ロボットハンド
【課題】一つのロボットハンドによって、種々の把持対象物の形状や性質に合わせて、異なる向きに安定に把持することができるようにする。
【解決手段】多角形リンク機構１８は、少なくとも４個のリンク３０ａ、３０ｂ、３１ａ〜３１ｄと、これらのリンクそれぞれに取り付けられて互いに隣接するリンク同士を回動可能に連接するヒンジ３２ａ〜３２ｈと、を備える。リンク同士がヒンジを介して直列に環状に連接されて多角形を形成する。互いに対向するヒンジまたはリンクに直動駆動機構が配置されてそれらのヒンジまたはリンク同士の間隔を拡張収縮させる。直動駆動機構の動作によって互いの相対的向きが変化する少なくとも３個のリンクのそれぞれに指１１ａ〜１１ｄが固定されている。多角形リンク機構の拡張収縮に伴い指の配置位置が可変できる。
【解決手段】多角形リンク機構１８は、少なくとも４個のリンク３０ａ、３０ｂ、３１ａ〜３１ｄと、これらのリンクそれぞれに取り付けられて互いに隣接するリンク同士を回動可能に連接するヒンジ３２ａ〜３２ｈと、を備える。リンク同士がヒンジを介して直列に環状に連接されて多角形を形成する。互いに対向するヒンジまたはリンクに直動駆動機構が配置されてそれらのヒンジまたはリンク同士の間隔を拡張収縮させる。直動駆動機構の動作によって互いの相対的向きが変化する少なくとも３個のリンクのそれぞれに指１１ａ〜１１ｄが固定されている。多角形リンク機構の拡張収縮に伴い指の配置位置が可変できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の指を備えたロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造業やサービス業、さらには家庭内で、人の手の作業を代行できるロボットハンドへの需要がある。
【０００３】
たとえば飲食業界で、人手不足対策として、大きさの異なる皿、椀、コップ、トレイ、箸、スプーンなどの食器をハンドリングするロボットハンドへの需要がある。できれば、一つのハンドですべての食器類を把持できることが望ましい。その場合に必要な機能としては、（１）椀の中に指を入れない把持、（２）箸、スプーンなどを摘める器用な指先、（３）椀やコップを上下ひっくり返す機能（食器洗い機への装填用）などが挙げられる。
【０００４】
一方、たとえば、バレットテクノロジー社から販売されているバレットハンド（商品名）では、三本指で指の内転・外転（横方向への開閉）ができるので、茶碗などを上から鷲掴みしたり、コップを横から把持したりすることができる。
【０００５】
また、野菜など球状のものを鷲掴みするロボットが特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１７５１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された技術は鷲掴み専用としてしか使えない。
【０００７】
また、バレットハンドでは、完全な拇指対向ができていないので、箸やスプーンを簡単につかめない（わざわざ３本指を使わなければならない）。そして、茶碗をひっくり返す場合、拇指対向になっていない３本指では不安定である。また、内転・外転用に一つのモータを使っているが、外力に反して状態を維持するために、このモータには、大きなトルク、または、大きな減速機が必要である。指の根元なので、大きな力がかかっている。
【０００８】
本発明は、一つのロボットハンドによって、種々の把持対象物の形状や性質に合わせて、異なる向きに安定に把持することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るロボットハンドは、少なくとも４個のリンクと、これらのリンクそれぞれに取り付けられて前記少なくとも４個のリンクのうちの互いに隣接するリンク同士を互いに平行なリンクヒンジ軸周りに回動可能に連接する前記リンクと同数のヒンジと、を備えて、リンク同士がヒンジを介して直列に環状に連接されて多角形を形成する多角形リンク機構と、互いに対向する前記ヒンジまたはリンクに接続されてそれらのヒンジまたはリンク同士の少なくとも一つの組の間隔を拡張収縮させる直動駆動機構と、前記少なくとも４個のリンクのうちの少なくとも３個のリンクであって前記直動駆動機構の動作によって互いの相対的向きの少なくとも一部が変化する少なくとも３個のリンクのそれぞれに固定されて、それぞれに、前記リンクヒンジ軸に平行でない指関節回動軸の周りに回動可能な少なくとも一つの指関節を備えた少なくとも３本の指と、を有し、前記少なくとも３本の指により把持対象物を把持可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一つのロボットハンドによって、種々の把持対象物の形状や性質に合わせて、異なる向きに安定に把持することができ、種々の動作を行なうことができる。また、小型化、軽量化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るロボットハンドの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで、同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図９を用いて説明する。ここで、図１は第１の実施形態のロボットハンドの対角対向状態の指先方向から見た平面図、図２は図１のII矢視立面図である。図３は第１の実施形態のロボットハンドの隣接対向状態の指先方向から見た平面図、図４は図３のIV矢視立面図である。図５は図１のＶ−Ｖ線矢視立面図である。図６は第１の実施形態のロボットハンドの対角対向状態で指関節を延ばした状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図、図７は第１の実施形態のロボットハンドの対角対向状態で指関節を曲げて皿を鷲掴みにするときの状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図である。図８は第１の実施形態のロボットハンドの隣接対向状態で指関節を延ばした状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図、図９は第１の実施形態のロボットハンドの隣接対向状態でコップを脇から掴むときの状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図である。ただし、図１および図３は、回転駆動機構３３の図示の都合上、回転駆動機構３３のモータをはずした状態を示している。
【００１３】
この実施形態のロボットハンドは４本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを有する。各指は、先端部から順に、指先部１２、末節部１３、末節１４、基節部１５、基節１６、根元部１７が連接されて構成されている。指先部１２は、把持対象物（図示せず）に接触する部位なので、弾性体で被覆されていることが好ましい。また、この部位に触覚センサ等があると、把持対象物の位置や加圧力を検出できるので、より一層好ましい。末節１４、基節１６は、関節であり、互いに平行な指関節回動軸の周りに回動して指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを屈曲できるようになっている。基節部１５および根元部１７それぞれにはモータ（図示せず）が縦に入っており、このモータの駆動力を傘歯車（図示せず）により方向を変えて、末節１４および基節１６を回動させることができる。
【００１４】
各指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの根元部１７は、八角形リンク１８の８個のリンクのうちの４個に一つずつ取り付けてある。
【００１５】
八角形リンク１８は、８個のリンクそれぞれの両端に配置されたヒンジを介して隣接するリンク同士を連接して八角形リンクとしたものである。８個のリンクのうちの二つは直動リンク３０ａ、３０ｂであって、他の６個のリンクは中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆである。
【００１６】
各リンクの両端にヒンジが設けられ、直動リンク３０ａのヒンジ３２ａが、中間リンク３１ａ、ヒンジ３２ｂ、中間リンク３１ｂ、ヒンジ３２ｃ、中間リンク３１ｄを順に介して直動リンク３０ｂのヒンジ３２ｄに連接している。直動リンク３０ａのヒンジ３２ｅは、中間リンク３１ｄ、ヒンジ３２ｆ、中間リンク３１ｅ、ヒンジ３２ｇ、中間リンク３１ｆを順に介して直動リンク３０ｂのヒンジ３２ｈに連接している。各ヒンジは基板２１に垂直なリンクヒンジ軸の周りに回動可能である。
【００１７】
なお、指関節回動軸は、たとえば基板２１に平行であって、リンクヒンジ軸と平行ではない。
【００１８】
直動リンク３０ａ、３０ｂはスライダ部１９の上に取り付けられており、スライダ部１９は、スライダベース部２０に取り付けてある。そしてスライダベース部２０は、基板２１の上に取り付けてある。スライダ部１９は、スライダベース部２０の上で直線的に平行移動できるように構成されている。
【００１９】
直動リンク３０ａ、３０ｂは直動駆動機構により互いの向きを変えずに相互間距離を伸ばしたり縮めたりできるようになっている。直動駆動機構は、直動リンク３０ａ、３０ｂの間を結ぶ中央位置に配置された回転駆動機構３３と、回転駆動機構３３によって回転するボールネジ２２を含む。ボールネジ２２は、直動リンク３０ａ、３０ｂに固定された雌ネジ（図示せず）に螺合している。
【００２０】
中間リンク３１ｂ、３１ｅは、直動リンク３０ａ、３０ｂと同様にスライダ部１９の上に取り付けられており、このスライダ部１９は、スライダベース部２０に取り付けてある。ただし、中間リンク３１ｂ、３１ｅはボールネジ２２と螺合していない。他の中間リンク３１ａ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｆにはスライダ部１９、スライダベース部２０がなく、これらの中間リンクはそれぞれの両端のヒンジを介して隣接する他のリンクにより支持されている。
【００２１】
４本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの根元部１７はそれぞれ、中間リンク３１ａ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｆに取り付けられていて、基板２１に対してほぼ垂直方向に、互いに同じ向きに延びている。
【００２２】
回転駆動機構３３は、図１、図３、図５に示すように、モータ２３と、ピニオンギア４１、４２、シャフト４３、傘歯車４４、４５などを含む。ピニオンギア４１はモータ２３の回転軸に固定され、ピニオンギア４２を駆動する。ピニオンギア４２はモータ２３の軸に平行なシャフト４３を駆動し、傘歯車４４、４５によって回転軸が直角に曲げられ、ボールネジ２２を回転駆動する。モータ２３は正転、逆転が可能で、その回転によってボールネジ２２が回転し、直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに近づいたり遠ざかったりするように構成されている。
【００２３】
直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに遠ざかった状態では、図１および図２に示すように、互いに対角位置にある指を取り付けた中間リンク３１ａと中間リンク３１ｆ同士が対向し、同様に、互いに対角位置にある指を取り付けた中間リンク３１ｃと中間リンク３１ｄ同士が対向している。この状態を対角対向状態と呼ぶ。
【００２４】
直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに近づいた状態では、図３および図４に示すように、互いに隣接位置にある指を取り付けた中間リンク３１ａと中間リンク３１ｅ同士が対向し、同様に、互いに隣接位置にある指を取り付けた中間リンク３１ｄと中間リンク３１ｆ同士が対向している。この状態を位置にある隣接対向状態と呼ぶ。
【００２５】
対角対向状態は、図６および図７に示すように、皿３５（椀などでもよい）を上から鷲掴みするときに適しており、隣接対向状態は、図３のように飲み物が入ったコップ３６（椀などでもよい）を横から掴むときに適している。
【００２６】
以上説明したように、この実施形態によれば、簡単な直動駆動機構を操作するだけで、ロボットハンドを対角対向状態から隣接対向状態に、また、逆方向に変化させることができ、一つのロボットハンドで種々の仕事をさせることができる。
【００２７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について、図１０および図１１を用いて説明する。ここで、図１０は本発明に係るロボットハンドの第２の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１１は第２の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００２８】
この実施形態では、直動駆動機構として、ボールネジなどを用いず、カム５２とカムフォロワ５１を用いる。直動リンク３０ａ、３０ｂをはさむ中央位置にカム５２が配置され、カム５２は図示しないモータによって回転駆動される。カムフォロワ５１は、図示しないバネなどによってカム５２に常に押し付けられている。カム５２の回転によりカムフォロワ５１が図１０、図１１の上下方向に動き、それによって直動リンク３０ａ、３０ｂが、互いに近づいたり遠ざかったりする動作ができるようになっている。直動駆動機構以外の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２９】
上記構成により、第１の実施形態と同様に、簡単な直動駆動機構を操作するだけで、ロボットハンドを対角対向状態（図１０）から隣接対向状態（図１１）に、また、逆方向に変化させることができる。これにより、一つのロボットハンドで種々の仕事をさせることができる。特にこの実施形態ではボールネジを使用しないので、構造が単純で埃などに強い。
【００３０】
なお、第１の実施形態では直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに遠ざかったときに図１の対角対向状態になっているのに対して、第２の実施形態では逆に直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに近づいたときに図１０の対角対向状態になっている。このように直動リンクの動作と対角対向状態・隣接対向状態の変化の関係は任意に設定することができる。
【００３１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について、図１２および図１３を用いて説明する。ここで、図１２は本発明に係るロボットハンドの第３の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１３は第３の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００３２】
この実施形態では、直動駆動機構として、ボールネジやカムなどを用いず、ソレノイドを用いる。すなわち、直動リンク３０ａにソレノイド鉄心６１の一端が固定され、直動リンク３０ｂにソレノイドコイル６２の一端が固定されていて、ソレノイド鉄心６１の他端がソレノイドコイル６２の他端に挿入されている。ソレノイドコイル６２に通電すると、ソレノイド鉄心６１がソレノイドコイル６２に引き込まれて図１２の対角対向状態になる。ソレノイドコイル６２への通電を停止すると、図示しないバネの力によって、ソレノイド鉄心６１がソレノイドコイル６２から抜ける方向に移動して図１３の隣接対向状態になる。直動駆動機構以外の構成は第１または第２の実施形態と同様である。
【００３３】
本実施形態は、モータを用いず、回転駆動部を持たないので、構造が簡単で、コスト低減が可能である。
【００３４】
なお、上記説明では、ソレノイドコイル６２に通電するとソレノイド鉄心６１がソレノイドコイル６２に引き込まれ、通電を止めるとソレノイド鉄心６１がソレノイドコイル６２から抜ける方向に移動するものとしたが、逆の構成も可能である。
【００３５】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態について、図１４および図１５を用いて説明する。ここで、図１４は本発明に係るロボットハンドの第４の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１５は第４の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００３６】
この実施形態では、八角形リンク１８および直動駆動機構は第１の実施形態と同様の構成であるが、４本の指でなく、３本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃが採用される点が第１の実施形態と異なる。図示の例では、３本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃがそれぞれ、中間リンク３１ｂ、３１ｄ、３１ｆに取り付けられている。
【００３７】
この場合、図１４の対角対向状態では３本の指が中心を向き、図１５の隣接対向状態では、指１１ａと指１１ｃとが向かい合い、指１１ｂは指１１ａおよび指１１ｃの側方に向いている。
【００３８】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態について、図１６および図１７を用いて説明する。ここで、図１６は本発明に係るロボットハンドの第５の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１７は第５の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００３９】
この実施形態では、八角形リンク１８および直動駆動機構は第１の実施形態と同様の構成であり、さらに、４本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが中間リンク３１ａ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｆに取り付けられていることも第１の実施形態と同様である。この実施形態では、これら４本の指に加えて、さらに２本の指１１ｅ、１１ｆが、直動リンク３０ａ、３０ｂにそれぞれ取り付けられている。
【００４０】
この実施形態で、図１６の対角対向状態では６本の指が中心を向き、図１７の隣接対向状態では、指１１ａ、１１ｂ、１１ｅと指１１ｃ、１１ｄ、１１ｆとが互いに対向する。
【００４１】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態について、図１８および図１９を用いて説明する。ここで、図１８は本発明に係るロボットハンドの第６の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１９は第６の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。ただし、これらの図では、スライダ部１９、スライダベース部２０、基板２１の図示を省略する（以下の図でも同様である）。
【００４２】
この実施形態では、１２角形リンク９１が採用され、互いに対向する位置に直動リンク３０ａ、３０ｂが配置され、各直動リンク３０ａ、３０ｂの一方のヒンジ３２ａ、３２ｂ同士が５個の中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅによって連接され、各直動リンクの一方のヒンジ３２ｃ、３２ｄ同士が他の５個の中間リンク３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｊによって連接されている。
【００４３】
この実施形態では、直動駆動機構として、ラックギア９２とピニオンギア９３を用いている。すなわち、図示しないモータによってピニオンギア９３を回転駆動することによって、ラックギア９２は直線運動をし、その結果、直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに近づいたり遠ざかったりする。
【００４４】
直動リンク３０ａ、３０ｂにはそれぞれ、指１１ａ、１１ｇが取り付けられている。中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅには指１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが取り付けられ、中間リンク３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｊには指１１ｎ、１１ｋ、１１ｊ、１１ｉ、１１ｈが取り付けられている。
【００４５】
直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が最も遠ざかった状態では、図１９に示すように、直動リンク３０ａ、３０ｂに取り付けられた指１１ａと指１１ｇとが互いに対向し、他の１０本の指のうち互いに隣接する５本の指１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆがそれぞれ、互いに隣接する５本の指１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｋ、１１ｎと対向する。
【００４６】
この実施形態では、図１８に示す対角対向状態のときに各ヒンジの屈曲角度が互いに等しくなるようにヒンジの屈曲しやすさが調整されている。その結果、図１９の状態からピニオンギア９３の回転によって直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が近づくと、図１８に示す対角対向状態になって、各リンクが中心を向き、それに伴って各指が中心を向く。なお、ヒンジの屈曲しやすさは、たとえば、ヒンジにバネ７０をつけてそのバネ７０の強さを調整することによって実現できる。
【００４７】
この実施形態のように指の数が多いと、形が不定の野菜などを掴むときに有効である。
【００４８】
［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態について、図２０を用いて説明する。ここで、図２０は、本発明に係るロボットハンドの第７の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図である。この実施形態は第６の実施形態の変形であって、直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が最も遠ざかった隣接対向状態は、第６の実施形態と同様に図１９に示すようになる。
【００４９】
この実施形態では、ヒンジの屈曲しやすさの調整が第６の実施形態と異なり、屈曲しやすいヒンジと屈曲しにくいヒンジとがある。これにより、直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が互いに近づいたときに、図２０に示すように、４個のヒンジ３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈのみが屈曲し、他のヒンジが屈曲しないで、１２角形リンク９１全体で正方形または長方形をなすようにすることができる。
【００５０】
［第８の実施形態］
本発明の第８の実施形態について、図２１および図２２を用いて説明する。ここで、図２１は本発明に係るロボットハンドの第８の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図２２は第８の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００５１】
この実施形態では、２個の直動リンク３０ａ、３０ｂと、４個の中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄがヒンジ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆによって相互に連結され、六角形リンクが形成されている。第６の実施形態と同様に、直動リンク３０ａ、３０ｂは、ラックギア９２とピニオンギア９３によって互いに近づいたり遠ざかったりできるように構成されている。４個の中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄそれぞれに、指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが取り付けられている。
【００５２】
直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が遠ざかったときには図２２に示す隣接対向状態となり、直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が近づいたときに図２１に示す対角対向状態となる。
【００５３】
この実施形態では、前記他の各実施形態と同様の効果を得られるほか、リンクおよびヒンジの数が少ないので、部品数が少なくて簡単な構成とすることができる。
【００５４】
［第９の実施形態］
本発明の第９の実施形態について、図２３および図２４を用いて説明する。ここで、図２３は本発明に係るロボットハンドの第９の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図２４は第９の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００５５】
この実施形態では、直動リンクが存在せず、４個の中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが、４個のヒンジ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄによって順次連結されて四角形リンクが形成されている。中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄそれぞれに、指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが取り付けられている。互いに対向するヒンジ３２ｂ、３２ｄにラックギア９２が固定され、ピニオンギア９３の回転によってヒンジ３２ｂ、３２ｄ同士が近づいたり遠ざかったりするように構成されている。ヒンジ３２ｂ、３２ｄ同士が遠ざかったときには図２４に示す隣接対向状態となり、ヒンジ３２ｂ、３２ｄ同士が近づいたときに図２３に示す対角対向状態となる。
【００５６】
この実施形態では、前記他の各実施形態と同様の効果を得られるほか、リンクおよびヒンジの数がさらに少ないので、部品数が少なくて簡単な構成とすることができる。
【００５７】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、各実施形態の特徴を種々に組み合わせることもできる。たとえば、直動駆動機構として、第２の実施形態のカム機構または第３の実施形態のソレノイドを第４〜第７の実施形態に適用してもよい。また、第６〜第９の実施形態のラックギアとピニオンギアの組み合わせによる機構を第１〜第５の実施形態に適用してもよい。
【００５８】
また、直動駆動機構として、リンク同士を直動駆動する場合とヒンジ同士を直動駆動する場合について説明したが、直動駆動機構は、特定のリンクと特定のヒンジの間で直動駆動するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２】図１のII矢視立面図。
【図３】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図４】図３のIV矢視立面図。
【図５】図１のＶ−Ｖ線矢視立面図。
【図６】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における対角対向状態で指関節を延ばした状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図。
【図７】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における対角対向状態で指関節を曲げて皿を鷲掴みにするときの状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図。
【図８】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における隣接対向状態で指関節を延ばした状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図。
【図９】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における隣接対向状態でコップを脇から掴むときの状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図。
【図１０】本発明に係るロボットハンドの第２の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１１】本発明に係るロボットハンドの第２の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１２】本発明に係るロボットハンドの第３の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１３】本発明に係るロボットハンドの第３の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１４】本発明に係るロボットハンドの第４の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１５】本発明に係るロボットハンドの第４の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１６】本発明に係るロボットハンドの第５の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１７】本発明に係るロボットハンドの第５の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１８】本発明に係るロボットハンドの第６の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１９】本発明に係るロボットハンドの第６の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２０】本発明に係るロボットハンドの第７の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２１】本発明に係るロボットハンドの第８の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２２】本発明に係るロボットハンドの第８の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２３】本発明に係るロボットハンドの第９の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２４】本発明に係るロボットハンドの第９の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【符号の説明】
【００６０】
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｋ、１１ｎ ： 指
１２ ： 指先部
１３ ： 末節部
１４ ： 末節
１５ ： 基節部
１６ ： 基節
１７ ： 根元部
１８ ： 八角形リンク
１９ ： スライダ部
２０ ： スライダベース部
２１ ： 基板
２２ ： ボールネジ
２３ ： モータ
３０ａ、３０ｂ ： 直動リンク
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｊ ： 中間リンク
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈ ： ヒンジ
３３ ： 回転駆動機構
３５ ： 皿
３６ ： コップ
４１、４２ ： ピニオンギア
４３ ： シャフト
４４、４５ ： 傘歯車
５１ ： カムフォロワ
５２ ： カム
６１ ： ソレノイド鉄心
６２ ： ソレノイドコイル
９１ ： １２角形リンク
９２ ： ラックギア
９３ ： ピニオンギア
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の指を備えたロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造業やサービス業、さらには家庭内で、人の手の作業を代行できるロボットハンドへの需要がある。
【０００３】
たとえば飲食業界で、人手不足対策として、大きさの異なる皿、椀、コップ、トレイ、箸、スプーンなどの食器をハンドリングするロボットハンドへの需要がある。できれば、一つのハンドですべての食器類を把持できることが望ましい。その場合に必要な機能としては、（１）椀の中に指を入れない把持、（２）箸、スプーンなどを摘める器用な指先、（３）椀やコップを上下ひっくり返す機能（食器洗い機への装填用）などが挙げられる。
【０００４】
一方、たとえば、バレットテクノロジー社から販売されているバレットハンド（商品名）では、三本指で指の内転・外転（横方向への開閉）ができるので、茶碗などを上から鷲掴みしたり、コップを横から把持したりすることができる。
【０００５】
また、野菜など球状のものを鷲掴みするロボットが特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１７５１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された技術は鷲掴み専用としてしか使えない。
【０００７】
また、バレットハンドでは、完全な拇指対向ができていないので、箸やスプーンを簡単につかめない（わざわざ３本指を使わなければならない）。そして、茶碗をひっくり返す場合、拇指対向になっていない３本指では不安定である。また、内転・外転用に一つのモータを使っているが、外力に反して状態を維持するために、このモータには、大きなトルク、または、大きな減速機が必要である。指の根元なので、大きな力がかかっている。
【０００８】
本発明は、一つのロボットハンドによって、種々の把持対象物の形状や性質に合わせて、異なる向きに安定に把持することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るロボットハンドは、少なくとも４個のリンクと、これらのリンクそれぞれに取り付けられて前記少なくとも４個のリンクのうちの互いに隣接するリンク同士を互いに平行なリンクヒンジ軸周りに回動可能に連接する前記リンクと同数のヒンジと、を備えて、リンク同士がヒンジを介して直列に環状に連接されて多角形を形成する多角形リンク機構と、互いに対向する前記ヒンジまたはリンクに接続されてそれらのヒンジまたはリンク同士の少なくとも一つの組の間隔を拡張収縮させる直動駆動機構と、前記少なくとも４個のリンクのうちの少なくとも３個のリンクであって前記直動駆動機構の動作によって互いの相対的向きの少なくとも一部が変化する少なくとも３個のリンクのそれぞれに固定されて、それぞれに、前記リンクヒンジ軸に平行でない指関節回動軸の周りに回動可能な少なくとも一つの指関節を備えた少なくとも３本の指と、を有し、前記少なくとも３本の指により把持対象物を把持可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一つのロボットハンドによって、種々の把持対象物の形状や性質に合わせて、異なる向きに安定に把持することができ、種々の動作を行なうことができる。また、小型化、軽量化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るロボットハンドの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで、同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図９を用いて説明する。ここで、図１は第１の実施形態のロボットハンドの対角対向状態の指先方向から見た平面図、図２は図１のII矢視立面図である。図３は第１の実施形態のロボットハンドの隣接対向状態の指先方向から見た平面図、図４は図３のIV矢視立面図である。図５は図１のＶ−Ｖ線矢視立面図である。図６は第１の実施形態のロボットハンドの対角対向状態で指関節を延ばした状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図、図７は第１の実施形態のロボットハンドの対角対向状態で指関節を曲げて皿を鷲掴みにするときの状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図である。図８は第１の実施形態のロボットハンドの隣接対向状態で指関節を延ばした状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図、図９は第１の実施形態のロボットハンドの隣接対向状態でコップを脇から掴むときの状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図である。ただし、図１および図３は、回転駆動機構３３の図示の都合上、回転駆動機構３３のモータをはずした状態を示している。
【００１３】
この実施形態のロボットハンドは４本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを有する。各指は、先端部から順に、指先部１２、末節部１３、末節１４、基節部１５、基節１６、根元部１７が連接されて構成されている。指先部１２は、把持対象物（図示せず）に接触する部位なので、弾性体で被覆されていることが好ましい。また、この部位に触覚センサ等があると、把持対象物の位置や加圧力を検出できるので、より一層好ましい。末節１４、基節１６は、関節であり、互いに平行な指関節回動軸の周りに回動して指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを屈曲できるようになっている。基節部１５および根元部１７それぞれにはモータ（図示せず）が縦に入っており、このモータの駆動力を傘歯車（図示せず）により方向を変えて、末節１４および基節１６を回動させることができる。
【００１４】
各指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの根元部１７は、八角形リンク１８の８個のリンクのうちの４個に一つずつ取り付けてある。
【００１５】
八角形リンク１８は、８個のリンクそれぞれの両端に配置されたヒンジを介して隣接するリンク同士を連接して八角形リンクとしたものである。８個のリンクのうちの二つは直動リンク３０ａ、３０ｂであって、他の６個のリンクは中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆである。
【００１６】
各リンクの両端にヒンジが設けられ、直動リンク３０ａのヒンジ３２ａが、中間リンク３１ａ、ヒンジ３２ｂ、中間リンク３１ｂ、ヒンジ３２ｃ、中間リンク３１ｄを順に介して直動リンク３０ｂのヒンジ３２ｄに連接している。直動リンク３０ａのヒンジ３２ｅは、中間リンク３１ｄ、ヒンジ３２ｆ、中間リンク３１ｅ、ヒンジ３２ｇ、中間リンク３１ｆを順に介して直動リンク３０ｂのヒンジ３２ｈに連接している。各ヒンジは基板２１に垂直なリンクヒンジ軸の周りに回動可能である。
【００１７】
なお、指関節回動軸は、たとえば基板２１に平行であって、リンクヒンジ軸と平行ではない。
【００１８】
直動リンク３０ａ、３０ｂはスライダ部１９の上に取り付けられており、スライダ部１９は、スライダベース部２０に取り付けてある。そしてスライダベース部２０は、基板２１の上に取り付けてある。スライダ部１９は、スライダベース部２０の上で直線的に平行移動できるように構成されている。
【００１９】
直動リンク３０ａ、３０ｂは直動駆動機構により互いの向きを変えずに相互間距離を伸ばしたり縮めたりできるようになっている。直動駆動機構は、直動リンク３０ａ、３０ｂの間を結ぶ中央位置に配置された回転駆動機構３３と、回転駆動機構３３によって回転するボールネジ２２を含む。ボールネジ２２は、直動リンク３０ａ、３０ｂに固定された雌ネジ（図示せず）に螺合している。
【００２０】
中間リンク３１ｂ、３１ｅは、直動リンク３０ａ、３０ｂと同様にスライダ部１９の上に取り付けられており、このスライダ部１９は、スライダベース部２０に取り付けてある。ただし、中間リンク３１ｂ、３１ｅはボールネジ２２と螺合していない。他の中間リンク３１ａ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｆにはスライダ部１９、スライダベース部２０がなく、これらの中間リンクはそれぞれの両端のヒンジを介して隣接する他のリンクにより支持されている。
【００２１】
４本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの根元部１７はそれぞれ、中間リンク３１ａ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｆに取り付けられていて、基板２１に対してほぼ垂直方向に、互いに同じ向きに延びている。
【００２２】
回転駆動機構３３は、図１、図３、図５に示すように、モータ２３と、ピニオンギア４１、４２、シャフト４３、傘歯車４４、４５などを含む。ピニオンギア４１はモータ２３の回転軸に固定され、ピニオンギア４２を駆動する。ピニオンギア４２はモータ２３の軸に平行なシャフト４３を駆動し、傘歯車４４、４５によって回転軸が直角に曲げられ、ボールネジ２２を回転駆動する。モータ２３は正転、逆転が可能で、その回転によってボールネジ２２が回転し、直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに近づいたり遠ざかったりするように構成されている。
【００２３】
直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに遠ざかった状態では、図１および図２に示すように、互いに対角位置にある指を取り付けた中間リンク３１ａと中間リンク３１ｆ同士が対向し、同様に、互いに対角位置にある指を取り付けた中間リンク３１ｃと中間リンク３１ｄ同士が対向している。この状態を対角対向状態と呼ぶ。
【００２４】
直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに近づいた状態では、図３および図４に示すように、互いに隣接位置にある指を取り付けた中間リンク３１ａと中間リンク３１ｅ同士が対向し、同様に、互いに隣接位置にある指を取り付けた中間リンク３１ｄと中間リンク３１ｆ同士が対向している。この状態を位置にある隣接対向状態と呼ぶ。
【００２５】
対角対向状態は、図６および図７に示すように、皿３５（椀などでもよい）を上から鷲掴みするときに適しており、隣接対向状態は、図３のように飲み物が入ったコップ３６（椀などでもよい）を横から掴むときに適している。
【００２６】
以上説明したように、この実施形態によれば、簡単な直動駆動機構を操作するだけで、ロボットハンドを対角対向状態から隣接対向状態に、また、逆方向に変化させることができ、一つのロボットハンドで種々の仕事をさせることができる。
【００２７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について、図１０および図１１を用いて説明する。ここで、図１０は本発明に係るロボットハンドの第２の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１１は第２の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００２８】
この実施形態では、直動駆動機構として、ボールネジなどを用いず、カム５２とカムフォロワ５１を用いる。直動リンク３０ａ、３０ｂをはさむ中央位置にカム５２が配置され、カム５２は図示しないモータによって回転駆動される。カムフォロワ５１は、図示しないバネなどによってカム５２に常に押し付けられている。カム５２の回転によりカムフォロワ５１が図１０、図１１の上下方向に動き、それによって直動リンク３０ａ、３０ｂが、互いに近づいたり遠ざかったりする動作ができるようになっている。直動駆動機構以外の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２９】
上記構成により、第１の実施形態と同様に、簡単な直動駆動機構を操作するだけで、ロボットハンドを対角対向状態（図１０）から隣接対向状態（図１１）に、また、逆方向に変化させることができる。これにより、一つのロボットハンドで種々の仕事をさせることができる。特にこの実施形態ではボールネジを使用しないので、構造が単純で埃などに強い。
【００３０】
なお、第１の実施形態では直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに遠ざかったときに図１の対角対向状態になっているのに対して、第２の実施形態では逆に直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに近づいたときに図１０の対角対向状態になっている。このように直動リンクの動作と対角対向状態・隣接対向状態の変化の関係は任意に設定することができる。
【００３１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について、図１２および図１３を用いて説明する。ここで、図１２は本発明に係るロボットハンドの第３の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１３は第３の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００３２】
この実施形態では、直動駆動機構として、ボールネジやカムなどを用いず、ソレノイドを用いる。すなわち、直動リンク３０ａにソレノイド鉄心６１の一端が固定され、直動リンク３０ｂにソレノイドコイル６２の一端が固定されていて、ソレノイド鉄心６１の他端がソレノイドコイル６２の他端に挿入されている。ソレノイドコイル６２に通電すると、ソレノイド鉄心６１がソレノイドコイル６２に引き込まれて図１２の対角対向状態になる。ソレノイドコイル６２への通電を停止すると、図示しないバネの力によって、ソレノイド鉄心６１がソレノイドコイル６２から抜ける方向に移動して図１３の隣接対向状態になる。直動駆動機構以外の構成は第１または第２の実施形態と同様である。
【００３３】
本実施形態は、モータを用いず、回転駆動部を持たないので、構造が簡単で、コスト低減が可能である。
【００３４】
なお、上記説明では、ソレノイドコイル６２に通電するとソレノイド鉄心６１がソレノイドコイル６２に引き込まれ、通電を止めるとソレノイド鉄心６１がソレノイドコイル６２から抜ける方向に移動するものとしたが、逆の構成も可能である。
【００３５】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態について、図１４および図１５を用いて説明する。ここで、図１４は本発明に係るロボットハンドの第４の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１５は第４の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００３６】
この実施形態では、八角形リンク１８および直動駆動機構は第１の実施形態と同様の構成であるが、４本の指でなく、３本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃが採用される点が第１の実施形態と異なる。図示の例では、３本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃがそれぞれ、中間リンク３１ｂ、３１ｄ、３１ｆに取り付けられている。
【００３７】
この場合、図１４の対角対向状態では３本の指が中心を向き、図１５の隣接対向状態では、指１１ａと指１１ｃとが向かい合い、指１１ｂは指１１ａおよび指１１ｃの側方に向いている。
【００３８】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態について、図１６および図１７を用いて説明する。ここで、図１６は本発明に係るロボットハンドの第５の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１７は第５の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００３９】
この実施形態では、八角形リンク１８および直動駆動機構は第１の実施形態と同様の構成であり、さらに、４本の指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが中間リンク３１ａ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｆに取り付けられていることも第１の実施形態と同様である。この実施形態では、これら４本の指に加えて、さらに２本の指１１ｅ、１１ｆが、直動リンク３０ａ、３０ｂにそれぞれ取り付けられている。
【００４０】
この実施形態で、図１６の対角対向状態では６本の指が中心を向き、図１７の隣接対向状態では、指１１ａ、１１ｂ、１１ｅと指１１ｃ、１１ｄ、１１ｆとが互いに対向する。
【００４１】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態について、図１８および図１９を用いて説明する。ここで、図１８は本発明に係るロボットハンドの第６の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図１９は第６の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。ただし、これらの図では、スライダ部１９、スライダベース部２０、基板２１の図示を省略する（以下の図でも同様である）。
【００４２】
この実施形態では、１２角形リンク９１が採用され、互いに対向する位置に直動リンク３０ａ、３０ｂが配置され、各直動リンク３０ａ、３０ｂの一方のヒンジ３２ａ、３２ｂ同士が５個の中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅによって連接され、各直動リンクの一方のヒンジ３２ｃ、３２ｄ同士が他の５個の中間リンク３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｊによって連接されている。
【００４３】
この実施形態では、直動駆動機構として、ラックギア９２とピニオンギア９３を用いている。すなわち、図示しないモータによってピニオンギア９３を回転駆動することによって、ラックギア９２は直線運動をし、その結果、直動リンク３０ａ、３０ｂが互いに近づいたり遠ざかったりする。
【００４４】
直動リンク３０ａ、３０ｂにはそれぞれ、指１１ａ、１１ｇが取り付けられている。中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅには指１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが取り付けられ、中間リンク３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｊには指１１ｎ、１１ｋ、１１ｊ、１１ｉ、１１ｈが取り付けられている。
【００４５】
直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が最も遠ざかった状態では、図１９に示すように、直動リンク３０ａ、３０ｂに取り付けられた指１１ａと指１１ｇとが互いに対向し、他の１０本の指のうち互いに隣接する５本の指１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆがそれぞれ、互いに隣接する５本の指１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｋ、１１ｎと対向する。
【００４６】
この実施形態では、図１８に示す対角対向状態のときに各ヒンジの屈曲角度が互いに等しくなるようにヒンジの屈曲しやすさが調整されている。その結果、図１９の状態からピニオンギア９３の回転によって直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が近づくと、図１８に示す対角対向状態になって、各リンクが中心を向き、それに伴って各指が中心を向く。なお、ヒンジの屈曲しやすさは、たとえば、ヒンジにバネ７０をつけてそのバネ７０の強さを調整することによって実現できる。
【００４７】
この実施形態のように指の数が多いと、形が不定の野菜などを掴むときに有効である。
【００４８】
［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態について、図２０を用いて説明する。ここで、図２０は、本発明に係るロボットハンドの第７の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図である。この実施形態は第６の実施形態の変形であって、直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が最も遠ざかった隣接対向状態は、第６の実施形態と同様に図１９に示すようになる。
【００４９】
この実施形態では、ヒンジの屈曲しやすさの調整が第６の実施形態と異なり、屈曲しやすいヒンジと屈曲しにくいヒンジとがある。これにより、直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が互いに近づいたときに、図２０に示すように、４個のヒンジ３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈのみが屈曲し、他のヒンジが屈曲しないで、１２角形リンク９１全体で正方形または長方形をなすようにすることができる。
【００５０】
［第８の実施形態］
本発明の第８の実施形態について、図２１および図２２を用いて説明する。ここで、図２１は本発明に係るロボットハンドの第８の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図２２は第８の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００５１】
この実施形態では、２個の直動リンク３０ａ、３０ｂと、４個の中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄがヒンジ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆによって相互に連結され、六角形リンクが形成されている。第６の実施形態と同様に、直動リンク３０ａ、３０ｂは、ラックギア９２とピニオンギア９３によって互いに近づいたり遠ざかったりできるように構成されている。４個の中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄそれぞれに、指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが取り付けられている。
【００５２】
直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が遠ざかったときには図２２に示す隣接対向状態となり、直動リンク３０ａ、３０ｂ同士が近づいたときに図２１に示す対角対向状態となる。
【００５３】
この実施形態では、前記他の各実施形態と同様の効果を得られるほか、リンクおよびヒンジの数が少ないので、部品数が少なくて簡単な構成とすることができる。
【００５４】
［第９の実施形態］
本発明の第９の実施形態について、図２３および図２４を用いて説明する。ここで、図２３は本発明に係るロボットハンドの第９の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図であり、図２４は第９の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図である。
【００５５】
この実施形態では、直動リンクが存在せず、４個の中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが、４個のヒンジ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄによって順次連結されて四角形リンクが形成されている。中間リンク３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄそれぞれに、指１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが取り付けられている。互いに対向するヒンジ３２ｂ、３２ｄにラックギア９２が固定され、ピニオンギア９３の回転によってヒンジ３２ｂ、３２ｄ同士が近づいたり遠ざかったりするように構成されている。ヒンジ３２ｂ、３２ｄ同士が遠ざかったときには図２４に示す隣接対向状態となり、ヒンジ３２ｂ、３２ｄ同士が近づいたときに図２３に示す対角対向状態となる。
【００５６】
この実施形態では、前記他の各実施形態と同様の効果を得られるほか、リンクおよびヒンジの数がさらに少ないので、部品数が少なくて簡単な構成とすることができる。
【００５７】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、各実施形態の特徴を種々に組み合わせることもできる。たとえば、直動駆動機構として、第２の実施形態のカム機構または第３の実施形態のソレノイドを第４〜第７の実施形態に適用してもよい。また、第６〜第９の実施形態のラックギアとピニオンギアの組み合わせによる機構を第１〜第５の実施形態に適用してもよい。
【００５８】
また、直動駆動機構として、リンク同士を直動駆動する場合とヒンジ同士を直動駆動する場合について説明したが、直動駆動機構は、特定のリンクと特定のヒンジの間で直動駆動するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２】図１のII矢視立面図。
【図３】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図４】図３のIV矢視立面図。
【図５】図１のＶ−Ｖ線矢視立面図。
【図６】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における対角対向状態で指関節を延ばした状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図。
【図７】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における対角対向状態で指関節を曲げて皿を鷲掴みにするときの状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図。
【図８】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における隣接対向状態で指関節を延ばした状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図。
【図９】本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態における隣接対向状態でコップを脇から掴むときの状態の指関節の位置関係を示す模式的斜視図。
【図１０】本発明に係るロボットハンドの第２の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１１】本発明に係るロボットハンドの第２の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１２】本発明に係るロボットハンドの第３の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１３】本発明に係るロボットハンドの第３の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１４】本発明に係るロボットハンドの第４の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１５】本発明に係るロボットハンドの第４の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１６】本発明に係るロボットハンドの第５の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１７】本発明に係るロボットハンドの第５の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１８】本発明に係るロボットハンドの第６の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図１９】本発明に係るロボットハンドの第６の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２０】本発明に係るロボットハンドの第７の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２１】本発明に係るロボットハンドの第８の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２２】本発明に係るロボットハンドの第８の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２３】本発明に係るロボットハンドの第９の実施形態における対角対向状態の指先方向から見た平面図。
【図２４】本発明に係るロボットハンドの第９の実施形態における隣接対向状態の指先方向から見た平面図。
【符号の説明】
【００６０】
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｋ、１１ｎ ： 指
１２ ： 指先部
１３ ： 末節部
１４ ： 末節
１５ ： 基節部
１６ ： 基節
１７ ： 根元部
１８ ： 八角形リンク
１９ ： スライダ部
２０ ： スライダベース部
２１ ： 基板
２２ ： ボールネジ
２３ ： モータ
３０ａ、３０ｂ ： 直動リンク
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｊ ： 中間リンク
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈ ： ヒンジ
３３ ： 回転駆動機構
３５ ： 皿
３６ ： コップ
４１、４２ ： ピニオンギア
４３ ： シャフト
４４、４５ ： 傘歯車
５１ ： カムフォロワ
５２ ： カム
６１ ： ソレノイド鉄心
６２ ： ソレノイドコイル
９１ ： １２角形リンク
９２ ： ラックギア
９３ ： ピニオンギア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４個のリンクと、これらのリンクそれぞれに取り付けられて前記少なくとも４個のリンクのうちの互いに隣接するリンク同士を互いに平行なリンクヒンジ軸周りに回動可能に連接する前記リンクと同数のヒンジと、を備えて、リンク同士がヒンジを介して直列に環状に連接されて多角形を形成する多角形リンク機構と、
互いに対向する前記ヒンジまたはリンクに接続されてそれらのヒンジまたはリンク同士の少なくとも一つの組の間隔を拡張収縮させる直動駆動機構と、
前記少なくとも４個のリンクのうちの少なくとも３個のリンクであって前記直動駆動機構の動作によって互いの相対的向きの少なくとも一部が変化する少なくとも３個のリンクのそれぞれに固定されて、それぞれに、前記リンクヒンジ軸に平行でない指関節回動軸の周りに回動可能な少なくとも一つの指関節を備えた少なくとも３本の指と、
を有し、
前記少なくとも３本の指により把持対象物を把持可能に構成されていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記リンクは、
前記直動駆動機構に連結されることによって互いの間隔が拡張収縮する第１の直動リンクおよび第２の直動リンクと、
前記第１の直動リンクに配置された第１のヒンジと前記第２の直動リンクに配置された第２のヒンジとを、互いに直列に接続されて連接する少なくとも２個の中間リンクと、
前記第１の直動リンクに配置された第３のヒンジと前記第２の直動リンクに配置された第４のヒンジとを、互いに直列に接続されて連接する少なくとも２個の中間リンクと、
を含むこと、
を特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記直動駆動機構は、前記第１の直動リンクと第２の直動リンクとの相対的な向きを維持しながら前記第１の直動リンクと第２の直動リンクとの間隔を拡張収縮するように構成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記直動駆動機構は前記ヒンジのうちの互いに対向するヒンジ同士の間隔を拡張収縮させるように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記複数のヒンジの回動のしやすさが不均等になるように付勢する付勢機構をさらに有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記直動駆動機構は、回転軸を有するモータと、この回転軸の回転を直線運動に変える変換機構とを備えていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記変換機構はボールネジ機構を含むことを特徴とする請求項６に記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記変換機構は、前記回転軸の回転によって回転するカムと、このカムの回転によって直線的に駆動されるカムフォロワとを含むことを特徴とする請求項６に記載のロボットハンド。
【請求項９】
前記直動駆動機構は、ソレノイドを含むこと、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項１０】
前記少なくとも３本の指は、それぞれが複数の指関節を有し、同じ指の複数の指関節は互いに平行な複数の指関節回動軸周りに回動可能に構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項１】
少なくとも４個のリンクと、これらのリンクそれぞれに取り付けられて前記少なくとも４個のリンクのうちの互いに隣接するリンク同士を互いに平行なリンクヒンジ軸周りに回動可能に連接する前記リンクと同数のヒンジと、を備えて、リンク同士がヒンジを介して直列に環状に連接されて多角形を形成する多角形リンク機構と、
互いに対向する前記ヒンジまたはリンクに接続されてそれらのヒンジまたはリンク同士の少なくとも一つの組の間隔を拡張収縮させる直動駆動機構と、
前記少なくとも４個のリンクのうちの少なくとも３個のリンクであって前記直動駆動機構の動作によって互いの相対的向きの少なくとも一部が変化する少なくとも３個のリンクのそれぞれに固定されて、それぞれに、前記リンクヒンジ軸に平行でない指関節回動軸の周りに回動可能な少なくとも一つの指関節を備えた少なくとも３本の指と、
を有し、
前記少なくとも３本の指により把持対象物を把持可能に構成されていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記リンクは、
前記直動駆動機構に連結されることによって互いの間隔が拡張収縮する第１の直動リンクおよび第２の直動リンクと、
前記第１の直動リンクに配置された第１のヒンジと前記第２の直動リンクに配置された第２のヒンジとを、互いに直列に接続されて連接する少なくとも２個の中間リンクと、
前記第１の直動リンクに配置された第３のヒンジと前記第２の直動リンクに配置された第４のヒンジとを、互いに直列に接続されて連接する少なくとも２個の中間リンクと、
を含むこと、
を特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記直動駆動機構は、前記第１の直動リンクと第２の直動リンクとの相対的な向きを維持しながら前記第１の直動リンクと第２の直動リンクとの間隔を拡張収縮するように構成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記直動駆動機構は前記ヒンジのうちの互いに対向するヒンジ同士の間隔を拡張収縮させるように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記複数のヒンジの回動のしやすさが不均等になるように付勢する付勢機構をさらに有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記直動駆動機構は、回転軸を有するモータと、この回転軸の回転を直線運動に変える変換機構とを備えていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記変換機構はボールネジ機構を含むことを特徴とする請求項６に記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記変換機構は、前記回転軸の回転によって回転するカムと、このカムの回転によって直線的に駆動されるカムフォロワとを含むことを特徴とする請求項６に記載のロボットハンド。
【請求項９】
前記直動駆動機構は、ソレノイドを含むこと、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項１０】
前記少なくとも３本の指は、それぞれが複数の指関節を有し、同じ指の複数の指関節は互いに平行な複数の指関節回動軸周りに回動可能に構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−７６０５０（Ｐ２０１０−７６０５０Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４７４８３（Ｐ２００８−２４７４８３）
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度 経済産業省「作業知能（社会・生活分野）の開発のうち、ロバストに作業を実行するための作業知能モジュール群の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度 経済産業省「作業知能（社会・生活分野）の開発のうち、ロバストに作業を実行するための作業知能モジュール群の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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