前記駆動力伝達装置の減速比に基づいて、前記駆動機構が正常に稼働しているか否かの判定を行う制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記第１回転角と前記第２回転角との和を２で除した値が前記入力回転角と略異なる場合に、前記駆動機構が正常に稼働していない旨判定するものである、ロボットハンド。
2. １つのアクチュエータの駆動力を伝達することで各々が複数の節とこれらを連結する複数の関節を備えた３本の指により物品を把持させるものであり、前記アクチュエータから伝達される駆動力を振り分ける差動装置を含み、前記アクチュエータと各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を備えたロボットハンドの駆動機構と、
   ３本の前記指それぞれに対応づけられ、前記複数の関節の関節角を検出する３つの関節角センサと、
   前記アクチュエータの出力軸の回転角に対応する入力回転角を検出するモータ軸センサと、
   ３つの前記関節角センサと、前記モータ軸センサと、各部の寸法情報(幾何学的関係)と、前記駆動力伝達装置の減速比に基づいて、前記駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定する制御部と、を有し、
   ３本の前記指は、
   当該ロボットハンドの本体における掌面の一端側の中央に配置された第１指と、前記掌面の他端側に間隔を開けて配置された第２指と第３指により構成され、
   前記制御部は、
   前記モータ軸センサによる検出値を用いる方式、前記第１指に対応づけられた前記関節角センサによる検出値を用いる方式、及び前記第２指と前記第３指とのそれぞれに対応づけられた前記関節角センサによる検出値を用いる方式の各々により、前記入力回転角に対応する回転角の値を求め、求めた３つの値に基づいて前記駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定するものである、ロボットハンド。

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