CN109834725A - 手指机构、机器人手和机器人手控制方法 - Google Patents

Abstract

手指机构包括基部和由基部支撑的多个手指部分，其中每个手指部分包括第一骨构件、可旋转地连接到第一骨构件的一个端部的第二骨构件、以及成对的第三骨构件，该成对的第三骨构件中的每一个可旋转地连接到第一骨构件的另一个端部和基部，并且成对的第三骨构件在第一骨构件和基部之间形成平行连杆机构。

Description

手指机构、机器人手和机器人手控制方法

技术领域

本申请涉及手指机构、机器人手和机器人手控制方法。

背景技术

近年来，已经提出了模仿人手抓握物体以对其执行一些工作的功能的机器人手以及具有机器人手的工业机器人(参见日本专利申请公开No.2008-32140，No.2011-245575，No.2015-221469，No.2011-67936和No.2004-42214)。

但是，常规的机器人手和具有机器人手的工业机器人被构造成在抓握物体时或在释放被抓握的物体时打开指尖，这使得难以在包装盒内存储彼此紧密接触的多个物体。

发明内容

本申请是鉴于这种情况而提出的，其目的在于供给一种能够在包装盒内存储彼此紧密接触的多个物体的手指机构、机器人手和机器人手控制方法。

根据一个方面，手指机构包括基部和由基部支撑的多个手指部分，其中每个手指部分包括第一骨构件、可旋转地连接到第一骨构件的一个端部的第二骨构件，以及成对的第三骨构件，所述成对的第三骨构件中的每个骨构件可旋转地连接到第一骨构件的另一个端部和基部，并且成对的第三骨构件在第一骨构件和基部之间形成平行连杆机构。

根据一个方面，机器人手包括如上所述的手指机构、设置在供应路径的中途，以将压缩空气供应到包括在手指机构中的Mckibben气动致动器的加压电磁阀和减压电磁阀、以及控制加压电磁阀和减压电磁阀的打开和关闭的控制单元，其中控制单元控制加压电磁阀和减压电磁阀的打开和关闭，并通过调节气动致动器中的气压来控制包括在手指机构中的伸肌和屈肌的收缩程度。

根据一个方面，一种机器人手控制方法，其中所述机器人手包括：如上所述的手指机构、设置在供应路径的中途，以将压缩空气供应到构成手指机构的伸肌和屈肌的Mckibben气动致动器的加压电磁阀和减压电磁阀、以及控制加压电磁阀和减压电磁阀的打开和关闭并且控制伸肌和屈肌的收缩程度的控制单元，所述方法包括执行加压电磁阀和减压电磁阀的打开和关闭的控制，以便由控制单元执行以下操作中的至少一个，其中所述操作包括：在抓握物体的操作之前，使包括在手指机构中的伸肌腱和屈肌腱的彼此牵引力拮抗的固定操作、根据物体的形状抓握物体的自适应抓握操作、保持抓握状态的保持操作、释放保持操作的自适应释放操作、以及松弛伸肌和屈肌的松弛操作。

根据本申请，可以在包装盒内存储彼此紧密接触的多个物体。

从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的和特征将更加明显。

附图说明

图1是图示根据实施例1的机器人手的示意性结构的外视图；

图2是手指机构部分的外视图；

图3是肌腱的横截面图；

图4是图示在抓握物体之前手指的状态的示意性说明图；

图5是图示当抓握物体时手指的状态的示意性说明图；

图6是图示当释放物体时手指的状态的示意性说明图；

图7是根据实施例1的机器人手系统的总体结构的框图；

图8是图示机器人手的控制系统的结构的框图；

图9是图示手指机构部分中的牵引力传递机构的说明图；

图10是图示电磁阀I至IV的控制状态的说明图；

图11是描绘根据实施例1的机器人手的控制方法的流程图；

图12是描绘根据实施例2的机器人手的控制过程的流程图；

图13是描绘围合形成的控制过程的流程图；

图14是描绘抓握操作的控制过程的流程图；

图15A至15D是图示存储状态的说明图；

图16A和16B是图示其中物体被向下移动并存储的状态的示意图；

图17A和17B是图示其中物体被滚动存储装置存储的状态的示意图；

图18是图示滚动存储装置的说明图；

图19是描绘根据实施例3的机器人手的控制过程的流程图；

图20是描绘待由CPU读取的参数的一个示例的概念图；

图21是描绘滚动运动的操作过程的流程图；以及

图22是图示存储顺序的说明图。

具体实施方式

下面将参考描绘实施例的附图具体描述本发明。

(实施例1)

图1是图示根据实施例1的机器人手1000的示意性结构的外视图。根据本实施例的机器人手1000设置有手指机构部分100、前臂骨200、肌腱300、人造肌肉400、法兰500和510、电磁阀600和控制板700。根据本实施例，手指机构部分100包括两个手指(第一手指101和第二手指102)。第一手指101和第二手指102各自被构造成使得根据肌腱300的张力而伸展或屈曲，肌腱300受控制从而通过人造肌肉400膨胀和收缩。本实施例的特征是通过对两种类型的肌腱300(参见后面将要描述的伸肌腱300A和屈肌腱300B，参见图2)执行拮抗性控制，关节角度和力被自主控制以实现对抓握形式、保持力、手指关节的灵活性等的控制(顺应性控制)。如果在以下描述中不需要识别第一手指101和第二手指102，则它们仅被描述为手指101和102。

人造肌肉400被布置在前臂骨200周围。前臂骨200对应于人类前臂骨，并且是对应于从腕关节到臂关节的部分的构件。前臂骨200在其近端处设置有法兰500，并且在其远端处设置有法兰510。人造肌肉400是例如Mckibben气动致动器，并且从待由电磁阀600的打开和关闭操作进行控制的歧管650供应空气，以便控制收缩的程度。即，如果空气被供应到人造肌肉400的内部(加压控制)，则人造肌肉400通过在其宽度方向上膨胀并在其长度方向上屈曲而收缩。相反，如果空气从人造肌肉400的内部释放(减压控制)，则人造肌肉400通过在其宽度方向上屈曲并在其长度方向上伸展而松弛。

电磁阀600由安装在控制板700上的CPU 701(参见图8)控制。除了CPU 701之外，控制板700可以安装有用于与CPU 701进行通信的各种接口的输入侧连接器和输出侧连接器、驱动电磁阀600的线圈的线圈驱动器，以及处理各种信号、电压和电流的诸如运算放大器、比较器、晶体管、二极管、电阻器等的各种类型的电子器件。

人造肌肉400包括连接到肌腱300的其远侧端部，并且包括连接到万向关节502的其近侧端部。万向关节502被构造成在肋501内自由滑动，肋501设置在法兰500的划界区域处。连接到人造肌肉400的肌腱300通过人造肌肉400收缩而伸展并通过人造肌肉400松弛而缩短。

虽然在本实施例中采用Mckibben气动致动器用于人造肌肉400，但是可以采用其中通过使用马达和滑轮代替气动致动器来卷起肌腱300的方法。此外，可以采用以下方法等：其中通过使用线性马达使肌腱300直接伸展和屈曲的方法；以及其中通过使用生物金属来伸展和屈曲肌腱300的方法，所述生物金属是通过电流流动而伸展和屈曲的纤维状致动器。

图2是手指机构部分100的外视图。根据本实施例的手指机构部分100设置有两个手指，包括第一手指(例如，大拇指或拇指)101和第二手指(例如，食指)102。手指101和102中的每一个从其近侧起设置有掌骨MEB、两个近节指骨PP1和PP2、中节指骨MIP以及远节指骨DP。这些骨构件中的每一个例如由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物树脂制成。

掌骨MEB被固定到前臂骨200的远侧端部。近节指骨PP1被放置在近节指骨PP2的近侧，并且包括可旋转地连接到掌骨MEB的一端以及可旋转地连接到中节指骨MIP的另一端。放置在掌骨MEB侧的近节指骨PP1的旋转核心构成掌指关节MP1。掌指关节MP1包括弯曲表面部分，其横截面形状为部分圆形或椭圆形，并且例如与近节指骨PP1一体形成。放置在中节指骨MIP侧的近节指骨PP1的旋转核心构成近端指间关节PIP1。近端指间关节PIP1包括弯曲表面部分，其横截面形状为部分圆形或椭圆形，并且例如与近节指骨PP1一体形成。

近节指骨PP2被放置在近节指骨PP1的远侧，并且包括可旋转地连接到掌骨MEB的一端以及可旋转地连接到中节指骨MIP的另一端。放置在掌骨MEB侧的近节指骨PP2的旋转核心构成掌指关节MP2。掌指关节MP2包括弯曲表面部分，其横截面形状为部分圆形或椭圆形，并且例如与近节指骨PP2一体形成。放置在中节指骨MIP侧的近节指骨PP2的旋转核心构成近端指间关节PIP2。近端指间关节PIP2包括弯曲表面部分，其横截面形状部分为圆形或椭圆形，并且例如与近节指骨PP2一体形成。

两个近节指骨PP1和PP2包括基本上相同长度并且在掌骨MEB和中节指骨MIP之间形成平行连杆机构。因此，在其中近节指骨PP1和PP2相对于掌骨MEB向近侧旋转的情况下，中节指骨MIP朝近侧和外侧(朝手的背侧)移位而不改变其姿势。在其中近节指骨PP1和PP2相对于掌骨MEB朝远侧旋转的情况下，中节指骨MIP朝远侧和内侧(朝手的掌侧)移位而不改变其姿势。

远节指骨DP是在长度方向上比中节指骨MIP短的骨构件，并且可旋转地连接到中节指骨MIP的远侧端部。远节指骨DP的旋转核心构成远端指间关节DIP。远端指间关节DIP包括弯曲表面部分，其横截面形状为部分圆形或椭圆形，并且例如与中节指骨MIP一体形成。

手指101和102中的每一个设置有两个肌腱300和300。两个肌腱300和300中的一个是伸肌腱300A。从作为人造肌肉400之一的伸肌400A延伸的伸肌腱300A由设置在穿过法兰510的通孔内部的肌腱引导件G11引导以延伸到近节指骨PP1，进一步由位于近节指骨PPI的中间的肌腱引导件G12和由设置在中节指骨MIP的近侧端部处的肌腱引导件G13引导，以便被放置在中节指骨的外侧(朝手的背侧)，并且还沿着中节指骨MIP的长度方向延伸到远节指骨DP，同时保持与近端指间关节PIP1和PIP2以及远端指间关节DIP的弯曲表面部分中的每一个接触。

伸肌腱300A的远侧端部被固定在设置在远节指骨DP处的固定端G0处。担心其中伸肌腱300A和远节指骨DP被固定的固定部分可能受到拉伸应力，使得其机械强度可能劣化。为了消除机械强度的劣化，也可以采用这样的构造，即，它们没有被完全固定，而是例如通过系在远节指骨DP的一部分上来附接屈肌腱300A，使得应力被降低。

两个肌腱300和300中的另一个是屈肌腱300。从作为人造肌肉400之一的屈肌400B延伸的屈肌腱300B由设置在穿过法兰510的另一个通孔内部的肌腱引导件G21和由设置在掌骨MEB处的肌腱引导件G22引导，以便延伸到近节指骨PP2同时保持与掌指关节MP1和MP2的弯曲表面部分接触，进一步由在近节指骨PP2的中间的肌腱引导件G23和由设置在中节指骨MIP处的两个肌腱引导件G24和G25引导，以便被放置在中节指骨MIP的内侧(朝手的掌侧)，并且沿着中节指骨MIP的长度方向延伸到远节指骨DP，同时保持与近端指间关节PIP2和远端指间关节DIP中的每一个的弯曲表面部分接触。

屈肌腱300B的远侧端部被固定在设置在远节指骨DP处的固定端G0处。担心其中屈肌腱300B和远节指骨DP被固定的固定部分可能受到拉伸应力，使得其机械强度可能劣化。为了消除机械强度的劣化，也可以采用这样的构造，即，它们没有被完全固定，而是例如通过系在远节指骨DP的一部分上来附接屈肌腱300B，使得应力被降低。

注意的是，根据本实施例的手指机构部分100被构造成具有包括第一手指(例如，大拇指或拇指)101和第二手指(例如，食指)102的两个手指，同时它可以被构造成具有三个或更多个手指，包括第三手指(例如，中指)、第四手指(例如，无名指或药用手指)和第五手指(例如，小指)中的至少一个。根据本实施例的手指机构部分100被构造成具有与第一手指101或第二手指102对应的相同的两个或更多个手指。

此外，远节指骨DP和中节指骨MIP中的至少一个可以设置有力传感器160，该力传感器160在待被抓握的物体OBJ被保持在与物体接触的一部分(即，手的掌侧)中时检测保持力(参见图8)。此外，每个关节部分可以设置有角度传感器170，该角度传感器170检测由彼此相互连接的构件形成的角度(关节角度)(参见图8)。这些力传感器160和角度传感器170不是根据本发明的手指机构部分100中的必要部件。但是，在其中先前已知物体(OBJ)的形状和硬度的情况下，附接这些传感器使得能够自动控制每个手指的操作范围。

图3是肌腱300的横截面图。肌腱300包括由通过人造肌肉400的牵引力弹性变形的核心部分310和保护核心部分310的护套部分320形成的复合结构。对于核心部分310，使用了其杨氏模量的范围例如为从0.5Gpa至2Gpa的合成树脂纤维，诸如尼龙、聚乙烯等。

护套部分320可以由与核心部分310相同的材料制成。其中诸如乙烯基的树脂合成物被编织成圆柱形形状的护套部分320可以以比核心部分310更小的力延伸。护套部分320的功能是防止核心部分310与诸如关节MP1、MP2、PIP1、PIP2和DIP、肌腱引导件G11至G13和G21至G25等构件接触，并避免由于摩擦等引起的牵引力损失和与核心部分310的磨损。

肌腱300通过人造肌肉400的牵引力伸展，以生成与伸展量对应的内部张力FI。抵抗牵引力的内部张力FI由A×E×ε给出，其使用肌腱300的横截面积A、肌腱300的形变ε和肌腱300的杨氏模量E。这里，使用肌腱300的自由长度L0和肌腱300的伸展量ΔL，肌腱300的形变ε由ε＝ΔL/L0给出。核心部分310将内部张力FI转换为作用于肌腱拮抗关节的力。作为类似术语肌腱拮抗关节的术语，已知所谓的拮抗肌腱驱动。可以说这些术语基本上相同之处在于，两个肌腱(伸肌腱和屈肌腱)被制成彼此拮抗。但是，肌腱拮抗关节的不同之处在于，重要性放置在适于执行拮抗肌腱驱动的关节的结构。换句话说，也可以说根据本实施例的肌腱拮抗关节是具有合适结构的关节，其中关节的旋转程度可以由彼此拮抗的肌腱唯一地确定。

以下描述手指101和102中的每一个的操作状态。

图4是图示在抓握物体OBJ之前手指101和102的状态的示意性说明图。在本实施例中，在抓握物体OBJ之前将伸肌400A控制为加压状态。此时，伸肌400A通过在宽度方向上膨胀并且在长度方向上屈曲来拉动伸肌腱300A。通过伸肌腱300A的牵引力，指尖的远节指骨DP相对于中节指骨MIP伸展，并且手指101和102中的每一个的近节指骨PP1和PP2一起朝近侧旋转。根据近节指骨PP1和PP2的旋转，手指101和102的中节指骨MIP朝近侧和外侧(朝手的背侧)移位。因此，两个手指101和102的中节指骨MIP和MIP被拉向手腕侧，同时保持基本上平行的关系，并且中节指骨MIP和MIP之间的空间同时被扩大。

图5是图示当抓握物体OBJ时手指101和102的状态的示意性说明图。根据本实施例，当抓握物体OBJ时，屈肌400B被控制为加压状态。此时，屈肌400B通过在宽度方向上膨胀并且在长度方向上屈曲来拉动屈肌腱300B。通过屈肌腱300B的牵引力，指尖的远节指骨DP相对于中节指骨MIP屈曲，并且手指101和102中的每一个的近节指骨PP1和PP2一起朝远侧旋转。根据近节指骨PP1和PP2的旋转，手指101和102的中节指骨MIP朝远侧和内侧(朝手的掌侧)移位。因此，两个手指101和102的中节指骨MIP和MIP被送出到指尖侧，同时保持基本上平行的关系，并且中节指骨MIP和MIP之间的空间同时被缩短。通过这样的操作，可以用手指101和102抓握物体OBJ。

图6是图示当释放物体OBJ时手指101和102的状态的示意性说明图。当释放被抓握的物体OBJ时，伸肌400A和屈肌400B被控制为减压状态以被松弛。此时，伸肌腱300A和屈肌腱300B的张力减小，使得指尖的远节指骨DP和DP可以伸展，同时保持所维持的两个手指101和102的中节指骨MIP和MIP之间的空间。机器人手1000在这种状态下被抬起，这使得可以在不打开指尖的情况下拉出手指。

图7是图示根据实施例1的机器人手系统的总体结构的框图。根据实施例1的机器人手系统包括上述机器人手1000、安装有机器人手1000的机器人ROB、向机器人ROB提供各种指令的控制器CON，以及对包括物体OBJ的周围环境进行成像的成像设备CAM。

作为所谓的计算机设备的控制器CON包括接受各种信息的输入接口、基于经由输入接口接受的信息执行各种类型的算术处理和信息处理的处理电路、将由处理电路生成的信息输出到外部的输出接口(未图示)，等等。控制器CON接受例如P&P条件(拾取和放置条件)的输入，该条件是用于拾取和放置物体OBJ的控制条件。P&P条件可以由操作或管理机器人手1000的用户根据物体OBJ适当地设置。物体OBJ可以是任何物体。例如，它可以是柔软物体，诸如水果/蔬菜，诸如桃子或番茄，或者食物，诸如炸肉饼或炸鸡块。此外，它可以是具有不定形状的物体，诸如沙拉或即食菜肴。此外，物体OBJ可以是比较小的物体，诸如玩具。P&P条件可以包括例如诸如物体OBJ的重量、形状、柔软度、颜色、光泽等条件。

机器人ROB，例如N-JIKU(申请人的注册商标)被连接到控制器CON并且被安装有机器人手1000。包括上述P&P条件的各种条件通过控制器CON被输入到机器人ROB。机器人ROB基于通过控制器CON输入的各种条件，根据物体OBJ(诸如关节角度和抓握力)向机器人手1000提供各种数据和各种操作指令。

当接受关于抓握物体OBJ的操作指令时，机器人手1000键入抓握物体OBJ的操作。在抓握操作中，可能需要关于放置物体OBJ的地方的周围环境的信息。控制器CON能够例如通过从成像设备CAM获得放置物体OBJ的周围环境的成像数据并分析所获得的成像数据来获得关于放置物体OBJ的地方的周围环境的信息。此外，控制器CON可以通过分析从成像设备CAM获得的成像数据来获得关于物体OBJ的三维信息，以确定抓握位置、抓握姿势等。控制器CON基于与物体OBJ的周围环境相关的信息和通过分析输入的P&P条件和成像数据而获得的三维信息提供符合物体OBJ的操作指令。机器人手1000基于从控制器CON供应的操作指令对手指机构部分100处的关节角度和力进行自主控制，从而实现对抓握形式、保持力、手指关节的灵活性等的控制(顺应性控制)。

注意的是，在其中可以预先将与物体OBJ的周围环境相关的信息提供给控制器CON的情况下，这消除了对从成像设备CAM发送成像数据的需要。因此，成像设备CAM不需要被包括在机器人手系统中。

图8是图示机器人手1000的控制系统的结构的框图。图8图示了手指机构部分100的关节、人造肌肉400和肌腱300与构成机器人手1000的电磁阀610和620之间的连接。

第一手指101包括远节指骨DP、中节指骨MIP、近节指骨PP1和PP2以及掌骨MEB。远节指骨DP和中节指骨MIP各自附接有力传感器160。力传感器160检测第一手指101提供给物体OBJ的接触力。如从上面给出的描述中显而易见，骨构件经由远端指间关节DIP、近端指间关节PIP1和PIP2以及掌指关节MP1和MP2可旋转地连接在一起。远端指间关节DIP和掌指关节MP1各自附接有角度传感器170。角度传感器170检测关节角度(即，骨之间的相对倾斜角度)，并将其输出到CPU 701。

通过向安装在机器人手1000的控制板700上的CPU 701提供各种操作指令来执行对第一手指101的基本控制。例如，操作指令可以由图7中所示的控制器CON提供。

例如，当经由诸如控制器CON等的外部输入装置输入用于抓握物体OBJ的抓握指令时，CPU 701将伸展和屈曲手指101的控制信号发送到电磁阀610和620。已接收到控制信号的电磁阀610和620执行供应和排气控制，使得人造肌肉400伸展和屈曲。供应和排气控制具体而言是用于向人造肌肉400的内部供应空气的加压控制或用于从其排出空气的减压控制。

通过人造肌肉400的伸展和收缩，引起拉动伸肌腱300A和屈肌腱300B的牵引力，由此在伸肌腱300A和屈肌腱300B中的每一个上发生张力。张力成为旋转每个关节的力矩。即，在伸肌腱300A和屈肌腱300B中的每一个上作用的张力充当使远端指间关节DIP、近端指间关节PIP1和PIP2以及掌指关节MP1和MP2旋转的力矩。

第二手指102的结构与第一手指101的结构相同。即，第二手指102包括远节指骨DP、中节指骨MIP、近节指骨PP1和PP2以及掌骨MEB。远节指骨DP和中节指骨MIP各自附接有力传感器160。力传感器160检测第二手指102提供给物体OBJ的接触力。如从上面给出的描述中显而易见，骨构件经由远端指间关节DIP、近端指间关节PIP1和PIP2以及掌指关节MP1和MP2可旋转地连接在一起。远端指间关节DIP和掌指关节MP1各自附接有角度传感器170。角度传感器170检测关节角度(即，骨之间的相对倾斜角度)，并将其输出到CPU 701。

通过向安装在机器人手1000的控制板700上的CPU 701提供各种操作指令来执行对第二指102的基本控制。例如，操作指令可以由图7中所示的控制器CON提供。

例如，当经由诸如控制器CON等的外部输入装置输入用于抓握物体OBJ的抓握指令时，CPU 701将伸展和屈曲手指102的控制信号发送到电磁阀610和620。已接收到控制信号的电磁阀610和620执行供应和排气控制，使得人造肌肉400伸展和屈曲。供应和排气控制具体而言是用于向人造肌肉400的内部供应空气的加压控制或用于从其排出空气的减压控制。

通过人造肌肉400的伸展和收缩，引起拉动伸肌腱300A和屈肌腱300B的牵引力，由此在伸肌腱300A和屈肌腱300B中的每一个上发生张力。张力成为旋转每个关节的力矩。即，在伸肌腱300A和屈肌腱300B中的每一个上作用的张力充当使远端指间关节DIP、近端指间关节PIP1和PIP2以及掌指关节MP1和MP2旋转的力矩。

附接到第一手指101和第二手指102的力传感器160将关于接触力的传感器值输出到CPU 701。此外，附接到第一手指101和第二手指102的关节的角度传感器170将关于关节的关节角度的传感器值输出到CPU 701。这些传感器值可以经由控制板700输出到控制器CON。机器人手1000的用户可以基于来自力传感器160和角度传感器170的传感器值确定是否维持、改变或修改P&P条件的当前状态。

上述机器人手1000和手指机构部分100的操作和控制是反馈抓握力和关节角度，并根据物体OBJ的尺寸、形状、柔软度等连续调节和控制控制条件。这是机器人手的顺应性控制。

图9是图示手指机构部分100中的牵引力传递机构的说明图。图9图示了手指机构部分100的关节、人造肌肉、肌腱和电磁阀之间的连接，并且描绘了其中第一手指101和第二手指102位于物体OBJ附近的状态。

第一手指101和第二手指102各自包括远端指间关节DIP、近端指间关节PIP1和PIP2以及掌指关节MP1和MP2。在每个关节的弯曲表面部分(弧形部分)上，伸肌腱300A和屈肌腱300B悬停，并且从近侧向远侧延伸。伸肌腱300A和屈肌腱300B的一端分别连接到伸肌400A和屈肌400B的一端，并且伸肌400A和屈肌400B的另一端连接到供气嘴/吸气嘴410的一端。供气嘴/吸气嘴410的另一端连接到电磁阀610和620。

现在，将通过使用驱动第一手指的电磁阀610和620作为示例描述其操作的共享、工作等。电磁阀610由电磁阀I和电磁阀II的两个阀组成。电磁阀I用于对伸肌400A加压，从而使伸肌400A在宽度方向上膨胀。当伸肌400A在宽度方向上膨胀时，伸肌腱300A在伸肌器400A的长度方向上被拉动。提供这种工作的电磁阀I的阀功能在本申请的说明书中被称为“伸肌加压”。

电磁阀II用于使伸肌400A减压，从而使伸肌400A在宽度方向上屈曲并使其在长度方向上膨胀。当伸肌400A在长度方向上伸展时，伸肌腱300A朝近端指间关节PIP1移动。提供这种工作的电磁阀II的阀功能在本申请的说明书中被称为“伸肌减压”。

电磁阀III用于对屈肌400B加压以使屈肌400B在宽度方向上膨胀。当屈肌400B在宽度方向上膨胀时，屈肌腱300B在屈肌400B的长度方向上被拉动。提供这种工作的电磁阀III的阀功能在本申请的说明书中被称为“屈肌加压”。

电磁阀IV用于使屈肌400B减压，从而使屈肌400B在宽度方向上屈曲并在长度方向上伸展。当屈肌400B的纵向方向在长度方向上伸展时，屈肌腱300B朝掌指关节MP1移动。提供这种工作的电磁阀IV的阀功能在本申请的说明书中被称为“屈肌减压”。

如从上面给出的描述中显而易见的，在根据本实施例的机器人手1000中，由于四个电磁阀I至IV用于在旋转第一手指101的关节时控制伸肌腱300A和屈肌腱300B，因此由电磁阀I至IV的开(ON)和关(OFF)的组合可以引起十六种可能的控制状态。这同样适用于第二手指102。即，伸肌腱300A和屈肌腱300B可以通过使用四个电磁阀I至IV来控制，使得可以通过电磁阀I至IV的ON和OFF的组合来为每个手指创建十六种可能的控制状态。

图10是图示电磁阀I至IV的控制状态的说明图。图10描绘了如图9所示的电磁阀I、II、III和IV的ON和OFF操作、阀的阀功能和手指机构部分100的操作之间的关系。

电磁阀I的阀功能包括“伸肌加压”。“伸肌加压”是通过供气使伸肌400A加压而使伸肌400A在宽度方向上膨胀使得伸肌腱300A被拉向伸肌400A的操作。

电磁阀II的阀功能包括“伸肌减压”。“伸肌减压”是通过使伸肌400A减压使伸肌400A在宽度方向上屈曲并使其在长度方向上伸展，即，使伸肌腱300A朝近端指间关节PIP1松弛的操作。

电磁阀III的阀功能包括“屈肌加压”。“屈肌加压”是通过供气使屈肌400B加压而使屈肌400B在宽度方向上膨胀并在长度方向上屈曲使得屈肌腱300B被拉向伸肌400A的操作。

电磁阀IV的阀功能包括“屈肌减压”。“屈肌减压”是通过使屈肌400B减压使屈肌400B在宽度方向上屈曲并使其在长度方向上伸展，即，使屈肌腱300B朝掌指关节MP1松弛的操作。

通过切换电磁阀I至IV的ON和OFF的组合来准备十六种阀状态(控制状态)。阀状态0指示其中电磁阀I至IV全部为OFF的状态。在阀状态0中，伸肌腱300A和屈肌腱300B处于彼此拮抗的状态。

阀状态1是其中仅电磁阀IV为ON而其余三个电磁阀为OFF的控制状态。

阀状态2是其中仅电磁阀III为ON而其余三个电磁阀I、II和IV为OFF的控制状态。当执行所谓的“物体的附加紧固”时使用阀状态2，其中，通过在宽度方向上膨胀屈肌400B，将屈肌腱300B拉向屈肌400B以增加每个关节和物体OBJ之间的接触的强度。

在阀状态3中，电磁阀I和II为OFF而电磁阀III和IV为ON。在阀状态3中，可以组合使用屈肌加压和屈肌减压。通过组合两种类型的压力和控制时间，可以实现对于正常控制不能预期的转变控制。

阀状态4是其中仅电磁阀II为ON而其余三个电磁阀I、III和IV为OFF的控制状态。

在阀状态5中，电磁阀II和IV为ON而电磁阀I和III为OFF。当执行所谓的手指拉动以将手指从与它们接触的物体OBJ移开时，采用阀状态5。通过同时执行伸肌减压和屈肌减压，人造肌肉400松弛，这消除了施加到每个关节和每个肌腱300上的不必要的力，从而防止它们劣化。

在阀状态6中，电磁阀II和III为ON，而电磁阀I和IV为OFF。当抓握物体OBJ时采用阀状态6。抓握物体OBJ时优选的手指姿态是其中与物体OBJ接触的掌侧上的力增大而手的被侧上的力松弛的状态。因此，在屈肌400B被加压的同时，伸肌400A被减压。

在阀状态7中，电磁阀I为OFF，而其余电磁阀II至IV全部为ON。在阀状态7中，电磁阀III和IV的状态与阀状态3的那些状态相同并且都是ON。

在阀状态8中，电磁阀I为ON，而其余电磁阀全部为OFF。在阀状态8中，电磁阀的ON和OFF状态与阀状态7的那些状态相反。在阀状态8中，伸肌400(伸肌腱300A)被张紧，并且关节被布置成直线。通过将控制执行为阀状态8，释放对物体OBJ的加压。

在阀状态9中，电磁阀I和IV为ON，而电磁阀II和III为OFF。在阀状态9中，伸肌400A(伸肌腱300A)被张紧，而屈肌400B(屈肌腱300B)松弛，这产生最适合于将手指从物体OBJ释放的状态。

在阀状态10中，电磁阀I和III为ON，而电磁阀II和IV为OFF。在阀状态10中，伸肌400A(伸肌腱300A)和屈肌400B(屈肌腱300B)都被张紧，从而将伸肌400A(伸肌腱300A)和屈肌400B(屈肌腱300B)置于彼此拮抗的状态。当检查每个人造肌肉400的初始化状态时或者当紧固每个关节时，即，关节的灵活性被降低时，采用这种状态。

机器人手1000可以通过电磁阀I至IV的组合采用由阀状态11-15指示的状态。例如，通过将阀状态控制为阀状态11，可以通过减压量值和减压时间的组合对屈肌400B的操作进行各种改变。

在阀状态12-14中，由于伸肌400A(伸肌腱300A)的加压和减压可以同时为ON，因此依据减压量值和减压时间以及加压量值和加压时间的组合，可以对伸肌400A的操作进行各种改变。

在阀状态15中，同时打开屈肌400B(屈肌腱300B)的加压和减压以及同时打开伸肌400A(伸肌腱300A)的加压和减压，这使得能够组合操作伸肌400A和屈肌400B。在根据本实施例的手指机构的控制中，通过使用四个电磁阀I至IV和一个手指的两个人造肌肉400(伸肌400A和屈肌400B)旋转每个关节，提供了允许手指执行各种各样的操作的特征。

以下描述机器人手1000的控制方法。

图11是描绘根据实施例1的机器人手1000的控制方法的流程图。当从控制器CON接受关于抓握开始的操作指令时，安装在机器人手1000中设置的控制板700上的CPU 701执行固定控制(步骤S101)。这里，固定控制是将伸肌腱300A的牵引力和屈肌腱300B的牵引力置于其中它们彼此拮抗的初始化状态。更具体而言，CPU 701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态10，并且将伸肌400A和屈肌400B都控制为加压状态。伸肌400A和屈肌400B都在宽度方向上膨胀并且在长度方向上屈曲，这拉动伸肌腱300A和屈肌腱300B，使得其牵引力彼此拮抗。

然后，CPU 701将手指机构部分100的控制状态转移到自适应抓握(步骤S102)。自适应抓握是将手指机构部分100的手指沿着物体OBJ的轮廓放置并使机器人手1000开始抓握物体OBJ的操作。更具体而言，CPU 701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态6，并将伸肌400A控制为减压状态和将屈肌400B控制为加压状态。减小伸肌腱300A的张力使得能够控制手指机构部分100的每个手指沿着物体OBJ放下。注意的是，从步骤S101处的固定控制到步骤S102处的自适应抓握的转移可以响应于从控制器CON接收到操作指令而进行，或者可以在从转移到固定控制以来经过设定的时间之后自动地执行。

然后，CPU 701将手指机构部分100的控制状态转移到保持(步骤S103)。保持是保持由机器人手1000抓握的物体OBJ的操作。更具体而言，CPU 701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态0并且执行控制使得伸肌腱300A的张力和屈肌腱300B的张力被保持。注意的是，从步骤S102处的自适应抓握到步骤S103处的保持的转移可以响应于从控制器CON接收到操作指令而进行，或者可以在从转移到自适应抓握以来经过设定的时间之后自动地执行。

如果从控制器CON接受提供释放抓握操作的指令的操作指令，则CPU 701控制手指机构部分100的控制状态为自适应释放(步骤S104)。自适应释放是释放步骤S103处的保持操作的操作。CPU 701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态9，并将伸肌400A控制为加压状态和将屈肌400B控制为减压状态。通过增加伸肌腱300A的张力并减小屈肌腱300B的张力，可以释放保持操作。

随后，CPU 701确定是否要结束抓握工作(步骤S105)。如果从控制器CON接受关于抓握结束指令的操作指令，则CPU 701确定要结束抓握工作。如果CPU 701确定不结束抓握工作(S105：否)，则CPU 701将处理返回到步骤S102，以执行从步骤S102到S104的一系列处理，以便抓握另一个物体OBJ。

同时，如果确定要结束抓握工作(S105：是)，则CPU 701将手指机构部分100的控制状态控制为松弛(步骤S106)。松弛是用于手指拉动以防止手指机构部分100与物体OBJ和包含物体OBJ的盒子、容器等接触的操作，并且是用于保护肌腱300和人造肌肉400的操作。CPU701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态5，并将伸肌400A和屈肌400B两者控制为减压状态。

虽然在本实施例中执行对阀状态0至16中任何一个的控制，但是可以采用其中两个阀状态以时间相依方式交替切换的结构。通过以时间相依方式切换伸肌加压、伸肌减压、屈肌加压和屈肌减压的状态，可以实现对于正常控制不能预期的转变控制。

如上所述，根据实施例1，与关节对应的旋转核心通过伸肌腱300A和屈肌腱300B的张力进行旋转，并且旋转核心在其中伸肌腱300A的张力与屈肌腱300B的张力平衡的状态下自主停止。因此，可以抓握具有不定形状的柔软物体而不会压碎它。此外，根据实施例1，张力可以由伸肌腱300A和屈肌腱300B的物理特性唯一确定。

此外，根据本实施例，掌骨MEB、近节指骨PP1和PP2以及中节指骨MIP形成平行连杆机构。因此，可以在不打开指尖的情况下抓握物体OBJ，并且也可以在释放被抓物体OBJ时在不打开指尖的情况下拉出手指。

(实施例2)

在实施例2中，描述了基于从包括在手指机构部分100中的角度传感器和力传感器的输出执行的反馈控制。

图12是描述根据实施例2的机器人手1000的控制过程的流程图。当从控制器CON接受关于抓握开始的操作指令时，安装在机器人手1000中设置的控制板700上的CPU 701执行固定控制(步骤S201)。这里，固定控制是将伸肌腱300A的牵引力和屈肌腱300B的牵引力置于其中它们彼此拮抗的初始化状态。更具体而言，CPU 701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态10，并且将伸肌400A和屈肌400B两者都控制为加压状态。伸肌400A和屈肌400B两者都在宽度方向上膨胀并且在长度方向上屈曲，这拉动伸肌腱300A和屈肌腱300B，使得其牵引力彼此拮抗。

随后，CPU 701将手指机构部分100的控制状态转移到围合形成(步骤S202)。围合形成是当机器人手1000被安装在机器人ROB上以抓握和释放物体OBJ时将确定可允许的操作范围和可允许的操作区域。机器人手1000需要根据物体OBJ的尺寸和形状以及其中放置物体OBJ的周围环境的条件和其中存储物体OBJ的周围环境的条件来行动。例如，当将桃子放入盒子中或从盒子中取出桃子时，由于手指机构的角度必须在盒子的末端和中间之间不同，因此围合形成鉴于这种情况进行设定。鉴于这种情况，设定围合形成。注意的是，将参考图13中的流程图详细描述围合形成的控制过程。

然后，CPU 701将手指机构部分100的控制状态转移为抓握(步骤S203)。该抓握与实施例1中描述的自适应抓握基本上相同，并且是根据物体OBJ的形状沿着物体OBJ放置手指机构部分100的手指并使机器人手1000开始抓握物体OBJ的操作。注意的是，将参考图14中所示的流程图详细描述抓握的控制过程。

然后，CPU 701将手指机构部分100的控制状态转移为保持(步骤S204)。保持是保持由机器人手1000抓握的物体OBJ的操作。更具体而言，CPU 701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态0并且执行控制，使得伸肌腱300A的张力和屈肌腱300B的张力被保持。注意的是，从步骤S203处的抓握到步骤S204处的保持的转移可以响应于从控制器CON接收到操作指令而进行，或者可以在从转移到保持状态以来经过设定的时间之后自动地执行。

如果从控制器CON接受提供释放抓握操作的指令的操作指令，则CPU 701控制手指机构部分100的控制状态为自适应释放(步骤S205)。自适应释放是释放步骤S204处的保持操作的操作。CPU 701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态9，并将伸肌400A控制为加压状态和将屈肌400B控制为减压状态。通过增加伸肌腱300A的张力并减小屈肌腱300B的张力，可以释放保持操作。

随后，CPU 701确定是否要结束抓握工作(步骤S206)。如果从控制器CON接受关于抓握结束指令的操作指令，则CPU 701确定要结束抓握工作。如果CPU 701确定不结束抓握工作(S206：否)，则CPU 701将处理返回到步骤S202，以执行从步骤S202到S205的一系列处理，以便抓握另一个物体OBJ。

另一方面，如果确定要结束抓握工作(S206：是)，则CPU 701将手指机构部分100的控制状态控制为松弛(步骤S207)。松弛是用于手指拉动以防止手指机构部分100与物体OBJ和包含物体OBJ的盒子、容器等接触的操作，并且是用于保护肌腱300和人造肌肉400的操作。CPU 701将电磁阀I至IV的ON和OFF控制为上述阀状态5，并且将伸肌400A和屈肌400B两者都控制为减压状态。

图13是描绘围合形成的控制过程的流程图。安装在包括在机器人手1000中的控制板700上的CPU 701经由控制器CON接受关节角度的目标角度和接触力的设定值(步骤S211)。

如果从每个传感器获得传感器输出(步骤S212)，则CPU 701确定来自力传感器160的传感器值是否大于设定值(步骤S213)。如果来自力传感器160的传感器值大于设定值(S213：是)，则CPU 701通知控制器CON完成(步骤S215)并结束该流程图中的处理。

如果确定来自力传感器160的传感器值等于或小于设定值(S213：否)，则CPU 701确定由角度传感器170测量的关节角度是否基本上等于目标角度(步骤S214)。如果确定由角度传感器170测量的关节角度基本上等于目标角度(S214：是)，则CPU 701在步骤S215处提供完成通知并且结束该流程图中的处理。

如果确定来自角度传感器170的传感器值指示的关节角度与目标角度基本上不同(S214：否)，则CPU 701确定由角度传感器170测量的关节角度是否大于目标角度(步骤S216)。

如果确定由角度传感器170测量的关节角度大于目标角度(S216：是)，则CPU 701控制电磁阀I至IV的ON和OFF，并且将屈肌400B和432控制为减压状态和将伸肌400A控制为加压状态(步骤S217)。步骤S217处的处理相当于图10所绘出的阀状态9，并且对应于自适应释放的操作。即，角度传感器值高于目标值意味着相对的骨之间的距离小于目标值，导致在稍微增加距离的方向上执行控制。在控制到上述控制状态之后，CPU 701将处理返回到步骤S212。

另一方面，如果确定由角度传感器170测量的关节角度等于或小于目标角度(S216：否)，则CPU 701控制电磁阀I至IV的ON和OFF，并将屈肌400B和432控制为加压状态和将伸肌400A和422控制为减压状态(步骤S218)。步骤S218的处理相当于图10所绘出的阀状态6，并且对应于“自适应抓握”的操作。即，角度传感器值低于目标值意味着相对的骨之间的距离大于目标值，导致在稍微减小距离的方向上执行控制。在控制到上述控制状态之后，CPU 701将处理返回到步骤S212。

图14是描绘抓握操作的控制过程的流程图。安装在包括在机器人手1000中的控制板700上的CPU 701经由控制器CON接受关节角度的目标角度和接触力的设定值(步骤S221)。

如果从每个传感器获得传感器输出(步骤S222)，则CPU 701确定由角度传感器170测量的关节角度是否大于目标角度(步骤S223)。如果确定由角度传感器170测量的关节角度大于目标角度(S223：是)，则CPU 701向控制器CON通知完成(步骤S225)，并且结束该流程图中的处理。

如果确定由角度传感器170测量的关节角度等于或小于目标角度(S223：否)，则CPU701确定来自力传感器160的传感器值(即，抓握力)是否基本上等于设定值(步骤S224)。如果确定来自力传感器160的传感器值基本上等于设定值(S224：是)，则CPU 701在步骤S225处提供完成通知，并结束该流程图中的处理。

如果确定来自力传感器160的传感器值基本上不同于设定值(S224：否)，则CPU701确定来自力传感器160的传感器值是否大于设定值(步骤S226)。如果确定来自力传感器160的传感器值大于设定值(S226：是)，则CPU 701控制电磁阀I至IV的ON和OFF，并将屈肌400B控制为减压状态和将伸肌400A控制为加压状态(步骤S227)。步骤S227处的处理相当于图10所绘出的阀状态9，并且对应于自适应释放的操作。即，传感器值高于目标值意味着抓握力大，导致在减小抓握力的方向上执行控制。在控制到上述控制状态之后，CPU701将处理返回到步骤S222。

如果确定来自力传感器160的传感器值等于或小于设定值(S226：否)，则CPU 701控制电磁阀I至IV的ON和OFF，并将屈肌400B和432控制为加压状态和将伸肌400A和422控制为减压状态(步骤S228)。步骤S228处的处理相当于图10所绘出的阀状态6，并且对应于“自适应抓握”的操作。即，力传感器值低于目标值意味着抓握力小，导致在增加抓握力的方向上的控制。在控制到上述控制状态之后，CPU 701将处理返回到步骤S222。

如上所述，可以基于来自实施例2中的力传感器160和角度传感器170的传感器输出来执行反馈控制，这使得能够进行自主地控制抓握物体OBJ的抓握形式、保持力、手指关节的灵活性等的顺应性控制。

(实施例3)

根据实施例3，将描述通过使用实施例1和2中描述的机器人手1000抓握物体OBJ并与矩形存储箱SB中的其它物体紧密接触地存储该物体的操作。在本实施例中，物体OBJ被认为是诸如水果等的球形物体。

图15A至15D是图示存储状态的说明图。图15A图示了其中十六个物体在矩形存储箱SB中彼此紧密接触地存储的状态。在其中已经完成存储物体OBJ的状态中，当物体OBJ被其它物体OBJ包围时，产生由s1至s6指示的六个空间。此外，对于与存储箱SB相邻的待抓握物体，产生由s0指示的三个或四个空间。

类似地，图15B、图15C和图15D分别图示了其中十五、十三和十二个物体OBJ彼此紧密接触地存储的状态，并且描绘了在物体OBJ周围产生三到六个空间。

机器人手1000通过用两个手指101和102在与空间位置对应的部分处抓握物体OBJ、将其移动到存储位置、将物体OBJ推入到该位置中，然后从物体OBJ释放和移开手指101和102来执行紧密接触存储。

根据本实施例的机器人手1000可以在不打开指尖的情况下抓握物体OBJ并且在不打开指尖的情况下将手指从被抓物体OBJ释放。因此，如图15A至图15D所示，在其中在物体之间或物体与存储箱SB之间产生空间的情况下，机器人手1000可以通过在与空间对应的部分处抓握物体OBJ并将其移动到存储箱SB中来与其它物体OBJ紧密接触地存储物体OBJ。

但是，在其中作为物体OBJ的诸如水果的物体被缓冲材料CSN包围的情况下，当物体OBJ被紧密接触地存储时，用于相邻物体OBJ的缓冲材料CSN可能容易脱落。

图16A和16B是图示其中物体OBJ向下移动并存储的状态的示意图。图16A图示了其中第n-1个物体OBJ已经被存储在存储箱SB中，并且第n个物体OBJ将要被存储在第n-1个物体OBJ与存储箱SB之间形成的空间中的状态。图16B图示了其中已经完成第n个物体OBJ的存储的状态。缓冲材料CSN具有这样的结构，使得例如圆柱形弹性材料在中间折叠，并且被附接以便从折叠的方向在物体OBJ之间挤压。因此，如果从上方向折叠部分施加力，则缓冲材料CSN容易滑落，如图16B所描绘的。

图17A和图17B是图示其中通过滚动存储来存储物体OBJ的状态的示意图。图17A图示了其中第n-1个物体OBJ已经被存储在存储箱SB中，并且第n个物体OBJ将要被存储在第n-1个物体OBJ与存储箱SB之间形成的空间中的状态。图17B图示了其中已经存储第n个物体OBJ的状态。根据本实施例，在其中第n个物体OBJ被存储在上述空间中的情况下，通过围绕第n-1个物体OBJ而不滑过它(滚动存储)以滚动方式存储第n个物体，防止了缓冲材料CSN脱落。

在完成存储物体之后，在其中机器人手的指尖在从物体OBJ移开时被释放并打开的情况下，由于缓冲材料CSN或存储箱SB与机器人手之间的干扰、摩擦等而发生缓冲材料CSN的滑动和存储物体OBJ的提升。但是，由于根据本实施例的机器人手1000可以在不打开指尖的情况下从物体移开手指101和102，因此可以防止当手指101和102从存储箱SB中拉出时发生缓冲材料CSN的滑动和存储物体OBJ的提升。

以下描述滚动存储。

图18是图示滚动存储的说明图。图18图示了其中另一个物体OBJ-B被存储为与存储物体OBJ-A紧密接触的状态。注意的是，在图18中，为了简单起见，用圆圈描绘了物体OBJ-A和物体OBJ-B，两者都附接有缓冲材料CSN。如图18所示，在其中物体OBJ-B从其在点P处与物体OBJ-A紧密接触的状态沿着物体OBJ-A滚动的情况下，防止了缓冲材料CSN的滑动，这防止了缓冲材料CSN脱落。

假设物体OBJ-A是具有其中心O_A的固定圆，并且物体OBJ-B是具有其中心O_B的可移动圆，那么物体OBJ-B沿着图18中所示的轨迹移动。即，当物体OBJ-B从其在点P处与物体OBJ-A紧密接触的状态沿着物体OBJ-A滚动而不被滑动时，物体OBJ-B上的点P移动到点P_B1，其轨迹形成外摆线曲线。假设物体OBJ-A的圆的半径是r_A，并且物体OBJ-B的圆的半径是r_B，那么可以获得以下关系表达式。

α_θ＝(r_A+r_B)cosθ-r_Bcos((r_A+r_B)/r_B)θ,

Z_θ＝(r_A+r_B)sinθ-r_Bsin((r_A+r_B)/r_B)θ.

通过将从上述关系表达式评估的坐标结合到用于机器人手1000的控制的坐标计算中并且执行将向量O_B-P移动到向量OB1-P_B1的控制，可以实现滚动存储。这里，O_B-P被称为滚动向量，并且r_B被称为滚动半径。

图19是描绘根据实施例3的机器人手1000的控制过程的流程图。控制器CON接受量的设定值(步骤S301)。这里，量是待被存储在存储箱SB中的物体OBJ的最大数量。在步骤S301中设置的量的值被定义为n。

接下来，控制器CON执行物体OBJ的存储位置和关于滚动存储的参数的读取(步骤S302)。图20是图示待由CPU 701读取的参数的一个示例的概念图。取决于待被存储在存储箱SB中的物体OBJ的量n，每个物体OBJ在存储箱SB中的存储位置和滚动参数可以被设定。无论量n如何，夹持位置的坐标(X0，Y0，Z0)都是固定的。这里，物体OBJ的存储位置可以被描述为关于作为原点的特定位置的三维正交坐标系中的三维坐标。此外，滚动参数中的α表示当存储物体OBJ时平面上的角度。r_A和r_B两者分别表示上述固定圆和可移动圆的半径，并且θ表示当存储物体OBJ时垂直平面上的角度(在图18中由线段P-O_A和线段O_B1-O_A形成的角度)。这些参数被预先存储在诸如控制器CON中包括的存储器的存储设备(未示出)中。

控制器CON将指示存储物体的数量的计数器的值i递增1(步骤S303)。例如，指示存储物体的数量的计数器的初始值是0。

随后，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件使机器人ROB向机器人手1000输出关于释放的操作指令，从而使包含在机器人手1000中的手指101和102被释放(步骤S304)。此时，包含在机器人手1000中的CPU 701对伸肌400A执行加压控制并对屈肌400B执行减压控制，从而使手指101和102中的每一个都被释放。

接下来，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件来控制包括在机器人ROB中的臂部的操作，从而使机器人手1000移动到抓握位置(步骤S305)。注意的是，可以采用众所周知的控制方法来控制臂部的操作，以将机器人手1000移动到抓握位置。

然后，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件使机器人ROB向机器人手1000输出关于抓握的操作指令，从而使包含在机器人手1000中的手指101和102抓握物体OBJ(步骤S306)。此时，包含在机器人手1000中的CPU 701对伸肌400A执行减压控制并对屈肌400B执行加压控制，从而使手指101和102中的每一个都抓握物体OBJ。

随后，控制器CON然后通过向机器人ROB提供控制条件使机器人ROB输出关于保持的操作指令，从而使包含在机器人手1000中的手指101和102保持物体OBJ(步骤S307)。此时，包含在机器人手1000中的CPU 701将伸肌400A和屈肌400B控制为OFF，以使手指101和102中的每一个都保持物体OBJ。

接下来，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件来控制包含在机器人ROB中的臂部的操作，并且将机器人手1000移动到滚动的起始点(步骤S308)。注意的是，可以采用已知的控制方法来控制臂部的操作，以将机器人手1000移动到滚动的起始点。通过步骤S308处的操作，可以使由机器人手1000抓握的物体OBJ以由滚动参数设定的角度θ与存储物体OBJ接触。

然后，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件使机器人ROB向机器人手1000输出关于紧固的操作指令，从而使设置在机器人手1000中的手指101和102额外地紧固物体OBJ(步骤S309)。此时，包含在机器人手1000中的CPU 701将伸肌400A控制为OFF并且对屈肌400B执行加压控制，从而使手指101和102额外地坚固物体OBJ。

接下来，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件来控制包含在机器人ROB中的臂部的操作，从而使其执行被抓物体OBJ的滚动运动(步骤S310)。稍后将描述滚动运动的操作过程。

在其中完成滚动运动之后被抓物体OBJ被存储在预定存储位置中的情况下，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件使机器人ROB向机器人手1000输出关于松弛的操作指令，从而松弛包含在机器人手1000中的手指101和102(步骤S311)。此时，设置在机器人手1000中的CPU 701对伸肌400A和屈肌400B执行减压控制以松弛手指101和102中的每一个。

接下来，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件来控制包含在机器人ROB中的臂部的操作，从而向上移动机器人手100(步骤S312)。根据本实施例，由于机器人手1000在其中手指101和102松弛的状态下向上移动，因此可以防止缓冲材料CSN的滑动和存储物体OBJ的提升。

随后，控制器CON确定计数器值i是否等于量n(步骤S313)。如果计数器值i不等于量n(S313：否)，则控制器CON将处理返回到步骤S303，以连续地执行将剩余物体OBJ存储在存储箱SB中的操作。另一方面，如果计数器值i等于量n(S313：是)，则控制器CON结束该流程图中的处理。

图21是描绘滚动运动的操作过程的流程图。控制器CON从待被存储的物体OBJ的垂直平面上的角度θ中减去Δθ(步骤S321)。注意的是，Δθ是可以取决于物体OBJ而适当地设置的角度的变化量，并且被假设为之前被存储在诸如存储器等的存储设备(未示出)中。

接下来，控制器CON计算物体OBJ的目标位置(步骤S322)。在其中当计数器值为i时物体OBJ的三维坐标为(X_i，Y_i，Z_i)的情况下，控制器CON可以例如根据以下算法表达式计算目标位置的坐标(X，Y，Z)。

X＝X _i +((r_{A i} +r_{B i} )×cosθ _i -r_{B i} ×cos((r_{A i} +r_{B i} )/r_{B i} )×θ _i )×cosα _i ,

Y＝Y _i +((r_{A i} +r_{B i} )×cosθ _i -r_{B i} ×cos((r_{A i} +r_{B i} )/r_{B i} )×θ _i )×sinα _i ,

Z＝Z _i +((r_{A i} +r_{B i} )×sinθ _i -r_{B i} ×sin((r_{A i} +r_{B i} )/r_{B i} )×θ _i ).

然后，控制器CON通过向机器人ROB提供控制条件来控制包含在机器人ROB中的臂部的操作，并且移动机器人手1000使得被抓物体OBJ的中心坐标与坐标(X，Y，Z)匹配(步骤S323)。注意的是，可以采用已知的控制方法对臂部进行操作控制，以将机器人手1000移动到特定位置。

随后，控制器CON确定物体OBJ的垂直平面上的角度θ是否等于或小于0(步骤S324)。如果物体OBJ的垂直平面上的角度θ大于0(S324：否)，则控制器CON将处理返回到步骤S321并继续移动物体OBJ，因为它确定存储尚未完成。此外，如果物体OBJ的垂直平面上的角度θ等于或小于0(S324：是)，则控制器CON结束该流程图中的处理，因为它确定存储已经完成。

注意的是，在图19所示的流程图中，滚动存储被配置为应用到待被存储在存储箱SB中的所有物体，但是如果在存储箱SB内确保了足够的空间，则可以通过平移机器人手1000将物体OBJ存储在预定的存储位置中。

图22是图示存储顺序的说明图。当十五个物体OBJ1-OBJ15被存储在存储箱SB中时，假设是按以下顺序，即，连续存储物体OBJ1、物体OBJ2、物体OBJ3、...、物体OBJ15的过程。当物体OBJ1被存储在存储箱SB中时，由于存储箱SB中不存在其它物体OBJ2-OBJ15，因此可以确保足够的空间。在这种情况下，例如，通过在不应用滚动存储的情况下在附图中的空心箭头所指示的方向上在存储箱SB内部平移机器人手1000，可以将物体OBJ1存储在预定的存储位置。这也适用于物体OBJ2-OBJ4和OBJ6-OBJ9中的每一个，并且这些物体中的每一个可以仅通过平移机器人手1000而被存储在预定的存储位置中。

同时，在其中物体OBJ5或物体OBJ10-OBJ15中的每一个被存储在存储箱SB中的情况下，不能确保允许平移的足够的空间，因此需要滚动存储。例如，在其中在已经存储物体OBJ1-OBJ12的状态下新存储物体OBJ13的情况下，物体OBJ13在附图中所示的空心箭头指示的方向上移动，并且在其中物体OBJ13在接触点S8和R12处与物体OBJ8和OBJ12接触的状态下执行滚动存储。这里，在其中连接物体OBJ1的中心O₁和物体OBJ2的中心O₂的水平面上的线段被视为X轴，并且连接物体OBJ1的中心O₁和物体OBJ6的中心O₆的水平面上的线段被视为Y轴的情况下，垂直于X轴和Y轴的轴是Z轴，连接物体OBJ1的中心O₁和物体OBJ13的中心O₁₃的水平面上的线段是α轴，并且由X轴和α轴形成的角度在上述算术表达式中是α。

这也适用于其中物体OBJ11-OBJ12和OBJ14-OBJ15中的每一个被存储在存储箱SB中的情况，并且在其中使物体OBJ与另一个存储物体OBJ在两个点(或一个点)处接触的状态下执行滚动存储，由此每个物体可以被存储在存储箱SB中，同时防止缓冲材料CSN脱落。

应该理解的是，这里公开的实施例在所有方面都是说明性的而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求限定，并且落入权利要求的含义和界限内的所有变化，或这些含义和界限的等同物旨在被权利要求所包含。

Claims (16)

1.一种手指机构，包括：

基部；以及

由基部支撑的多个手指部分，其中

每个手指部分包括：

第一骨构件；

第二骨构件，可旋转地连接到所述第一骨构件的一个端部；以及

成对的第三骨构件，每个第三骨构件可旋转地连接到所述第一骨构件的另一个端部和所述基部，并且所述成对的第三骨构件在所述第一骨构件和所述基部之间形成平行连杆机构。

2.如权利要求1所述的手指机构，还包括：

伸肌腱，安置在其中所述第二骨构件相对于所述第一骨构件延伸的一侧，并且沿着所述第二骨构件、所述第一骨构件和所述成对的第三骨构件中的一个延伸；

伸肌，连接到所述伸肌腱，并且伸展和屈曲所述伸肌腱；

屈肌腱，安置在其中所述第二骨构件相对于所述第一骨构件屈曲的一侧，并且沿着所述第二骨构件、所述第一骨构件和所述成对的第三骨构件中的另一个延伸；以及

屈肌，连接到所述屈肌腱，并且伸展和屈曲所述屈肌腱。

3.如权利要求2所述的手指机构，其中，

所述伸肌腱和所述屈肌腱是分别通过所述伸肌和所述屈肌的牵引力而被伸展的弹性体，

其中所述伸肌腱和所述屈肌腱的横截面积为A，杨氏模量为E，并且形变为ε，在所述伸肌腱和所述屈肌腱上引起的内部张力F由F＝A×E×ε给出，并且当所述伸肌腱和所述屈肌腱的每一个的自由长度和伸展量为L0和ΔL时，形变ε由ε＝ΔL/L0来表示。

4.如权利要求2所述的手指机构，其中，

所述伸肌腱和所述屈肌腱包括核心部分和保护所述核心部分的护套部分。

5.如权利要求4所述的手指机构，其中，

所述核心部分是具有0.5GPa至2.0GPa的杨氏模量的合成树脂纤维。

6.如权利要求2所述的手指机构，其中，

所述伸肌和所述屈肌是Mckibben气动致动器。

7.一种机器人手，包括：

如权利要求2所述的手指机构；

加压电磁阀和减压电磁阀，设置在供应路径的中途，以将压缩空气供应到包括在所述手指机构中的Mckibben气动致动器；以及

控制单元，控制所述加压电磁阀和所述减压电磁阀的打开和关闭，其中，

所述控制单元控制所述加压电磁阀和所述减压电磁阀的打开和关闭，并通过调节气动致动器中的气压来控制包括在所述手指机构中的伸肌和屈肌的收缩程度。

8.一种机器人手控制方法，其中所述机器人手包括：如权利要求2所述的手指机构；设置在供应路径的中途以将压缩空气供应到构成所述手指机构的伸肌和屈肌的Mckibben气动致动器的加压电磁阀和减压电磁阀；控制所述加压电磁阀和所述减压电磁阀的打开和关闭并且控制所述伸肌和所述屈肌的收缩程度的控制单元，所述方法包括：

执行所述加压电磁阀和所述减压电磁阀的打开和关闭的控制，以便由所述控制单元执行以下操作中的至少一个，

其中所述操作包括：

在抓握物体的操作之前，使包括在所述手指机构中的伸肌腱和屈肌腱的彼此牵引力拮抗的固定操作；

根据物体的形状抓握所述物体的自适应抓握操作；

保持抓握状态的保持操作；

释放所述保持操作的自适应释放操作；以及

松弛所述伸肌和所述屈肌的松弛操作。

9.如权利要求8所述的机器人手控制方法，其中，

当执行所述固定操作时，所述控制单元执行控制以对于构成所述伸肌和所述屈肌的气动致动器中的每个，打开所述加压电磁阀并关闭所述减压电磁阀。

10.如权利要求8所述的机器人手控制方法，其中，

当执行所述自适应抓握操作时，所述控制单元执行控制以对于构成所述伸肌的气动致动器，关闭所述加压电磁阀并打开所述减压电磁阀，以及执行控制以对于构成所述屈肌的气动致动器，打开所述加压电磁阀并关闭所述减压电磁阀。

11.如权利要求8所述的机器人手控制方法，其中，

当执行所述保持操作时，所述控制单元执行控制以对于构成所述伸肌和所述屈肌的气动致动器中的每个，关闭所述加压电磁阀和所述减压电磁阀。

12.如权利要求8所述的机器人手控制方法，其中，

当执行所述自适应释放操作时，所述控制单元执行控制以对于构成所述伸肌的气动致动器，打开所述加压电磁阀并关闭所述减压电磁阀，以及执行控制以对于构成所述屈肌的气动致动器，关闭所述加压电磁阀并打开所述减压电磁阀。

13.如权利要求8所述的机器人手控制方法，其中，

当执行所述松弛操作时，所述控制单元执行控制以对于构成所述伸肌和所述屈肌的气动致动器中的每个，关闭所述加压电磁阀并打开所述减压电磁阀。

14.如权利要求8所述的机器人手控制方法，其中，

当球形物体被所述机器人手保持并存储在存储部分中时，所述控制单元执行控制以移动由所述机器人手保持的所述球形物体，使得物体在已经被存储在所述存储部分中的存储物体的表面上滚动。

15.如权利要求14所述的机器人手控制方法，其中，

所述控制单元移动所述球形物体，使得所述球形物体上的与所述存储物体接触的点的轨迹形成外摆线曲线。

16.如权利要求15所述的机器人手控制方法，其中，

所述控制单元根据确定存储在所述存储部分中的物体的数量、存储位置和轨迹的参数移动所述球形物体。