(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の腕の一部が回旋可能な状態で腕又は肩に装着される装着部材と、
該装着部材に取付けられており腕の回旋を検知する回旋検知センサと、
該回旋検知センサの検知信号に基いて開閉させられる把持部を有しており、前記装着部材の前端に取付けられている把持装置と
を具備していることを特徴とする電動義手。
【請求項２】
腕と伴に回旋するように腕の前端に装着される腕側軸部材と、
該腕側軸部材よりも前端側で前記装着部材に対して回転可能に取付けられている検知側軸部材と、
該検知側軸部材と前記腕側軸部材とを着脱可能に連結しており、該腕側軸部材の回旋を伝達して前記検知側軸部材を回旋させる回旋伝達連結機構と
を更に具備しており、
前記回旋検知センサは、
前記検知側軸部材の回旋を検知していることを特徴とする請求項１に記載の電動義手。
【請求項３】
前記回旋検知センサは、
インクリメンタル型の検知センサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動義手。
【請求項４】
前記回旋検知センサは、
回転型可変抵抗器であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動義手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動によって開閉可能な把持部を備えている電動義手に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの駆動によって開閉する把持部を有しており、使用者の前腕部や上腕部等に装着される電動義手が知られている。この電動義手として、筋肉を動かすために脳から送られる微弱な電気的な信号（表面筋電位）を皮膚の表面から検知する筋電センサと、筋電センサによる検知信号に基づいたモータの駆動により開閉させられる把持部と、を備えた電動義手（筋電義手）が提案されている（特許文献１）。この筋電義手では、筋電センサによって検出された表面筋電位が、第一閾値と第二閾値の両方を越えた場合は把持部を開動作させ、第二閾値のみを越えた場合は把持部を閉動作させるようにしている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術では、第一閾値と第二閾値の異なる閾値に対して表面筋電位を安定して発生させることが難しく、使用者によっては把持部を開閉させることができなかったり、把持部が意図しない動きを（誤動作）してしまったりする問題がある。そのため、表面筋電位を安定して発生させることができるように、長期に亘って訓練を行う必要があり、筋電義手の操作の習熟に時間がかかってしまう問題がある。
【０００４】
これに対して、筋電センサを、開動作用と閉動作用の二つの筋電センサに分け、夫々を異なる系統の表面筋電位を検知させることにより、各筋電センサからの表面筋電位に対する閾値を一つとして、必要な表面筋電位を発生させ易くさせることを想到し得る。しかしながら、この場合、二つの筋電センサに対して、夫々独立して表面筋電位を発生させる必要がある。このため、表面筋電位を発生させる位置を使い分けるために、同じく長期に亘って訓練を受ける必要が生じ、電動義手の操作の習熟に時間がかかってしまう虞がある。
【０００５】
また、特許文献１の技術では、表面筋電位が閾値を越えたか否かによってモータの駆動（ＯＮ・ＯＦＦ）を制御しているため、把持部に対して一定の速度で開閉する単純な動作しかさせることができなかった。
【０００６】
一方、電動義手として、皮膚から加えられる力を検知する感圧素子と、感圧素子からの出力信号に応じたモータの駆動により開閉させられる把持部と、を備えた電動義手が提案されている（特許文献２）。特許文献２の技術は、筋肉の一部を膨らませることによって感圧素子に力を加えられるようにし、感圧素子に力を加える時の速さが或る閾値よりも速い場合には把持部を開動作させ、閾値よりも遅い場合には把持部を閉動作させるようにしている。
【０００７】
しかしながら、特許文献２の技術では、或る閾値を境に把持部を開動作させたり閉動作させたりしていることから、特許文献１の技術と同様に、モータの駆動をＯＮ・ＯＦＦさせる制御しかできず、把持部に対して一定の速度で開閉する単純な動作しかさせることができなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明上記の実情に鑑み、操作を容易に習熟することができると共に、把持部をより複雑に動作させることが可能な電動義手の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電動義手は、「使用者の腕の一部が回旋可能な状態で腕又は肩に装着される装着部材と、該装着部材に取付けられており腕の回旋を検知する回旋検知センサと、該回旋検知センサの検知信号に基いて開閉させられる把持部を有しており、前記装着部材の前端に取付けられている把持装置とを具備している」ことを特徴とする。
【００１０】
ここで、「腕の一部」としては、「前腕部」、「上腕部」、を挙げることができる。また、「回旋」とは、腕（前腕部又は上腕部）が延びている軸周りの回転のことである。腕を下げた通常の状態では、手の甲が体の外側を向いており、この状態から手の甲が前方を向く方向の回旋を内旋（回内）と称し、手の甲が後方を向く方向の回旋を外旋（回内）と称する。
【００１１】
また、「装着部材」としては、「長く延びている第一フレームを有し、第一フレームが前腕部又は上腕部に沿って配置されると共に第一フレームの基端側が前腕部の肘近傍又は上腕部の肩近傍に固定されるもの」、「長く延びている第一フレームと、第一フレームの基端側と屈曲可能に連結されており長く延びている第二フレームとを有し、第二フレームが上腕部に沿って配置されると共に第二フレームが上腕部に固定されるもの」、「長く延びている第一フレームと、第一フレームの基端側と屈曲可能に連結されており長く延びている第二フレームと、第二フレームの基端側と屈曲可能に連結されている第三フレームとを有し、第二フレームが上腕部に沿って配置され、第三フレームが肩を含む胸部に固定されるもの」、を例示することができる。上記において、基端とは肩等の人体の中心に近い側の端を意味し、前端とは基端の反対側となる腕先（手指）に近い側の端を意味している。
【００１２】
更に、「回旋検知センサ」としては、「腕と伴に回旋する検知側軸部材の回旋位置に応じた電気抵抗値を出力する回転型可変抵抗器（ロータリーポテンショメータ）」、「腕と伴に回旋する検知側軸部材の回旋位置に応じた静電容量を出力するセンサ（例えば、バリアブルコンデンサ）」、「腕と伴に回旋し周方向に複数の検出部を備えた円盤状又は円環状の回転体と、回転体の検出部を検出する検出素子とを備えたセンサ（例えば、ロータリーエンコーダ）」、「腕の回旋を直線移動に変換するクランク機構のスライダの移動位置に応じた抵抗値を出力するリニア型可変抵抗器（リニアポテンショメータ）」、「腕の表面（周面）に光を照射する発光部と、腕の表面で反射した発光部からの光を受光する受光部と、を備え、回旋による腕の表面の移動を検出することにより回旋を検知するセンサ」、「腕に取付けられる磁性体と、腕の回旋により移動する磁性体によって変化する電流や磁場を検出するホール素子と、を備えたセンサ」、「腕の表面（周面）と接触し腕の回旋に伴って回転する回転体と、回転体の回転を検出する回転検出センサと、を備えたセンサ」、を例示することができる。
【００１３】
また、把持部の開閉の制御としては、「腕の回旋位置に応じて把持部の開度を変化させる」、「腕が通常の状態の時に把持部の駆動を停止させ、腕を通常の状態から回外動作させた時に把持部を開動作させると共に、腕を通常の状態から回内動作させた時に把持部を閉動作させるようにし、腕の回旋位置や回旋速度に応じて把持部の開閉速度を変化させる」、を例示することができる。
【００１４】
本発明の電動義手によれば、把持装置が前端に取付けられている装着部材を、使用者の腕又は肩に装着させた状態で、使用者が腕を回旋させると、その腕の回旋が回旋検知センサによって検知され、この回旋検知センサの検知に基いて、把持装置の把持部が開閉させられて物を把持させたり、把持している物を放させたりすることができる。また、腕の回旋を検知するようにしており、腕の回旋は表面筋電位を安定して発生させる場合と比較して、使用者が容易に行うことができるため、操作の習熟に必要な訓練の期間を短くすることができ、電動義手の操作を容易に習熟することができる。
【００１５】
また、腕の回旋を検知して把持部を開閉させるようにしているため、腕の回旋方向、回旋位置、及び回旋速度、等に基いて把持部を開閉させることが可能となり、従来よりも把持部を複雑に動作させることができる。従って、腕を回旋させるだけで、把持部の開度、把持部の開方向や閉方向への動作、把持部の開閉速度、等をきめ細かく操作することが可能となるため、把持部の動作を使用者の意思により近づけることができ、使い勝手の良い電動義手とすることができる。
【００１６】
ところで、特許文献１の技術のように表面筋電位を検知して把持部を開閉させる場合、肘や肩を回動させた時に意図しない表面筋電位が発生する虞があり、意図しない表面筋電位の発生によって把持部が誤動作をおこしてしまう虞がある。これに対して、本発明では、回旋検知センサにより腕の回旋を検知して把持部を開閉させるようにしており、肘や肩を回動させても腕は回旋しないため、回旋検知センサが腕の回旋を検知することはなく、把持部が誤動作する虞がない。従って、把持部を開閉させるための腕の回旋とは無関係に肘や肩を回動させることができるため、腕を回旋させて把持部を操作しながら、肘や肩を自由に回動させて把持部全体を移動させることができ、使い勝手の良い電動義手とすることができる。
【００１７】
また、腕と装着部材との間に使用者の腕が嵌入されるリング状のベアリング部材を備えるようにしても良い。これにより、ベアリング部材を介することで腕の回旋に伴って装着部材（把持部）も回旋してしまうのを抑制することができ、腕を回旋させ易くすることができると共に、使い勝手の良い電動義手とすることができる。
【００１８】
本発明に係る電動義手は、上記の構成に加えて、「腕と伴に回旋するように腕の前端に装着される腕側軸部材と、該腕側軸部材よりも前端側で前記装着部材に対して回転可能に取付けられている検知側軸部材と、該検知側軸部材と前記腕側軸部材とを着脱可能に連結しており、該腕側軸部材の回旋を伝達して前記検知側軸部材を回旋させる回旋伝達連結機構とを更に具備しており、前記回旋検知センサは、前記検知側軸部材の回旋を検知している」ことを特徴としても良い。
【００１９】
ここで、「腕側軸部材」としては、「前腕部又は上腕部を被覆する可撓性を有したライナーの前端に取付けられることによって前腕部又は上腕部と伴に回旋する部材」、「前腕部又は上腕部の前端に埋込まれることによって前腕部又は上腕部と伴に回旋する部材」、等を例示することができる。
【００２０】
また、「回旋伝達連結機構」としては、「腕側軸部材に形成された凸状又は凹状の係合部と、検知側軸部材に形成された係合部と係合する被係合部と、を備えた機構」、「少なくとも一つのユニバーサルジョイントを備えた機構」、「両端が腕側軸部材と検知側軸部材に夫々着脱可能に取付けられるゴム管又はコイルバネ」、「腕側軸部材と検知側軸部材とを磁力によって連結する機構」、を例示することができる。また、回旋伝達連結機構では、腕側軸部材の回旋速度を、同じ速度で検知側軸部材に伝達させても良いし、ギアやプーリ等を備えた変速機構を介することで速度を異ならせて伝達させても良い。
【００２１】
ところで、例えば、腕としての前腕部の表面に対して回旋検知センサを接触させて前腕部の回旋を検知するようにした場合、前腕部の断面形状が真円ではないため、装着部材に取付けられている回旋検知センサが前腕部の回旋位置によっては前腕部の表面から離れてしまい、前腕部の回旋を検知することができなくなってしまう虞がある。また、前腕部の表面に対して回旋検知センサを非接触で検知するようにした場合、前腕部の断面形状が真円ではないため、前腕部の回旋によって回旋検知センサと前腕部の表面との距離が変化し、前腕部の回旋位置によっては前腕部の回旋を検知することができなくなってしまう虞がある。
【００２２】
これに対して、本発明の電動義手によれば、腕（前腕部又は上腕部）の回旋を、腕側軸部材、及び回旋伝達連結機構を介して検知側軸部材に伝達させて、検知側軸部材の回旋を回旋検知センサによって検知するようにしている。これにより、検知側軸部材と回旋検知センサとの位置関係が変わり難くなり、検知側軸部材を介して腕の回旋を回旋検知センサによって確実に検知することができる。
【００２３】
また、腕の基端側において、腕側軸部材及び検知側軸部材と同軸上に配置され、腕と装着部材との間に使用者の腕が嵌入されるリング状のベアリング部材を備えるようにしても良い。これにより、検知側軸部材とベアリグ部材とによって腕を同軸上に保持することができ、腕を回旋させ易くすることができると共に、腕の回旋を回旋検知センサ側へ確実に伝達させることができる。また、ベアリング部材によって、使用者の腕にかかる負荷を分散させることができる。
【００２４】
更に、本発明に係る電動義手は、上記の構成に加えて、「前記回旋検知センサは、インクリメンタル型の検知センサである」ことを特徴としても良い。
【００２５】
ここで、「インクリメンタル型の検知センサ」としては、「腕と伴に回旋し周方向に複数の検出部を備えた円盤状の回転体と、回転体の検出部を検出する検出素子とを備えたセンサ（例えば、ロータリーエンコーダ）」、「腕の表面（周面）に光を照射する発光部と、腕の表面で反射した発光部からの光を受光する受光部と、を備え、回旋による腕の表面の移動を検出することにより回旋を検知するセンサ」、「腕に取付けられる磁性体と、腕の回旋により移動する磁性体によって変化する電流や磁場を検出するホール素子と、を備えたセンサ」、を例示することができる。
【００２６】
ところで、回旋検知センサとしてアブソリュート型の検知センサを用いた場合、電動義手を装着する際に、例えば、検知センサの回動範囲の中央に対して、使用者の腕の回旋範囲の中央がずれている状態で装着すると、検知センサの回動範囲が規制されていることから、腕を回旋させる方向によっては、まだ腕を回旋させることができるにも関わらず、検知センサが回動端に移動することでこれ以上回動させることができなくなることがある。これにより、腕の回旋範囲の全体を十分に活用することができないため、電動義手が使い辛くなる虞がある。そこで、電動義手を腕に装着する際に、検知センサの回動範囲の中央と、使用者の腕の回旋範囲の中央とを、一致させた状態で電動義手を装着することにより上記の問題を解決することができる。しかしながら、この場合、使用者によっては、電動義手の装着に手間がかかる虞がある。
【００２７】
これに対して、本発明では、回旋検知センサをインクリメンタル型の検知センサとしており、回旋検知センサの回動範囲が規制されていないと共に、回旋検知センサの原点を任意に設定することができる。従って、使用者が電動義手を装着してから、回旋の原点を設定すれば良いため、腕の回旋位置に関わらず使用者の腕が自由な状態で電動義手を装着することができ、電動義手の装着にかかる手間を低減させることができる。
【００２８】
更に、本発明に係る電動義手は、上記の構成に加えて、「前記回旋検知センサは、回転型可変抵抗器である」ことを特徴としても良い。
【００２９】
ここで、腕と、回転型可変抵抗器の軸部材（検知側軸部材）との関係としては、「腕の前端に腕と伴に回旋する腕側軸部材を備え、その腕側軸部材に検知側軸部材を連結させて検知側軸部材を回旋させる」ようにしても良いし、腕側軸部材を備えない例として、「検知側軸部材の外周を前腕部の外周に接触させて検知側軸部材を回旋させる」、「腕の外周にリング状のプーリ又はギアを装着し、そのプーリ又はギアを用いて検知側軸部材を回旋させる」ようにしても良い。
【００３０】
ところで、特許文献１や特許文献２の技術のように、筋電センサや感圧センサを用いた場合、それらからの出力信号（検知信号）が微弱なため、検知信号によって把持部を動作させるモータを直接駆動させることができず、モータを駆動させるための駆動回路が別に必要となる。また、出力信号が微弱なことから、増幅回路やノイズを除去するフィルタ回路等を備える必要がある。従って、筋電センサや感圧センサを用いた場合、把持部の制御回路が煩雑になる問題がある。また、出力信号が微弱なことから、外部からのノイズの影響を受け易く、ノイズによって誤動作してしまう虞がある。
【００３１】
これに対して、本発明の電動義手は、回旋検知センサに回転型可変抵抗器を用いていることから、筋電センサや感圧センサと比較して、高い電流や電圧を用いることが可能となる。従って、回旋検知センサの検知信号によってモータを直接駆動させたり、増幅回路やフィルタ回路等を省略させたりすることができ、把持部の制御回路が煩雑になるのを抑制させて制御回路を小型化したり軽量化したりすることができる。
【００３２】
また、上記のように、回旋検知センサに高い電流や電圧を用いることが可能となるため、外部からのノイズが相対的に低くなり、ノイズの影響を受け難くすることができ、誤動作し難くい電動義手を提供することができる。
【００３３】
更に、回旋検知センサに回転型可変抵抗器を用いていることから、筋電センサや感圧センサ、或は、インクリメンタル型の検知センサ、等と比較して、安価に入手することができるため、電動義手にかかるコストを低減させることができる。
【発明の効果】
【００３４】
このように、本発明によれば、操作を容易に習熟することができると共に、把持部をより複雑に動作させることが可能な電動義手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態である電動義手の全体構成を示す説明図である。
【図２】図１の電動義手を装着部材側とライナー側とに分解して示す説明図である。
【図３】図１の電動義手の回路構成を概略で示す説明図である。
【図４】図１とは異なる本発明の一実施形態である電動義手を斜視図で示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の一実施形態である電動義手１０について、図１乃至図３を参照して詳細に説明する。なお、図１及び図２において、左側が腕１の手指に近い前端側であり、右側が肩に近い基端側である。本実施形態では、前腕部２の途中から前側を失った使用者に用いられる電動義手１０について説明する。
【００３７】
本実施形態の電動義手１０は、使用者の前腕部２を被覆するライナー１５と、ライナー１５の前端に前方へ延出した状態で取付けられている腕側軸部材１６と、使用者の前腕部２の前端が回旋可能な状態で使用者の前腕部２と上腕部３の一部とに装着される装着部材２０と、装着部材２０に対して回転可能に取付けられており腕側軸部材１６と着脱可能に連結している検知側軸部材２５と、装着部材２０に取付けられており検知側軸部材２５の回旋を検知する回旋検知センサ２６と、回旋検知センサ２６の検知信号に基いて開閉させられる把持部３１を有しており装着部材２０の前端に取付けられている把持装置３０と、回旋検知センサ２６の検知に基いて把持装置３０を制御させる制御装置４０と、を備えている。なお、制御装置４０は、使用者の身体又は着衣に装着される。
【００３８】
ライナー１５は、前腕部２に装着した状態で、前腕部２の回旋に伴って捩じれるような可撓性を有した薄い材料によって形成されている。このライナー１５の材料としては、シリコン樹脂、ゴム、織布、等を用いることができる。腕側軸部材１６は、円柱状に形成されており、前端に検知側軸部材２５の先端（図１及び図２において右端）が挿入される嵌合凹部１６ａが形成されている。
【００３９】
装着部材２０は、前腕部２及び上腕部３に当接するフレーム２１と、フレーム２１に取付けられておりフレーム２１を前腕部２や上腕部３に取付けるための装着ベルト２２と、フレーム２１の前端に取付けられている前端フレーム２３と、を備えている。この前端フレーム２３の前端に把持装置３０が取付けられている。
【００４０】
フレーム２１は、腕１の外周に沿うように半円弧状に湾曲している帯状の第一受部２１ａと、第一受部２１ａの円弧の中心軸方向に離間しており第一受部２１ａの円弧と同軸上で半円弧状に湾曲している帯状の第二受部２１ｂと、第一受部２１ａと第二受部２１ｂの端部同士を接続している帯状の一対の接続部２１ｃと、第一受部２１ａの中央及び両端から第二受部２１ｂとは反対側へ延びている帯状の三つの延出部２１ｄと、を備えている。本実施形態のフレーム２１は、第一受部２１ａ、第二受部２１ｂ、接続部２１ｃ、及び延出部２１ｄが、可撓性を有した樹脂によって一体に形成されている。
【００４１】
装着ベルト２２は、フレーム２１において第一受部２１ａ、第二受部２１ｂ、及び延出部２１ｄに、夫々取付けられている。詳しくは、一対の短い装着ベルト２２が、第一受部２１ａ及び第二受部２１ｂの両端に、第一受部２１ａ及び第二受部２１ｂが延びている方向とは反対方向へ延びるように夫々取付けられている。また、一つの長い装着ベルト２２が、三つの延出部２１ｄにおいて、それらの先端よりも第一受部２１ａ側の位置を繋ぐと共に、三つの延出部２１ｄのうち第一受部２１ａの両端から延びている二つの延出部２１ｄから残りの延出部２１ｄとは反対側の方向へ両端が夫々延びるように取付けられている。各装着ベルト２２は、表面に図示しない面ファスナーを備えており、一対の短い装着ベルト２２同士や、長い装着ベルト２２の端部同士を、結合させることができる。
【００４２】
前端フレーム２３は、前端へ向かうに従って窄まる円錐台形の筒状に形成されている。この前端フレーム２３は、フレーム２１における三つの延出部２１ｄの前端に、図示しない面ファスナーによって着脱可能に取付けられている。また、前端フレーム２３は、内部にＬ字状のステー２３ａを備えており、ステー２３ａに回旋検知センサ２６が取付けられている。
【００４３】
検知側軸部材２５は、腕側軸部材１６よりも直径が小さい円柱状に形成されている。この検知側軸部材２５は、先端（図１及び図２において右端）を腕側軸部材１６の嵌合凹部１６ａ内に挿入させることができる。詳細な図示は省略するが、嵌合凹部１６ａ内と検知側軸部材２５の先端とには、互いに係合する凹凸の溝（スプライン）が備えられており、検知側軸部材２５の先端を嵌合凹部１６ａ内に挿入させることにより、係合部と被係合部とが係合して、腕側軸部材１６からの回旋を検知側軸部材２５へ伝達させることができる。本実施形態の嵌合凹部１６ａと検知側軸部材２５の先端は、本発明の回旋伝達連結機構に相当している。
【００４４】
回旋検知センサ２６は、回転型可変抵抗器（ロータリーポテンショメータ）を用いており、検知側軸部材２５が一体的に備えられている。この回旋検知センサ２６は、図示するように、装着部材２０において前端フレーム２３のステー２３ａに取付けられており、検知側軸部材２５が回転可能な状態でステー２３ａを貫通している。従って、回旋検知センサ２６がステー２３ａに取付けられることにより、検知側軸部材２５が装着部材２０に対して回転可能に取付けられる。
【００４５】
把持装置３０は、対称に配置されている一対の把持部３１を離反させたり接近させたりして開閉させるモータ３２（図３を参照）を備えている。このモータ３２は、回転位置を出力することができるサーボモータである。
【００４６】
制御装置４０は、図３に示すように、制御プログラムを実行させて演算を行うＣＰＵを備えている制御部４１と、制御部４１で実行される制御プログラムや設定値、演算の際の一時的な数値、等を記憶するための記憶部４２と、制御部４１からの駆動信号に基いてモータ３２を駆動させるモータ駆動部４３と、回旋検知センサ２６の設定を行うためのセンサ設定スイッチ４４と、把持装置３０における把持部３１の設定を行うための把持部設定スイッチ４５と、把持部３１の位置をホールドさせるためのホールドスイッチ４６と、を備えている。また、図示は省略するが、制御装置４０は、制御部４１や、モータ駆動部４３等に電力を供給するための電源部を備えている。
【００４７】
本実施形態の制御部４１及び記憶部４２は、マイクロコンピュータ（マイコン）である。制御部４１には、回旋検知センサ２６、モータ３２、センサ設定スイッチ４４、把持部設定スイッチ４５、及びホールドスイッチ４６からの信号が入力される。また、制御部４１からは、モータ駆動部４３へ信号が出力される。
【００４８】
次に、本実施形態の電動義手１０の使用方法について説明する。まず、使用者の前腕部２にライナー１５を装着する。この際に、ライナー１５の前端に取付けられている腕側軸部材１６の軸芯を、前腕部２を回旋させる時の中心と一致させる。
【００４９】
前腕部２にライナー１５を装着したら、装着部材２０の湾曲している第一受部２１ａ及び第二受部２１ｂの開放されている側（図２において上側）を通して、筒状の前端フレーム２３の基端側から内部に前腕部２の前端を挿入し、腕側軸部材１６の嵌合凹部１６ａに検知側軸部材２５を挿入させて、腕側軸部材１６と検知側軸部材２５とを連結させる。この際に、前腕部２を回旋させていない通常の状態とすると共に、腕１の肘４の内側４ａが、第一受部２１ａ及び第二受部２１ｂの開放されている側と同じ側を向くようにする。また、回旋検知センサ２６は、検知範囲（回動範囲）の中央の状態とする。
【００５０】
腕側軸部材１６と検知側軸部材２５を連結したら、第一受部２１ａと第二受部２１ｂとの間に腕１の肘４を位置させ、その状態で、装着ベルト２２を締めることにより、装着部材２０が腕１に装着された状態となる。この状態では、前腕部２の前端側が筒状の前端フレーム２３内に挿入された状態となり、前腕部２の前端側を自由に回旋させることができる。また、フレーム２１の第一受部２１ａと三つの延出部２１ｄとが前腕部２に取付けられていると共に、フレーム２１の第二受部２１ｂが上腕部３に取付けられている状態となり、フレーム２１が腕１にしっかり固定される。
【００５１】
また、フレーム２１では、第一受部２１ａと第二受部２１ｂとが肘４の側面において可撓性を有している一対の接続部２１ｃによって接続されていることから、肘４を自由に曲げることができる。そして、この装着部材２０の前端に把持装置３０が取付けられた状態で、装着部材２０を腕１に装着させることによって、腕１への電動義手１０の装着が完了する。なお、装着部材２０を腕１に装着した後で、把持装置３０を取付けても良い。
【００５２】
電動義手１０を腕１に装着させた状態で、使用者が前腕部２を回旋させると、前腕部２を被覆しているライナー１５が、前腕部２の回旋に伴って捩じれるように変形させられ、ライナー１５の前端に取付けられている腕側軸部材１６が前腕部２と伴に回旋させられる。この腕側軸部材１６では、前端に形成されている嵌合凹部１６ａに、検知側軸部材２５の先端が嵌合挿入されているため、腕側軸部材１６の回旋が検知側軸部材２５に伝達され、腕側軸部材１６と一体的に検知側軸部材２５を回旋させることができる。
【００５３】
続いて、電動義手１０の装着が完了したら、図示しない電源スイッチを操作して、電動義手１０の電源を入れると、制御部４１において制御プログラムの実行が開始する。この制御プログラムが実行されると、最初に、使用者に対して回旋検知センサ２６の設定を行わせる。詳述すると、まず、前腕部２を回内方向へ最も回旋させた状態とし、この状態でセンタ設定スイッチ４４を操作させる。これにより、この時の回旋検知センサ２６からの検知信号として、その回旋位置に応じた抵抗値が制御装置４０の制御部４１へ出力され、その抵抗値（検知信号）が、使用者が最も回内動作させた時の回内限界位置として記憶部４２に記憶される。
【００５４】
次に、前腕部２を回外方向へ最も回旋させた状態とし、この状態でセンサ設定スイッチ４４を操作させる。これにより、この時の回旋検知センサ２６からの検知信号が、使用者が最も回外動作させた時の回外限界位置として記憶部４２に記憶される。その後、前腕部２を回旋させていない通常の状態とし、この状態でセンサ設定スイッチ４４を操作させる。これにより、この時の回旋検知センサ２６からの検知信号が、使用者が回旋させていない通常の状態の時の回旋中立位置として記憶部４２に記憶される。
【００５５】
ここで、使用者によっては、前腕部２において通常の状態から回内限界位置までの回旋角度と、通常の状態から回外限界位置までの回旋角度とが異なる場合があり、回内限界位置と回外限界位置との間の中心を回旋中立位置とすると、その回旋中立位置が通常の状態の位置からずれてしまう虞がある。この回旋中立位置が通常の状態の位置からずれていると、回旋中立位置に位置させるためには前腕部２を通常の状態の位置から回旋させる必要があるが、その回旋中立位置が判り難く、電動義手１０の操作性が悪くなる。これに対して、前腕部２において通常の状態の位置を回旋中立位置として設定することにより、使用者が回旋中立位置を認識し易くなり、電動義手１０の操作性が良くなる。
【００５６】
そして、制御部４１では、回内限界位置、回外限界位置、及び回旋中立位置が設定されると、回旋検知センサ２６からの検知信号に対して、回旋中立位置から回内限界位置までと、回旋中立位置から回外限界位置までとを、夫々同じ割合で分割する。これにより、使用者が前腕部２を回内動作させた時と回外動作させた時の、把持部３１の反応（動作）を、使用者の感覚に近づけることが可能となり、使用者の意思通りに動作する差動的操作を行わせることができる。
【００５７】
回旋検知センサ２６の設定が終了すると、電動義手１０が使用可能となる。電動義手１０の使用は、前腕部２が通常の状態の位置（回旋中立位置）では、把持部３１の動作が停止し、通常の状態の位置から前腕部２を回内動作させると把持部３１が閉じる方向へ動作し、前腕部２を回外動作させると把持部３１が開く方向へ動作する。把持部３１の開閉は、前腕部２の回旋による回旋検知センサ２６からの検知信号に基いて、制御部４１が制御信号をモータ駆動部４３に出力し、その制御信号に応じてモータ３２が駆動されることによって行われる。この際に、制御部４１では、回旋中立位置から回内限界位置や回外限界位置に近づくほど、モータ３２を速く回転させるようにしており、前腕部２の回旋位置に応じて把持部３１の開閉速度を変化させている。
【００５８】
ところで、本実施形態の電動義手１０では、回旋検知センサ２６の設定が終了した後に、把持部設定スイッチ４５を操作することにより、把持部３１の開閉動作の設定（モード）を変更させることができる。具体的には、把持部設定スイッチ４５を操作すると、前腕部２が回内限界位置の時に把持部３１が閉じた状態となり、前腕部２が回外限界位置の時に把持部３１が全開の状態となるように、把持部３１の開度が前腕部２の回旋位置に応じて変化するように動作させることができる。この際に、制御部４１では、モータ３２からの実際の回転位置の信号によるフィードバック制御を行っている。これにより、前腕部２の回旋に追従するように把持部３１を開閉動作させることができる。従って、前腕部２を速く回旋させれば把持部３１を速く動作させることができ、前腕部２をゆっくり回旋させれば把持部３１をゆっくり動作させることができ、使用者の意思に近い動作を把持部３１にさせることができる。
【００５９】
また、把持部設定スイッチ４５の操作によって、把持部３１が実際に閉じた時の前腕部２の回旋位置の設定も行うことができる。具体的には、例えば、回内限界位置と回外限界位置との間の位置で把持部３１が閉じるようにすることができる。或いは、回内限界位置の時に把持部３１が閉じるように開閉動作を設定した時に、回内限界位置に回旋させても何らかの理由によって把持部３１が閉じずに開いてしまっている場合、この設定を行うことにより、把持部３１の開閉を調整して閉じさせることができる。
【００６０】
更に、本実施形態の電動義手１０では、ホールドスイッチ４６を操作することにより、ホールドスイッチ４６を操作した時点の状態（開度）で把持部３１を停止（ホールド）させて、前腕部２を回旋させても把持部３１が動作しないようにすることができる。これにより、例えば、把持部３１によって物を把持させた状態で運ぶ場合、ホールドスイッチ４６を操作することにより、前腕部２を回旋させても把持部３１が動作することはなく、物を把持させたままの状態を維持させることができるため、前腕部２を自由にさせることができ、使用者の負担を軽減させることができる。なお、ホールドスイッチ４６を再度操作すると、把持部３１の停止（ホールド）が解除される。
【００６１】
このホールドスイッチ４６は、電動義手１０を装着させた腕とは反対側の腕（手）により操作されるスイッチとしても良いし、肘４の屈曲や肩の上げ下げ、によって操作されるスイッチとしても良い。肘４の屈曲や肩の上げ下げ、によって操作されるスイッチとしては、肘４や肩等によって押圧される押しボタン型のスイッチ、肘４や肩等の動きを検知するセンサ型のスイッチ、等がある。ホールドスイッチ４６を、肘４の屈曲や肩の上げ下げによって操作されるスイッチとした場合、反対側の腕（手）で操作する必要がなくなるため、電動義手１０と反対側の手の両方を同時に使う作業を行うことができ、使い勝手の良い電動義手１０とすることができる。
【００６２】
このように、本実施形態の電動義手１０によれば、把持装置３０が前端に取付けられている装着部材２０を、使用者の腕１に装着させた状態で、使用者が腕１の前腕部２を回旋させると、その前腕部２の回旋が回旋検知センサ２６によって検知され、この回旋検知センサ２６の検知に基いて、把持装置３０の把持部３１が開閉させられて物を把持させたり、把持している物を放させたりすることができる。また、前腕部２の回旋を検知するようにしており、前腕部２の回旋は表面筋電位を安定して発生させる場合と比較して、使用者が容易に行うことができるため、操作の習熟に必要な訓練の期間を短くすることができ、電動義手１０の操作を容易に習熟することができる。
【００６３】
また、前腕部２の回旋を検知して把持部３１を開閉させるようにしているため、前腕部２の回旋方向、回旋位置、及び回旋速度、等に基いて把持部３１を開閉させることが可能となり、従来よりも把持部３１を複雑に動作させることができる。また、前腕部２を回旋させるだけで、把持部３１の開度、把持部３１の開方向や閉方向への動作、把持部３１の開閉速度、等をきめ細かく操作することが可能となるため、把持部３１の動作を使用者の意思により近づけることができ、使い勝手の良い電動義手１０とすることができる。
【００６４】
更に、回旋検知センサ２６により前腕部２の回旋を検知して把持部３１を開閉させるようにしており、肘４や肩を回動させても前腕部２は回旋しないため、回旋検知センサ２６が前腕部２の回旋を検知することはなく、把持部３１が誤動作する虞がない。従って、把持部３１を開閉させるための前腕部２の回旋とは無関係に肘４や肩を回動させることができるため、前腕部２を回旋させて把持部３１を操作しながら、肘４や肩を自由に回動させて把持部３１（把持装置３０）全体を移動させることができ、使い勝手の良い電動義手１０とすることができる。
【００６５】
また、前腕部２の回旋を、腕側軸部材１６、及び回旋伝達連結機構としての嵌合凹部１６ａを介して検知側軸部材２５に伝達させて、検知側軸部材２５の回旋を回旋検知センサ２６によって検知するようにしている。これにより、検知側軸部材２５と回旋検知センサ２６との位置関係が変わることがなく、検知側軸部材２５を介して前腕部２の回旋を回旋検知センサ２６によって確実に検知することができる。
【００６６】
ところで、腕側軸部材１６と検知側軸部材２５とを着脱不能とした場合、腕側軸部材１６が取付けられているライナー１５を前腕部２に装着させる時に、その外側に位置している装着部材２０のフレーム２１や前端フレーム２３が邪魔になり、装着し辛くなると共に、前腕部２の前端側が前端フレーム２３によって覆われるため、腕側軸部材１６の軸芯を前腕部２の回旋の中心に合わせ難くなり、装着に手間がかかるようになる。これに対して、本実施形態では、腕側軸部材１６と検知側軸部材２５とを着脱可能としており、装着部材２０から離した状態でライナー１５を前腕部２に装着させることができるため、ライナー１５を前腕部２の正しい位置へ容易に装着させることができ、電動義手１０を容易に装着することができる。
【００６７】
更に、回旋検知センサ２６に回転型可変抵抗器を用いていることから、筋電センサや感圧センサと比較して、外部からのノイズの影響を受け難く、誤動作し難くい電動義手１０を提供することができる。
【００６８】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００６９】
例えば、上記の実施形態では、前腕部２の途中から前側を失った使用者に用いられる電動義手１０を示したが、これに限定するものではなく、上腕部３の途中から前側を失った使用者に用いられる電動義手１０としても良い。この場合、ライナー１５を上腕部３に装着させると共に、装着部材２０を上腕部３と肩とに装着させる。
【００７０】
また、上記の実施形態では、回旋伝達連結機構として、腕側軸部材１６の嵌合凹部１６ａと検知側軸部材２５の先端とによって構成されたものを示したが、これに限定するものではなく、腕側軸部材１６と検知側軸部材２５との間を、ユニバーサルジョイントを備えた連結機構や、ゴム管又はコイルバネを備えた連結機構、によって連結させるようにしても良い。この場合、腕側軸部材１６と検知側軸部材２５の軸芯がずれていても、回旋を伝達させることができるため、回旋検知センサ２６によって前腕部２の回旋を確実に検知させることができ、把持部３１の誤動作を低減させることができる。
【００７１】
更に、上記の実施形態では、回旋検知センサ２６として回転型可変抵抗器を用いた例を示したが、これに限定するものではなく、腕１（前腕部２）の回旋を検知することができるものであれば良い。
【００７２】
また、上記の実施形態では、把持装置３０として、一対の把持部３１を備えたものを示したが、これに限定するものではなく、三つ以上の把持部を備えた把持装置や、人間の手に近い形態の把持装置としても良い。
【００７３】
更に、上記の実施形態では、装着部材２０において、フレーム２１の延出部２１ｄが装着ベルト２２を介して前腕部２に接触する例を示したが、これに限定するものではなく、前腕部２と延出部２１ｄ及び前側の装着ベルト２２との間に、検知側軸部材２５と同軸上に配置され、前腕部２が嵌入されるリング状のベアリング部材（例えば、図４を参照）を備えるようにしても良い。これにより、検知側軸部材２５とベアリング部材とによって前腕部２を同軸上に保持することができ、前腕部２を回旋させ易くすることができると共に、前腕部２の回旋を回旋検知センサ２６側へ確実に伝達させることができる。また、ベアリング部材を介することで前腕部２の回旋に伴って装着部材２０（把持装置３０）も回旋してしまうのを抑制することができ、使い勝手の良い電動義手１０とすることができる。
【００７４】
また、上記の実施形態では、装着部材２０を、腕１に装着されるフレーム２１と、フレーム２１の前端に取付けられる前端フレーム２３とで構成していると共に、回旋検知センサ２６としてアブソリュート型の回転型可変抵抗器を用いた例を示したが、これに限定するものではなく、図４に示すような構成の電動義手５０としても良い。以下、電動義手５０について説明する。なお、電動義手１０と同じ構成の部材については、同一の名称及び符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００７５】
図４に示す電動義手５０は、使用者の前腕部２を前側から被覆するライナー５１と、ライナー５１の前端に前方へ延出した状態で取付けられている腕側軸部材５２と、使用者の前腕部２の前端がライナー５１と共に回旋可能な状態で使用者の前腕部２と上腕部３の一部とを覆うように装着される装着部材６０と、ライナー５１と装着部材６０との間に互いが相対回転可能に取付けられている基端側ベアリング部材５３と、腕側軸部材５２が着脱可能に嵌入連結されているリング状の内輪５４ａ、及び内輪５４ａの外周を覆うと共に内輪５４ａに対して相対回転可能とされているリング状の外輪５４ｂを有している前端側ベアリング部材５４と、前端側ベアリング部材５４の外輪５４ｂの外周に取付けられており、前端側ベアリング部材５４の中心が基端側ベアリング部材５３の中心と同軸上となるように装着部材６０に対して着脱可能に取付けられている円盤環状のブラケット５５と、前端側ベアリング部材５４に取付けられており外輪５４ｂに対する内輪５４ａの回旋（回動）を検知する回旋検知センサ５６と、回旋検知センサ５６の検知信号に基いて開閉させられる把持部３１を有しており装着部材６０の前端に取付けられている把持装置３０と、回旋検知センサ５６の検知に基いて把持装置３０を制御させる制御装置４０と、を備えている。
【００７６】
ライナー５１は、前端側が閉鎖された筒状で、開放されている基端側から前端側へ向かってスリット５１ａが形成されている。このライナー５１は、可撓性を有した軟質の合成樹脂によって形成されている。腕側軸部材５２は、円柱状に形成されている。この腕側軸部材５２は、少なくとも外周面が摩擦抵抗の高い素材で形成されている。
【００７７】
基端側ベアリング部材５３は、使用者の前腕部２を被覆しているライナー５１がない周面に接触した状態で挿入されるリング状の内輪５３ａと、内輪５３ａの外周面上で周方向へ転動可能とされている複数の転動部材５３ｂと、複数の転動部材５３ｂに内周面が接しているリング状の外輪５３ｃと、を備えている。基端側ベアリング部材５３は、内輪５３ａと外輪５３ｃとの間の複数の転動部材５３ｂによって、外輪５３ｃに対して内輪５３ａがスムーズに相対回転することができる。
【００７８】
前端側ベアリング部材５４は、リング状の内輪５４ａと外輪５４ｂとの間に、夫々の外周面と内周面とに接している転動可能な複数の転動部材５４ｃを備えている。前端側ベアリング部材５４は、内輪５４ａと外輪５４ｂとの間の複数の転動部材５４ｃによって、外輪５４ｂに対して内輪５４ａがスムーズに相対回転することができる。ブラケット５５は、前端側ベアリング部材５４の外輪５４ｂに、外輪５４ｂと一体回転できるように取付けられている。また、ブラケット５５は、少なくとも外周面が摩擦抵抗の高い素材で形成されている。本実施形態において前端側ベアリング部材５４の内輪５４ａは、本発明の検知側軸部材に相当している。また、腕側軸部材５２の外周面と、前端側ベアリング部材５４の内輪５４ａの内周面とは、本発明の回旋伝達連結機構に相当している。
【００７９】
回旋検知センサ５６は、詳細な図示は省略するが、前端側ベアリング部材５４の内輪５４ａと一体回転し周方向に複数の検出部を備えた回転体と、外輪５４ｂに取付けられており回転体の検出部を検出する検出素子と、を備えている。本実施形態の回旋検知センサ５６は、回転体の検出部が磁石とされていると共に、検出素子が磁気センサとされており、原点を有しないインクリメンタル型の磁気エンコーダである。なお、回旋検知センサ５６として、光学式、電気誘導式、等のインクリメンタル型の検知センサを用いても良い。
【００８０】
装着部材６０は、前腕部２及び上腕部３の一部において外周の約半分を覆う半円筒状のベースフレーム６１と、前腕部２及び上腕部３の一部においてベースフレーム６１に覆われた側とは反対側を覆うカバーフレーム６２と、カバーフレーム６２に取付けられている複数の帯状の装着ベルト６３と、を備えている。ベースフレーム６１は、基端付近において貫通しており腕１の肘が挿入される開口部６１ａと、開口部６１ａと前端との間で内周側から外周側へ膨出し基端側ベアリング部材５３の一部を収容可能な膨出部６１ｂと、を備えている。このベースフレーム６１の前端には、把持装置３０が取付けられている。カバーフレーム６２は、ベースフレーム６１の膨出部６１ｂと対応する位置に、内周側から外周側へ膨出し基端側ベアリング部材５３の一部を収容可能な膨出部６２ａを備えている。装着ベルト６３は、カバーフレーム６２の周方向両端側に夫々取付けられている。各装着ベルト６３は、表面に図示しない面ファスナーを備えており、互いに結合させることができる。
【００８１】
本実施形態の電動義手５０の使用方法について説明する。まず、ベースフレーム６１側の準備として、膨出部６１ｂ内に、基端側ベアリング部材５３と、Ｃ字に湾曲した帯板状のスペーサ６４と、を挿入する。スペーサ６４により、基端側ベアリング部材５３を膨出部６１ｂ内の基端側へ寄せる。また、ベースフレーム６１内において、前端と膨出部６１ｂとの間に、前端側ベアリンク部材５４及び回旋検知センサ５６が取付けられているブラケット５５を挿入する。なお、スペーサ６４によって、基端側ベアリング部材５３を膨出部６１ｂ内の前端側へ寄せるようにしても良いし、スペーサ６４を複数に分割して基端側ベアリング部材５３を膨出部６１ｂ内の任意の位置（例えば中央）に取付けても良い。また、膨出部６１ｂ内の幅を基端側ベアリング部材５３の幅と同じ幅として、スペーサ６４を省略するようにしても良い。
【００８２】
次に、ライナー５１を、ベースフレーム６１の基端側から基端側ベアリング部材５３に挿入させると共に、ライナー５１から前方へ延出している腕側軸部材５２を前端側ベアリング部材５４の内輪５４ａに嵌入させる。内輪５４ａに腕側軸部材５２を嵌入させることで、内輪５４ａの内周面と腕側軸部材５２の外周面との間の摩擦抵抗によって、互いに連結された状態となり、腕側軸部材５２（ライナー５１）の回旋を内輪５４ａ（回転検知センサ５６）に伝達させることができる。この状態で、使用者の前腕部２に、ライナー５１を装着させると共に、前腕部２及び上腕部３の一部において腕１が覆われるように、前腕部２及び上腕部３にカバーフレーム６２を装着させる。続いて、この状態で、腕１のベースフレーム６１とは反対側にカバーフレーム６２を被せ、装着ベルト６３で締め付けて固定する。これにより、基端側ベアリング部材５３の外輪５３ｃの外周面と、ブラケット５５の外周面とが、ベースフレーム６１とカバーフレーム６２によって回転不能に挟持された状態となり、腕１への電動義手５０の装着が完了する。
【００８３】
その後、上記の電動義手１０と同様に、電動義手５０の電源を入れて、回旋検知センサ５６の設定を行うことで、電動義手５０を使用することができるようになる。
【００８４】
この電動義手５０は、上記の電動義手１０と同様の作用効果を奏することができる。また、電動義手５０は、上記の作用効果に加えて、回旋検知センサ５６をインクリメンタル型の検知センサとしており、回旋検知センサ５６の回動範囲が規制されていないと共に、回旋検知センサ５６の原点を任意に設定することができる。従って、使用者が電動義手５０を装着してから、回旋の原点を設定すれば良いため、前腕部２の回旋位置に関わらず使用者の腕１が自由な状態で電動義手５０を装着することができ、電動義手５０の装着にかかる手間を低減させることができる。
【００８５】
また、電動義手５０は、ライナー５１を基端側ベアリング部材５３によって回転可能に装着部材６０に取付けていると共に、基端側ベアリング部材５３と同軸上に配置されている前端側ベアリング部材５４によってライナー５１の前端に取付けられている腕側軸部材５２を回転可能に装着部材６０に取付けている。従って、前腕部２をスムーズに回旋させることができ、回旋検知センサ５６によって前腕部２の回旋を確実に検知することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  腕
２  前腕部
３  上腕部
１０  電動義手
１５  ライナー
１６  腕側軸部材
１６ａ  嵌合凹部（回旋伝達連結機構）
２０  装着部材
２１  フレーム
２２  装着ベルト
２３  前端フレーム
２３ａ  ステー
２５  検知側軸部材（回旋伝達連結機構）
２６  回旋検知センサ
３０  把持装置
３１  把持部
３２  モータ
４０  制御装置
４１  制御部
４２  記憶部
４３  モータ駆動部
５０  電動義手
５１  ライナー
５２  腕側軸部材（回旋伝達連結機構）
５３  基端側ベアリング部材
５３ａ  内輪
５３ｂ  転動部材
５３ｃ  外輪
５４  前端側ベアリング部材
５４ａ  内輪（検知側軸部材、回旋伝達連結機構）
５４ｂ  外輪
５４ｃ  転動部材
５５  ブラケット
５６  回旋検知センサ
６０  装着部材
６１  ベースフレーム
６２  カバーフレーム
６３  装着ベルト
６４  スペーサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８７】
【特許文献１】特開２０１２−６１３３号公報
【特許文献２】特開平１０−２０１７８２号公報
【図１】
0006006708.tif 000002
【図２】
0006006708.tif 000003
【図３】
0006006708.tif 000004
【図４】
0006006708.tif 000005