手繋ぎの分類とハードウェア設計｜握り返し可能な分布触覚5指ハンド

概要

手繋ぎは、感情や意図を伝える心理的な役割と、誘導や身体補助といった物理的な役割を併せ持つ重要なコミュニケーション手段です。しかし従来の研究は特定の形態・状況における接触の質の再現に留まり、多様な手繋ぎ形態に適応できるハンドは実現されていませんでした。本研究では、人同士の手繋ぎを分類したうえで、それらすべてに握り返しで対応できる5指ロボットハンドを開発しました。

手繋ぎの分類と分析

• 画像調査：Google Custom Search APIで収集した120枚の手繋ぎ画像を分析し、24種類の形態を特定
• 代表形態の選定：出現頻度の上位6形態（5指掛け繋ぎ・貝殻繋ぎ・1指繋ぎ・両掴み繋ぎ・指包み繋ぎ・4指掛け繋ぎ）を抽出
• 拘束構造の分析：Iberallの対向様式分類（パッド対向・掌対向・側面対向）と手の局所座標系を用い、各形態がx, y, z軸方向の変位をどう幾何学的に拘束するかを整理
• 属性による傾向：親子間では体格差に適応した1指繋ぎ・4指掛け繋ぎが、恋人間では指包み繋ぎ・貝殻繋ぎが、友人間では強い把持力を要さない5指掛け繋ぎ・両掴み繋ぎが多く選ばれる傾向を確認

ハードウェア設計とセンシング

• 寸法・可動域の設計要件：各対向様式（パッド対向・掌対向・側面対向）の成立に必要な指長・手幅・可動域を、日本人の手の平均寸法から数式で導出
• 小型ワイヤ駆動ハンド：全アクチュエータを掌部に集約し、細身の指（幅10.2mm）と十分な指間幅（9.7mm）を両立。Shadow HandやSVH等の既存ハンドでは困難だった、指を深く交差させる「貝殻繋ぎ」を実現
• 32個の分布触覚柔軟外装：ウレタンゴム・感圧センサ・綿生地の層構造とし、6形態それぞれの接触部位（指側面・指腹・掌）を網羅
• 形態識別と自律的な握り返し：14名の被験者実験でチャンスレベルを有意に上回る識別性能を確認し、人型ロボット（Unitree G1）に装着した歩行実験で、接触形態の認識をトリガーとした自律的な握り返し動作を実証

関連論文（第一著者）

• 中根葵, 山口直也, 矢野倉伊織, 岡田慧: 手繋ぎのための握り返し可能な分布触覚5指ハンドの開発. 日本ロボット学会誌（早期公開）.