単純制御でさまざまな物をつかむロボットハンドの「からくり」を開発

2018-01-122024-09-16

―人間の手や指の微妙な構造を工学的に模倣した新構造―

―人間の手や指の微妙な構造を工学的に模倣した新構造―

2018-1-11 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構,ダブル技研株式会社,公立大学法人首都大学東京,東京都立産業技術高等専門学校

NEDOとダブル技研（株）、都立産業技術高専は、極めて単純な制御だけでさまざまな形状の物を安定的にかつ優しくつかむことができるロボットハンドの「からくり」の開発に成功しました。

人間の手や指の微妙な構造を工学的に模倣したからくりのような新構造によって、センサーやモーターといった電子部品やプログラム制御の複雑さを最小限にすることが可能なため、ロボットハンドの軽量化、耐久性向上、故障や事故の低減、省電力化が期待できます。

新構造を応用した3種類のロボットハンド「F-hand」、「New D-hand」、「オリガミハンド」はそれぞれ、農作業や物流、製造業、さらには医療・食品などの衛生分野、将来は宇宙や深海といった極限環境でロボットハンドを活用することなど、さまざまな用途展開が期待できます。

ダブル技研（株）は、今回開発した3種類のロボットハンドについて、1月17日から19日まで東京ビッグサイトで開催される「第2回ロボデックス」に出展します。

図1　イチゴをつかむロボットハンド「F-hand」と人間の手の比較

開発した3種類のロボットハンドの動画は

1．概要

NEDOは、政府の「ロボット新戦略（2014年度策定）」を受け、「次世代人工知能・ロボット中核技術開発（2015年度～2019年度）」を推進しています。このプロジェクトは、現在の人工知能・ロボット関連技術の延長上にとどまらない、人間の能力を超えることを狙った革新的な要素技術をターゲットとし、これまで人工知能・ロボットの導入を考えもつかなかった未開拓の分野で、新しい需要を創出することを狙いとしています。

ロボットにとって、果物や工具のように一つ一つの形や重さがバラバラで不定形な物などをつかむことは難しい課題です。従来、ロボットハンドでさまざまな形状の物をつかむには、指の一本一本や関節の一つ一つなどにセンサーやモーターなどを組み込み、それら多数の電子部品を制御する複雑なプログラムが必要とされていました。そのため、制御の難しさ、軽量化、耐久性向上、誤作動による故障や事故の低減、省電力化などが、産業利用上の課題とされていました。

そこで、NEDOとダブル技研株式会社、公立大学法人首都大学東京　東京都立産業技術高等専門学校　深谷直樹准教授らの研究メンバーは、極めて単純な制御だけでさまざまな形状の物を安定的にかつ優しくつかむことができるロボットハンドの「からくり」の開発に成功しました。からくりとは、電子制御に頼らずに望ましい動作や挙動を実現するための、機械装置の構造的な仕掛けです。今回、人間の手や指の微妙な構造を工学的に模倣したからくりのような新構造によって、モーターやセンサーなどの電子部品や、プログラム制御の複雑さを最小限にすることが可能なため、上記の課題を解決することができます。

新構造を応用した人間型5本指ロボットハンドの「F-hand」、産業用3本指の「New D-hand」、機械部品を一切使わずに紙だけで構成した「オリガミハンド」はそれぞれ、人間の手でしかできなかった農作業をロボット技術で代替することや、物流や製造業でより容易にロボット技術を導入すること、さらには医療や食品などの衛生分野や、将来は宇宙や深海といった極限環境でロボットハンドを活用することなど、さまざまな用途展開が期待できます。

なお、ダブル技研（株）は、今回開発した3種類のロボットハンドについて、1月17日から19日まで東京ビッグサイトで開催される「第2回ロボデックス」に出展します（小間番号：W2-48）。

2．3種類のロボットハンド

今回開発したからくりのような新構造を応用して、3種類のロボットハンドを開発しました（さらに詳しい仕様や動作写真は別紙）。

1）F-hand

可能な限り人間の手の構造や大きさを模倣した、人間型5本指のロボットハンド（図1、2）。イチゴやモモなどの柔らかい果物を傷つけずにつかむことや、電動ドリルなどの工具をしっかりと握ることができます。また、人間用のゴム手袋や耐熱手袋を使うことが可能であり、ロボットハンドの部品や構成を変更せずに、安価に多様な用途に対応することができます。

「F-hand」の動画は

こちらを参照

図2　F-hand

2）New D-hand

産業用のニーズが高い3本指のロボットハンド（図3）。F-handに比べて大きく重い商品や備品をつかむことができます。洗剤の詰め替え用パックのようにやわらかくて形状やサイズが多様な商品など、従来産業用ロボットハンドが苦手であった物を安定的にかつ優しくつかむことができます。多様な形状に対して、ロボットハンド側の部品を交換せずにつかむことができます。物流、製造業における搬送、組立、加工工程等の産業利用が見込まれています。

「New D-hand」の動画は

こちらを参照


New D-handの外観	液体封入パックを把持している様子
図3　New D-hand

3）オリガミハンド

軸や軸受けなどの機械部品を一切使わずに紙だけで構成したロボットハンド（図4）。使い捨てが容易なため医療・食品などの衛生分野や、軽さや構造の簡単さを生かして顕微鏡などの微小領域から宇宙や深海など極限環境など、将来の用途が期待できます。今後、強度やグリップ力を向上させていきます。

「オリガミハンド」の動画は

こちらを参照


オリガミハンドの外観（左：2指モデル　右：5指モデル）


紙コップをつまみ上げる様子	コロッケをつまみ上げる様子	拡大サイズのオリガミハンドで 500mlペットボトルをつまみ上げる様子

図4　オリガミハンド

3．今回開発した「からくり」

人間は指や関節一つ一つの位置や動作を意識せず、自然に果物や工具などの物をつかむことができます。これは脳神経的な知性に加えて、進化の結果として獲得された手や指の構造の仕掛けによって実現しています。人間の手や指の微妙な構造を分析することで、からくりのような新構造として工学的に模倣することに成功しました。

今回開発したからくりのような新構造によって、ロボットハンドも指や関節一つ一つの位置や動作を細かく制御せずに、手や指を連動させて対象物に自然になじませることができます。これによって、最小限の力で、安定的にかつ優しく物をつかむことを実現しました。

からくりのような新構造は、具体的には「協調リンク機構」と「指先なじみ機構」から構成されています。