JP2005088147A - ハンド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高負荷の荷重に十分対応できる単純な構成ながら、複雑な形状の物品を安定して把持することができるハンド装置を提供する。
【解決手段】 掌面１２を有するハンド基部１０と、ハンド基部１０に第１揺動軸１０１を介して揺動可能に支持される第１指部１００と、ハンド基部１０に第１揺動軸１０１と直交する軸まわりに第２揺動軸２０１を介して揺動可能に支持される第２指部２００と、第２指部２００に第２揺動軸２０１と平行な第３揺動軸３０１を介して揺動可能に支持される第３指部３００とを備える。これら指部１００，２００，３００を、個別にモータ１１１，２１１，３１１でそれぞれ駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロボット等に装備されるハンド装置に係り、特に、小型ながら高負荷の荷重に対応可能で、かつ、多用なパターンの把持あるいは握持動作を高精度で実現可能なハンド装置に関する。

産業用ロボットには各種作業を行わせるためのハンド装置が具備されており、そのハンド装置としては、グリッパ型が広く普及している。グリッパ型のハンド装置は、例えば、一対の平板を１軸あるいは平行な２軸に揺動自在に支持して開閉動作させる構成が挙げられ、一般には、高い強度を有し、高負荷に対応可能であり、単純な構成と相まって信頼性の面では高い評価を得ている。しかしながらグリッパ型では、構成が単純であるが故に、多様な作業への適用性に劣るという欠点があった。これは、単純作業（溶接、塗装、穴あけ、部品装着、物品移送等）に用いる場合においても、その作業や対象物品に応じた設計や、アタッチメントの付加あるいは交換等が必要となるからである。

そこで、把持する物体に制限が生じにくく多様な物体を把持することができるハンド装置として、いわゆるパワーグラスプハンドと呼ばれるものが提案されている（例えば特許文献１，２，３）。このハンド装置は、複数の多関節指を有し、これら指の指先で物体を掴んだり、指とともに掌に相当する部分を利用して物体を把持したりすることができるようになっており、物体の形状や姿勢にさほど影響を受けずに機能を発揮するとされている。また、より複雑な動作、すなわち人間の手に近い動作を行わせることを目的とした多指型ハンド装置も開発されており、このようなハンド装置は、人間を模したヒューマノイドロボット等に適用され、隣り合う指どうしの開閉動作（アブダクション）をも可能とした機構が提案されている（例えば特許文献４，５，６）。

特公平６−１０４３１０号公報 特開平１１−２４５１８７号公報 特許第２８４９０５６号公報 特開平８−１２６９８４号公報 特開２００１−２８７１８２号公報 特開２００３−１１７８７３号公報

パワーグラスプハンドによれば、単純な構成のグリッパ型と比較すると複雑な動作が可能であり、多指型ハンド装置に至っては、人間の手と同様の動作が高精度で可能とされている。しかしながら、それを実現する上では、指や関節等の可動部や、これら可動部を駆動させるためのリンク、ワイヤ、アクチュエータ等の操作子およびモータ等の駆動源からなる駆動系、そして、駆動を制御する制御系の点数増加ならびに複雑化を招来し、このため小型化も困難である。また、精緻な構成は高負荷への耐性の低下を促し、この点ではグリッパ型が有利と言える。

よって本発明は、グリッパ型のように高負荷の荷重に十分対応できる単純かつ小型化が可能な構成ながら、複雑な形状の物品を安定して把持することができるハンド装置を提供することを目的としている。

本発明は、掌面を有するハンド基部と、このハンド基部に、揺動可能に支持される第１指部と、ハンド基部に、第１指部の揺動軸と略直交する軸回りに揺動可能に支持される第２指部と、この第２指部に、該第２指部の揺動軸と略平行な軸回りに揺動可能に支持される第３指部と、第１指部、第２指部および第３指部をそれぞれ独自に揺動させる第１指部駆動手段、第２指部駆動手段および第３指部駆動手段とを備えることを特徴としている。

本発明では、第１〜第３指部を適宜に揺動させて開閉動作を行わせることにより、各指部の間や各指部とハンド基部の掌面との間に、物品を把持あるいは握持したり、引っ掛けたり、受けたりすることができる。以下は、それら動作パターンの例である。
ａ．第１指部を閉動作させて、第１指部と、第２指部および／または第３指部との間に物品を挟む。この動作では、第２指部や第３指部を適宜に開閉させる場合がある。
ｂ．第３指部を閉動作させて、第２指部と第３指部との間に物品を挟む。
ｃ．第２指部または第３指部を閉動作させて、第２指部および／または第３指部と、ハンド基部の掌面との間に物品を挟む。この動作では第３指部も閉動作させる場合がある。
ｄ．上記ｂ，ｃにおいて、第１指部を閉動作させて、物品を第１指部によっても挟む。
ｅ．第２指部および／または第３指部を閉動作させて、これら第２，第３指部と、第１指部との間に物品を挟む。
ｆ．第２指部と第３指部を適宜に開いて内面を上に向け、これらの上に物品を受ける。この動作では、第１指部が物品を受ける動作を補佐する場合がある。
以上は本発明のハンド装置で作業を行う場合の例であり、各指部の開閉動作や開閉角度は、物品の形状や大きさ、あるいは姿勢に応じたものとなる。
本発明では、３つの指部および関節に相当する揺動軸を基本構造とする単純な構成でありながらも、上記のような多様な動作パターンを実現可能としている。

本発明は、以下の態様を包含する。
（Ａ）第１指部の細部
１．第１指部は、ハンド基部の掌面側である内面と、この内面とは反対側の外面と、これら内面および外面に対する両側の側面とを、それぞれ作業面として備える。
２．第１指部の先端部が、ハンド基部の掌面側へ屈曲している。
３．第１指部駆動手段は、第１指部駆動源と、この第１指部駆動源の動力を第１指部に伝達する第１指部駆動伝達手段とを備え、この第１指部駆動伝達手段は、第１指部から第１指部駆動源への逆入力は遮断する。

（Ｂ）第２指部の細部
１．第２指部は、ハンド基部の掌面側である内面と、第１指部側および第１指部側とは反対側の両側の側面とを、それぞれ作業面として備える。
２．第２指部駆動手段は、第２指部駆動源と、この第２指部駆動源の動力を第２指部に伝達する第２指部駆動伝達手段とを備え、この第２指部駆動伝達手段は、第２指部から第２指部駆動源への逆入力は遮断する。
３．第２指部駆動伝達手段は、第２指部がハンド基部から離間する位置にあるほど、第２指部の揺動速度を速める第２指部リンク機構を備えている。
４．第２指部リンク機構により、第２指部がハンド基部に近接する位置にあるほど、第２指部の揺動トルクが大きくなる。
５．第２指部リンク機構は、第２指部にかかる衝撃、振動等の外力を緩和する緩衝手段を備えている。

（Ｃ）第３指部の細部
１．第３指部の先端部が、ハンド基部の掌面側へ屈曲している。
２．第３指部は、ハンド基部の掌面側である内面と、この内面とは反対側の外面と、これら内面および外面に対する両側の側面とを、それぞれ作業面として備える。
３．第３指部駆動手段は、第３指部駆動源と、この第３指部駆動源の動力を第３指部に伝達する第３指部駆動伝達手段とを備え、この第３指部駆動伝達手段は、第３指部から第３指部駆動源への逆入力は遮断する。
４．第３指部駆動伝達手段は、第３指部が、その揺動範囲の略中間部から第２指部に対して離間する位置にあるほど、第３指部の揺動速度を速める第３指部リンク機構を備えている。
５．第３指部リンク機構により、第３指部が、その揺動範囲の略中間部から第２指部に対して近接する位置にあるほど、第３指部の揺動トルクが大きくなる。
６．第３指部リンク機構は、第３指部にかかる衝撃、振動等の外力を緩和する緩衝手段を備えている。
７．第３指部駆動伝達手段は、直進運動によって第３指部リンク機構を作動させる作動子と、この作動子の先端部と第３指部リンク機構とを連結する連結部と、第３指部から第３指部リンク機構を経て連結部に伝わるモーメントを、連結部から受け、かつ作動子への伝達を遮断するモーメント受け面とを備える。

本発明によれば、指部および関節に相当する揺動軸がそれぞれ３つと少数であるから、構成が単純であり、したがって、剛性を高くすることができ、その結果、高負荷の荷重に十分対応することができるとともに、小型化が可能である。また、上記ａ〜ｆに例示したように多様な動作パターンが可能なので、複雑な形状の物品を安定して把持することができる。すなわち、グリッパ型のハンド装置とパワーグラスプハンドあるいは多指型のハンド装置のそれぞれの長所を兼ね備えており、産業用ロボットやヒューマノイドロボットのハンド装置として有望である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１および図２は、左右対称で同一の構成を有する左手側および右手側のハンド装置１Ｌ，１Ｒをそれぞれ示している。以下、左手側のハンド装置１Ｌにより本実施形態の構成を説明する。図３は、ハンド装置１Ｌの平面図、図４は側面図、図５は一部断面裏面図である。ハンド装置１Ｌは、ハンド基部１０、第１指部１００、第２指部２００および第３指部３００を主体として構成されており、以下、これらを順に説明する。なお、説明中、上下左右、前後といった方向は、図１〜図５に示す基本状態、すなわち甲（表面）側を上に向け、指部を前方に伸ばした状態に基づくものとする。

（Ａ）ハンド基部
ハンド装置１Ｌは、略直方体状のハンド基部１０を備えており、ハンド基部１０に設けられた円筒状のアタッチメント１１を介して、産業用ロボットやヒューマノイドロボット等のロボットのアームの先端に、アタッチメント１１の軸回りに回転可能に取り付けられる。ハンド基部１０は前面に掌面１２を有しており、また、一側面（身体的に内側の面）の下部にはハウジング１３が設けられている。

（Ｂ）第１指部
上記ハンド基部１０のハウジング１３には、上下方向に延びる第１揺動軸１０１を介して、親指に相当する第１指部１００が、所定の揺動角度範囲内で揺動可能に支持されている。第１指部１００の先端部は、ハンド基部１０の掌面１２側に適宜な角度で屈曲しており、この屈曲部１０２は、先端に向かうにしたがって幅が狭くなっている。また、第１指部１００は断面矩形状であり、断面の四辺をなす４つの面は、ハンド基部１０の掌面１２側に面する内面１０６と、この内面１０６とは反対側の外面１０５と、これら内面１０６および外面１０５に対する両側の上側側面１０４および下側側面１０３であり、これら４面がそれぞれ作業面とされている。

図５に示すように、第１指部１００は、ウォームホイール１０７を有する第１揺動軸１０１に固定されており、この第１揺動軸１０１は、ウォームホイール１０７およびウォーム１０８からなるウォームギヤ１０９と、減速ギヤ群１１０を介して、第１モータ１１１のピニオン１１１ａに連結されている。第１モータ１１１の動力は、減速ギヤ群１１０、ウォームギヤ１０９を経て第１揺動軸１０１に伝わり、これによって、第１指部１００は、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように水平方向に揺動する。この場合、ウォームホイール１０７が駆動側となって回転しようとしてもウォーム１０８は回転しないというウォームギヤの特性により、第１指部１００から第１モータ１１１への逆入力は遮断される。このため、第１モータ１１１には第１指部１００にかかる負荷が伝わらず、第１モータ１１１の負担が軽減する。第１揺動軸１０１およびウォーム１０８はハウジング１３に回転自在に支持されており、第１モータ１１１はハンド基部１０内に固定されている。この場合、ウォームギヤ１０９，減速ギヤ群１１０および第１モータ１１１により、第１指部１００の駆動手段が構成されている。

（Ｃ）第２指部
ハンド基部１０の前端上部には、左右方向に延びる（第１揺動軸１０１に直交する）第２揺動軸２０１を介して、第２指部２００が所定の揺動角度範囲内で揺動可能に支持されている。図４に示すように、第１指部１００と第２指部２００の各軸支部分は上下方向にオフセットされ、これによって第１指部１００と第２指部２００との間に物品を挟むスペースが形成される。第２指部２００は、ハンド基部１０と同程度の幅を有し、中間部で内側がへこむ鈍角の屈曲部２０２を有する側面視略Ｌ字のプレート状のものである。そして、ハンド基部１０の掌面１２側に面する内面２０３と、第１指部１００側および第１指部１００側とは反対側の両側の外側側面２０５および内側側面２０６が、それぞれ作業面として形成されている。また、図１および図３に示すように、この第２指部２００の基端部上面における第１指部１００寄り（右側）の部分には凹所２０７が形成され、この凹所２０７内に、第２指部２００を揺動させる第２モータ２１１が配設されている。

第２指部２００は、図７に示すように、第２指部リンク機構２２０を介してハンド基部１０に連結されている。この第２指部リンク機構２２０は、連結ピン２２３を介して、一端部どうしが互いに揺動可能に連結されたいずれも可動の第１リンク２２１および第２リンク２２２とからなる。第１リンク２２１の他端部は、固定軸２２４を介してハンド基部１０に揺動可能に取り付けられ、第１リンク２２１よりも長い（例えば、軸間距離が２倍程度）第２リンク２２２の他端部は、可動軸２２５を介して第２指部２００に揺動可能に取り付けられている。基本状態の図７（ａ）に示すように、連結ピン２２３、固定軸２２４および可動軸２２５は、第２揺動軸２０１と平行である。可動軸２２５は、第２揺動軸２０１よりも前方かつ上方の位置に配され、固定軸２２４は、第２揺動軸２０１よりも後方かつ上方の位置に配されている。可動軸２２５は第２揺動軸２０１に近接しているが、固定軸２２４は可動軸２２５と比べると第２揺動軸２０１からかなり離間している。図１に示すように、第１リンク２２１のハンド基部１０に対する軸支部分と、第２リンク２２２の第２指部２００に対する軸支部分は、それぞれ二股になっており、上記第２モータ２１１は、第２リンク２２２の二股の内部に配設されている。図７（ａ）に示す基本状態で、第２指部リンク機構２２０は、下側に若干屈曲している。

第２モータ２１１は、図示せぬピニオンが下方側に配置され、かつ軸線が前傾した姿勢とされ、その下端面には、図７に示すように、後ろ上がりに傾斜するケーシング２３０が固定されている。このケーシング２３０は、左右方向に延びるケーシング軸２３１を介してハンド基部１０に揺動可能に支持されており、ケーシング２３０内の後端部には、ケーシング２３０を貫通し、第２モータ２１１のピニオンと平行なスクリュー２３２が設けられている。このスクリュー２３２は、スプライン構造によって、回転不能、かつ軸方向には移動可能に支持されており、その軸方向の移動は、ケーシング２３０内に配され、回転可能、かつ軸方向には不動の状態にスクリュー２３２に装着された図示せぬナットが回転することによってなされる。このナットは、図示せぬウォームギヤを介して第２モータ２１１のピニオンに連結されている。スクリュー２３２の上端部は、第２指部リンク機構２２０の連結ピン２２３に揺動可能に連結されている。

第２モータ２１１の動力は、ウォームギヤを介してナットを回転させ、これによって、スクリュー２３２が進退する。図７（ａ）に示す基本状態から、スクリュー２３２が上方に進出すると、図７（ｂ）に示すように、連結ピン２２３が押し上げられて第２指部リンク機構２２０はさらに屈曲し、第２指部２００は、第２リンク２２２によって後方に引かれて第２揺動軸２０１を中心に開く方向に揺動する。一方、スクリュー２３２が下方に退行すると、図７（ｃ）に示すように、連結ピン２２３が引き下げられて第２指部リンク機構２２０は伸び、第２指部２００は、第２リンク２２２によって前方に押されて第２揺動軸２０１を中心に閉じる方向に揺動する。この場合、ナットおよびスクリュー２３２と、ナットと第２モータ２１１のピニオンを連結する図示せぬウォームギヤと、第２指部リンク機構２２０とにより、第２指部駆動伝達手段が構成されている。

上記第２指部リンク機構２２０によれば、スクリュー２３２のストローク（ナットと連結ピン２２３との間）と第２指部２００の回転角とは比例関係にあらず、図８（ａ）に示すように、スクリュー２３２のストロークが長くなるほど、ストロークの単位長さ当たりの回転角は大きくなるようになされている。したがって、第２指部２００が開いていくにしたがい、すなわち第２指部２００がハンド基部１０から離間する位置にあるほど、第２指部２００の揺動速度は速くなる。また、揺動トルクに関しては、図８（ｂ）に示すように、スクリュー２３２のストロークが短くなるほど、ストロークの単位長さ当たりのトルクは大きくなるようになされている。したがって、第２指部２００が閉じていくにしたがい、すなわち第２指部２００がハンド基部１０に近接する位置にあるほど、第２指部２００の揺動トルクは大きくなる。第２指部２００は開いた状態から閉じることにより物品を把持するので、このように揺動速度および揺動トルクが回転角に応じて変動するように設定されているということは、物品に対して速く、かつ弱いトルクで近づき、把持する際には、ゆっくりと、かつ強いトルクで把持する作用をなす。このため、物品を速やかに、かつ確実に把持することができる。

また、スクリュー２３２が駆動側となって進退しようとしてもナットは回転しないので、この特性により、第２指部２００から第２モータ２１１への逆入力は遮断される。このため、第２モータ２１１には第２指部２００にかかる負荷が伝わらず、第２モータ２１１の負担が軽減する。なお、第２リンク２２２の可動軸２２５に、第２指部２００との間に介在するゴムリング等を装着させると、第２指部２００にかかる衝撃、振動等の外力が緩和されるので好ましい。

（Ｄ）第３指部
図３および図４に示すように、第２指部２００の先端部には、第２揺動軸２０１と平行な第３揺動軸３０１を介して、第３指部３００が所定の揺動角度範囲内で揺動可能に支持されている。第３指部３００は、第２指部２００と同程度の幅を有し、先端部に内面（裏面）側に鈍角に屈曲する屈曲部３０２を有するプレート状のものである。そして、ハンド基部１０の掌面１２側に面する内面３０３と、この内面３０３とは反対側の外面３０４と、これら内面３０３および外面３０４に対する両側の外側側面３０５および内側側面３０６が、それぞれ作業面として形成されている。

第３指部３００は、図９および図１０に示すように、第３指部リンク機構３２０を介して第２指部２００に連結されている。この第３指部リンク機構３２０は、第３指部３００と一体で、この第３指部３００の後端面から後方かつ若干下方に延びる固定リンク３２１と、この固定リンク３２１の後端部に連結ピン３２３を介して一端部が揺動可能に連結された可動リンク３２２とからなる。可動リンク３２２は後方に延ばされ、後端部が可動軸３２５を介して、後述するスクリュー（作動子）３３２が一体に形成されたフック（連結部）３３４内に、揺動可能に支持されている。可動軸３２５は、図１１に示すように、両端部が、スライダ３４０に回転可能に挿入されている。これらスライダ３４０は、第２指部２００に形成された下方のスライド面２４０（モーメント受け面）と、第２指部２００に固定された上方のスライドガイド２４１との間に、前後方向に摺動自在に挟まれている。また、可動軸３２５は、ゴムリング（緩衝手段）３２６を介して可動リンク３２２に挿入されている。図１および図１１に示すように、第３指部リンク機構３２０およびフック３３４は、第２指部２００における外寄り（第１指部１００とは反対寄り）に形成された凹所２０８内に配設されている。図９（ａ）に示す基本状態で、連結ピン３２３は、第３揺動軸３０１よりも若干後方かつ上方の位置に配され、可動軸３２５は第３揺動軸３０１からほぼ水平方向後方の位置に配されており、第３指部リンク機構３２０は、若干前上がりの状態でほぼ真っ直ぐに伸びている。

図１および図３に示すように、第２指部２００の上記凹所２０８の後方には、仕切り壁部２０９を挟んで凹所２１０が形成されている。この凹所２１０は、第２モータ２１１が配設されている凹所２０７の側方に形成されており、この凹所２１０に、第３モータ３１１が配設されている。この第３モータ３１１は、図示せぬピニオンが水平方向前方に向けられた状態で、ケーシング３３０を介して仕切り壁部２０９に固定されている。このケーシング３３０には、図１０に示すように、ケーシング３３０および仕切り壁部２０９を貫通し、第３モータ３１１のピニオンと平行で、上記フック３３４から後方に延びて一体に形成されたスクリュー３３２が装着されている。スクリュー３３２は、スプライン構造によって、回転不能、かつ軸方向には移動可能に支持されており、その軸方向の移動は、ケーシング３３０内に配され、回転可能、かつ軸方向には不動の状態にスクリュー３３２に装着されたナット３３３が回転することによってなされる。ナット３３３は、ウォームギヤを介して第３モータ３１１のピニオンに連結されている。ナット３３３には、このウォームギヤを構成するウォームホイール３０７が一体に形成されている。スクリュー３３２の進退に伴い、フック３３４は上記スライド面２４０およびスライドガイド２４１との間において前後方向に摺動する。すなわち、スライド面２４０およびスライドガイド２４１は、フック３３４およびスクリュー３３２の移動をガイドする。

第３モータ３１１の動力は、ウォームギヤを介してナット３３３を回転させ、これによって、スクリュー３３２が進退する。図９（ａ）および図１０に示す基本状態では、第３指部３００は最も開いた状態であり、この状態から、スクリュー３３２が前方に進出すると、図９（ｂ）に示すように、可動軸３２５が前方に押されて可動リンク３２２が立ち上がり、第３指部リンク機構３２０が屈曲して第３指部３００は第３揺動軸３０１を中心に閉じる方向に揺動する。図９（ｂ）は、第３指部３００に設定される把持位置であり、この状態から、さらにスクリュー３３２が進出すると、連結ピン３２３が前方に押され、図９（ｃ）に示す最も閉じる位置、すなわち握持位置まで第３指部３００は揺動する。図９（ｃ）の状態からスクリュー３３２が後方に退行すると、上記と逆の作用によって第３指部３００は開く方向に揺動する。この場合、ナット３３３、フック３３４を備えたスクリュー３３２と、ナット３３３と第３モータ３１１のピニオンを連結するウォームギヤと、第３指部リンク機構３２０と、フック３３４をガイドするスライド面２４０およびスライドガイド２４１により、第３指部駆動伝達手段が構成されている。

上記第３指部リンク機構３２０によれば、スクリュー３３２のストローク（ナット３３３とフック３３４との間）と第３指部３００の回転角とは比例関係にあらず、図８（ｃ）に示すように、スクリュー３３２の最短側のストローク端から、ほぼ中間のストロークまでは、それ以降のストロークよりも回転角が大きくなるようになされている。すなわち、第３指部３００が、その揺動範囲の略中間部から第２指部２００に対して離間する位置にあるほど、第３指部３００の揺動速度は速くなるように設定されている。この場合、具体的には、図９に示すように、第３指部リンク機構３２０の連結ピン３２３の移動軌跡において、第３揺動軸３０１を通る鉛直線上を境（中間部）として第３指部３００の揺動速度は変位し、この鉛直線上よりも連結ピン３２３が第２指部２００側にある範囲で、第３指部３００が開いていくほど、その揺動速度は速くなる。また、揺動トルクに関しては、図８（ｄ）に示すように、最短側のストローク端から、ほぼ中間のストロークまでは揺動トルクは大きくなるが、この中間ストロークから最長側のストローク端までは、揺動トルクは逆に小さくなるようになされている。すなわち、第３指部３００が、その揺動範囲の略中間部から第２指部２００に対して近接する位置にあるほど、第３指部３００の揺動トルクは小さくなるように設定されている。具体的には、揺動トルクの変位点は、上記揺動速度の変位点と同様、つまり連結ピン３２３の移動軌跡における第３揺動軸３０１を通る鉛直線上の通過点であり、この変位点を境として、第３指部３００の揺動トルクは上記のように変位する。

第３指部３００は開いた状態から閉じることにより物品を把持するが、上記のように揺動速度および揺動トルクが回転角に応じて変動するように設定されているということは、物品に対して速く近づきながら、把持する際にはゆっくりと把持し、また、揺動範囲の中間部で、最も強いトルクで把持する作用をなす。

また、スクリュー３３２が駆動側となって進退しようとしてもナット３３３は回転しないので、この特性により、第３指部３００から第３モータ３１１への逆入力は遮断される。このため、第３モータ３１１には第３指部３００にかかる負荷が伝わらず、第３モータ３１１の負担が軽減する。また、可動軸３２５はゴムリング３２６を介して可動リンク３２２に挿入されているので、第３指部３００にかかる衝撃、振動等の外力が、そのゴムリング３２６によって吸収、緩和される。さらに、第３指部３００が物品を把持した際には、反力によって第３指部３００が開く方向へのモーメントが生じるが、このモーメントは、第３指部リンク機構３２０を経てスライダ３４０を下方に押す応力に変換される。この時、スライダ３４０はスライド面２４０で受けられ、スクリュー３３２には伝わらないため、スクリュー３３２の変形が防止される。

以上がハンド装置１Ｌの構成であり、第１指部１００、第２指部２００、第３指部３００を適宜に開閉させて、物品を把持したり握持したり、あるいはその他の動作が行われる。図１２（ａ），（ｂ）は、各指部１００，２００，３００が最も開いた状態、閉じた状態をそれぞれ示している。また、図１３（ａ），（ｂ）は、ハンド装置１Ｒの各指部１００，２００，３００が最も開いた状態、閉じた状態をそれぞれ示している。

（Ｅ）動作パターン
次に、このハンド装置１Ｌ（１Ｒ）の具体的な動作パターンを例示する。
ａ．第１指部１００を閉動作させて、第１指部１００と、第２指部２００および／または第３指部３００との間に物品を挟んで把持する。この動作では、第２指部２００や第３指部３００を適宜に開閉させる動作を組み合わせて物品を挟む場合もある。
ａ−１．図１４（ａ）に示すように、第１指部１００の先端と、第２指部２００および第３指部３００の内側側面２０６，３０６との間に棒状の物品Ｗを挟み、第１指部１００の閉動作によってその物品Ｗを把持する。
ａ−２．図１４（ｂ）に示すように、第１指部１００の屈曲部１０２と、第２指部２００の内側側面２０６との間に棒状の物品Ｗを挟み、第１指部１００の閉動作によってその物品Ｗを把持する。
ａ−３．図１４（ｃ）に示すように、第１指部１００の先端と、第３指部３００の内側側面３０６との間に小さなボール状の物品Ｗを挟み、第１指部１００の閉動作によってその物品Ｗを把持する。

ｂ．第３指部３００を閉動作させて、第２指部２００と第３指部３００とにより、物品を把持あるいは握持したり、物品を引っ掛けたりする。
ｂ−１．図１５に示すように、第３指部３００を閉じて屈曲部３０２に物品Ｗの取っ手を引っ掛けてぶら下げる。
ｂ−２．図１６に示すように、第３指部３００を閉じて第２指部２００との間に梯子Ｈの横棒を掴み、第３指部３００の開閉を順次行って梯子Ｈを昇降する。

ｃ．第２指部２００または第３指部３００を閉動作させて、第２指部２００および／または第３指部３００と、ハンド基部１０の掌面１２とにより、物品を把持したり握持したりする。この動作では、第３指部３００も閉動作させる場合がある。
ｃ−１．図１７に示すように、第２指部２００および第３指部３００の内面２０３，３０３と、ハンド基部１０の掌面１２との間にパイプ状の物品Ｗを挟み、第３指部３００の閉動作によってその物品Ｗを握持する。

ｄ．上記ｂ，ｃにおいて、第１指部１００を閉動作させて、物品を第１指部１００によっても挟む。
ｄ−１．図１６で示した上記ｂ−２において、梯子Ｈの横棒を第１指部１００によっても挟む。
ｄ−２．図１８（ａ）に示すように、第１指部１００の内面１０６と、第３指部３００の内面３０３における内側側面３０６寄りとの間にボール状の物品Ｗを挟み、第１指部１００と第３指部３００の閉動作でその物品Ｗを挟む。
ｄ−３．図１８（ｂ）に示すように、第１指部１００の内面１０６と、第２指部２００および第３指部３００の内面２０３，３０３とでボール状の物品Ｗを挟み、これら指部１００，２００の閉動作でその物品Ｗを掴む。
ｄ−４．図１８（ｃ）に示すように、左右一対のハンド装置１Ｌ，１Ｒにより、直方体状の物品Ｗを掴む。この場合、第１指部１００および第３指部３００の屈曲部１０２，３０２が物品Ｗを引っ掛けて保持し、これら指部１００，３００の閉動作で物品を掴む。

ｅ．第２指部２００および／または第３指部３００を閉動作させて、これら第２，第３指部３００と、第１指部１００との間に物品を挟む。
ｅ−１．図１９に示すように、左右一対のハンド装置１Ｌ，１Ｒにより、プレート状の物品Ｗを掴む。この場合、第２指部２００および第３指部３００を開いて内面２０３，３０３を上に向け、これら指部２００，３００と第１指部１００との間に物品Ｗを挟み、第２指部２００および／または第３指部３００を閉動作させる。

ｆ．適宜に開いて裏面を上方に向けた第２指部２００および第３指部３００の上に、物品を受ける。この動作では、第１指部１００が物品を受ける動作を補佐する場合がある。
ｆ−１．図２０に示すように、開いた状態で上に向けた第２指部２００および第３指部３００の内面２０３，３０３に直方体状の物品Ｗを受ける。
ｆ−２．図２１に示すように、左右一対のハンド装置１Ｌ，１Ｒにより、開いた状態で上に向けた第２指部２００および第３指部３００の内面２０３，３０３に直方体状の物品Ｗを受け、第１指部１００によって物品Ｗの側面を支持する。
ｆ−３．図２２に示すように、卵型の物品Ｗを左手側のハンド装置１Ｌで受けるとともに、右手側のハンド装置１Ｒで物品Ｗを側方から支持する。この場合、双方の第１指部１００の先端を物品Ｗに当てて倒れを防いでいる。

上記ａ〜ｆ以外には、図２３に示すように、開いた第１〜第３指部１００，２００，３００とハンド基部１０の掌面１２の下端エッジ部で物品を押さえたりすることができる。また、図２４に示すように、第１指部１００および第３指部３００を閉じて握った状態とし、第３指部３００の外面３０４で物品を押す。さらに、押す動作とは逆に、図２５に示すように、開いた第３指部３００の先端部に引き出しＤの取っ手を引っ掛け、引き出しＤを開ける動作を行うことができる。

以上は本実施形態のハンド装置１Ｌ（１Ｒ）で作業を行う場合の例であり、各指部１００，２００，３００の開閉動作や開閉角度は、物品の形状や大きさ、あるいは姿勢に応じたものとなる。本実施形態のハンド装置１Ｌ（１Ｒ）では、このように３つの指部１００，２００，３００および関節に相当する各揺動軸１０１，２０１，３０１を基本構造とする単純な構成でありながらも、上記のような多様な動作パターンが実現可能である。

本発明の実施形態に係る左手側のハンド装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係る右手側のハンド装置の斜視図である。 ハンド装置の平面図である。 ハンド装置の側面図である。 図４のV−V線矢視断面図である。 （ａ）第１指部を最も開いた状態のハンド装置の一部断面裏面図、（ｂ）第１指部を最も閉じた状態のハンド装置の一部断面裏面図である。 第２指部の構成ならびに作用を示す側面図である。 第２指部リンク機構の（ａ）スクリューのストロークと回転角との関係を示す線図、（ｂ）スクリューのストロークと揺動トルクとの関係を示す線図、第３指部リンク機構の（ｃ）スクリューのストロークと回転角との関係を示す線図、（ｄ）スクリューのストロークと揺動トルクとの関係を示す線図である。 第３指部の構成ならびに作用を示す側面図である。 図３のX−X線矢視断面図である。 図１０のXI−XI線矢視断面図である。 左手側のハンド装置の（ａ）開いた状態の斜視図、（ｂ）閉じた状態の斜視図である。 右手側のハンド装置の（ａ）開いた状態の斜視図、（ｂ）閉じた状態の斜視図である。 物品を把持する動作パターンの例を示す斜視図である。 物品を引っ掛けて持つ動作パターンの例を示す斜視図である。 梯子を昇降する動作パターンの例を示す斜視図である。 物品を握持する動作パターンの例を示す斜視図である。 物品を把持する動作パターンの他の例を示す斜視図である。 物品を把持する動作パターンのさらに他の例を示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 物品を受ける動作パターンの例を示す斜視図である。 物品を受ける動作パターンの他の例を示す斜視図である。 物品を受ける動作パターンのさらに他の例を示す斜視図である。 物品を押さえる動作パターンの例を示す斜視図である。 物品を押す動作パターンの例を示す斜視図である。 引き出しを開ける動作パターンの例を示す斜視図である。

符号の説明

１Ｌ，１Ｒ…ハンド装置
１０…ハンド基部
１２…掌面
１００…第１指部
１０１，２０１，３０１…揺動軸
１０２，２０２，３０２…屈曲部
１０３，１０４，２０５，２０６，３０５，３０６…側面
１０５，３０４…外面
１０６，２０３，３０３…内面
１１１…第１モータ
２００…第２指部
２１１…第２モータ
２２０…第２指部リンク機構
２４０…スライド面（モーメント受け面）
３００…第３指部
３１１…第３モータ
３２０…第３指部リンク機構
３２６…ゴムリング（緩衝手段）
２３２，３３２…スクリュー（作動子）
３３４…フック（連結部）

Claims (16)

1. 掌面を有するハンド基部と、
   このハンド基部に、揺動可能に支持される第１指部と、
   前記ハンド基部に、前記第１指部の揺動軸と略直交する軸回りに揺動可能に支持される第２指部と、
   この第２指部に、該第２指部の揺動軸と略平行な軸回りに揺動可能に支持される第３指部と、
   前記第１指部、第２指部および第３指部をそれぞれ独自に揺動させる第１指部駆動手段、第２指部駆動手段および第３指部駆動手段と
   を備えることを特徴とするハンド装置。
2. 前記第１指部は、前記ハンド基部の前記掌面側である内面と、この内面とは反対側の外面と、これら内面および外面に対する両側の側面とを、それぞれ作業面として備えることを特徴とする請求項１に記載のハンド装置。
3. 前記第１指部の先端部が、前記ハンド基部の前記掌面側へ屈曲していることを特徴とする請求項１または２に記載のハンド装置。
4. 前記第１指部駆動手段は、第１指部駆動源と、この第１指部駆動源の動力を第１指部に伝達する第１指部駆動伝達手段とを備え、この第１指部駆動伝達手段は、第１指部から第１指部駆動源への逆入力は遮断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハンド装置。
5. 前記第２指部は、前記ハンド基部の前記掌面側である内面と、前記第１指部側および第１指部側とは反対側の両側の側面とを、それぞれ作業面として備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハンド装置。
6. 前記第２指部駆動手段は、第２指部駆動源と、この第２指部駆動源の動力を第２指部に伝達する第２指部駆動伝達手段とを備え、この第２指部駆動伝達手段は、第２指部から第２指部駆動源への逆入力は遮断することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のハンド装置。
7. 前記第２指部駆動伝達手段は、前記第２指部が前記ハンド基部から離間する位置にあるほど、第２指部の揺動速度を速める第２指部リンク機構を備えていることを特徴とする請求項６に記載のハンド装置。
8. 前記第２指部リンク機構により、前記第２指部が前記ハンド基部に近接する位置にあるほど、第２指部の揺動トルクが大きくなることを特徴とする請求項７に記載のハンド装置。
9. 前記第２指部リンク機構は、前記第２指部にかかる衝撃、振動等の外力を緩和する緩衝手段を備えていることを特徴とする請求項７または８に記載のハンド装置。
10. 前記第３指部の先端部が、前記ハンド基部の前記掌面側へ屈曲していることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のハンド装置。
11. 前記第３指部は、前記ハンド基部の前記掌面側である内面と、この内面とは反対側の外面と、これら内面および外面に対する両側の側面とを、それぞれ作業面として備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のハンド装置。
12. 前記第３指部駆動手段は、第３指部駆動源と、この第３指部駆動源の動力を第３指部に伝達する第３指部駆動伝達手段とを備え、この第３指部駆動伝達手段は、第３指部から第３指部駆動源への逆入力は遮断することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のハンド装置。
13. 前記第３指部駆動伝達手段は、前記第３指部が、その揺動範囲の略中間部から前記第２指部に対して離間する位置にあるほど、第３指部の揺動速度を速める第３指部リンク機構を備えていることを特徴とする請求項１２に記載のハンド装置。
14. 前記第３指部リンク機構により、前記第３指部が、その揺動範囲の略中間部から前記第２指部に対して近接する位置にあるほど、第３指部の揺動トルクが小さくなることを特徴とする請求項１３に記載のハンド装置。
15. 前記第３指部リンク機構は、前記第３指部にかかる衝撃、振動等の外力を緩和する緩衝手段を備えていることを特徴とする請求項１３または１４に記載のハンド装置。
16. 前記第３指部駆動伝達手段は、直進運動によって前記第３指部リンク機構を作動させる作動子と、この作動子の先端部と第３指部リンク機構とを連結する連結部と、前記第３指部から第３指部リンク機構を経て連結部に伝わるモーメントを、連結部から受け、かつ作動子への伝達を遮断するモーメント受け面とを備えることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のハンド装置。
    

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