(57)【要約】   マスタ装置を装着した示指から小指の関節を伸展状態にすると、手背側に沿った、流体給排切替装置（５３１k）の装着位置から指先までの距離が最短となる。このとき、流体給排切替装置（５３１k）では、第１排出用ポート（ＰＴＦＥk）と、第２排出用ポート（ＰＴＳＥ１k），（ＰＴＳＥ２k）とが連通する。この連通状態では、第３関節の運動をアシストする力を発生させるベローズ内の空気が、配管、第２排出用ポート（ＰＴＳＥ１k）及び第１排出用ポート（ＰＴＦＥk）を介して、給排装置により排出され、ベローズが収縮する。また、この連通状態では、第１関節及び第２関節の運動をアシストするベローズ内の空気が、配管、第２排出用ポート（ＰＴＳＥ２k）及び第１排出用ポート（ＰＴＦＥk）を介して、給排装置により排出され、ベローズが収縮する。この結果、手指関節運動アシスト部を装着した手指の関節は、伸展状態になる。
2016207958.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；
マスタ装置と；
前記スレーブ装置及び前記マスタ装置に取り付けられる配管と；を備え、
前記スレーブ装置は、前記第１対象物における関節運動をアシストすべき関節ごとに用意され、前記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た場合に、前記関節運動をアシストする力を発生させる伸縮自在なベローズを備え、
前記マスタ装置は、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の切替を行う流体給排切替装置を備え、
前記流体給排切替装置は、前記流体給排切替装置の本体部に対して往復運動可能なロッド状の操作部を有し、前記操作部の移動に応じて、前記ベローズ内への作動流体の供給と前記ベローズ内からの作動流体の排出との切替を行う、
ことを特徴とする関節運動アシストシステム。
【請求項２】
前記本体部は、
シリンダと；
前記シリンダのシリンダ室内を往復運動するピストンと；
前記ピストンに一方の端部が連結され、前記ピストンとともに往復直線運動する環状溝が形成されたスプールと；を備え、
前記操作部は、前記スプールの他方の端部に連結され、前記シリンダの一方の端部を貫通して、前記ピストン及び前記スプールとともに往復直線運動し、
前記シリンダには、
外部から作動流体を取り入れる第１供給用ポートと；
外部に作動流体を排出する第１排出用ポートと；
前記配管を介して、前記ベローズ内への作動流体の供給を行う少なくとも１つの第２供給用ポートと；
前記配管を介して、前記ベローズ内からの作動流体の排出を行う少なくとも１つの第２排出用ポートと；が形成され、
前記スプールの環状溝の位置に応じて、
前記第１供給用ポートと前記第２供給用ポートとが連通した際には、前記ベローズ内への作動流体の供給が行われ、
前記第１排出用ポートと前記第２排出用ポートとが連通した際には、前記ベローズ内からの作動流体の排出が行われる、
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】
前記ピストンにより仕切られ、前記スプールが連結されている一方のシリンダ室とは反対側の他方のシリンダ室側に、前記ピストンが付勢されている、ことを特徴とする請求項２に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項４】
前記ピストンの周面と前記シリンダ室の内周面との間には、間隙が形成され、
前記第１排出用ポートは、前記一方のシリンダ室及び前記他方のシリンダ室の双方と連通している、
ことを特徴とする請求項３に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項５】
前記シリンダには、前記第１供給用ポートと連通している逃がし弁が形成され、前記第１供給用ポートから取り入れた過剰な作動流体が、前記逃がし弁を通じて、外部へ排出される、ことを特徴とする請求項２に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項６】
前記第１供給用ポートに接続され、作動流体の強制的供給を行うとともに、前記第１排出用ポートに接続され、作動流体の強制的排出を行う給排装置を更に備える、ことを特徴とする請求項２に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項７】
前記マスタ装置は、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、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８】
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７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７に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項１０】
前記マスタ装置は、前記操作部の端部に接続される可撓性の紐状部材を更に備え、
前記流体給排切替装置は、前記手部の手背に装着され、
前記紐状部材の端部は、前記手指の指先に装着され、
前記マスタ装置側の手指の関節が屈曲している状態では、前記関節が伸展している状態に比べて、前記本体部から突出する前記操作部の前記本体部からの距離が長くなる、
ことを特徴とする請求項８又は９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、理学療法士等に代って、患者の基本的動作の機能の回復を図るための治療体操・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。【０００６】
ここで、マスタ装置がスレーブ装置を遠隔操作する技術として、様々な技術が提案されている。かかる提案技術の一つとして、関節運動をアシストするためのものではないが、操作者がマスタ装置を操作し、スレーブ装置の動きを電子制御するものがある（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、マスタ操作入力装置の位置・姿勢を算出するための検出部から送られた検出結果に基づいて、マスタ制御部が、操作者が操作するマスタ操作入力装置の先端部分の位置・姿勢を算出する。そして、マスタ制御部は、算出したマスタ操作入力装置の先端部分の位置・姿勢をスレーブマニピュレータの先端部分の位置・姿勢の指令値としてマニピュレータ制御部に出力する。【０００７】
マニピュレータ制御部は、マスタ制御部から送られた位置・姿勢の指令値を受けると、スレーブマニピュレータの先端部分の位置・姿勢を、当該指令値に一致させるために必要なスレーブマニピュレータの各関節の駆動量を算出する。そして、マニピュレータ制御部は、算出した駆動量に従ってスレーブマニピュレータの各関節を駆動させるようになっている。【０００８】
この従来例２のマスタ・スレーブ方式の電子制御に関する技術を、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、適用例の一例として、マスタ装置を装着する手部の手指の動きを検出する検出部を備える構成が採用できる。そして、かかる構成では、当該検出部による検出結果に基づき、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、スレーブ装置側で、ベローズからの空気の強制的排出を行う電子制御を行う。また、かかる構成では、当該検出部による検出結果に基づき、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、スレーブ装置側で、ベローズへの空気の強制的供給を行う電子制御を行う構成が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０４３０９５号
【特許文献２】特開２０１２−１７１０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来例２の技術では、電子制御装置が、マスタ装置の姿勢・位置の検出結果に基づき、スレーブ装置の動きを制御している。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、電子制御装置が必須の構成要素となる。【００１１】
ここで、関節運動アシストシステムにおいて、電子制御で関節運動アシスト装置を動作させる場合には、電子制御を行わない構成の場合と比べて、一般的に、関節運動アシストシステムの製造コストが高価なものとなりやすい。また、関節運動アシストシステムにおけるマスタ装置及びスレーブ装置は、人体等に装着するため、清掃、洗浄、除菌（殺菌）を行い、サニタリ性を向上させておく必要がある。しかしながら、電子部品は、一般に水に弱い。この結果、電子部品を有する関節運動アシストシステムでは、例えば、機械的制御によりスレーブ装置を制御する場合に比べて、メンテナンスに手間が掛かることがある。また、電子部品を有する関節運動アシストシステムでは、機械的制御によりスレーブ装置を制御する場合に比べて、故障が発生しやすい。【００１２】
このため、電子制御を行うことなく、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。【００１３】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、電子制御を行わずに、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】
【００１４】
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；マスタ装置と；前記スレーブ装置及び前記マスタ装置に取り付けられる配管と；を備え、前記スレーブ装置は、前記第１対象物における関節運動をアシストすべき関節ごとに用意され、前記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た場合に、前記関節運動をアシストする力を発生させる伸縮自在なベローズを備え、前記マスタ装置は、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の切替を行う流体給排切替装置を備え、前記流体給排切替装置は、前記流体給排切替装置の本体部に対して往復運動可能なロッド状の操作部を有し、前記操作部の移動に応じて、前記ベローズ内への作動流体の供給と前記ベローズ内からの作動流体の排出との切替を行う、ことを特徴とする関節運動アシストシステムである。【００１５】
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。そして、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。マスタ装置は、本体部と、当該本体部に対して往復運動可能なロッド状の操作部を有する流体給排切替装置を備えている。そして、操作者が、操作部を本体部に対して移動させると、当該操作部の移動に応じて、マスタ装置が、配管を介して、スレーブ装置のベローズ内への作動流体の供給と、スレーブ装置のベローズ内からの作動流体の排出との切替を行う。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、操作部を機械的に移動させる機械的制御を行うマスタ・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。【００１６】
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、電子制御を行わずに、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。【００１７】
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置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。【００１８】
本発明の関節運動アシストシステムでは、前記本体部は、シリンダと；前記シリンダのシリンダ室内を往復運動するピストンと；前記ピストンに一方の端部が連結され、前記ピストンとともに往復直線運動する環状溝が形成されたスプールと；を備え、前記操作部は、前記スプールの他方の端部に連結され、前記シリンダの一方の端部を貫通して、前記ピストン及び前記スプールとともに往復直線運動する、ようにすることができる。本体部を、かかる構成とする場合に、前記シリンダには、外部から作動流体を取り入れる第１供給用ポートと；外部に作動流体を排出する第１排出用ポートと；前記配管を介して、前記ベローズ内への作動流体の供給を行う少なくとも１つの第２供給用ポートと；前記配管を介して、前記ベローズ内からの作動流体の排出を行う少なくとも１つの第２排出用ポートと；が形成され、前記スプールの環状溝の位置に応じて、前記第１供給用ポートと前記第２供給用ポートとが連通した際には、前記ベローズ内への作動流体の供給が行われ、前記第１排出用ポートと前記第２排出用ポートとが連通した際には、前記ベローズ内からの作動流体の排出が行われる、ようにすることができる。【００１９】
この場合には、マスタ装置の操作者が、操作部を移動させると、操作部に連結されたスプールが、シリンダ内を移動する。そして、シリンダ内でのスプールの環状溝の位置に応じて、シリンダに形成された第１供給用ポートと第２供給用ポートとが連通すると、外部から取り入れた作動流体が、第１供給用ポート、第２供給用ポート及び配管を介して、ベローズ内に供給される。そして、ベローズ内へ作動流体が供給されると、ベローズが膨張する。この結果、ベローズの膨張行程により、ベローズが、関節運動をアシストする力を発生することができる。【００２０】
また、シリンダ内でのスプールの環状溝の位置に応じて、シリンダに形成された第１排出用ポートと第２排出用ポートとが連通すると、ベローズ内の作動流体が、配管、第２排出用ポート及び第１排出用ポートを介して、外部に排出される。そして、ベローズ内から作動流体が排出されると、ベローズが収縮する。この結果、ベローズの収縮行程により、ベローズが、関節運動をアシストする力を発生することができる。【００２１】
また、本発明の関節運動アシストシステムでは、前記ピストンにより仕切られ、前記スプールが連結されている一方のシリンダ室とは反対側の他方のシリンダ室側に、前記ピストンが付勢されている、ようにすることができる。すなわち、操作者が操作部を操作していないときには、ピストンは、当該ピストンにより仕切られたスプールが連結されていない側のシリンダ室側に付勢される。そして、かかる状態のときには、シリンダの一方の端部を貫通し、当該シリンダから突出している操作部を含んだ突出部分の長さが最短となる。このように突出部分の長さが最短となるときの操作部の位置を、操作部の定常位置とする。【００２２】
マスタ装置の操作者が、定常位置の操作部を引っ張る（突出部分を長くする）操作を行うと、シリンダ内部を、操作部に連結されたロッド状のスプールが移動し、シリンダ内部でのスプールの環状溝の位置が変化する。こうした操作部を引っ張った（突出部分を長くした）状態から、マスタ装置の操作者が、操作部を放すと、操作部は、シリンダからの突出部分の長さが最短となる定常位置に戻る。そして、操作部が定常位置に戻るときに、シリンダ内部を、操作部に連結されたロッド状のスプールが移動し、シリンダ内部でのスプールの環状溝の位置が変化する。このため、操作部を引っ張る、及び、当該引っ張った操作部を放すという簡単な操作で、シリンダ内でのスプールの環状溝の位置を変化させることができる。【００２３】
そして、ピストンを他方のシリンダ室側に付勢する際に、本発明の関節運動アシストシステムでは、前記ピストンの周面と前記シリンダ室の内周面との間には、間隙が形成され、前記第１排出用ポートは、前記シリンダ室と連通する、ようにすることができる。この場合には、一方のシリンダ室と他方のシリンダ室とで、作動流体圧が等しくなる。また、一方のシリンダ室内の作動流体及び他方のシリンダ室内の作動流体が、第１排出用ポートから排出される。【００２４】
ここで、一方のシリンダ室を区画するピストンの一方の面には、スプールが連結されている。これに対して、他方のシリンダ室を区画するピストンの他方の面には、スプールが連結されていない。このため、当該他方の面の面積は、当該一方の面の面積に比べて広くなっている。この結果、ピストンの一方の面及び他方の面における受圧面積の違いから、ピストンが、シリンダの他方の端部の側に移動する。このため、ピストンを他方のシリンダ室側に付勢することができる。【００２５】
本発明の関節運動アシストシステムでは、前記シリンダには、前記第１供給用ポートと連通している逃がし弁が形成され、前記第１供給用ポートから取り入れた過剰な作動流体が、前記逃がし弁を通じて、外部へ排出される、ようにすることができる。この場合には、本体部内の作動流体圧が適正に維持される。このため、関節運動をアシストする力を効率良く発生させることができる。【００２６】
本発明の関節運動アシストシステムでは、前記第１供給用ポートに接続され、作動流体の強制的供給を行うとともに、前記第１排出用ポートに接続され、作動流体の強制的排出を行う給排装置を更に備える、構成とすることができる。この場合には、給排装置が作動流体を吐出する吐出工程により、マスタ装置を介して、スレーブ装置のベローズ内への作動流体の供給を行うことができる。また、この場合には、給排装置が作動流体を吸込する吸入工程により、マスタ装置を介して、スレーブ装置のベローズからの作動流体の排出を行うことができる。【００２７】
また、本発明の関節運動アシストシステムでは、前記マスタ装置は、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、ようにすることができる。この場合には、マスタ装置を装着した第２対象物の動きを、スレーブ装置を装着した第１対象物にトレースさせることができる。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
本発明の関節運動アシストシステムでは、マスタ装置を手部に装着する場合に、前記マスタ装置は、前記操作部の端部に接続される可撓性の紐状部材を更に備え、前記流体給排切替装置は、前記手部の手背に装着され、前記紐状部材の端部は、前記手指の指先に装着され、前記マスタ装置側の手指の関節が屈曲している状態では、前記関節が伸展している状態に比べて、前記本体部から突出する前記操作部の前記本体部からの距離が長くなる、ようにすることができる。この場合には、マスタ装置を装着した手部の手指が関節屈曲状態であるか、又は、関節伸展状態であるかで、本体部から突出する操作部の当該本体部からの距離が異なってくる。【００３１】
すなわち、マスタ装置を装着した手部の手指を関節伸展状態から関節屈曲状態にすることで、操作部を含む突出部分の長さが長くなる。この結果、シリンダ内でのスプールの環状溝の位置が変化し、流体給排切替装置が、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の切替を行う。このため、ベローズが、スレーブ装置を装着した手指を、関節伸展状態から関節屈曲状態へと変化する関節運動をアシストする力を発生することができる。【００３２】
また、マスタ装置を装着した手部の手指を関節屈曲状態から関節伸展状態にすることで、操作部を含む突出部分の長さが短くなる。この結果、シリンダ内でのスプールの環状溝の位置が変化し、流体給排切替装置が、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の切替を行う。このため、ベローズが、スレーブ装置を装着した手指を、関節屈曲状態から関節伸展状態へと変化する関節運動をアシストする力を発生することができる。
【発明の効果】
【００３３】
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、電子制御を行わずに、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】
【００３４】
【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５】図１のマスタ装置の外観図である。
【図６】図５の個別マスタ部の構成を説明するための図である。
【図７】図６の流体給排切替装置の構成を説明するためのＵＶ断面図である。
【図８】図７のシリンダの構成を説明するためのＵＶ断面図である。
【図９】図７のピストン、スプール及び操作部の構成を説明するための図である。
【図１０】図１の関節運動アシスト装置とマスタ装置との間の配管を説明するための図である。
【図１１】図１の給排装置の構成を説明するための図である。
【図１２】個別マスタ部の状態の例を説明するための図（その１）である。
【図１３】図１２の状態のときの流体給排切替装置のＵＶ断面図である。
【図１４】個別マスタ部が図１２の状態のときの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１５】個別マスタ部の状態の例を説明するための図（その２）である。
【図１６】図１５の状態のときの流体給排切替装置のＵＶ断面図である。
【図１７】個別マスタ部が図１５の状態のときの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。
【符号の説明】
【００３５】
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、３４１k（ｋ＝２，…，５）…ベローズ、３４２j，３４３j（ｊ＝１，…，５）…ベローズ、３５０1…母指装着部、３５０k（ｋ＝２，…，５）…手指装着部、５００…マスタ装置、５１０…手部装着部、５３０j（ｊ＝１，…，５）…個別マスタ部、５３１j…流体給排切替装置、５３２j…紐状部材、６１１j…シリンダ、６１２j…ピストン、６１３j…スプール、８００，８１１j，８１５j，８２１j，８２５j，８３１j，８３２j，８３５j，８３６j…配管、９００…給排装置、９１１…加圧ポンプ、９１２…減圧ポンプ、９２１，９２２…配管、ＡＣ…操作部、ＥＶ…逃がし弁、ＩＨ…挿入穴、ＧＲ１，ＧＲ２…環状溝、ＳＲ…シリンダ室、ＰＴＦＳj…第１供給用ポート、ＰＴＦＥj…第１排出用ポート、ＰＴＳＳ１j，ＰＴＳＳ２j…第２供給用ポート、ＰＴＳＥ１j，ＰＴＳＥ２j…第２排出用ポート、ＰＰ，ＰＰＳj，ＰＰＥj…配管、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】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１７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。
【００３７】
［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、配管８００とを備えている。また、関節運動アシストシステム１００は、給排装置９００と、配管ＰＰとを備えている。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。
【００３８】
＜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。
【００３９】
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、人体ＨＢ１の第１対象物としての右手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（手の甲）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。
【００４０】
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を除いた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。
【００４１】
《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の一方の部分が取り付けられる。
【００４２】
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、手背の爪側に配置されるようになっている。
【００４３】
《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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、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、母指装着部３５０1を備えている。
【００４６】
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、各関節の屈曲側から伸展側へ向かう方向を＋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、図３（Ａ）に示される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。
【００４７】
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、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の他方の端部側（図３における「＋Ｙ1方向側」）に形成された接続部に接続されるとともに、ベローズ３４２1の他方側端部は、伝達部材３２１1の一方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。
【００４８】
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、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３４３1の一方側端部は、伝達部材３２４1のベローズ３４３1側の端部側に形成された接続部に接続されるとともに、ベローズ３４３1の他方側端部は、伝達部材３２３1の一方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３４３1は、第２関節の関節運動をアシストする力を発生する。
【００４９】
ここで、ベローズ３４２1には、可撓性を有する樹脂製の配管８２１1が取り付けられ、当該ベローズ３４２1は、配管８２１1を介してマスタ装置５００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。
【００５０】
また、ベローズ３４３1には、可撓性を有する樹脂製の配管８２５1が取り付けられ、当該ベローズ３４３1は、配管８２５1を介してマスタ装置５００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。
【００５１】
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、一方の端部から略直立して手の甲の方向に沿って延びる環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。この伝達部材３２１1の長板部は、母指装着部３５０1を介して、母指の末節部位に装着される。
【００５２】
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、当該長板部には、端部から略直立して手の甲の方向に沿って延びる環状の接続部が形成されている。伝達部材３２３1の長板部の一方の端部には、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の一方の端部の接続部は、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。
【００５３】
また、伝達部材３２３1の長板部の他方の端部には、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の他方の端部側の接続部は、ベローズ３４２1の一方側端部に接続されている。この伝達部材３２３1の長板部は、母指装着部３５０1を介して、母指の基節部位に装着される。
【００５４】
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、他方の端部から略直立して手の甲の方向に沿って延びる環状の接続部が形成されている。伝達部材３２４1の長板部の他方の端部には、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。この伝達部材３２４1の長板部は、母指装着部３５０1を介して、母指の中手に装着される。
【００５５】
上記の母指装着部３５０1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３５０1は、装着部材と、指サックと、バンド部材とを備えている。
【００５６】
上記の装着部材は、例えば、弾力性のある長形状の布製の部材であり、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。
【００５７】
上記の指サックは、例えば、皮製の部材であり、装着部材の指先側に固定される。そして、指サックは、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。
【００５８】
《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。
【００５９】
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。
【００６０】
図４（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。図４（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、各関節の屈曲側から伸展側へ向かう方向を＋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。
【００６１】
ここで、図４（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４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示される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。
【００６２】
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４（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、手指装着部３５０kを備えている。
【００６３】
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、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３４１kの一方側（図４における「−Ｙk方向側」）端部は、伝達部材３２２kの他方の端部側（図４における「＋Ｙk方向側」）に形成された接続部に接続されるとともに、ベローズ３４１kの他方側端部は、伝達部材３２１kの一方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。
【００６４】
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、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３４２kの一方側端部は、伝達部材３２３kの他方の端部側に形成された接続部に接続されるとともに、ベローズ３４２kの他方側端部は、伝達部材３２２kの一方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３４２kは、第２関節の関節運動をアシストする力を発生する。
【００６５】
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とともに、ベローズ３４３kの他方側端部は、伝達部材３２３kの一方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３４３kは、第３関節の関節運動をアシストする力を発生する。
【００６６】
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８２１kが取り付けられ、当該ベローズ３４２kは、配管８２１kを介してマスタ装置５００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。
【００６７】
また、ベローズ３４３kには、可撓性を有する樹脂製の配管８２５kが取り付けられ、当該ベローズ３４３kは、配管８２５kを介してマスタ装置５００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。
【００６８】
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、一方の端部から略直立して手の甲の方向に沿って延びる環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３５０kを介して、手指の末節部位に装着される。
【００６９】
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、当該長板部には、両方の端部から略直立して手の甲の方向に沿って延びる環状の接続部が形成されている。伝達部材３２２kの長板部の一方の端部には、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の一方の端部側の接続部は、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。
【００７０】
また、伝達部材３２２kの長板部の他方の端部には、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の他方の端部側の接続部は、ベローズ３４１kの一方側端部に接続されている。この伝達部材３２２kの長板部は、手指装着部３５０kを介して、手指の中節部位に装着される。
【００７１】
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、当該長板部には、両方の端部から略直立して手の甲の方向に沿って延びる環状の接続部が形成されている。伝達部材３２３kの長板部の一方の端部には、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の一方の端部側の接続部は、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。
【００７２】
また、伝達部材３２３kの長板部の他方の端部には、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の他方の端部側の接続部は、ベローズ３４２kの一方側端部に接続されている。この伝達部材３２３kの長板部は、手指装着部３５０kを介して、手指の基節部位に装着される。
【００７３】
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、他方の端部から略直立して手の甲の方向に沿って延びる環状の接続部が形成されている。伝達部材３２４kの長板部の他方の端部には、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。この伝達部材３２４kの長板部は、手指装着部３５０kを介して、手指の中手部位上に装着される。
【００７４】
上記の手指装着部３５０k（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３５０k（ｋ＝２，…，５）のそれぞれは、装着部材と、指サックと、２つのバンド部材とを備えている。
【００７５】
上記の装着部材は、例えば、弾力性のある長形状の布製の部材であり、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。
【００７６】
上記の指サックは、例えば、皮製の部材であり、装着部材の指先側に固定される。そして、指サックは、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２つのバンド部材は、例えば、長形状の布製の部材である。そして、一のバンド部材は、中節部位と伝達部材３２２kの長板部とを固定し、他のバンド部材は、基節部位と伝達部材３２３kの長板部とを固定する。
【００７７】
＜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。
【００７８】
図５には、マスタ装置５００の外観図が示されている。図５は、人体ＨＢ１とは異なる人体ＨＢ２の第２対象物としての右手ＨＤＲ２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。本実施形態では、右手ＨＤＲ２は、右手ＨＤＲ１と合同対称性を有しているものとする。図５に示されるように、マスタ装置５００は、手部装着部５１０と、個別マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）とを備えている。
【００７９】
《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、個別マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）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、個別マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）は、手背側に配置されるようになっている。
【００８０】
《個別マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）の構成》
上記の個別マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）の構成について、説明する。
【００８１】
個別マスタ部５３０1は、母指の指及び中手部位上に装着され、人体ＨＢ１の右手ＨＤＲ１の母指の関節運動をアシストする手指関節運動アシスト部２３０1を制御する。また、個別マスタ部５３０2は、示指の指及び中手部位上に装着され、人体ＨＢ１の右手ＨＤＲ１の示指の関節運動をアシストする手指関節運動アシスト部２３０2を制御する。また、個別マスタ部５３０3は、中指の指及び中手部位上に装着され、人体ＨＢ１の右手ＨＤＲ１の中指の関節運動をアシストする手指関節運動アシスト部２３０3を制御する。
【００８２】
個別マスタ部５３０4は、薬指の指及び中手部位上に装着され、人体ＨＢ１の右手ＨＤＲ１の薬指の関節運動をアシストする手指関節運動アシスト部２３０4を制御する。また、個別マスタ部５３０5は、小指の指及び中手部位上に装着され、人体ＨＢ１の右手ＨＤＲ１の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２３０5を制御する。
【００８３】
図６（Ａ），（Ｂ）には、個別マスタ部５３０jの代表として、個別マスタ部５３０2の構成図が示されている。図６（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、各関節の屈曲側から伸展側へ向かう方向を＋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。
【００８４】
ここで、図６（Ａ）は、示指に装着された個別マスタ部５３０2を、＋Ｗ2方向側から視た図である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示される個別マスタ部５３０2を、−Ｕ2方向側から視た図である。本実施形態では、個別マスタ部５３０1，５３０3，５３０4，５３０5についても、個別マスタ部５３０2と同様に構成されている。
【００８５】
個別マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）のそれぞれは、図５及び図６（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、操作部ＡＣを有する流体給排切替装置５３１jと、紐状部材５３２jとを備えている。
【００８６】
（紐状部材５３２j（ｊ＝１，…，５））
上記の紐状部材５３２j（ｊ＝１，…，５）について、説明する。紐状部材５３２jは、可撓性を有する非伸縮性の部材である。紐状部材５３２jの一方の端部は、流体給排切替装置５３１jの操作部ＡＣの端部に接続されている。また、紐状部材５３２jの他方の端部は、指サックに取り付けられ、当該指サックが手指の指先に固定されることで、当該指先に装着される。なお、紐状部材５３２jの長さについては、後述する。
【００８７】
（流体給排切替装置５３１j（ｊ＝１，…，５）の構成）
上記の流体給排切替装置５３１j（ｊ＝１，…，５）の構成について、説明する。
【００８８】
流体給排切替装置５３１j（ｊ＝１，…，５）のそれぞれは、図６（Ａ），（Ｂ）、図７により総合的に示されるように、シリンダ６１１jと、ピストン６１２jとを備えている。また、流体給排切替装置５３１jのそれぞれは、スプール６１３jと、操作部ＡＣとを備えている。ここで、図７には、図６（Ａ），（Ｂ）に示される状態での流体給排切替装置５３１jのＵＶ断面図が示されている。また、本実施形態では、シリンダ６１１j、ピストン６１２j及びスプール６１３jが、本体部に対応している。
【００８９】
上記のシリンダ６１１jは、例えば、円筒状の部材であり、シリンダ６１１jの中心軸方向の両端部は閉塞され、＋Ｖ方向側の一方の端部を操作部ＡＣが貫通している。また、シリンダ６１１jの内部の−Ｖ方向側には、図８に示されるように、シリンダ室ＳＲが形成されている。そして、シリンダ６１１jの内部のシリンダ室ＳＲが形成されていない＋Ｖ方向側の部分（以下、「シリンダ室非形成部分」とも記す）には、スプール６１３j及び操作部ＡＣを挿入する挿入穴ＩＨが形成されている。
【００９０】
ここで、図８は、流体給排切替装置５３１jからスプール６１３j、操作部ＡＣ及びピストン６１２jを外したときのシリンダ６１１jのＵＶ断面図である。なお、シリンダ６１１jの−Ｖ方向側の端部は、当該シリンダ６１１jの蓋部以外の部分に対して着脱可能な蓋部となっている。そして、シリンダ６１１j内部に、スプール６１３j、操作部ＡＣ及びピストン６１２jを嵌め込む際には、蓋部を外して、スプール６１３j、操作部ＡＣ及びピストン６１２jを挿入し、その後、当該蓋部をシリンダ６１１jの蓋部以外の部分に取り付けるようになっている。
【００９１】
また、シリンダ６１１jのシリンダ室非形成部分には、給排装置９００から空気を取り入れる第１供給用ポートＰＴＦＳjが形成されている。ここで、第１供給用ポートＰＴＦＳjは、配管ＰＰＳjと接続されている。また、本実施形態では、第１供給用ポートＰＴＦＳjは、シリンダ６１１jの内部で分岐している。そして、シリンダ６１１jの長さ方向Ｖの位置を図７のように定義した場合に、第１供給用ポートＰＴＦＳjは、位置Ｓ１及び位置Ｓ２において、上述した挿入穴ＩＨと通じている。さらに、第１供給用ポートＰＴＦＳjは、シリンダ６１１jに形成された逃がし弁ＥＶと連通している。この逃がし弁ＥＶを通じて、第１供給用ポートＰＴＦＳjから供給された過剰な空気が、流体給排切替装置５３１jの外部に排出されるようになっている。
【００９２】
また、シリンダ６１１jのシリンダ室非形成部分には、給排装置９００に空気を排出する第１排出用ポートＰＴＦＥjが形成されている。ここで、第１排出用ポートＰＴＦＥjは、配管ＰＰＥjと接続されている。また、本実施形態では、第１排出用ポートＰＴＦＥjは、シリンダ６１１jの内部で分岐している。そして、第１排出用ポートＰＴＦＥjは、位置Ｅ１及び位置Ｅ２において、上述した挿入穴ＩＨと通じている。さらに、第１排出用ポートＰＴＦＥjは、シリンダ室ＳＲと連通している。
【００９３】
また、シリンダ６１１jのシリンダ室非形成部分には、ベローズ３４３j内への空気の供給を行う第２供給用ポートＰＴＳＳ１jが形成されている。第２供給用ポートＰＴＳＳ１jは、配管８３５jと接続されている。本実施形態では、第２供給用ポートＰＴＳＳ１jは、位置Ｓ１において、上述した挿入穴ＩＨと通じている。
【００９４】
また、シリンダ６１１jのシリンダ室非形成部分には、ベローズ３４２j内への空気の供給を行う第２供給用ポートＰＴＳＳ２jが形成されている。第２供給用ポートＰＴＳＳ２jは、配管８３１jと接続されている。本実施形態では、第２供給用ポートＰＴＳＳ２jは、位置Ｓ２において、上述した挿入穴ＩＨと通じている。
【００９５】
さらに、シリンダ６１１jのシリンダ室非形成部分には、ベローズ３４３j内からの空気の排出を行う第２排出用ポートＰＴＳＥ１jが形成されている。第２排出用ポートＰＴＳＥ１jは、配管８３６jと接続されている。本実施形態では、第２排出用ポートＰＴＳＥ１jは、位置Ｅ１で、上述した挿入穴ＩＨと通じている。
【００９６】
また、シリンダ６１１jのシリンダ室非形成部分には、ベローズ３４２j内からの空気の排出を行う第２排出用ポートＰＴＳＥ２jが形成されている。第２排出用ポートＰＴＳＥ２jは、配管８３２jと接続されている。本実施形態では、第２排出用ポートＰＴＳＥ２jは、位置Ｅ２で、上述した挿入穴ＩＨと通じている。
【００９７】
上記のピストン６１２jは、例えば、円柱形状の部材であり、ピストン６１２jの外径は、シリンダ室ＳＲの径よりも、わずかに小さくなっている。このように、本実施形態では、ピストン６１２jの周面とシリンダ室ＳＲの内周面との間には、間隙が形成されるようになっている。そして、ピストン６１２jは、シリンダ室ＳＲの内部でＶ方向の往復運動が可能となるように、シリンダ６１１j内に嵌め込まれている。
【００９８】
本実施形態では、上述したように、ピストン６１２jの外径は、シリンダ室ＳＲの径よりも、わずかに小さくしている。この結果、第１排出用ポートＰＴＦＥjは、ピストン６１２jにより仕切られる双方のシリンダ室と連通している。
【００９９】
ここで、シリンダ室を区画するピストン６１２jの＋Ｖ方向側の一方の面には、スプール６１３jが連結されているが、ピストン６１２jの−Ｖ方向側の他方の面には、スプール６１３jが連結されていない。このため、当該他方の面の面積は、当該一方の面の面積に比べて広くなっている。この結果、ピストン６１２jの一方の面及び他方の面における受圧面積の違いから、操作部ＡＣを操作していない通常時には、ピストン６１２jは、図７に示されるように、シリンダ室ＳＲ内で−Ｖ方向側に付勢されている。
【０１００】
上記のスプール６１３jは、図７及び図９に示されるように、Ｖ方向に延びるロッド状の例えば円柱形状の部材であり、操作部ＡＣと一体成形されている。ここで、図９は、シリンダ６１１j内部から外したスプール６１３j、操作部ＡＣ及びピストン６１２jを示した図である。本実施形態では、図７に示される状態で、シリンダ６１１jから突出している長さ「ＶＳ」の部分（以下、「突出部分」とも記す）を、操作部ＡＣと呼ぶことにする。
【０１０１】
スプール６１３jにおける−Ｖ方向側の一方の端部は、ピストン６１２jの一方の面に連結されている。また、スプール６１３jには、ロッドの略中央に２つの環状溝ＧＲ１，ＧＲ２が形成されている。ここで、スプール６１３jにおける環状溝ＧＲ１，ＧＲ２以外の部分の外径及び操作部ＡＣの外径は、シリンダ６１１jに形成された挿入穴ＩＨの径と略等しくなっている。そして、スプール６１３j及び操作部ＡＣは、シリンダ６１１jに形成された挿入穴ＩＨに挿入されるようになっている。
【０１０２】
上記の操作部ＡＣは、上述したように、スプール６１３jと一体成形されている。この操作部ＡＣの端部は、紐状部材５３２jの一方の端部に接続されている。
【０１０３】
＜配管８００＞
上記の配管８００の構成ついて、説明する。
【０１０４】
配管８００は、関節運動アシスト装置２００及びマスタ装置５００に取り付けられる。配管８００は、図１０に示されるように、配管８１１j（ｊ＝１，…，５）と、配管８１５j（ｊ＝１，…，５）とを備えている。配管８１１j及び配管８１５jは、手指関節運動アシスト部２３０jと個別マスタ部５３０jとに接続される。
【０１０５】
上記の配管８１１j（ｊ＝１，…，５）は、ベローズ３４２jに一方の端部が取り付けられる配管８２１j、個別マスタ部５３０jの第２供給用ポートＰＴＳＳ２jに一方の端部が取り付けられる配管８３１j、及び、個別マスタ部５３０jの第２排出用ポートＰＴＳＥ２jに一方の端部が取り付けられる配管８３２jから成る。そして、配管８２１jの他方の端部は、配管８３１jの他方の端部及び配管８３２jの他方の端部と接続されている。
【０１０６】
上記の配管８１５j（ｊ＝１，…，５）は、ベローズ３４３jに一方の端部が取り付けられる配管８２５j、個別マスタ部５３０jの第２供給用ポートＰＴＳＳ１jに一方の端部が取り付けられる配管８３５j、及び、個別マスタ部５３０jの第２排出用ポートＰＴＳＥ１jに一方の端部が取り付けられる配管８３６jから成る。そして、配管８２５jの他方の端部は、配管８３５jの他方の端部及び配管８３６jの他方の端部と接続されている。
【０１０７】
＜給排装置９００の構成＞
上記の給排装置９００の構成について、説明する。
【０１０８】
給排装置９００は、配管ＰＰＳj（ｊ＝１，…，５）及び配管ＰＰＥjを有する配管ＰＰを介してマスタ装置５００と連通している。給排装置９００は、図１１に示されるように、加圧ポンプ９１１と、減圧ポンプ９１２とを備えている。また、給排装置９００は、配管９２１，９２２を備えている。
【０１０９】
上記の加圧ポンプ９１１は、配管９２１を介して、流体給排切替装置５３１j（ｊ＝１，…，５）の第１供給用ポートＰＴＦＳjに取り付けられる配管ＰＰＳjと接続している。加圧ポンプ９１１は、マスタ装置５００への空気の強制的供給を行う際に利用される。
【０１１０】
上記の減圧ポンプ９１２は、配管９２２を介して、流体給排切替装置５３１j（ｊ＝１，…，５）の第１排出用ポートＰＴＦＥjに取り付けられる配管ＰＰＥjと接続している。減圧ポンプ９１２は、マスタ装置５００からの空気の強制的排出を行う際に、利用される。
【０１１１】
［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。
【０１１２】
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、個別マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）の代表として、個別マスタ部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。
【０１１３】
また、前提として、給排装置９００によるマスタ装置５００への空気の供給、及び、マスタ装置５００からの空気の排出が行われているものとする。
【０１１４】
＜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１２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。こうした屈曲状態では、手指の関節構造から、手背側に沿った、流体給排切替装置５３１jの装着位置から指先までの距離が最長になり、紐状部材５３２jの一方の端部に接続された操作部ＡＣが＋Ｖ方向側に引っ張られる。ここで、図１３には、図１２に示される流体給排切替装置５３１jのＵＶ断面図が示されている。
【０１１５】
かかる状態のときには、スプール６１３jの環状溝ＧＲ１，ＧＲ２の位置が、それぞれＶ＝Ｓ１，Ｓ２となる。そして、このときには、第１供給用ポートＰＴＦＳjと、第２供給用ポートＰＴＳＳ１j，ＰＴＳＳ２jとが連通する。
【０１１６】
かかる連通状態では、給排装置９００から取り入れられた空気が、第１供給用ポートＰＴＦＳj、第２供給用ポートＰＴＳＳ１j及び配管８３５j，８２５jを介して、ベローズ３４３j内に供給される。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。
【０１１７】
また、かかる連通状態では、給排装置９００から送られた空気が、第１供給用ポートＰＴＦＳj、第２供給用ポートＰＴＳＳ２j及び配管８３１j，８２１jを介して、ベローズ３４２j内に供給される。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。
【０１１８】
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１４に示されるように、屈曲状態になる。
【０１１９】
＜中間状態へのアシスト動作＞
この後、マスタ装置５００の装着者が、母指については、母指の第１関節を屈曲状態に維持するとともに、母指の第２関節を伸展状態にしたとする。また、マスタ装置５００の装着者が、四指の第１関節及び第２関節を屈曲状態に維持するとともに、四指の第３関節を伸展状態にしたとする（以下、こうした状態を「中間状態」とも記す）。図１５には、マスタ装置５００を装着する手部の手指が、中間状態となっているときの様子が示されている。
【０１２０】
こうして手指の関節を屈曲状態から中間状態にすると、第３関節（母指については、第２関節）が伸展した分だけ、関節構造から、手背側に沿った、流体給排切替装置５３１jの装着位置から指先までの距離が、屈曲状態のときに比べて短くなる。この結果、図１５に示されるように、紐状部材５３２jの一方の端部に接続された操作部ＡＣが−Ｖ方向側に移動し、シリンダ６１１jからの突出部分の長さが短くなる。ここで、図１６には、図１５に示される流体給排切替装置５３１jのＵＶ断面図が示されている。
【０１２１】
かかる状態のときには、スプール６１３jの環状溝ＧＲ１，ＧＲ２の位置が、それぞれＶ＝Ｓ２，Ｅ１となる。そして、このときには、第１供給用ポートＰＴＦＳjと第２供給用ポートＰＴＳＳ２jとが連通し、第１排出用ポートＰＴＦＥjと第２排出用ポートＰＴＳＥ１jとが連通する。
【０１２２】
かかる連通状態では、給排装置９００から送られた空気が、第１供給用ポートＰＴＦＳj、第２供給用ポートＰＴＳＳ２j及び配管８３１j，８２１jを介して、ベローズ３４２j内に引き続き供給される。この結果、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、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が膨張する。
【０１２３】
また、かかる連通状態では、ベローズ３４３j内の空気が、配管８２５j，８３６j、第２排出用ポートＰＴＳＥ１j及び第１排出用ポートＰＴＦＥjを介して、給排装置９００により排出される。こうしてベローズ３４３j内から空気が排出されると、ベローズ３４３jが収縮する。
【０１２４】
この結果、手指関節運動アシスト部２３０1を装着した母指の関節は、第１関節が屈曲状態を維持し、第２関節が伸展した中間状態になる。また、手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）を装着した四指の関節は、図１７に示されるように、第１関節及び第２関節が屈曲状態を維持し、第３関節が伸展した中間状態になる。
【０１２５】
＜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、中間状態から伸展状態にしたとする。上述した図６（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。
【０１２６】
こうして手指の関節を中間状態から伸展状態にすると、第１関節及び第２関節（母指については、第１関節）が伸展した分だけ、関節構造から、手背側に沿った、流体給排切替装置５３１jの装着位置から指先までの距離が、更に短くなる。この結果、上述した図６(Ａ)，（Ｂ）に示されるように、紐状部材５３２jの一方の端部に接続された操作部ＡＣが−Ｖ方向側に更に移動し、シリンダ６１１jからの突出部分の長さが更に短くなる。ここで、上述した図７には、図６（Ａ），（Ｂ）に示される流体給排切替装置５３１jのＵＶ断面図が示されている。
【０１２７】
かかる状態のときには、スプール６１３jの環状溝ＧＲ１，ＧＲ２の位置が、それぞれＶ＝Ｅ１，Ｅ２となる。そして、このときには、第１排出用ポートＰＴＦＥjと、第２排出用ポートＰＴＳＥ１j，ＰＴＳＥ２jとが連通する。
【０１２８】
かかる連通状態では、ベローズ３４３j内の空気が、配管８２５j，８３６j、第２排出用ポートＰＴＳＥ１j及び第１排出用ポートＰＴＦＥjを介して、給排装置９００により排出される。こうしてベローズ３４３j内から空気が排出されると、ベローズ３４３jが収縮する。
【０１２９】
また、かかる連通状態では、ベローズ３４２j内の空気が、配管８２１j，８３２j、第２排出用ポートＰＴＳＥ２j及び第１排出用ポートＰＴＦＥjを介して、給排装置９００により排出される。こうしてベローズ３４２j内から空気が排出されると、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。
【０１３０】
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４（Ａ），（Ｂ）に示されるように、伸展状態になる。
【０１３１】
本実施形態では、関節伸展状態では、シリンダ６１１jからの突出部分の長さが「ＶＳ」となり（図７参照）、中間状態では、シリンダ６１１jからの突出部分の長さが「ＶＭ」となり（図１６参照）、かつ、関節屈曲状態では、シリンダ６１１jからの突出部分の長さが「ＶＬ」（ＶＳ＜ＶＭ＜ＶＬ）となる（図１３参照）ように、紐状部材５３２jの長さが設計されている。
【０１３２】
以後、マスタ装置５００の装着者が、手指の関節を中間状態、屈曲状態、中間状態、伸展状態へと順次変化させると、上述したように、流体給排切替装置５３１jの操作部ＡＣがシリンダ６１１jに対して移動する。そして、操作部ＡＣの移動に応じて、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、中間状態、屈曲状態、中間状態、伸展状態へと順次アシストされる。
【０１３３】
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。また、マスタ装置５００の個別マスタ部５３０j（ｊ＝１，…，５）を、人体ＨＢ２の右手ＨＤＲ２の手指に装着する。そして、マスタ装置５００の装着者が、マスタ装置５００を装着した手指の全ての関節を屈曲状態にすると、手指の関節構造から、手背側に沿った、流体給排切替装置５３１jの装着位置から指先までの距離が最長となる。こうして当該距離が最長となると、紐状部材５３２jの一方の端部に接続された操作部ＡＣが＋Ｖ方向側に引っ張られる。
【０１３４】
そして、このときには、マスタ装置５００の第１供給用ポートＰＴＦＳjと、第２供給用ポートＰＴＳＳ１j，ＰＴＳＳ２jとが連通する。かかる連通状態では、給排装置９００から取り入れられた空気が、第１供給用ポートＰＴＦＳj、第２供給用ポートＰＴＳＳ１j及び配管８３５j，８２５jを介して、ベローズ３４３j内に供給される。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。また、かかる連通状態では、給排装置９００から送られた空気が、第１供給用ポートＰＴＦＳj、第２供給用ポートＰＴＳＳ２j及び配管８３１j，８２１jを介して、ベローズ３４２j内に供給される。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、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、屈曲状態になる。
【０１３５】
このため、電子制御を行うことなく、マスタ・スレーブ方式により、関節運動アシスト装置２００を装着した手指を関節屈曲状態にすることができる。
【０１３６】
この後、マスタ装置５００の装着者が、母指については、第１関節を屈曲状態に維持するとともに、第２関節を伸展状態にしたとする。また、マスタ装置５００の装着者が、四指については、第１関節及び第２関節を屈曲状態に維持するとともに、第３関節を伸展状態にしたとする。こうした関節状態では、手指の関節構造から、手背側に沿った、流体給排切替装置５３１jの装着位置から指先までの距離が、関節屈曲状態のときに比べて短くなる。こうして当該距離が短くなると、紐状部材５３２jの一方の端部に接続された操作部ＡＣが−Ｖ方向側に移動する。
【０１３７】
そして、このときには、マスタ装置５００の第１供給用ポートＰＴＦＳjと第２供給用ポートＰＴＳＳ２jとが連通し、第１排出用ポートＰＴＦＥjと第２排出用ポートＰＴＳＥ１jとが連通する。かかる連通状態では、給排装置９００から送られた空気が、第１供給用ポートＰＴＦＳj、第２供給用ポートＰＴＳＳ２j及び配管８３１j，８２１jを介して、ベローズ３４２j内に、引き続き供給される。この結果、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、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が膨張する。
【０１３８】
また、かかる連通状態では、ベローズ３４３j内の空気が、配管８２５j，８３６j、第２排出用ポートＰＴＳＥ１j及び第１排出用ポートＰＴＦＥjを介して、給排装置９００により排出される。こうしてベローズ３４３j内から空気が排出されると、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２３０1を装着した母指の関節は、第１関節が屈曲状態を維持し、第２関節が伸展した中間状態になる。また、手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）を装着した四指の関節は、第１関節及び第２関節が屈曲状態を維持し、第３関節が伸展した中間状態になる。
【０１３９】
このため、電子制御を行うことなく、マスタ・スレーブ方式により、関節運動アシスト装置２００を装着した手指を関節伸展状態と関節屈曲状態との中間状態にすることができる。
【０１４０】
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すると、手指の関節構造から、手背側に沿った、流体給排切替装置５３１jの装着位置から指先までの距離が、更に短くなる。こうして当該距離が更に短くなると、紐状部材５３２jの一方の端部に接続された操作部ＡＣが−Ｖ方向側に更に移動する。
【０１４１】
そして、このときには、第１排出用ポートＰＴＦＥjと、第２排出用ポートＰＴＳＥ１j，ＰＴＳＥ２jとが連通する。かかる連通状態では、ベローズ３４３j内の空気が、配管８２５j，８３６j、第２排出用ポートＰＴＳＥ１j及び第１排出用ポートＰＴＦＥjを介して、給排装置９００により排出される。こうしてベローズ３４３j内から空気が排出されると、ベローズ３４３jが収縮する。また、かかる連通状態では、ベローズ３４２j内の空気が、配管８２１j，８３２j、第２排出用ポートＰＴＳＥ２j及び第１排出用ポートＰＴＦＥjを介して、給排装置９００により排出される。こうしてベローズ３４２j内から空気が排出されると、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。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、伸展状態になる。
【０１４２】
このため、電子制御を行うことなく、マスタ・スレーブ方式により、関節運動アシスト装置２００を装着した手指を関節伸展状態にすることができる。
【０１４３】
したがって、本実施形態によれば、電子制御を行わずに、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。
【０１４４】
［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。
【０１４５】
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個別マスタ部を用意すればよい。
【０１４６】
また、上記の実施形態では、ベローズ３４２jは、個別マスタ部の第２供給用ポートＰＴＳＳ２j及び第２排出用ポートＰＴＳＥ２jと連通し、ベローズ３４３jは、個別マスタ部の第２供給用ポートＰＴＳＳ１j及び第２排出用ポートＰＴＳＥ１jと連通するようにした。これに対して、ベローズ３４２jを、個別マスタ部の第２供給用ポートＰＴＳＳ１j及び第２排出用ポートＰＴＳＥ１jと連通させ、ベローズ３４３jを、個別マスタ部の第２供給用ポートＰＴＳＳ２j及び第２排出用ポートＰＴＳＥ２jと連通させるようにしてもよい。
【０１４７】
この場合には、関節屈曲状態と関節伸展状態との中間状態として、手指関節運動アシスト部２３０1を装着した母指については、第１関節が伸展し、第２関節が屈曲した中間状態をアシストすることができる。また、手指関節運動アシスト部２３０k（ｋ＝２，…，５）を装着した四指については、第１関節及び第２関節が伸展し、第３関節が屈曲した中間状態をアシストすることができる。
【０１４８】
また、上記の実施形態では、ピストンに仕切られた双方のシリンダ室と給排装置の減圧ポンプに接続された第１排出用ポートとを連通させて、ピストンの一方の面（＋Ｖ方向側の面）及び他方の面（−Ｖ方向側の面）における受圧面積の違いを利用し、操作部を操作していない通常時には、ピストンが、図７に示されるように、シリンダ室内で−Ｖ方向側に付勢されるようにした。これに対して、シリンダ室と減圧ポンプに接続された第１排出用ポートとを連通させない構成を採用した場合には、押し出しバネ等の弾性部材を用意し、弾性部材の一方の端部をピストンの＋Ｖ方向側の面に接続し、当該弾性部材の他方の端部をシリンダ室の＋Ｖ方向側の面に接続し、弾性力により、ピストンをシリンダ室内で−Ｖ方向側に付勢するようにしてもよい。
【０１４９】
また、ピストンに仕切られた双方のシリンダ室と減圧ポンプに接続された第１排出用ポートとを連通させる構成を採用しつつ、押し出しバネ等の弾性部材を用意して、弾性部材の一方の端部をピストンの＋Ｖ方向側の面に接続し、当該弾性部材の他方の端部をシリンダ室の＋Ｖ方向側の面に接続するようにしてもよい。この場合には、ピストンを、上述した受圧面積の違い及び押し出しバネ等の弾性部材の弾性力の双方により、シリンダ室の−Ｖ方側に付勢させることができる。
【０１５０】
なお、ピストンをシリンダ室の−Ｖ方側に付勢させる場合に、引っ張りバネを用意し、当該引っ張りバネの一方の端部をピストンの−Ｖ方向側の面に接続し、当該引っ張りバネの他方の端部をシリンダ室の−Ｖ方向側の面に接続するようにしてもよい。
【０１５１】
また、上記の実施形態では、シリンダに形成された第１排出用ポートとシリンダ室とを連通させるようにした。これに対して、シリンダに形成された第１供給用ポートとシリンダ室とを連通させるようにしてもよい。このときには、ピストンの一方の面（＋Ｖ方向側の面）及び他方の面（−Ｖ方向側の面）における受圧面積の違いから、操作部を操作していない通常時には、ピストンは、シリンダ室内で＋Ｖ方向側に付勢されている。この結果、シリンダから突出している操作部を含んだ突出部分の長さが最大となるときが、操作部の定常位置になる。
【０１５２】
また、上記の実施形態では、紐状部材を非伸縮性の部材とした。これに対して、関節伸展状態において、シリンダからの突出部分の長さが「ＶＳ」となり（図７参照）、中間状態において、シリンダからの突出部分の長さが「ＶＭ」となり（図１６参照）、かつ、関節屈曲状態において、シリンダからの突出部分の長さが「ＶＬ」（ＶＳ＜ＶＭ＜ＶＬ）となる（図１３参照）のであれば、紐状部材を非伸縮性の部材に限定する必要はない。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
また、上記の実施形態では、マスタ装置を手部に装着するようにした。これに対して、マスタ装置を手部に装着せずに、例えば、指先で操作部を引っ張るようにしてもよい。
【０１５８】
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。
【０１５９】
また、給排装置の構成としては、空気の吐出、及び、空気の吸引を行うことのできる手動式ポンプであってもよい。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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】
【０１６３】
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月12日(2017.12.12)
【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；
マスタ装置と；
前記スレーブ装置及び前記マスタ装置に取り付けられる配管と；
前記マスタ装置に接続され、作動流体の強制的供給を行うとともに、前記作動流体の強制的排出を行う給排装置と；を備え、
前記スレーブ装置は、前記第１対象物における関節運動をアシストすべき関節ごとに用意され、前記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た場合に、前記関節運動をアシストする力を発生させる伸縮自在なベローズを備え、
前記マスタ装置は、前記配管を介して、前記ベローズ内への前記作動流体の供給、及び、前記ベローズ内からの前記作動流体の排出の切替を行う流体給排切替装置を備え、
前記流体給排切替装置は、前記流体給排切替装置の本体部に対して往復運動可能なロッド状の操作部を有し、
前記本体部は、
シリンダと；
前記シリンダのシリンダ室内を往復運動するピストンと；
前記ピストンに一方の端部が連結され、前記ピストンとともに往復直線運動する環状溝が形成されたスプールと；を備え、
前記シリンダには、
前記給排装置から前記作動流体を取り入れる第１供給用ポートと；
前記給排装置に前記作動流体を排出する第１排出用ポートと；
前記配管を介して、前記ベローズ内への前記作動流体の供給を行う少なくとも１つの第２供給用ポートと；
前記配管を介して、前記ベローズ内からの前記作動流体の排出を行う少なくとも１つの第２排出用ポートと；が形成され、
前記操作部は、前記スプールの他方の端部に連結され、前記シリンダの一方の端部を貫通して、前記ピストン及び前記スプールとともに往復直線運動し、
前記操作部の移動に対応した前記スプールの環状溝の位置に応じて、
前記第１供給用ポートと前記第２供給用ポートとが連通した際には、前記ベローズ内への前記作動流体の供給が行われ、
前記第１排出用ポートと前記第２排出用ポートとが連通した際には、前記ベローズ内からの作動流体の排出が行われて、
前記ベローズ内への前記作動流体の供給と前記ベローズ内からの前記作動流体の排出との切替が行われ、
前記ピストンは、前記ピストンにより仕切られ、前記スプールが連結されている一方のシリンダ室とは反対側の他方のシリンダ室側に付勢され、
前記ピストンの周面と前記シリンダ室の内周面との間には、間隙が形成され、
前記第１排出用ポートは、前記一方のシリンダ室及び前記他方のシリンダ室の双方と連通している、
ことを特徴とする関節運動アシストシステム。
【請求項２】
前記シリンダには、前記第１供給用ポートと連通している逃がし弁が形成され、前記第１供給用ポートから取り入れた過剰な作動流体が、前記逃がし弁を通じて、外部へ排出される、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】
前記マスタ装置は、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、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３に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項５】
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３に記載の関節運動アシストシステム。
【請求項６】
前記マスタ装置は、前記操作部の端部に接続される可撓性の紐状部材を更に備え、
前記流体給排切替装置は、前記手部の手背に装着され、
前記紐状部材の端部は、前記手指の指先に装着され、
前記マスタ装置側の手指の関節が屈曲している状態では、前記関節が伸展している状態に比べて、前記本体部から突出する前記操作部の前記本体部からの距離が長くなる、
ことを特徴とする請求項４又は５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】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
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；マスタ装置と；前記スレーブ装置及び前記マスタ装置に取り付けられる配管と；前記マスタ装置に接続され、作動流体の強制的供給を行うとともに、前記作動流体の強制的排出を行う給排装置と；を備え、前記スレーブ装置は、前記第１対象物における関節運動をアシストすべき関節ごとに用意され、前記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た場合に、前記関節運動をアシストする力を発生させる伸縮自在なベローズを備え、前記マスタ装置は、前記配管を介して、前記ベローズ内への前記作動流体の供給、及び、前記ベローズ内からの前記作動流体の排出の切替を行う流体給排切替装置を備え、前記流体給排切替装置は、前記流体給排切替装置の本体部に対して往復運動可能なロッド状の操作部を有し、前記本体部は、シリンダと；前記シリンダのシリンダ室内を往復運動するピストンと；前記ピストンに一方の端部が連結され、前記ピストンとともに往復直線運動する環状溝が形成されたスプールと；を備え、前記シリンダには、前記給排装置から前記作動流体を取り入れる第１供給用ポートと；前記給排装置に前記作動流体を排出する第１排出用ポートと；前記配管を介して、前記ベローズ内への前記作動流体の供給を行う少なくとも１つの第２供給用ポートと；前記配管を介して、前記ベローズ内からの前記作動流体の排出を行う少なくとも１つの第２排出用ポートと；が形成され、前記操作部は、前記スプールの他方の端部に連結され、前記シリンダの一方の端部を貫通して、前記ピストン及び前記スプールとともに往復直線運動し、前記操作部の移動に対応した前記スプールの環状溝の位置に応じて、前記第１供給用ポートと前記第２供給用ポートとが連通した際には、前記ベローズ内への前記作動流体の供給が行われ、前記第１排出用ポートと前記第２排出用ポートとが連通した際には、前記ベローズ内からの作動流体の排出が行われて、前記ベローズ内への前記作動流体の供給と前記ベローズ内からの前記作動流体の排出との切替が行われ、前記ピストンは、前記ピストンにより仕切られ、前記スプールが連結されている一方のシリンダ室とは反対側の他方のシリンダ室側に付勢され、前記ピストンの周面と前記シリンダ室の内周面との間には、間隙が形成され、前記第１排出用ポートは、前記一方のシリンダ室及び前記他方のシリンダ室の双方と連通している、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】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
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。そして、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。マスタ装置は、本体部と、当該本体部に対して往復運動可能なロッド状の操作部とを有する流体給排切替装置を備えている。
当該操作部を移動させると、操作部に連結されたスプールが、シリンダ内を移動する。そして、シリンダ内でのスプールの環状溝の位置に応じて、シリンダに形成された第１供給用ポートと第２供給用ポートとが連通すると、給排装置から取り入れた作動流体が、第１供給用ポート、第２供給用ポート及び配管を介して、ベローズ内に供給される。こうして、ベローズ内へ作動流体が供給されると、ベローズが膨張する。この結果、ベローズの膨張行程により、ベローズが、関節運動をアシストする力を発生する。
また、シリンダ内でのスプールの環状溝の位置に応じて、シリンダに形成された第１排出用ポートと第２排出用ポートとが連通すると、ベローズ内の作動流体が、配管、第２排出用ポート及び第１排出用ポートを介して、給排装置に排出される。こうして、ベローズ内から作動流体が排出されると、ベローズが収縮する。この結果、ベローズの収縮行程により、ベローズが、関節運動をアシストする力を発生する。
このように、当該操作部の移動に応じて、マスタ装置が、配管を介して、スレーブ装置のベローズ内への作動流体の供給と、スレーブ装置のベローズ内からの作動流体の排出との切替を行う。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、操作部を機械的に移動させる機械的制御を行うマスタ・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。
ここで、本体部は、ピストンを、スプールが連結されている一方のシリンダ室とは反対側の他方のシリンダ室側に付勢させる構成を採用している。こうした構成を採用することにより、操作者が操作部を操作していないときには、ピストンは、当該ピストンにより仕切られたスプールが連結されていない側のシリンダ室側に付勢される。そして、かかる状態のときには、シリンダの一方の端部を貫通し、当該シリンダから突出している操作部を含んだ突出部分の長さが最短となる。このように突出部分の長さが最短となるときの操作部の位置を、操作部の定常位置とする。
マスタ装置の操作者が、定常位置の操作部を引っ張る（突出部分を長くする）操作を行うと、シリンダ内部を、操作部に連結されたロッド状のスプールが移動し、シリンダ内部でのスプールの環状溝の位置が変化する。こうした操作部を引っ張った（突出部分を長くした）状態から、マスタ装置の操作者が、操作部を放すと、操作部は、シリンダからの突出部分の長さが最短となる定常位置に戻る。そして、操作部が定常位置に戻るときに、シリンダ内部を、操作部に連結されたロッド状のスプールが移動し、シリンダ内部でのスプールの環状溝の位置が変化する。このため、操作部を引っ張る、及び、当該引っ張った操作部を放すという簡単な操作で、シリンダ内でのスプールの環状溝の位置を変化させることができる。
そして、ピストンを他方のシリンダ室側に付勢する際に、ピストンの周面とシリンダ室の内周面との間に間隙を形成し、第１排出用ポートを、シリンダ室と連通させている。こうした構成を採用することにより、一方のシリンダ室と他方のシリンダ室とで、作動流体圧が等しくなる。また、一方のシリンダ室内の作動流体及び他方のシリンダ室内の作動流体が、第１排出用ポートから排出される。
ここで、一方のシリンダ室を区画するピストンの一方の面には、スプールが連結されている。これに対して、他方のシリンダ室を区画するピストンの他方の面には、スプールが連結されていない。このため、当該他方の面の面積は、当該一方の面の面積に比べて広くなっている。この結果、ピストンの一方の面及び他方の面における受圧面積の違いから、ピストンが、シリンダの他方の端部の側に移動する。このため、ピストンを他方のシリンダ室側に付勢することができるようになっている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【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】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
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