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社団法人 電子情報通信学会 THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS 信学技報 IEICE TECHNICAL REPORT, HIP2005-61(2005-10) ヒューマン情報処理学会 「手」研究会(2005/10/20-21) [招待論文] 人型ロボットハンドの機構 －指先つまみ機能の実現まで－ ○川渕一郎† 星野 聖‡ †(株)テック・エキスパーツ 〒143-8564 東京都大田区大森西 4-15-5 ‡筑波大学大学院 〒305-8573 茨城県つくば市天王台 1-1-1 E-mail: †[email protected] , ‡[email protected] あらまし 人間の並みの外観，大きさ，質量，運動機能を有する人型ロボットハンドの開発を著者らは重ねて おり，指先つまみ機能の実現に至ったので，これまでの開発過程やその機構を解説する． キーワード ロボットハンド，つまみと把持，ロボット機構，自由度 Mechanisms of a Humanoid Robot Hand －History of Developing Artful Mechanisms to Achieve a Pinching Function－ Ichiro KAWABUCHI† 4-15-5 OHMORI-NISHI OHTA-KU TOKYO, 143-8564, JAPAN †TechExperts,Inc. ‡University of Tsukuba and Kiyoshi HOSHINO‡ 1-1-1 TENNOH-DAI TSUKUBA-SHI IBARAKI, 305-8573, JAPAN E-mail: †[email protected] , ‡[email protected] Abstract We have been developing a humanoid robot hand that is expected to acquire shape, size, mass and functions all equal to humans. In this proceeding, we explain the history of the developing to achieve a pinching function. Keyword humanoid robot hand, universal hand, pinching and grasping, robot mechanism, degree of freedom 1. 諸 言 著者らはその根源的理由を，実用的なアクチュエー タが回転式の電動モータに限られる点にあると考える． ヒューマノイドに対する期待には大きく分けて二 つの側面がある．一つは，一般的な生活環境や道具な ロボットハンドの運動性能の高さはおおよそモータの どへの高い適応性が求められる日常的な作業について， 数と出力に比例するから，その設計目標に人間並みの 例えば煩雑，危険なものを人間に代わってする実用的 運動性能を盛り込むと，現状のモータや減速機を用い 貢献であり，他方は，ヒューマノイドの開発を通して る 限 り ，ロ ボ ッ ト ハ ン ド は 大 き く 重 く な り 勝 ち で あ り ， 新規な機構や運動制御則を発明したり，さらには人間 ヒューマノイドがそれを保持することは困難となる． 自身の身体を伴う認知機能などを研究したりするため ハンドのみを小形軽量化するのが目的であれば，モ のテストベッドになる貢献である．機構の分野に限っ ータを腕や胴体へ内蔵し，ワイヤや油圧ホースなどを て云うが，いずれにしても，形状，大きさ，質量，運 用いてその動力をハンドへ伝達する方法が考えられる． 動範囲，出力および耐久性など全てが人間に等しいヒ しかし，手首内に多チャンネルの動力を通過させるこ ューマノイドを構築することが究極の開発目標である． とは，その周囲の機構が極端に複雑化し，システム全 と こ ろ が ，ホ ン ダ の ASIMOを 筆 頭 に ，多 く の 大 学 や 体としては小形軽量化に逆行したり，手首の運動角度 企業などにおいて精力的に研究開発されているヒュー を大きく削いだりする可能性が高い．さらに，動力伝 マ ノ イ ド (1 ) ～ ( 3 ) は ，人 間 全 身 の 形 状 や ，2 足歩行など全 達距離が長いことは，機構のガタや摩擦の増加，そし 身的な運動機能を模すことに主眼が置かれ，人間特有 て運動精度，効率およびバックドライバビリティの低 の手や指先を用いた細かな作業の実現は未だ見られな 下など，運動制御で問題となる要因を招き易い．バッ い．もちろん指先を用いた作業の重要性は一般的に認 クドライバビリティとは能動関節を外力によって受動 識されていることであり，人間の手の機能を高度に模 的に動かすことが出来る性能のことであり，外界との 擬する多くの人型ロボットハンドが開発されているが 接触を伴う力制御に極めて有用である．よって，極力 (4 ) ～ (1 0 ) ， 大 き さ や 重 さ に お い て 人 間 並 み の ヒ ュ ー マ ノ 全てのモータをハンドに内蔵する形式が現実的である イドとの結合はなされていない． と著者らは考える． -57- 以上より，人間並みのヒューマノイドへ適用可能な アプローチを採る．それには次のような理由がある． 大きさと質量であることを前提条件として，できるだ 諸言で述べたとおり，ヒューマノイドへの適用を大前 け多く，かつ出来るだけ高出力のモータを内蔵する観 提とする．さらに，人型ロボットハンドの研究開発は 点から，人型ロボットハンド機構の工夫を著者らは重 発展途上の分野なので，ユニークな方向性を提案し， ね て 来 た ． 本 稿 で は ， 著 者 ら が 2001 年 初 頭 か ら 段 階 試行錯誤することが極めて有意義であると考える． 的 に 発 展 さ せ て き た も の (以 後 ，“Universal_Hand_∗∗” 2.2. 基 礎 的 な要 求 仕 様 と 呼 ぶ )に つ い て 解 説 す る ． Universal_Hand へ の 基 礎 的 な 要 求 仕 様 を 整 理 す る ． ま ず 5 指 を 有 し ，人 間 と 同 様 の 全 体 形 状 で あ る こ と が 2. 基 礎 的 な 要 求 仕 様 と 機 構 構 成 必 須 で あ る ． 質 量 が 500g 以 下 ， 指 を 伸 ば し た 状 態 に Universal_Hand の 確 実 な 実 現 の た め に ， 基 礎 的 な お け る 掌 の 下 辺 か ら 中 指 先 端 ま で が 180mm 前 後 と な 要 求 仕 様 を 絞 り ，合 理 的 な 機 構 の 基 本 構 成 を 検 討 し た ． ることも同じく必須である．これは，日本人成人の平 2.1. 要 求 仕 様 の方 向 性 均 的 な 手 の 大 き さ に 相 当 す る ．な お ，質 量 に は モ ー タ ， 減速機などの機械要素，およびエンコーダなどの必須 一般的なロボットハンドの研究開発を概観すると， 要求仕様の設定の方向性が大きく四つに分けられ，そ センサ全てを含む．その上で，必要最小限の運動性能 れぞれに特化したものが開発されていると考えられる． (自 由 度 お よ び 運 動 可 動 域 )の 指 標 と し て ， 物 体 の 大 ま [方 向 性 1] 専 門 機 能 を 目 標 と す る か な 把 持 や ，ジ ャ ン ケ ン ，手 話 な ど の 実 現 を 要 求 す る ． これらの要求仕様をまとめて表 1 へ示す． 限定された機能へ最大限適応するように構築され ることから，構造や制御性が堅牢，かつ安定で実用的 表 1 基礎的な要求仕様 な運用が可能となる．工業用ロボットハンドや作業用 1. 人 間 と 同 様 の 全 体 形 状 ， 大 き さ お よ び 重 さ を 有 すること．掌の下辺から中指先端までの長さが 180 ㎜ 前 後 ， 質 量 が 500g 以 下 で あ る こ と ． 2. 物 体 の 大 ま か な 把 持 や ， ジ ャ ン ケ ン ， 手 話 な ど が可能であること． 具体的には，各指の屈伸機能，拇指を他の指と 向き合わせる対立機能，指同士の開閉（アブダ ク シ ョ ン abduction） 機 能 を 有 す る こ と ． その運動可動域が十分であり，例えば，5 指を 握り締めたり，拇指と他の 4 指それぞれの指先 と で ，輪 を 作 っ た り す る こ と が 可 能 で あ る こ と ． 3. 以 上 を 満 足 し た 上 で ， 出 き る 限 り 大 き な モ ー タ と，堅牢な減速機を内蔵すること．具体的な性 能の一例として，伸ばした状態の指 1 本が先端 で 発 揮 す る 力 は 500gf 以 上 が 望 ま れ る ． 4. さ ら に ， 掌 内 部 や 指 先 に ， 制 御 回 路 や 力 セ ン サ を埋めこむための空間を極力獲得すること． 義手が相当する．ただし，形状がヒューマノイドとし て異様であることや，汎用性が低い問題点を持つ．こ の 種 の 内 で 最 も 汎 用 性 の 高 い も の の 一 つ が Barrett社 (11) の も の で あ ろ う ． [方 向 性 2] 人 間 に 近 い 豊 か な 運 動 性 能 を 目 標 と す る 運動性能の豊かさが重視された研究用テストベッ ドが相当する．大きく重くなりがちである． [方 向 性 3] 人 間 に 近 い 形 状 と 大 き さ を 目 標 と す る 装 飾 用 義 手 や コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン 用 の も の (例 え ば ASIMO の 手 )が 相 当 す る ． 作 業 性 は ， 副 次 的 に 得 ら れ るもの以上には，強く求められない． [方 向 性 4] 人 工 筋 肉 の 発 展 を 目 標 と す る もし小型軽量なわりに発生力と変位が大きく，その 応答性と分解能が高く，さらに柔軟な直動アクチュエ ータが在れば，骨格模型にそれを筋肉のように取り付 2.3. 能 動 関 節 の数 と配 置 け る こ と (1 2 ) が ，人 間 に 似 た ロ ボ ッ ト ハ ン ド を 構 築 す る ロボットハンドの機構空間を最も非妥協的に占有 究極的な手法になることは論を待たない．そこで，そ のような人工筋肉を発展させることが試みられている． するのが，モータ，減速機およびエンコーダなどの必 人工筋肉の例には，記憶形状合金，空気圧人工筋，高 須 セ ン サ で あ る ． よ っ て ， Universal_Hand を 大 胆 に 分子アクチュエータなど多種ある．ただし，いずれも 小型軽量化するためには，それらの僅少化が必須であ 実用化にはまだ時間が掛かりそうである． る．そこで，要求仕様を満たしつつ最少となる能動関 さて，多くの人型ロボットハンドの研究開発におい 節の数と配置を検討する． て は ， [方 向 性 2]を 基 幹 と し て [方 向 性 3]の 特 徴 を 出 来 まず，拇指を除く 4 指の関節について述べる．4 指 る限りそれに加えるアプローチが一般的と思われる． そ れ ぞ れ に は ，三 つ の 関 節 (根 元 か ら MP 関 節 ，PIP 関 モータ，減速機や電装系などの技術要素が社会的な技 節 ，DIP 関 節 と 呼 ぶ )が あ る ．MP 関 節 は ，指 の 屈 伸 と 術 の 進 歩 と と も に 高 性 能 か つ 小 型 化 す る こ と で [方 向 ア ブ ダ ク シ ョ ン 機 能 の た め の 2 自 由 度 を 有 し ，他 の 二 性 3]の 特 徴 は 自 ず と 実 現 さ れ る と み な せ ば ，高 い 合 理 つは，指の屈伸のためのそれぞれ 1 自由度を有する． 性 を 持 つ ． 著 者 ら は そ れ に 対 抗 し て ， [方 向 性 3]を 基 人 間 の PIP 関 節 と DIP 関 節 は 通 常 連 動 す る か ら ， 多 幹 と し て [方 向 性 2]の 特 徴 を 出 来 る 限 り そ れ に 加 え る くのヒト型ロボットハンドにおいても，両者が一つの -58- モ ー タ で 連 動 さ れ て い る .著 者 ら は こ の 考 え 方 を 推 し 2.4. 指 の屈 伸 機 構 進 め て ， Universal_Hand で は 屈 伸 の た め に 3 関 節 全 拇指を除く 4 指の機構設計における大きな課題が， てを連動させる．弊害として，指先の方向を自由に制 二 つ の 回 転 軸 が 直 交 す る MP 関 節 周 り の 機 構 の 合 理 性 御できず，指先で物体をつまむことが困難となる問題 で あ る ．指 機 構 に モ ー タ と エ ン コ ー ダ を 内 蔵 す る か ら ， が生ずる．しかしながら，手の運動表現について要求 MP 関 節 に 少 な く と も 6 本 の 配 線 を 通 さ せ ね ば な ら な 仕様を満足するとみなして許容する． い．関節の大きな回転によって配線が突っ張らぬため 同様に，運動表現能力に大きな問題を与えないとい に ，配 線 の 経 路 が 2 軸 の 交 点 を 通 過 す る こ と が 理 想 で う 見 地 か ら ，ア ブ ダ ク シ ョ ン 機 能 も 全 指 で 1 自 由 度 と あ る ． そ こ で ， MP 関 節 に 駆 動 機 構 を 配 せ ず ， 2 軸 の する．さらに，人間のアブダクションの際に中指が掌 交 点 周 り は 配 線 通 過 用 の 空 間 と し て 空 け る ．代 わ り に ， に 対 し て あ ま り 動 か な い か ら ， Universal_Hand で は 2 軸の回転動力はワイヤやリンク機構で離れたところ それを掌に固定とする． から伝達される方式を提案する． 拇 指 に は ， 三 つ の 関 節 (根 元 か ら ， CM 関 節 ， MP 関 拇 指 を 除 く 4 指 の 内 部 構 造 を 図 2 に 示 す ． 符 号 nは 節 ，IP 関 節 と 呼 ぶ )が あ る ．人 間 の MP 関 節 と IP 関 節 指番号を意味する．4 指は同構造である．指を構成す は ， 通 常 連 動 す る か ら ， Universal_Hand で も そ う さ る 骨 部 を ， 根 元 か ら 中 手 節 骨 Metacarpal ， 基 節 骨 せ る ．人 間 の CM 関 節 は 2 自 由 度 以 上 を 有 す る 複 雑 な Proximal Phalanx， 中 節 骨 Middle Phalanx， 末 節 骨 鞍 関 節 Saddle Joint で あ る が ，そ の 形 式 を 小 さ な 機 構 Distal Phalanxと 呼 ぶ ． 内 蔵 で き る 限 り 大 き な モ ー タ で構成することは困難なので，二つの１自由度回転関 と し て ， エ ン コ ー ダ 付 き DCモ ー タ [Minimotor 節の組合せで実現する． 1516SR](最 大 出 力 :0.52W)を 基 節 骨 に 内 蔵 す る ． 減 速 (13) : 全 関 節 の 配 置 を ス ケ ル ト ン 図 1 に 示 す ．特 定 の 関 節 機 は J n,2 部 に 内 蔵 さ れ て そ の 関 節 を 駆 動 す る ．J n,2 部 を 示 す 場 合 は 本 図 中 の 記 号 を 用 い る こ と に す る ．な お ， に減速機を内蔵することは，次の三つの利点を持つ． J 1,4 は 第 3 段 階 の 形 式 Universal_Hand_03 に お い て 初めて付加されるものである．各モータに対応する能 動関節または関節群を整理して表 2 示す． 1 2 3 4 5 6 7 8 表 2 能動関節の一覧 能動関節または関節郡 記号 拇 指 CM(根 元 か ら 1 番 目 ) J 1,0 拇 指 CM(根 元 か ら 2 番 目 ) J 1,1 J 1,2 +J 1,3 拇 指 MP＋ IP J 2,1 +J 2,2 +J 2,3 示 指 MP＋ PIP＋ DIP J 3,1 +J 3,2 +J 3,3 中 指 MP＋ PIP＋ DIP J 4,1 +J 4,2 +J 4,3 薬 指 MP＋ PIP＋ DIP J 5,1 +J 5,2 +J 5,3 子 指 MP＋ PIP＋ DIP J 2,0 +J 4,0 +J 5,0 アブダクション 1. J n,2 は J n,1 に 次 い で 外 形 が 太 い た め ， 減 速 機 の 内蔵用空間が得られ易い． 2. J n,2 は 連 動 す る 3 関 節 の 中 間 な の で ， 前 後 の 被 駆 動関節への動力伝達経路が最短となり，ガタや剛 性低下の悪影響が生じにくい． 3. J n,2 は 連 動 す る 3 関 節 の 内 で 最 も 回 転 角 が 大 き い ので，被駆動関節への伝達機構が減速効果を発揮 する．よって，それらを強力かつ安定に駆動する のに有利である． 減速機はクラウンギアと 2 段の遊星歯車機構とした． 出来る限り大きなモータを内蔵するための最適な配 置はモータ軸を指の軸に対して平行とすることだか ら ，モ ー タ の 回 転 軸 と J n,2 軸 が 直 交 す る ．一 般 的 に 直交用の歯車機構は剛性が低くてガタが現われやす い ．そ こ で ，モー タ か ら見 た 1 段目 は 最も 負 荷 が低 いから，そこへクラウンギア機構を配して直交した 動 力 を 取 り 出 す ． 実 現 し た 減 速 比 は 1/350 で あ り ， 最 大 関 節 ト ル ク は 5.5[kgf-cm]以 上 と な る ． 図 1 スケルトン全体図 図 2 指の駆動機構 -59- 図 4 最大曲げ状態 図 5 連動リンク機構 図 3 ワイヤ・プーリ機構 動 力 伝 達 機 構 に ワ イ ヤ ･プ ー リ 機 構 を 採 用 し ， 指 の 側 面 に プ ー リ の 形 状 を 掘 り 込 ん で 構 成 す る (図 3)． そ の機構を指の側面に薄く配置したことで，指機構内部 の多くをセンサや電装系の内臓のために利用可能とな る．人間の指の曲がり具合に似るように，回転角の伝 達 比 率 を ，J n,2 か ら J n,1 に 対 し て 7/10，J n,2 か ら J n,3 に 対 し て 5/7 と し た ． 最 大 曲 げ 状 態 を 図 4 に 示 す ．充 分 な 可 動 域 を 実 現 す ることが分かる．また，減速機がスムースに回転する よ う ， 多 少 の バ ッ ク ラ ッ シ (ガ タ )を 与 え た の で ， 指 先 に 数 十 gf の 力 を 与 え る こ と で 軽 く 受 動 運 動 さ せ る こ と が 可 能 な バ ッ ク ド ラ イ バ ビ リ テ ィ を 実 現 し た ．な お ， 図 6 掌部の内部機構 人型ロボットハンドでは扱う力が比較的小さく，運動 の絶対精度の要求も低いから，ガタが小さい代わりに 関節が固いよりも，バックドライバビリティが高くて 力制御に適することの方が有利と考える． 紙幅の関係から省略するが，拇指の根元には，この 減速機を有する二つの能動関節を，コンパクトに配置 する．図 8 に示すように，拇指と小指の先端で輪を作 ることも可能な，充分な運動可動域を実現した． 2.5. アブダクション駆 動 機 構 J 2,0 ， J 4,0 ， J 5,0 の 連 動 機 構 と し て リ ン ク 機 構 を 採 図 7 Universal_Hand_02 用する．掌の甲側から見たそのリンク機構と運動可動 図 8 運動例 域 を 図 5 に 示 す ． 前 節 の ワ イ ヤ ･プ ー リ 機 構 と 同 じ 理 由 で ， モ ー タ で 駆 動 す る 関 節 を 中 間 の J 4,0 と す る ． 少ない歯車列の段数で大きな減速比を得るために， 図 6 に示すようにできる限り大きな半径の円弧歯車を 薬指に固定し，それを小歯車で駆動する．実現した減 速 比 は 1/400 で あ る ． ま た ， 円 弧 歯 車 の 半 径 の 距 離 を 有効に用いて，駆動用モータを掌の外縁に寄せること で，掌内空間の多くを電装系用空間として獲得する． 図 9 内部電装系 図 4 に示した各指を最大に曲げた状態においても， その指先と掌との間のクリアランスを確保してアブダ す る 第 1 段 階 の 形 式 と し て Universal_Hand_01 を 実 クション運動を独立に可能とする．薬指と小指を最大 現した．さらに，それが余裕のある内部空間を持つ結 限曲げていても示指と中指間の開閉が可能なので，じ 果となったので，モータ制御系およびアンプなど電装 ゃんけんのチョキなどの運動が自在である． 回 路 一 式 を 内 蔵 す る Universal_Hand_02 を 実 現 し た ． 以上の機構構成に基づき，基礎的な要求仕様を満足 そ の 全 体 像 お よ び 内 蔵 さ れ た 電 装 系 を 図 7～ 9 に 示 す ． -60- 3. 指 先 つ ま み 機 能 の 実 現 サや電装系用空間を保つために，ワイヤ・プーリ機構 基 礎 的 な 要 求 仕 様 (表 1)に お い て 指 先 で 物 を つ ま む を取り除いた場所へ微細な歯車列を薄く配置した．実 機能を求めなかった弊害は大きく，実用的作業を行わ 装 し た モ ー タ の 最 大 ト ル ク は 約 0.5Nmm と 非 常 に 小 せるには意外と物足りないものになってしまった．そ さ い が ，高 い 減 速 比 の 効 果 と ，末 節 骨 の 長 さ が 約 20mm こ で ，Universal_Hand_02 の 特 長 を 維 持 し つ つ ，指 先 と 短 い 効 果 の た め ， 最 大 の 指 先 力 は 約 2N と な り ， も つまみ機能の付加を検討した． のをつまむために充分な力が得られる． 3.1. 末 節 駆 動 機 構 の導 入 3.2. 指 先 つまみ機 能 と把 持 機 能 の両 立 法 末節駆動機構の発生トルクは小さいから，それのみ 全 関 節 の う ち の J n,0 ~J n,2 は 負 担 す べ き ト ル ク が 大 き い か ら ， そ の 駆 動 機 構 に は 前 記 し た 1/350の よ う に で は 強 い 指 先 力 を 発 揮 す る こ と が で き な い ． J n,3 の 可 大きな減速比を有する減速機が必須である．そして， 動回転範囲の端で機械的な当て止めを起こせば指先力 駆動機構の一般的特徴として発生トルクの分解能に限 が 支 え ら れ る の で ， J n,3 の 回 転 角 が そ の 位 置 に 限 ら れ 界があるから，発生力の大きなそれらの駆動機構を用 る欠点を許容する限り，末節駆動機構以外の能動関節 いてつまみ機能用の微小な指先力を安定に発揮させる が発揮する強いトルクを用いて把持の際に必要な強い こ と は 困 難 で あ る ． こ こ で J n,3 を 独 立 に 駆 動 す る 駆 動 指先力を発揮させることが可能である．この方法が指 機構を想像すれば，それは小さな末節骨の質量のみを 先つまみ機能と把持機能の単純な両立法であるが，せ 負担すればよいから必要なトルク容量が小さく，繊細 っかく存在する末節駆動機構の自由度と高い力制御機 な 指 先 力 の 発 生 が 比 較 的 容 易 で あ ろ う ． さ ら に J n,3 用 能が把持の際に無効となる欠点を持つ．そこで把持の の駆動機構から指先への力伝達ロスが零であることも 際も末節駆動機構の機能を生かす工夫を提案する． 新 し い 把 持 の 方 法 を 図 11に 示 す ．強 い 把 持 力 を 中 節 有 利 も あ る ． そ こ で ， J n,3 を 独 立 に 駆 動 す る 駆 動 機 構 (末 節 駆 動 機 構 と 呼 ぶ )を 付 加 す る こ と を 提 案 す る ． 骨や基節骨上の面で対象物に伝達させ，弱い把持力の 末節駆動機構は微小な力の制御性が特に優れなけ みを指先が伝達する．その弱いが柔軟な指先力には， ればならないから，高効率な平歯車のみからなる歯車 滑 り を 防 ぐ 大 き な 役 割 が 期 待 で き る ． こ こ で ， J n,3 の 列 を 採 用 す る ．モ ー タ の 回 転 軸 が J n,3 と 平 行 と な る よ 当て止めが生じぬように，その可動範囲において指先 うにそれを指へ内蔵するから，モータの長さは指の幅 が対象物から離れる方向の充分な余裕範囲を設けてお に制限される．そのような非常に小さいモータのトル く (図 10)． ま た 中 節 骨 や 基 節 骨 の 内 側 の 面 が 対 象 物 と クを出来る限り有効に生かすために，2 段の平歯車列 接触やすいようにその形状を整えておく． で 3/250 の 高 い 減 速 比 を 有 す る 駆 動 機 構 を 開 発 し た ． 3.3. 拇 指 ねじり機 構 の導 入 図 10 に 末 節 駆 動 機 構 の 構 造 を 示 す ． 指 機 構 内 の セ ン 人間の拇指の先と他の指先が対向して接触する場 合，両者間の接触部位は，拇指は指の腹であるが，他 の指は指の腹からずれた脇の位置になることが多い． 人間は各指先における運動と力の制御性能が高いから， その状態でも安定なつまみ機能を実現する．ところが 現状のモータ駆動機構では，人間と比べて大変低い運 動と力の制御性能しか期待できない．この問題を解消 するために導入された末節駆動機構は一方向の力制御 機能のみを発揮するから，その能力を最大限に生かす ためには，両指先の 末節駆動機構が生ず る指先力が正対する こと，すなわち両指 先の腹同士が正対し て物をつまめること が 望 ま し い ．そ こ で ， それを実現するため に，人間には無い拇 指のねじり機能を付 加することを提案す 図 11 安 定 な 把 持 方 法 図 10 末 節 駆 動 機 構 -61- る． [4] (Utah/MIT Hand) S.C.Jacobsen et al, "Design of the Utah/MIT Dextrous Hand", Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1986 [5] (NASA Robonaut) http://vesuvius.jsc.nasa.gov/ er_er/html/robonaut/robonaut.html [6] (DLR Hand) http://www.robotic.dlr.de/HAND/ [7] H.Kawasaki, T.Mouri and S.Ito, Toward Next Stage of Kinematic Humanoid Hand, Int. Symp. on Robotics with Applications, 2004 [8] I.Yamano and T.Maeno, Five-fingered Robot Hand using Ultrasonic Motors and Elastic Elements, Proc. ICRA, pp.2684-2689, 2005 [9] 長 谷 川 勉 「 , コンポーネントとしての多指ロボット ハ ン ド 」,日 本 ロ ボ ッ ト 学 会 誌 ,21-1,pp.25-26,2003 [10] 長 谷 川 勉 , 多 指 ロ ボ ッ ト ハ ン ド に よ る 器 用 な 操 作 -研 究 動 向 と 展 望 -,SICE シ ス テ ム イ ン テ グ レ ー シ ョ ン 部 門 学 術 講 演 会 (SI2004), 1H4-1,2004 [11](Barrett Hand) http://www.barrett.com/robot/ products/hand/handfram.htm [12]M.Vande Weghe1, et al, The ACT Hand: Design of the Skeletal Structure, IEEE Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp.3375-3379, 2004 [13](Minimotor) http://www.minimotor.ch/uk/ ね じ り 機 能 を 有 す る 拇 指 の 構 造 を 図 12 に 示 す ． 元 来一体であった基節骨を二分して，その間に新規な回 転 関 節 J 1,4 が 挿 入 さ れ て い る ．J 1,4 の 駆 動 機 構 を 極 力 小 型 に 構 成 す る た め に ，基 節 骨 1 お よ び 基 節 骨 2 に わ た っ て 内 蔵 さ れ て い た J 1,2 駆 動 用 モ ー タ の 円 筒 形 外 装 を J 1,4 の 回 転 軸 と し て 流 用 し た ． 以 上 の 付 加 的 機 構 を 有 す る 形 式 と し て Universal_ Hand_03を 実 現 し た ．図 13に 全 体 図 を 示 す ．全 質 量 は 約 480g， 全 自 由 度 は 15で あ る ． 5指 の 平 ら な 腹 を 広 く 対象物へ接触させることが出来るため，紙の様な薄い 対 象 や ，さ ら に 一 般 的 な ペ ン な ど を 安 定 に つ ま ん だ り ， 保 持 し た り す る こ と が 出 来 る (図 14,15)． 4. 結 言 本研究では，ヒューマノイドに適用可能な小形軽量 の人型ロボットハンドを実現するために，まず必要最 小限の運動機能を抽出して実装する方針を取り，初代 ロ ボ ッ ト ハ ン ド Universal_Hand_01 を 実 現 し た ． さ らに，その形式において掌部内に十分な空間が獲得さ れたので，そこにモータ制御系およびアンプが内蔵さ れ た 形 式 Universal_Hand_02 を 実 現 し た ． た だ し ， 最初に設定した要求仕様において指先で物をつまむ機 能を求めなかった弊害は意外と大きく，実用的作業を 行わせるには物足りないものになってしまった．そこ で最新型として，指先つまみ機能が付加された形式 Universal_Hand_03 (15 自 由 度 )を 実 現 し た ． 文 献 [1] (ASIMO) http://www.honda.co.jp/ASIMO/ [2] (HRP) http://www.kawada.co.jp/ams/promet/ index.html [3] (SARCOS) http://www.sarcos.com/telespec.dexhand.html 図 13 Universal_Hand_03 全 体 像 図 12 拇 指 の 節 構 成 図 14 カ ー ド つ ま み 状 態 -62- 図 15 ペ ン 保 持 状 態