ロボットハンドならびにその制御システム、制御方法および制御プログラム
【課題】配管等の配置の自由度を高めながら、指機構の動作を安定に制御することができるシステム等を提供する。
【解決手段】ハンド１によれば、配管３３に流体の圧力に応じた断面積変化が許容される程度の柔軟性を持たせ、これによって配管３３およびこれを介して連結されているマスタシリンダ３１の配置自由度を高めることができる。また、配管３３中の流体圧力に応じて生じる配管３３の断面積変化が考慮されるので、スレーブピストン位置Pxが高精度で測定されうる。
【解決手段】ハンド１によれば、配管３３に流体の圧力に応じた断面積変化が許容される程度の柔軟性を持たせ、これによって配管３３およびこれを介して連結されているマスタシリンダ３１の配置自由度を高めることができる。また、配管３３中の流体圧力に応じて生じる配管３３の断面積変化が考慮されるので、スレーブピストン位置Pxが高精度で測定されうる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手の平および手の平から延設されている複数の指を備え、手の平の位置および姿勢の調節、ならびに、複数の指のそれぞれの動きにより物体の把持作業等を実行するロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
気体または油等の液体などの媒体を用いて、ロボットハンドの構成要素である指機構の動作を制御する手法が提案されている（特許文献１参照）。指機構は第１シリンダの第１ピストンに機械的に接続され、第１シリンダは配管を通じて第２シリンダに接続されている。第２シリンダの第２ピストンが進退駆動されることにより、第１ピストンが進退駆動されて指機構が駆動される。第２ピストンの動きは配管中の媒体の圧力に基づいて制御されるが、当該制御の安定性確保のため、配管は媒体圧力が変化してもその径が変化しないような部材により構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０３９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、配管の配置の自由度を高めるためには、配管に柔軟性を持たせるほうが好ましい。その一方、配管に柔軟性を持たせたために、配管中の媒体圧力の変化に応じて配管の径が変化すると、指機構の動きの制御安定性が損なわれる可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、配管等の配置の自由度を高めながら、指機構の動作を安定に制御することができるシステム等を提供することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための本発明の制御システムは、手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダとを備えているロボットハンドの制御システムであって、前記マスタピストンの位置を測定し、前記配管中の前記流体の圧力を測定し、前記マスタピストンの測定位置と、前記スレーブピストンに対する前記マスタピストンの面積比とに基づいて前記配管の径が変化していない状態における前記スレーブピストンの基本位置を算定し、かつ、前記流体の測定圧力と、前記配管の長さと、前記配管の柔軟性を表わす係数とに基づいて前記配管の断面積変化に応じた前記スレーブピストンの変位量を算定した上で、前記基本位置を前記変位量により補正した結果を前記スレーブピストンの位置として測定する第１演算処理要素と、前記第１演算処理要素により測定された前記スレーブピストンの位置に基づき、前記マスタピストンの位置を制御する第２演算処理要素とを備えていることを特徴とする（第１発明）。
【０００７】
前記ロボットハンドが減速機構を介して力を伝えることにより前記マスタピストンを進退させるモータと、前記モータの回転位置に応じた信号を出力するエンコーダとをさらに備え、前記第１演算処理要素が前記エンコーダの出力信号に応じた前記モータの回転位置と、前記減速機構の減速比とに基づいて前記マスタピストンの位置を測定してもよい（第２発明）。
【０００８】
本発明のロボットハンドは、手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダと、第１または第２発明の制御システムとを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のロボットハンドの制御プログラムは、コンピュータを第１または第２発明の制御システムとして機能させることを特徴とする。
【００１０】
本発明のロボットハンドの制御方法は、手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダとを備えているロボットハンドの制御方法であって、前記マスタピストンの位置を測定し、前記配管中の前記流体の圧力を測定し、前記マスタピストンの測定位置と、前記スレーブピストンに対する前記マスタピストンの面積比とに基づいて前記配管の径が変化していない状態における前記スレーブピストンの基本位置を算定し、前記流体の測定圧力と、前記配管の長さと、前記配管の柔軟性を表わす係数とに基づいて前記配管の断面積変化に応じた前記スレーブピストンの変位量を算定し、前記基本位置を前記変位量により補正した結果を前記スレーブピストンの位置として測定し、前記スレーブピストンの測定位置に基づき、前記マスタピストンの位置を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の制御システム等によれば、配管に流体の圧力に応じた断面積変化が許容される程度の柔軟性を持たせ、これによって配管およびこれを介して連結されているマスタシリンダの配置自由度を高めることができる。また、配管中の流体圧力に応じて生じる配管の断面積変化が考慮されるので、スレーブピストン位置が高精度で測定されうる。したがって、スレーブピストンの測定位置に基づいて指機構の動作が安定に制御されうる
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態としてのハンドを有するロボットの構成説明図。
【図２】ハンドの構成説明図。
【図３】ハンドの構成説明図。
【図４】ハンドが有する第１指機構の構成説明図。
【図５】ハンドが有する第２指機構の構成説明図。
【図６】ハンドの駆動装置の一部の構成説明図。
【図７】ハンドの作動に関する説明図。
【図８】ハンドの制御システムの構成説明図。
【図９】ハンドの動作の制御方法に関する説明図。
【図１０】ハンドの物体把持動作に関する説明図。
【図１１】手の平接触面積の算出方法に関する説明図。
【図１２】指位置の測定方法に関する説明図。
【図１３】第１指機構が物体に適当に当接している状態における荷重調整方法に関する説明図。
【図１４】第１指機構が物体に適当に当接していない状態における荷重調整方法に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
まず、本発明の一実施形態としてのロボットハンドを構成要素とするロボットの構成について説明する。
【００１５】
図１に示されているロボットＲは脚式移動ロボットであり、人間と同様に、基体Ｂ０と、基体Ｂ０の上方に配置された頭部Ｂ１と、基体Ｂ０の上部に上部両側から延設された左右の腕体Ｂ２と、左右の腕体Ｂ２のそれぞれの先端に設けられているハンド１と、基体Ｂ０の下部から下方に延設された左右の脚体Ｂ４とを備えている。なお、ロボットＲは脚式移動ロボットのみならず、ハンド１の位置および姿勢を変化させるための腕体Ｂ２に相当する機構を備えているあらゆる種類のロボットであってもよい。
【００１６】
ロボットＲはその動作を制御する制御装置２を備えている。制御装置２はロボットＲの内部ネットワークを通じて接続された主制御ユニットおよび一または複数の副制御ユニットより構成される分散制御装置であってもよい。
【００１７】
基体Ｂ０はヨー軸回りに相対的に回動しうるように上下に連結された上部および下部により構成されている。頭部Ｂ１は基体Ｂ０に対してヨー軸回りに回動する等、動くことができる。頭部Ｂ１には、ロボットＲの前方を撮像範囲とするＣＣＤカメラ、赤外線カメラ等、種々の周波数帯域における光を感知しうる左右一対の頭カメラＣ１が搭載されている。基体Ｂ０の下部には、ロボットＲの前方下方に向けて発せられた近赤外レーザー光の物体による反射光を検知することによりこの物体の位置や方位等を測定するための腰カメラ（アクティブセンサ）Ｃ２が搭載されている。
【００１８】
腕体Ｂ２は第１腕体リンクＢ２２と、第２腕体リンクＢ２４とを備えている。基体Ｂ０と第１腕体リンクＢ２１とは肩関節機構（第１腕関節機構）Ｂ２１を介して連結され、第１腕体リンクＢ２２と第２腕体リンクＢ２４とは肘関節機構（第２腕関節機構）Ｂ２３を介して連結され、第２腕体リンクＢ２４とハンド１とは手首関節機構（第３腕関節機構）Ｂ２５を介して連結されている。肩関節機構Ｂ２１はロール、ピッチおよびヨー軸回りの回動自由度を有し、肘関節機構Ｂ２３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、手首関節機構Ｂ２５はロール、ピッチ、ヨー軸回りの回動自由度を有している。
【００１９】
脚体Ｂ４は第１脚体リンクＢ４２と、第２脚体リンクＢ４４と、足部Ｂ５とを備えている。基体Ｂ０と第１脚体リンクＢ４２とは股関節機構（第１脚関節機構）Ｂ４１を介して連結され、第１脚体リンクＢ４２と第２脚体リンクＢ４４とは膝関節機構（第２脚関節機構）Ｂ４３を介して連結され、第２脚体リンクＢ４４と足部Ｂ５とは足関節機構（第３脚関節機構）Ｂ４５を介して連結されている。
【００２０】
股関節機構Ｂ４１はロール、ピッチおよびロール軸回りの回動自由度を有し、膝関節機構Ｂ４３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、足関節機構Ｂ４５はロールおよびピッチ軸回りの回動自由度を有している。股関節機構Ｂ４１、膝関節機構Ｂ４３および足関節機構Ｂ４５は「脚関節機構群」を構成する。なお、脚関節機構群に含まれる各関節機構の並進および回転自由度は適宜変更されてもよい。また、股関節機構Ｂ４１、膝関節機構Ｂ４３および足関節機構Ｂ４５のうち任意の１つの関節機構が省略された上で、残りの２つの関節機構の組み合わせにより脚関節機構群が構成されていてもよい。さらに、脚体Ｂ４が膝関節とは別の第２脚関節機構を有する場合、当該第２脚関節機構が含まれるように脚関節機構群が構成されてもよい。足部Ｂ５の底には着床時の衝撃緩和のため、特開２００１−１２９７７４号公報に開示されているような弾性素材Ｂ５２が設けられている。
【００２１】
〔ハンドに関する説明〕
ここで、ハンド１の構成について説明する。
【００２２】
ハンド１は、手の平部１０と、手の平部１０から延設されている５本の指機構１１〜１５とを備えている。手の平部１０は、各指機構を連結支持するフレーム１０１を備え、手の平部１０の表側が手の甲とされ裏側が手の平とされる。図３は、ハンド１の手の平側を示している。手の平部１０は手の平部表皮部材１０２により被覆されている。第１指機構１１、第２指機構１２、第３指機構１３、第４指機構１４および第５指機構１５のそれぞれは、人間の手の５本の指、すなわち、拇指、示指、中指、環指および小指のそれぞれに相当する。指機構１１〜１５のそれぞれは関節を露出させて指表皮部材（図示略）により被覆されている。
【００２３】
〔第１指機構に関する説明〕
第１指機構１１は、図２に模式的に示されているように手の平部１０に固定されているリンク部材からＣＭ１関節、ＣＭ２関節、ＭＰ関節およびＩＰ関節を順に介して接続されている複数の指リンク部材を備えている。
【００２４】
ＣＭ１関節およびＣＭ２関節は回動自由度「２」の「手首中手関節機構」を構成する。ＣＭ１関節およびＣＭ２関節は相互に直交または略直交する軸線回りに回動する。ＭＰ関節は回動自由度「１」の「拇指中手指節関節機構」を構成する。ＩＰ関節は回動自由度「１」の「拇指指節間関節機構」を構成する。ＣＭ２関節、ＭＰ関節およびＩＰ関節は相互に平行または略平行な軸線回りに回動する。
【００２５】
第１指機構１１はＣＭ２関節、ＭＰ関節およびＩＰ関節の回動により屈伸運動し、たとえば、手の平部１０の手の平側に向かって折れ曲がる等の動作が可能とされている。ＣＭ１関節は第１指機構１１を手の平側に対向するように回動させる。
【００２６】
〔第２〜第５指機構に関する説明〕
指機構１１〜１５のそれぞれは、図２に模式的に示されているように手の平部１０に固定されているリンク部材からＭＰ１関節、ＭＰ２関節、ＰＩＰ関節およびＤＩＰ関節を順に介して接続されている複数の指リンク部材を備えている。
【００２７】
ＭＰ１関節およびＭＰ２関節は回動自由度「２」の「中手指節関節機構」を構成する。ＭＰ１関節およびＭＰ２関節は相互に直交する軸線回りに回動する。ＰＩＰ関節は回動自由度「１」の「近位指節間関節機構」を構成する。ＤＩＰ関節は回動自由度「１」の「遠位指節間関節機構」を構成する。ＭＰ２関節、ＰＩＰ関節およびＤＩＰ関節は相互に平行または略平行な軸線回りに回動する。
【００２８】
指機構１２〜１５のそれぞれはＭＰ２関節、ＰＩＰ関節およびＤＩＰ関節の回動により屈伸運動し、たとえば、手の平部１０の手の平側に向かって折れ曲がる等の動作が可能とされている。ＭＰ１関節は、指機構１２〜１５が相互に近接または離間するように指機構１１〜１５のそれぞれを揺動させ、人間にたとえると手を広げる等の動作が可能とされている。
【００２９】
〔センサの説明〕
指機構１１〜１５のそれぞれは、図３および図４または図５に示されているように、６軸力センサＳ１を備えている。６軸力センサＳ１は、各指機構の指先部材に傾斜する姿勢で取付けられている。６軸力センサＳ１は、各指機構の指先部材に作用する６軸力、すなわち、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の並進力と各軸回りのモーメントとを測定する。そして、６軸力センサＳ１から出力される６軸力の測定値に基づいて各指機構における力の強弱および向き等が制御される。
【００３０】
手の平部１０の手の平側における複数の箇所に、各箇所における荷重または圧力に応じた信号を出力する圧力センサＳ２が設けられている。同様に指機構１１〜１５のそれぞれの指腹側の複数個所に、各箇所における荷重または圧力に応じた信号を出力する圧力センサＳ２が設けられていてもよい。
【００３１】
〔第１種の指機構（器用指）および第２種の指機構（力指）に関する説明〕
５つの指機構１１〜１５は能動的な動きの自由度の高低に応じて第１種の指機構と、第２種の指機構とに区分されている。第１指機構１１、第２指機構１２および第３指機構１３は当該自由度が高い「第１種の指機構」に区分されている。第４指機構１４および第５指機構１５は第１種の指機構よりも当該自由度が低い「第２種の指機構」に区分されている。
【００３２】
〔第１種の指機構の説明〕
〔第１指機構の構成〕
第１種の指機構に区分されている第１指機構１１は、図４に示されているように、ＣＭ２関節の回動軸ＣＭ２１（手首中手関節機構の第２の回動軸）を回動させる第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）と、ＭＰ関節の回動軸ＭＰ１を回動させる第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）とを備えている。
【００３３】
第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）は、ＣＭ１関節の回動軸（手首中手関節の第２の回動軸）とされており、回動自在に前記手の平部１０のフレーム１０１に支持されている。
【００３４】
このように、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）をＣＭ１関節回動軸として兼用することにより、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）とＣＭ１関節の回動軸とを別々に設けた場合に比べてコンパクトとなる。しかも、ＣＭ１関節の回動に伴う第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）の揺動は全くなく、その揺動スペースが不要となるので極めてコンパクトに構成することができる。
【００３５】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）のシリンダ本体３２１（ＭＰ）は、ＣＭ２関節の回動軸ＣＭ２１を介して第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）に回動自在に連結されている。
【００３６】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）のシリンダ本体３２１（ＭＰ）に流体を供給する配管３２４（ＭＰ）は、ＣＭ２関節の回動軸ＣＭ２１の内部に収容されている。これにより、ＣＭ２関節の回動時に配管３２４（ＭＰ）が邪魔にならず、第１指機構１１の屈伸動作を円滑に行うことができる。
【００３７】
ＭＰ関節には連結部材ＩＰＬ１を介してＩＰ関節が連結されている。ＩＰ関節の回動軸ＩＰ１には、前記指先部材が回動自在に連結されている。連結部材ＩＰＬ１は、その一端がＭＰ関節の回動軸ＭＰ１に回動自在に連結され、他端がＩＰ関節の回動軸ＩＰ１に連結されている。
【００３８】
さらに、ＭＰ関節とＩＰ関節との間には、リンク部材ＩＰＬ２（リンク機構）が設けられている。リンク部材ＩＰＬ２は、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）のシリンダ本体３２１（ＭＰ）と指先部材の６軸力センサＳ１を支持する支持部材ＩＰＬ３とを連結する。
【００３９】
第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）は、シリンダ本体３２１（ＣＭ２）内部に流体が供給されることによりピストン３２２（ＣＭ２）が摺動し、ピストンロッド３２３（ＣＭ２）が伸縮してＣＭ２関節を回動させる。これにより、第２指機構１２がＣＭ２関節において屈伸する。
【００４０】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）は、シリンダ本体３２１（ＭＰ）内部に流体が供給されることによりピストン３２２（ＭＰ）が摺動し、ピストンロッド３２３（ＭＰ）が伸縮してＭＰ関節を回動させる。このとき、ＭＰ関節とＩＰ関節とが、連結部材ＩＰＬ１とリンク部材ＩＰＬ２とにより連結されていることにより、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）の動きによるＭＰ関節の回動に追従してＩＰ関節が回動する。
【００４１】
ＩＰ関節は、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）によるＭＰ関節の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、ＩＰ関節を駆動するためのシリンダ等が不要となり、第１指機構１１を軽量に構成することができる。
【００４２】
以上の構成により、第１指機構１１は、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）および第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）のピストンロッド３２３（ＣＭ２），３２３（ＭＰ）を伸長させることによりを折り曲げ状態となり、ピストンロッド３２３（ＣＭ２），３２３（ＭＰ）を収縮させることにより延ばし状態となる。
【００４３】
第１指機構１１のＣＭ１関節は、図３に示されているように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド３２３（ＣＭ１）が伸縮する第３の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ１）により回動される。第１指機構１１は、第３の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ１）のピストンロッド３２３（ＣＭ１）を伸長させることにより、手の平部１０の手の平側に回動し、第３の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ１）のピストンロッド３２３（ＣＭ１）を収縮させることにより第２指機構１２に隣り合う方向に回動する。
【００４４】
図４に示されているように、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）への流体の供給は、ＣＭ１関節の回動軸である第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）の軸受け部１０１の内部に形成された流体路３２（ＣＭ２）４を介して行われる。これにより、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）を円滑に回動させることができ、ＣＭ１関節の回動により第１指機構１１が円滑に動かされうる。
【００４５】
図３および図４に示されているように、ＣＭ１関節、ＣＭ２関節およびＭＰ関節のそれぞれにはコイルばね（ねじりばね）ＣＭ１２、ＣＭ２２およびＭＰ２のそれぞれが設けられている。ＭＰ関節およびＣＭ２関節の各コイルばねＭＰ２，ＣＭ２２は、第１指機構１１を延ばし方向に付勢する。ＣＭ１関節のコイルばねＣＭ１２は、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）の外周を包囲するようにして設けられ、第１指機構１１を第２指機構１２に隣り合う方向に回動する方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばねＣＭ１２、ＣＭ２２およびＭＰ２の付勢方向は、３つの従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ１）、３２（ＣＭ２）および３２（ＭＰ）の各ピストンロッド３２３（ＣＭ１）、３２３（ＣＭ２）および３２３（ＭＰ）の収縮方向と同じ方向とされている。
【００４６】
〔第２指機構の構成〕
第２指機構１２は、図５に示されているようにＭＰ２関節の回動軸ＭＰ２１（中手指節関節の第１の回動軸）を回動させる第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）と、ＰＩＰ関節の回動軸ＰＩＰ１を回動させる第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）とを備えている。
【００４７】
第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）のシリンダ本体３２１（ＭＰ２）は、人間の中手骨に相当し、ＭＰ１関節の回動軸ＭＰ１１（中手指節関節機構の第１の回動軸）により回動自在に前記手の平部１０のフレーム１０１（図１参照）に支持されている。第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のシリンダ本体３２１（ＰＩＰ）は、人間の基節骨に相当し、ＭＰ２関節の回動軸ＭＰ２１を介して第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）に回動自在に連結されている。
【００４８】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のシリンダ本体３２１（ＰＩＰ）に流体を供給する配管３２４（ＰＩＰ）は、ＭＰ２関節の回動軸ＭＰ２１の内部に収容されている。これにより、ＭＰ２関節の回動時に配管３２４（ＰＩＰ）が邪魔にならず、第２指機構１２の屈伸動作を円滑に行うことができる。
【００４９】
また、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のシリンダ本体３２１（ＰＩＰ）を第２指機構１２の長手方向に沿ってＭＰ２関節とＰＩＰ関節との間に配設することにより、第２指機構１２をコンパクトに構成することができる。
【００５０】
ＰＩＰ関節には、人間の中節骨に相当する連結部材ＤＩＰＬ１を介してＤＩＰ関節が連結されている。ＤＩＰ関節の回動軸ＤＩＰ１には、前記指先部材に連設された６軸力センサＳ１を支持する支持部材ＤＩＰＬ２が回動自在に連結されている。連結部材ＤＩＰＬ１は、その一端がＰＩＰ関節の回動軸ＰＩＰ１に回動自在に連結され、他端がＤＩＰ関節の回動軸ＤＩＰ１に連結されている。
【００５１】
さらに、ＰＩＰ関節とＤＩＰ関節との間には、リンク部材ＤＩＰＬ３（リンク機構）が設けられている。リンク部材ＤＩＰＬ２は、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のシリンダ本体３２１（ＰＩＰ）と指先部材の６軸力センサＳ１を支持する支持部材ＤＩＰＬ２とを連結する。
【００５２】
第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）は、シリンダ本体３２１（ＭＰ２）内部に流体が供給されることによりピストン３２２（ＭＰ２）が摺動し、ピストンロッド３２３（ＭＰ２）が伸縮してＭＰ２関節を回動させる。これにより、第２指機構１２がＭＰ２関節を介して屈伸する。
【００５３】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）は、シリンダ本体３２１（ＰＩＰ）内部に流体が供給されることによりピストン３２２（ＰＩＰ）が摺動し、ピストンロッド３２３（ＰＩＰ）が伸縮してＰＩＰ関節を回動させる。このとき、ＰＩＰ関節とＤＩＰ関節とが、連結部材ＤＩＰＬ１とリンク部材ＤＩＰＬ３とにより連結されているので、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）によるＰＩＰ関節の回動に追従してＤＩＰ関節が回動する。
【００５４】
ＤＩＰ関節は、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）によるＰＩＰ関節の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、ＤＩＰ関節を駆動するためのシリンダ等が不要となり、第２指機構１２を軽量に構成することができる。
【００５５】
以上の構成により、第２指機構１２は、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）および第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のピストンロッド３２３（ＭＰ２），３２３（ＰＩＰ）を伸長させることにより折り曲げ状態となり、ピストンロッド３２３（ＭＰ２），３２３（ＰＩＰ）を収縮させることにより延ばし状態となる。
【００５６】
第２指機構１２のＭＰ１関節は、図３に示されているように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド３２３（ＭＰ１）が伸縮する第３の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）により回動される。第３の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）は、ピストンロッド３２３（ＭＰ１）を伸長させることにより第２指機構１２を第３指機構１３に近接する方向に揺動させ、ピストンロッド３２３（ＭＰ１）を収縮させることにより第２指機構１２を第３指機構１３から離反する方向に揺動させる。
【００５７】
図５に示されているように、ＭＰ１関節、ＭＰ２関節およびＰＩＰ関節のそれぞれにはコイルばね（ねじりばね）ＭＰ１２、ＭＰ２２およびＰＩＰ２のそれぞれが設けられている。ＰＩＰ関節およびＭＰ２関節の各コイルばねＰＩＰ２，ＭＰ２２は、第２指機構１２を延ばし方向に付勢する。ＭＰ１関節のコイルばねＭＰ１２は、第２指機構１２を第３指機構１３から離反させる方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばねＭＰ１２、ＭＰ２２およびＰＩＰ２の付勢方向は、３つの従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）、３２（ＭＰ２）および３２（ＰＩＰ）のピストンロッド３２３（ＭＰ１）、３２３（ＭＰ２）および３２３（ＰＩＰ）の収縮方向と同じ方向とされている。
【００５８】
以上、第１種の指機構とされる第２指機構１２の構成を詳しく述べたが、第１種の指機構とされる第３指機構１３の構成も第２指機構１２と同じである。
【００５９】
〔第２種の指機構の構成〕
第２種の指機構に区分されている第４指機構１４および第５指機構１５のそれぞれは、第２指機構１２の上述した構成のうち、第３の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）が省略されていることを除き、第２指機構１２と同じ構成である。第４指機構１４および第５指機構１５は、第３の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）が省略されているため、ＭＰ１関節が力動作に応じて自在に回動し、ＭＰ１関節のコイルばねＭＰ１２の付勢により所定位置に自然復帰するようになっている。すなわち、第２種の指機構はこの分だけ能動的な動きの自由度が第１種の指機構よりも低くなっている。
【００６０】
〔駆動装置の構成〕
ハンド１の駆動機構の構成について説明する。駆動機構は、図６に示されている複数の駆動流体圧シリンダ（マスタシリンダ）３１と、複数の従動流体圧シリンダ（スレーブシリンダ）３２（ｉ）（ｉ＝ＣＭ１，ＣＭ２，ＭＰ，ＭＰ１，ＭＰ２，ＰＩＰ）とを構成要素としている（図３、図４および図５参照）。駆動流体圧シリンダ３１は従動流体圧シリンダ３２（ｉ）のそれぞれに対応して合計１３個設けられている。駆動流体圧シリンダ３１とハンド１の従動流体圧シリンダ３２（ｉ）とは流体圧伝達管３３（配管）を介して各別に接続される。流体圧伝達管３３は流体圧力に応じて径または断面積が変化しうる程度の柔軟性を有している。
【００６１】
複数の駆動流体圧シリンダ３１のそれぞれはロボットＲの適当な箇所（たとえば基体Ｂ０または腕体Ｂ２の内部空間）にユニットとしてあるいは分散して配置されている。
【００６２】
駆動流体圧シリンダ３１は、内部に流体を収容するシリンダ本体３１１と、シリンダ本体３１１の内部を摺動するピストン（マスタピストン）３１２と、ピストン３１２に連設された中空のピストンロッド３１３とを備えている。さらに、駆動流体圧シリンダ３１は、ピストンロッド３１３の軸線に沿ってピストンロッド３１３内に挿入されるボールネジ３１４と、ピストンロッド３１３の内部に固設されてボールネジ３１４に螺合する螺合部材３１５と、ボールネジ３１４を回転駆動することにより螺合部材３１５を介してピストンロッド３１３を進退させるモータ３０（回転駆動装置）と、モータ３０の作動量を検出するためのエンコーダＳ３とを備えている。駆動流体圧シリンダ３１には、シリンダ本体３１１の内部の流体圧力に応じた信号を出力する圧力センサＳ４が設けられている。
【００６３】
モータ３０は、回転伝達手段としてのプーリ３０１，３０３に掛けわたされたベルト３０２を介してボールネジ３１４を回転駆動する。これにより、モータ３０の出力軸３００とピストンロッド３１３との軸線が平行となり、モータ３０をシリンダ本体３１１に隣設することができてコンパクトに形成される。
【００６４】
この構成により、図７に模式的に示されているように、マスタピストン３１２が前進駆動されることにより、駆動流体圧シリンダ３１から流体が流出し、配管３３を介してそれに対応する従動流体圧シリンダ３２（ｉ）に流体が流入し、従動流体圧シリンダ３２（ｉ）のピストン（スレーブピストン）３２２（ｉ）が前進することにより指機構１１〜１５のそれぞれが駆動される。これとは逆にマスタピストン３１２が後退駆動されることにより、駆動流体圧シリンダ３１から流体が流入し、配管３３を介してそれに対応する従動流体圧シリンダ３２（ｉ）から流体が流出し、従動流体圧シリンダ３２（ｉ）のピストン３２２（ｉ）が後退することにより指機構１１〜１５のそれぞれが駆動される。
【００６５】
［ハンドの動作制御］
制御装置２はコンピュータ（ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のメモリ、ならびに、Ａ／Ｄ回路およびＩ／Ｏ回路等の回路により構成されている。）により構成されている。制御装置２によれば、ＣＰＵによりメモリから制御プログラムが適宜読み出され、読み出されたプログラムにしたがってハンド１の動作が制御される。
【００６６】
制御装置２はロボットＲに搭載されている複数のアクチュエータ４のそれぞれの動作を制御することにより、腕体Ｂ２の各関節機構における動き、および、脚体Ｂ４の各関節における動き等を制御する。制御装置２はマスタピストン３１２の位置を制御することにより指機構１１〜１５のそれぞれの動きまたは力を制御する。
【００６７】
制御装置２は図９に示されているように第１演算処理要素２１と、第２演算処理要素２２とを備えている。
【００６８】
第１演算処理要素２１は、指機構１１〜１５のそれぞれの先端部に設けられている６軸力センサＳ１の出力信号に基づき、指機構１１〜１５のそれぞれの先端部における物体との当接位置、物体に与える圧力および圧力の方向を測定する。第１演算処理要素２１は、手の平部１０の手の平側における複数個所に配置されている複数の圧力センサＳ２のそれぞれの出力信号等に基づき、手の平部１０における荷重中心の位置と、手の平部１０にかかる荷重とを測定する。第１演算処理要素２１は、エンコーダＳ３および流体圧力センサＳ４のそれぞれの出力信号に基づき、従動流体圧シリンダ３２（ｉ）のピストン３２２（ｉ）の位置、さらには、指機構１１〜１５のそれぞれの各関節ｉにおける回動角度を測定する。
【００６９】
第２演算処理要素２２は、物体がハンド１によって把持されることにより複数の指機構１１〜１５および手の平部１０のそれぞれに当接している状態において、手の平部１０における荷重中心の測定位置が目標手の平領域ＰＡに含まれるとともに、手の平部１０にかかる荷重の測定値が目標荷重範囲に含まれるように、複数の指機構１１〜１５のそれぞれから物体にかける圧力を制御する。第２演算処理要素２２は、指機構１１〜１５のそれぞれの各関節ｉにおける回動角度の測定結果に基づき、当該回動角度、ひいては、指機構１１〜１５のそれぞれの位置および姿勢を制御する。
【００７０】
前記構成のロボットＲ、ハンド１および制御装置２の機能について説明する。
【００７１】
［基本制御］
指機構１１〜１５のそれぞれの各関節における回動角度（スレーブ関節角度）θslvは、エンコーダＳ３および流体圧力センサＳ４のそれぞれの出力信号に基づき、第１演算処理要素２１により関係式（１）〜（６）にしたがって測定される。
【００７２】
説明のため、図７に示されているように、指機構１１〜１５のそれぞれを構成する指リンク部材の揺動軸の方向がＺ方向として定義され、従動ピストン３２２（ｉ）の進退方向がＸ方向として定義されている直交座標系を考える。
【００７３】
回動角度（スレーブ関節角度）θslvは関係式（１）により表現される。
【００７４】
θslv＝φ＋tan-1（h／Px）−θ0 （θ0＞0），
φ＝cos-1{(Px2＋(L2)2＋h2−(L1)2)／(2L(Px2＋h2)1/2)}−θ0 ‥（１）
「h」はクランクオフセットであり、指リンク部材の揺動軸と、ロッド３２３（ｉ）の後端揺動軸とのＹ方向の間隔である。「L1」はロッド３２３（ｉ）の後端揺動軸と先端揺動軸との間隔（ロッド長）である。「L2」は指リンク部材の揺動軸と、ロッド３２３（ｉ）の先端揺動軸との間隔（クランク長）である。クランクオフセットh、ロッド長L1およびクランク長L2の値はメモリに保存されている。
【００７５】
「Px」はスレーブピストン３２２（ｉ）の位置（スレーブピストン位置）Pxであり、関係式（２）により表現される。
【００７６】
Px＝P0−Strkslv ‥（２）
「P0」はスレーブピストン３２２（ｉ）の基準位置である。
【００７７】
「Strkslv」はスレーブピストン３２２（ｉ）の基準位置p0からの変位量（スレーブストローク）であり、関係式（３）により表現される。
【００７８】
Strkslv＝Strkmst・（Smst／Sslv）−StrkOffsetmst＋StrkExpslv ‥（３）
「Smst」はマスタピストン３１２の断面積である。「Sslv」はスレーブピストン３２２（ｉ）の断面積である。「StrkOffsetmst」はマスタピストン３１２のオフセット（マスタストロークオフセット）である。断面積SmstおよびSslvまたはその比率（Smst／Sslv）、ならびに、マスタストロークオフセットStrkOffsetmstの値はメモリに保存されている。
【００７９】
「Strkmst」はマスタピストン３１２の変位量（マスタストローク）であり、エンコーダＳ３の出力信号に応じたモータ３０の回動位置MotPosmstに基づき、関係式（４）にしたがって算定されうる。
【００８０】
Strkmst＝MotPosmst・Rr ‥（４）
「Rr」はプーリ３０１，３０３およびベルト３０２により構成されている減速機構（図６参照）の減速比であり、メモリにあらかじめ保存されている。
【００８１】
「StrkExpslv」は配管３３の断面積変化または膨張もしくは収縮によるスレーブストローク変位量であり、スレーブピストン３２３（ｉ）の断面積Sslvおよび配管膨張量Exppipに基づき、関係式（５）にしたがって算定されうる。
【００８２】
SstrkExpslv＝Exppip／Sslv ‥（５）
「Exppip」は配管膨張量（体積変化量）であり、流体圧力センサＳ４の出力信号に応じた測定流体圧Prsactに加えて、油圧目標値Prscmd、配管３３の柔軟性の高低を表わす係数Kpipおよび配管３３の長さLpipに基づき、関係式（６）にしたがって表現される。油圧目標値Prscmd、配管３３の柔軟性の高低を表わす係数Kpipおよび配管３３の長さLpipはメモリに保存されている。
【００８３】
Exppip＝（Prscmd−Prsact）・Kpip・Lpip ‥（６）
第１演算処理要素２１により前記のように測定されたスレーブ関節角度θslvに加えて、後述するように６軸力センサＳ１および圧力センサＳ２のそれぞれの出力信号に基づき、第２演算処理要素２２により指機構１１〜１５のそれぞれの動きまたは力が制御される。
【００８４】
［応用制御］
第１演算処理要素２１により、手の平部１０の位置および姿勢、ならびに、ハンド１を用いた把持対象である物体の位置、姿勢、形状およびサイズ等、当該物体を把持するために必要な情報が認識される（図９／ＳＴＥＰ００２）。
【００８５】
ロボットＲの物体把持動作の制御のため、ロボット座標系のほか、手首座標系、ハンド座標系および物体座標系が定義される。「ロボット座標系」は、世界座標系におけるロボットＲの位置および姿勢を定義するために定義される。「手首座標系」は、たとえば、手首関節機構Ｂ２５の代表点を原点とし、かつ、手首関節機構Ｂ２５の３つの回動軸を３つの直交軸として定義される。「ハンド座標系」は、たとえば、手の平部１０の手の平面上の一点を原点とし、手の平面に平行な一対の直交軸をｘ軸およびｙ軸とし、かつ、手の平面に垂直な軸をｚ軸として定義される。「物体座標系」は、たとえば、物体の代表点を原点として定義される。ロボット座標系に対する手首座標系およびハンド座標系のそれぞれの位置および姿勢は、肩関節機構Ｂ２１、肘関節機構Ｂ２３および手首関節機構Ｂ２５の屈曲角度等、ロボットＲの動作により変動する因子、ならびに、メモリに保存されている第１腕体リンクＢ２２および第２腕体リンクＢ２２の長さ等、ロボットＲのサイズを表わす一定の因子に基づき、順運動学計算法にしたがって算出されうる。
【００８６】
手の平部１０の位置および姿勢は腕体Ｂ２の各関節機構の屈曲角度を測定するためのロータリエンコーダ等、ロボットＲの動作状態に応じたセンサからの出力信号に基づいて測定される。手の平部１０の位置および姿勢はロボット座標系における座標値またはオイラー角によって認識される。ロータリエンコーダ等の動作状態センサの出力信号に基づき、ロボットＲの腕体Ｂ２および脚体Ｂ４のそれぞれの位置および姿勢も認識されうる。
【００８７】
頭カメラＣ１および腰カメラＣ２のうち一方または両方を通じて得られた画像解析により、固定座標系（ロボットＲの動きとは無関係に固定されている座標系）における基体Ｂ０の位置および姿勢が認識される。
【００８８】
エンコーダＳ３の出力信号に応じたモータ３０の作動量に基づき、指機構１１〜１５のそれぞれの先端部の位置および姿勢が認識される。各指機構の先端部の位置は、エンコーダＳ３の出力信号に応じた各関節機構の屈曲角度、ハンド座標系において不変の各指機構の根元部の位置、および、各指機構の指節リンクの長さ等に基づき、順運動学計算法にしたがって、算出されたハンド座標系における位置および姿勢として定義される。
【００８９】
物体の位置、姿勢、形状およびサイズは、頭カメラＣ１および腰カメラＣ２のうち一方または両方により撮像されたロボットＲの周辺範囲の画像に基づいて認識される。物体の位置および姿勢はロボット座標系における座標値およびオイラー角によって認識される。ロボット座標系にける物体の位置および姿勢は、ロボットＲの位置および姿勢（たとえば基体Ｂ０の位置および基本前額面の姿勢）が変化することにより変化するので、逐次認識または測定される。なお、認識対象となる情報の一部または全部がロボットＲの外部にある端末装置から制御装置２に入力されることにより、当該入力情報が第１演算処理要素２１により認識されてもよい。
【００９０】
また、第１演算処理要素２１により認識された物体の位置等に基づき、第２演算処理要素２２によってアクチュエータ４の動作が制御されることにより、ハンド１により物体を把持するためのロボットＲの予備的動作が制御される（図９／ＳＴＥＰ００４）。具体的には、必要に応じて脚体Ｂ４が動かされることによりロボットＲの位置および姿勢が調節される。その上で、腕体Ｂ２が動かされることにより手の平部１０が当該物体を把持するのに適当な位置および姿勢に調節される。
【００９１】
さらに、第１演算処理要素２１により認識された物体の位置および姿勢等に基づき、第２演算処理要素２２により指機構１１〜１５のそれぞれの動きおよび必要に応じて腕体Ｂ２の動きが制御されることによって物体がハンド１により把持される（図９／ＳＴＥＰ００６）。
【００９２】
たとえば、図１０（ａ）に示されているように手の平部１０の位置および姿勢が維持されたまま、指機構１１のうち第１種の指機構１１〜１３により、ハンド１により物体がつままれる。さらに、第１種の指機構１１〜１３に加えて第２種の指機構１４〜１５により、物体が手の平部１０に押し付けられる。この結果、図１０（ｂ）に示されているように物体が指機構１１〜１５のうち少なくとも一部ならびに手の平部１０のそれぞれに当接した状態で、当該物体がハンド１により把持される。
【００９３】
第１演算処理要素２１により、手の平部１０に配置されている複数の圧力センサＳ２の出力信号に基づき、手の平接触面積Ｓが基準値ＣＡ以上であるか否かが判定される（図９／ＳＴＥＰ００８）。手の平接触面積Ｓは有意の（たとえば所定微小値以上の）圧力に応じた信号（圧力信号）を出力し、かつ、相互に隣接してひとまとまりのグループまたはクラスタを構成する複数の圧力センサＳ２の個数、または、個数および配置態様に基づいて算定される。
【００９４】
ここで、図１１に示されているように複数の圧力センサＳ２が配置されている状況を考える。図１１において、圧力信号を出力している圧力センサＳ２が「●」により示される一方、圧力信号を出力していない圧力センサＳ２が「○」により示されている。図１１（ａ）に示されているように圧力信号を出力し、かつ、相互に隣接してひとまとまりのグループを構成する圧力センサＳ２の数は「２５」であり、この数値またはこの数値に比例する数値が手の平接触面積Ｓとして算出される。図１１（ｂ）に示されているように圧力信号を出力している圧力センサＳ２の数は「７」であるものの、相互に隣接してひとまとまりの最大のグループを構成する圧力センサＳ２の数は「４」であり、この数値またはこの数値に比例する数値が手の平接触面積Ｓとして算出される。基準値ＣＡがたとえば「１５」である場合、図１１（ａ）に示されている状態では手の平接触面積Ｓは基準値ＣＡ以上であると判定される一方、図１１（ｂ）に示されている状態では手の平接触面積Ｓは基準値ＣＡ未満であると判定される。
【００９５】
手の平接触面積Ｓが基準値ＣＡ未満であると判定された場合（図９／ＳＴＥＰ００８‥ＮＯ）、一連の処理が終了する。
【００９６】
手の平接触面積Ｓが基準値ＣＡ以上であると判定された場合（図９／ＳＴＥＰ００８‥ＹＥＳ）、各指機構の先端部に設けられている６軸力センサＳ１の出力信号に基づき、第１演算処理要素２１により指機構１１〜１５のそれぞれの指位置Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれが測定される（図９／ＳＴＥＰ０１０）。第ｉ指機構（ｉ＝１〜５）の指位置Ｐｉを「第ｉ指位置」という。
【００９７】
具体的には、まず、６軸力センサＳ１の出力信号に基づいて第ｉ指機構と物体との当接箇所が算出される。第ｉ指機構に対応するエンコーダＳ３の出力信号に基づき、順運動学モデルにしたがって、ロボット座標系等の基準座標系における第ｉ指機構の先端部の位置および姿勢が算出されうる。その上で、当該当接箇所を頂点とし、かつ、当該当接箇所に応じて姿勢が定まる軸を有する摩擦円錐が定義される。
【００９８】
これにより、図１２（ａ）（ｂ）に斜線付三角形により表現されているような摩擦円錐が定義される。なお、図１２においては、図示の簡単のため第１指機構１１が省略されているが、第１指機構１１が物体に当接していないことが表現されているわけではない。
【００９９】
さらに、第ｉ指機構の先端部における物体との当接位置から、第ｉ指機構が物体に当接するように動かされる際の当該先端部の変位方向に伸びる力ベクトルが、摩擦円錐を通過していることを要件として、当該力ベクトルと手の平部１０の手の平側表面との交点が第ｉ指位置として算出される。第ｉ指機構に対応するエンコーダＳ３の出力信号と、手首関節機構等の屈曲角度に応じたセンサの出力信号とに基づき、順運動学モデルにしたがって、ロボット座標系等の基準座標系における第ｉ指機構の先端部の変位方向が算出されうる。
【０１００】
図１２（ａ）には、指機構１２〜１５のすべてについて力ベクトル（矢印参照）が摩擦円錐を通っている状況が示されている。この状況ではすべての指位置Ｐ２〜Ｐ５が算出されうる。
【０１０１】
図１２（ｂ）には、指機構１２〜１５のうち第３指機構１３および第４指機構１４については力ベクトル（矢印参照）が摩擦円錐を通っている一方、第２指機構１２および第５指機構１５については力ベクトルが摩擦円錐から外れている状況が示されている。この状況では、第３指位置Ｐ３および第４指位置Ｐ４が算出される一方、第２指位置Ｐ２および第５指位置Ｐ５は算出されない。
【０１０２】
続いて、前記のように算出された指位置に基づき、第２目標手の平領域ＰＡが設定される（図９／ＳＴＥＰ０１２）。
【０１０３】
図１３（ａ）〜（ｅ）には少なくとも第１指位置Ｐ１が測定された状態が示されている。
【０１０４】
図１３（ａ）には、第１指位置Ｐ１と、その他の４つの指位置Ｐ２〜Ｐ５とが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１と、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５とを頂点とする三角形が定義される。そして、当該三角形の長辺（第１基準線分）Ｌ１に対向する頂点から、当該長辺Ｌ１まで伸びる垂線（第２基準線分）Ｌ２の中間位置を中心とし、かつ、当該三角形の内側に収まる円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。
【０１０５】
図１３（ｂ）には、第１指位置Ｐ１と、その他の３つの指位置Ｐ２〜Ｐ４とが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１と、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４とを頂点とする三角形が定義される。そして、当該三角形の長辺（第１基準線分）Ｌ１に対向する頂点から、当該長辺Ｌ１まで伸びる垂線（第２基準線分）Ｌ２の中間位置を中心とし、かつ、当該三角形の内側に収まる円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。なお、３つの指位置に第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５が含まれている場合、両指位置を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５を頂点の１つとする三角形が定義される。
【０１０６】
図１３（ｃ）には、第１指位置Ｐ１と、その他の２つの指位置Ｐ２〜Ｐ３とが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を頂点とする三角形が定義される。そして、当該三角形の長辺（第１基準線分）Ｌ１に対向する頂点から、当該長辺Ｌ１まで伸びる垂線（第２基準線分）Ｌ２の中間位置を中心とし、かつ、当該三角形の内側に収まる円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。第１指位置Ｐ１と、その他の任意の２つの指位置が測定された場合も同様に目標手の平領域ＰＡが設定される。
【０１０７】
図１３（ｄ）には、第１指位置Ｐ１と、その他の１つの指位置Ｐ２とが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１と、第２指位置Ｐ２とを結ぶ基準線分Ｌの中間位置を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。第１指位置Ｐ１と、その他の任意の１つの指位置が測定された場合も同様に目標手の平領域ＰＡが設定される。
【０１０８】
図１３（ｅ）には、第１指位置Ｐ１のみが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。
【０１０９】
なお、前記のように三角形が定義されたすべての場合において、当該三角形の五心のいずれかを基準とし、当該三角形の内側に収まる領域が目標手の平領域ＰＡとして設定されてもよい。目標手の平領域ＰＡは円形に限らず、楕円形、正方形、長方形、ひし形または五角形等、さまざまな形状であってもよい。
【０１１０】
図１４（ａ）〜（ｄ）には第１指位置Ｐ１が測定されなかった状態が示されている。
【０１１１】
図１４（ａ）には、第１指位置Ｐ１以外の４つの指位置Ｐ２〜Ｐ５が測定された状態が示されている。この状態では、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５とを結ぶ基準線分Ｌの中間位置を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。なお、３つの指位置に第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３が含まれている場合、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５を頂点とする三角形、または、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５と、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を頂点とする三角形が定義されうる。
【０１１２】
図１４（ｂ）には、第１指位置Ｐ１以外の３つの指位置Ｐ２〜Ｐ４が測定された状態が示されている。この状態では、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４とを結ぶ基準線分Ｌの中間位置を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。なお、３つの指位置に第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５が含まれている場合、両指位置を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５を頂点の１つとする三角形が定義される。
【０１１３】
図１４（ｃ）には、第１指位置以外の２つの指位置Ｐ２〜Ｐ３が測定された状態が示されている。この状態では、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ基準線分Ｌの中間位置を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。第１指位置Ｐ１以外の任意の１つの指位置が測定された場合も同様に目標手の平領域ＰＡが設定される。
【０１１４】
図１４（ｄ）には、第１指位置Ｐ１以外の１つの指位置Ｐ２のみが測定された状態が示されている。この状態では、第２指位置Ｐ２を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。なお、第２指位置Ｐ２に代えて、第３指位置Ｐ３、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５のうちいずれか１つのみが測定された場合も、同様に目標手の平領域ＰＡが設定される。
【０１１５】
さらに、第１演算処理要素２１により、手の平部１０に配置されている複数の圧力センサＳ２の出力信号に基づき、手の平部１０における荷重中心ｐ０および手の平部１０にかかる荷重ｆ０が測定される（図９／ＳＴＥＰ０１４）。当該算定方法は特開２００７−１９６３７２号公報に詳細に説明されているので、ここでは説明を省略する。
【０１１６】
次に、第２演算処理要素２２により手の平部１０における荷重中心ｐ０が目標手の平領域ＰＡに含まれているという第１条件、および、手の平部１０にかかる荷重ｆ０が目標荷重範囲ＦＡに含まれているという第２条件のそれぞれが満たされているか否かが判定される（図９／ＳＴＥＰ０１６）。
【０１１７】
目標荷重範囲ＦＡはメモリに保存されている。目標荷重範囲ＦＡは一定であってもよいが、物体の属性に応じて可変的に設定されてもよい。たとえば、頭カメラＣ１または腰カメラＣ２を通じて得られた画像が解析されることにより、物体の形状または色彩等の外観上の特徴が認識され、当該外観上の特徴に基づいてデータベースからその属性が検索されうる。
【０１１８】
第１条件および第２条件のうち少なくとも一方が満たされていないと判定された場合（図９／ＳＴＥＰ０１６‥ＮＯ）、第ｉ指位置Ｐｉが測定された第ｉ指機構から物体に作用する圧力が第２演算処理要素２２により制御される（図９／ＳＴＥＰ０１８）。説明の簡単のため、第ｉ指機構から物体に作用する圧力を第ｉ指圧力という。「指圧力上昇制御」が実行されることにより指圧力が強められる一方、「指圧力下降制御」が実行されることにより指圧力が弱められる。
【０１１９】
図１３（ａ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。第１基準線分Ｌ１に平行な方向（ｘ方向）について、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力および第５指圧力の合力が弱められる。これとは反対にｘ方向について、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力および第５指圧力の合力が強められる。さらに、第２基準線分Ｌ２に平行な方向（ｙ方向）について、第１指位置Ｐ１寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第２〜第５指圧力の合力が弱められる。これとは反対にｙ方向について、指位置Ｐ２〜Ｐ５寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第２〜第５指圧力の合力が強められる。
【０１２０】
図１３（ｂ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。第１基準線分Ｌ１に平行な方向（ｘ方向）について、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が弱められる。これとは反対にｘ方向について、第４指位置Ｐ４寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が強められる。さらに、第２基準線分Ｌ２に平行な方向（ｙ方向）について、第１指位置Ｐ１寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第２〜第４指圧力の合力が弱められる。これとは反対にｙ方向について、指位置Ｐ２〜Ｐ４寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第２〜第４指圧力の合力が強められる。
【０１２１】
図１３（ｃ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。第１基準線分Ｌ１に平行な方向（ｘ方向）について、第１指位置Ｐ１寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第２指圧力が弱められる。これとは反対にｘ方向について、第２指位置Ｐ２寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第２指圧力が強められる。さらに、第２基準線分Ｌ２に平行な方向（ｙ方向）について、第１指位置Ｐ１および第２指位置Ｐ２寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力および第２指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第３指圧力が弱められる。これとは反対にｙ方向について、第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力および第２指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第３指圧力が強められる。
【０１２２】
図１３（ｄ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。基準線分Ｌに平行な方向について、第１指位置Ｐ１寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第２指圧力が弱められる。これとは反対に当該方向について第２指位置Ｐ２寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第２指圧力が強められる。
【０１２３】
図１４（ａ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。基準線分Ｌに平行な方向について、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力および第５指圧力の合力が弱められる。これとは反対に当該方向について、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力および第５指圧力の合力が強められる。
【０１２４】
図１４（ｂ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。基準線分Ｌに平行な方向について、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が弱められる。これとは反対に当該方向について、第４指位置Ｐ４寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が強められる。
【０１２５】
図１４（ｃ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される基準線分Ｌに平行な方向について、第２指位置Ｐ２寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が弱められる。これとは反対に当該方向について第４指位置Ｐ４寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が強められる。
【０１２６】
なお、第２演算処理要素２２によって、第ｉ指機構を物体から一度離した上で当該物体に再び当接させるように、対応するモータ３０の動作が制御されてもよい。その結果、ハンド１による物体の握り具合を微妙に変化させて、手の平部１０における荷重中心ｐ０を目標手の平領域ＰＡに向けて変位させることができる。
【０１２７】
さらに、荷重中心位置が調節される過程または調節された後において、第ｉ指位置Ｐｉが定義されているすべての第ｉ指機構の第ｉ指圧力の合力が調節されることにより、手の平部１０にかかる荷重が調節される。
【０１２８】
前記のように荷重および荷重中心位置が調節された上で、手の平部接触面積が基準値ＣＡ以上であるか否かの判定以降の処理が繰り返される（図９／ＳＴＥＰ００８参照）。
【０１２９】
そして、第２演算処理要素２２により第１条件および第２条件が満たされていると判定された場合、すなわち、手の平部１０における荷重中心ｐ０が目標手の平領域ＰＡに含まれ、かつ、荷重ｆ０が目標荷重範囲ＦＡに含まれていると判定された場合（図９／ＳＴＥＰ０１６‥ＹＥＳ）、前述の一連の処理が終了する。
【０１３０】
前記機能を発揮するハンド１によれば、配管３３に流体の圧力に応じた断面積変化が許容される程度の柔軟性を持たせ、これによって配管３３およびこれを介して連結されているマスタシリンダ３１の配置自由度を高めることができる。また、配管３３中の流体圧力に応じて生じる配管３３の断面積変化が考慮されるので、スレーブピストン位置Pxが高精度で測定されうる（図７、関係式（１）〜（６）参照）。したがって、スレーブピストン３２３（ｉ）の測定位置Pxに基づいて指機構１１〜１５の動作が安定に制御されうる（図９〜図１４参照）。
【０１３１】
また、物体がハンド１により把持されることによって複数の指機構１１〜１５および手の平部１０のそれぞれに当接している状態において、複数の指機構１１〜１５のそれぞれから当該物体にかけられる荷重が調節されうる（図９／ＳＴＥＰ０１４、図１１〜図１４参照）。これにより、当該状態において手の平部１０における荷重中心ｐ０の位置が目標手の平領域ＰＡから外れている場合、すなわち、手の平部１０における荷重分布が手の平部において過度に偏向している等、物体の安定な把持の観点から不適当である場合、当該荷重中心ｐ０の位置が目標手の平領域ＰＡに含まれるように変位されうる。また、当該状態において手の平部１０にかかる荷重ｆ０が目標荷重範囲ＦＡから外れている場合、すなわち、手の平部１０にかかる荷重が弱すぎる等、物体の安定な把持の観点から不適当である場合、当該荷重ｆ０が目標荷重範囲ＦＡに収まるように調節されうる。
【０１３２】
なお、つまみ動作用の第１種の指機構は最低２本あればよく、つかみ動作用の第２種の指機構は１本以上あればよいので、指機構の数は３、４または６等、３以上の任意の数に変更されてもよい。
【０１３３】
前記実施形態ではＭＰ１関節（またはＣＭ１関節）の能動的な回動自由度が差別化されることにより、第１種および第２種の指機構の間で能動的な動きの自由度が差別化された。そのほか、ＭＰ１関節（またはＣＭ１関節）、ＭＰ２関節（またはＣＭ２関節）、ＰＩＰ関節（またはＭＰ関節）およびＤＩＰ関節（またはＩＰ関節）の任意の組み合わせにおける能動的な回動自由度が差別化されることにより、第１種および第２種の指機構の間で能動的な動きの自由度が差別化されてもよい（図２参照）。
【符号の説明】
【０１３４】
１‥ハンド、２‥制御装置、１０‥手の平部、１１‥第１指機構、１２‥第２指機構、１３‥第３指機構、１４‥第４指機構、１５‥第５指機構、２１‥第１演算処理要素、２２‥第２演算処理要素。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手の平および手の平から延設されている複数の指を備え、手の平の位置および姿勢の調節、ならびに、複数の指のそれぞれの動きにより物体の把持作業等を実行するロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
気体または油等の液体などの媒体を用いて、ロボットハンドの構成要素である指機構の動作を制御する手法が提案されている（特許文献１参照）。指機構は第１シリンダの第１ピストンに機械的に接続され、第１シリンダは配管を通じて第２シリンダに接続されている。第２シリンダの第２ピストンが進退駆動されることにより、第１ピストンが進退駆動されて指機構が駆動される。第２ピストンの動きは配管中の媒体の圧力に基づいて制御されるが、当該制御の安定性確保のため、配管は媒体圧力が変化してもその径が変化しないような部材により構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０３９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、配管の配置の自由度を高めるためには、配管に柔軟性を持たせるほうが好ましい。その一方、配管に柔軟性を持たせたために、配管中の媒体圧力の変化に応じて配管の径が変化すると、指機構の動きの制御安定性が損なわれる可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、配管等の配置の自由度を高めながら、指機構の動作を安定に制御することができるシステム等を提供することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための本発明の制御システムは、手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダとを備えているロボットハンドの制御システムであって、前記マスタピストンの位置を測定し、前記配管中の前記流体の圧力を測定し、前記マスタピストンの測定位置と、前記スレーブピストンに対する前記マスタピストンの面積比とに基づいて前記配管の径が変化していない状態における前記スレーブピストンの基本位置を算定し、かつ、前記流体の測定圧力と、前記配管の長さと、前記配管の柔軟性を表わす係数とに基づいて前記配管の断面積変化に応じた前記スレーブピストンの変位量を算定した上で、前記基本位置を前記変位量により補正した結果を前記スレーブピストンの位置として測定する第１演算処理要素と、前記第１演算処理要素により測定された前記スレーブピストンの位置に基づき、前記マスタピストンの位置を制御する第２演算処理要素とを備えていることを特徴とする（第１発明）。
【０００７】
前記ロボットハンドが減速機構を介して力を伝えることにより前記マスタピストンを進退させるモータと、前記モータの回転位置に応じた信号を出力するエンコーダとをさらに備え、前記第１演算処理要素が前記エンコーダの出力信号に応じた前記モータの回転位置と、前記減速機構の減速比とに基づいて前記マスタピストンの位置を測定してもよい（第２発明）。
【０００８】
本発明のロボットハンドは、手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダと、第１または第２発明の制御システムとを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のロボットハンドの制御プログラムは、コンピュータを第１または第２発明の制御システムとして機能させることを特徴とする。
【００１０】
本発明のロボットハンドの制御方法は、手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダとを備えているロボットハンドの制御方法であって、前記マスタピストンの位置を測定し、前記配管中の前記流体の圧力を測定し、前記マスタピストンの測定位置と、前記スレーブピストンに対する前記マスタピストンの面積比とに基づいて前記配管の径が変化していない状態における前記スレーブピストンの基本位置を算定し、前記流体の測定圧力と、前記配管の長さと、前記配管の柔軟性を表わす係数とに基づいて前記配管の断面積変化に応じた前記スレーブピストンの変位量を算定し、前記基本位置を前記変位量により補正した結果を前記スレーブピストンの位置として測定し、前記スレーブピストンの測定位置に基づき、前記マスタピストンの位置を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の制御システム等によれば、配管に流体の圧力に応じた断面積変化が許容される程度の柔軟性を持たせ、これによって配管およびこれを介して連結されているマスタシリンダの配置自由度を高めることができる。また、配管中の流体圧力に応じて生じる配管の断面積変化が考慮されるので、スレーブピストン位置が高精度で測定されうる。したがって、スレーブピストンの測定位置に基づいて指機構の動作が安定に制御されうる
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態としてのハンドを有するロボットの構成説明図。
【図２】ハンドの構成説明図。
【図３】ハンドの構成説明図。
【図４】ハンドが有する第１指機構の構成説明図。
【図５】ハンドが有する第２指機構の構成説明図。
【図６】ハンドの駆動装置の一部の構成説明図。
【図７】ハンドの作動に関する説明図。
【図８】ハンドの制御システムの構成説明図。
【図９】ハンドの動作の制御方法に関する説明図。
【図１０】ハンドの物体把持動作に関する説明図。
【図１１】手の平接触面積の算出方法に関する説明図。
【図１２】指位置の測定方法に関する説明図。
【図１３】第１指機構が物体に適当に当接している状態における荷重調整方法に関する説明図。
【図１４】第１指機構が物体に適当に当接していない状態における荷重調整方法に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
まず、本発明の一実施形態としてのロボットハンドを構成要素とするロボットの構成について説明する。
【００１５】
図１に示されているロボットＲは脚式移動ロボットであり、人間と同様に、基体Ｂ０と、基体Ｂ０の上方に配置された頭部Ｂ１と、基体Ｂ０の上部に上部両側から延設された左右の腕体Ｂ２と、左右の腕体Ｂ２のそれぞれの先端に設けられているハンド１と、基体Ｂ０の下部から下方に延設された左右の脚体Ｂ４とを備えている。なお、ロボットＲは脚式移動ロボットのみならず、ハンド１の位置および姿勢を変化させるための腕体Ｂ２に相当する機構を備えているあらゆる種類のロボットであってもよい。
【００１６】
ロボットＲはその動作を制御する制御装置２を備えている。制御装置２はロボットＲの内部ネットワークを通じて接続された主制御ユニットおよび一または複数の副制御ユニットより構成される分散制御装置であってもよい。
【００１７】
基体Ｂ０はヨー軸回りに相対的に回動しうるように上下に連結された上部および下部により構成されている。頭部Ｂ１は基体Ｂ０に対してヨー軸回りに回動する等、動くことができる。頭部Ｂ１には、ロボットＲの前方を撮像範囲とするＣＣＤカメラ、赤外線カメラ等、種々の周波数帯域における光を感知しうる左右一対の頭カメラＣ１が搭載されている。基体Ｂ０の下部には、ロボットＲの前方下方に向けて発せられた近赤外レーザー光の物体による反射光を検知することによりこの物体の位置や方位等を測定するための腰カメラ（アクティブセンサ）Ｃ２が搭載されている。
【００１８】
腕体Ｂ２は第１腕体リンクＢ２２と、第２腕体リンクＢ２４とを備えている。基体Ｂ０と第１腕体リンクＢ２１とは肩関節機構（第１腕関節機構）Ｂ２１を介して連結され、第１腕体リンクＢ２２と第２腕体リンクＢ２４とは肘関節機構（第２腕関節機構）Ｂ２３を介して連結され、第２腕体リンクＢ２４とハンド１とは手首関節機構（第３腕関節機構）Ｂ２５を介して連結されている。肩関節機構Ｂ２１はロール、ピッチおよびヨー軸回りの回動自由度を有し、肘関節機構Ｂ２３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、手首関節機構Ｂ２５はロール、ピッチ、ヨー軸回りの回動自由度を有している。
【００１９】
脚体Ｂ４は第１脚体リンクＢ４２と、第２脚体リンクＢ４４と、足部Ｂ５とを備えている。基体Ｂ０と第１脚体リンクＢ４２とは股関節機構（第１脚関節機構）Ｂ４１を介して連結され、第１脚体リンクＢ４２と第２脚体リンクＢ４４とは膝関節機構（第２脚関節機構）Ｂ４３を介して連結され、第２脚体リンクＢ４４と足部Ｂ５とは足関節機構（第３脚関節機構）Ｂ４５を介して連結されている。
【００２０】
股関節機構Ｂ４１はロール、ピッチおよびロール軸回りの回動自由度を有し、膝関節機構Ｂ４３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、足関節機構Ｂ４５はロールおよびピッチ軸回りの回動自由度を有している。股関節機構Ｂ４１、膝関節機構Ｂ４３および足関節機構Ｂ４５は「脚関節機構群」を構成する。なお、脚関節機構群に含まれる各関節機構の並進および回転自由度は適宜変更されてもよい。また、股関節機構Ｂ４１、膝関節機構Ｂ４３および足関節機構Ｂ４５のうち任意の１つの関節機構が省略された上で、残りの２つの関節機構の組み合わせにより脚関節機構群が構成されていてもよい。さらに、脚体Ｂ４が膝関節とは別の第２脚関節機構を有する場合、当該第２脚関節機構が含まれるように脚関節機構群が構成されてもよい。足部Ｂ５の底には着床時の衝撃緩和のため、特開２００１−１２９７７４号公報に開示されているような弾性素材Ｂ５２が設けられている。
【００２１】
〔ハンドに関する説明〕
ここで、ハンド１の構成について説明する。
【００２２】
ハンド１は、手の平部１０と、手の平部１０から延設されている５本の指機構１１〜１５とを備えている。手の平部１０は、各指機構を連結支持するフレーム１０１を備え、手の平部１０の表側が手の甲とされ裏側が手の平とされる。図３は、ハンド１の手の平側を示している。手の平部１０は手の平部表皮部材１０２により被覆されている。第１指機構１１、第２指機構１２、第３指機構１３、第４指機構１４および第５指機構１５のそれぞれは、人間の手の５本の指、すなわち、拇指、示指、中指、環指および小指のそれぞれに相当する。指機構１１〜１５のそれぞれは関節を露出させて指表皮部材（図示略）により被覆されている。
【００２３】
〔第１指機構に関する説明〕
第１指機構１１は、図２に模式的に示されているように手の平部１０に固定されているリンク部材からＣＭ１関節、ＣＭ２関節、ＭＰ関節およびＩＰ関節を順に介して接続されている複数の指リンク部材を備えている。
【００２４】
ＣＭ１関節およびＣＭ２関節は回動自由度「２」の「手首中手関節機構」を構成する。ＣＭ１関節およびＣＭ２関節は相互に直交または略直交する軸線回りに回動する。ＭＰ関節は回動自由度「１」の「拇指中手指節関節機構」を構成する。ＩＰ関節は回動自由度「１」の「拇指指節間関節機構」を構成する。ＣＭ２関節、ＭＰ関節およびＩＰ関節は相互に平行または略平行な軸線回りに回動する。
【００２５】
第１指機構１１はＣＭ２関節、ＭＰ関節およびＩＰ関節の回動により屈伸運動し、たとえば、手の平部１０の手の平側に向かって折れ曲がる等の動作が可能とされている。ＣＭ１関節は第１指機構１１を手の平側に対向するように回動させる。
【００２６】
〔第２〜第５指機構に関する説明〕
指機構１１〜１５のそれぞれは、図２に模式的に示されているように手の平部１０に固定されているリンク部材からＭＰ１関節、ＭＰ２関節、ＰＩＰ関節およびＤＩＰ関節を順に介して接続されている複数の指リンク部材を備えている。
【００２７】
ＭＰ１関節およびＭＰ２関節は回動自由度「２」の「中手指節関節機構」を構成する。ＭＰ１関節およびＭＰ２関節は相互に直交する軸線回りに回動する。ＰＩＰ関節は回動自由度「１」の「近位指節間関節機構」を構成する。ＤＩＰ関節は回動自由度「１」の「遠位指節間関節機構」を構成する。ＭＰ２関節、ＰＩＰ関節およびＤＩＰ関節は相互に平行または略平行な軸線回りに回動する。
【００２８】
指機構１２〜１５のそれぞれはＭＰ２関節、ＰＩＰ関節およびＤＩＰ関節の回動により屈伸運動し、たとえば、手の平部１０の手の平側に向かって折れ曲がる等の動作が可能とされている。ＭＰ１関節は、指機構１２〜１５が相互に近接または離間するように指機構１１〜１５のそれぞれを揺動させ、人間にたとえると手を広げる等の動作が可能とされている。
【００２９】
〔センサの説明〕
指機構１１〜１５のそれぞれは、図３および図４または図５に示されているように、６軸力センサＳ１を備えている。６軸力センサＳ１は、各指機構の指先部材に傾斜する姿勢で取付けられている。６軸力センサＳ１は、各指機構の指先部材に作用する６軸力、すなわち、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の並進力と各軸回りのモーメントとを測定する。そして、６軸力センサＳ１から出力される６軸力の測定値に基づいて各指機構における力の強弱および向き等が制御される。
【００３０】
手の平部１０の手の平側における複数の箇所に、各箇所における荷重または圧力に応じた信号を出力する圧力センサＳ２が設けられている。同様に指機構１１〜１５のそれぞれの指腹側の複数個所に、各箇所における荷重または圧力に応じた信号を出力する圧力センサＳ２が設けられていてもよい。
【００３１】
〔第１種の指機構（器用指）および第２種の指機構（力指）に関する説明〕
５つの指機構１１〜１５は能動的な動きの自由度の高低に応じて第１種の指機構と、第２種の指機構とに区分されている。第１指機構１１、第２指機構１２および第３指機構１３は当該自由度が高い「第１種の指機構」に区分されている。第４指機構１４および第５指機構１５は第１種の指機構よりも当該自由度が低い「第２種の指機構」に区分されている。
【００３２】
〔第１種の指機構の説明〕
〔第１指機構の構成〕
第１種の指機構に区分されている第１指機構１１は、図４に示されているように、ＣＭ２関節の回動軸ＣＭ２１（手首中手関節機構の第２の回動軸）を回動させる第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）と、ＭＰ関節の回動軸ＭＰ１を回動させる第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）とを備えている。
【００３３】
第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）は、ＣＭ１関節の回動軸（手首中手関節の第２の回動軸）とされており、回動自在に前記手の平部１０のフレーム１０１に支持されている。
【００３４】
このように、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）をＣＭ１関節回動軸として兼用することにより、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）とＣＭ１関節の回動軸とを別々に設けた場合に比べてコンパクトとなる。しかも、ＣＭ１関節の回動に伴う第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）の揺動は全くなく、その揺動スペースが不要となるので極めてコンパクトに構成することができる。
【００３５】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）のシリンダ本体３２１（ＭＰ）は、ＣＭ２関節の回動軸ＣＭ２１を介して第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）に回動自在に連結されている。
【００３６】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）のシリンダ本体３２１（ＭＰ）に流体を供給する配管３２４（ＭＰ）は、ＣＭ２関節の回動軸ＣＭ２１の内部に収容されている。これにより、ＣＭ２関節の回動時に配管３２４（ＭＰ）が邪魔にならず、第１指機構１１の屈伸動作を円滑に行うことができる。
【００３７】
ＭＰ関節には連結部材ＩＰＬ１を介してＩＰ関節が連結されている。ＩＰ関節の回動軸ＩＰ１には、前記指先部材が回動自在に連結されている。連結部材ＩＰＬ１は、その一端がＭＰ関節の回動軸ＭＰ１に回動自在に連結され、他端がＩＰ関節の回動軸ＩＰ１に連結されている。
【００３８】
さらに、ＭＰ関節とＩＰ関節との間には、リンク部材ＩＰＬ２（リンク機構）が設けられている。リンク部材ＩＰＬ２は、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）のシリンダ本体３２１（ＭＰ）と指先部材の６軸力センサＳ１を支持する支持部材ＩＰＬ３とを連結する。
【００３９】
第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）は、シリンダ本体３２１（ＣＭ２）内部に流体が供給されることによりピストン３２２（ＣＭ２）が摺動し、ピストンロッド３２３（ＣＭ２）が伸縮してＣＭ２関節を回動させる。これにより、第２指機構１２がＣＭ２関節において屈伸する。
【００４０】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）は、シリンダ本体３２１（ＭＰ）内部に流体が供給されることによりピストン３２２（ＭＰ）が摺動し、ピストンロッド３２３（ＭＰ）が伸縮してＭＰ関節を回動させる。このとき、ＭＰ関節とＩＰ関節とが、連結部材ＩＰＬ１とリンク部材ＩＰＬ２とにより連結されていることにより、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）の動きによるＭＰ関節の回動に追従してＩＰ関節が回動する。
【００４１】
ＩＰ関節は、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）によるＭＰ関節の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、ＩＰ関節を駆動するためのシリンダ等が不要となり、第１指機構１１を軽量に構成することができる。
【００４２】
以上の構成により、第１指機構１１は、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）および第２の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ）のピストンロッド３２３（ＣＭ２），３２３（ＭＰ）を伸長させることによりを折り曲げ状態となり、ピストンロッド３２３（ＣＭ２），３２３（ＭＰ）を収縮させることにより延ばし状態となる。
【００４３】
第１指機構１１のＣＭ１関節は、図３に示されているように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド３２３（ＣＭ１）が伸縮する第３の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ１）により回動される。第１指機構１１は、第３の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ１）のピストンロッド３２３（ＣＭ１）を伸長させることにより、手の平部１０の手の平側に回動し、第３の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ１）のピストンロッド３２３（ＣＭ１）を収縮させることにより第２指機構１２に隣り合う方向に回動する。
【００４４】
図４に示されているように、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）への流体の供給は、ＣＭ１関節の回動軸である第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）の軸受け部１０１の内部に形成された流体路３２（ＣＭ２）４を介して行われる。これにより、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）を円滑に回動させることができ、ＣＭ１関節の回動により第１指機構１１が円滑に動かされうる。
【００４５】
図３および図４に示されているように、ＣＭ１関節、ＣＭ２関節およびＭＰ関節のそれぞれにはコイルばね（ねじりばね）ＣＭ１２、ＣＭ２２およびＭＰ２のそれぞれが設けられている。ＭＰ関節およびＣＭ２関節の各コイルばねＭＰ２，ＣＭ２２は、第１指機構１１を延ばし方向に付勢する。ＣＭ１関節のコイルばねＣＭ１２は、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ２）のシリンダ本体３２１（ＣＭ２）の外周を包囲するようにして設けられ、第１指機構１１を第２指機構１２に隣り合う方向に回動する方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばねＣＭ１２、ＣＭ２２およびＭＰ２の付勢方向は、３つの従動流体圧シリンダ３２（ＣＭ１）、３２（ＣＭ２）および３２（ＭＰ）の各ピストンロッド３２３（ＣＭ１）、３２３（ＣＭ２）および３２３（ＭＰ）の収縮方向と同じ方向とされている。
【００４６】
〔第２指機構の構成〕
第２指機構１２は、図５に示されているようにＭＰ２関節の回動軸ＭＰ２１（中手指節関節の第１の回動軸）を回動させる第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）と、ＰＩＰ関節の回動軸ＰＩＰ１を回動させる第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）とを備えている。
【００４７】
第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）のシリンダ本体３２１（ＭＰ２）は、人間の中手骨に相当し、ＭＰ１関節の回動軸ＭＰ１１（中手指節関節機構の第１の回動軸）により回動自在に前記手の平部１０のフレーム１０１（図１参照）に支持されている。第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のシリンダ本体３２１（ＰＩＰ）は、人間の基節骨に相当し、ＭＰ２関節の回動軸ＭＰ２１を介して第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）に回動自在に連結されている。
【００４８】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のシリンダ本体３２１（ＰＩＰ）に流体を供給する配管３２４（ＰＩＰ）は、ＭＰ２関節の回動軸ＭＰ２１の内部に収容されている。これにより、ＭＰ２関節の回動時に配管３２４（ＰＩＰ）が邪魔にならず、第２指機構１２の屈伸動作を円滑に行うことができる。
【００４９】
また、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のシリンダ本体３２１（ＰＩＰ）を第２指機構１２の長手方向に沿ってＭＰ２関節とＰＩＰ関節との間に配設することにより、第２指機構１２をコンパクトに構成することができる。
【００５０】
ＰＩＰ関節には、人間の中節骨に相当する連結部材ＤＩＰＬ１を介してＤＩＰ関節が連結されている。ＤＩＰ関節の回動軸ＤＩＰ１には、前記指先部材に連設された６軸力センサＳ１を支持する支持部材ＤＩＰＬ２が回動自在に連結されている。連結部材ＤＩＰＬ１は、その一端がＰＩＰ関節の回動軸ＰＩＰ１に回動自在に連結され、他端がＤＩＰ関節の回動軸ＤＩＰ１に連結されている。
【００５１】
さらに、ＰＩＰ関節とＤＩＰ関節との間には、リンク部材ＤＩＰＬ３（リンク機構）が設けられている。リンク部材ＤＩＰＬ２は、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のシリンダ本体３２１（ＰＩＰ）と指先部材の６軸力センサＳ１を支持する支持部材ＤＩＰＬ２とを連結する。
【００５２】
第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）は、シリンダ本体３２１（ＭＰ２）内部に流体が供給されることによりピストン３２２（ＭＰ２）が摺動し、ピストンロッド３２３（ＭＰ２）が伸縮してＭＰ２関節を回動させる。これにより、第２指機構１２がＭＰ２関節を介して屈伸する。
【００５３】
第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）は、シリンダ本体３２１（ＰＩＰ）内部に流体が供給されることによりピストン３２２（ＰＩＰ）が摺動し、ピストンロッド３２３（ＰＩＰ）が伸縮してＰＩＰ関節を回動させる。このとき、ＰＩＰ関節とＤＩＰ関節とが、連結部材ＤＩＰＬ１とリンク部材ＤＩＰＬ３とにより連結されているので、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）によるＰＩＰ関節の回動に追従してＤＩＰ関節が回動する。
【００５４】
ＤＩＰ関節は、第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）によるＰＩＰ関節の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、ＤＩＰ関節を駆動するためのシリンダ等が不要となり、第２指機構１２を軽量に構成することができる。
【００５５】
以上の構成により、第２指機構１２は、第１の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ２）および第２の従動流体圧シリンダ３２（ＰＩＰ）のピストンロッド３２３（ＭＰ２），３２３（ＰＩＰ）を伸長させることにより折り曲げ状態となり、ピストンロッド３２３（ＭＰ２），３２３（ＰＩＰ）を収縮させることにより延ばし状態となる。
【００５６】
第２指機構１２のＭＰ１関節は、図３に示されているように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド３２３（ＭＰ１）が伸縮する第３の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）により回動される。第３の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）は、ピストンロッド３２３（ＭＰ１）を伸長させることにより第２指機構１２を第３指機構１３に近接する方向に揺動させ、ピストンロッド３２３（ＭＰ１）を収縮させることにより第２指機構１２を第３指機構１３から離反する方向に揺動させる。
【００５７】
図５に示されているように、ＭＰ１関節、ＭＰ２関節およびＰＩＰ関節のそれぞれにはコイルばね（ねじりばね）ＭＰ１２、ＭＰ２２およびＰＩＰ２のそれぞれが設けられている。ＰＩＰ関節およびＭＰ２関節の各コイルばねＰＩＰ２，ＭＰ２２は、第２指機構１２を延ばし方向に付勢する。ＭＰ１関節のコイルばねＭＰ１２は、第２指機構１２を第３指機構１３から離反させる方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばねＭＰ１２、ＭＰ２２およびＰＩＰ２の付勢方向は、３つの従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）、３２（ＭＰ２）および３２（ＰＩＰ）のピストンロッド３２３（ＭＰ１）、３２３（ＭＰ２）および３２３（ＰＩＰ）の収縮方向と同じ方向とされている。
【００５８】
以上、第１種の指機構とされる第２指機構１２の構成を詳しく述べたが、第１種の指機構とされる第３指機構１３の構成も第２指機構１２と同じである。
【００５９】
〔第２種の指機構の構成〕
第２種の指機構に区分されている第４指機構１４および第５指機構１５のそれぞれは、第２指機構１２の上述した構成のうち、第３の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）が省略されていることを除き、第２指機構１２と同じ構成である。第４指機構１４および第５指機構１５は、第３の従動流体圧シリンダ３２（ＭＰ１）が省略されているため、ＭＰ１関節が力動作に応じて自在に回動し、ＭＰ１関節のコイルばねＭＰ１２の付勢により所定位置に自然復帰するようになっている。すなわち、第２種の指機構はこの分だけ能動的な動きの自由度が第１種の指機構よりも低くなっている。
【００６０】
〔駆動装置の構成〕
ハンド１の駆動機構の構成について説明する。駆動機構は、図６に示されている複数の駆動流体圧シリンダ（マスタシリンダ）３１と、複数の従動流体圧シリンダ（スレーブシリンダ）３２（ｉ）（ｉ＝ＣＭ１，ＣＭ２，ＭＰ，ＭＰ１，ＭＰ２，ＰＩＰ）とを構成要素としている（図３、図４および図５参照）。駆動流体圧シリンダ３１は従動流体圧シリンダ３２（ｉ）のそれぞれに対応して合計１３個設けられている。駆動流体圧シリンダ３１とハンド１の従動流体圧シリンダ３２（ｉ）とは流体圧伝達管３３（配管）を介して各別に接続される。流体圧伝達管３３は流体圧力に応じて径または断面積が変化しうる程度の柔軟性を有している。
【００６１】
複数の駆動流体圧シリンダ３１のそれぞれはロボットＲの適当な箇所（たとえば基体Ｂ０または腕体Ｂ２の内部空間）にユニットとしてあるいは分散して配置されている。
【００６２】
駆動流体圧シリンダ３１は、内部に流体を収容するシリンダ本体３１１と、シリンダ本体３１１の内部を摺動するピストン（マスタピストン）３１２と、ピストン３１２に連設された中空のピストンロッド３１３とを備えている。さらに、駆動流体圧シリンダ３１は、ピストンロッド３１３の軸線に沿ってピストンロッド３１３内に挿入されるボールネジ３１４と、ピストンロッド３１３の内部に固設されてボールネジ３１４に螺合する螺合部材３１５と、ボールネジ３１４を回転駆動することにより螺合部材３１５を介してピストンロッド３１３を進退させるモータ３０（回転駆動装置）と、モータ３０の作動量を検出するためのエンコーダＳ３とを備えている。駆動流体圧シリンダ３１には、シリンダ本体３１１の内部の流体圧力に応じた信号を出力する圧力センサＳ４が設けられている。
【００６３】
モータ３０は、回転伝達手段としてのプーリ３０１，３０３に掛けわたされたベルト３０２を介してボールネジ３１４を回転駆動する。これにより、モータ３０の出力軸３００とピストンロッド３１３との軸線が平行となり、モータ３０をシリンダ本体３１１に隣設することができてコンパクトに形成される。
【００６４】
この構成により、図７に模式的に示されているように、マスタピストン３１２が前進駆動されることにより、駆動流体圧シリンダ３１から流体が流出し、配管３３を介してそれに対応する従動流体圧シリンダ３２（ｉ）に流体が流入し、従動流体圧シリンダ３２（ｉ）のピストン（スレーブピストン）３２２（ｉ）が前進することにより指機構１１〜１５のそれぞれが駆動される。これとは逆にマスタピストン３１２が後退駆動されることにより、駆動流体圧シリンダ３１から流体が流入し、配管３３を介してそれに対応する従動流体圧シリンダ３２（ｉ）から流体が流出し、従動流体圧シリンダ３２（ｉ）のピストン３２２（ｉ）が後退することにより指機構１１〜１５のそれぞれが駆動される。
【００６５】
［ハンドの動作制御］
制御装置２はコンピュータ（ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のメモリ、ならびに、Ａ／Ｄ回路およびＩ／Ｏ回路等の回路により構成されている。）により構成されている。制御装置２によれば、ＣＰＵによりメモリから制御プログラムが適宜読み出され、読み出されたプログラムにしたがってハンド１の動作が制御される。
【００６６】
制御装置２はロボットＲに搭載されている複数のアクチュエータ４のそれぞれの動作を制御することにより、腕体Ｂ２の各関節機構における動き、および、脚体Ｂ４の各関節における動き等を制御する。制御装置２はマスタピストン３１２の位置を制御することにより指機構１１〜１５のそれぞれの動きまたは力を制御する。
【００６７】
制御装置２は図９に示されているように第１演算処理要素２１と、第２演算処理要素２２とを備えている。
【００６８】
第１演算処理要素２１は、指機構１１〜１５のそれぞれの先端部に設けられている６軸力センサＳ１の出力信号に基づき、指機構１１〜１５のそれぞれの先端部における物体との当接位置、物体に与える圧力および圧力の方向を測定する。第１演算処理要素２１は、手の平部１０の手の平側における複数個所に配置されている複数の圧力センサＳ２のそれぞれの出力信号等に基づき、手の平部１０における荷重中心の位置と、手の平部１０にかかる荷重とを測定する。第１演算処理要素２１は、エンコーダＳ３および流体圧力センサＳ４のそれぞれの出力信号に基づき、従動流体圧シリンダ３２（ｉ）のピストン３２２（ｉ）の位置、さらには、指機構１１〜１５のそれぞれの各関節ｉにおける回動角度を測定する。
【００６９】
第２演算処理要素２２は、物体がハンド１によって把持されることにより複数の指機構１１〜１５および手の平部１０のそれぞれに当接している状態において、手の平部１０における荷重中心の測定位置が目標手の平領域ＰＡに含まれるとともに、手の平部１０にかかる荷重の測定値が目標荷重範囲に含まれるように、複数の指機構１１〜１５のそれぞれから物体にかける圧力を制御する。第２演算処理要素２２は、指機構１１〜１５のそれぞれの各関節ｉにおける回動角度の測定結果に基づき、当該回動角度、ひいては、指機構１１〜１５のそれぞれの位置および姿勢を制御する。
【００７０】
前記構成のロボットＲ、ハンド１および制御装置２の機能について説明する。
【００７１】
［基本制御］
指機構１１〜１５のそれぞれの各関節における回動角度（スレーブ関節角度）θslvは、エンコーダＳ３および流体圧力センサＳ４のそれぞれの出力信号に基づき、第１演算処理要素２１により関係式（１）〜（６）にしたがって測定される。
【００７２】
説明のため、図７に示されているように、指機構１１〜１５のそれぞれを構成する指リンク部材の揺動軸の方向がＺ方向として定義され、従動ピストン３２２（ｉ）の進退方向がＸ方向として定義されている直交座標系を考える。
【００７３】
回動角度（スレーブ関節角度）θslvは関係式（１）により表現される。
【００７４】
θslv＝φ＋tan-1（h／Px）−θ0 （θ0＞0），
φ＝cos-1{(Px2＋(L2)2＋h2−(L1)2)／(2L(Px2＋h2)1/2)}−θ0 ‥（１）
「h」はクランクオフセットであり、指リンク部材の揺動軸と、ロッド３２３（ｉ）の後端揺動軸とのＹ方向の間隔である。「L1」はロッド３２３（ｉ）の後端揺動軸と先端揺動軸との間隔（ロッド長）である。「L2」は指リンク部材の揺動軸と、ロッド３２３（ｉ）の先端揺動軸との間隔（クランク長）である。クランクオフセットh、ロッド長L1およびクランク長L2の値はメモリに保存されている。
【００７５】
「Px」はスレーブピストン３２２（ｉ）の位置（スレーブピストン位置）Pxであり、関係式（２）により表現される。
【００７６】
Px＝P0−Strkslv ‥（２）
「P0」はスレーブピストン３２２（ｉ）の基準位置である。
【００７７】
「Strkslv」はスレーブピストン３２２（ｉ）の基準位置p0からの変位量（スレーブストローク）であり、関係式（３）により表現される。
【００７８】
Strkslv＝Strkmst・（Smst／Sslv）−StrkOffsetmst＋StrkExpslv ‥（３）
「Smst」はマスタピストン３１２の断面積である。「Sslv」はスレーブピストン３２２（ｉ）の断面積である。「StrkOffsetmst」はマスタピストン３１２のオフセット（マスタストロークオフセット）である。断面積SmstおよびSslvまたはその比率（Smst／Sslv）、ならびに、マスタストロークオフセットStrkOffsetmstの値はメモリに保存されている。
【００７９】
「Strkmst」はマスタピストン３１２の変位量（マスタストローク）であり、エンコーダＳ３の出力信号に応じたモータ３０の回動位置MotPosmstに基づき、関係式（４）にしたがって算定されうる。
【００８０】
Strkmst＝MotPosmst・Rr ‥（４）
「Rr」はプーリ３０１，３０３およびベルト３０２により構成されている減速機構（図６参照）の減速比であり、メモリにあらかじめ保存されている。
【００８１】
「StrkExpslv」は配管３３の断面積変化または膨張もしくは収縮によるスレーブストローク変位量であり、スレーブピストン３２３（ｉ）の断面積Sslvおよび配管膨張量Exppipに基づき、関係式（５）にしたがって算定されうる。
【００８２】
SstrkExpslv＝Exppip／Sslv ‥（５）
「Exppip」は配管膨張量（体積変化量）であり、流体圧力センサＳ４の出力信号に応じた測定流体圧Prsactに加えて、油圧目標値Prscmd、配管３３の柔軟性の高低を表わす係数Kpipおよび配管３３の長さLpipに基づき、関係式（６）にしたがって表現される。油圧目標値Prscmd、配管３３の柔軟性の高低を表わす係数Kpipおよび配管３３の長さLpipはメモリに保存されている。
【００８３】
Exppip＝（Prscmd−Prsact）・Kpip・Lpip ‥（６）
第１演算処理要素２１により前記のように測定されたスレーブ関節角度θslvに加えて、後述するように６軸力センサＳ１および圧力センサＳ２のそれぞれの出力信号に基づき、第２演算処理要素２２により指機構１１〜１５のそれぞれの動きまたは力が制御される。
【００８４】
［応用制御］
第１演算処理要素２１により、手の平部１０の位置および姿勢、ならびに、ハンド１を用いた把持対象である物体の位置、姿勢、形状およびサイズ等、当該物体を把持するために必要な情報が認識される（図９／ＳＴＥＰ００２）。
【００８５】
ロボットＲの物体把持動作の制御のため、ロボット座標系のほか、手首座標系、ハンド座標系および物体座標系が定義される。「ロボット座標系」は、世界座標系におけるロボットＲの位置および姿勢を定義するために定義される。「手首座標系」は、たとえば、手首関節機構Ｂ２５の代表点を原点とし、かつ、手首関節機構Ｂ２５の３つの回動軸を３つの直交軸として定義される。「ハンド座標系」は、たとえば、手の平部１０の手の平面上の一点を原点とし、手の平面に平行な一対の直交軸をｘ軸およびｙ軸とし、かつ、手の平面に垂直な軸をｚ軸として定義される。「物体座標系」は、たとえば、物体の代表点を原点として定義される。ロボット座標系に対する手首座標系およびハンド座標系のそれぞれの位置および姿勢は、肩関節機構Ｂ２１、肘関節機構Ｂ２３および手首関節機構Ｂ２５の屈曲角度等、ロボットＲの動作により変動する因子、ならびに、メモリに保存されている第１腕体リンクＢ２２および第２腕体リンクＢ２２の長さ等、ロボットＲのサイズを表わす一定の因子に基づき、順運動学計算法にしたがって算出されうる。
【００８６】
手の平部１０の位置および姿勢は腕体Ｂ２の各関節機構の屈曲角度を測定するためのロータリエンコーダ等、ロボットＲの動作状態に応じたセンサからの出力信号に基づいて測定される。手の平部１０の位置および姿勢はロボット座標系における座標値またはオイラー角によって認識される。ロータリエンコーダ等の動作状態センサの出力信号に基づき、ロボットＲの腕体Ｂ２および脚体Ｂ４のそれぞれの位置および姿勢も認識されうる。
【００８７】
頭カメラＣ１および腰カメラＣ２のうち一方または両方を通じて得られた画像解析により、固定座標系（ロボットＲの動きとは無関係に固定されている座標系）における基体Ｂ０の位置および姿勢が認識される。
【００８８】
エンコーダＳ３の出力信号に応じたモータ３０の作動量に基づき、指機構１１〜１５のそれぞれの先端部の位置および姿勢が認識される。各指機構の先端部の位置は、エンコーダＳ３の出力信号に応じた各関節機構の屈曲角度、ハンド座標系において不変の各指機構の根元部の位置、および、各指機構の指節リンクの長さ等に基づき、順運動学計算法にしたがって、算出されたハンド座標系における位置および姿勢として定義される。
【００８９】
物体の位置、姿勢、形状およびサイズは、頭カメラＣ１および腰カメラＣ２のうち一方または両方により撮像されたロボットＲの周辺範囲の画像に基づいて認識される。物体の位置および姿勢はロボット座標系における座標値およびオイラー角によって認識される。ロボット座標系にける物体の位置および姿勢は、ロボットＲの位置および姿勢（たとえば基体Ｂ０の位置および基本前額面の姿勢）が変化することにより変化するので、逐次認識または測定される。なお、認識対象となる情報の一部または全部がロボットＲの外部にある端末装置から制御装置２に入力されることにより、当該入力情報が第１演算処理要素２１により認識されてもよい。
【００９０】
また、第１演算処理要素２１により認識された物体の位置等に基づき、第２演算処理要素２２によってアクチュエータ４の動作が制御されることにより、ハンド１により物体を把持するためのロボットＲの予備的動作が制御される（図９／ＳＴＥＰ００４）。具体的には、必要に応じて脚体Ｂ４が動かされることによりロボットＲの位置および姿勢が調節される。その上で、腕体Ｂ２が動かされることにより手の平部１０が当該物体を把持するのに適当な位置および姿勢に調節される。
【００９１】
さらに、第１演算処理要素２１により認識された物体の位置および姿勢等に基づき、第２演算処理要素２２により指機構１１〜１５のそれぞれの動きおよび必要に応じて腕体Ｂ２の動きが制御されることによって物体がハンド１により把持される（図９／ＳＴＥＰ００６）。
【００９２】
たとえば、図１０（ａ）に示されているように手の平部１０の位置および姿勢が維持されたまま、指機構１１のうち第１種の指機構１１〜１３により、ハンド１により物体がつままれる。さらに、第１種の指機構１１〜１３に加えて第２種の指機構１４〜１５により、物体が手の平部１０に押し付けられる。この結果、図１０（ｂ）に示されているように物体が指機構１１〜１５のうち少なくとも一部ならびに手の平部１０のそれぞれに当接した状態で、当該物体がハンド１により把持される。
【００９３】
第１演算処理要素２１により、手の平部１０に配置されている複数の圧力センサＳ２の出力信号に基づき、手の平接触面積Ｓが基準値ＣＡ以上であるか否かが判定される（図９／ＳＴＥＰ００８）。手の平接触面積Ｓは有意の（たとえば所定微小値以上の）圧力に応じた信号（圧力信号）を出力し、かつ、相互に隣接してひとまとまりのグループまたはクラスタを構成する複数の圧力センサＳ２の個数、または、個数および配置態様に基づいて算定される。
【００９４】
ここで、図１１に示されているように複数の圧力センサＳ２が配置されている状況を考える。図１１において、圧力信号を出力している圧力センサＳ２が「●」により示される一方、圧力信号を出力していない圧力センサＳ２が「○」により示されている。図１１（ａ）に示されているように圧力信号を出力し、かつ、相互に隣接してひとまとまりのグループを構成する圧力センサＳ２の数は「２５」であり、この数値またはこの数値に比例する数値が手の平接触面積Ｓとして算出される。図１１（ｂ）に示されているように圧力信号を出力している圧力センサＳ２の数は「７」であるものの、相互に隣接してひとまとまりの最大のグループを構成する圧力センサＳ２の数は「４」であり、この数値またはこの数値に比例する数値が手の平接触面積Ｓとして算出される。基準値ＣＡがたとえば「１５」である場合、図１１（ａ）に示されている状態では手の平接触面積Ｓは基準値ＣＡ以上であると判定される一方、図１１（ｂ）に示されている状態では手の平接触面積Ｓは基準値ＣＡ未満であると判定される。
【００９５】
手の平接触面積Ｓが基準値ＣＡ未満であると判定された場合（図９／ＳＴＥＰ００８‥ＮＯ）、一連の処理が終了する。
【００９６】
手の平接触面積Ｓが基準値ＣＡ以上であると判定された場合（図９／ＳＴＥＰ００８‥ＹＥＳ）、各指機構の先端部に設けられている６軸力センサＳ１の出力信号に基づき、第１演算処理要素２１により指機構１１〜１５のそれぞれの指位置Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれが測定される（図９／ＳＴＥＰ０１０）。第ｉ指機構（ｉ＝１〜５）の指位置Ｐｉを「第ｉ指位置」という。
【００９７】
具体的には、まず、６軸力センサＳ１の出力信号に基づいて第ｉ指機構と物体との当接箇所が算出される。第ｉ指機構に対応するエンコーダＳ３の出力信号に基づき、順運動学モデルにしたがって、ロボット座標系等の基準座標系における第ｉ指機構の先端部の位置および姿勢が算出されうる。その上で、当該当接箇所を頂点とし、かつ、当該当接箇所に応じて姿勢が定まる軸を有する摩擦円錐が定義される。
【００９８】
これにより、図１２（ａ）（ｂ）に斜線付三角形により表現されているような摩擦円錐が定義される。なお、図１２においては、図示の簡単のため第１指機構１１が省略されているが、第１指機構１１が物体に当接していないことが表現されているわけではない。
【００９９】
さらに、第ｉ指機構の先端部における物体との当接位置から、第ｉ指機構が物体に当接するように動かされる際の当該先端部の変位方向に伸びる力ベクトルが、摩擦円錐を通過していることを要件として、当該力ベクトルと手の平部１０の手の平側表面との交点が第ｉ指位置として算出される。第ｉ指機構に対応するエンコーダＳ３の出力信号と、手首関節機構等の屈曲角度に応じたセンサの出力信号とに基づき、順運動学モデルにしたがって、ロボット座標系等の基準座標系における第ｉ指機構の先端部の変位方向が算出されうる。
【０１００】
図１２（ａ）には、指機構１２〜１５のすべてについて力ベクトル（矢印参照）が摩擦円錐を通っている状況が示されている。この状況ではすべての指位置Ｐ２〜Ｐ５が算出されうる。
【０１０１】
図１２（ｂ）には、指機構１２〜１５のうち第３指機構１３および第４指機構１４については力ベクトル（矢印参照）が摩擦円錐を通っている一方、第２指機構１２および第５指機構１５については力ベクトルが摩擦円錐から外れている状況が示されている。この状況では、第３指位置Ｐ３および第４指位置Ｐ４が算出される一方、第２指位置Ｐ２および第５指位置Ｐ５は算出されない。
【０１０２】
続いて、前記のように算出された指位置に基づき、第２目標手の平領域ＰＡが設定される（図９／ＳＴＥＰ０１２）。
【０１０３】
図１３（ａ）〜（ｅ）には少なくとも第１指位置Ｐ１が測定された状態が示されている。
【０１０４】
図１３（ａ）には、第１指位置Ｐ１と、その他の４つの指位置Ｐ２〜Ｐ５とが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１と、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５とを頂点とする三角形が定義される。そして、当該三角形の長辺（第１基準線分）Ｌ１に対向する頂点から、当該長辺Ｌ１まで伸びる垂線（第２基準線分）Ｌ２の中間位置を中心とし、かつ、当該三角形の内側に収まる円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。
【０１０５】
図１３（ｂ）には、第１指位置Ｐ１と、その他の３つの指位置Ｐ２〜Ｐ４とが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１と、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４とを頂点とする三角形が定義される。そして、当該三角形の長辺（第１基準線分）Ｌ１に対向する頂点から、当該長辺Ｌ１まで伸びる垂線（第２基準線分）Ｌ２の中間位置を中心とし、かつ、当該三角形の内側に収まる円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。なお、３つの指位置に第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５が含まれている場合、両指位置を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５を頂点の１つとする三角形が定義される。
【０１０６】
図１３（ｃ）には、第１指位置Ｐ１と、その他の２つの指位置Ｐ２〜Ｐ３とが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を頂点とする三角形が定義される。そして、当該三角形の長辺（第１基準線分）Ｌ１に対向する頂点から、当該長辺Ｌ１まで伸びる垂線（第２基準線分）Ｌ２の中間位置を中心とし、かつ、当該三角形の内側に収まる円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。第１指位置Ｐ１と、その他の任意の２つの指位置が測定された場合も同様に目標手の平領域ＰＡが設定される。
【０１０７】
図１３（ｄ）には、第１指位置Ｐ１と、その他の１つの指位置Ｐ２とが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１と、第２指位置Ｐ２とを結ぶ基準線分Ｌの中間位置を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。第１指位置Ｐ１と、その他の任意の１つの指位置が測定された場合も同様に目標手の平領域ＰＡが設定される。
【０１０８】
図１３（ｅ）には、第１指位置Ｐ１のみが測定された状態が示されている。この状態では、第１指位置Ｐ１を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。
【０１０９】
なお、前記のように三角形が定義されたすべての場合において、当該三角形の五心のいずれかを基準とし、当該三角形の内側に収まる領域が目標手の平領域ＰＡとして設定されてもよい。目標手の平領域ＰＡは円形に限らず、楕円形、正方形、長方形、ひし形または五角形等、さまざまな形状であってもよい。
【０１１０】
図１４（ａ）〜（ｄ）には第１指位置Ｐ１が測定されなかった状態が示されている。
【０１１１】
図１４（ａ）には、第１指位置Ｐ１以外の４つの指位置Ｐ２〜Ｐ５が測定された状態が示されている。この状態では、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５とを結ぶ基準線分Ｌの中間位置を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。なお、３つの指位置に第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３が含まれている場合、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５を頂点とする三角形、または、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５と、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を頂点とする三角形が定義されうる。
【０１１２】
図１４（ｂ）には、第１指位置Ｐ１以外の３つの指位置Ｐ２〜Ｐ４が測定された状態が示されている。この状態では、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ線分の中間位置Ｐ２３と、第４指位置Ｐ４とを結ぶ基準線分Ｌの中間位置を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。なお、３つの指位置に第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５が含まれている場合、両指位置を結ぶ線分の中間位置Ｐ４５を頂点の１つとする三角形が定義される。
【０１１３】
図１４（ｃ）には、第１指位置以外の２つの指位置Ｐ２〜Ｐ３が測定された状態が示されている。この状態では、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３を結ぶ基準線分Ｌの中間位置を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。第１指位置Ｐ１以外の任意の１つの指位置が測定された場合も同様に目標手の平領域ＰＡが設定される。
【０１１４】
図１４（ｄ）には、第１指位置Ｐ１以外の１つの指位置Ｐ２のみが測定された状態が示されている。この状態では、第２指位置Ｐ２を中心とする円形の領域が目標手の平領域ＰＡとして設定される。なお、第２指位置Ｐ２に代えて、第３指位置Ｐ３、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５のうちいずれか１つのみが測定された場合も、同様に目標手の平領域ＰＡが設定される。
【０１１５】
さらに、第１演算処理要素２１により、手の平部１０に配置されている複数の圧力センサＳ２の出力信号に基づき、手の平部１０における荷重中心ｐ０および手の平部１０にかかる荷重ｆ０が測定される（図９／ＳＴＥＰ０１４）。当該算定方法は特開２００７−１９６３７２号公報に詳細に説明されているので、ここでは説明を省略する。
【０１１６】
次に、第２演算処理要素２２により手の平部１０における荷重中心ｐ０が目標手の平領域ＰＡに含まれているという第１条件、および、手の平部１０にかかる荷重ｆ０が目標荷重範囲ＦＡに含まれているという第２条件のそれぞれが満たされているか否かが判定される（図９／ＳＴＥＰ０１６）。
【０１１７】
目標荷重範囲ＦＡはメモリに保存されている。目標荷重範囲ＦＡは一定であってもよいが、物体の属性に応じて可変的に設定されてもよい。たとえば、頭カメラＣ１または腰カメラＣ２を通じて得られた画像が解析されることにより、物体の形状または色彩等の外観上の特徴が認識され、当該外観上の特徴に基づいてデータベースからその属性が検索されうる。
【０１１８】
第１条件および第２条件のうち少なくとも一方が満たされていないと判定された場合（図９／ＳＴＥＰ０１６‥ＮＯ）、第ｉ指位置Ｐｉが測定された第ｉ指機構から物体に作用する圧力が第２演算処理要素２２により制御される（図９／ＳＴＥＰ０１８）。説明の簡単のため、第ｉ指機構から物体に作用する圧力を第ｉ指圧力という。「指圧力上昇制御」が実行されることにより指圧力が強められる一方、「指圧力下降制御」が実行されることにより指圧力が弱められる。
【０１１９】
図１３（ａ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。第１基準線分Ｌ１に平行な方向（ｘ方向）について、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力および第５指圧力の合力が弱められる。これとは反対にｘ方向について、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力および第５指圧力の合力が強められる。さらに、第２基準線分Ｌ２に平行な方向（ｙ方向）について、第１指位置Ｐ１寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第２〜第５指圧力の合力が弱められる。これとは反対にｙ方向について、指位置Ｐ２〜Ｐ５寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第２〜第５指圧力の合力が強められる。
【０１２０】
図１３（ｂ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。第１基準線分Ｌ１に平行な方向（ｘ方向）について、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が弱められる。これとは反対にｘ方向について、第４指位置Ｐ４寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が強められる。さらに、第２基準線分Ｌ２に平行な方向（ｙ方向）について、第１指位置Ｐ１寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第２〜第４指圧力の合力が弱められる。これとは反対にｙ方向について、指位置Ｐ２〜Ｐ４寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第２〜第４指圧力の合力が強められる。
【０１２１】
図１３（ｃ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。第１基準線分Ｌ１に平行な方向（ｘ方向）について、第１指位置Ｐ１寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第２指圧力が弱められる。これとは反対にｘ方向について、第２指位置Ｐ２寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第２指圧力が強められる。さらに、第２基準線分Ｌ２に平行な方向（ｙ方向）について、第１指位置Ｐ１および第２指位置Ｐ２寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力および第２指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第３指圧力が弱められる。これとは反対にｙ方向について、第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力および第２指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第３指圧力が強められる。
【０１２２】
図１３（ｄ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。基準線分Ｌに平行な方向について、第１指位置Ｐ１寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第２指圧力が弱められる。これとは反対に当該方向について第２指位置Ｐ２寄りに荷重中心を変位させるため、第１指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第２指圧力が強められる。
【０１２３】
図１４（ａ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。基準線分Ｌに平行な方向について、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力および第５指圧力の合力が弱められる。これとは反対に当該方向について、第４指位置Ｐ４および第５指位置Ｐ５寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力および第５指圧力の合力が強められる。
【０１２４】
図１４（ｂ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される。基準線分Ｌに平行な方向について、第２指位置Ｐ２および第３指位置Ｐ３寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が弱められる。これとは反対に当該方向について、第４指位置Ｐ４寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力および第３指圧力の合力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が強められる。
【０１２５】
図１４（ｃ）に示されている状態では、荷重中心を変位させるために次のように第ｉ指圧力が制御される基準線分Ｌに平行な方向について、第２指位置Ｐ２寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力が強められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が弱められる。これとは反対に当該方向について第４指位置Ｐ４寄りに荷重中心を変位させるため、第２指圧力が弱められ、これに代えてまたは加えて、第４指圧力が強められる。
【０１２６】
なお、第２演算処理要素２２によって、第ｉ指機構を物体から一度離した上で当該物体に再び当接させるように、対応するモータ３０の動作が制御されてもよい。その結果、ハンド１による物体の握り具合を微妙に変化させて、手の平部１０における荷重中心ｐ０を目標手の平領域ＰＡに向けて変位させることができる。
【０１２７】
さらに、荷重中心位置が調節される過程または調節された後において、第ｉ指位置Ｐｉが定義されているすべての第ｉ指機構の第ｉ指圧力の合力が調節されることにより、手の平部１０にかかる荷重が調節される。
【０１２８】
前記のように荷重および荷重中心位置が調節された上で、手の平部接触面積が基準値ＣＡ以上であるか否かの判定以降の処理が繰り返される（図９／ＳＴＥＰ００８参照）。
【０１２９】
そして、第２演算処理要素２２により第１条件および第２条件が満たされていると判定された場合、すなわち、手の平部１０における荷重中心ｐ０が目標手の平領域ＰＡに含まれ、かつ、荷重ｆ０が目標荷重範囲ＦＡに含まれていると判定された場合（図９／ＳＴＥＰ０１６‥ＹＥＳ）、前述の一連の処理が終了する。
【０１３０】
前記機能を発揮するハンド１によれば、配管３３に流体の圧力に応じた断面積変化が許容される程度の柔軟性を持たせ、これによって配管３３およびこれを介して連結されているマスタシリンダ３１の配置自由度を高めることができる。また、配管３３中の流体圧力に応じて生じる配管３３の断面積変化が考慮されるので、スレーブピストン位置Pxが高精度で測定されうる（図７、関係式（１）〜（６）参照）。したがって、スレーブピストン３２３（ｉ）の測定位置Pxに基づいて指機構１１〜１５の動作が安定に制御されうる（図９〜図１４参照）。
【０１３１】
また、物体がハンド１により把持されることによって複数の指機構１１〜１５および手の平部１０のそれぞれに当接している状態において、複数の指機構１１〜１５のそれぞれから当該物体にかけられる荷重が調節されうる（図９／ＳＴＥＰ０１４、図１１〜図１４参照）。これにより、当該状態において手の平部１０における荷重中心ｐ０の位置が目標手の平領域ＰＡから外れている場合、すなわち、手の平部１０における荷重分布が手の平部において過度に偏向している等、物体の安定な把持の観点から不適当である場合、当該荷重中心ｐ０の位置が目標手の平領域ＰＡに含まれるように変位されうる。また、当該状態において手の平部１０にかかる荷重ｆ０が目標荷重範囲ＦＡから外れている場合、すなわち、手の平部１０にかかる荷重が弱すぎる等、物体の安定な把持の観点から不適当である場合、当該荷重ｆ０が目標荷重範囲ＦＡに収まるように調節されうる。
【０１３２】
なお、つまみ動作用の第１種の指機構は最低２本あればよく、つかみ動作用の第２種の指機構は１本以上あればよいので、指機構の数は３、４または６等、３以上の任意の数に変更されてもよい。
【０１３３】
前記実施形態ではＭＰ１関節（またはＣＭ１関節）の能動的な回動自由度が差別化されることにより、第１種および第２種の指機構の間で能動的な動きの自由度が差別化された。そのほか、ＭＰ１関節（またはＣＭ１関節）、ＭＰ２関節（またはＣＭ２関節）、ＰＩＰ関節（またはＭＰ関節）およびＤＩＰ関節（またはＩＰ関節）の任意の組み合わせにおける能動的な回動自由度が差別化されることにより、第１種および第２種の指機構の間で能動的な動きの自由度が差別化されてもよい（図２参照）。
【符号の説明】
【０１３４】
１‥ハンド、２‥制御装置、１０‥手の平部、１１‥第１指機構、１２‥第２指機構、１３‥第３指機構、１４‥第４指機構、１５‥第５指機構、２１‥第１演算処理要素、２２‥第２演算処理要素。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダとを備えているロボットハンドの制御システムであって、
前記マスタピストンの位置を測定し、前記配管中の前記流体の圧力を測定し、前記マスタピストンの測定位置と、前記スレーブピストンに対する前記マスタピストンの面積比とに基づいて前記配管の径が変化していない状態における前記スレーブピストンの基本位置を算定し、かつ、前記流体の測定圧力と、前記配管の長さと、前記配管の柔軟性を表わす係数とに基づいて前記配管の断面積変化に応じた前記スレーブピストンの変位量を算定した上で、前記基本位置を前記変位量により補正した結果を前記スレーブピストンの位置として測定する第１演算処理要素と、
前記第１演算処理要素により測定された前記スレーブピストンの位置に基づき、前記マスタピストンの位置を制御する第２演算処理要素とを備えていることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の制御システムにおいて、
前記ロボットハンドが減速機構を介して力を伝えることにより前記マスタピストンを進退させるモータと、前記モータの回転位置に応じた信号を出力するエンコーダとをさらに備え、
前記第１演算処理要素が前記エンコーダの出力信号に応じた前記モータの回転位置と、前記減速機構の減速比とに基づいて前記マスタピストンの位置を測定することを特徴とする制御システム。
【請求項３】
手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダと、請求項１または２記載の制御システムとを備えていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項４】
コンピュータを請求項１または２記載の制御システムとして機能させることを特徴とするロボットハンドの制御プログラム。
【請求項５】
手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダとを備えているロボットハンドの制御方法であって、
前記マスタピストンの位置を測定し、
前記配管中の前記流体の圧力を測定し、
前記マスタピストンの測定位置と、前記スレーブピストンに対する前記マスタピストンの面積比とに基づいて前記配管の径が変化していない状態における前記スレーブピストンの基本位置を算定し、
前記流体の測定圧力と、前記配管の長さと、前記配管の柔軟性を表わす係数とに基づいて前記配管の断面積変化に応じた前記スレーブピストンの変位量を算定し、
前記基本位置を前記変位量により補正した結果を前記スレーブピストンの位置として測定し、
前記スレーブピストンの測定位置に基づき、前記マスタピストンの位置を制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１】
手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダとを備えているロボットハンドの制御システムであって、
前記マスタピストンの位置を測定し、前記配管中の前記流体の圧力を測定し、前記マスタピストンの測定位置と、前記スレーブピストンに対する前記マスタピストンの面積比とに基づいて前記配管の径が変化していない状態における前記スレーブピストンの基本位置を算定し、かつ、前記流体の測定圧力と、前記配管の長さと、前記配管の柔軟性を表わす係数とに基づいて前記配管の断面積変化に応じた前記スレーブピストンの変位量を算定した上で、前記基本位置を前記変位量により補正した結果を前記スレーブピストンの位置として測定する第１演算処理要素と、
前記第１演算処理要素により測定された前記スレーブピストンの位置に基づき、前記マスタピストンの位置を制御する第２演算処理要素とを備えていることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の制御システムにおいて、
前記ロボットハンドが減速機構を介して力を伝えることにより前記マスタピストンを進退させるモータと、前記モータの回転位置に応じた信号を出力するエンコーダとをさらに備え、
前記第１演算処理要素が前記エンコーダの出力信号に応じた前記モータの回転位置と、前記減速機構の減速比とに基づいて前記マスタピストンの位置を測定することを特徴とする制御システム。
【請求項３】
手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダと、請求項１または２記載の制御システムとを備えていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項４】
コンピュータを請求項１または２記載の制御システムとして機能させることを特徴とするロボットハンドの制御プログラム。
【請求項５】
手の平部から延設されている複数の指機構と、スレーブピストンの進退によって前記複数の指機構のそれぞれを動かすためのスレーブシリンダと、マスタピストンの進退によって配管を介して前記スレーブシリンダに流体圧力を伝達するマスタシリンダとを備えているロボットハンドの制御方法であって、
前記マスタピストンの位置を測定し、
前記配管中の前記流体の圧力を測定し、
前記マスタピストンの測定位置と、前記スレーブピストンに対する前記マスタピストンの面積比とに基づいて前記配管の径が変化していない状態における前記スレーブピストンの基本位置を算定し、
前記流体の測定圧力と、前記配管の長さと、前記配管の柔軟性を表わす係数とに基づいて前記配管の断面積変化に応じた前記スレーブピストンの変位量を算定し、
前記基本位置を前記変位量により補正した結果を前記スレーブピストンの位置として測定し、
前記スレーブピストンの測定位置に基づき、前記マスタピストンの位置を制御することを特徴とする制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２６４５４３（Ｐ２０１０−２６４５４３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１７７７５（Ｐ２００９−１１７７７５）
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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