(57)【要約】【課題】ユーザーが容易に使いこなせることができる義肢を提供する。【解決手段】義手１は、ユーザーＭに装着される本体部２と、本体部２に対して回転可能に連結された先端部３と、先端部３を回転駆動する回転駆動部４と、を備える。また、義手１は、ユーザーＭの肢体のうち予め設定された特定部位の回転角度を検知する検知部６と、検知部６の検知に基づいて回転駆動部４の作動を制御する制御部７と、を備える。制御部７は、ユーザーＭの肢体が回転すると、検知部６が検知した回転角度に基づいて算出される駆動角度で回転駆動部４を作動させることにより先端部３を本体部２に対して回転駆動する。【選択図】図１
2015065996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーに装着される本体部と、
本体部に対して回転可能に連結された先端部と、
先端部を回転駆動する回転駆動部と、
ユーザーの肢体のうち予め設定された特定部位の回転角度を検知する検知部と、
検知部の検知に基づいて回転駆動部の作動を制御する制御部と、を備え、
制御部は、ユーザーの肢体のうち特定部位が回転すると、検知部が検知した回転角度に基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させることにより先端部を本体部に対して回転駆動する、義肢。
【請求項２】
検知部は、複数の自由度において肢体の特定部位の回転角度を検知し、
制御部は、それぞれの自由度における回転角度に対して重みづけをし、重みづけされた回転角度に基づいて算出される角度基準値と、係数とに基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させると共に、角度基準値と閾値との比較に基づいて係数を修正する、請求項１に記載の義肢。
【請求項３】
制御部は、検知部で検知した回転角度および係数に基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させると共に、検知部で検知した回転角度に基づいて算出される角度基準値が予め設定された閾値の範囲内にない場合は、ユーザーの肢体の特定部位の回転角度に基づいて算出される角度基準値が閾値の範囲内となるように係数を修正する、請求項１に記載の義肢。
【請求項４】
ユーザーの腕に装着される義手として用いられる請求項１〜３のいずれかに記載の義肢であり、
先端部は、対象物を把持可能な把持部を備え、
検知部が義手が装着される腕側の肩の３自由度における回転角度および肘の１自由度における回転角度を検知する、義肢。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、事故等によって失われた手や足の機能を補うために装着される義肢（例えば、義手、義足等）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から身体の一部を失った人が使用する義肢が知られている。義肢としては、腕の一部を失った人が使用する義手や、脚の一部を失った人が使用する義足がある。例えば特許文献１には腕に装着する義手が開示されている。義手としては、筋肉が活動するときに発生する活動電位を利用する筋電義手が知られている。筋電義手では、腕の一部を失った人（ユーザー）が腕の残存部分の筋肉を収縮させ、その収縮時の活動電位を利用して対象物を把持したり放したりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２５００４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、筋電義手のように筋肉の活動電位を利用してアクチュエータを駆動する義肢では、ユーザーが残存部分の筋肉の収縮活動を調整しなければならず、筋収縮の調整が難しいので上手く使いこなせないという問題があった。
【０００５】
例えば、義手により対象物を把持する場合、まず、手首の角度を調整して義手と対象物との角度を調整し、次いで、指を駆動して対象物を把持する必要がある。これらの一連の行為を従来の筋電義手により行おうとすると、まず、残存筋肉の一部を収縮させて手首を駆動し、次いで、残存筋肉の他の一部を収縮させて指を駆動しなければならない。このため、残存筋肉を適切に収縮させることが難しく、対象物を上手く把持することができないという問題があった。
【０００６】
そこで本明細書は、ユーザーが容易に使いこなせることができる義肢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】
【０００７】
本明細書に開示する義肢は、ユーザーに装着される本体部と、本体部に対して回転可能に連結された先端部と、先端部を回転駆動する回転駆動部と、を備えている。また、義肢は、ユーザーの肢体のうち予め設定された特定部位の回転角度を検知する検知部と、検知部の検知に基づいて回転駆動部の作動を制御する制御部と、を備えている。制御部は、ユーザーの肢体のうち特定部位が回転すると、検知部が検知した回転角度に基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させることにより先端部を本体部に対して回転駆動する。
【０００８】
このような構成によれば、ユーザーが肢体の特定部位を動かすと、その動きに応じて算出される駆動角度により先端部が回転駆動される。これにより、先端部の角度をユーザーの肢体の特定部位の動きに応じて調整することができる。したがって、ユーザーの姿勢と先端部の角度が調和するので、ユーザーが義肢を容易に使いこなすことができる。
【０００９】
また、上記の義肢において、検知部は、複数の自由度において肢体の特定部位の回転角度を検知することができる。また、制御部は、それぞれの自由度における回転角度に対して重みづけをし、重みづけされた回転角度に基づいて算出される角度基準値と、係数とに基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させると共に、角度基準値と閾値との比較に基づいて係数を修正することができる。
【００１０】
あるいは、上記の義肢において、制御部は、検知部で検知した回転角度および係数に基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させると共に、検知部で検知した回転角度に基づいて算出される角度基準値が予め設定された閾値の範囲内にない場合は、ユーザーの肢体の特定部位の回転角度に基づいて算出される角度基準値が閾値の範囲内となるように係数を修正することができる。
【００１１】
また、上記の各義肢は、ユーザーの腕に装着される義手として用いることができる。この場合、先端部は、対象物を把持可能な把持部を備えることができる。また、検知部は、義手が装着される腕側の肩の３自由度における回転角度および肘の１自由度における回転角度を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る義手をユーザーに装着した状態を示す図である。
【図２】実施形態に係る義手の側面図である。
【図３】実施形態に係る義手の要部を拡大して示す側面図である。
【図４】実施形態に係る義手の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】実施形態に係る義手の構成要素のブロック図である。
【図６】実施形態に係る義手を装着したユーザーが対象物を把持しようとする状態を示す図である（１）。
【図７】実施形態に係る義手を装着したユーザーが対象物を把持しようとする状態を示す図である（２）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。実施形態に係る義肢は、ユーザーＭの腕に装着される義手である。ユーザーＭは、例えば交通事故等により腕の一部を失った人である。図１および図２に示すように、義手１（義肢の一例）は、ユーザーＭの腕に装着される本体部２と、本体部２に対して回転可能に連結された先端部３と、先端部３を回転駆動する回転駆動部４とを備えている。また、義手１は、ユーザーＭの肢体のうち予め設定された特定部位（肩および肘）の回転角度を検知する検知部６（肩検知センサ６１および肘検知センサ６２）と、検知部６の検知に基づいて回転駆動部４の作動を制御する制御部７とを備えている。
【００１４】
本体部２は、例えばシリコン樹脂から形成されており、ユーザーＭの腕と同様の形状に形成されている。本体部２は、装着バンド２１によってユーザーＭの腕に固定されている。装着バンド２１は、ユーザーＭの胴部に巻かれ、本体部２を支持している。
【００１５】
先端部３は、連結部３２および把持部５を備えている。連結部３２は後述の回転駆動部４の回転軸４４に固定されている。回転軸４４が回転することにより先端部３が本体部２に対して回転する。
【００１６】
把持部５は、図３に示すように、固定部５４と、固定部５４に回転可能に取り付けられた回転部５３とを備えている。また、把持部５は、互いに対向する第１指部５１および第２指部５２を備えている。固定部５４は、連結部３２に対して所定の角度で傾斜した状態で固定されている。回転部５３は、ステッピングモータ（図示せず）に接続されており、ステッピングモータの作動により所定の回転角度で正回転あるいは逆回転する。ステッピングモータは、パルス電力によって一定のステップ角単位で回転するモータであり、回転角度を制御可能な公知のモータである。ステッピングモータの回転は制御部７により制御可能である。第１指部５１および第２指部５２は回転部５３に連結されている。第１指部５１は、第１連結部材５１１を介して回転部５３の一方側に連結されている。第２指部５２は、第２連結部材５１２を介して回転部５３の他方側に連結されている。ステッピングモータによって回転部５３が回転することにより第１指部５１と第２指部５２が開閉する。把持部５は、第１指部５１と第２指部５２が開閉することにより、対象物を把持したり放したりすることができる。なお、第１指部５１と第２指部５２の開閉動作（すなわち、ステッピングモータの駆動）は、ユーザーＭによるスイッチ操作（ユーザーＭの左手による義手１への入力操作）や、ユーザーＭの活動電位（所定の残存筋肉の収縮動作）により行うことができる。なお、ユーザーＭの活動電位を利用して第１指部５１と第２指部５２の開閉動作を行ったとしても、開閉動作のみを制御するだけでよいため、ユーザーＭは義手１を容易に使いこなすことができる。
【００１７】
回転駆動部４としては、例えばステッピングモータを用いることができる。本実施形態の回転駆動部４は、図４に示すように、基部４１と、基部４１に対して回転する回転軸４４とを備えている。また、回転駆動部４は、ステータ４２と、ステータ４２に対して回転するロータ４３とを備えている。基部４１は本体部２に固定されている。ステータ４２およびロータ４３は基部４１の内部に配置されており、ステータ４２は基部４１に固定されている。回転軸４４は、ロータ４３に固定されており、ロータ４３の回転により回転する。回転軸４４は、１自由度、すなわちｃ軸回りに回転し、所定の回転角度で正回転あるいは逆回転する。また、回転軸４４は先端部３の連結部３２に連結されており、回転軸４４の回転により先端部３が回転する。このようにして回転駆動部４は先端部３を回転駆動することができる。また、回転駆動部４は、制御部７の制御により回転軸４４の回転角度を制御可能である。回転軸４４は、制御された所定の回転角度で回転する。
【００１８】
検知部６としては、例えばロータリエンコーダを用いることができる。ロータリエンコーダは、回転量を電気信号に変換して、この電気信号を処理して角度を検知する公知のセンサである。検知部６は、ユーザーＭの肢体うち予め設定された特定部位（本実施形態では肩および肘）に配置されている。本実施形態の検知部６は、ユーザーＭの肩の回転角度を検知する肩検知センサ６１と、ユーザーＭの肘の回転角度を検知する肘検知センサ６２とを備えており、ユーザーＭの肩および肘の回転角度を同時に検知することができる。図１に示すように、肩検知センサ６１は、ユーザーＭの肩の近傍に配置されている。また、肘検知センサ６２は、ユーザーＭの肘の近傍に配置されている。検知部６は、肩については、３自由度、すなわちｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの回転角度を検知する。また、肘については、１自由度、すなわちｖ軸回りの回転角度を検知する。ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、それぞれ互いに直交している。ｖ軸は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸から独立した軸である。ｘ軸は、ユーザーＭの肩を通り、鉛直方向に延びる軸である。ｙ軸は、ユーザーＭの肩を通り、ユーザーＭの両肩が並ぶ方向に沿って水平に延びる軸である。ｚ軸は、ユーザーＭの肩を通り、ｘ軸およびｙ軸に直交する軸である。ｖ軸は、ユーザーＭの肘を通り、肘の回転方向（屈曲方向）に直交する軸である。検知部６は、所定の検知周期ＴでユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度を検知する。検知周期Ｔは、例えば１０ミリ秒（ｍｓ）〜５０ミリ秒（ｍｓ）が好ましい。回転角度は、初期の姿勢と検知時点における姿勢とのなす角度である。初期の姿勢は、任意に設定することができる。本実施形態では、初期の姿勢は、ユーザーＭが肘を延ばして腕を鉛直下方に下し、自然体で起立した状態としている。すなわち、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、およびｖ軸回りの回転角度がそれぞれ０°の状態を初期の姿勢としている。
【００１９】
制御部７は、本体部２の内部に配置されている。制御部７は、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えており、情報の記憶や演算を行うことができる。制御部７は、図５のブロック図に示すように、検知部６の検知に基づいて回転駆動部４および把持部５の作動を制御する。制御部７による制御については以下に詳細に説明する。
【００２０】
次に、義手により対象物を把持する方法について説明する。義手１により対象物Ｐを把持する場合、制御部７は、ユーザーＭの肢体のうち予め設定された特定部位（肩および肘）が回転すると、検知部６が検知した肢体の回転角度に基づいて回転駆動部４の駆動角度を算出し、算出した駆動角度で回転駆動部４を作動させる。これにより先端部３が本体部２に対して回転する。この制御について、以下により詳細に説明してゆく。
【００２１】
まず、義手１を装着したユーザーＭが、図６に示すように、初期の姿勢から、対象物Ｐを把持するために腕を動かす。ユーザーＭが腕を動かすと、ユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転する。肩は３自由度、すなわちｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りに回転する。また、肘は１自由度、すなわちｖ軸回りに回転する。このとき、対象物Ｐの位置に応じて肢体（肩および肘）の回転角度が異なる。例えば、高い位置にある対象物Ｐを把持する場合は肩および肘の回転角度が大きくなる。また、ユーザーＭの近くにある対象物Ｐを把持する場合は肩および肘の回転角度が小さくなる。
【００２２】
次に、検知部６がユーザーＭの肢体の特定部位（肩および肘）の回転角度を検知する。検知部６は、義手１が装着される腕側の肩および肘の回転角度を検知する。例えば、ある時刻ｔにおいて、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの肩の回転角度がそれぞれｘｔ、ｙｔ、ｚｔであり、ｖ軸回りの肘の回転角度がｖｔであるとすると、検知部６がこの回転角度（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ、ｖｔ）を検知する。このように検知部６は、複数の自由度（肩に関する３自由度および肘に関する１自由度）において、ユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度を検知する。なお、時刻ｔにおける回転角度は、初期の姿勢と時刻ｔの姿勢とがなす角度である。また、検知部６は所定の検知周期Ｔで回転角度を検知している。検知された回転角度の情報は、検知部６から制御部７に送られる。
【００２３】
次に、検知部６が検知した肢体の回転角度（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ、ｖｔ）に基づいて、制御部７が回転駆動部４の駆動角度を算出する。より詳細には、制御部７はまず、時刻ｔにおいて検知されたそれぞれの自由度における回転角度（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ、ｖｔ）に対して重みづけをする。例えば、各自由度の回転角度（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ、ｖｔ）に対する重みをそれぞれｗｘ、ｗｙ、ｗｚ、ｗｖとし、この重みを回転角度に掛け合わせる。重み（ｗｘ、ｗｙ、ｗｚ、ｗｖ）の具体的な値は、実験的または解剖学的な知見に基づいて予め設定されている。例えば、被験者に義手１を装着し、被験者が腕を動かす実験を行い、その実験に基づいて適切な重みを決定することができる。例えば、重み（ｗｘ、ｗｙ、ｗｚ、ｗｖ）＝（０．１２、０．２０、１．０、０．０５）とすることができる。
【００２４】
次に制御部７は、重みづけされた回転角度（ｗｘ・ｘｔ、ｗｙ・ｙｔ、ｗｚ・ｚｔ、ｗｖ・ｖｔ）に基づいて角度基準値を算出する。具体的には、下記の式（１）に示すように、重みづけされた回転角度（ｗｘ・ｘｔ、ｗｙ・ｙｔ、ｗｚ・ｚｔ、ｗｖ・ｖｔ）を全て足し合わせて角度基準値ｆｔを算出する。
【数１】
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【００２５】
次に制御部７は、下記の式（２）に示すように、算出した角度基準値ｆｔに所定の係数Ａ＝α０を掛け合わせて駆動角度θｔを算出する。初期の係数Ａ＝α０の具体的な値は、実験的または解剖学的な知見に基づいて任意の値が予め設定されている。例えば、初期の係数Ａ＝１．０とすることができる。
【数２】
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【００２６】
続いて制御部７は、算出した駆動角度θｔに基づいて回転駆動部４を作動させる。制御部７が算出した駆動角度θｔの情報を回転駆動部４に送ると、回転駆動部４の回転軸４４が初期の姿勢から駆動角度θｔで回転する。回転軸４４が回転すると、回転軸４４に連結された先端部３が回転する。このようにして、回転駆動部４が先端部３を初期の姿勢から駆動角度θｔで回転駆動する。
【００２７】
また、制御部７は、角度基準値ｆｔを算出した後、この角度基準値ｆｔが予め設定された所定の閾値を越えている場合は係数Ａを修正する。より詳細には、制御部７はまず、算出した角度基準値ｆｔと所定の閾値（ｆｇ、−ｆｇ）とを比較し、角度基準値ｆｔが閾値（ｆｇ、−ｆｇ）の範囲内にあるか否かを判断する。そして、角度基準値ｆｔが閾値（ｆｇ、−ｆｇ）の範囲内にない場合は、所定の修正値αに基づいて係数Ａを修正し、修正された係数Ａ＝α０±αを算出する。具体的には、制御部７は、下記の式（３）に示すように、角度基準値ｆｔが上限の閾値ｆｇ以上である場合は、初期の係数Ａ＝α０に修正値αを足し合わせて、修正後の係数Ａ＝α０＋αを算出する。一方、制御部７は、下記の式（４）に示すように、角度基準値ｆｔが下限の閾値−ｆｇ以下である場合は、初期の係数Ａ＝α０から修正値αを引いて、修正後の係数Ａ＝α０−αを算出する。閾値（ｆｇ、−ｆｇ）および修正値αの具体的な値は、実験的または解剖学的な知見に基づいて予め設定されている。例えば、被験者に義手１を装着し、被験者が腕を動かす実験を行い、その実験に基づいて適切な閾値および修正値を決定することができる。例えば、閾値（ｆｇ、−ｆｇ）＝（０．５、−０．５）とすることができる。また、例えば、修正値α＝０．００１とすることができる。また、修正後の係数Ａ＝α０＋αまたは係数Ａ＝α０−αは、次の時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θｔ＋Ｔの算出に用いられる。
【数３】
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【数４】
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【００２８】
以上より、時刻ｔにおける制御が終了したときには、ユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転角度（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ、ｖｔ）で回転すると共に、先端部３が駆動角度θｔで回転した状態になっている。また、駆動角度を算出するための係数Ａは、Ａ＝α０＋αまたはＡ＝α０−αに修正されている。
【００２９】
次にユーザーＭは、先端部３が駆動角度θｔで回転した状態で把持部５が対象物Ｐを把持できる場合は、把持部５を駆動して対象物Ｐを把持する。すなわち、ユーザーＭは、スイッチ操作又は所定の残存筋肉を収縮させること等によって、制御部７に第１指部５１と第２指部５２の開閉動作を指示する。これによって、制御部７はステッピングモータを駆動して第１指部５１と第２指部５２に開閉動作を行わせ、第１指部５１と第２指部５２の間に対象物Ｐを把持する。この際、先端部３が駆動角度θｔで回転しているため、その分だけユーザーＭの腕の姿勢は、ユーザーＭにとって修正前の姿勢よりも対象物Ｐを把持するために快適な姿勢（自然な姿勢）になっている。一方、把持部５が対象物Ｐを把持できない場合（例えば、把持部５と対象物Ｐの位置が離れている場合や、第１指部５１および第２指部５２の角度が対象物Ｐを把持する角度に調整されていない場合等）には、ユーザーＭは、対象物Ｐを把持できるように自分の腕をさらに動かす。ユーザーＭが腕を動かすとユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転する。これにより、ユーザーＭの肢体（肩および肘）は、修正後の新たな回転角度で回転した状態になる。
【００３０】
続いて、上述の時刻ｔから検知部６の検知周期Ｔが経過した時刻ｔ＋Ｔにおいも、上述の時刻ｔの場合と同様の制御が行われる。すなわち、時刻ｔ＋Ｔにおいて、時刻ｔと同様に、検知部６がユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度（ｘｔ＋Ｔ、ｙｔ＋Ｔ、ｚｔ＋Ｔ、ｖｔ＋Ｔ）を検知する。時刻ｔ＋Ｔにおける回転角度は、時刻ｔと同様に、初期の姿勢と時刻ｔ＋Ｔの姿勢とがなす角度である。
【００３１】
次に制御部７は、上述の時刻ｔと同様に、検知部６が検知した肢体の回転角度（ｘｔ＋Ｔ、ｙｔ＋Ｔ、ｚｔ＋Ｔ、ｖｔ＋Ｔ）に対して重みづけをする。また、制御部７は、重みづけされた回転角度（ｗｘ・ｘｔ＋Ｔ、ｗｙ・ｙｔ＋Ｔ、ｗｚ・ｚｔ＋Ｔ、ｗｖ・ｖｔ＋Ｔ）に基づいて時刻ｔ＋Ｔにおける角度基準値ｆｔ＋Ｔを算出する。
【００３２】
また、制御部７は、下記の式（５）に示すように、時刻ｔ＋Ｔにおける角度基準値ｆｔ＋Ｔに対して、前の時刻ｔにおいて修正した係数Ａ＝α０＋αまたはＡ＝α０−αを掛け合わせて、時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θｔ＋Ｔを算出する。なお、本実施形態では、時刻ｔにおいて修正した係数Ａ（すなわち、時刻ｔ＋Ｔにおける係数Ａ）がα０＋αであるとして説明する。
【数５】
2015065996.tif 000007
【００３３】
次に制御部７は、時刻ｔにおける駆動角度θｔおよび時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θｔ＋Ｔに基づいて補正角度θｒｔ＋Ｔを算出する。具体的には、下記の式（６）に示すように、時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θｔ＋Ｔから時刻ｔにおける駆動角度θｔを引いて、補正角度θｒｔ＋Ｔを算出する。
【数６】
2015065996.tif 000008
【００３４】
続いて制御部７は、算出した補正角度θｒｔ＋Ｔに基づいて回転駆動部４を作動させる。すなわち制御部７は、駆動角度が時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θｔ＋Ｔになるように、補正角度θｒｔ＋Ｔで回転駆動部４を作動させる。制御部７が算出した補正角度θｒｔ＋Ｔの情報を回転駆動部４に送ると、回転駆動部４の回転軸４４が補正角度θｒｔ＋Ｔで回転する。これにより、回転軸４４が初期の姿勢から駆動角度θｔ＋Ｔで回転した状態になる。回転軸４４が回転すると、回転軸４４に連結された先端部３が回転する。このようにして、回転駆動部４が先端部３を補正角度θｒｔ＋Ｔで回転駆動し、初期の姿勢から駆動角度θｔ＋Ｔで回転した状態にする。
【００３５】
また、制御部７は、上述の時刻ｔと同様に、下記の式（７）に示すように、時刻ｔ＋Ｔにおける角度基準値ｆｔ＋Ｔが上限の閾値ｆｇ以上である場合は、時刻ｔ＋Ｔにおける係数Ａ（本実施形態ではＡ＝α０＋α）に修正値αを足し合わせて、修正後の係数Ａ（本実施形態ではＡ＝α０＋２α）を算出する。一方、下記の式（８）に示すように、制御部７は、角度基準値ｆｔ＋Ｔが下限の閾値−ｆｇ以下である場合は、時刻ｔ＋Ｔにおける係数Ａ（本実施形態ではＡ＝α０＋α）から修正値αを引いて、修正後の係数Ａ（本実施形態ではＡ＝α０）を算出する。時刻ｔ＋Ｔにおける修正後の係数（本実施形態ではＡ＝α０＋２αまたはＡ＝α０）は、次の時刻ｔ＋２Ｔにおける角度基準値ｆｔ＋２Ｔの算出に用いられる。
【数７】
2015065996.tif 000009
【数８】
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【００３６】
以上より、時刻ｔ＋Ｔにおける制御が終了したときには、ユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転角度（ｘｔ＋Ｔ、ｙｔ＋Ｔ、ｚｔ＋Ｔ、ｖｔ＋Ｔ）で回転すると共に、先端部３が初期の姿勢から駆動角度θｔ＋Ｔで回転した状態になっている。また、角度基準値を算出するための係数Ａが修正されている（本実施形態では、係数Ａがα０＋２αまたはＡ＝α０に修正されている。）。
【００３７】
また、ユーザーＭは、上述の時刻ｔの場合と同様に把持部５が対象物Ｐを把持できる場合は、把持部５を駆動して対象物Ｐを把持する。この際、先端部３が駆動角度θｔ＋Ｔでさらに回転しているため、その分だけ時刻ｔと比較してユーザーＭの腕の姿勢は、ユーザーＭにとって修正前の姿勢よりも対象物Ｐを把持するために快適な姿勢になっている。一方、把持部５が対象物Ｐを把持できない場合、ユーザーＭは、対象物Ｐを把持できるように自分の腕をさらに動かす。ユーザーＭが腕を動かすとユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転する。これにより、ユーザーＭの肢体（肩および肘）は、修正後の新たな回転角度で回転した状態になる。
【００３８】
続いて、上述の時刻ｔ＋Ｔから検知部６の検知周期Ｔが経過した時刻ｔ＋２Ｔにおいも上述の時刻ｔおよび時刻ｔ＋Ｔの場合と同様の制御が行われる。また、その後も同様の制御が連続的に行われる。このようにして、ユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度、すなわち、ユーザーＭの腕の姿勢が順次修正されてゆく。それと同時に先端部３の駆動角度θが調整され、また、ユーザーＭの腕の姿勢に応じて係数Ａが修正されてゆく。したがって、ユーザーＭが対象物Ｐの把持動作を繰り返し実行することで、義手１が対象物Ｐの把持動作を学習し、係数Ａが適切な値に修正されてゆく。これによって、ユーザーＭはより自然な姿勢で対象物Ｐを把持することが可能となる。
【００３９】
続いて、上述の修正が進行してゆき、時刻ｔ＋ｎＴ（ｎは自然数）における角度基準値ｆｔ＋ｎＴが閾値（ｆｇ、−ｆｇ）の範囲内に収まった場合には、制御部７は、係数Ａを修正しない。より詳細には、角度基準値ｆｔ＋ｎＴが上限の閾値ｆｇ以下であり、かつ、下限の閾値−ｆｇ以上である場合は、制御部７は、係数Ａを修正しない。したがって、時刻ｔ＋ｎＴと次の時刻ｔ＋（ｎ＋１）Ｔでは、駆動角度θｔ＋ｎＴとθｔ＋（ｎ＋１）Ｔを算出するために同じ係数Ａを用いることになる。これにより係数Ａの修正が収束する。すなわち、腕の動き（詳細には、肩及び肘）の動きに応じた適切な駆動角度θを算出するための係数Ａが確定する。上述したように、係数Ａの値が収束する状態では、角度基準値ｆｔ＋ｎＴが閾値（ｆｇ、−ｆｇ）の範囲内に収まり、ユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度が適切な範囲内に入っている。すなわち、ユーザーＭの腕の姿勢は、ユーザー毎に、ユーザーＭの動き（癖）に応じた自然な姿勢となっている。また、係数Ａの値が収束しているため、ユーザーＭの肢体の動きに応じて先端部３がリニアに駆動され、ユーザーＭの意図通りに先端部３が回転することとなる。
【００４０】
上述の説明から明らかなように、ユーザーＭの肢体が回転すると、検知部６が検知した回転角度に基づいて制御部７が回転駆動部４の駆動角度を算出し、算出した駆動角度で回転駆動部４が先端部３を回転駆動するので、ユーザーＭの動きに合わせて先端部３の角度を調整することができる。これにより、ユーザーＭの動きと先端部３の角度が整合するので、ユーザーＭが義手１を容易に使いこなすことができる。また、ユーザーＭに学習動作を行わせることで係数Ａが修正され、ユーザーＭの肢体（肩および肘）の動きに対する先端部３の駆動角度が適切な角度となる。このため、本実施形態の義手１は、ユーザー毎に、ユーザーの動きの癖に応じて先端部３が回転駆動されるため、ユーザーＭは極めて容易に義手１を使いこなすことができる。
【００４１】
また、上記の構成によれば、複数の自由度における回転角度に重みづけをし、重みづけした回転角度に基づいて角度基準値を算出している。また、角度基準値と係数Ａから駆動角度を算出し、算出した駆動角度で回転駆動部４を作動させている。また、角度基準値と閾値を比較して係数Ａを修正している。これにより、ユーザーＭの動きに対して、複数の自由度における回転角度に基づいて先端部３の駆動角度を算出できる。その結果、先端部３の駆動角度をユーザーＭの動きに対して正確に算出できる。また、駆動角度を算出するための係数を修正するので駆動角度をユーザーＭの動きに合わせて修正できる。これにより、先端部３の角度を修正でき、ユーザーＭの動きに応じて対象物Ｐに対する先端部３の角度を整合させることができる。したがって、ユーザーＭの動きと先端部３の角度が調和するので、ユーザーＭが義手１を容易に使いこなすことができる。また、対象物Ｐに対する先端部３の角度が調和するので、対象物Ｐを把持部５によって把持するときに容易に把持することができる。
人の上肢では通常、前腕に高い回旋自由度を有することで、上肢は最小の肩関節および肘関節の動きで対象物の把持に最適な位置に手を運ぶことができる。前腕の回旋運動により、対象物を把持するときに上肢をあまり動かさなくてもよく、上肢の駆動エネルギー消費を効率化している。本明細書に開示の技術は、上肢帯近位部の運動を最小化する様に前腕回旋角度が自動調整される。本明細書に開示の技術では、ユーザー毎の体の使い方の違いも反映して，ユーザーが最も楽に対象物を把持できると感じる状況に補正されていくことによりダイナミックな調整となる。ユーザーが対象物を視認しているので、対象物に対する義手の角度が悪いときには、ユーザーは、自分で制御可能な肩関節や肘関節を動かして義手のポジションを変更しようとする。その動きを検知部が感知し，対象物に対する義手の角度を最適化する方向に義手の回転駆動部の回転を補正する。補正が大きすぎるとユーザーは行き過ぎと判断して逆方向に補正を掛けようとする。すると義手はその動きを不要とする方向に補正を掛けようとする。全体としては、ユーザーと義手の角度のズレを最小化する方向へと補正してゆく。このように本明細書に開示の技術では、制御部による制御と、ユーザー自身による調整とを双方向的に繰り返すことにより、対象物に対する義手の角度を適切な状態に近づけると共に、ユーザーの姿勢を楽な状態に近づけることができる。
【００４２】
以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、義肢の一例として義手について説明したが、この構成に限定されず、義手の他に例えば義足などであってもよい。また、上記実施形態では、ユーザーＭの肩の動きを３自由度で検出すると共に肘の動きを１自由度で検出し、これらの検出値に基づいて義手１の先端部３を回転させたが、ユーザーＭの肩の動きのみを検出し、この検出値に基づいて義手１の先端部３を回転させてもよい。すなわち、対象物Ｐを把持する際に、その動作と関連の大きい部分の動き（例えば、上腕の回転角度）のみに基づいて義手１を駆動してもよい。このような構成によると、検知対象となるユーザーＭの回転運動が減るため、義手１の構成を簡易にすることができる。さらには、義肢に行わせたい行動に応じて検知対象となる部位を変更すると共に、その係数を変更するようにしてもよい。このように構成することによって、義肢に行わせたい行動に応じて適切に義肢が駆動され、ユーザーは自然な姿勢で所望の行動を行うことができる。なお、義肢による行動の切換えは、ユーザーがスイッチ等を操作することで切換えるようにすればよい。
【００４３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４４】
１；義手
２；本体部
３；先端部
４；回転駆動部
５；把持部
６；検知部
７；制御部
２１；装着バンド
３２；連結部
４１；基部
４２；ステータ
４３；ロータ
４４；回転軸
５１；第１指部
５２；第２指部
５３；回転部
５４；固定部
６１；肩検知センサ
６２；肘検知センサ
５１１；第１連結部材
５１２；第２連結部材
Ｍ；ユーザー
Ｐ；対象物
【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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