(57)【要約】  マスタ装置の装着者が、マスタ装置を装着した手指の関節を屈曲状態又は伸展状態にすると、制御装置が、関節の屈曲角度を反映した第２検出値（ＤＭ２j，ＤＭ３j）をマスタ装置から受ける。また、制御装置は、関節運動アシスト装置の磁気センサ（４３２j）から送られた第１検出値（ＤＡ２j）、及び、磁気センサ（４３３j）から送られた第１検出値ＤＡ３j）を受ける。そして、制御装置は、第２検出値（ＤＭ２j）と第１検出値（ＤＡ２j）との差の絶対値が所定値以下となるように、ベローズ（３４２j）内の空気圧を変化させる。また、制御装置は、第２検出値（ＤＭ３j）と第１検出値（ＤＡ３j）との差の絶対値が所定値以下となるように、ベローズ（３４３j）内の空気圧を変化させる。この結果、マスタ装置を装着した手指の動きを関節運動アシスト装置がトレースする。このため、関節運動を適切にアシストすることができる。
2017110453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１対象物の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムであって、
前記第１対象物に装着されるスレーブ装置と；
前記第１対象物と合同対称性、相似対称性及び左右対称性のいずれかの対称性を有する構造の第２対象物に装着されるマスタ装置と；
前記第２対象物における関節運動に対応する関節運動を前記第１対象物が行うように制御する制御装置と；を備え、
前記スレーブ装置は、
アシストすべき関節運動ごとに用意され、前記関節運動をアシストする力を発生させる少なくとも１つの伸縮自在なベローズと；
前記ベローズと連通する配管と；
前記ベローズの一方側端部に接続されるとともに、前記第１対象物における前記関節運動に関わる関節の一方側部位に装着される一方側部材と；
前記ベローズの他方側端部に接続されるとともに、前記第１対象物における前記関節の他方側部位に装着される他方側部材と；
前記一方側部材及び前記他方側部材の少なくとも一方に取り付けられ、前記一方側部位が前記関節との接続部から延びる第１方向と、前記他方側部位が前記関節との接続部から延びる第２方向とが成す第１角度を反映した第１物理量を検出する第１検出部と；を備え、
前記マスタ装置は、
前記第１対象物における前記一方側部材の装着位置に対応する位置に装着される一方側対応部材と；
前記第１対象物における前記他方側部材の装着位置に対応する位置に装着される他方側対応部材と；
前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材の少なくとも一方に取り付けられ、前記第１対象物における前記第１方向に対応する第３方向と、前記第１対象物における前記第２方向に対応する第４方向とが成す第２角度を反映した第２物理量を検出する第２検出部と；を備え、
前記制御装置は、前記第１物理量と前記第２物理量との差に基づいて、前記配管を介して、前記ベローズ内への作動流体の供給、及び、前記ベローズ内からの作動流体の排出を制御する、
ことを特徴とする関節運動アシストシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのベローズには、前記アシストすべき関節の回動運動の回動軸に対して垂直方向に配置された垂直配置ベローズが含まれ、
前記スレーブ装置は、前記垂直配置ベローズに対する前記関節側において、前記垂直配置ベローズに接続された前記一方側部材と前記垂直配置ベローズに接続された前記他方側部材とを弾性的に拘束し、前記ベローズの伸縮により発生する力を回動力に変換するための支援を行うことにより、前記関節運動のアシストのための回動力を、弾性的に拘束された前記一方側部材及び弾性的に拘束された前記他方側部材を介して、弾性的に拘束された前記一方側部材が装着された一方側部位及び弾性的に拘束された前記他方側部材が装着された他方側部位に伝達する第１拘束部材を更に備え、
前記マスタ装置は、前記スレーブ装置における第１拘束部材の配置位置に対応する前記マスタ装置の位置に配置され、弾性的に拘束された前記一方側部材に対応する一方側対応部材と弾性的に拘束された前記他方側部材に対応する他方側対応部材とを弾性的に拘束する第２拘束部材を更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項３】
前記第１物理量は、前記一方側部材から前記他方側部材までの距離、及び、前記一方側部材が延びる方向と前記他方側部材が延びる方向とが成す角度より定まる物理量であり、
前記第２物理量は、前記一方側対応部材から前記他方側対応部材までの距離、及び、前記一方側対応部材が延びる方向と前記他方側対応部材が延びる方向とが成す角度により定まる物理量である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項４】
前記作動流体は空気であり、
前記制御装置は、
前記ベローズへの空気の供給、及び、前記ベローズからの空気の排出を行うことにより、前記ベローズ内の空気圧を設定する空気圧設定部と；
前記第１物理量と前記第２物理量との差に基づいて、前記空気圧設定部による前記ベローズ内の空気圧の設定を制御する空気圧制御部と；
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項５】
前記第１検出部及び前記第２検出部は、磁石及び磁気センサから成る同様に構成された検出部であり、
前記第１検出部の磁石は、前記一方側部材及び前記他方側部材のうちの一の部材に取り付けられ、前記第１検出部の磁気センサは、前記一方側部材及び前記他方側部材のうちの前記一の部材とは異なる他の部材に取り付けられ、
前記第２検出部の磁石は、前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材のうちの一の対応部材に取り付けられ、前記第２検出部の磁気センサは、前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材のうちの前記一の対応部材とは異なる他の対応部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項６】
前記第１対象物には、人体の一方の手部における手指の少なくとも１つが含まれ、
前記第２対象物には、前記人体の他方の手部における手指の少なくとも１つが含まれる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項７】
前記第１対象物には、人体の手部における手指の少なくとも１つが含まれ、
前記第２対象物には、前記人体とは異なる人体の手部における手指の少なくとも１つが含まれる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項８】
前記第１対象物には、人体の一方の手首部が含まれ、
前記第２対象物には、前記人体の他方の手首部が含まれる、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項９】
前記第１対象物には、人体の手首部が含まれ、
前記第２対象物には、前記人体とは異なる手首部が含まれる、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節運動アシストシステムに係り、より詳しくは、所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リハビリテーションに用いられる様々な装置が提案されている。こうした装置の中には、理学療法士や家族員等に代って、又は、理学療法士や家族員等の支援を得て、患者の基本的動作の機能の回復を図るための治療運動をアシストするものがある。【０００３】
かかる患者の運動をアシストする装置の一つとして、脳梗塞などの中枢神経障害により手指が麻痺して拘縮してしまった場合等に、ベローズの伸縮を利用して、手指の関節運動をアシストする装置がある（特許文献１参照：以下、「従来例１」と呼ぶ）。かかる従来例１のように、ベローズを用いた関節運動アシスト装置は、モータ及びワイヤにより駆動するアクチュエータを用いる方式の装置よりも軽量であるため、実用性が高い。また、ベローズを用いた関節運動アシスト装置は、低圧力での駆動が可能であるため、ダイヤフラム式ポンプやベーン式ポンプなどの低振動、低騒音のポンプを使用することができる。こうした点からも、伸縮可能なベローズを用いた関節運動アシスト装置は、実用性が高いといえる。【０００４】
この従来例１の技術では、伸縮可能なベローズがアシスト対象となる関節に配置される。そして、当該ベローズの一方側端部に接続された一方側伝達部材が、アシスト対象となる関節に接続された一方側部位に装着される。また、当該ベローズの他方側端部に接続された他方側伝達部材が、アシスト対象となる関節に接続された他方側部位に装着される。こうした装着状態のもとで、ベローズからの空気の強制的排出が行われた場合には、ベローズが収縮することにより、関節屈曲状態から関節伸展状態へと変化する関節運動のアシストを行う。また、ベローズへの空気の強制的供給が行われた場合には、ベローズが膨張することにより、関節伸展状態から関節屈曲状態へと変化する関節運動のアシストを行うようになっている。【０００５】
この関節運動アシスト装置を動作させる方法の一つとして、当該関節運動アシスト装置をスレーブ装置とし、マスタ装置がスレーブ装置を遠隔操作するマスタ・スレーブ方式が考えられる。こうしたマスタ・スレーブ方式を採用する場合には、健常な手部にマスタ装置を装着し、マスタ装置を装着した手部の手指の動きを、スレーブ装置である関節運動アシスト装置がトレースする構成が考えられる。そして、マスタ装置がスレーブ装置を遠隔操作する構成の一つとして、マスタ装置が装着される手部における手指の関節の屈曲角度を検出し、検出された屈曲角度に応じて、ベローズ内の空気圧を制御するものが考えられる。【０００６】
ここで、手指の関節の屈曲角度を検出する技術として、シート状の角度センサを手指の関節部分に装着し、当該角度センサにより、手指の関節の屈曲角度を検出するものがある（特許文献２参照：以下、「従来例２」と呼ぶ）。この従来例２の技術では、角度センサとして、光ファイバを通る光量変化を検出する方式や、関節の屈曲により生じるワイヤ位置変化量を検出する方式を採用する。そして、関節屈曲動作予測装置が、角度センサにより検出された屈曲角度に基づいて屈曲角速度を演算し、屈曲角度、屈曲角速度及び関節状態の予測判定の基準値となる参照角度データに基づいて、関節の状態を予測するようになっている。【０００７】
この従来例２の技術を、従来例１の関節運動アシスト装置の技術に適用した場合、マスタ装置を装着する手部における手指の関節の状態を予測する。そして、関節状態の予測結果に基づき、マスタ装置側の手指が関節屈曲状態から関節伸展状態へと変化する際には、制御装置が、ベローズからの空気の強制的排出を行う制御を行う。また、関節状態の予測結果に基づき、マスタ装置側の手指が関節伸展状態から関節屈曲状態へと変化する際には、制御装置が、ベローズへの空気の強制的供給を行う制御を行う構成が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０４３０９５号
【特許文献２】特開２００９−１１２５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来例２の技術では、シート状の角度センサを手指の関節部分に直接的に装着している。この結果、従来例２の技術的思想を適用し、従来例１の関節運動アシスト装置をスレーブ装置として動作させる場合には、関節運動アシストシステムを頻繁に使用するとシートが塑性変形して検出特性が経時変化してしまい、センサの耐久期間が短くなってしまうおそれがある。また、従来例２の技術的思想をマスタ装置に適用して、従来例１の関節運動アシスト装置を動作させ、関節屈曲状態と関節伸展状態との中間状態で、マスタ装置に装着された手指の屈曲角度とスレーブ装置に装着された手指の屈曲角度とを同じにすることは困難である。【００１０】
このため、関節部分に直接的に装着するシート状の角度センサを用いず、かつ、マスタ装置に装着された手指の屈曲角度とスレーブ装置に装着された手指の屈曲角度とに基づいたフィードバック制御を用いて、簡易にスレーブ装置である関節運動アシスト装置を適切に動作させることのできる技術が望まれている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。【００１１】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、関節部分に直接的に装着するセンサを用いずに、関節運動アシスト装置を遠隔動作させ、関節運動を適切にアシストすることができる新たな関節運動アシストシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１対象物の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムであって、前記第１対象物に装着されるスレーブ装置と；前記第１対象物と合同対称性、相似対称性及び左右対称性のいずれかの対称性を有する構造の第２対象物に装着されるマスタ装置と；前記第２対象物における関節運動に対応する関節運動を前記第１対象物が行うように制御する制御装置と；を備え、前記スレーブ装置は、アシストすべき関節運動ごとに用意され、前記関節運動をアシストする力を発生させる少なくとも１つの伸縮自在なベローズと；前記ベローズと連通する配管と；前記ベローズの一方側端部に接続されるとともに、前記第１対象物における前記関節運動に関わる関節の一方側部位に装着される一方側部材と；前記ベローズの他方側端部に接続されるとともに、前記第１対象物における前記関節の他方側部位に装着される他方側部材と；前記一方側部材及び前記他方側部材の少なくとも一方に取り付けられ、前記一方側部位が前記関節との接続部から延びる第１方向と、前記他方側部位が前記関節との接続部から延びる第２方向とが成す第１角度を反映した第１物理量を検出する第１検出部と；を備え、前記マスタ装置は、前記第１対象物における前記一方側部材の装着位置に対応する位置に装着される一方側対応部材と；前記第１対象物における前記他方側部材の装着位置に対応する位置に装着される他方側対応部材と；前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材の少なくとも一方に取り付けられ、前記第１対象物における前記第１方向に対応する第３方向と、前記第１対象物における前記第２方向に対応する第４方向とが成す第２角度を反映した第２物理量を検出する第２検出部と；を備え、前記制御装置は、前記第１物理量と前記第２物理量との差に基づいて、前記配管を介して、前記ベローズ内への作動流体の供給、及び、前記ベローズ内からの作動流体の排出を制御する、ことを特徴とする関節運動アシストシステムである。【００１３】
この関節運動アシストシステムでは、スレーブ装置が、第１対象物に装着される。第１対象物にスレーブ装置が装着された場合に、関節運動をアシストすべき関節ごとに用意されたベローズが、対応する関節部分に配置される。そして、スレーブ装置では、一方側部位が関節との接続部から延びる第１方向と、他方側部位が当該関節との接続部から延びる第２方向とが成す第１角度を反映した第１物理量を検出する第１検出部が、一方側部材及び他方側部材に取り付けられている。また、この関節運動アシストシステムでは、マスタ装置が、第２対象物に装着される。そして、マスタ装置では、第１対象物における第１方向に対応する第３方向と、第１対象物における第２方向に対応する第４方向とが成す第２角度を反映した第２物理量を検出する第２検出部が、一方側対応部材及び他方側対応部材に取り付けられている。この関節運動アシストシステムにおいて、スレーブ装置がベローズ及び当該ベローズと連通する配管を備える点を除いて、スレーブ装置とマスタ装置とは、同じ構成になっている。【００１４】
こうした状態で、制御装置が、第１検出部により検出された第１物理量と、第２検出部により検出された第２物理量とに基づいてフィードバック制御を行い、ベローズ内への作動流体の供給、及び、ベローズ内からの作動流体の排出を制御する。この結果、ベローズの膨張行程及び収縮行程により、ベローズが、関節運動をアシストする力を発生する。このため、第１検出部により検出された第１物理量及び第２検出部により検出された第２物理量に基づいて制御を行うマスタ・スレーブ方式により、スレーブ装置である関節運動アシスト装置を遠隔動作させることができる。【００１５】
このため、マスタ装置に装着された手指の屈曲角度とスレーブ装置に装着された手指の屈曲角度とを演算することなく、第１物理量及び第２物理量を直接的に比較したフィードバック制御を用いて、簡易にスレーブ装置である関節運動アシスト装置を適切に動作させることができる。【００１６】
なお、この場合には、固定された回動軸を有する蝶番関節の関節屈曲状態から関節伸展状態への関節運動、及び、関節伸展状態から関節屈曲状態へ関節運動については、当然、アシストすることができる。そして、この場合には、固定された回動軸を有していない鞍関節、球関節、楕円体関節等の他の関節の関節運動についても、アシストすることができる。【００１７】
したがって、本発明の関節運動アシストシステムによれば、関節部分に直接的に装着するセンサを用いずに、関節運動アシスト装置を遠隔動作させ、関節運動を適切にアシストすることができる。【００１８】
なお、軽量の柔らかい樹脂製のベローズを構成要素とすれば、スレーブ装置の重さの軽量化を図ることができ、関節運動アシスト装着を装着する者の身体的負担を軽減させて、関節運動を、適切にアシストすることができる。【００１９】
本発明の関節運動アシストシステムでは、前記少なくとも１つのベローズには、前記アシストすべき関節の回動運動の回動軸に対して垂直方向に配置された垂直配置ベローズが含まれ、前記スレーブ装置は、前記垂直配置ベローズに対する前記関節側において、前記垂直配置ベローズに接続された前記一方側部材と前記垂直配置ベローズに接続された前記他方側部材とを弾性的に拘束し、前記ベローズの伸縮により発生する力を回動力に変換するための支援を行うことにより、前記関節運動のアシストのための回動力を、弾性的に拘束された前記一方側部材及び弾性的に拘束された前記他方側部材を介して、弾性的に拘束された前記一方側部材が装着された一方側部位及び弾性的に拘束された前記他方側部材が装着された他方側部位に伝達する第１拘束部材を更に備える、ようにすることができる。また、前記マスタ装置は、前記スレーブ装置における第１拘束部材の配置位置に対応する前記マスタ装置の位置に配置され、弾性的に拘束された前記一方側部材に対応する一方側対応部材と弾性的に拘束された前記他方側部材に対応する他方側対応部材とを弾性的に拘束する第２拘束部材を更に備える、ようにすることができる。【００２０】
この場合には、第１対象物にスレーブ装置が装着された場合に、関節運動をアシストすべき関節ごとに用意された垂直配置ベローズが、対応する関節の回動運動の回動軸に対して垂直方向の関節部分に配置される。そして、スレーブ装置は、一方側部材と他方側部材とを弾性的に拘束する第１拘束部材を備えている。また、マスタ装置は、一方側対応部材と他方側対応部材とを弾性的に拘束する第２拘束部材を備えている。この結果、関節屈曲状態から関節伸展状態への関節運動、及び、関節伸展状態から関節屈曲状態へ関節運動を適切にアシストすることができる。なお、この場合にも、スレーブ装置がベローズ及び当該ベローズと連通する配管を備える点を除いて、スレーブ装置とマスタ装置とは、同じ構成になっている。【００２１】
また、本発明の関節運動アシストシステムでは、前記第１物理量は、前記一方側部材から前記他方側部材までの距離、及び、前記一方側部材が延びる方向と前記他方側部材が延びる方向とが成す角度より定まる物理量であり、前記第２物理量は、前記一方側対応部材から前記他方側対応部材までの距離、及び、前記一方側対応部材が延びる方向と前記他方側対応部材が延びる方向とが成す角度により定まる物理量である、ようにすることができる。これは、人体等の関節機構においては、第１角度と、一方側部材から他方側部材までの距離を反映した長さとは、１対１対応になっていること、及び、第２角度と、一方側対応部材から他方側対応部材までの距離を反映した長さとは、１対１対応になっていることに着目したものである。このため、一方側部材から他方側部材までの距離、及び一方側部材が延びる方向と他方側部材が延びる方向とが成す角度により変化する物理量を検出するとともに、一方側対応部材から他方側対応部材までの距離、及び一方側対応部材が延びる方向と他方側対応部材が延びる方向とが成す角度により変化する物理量を検出することにより、第１角度と第２角度とに差があるかどうかを判断することができる。【００２２】
本発明の関節運動アシストシステムでは、前記作動流体は空気であり、前記制御装置は、前記ベローズへの空気の供給、及び、前記ベローズからの空気の排出を行うことにより、前記ベローズ内の空気圧を設定する空気圧設定部と；前記第１物理量と前記第２物理量との差に基づいて、前記空気圧設定部による前記ベローズ内の空気圧の設定を制御する空気圧制御部と；を備える、構成とすることができる。この場合には、空気圧制御部がベローズ内の空気圧を調整するため、ベローズが調整された空気圧に応じて発生する力により、関節運動を適切にアシストすることができる。【００２３】
また、本発明の関節運動アシストシステムでは、前記第１検出部及び前記第２検出部は、磁石及び磁気センサから成る同様に構成された検出部であり、前記第１検出部の磁石は、前記一方側部材及び前記他方側部材のうちの一の部材に取り付けられ、前記第１検出部の磁気センサは、前記一方側部材及び前記他方側部材のうちの前記一の部材とは異なる他の部材に取り付けられる、ようにすることができる。また、前記第２検出部の磁石は、前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材のうちの一の対応部材に取り付けられ、前記第２検出部の磁気センサは、前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材のうちの前記一の対応部材とは異なる他の対応部材に取り付けられる、ようにすることができる。この場合には、磁気センサが、当該磁気センサと磁石との間の距離を反映した検出結果が、第１物理量及び第２物理量になる。このため、関節部分に直接的に装着しない磁石及び磁気センセの双方を用いて、関節運動を適切にアシストすることができる。【００２４】
本発明の関節運動アシストシステムでは、マスタ装置を第２対象物に装着する場合に、前記第１対象物には、人体の一方の手部における手指の少なくとも１つが含まれ、前記第２対象物には、前記人体の他方の手部における手指の少なくとも１つが含まれる、ようにすることができる。この場合には、関節運動アシスト装置を装着する者の一方の手部の手指のみが拘縮し、他方の手部の手指が拘縮していない場合に、適用される。すなわち、スレーブ装置を、関節運動をアシストすべき人体の手部に装着する。そして、マスタ装置を、当該人体の手指が拘縮していない手部に装着する。このため、他者の支援を得ることなく、関節運動アシスト装置を装着する者自身で、手指の関節運動をアシストすることができる。【００２５】
また、本発明の関節運動アシストシステムでは、マスタ装置を第２対象物に装着する場合に、前記第１対象物には、人体の手部における手指の少なくとも１つが含まれ、前記第２対象物には、前記人体とは異なる人体の手部における手指の少なくとも１つが含まれる、ようにすることができる。この場合には、スレーブ装置を、関節運動をアシストすべき人体の手部に装着し、マスタ装置を、当該人体とは異なる人体の手指が拘縮していない手部に装着する。このため、理学療法士や家族員等の他者の支援を得て、手指の関節運動をアシストすることができる。【００２６】
本発明の関節運動アシストシステムでは、マスタ装置を第２対象物に装着する場合に、前記第１対象物には、人体の一方の手首部が含まれ、前記第２対象物には、前記人体の他方の手首部が含まれる、ようにすることができる。この場合には、関節運動アシスト装置を装着する者の一方の手部の手首のみが拘縮し、他方の手部の手首が拘縮していない場合に、適用される。すなわち、スレーブ装置を、関節運動をアシストすべき人体の手部に装着する。そして、マスタ装置を、当該人体の手指が拘縮していない手部に装着する。このため、他者の支援を得ることなく、関節運動アシスト装置を装着する者自身で、手首の関節運動をアシストすることができる。【００２７】
また、本発明の関節運動アシストシステムでは、マスタ装置を第２対象物に装着する場合に、前記第１対象物には、人体の手首部が含まれ、前記第２対象物には、前記人体とは異なる手首部が含まれる、ようにすることができる。この場合には、スレーブ装置を、関節運動をアシストすべき人体の手部に装着し、マスタ装置を、当該人体とは異なる人体の手指が拘縮していない手部に装着する。このため、理学療法士や家族員等の他者の支援を得て、手首の関節運動をアシストすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明の関節運動アシストシステムによれば、関節部分に直接的に装着するセンサを用いずに、スレーブ装置である関節運動アシスト装置を遠隔動作させ、関節運動を適切にアシストすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る関節運動アシストシステムの構成を説明するための図である。
【図２】図１の関節運動アシスト装置の外観図である。
【図３】図２の母指関節運動アシスト部の構成を説明するための図である。
【図４】図３の磁気センサの特性を示す図である。
【図５】図２の示指用の手指関節運動アシスト部の構成を説明するための図である。
【図６】図１のマスタ装置の外観図である。
【図７】図６の母指マスタ部の構成を説明するための図である。
【図８】図６の示指用の手指マスタ部の構成を説明するための図である。
【図９】図１の制御装置の構成を説明するための図である。
【図１０】手指マスタ部の状態の例、及び当該手指マスタ部をトレースした手指関節運動アシスト部の状態を説明するための図である。
【図１１】変形例であるガイド部材を説明するための図（その１）である。
【図１２】変形例であるガイド部材を説明するための図（その２）である。
【図１３】手首の関節運動をアシストする変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００…関節運動アシストシステム、２００…関節運動アシスト装置（スレーブ装置）、２１０…手部装着部、２３０1…母指関節運動アシスト部（手指関節運動アシスト部）、２３０2，２３０3，２３０4，２３０5…手指関節運動アシスト部、３２１j（ｊ＝１，…，５）…伝達部材、３２２k（ｋ＝２，…，５）…伝達部材、３２３j，３２４j（ｊ＝１，…，５）…伝達部材、３３１k（ｋ＝２，…，５）…配管、３３２j，３３３j（ｊ＝１，…，５）…配管、３４１k（ｋ＝２，…，５）…ベローズ（垂直配置ベローズ）、３４２j，３４３j（ｊ＝１，…，５）…ベローズ（垂直配置ベローズ）、３９０1…母指装着部、３９０k（ｋ＝２，…，５）…手指装着部、３９１j（ｊ＝１，…，５）…装着部材（第１拘束部材）、３９２j（ｊ＝１，…，５）…指サック、３９３j（ｊ＝１，…，５），３９６k（ｋ＝２，…，５）…バンド部材、４１２j，４１３j（ｊ＝１，…，５）…第１検出部、４２２j，４２３j（ｊ＝１，…，５）…磁石、４３２j，４３３j（ｊ＝１，…，５）…磁気センサ、４４２j，４４３j（ｊ＝１，…，５）…配線、５００…マスタ装置、５１０…手部装着部、５３０1…母指マスタ部（手指マスタ部）、５３０2，５３０3，５３０4，５３０5…手指マスタ部、６２１j（ｊ＝１，…，５）…伝達部材、６２２k（ｋ＝２，…，５）…伝達部材、６２３j，６２４j（ｊ＝１，…，５）…伝達部材、６９０1…母指装着部、６９０k（ｋ＝２，…，５）…手指装着部、６９１j（ｊ＝１，…，５）…装着部材（第２拘束部材）、６９２j（ｊ＝１，…，５）…指サック、６９３j（ｊ＝１，…，５），６９６k（ｋ＝２，…，５）…バンド部材、７１２j，７１３j（ｊ＝１，…，５）…第２検出部、７２２j，７２３j（ｊ＝１，…，５）…磁石、７３２j，７３３j（ｊ＝１，…，５）…磁気センサ、７４２j，７４３j（ｊ＝１，…，５）…配線、８００…制御装置、８１１…加圧ポンプ、８１２…減圧ポンプ、８１３…電気−空気圧制御弁（空気圧設定部）、８１４…制御ユニット（空気圧制御部）、８１５，８１６…配管、９４１Ａ…ベローズ（垂直配置ベローズ）、９２１Ａ，９２１Ｍ，９２２Ａ，９２２Ｍ…伝達部材、９５１Ａ…第１検出部、９５１Ｍ…第２検出部、９６１Ａ，９６１Ｍ…磁石、９７１Ａ，９７１Ｍ…磁気センサ、ＧＡ１，ＧＡ２，ＧＡ３，ＧＡ４，ＧＭ１，ＧＭ２，ＧＭ３，ＧＭ４…ガイド部材、ＡＡ１，ＡＡ３，ＡＭ１，ＡＭ３…軸部材、ＨＢ１，ＨＢ２…人体、ＨＤＲ１…右手（第１対象物），ＨＤＲ２…右手（第２対象物）
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１０を参照して説明する。なお、本実施形態においては、人体の右手に装着される関節運動アシスト装置、及び、当該関節運動アシスト装置を装着する人体とは異なる人体の右手に装着されるマスタ装置を有する関節運動アシストシステムを例示して説明する。また、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３２】
［構成］
図１には、一実施形態に係る関節運動アシストシステム１００の構成が示されている。図１に示されるように、関節運動アシストシステム１００は、関節運動アシスト装置２００と、マスタ装置５００とを備えている。また、関節運動アシストシステム１００は、制御装置８００を備えている。ここで、関節運動アシスト装置２００は、スレーブ装置に対応している。
【００３３】
＜関節運動アシスト装置２００の構成＞
上記の関節運動アシスト装置２００の構成ついて、説明する。
【００３４】
図２には、関節運動アシスト装置２００の外観図が示されている。図２は、第１対象物としての「人体ＨＢ１の右手ＨＤＲ１」に装着された関節運動アシスト装置２００を、手指の関節が伸展状態にあるときに手背側から眺めた外観図である。図２に示されるように、関節運動アシスト装置２００は、手部装着部２１０と、母指関節運動アシスト部２３０1と、手指関節運動アシスト部２３０2，２３０3，２３０4，２３０5とを備えている。
【００３５】
なお、以下の説明では、母指関節運動アシスト部２３０1及び手指関節運動アシスト部２３０2，２３０3，２３０4，２３０5を総称して、「手指関節運動アシスト部２３０j（ｊ＝１，…，５）」とも記す。また、以下の説明では、母指関節運動アシスト部２３０1以外の手指関節運動アシスト部２３０2，２３０3，２３０4，２３０5を総称する場合には、「手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）」とも記す。
【００３６】
《手部装着部２１０》
上記の手部装着部２１０について、説明する。手部装着部２１０は、例えば、布製の部材であり、右手ＨＤＲ１の手背及び手掌に装着される。手部装着部２１０には、母指関節運動アシスト部２３０1の一方側の部分が取り付けられる。
【００３７】
また、手部装着部２１０には、手指関節運動アシスト部２３０2，２３０3，２３０4，２３０5の一方側の部分が取り付けられる。そして、手部に手部装着部２１０が装着されている状態では、手指関節運動アシスト部２３０j（ｊ＝１，…，５）は、手背側の指部に配置されるようになっている。
【００３８】
《母指関節運動アシスト部２３０1の構成》
上記の母指関節運動アシスト部２３０1の構成について、説明する。
【００３９】
母指関節運動アシスト部２３０1は、母指の関節運動をアシストする。母指関節運動アシスト部２３０1は、手部装着部２１０が手部に装着されている状態で、母指の指（末節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。
【００４０】
母指関節運動アシスト部２３０1は、図２及び図３（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、ベローズ３４２1，３４３1と、配管３３２1，３３３1と、伝達部材３２１1，３２３1，３２４1とを備えている。また、母指関節運動アシスト部２３０1は、第１検出部４１２1，４１３1と、母指装着部３９０1とを備えている。ここで、ベローズ３４２1，３４３1は、垂直配置ベローズに対応している。
【００４１】
なお、図３（Ａ），（Ｂ）における座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）は、母指が伸びている状態で、指先方向を＋Ｙ1方向、指の手掌側である指の腹（以下、「指腹」とも記す）側から指の手背側である指の背（以下、「指背」とも記す）側へ向かう方向を＋Ｚ1方向、Ｙ1方向及びＺ1方向に直交し、小指側へと向かう方向を＋Ｘ1方向とする座標系である。ここで、図３（Ａ）は、母指に装着された母指関節運動アシスト部２３０1を、＋Ｚ1方向側から視た図である。また、図３（Ｂ）は、母指に装着された母指関節運動アシスト部２３０1を、−Ｘ1方向側から視た図である。
【００４２】
上記のベローズ３４２1は、等間隔の環状溝を有する伸縮自在な樹脂製の部材であり、母指の第１関節の関節軸の周りに沿って、指背側に配置される。ベローズ３４２1の一方側（図３における「−Ｙ1方向側」）端部は、伝達部材３２３1の他方側の端部側（図３における「＋Ｙ1方向側」）に形成された他方側接続部に接続される。ベローズ３４２1の他方側端部は、伝達部材３２１1の一方側の端部側に形成された接続部に接続される。こうして配置されたベローズ３４２1は、第１関節の関節運動をアシストする力を発生する。
【００４３】
上記のベローズ３４３1は、ベローズ３４２1と同様に、等間隔の環状溝を有する伸縮自在な樹脂製の部材であり、母指の第２関節の関節軸の周りに沿って、指背側に配置される。ベローズ３４３1の一方側端部は、伝達部材３２４1の他方側（ベローズ３４３1側）の端部側に形成された接続部に接続される。ベローズ３４３1の他方側端部は、伝達部材３２３1の一方側の端部側に形成された一方側接続部に接続される。こうして配置されたベローズ３４３1は、第２関節の関節運動をアシストする力を発生する。
【００４４】
ここで、ベローズ３４２1には、可撓性を有する樹脂製の配管３３２1が取り付けられ、当該ベローズ３４２1は、配管３３２1を介して制御装置８００と連通している。そして、ベローズ３４２1内の空気圧が変化すると、当該ベローズ３４２1が膨縮する。この結果、ベローズ３４２1が上述した関節運動をアシストする力を発生させる。
【００４５】
また、ベローズ３４３1には、可撓性を有する樹脂製の配管３３３1が取り付けられ、当該ベローズ３４３1は、配管３３３1を介して制御装置８００と連通している。そして、ベローズ３４３1内の空気圧が変化すると、当該ベローズ３４３1が膨縮する。この結果、ベローズ３４３1が上述した関節運動をアシストする力を発生させる。
【００４６】
上記の伝達部材３２１1は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部には、一方側の端部に略直立して指背の方向に沿って延びる板状の接続部が形成されている。伝達部材３２１1の長板部の一方側の端部には、ベローズ３４２1を介して、伝達部材３２３1が接続されている。そして、伝達部材３２１1の一方側の端部の接続部は、ベローズ３４２1の他方側端部に接続されている。ここで、伝達部材３２１1の長板部の一方側の端部は、右手に関節運動アシスト装置２００が装着されている時において、母指の第１関節の関節軸を回動軸にして、回動可能に伝達部材３２３1に接続されるようになっている。
【００４７】
また、伝達部材３２１1の接続部には、第１検出部４１２1の後述する磁石４２２1が取り付けられている。この伝達部材３２１1の長板部は、母指装着部３９０1を介して、母指の末節部位に装着される。ここで、関節運動をアシストするアシスト対象関節（以下、単に「アシスト対象関節」とも記す）を第１関節とした場合に、伝達部材３２１1は、他方側部材に対応している。
【００４８】
上記の伝達部材３２３1は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部の一方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の一方側接続部が形成されている。また、当該長板部の他方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の他方側接続部が形成されている。この他方側接続部には、配管３３２1、配線４４２1を挿入する挿入穴が成型されている。
【００４９】
伝達部材３２３1の長板部の一方側の端部には、ベローズ３４３1を介して、伝達部材３２４1が接続されている。そして、伝達部材３２３1の一方側接続部は、ベローズ３４３1の他方側端部に接続されている。ここで、伝達部材３２３1の長板部の一方側の端部は、右手に関節運動アシスト装置２００が装着されている時において、母指の第２関節の関節軸を回動軸にして、回動可能に伝達部材３２４1に接続されるようになっている。
【００５０】
また、伝達部材３２３1の長板部の他方側の端部には、ベローズ３４２1を介して、伝達部材３２１1が接続されている。そして、伝達部材３２３1の他方側接続部は、ベローズ３４２1の一方側端部に接続されている。
【００５１】
また、伝達部材３２３1の一方側接続部には、第１検出部４１３1の後述する磁石４２３1が取り付けられている。また、伝達部材３２３1の他方側接続部には、第１検出部４１２1の後述する磁気センサ４３２1が取り付けられている。この伝達部材３２３1の長板部は、母指装着部３９０1を介して、母指の基節部位に装着される。
【００５２】
ここで、伝達部材３２３1の他方側接続部及び長板部は、アシスト対象関節を第１関節とした場合に、一方側部材に対応している。また、伝達部材３２３1の一方側接続部及び長板部は、アシスト対象関節を第２関節とした場合に、他方側部材に対応している。
【００５３】
上記の伝達部材３２４1は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部には、他方側の端部に略直立して指背の方向に沿って延びる板状の接続部が形成されている。この接続部には、配管３３３1、配線４４３1を挿入する挿入穴が成型されている。伝達部材３２４1の長板部の他方側の端部には、ベローズ３４３1を介して、伝達部材３２３1が接続されている。そして、伝達部材３２４1の他方側の端部の接続部は、ベローズ３４３1の一方側端部に接続されている。
【００５４】
また、伝達部材３２４1の接続部には、第１検出部４１３1の後述する磁気センサ４３３1が取り付けられている。この伝達部材３２４1の長板部は、母指装着部３９０1を介して、母指の中手に装着される。ここで、伝達部材３２４1は、アシスト対象関節を第２関節とした場合に、一方側部材に対応している。
【００５５】
上記の第１検出部４１２1は、磁石４２２1と、磁気センサ４３２1とを備えている。
【００５６】
上記の磁石４２２1は、本実施形態では、円柱形状の部材である。磁石４２２1は、伝達部材３２１1における接続部の−Ｙ1方向側に取り付けられている。本実施形態では、磁石４２２1の＋Ｙ1方向側がＳ極であり、磁気センサ４３２1と向き合う磁石４２２1の−Ｙ1方向側がＮ極になっている。
【００５７】
上記の磁気センサ４３２1は、磁石４２２1と対向するように、伝達部材３２３1における他方側接続部の＋Ｙ1方向側に取り付けられている。そして、磁気センサ４３２1は、配線４４２1を介して、制御装置８００に接続されている。
【００５８】
本実施形態では、この磁気センサ４３２1は、受磁束面における磁束密度に応じた電圧を出力するホール素子を備えて構成され、当該ホール素子が出力する電圧値を検出する。そして、磁気センサ４３２1による検出結果は、第１検出値ＤＡ２1として制御装置８００へ送られる。図４には、関節運動アシスト装置２００を、実際に人体の手指に装着して、手指の屈曲角度を変化させたときの磁気センサの出力特性が示されている。図４に示されるように、手指の屈曲角度と、磁気センサの出力電圧とは、１対１対応になっている。
【００５９】
すなわち、磁気センサ４３２1は、伝達部材３２１1に取り付けられた磁石４２２1と、伝達部材３２３1に取り付けられた磁気センサ４３２1との間の距離、及び、伝達部材３２１1の長板部が延びる方向と伝達部材３２３1の長板部が延びる方向とが成す角度に対応する電圧値を出力する。このため、磁気センサ４３２1が出力する電圧値は、第１関節の屈曲又は伸展に対応して、伝達部材３２１1の長板部が第１関節に向かって延びる方向と、伝達部材３２３1の長板部が第１関節に向かって延びる方向とが成す角度（第１角度）を反映した物理量となっている。
【００６０】
上記の第１検出部４１３1は、磁石４２３1と、磁気センサ４３３1とを備えている。
【００６１】
上記の磁石４２３1は、磁石４２２1と同様に構成された円柱形状の部材である。磁石４２３1は、伝達部材３２３1における一方側接続部の−Ｙ1方向側に取り付けられている。本実施形態では、磁気センサ４３３1と向き合う磁石４２３1の−Ｙ1方向側がＮ極になっている。
【００６２】
上記の磁気センサ４３３1は、磁石４２３1と対向するように、伝達部材３２４1における接続部の＋Ｙ1方向側に取り付けられている。そして、磁気センサ４３３1は、配線４４３1を介して、制御装置８００に接続されている。
【００６３】
この磁気センサ４３３1は、磁気センサ４３２1と同様に、ホール素子型のセンサであり、ホール素子が出力する電圧値を検出する。そして、磁気センサ４３３1による検出結果は、第１検出値ＤＡ３1として制御装置８００へ送られる。
【００６４】
すなわち、磁気センサ４３３1は、伝達部材３２３1に取り付けられた磁石４２３1と、伝達部材３２４1に取り付けられた磁気センサ４３３1との間の距離、及び、伝達部材３２３1の長板部が延びる方向と伝達部材３２４1の長板部が延びる方向とが成す角度に対応する電圧値を出力する。このため、磁気センサ４３３1が出力する電圧値は、第２関節の屈曲又は伸展に対応して、伝達部材３２３1の長板部が第２関節に向かって延びる方向と、伝達部材３２４1の長板部が第２関節に向かって延びる方向とが成す角度（第１角度）を反映した物理量となっている。
【００６５】
上記の母指装着部３９０1は、母指の指（末節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。母指装着部３９０1は、装着部材３９１1と、指サック３９２1と、バンド部材３９３1とを備えている。
【００６６】
上記の装着部材３９１1は、弾力性を有する長形状の部材であり、母指が延びる方向に沿って、母指の指及び中手の手背側に配置される。装着部材３９１1の＋Ｚ1方向側には、伝達部材３２１1，３２３1，３２４1の長板部が固定されている。また、装着部材３９１1における伝達部材３２４1が固定されている部分の反対側（−Ｚ1方向側）には、手部装着部２１０が取り付けられている。
【００６７】
ここで、伝達部材３２１1と伝達部材３２３1との間の第１関節上に装着される装着部材３９１1が、第１拘束部材に対応している。また、伝達部材３２３1と伝達部材３２４1との間の第２関節上に装着される装着部材３９１1が、第１拘束部材に対応している。
【００６８】
上記の指サック３９２1は、例えば、皮製の部材であり、装着部材３９１1の指先側に固定される。そして、指サック３９２1は、母指関節運動アシスト部２３０1を母指に装着する際に、母指の指先に固定される。上記のバンド部材３９３1は、例えば、長形状の布製の部材であり、基節部位と伝達部材３２３1の長板部とを固定する。
【００６９】
《手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）の構成》
上記の手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）の構成について、説明する。
【００７０】
手指関節運動アシスト部２３０2は、示指の関節運動をアシストする。また、手指関節運動アシスト部２３０3は、中指の関節運動をアシストする。また、手指関節運動アシスト部２３０4は、薬指の関節運動をアシストする。また、手指関節運動アシスト部２３０5は、小指の関節運動をアシストする。手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）のそれぞれは、手部装着部２１０が手部に装着されている状態で、これらの手指の指（末節部位、中節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。
【００７１】
図５（Ａ），（Ｂ）には、手指関節運動アシスト部２３０kの代表として、手指関節運動アシスト部２３０2の構成図が示されている。なお、図５（Ａ），（Ｂ）における座標系（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）は、示指が伸びている状態で、指先方向を＋Ｙ2方向、指腹側から指背側へ向かう方向を＋Ｚ2方向、Ｙ2方向及びＺ2方向に直交し、小指側へと向かう方向を＋Ｘ2方向とする座標系である。
【００７２】
ここで、図５（Ａ）は、示指に装着された手指関節運動アシスト部２３０2を、＋Ｚ2方向側から視た図である。また、図５（Ｂ）は、示指に装着された手指関節運動アシスト部２３０2を、−Ｘ2方向側から視た図である。本実施形態では、手指関節運動アシスト部２３０3，２３０4，２３０5についても、手指関節運動アシスト部２３０2と同様に構成されている。
【００７３】
手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）のそれぞれは、図２及び図５（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、ベローズ３４１k，３４２k，３４３kと、配管３３１k，３３２k，３３３kと、伝達部材３２１k，３２２k，３２３k，３２４kとを備えている。また、手指関節運動アシスト部２３０kのそれぞれは、第１検出部４１２k，４１３kと、手指装着部３９０kとを備えている。ここで、ベローズ３４１k，３４２k，３４３kは、垂直配置ベローズに対応している。
【００７４】
上記のベローズ３４１kは、等間隔の環状溝を有する伸縮自在な樹脂製の部材であり、第１関節の関節軸の周りに沿って、指背側に配置される。ベローズ３４１kの一方側（図５における「−Ｙk方向側」）端部は、伝達部材３２２kの他方側の端部側（図５における「＋Ｙk方向側」）に形成された他方側接続部に接続される。ベローズ３４１kの他方側端部は、伝達部材３２１kの一方側の端部側に形成された接続部に接続される。こうして配置されたベローズ３４１kは、第１関節の関節運動をアシストする力を発生する。
【００７５】
上記のベローズ３４２kは、ベローズ３４１kと同様に、等間隔の環状溝を有する伸縮自在な樹脂製の部材であり、第２関節の関節軸の周りに沿って、指背側に配置される。ベローズ３４２kの一方側端部は、伝達部材３２３kの他方側の端部側に形成された他方側接続部に接続される。ベローズ３４２kの他方側端部は、伝達部材３２２kの一方側の端部側に形成された一方側接続部に接続される。こうして配置されたベローズ３４２kは、第２関節の関節運動をアシストする力を発生する。
【００７６】
上記のベローズ３４３kは、ベローズ３４１k，３４２kと同様に、等間隔の環状溝を有する伸縮自在な樹脂製の部材であり、第３関節の関節軸の周りに沿って、当該関節軸に対して略直交する方向側に配置される。ベローズ３４３kの一方側端部は、伝達部材３２４kの他方側（ベローズ３４３k側）の端部側に形成された接続部に接続される。ベローズ３４３kの他方側端部は、伝達部材３２３kの一方側の端部側に形成された一方側接続部に接続される。こうして配置されたベローズ３４３kは、第３関節の関節運動をアシストする力を発生する。
【００７７】
ここで、ベローズ３４１kの内部空間とベローズ３４２kの内部空間は、可撓性を有する樹脂製の配管３３１kを介して、連通している。また、ベローズ３４２kには、可撓性を有する樹脂製の配管３３２kが取り付けられ、当該ベローズ３４２kは、配管３３２kを介して制御装置８００と連通している。そして、ベローズ３４１k，３４２k内の空気圧が変化すると、当該ベローズ３４１k，３４２kが膨縮する。この結果、ベローズ３４１k，３４２kが上述した関節運動をアシストする力を発生させる。
【００７８】
また、ベローズ３４３kには、可撓性を有する樹脂製の配管３３３kが取り付けられ、当該ベローズ３４３kは、配管３３３kを介して制御装置８００と連通している。そして、ベローズ３４３k内の空気圧が変化すると、当該ベローズ３４３kが膨縮する。この結果、ベローズ３４３kが上述した関節運動をアシストする力を発生させる。
【００７９】
上記の伝達部材３２１kは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部には、一方側の端部に略直立して指背の方向に沿って延びる板状の接続部が形成されている。伝達部材３２１kの長板部の一方側の端部には、ベローズ３４１kを介して、伝達部材３２２kが接続されている。そして、伝達部材３２１kの一方側の端部側の接続部は、ベローズ３４１kの他方側端部に接続されている。ここで、伝達部材３２１kの長板部の一方側の端部は、右手に関節運動アシスト装置２００が装着されている時において、第１関節の関節軸を回動軸にして、回動可能に伝達部材３２２kに接続されるようになっている。この伝達部材３２１kの長板部は、手指装着部３９０kを介して、手指の末節部位に装着される。
【００８０】
上記の伝達部材３２２kは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部の一方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の一方側接続部が形成されている。また、当該長板部の他方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の他方側接続部が形成されている。この一方側接続部及び他方側接続部には、配管３３１kを挿入する挿入穴が成型されている。
【００８１】
伝達部材３２２kの長板部の一方側の端部には、ベローズ３４２kを介して、伝達部材３２３kが接続されている。そして、伝達部材３２２kの一方側接続部は、ベローズ３４２kの他方側端部に接続されている。ここで、伝達部材３２２kの長板部の一方側の端部は、右手に関節運動アシスト装置２００が装着されている時において、第２関節の関節軸を回動軸にして、回動可能に伝達部材３２３kに接続されるようになっている。
【００８２】
また、伝達部材３２２kの長板部の他方側の端部には、ベローズ３４１kを介して、伝達部材３２１kが接続されている。そして、伝達部材３２２kの他方側接続部は、ベローズ３４１kの一方側端部に接続されている。
【００８３】
また、伝達部材３２２kの一方側接続部には、第１検出部４１２kの後述する磁石４２２kが取り付けられている。この伝達部材３２２kの長板部は、手指装着部３９０kを介して、手指の中節部位に装着される。ここで、伝達部材３２２kは、アシスト対象関節を第２関節とした場合に、他方側部材に対応している。この伝達部材３２２kの長板部は、手指装着部３９０kを介して、手指の中節部位に装着される。
【００８４】
上記の伝達部材３２３kは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部の一方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の一方側接続部が形成されている。また、当該長板部の他方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の他方側接続部が形成されている。この他方側接続部には、配管３３２k、配線４４２kを挿入する挿入穴が成型されている。
【００８５】
伝達部材３２３kの長板部の一方側の端部には、ベローズ３４３kを介して、伝達部材３２４kが接続されている。そして、伝達部材３２３kの一方側接続部は、ベローズ３４３kの他方側端部に接続されている。ここで、伝達部材３２３kの長板部の一方側の端部は、右手に関節運動アシスト装置２００が装着されている時において、第３関節の関節軸を回動軸にして、回動可能に伝達部材３２４kに接続されるようになっている。
【００８６】
また、伝達部材３２３kの長板部の他方側の端部には、ベローズ３４２kを介して、伝達部材３２２kが接続されている。そして、伝達部材３２３kの他方側接続部は、ベローズ３４２kの一方側端部に接続されている。
【００８７】
また、伝達部材３２３kの一方側接続部には、第１検出部４１３kの後述する磁石４２３kが取り付けられている。また、伝達部材３２３kの他方側接続部には、第１検出部４１２kの後述する磁気センサ４３２kが取り付けられている。この伝達部材３２３kの長板部は、手指装着部３９０kを介して、手指の基節部位に装着される。
【００８８】
ここで、伝達部材３２３kの他方側接続部及び長板部は、アシスト対象関節を第２関節とした場合に、一方側部材に対応している。また、伝達部材３２３kの一方側接続部及び長板部は、アシスト対象関節を第３関節とした場合に、他方側部材に対応している。
【００８９】
上記の伝達部材３２４kは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部には、他方側の端部に略直立して指背の方向に沿って延びる板状の接続部が形成されている。この接続部には、配管３３３k、配線４４３kを挿入する挿入穴が成型されている。伝達部材３２４kの長板部の他方側の端部には、ベローズ３４３kを介して、伝達部材３２３kが接続されている。そして、伝達部材３２４kの他方側の端部の接続部は、ベローズ３４３kの一方側端部に接続されている。
【００９０】
また、伝達部材３２４kの接続部には、第１検出部４１３kの後述する磁気センサ４３３kが取り付けられている。この伝達部材３２４kの長板部は、手指装着部３９０kを介して、手指の中手部位上に装着される。ここで、伝達部材３２４kは、アシスト対象関節を第３関節とした場合に、一方側部材に対応している。
【００９１】
上記の第１検出部４１２kは、磁石４２２kと、磁気センサ４３２kとを備えている。
【００９２】
上記の磁石４２２kは、磁石４２２1と同様に構成された円柱形状の部材である。磁石４２２kは、伝達部材３２２kにおける一方側接続部の−Ｙk方向側に取り付けられている。本実施形態では、磁気センサ４３２kと向き合う磁石４２２kの−Ｙk方向側がＮ極になっている。
【００９３】
上記の磁気センサ４３２kは、磁石４２２kと対向するように、伝達部材３２３kにおける他方側接続部の＋Ｙk方向側に取り付けられている。そして、磁気センサ４３２kは、配線４４２kを介して、制御装置８００に接続されている。
【００９４】
この磁気センサ４３２kは、磁気センサ４３２1と同様に、ホール素子型のセンサであり、ホール素子が出力する電圧値を検出する。そして、磁気センサ４３２kによる検出結果は、第１検出値ＤＡ２kとして制御装置８００へ送られる。
【００９５】
すなわち、磁気センサ４３２kは、伝達部材３２２kに取り付けられた磁石４２２kと、伝達部材３２３kに取り付けられた磁気センサ４３２kとの間の距離、及び、伝達部材３２２kの長板部が延びる方向と伝達部材３２３kの長板部が延びる方向とが成す角度に対応する電圧値を出力する。このため、磁気センサ４３２kが出力する電圧値は、第２関節の屈曲又は伸展に対応して、伝達部材３２２kの長板部が第２関節に向かって延びる方向と、伝達部材３２３kの長板部が第２関節に向かって延びる方向とが成す角度（第１角度）を反映した物理量となっている。
【００９６】
上記の第１検出部４１３kは、磁石４２３kと、磁気センサ４３３kとを備えている。
【００９７】
上記の磁石４２３kは、磁石４２２kと同様に構成された円柱形状の部材である。磁石４２３kは、伝達部材３２３kにおける一方側接続部の−Ｙk方向側に取り付けられている。本実施形態では、磁気センサ４３３kと向き合う磁石４２３kの−Ｙk方向側がＮ極になっている。
【００９８】
上記の磁気センサ４３３kは、磁石４２３kと対向するように、伝達部材３２４kにおける接続部の＋Ｙk方向側に取り付けられている。そして、磁気センサ４３３kは、配線４４３kを介して、制御装置８００に接続されている。
【００９９】
この磁気センサ４３３kは、磁気センサ４３２kと同様に、ホール素子型のセンサであり、ホール素子が出力する電圧値を検出する。そして、磁気センサ４３３kによる検出結果は、第１検出値ＤＡ３kとして制御装置８００へ送られる。
【０１００】
すなわち、磁気センサ４３３kは、伝達部材３２３kに取り付けられた磁石４２３kと、伝達部材３２４kに取り付けられた磁気センサ４３３kとの間の距離、及び、伝達部材３２３kの長板部が延びる方向と伝達部材３２４kの長板部が延びる方向とが成す角度に対応する電圧値を出力する。このため、磁気センサ４３３kが出力する電圧値は、第３関節の屈曲又は伸展に対応して、伝達部材３２３1の長板部が第３関節に向かって延びる方向と、伝達部材３２４1の長板部が第３関節に向かって延びる方向とが成す角度（第１角度）を反映した物理量となっている。
【０１０１】
上記の手指装着部３９０k（ｋ＝２，…，５）は、手指の指（末節部位、中節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。手指装着部３９０k（ｋ＝２，…，５）のそれぞれは、装着部材３９１kと、指サック３９２kと、バンド部材３９３k，３９６kとを備えている。
【０１０２】
上記の装着部材３９１kは、弾力性を有する長形状の部材であり、手指が延びる方向に沿って、手指の指及び中手の手背側に配置される。装着部材３９１kの＋Ｚk方向側には、伝達部材３２１k，３２２k，３２３k，３２４kの長板部が固定されている。また、装着部材３９１kにおける伝達部材３２４kが固定されている部分の反対側（−Ｚk方向側）には、手部装着部２１０が取り付けられている。
【０１０３】
ここで、伝達部材３２１kと伝達部材３２２kとの間の第１関節上に装着される装着部材３９１kが、第１拘束部材に対応している。また、伝達部材３２２kと伝達部材３２３kとの間の第２関節上に装着される装着部材３９１kが、第１拘束部材に対応している。また、伝達部材３２３1と伝達部材３２４1との間の第３関節上に装着される装着部材３９１kが、第１拘束部材に対応している。
【０１０４】
上記の指サック３９２kは、例えば、皮製の部材であり、装着部材３９１kの指先側に固定される。そして、指サック３９２kは、手指関節運動アシスト部２３０kを手指に装着する際に、手指の指先に固定される。上記のバンド部材３９３k，３９６kは、例えば、長形状の布製の部材である。そして、バンド部材３９３kは、中節部位と伝達部材３２２kの長板部とを固定する。バンド部材３９６kは、基節部位と伝達部材３２３kの長板部とを固定する。
【０１０５】
＜マスタ装置５００の構成＞
上記のマスタ装置５００の構成ついて、説明する。
【０１０６】
図６には、マスタ装置５００の外観図が示されている。図６は、第２対象物としての「人体ＨＢ２の右手ＨＤＲ２（関節運動アシスト装置２００が装着される人とは別の人の右手）」に装着されたマスタ装置５００を、手指の関節が伸展状態にあるときに手背側から眺めた外観図である。図６に示されるように、マスタ装置５００は、手部装着部５１０と、母指マスタ部５３０1と、手指マスタ部５３０k（ｋ＝２，…，５）とを備えている。本実施形態では、「人体ＨＢ２の右手ＨＤＲ２」は、「人体ＨＢ１の右手ＨＤＲ１」と合同対称性を有している。この「合同対称性」とは、完全な合同以外にほぼ合同である場合も含む。
【０１０７】
なお、以下の説明では、母指マスタ部５３０1及び手指マスタ部５３０k（ｋ＝２，…，５）を総称して、「手指マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）」とも記す。
【０１０８】
《手部装着部５１０》
上記の手部装着部５１０について、説明する。手部装着部５１０は、例えば、布製の部材であり、右手ＨＤＲ２の手背及び手掌に装着される。手部装着部５１０には、母指マスタ部５３０1の一方側の部分が取り付けられる。
【０１０９】
また、手部装着部５１０には、手指マスタ部５３０k（ｋ＝２，…，５）の一方側の部分が取り付けられる。そして、手部に手部装着部５１０が装着されている状態では、母指マスタ部５３０1及び手指マスタ部５３０j（ｋ＝２，…，５）は、手背側の指部に配置されるようになっている。
【０１１０】
《母指マスタ部５３０1の構成》
上記の母指マスタ部５３０1の構成について、説明する。
【０１１１】
母指マスタ部５３０1は、手部装着部５１０が手部に装着されている状態で、母指の指（末節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。母指マスタ部５３０1は、図６及び図７（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、伝達部材６２１1，６２３1，６２４1を備えている。また、母指マスタ部５３０1は、第２検出部７１２1，７１３1と、母指装着部６９０1とを備えている。
【０１１２】
なお、図７（Ａ），（Ｂ）における座標系（Ｕ1，Ｖ1，Ｗ1）は、母指が伸びている状態で、指先方向を＋Ｖ1方向、指腹側から指背側へ向かう方向を＋Ｗ1方向、Ｖ1方向及びＷ1方向に直交し、小指側へと向かう方向を＋Ｕ1方向とする座標系である。ここで、図７（Ａ）は、母指に装着された母指マスタ部５３０1を、＋Ｗ1方向側から視た図である。また、図７（Ｂ）は、母指に装着された母指マスタ部５３０1を、−Ｕ1方向側から視た図である。
【０１１３】
上記の伝達部材６２１1は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部には、一方側の端部に略直立して指背の方向に沿って延びる板状の接続部が形成されている。伝達部材６２１1の接続部には、第２検出部７１２1の後述する磁石７２２1が取り付けられている。この伝達部材６２１1の長板部は、母指装着部６９０1を介して、母指の末節部位に装着される。ここで、伝達部材６２１1は、アシスト対象関節を第１関節とした場合に、他方側対応部材に対応している。
【０１１４】
上記の伝達部材６２３1は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部の一方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の一方側接続部が形成されている。また、当該長板部の他方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の他方側接続部が形成されている。
【０１１５】
伝達部材６２３1の一方側接続部には、第２検出部７１３1の後述する磁石７２３1が取り付けられている。また、伝達部材６２３1の他方側接続部には、第２検出部７１２1の後述する磁気センサ７３２1が取り付けられている。そして、伝達部材６２３1の他方側接続部には、配線７４２1を挿入する挿入穴が成型されている。この伝達部材６２３1の長板部は、母指装着部６９０1を介して、母指の基節部位に装着される。
【０１１６】
ここで、伝達部材６２３1の他方側接続部及び長板部は、アシスト対象関節を第１関節とした場合に、一方側対応部材に対応している。また、伝達部材６２３1の一方側接続部及び長板部は、アシスト対象関節を第２関節とした場合に、他方側対応部材に対応している。
【０１１７】
上記の伝達部材６２４1は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部には、他方側の端部に略直立して指背の方向に沿って延びる板状の接続部が形成されている。伝達部材６２４1の接続部には、第２検出部７１３1の後述する磁気センサ７３３1が取り付けられている。そして、伝達部材６２４1の接続部には、配線７４３1を挿入する挿入穴が成型されている。この伝達部材６２４1の長板部は、母指装着部６９０1を介して、母指の中手に装着される。ここで、伝達部材６２４1は、アシスト対象関節を第２関節とした場合に、一方側対応部材に対応している。
【０１１８】
なお、本実施形態では、伝達部材６２１1，６２４1における接続部の指背方向に沿った長さは、伝達部材３２１1，３２４1における接続部の指背方向に沿った長さに比べて、短くなっている。また、本実施形態では、伝達部材６２３1における一方側接続部及び他方側接続部の指背方向に沿った長さは、伝達部材３２３1における接続部の指背方向に沿った長さに比べて、短くなっている（図３及び図７参照）。
【０１１９】
上記の第２検出部７１２1は、磁石７２２1と、磁気センサ７３２1とを備えている。
【０１２０】
上記の磁石７２２1は、関節運動アシスト装置２００の磁石４２２1と同様に構成された円柱形状の部材である。磁石７２２1は、伝達部材６２１1における接続部の−Ｖ1方向側に取り付けられている。本実施形態では、磁気センサ７３２1と向き合う磁石７２２1の−Ｖ1方向側がＮ極になっている。
【０１２１】
上記の磁気センサ７３２1は、磁石７２２1と対向するように、伝達部材６２３1における他方側接続部の＋Ｖ1方向側に取り付けられている。そして、磁気センサ７３２1は、配線７４２1を介して、制御装置８００に接続されている。
【０１２２】
この磁気センサ７３２1は、関節運動アシスト装置２００の磁気センサ４３２1と同様に構成されたホール素子型のセンサであり、ホール素子が出力する電圧値を検出する。そして、磁気センサ７３２1による検出結果は、第２検出値ＤＭ２1として制御装置８００へ送られる。
【０１２３】
すなわち、磁気センサ７３２1は、伝達部材６２１1に取り付けられた磁石７２２1と、伝達部材６２３1に取り付けられた磁気センサ７３２1との間の距離、及び、伝達部材６２１1の長板部が延びる方向と伝達部材６２３1の長板部が延びる方向とが成す角度に対応する電圧値を出力する。このため、磁気センサ７３２1が出力する電圧値は、第１関節の屈曲又は伸展に対応して、伝達部材６２１1の長板部が第１関節に向かって延びる方向と、伝達部材６２３1の長板部が第１関節に向かって延びる方向とが成す角度（第２角度）を反映した物理量となっている。
【０１２４】
上記の第２検出部７１３1は、磁石７２３1と、磁気センサ７３３1とを備えている。
【０１２５】
上記の磁石７２３1は、関節運動アシスト装置２００の磁石４２３1と同様に構成された円柱形状の部材である。磁石７２３1は、伝達部材６２３1における一方側接続部の−Ｖ1方向側に取り付けられている。本実施形態では、磁気センサ７３３1と向き合う磁石７２３1の−Ｖ1方向側がＮ極になっている。
【０１２６】
上記の磁気センサ７３３1は、磁石７２３1と対向するように、伝達部材６２４1における接続部の＋Ｖ1方向側に取り付けられている。そして、磁気センサ７３３1は、配線７４３1を介して、制御装置８００に接続されている。
【０１２７】
この磁気センサ７３３1は、関節運動アシスト装置２００の磁気センサ４３３1と同様に構成されたホール素子型のセンサであり、ホール素子が出力する電圧値を検出する。そして、磁気センサ７３３1による検出結果は、第２検出値ＤＭ３1として制御装置８００へ送られる。
【０１２８】
すなわち、磁気センサ７３３1は、伝達部材６２３1に取り付けられた磁石７２３1と、伝達部材６２４1に取り付けられた磁気センサ７３３1との間の距離、及び、伝達部材６２３1の長板部が延びる方向と伝達部材６２４1の長板部が延びる方向とが成す角度に対応する電圧値を出力する。このため、磁気センサ７３３1が出力する電圧値は、第２関節の屈曲又は伸展に対応して、伝達部材６２３1の長板部が第２関節に向かって延びる方向と、伝達部材６２４1の長板部が第２関節に向かって延びる方向とが成す角度（第２角度）を反映した物理量となっている。
【０１２９】
上記の母指装着部６９０1は、母指の指（末節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。母指装着部６９０1は、装着部材６９１1と、指サック６９２1と、バンド部材６９３1とを備えている。
【０１３０】
上記の装着部材６９１1は、弾力性を有する長形状の部材であり、母指が延びる方向に沿って、母指の指及び中手の手背側に配置される。装着部材６９１1の＋Ｗ1方向側には、伝達部材６２１1，６２３1，６２４1の長板部が固定されている。また、装着部材６９１1における伝達部材６２４1が固定されている部分の反対側（−Ｗ1方向側）には、手部装着部５１０が取り付けられている。
【０１３１】
ここで、伝達部材６２１1と伝達部材６２３1との間の第１関節上に装着される装着部材６９１1が、第２拘束部材に対応している。また、伝達部材６２３1と伝達部材６２４1との間の第２関節上に装着される装着部材３９１1が、第２拘束部材に対応している。
【０１３２】
上記の指サック６９２1は、例えば、皮製の部材であり、装着部材６９１1の指先側に固定される。そして、指サック６９２1は、母指マスタ部５３０1を母指に装着する際に、母指の指先に固定される。上記のバンド部材６９３1は、例えば、長形状の布製の部材であり、基節部位と伝達部材６２３1の長板部とを固定する。
【０１３３】
《手指マスタ５３０k（ｋ＝２，…，５）の構成》
上記の手指マスタ部５３０k（ｋ＝２，…，５）の構成について、説明する。
【０１３４】
手指マスタ部５３０2は、手部装着部５１０が手部に装着されている状態で、示指の指（末節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。また、手指マスタ部５３０3は、手部装着部５１０が手部に装着されている状態で、中指の指（末節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。また、手指マスタ部５３０4は、手部装着部５１０が手部に装着されている状態で、薬指の指（末節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。また、手指マスタ部５３０5は、手部装着部５１０が手部に装着されている状態で、小指の指（末節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。
【０１３５】
図８（Ａ），（Ｂ）には、手指マスタ部５３０kの代表として、手指マスタ部５３０2の構成図が示されている。なお、図８（Ａ），（Ｂ）における座標系（Ｕ2，Ｖ2，Ｗ2）は、示指が伸びている状態で、指先方向を＋Ｖ2方向、指腹側から指背側へ向かう方向を＋Ｗ2方向、Ｖ2方向及びＷ2方向に直交し、小指側へと向かう方向を＋Ｕ2方向とする座標系である。
【０１３６】
ここで、図８（Ａ）は、示指に装着された手指マスタ部５３０2を、＋Ｗ2方向側から視た図である。また、図８（Ｂ）は、示指に装着された手指マスタ部５３０2を、−Ｕ2方向側から視た図である。本実施形態では、手指マスタ部５３０3，５３０4，５３０5についても、手指マスタ部５３０2と同様に構成されている。
【０１３７】
手指マスタ部５３０k（ｋ＝２，…，５）のそれぞれは、図６及び図８（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、伝達部材６２１k，６２２k，６２３k，６２４kを備えている。また、手指マスタ部５３０kのそれぞれは、第２検出部７１２k，７１３kと、手指装着部６９０kとを備えている。
【０１３８】
上記の伝達部材６２１kは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部には、一方側の端部に略直立して指背の方向に沿って延びる板状の接続部が形成されている。この伝達部材６２１kの長板部は、手指装着部６９０kを介して、手指の末節部位に装着される。なお、この伝達部材６２１kは、手指マスタ部５３０kの構成要素から、省略してもよい。
【０１３９】
上記の伝達部材６２２kは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部の一方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の一方側接続部が形成されている。また、当該長板部の他方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の他方側接続部が形成されている。伝達部材６２２kの一方側接続部には、第２検出部７１２kの後述する磁石７２２kが取り付けられている。この伝達部材６２２kの長板部は、手指装着部６９０kを介して、手指の中節部位に装着される。ここで、伝達部材６２２kは、アシスト対象関節を第２関節とした場合に、他方側対応部材に対応している。
【０１４０】
上記の伝達部材６２３kは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部の一方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の一方側接続部が形成されている。また、当該長板部の他方の端部には、略直立して指背の方向に沿って延びる板状の他方側接続部が形成されている。
【０１４１】
伝達部材６２３kの一方側接続部には、第２検出部７１３kの後述する磁石７２３kが取り付けられている。また、伝達部材６２３kの他方側接続部には、第２検出部７１２kの後述する磁気センサ７３２kが取り付けられている。そして、伝達部材６２３kの他方側接続部には、配線７４２kを挿入する挿入穴が成型されている。この伝達部材６２３kの長板部は、手指装着部６９０kを介して、手指の基節部位に装着される。
【０１４２】
ここで、伝達部材６２３kの他方側接続部及び長板部は、アシスト対象関節を第２関節とした場合に、一方側対応部材に対応している。また、伝達部材６２３kの一方側接続部及び長板部は、アシスト対象関節を第３関節とした場合に、他方側対応部材に対応している。
【０１４３】
上記の伝達部材６２４kは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板部を有している。そして、当該長板部には、他方側の端部に略直立して指背の方向に沿って延びる板状の接続部が形成されている。伝達部材６２４kの接続部には、第２検出部７１３kの後述する磁気センサ７３３kが取り付けられている。そして、伝達部材６２４kの接続部には、配線７４３kを挿入する挿入穴が成型されている。この伝達部材６２４kの長板部は、手指装着部６９０kを介して、手指の中手部位上に装着される。ここで、伝達部材６２４kは、アシスト対象関節を第３関節とした場合に、一方側対応部材に対応している。
【０１４４】
なお、本実施形態では、伝達部材６２１k，６２４kにおける接続部の指背方向に沿った長さは、伝達部材３２１k，３２４kにおける接続部の指背方向に沿った長さに比べて、短くなっている。また、本実施形態では、伝達部材６２２k，６２３kにおける一方側接続部及び他方側接続部の指背方向に沿った長さは、伝達部材３２２k，３２３kにおける一方側接続部及び他方側接続部の指背方向に沿った長さに比べて、短くなっている（図５及び図８参照）。
【０１４５】
上記の第２検出部７１２kは、磁石７２２kと、磁気センサ７３２kとを備えている。
【０１４６】
上記の磁石７２２kは、関節運動アシスト装置２００の磁石４２２kと同様に構成された円柱形状の部材である。磁石７２２kは、伝達部材６２２kにおける一方側接続部の−Ｖk方向側に取り付けられている。本実施形態では、磁気センサ７３２kと向き合う磁石７２２kの−Ｖk方向側がＮ極になっている。
【０１４７】
上記の磁気センサ７３２kは、磁石７２２kと対向するように、伝達部材６２３kにおける他方側接続部の＋Ｖk方向側に取り付けられている。そして、磁気センサ７３２kは、配線７４２kを介して、制御装置８００に接続されている。
【０１４８】
この磁気センサ７３２kは、関節運動アシスト装置２００の磁気センサ４３２1と同様に構成されたホール素子型のセンサであり、ホール素子が出力する電圧値を検出する。そして、磁気センサ７３２kによる検出結果は、第２検出値ＤＭ２kとして制御装置８００へ送られる。
【０１４９】
すなわち、磁気センサ７３２kは、伝達部材６２２kに取り付けられた磁石７２２kと、伝達部材６２３kに取り付けられた磁気センサ７３２kとの間の距離、及び、伝達部材６２２kの長板部が延びる方向と伝達部材６２３kの長板部が延びる方向とが成す角度に対応する電圧値を出力する。このため、磁気センサ７３２kが出力する電圧値は、第２関節の屈曲又は伸展に対応して、伝達部材６２２kの長板部が第２関節に向かって延びる方向と、伝達部材６２３kの長板部が第２関節に向かって延びる方向とが成す角度（第２角度）を反映した物理量となっている。
【０１５０】
上記の第２検出部７１３kは、磁石７２３kと、磁気センサ７３３kとを備えている。
【０１５１】
上記の磁石７２３kは、関節運動アシスト装置２００の磁石４２３kと同様に構成された円柱形状の部材である。磁石７２３kは、伝達部材６２３kにおける一方側接続部の−Ｖk方向側に取り付けられている。本実施形態では、磁気センサ７３３kと向き合う磁石７２３kの−Ｖk方向側がＮ極になっている。
【０１５２】
上記の磁気センサ７３３kは、磁石７２３kと対向するように、伝達部材６２４kにおける接続部の＋Ｖk方向側に取り付けられている。そして、磁気センサ７３３kは、配線７４３kを介して、制御装置８００に接続されている。
【０１５３】
この磁気センサ７３３kは、関節運動アシスト装置２００の磁気センサ４３３1と同様に構成されたホール素子型のセンサであり、ホール素子が出力する電圧値を検出する。そして、磁気センサ７３３kによる検出結果は、第２検出値ＤＭ３kとして制御装置８００へ送られる。
【０１５４】
すなわち、磁気センサ７３３kは、伝達部材６２３kに取り付けられた磁石７２３kと、伝達部材６２４kに取り付けられた磁気センサ７３３kとの間の距離、及び、伝達部材６２３kの長板部が延びる方向と伝達部材６２４kの長板部が延びる方向とが成す角度に対応する電圧値を出力する。このため、磁気センサ７３３kが出力する電圧値は、第３関節の屈曲又は伸展に対応して、伝達部材６２３1の長板部が第３関節に向かって延びる方向と、伝達部材６２４1の長板部が第３関節に向かって延びる方向とが成す角度（第２角度）を反映した物理量となっている。
【０１５５】
上記の手指装着部６９０k（ｋ＝２，…，５）は、手指の指（末節部位、中節部位、基節部位）及び中手部位上に装着される。手指装着部６９０k（ｋ＝２，…，５）のそれぞれは、装着部材６９１kと、指サック６９２kと、バンド部材６９３k，６９６kとを備えている。
【０１５６】
上記の装着部材６９１kは、弾力性を有する長形状の部材であり、手指が延びる方向に沿って、手指の指及び中手の手背側に配置される。装着部材６９１kの＋Ｗk方向側には、伝達部材６２１k，６２２k，６２３k，６２４kの長板部が固定されている。また、装着部材６９１kにおける伝達部材６２４kが固定されている部分の反対側（−Ｗk方向側）には、手部装着部５１０が取り付けられている。
【０１５７】
ここで、伝達部材６２１kと伝達部材６２２kとの間の第１関節上に装着される装着部材６９１kが、第２拘束部材に対応している。また、伝達部材６２２kと伝達部材６２３kとの間の第２関節上に装着される装着部材６９１kが、第２拘束部材に対応している。また、伝達部材６２３kと伝達部材６２４kとの間の第３関節上に装着される装着部材６９１kが、第２拘束部材に対応している。
【０１５８】
上記の指サック６９２kは、例えば、皮製の部材であり、装着部材６９１kの指先側に固定される。そして、指サック６９２kは、手指マスタ部５３０kを手指に装着する際に、手指の指先に固定される。上記のバンド部材６９３k，６９６kは、例えば、長形状の布製の部材である。そして、バンド部材６９３kは、中節部位と伝達部材６２２kの長板部とを固定する。バンド部材６９６kは、基節部位と伝達部材６２３kの長板部とを固定する。
【０１５９】
＜制御装置８００の構成＞
上記の制御装置８００の構成について、説明する。
【０１６０】
制御装置８００は、配管３３２1を介して母指関節運動アシスト部２３０1のベローズ３４２1と連通している。また、制御装置８００は、配管３３３1を介して母指関節運動アシスト部２３０1のベローズ３４３1と連通している。また、制御装置８００は、配管３３２kを介して手指関節運動アシスト部２３０kのベローズ３４１k，３４２kと連通している。さらに、制御装置８００は、配管３３３kを介して手指関節運動アシスト部２３０kのベローズ３４３kと連通している。以下の説明においては、これらのベローズを総称して、単に「ベローズ」とも記す。
【０１６１】
また、制御装置８００は、配線４４２jを介して関節運動アシスト装置２００の第１検出部４１２jと接続している。また、制御装置８００は、配線４４３jを介して関節運動アシスト装置２００の第１検出部４１３jと接続している。さらに、制御装置８００は、配線７４２jを介してマスタ装置５００の第２検出部７１２jと接続している。また、制御装置８００は、配管７４３jを介してマスタ装置５００の第２検出部７１３jと接続している。
【０１６２】
制御装置８００は、図９に示されるように、加圧ポンプ８１１と、減圧ポンプ８１２と、電気−空気圧制御弁８１３と、制御ユニット８１４とを備えている。また、制御装置８００は、配管８１５，８１６を備えている。ここで、電気−空気圧制御弁８１３が空気圧設定部に対応し、制御ユニット８１４が空気圧制御部に対応している。
【０１６３】
上記の加圧ポンプ８１１は、配管８１５を介して、電気−空気圧制御弁８１３のポンプ側接続口の一方側に接続されている。加圧ポンプ８１１は、ベローズへの空気の強制的供給を行う際に利用される。上記の減圧ポンプ８１２は、配管８１６を介して、電気−空気圧制御弁８１３のポンプ側接続口の他方側に接続されている。減圧ポンプ８１２は、ベローズからの空気の強制的排出を行う際に、利用される。
【０１６４】
上記の電気−空気圧制御弁８１３は、流路切換弁と、圧力制御弁（比例ソレノイドバルブ）とを備えて構成されている。流路切換弁の入口側の一方が加圧ポンプ８１１に接続され、流路切換弁の入口側の他方が減圧ポンプ８１２に接続されている。
【０１６５】
そして、流路切換弁は、制御ユニット８１４による制御のもとで、ベローズへの空気の強制的供給を行う際には、配管８１５を介して、加圧ポンプ８１１と、指定されたベローズに連通している配管とを接続して流路を形成する。また、流路切換弁は、制御ユニット８１４による制御のもとで、ベローズからの空気の強制的排出を行う際には、配管８１６を介して、減圧ポンプ８１２と、指定されたベローズに連通している配管とを接続して流路を形成する。
【０１６６】
例えば、母指関節運動アシスト部２３０1のベローズ３４２1への空気の強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管８１５と配管３３２1とを接続して流路を形成する。また、ベローズ３４２1からの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管８１６と配管３３２1とを接続して流路を形成する。さらに、ベローズ３４３1への空気の強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管８１５と配管３３３1とを接続して流路を形成する。また、ベローズ３４３1からの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管８１６と配管３３３1とを接続して流路を形成する。
【０１６７】
また、手指関節運動アシスト部２３０kのベローズ３４１k，３４２kへの空気の強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管８１５と配管３３２kとを接続して流路を形成する。また、ベローズ３４１k，ベローズ３４２kからの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管８１６と配管３３２kとを接続して流路を形成する。さらに、ベローズ３４３kへの空気の強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管８１５と配管３３３kとを接続して流路を形成する。また、ベローズ３４３kからの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管８１６と配管３３３kとを接続して流路を形成する。
【０１６８】
上記の制御ユニット８１４は、ベローズからの空気の排出、及び、ベローズへの空気の供給の切り換えの制御を行う。かかる制御に際して、ベローズへの空気の供給を行う場合には、制御ユニット８１４は、電気−空気圧制御弁８１３が加圧ポンプ８１１と関節運動を行うベローズとを接続する流路を形成し、ベローズ内の空気圧力を調整するように制御する。また、ベローズからの空気からの空気の排出を行う場合には、制御ユニット８１４は、電気−空気圧制御弁８１３が減圧ポンプ８１２と関節運動を行うベローズとを接続する流路を形成し、ベローズ内の空気圧力を調整するように制御する。
【０１６９】
かかる制御に際して、制御ユニット８１４は、マスタ装置５００の第２検出部７１２j（ｊ＝１，…，５）から送られた第２検出値ＤＭ２jを受けるとともに、関節運動アシスト装置２００の第１検出部４１２jから送られた第１検出値ＤＡ２jを受ける。そして、制御ユニット８１４は、第１検出値ＤＡ２jと第２検出値ＤＭ２jとの差の絶対値が所定値以下となるようにフィードバック制御を行い、ベローズ３４２jへの空気の供給、又は、ベローズ３４２jからの空気の排出を行う給排制御指令を生成する。こうして生成された給排制御指令は、電気−空気圧制御弁８１３へ送る。
【０１７０】
また、かかる制御に際して、制御ユニット８１４は、マスタ装置５００の第２検出部７１３j（ｊ＝１，…，５）から送られた第２検出値ＤＭ３jを受けるとともに、関節運動アシスト装置２００の第１検出部４１３jから送られた第１検出値ＤＡ３jを受ける。そして、制御ユニット８１４は、第１検出値ＤＡ３jと第２検出値ＤＭ３jとの差の絶対値が所定値以下となるようにフィードバック制御を行い、ベローズ３４３jへの空気の供給、又は、ベローズ３４３jからの空気の排出を行う給排制御指令を生成する。こうして生成された給排制御指令は、電気−空気圧制御弁８１３へ送られる。こうした制御ユニット８１４による制御方法として、例えば、公知のＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Derivative Controller）を採用することができる。また、所定値は、実験、シミュレーション、経験等に基づいて、予め定められる。
【０１７１】
［動作］
以上のようにして構成された関節運動アシストシステム１００の動作について、マスタ・スレーブ方式による手指の関節運動のアシスト動作を説明する。
【０１７２】
以下の動作の説明では、マスタ装置５００の状態を説明する際に、手指マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）の代表として、手指マスタ部５３０2の状態図を参照することがある。また、以下の説明では、関節運動アシスト装置２００の状態を説明する際に、手指関節運動アシスト部２３０j（ｊ＝１，…，５）の代表として、手指関節運動アシスト部２３０2の状態図を参照することがある。
【０１７３】
＜関節運動アシスト装置２００の関節屈曲状態へのアシスト動作＞
まず、マスタ装置５００の装着者が、図１０（Ａ）に示されるように、マスタ装置５００を装着した手指の全ての関節を屈曲状態にしたとする。制御ユニット８１４は、こうした屈曲状態でのマスタ装置５００の磁気センサ７３２j（ｊ＝１，…，５）から送られた第２検出値ＤＭ２j、及び、磁気センサ７３３jから送られた第２検出値ＤＭ３jを受ける。また、制御ユニット８１４は、関節運動アシスト装置２００の磁気センサ４３２jから送られた第１検出値ＤＡ２j、及び、磁気センサ４３３jから送られた第１検出値ＤＡ３jを受ける。
【０１７４】
次に、制御ユニット８１４は、第２検出値ＤＭ２jと第１検出値ＤＡ２jとの差、及び、差の絶対値を算出する。そして、制御ユニット８１４は、当該絶対値が所定値以下になっていない場合には、ベローズ３４２j内の空気圧を所定圧だけ上昇させるための給排制御指令を生成し、電気−空気圧制御弁８１３へ送る。
【０１７５】
次いで、制御ユニット８１４は、ベローズ３４２j内の空気圧が変更されたときの第１検出値ＤＡ２jを、関節運動アシスト装置２００の磁気センサ４３２jから受ける。引き続き、制御ユニット８１４は、第２検出値ＤＭ２jと第１検出値ＤＡ２jとの差の絶対値を算出し、当該絶対値が所定値以下となっているか否かを判定する。そして、制御ユニット８１４は、当該絶対値が所定値以下となっていない場合には、第２検出値ＤＭ２jと第１検出値ＤＡ２jとの差の絶対値が、所定値以下となるまで、フィードバック制御処理を繰り返す。
【０１７６】
また、制御ユニット８１４は、第２検出値ＤＭ３jと第１検出値ＤＡ３jとの差の絶対値を算出する。そして、制御ユニット８１４は、当該絶対値が所定値以下になっていない場合には、ベローズ３４３j内の空気圧を所定圧だけ上昇させるための給排制御指令を生成し、電気−空気圧制御弁８１３へ送る。
【０１７７】
次いで、制御ユニット８１４は、ベローズ３４３j内の空気圧が変更されたときの第１検出値ＤＡ３jを、関節運動アシスト装置２００の磁気センサ４３３jから受ける。引き続き、制御ユニット８１４は、第２検出値ＤＭ３jと第１検出値ＤＡ３jとの差の絶対値を算出し、当該絶対値が所定値以下となっているか否かを判定する。そして、制御ユニット８１４は、当該絶対値が所定値以下となっていない場合には、第２検出値ＤＭ３jと第１検出値ＤＡ３jとの差の絶対値が、所定値以下となるまで、フィードバック制御処理を繰り返す。ここで、所定圧は、ベローズ内の空気圧を急激に変化させない観点から、実験、シミュレーション、経験、所定値等に基づいて、予め定められる。
【０１７８】
こうしてベローズ３４２j内への空気の供給が行われると、母指に装着された手指関節運動アシスト部２３０1では、ベローズ３４２1が膨張する。また、示指、中指、薬指及び小指（以下、「四指」とも記す）に装着された手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）では、ベローズ３４２k，３４１kが膨張する。また、こうしてベローズ３４３j内への空気の供給が行われると、手指関節運動アシスト部２３０j（ｊ＝１，…，５）のベローズ３４３jが膨張する。この結果、手指関節運動アシスト部２３０j（ｊ＝１，…，５）を装着した手指の関節は、図１０（Ｂ）に示されるように、屈曲状態になる。
【０１７９】
＜関節運動アシスト装置２００の関節伸展状態へのアシスト動作＞
引き続き、マスタ装置５００の装着者が、手指の全ての関節を、伸展状態にしたとする。上述した図７（Ａ），（Ｂ）及び図８（Ａ），（Ｂ）には、マスタ装置５００を装着する手部の手指が、関節伸展状態となっているときの様子が示されている。
【０１８０】
制御ユニット８１４は、こうした伸展状態での第２検出値ＤＭ２jと第１検出値ＤＡ２jとの差の絶対値を算出し、当該絶対値が所定値以下となっているか否かを判定する。そして、制御ユニット８１４は、当該絶対値が所定値以下となっていない場合には、ベローズ３４２j内の空気圧を所定圧だけ下降させるための給排制御指令を生成し、電気−空気圧制御弁８１３へ送る。制御ユニット８１４は、第２検出値ＤＭ２jと第１検出値ＤＡ２jとの差の絶対値が所定値以下となるまで、フィードバック制御処理を繰り返す。
【０１８１】
また、制御ユニット８１４は、第２検出値ＤＭ３jと第１検出値ＤＡ３jとの差の絶対値を算出し、当該絶対値が所定値以下となっているか否かを判定する。そして、制御ユニット８１４は、当該絶対値が所定値以下となっていない場合には、ベローズ３４３j内の空気圧を所定圧だけ下降させるための給排制御指令を生成し、電気−空気圧制御弁８１３へ送る。制御ユニット８１４は、第２検出値ＤＭ３jと第１検出値ＤＡ３jとの差の絶対値が所定値以下となるまで、フィードバック制御処理を繰り返す。
【０１８２】
こうしてベローズ３４２j内からの空気の排出が行われると、母指に装着された手指関節運動アシスト部２３０1では、ベローズ３４２1が収縮する。また、四指に装着された手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）では、ベローズ３４２k，３４１kが収縮する。また、こうしてベローズ３４３j内からの空気の排出が行われると、手指関節運動アシスト部２３０j（ｊ＝１，…，５）のベローズ３４３jが収縮する。この結果、手指関節運動アシスト部２３０j（ｊ＝１，…，５）を装着した手指の関節は、上述した図３（Ａ），（Ｂ）及び図５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、伸展状態になる。
【０１８３】
また、マスタ装置５００の装着者が、手指の関節を屈曲状態、伸展状態、または、伸展状態と屈曲状態との中間状態へ様々な状態に変化させたときには、第２検出値ＤＭ２j，ＤＭ３jの値が変化する。そして、制御装置８００は、第２検出値ＤＭ２jの値の変化に応じて、図４に示される磁気センサの出力特性から、第２検出値ＤＭ２jの値から第１検出値ＤＡ２jの値を差し引いた値が正の場合には、ベローズ３４２j内の空気圧を段階的に上昇させて、第１検出値ＤＡ２jの値が第２検出値ＤＭ２jの値と所定値の範囲内で同じになるように制御する。また、制御装置８００は、第２検出値ＤＭ２jの値から第１検出値ＤＡ２jの値を差し引いた値が負の場合には、ベローズ３４２j内の空気圧を段階的に下降させて、第１検出値ＤＡ２jの値が第２検出値ＤＭ２jの値と所定値の範囲内で同じになるように制御する。
【０１８４】
また、制御装置８００は、第２検出値ＤＭ３jの値の変化に応じて、第２検出値ＤＭ３jの値から第１検出値ＤＡ３jの値を差し引いた値が正の場合には、図４に示される磁気センサの出力特性から、ベローズ３４３j内の空気圧を段階的に上昇させて、第１検出値ＤＡ３jの値が第２検出値ＤＭ３jの値と所定値の範囲内で同じになるように制御する。また、制御装置８００は、第２検出値ＤＭ３jの値から第１検出値ＤＡ３jの値を差し引いた値が負の場合には、ベローズ３４３j内の空気圧を段階的に下降させて、第１検出値ＤＡ３jの値が第２検出値ＤＭ３jの値と所定値の範囲内で同じになるように制御する。この結果、関節運動アシスト装置２００を装着した手指の関節についても、屈曲状態、伸展状態、または、伸展状態と屈曲状態との中間状態へアシストされる。
【０１８５】
以上説明したように、本実施形態では、関節運動アシスト装置２００の手指関節運動アシスト部２３０j（ｊ＝１，…，５）を、人体ＨＢ１の右手ＨＤＲ１の手指に装着する。そして、関節運動アシスト装置２００では、磁石４２２jと磁気センサ４３２jとが、対向するようにして、関節部分で対向する伝達部材のそれぞれに取り付けられている。また、関節運動アシスト装置２００では、磁石４２３jと磁気センサ４３３jとが、対向するようにして、他の関節部分で対向する伝達部材のそれぞれに取り付けられている。また、マスタ装置５００の手指マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）を、人体ＨＢ２の右手ＨＤＲ２の手指に装着する。この関節運動アシストシステムにおいて、関節運動アシスト装置２００がベローズ及び当該ベローズと連通する配管を備える点を除いて、スレーブ装置とマスタ装置とは、同じ構成になっている。
【０１８６】
こうした構成で、マスタ装置５００の装着者が、マスタ装置５００を装着した手指の関節を屈曲状態又は伸展状態にすると、制御装置８００が、関節の屈曲角度を反映した第２検出値ＤＭ２j，ＤＭ３jをマスタ装置５００から受ける。また、制御装置８００は、関節運動アシスト装置２００の磁気センサ４３２jから送られた第１検出値ＤＡ２j、及び、磁気センサ４３３jから送られた第１検出値ＤＡ３jを受ける。そして、制御装置８００は、第２検出値ＤＭ２jと第１検出値ＤＡ２jとの差の絶対値が、所定値以下となるようにフィードバック制御を行い、ベローズ３４２j内の空気圧を変化させる制御を行う。また、制御装置８００は、第２検出値ＤＭ３jと第１検出値ＤＡ３jとの差の絶対値が、所定値以下となるようにフィードバック制御を行い、ベローズ３４３j内の空気圧を変化させる制御を行う。この結果、マスタ装置５００を装着した手部の手指の動きを、関節運動アシスト装置２００がトレースし、関節運動をアシストすることができる。
【０１８７】
したがって、本実施形態によれば、関節部分に直接的に装着するセンサを用いずに、関節運動アシスト装置を遠隔動作させ、関節運動を適切にアシストすることができる。
【０１８８】
［実施形態の変形］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１８９】
例えば、上記の実施形態では、母指、示指、中指、薬指及び小指のそれぞれに手指関節運動アシスト部を装着し、母指、示指、中指、薬指及び小指の関節運動をアシストするようにした。これに対して、任意の手指に関節運動アシスト部を装着し、当該任意の手指の関節運動をアシストするようにしてもよい。この場合には、当該任意の手指の数と同数の手指マスタ部を用意すればよい。
【０１９０】
また、上記の実施形態では、人体の右手の手指の運動をアシストする関節運動アシスト装置を有する関節運動アシストシステムについて説明したが、左手の手指の運動をアシストする関節運動アシスト装置を有する関節運動アシストシステムであってもよいことは勿論である。
【０１９１】
また、上記の実施形態では、関節運動アシスト装置を右手に装着する場合に、マスタ装置を、関節運動アシスト装置を装着する人体とは異なる人体の右手に装着するようにした。これに対して、マスタ装置を、当該異なる人体の左手（左右対称性）に装着するようにしてもよい。
【０１９２】
また、上記の実施形態では、マスタ装置を装着する手部は、関節運動アシスト装置を装着する手部と合同対称性を有することとしたが、マスタ装置を装着する手部は、関節運動アシスト装置を装着する手部と相似対称性及び左右対称性の少なくとも１つを有する場合であってもよい。
【０１９３】
また、人体の一方の手部が拘縮し、他方の手部が健常な場合には、関節運動アシスト装置を当該人体の拘縮している手部に装着し、マスタ装置を当該人体の健常な手部（左右対称性）に装着するようにしてもよい。
【０１９４】
また、図１１（Ａ），（Ｂ）及び図１２（Ａ），（Ｂ）に示されるように、マスタ装置の伝達部材に板状のガイド部材ＧＭ１，ＧＭ２，ＧＭ３，ＧＭ４を取り付けるとともに、関節運動アシスト装置の伝達部材に板状のガイド部材ＧＡ１，ＧＡ２，ＧＡ３，ＧＡ４を取り付けるようにしてもよい。この図１１（Ａ），（Ｂ）及び図１２（Ａ），（Ｂ）では、マスタ装置では、伝達部材の−Ｕj方向側にガイド部材を取り付けている図が示されているが、伝達部材の＋Ｕj方向側にもガイド部材が取り付けられている。また、関節運動アシスト装置では、伝達部材の−Ｘj方向側にガイド部材を取り付けている図が示されているが、伝達部材の＋Ｘj方向側にもガイド部材が取り付けられている。
【０１９５】
ここで、マスタ装置のガイド部材ＧＭ１，ＧＭ２は、第２関節部分で対向する位置に配置された伝達部材のそれぞれに取り付けられる。このガイド部材ＧＭ１，ＧＭ２には、軸部材ＡＭ１を通す穴が成型されている。そして、軸部材ＡＭ１は、第２関節の回動中心軸付近に配置されるようになっている。また、マスタ装置のガイド部材ＧＭ３，ＧＭ４は、第３関節部分で対向する位置に配置された伝達部材のそれぞれに取り付けられる。このガイド部材ＧＭ３，ＧＭ４には、軸部材ＡＭ３を通す穴が成型されている。そして、軸部材ＡＭ３は、第３関節の回動中心軸付近に配置されるようになっている。
【０１９６】
また、関節運動アシスト装置のガイド部材ＧＡ１，ＧＡ２は、第２関節部分で対向する位置に配置された伝達部材のそれぞれに取り付けられる。このガイド部材ＧＡ１，ＧＡ２には、軸部材ＡＡ１を通す穴が成型されている。そして、軸部材ＡＡ１は、第２関節の回動中心軸付近に配置されるようになっている。また、関節運動アシスト装置のガイド部材ＧＡ３，ＧＡ４は、第３関節部分で対向する位置に配置された伝達部材のそれぞれに取り付けられる。このガイド部材ＧＡ３，ＧＡ４には、軸部材ＡＡ３を通す穴が成型されている。そして、軸部材ＡＡ３は、第３関節の回動中心軸付近に配置されるようになっている。
【０１９７】
こうしたガイド部材を、マスタ装置及び関節運動アシスト装置に取り付けることにより、関節運動に際して、マスタ装置では、磁石及び当該磁石に対応する磁気センサのＶj軸上でのズレが生じにくくなる。また、関節運動アシスト装置では、磁石及び当該磁石に対応する磁気センサのＹj軸上でのズレが生じにくくなる。このため、第１検出部及び第２検出部による検出結果の信頼性を保つことが可能となる。
【０１９８】
また、上記の実施形態では、手指の関節運動をアシストするようにした。これに対して、手首の関節運動をアシストするようにしてもよい。この場合には、図１３（Ａ）に示されるように、スレーブ装置側では、ベローズ９４１Ａの他方側端部と接続される伝達部材９２１Ａに、磁石９６１Ａを取り付けるとともに、ベローズ９４１Ａの一方側端部と接続される伝達部材９２２Ａに、磁気センサ９７１Ａを取り付けるようにすればよい。ここで、手首の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムでは、磁石９６１Ａ及び磁気センサ９７１Ａが、第１検出部に対応する。
【０１９９】
そして、マスタ装置側では、図１３（Ｂ）に示されるように、スレーブ装置の伝達部材９２１Ａの装着位置に対応する位置に装着される伝達部材９２１Ｍに磁石９６１Ｍを取り付けるとともに、スレーブ装置の伝達部材９２２Ａの装着位置に対応する位置に装着される伝達部材９２２Ｍに磁気センサ９７１Ｍを取り付けるようにすればよい。ここで、手首の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムでは、磁石９６１Ｍ及び磁気センサ９７１Ｍが、第２検出部に対応する。
【０２００】
なお、手首の関節運動をアシストする際にも、関節運動アシスト装置を右手に装着する場合に、マスタ装置を、関節運動アシスト装置を装着する人体とは異なる人体の右手に装着するようにしてよい。また、これに対して、マスタ装置を、当該異なる人体の左手（左右対称性）に装着するようにしてもよい。
【０２０１】
また、手首の関節運動をアシストする際に、マスタ装置を装着する手部は、関節運動アシスト装置を装着する手部と合同対称性、相似対称性及び左右対称性の少なくとも１つを有する場合であってもよい。
【０２０２】
また、手首の関節運動をアシストする際に、人体の一方の手部が拘縮し、他方の手部が健常な場合には、関節運動アシスト装置を当該人体の拘縮している手部に装着し、マスタ装置を当該人体の健常な手部（左右対称性）に装着するようにしてもよい。
【０２０３】
また、上記の実施形態では、関節屈曲状態から関節伸展状態への関節運動、及び、関節伸展状態から関節屈曲状態へ関節運動をアシストした。これに対して、本発明では、鞍関節、球関節、楕円体関節等の他の関節の関節運動についても、アシストすることができる。
【０２０４】
また、上記の実施形態では、第１検出部及び第２検出部のそれぞれは、磁石及び磁気センサから構成されることとした。これに対して、第１検出部及び第２検出部として、例えば、超音波反射センサを採用し、関節部分で対向する伝達部材間の角度を検出するようにしてもよい。
【０２０５】
また、本実施形態においては、樹脂製のベローズを採用したが、伸縮自在であり、人体に装着される装置の重さ等の負担をかけることがない素材であれば、他の素材であってもよい。
【０２０６】
また、本発明の関節運動アシスト装置は、作動流体を空気としたが、他の気体や、水や油等の液体であってもよい。
【０２０７】
本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野で利用する場合には、リハビリテーション用として装着するだけでなく、力が弱っている者がパワーアシスト用の装置としても利用することができる。また、本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野以外で、物を掴む等のパワーアシスト装置としても利用することができる。
【０２０８】
また、上記の実施形態においては、人体の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムに本発明を適用したが、関節機構を有する人体以外の内骨格形の哺乳類、内骨格形のロボット等の所定対象物の関節運動アシストシステムにも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０９】
以上説明したように、本発明の関節運動アシストシステムは、所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムに適用することができる。
【図１】
2017110453.tif 000003
【図２】
2017110453.tif 000004
【図３】
2017110453.tif 000005
【図４】
2017110453.tif 000006
【図５】
2017110453.tif 000007
【図６】
2017110453.tif 000008
【図７】
2017110453.tif 000009
【図８】
2017110453.tif 000010
【図９】
2017110453.tif 000011
【図１０】
2017110453.tif 000012
【図１１】
2017110453.tif 000013
【図１２】
2017110453.tif 000014
【図１３】
2017110453.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月20日(2018.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１対象物の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムであって、
前記第１対象物に装着されるスレーブ装置と；
前記第１対象物と合同対称性、相似対称性及び左右対称性のいずれかの対称性を有する構造の第２対象物に装着されるマスタ装置と；
前記第２対象物における関節運動に対応する関節運動を前記第１対象物が行うように制御する制御装置と；を備え、
前記スレーブ装置は、
アシストすべき関節運動ごとに用意され、前記関節運動をアシストする力を発生させる少なくとも１つの伸縮自在なベローズと；
前記ベローズと連通する配管と；
前記ベローズの一方側端部に接続されるとともに、前記第１対象物における前記関節運動に関わる関節の一方側部位に装着される一方側部材と；
前記ベローズの他方側端部に接続されるとともに、前記第１対象物における前記関節の他方側部位に装着される他方側部材と；
前記一方側部材及び前記他方側部材の少なくとも一方に取り付けられ、前記一方側部材から前記他方側部材までの距離、及び、前記一方側部位が前記関節との接続部から延びる第１方向と、前記他方側部位が前記関節との接続部から延びる第２方向とが成す第１角度により定まる第１空間伝播物理量を検出する第１検出部と；を備え、
前記マスタ装置は、
前記第１対象物における前記一方側部材の装着位置に対応する位置に装着される一方側対応部材と；
前記第１対象物における前記他方側部材の装着位置に対応する位置に装着される他方側対応部材と；
前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材の少なくとも一方に取り付けられ、前記一方側対応部材から前記他方側対応部材までの距離、及び、前記第１対象物における前記第１方向に対応する前記一方側対応部材が延びる第３方向と、前記第１対象物における前記第２方向に対応する前記他方側対応部材が延びる第４方向とが成す第２角度により定まる第２空間伝播物理量を検出する第２検出部と；を備え、
前記制御装置は、前記第１空間伝播物理量と前記第２空間伝播物理量との差に基づいて、前記配管を介して、前記ベローズ内への作動流体の供給、及び、前記ベローズ内からの作動流体の排出を制御する、
ことを特徴とする関節運動アシストシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのベローズには、前記アシストすべき関節の回動運動の回動軸に対して垂直方向に配置された垂直配置ベローズが含まれ、
前記スレーブ装置は、前記垂直配置ベローズに対する前記関節側において、前記垂直配置ベローズに接続された前記一方側部材と前記垂直配置ベローズに接続された前記他方側部材とを弾性的に拘束し、前記ベローズの伸縮により発生する力を回動力に変換するための支援を行うことにより、前記関節運動のアシストのための回動力を、弾性的に拘束された前記一方側部材及び弾性的に拘束された前記他方側部材を介して、弾性的に拘束された前記一方側部材が装着された一方側部位及び弾性的に拘束された前記他方側部材が装着された他方側部位に伝達する第１拘束部材を更に備え、
前記マスタ装置は、前記スレーブ装置における第１拘束部材の配置位置に対応する前記マスタ装置の位置に配置され、弾性的に拘束された前記一方側部材に対応する一方側対応部材と弾性的に拘束された前記他方側部材に対応する他方側対応部材とを弾性的に拘束する第２拘束部材を更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項３】
前記スレーブ装置は、
前記一方側部材に取り付けられる板状の一方側ガイド部材と、前記他方側部材に取り付けられる板状の他方側ガイド部材とを更に備え、
前記一方側ガイド部材は、前記他方側ガイド部材に対して、前記第１対象物における前記関節の回動運動の回動軸と同一の軸方向の軸部材により回動可能に取り付けられ、
前記マスタ装置は、
前記一方側対応部材に取り付けられる板状の一方側対応ガイド部材と、前記他方側対応部材に取り付けられる板状の他方側対応ガイド部材とを更に備え、
前記一方側対応ガイド部材は、前記他方側対応ガイド部材に対して、前記第１対象物における前記関節に対応する前記第２対象物における関節の回動運動の回動軸と同一の軸方向の軸部材により回動可能に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項４】
前記作動流体は空気であり、
前記制御装置は、
前記ベローズへの空気の供給、及び、前記ベローズからの空気の排出を行うことにより、前記ベローズ内の空気圧を設定する空気圧設定部と；
前記第１空間伝播物理量と前記第２空間伝播物理量との差に基づいて、前記空気圧設定部による前記ベローズ内の空気圧の設定を制御する空気圧制御部と；
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項５】
前記第１検出部及び前記第２検出部は、磁石及び磁気センサから成る同様に構成された検出部であり、
前記第１検出部の磁石は、前記一方側部材及び前記他方側部材のうちの一の部材に取り付けられ、前記第１検出部の磁気センサは、前記一方側部材及び前記他方側部材のうちの前記一の部材とは異なる他の部材に取り付けられ、
前記第２検出部の磁石は、前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材のうちの一の対応部材に取り付けられ、前記第２検出部の磁気センサは、前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材のうちの前記一の対応部材とは異なる他の対応部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項６】
前記第１対象物には、人体の一方の手部における手指の少なくとも１つが含まれ、
前記第２対象物には、前記人体の他方の手部における手指の少なくとも１つが含まれる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項７】
前記第１対象物には、人体の手部における手指の少なくとも１つが含まれ、
前記第２対象物には、前記人体とは異なる人体の手部における手指の少なくとも１つが含まれる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項８】
前記第１対象物には、人体の一方の手首部が含まれ、
前記第２対象物には、前記人体の他方の手首部が含まれる、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項９】
前記第１対象物には、人体の手首部が含まれ、
前記第２対象物には、前記人体とは異なる手首部が含まれる、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の関節運動アシストシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、第１対象物の関節運動をアシストする関節運動アシストシステムであって、前記第１対象物に装着されるスレーブ装置と；前記第１対象物と合同対称性、相似対称性及び左右対称性のいずれかの対称性を有する構造の第２対象物に装着されるマスタ装置と；前記第２対象物における関節運動に対応する関節運動を前記第１対象物が行うように制御する制御装置と；を備え、前記スレーブ装置は、アシストすべき関節運動ごとに用意され、前記関節運動をアシストする力を発生させる少なくとも１つの伸縮自在なベローズと；前記ベローズと連通する配管と；前記ベローズの一方側端部に接続されるとともに、前記第１対象物における前記関節運動に関わる関節の一方側部位に装着される一方側部材と；前記ベローズの他方側端部に接続されるとともに、前記第１対象物における前記関節の他方側部位に装着される他方側部材と；前記一方側部材及び前記他方側部材の少なくとも一方に取り付けられ、前記一方側部材から前記他方側部材までの距離、及び、前記一方側部位が前記関節との接続部から延びる第１方向と、前記他方側部位が前記関節との接続部から延びる第２方向とが成す第１角度により定まる第１空間伝播物理量を検出する第１検出部と；を備え、前記マスタ装置は、前記第１対象物における前記一方側部材の装着位置に対応する位置に装着される一方側対応部材と；前記第１対象物における前記他方側部材の装着位置に対応する位置に装着される他方側対応部材と；前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材の少なくとも一方に取り付けられ、前記一方側対応部材から前記他方側対応部材までの距離、及び、前記第１対象物における前記第１方向に対応する前記一方側対応部材が延びる第３方向と、前記第１対象物における前記第２方向に対応する前記他方側対応部材が延びる第４方向とが成す第２角度により定まる第２空間伝播物理量を検出する第２検出部と；を備え、前記制御装置は、前記第１空間伝播物理量と前記第２空間伝播物理量との差に基づいて、前記配管を介して、前記ベローズ内への作動流体の供給、及び、前記ベローズ内からの作動流体の排出を制御する、ことを特徴とする関節運動アシストシステムである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この関節運動アシストシステムでは、スレーブ装置が、第１対象物に装着される。第１対象物にスレーブ装置が装着された場合に、関節運動をアシストすべき関節ごとに用意されたベローズが、対応する関節部分に配置される。そして、スレーブ装置では、一方側対応部材から他方側対応部材までの距離、及び、一方側部位が関節との接続部から延びる第１方向と、他方側部位が当該関節との接続部から延びる第２方向とが成す第１角度により定まる第１空間伝播物理量を検出する第１検出部が、一方側部材及び他方側部材に取り付けられている。また、この関節運動アシストシステムでは、マスタ装置が、第２対象物に装着される。そして、マスタ装置では、一方側対応部材から他方側対応部材までの距離、及び、第１対象物における第１方向に対応する他方側対応部材が延びる第３方向と、第１対象物における第２方向に対応する他方側対応部材が延びる第４方向とが成す第２角度により定まる第２空間伝播物理量を検出する第２検出部が、一方側対応部材及び他方側対応部材に取り付けられている。この関節運動アシストシステムにおいて、スレーブ装置がベローズ及び当該ベローズと連通する配管を備える点を除いて、スレーブ装置とマスタ装置とは、同じ構成になっている。
また、第１伝達物理量及び第２伝達物理量は、人体等の関節機構においては、第１角度と、一方側部材から他方側部材までの距離を反映した長さとは、１対１対応になっていること、及び、第２角度と、一方側対応部材から他方側対応部材までの距離を反映した長さとは、１対１対応になっていることに着目して定義したものである。したがって、一方側部材から他方側部材までの距離、及び一方側部材が延びる方向と他方側部材が延びる方向とが成す角度により変化する物理量を検出するとともに、一方側対応部材から他方側対応部材までの距離、及び一方側対応部材が延びる方向と他方側対応部材が延びる方向とが成す角度により変化する物理量を検出することにより、第１角度と第２角度とに差があるかどうかを判断することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
こうした構成で、制御装置が、第１検出部により検出された第１空間伝播物理量と、第２検出部により検出された第２空間伝播物理量とに基づいてフィードバック制御を行い、ベローズ内への作動流体の供給、及び、ベローズ内からの作動流体の排出を制御する。この結果、ベローズの膨張行程及び収縮行程により、ベローズが、関節運動をアシストする力を発生する。このため、第１検出部により検出された第１空間伝播物理量及び第２検出部により検出された第２空間伝播物理量に基づいて制御を行うマスタ・スレーブ方式により、スレーブ装置である関節運動アシスト装置を遠隔動作させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
このため、マスタ装置に装着された手指の屈曲角度とスレーブ装置に装着された手指の屈曲角度とを演算することなく、第１空間伝播物理量及び第２空間伝播物理量を直接的に比較したフィードバック制御を用いて、簡易にスレーブ装置である関節運動アシスト装置を適切に動作させることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、本発明の関節運動アシストシステムでは、前記スレーブ装置は、前記一方側部材に取り付けられる板状の一方側ガイド部材と、前記他方側部材に取り付けられる板状の他方側ガイド部材とを更に備え、前記一方側ガイド部材は、前記他方側ガイド部材に対して、前記第１対象物における前記関節の回動運動の回動軸と同一の軸方向の軸部材により回動可能に取り付けられるようにすることができる。そして、前記マスタ装置は、前記一方側対応部材に取り付けられる板状の一方側対応ガイド部材と、前記他方側対応部材に取り付けられる板状の他方側対応ガイド部材とを更に備え、前記一方側対応ガイド部材は、前記他方側対応ガイド部材に対して、前記第１対象物における前記関節に対応する前記第２対象物における関節の回動運動の回動軸と同一の軸方向の軸部材により回動可能に取り付けられる、ようにすることができる。
この場合には、一方側部材の他方側部材に対する動きは、一方側ガイド部材及び他方側ガイド部材により規制される。そして、一方側部材は、当該規制のもとで、他方側部材に対して、第１対象物における関節の回動運動の回動軸と同一の軸方向で回動するようになる。また、一方側対応部材の他方側対応部材に対する動きは、一方側対応ガイド部材及び他方側ガイド部材により規制される。そして、一方側対応部材は、当該規制のもとで、他方側対応部材に対して、第２対象物における関節の回動運動の回動軸と同一の軸方向で回動するようになる。このため、第１検出部及び第２検出部による検出結果の信頼性を保つことができる。
本発明の関節運動アシストシステムでは、前記作動流体は空気であり、前記制御装置は、前記ベローズへの空気の供給、及び、前記ベローズからの空気の排出を行うことにより、前記ベローズ内の空気圧を設定する空気圧設定部と；前記第１空間伝播物理量と前記第２空間伝播物理量との差に基づいて、前記空気圧設定部による前記ベローズ内の空気圧の設定を制御する空気圧制御部と；を備える、構成とすることができる。この場合には、空気圧制御部がベローズ内の空気圧を調整するため、ベローズが調整された空気圧に応じて発生する力により、関節運動を適切にアシストすることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、本発明の関節運動アシストシステムでは、前記第１検出部及び前記第２検出部は、磁石及び磁気センサから成る同様に構成された検出部であり、前記第１検出部の磁石は、前記一方側部材及び前記他方側部材のうちの一の部材に取り付けられ、前記第１検出部の磁気センサは、前記一方側部材及び前記他方側部材のうちの前記一の部材とは異なる他の部材に取り付けられる、ようにすることができる。また、前記第２検出部の磁石は、前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材のうちの一の対応部材に取り付けられ、前記第２検出部の磁気センサは、前記一方側対応部材及び前記他方側対応部材のうちの前記一の対応部材とは異なる他の対応部材に取り付けられる、ようにすることができる。この場合には、磁気センサが、当該磁気センサと磁石との間の距離を反映した検出結果が、第１空間伝播物理量及び第２空間伝播物理量になる。このため、関節部分に直接的に装着しない磁石及び磁気センセの双方を用いて、関節運動を適切にアシストすることができる。
【国際調査報告】
2017110453.tif 000016
2017110453.tif 000017
2017110453.tif 000018
2017110453.tif 000019