JP7482540B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

本発明は、ロボットハンドに関し、例えば、義手として用いられるロボットハンドに関する。

従来技術の義手には、様々なタイプのものがあり、例えば、ピッチ方向及び周方向（ロール方向）のいずれかに、手動で手首部分が回転可能になっていると共に、手首部分を回転させて所望の位置に調節してネジで固定できる構造のもの（説明の便宜上、「手首ネジ調節型・義手」という）がある。この「手首ネジ調節型・義手」によれば、用途に応じて、ピッチ方向（或いはロール方向）に手首部分の角度を調節することで、ピッチ方向（或いはロール方向）に手の向きを変えて固定することができる。

また、従来技術の義手は、特殊仕様として、ピッチ方向及びロール方向の両方に手首部分を回転できるタイプ（説明の便宜上「２軸調節型・義手」という）のものもある。この２軸調節型・義手は、２軸方向に調整した後、それぞれの方向毎に、ネジ等により、手首部分の回転動作を固定するようになっている。

また、従来技術の義手には、モータにより、ピッチ方向に手首部分を回転させるタイプのものがあり、そのような義手が、例えば、特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載の義手は、「手の平部分、手の甲部分及び手首部分」を形成する中手部と、中手部の一端部に突設された指部（親指、人差し指、中指、小指）とを備えている。この中手部の手首部分には、手首揺動用駆動手段が設けられている。また、手首部分は、義手のユーザに装着された筒状のホルダ（ソケット）に設けられたブラケットに連結軸を介して揺動可能に支持されている。
また、上記の手首揺動用駆動手段は、出力軸にピニオンを持つ減速機内蔵型の電動サーボモータと、上記ブラケットに固定されてサーボモータのピニオンと噛合する固定歯車を備え、サーボモータの動作により義手の手首部分を揺動させることができるようになっている。

特開２００１－１０４３４９号公報

しかしながら、上述した従来技術の義手は、以下に示す課題を有している。
上述した「手首ネジ調節型・義手」は、ピッチ方向（或いはロール方向）に手の向きを調整する度に、ネジを緩めたり絞めたりする作業が必要になり、手首の調整作業が非常に面倒であった。また、「手首ネジ調節型・義手」の構造では、ネジの締結が不十分な場合に、傘などのような手首部分に大きなモーメントがかかるもの（長尺なもの）を持つと、手首部分がモーメントに負けて曲がってしまう虞もあった。
また、上述した特殊仕様で作られる「２軸調節型・義手」は、2方向（ピッチ方向、周方向（ロール方向））に手の位置を調節できるため、細かく手の向きを設定できるが、2方向（ピッチ方向、周方向）毎に、回転動作の拘束及び解除を行う必要があり、「手首ネジ調節型・義手」と同様、手首の調整作業が面倒であった。

また、上述した特許文献１に記載の義手は、手首部分をモータで駆動させる構成を採用しているため、手首部分を固定する作業は不要であるが、この構成では、義手の手首部分にモータを設置したり、モータを制御する制御部を設ける必要があるため、義手のコストが高額になるとともに、重量が重くなるという課題を有している。
なお、特許文献１に記載の義手は、ピッチ方向にだけ手首を回転させるものであるが、モータにより、ピッチ方向及びロール方向の２軸に手首を回転させるようとすることも考えられる。しかし、義手の手首をモータにより、ピッチ方向及びロール方向の２軸に回転させて調節できるようにした場合、制御が複雑になり過ぎて、コスト面等を考慮すると現実的ではない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、２軸方向に手首部分を回転させて手の角度の調節作業が簡単にできる廉価で軽量化が可能なロボットハンドを提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明は、ユーザの腕に装着されたソケットに取り付けられるロボットハンドであって、複数の指部を備える手部と、前記手部の一端部に設けられた手首部を構成する手首機構とを有し、前記手首機構は、前記ソケットに取り付けられた平板状の基部と、前記手部の下端部に固定され且つ該下端部から前記基部に向けて延びる手首片と、前記基部の上面に対して垂直方向に延設された第１回転軸と、前記第１回転軸を介して前記基部に対して第１方向に回転可能に取り付けられている手首本体部を有し、前記手首本体部には、前記第１回転軸と直交する方向に延びる第２回転軸が設けられ、該第２回転軸に前記手首片の自由端側が回転可能に支持され、該手首片が前記手首本体部に対して第２方向に回転可能になっており、前記基部に対する前記手首本体部の前記第１方向の回転の拘束と該拘束解除を行うと共に、前記手首本体部に対する前記手首片の前記第２方向の回転の拘束と該拘束解除を行う回転ロック機構とを有し、前記回転ロック機構は、所定方向の荷重を受ける操作部を有し、前記操作部が前記所定方向の荷重を受けていないときには前記第1方向及び前記第２方向の両者の回転を拘束したロック状態を維持し、該操作部が前記所定方向の荷重を受けている最中には、前記第１方向及び第２方向の両者の回転拘束を解除するようになっており、前記手首本体部は、前記第１回転軸に取り付けられた中央・傘歯車と、前記第２回転軸に取り付けられ且つ前記中央・傘歯車に噛合する1対の左右・傘歯車とを有し、前記回転ロック機構は、前記手部の下端部において該手部の長手方向に往復移動可能に支持されているスライド部と、前記スライド部を前記手首本体部に向けて付勢する付勢部とを有し、前記スライド部には、前記操作部が設けられていると共に、回転しないロック用・傘歯車が設けられており、前記スライド部の前記操作部が所定方向の荷重を受けていないときには、該スライド部が前記付勢部に付勢されて、１対の前記左右・傘歯車に、前記スライド部に設けられている前記ロック用・傘歯車が噛合して押し付けられ、前記手首本体部の前記第１方向の回転が拘束され且つ前記手首本体部に対する前記手首片の前記第２方向の回転が拘束されるロック状態になり、前記ロック状態の前記回転ロック機構に対し、前記操作部が所定方向の荷重を受けると、前記スライド部が所定方向に移動して、１対の前記左右・傘歯車に対して、前記ロック用・傘歯車が離間して、前記基部に対する前記手首本体部の第１方向の回転動作が可能であり且つ前記手首本体部に対する前記手首片の前記第２方向の回転動作が可能になロック解除状態になることを特徴とする。

このように、本発明の構成によれば、操作部に所定方向の荷重をかける操作をすることで、当該荷重がかけられている最中には、「基部に対する手首本体部の第１方向の回転拘束」及び「手首本体部に対する手首片の第２方向の回転拘束」の両者を解除することができる。また、本発明の構成によれば、操作部にかける荷重を止めれば、「基部に対する手首本体部の第１方向の回転」及び「手首本体部に対する手首片の第２方向の回転」の両者を拘束したロック状態になる。すなわち、本発明によれば、操作部に所定方向の荷重をかけるという簡単な操作だけで、２つの動作（２軸の回転動作）の拘束を解除することができ、且つ操作部にかける荷重を止めれば、２つの動作（２軸の回転動作）を拘束することができる。

そのため、本発明によれば、従来技術の「手首ネジ調節型・義手」のように、手の向きを調整する際にネジを緩めたり絞めたりする作業をする必要がない。また、本発明の構成によれば、従来技術の「２軸調節型・義手」のように、2方向（ピッチ方向、周方向）毎に、回転動作の拘束及び解除を行う必要がない。すなわち、本発明によれば、簡単な作業によりロボットハンドの手首部の角度を調整することができる。
また、本発明では、基部の上面に対して垂直方向に延設された第１回転軸に手首本体部が第１方向（周方向）に回転可能に取り付けられている。また、手首本体部には、第１回転軸と直交する方向に延びる第２回転軸が設けられ、この第２回転軸に、手部の下端部に固定され且つ下端部から基部に向けて延びる手首片の自由端側が回転可能に支持されている。そして、手首片が手首本体部に対して第２方向（ピッチ方向）に回転可能になっている。この構成によれば、2方向（周方向、ピッチ方向）のそれぞれに対して、手首を任意の位置に調整することができる。

また、本発明は、上述した特許文献１に記載の義手のように手首部分をモータで駆動させる構成ではないため、上述した特許文献１に記載の義手と比べて、低コストで且つ軽量化したロボットハンドを提供することができる。

本発明によれば、２軸方向に手首部分を回転させて手の角度の調節作業が簡単にできる廉価で軽量化が可能なロボットハンドを提供することができる。

本発明の実施形態のロボットハンドを上方から視た模式図である。 図１に示すロボットハンドの中手部及び手首機構を拡大して示した模式図である。 本発明の実施形態のロボットハンドの手首機構を斜め上方から視た模式図であり、（ａ）がロック状態の手首機構を示している模式図であり、（ｂ）がロック解除状態の手首機構を示している模式図である。 本発明の実施形態のロボットハンドの手首機構の構成部品を上方から視た模式図であり、（ａ）がロック状態の手首機構を示している模式図であり、（ｂ）がロック解除状態の手首機構を示している模式図である。 本発明の実施形態のロボットハンドの手首機構を構成する手首本体部を説明するための模式図であり、（ａ）が手首本体部を斜め上方から視た模式図であり、（ｂ）が第２回転軸を取り外した手首本体部を斜め上方から視た模式図である。 本発明の実施形態のロボットハンドの手首機構の回転ロック機構を説明するための模式図であり、ロック状態の手首機構の断面を示した模式図である。 本発明の実施形態のロボットハンドの手首機構の回転ロック機構を説明するための模式図であり、ロック解除状態の手首機構の断面を示した模式図である。 本発明の実施形態のロボットハンドの手首機構を構成する手首本体部のロール方向の回転動作を説明するための模式図であり、（ａ）がロール方向に回転する前の手首本体部を示した模式図であり、（ｂ）が（ａ）に示す位置からロール方向に所定角度だけ回転した手首本体部を示した模式図である。 本発明の実施形態のロボットハンドのロック解除状態の手首機構の手首部をピッチ方向に回転させた状態を示した模式図である。 本発明の実施形態のロボットハンドのピッチ方向の動作を説明するための模式図であり、（ａ）が手首部分を上方に傾けて維持した状態のロボットハンドを示した模式図であり、（ｂ）が手首部分を水平に維持した状態のロボットハンドを示した模式図であり、（ｃ）が手首部分を下方に傾けて維持した状態のロボットハンドを示した模式図である。

以下、本発明の実施形態のロボットハンドについて図面に基づいて説明する。

《ロボットハンドＷの概略構成》
先ず、本実施形態のロボットハンドの概略構成について、図１～４を参照しながら説明する。
なお、以下に示す実施形態は、ロボットハンドが義手である場合を例にしているが、本発明のロボットハンドの構成は、義手以外の用途に用いることができる。

ここで、図１は、本実施形態のロボットハンドを上方から視た模式図である。図２は、図１に示すロボットハンドの中手部及び手首機構を拡大して示した模式図である。図３は、本実施形態のロボットハンドの手首機構を斜め上方から視た模式図であり、（ａ）がロック状態の手首機構を示している模式図であり、（ｂ）がロック解除状態の手首機構を示している模式図である。図４は、本実施形態のロボットハンドの手首機構の構成部品を上方から視た模式図であり、（ａ）がロック状態の手首機構を示している模式図であり、（ｂ）がロック解除状態の手首機構を示している模式図である。

図１に示すように、本実施形態のロボットハンドＷは、ユーザの腕に装着された筒状のソケット（図示せず）に取り付けられる義手であり、複数の指部２０を備える手部１と、手部１の後端部（一端部）に設けられた手首部を構成する手首機構１００とを有している。

手部１は、「手の平部分及び手の甲部分」を形成する中手部１０と、中手部１０から突設する複数本の指部２０とを備えている。指部２０は、中手部１０の側方に配置される親指２０ａと、中手部１０の先端部（他端部）から突出するように配置される、四本の指（人差し指２０ｂ、中指２０ｃ、薬指２０ｄ、小指２０ｅ）とにより構成されている。
また、中手部１０の後端部（一端部）には、手首機構１００が設けられている。
なお、図１、２では、手の甲を構成する部品と、手の平を構成する部品とが取り除かれた状態の中手部１０を示している。

また、中手部１０は、略コの字型の枠状フレーム１１を有している（図２参照）。この枠状フレーム１１は、後片部１１ａと、四本の指（人差し指２０ｂ、中指２０ｃ、薬指２０ｄ、小指２０ｅ）を支持する前片部１１ｂと、後片部１１ａの一端部と前片部１１ｂの一端部とを接続する測片部１１ｃとにより構成されている。また、測片部１１ｃが、親指２０ａを支持している。また、枠状フレーム１１の内側には、指部２０を動かすためのモータ１２等の部品が設置されるようになっている。

また、図２に示すように、手首機構１００は、義手のユーザの腕に装着されたソケット（図示せず）に取り付けられた略平板円形状の基部１０１と、手部１の下端部（後片部１１ａ）に固定され且つ下端部から基部１０１に向けて延びる１対の手首片１０２と、基部１０１の上面から当該上面に対して垂直方向に延設された第１回転軸１３０と、第１回転軸１３０を介して基部１０１に対して手首部の周方向（ロール方向（第１方向））に回転可能に取り付けられている手首本体部１１０とを有している。
なお、第１回転軸１３０には、後述する中央・傘歯車１１２（図５参照）が取り付けられている。

また、上記の手首片１０２は、長手片及び短手片を備えた略Ｌ字状に形成され、締結手段（ボルト、ナット等の締結手段）により、短手片が枠状フレーム１１の後片部１１ａに固定されている。また、一対の手首片１０２は、長手片同士が相対向するように配置されている。
なお、図示する例では、手首片１０２が、締結手段により、枠状フレーム１１の後片部１１ａに固定されているが、特にこれに限定されるものではない。１対の手首片１０２が、枠状フレーム１１の後片部１１ａに溶着されていても良い。また、一対の手首片１０２が、枠状フレーム１１の後片部１１ａと一体の部品として構成されていても良い。

また、上記の手首本体部１１０には、第１回転軸１３０と直交する方向に延びる第２回転軸１４０が設けられており、この第２回転軸１４０に手首片１０２の自由端側が回転可能に支持されている。これにより、手首片１０２（及び手首片１０２に固定された手部１）が、手首部のピッチ方向（第２方向）に回転して、手首部の揺動動作が可能になる。
なお、第２回転軸１４０には、後述する「一対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ」が取り付けられている。また、後述する「一対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ」は、中央・傘歯車１１２に噛合している。

また、手首機構１００は、基部１０１に対する手首本体部１１０のロール方向の回転の拘束と拘束解除を行うと共に、手首本体部１１０に対する手首片１０１のピッチ方向の回転の拘束と拘束解除を行う回転ロック機構Ｒを有している。

また、回転ロック機構Ｒは、手部１の下端部において、手部１の長手方向（Ｘ方向）に往復移動可能に支持されているスライド部１２０を有している。このスライド部１２０には、ユーザからの操作を受け付ける操作部１２３ａ（図３参照）が設けられている。
また、スライド部１２０は、バネ等の弾性部材により構成された付勢部（図示せず）により、基部１０１に取り付けられている手首本体部１１０に向けて（図１～４に示すＸ２方向に）付勢されている。

そして、回転ロック機構Ｒは、操作部１２３ａが所定方向（付勢されている方向と反対方向（Ｘ１方向））の荷重を受けていないときには、「図３（ａ）及び図４（ａ）」に示すロック状態になる。
「図３（ａ）及び図４（ａ）」に示すロック状態のときには、手首本体部１１０に設けられている後述する「３つの傘歯車（中央・傘歯車１１２、１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ）」と、スライド部１２０に設けられている後述する「ロック用・傘歯車１２６」とが噛み合った状態になり、「ロール方向及びピッチ方向」の両者の回転動作が拘束された状態が維持される。このロック状態のときには、ユーザは、ロール方向及びピッチ方向の何れの方向にも、ロボットハンドＷの手首部を回転させることができない。

また、回転ロック機構Ｒは、スライド部１２０が所定方向（図３、４に示すＸ１方向）の荷重を受けると（ユーザが操作部１２３ａを指等でＸ１方向に押し込むと）、スライド部１２０が、「図３（ａ）及び図４（ａ）」の位置から「図３（ｂ）及び図４（ｂ）」に示す位置にスライド移動し、ロック解除状態になる。
「図３（ｂ）及び図４（ｂ）」に示すロック解除状態のときには、手首本体部１１０に設けられている後述する「３つの傘歯車（中央・傘歯車１１２、１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ）」から、スライド部１２０に設けられている後述する「ロック用・傘歯車１２６」が離間する。
このロック解除状態のときには、３つの傘歯車（中央・傘歯車１１２、１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ）だけが噛み合った状態になり、ロール方向の回転拘束及びピッチ方向の回転拘束の両者が解除され、ロール方向及びピッチ方向の両者の回転動作が可能になる。このロック解除状態のときには、ユーザは、ロール方向及びピッチ方向の何れの方向にも、ロボットハンドＷの手首部を回転させて手部１の角度を調整することができる。

なお、ユーザは、ロボットハンドＷをロック解除状態にして、手首部の位置を調整した後、操作部１２３ａにかけている所定方向（Ｘ１方向）の荷重を止めれば（例えば、指で押し込んでいる操作部１２３ａから指を離すと）、スライド部１２０が付勢部により付勢されて、「図３（ｂ）及び図４（ｂ）」の位置から「図３（ａ）及び図４（ｂ）」に示す位置にスライド移動し、ロック状態に戻る。

このように、本実施形態のロボットハンドＷは、スライド部１２０の操作部１２３ａを押し込んで所定方向に荷重をかけたり、その荷重をかけるのをやめるという簡単な操作により、すなわち、1つの操作により、手首部の2方向（ロール方向、ピッチ方向）の動作（２軸の回転動作）の拘束解除と拘束を切り替えることができる。

《ロボットハンドＷの手首機構１００》
次に、本実施形態のロボットハンドＷの手首機構１００の構成について、上述した図1～４と、図５～１０を参照しながら説明する。

ここで、図５は、本実施形態のロボットハンドの手首機構を構成する手首本体部を説明するための模式図であり、（ａ）が手首本体部を斜め上方から視た模式図であり、（ｂ）が第２回転軸を取り外した手首本体部を斜め上方から視た模式図である。図６は、本実施形態のロボットハンドの手首機構の回転ロック機構を説明するための模式図であり、ロック状態の手首機構の断面を示した模式図である。図７は、本実施形態のロボットハンドの手首機構の回転ロック機構を説明するための模式図であり、ロック解除状態の手首機構の断面を示した模式図である。
図８は、本実施形態のロボットハンドの手首機構を構成する手首本体部のロール方向の回転動作を説明するための模式図であり、（ａ）がロール方向に回転する前の手首本体部を示した模式図であり、（ｂ）が（ａ）に示す位置からロール方向に所定角度だけ回転した手首本体部を示した模式図である。なお、図８では、第２回転軸を取り除いた状態の手首本体部を示している。
また、図９は、本実施形態のロボットハンドのロック解除状態の手首機構の手首部をピッチ方向に回転させた状態を示した模式図である。
また、図１０は、本実施形態のロボットハンドのピッチ方向の動作を説明するための模式図であり、（ａ）が手首部分を上方に傾けて維持した状態のロボットハンドを示した模式図であり、（ｂ）が手首部分を水平に維持した状態のロボットハンドを示した模式図であり、（ｃ）が手首部分を下方に傾けて維持した状態のロボットハンドを示した模式図である。

図５に示すように、手首機構１００を構成する手首本体部１１０は、中央・傘歯車１１２と、中央・傘歯車１１２の両側部にそれぞれ噛合する１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂと、３つの傘歯車（中央・傘歯車１１２、左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ）を収容するハウジング１１１とを備えている。
また、ハウジング１１１は、基部１０１の上面から垂直方向に延びる第１回転軸１３０に回転自在に支持されていると共に、第１回転軸１３０と直交する方向に延びる第２回転軸１４０を回転可能に支持している。

上記の中央・傘歯車１１２は、ハウジング１１１の内部において、第１回転軸１３０に回転可能に取り付けられている。
また、１対の左右傘歯車１１３ａ、１１３ｂは、ハウジング１１１の内部において、所定間隔離間して且つ相対向した状態で、第２回転軸１４０に回転可能に取り付けられている。

また、ハウジング１１１は、平面視矩形・箱状の基端部１１１ａと、基端部１１１ａの左右両側から上方に向けて延設された１対の測片部１１１ｂ、１１１ｂとを備えた、断面視略コの字状に形成されている。
この基端部１１１ａは、上面に凹部１１１ａ１（図６、７参照）が形成されていると共に、凹部１１１ａ１の中心部に貫通孔１１１ａ２が形成されており、貫通孔１１１ａ２にベアリングを介して第１回転軸１３０が挿通されている（図６、７参照）。
また、第１回転軸１３０の上端部に中央・傘歯車１１２が取り付けられている。

また、測片部１１１ｂ、１１ｂには、貫通孔１１１ｂ２が形成されており、貫通孔１１１ｂ２にベアリングを介して第２回転軸１４０が挿通されている（図６、７参照）。
また、第２回転軸１４０には、「１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ」が取り付けられている。第２回転軸１４０に取り付けられた「左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ」は、第１回転軸に取り付けられた「中央・傘歯車１１２」と噛合している。

上記の第２回転軸１４０は、上記のハウジング１１１の左右両側の測片部１１１ｂ、１１ｂから突出しており、手部１の下端部（枠状フレーム１１）に固定されている「１対の手首片１０２」の自由端側を回転可能に支持している。

回転ロック機構Ｒは、中手部１０を構成する枠状フレーム１１の後片部１１ａから基部１０１に向けて「手部１の長手方向（Ｘ方向）」に延設された「１対のガイド棒１２１、１２１」と、「ガイド棒１２１、１２１」に沿って長手方向（Ｘ方向）を往復可能になるように摺動自在（スライド自在）に支持されているスライド部１２０と、基部１０１に取り付けられている手首本体部１１０に向けてスライド部１２０を付勢する付勢部（図示せず）とを有している。
なお、付勢部（図示せず）は、例えば、バネ等の弾性部材により構成されている。

スライド部１２０は、「１対のガイド棒１２１、１２１」にスライド自在に支持されている平板状の操作片１２３と、操作片１２３の一方面（手首本体部１１０との対向面）に固定され且つ該一方面から突出している円柱部１２５と、円柱部１２５の先端部に形成されている「回転しないロック用・傘歯車１２６」と、操作片１２３の他方面に固定され且つ該他方面から突設している円柱状の突起部１２４ａとを有している。なお、ロック用・傘歯車１２６は、操作片１２３の一方面から突設している円柱部１２５の先端部に一体的に設けられている。
具体的には、図９に示すように、操作片１２３の中心部に、棒状部１２４が貫通した状態で固着して取り付けられており、棒状部１２４の下端が、操作片１２３の他方面から突設した突起部１２４ａになっている。また、先端部にロック用・傘歯車１２６が固着されている円柱部１２５は、その中心部の貫通孔に、棒状部１２４が挿嵌されて棒状部１２４と固着されており、棒状部１２４に対して回転できないようになっている。すなわち、円柱部１２５の先端部に形成されているロック用・傘歯車１２６は、回転できない構成になっている。
なお、図９に示す操作片１２３、棒状部１２４、円柱部１２５及びロック用・傘歯車１２６は、溶着により固定されていても良いし、一体の部品として構成されていても良い。

また、操作片１２３には、ユーザが指で押す等の操作を受け付ける凸状の操作部１２３ａ（図３、４参照）が形成されている。ユーザは、操作部１２３ａを指で触れて（或いはつまんで）、手部１の長手方向（Ｘ方向）に荷重をかける操作により、スライド部１２０を往復移動させることができるようになっている。
また、枠状フレーム１１の後片部１１ａには、突起部１２４ａと相対向するように突起受け部１２２が形成されている。この構成により、ユーザが、Ｘ１方向に、操作片１２３をスライド移動させ続けた場合に、操作片１２３の突起部１２４ａが、突起受け部１２２に当接する。これにより、Ｘ１方向に、操作片１２３が移動できる範囲が制限される（ユーザが必要以上に操作片１２３を動かす必要がなくなる）。

そして、回転ロック機構Ｒは、スライド部１２０が荷重を受けていないときには、付勢部（図示せず）により手首本体部１１０に向けて付勢され、「図３（ａ）、図４（ａ）及び図６」に示すロック状態になる。
このロック状態のときには、手首本体部１１０の中央・傘歯車１１２に噛合している「１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ」に、回転ロック機構Ｒのスライド部１２０に設けられている「回転しないロック用・傘歯車１２６」が噛合して押し付けられた状態になる。これにより、手首本体部１１０の中央・傘歯車１１２も、１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂを介して、「回転しないロック用・傘歯車１２６」と噛み合う。そして、回転しないロック用・傘歯車１２６と、回転可能な３つの歯車（中央・傘歯車１１２、左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ）とが噛み合うことで、４つの歯車（中央・傘歯車１１２、左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ、ロック用・傘歯車１２６）が全て動作できなくなる。すなわち、４つの傘歯車（中央・傘歯車１１２、左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ、ロック用・傘歯車１２６）が噛み合った状態になると、中央・傘歯車１１２が設けられた第１回転軸１３０が回転できなくなると共に、左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂが設けられた第２回転軸１４０も回転できなくなる。

このように、ロック状態では、４つの傘歯車（中央・傘歯車１１２、左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ、ロック用・傘歯車１２６）が噛み合った状態で固定されて、手首本体部１１０の基部１０１に対するロール方向の回転動作が拘束されると共に、手首片１０２の手首本体部１１０に対するピッチ方向の両者の回転動作が拘束される。

一方、「図３（ａ）、図４（ａ）及び図６」に示すロック状態の回転ロック機構Ｒに対し、ユーザが操作部１２３ａを指等でＸ１方向に押すと、スライド部１２０が、「図３（ｂ）、図４（ｂ）及び図７」に示す位置にスライド移動し、ロック解除状態になる。このロック解除状態のときには、手首本体部１１０の中央・傘歯車１１２に噛合している「１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ」に対して、回転ロック機構Ｒのスライド部１２０に設けられている「回転しないロック用・傘歯車１２６」が離間した位置に配置された状態になる。

このロック解除状態では、手首本体部１１０の「３つの傘歯車（中央・傘歯車１１２、１対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂ）」だけが噛み合った状態になり、基部１０１に対する手首本体部１１０のロール方向の回転動作（図８参照）が可能になると共に、手首本体部１１０に対する「手首片１０２及び手部１」のピッチ方向の回転動作（図９参照）が可能になる。

なお、ロック解除状態において、基部１０１に対して、手首本体部１１０をロール方向の回転させた場合（図８参照）、中央・傘歯車１１２が回転すると共に、一対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂが互いに反対方向に回転する。
また、ロック解除状態において、手首本体部１１０に対して、「手首片１０２及び手部１」をピッチ方向に回転させた場合（図９参照）、中央・傘歯車１１２が回転すると共に、一対の左右・傘歯車１１３ａ、１１３ｂが同じ方向に回転する。

また、ロボットハンドＷをロック解除状態にして、手首部の位置を調整した後、操作部１２３ａにかけている所定方向（Ｘ１方向）の荷重を止めれば（例えば、指で押し込んでいる操作部１２３ａから指を離すと）、スライド部１２０が付勢部により付勢されて、自動的に、「図３（ｂ）、図４（ｂ）及び図７」の位置から「図３（ａ）、図４（ｂ）及び図６」に示す位置にスライド移動し、ロック状態に戻る。

このように、本実施形態のロボットハンドＷによれば、ユーザが操作部１２３ａを指等で手部１側に押し込んでスライド移動させるという１つの簡単な操作だけで、ロール方向の回転拘束の解除と、ピッチ方向の回転拘束の解除の両者を行うことができる。すなわち、本実施形態によれば、１つの操作で同時に、２軸の回転動作の拘束を解除することができる。

また、本実施形態のロボットハンドＷによれば、ユーザが操作部１２３ａにかけている荷重を止めれば（操作部１２３ａから指を離せば）、ロール方向の回転拘束と、ピッチ方向の回転拘束の両者を行うことができる。すなわち、本実施形態によれば、簡単に、２軸の回転動作を拘束したロック状態にすることができる。

そのため、本実施形態のロボットハンドＷによれば、例えば、図１０（ａ）に示すように、手首本体部１１０に対して、「手首片１０２及び手部１」を斜め上方の角度に配置して固定したり、図１０（ｂ）に示すように、首本体部１１０に対して、「手首片１０２及び手部１」を水平な角度に配置して固定したりすることができる。また、本実施形態のロボットハンドＷによれば、例えば、図１０（ｃ）に示すように、首本体部１１０に対して「手首片１０２及び手部１」を水平な角度に配置して固定したりすることができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、手首機構１００の操作部１２３ａに所定方向の荷重をかけてスライド移動させる簡単な操作をすることで、荷重がかけられている最中には、「基部１０１に対する手首本体部１１０のロール方向の回転拘束」及び「手首本体部１１０に対する手首片１０３ａのピッチ方向の回転拘束」の両者を解除することができる。
また、本実施形態によれば、手首機構１００の操作部１２３ａにかける荷重を止めれば、自動的に、「基部１０１に対する手首本体部１１０のロール方向の回転」及び「手首本体部１１０に対する手首片１０３ａのピッチ方向の回転」の両者を拘束したロック状態になる。

そのため、本実施形態によれば、上述した従来技術の「手首ネジ調節型・義手」のように、手の向きを調整する際にネジを緩めたり絞めたりする作業をする必要がない。また、本実施形態によれば、従来技術の「２軸調節型・義手」のように、2方向（ピッチ方向、ロール方向）毎に、回転動作の拘束及び解除を行う必要がない。すなわち、本実施形態によれば、簡単な作業によりロボットハンドの手首部の角度を調整することができる。
また、本実施形態は、上述した特許文献１に記載の義手のように手首部分をモータで駆動させる構成ではないため、上述した特許文献１に記載の義手と比べて、低コストで且つ軽量化したロボットハンドＷを提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、ロボットハンドＷが、義手として用いられる場合の例を示したが特にこれに限定されるものではない。ロボットハンドＷは、義手以外の用途（産業用ロボットのハンド部分、実験用のロボットハンド等の用途）に用いることもできる。

また、上述した実施形態のロボットハンドＷに設けられた回転ロック機構Ｒは、手首部分の角度調整以外の用途であっても、回転部分の２軸の回転の拘束と拘束解除を行うものであれば適用することができる。

Ｗ…ロボットハンド

１…手部
１０…中手部
１１…枠状フレーム
１１ａ…後片部
１１ｂ…前片部
１１ｃ…測片部
２０…指部
２０ａ…親指
２０ｂ…人差し指
２０ｃ…中指
２０ｄ…薬指
２０ｅ…小指

１００…手首機構
１０１…基部
１０２…手首片
１１０…手首本体部
１１１…ハウジング
１１１ａ…基端部
１１１ａ１…凹部
１１１ａ２…貫通孔
１１１ｂ…測片部
１１１ｂ２…貫通孔
１１２…中央・傘歯車
１１３ａ、１１３ｂ…左右・傘歯車


Ｒ…回転ロック機構
１２０…スライド部
１２１…ガイド棒
１２２…突起受け部
１２３…操作片
１２３ａ…操作部
１２４…棒状部
１２４ａ…突起部
１２５…円柱部
１２６…ロック用・傘歯車

１３０…第１回転軸
１４０…第２回転軸

Claims (1)

1. ユーザの腕に装着されたソケットに取り付けられるロボットハンドであって、
   複数の指部を備える手部と、
   前記手部の一端部に設けられた手首部を構成する手首機構とを有し、
   前記手首機構は、
   前記ソケットに取り付けられた平板状の基部と、
   前記手部の下端部に固定され且つ該下端部から前記基部に向けて延びる手首片と、
   前記基部の上面に対して垂直方向に延設された第１回転軸と、
   前記第１回転軸を介して前記基部に対して第１方向に回転可能に取り付けられている手首本体部を有し、
   前記手首本体部には、前記第１回転軸と直交する方向に延びる第２回転軸が設けられ、該第２回転軸に前記手首片の自由端側が回転可能に支持され、該手首片が前記手首本体部に対して第２方向に回転可能になっており、
   前記基部に対する前記手首本体部の前記第１方向の回転の拘束と該拘束解除を行うと共に、前記手首本体部に対する前記手首片の前記第２方向の回転の拘束と該拘束解除を行う回転ロック機構とを有し、
   前記回転ロック機構は、所定方向の荷重を受ける操作部を有し、前記操作部が前記所定方向の荷重を受けていないときには前記第1方向及び前記第２方向の両者の回転を拘束したロック状態を維持し、該操作部が前記所定方向の荷重を受けている最中には、前記第１方向及び第２方向の両者の回転拘束を解除するようになっており、
   前記手首本体部は、前記第１回転軸に取り付けられた中央・傘歯車と、前記第２回転軸に取り付けられ且つ前記中央・傘歯車に噛合する1対の左右・傘歯車とを有し、
   前記回転ロック機構は、
   前記手部の下端部において該手部の長手方向に往復移動可能に支持されているスライド部と、
   前記スライド部を前記手首本体部に向けて付勢する付勢部とを有し、
   前記スライド部には、前記操作部が設けられていると共に、回転しないロック用・傘歯車が設けられており、
   前記スライド部の前記操作部が所定方向の荷重を受けていないときには、該スライド部が前記付勢部に付勢されて、１対の前記左右・傘歯車に、前記スライド部に設けられている前記ロック用・傘歯車が噛合して押し付けられ、前記手首本体部の前記第１方向の回転が拘束され且つ前記手首本体部に対する前記手首片の前記第２方向の回転が拘束されるロック状態になり、
   前記ロック状態の前記回転ロック機構に対し、前記操作部が所定方向の荷重を受けると、前記スライド部が所定方向に移動して、１対の前記左右・傘歯車に対して、前記ロック用・傘歯車が離間して、前記基部に対する前記手首本体部の第１方向の回転動作が可能であり且つ前記手首本体部に対する前記手首片の前記第２方向の回転動作が可能になロック解除状態になることを特徴とするロボットハンド。

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