(57)【要約】【課題】把持対象物の外形形状に対応した、握るまたは掴む等の動作を簡単に行うことのできる、軽量な能動義手を提供する。【解決手段】箱状の義手本体部１１と、短指部１と、長指部２〜５と、各長指部の折れ曲がり動作を駆動する長指駆動部１２と、を含み、複数の長指部は、義手本体部の前側端部に配設され、それぞれ１つ以上の、折れ曲がり動作を行う関節部を有し、長指駆動部１２は、義手本体部１１の内部に配設され、各長指部の根元から関節部を経由して指先まで長指駆動力を伝達する複数の駆動力伝達手段と、外部から入力された１つの長指駆動力を、前記各駆動力伝達手段に分配する駆動力分配手段と、を備え、各長指部２〜５は、それぞれ、駆動力分配手段および駆動力伝達手段を介して伝達された長指駆動力により関節部で折れ曲がり動作を行い、長指部２〜５と、義手本体部１１または短指部１との間で、把持対象物を把持する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の手のひらに相当する箱状の義手本体部と、手の親指に相当する短指部と、手の親指以外の長指に相当する２〜４本の長指部と、各長指部の折れ曲がり動作を駆動する長指駆動部と、を含み、
前記短指部は、前記義手本体部の側部に配設され、
前記複数の長指部は、前記義手本体部の前側端部に配設され、それぞれ、１つ以上の、折れ曲がり動作を行う関節部を有し、
前記長指駆動部は、前記義手本体部の内部に配設され、
前記各長指部の根元から関節部を経由して指先まで長指駆動力を伝達する複数の駆動力伝達手段と、
外部から入力された１つの長指駆動力を、前記各駆動力伝達手段に分配する駆動力分配手段と、を備え、
前記長指部は、それぞれ、前記駆動力分配手段および前記駆動力伝達手段を介して伝達された長指駆動力により、前記関節部で折れ曲がり動作を行い、該長指部と、前記義手本体部または前記短指部との間で、把持対象物を把持することを特徴とする能動義手。
【請求項２】
前記駆動力分配手段は、折れ曲がり動作を行っている各長指部が把持対象物に当接すると、当接した長指部の折れ曲がり動作を停止させる、対象物の斜め保持機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の能動義手。
【請求項３】
前記対象物の斜め保持機構が、
一端側に、長指駆動用の外部駆動源が接続され、他端側に、前記各長指部に繋がる複数の駆動力伝達手段がそれぞれ接続される支持板と、
前記義手本体部の軸線方向に移動可能なスライド基台と、を含み、
前記支持板が、前記スライド基台に、該支持板内の回動中心を支点とした揺動可能に保持されていることを特徴とする請求項２に記載の能動義手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動指を有する能動義手に関する。
【背景技術】
【０００２】
病気または外傷等によって手または腕を喪失した障害者の身体機能回復のために、義手が用いられる。近年、指を動かすための駆動源として、電動のモータやアクチュエータ，空気圧，油圧等を用いる「筋電義手（電動義手）」の開発が進んでいる（特許文献１，２を参照）。筋電義手は、各関節あるいは各指ごとに複雑で繊細な操作が可能で、あらゆる操作がプログラムできるため、身体機能の向上（回復）効果が大きいという特徴を有する。しかしながら、筋電義手は、高価な部品と高度な制御技術を使用するため、それ自体が数百万円程度と、非常に高価なものとなるという欠点があった。
【０００３】
これに対して、比較的安価な義手として、電動のモータやアクチュエータ，空気圧，油圧等を用いずに指を動かすことのできる「能動義手（非電動義手）」が知られている（特許文献３，４を参照）。能動義手は、通常、各々僅かに曲げられた固定形状の２〜５本の指のうち、少なくとも１本の指の根元部分を義手の手のひら部分に揺動可能に支持するとともに、それら揺動可能な指を、背中等に回して装用したコントロールリード付き装具のリードの一端に結合して、腕や肩を動かすことにより、前記揺動可能な指を回動させて、固定された残りの指に対して開閉するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９６３６号公報
【特許文献２】特開２０１５−８０４８０号公報
【特許文献３】特開２０１５−３７４９８号公報
【特許文献４】特開２０１６−６７６３６号公報
【特許文献５】特開２０１３−２４０４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の能動義手は、筋電義手に比べ簡素な構造で、比較的安価に製造することができるという特徴を有する。しかしながら、それでも、身体障害者、特に身体の小柄な子供や女性等にとっては、義手自体が重く、操作に力を要し、その操作訓練にも時間がかかるため、手軽に使用できる軽量な能動義手が求められている。
【０００６】
一方、指等を喪失した身体障害者にとって、日常生活の中で最も必要（不便）とされる機能の大部分は「握る」または「掴む」動作であるため、これらの動作が簡単にできる、簡素でより軽量かつ安価な義手が求められている。これがあれば、前述の重厚長大で高価な筋電義手や能動義手に代替して、使用する人または使用できる人の範囲を広げることができるうえ、医療関連費の削減等においても、社会貢献できると期待されている。
【０００７】
本発明は、上記のような現状を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、把持対象物の外形形状に対応した、握るまたは掴む等の動作を簡単に行うことのできる、軽量な能動義手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の能動義手は、人の手のひらに相当する箱状の義手本体部と、手の親指に相当する短指部と、手の親指以外の長指に相当する２〜４本の長指部と、各長指部の折れ曲がり動作を駆動する長指駆動部と、を含み、
前記短指部は、前記義手本体部の側部に配設され、
前記複数の長指部は、前記義手本体部の前側端部に配設され、それぞれ、１つ以上の、折れ曲がり動作を行う関節部を有し、
前記長指駆動部は、前記義手本体部の内部に配設され、
前記各長指部の根元から関節部を経由して指先まで長指駆動力を伝達する複数の駆動力伝達手段と、
外部から入力された１つの長指駆動力を、前記各駆動力伝達手段に分配する駆動力分配手段と、を備え、
前記長指部は、それぞれ、前記駆動力分配手段および前記駆動力伝達手段を介して伝達された長指駆動力により、前記関節部で折れ曲がり動作を行い、該長指部と、前記義手本体部または前記短指部との間で、把持対象物を把持することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の能動義手は、前記駆動力分配手段が、折れ曲がり動作を行っている各長指部が把持対象物に当接すると、当接した長指部の折れ曲がり動作を停止させる、対象物の斜め保持機構を備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の能動義手は、前記対象物の斜め保持機構が、
一端側に、長指駆動用の外部駆動源が接続され、他端側に、前記各長指部に繋がる複数の駆動力伝達手段がそれぞれ接続される支持板と、
前記義手本体部の軸線方向に移動可能なスライド基台と、を含み、
前記支持板が、前記スライド基台に、該支持板内の回動中心を支点とした揺動可能に保持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の能動義手によれば、筋電（電動）義手のような複雑な機構やシステムを用いることなく、外部に設けられた駆動源から入力された１つまたは１本の長指駆動力（単純な引っ張り等）を各長指部に分配して利用することによって、段差やくびれ形状等のある構造物の形に倣った、手指の自然な配置ができるようになり、種々の外形形状を有する対象物を、柔らかく把持することが可能になる。また、該能動義手は、従前のような複雑かつ高度な制御を必要としないことから、義手を軽量に仕上げることが可能で、その製作コストを低減することができる。これにより、従来の義手が重く使用が難しいために購入を諦めていた、小柄な子供や女性等、あるいは、コストパフォーマンスの問題で購入を躊躇していた身体障害者等へも、能動義手の利用を推し広げることができる。
【００１２】
また、本発明の能動義手のなかでも、前記駆動力分配手段が、折れ曲がり動作を行っている各長指部が把持対象物に当接すると、当接した長指部の折れ曲がり動作を停止させる、対象物の斜め保持機構を備えるものは、把持対象物の外形形状が斜め状あるいは凹凸状等の不規則な形状であっても、健常者の手指の握り込み動作と同様、各長指部のうち、把持対象物に最初に接した指の部分（すなわち、対象物の外径が最大の部分）から、長指部の折れ曲がりの停止および該対象物の把持が開始され、この対象物の外径が最大の部分に、最も大きな把持力（対象物に対する最大押圧）がかかるようになる。これにより、本発明の能動義手は、把持対象物の外形が不規則な形状であっても、これを確実に保持することができる。
【００１３】
さらに、本発明の能動義手のなかでも、前述の、対象物の斜め保持機構の具体策として、該対象物の斜め保持機構が、一端側に、長指駆動用の外部駆動源が接続され、他端側に、前記各長指部に繋がる複数の駆動力伝達手段がそれぞれ接続される支持板と、前記義手本体部の軸線方向に移動可能なスライド基台と、を含み、前記支持板が、前記スライド基台に、該支持板内の回動中心を支点とした揺動可能に保持されているものは、前記支持板が長指駆動力によって前記スライド基台と一体にスライド移動する際、同時に折れ曲がり始める長指部個々の把持対象物への当接に対応して前記支持板が揺動（回動）し、該支持板が軸線方向に対して斜めになった状態で移動するようになる。すなわち、上記構成を有する能動義手は、複数本存在する長指部個々の、不均等な折れ曲がりが許容され、これら折れ曲がった長指部を、把持対象物の外形形状に沿った斜め状に配列することが可能になる。
【００１４】
そして、前記構成を有する能動義手は、長指駆動手段による前記各長指部の間の折れ曲がりの連動（配列）と、それに伴う長指部個々の折れ曲がり量（対象物に対する押圧）とが、義手操作者の認識や操作方法に関係なく、対象物の外形形状に由来する接圧（反発力）により、自律的に調整される。したがって、先の効果と相俟って、把持対象物に対する、各長指部の押圧が最適化される。これにより、本発明の能動義手は、不規則な外形形状の把持対象物を押し潰すことなく、これをより確実に把持することができる。
【００１５】
しかも、前記支持板と前記スライド基台とからなる対象物の斜め保持機構は、構造がシンプルで、これを樹脂等で作製すれば、能動義手の重量増加を最小限に抑えることが可能である。すなわち、前述の本発明の能動義手の構成は、能動義手の軽量化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の能動義手の外観斜視図である。
【図２】実施形態の能動義手の分解斜視図である。
【図３】実施形態の能動義手に用いられている指の（ａ）外観斜視図と（ｂ）分解斜視図である。
【図４】円錐状のコーンＣを実施形態の能動義手で掴む前（ａ）と掴んだ後（ｂ）の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る能動義手について、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の内容は、本発明の一実施形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施形態の例に限定されるものではない。
【００１８】
本実施形態の能動義手１０は、図１の外観斜視図および図２の分解斜視図にその全体像を示すように、人の手のひらに相当する箱状の義手本体部１１と、手の親指に相当する短指（第一指）部１と、手の親指以外の長指に相当する４本の長指部〔第二指（人差し指）部２，第三指（中指）部３，第四指（薬指）部４，第五指（小指）部５〕と、義手本体部１１内に収納された長指駆動部（スライダ１２および板ばね３ｇ，４ｇ等）と、で構成されている。
【００１９】
なお、図では、人の左手の例を示したが、もちろん右手の構成でもよい。右手の場合、その構成は、図示した左手の例と左右対称に表れる。
【００２０】
また、本実施形態の能動義手１０は、一部の金属製耐久部材を除き、全体が、樹脂からなる成形材で構成されているため、軽量である。さらに、本実施形態の能動義手１０は、動力等の駆動源を有さないため、義手本体部１１の一端（図示右方）には、義手外部に配設された１つの駆動源（図示せず）に繋がる長指駆動力の入力端（入力軸であるロッド１３）が配設されている。「１つの駆動源」とは、たとえば１本の駆動ワイヤによる引っ張り、１本のアクチュエータ（シリンダ）ロッドによる押し引き、１個のモータによる回転をギアを用いて直動運動に変換したもの等、１つの動力源により、前記の入力軸（ロッド１３）に対して、軸線方向の引っ張り力や押し引きの力を加えることのできるものを言う。
【００２１】
義手本体部１１は、全体として中空の箱状であり、上側の甲部材１１Ａと下側の掌部材１１Ｂとを繋ぎ合わせて構成されている。掌部材１１Ｂの内側（図示上面側）には、後記するスライド基台１２Ｂのスライド移動を案内するための案内溝１１ｄ，１１ｄが設けられている。
【００２２】
なお、甲部材１１Ａと掌部材１１Ｂの中央部に形成されている開口（窓）は、内部に配設されたスライダ１２の組み込みとメンテナンスに用いられるものであるため、特に設けなくてもよい。また、義手本体部１１の側部（図では見えない向こう側）には、手の親指に相当する短指部（第一指１）を取り付けるための短指取付部１１ｅが設けられ、義手本体部１１の前側端部１１ｃ（図の正面側）には、４本の長指部２〜５を取り付けるための凹凸状の接続口（図２参照）が設けられている。
【００２３】
義手本体部１１内に配設（内蔵）されるスライダ１２は、図２の分解斜視図に示すように、支持板１２Ａと、スライド基台１２Ｂと、ロッド１３と、から構成されている。
【００２４】
支持板１２Ａは、板状で、ロッド１３側の一端（図示右方）に、入力軸接続用の切り欠き部１２ｃが形成されているとともに、軸線方向反対の他端側（図示左方）には、後記の各長指部（この例では符号２〜５の４本）を接続するための４つの接続孔１２ｄが設けられている。
【００２５】
スライド基台１２Ｂは、その両端に、先に述べた掌部材１１Ｂの案内溝１１ｄ，１１ｄに嵌め入れられるフランジ部１２ｅ，１２ｅを有し、その中央には、前記支持板１２Ａを揺動自在に支持する軸支穴１２ｆが形成されている。
【００２６】
スライダ１２の組み立ては、フランジ部１２ｅを案内溝１１ｄに挿入したスライド基台１２Ｂの軸支穴１２ｆに、支持板１２Ａを軸支し、両者一体に軸線方向にスライド可能になった状態で、支持板１２Ａの各接続孔１２ｄに、各長指部２〜５の折り曲げ用板ばね２ｇ，３ｇ，４ｇ，５ｇの端部を、締結等により接続する。また、この状態で、支持板１２Ａの切り欠き部１２ｃに、ロッド１３を取り付け、その末端が、義手本体部１１の端部から突出するように配設する。そして、下側の掌部材１１Ｂを蓋するように、上側の甲部材１１Ａを嵌め合わせ、ねじ等で締結することによって、図１に示すような、入力軸であるロッド１３への駆動力（引っ張り）の入力により、各長指部の折れ曲がり動作を駆動する、スライダ１２が形成される。
【００２７】
なお、長指駆動部の一部を構成するスライダ１２は、組み立てられ、各長指部の折り曲げ用板ばね２ｇ，３ｇ，４ｇ，５ｇ（駆動力伝達手段）とロッド１３（駆動力入力部）とが取り付けられた状態で、ロッド１３の引っ張り等、外部から入力される１つの長指駆動力を、支持板１２Ａ（分配手段）を介して、各長指部の折り曲げ用板ばね２ｇ，３ｇ，４ｇ，５ｇにほぼ均等に分配する、駆動力分配手段として機能する。
【００２８】
また、引っ張り等の長指駆動力を入力する入力軸の取り付けは、前記例（図１）のように、義手本体部１１の端部に取り付けたボルトの内孔を挿通させる方法の他、ロッド１３を、義手本体部１１の甲部材１１Ａあるいは掌部材１１Ｂの表面から直接引き出す構成とすることもできる。さらに、ワイヤ等による引っ張り力が解除されても各関節の曲りが初期位置に戻ることが困難な場合は、スライダ１２に、圧縮ばね等のスライダ戻り機構を内蔵させてもよい。なお、支持板１２Ａとスライド基台１２Ｂの上下配置を入れ替える等、スライダ１２の構成は、以上の例に限定されるものではなく、種々の変形が考えられる。
【００２９】
つぎに、義手本体部１１に取り付けられる４本の長指部を代表して、図３（ａ）に、中指に相当する第三指部３の外観斜視図を、図３（ｂ）に、第三指部３の構成を説明する分解斜視図を示す。
【００３０】
たとえば、長指部（第三指部３）は、図３（ａ）に示すように、可動部分は、指先側から、指先部（末節部材）３ａ、中節部（中節部材３ｂ，３ｃ）および基節部（基節部材３ｄ，３ｅ）の順に配置されており、基節部（基節部材３ｄ，３ｅ）の近位側には、手指の折れ曲がりの支点となる「中手骨」（不動部分）に相当する基体３ｆ（第三指部基体）が配設されている。なお、各部材の間は、指の折れ曲がりを可能にする、指先から順に遠位指節間（ＤＩＰ）関節，近位指節間（ＰＩＰ）関節，中手指節間（ＭＰ）関節〔総称して、関節部という〕を介して接続されている。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示すように、長指部（第三指部３）の内部には、一端（図示右方）が先に述べたスライダ１２に接続され、他端（図示左方）が指先部（末節部材）３ａ内に接続される、長指駆動用の板ばね３ｇが挿通されており、この板ばね３ｇの、前記支持板１２Ａの移動に伴う引っ張り（スライド）やばねの伸縮等によって、該第三指部３の曲げ伸ばしが可能になっている。なお、符号３ｈは、それぞれ、第三指部３の伸ばし（または曲げの戻り）を補助するコイルばねである。また、短指部（第一指１）は、前記板ばねとコイルばねが配設されておらず、関節が一つ少ないこと以外、長指部（第三指部３）と同様の構成であるため、詳細な構造の説明は省略する。
【００３２】
つぎに、本実施形態の能動義手１０を用いて、把持対象物（この例では、円錐状のコーンＣ）を掴む時の動作について説明する。
【００３３】
図４（ａ）は、本実施形態の能動義手１０における対象物把持前の状態を示す外観斜視図であり、図４（ｂ）は、能動義手１０により、円錐状のコーンＣ（仮想、二点鎖線）を把持した状態を示す外観斜視図である。なお、短指部（第一指１）は、コーンＣの把持に備え、予めコーンＣの開口縁（外周面）の形状に合わせて曲げたうえで、固定されているものとする。また、義手本体部１１（掌部材１１Ｂ）中央のメンテナンス用開口（図１参照）は、蓋部材により閉じられている。
【００３４】
本実施形態の能動義手１０は、対象物把持前の初期状態〔図４（ａ）〕においては、通常、能動義手１０のロッド１３に駆動力（引っ張り）は加わっておらず、図示の各長指部〔第二指部２，第三指部３，第四指部４，第五指部５〕はいずれも、曲げ戻し用のコイルばね（前記３ｈ等）の付勢により、各長指部が伸びた状態になっている。
【００３５】
ついで、たとえばコーンＣのように、外形が傾斜状等、垂直（鉛直）ではないかあるいは一様でない対象物を能動義手１０で掴もうとする場合、能動義手１０の操作は、まず、義手本体部１１の一端に設けられた入力軸（ロッド１３）に長指駆動力を加えるために、ロッド１３を引っ張る。すると、各長指部２〜５は、ロッド１３に繋がるスライダ１２（長指駆動部）の軸線方向へのスライド移動に伴う、各長指部の折り曲げ用板ばね２ｇ，３ｇ，４ｇ，５ｇ（駆動力伝達手段）の移動と引っ張りにより、各関節部が、手のひら内側方向に曲り、各長指部２〜５全体が、短指部（第一指１）に近づく方向に曲り始める。なお、この時点では、支持板１２Ａは軸線方向に正対して傾いておらず、スライド基台１２Ｂと一緒に軸線方向にスライドする。そのため、各長指部２〜５は、各板ばね２ｇ，３ｇ，４ｇ，５ｇの移動量に対応した、一列状に並ぶ同じような曲げ度合いになっている。
【００３６】
つぎに、ロッド１３とスライダ１２とが、軸線方向にさらに引っ張られ、各長指部２〜５のうちの一本（この場合は、コーンＣの外径が最大の部位に対応する第二指部２）が、コーンＣの外周面に当接すると、その当接の反力（反発）により、該第二指部２はそれ以上曲ることができなくなり、第二指部２の曲げを駆動している板ばね２ｇの移動が止まる。しかしながら、ロッド１３による軸線方向への引っ張りが継続されているため、その後、これら各長指部が繋がる支持板１２Ａの軸線方向左右でスライド量に差が生じ、軸支穴１２ｆに軸支された支持板１２Ａは、第二指部２の曲げ（板ばね２ｇの引っ張り）が止まり、かつ、軸線を挟んで反対側の第五指部５の曲げ（板ばね５ｇの引っ張り）がより早く進行する方向に揺動し、軸線方向に対して傾いた状態となる〔図４（ｂ）の隠れ線（点線）の支持板１２Ａを参照〕。
【００３７】
すなわち、各長指部の折り曲げ用板ばね２ｇ，３ｇ，４ｇ，５ｇを引っ張る支持板１２Ａが、軸線方向に対して斜めになった状態でスライド移動するようになった結果、長指部個々の折れ曲がり量が不均等になり、これら折れ曲がった長指部が、図４（ｂ）に示すように、各長指部が、コーンＣの把持に最適な、外形形状に沿った斜め状に配列される（対象物の斜め保持機構）。
【００３８】
また、各長指部の折れ曲がり量は不均等になるものの、各長指部の折れ曲がりは、先にコーンＣの外周面に当接した長指部から順次停止するため、寧ろ、各長指部によるコーンＣに対する押圧（把持力）は均等化される。そのため、本実施形態の能動義手１０は、前記コーンＣのような不規則な外形形状の対象物が、柔らかな物体であっても、その形を押し潰すことなく、これを確実に把持することができる。
【００３９】
なお、前記スライダ１２を含む対象物の斜め保持機構に、スライド基台１２Ｂのスライド量や、支持板１２Ａの回動（揺動）限界角度を規制するストッパー構造を付与してもよい。
【００４０】
また、前記実施形態では、各長指部の曲げ機構として、板ばねを用いた引っ張りを用いたが、これに代えて、たとえば、長指部内を挿通したワイヤによる引っ張り等を採用してもよい。
【００４１】
さらに、各長指部を伸ばす機構として、コイルばねの反発を利用したが、これに代えて、たとえば、板ばねの反発の利用や、先に述べた、圧縮ばねをスライダと義手本体部の内部構造の壁との間に介在させる等の構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１    第一指部
２    第二指部
３    第三指部
４    第四指部
５    第五指部
２ａ，３ａ，４ａ，５ａ  指先部（末節部材）
３ｂ，３ｃ  中節部材
３ｄ，３ｅ  基節部材
２ｆ，３ｆ，５ｆ  基体
２ｇ，３ｇ，４ｇ，５ｇ  板ばね
３ｈ  コイルばね
１０  能動義手
１１  義手本体部
１１Ａ  甲部材
１１Ｂ  掌部材
１１ｃ  端部
１１ｄ  案内溝
１１ｅ  短指部取付部
１２  スライダ（長指駆動部）
１２Ａ  支持板
１２Ｂ  スライド基台
１２ｃ  切り欠き部
１２ｄ  接続孔
１２ｅ  フランジ部
１２ｆ  軸支穴
１３  ロッド
【図１】
2018117935.tif 000003
【図２】
2018117935.tif 000004
【図３】
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【図４】
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