指ユニット及び把持装置
【課題】形状が複雑なものや破損したり傷付きやすい把持対象物であっても、適切に掴むことが可能な指ユニット及び把持装置を提供する。
【解決手段】把持装置を構成する指ユニットは、ベース部材２２の表面に指腹機構部２４を設けた構成とされている。指腹機構部２４は、把持対象物に対して面接触可能な表層部２６と、表層部２６に追従して変形可能な中間部材２８と、表層部に対して裏面側から押圧可能な支持部材３０とを有し、ベース部材２２と表層部２６との間に中間部材２８及び支持部材３０が配された構造とされている。指腹機構部２４は、把持対象物との接触に伴って表層部２６に対して圧力が作用すると、支持部材３０を支点として表層部２６の姿勢が把持対象物の表面に沿うように変化し、把持対象物側に作用する圧力の局所的上昇が防止される。
【解決手段】把持装置を構成する指ユニットは、ベース部材２２の表面に指腹機構部２４を設けた構成とされている。指腹機構部２４は、把持対象物に対して面接触可能な表層部２６と、表層部２６に追従して変形可能な中間部材２８と、表層部に対して裏面側から押圧可能な支持部材３０とを有し、ベース部材２２と表層部２６との間に中間部材２８及び支持部材３０が配された構造とされている。指腹機構部２４は、把持対象物との接触に伴って表層部２６に対して圧力が作用すると、支持部材３０を支点として表層部２６の姿勢が把持対象物の表面に沿うように変化し、把持対象物側に作用する圧力の局所的上昇が防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット等において把持対象物たる物品を把持するために使用される指ユニット及び把持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１，２に開示されているようなロボットハンド等が、ロボット等において把持対象物を把持するための把持装置として提供されている。
【０００３】
特許文献１に開示されているロボットハンドは、平面上に載置された物体を持ち上げるように把持する把持動作を可能とするものであり、物体を把持するための屈曲動作を行える指本体を備えた構成とされている。このロボットハンドには、指本体の先端部であって腹部側の部分に弾性体を備えた爪部が設けられており、物体と該物体が配置されている床面との間に爪部を挿入できるようになっている。
【０００４】
特許文献２に開示されているロボットハンドは、掌方向への把持力を増大させることにより把持対象物を把持する際の圧力を減少させようとするものであり、指部の付け根側となる根本リンクと、根本リンクに接続された先端リンクとを備えた構成とされている。このロボットハンドでは、先端リンクの中間部分よりも根本側の領域に凹状の湾曲部分を設け、把持により作用する圧力が掌方向に向く構成とすることにより、把持対象物の中心方向への圧力を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３６３２８号公報
【特許文献２】特開２００９−２１４２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来技術のロボットハンドでは、把持対象物を適切に把持することができない。具体的には、特許文献１に開示されているロボットハンドでは、床面と把持対象物との間に爪部を挿入して持ち上げる構成とされているため、爪部の先端部が把持対象物に接触してしまった場合は、爪部との接触部分に過大な圧力が作用し、把持対象物が破損したり傷付いてしまうおそれがある。また、爪部の先端部と把持対象物との接触を回避することができたとしても、把持対象物が爪部の上に搭載された状態となり、把持が不安定になるといった課題がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示されているロボットハンドでは、先端リンクの根本側に湾曲部分が設けられているため、把持対象物に作用する応力が掌側に向きやすく、その分だけ把持対象物に作用する圧力が幾分緩和されるものと想定される。しかしながら、把持対象物の外面形状が複雑な形状である場合は、必ずしもこのような効果が期待できる訳ではない。
【０００８】
そこで、本発明は、形状が複雑なものや破損したり傷付きやすい把持対象物であっても適切に掴むことが可能な指ユニット及び把持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決すべく提供される本発明の指ユニットは、把持対象物を把持可能な把持装置に用いられ、指腹機構部と、この指腹機構部を支持するベース部材とを備える指ユニットであって、前記指腹機構部が、前記把持対象物に対して面接触可能な表層部と、前記表層部に追従して変形可能な中間部材と、前記表層部に対して裏面側から押圧可能な支持部材と、を有し、前記ベース部材と前記表層部との間には、前記中間部材及び前記支持部材が配された構造とされている。そして、前記把持対象物との接触に伴って前記表層部に対して圧力が作用することにより、前記表層部に対して裏面側から押圧する支持部材を支点として前記表層部の姿勢が変化しうる。なお、「表層部に対して裏面側から押圧する」とは、例えば、中間部材を圧縮するようなかたちで、表層部に対して支持部材が裏面側から当接又は押し付ける態様が相当する。
【００１０】
上記構成によれば、指腹機構部の表層部に把持対象物が接触して圧力が作用すると、表層部が支持部材を支点として把持対象物に沿うように姿勢変化し、指腹機構部の表層部が把持対象物を包むような状態になる。そのため、指腹機構部の表層部と把持対象物との接触面積が大きくなり、把持対象物側に作用する圧力が局所に集中するのを回避することができる。すなわち、上記構成によれば、表層部が支持部材によって姿勢変化する前に、表層部及び中間部材を把持物体の形状に倣うように形状変化させつつ、把持対象物の表面に作用する圧力の局所的上昇を抑えることが可能である。また、表層部とベース部材との間に設けられた中間部材が、表層部に追従して変形することにより、把持対象物の表面に作用する圧力（面圧）の局所的上昇を抑制しながら、表層部が把持対象物を包み込むように確実に掴むことで、把持対象物に加わる外部からの力（外乱）による姿勢変化を抑制することが可能である。従って、本発明の指ユニットが用いられる把持装置は、形状が複雑なものや破損しやすい把持対象物であっても、人が指によって把持するときのように、把持対象物にいたずらに外傷を与えることなく安定して掴むことが可能である。また、表層部と把持対象物とが接触した際、支持部材によって支持される予定の表層部の支持位置から偏った位置で表層部の面圧が上がりすぎたような場合、表層部が支持部材に支持されると同時に、上記支持位置を中心として上記偏った位置と反対側の表層部が把持対象物に押しつけられるように、表層部を姿勢変化させることが可能となる。これにより、表層部の押しつけられた部分の面圧が上昇するとともに、面圧が上がりすぎていた部分の表層部の面圧が減少し、表層部の把持対象物に与える面圧を均一化することができる。上記事項から、本発明の把持装置は、人間型のロボットハンド等に対して好適に使用することができる。
【００１１】
また、上記構成の指ユニットにおいて、前記中間部材が、表層部に作用する圧力を緩和する緩衝手段を備えることが好ましい。これによれば、把持対象物を把持する際に作用する圧力を中間部材において緩和し、反作用により把持対象物側に作用する圧力の局所的上昇を低減することが可能となり、把持対象物をより一層適度な力で把持できる。
【００１２】
かかる構成によれば、把持対象物を把持する際に把持対象物の表面に作用する圧力の局所的上昇を抑制し、反作用により把持対象物側に作用する圧力の大きさの分布を均一化し、及び圧力のかかる方向を分散させることが可能になる。
【００１３】
また、上記構成の指ユニットにおいて、前記支持部材が前記表層部に沿う方向に移動可能であり、前記表層部の表面に対して作用する圧力の分布に応じて、前記支持部材の位置を移動させることができるものであることが好ましい。これによれば、表層部における圧力のバランス及び把持対象物の姿勢をスムーズかつ的確に変化させることによって、把持対象物を表層部の表面に沿わせることが可能となる。従って、上述した構成によれば、表層部と把持対象物とを確実に面接触させ、把持対象物に作用する圧力の局所的上昇を更に緩和することが可能となる。
【００１４】
また、上記構成の指ユニットにおいて、前記支持部材が、粘性又は／及び弾性を有するものであることが好ましい。支持部材として弾性を有するものを採用することにより、把持対象物を把持するために把持力を増大させていったときに、急峻な面圧上昇が発生するのを防止することが可能となる。また、支持部材として粘性を有するものを採用することにより、把持対象物の振動、及び把持対象物に作用する面圧の振動的変化を抑制できる。従って、上述した構成によれば、把持対象物を破損等させることなく、把持することが可能となる。
【００１５】
また、上記構成の指ユニットにおいては、前記表層部が、同一方向に向けて筋状に延びる凹凸を複数、表面に備えており、前記凹凸が指ユニットの長手方向に向けて延びるように設けられていることが好ましい。これによれば、表層部の表面に形成された凸部において把持対象物が面接触すると共に、凹部において把持対象物の角部（エッジ）を収納できる。また、表層部を構成する各凹凸は、凸部を有する表層部材の小片が複数その表面に並べられた構造で、凹部は個々の小片の隙間によって構成されていてもよい。その際、各小片同士が膜、ワイヤ又は紐状のもの等によって連結されていることが望ましい。これによれば、膜、ワイヤ又は紐状のもの等によって連結された各小片が、把持対象物と接触した表層部の動き（形状変化）に連動して微少移動し、把持対象物を包み込むことが可能となる。さらに、各小片は、連結されながらも互いに拘束されることなく自由となっている。これにより、把持対象物をより一層包み込むことが可能となる。
【００１６】
また、上記構成の指ユニットにおいて、前記表層部が、弾性又は粘弾性を有するものであることが好ましい。これによれば、把持により把持対象物に作用する衝撃をより一層緩和することが可能となり、把持対象物の破損等を防止することができる。なお、表層部は、把持する際に作用する圧力により塑性変形しないことが好ましい。
【００１７】
また、上記構成の指ユニットにおいて、当該指ユニットの長手方向に沿って複数の指腹機構部が設けられていることが好ましい。これによれば、表面形状が複雑な把持対象物であっても、厚みを持つ把持対象物であっても、把持対象物をより一層丁寧に包むように掴むことが可能となる。また、指ユニットの先端部に設けられた指腹機構部における支持部材を、指ユニットの先端側に設ける又は先端側へ移動させることによって、より一層しっかりと包んだ状態で把持することが可能となる。
【００１８】
さらに、上記のいずれかに記載の指ユニットを複数備え、これら複数の指ユニットによって前記把持対象物を把持可能な把持装置であって、前記複数の指ユニットが、相互に近接離反する方向に移動可能に構成されているとともに、当該複数の指ユニットの間に形成される空間に配された把持対象物を、相互に近接する方向に移動することによって把持可能とされていることが好ましい。すなわち、本発明の把持装置は、相互に近接離反する方向に移動可能な指ユニットを複数備えており、各指ユニットの間に形成される空間に配された把持対象物を把持可能な把持装置であって、前記指ユニットが、前記把持対象物に対して接触する指腹機構部と、前記指腹機構部を支持するベース部材とを有し、前記指腹機構部が、前記把持対象物に対して面接触可能な表層部と、前記表層部に追従して変形可能な中間部材と、前記表層部に対して裏面側から押圧可能な支持部材と、を有し、前記ベース部材と前記表層部との間に前記中間部材及び前記支持部材が配された構造とされている。そして、前記把持対象物との接触に伴って前記表層部に対して圧力が作用することにより、前記表層部に対して裏面側から押圧する支持部材を支点として前記表層部の姿勢が変化しうる。なお、「表層部に対して裏面側から押圧する」とは、例えば、中間部材を圧縮するようなかたちで、表層部に対して支持部材が裏面側から当接又は押し付ける態様が相当する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上述したような原理により、把持対象物を、人が指によって把持するが如く包むように掴むことが可能となるので、形状が複雑なものや破損したり傷付いたりしやすい把持対象物であっても、適切に掴むことが可能な指ユニット及び把持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る把持装置を概念的に示した平面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す把持装置において採用されている指ユニットを示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】指腹機構部の構造を示す断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、把持対象物を把持することにより指腹機構部に圧力が作用した状態を示す断面図である。
【図５】図４に示す指腹機構部を備えた指ユニットによって把持対象物を把持した状態を示す断面図である。
【図６】（ａ）は指腹機構部の第一変形例を示す断面図、（ｂ）は把持対象物を把持することにより（ａ）に示す指腹機構部に圧力が作用した状態を示す断面図、（ｃ）は移動させた支持部材によって把持対象物を把持することにより（ａ）に示す指腹機構部に圧力が作用した状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ第二変形例から第五変形例に係る指腹機構部の構造を示す断面図である。
【図８】（ａ）は図３に示す指腹機構部において採用されている表層部の拡大図であり、（ｂ）〜（ｈ）はそれぞれ（ａ）の変形例を示す拡大図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ第六変形例から第九変形例に係る指腹機構部を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ第十変形例から第十二変形例に係る指腹機構部を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は第十三変形例に係る指腹機構部を備えた指ユニットを示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の指ユニットを採用した把持装置を示す平面図である。
【図１２】（ａ）は第十四変形例に係る指腹機構部を備えた指ユニットを示す断面図であり、（ｂ）は第十五変形例に係る指腹機構部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る指ユニット及びこの指ユニットが複数用いられた把持装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に示すように、把持装置１００は、制御装置１２と、これにより動作制御される複数（本実施形態では４基）の指ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）とを備えており、各指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの間に形成される空間内に配された把持対象物Ｗを把持することができる。指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、各指ユニット２０の間に形成される空間に対して図１紙面の上下左右方向にそれぞれ配置されている。また、指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのそれぞれは、図示しないアクチュエータを作動させることによりレール１６に沿ってＸ方向あるいはＹ方向に向けて直線的に移動し、各指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの間に形成される空間の中心に対して近接離反することができるようになっている。
【００２３】
図２に示すように、指ユニット２０は、長手状のものであり、ベース部材２２と指腹機構部２４とを有する。ベース部材２２は、指ユニット２０の芯材として機能するものであり、樹脂、金属、木材等のように、把持対象物Ｗを把持する際の反力によって永久変形を生じない素材によって形成される。また、ベース部材２２は、例えば円筒体のような筒体によって構成されているが、柱状体であってもよい。
【００２４】
指腹機構部２４は、ベース部材２２の外周側に配された機構であり、把持対象物Ｗに対して面接触する部分である。また、指腹機構部２４は、指ユニット２０の長手方向に複数（本実施形態では３つ）、並べた状態で配置されており、それぞれ独立的に作動可能とされている。具体的には、指ユニット２０は、人の指において指先から第一関節に至る部分に相当する領域、第一関節から第二関節に至る部分に相当する領域、第二関節から第三関節に至る部分に相当する領域のそれぞれに対応するかたちで指腹機構部２４が設けられている。
【００２５】
また、指腹機構部２４は、図２（ｂ）及び図３に示すように、表層部２６、中間部材２８、支持部材３０、及び圧力センサ３２を有している。なお、図３においては、指腹機構部２４のうち、便宜上、図１に示した指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの間に形成される空間側部分のみの断面を示しており、その他の図示は省略している。
【００２６】
表層部２６は、指腹機構部２４において最も表面側に設けられており、図１に示した指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの間に形成される空間に配置された把持対象物Ｗを把持する際に、把持対象物Ｗに対して面接触する層である。また、表層部２６は、中間部材２８に比べて薄く柔軟性を有する筋状の表層部材２６ａ（課題を解決するための手段に記載の「小片」に相当）が、略同一方向（本実施形態では図１におけるＺ方向）に複数並ぶことによって構成されている（すなわち、表層部２６は、複数の表層部材２６ａの集合体である）。この表層部材２６ａは、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン等の可撓性を有する素材によって形成することができるが、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブタジエンゴム素材（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等のゴム素材の他、竹、木材、又は、ピアノ線若しくはバネ部材等の金属によって形成してもよい。
【００２７】
また、表層部２６は、図２や図８（ａ）等に示すように、中間部材２８の表面に円柱状の表層部材２６ａが略同一方向に複数並べて配置されることにより、凹凸３４（図３、図４等、一部の図面においては図示せず省略）が複数形成されている。この凹凸３４は、凸部３４ａ及び凹部３４ｂによって構成されており、指ユニット２０の略全周を包囲するように形成されている（すなわち、指ユニット２０の略全周を包囲するように上述の表層部材２６ａが配置されている）。また、図２に示すように、凸部３４ａ及び凹部３４ｂは、それぞれ指ユニット２０の長手方向に向けて筋状に延びるように設けられている。また、図８（ａ）において、凸部３４ａは、円状の断面形状部分（より詳しくは、円状の断面形状部分のうち凸部として機能しうる上半円部分）が相当し、凹部３４ｂは、指ユニット２０の周方向に並んだ凸部３４ａ，３４ａ間に形成された谷状の部分が相当する。
【００２８】
このように表層部２６の表面２６ｂに凹凸３４が形成されることで、把持対象物Ｗを把持する際に、凸部３４ａにおいて把持対象物Ｗが線接触すると共に、凹部３４ｂにおいて把持対象物Ｗの角部（エッジ）を収納できる。これにより、形状が複雑な把持対象物Ｗであっても包むように掴むことができるだけでなく、柔らかくて傷付きやすい又は形状が崩れやすい把持対象物Ｗであっても、当該把持対象物Ｗを破損等させることなく、包むように掴むことが可能となる。なお、本実施形態では、表層部２６を露出させた構成を例示するが、表層部２６の外側に更に別のカバーを装着させることも可能である。
【００２９】
中間部材２８は、ベース部材２２と表層部２６との間に設けられた層である。図４に示すように、中間部材２８は、把持対象物Ｗの把持に伴って表層部２６に圧力が作用した際に、表層部２６に追従して変形可能とされている。具体的には、中間部材２８は、弾性及び／又は粘弾性を有する素材によって形成されており、例えば天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブタジエンゴム素材（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等のゴム素材、これらのゴム素材に高減衰性を発揮する添加剤を加えて生成された高減衰性ゴム組成物、ポリウレタン等の素材によって形成することができる。このような構成とすることにより、把持対象物Ｗを把持する際に表層部２６に作用した圧力を中間部材２８において緩和し、把持対象物Ｗ側に作用する圧力の局所的上昇を防止することが可能となる。
【００３０】
支持部材３０は、主として表層部２６に作用する圧力分布を制御する機能を有する部材である。支持部材３０の位置を変化させることにより、表層部２６に作用する圧力の分布状態を変化させることができる。支持部材３０は、樹脂等の、粘性又は／及び弾性を有するものであることが好ましく、さらには、想定される外力が加わっても塑性変形し難い部材によって構成されることが好ましい。本実施形態における支持部材３０は、図３及び図４に示すように、ベース部材２２と接している表面を基端部３０ａとし、先端部３０ｂが中間部材２８側に向けて突出するように設けられた突状の部材（本実施形態では、ベース部材２２の周囲にリング状に設けられた部材）である。支持部材３０の高さ（基端部３０ａから先端部３０ｂまでの長さ）は、上述した中間部材２８の厚みよりも小さくなるように構成されている。そのため、図３に示すように、表層部２６に対して指腹機構部２４の厚み方向（圧縮方向）への圧力が作用していない状態においては、支持部材３０の先端部３０ｂは表層部２６の裏面２６ｃ側と接触していない。また、図５に示すように、指先に位置する指腹機構部２４における支持部材３０は、ベース部材２２の先端（指先）付近に設けられている。
【００３１】
ここで、支持部材３０の高さに依存して、表層部２６の姿勢の可動角度が決定される。また、中間部材２８の高さから支持部材３０の高さを差し引いた部分は、中間部材２８にバネ的作用及びダンパ的作用（バネ・ダンパ作用）を発揮させ、把持対象物Ｗの形状に倣うように形状変化させるため、及び把持対象物Ｗの位置姿勢を回復させるための可動しろとして用いられる。支持部材３０の高さは、これらの点を考慮した上で最適な高さに調整されている。
【００３２】
これに対し、図４に示すように、表層部２６に対して前述した圧力が作用している状態になると、中間部材２８が圧縮変形し、支持部材３０の先端部３０ｂが表層部２６に対して裏面２６ｃ側から当接可能な状態となる（表層部２６の裏面２６ｃとの間に中間部材２８を介する場合には、支持部材３０と表層部２６の裏面２６ｃとが当接することなく、中間部材２８を押圧する状態となる）。そのため、把持対象物Ｗとの接触により表層部２６の表面２６ｂに圧力が作用すると、支持部材３０を支点として表層部２６の姿勢（傾きや湾曲状態）を変化させることが可能となる。
【００３３】
支持部材３０は、把持対象物Ｗを把持する際、表層部２６に対して分布的に加わる力に対してモーメント的にバランスをとる際の支点として機能させるために設けられている。表層部２６を水平姿勢とした状態でモーメント的にバランスをとることが望ましい場合には、表層部２６の略中央部を支持できる位置に支持部材３０が配置される。また、表層部２６の姿勢（傾きや湾曲状態）を傾斜あるいは湾曲させた状態でモーメント的にバランスをとることが望ましい場合には、図４（ａ）に示したように、圧力の作用方向（図４（ａ）中の矢印参照）と支持部材３０の突出方向とが相対することなくずれた位置となるように、支持部材３０を移動又は配置する。
【００３４】
また、図４（ｂ）に示したように、支持部材３０を指腹機構２４の中心に対して指先側に配置し、図４（ｂ）中の矢印方向に圧力が作用した場合は、表層部２６の姿勢は指ユニット２０の根本側（指先と反対側）がベース部材２２に近づくように傾いて、把持対象物Ｗに対する接触位置が支持部材３０より指ユニット２０の根本側（指先と反対側）となるため、把持対象物Ｗの脱落を抑制することが可能となる。このように、支持部材３０を指先側に配置することで、表層部２６の根本側がベース部材２２に近づくように傾きやすくなり、把持対象物Ｗに作用する圧力の方向が指ユニット２０の根本方向に向かいやすくなるため、より一層、指ユニット２０の指先方向への把持対象物Ｗの移動を抑制することができる。
【００３５】
従って、支持部材３０は、表層部２６に沿って（例えば指ユニット２０の長手方向（図３及び図４における左右方向）に沿って）移動可能に構成されていることが好ましい。このように、把持対象物Ｗとの接触により表層部２６の表面２６ｂに作用する圧力の位置及び圧力の分布に応じて支持部材３０が適切な位置まで移動できるように構成することで、表層部２６を、把持対象物Ｗに沿う状態に姿勢変化させることが可能となる。これにより、把持対象物Ｗを把持する場合に、当該把持対象物Ｗに対して表層部２６を面接触（表層部２６としてみれば面接触であるが、上述した表層部材２６ａ単体でみると線接触である）させることが可能となり、把持に伴って把持対象物Ｗに作用する圧力の分布、及び圧力の方向を機構的に制御することが可能になる。
【００３６】
また、中間部材２８は、オープンセル構造のスポンジのような柔らかいものによって構成されることが好ましい。中間部材２８は、把持対象物Ｗの形状に表層部２６の形状を倣わせる機能、及び把持対象物Ｗが目標姿勢、もしくは安定していた把持位置姿勢から外乱等によってずれたときに、目標姿勢もしくは安定していた把持位置姿勢に復元させる力及び復元モーメントを発生させる機能を発揮する。
【００３７】
図３に示すように、圧力センサ３２は、ベース部材２２に沿って指ユニット２０の長手方向に所定の間隔毎に設けられている。圧力センサ３２は、圧力を検出可能な位置であればいずれの位置に配置されても良いが、表層部２６の表面２６ｂが把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持しているのかを判断可能とする出力特性が得られるように配置されることが好ましい。本実施形態では、表層部２６の中立点を境として左右に分布するように配置されており、これにより表層部２６の姿勢もしくは把持対象物Ｗに加わっている力の方向を推定することができる。なお、図４では、説明の便宜のため、圧力センサ３２を省略している。
【００３８】
次に、把持装置１００の動作について説明する。図１に示すように、把持装置１００は、図１紙面の上下に配置された指ユニット２０ａ，２０ｂと、図１紙面の左右に配された指ユニット２０ｃ，２０ｄとを有し、制御装置１２から発信される指令に基づいて各指ユニット２０が動作する。把持装置１００は、指ユニット２０ａ〜２０ｄの間に形成される空間に把持対象物Ｗが配置された際に、制御装置１２からの指令により指ユニット２０ａ，２０ｂがＹ方向、指ユニット２０ｃ，２０ｄがＸ方向に移動し、指ユニット２０ａ〜２０ｄの間に形成される空間の中心側に集まる。これにより、把持対象物Ｗの表面に各指ユニット２０ａ〜２０ｄの表層部２６が接触した状態になる。
【００３９】
支持部材３０が例えば図示しないアクチュエータから動力を受けることにより表層部２６に沿って移動できる場合、各指ユニット２０ａ〜２０ｄが把持対象物Ｗに接触すると、指腹機構部２４に作用している圧力の大きさ及び分布が圧力センサ３２によって検知される。この検知結果に基づき、制御装置１２は、支持部材３０を移動させて表層部２６における圧力のバランスを変化させる。すなわち、支持部材３０は、表層部２６を把持対象物Ｗに沿う状態に姿勢変化させるための支点として適切な位置（圧力と支持部材３０が相対しないよう互いにずれた位置）まで移動する。これにより、図５に示すように、指ユニット２０ａ〜２０ｄに設けられた指腹機構部２４の表層部２６が、それぞれ、把持対象物Ｗの外面に沿うように傾き、湾曲した状態になる。なお、支持部材３０は、必ずしも動力を受けることによって移動できるものに限られず、指腹機構部２４に作用した圧力によって移動できるものであってもよい。
【００４０】
図５の状態を例に挙げて更に詳細に説明すると、指ユニット２０の指先側から２番目及び３番目の指腹機構部２４では、支持部材３０が略中央に存在し、モーメントバランス点（支持点）が略中央近傍に設定された状態となっている。また、指先側から１番目の指腹機構部２４は、支持部材３０が指先側に偏った位置に存在し、モーメントバランス点（支持点）が略中央よりも指先側に偏るように設定された状態となっている。これにより、図５に示した指先側から１番目の指腹機構部２４においては、支持部材３０におけるモーメントバランス点（支持点）の左側の分布圧力の総和が右側の分布圧力の総和よりも大きくなり、指ユニット２０の根本側に向けて力を発生させることができる。また、これにより把持対象物Ｗが指先方向に移動することを抑制することができる。
【００４１】
また、指ユニット２０ａ〜２０ｄに設けられた指腹機構部２４の表層部２６が、それぞれ、把持対象物Ｗの外面に沿うように傾き、湾曲した状態になると（図５参照）、中間部材２８は、表層部２６の傾きや湾曲などの形状変化に追従するように変形する。これにより、把持に伴って把持対象物Ｗに作用する圧力Ｒの局所的上昇が緩和され、把持対象物Ｗを包むように掴まれた状態になる。なお、図５においては、指腹機構部２４のうち、図１に示した指ユニット２０ａ〜２０ｄの間に形成される空間側部分のみの断面を示し、その他の図示は省略している。
【００４２】
一方、指ユニット２０ａ〜２０ｄの間に形成される空間内において把持されている把持対象物Ｗを放す場合、制御装置１２は、指ユニット２０ａ〜２０ｄを上記空間から離れる方向に移動させる。これにより、各指腹機構部２４に作用していた圧力が解除され、中間部材２８が図３に示すような元の状態に戻る。また、これに追従して、表層部２６がベース部材２２に対して略平行な状態に戻る。
【００４３】
上述したように、本実施形態の把持装置１００では、把持対象物Ｗを把持する際に各指ユニット２０の指腹機構部２４の表層部２６に圧力が作用すると、支持部材３０を支点として表層部２６が把持対象物Ｗに沿うように姿勢変化する。これにより、表層部２６と把持対象物Ｗとが面接触した状態になり、把持対象物Ｗとの接触面積が大きくなって、把持対象物Ｗ側に作用する圧力が局所集中するのを回避することができる。従って、把持装置１００によれば、形状が複雑な把持対象物Ｗであっても包むように掴むことができるだけでなく、柔らかくて傷付きやすい又は形状が崩れやすい把持対象物Ｗであっても、当該把持対象物Ｗを破損等させることなく、包むように掴むことが可能となる。
【００４４】
また、上述した指腹機構部２４は、中間部材２８が弾性及び／又は粘弾性を有する素材によって形成されており、表層部２６に追従して変形し、把持対象物Ｗ側に作用する圧力の局所的上昇を抑制することができる。これにより、人が指によって把持する場合と同様に包むように掴む、すなわち、把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持することが可能となる。
【００４５】
本実施形態の把持装置１００では、例えば図２に示すように、人の指の如く指ユニット２０の長手方向に複数の指腹機構部２４が設けられている。そのため、表面形状が複雑な把持対象物Ｗであっても、把持対象物Ｗをより一層丁寧に包むように掴む、すなわち、把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持することが可能となる。
【００４６】
なお、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。例えば、以下の変形例として説明するように、本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が可能である。
【００４７】
≪指腹機構部の第一変形例≫
本実施形態では、中間部材２８を、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム等のゴム素材、高減衰性ゴム組成物等の粘弾性又は弾性を有する素材により形成されたオープンセル構造のスポンジのような柔らかいものによって構成した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図６に示す指腹機構部２４１のようなものとすることが可能である。以下、指腹機構部２４１について説明する。なお、表層部２６１、支持部材３０１、ベース部材２２１の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、支持部材３０、ベース部材２２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００４８】
指腹機構部２４１は、上述した指腹機構部２４と略同一の構成を有するが、中間部材２８の代わりに、表層部２６１とベース部２２１との間の空間２８１に緩衝手段４０を有する点で相違する。緩衝手段４０は、線形若しくは非線形の特性を有するバネ４２とダンパ４４との組み合わせからなり、指腹機構部１の長手方向一端側と他端側との両方に配置されており、表層部２６１の姿勢が把持対象物Ｗの外形に沿う姿勢又は形状に変化可能となるように支持している。このような構成とした場合についても、上記した指ユニット２０のように粘弾性又は弾性を有する素材によって中間部材２８を形成した場合と同様に、表層部２６１に追従して中間部材２８１の空間形状を変化させ、表層部２６１に作用した圧力の分布状態を穏やかにすることが可能となる。また、このように中間部材２８１として機能する緩衝手段４０をバネ４２及びダンパ４４によって構成した場合は、支持部材３０を作動させるためのスペースを十分確保しつつ、装置構成の簡略化を図ることが可能となる。また、本変形例のような構成とすることにより、中間部材２８としてスポンジ状のものを採用した場合に比べて耐久性を向上させることが可能となる。
【００４９】
更に、指腹機構部２４１は、指腹機構部２４と同様に支持部材３０１が表層部２６１に沿う方向に自由に移動可能とされており、表層部２６１の表面に対して作用する圧力の位置や分布に応じて支持部材３０１が移動することにより表層部２６１における圧力のバランスを変化させることが可能とされている。そのため、指腹機構部２４１は、把持対象物Ｗの表面に沿うように表層部２６１の姿勢を的確かつスムーズに変化させることが可能となる。従って、指腹機構部２４１を用いれば、表層部２６と把持対象物Ｗとを確実に面接触させ、把持対象物Ｗに作用する圧力の局所的上昇を更に緩和することが可能となる。
【００５０】
≪指腹機構部の第二変形例≫
上述した指腹機構部２４は、支持部材３０を樹脂又は金属などによって構成したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、支持部材３０に代えて粘性及び／又は弾性を有するもの等を採用し、緩衝手段としての機能、並進自由度を向上させる機能、バネ要素及びダンパ要素としての機能等を備えたものとすることも可能である。具体的には、図７（ａ）に示す指腹機構部２４２のようなものとすることが可能である。以下、指腹機構部２４２について、詳細に説明する。なお、表層部２６２、ベース部材２２２、緩衝手段４０２、この緩衝手段４０２を構成するバネ４２２，ダンパ４４２の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、緩衝手段４０、緩衝手段４０を構成するバネ４２、ダンパ４４と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５１】
支持部材３０２は、オープンセル型の粘弾性素材、気体、液体又はゲル状の物質等を、可撓性を有する袋又は膜で包んだものであり、上述した支持部材３０と同様に表層部２６２とベース部２２２との間の空間２８２に配されている。このような支持部材３０２を採用することにより、上記した支持部材３０を用いた場合と同様の効果に加え、把持対象物Ｗを把持することにより表層部２６２側から作用する圧力を支持部材３０２において受け止め、かかる圧力を緩和することが可能となり、把持対象物Ｗをより一層柔らかく掴む、すなわち把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないように把持することが可能となる。
【００５２】
≪指腹機構部の第三変形例≫
上述した第二変形例と同様の知見から、支持部材を、上述した第二変形例の支持部材３０２に代えて、図７（ｂ）に示す指腹機構部２４３における支持部材３０３のような構成とすることができる。以下、この支持部材３０３を有する第三変形例の指腹機構部２４３について説明する。なお、表層部２６３、ベース部材２２３、緩衝手段４０３、緩衝手段４０３を構成するバネ４２３，ダンパ４４３の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、緩衝手段４０、緩衝手段４０を構成するバネ４２、ダンパ４４と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５３】
指腹機構部２４３は、基端部３０３ａ側の部位と先端部３０３ｂ側の部位とを別部材によって構成し、両者の間にバネとダンパとを内蔵させたものである。この場合、図７（ｂ）に示すように、先端部３０３ｂが常時表層部２６３の裏面側に当接した状態となる。このような構成とした場合であっても、上記した支持部材３０１を用いた場合と同様に、圧力の一部を、表層部２６３とベース部２２３との間の空間２８３に配置された支持部材３０３において受け止め、かかる圧力を緩和することが可能となり、把持対象物Ｗを包むように掴むことが可能となる。
【００５４】
≪指腹機構部の第四変形例≫
上記実施形態では、中間部材２８及び支持部材３０を別々の部材で構成した例を示したが、上述したように中間部材２８及び支持部材３０の双方とも粘弾性又は弾性を有する性質を備えたものとする場合は、中間部材２８及び支持部材３０の双方の機能を兼ね備えた単一の部材（以下、「中間・支持部材４６４」とも称す）によって置換することも可能である。具体的には、図７（ｃ）に示す指腹機構部２４４のような構成とすることが可能である。以下、指腹機構部２４４の構成、機能、効果について詳細に説明する。なお、指腹機構部２４４が有する表層部２６４及びベース部材２２４は、それぞれ、上述した表層部２６及びベース部材２２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５５】
指腹機構部２４４において採用されている中間・支持部材４６４は、粘弾性を有するグミ状の物質、又は、流体や気体を包んだエアスプリング状のものである。表層部２６４とベース部材２２４との間の空間２８４に中間・支持部材４６４を設ける場合は、上記実施形態における中間部材２８のように表層部２６の裏面全体に亘って設けることも可能であるが、図７（ｃ）に示すように、表層部２６４とベース部材２２４との間の空間２８４において指腹機構部２４４の長手方向（図７（ｃ）紙面の左右方向）に所定の間隔毎に設けてもよい。なお、図７（ｃ）に示す指腹機構部２４４では、並列配置された中間・支持部材４６４に亘って表層部２６４が繋がった構成を例示したが、各中間・支持部材４６４同士の中間点において表層部２６４が切断されていても良い。
【００５６】
≪指腹機構部の第五変形例≫
上記第四実施例の指腹機構部２４４では、中間・支持部材４６４を長手方向に所定の間隔毎に設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７（ｄ）の指腹機構部２４５のような構成とすることも可能である。なお、指腹機構部２４５が有する表層部２６５、ベース部材２２５は、順に、上述した第四実施例の表層部２６４、ベース部材２２４と同様の構成、機能、及び効果を有するものであるため、詳細な説明については省略する。
【００５７】
指腹機構部２４５において採用されている中間・支持部材４６５は、上述した中間・支持部材４６４よりも幅（指腹機構部２４５の長手方向（図７（ｄ）紙面の左右方向）の長さ）が大きく、表層部２６５とベース部材２２５との間の空間２８５に略隙間無く並べて配置されている。このような構成とした場合についても、上記第四実施例の場合と同様に、各中間・支持部材４６５において把持対象物Ｗ側から作用する圧力を吸収し、圧力の局所的上昇を緩和することが可能となる。なお、図７（ｄ）に示す指腹機構部２４５では、並列配置された中間・支持部材４６５に亘って表層部２６５が繋がった構成を例示したが、各中間・支持部材４６５同士の中間点において表層部２６５が切断されていても良い。
【００５８】
≪指腹機構部の第六変形例≫
上記実施形態の指腹機構部２４が有する表層部２６及び第一変形例〜第五変形例に係る指腹機構部２４１〜２４５の表層部２６１〜２６５は、いずれも一体的に形成されたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の領域に分かれていても良い。以下、このような構成を有する指腹機構部２４６について説明する。なお、中間部材２８６、支持部材３０６、ベース部材２２６の構成、機能及び効果については、上述した中間部材２８、支持部材３０、ベース部材２２と順に同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５９】
図９（ａ）に示すように、指腹機構部２４６が備える表層部２６６は、指腹機構部２４６の長手方向（図９（ａ）の左右方向）に複数の領域（図示状態では５領域）に分割されており、それぞれ独立的に変形可能とされている。そのため、把持対象物Ｗを把持して表層部２６６に圧力が作用した場合に、指腹機構部が分割されていない場合と比べて、表層部２６６が把持対象物Ｗの表面に沿うように姿勢変化しやすい。
【００６０】
≪指腹機構部の第七変形例≫
上記第六変形例の表層部２６６と同様に、表層部が複数の領域に分かれている場合は、指腹機構部を、図９（ｂ）に示す指腹機構部２４７のような構成とすることが可能である。この指腹機構部２４７は、上述した第二変形例の支持部材３０２と同様の構成及び機能を備えた支持部材３０７を、表層部２６７の各領域の下方（すなわち、中間部材２８７の内部）に有している。中間部材２８７は、上述した中間部材２８と同様に粘弾性又は弾性を有する素材によって構成されている。ベース部材２２７は、上述したベース部材２２と同様のものである。このような構成とすることにより、表層部２６７の各領域に作用した圧力を、これに対応して設けられた各支持部材３０７において受け止めることが可能となる。図９（ｂ）に示すように支持部材３０７の両脇に等間隔で圧力センサ３２７を配置することにより、両圧力センサ３２７の出力から表層部２６７の位置姿勢の推定が可能となる。なお、圧力センサ３２７の配置は、必ずしも等間隔である必要はなく、圧力センサ３２７の間隔が既知であれば表層部２６７の位置姿勢を推定することが可能である。
【００６１】
≪指腹機構部の第八変形例≫
第八変形例に係る指腹機構部２４８は、図９（ｃ）に示すように、上記第六変形例及び第七変形例の表層部２６６，２６７と同様に複数の領域に分割された表層部２６８を有している。指腹機構部２４８の中間・支持部材４６８、ベース部材２２８の構成及び効果は、順に、上述した第四変形例に係る指腹機構部２４４の中間・支持部材４６４、ベース部材２２４と同様である。なお、中間・支持部材４６８は、表層部２６８とベース部材２２８との間の空間２８８に配置されている。このような構成とすることにより、表層部２６８の傾斜を柔軟に変化させることが可能となり、比較的小さな凸凹がある把持対象物Ｗを把持する際に特に有効である。
【００６２】
≪指腹機構部の第九変形例≫
図９（ｄ）に示すように、第九変形例に係る指腹機構部２４９は、上記第六変形例〜第八変形例の表層部２６６〜２６８と同様に複数の領域に分割された表層部２６９を備えている。指腹機構部２４９の中間・支持部材４６９、ベース部材２２９の構成及び効果は、それぞれ、上述した第五変形例に係る中間・支持部材４６５、ベース部材２２５と同様である。なお、中間・支持部材４６９は、表層部２６９とベース部材２２９との間の空間２８９に配置されている。このような構成とすることによっても、上述した指腹機構部２４及び指腹機構部２４１〜２４８と同様に、人が指で掴むが如く把持対象物Ｗを包むように掴むこと、言い換えれば把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持することが可能となる。また、このような構成とすることにより、把持対象物Ｗの表面の形状に表層部２６９を均一に変形させることが可能となるため、比較的穏やかな凹凸を有する把持対象物Ｗを把持する際に特に有効である。
【００６３】
≪指腹機構部の第十変形例≫
上述した指腹機構部２４は、図３に示すように、圧力センサ３２を支持部材３０の基端部３０ａ側の位置に配置しているが、本発明はこれに限定される訳ではなく、例えば図１０（ａ）に示す指腹機構部２５０のような構成としてもよい。以下、この指腹機構部２５０について説明する。なお、表層部２７０、ベース部材２３０、中間部材２９０、支持部材５００、圧力センサ３３０の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、中間部材２８、支持部材３０、圧力センサ３２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００６４】
指腹機構部２５０は、支持部材５００の先端側の位置（図１０（ａ）では、支持部材５００の先端部よりも表層部２７０側の位置）に圧力センサ３３０が配置されている。かかる位置に圧力センサ３３０を配置することにより、中間部材２９０の変形も圧力センサ３３０の出力に影響を与え、その分だけ感度が向上することになる。また、表層部２７０から圧力センサ３３０までの距離が、指腹機構部２４の表層部２６から圧力センサ３２までの距離よりも短くなり、これによる圧力センサ３３０の検知精度の向上も見込まれる。従って、支持部材５００が移動可能である場合には、より一層的確な位置に支持部材５００を移動させることが可能となる。また、圧力センサ３３から発信される情報を用いた把持制御、又は、支持部材５００を用いた指腹機構部２５０の姿勢制御をより一層精度良く実施可能となる。
【００６５】
≪指腹機構部の第十一変形例≫
上述した第一変形例の指腹機構部２４１が有する緩衝手段４０と同様の緩衝手段４１１を備えた変形例として、図１０（ｂ）に示す指腹機構部２５１のような構成とすることも可能である。以下、指腹機構部２５１について説明する。なお、表層部２７１、ベース部材２３１、支持部材５０１、圧力センサ３３１の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、支持部材３０、圧力センサ３２と同様であるため、詳細な説明については省略する。ここで、支持部材５０１、緩衝部材４１１及び圧力センサ３３１は、いずれも、表層部２７１とベース部材２３１との間の空間２９１に配置されている。
【００６６】
緩衝手段４１１は、バネ４３１及びダンパ４５１を有している。圧力センサ３３１及び圧力センサ３３２は、それぞれ、バネ４３１の基端部（ベース部材２３１側の端部）及びダンパ４５１の基端部（ベース部材２３１側の端部）に設けられている。かかる構成とした場合は、表層部２７１に作用する圧力が、バネ４３１及びダンパ４５１を伝達して直接的に圧力センサ３３１及び圧力センサ３３２に各々作用することになり、圧力の検出精度をより一層向上させることが可能となる。
【００６７】
≪指腹機構部の第十二変形例≫
上述した実施形態及び変形例において示した圧力センサ３２，３３０，３３１に代えて、直動ポテンショメータ又は非接触測距センサなどによって構成されたセンサ３２１を用いることも可能である。以下、直動ポテンショメータによって構成されたセンサ３２１を適用した指腹機構部２５２について説明する。なお、指腹機構部２５２において、表層部２７２、ベース部材２３２、支持部材５０２、緩衝手段４１２の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、支持部材３０、緩衝手段４０と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００６８】
図１０（ｃ）に示すように、指腹機構部２５２は、直動ポテンショメータによって構成されたセンサ３２１を、表層部２７２とベース部材２３２との間の空間２９２であって、各緩衝手段４１２に対して隣接する位置に設けたものである。かかる構成とした場合についても、バネ４３２及びダンパ４５２の特性を事前に把握しておくことにより、圧力センサ３２を用いた場合と同様に圧力の大きさ及び分布を的確に把握することができ、支持部材５０２を適切な位置まで移動させることが可能となる。
【００６９】
なお、本変形例の変形例として、上述した指腹機構部２４４，２４５，２４８，２４９の中間・支持部材４６４，４６５，４６８，４６９、又は、指腹機構部２４７の支持部材３０７のように、一定の位置に留まって表層部２６４，２６５，２６８，２６９を支持するような構成とした場合は、圧力センサを配置する必要がなく、その分だけ装置構成をシンプルにすることが可能となる。
【００７０】
≪指腹機構部の第十三変形例、並びに、指ユニット及び把持装置の変形例≫
上記実施形態に示した指腹機構部２４等は、いずれも芯材となるベース部材２２等の全周に亘って表層部２６を設けた構成とされているが、本発明はこれに限定される訳ではない。例えば、図１１（ａ）に示す指ユニット２０１に採用されている指腹機構部２５３のように、ベース部材２３３の全周を包囲するように中間部材２９３と支持部材５０３とが設けられる一方で、ベース部材２３３の周方向の一部にのみ表層部２７３が設けられる構成にしてもよい。
【００７１】
以下に、図１１（ａ）に示す指ユニット２０１を備えた把持装置１０１について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、表層部２７３、中間部材２９３、支持部材５０３、ベース部材２３３、レール１６１の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、中間部材２８、支持部材３０、ベース部材２２、レール１６と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００７２】
把持装置１０１は、図１１（ｂ）に示すように、各指ユニット２０１はいずれも、表層部２７３が設けられた部分が把持装置１０１の中心側に向くように配置されており、レール１６１に沿って把持装置１０１の中心に対して近接する方向と離反する方向とに移動可能に構成されている。これにより、把持装置１０１は、図１に示す把持装置１００と同様に把持対象物Ｗを包むように掴むことが可能となる。
【００７３】
≪指腹機構部の第十四変形例及び指ユニットの変形例≫
上述した指ユニット２０及び指ユニット２０１は、いずれも、ベース部材２２，２３３の外周全体を取り巻くように指腹機構部２４、２５３を取り付けた柱状体であったが、図１２に示す指ユニット２０２のような構成としてもよい。以下、指腹機構部２５４及び指ユニット２０２について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、表層部２７４、中間部材２９４、支持部材５０４、ベース部材２３４の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、中間部材２８、支持部材３０、ベース部材２２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００７４】
指腹機構部２５４は、上述した指腹機構部２４等と同様の構成を有する。指腹機構部２５４によれば、上述した他の実施例のものを採用した場合と同様に、（１）把持対象物Ｗの形状に倣うように変形する、（２）把持対象物Ｗの位置姿勢を保持する、（３）把持制御における指部の位置・姿勢の要求精度を緩和する、（４）把持対象物Ｗの表面に作用する圧力分布を穏やかにする等の効果が得られる。
【００７５】
指腹機構部２５４は、ベース部材２３４の周方向の一部にのみ取り付けられており、他の部分はベース部材２３４が露出している。かかる構成とする場合についても、図１１（ｂ）に示した把持装置１０１と同様に、指腹機構部２５４が設けられた部分が装置中心側に向くように各指ユニット２０２を配することにより、図１に示す把持装置１００と同様の効果が得られる。
【００７６】
≪指腹機構部の第十五変形例≫
上記実施形態では、筒体あるいは柱状体によってベース部材２２等を構成し、この外周側に指腹機構部２４等を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図１２（ｂ）に示す指腹機構部２５５のような構成としてもよい。以下、指腹機構部２５５について説明するが、表層部２７５、中間部材２９５、支持部材５０５、ベース部材２３５の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、中間部材２８、支持部材３０、ベース部材２２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００７７】
指腹機構部２５５は、平板状のものによって構成されたベース部材２３５の表面に表層部２７５、中間部材２９５及び支持部材５０５を設けたものである。ベース部材２３５は、表面が平坦な板体によって構成することが可能であるが、図１２（ｂ）に示す例においては表面が凹状となるように湾曲した板体によって構成されている。これにより、表面を平坦な形状とする場合に比べて面圧を均一化することが可能となり、より包み込むように把持すること、すなわち把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持すること、及び、把持しながら把持面を移動させること、すなわち把持対象物Ｗを軽くつかんでなでるように動作することが可能な指腹機構部２５５を提供できる。
【００７８】
≪表層部の変形例≫
上記実施形態では、図８（ａ）に示すように、断面形状が略円形の凸部３４ａと谷状の凹部３４ｂとによって形成された凹凸３４を、表層部２６の表面２６ｂに設けた例を示したが、本発明はこれに限定される訳ではなく、表層部が凹凸３４を有していないものであってもよい。この場合、凹部において把持対象物Ｗの角部（エッジ）が吸収されることはないものの、把持対象物Ｗを包むように掴むことはできる。
【００７９】
また、表層部の表面に凹凸が形成されている場合であっても、かかる凹凸の形状が上述の凹凸３４と相違していてもよく、図８（ｂ）〜（ｄ）に示す表層部２７６〜２７８が有する凹凸３４１〜３４３のような形状としてもよい。このような場合についても、上述した表層部２６又は凹凸３４と同様の作用効果が得られる。
【００８０】
具体的には、図８（ｂ）に示す表層部２７６のように、断面形状が半円状の凸部３４１ａと谷状の凹部３４１ｂとからなる凹凸３４１を有するもの、又は、図８（ｃ），（ｄ）の表層部２６２，２６３のように断面形状が矩形状の凸部３４２ａ，３４３ａと、凹部３４２ｂ，３４３ｂとからなる凹凸３４２，３４３を備えたものであってもよい。
【００８１】
図８（ｂ）に示すような凹凸３４１を設けた場合は、図８（ａ）のように略円状の断面形状の凸部３４ａを設けた場合と同様に、半円状の凸部３４１ａ，３４１ａの間に形成される谷状の凹部３４１ｂに把持対象物Ｗのエッジを吸収させることが可能となる。また、図８（ｃ），（ｄ）のように断面形状が矩形状の凸部３４２ａ，３４３ａを設けた場合は、凸部３４２ａ，３４３ａにおける把持対象物Ｗとの接触面積が大きくなり、把持対象物Ｗの表面に作用する圧力を小さくすることができる。なお、柔軟性を有する素材により表層部３４２、３４３を形成した場合において矩形状の凸部３４２ａ，３４３ａを設けた場合は、図８（ｃ），（ｄ）のように把持対象物Ｗと直接接触する部分を凹状に形成することにより把持対象物Ｗと面接触することとなり、図８（ａ）で示した凸部３４ａに対して線接触することにより作用する圧力を分散させることが可能となり、より一層把持対象物Ｗの表面に作用する圧力の局所的上昇を抑制することができる。また、凸部３４２ａ，３４３ａのように矩形状の凸部を設ける場合は、図８（ｃ）に示すように凸部３４２ａ，３４３ａの角を湾曲させることが好ましい。
【符号の説明】
【００８２】
１００，１０１ 把持装置
２０，２０１，２０２ 指ユニット
２２，２２１〜２３４ ベース部材
２４，２４１〜２５５ 指腹機構部
２６，２６１〜２７５ 表層部
２８，２８１〜２９６ 中間部材
３０，３０１〜３０３，３０６，３０７，５００〜５０５ 支持部材
３４，３４１〜３４７ 凹凸
４６４，４６５，４６８，４６９ 中間・支持部材
Ｗ 把持対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット等において把持対象物たる物品を把持するために使用される指ユニット及び把持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１，２に開示されているようなロボットハンド等が、ロボット等において把持対象物を把持するための把持装置として提供されている。
【０００３】
特許文献１に開示されているロボットハンドは、平面上に載置された物体を持ち上げるように把持する把持動作を可能とするものであり、物体を把持するための屈曲動作を行える指本体を備えた構成とされている。このロボットハンドには、指本体の先端部であって腹部側の部分に弾性体を備えた爪部が設けられており、物体と該物体が配置されている床面との間に爪部を挿入できるようになっている。
【０００４】
特許文献２に開示されているロボットハンドは、掌方向への把持力を増大させることにより把持対象物を把持する際の圧力を減少させようとするものであり、指部の付け根側となる根本リンクと、根本リンクに接続された先端リンクとを備えた構成とされている。このロボットハンドでは、先端リンクの中間部分よりも根本側の領域に凹状の湾曲部分を設け、把持により作用する圧力が掌方向に向く構成とすることにより、把持対象物の中心方向への圧力を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３６３２８号公報
【特許文献２】特開２００９−２１４２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来技術のロボットハンドでは、把持対象物を適切に把持することができない。具体的には、特許文献１に開示されているロボットハンドでは、床面と把持対象物との間に爪部を挿入して持ち上げる構成とされているため、爪部の先端部が把持対象物に接触してしまった場合は、爪部との接触部分に過大な圧力が作用し、把持対象物が破損したり傷付いてしまうおそれがある。また、爪部の先端部と把持対象物との接触を回避することができたとしても、把持対象物が爪部の上に搭載された状態となり、把持が不安定になるといった課題がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示されているロボットハンドでは、先端リンクの根本側に湾曲部分が設けられているため、把持対象物に作用する応力が掌側に向きやすく、その分だけ把持対象物に作用する圧力が幾分緩和されるものと想定される。しかしながら、把持対象物の外面形状が複雑な形状である場合は、必ずしもこのような効果が期待できる訳ではない。
【０００８】
そこで、本発明は、形状が複雑なものや破損したり傷付きやすい把持対象物であっても適切に掴むことが可能な指ユニット及び把持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決すべく提供される本発明の指ユニットは、把持対象物を把持可能な把持装置に用いられ、指腹機構部と、この指腹機構部を支持するベース部材とを備える指ユニットであって、前記指腹機構部が、前記把持対象物に対して面接触可能な表層部と、前記表層部に追従して変形可能な中間部材と、前記表層部に対して裏面側から押圧可能な支持部材と、を有し、前記ベース部材と前記表層部との間には、前記中間部材及び前記支持部材が配された構造とされている。そして、前記把持対象物との接触に伴って前記表層部に対して圧力が作用することにより、前記表層部に対して裏面側から押圧する支持部材を支点として前記表層部の姿勢が変化しうる。なお、「表層部に対して裏面側から押圧する」とは、例えば、中間部材を圧縮するようなかたちで、表層部に対して支持部材が裏面側から当接又は押し付ける態様が相当する。
【００１０】
上記構成によれば、指腹機構部の表層部に把持対象物が接触して圧力が作用すると、表層部が支持部材を支点として把持対象物に沿うように姿勢変化し、指腹機構部の表層部が把持対象物を包むような状態になる。そのため、指腹機構部の表層部と把持対象物との接触面積が大きくなり、把持対象物側に作用する圧力が局所に集中するのを回避することができる。すなわち、上記構成によれば、表層部が支持部材によって姿勢変化する前に、表層部及び中間部材を把持物体の形状に倣うように形状変化させつつ、把持対象物の表面に作用する圧力の局所的上昇を抑えることが可能である。また、表層部とベース部材との間に設けられた中間部材が、表層部に追従して変形することにより、把持対象物の表面に作用する圧力（面圧）の局所的上昇を抑制しながら、表層部が把持対象物を包み込むように確実に掴むことで、把持対象物に加わる外部からの力（外乱）による姿勢変化を抑制することが可能である。従って、本発明の指ユニットが用いられる把持装置は、形状が複雑なものや破損しやすい把持対象物であっても、人が指によって把持するときのように、把持対象物にいたずらに外傷を与えることなく安定して掴むことが可能である。また、表層部と把持対象物とが接触した際、支持部材によって支持される予定の表層部の支持位置から偏った位置で表層部の面圧が上がりすぎたような場合、表層部が支持部材に支持されると同時に、上記支持位置を中心として上記偏った位置と反対側の表層部が把持対象物に押しつけられるように、表層部を姿勢変化させることが可能となる。これにより、表層部の押しつけられた部分の面圧が上昇するとともに、面圧が上がりすぎていた部分の表層部の面圧が減少し、表層部の把持対象物に与える面圧を均一化することができる。上記事項から、本発明の把持装置は、人間型のロボットハンド等に対して好適に使用することができる。
【００１１】
また、上記構成の指ユニットにおいて、前記中間部材が、表層部に作用する圧力を緩和する緩衝手段を備えることが好ましい。これによれば、把持対象物を把持する際に作用する圧力を中間部材において緩和し、反作用により把持対象物側に作用する圧力の局所的上昇を低減することが可能となり、把持対象物をより一層適度な力で把持できる。
【００１２】
かかる構成によれば、把持対象物を把持する際に把持対象物の表面に作用する圧力の局所的上昇を抑制し、反作用により把持対象物側に作用する圧力の大きさの分布を均一化し、及び圧力のかかる方向を分散させることが可能になる。
【００１３】
また、上記構成の指ユニットにおいて、前記支持部材が前記表層部に沿う方向に移動可能であり、前記表層部の表面に対して作用する圧力の分布に応じて、前記支持部材の位置を移動させることができるものであることが好ましい。これによれば、表層部における圧力のバランス及び把持対象物の姿勢をスムーズかつ的確に変化させることによって、把持対象物を表層部の表面に沿わせることが可能となる。従って、上述した構成によれば、表層部と把持対象物とを確実に面接触させ、把持対象物に作用する圧力の局所的上昇を更に緩和することが可能となる。
【００１４】
また、上記構成の指ユニットにおいて、前記支持部材が、粘性又は／及び弾性を有するものであることが好ましい。支持部材として弾性を有するものを採用することにより、把持対象物を把持するために把持力を増大させていったときに、急峻な面圧上昇が発生するのを防止することが可能となる。また、支持部材として粘性を有するものを採用することにより、把持対象物の振動、及び把持対象物に作用する面圧の振動的変化を抑制できる。従って、上述した構成によれば、把持対象物を破損等させることなく、把持することが可能となる。
【００１５】
また、上記構成の指ユニットにおいては、前記表層部が、同一方向に向けて筋状に延びる凹凸を複数、表面に備えており、前記凹凸が指ユニットの長手方向に向けて延びるように設けられていることが好ましい。これによれば、表層部の表面に形成された凸部において把持対象物が面接触すると共に、凹部において把持対象物の角部（エッジ）を収納できる。また、表層部を構成する各凹凸は、凸部を有する表層部材の小片が複数その表面に並べられた構造で、凹部は個々の小片の隙間によって構成されていてもよい。その際、各小片同士が膜、ワイヤ又は紐状のもの等によって連結されていることが望ましい。これによれば、膜、ワイヤ又は紐状のもの等によって連結された各小片が、把持対象物と接触した表層部の動き（形状変化）に連動して微少移動し、把持対象物を包み込むことが可能となる。さらに、各小片は、連結されながらも互いに拘束されることなく自由となっている。これにより、把持対象物をより一層包み込むことが可能となる。
【００１６】
また、上記構成の指ユニットにおいて、前記表層部が、弾性又は粘弾性を有するものであることが好ましい。これによれば、把持により把持対象物に作用する衝撃をより一層緩和することが可能となり、把持対象物の破損等を防止することができる。なお、表層部は、把持する際に作用する圧力により塑性変形しないことが好ましい。
【００１７】
また、上記構成の指ユニットにおいて、当該指ユニットの長手方向に沿って複数の指腹機構部が設けられていることが好ましい。これによれば、表面形状が複雑な把持対象物であっても、厚みを持つ把持対象物であっても、把持対象物をより一層丁寧に包むように掴むことが可能となる。また、指ユニットの先端部に設けられた指腹機構部における支持部材を、指ユニットの先端側に設ける又は先端側へ移動させることによって、より一層しっかりと包んだ状態で把持することが可能となる。
【００１８】
さらに、上記のいずれかに記載の指ユニットを複数備え、これら複数の指ユニットによって前記把持対象物を把持可能な把持装置であって、前記複数の指ユニットが、相互に近接離反する方向に移動可能に構成されているとともに、当該複数の指ユニットの間に形成される空間に配された把持対象物を、相互に近接する方向に移動することによって把持可能とされていることが好ましい。すなわち、本発明の把持装置は、相互に近接離反する方向に移動可能な指ユニットを複数備えており、各指ユニットの間に形成される空間に配された把持対象物を把持可能な把持装置であって、前記指ユニットが、前記把持対象物に対して接触する指腹機構部と、前記指腹機構部を支持するベース部材とを有し、前記指腹機構部が、前記把持対象物に対して面接触可能な表層部と、前記表層部に追従して変形可能な中間部材と、前記表層部に対して裏面側から押圧可能な支持部材と、を有し、前記ベース部材と前記表層部との間に前記中間部材及び前記支持部材が配された構造とされている。そして、前記把持対象物との接触に伴って前記表層部に対して圧力が作用することにより、前記表層部に対して裏面側から押圧する支持部材を支点として前記表層部の姿勢が変化しうる。なお、「表層部に対して裏面側から押圧する」とは、例えば、中間部材を圧縮するようなかたちで、表層部に対して支持部材が裏面側から当接又は押し付ける態様が相当する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上述したような原理により、把持対象物を、人が指によって把持するが如く包むように掴むことが可能となるので、形状が複雑なものや破損したり傷付いたりしやすい把持対象物であっても、適切に掴むことが可能な指ユニット及び把持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る把持装置を概念的に示した平面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す把持装置において採用されている指ユニットを示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】指腹機構部の構造を示す断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、把持対象物を把持することにより指腹機構部に圧力が作用した状態を示す断面図である。
【図５】図４に示す指腹機構部を備えた指ユニットによって把持対象物を把持した状態を示す断面図である。
【図６】（ａ）は指腹機構部の第一変形例を示す断面図、（ｂ）は把持対象物を把持することにより（ａ）に示す指腹機構部に圧力が作用した状態を示す断面図、（ｃ）は移動させた支持部材によって把持対象物を把持することにより（ａ）に示す指腹機構部に圧力が作用した状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ第二変形例から第五変形例に係る指腹機構部の構造を示す断面図である。
【図８】（ａ）は図３に示す指腹機構部において採用されている表層部の拡大図であり、（ｂ）〜（ｈ）はそれぞれ（ａ）の変形例を示す拡大図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ第六変形例から第九変形例に係る指腹機構部を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ第十変形例から第十二変形例に係る指腹機構部を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は第十三変形例に係る指腹機構部を備えた指ユニットを示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の指ユニットを採用した把持装置を示す平面図である。
【図１２】（ａ）は第十四変形例に係る指腹機構部を備えた指ユニットを示す断面図であり、（ｂ）は第十五変形例に係る指腹機構部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る指ユニット及びこの指ユニットが複数用いられた把持装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に示すように、把持装置１００は、制御装置１２と、これにより動作制御される複数（本実施形態では４基）の指ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）とを備えており、各指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの間に形成される空間内に配された把持対象物Ｗを把持することができる。指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、各指ユニット２０の間に形成される空間に対して図１紙面の上下左右方向にそれぞれ配置されている。また、指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのそれぞれは、図示しないアクチュエータを作動させることによりレール１６に沿ってＸ方向あるいはＹ方向に向けて直線的に移動し、各指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの間に形成される空間の中心に対して近接離反することができるようになっている。
【００２３】
図２に示すように、指ユニット２０は、長手状のものであり、ベース部材２２と指腹機構部２４とを有する。ベース部材２２は、指ユニット２０の芯材として機能するものであり、樹脂、金属、木材等のように、把持対象物Ｗを把持する際の反力によって永久変形を生じない素材によって形成される。また、ベース部材２２は、例えば円筒体のような筒体によって構成されているが、柱状体であってもよい。
【００２４】
指腹機構部２４は、ベース部材２２の外周側に配された機構であり、把持対象物Ｗに対して面接触する部分である。また、指腹機構部２４は、指ユニット２０の長手方向に複数（本実施形態では３つ）、並べた状態で配置されており、それぞれ独立的に作動可能とされている。具体的には、指ユニット２０は、人の指において指先から第一関節に至る部分に相当する領域、第一関節から第二関節に至る部分に相当する領域、第二関節から第三関節に至る部分に相当する領域のそれぞれに対応するかたちで指腹機構部２４が設けられている。
【００２５】
また、指腹機構部２４は、図２（ｂ）及び図３に示すように、表層部２６、中間部材２８、支持部材３０、及び圧力センサ３２を有している。なお、図３においては、指腹機構部２４のうち、便宜上、図１に示した指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの間に形成される空間側部分のみの断面を示しており、その他の図示は省略している。
【００２６】
表層部２６は、指腹機構部２４において最も表面側に設けられており、図１に示した指ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの間に形成される空間に配置された把持対象物Ｗを把持する際に、把持対象物Ｗに対して面接触する層である。また、表層部２６は、中間部材２８に比べて薄く柔軟性を有する筋状の表層部材２６ａ（課題を解決するための手段に記載の「小片」に相当）が、略同一方向（本実施形態では図１におけるＺ方向）に複数並ぶことによって構成されている（すなわち、表層部２６は、複数の表層部材２６ａの集合体である）。この表層部材２６ａは、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン等の可撓性を有する素材によって形成することができるが、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブタジエンゴム素材（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等のゴム素材の他、竹、木材、又は、ピアノ線若しくはバネ部材等の金属によって形成してもよい。
【００２７】
また、表層部２６は、図２や図８（ａ）等に示すように、中間部材２８の表面に円柱状の表層部材２６ａが略同一方向に複数並べて配置されることにより、凹凸３４（図３、図４等、一部の図面においては図示せず省略）が複数形成されている。この凹凸３４は、凸部３４ａ及び凹部３４ｂによって構成されており、指ユニット２０の略全周を包囲するように形成されている（すなわち、指ユニット２０の略全周を包囲するように上述の表層部材２６ａが配置されている）。また、図２に示すように、凸部３４ａ及び凹部３４ｂは、それぞれ指ユニット２０の長手方向に向けて筋状に延びるように設けられている。また、図８（ａ）において、凸部３４ａは、円状の断面形状部分（より詳しくは、円状の断面形状部分のうち凸部として機能しうる上半円部分）が相当し、凹部３４ｂは、指ユニット２０の周方向に並んだ凸部３４ａ，３４ａ間に形成された谷状の部分が相当する。
【００２８】
このように表層部２６の表面２６ｂに凹凸３４が形成されることで、把持対象物Ｗを把持する際に、凸部３４ａにおいて把持対象物Ｗが線接触すると共に、凹部３４ｂにおいて把持対象物Ｗの角部（エッジ）を収納できる。これにより、形状が複雑な把持対象物Ｗであっても包むように掴むことができるだけでなく、柔らかくて傷付きやすい又は形状が崩れやすい把持対象物Ｗであっても、当該把持対象物Ｗを破損等させることなく、包むように掴むことが可能となる。なお、本実施形態では、表層部２６を露出させた構成を例示するが、表層部２６の外側に更に別のカバーを装着させることも可能である。
【００２９】
中間部材２８は、ベース部材２２と表層部２６との間に設けられた層である。図４に示すように、中間部材２８は、把持対象物Ｗの把持に伴って表層部２６に圧力が作用した際に、表層部２６に追従して変形可能とされている。具体的には、中間部材２８は、弾性及び／又は粘弾性を有する素材によって形成されており、例えば天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブタジエンゴム素材（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等のゴム素材、これらのゴム素材に高減衰性を発揮する添加剤を加えて生成された高減衰性ゴム組成物、ポリウレタン等の素材によって形成することができる。このような構成とすることにより、把持対象物Ｗを把持する際に表層部２６に作用した圧力を中間部材２８において緩和し、把持対象物Ｗ側に作用する圧力の局所的上昇を防止することが可能となる。
【００３０】
支持部材３０は、主として表層部２６に作用する圧力分布を制御する機能を有する部材である。支持部材３０の位置を変化させることにより、表層部２６に作用する圧力の分布状態を変化させることができる。支持部材３０は、樹脂等の、粘性又は／及び弾性を有するものであることが好ましく、さらには、想定される外力が加わっても塑性変形し難い部材によって構成されることが好ましい。本実施形態における支持部材３０は、図３及び図４に示すように、ベース部材２２と接している表面を基端部３０ａとし、先端部３０ｂが中間部材２８側に向けて突出するように設けられた突状の部材（本実施形態では、ベース部材２２の周囲にリング状に設けられた部材）である。支持部材３０の高さ（基端部３０ａから先端部３０ｂまでの長さ）は、上述した中間部材２８の厚みよりも小さくなるように構成されている。そのため、図３に示すように、表層部２６に対して指腹機構部２４の厚み方向（圧縮方向）への圧力が作用していない状態においては、支持部材３０の先端部３０ｂは表層部２６の裏面２６ｃ側と接触していない。また、図５に示すように、指先に位置する指腹機構部２４における支持部材３０は、ベース部材２２の先端（指先）付近に設けられている。
【００３１】
ここで、支持部材３０の高さに依存して、表層部２６の姿勢の可動角度が決定される。また、中間部材２８の高さから支持部材３０の高さを差し引いた部分は、中間部材２８にバネ的作用及びダンパ的作用（バネ・ダンパ作用）を発揮させ、把持対象物Ｗの形状に倣うように形状変化させるため、及び把持対象物Ｗの位置姿勢を回復させるための可動しろとして用いられる。支持部材３０の高さは、これらの点を考慮した上で最適な高さに調整されている。
【００３２】
これに対し、図４に示すように、表層部２６に対して前述した圧力が作用している状態になると、中間部材２８が圧縮変形し、支持部材３０の先端部３０ｂが表層部２６に対して裏面２６ｃ側から当接可能な状態となる（表層部２６の裏面２６ｃとの間に中間部材２８を介する場合には、支持部材３０と表層部２６の裏面２６ｃとが当接することなく、中間部材２８を押圧する状態となる）。そのため、把持対象物Ｗとの接触により表層部２６の表面２６ｂに圧力が作用すると、支持部材３０を支点として表層部２６の姿勢（傾きや湾曲状態）を変化させることが可能となる。
【００３３】
支持部材３０は、把持対象物Ｗを把持する際、表層部２６に対して分布的に加わる力に対してモーメント的にバランスをとる際の支点として機能させるために設けられている。表層部２６を水平姿勢とした状態でモーメント的にバランスをとることが望ましい場合には、表層部２６の略中央部を支持できる位置に支持部材３０が配置される。また、表層部２６の姿勢（傾きや湾曲状態）を傾斜あるいは湾曲させた状態でモーメント的にバランスをとることが望ましい場合には、図４（ａ）に示したように、圧力の作用方向（図４（ａ）中の矢印参照）と支持部材３０の突出方向とが相対することなくずれた位置となるように、支持部材３０を移動又は配置する。
【００３４】
また、図４（ｂ）に示したように、支持部材３０を指腹機構２４の中心に対して指先側に配置し、図４（ｂ）中の矢印方向に圧力が作用した場合は、表層部２６の姿勢は指ユニット２０の根本側（指先と反対側）がベース部材２２に近づくように傾いて、把持対象物Ｗに対する接触位置が支持部材３０より指ユニット２０の根本側（指先と反対側）となるため、把持対象物Ｗの脱落を抑制することが可能となる。このように、支持部材３０を指先側に配置することで、表層部２６の根本側がベース部材２２に近づくように傾きやすくなり、把持対象物Ｗに作用する圧力の方向が指ユニット２０の根本方向に向かいやすくなるため、より一層、指ユニット２０の指先方向への把持対象物Ｗの移動を抑制することができる。
【００３５】
従って、支持部材３０は、表層部２６に沿って（例えば指ユニット２０の長手方向（図３及び図４における左右方向）に沿って）移動可能に構成されていることが好ましい。このように、把持対象物Ｗとの接触により表層部２６の表面２６ｂに作用する圧力の位置及び圧力の分布に応じて支持部材３０が適切な位置まで移動できるように構成することで、表層部２６を、把持対象物Ｗに沿う状態に姿勢変化させることが可能となる。これにより、把持対象物Ｗを把持する場合に、当該把持対象物Ｗに対して表層部２６を面接触（表層部２６としてみれば面接触であるが、上述した表層部材２６ａ単体でみると線接触である）させることが可能となり、把持に伴って把持対象物Ｗに作用する圧力の分布、及び圧力の方向を機構的に制御することが可能になる。
【００３６】
また、中間部材２８は、オープンセル構造のスポンジのような柔らかいものによって構成されることが好ましい。中間部材２８は、把持対象物Ｗの形状に表層部２６の形状を倣わせる機能、及び把持対象物Ｗが目標姿勢、もしくは安定していた把持位置姿勢から外乱等によってずれたときに、目標姿勢もしくは安定していた把持位置姿勢に復元させる力及び復元モーメントを発生させる機能を発揮する。
【００３７】
図３に示すように、圧力センサ３２は、ベース部材２２に沿って指ユニット２０の長手方向に所定の間隔毎に設けられている。圧力センサ３２は、圧力を検出可能な位置であればいずれの位置に配置されても良いが、表層部２６の表面２６ｂが把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持しているのかを判断可能とする出力特性が得られるように配置されることが好ましい。本実施形態では、表層部２６の中立点を境として左右に分布するように配置されており、これにより表層部２６の姿勢もしくは把持対象物Ｗに加わっている力の方向を推定することができる。なお、図４では、説明の便宜のため、圧力センサ３２を省略している。
【００３８】
次に、把持装置１００の動作について説明する。図１に示すように、把持装置１００は、図１紙面の上下に配置された指ユニット２０ａ，２０ｂと、図１紙面の左右に配された指ユニット２０ｃ，２０ｄとを有し、制御装置１２から発信される指令に基づいて各指ユニット２０が動作する。把持装置１００は、指ユニット２０ａ〜２０ｄの間に形成される空間に把持対象物Ｗが配置された際に、制御装置１２からの指令により指ユニット２０ａ，２０ｂがＹ方向、指ユニット２０ｃ，２０ｄがＸ方向に移動し、指ユニット２０ａ〜２０ｄの間に形成される空間の中心側に集まる。これにより、把持対象物Ｗの表面に各指ユニット２０ａ〜２０ｄの表層部２６が接触した状態になる。
【００３９】
支持部材３０が例えば図示しないアクチュエータから動力を受けることにより表層部２６に沿って移動できる場合、各指ユニット２０ａ〜２０ｄが把持対象物Ｗに接触すると、指腹機構部２４に作用している圧力の大きさ及び分布が圧力センサ３２によって検知される。この検知結果に基づき、制御装置１２は、支持部材３０を移動させて表層部２６における圧力のバランスを変化させる。すなわち、支持部材３０は、表層部２６を把持対象物Ｗに沿う状態に姿勢変化させるための支点として適切な位置（圧力と支持部材３０が相対しないよう互いにずれた位置）まで移動する。これにより、図５に示すように、指ユニット２０ａ〜２０ｄに設けられた指腹機構部２４の表層部２６が、それぞれ、把持対象物Ｗの外面に沿うように傾き、湾曲した状態になる。なお、支持部材３０は、必ずしも動力を受けることによって移動できるものに限られず、指腹機構部２４に作用した圧力によって移動できるものであってもよい。
【００４０】
図５の状態を例に挙げて更に詳細に説明すると、指ユニット２０の指先側から２番目及び３番目の指腹機構部２４では、支持部材３０が略中央に存在し、モーメントバランス点（支持点）が略中央近傍に設定された状態となっている。また、指先側から１番目の指腹機構部２４は、支持部材３０が指先側に偏った位置に存在し、モーメントバランス点（支持点）が略中央よりも指先側に偏るように設定された状態となっている。これにより、図５に示した指先側から１番目の指腹機構部２４においては、支持部材３０におけるモーメントバランス点（支持点）の左側の分布圧力の総和が右側の分布圧力の総和よりも大きくなり、指ユニット２０の根本側に向けて力を発生させることができる。また、これにより把持対象物Ｗが指先方向に移動することを抑制することができる。
【００４１】
また、指ユニット２０ａ〜２０ｄに設けられた指腹機構部２４の表層部２６が、それぞれ、把持対象物Ｗの外面に沿うように傾き、湾曲した状態になると（図５参照）、中間部材２８は、表層部２６の傾きや湾曲などの形状変化に追従するように変形する。これにより、把持に伴って把持対象物Ｗに作用する圧力Ｒの局所的上昇が緩和され、把持対象物Ｗを包むように掴まれた状態になる。なお、図５においては、指腹機構部２４のうち、図１に示した指ユニット２０ａ〜２０ｄの間に形成される空間側部分のみの断面を示し、その他の図示は省略している。
【００４２】
一方、指ユニット２０ａ〜２０ｄの間に形成される空間内において把持されている把持対象物Ｗを放す場合、制御装置１２は、指ユニット２０ａ〜２０ｄを上記空間から離れる方向に移動させる。これにより、各指腹機構部２４に作用していた圧力が解除され、中間部材２８が図３に示すような元の状態に戻る。また、これに追従して、表層部２６がベース部材２２に対して略平行な状態に戻る。
【００４３】
上述したように、本実施形態の把持装置１００では、把持対象物Ｗを把持する際に各指ユニット２０の指腹機構部２４の表層部２６に圧力が作用すると、支持部材３０を支点として表層部２６が把持対象物Ｗに沿うように姿勢変化する。これにより、表層部２６と把持対象物Ｗとが面接触した状態になり、把持対象物Ｗとの接触面積が大きくなって、把持対象物Ｗ側に作用する圧力が局所集中するのを回避することができる。従って、把持装置１００によれば、形状が複雑な把持対象物Ｗであっても包むように掴むことができるだけでなく、柔らかくて傷付きやすい又は形状が崩れやすい把持対象物Ｗであっても、当該把持対象物Ｗを破損等させることなく、包むように掴むことが可能となる。
【００４４】
また、上述した指腹機構部２４は、中間部材２８が弾性及び／又は粘弾性を有する素材によって形成されており、表層部２６に追従して変形し、把持対象物Ｗ側に作用する圧力の局所的上昇を抑制することができる。これにより、人が指によって把持する場合と同様に包むように掴む、すなわち、把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持することが可能となる。
【００４５】
本実施形態の把持装置１００では、例えば図２に示すように、人の指の如く指ユニット２０の長手方向に複数の指腹機構部２４が設けられている。そのため、表面形状が複雑な把持対象物Ｗであっても、把持対象物Ｗをより一層丁寧に包むように掴む、すなわち、把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持することが可能となる。
【００４６】
なお、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。例えば、以下の変形例として説明するように、本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が可能である。
【００４７】
≪指腹機構部の第一変形例≫
本実施形態では、中間部材２８を、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム等のゴム素材、高減衰性ゴム組成物等の粘弾性又は弾性を有する素材により形成されたオープンセル構造のスポンジのような柔らかいものによって構成した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図６に示す指腹機構部２４１のようなものとすることが可能である。以下、指腹機構部２４１について説明する。なお、表層部２６１、支持部材３０１、ベース部材２２１の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、支持部材３０、ベース部材２２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００４８】
指腹機構部２４１は、上述した指腹機構部２４と略同一の構成を有するが、中間部材２８の代わりに、表層部２６１とベース部２２１との間の空間２８１に緩衝手段４０を有する点で相違する。緩衝手段４０は、線形若しくは非線形の特性を有するバネ４２とダンパ４４との組み合わせからなり、指腹機構部１の長手方向一端側と他端側との両方に配置されており、表層部２６１の姿勢が把持対象物Ｗの外形に沿う姿勢又は形状に変化可能となるように支持している。このような構成とした場合についても、上記した指ユニット２０のように粘弾性又は弾性を有する素材によって中間部材２８を形成した場合と同様に、表層部２６１に追従して中間部材２８１の空間形状を変化させ、表層部２６１に作用した圧力の分布状態を穏やかにすることが可能となる。また、このように中間部材２８１として機能する緩衝手段４０をバネ４２及びダンパ４４によって構成した場合は、支持部材３０を作動させるためのスペースを十分確保しつつ、装置構成の簡略化を図ることが可能となる。また、本変形例のような構成とすることにより、中間部材２８としてスポンジ状のものを採用した場合に比べて耐久性を向上させることが可能となる。
【００４９】
更に、指腹機構部２４１は、指腹機構部２４と同様に支持部材３０１が表層部２６１に沿う方向に自由に移動可能とされており、表層部２６１の表面に対して作用する圧力の位置や分布に応じて支持部材３０１が移動することにより表層部２６１における圧力のバランスを変化させることが可能とされている。そのため、指腹機構部２４１は、把持対象物Ｗの表面に沿うように表層部２６１の姿勢を的確かつスムーズに変化させることが可能となる。従って、指腹機構部２４１を用いれば、表層部２６と把持対象物Ｗとを確実に面接触させ、把持対象物Ｗに作用する圧力の局所的上昇を更に緩和することが可能となる。
【００５０】
≪指腹機構部の第二変形例≫
上述した指腹機構部２４は、支持部材３０を樹脂又は金属などによって構成したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、支持部材３０に代えて粘性及び／又は弾性を有するもの等を採用し、緩衝手段としての機能、並進自由度を向上させる機能、バネ要素及びダンパ要素としての機能等を備えたものとすることも可能である。具体的には、図７（ａ）に示す指腹機構部２４２のようなものとすることが可能である。以下、指腹機構部２４２について、詳細に説明する。なお、表層部２６２、ベース部材２２２、緩衝手段４０２、この緩衝手段４０２を構成するバネ４２２，ダンパ４４２の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、緩衝手段４０、緩衝手段４０を構成するバネ４２、ダンパ４４と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５１】
支持部材３０２は、オープンセル型の粘弾性素材、気体、液体又はゲル状の物質等を、可撓性を有する袋又は膜で包んだものであり、上述した支持部材３０と同様に表層部２６２とベース部２２２との間の空間２８２に配されている。このような支持部材３０２を採用することにより、上記した支持部材３０を用いた場合と同様の効果に加え、把持対象物Ｗを把持することにより表層部２６２側から作用する圧力を支持部材３０２において受け止め、かかる圧力を緩和することが可能となり、把持対象物Ｗをより一層柔らかく掴む、すなわち把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないように把持することが可能となる。
【００５２】
≪指腹機構部の第三変形例≫
上述した第二変形例と同様の知見から、支持部材を、上述した第二変形例の支持部材３０２に代えて、図７（ｂ）に示す指腹機構部２４３における支持部材３０３のような構成とすることができる。以下、この支持部材３０３を有する第三変形例の指腹機構部２４３について説明する。なお、表層部２６３、ベース部材２２３、緩衝手段４０３、緩衝手段４０３を構成するバネ４２３，ダンパ４４３の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、緩衝手段４０、緩衝手段４０を構成するバネ４２、ダンパ４４と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５３】
指腹機構部２４３は、基端部３０３ａ側の部位と先端部３０３ｂ側の部位とを別部材によって構成し、両者の間にバネとダンパとを内蔵させたものである。この場合、図７（ｂ）に示すように、先端部３０３ｂが常時表層部２６３の裏面側に当接した状態となる。このような構成とした場合であっても、上記した支持部材３０１を用いた場合と同様に、圧力の一部を、表層部２６３とベース部２２３との間の空間２８３に配置された支持部材３０３において受け止め、かかる圧力を緩和することが可能となり、把持対象物Ｗを包むように掴むことが可能となる。
【００５４】
≪指腹機構部の第四変形例≫
上記実施形態では、中間部材２８及び支持部材３０を別々の部材で構成した例を示したが、上述したように中間部材２８及び支持部材３０の双方とも粘弾性又は弾性を有する性質を備えたものとする場合は、中間部材２８及び支持部材３０の双方の機能を兼ね備えた単一の部材（以下、「中間・支持部材４６４」とも称す）によって置換することも可能である。具体的には、図７（ｃ）に示す指腹機構部２４４のような構成とすることが可能である。以下、指腹機構部２４４の構成、機能、効果について詳細に説明する。なお、指腹機構部２４４が有する表層部２６４及びベース部材２２４は、それぞれ、上述した表層部２６及びベース部材２２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５５】
指腹機構部２４４において採用されている中間・支持部材４６４は、粘弾性を有するグミ状の物質、又は、流体や気体を包んだエアスプリング状のものである。表層部２６４とベース部材２２４との間の空間２８４に中間・支持部材４６４を設ける場合は、上記実施形態における中間部材２８のように表層部２６の裏面全体に亘って設けることも可能であるが、図７（ｃ）に示すように、表層部２６４とベース部材２２４との間の空間２８４において指腹機構部２４４の長手方向（図７（ｃ）紙面の左右方向）に所定の間隔毎に設けてもよい。なお、図７（ｃ）に示す指腹機構部２４４では、並列配置された中間・支持部材４６４に亘って表層部２６４が繋がった構成を例示したが、各中間・支持部材４６４同士の中間点において表層部２６４が切断されていても良い。
【００５６】
≪指腹機構部の第五変形例≫
上記第四実施例の指腹機構部２４４では、中間・支持部材４６４を長手方向に所定の間隔毎に設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７（ｄ）の指腹機構部２４５のような構成とすることも可能である。なお、指腹機構部２４５が有する表層部２６５、ベース部材２２５は、順に、上述した第四実施例の表層部２６４、ベース部材２２４と同様の構成、機能、及び効果を有するものであるため、詳細な説明については省略する。
【００５７】
指腹機構部２４５において採用されている中間・支持部材４６５は、上述した中間・支持部材４６４よりも幅（指腹機構部２４５の長手方向（図７（ｄ）紙面の左右方向）の長さ）が大きく、表層部２６５とベース部材２２５との間の空間２８５に略隙間無く並べて配置されている。このような構成とした場合についても、上記第四実施例の場合と同様に、各中間・支持部材４６５において把持対象物Ｗ側から作用する圧力を吸収し、圧力の局所的上昇を緩和することが可能となる。なお、図７（ｄ）に示す指腹機構部２４５では、並列配置された中間・支持部材４６５に亘って表層部２６５が繋がった構成を例示したが、各中間・支持部材４６５同士の中間点において表層部２６５が切断されていても良い。
【００５８】
≪指腹機構部の第六変形例≫
上記実施形態の指腹機構部２４が有する表層部２６及び第一変形例〜第五変形例に係る指腹機構部２４１〜２４５の表層部２６１〜２６５は、いずれも一体的に形成されたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の領域に分かれていても良い。以下、このような構成を有する指腹機構部２４６について説明する。なお、中間部材２８６、支持部材３０６、ベース部材２２６の構成、機能及び効果については、上述した中間部材２８、支持部材３０、ベース部材２２と順に同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５９】
図９（ａ）に示すように、指腹機構部２４６が備える表層部２６６は、指腹機構部２４６の長手方向（図９（ａ）の左右方向）に複数の領域（図示状態では５領域）に分割されており、それぞれ独立的に変形可能とされている。そのため、把持対象物Ｗを把持して表層部２６６に圧力が作用した場合に、指腹機構部が分割されていない場合と比べて、表層部２６６が把持対象物Ｗの表面に沿うように姿勢変化しやすい。
【００６０】
≪指腹機構部の第七変形例≫
上記第六変形例の表層部２６６と同様に、表層部が複数の領域に分かれている場合は、指腹機構部を、図９（ｂ）に示す指腹機構部２４７のような構成とすることが可能である。この指腹機構部２４７は、上述した第二変形例の支持部材３０２と同様の構成及び機能を備えた支持部材３０７を、表層部２６７の各領域の下方（すなわち、中間部材２８７の内部）に有している。中間部材２８７は、上述した中間部材２８と同様に粘弾性又は弾性を有する素材によって構成されている。ベース部材２２７は、上述したベース部材２２と同様のものである。このような構成とすることにより、表層部２６７の各領域に作用した圧力を、これに対応して設けられた各支持部材３０７において受け止めることが可能となる。図９（ｂ）に示すように支持部材３０７の両脇に等間隔で圧力センサ３２７を配置することにより、両圧力センサ３２７の出力から表層部２６７の位置姿勢の推定が可能となる。なお、圧力センサ３２７の配置は、必ずしも等間隔である必要はなく、圧力センサ３２７の間隔が既知であれば表層部２６７の位置姿勢を推定することが可能である。
【００６１】
≪指腹機構部の第八変形例≫
第八変形例に係る指腹機構部２４８は、図９（ｃ）に示すように、上記第六変形例及び第七変形例の表層部２６６，２６７と同様に複数の領域に分割された表層部２６８を有している。指腹機構部２４８の中間・支持部材４６８、ベース部材２２８の構成及び効果は、順に、上述した第四変形例に係る指腹機構部２４４の中間・支持部材４６４、ベース部材２２４と同様である。なお、中間・支持部材４６８は、表層部２６８とベース部材２２８との間の空間２８８に配置されている。このような構成とすることにより、表層部２６８の傾斜を柔軟に変化させることが可能となり、比較的小さな凸凹がある把持対象物Ｗを把持する際に特に有効である。
【００６２】
≪指腹機構部の第九変形例≫
図９（ｄ）に示すように、第九変形例に係る指腹機構部２４９は、上記第六変形例〜第八変形例の表層部２６６〜２６８と同様に複数の領域に分割された表層部２６９を備えている。指腹機構部２４９の中間・支持部材４６９、ベース部材２２９の構成及び効果は、それぞれ、上述した第五変形例に係る中間・支持部材４６５、ベース部材２２５と同様である。なお、中間・支持部材４６９は、表層部２６９とベース部材２２９との間の空間２８９に配置されている。このような構成とすることによっても、上述した指腹機構部２４及び指腹機構部２４１〜２４８と同様に、人が指で掴むが如く把持対象物Ｗを包むように掴むこと、言い換えれば把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持することが可能となる。また、このような構成とすることにより、把持対象物Ｗの表面の形状に表層部２６９を均一に変形させることが可能となるため、比較的穏やかな凹凸を有する把持対象物Ｗを把持する際に特に有効である。
【００６３】
≪指腹機構部の第十変形例≫
上述した指腹機構部２４は、図３に示すように、圧力センサ３２を支持部材３０の基端部３０ａ側の位置に配置しているが、本発明はこれに限定される訳ではなく、例えば図１０（ａ）に示す指腹機構部２５０のような構成としてもよい。以下、この指腹機構部２５０について説明する。なお、表層部２７０、ベース部材２３０、中間部材２９０、支持部材５００、圧力センサ３３０の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、中間部材２８、支持部材３０、圧力センサ３２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００６４】
指腹機構部２５０は、支持部材５００の先端側の位置（図１０（ａ）では、支持部材５００の先端部よりも表層部２７０側の位置）に圧力センサ３３０が配置されている。かかる位置に圧力センサ３３０を配置することにより、中間部材２９０の変形も圧力センサ３３０の出力に影響を与え、その分だけ感度が向上することになる。また、表層部２７０から圧力センサ３３０までの距離が、指腹機構部２４の表層部２６から圧力センサ３２までの距離よりも短くなり、これによる圧力センサ３３０の検知精度の向上も見込まれる。従って、支持部材５００が移動可能である場合には、より一層的確な位置に支持部材５００を移動させることが可能となる。また、圧力センサ３３から発信される情報を用いた把持制御、又は、支持部材５００を用いた指腹機構部２５０の姿勢制御をより一層精度良く実施可能となる。
【００６５】
≪指腹機構部の第十一変形例≫
上述した第一変形例の指腹機構部２４１が有する緩衝手段４０と同様の緩衝手段４１１を備えた変形例として、図１０（ｂ）に示す指腹機構部２５１のような構成とすることも可能である。以下、指腹機構部２５１について説明する。なお、表層部２７１、ベース部材２３１、支持部材５０１、圧力センサ３３１の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、支持部材３０、圧力センサ３２と同様であるため、詳細な説明については省略する。ここで、支持部材５０１、緩衝部材４１１及び圧力センサ３３１は、いずれも、表層部２７１とベース部材２３１との間の空間２９１に配置されている。
【００６６】
緩衝手段４１１は、バネ４３１及びダンパ４５１を有している。圧力センサ３３１及び圧力センサ３３２は、それぞれ、バネ４３１の基端部（ベース部材２３１側の端部）及びダンパ４５１の基端部（ベース部材２３１側の端部）に設けられている。かかる構成とした場合は、表層部２７１に作用する圧力が、バネ４３１及びダンパ４５１を伝達して直接的に圧力センサ３３１及び圧力センサ３３２に各々作用することになり、圧力の検出精度をより一層向上させることが可能となる。
【００６７】
≪指腹機構部の第十二変形例≫
上述した実施形態及び変形例において示した圧力センサ３２，３３０，３３１に代えて、直動ポテンショメータ又は非接触測距センサなどによって構成されたセンサ３２１を用いることも可能である。以下、直動ポテンショメータによって構成されたセンサ３２１を適用した指腹機構部２５２について説明する。なお、指腹機構部２５２において、表層部２７２、ベース部材２３２、支持部材５０２、緩衝手段４１２の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、ベース部材２２、支持部材３０、緩衝手段４０と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００６８】
図１０（ｃ）に示すように、指腹機構部２５２は、直動ポテンショメータによって構成されたセンサ３２１を、表層部２７２とベース部材２３２との間の空間２９２であって、各緩衝手段４１２に対して隣接する位置に設けたものである。かかる構成とした場合についても、バネ４３２及びダンパ４５２の特性を事前に把握しておくことにより、圧力センサ３２を用いた場合と同様に圧力の大きさ及び分布を的確に把握することができ、支持部材５０２を適切な位置まで移動させることが可能となる。
【００６９】
なお、本変形例の変形例として、上述した指腹機構部２４４，２４５，２４８，２４９の中間・支持部材４６４，４６５，４６８，４６９、又は、指腹機構部２４７の支持部材３０７のように、一定の位置に留まって表層部２６４，２６５，２６８，２６９を支持するような構成とした場合は、圧力センサを配置する必要がなく、その分だけ装置構成をシンプルにすることが可能となる。
【００７０】
≪指腹機構部の第十三変形例、並びに、指ユニット及び把持装置の変形例≫
上記実施形態に示した指腹機構部２４等は、いずれも芯材となるベース部材２２等の全周に亘って表層部２６を設けた構成とされているが、本発明はこれに限定される訳ではない。例えば、図１１（ａ）に示す指ユニット２０１に採用されている指腹機構部２５３のように、ベース部材２３３の全周を包囲するように中間部材２９３と支持部材５０３とが設けられる一方で、ベース部材２３３の周方向の一部にのみ表層部２７３が設けられる構成にしてもよい。
【００７１】
以下に、図１１（ａ）に示す指ユニット２０１を備えた把持装置１０１について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、表層部２７３、中間部材２９３、支持部材５０３、ベース部材２３３、レール１６１の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、中間部材２８、支持部材３０、ベース部材２２、レール１６と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００７２】
把持装置１０１は、図１１（ｂ）に示すように、各指ユニット２０１はいずれも、表層部２７３が設けられた部分が把持装置１０１の中心側に向くように配置されており、レール１６１に沿って把持装置１０１の中心に対して近接する方向と離反する方向とに移動可能に構成されている。これにより、把持装置１０１は、図１に示す把持装置１００と同様に把持対象物Ｗを包むように掴むことが可能となる。
【００７３】
≪指腹機構部の第十四変形例及び指ユニットの変形例≫
上述した指ユニット２０及び指ユニット２０１は、いずれも、ベース部材２２，２３３の外周全体を取り巻くように指腹機構部２４、２５３を取り付けた柱状体であったが、図１２に示す指ユニット２０２のような構成としてもよい。以下、指腹機構部２５４及び指ユニット２０２について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、表層部２７４、中間部材２９４、支持部材５０４、ベース部材２３４の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、中間部材２８、支持部材３０、ベース部材２２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００７４】
指腹機構部２５４は、上述した指腹機構部２４等と同様の構成を有する。指腹機構部２５４によれば、上述した他の実施例のものを採用した場合と同様に、（１）把持対象物Ｗの形状に倣うように変形する、（２）把持対象物Ｗの位置姿勢を保持する、（３）把持制御における指部の位置・姿勢の要求精度を緩和する、（４）把持対象物Ｗの表面に作用する圧力分布を穏やかにする等の効果が得られる。
【００７５】
指腹機構部２５４は、ベース部材２３４の周方向の一部にのみ取り付けられており、他の部分はベース部材２３４が露出している。かかる構成とする場合についても、図１１（ｂ）に示した把持装置１０１と同様に、指腹機構部２５４が設けられた部分が装置中心側に向くように各指ユニット２０２を配することにより、図１に示す把持装置１００と同様の効果が得られる。
【００７６】
≪指腹機構部の第十五変形例≫
上記実施形態では、筒体あるいは柱状体によってベース部材２２等を構成し、この外周側に指腹機構部２４等を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図１２（ｂ）に示す指腹機構部２５５のような構成としてもよい。以下、指腹機構部２５５について説明するが、表層部２７５、中間部材２９５、支持部材５０５、ベース部材２３５の構成、機能及び効果については、順に、上述した表層部２６、中間部材２８、支持部材３０、ベース部材２２と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００７７】
指腹機構部２５５は、平板状のものによって構成されたベース部材２３５の表面に表層部２７５、中間部材２９５及び支持部材５０５を設けたものである。ベース部材２３５は、表面が平坦な板体によって構成することが可能であるが、図１２（ｂ）に示す例においては表面が凹状となるように湾曲した板体によって構成されている。これにより、表面を平坦な形状とする場合に比べて面圧を均一化することが可能となり、より包み込むように把持すること、すなわち把持対象物Ｗに傷を付けたり永久変形させたりしないような面圧の範囲で把持すること、及び、把持しながら把持面を移動させること、すなわち把持対象物Ｗを軽くつかんでなでるように動作することが可能な指腹機構部２５５を提供できる。
【００７８】
≪表層部の変形例≫
上記実施形態では、図８（ａ）に示すように、断面形状が略円形の凸部３４ａと谷状の凹部３４ｂとによって形成された凹凸３４を、表層部２６の表面２６ｂに設けた例を示したが、本発明はこれに限定される訳ではなく、表層部が凹凸３４を有していないものであってもよい。この場合、凹部において把持対象物Ｗの角部（エッジ）が吸収されることはないものの、把持対象物Ｗを包むように掴むことはできる。
【００７９】
また、表層部の表面に凹凸が形成されている場合であっても、かかる凹凸の形状が上述の凹凸３４と相違していてもよく、図８（ｂ）〜（ｄ）に示す表層部２７６〜２７８が有する凹凸３４１〜３４３のような形状としてもよい。このような場合についても、上述した表層部２６又は凹凸３４と同様の作用効果が得られる。
【００８０】
具体的には、図８（ｂ）に示す表層部２７６のように、断面形状が半円状の凸部３４１ａと谷状の凹部３４１ｂとからなる凹凸３４１を有するもの、又は、図８（ｃ），（ｄ）の表層部２６２，２６３のように断面形状が矩形状の凸部３４２ａ，３４３ａと、凹部３４２ｂ，３４３ｂとからなる凹凸３４２，３４３を備えたものであってもよい。
【００８１】
図８（ｂ）に示すような凹凸３４１を設けた場合は、図８（ａ）のように略円状の断面形状の凸部３４ａを設けた場合と同様に、半円状の凸部３４１ａ，３４１ａの間に形成される谷状の凹部３４１ｂに把持対象物Ｗのエッジを吸収させることが可能となる。また、図８（ｃ），（ｄ）のように断面形状が矩形状の凸部３４２ａ，３４３ａを設けた場合は、凸部３４２ａ，３４３ａにおける把持対象物Ｗとの接触面積が大きくなり、把持対象物Ｗの表面に作用する圧力を小さくすることができる。なお、柔軟性を有する素材により表層部３４２、３４３を形成した場合において矩形状の凸部３４２ａ，３４３ａを設けた場合は、図８（ｃ），（ｄ）のように把持対象物Ｗと直接接触する部分を凹状に形成することにより把持対象物Ｗと面接触することとなり、図８（ａ）で示した凸部３４ａに対して線接触することにより作用する圧力を分散させることが可能となり、より一層把持対象物Ｗの表面に作用する圧力の局所的上昇を抑制することができる。また、凸部３４２ａ，３４３ａのように矩形状の凸部を設ける場合は、図８（ｃ）に示すように凸部３４２ａ，３４３ａの角を湾曲させることが好ましい。
【符号の説明】
【００８２】
１００，１０１ 把持装置
２０，２０１，２０２ 指ユニット
２２，２２１〜２３４ ベース部材
２４，２４１〜２５５ 指腹機構部
２６，２６１〜２７５ 表層部
２８，２８１〜２９６ 中間部材
３０，３０１〜３０３，３０６，３０７，５００〜５０５ 支持部材
３４，３４１〜３４７ 凹凸
４６４，４６５，４６８，４６９ 中間・支持部材
Ｗ 把持対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持対象物を把持可能な把持装置に用いられ、指腹機構部と、この指腹機構部を支持するベース部材とを備える指ユニットであって、
前記指腹機構部が、
前記把持対象物に対して面接触可能な表層部と、
前記表層部に追従して変形可能な中間部材と、
前記表層部に対して裏面側から押圧可能な支持部材と、を有し、
前記ベース部材と前記表層部との間には、前記中間部材及び前記支持部材が配されており、
前記把持対象物との接触に伴って前記表層部に対して圧力が作用することにより、前記支持部材を支点として前記表層部の姿勢が変化しうるようにした
ことを特徴とする指ユニット。
【請求項２】
前記中間部材が、表層部に作用する圧力を緩和する緩衝手段を有する
請求項１に記載の指ユニット。
【請求項３】
前記緩衝手段が、弾性又は粘弾性を有する素材により構成されている
請求項２に記載のユニット。
【請求項４】
前記支持部材が前記表層部に沿う方向に移動可能であり、
前記表層部の表面に対して作用する圧力の分布に応じて、前記支持部材の位置を移動させうる
請求項１〜３のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項５】
前記支持部材が、粘性又は／及び弾性を有するものである
請求項１〜４のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項６】
前記表層部が、同一方向に向けて筋状に延びる凹凸を複数、表面に備えており、
前記凹凸が、前記指ユニットの長手方向に向けて延びるように設けられている
請求項１〜５のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項７】
前記表層部が、弾性又は粘弾性を有するものである
請求項１〜６のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項８】
前記指腹機構部が、前記指ユニットの長手方向に沿って複数設けられている
請求項１〜７のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の指ユニットを複数備え、これら複数の指ユニットによって前記把持対象物を把持可能な把持装置であって、
前記複数の指ユニットが、
相互に近接離反する方向に移動可能に構成されているとともに、当該複数の指ユニットの間に形成される空間に配された把持対象物を、相互に近接する方向に移動することによって把持可能とされている
ことを特徴とする把持装置。
【請求項１】
把持対象物を把持可能な把持装置に用いられ、指腹機構部と、この指腹機構部を支持するベース部材とを備える指ユニットであって、
前記指腹機構部が、
前記把持対象物に対して面接触可能な表層部と、
前記表層部に追従して変形可能な中間部材と、
前記表層部に対して裏面側から押圧可能な支持部材と、を有し、
前記ベース部材と前記表層部との間には、前記中間部材及び前記支持部材が配されており、
前記把持対象物との接触に伴って前記表層部に対して圧力が作用することにより、前記支持部材を支点として前記表層部の姿勢が変化しうるようにした
ことを特徴とする指ユニット。
【請求項２】
前記中間部材が、表層部に作用する圧力を緩和する緩衝手段を有する
請求項１に記載の指ユニット。
【請求項３】
前記緩衝手段が、弾性又は粘弾性を有する素材により構成されている
請求項２に記載のユニット。
【請求項４】
前記支持部材が前記表層部に沿う方向に移動可能であり、
前記表層部の表面に対して作用する圧力の分布に応じて、前記支持部材の位置を移動させうる
請求項１〜３のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項５】
前記支持部材が、粘性又は／及び弾性を有するものである
請求項１〜４のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項６】
前記表層部が、同一方向に向けて筋状に延びる凹凸を複数、表面に備えており、
前記凹凸が、前記指ユニットの長手方向に向けて延びるように設けられている
請求項１〜５のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項７】
前記表層部が、弾性又は粘弾性を有するものである
請求項１〜６のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項８】
前記指腹機構部が、前記指ユニットの長手方向に沿って複数設けられている
請求項１〜７のいずれかに記載の指ユニット。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の指ユニットを複数備え、これら複数の指ユニットによって前記把持対象物を把持可能な把持装置であって、
前記複数の指ユニットが、
相互に近接離反する方向に移動可能に構成されているとともに、当該複数の指ユニットの間に形成される空間に配された把持対象物を、相互に近接する方向に移動することによって把持可能とされている
ことを特徴とする把持装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１５９７２（Ｐ２０１２−１１５９７２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７０５４８（Ｐ２０１０−２７０５４８）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【出願人】（５９９１３３３８１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【出願人】（５９９１３３３８１）
【Ｆターム（参考）】
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