(57)【要約】【課題】  五指を単独に動作させ尚、関節部での屈曲、伸展と回り込みが出来、更に手首部の掌屈、背屈、回内、回外動作を可能とした、軽量で意匠性に優れた人の手形状を有し、更に脳の感覚野で把持を感じられる事の出来る、ロボットハンドへの転用も可能とする全指可動型義手の提供に関する。【解決手段】  材質をエンジニアプラスティック若しくはアルミニウム等として構成し義手の軽量化を図り、尚人の手状の意匠を有する。干渉駆動方式を用いて五指単独動作と把持力の倍化実現し、更に感覚フィードバックセンサーシステムによる義手の把持とその把持力を視覚と感覚で確認ができ、尚回転及び曲げを検出するセンサーを包含した、本発明によるロボットハンドへの転用も可能とする全指可動型義手による。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節を併用する複数支点を有し屈曲又は伸展を可能とする四指に於いて、指先端付近と指中央部付近に固着するワイヤー又はロープ又は屈曲自在外皮管によって保護されたワイヤー等を用いて成る、把持力の倍力化を行う機構を有する各指単独動作を可能にした全指が稼動出来る義手であって、ロボットハンドへの転用も可能な全指可動型義手。
【請求項２】
回転と屈曲及び伸展ならびに前後屈を自由とする拇指と掌屈、背屈、回内、回外を自由とする手首部を有する請求項１に記載の全指可動型義手。
【請求項３】
単指欠損を補う為に供される第１項及び第２項にかかる、義手若しくはロボットハンドとして供される可動型義手。
【請求項４】
各可動部に於いて、回転及び曲げを検出するセンサーを包含した第１項から第３項迄にかかる、義手若しくはロボットハンドとして供される可動型義手。
【請求項５】
第１項から第４項にかかる本発明に於いて、把持感覚フィードバックセンサーシステムを設けた義手若しくはロボットハンドとして供される可動型義手。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、五指並びに手首を自分の意思のまま自由に動かす事の出来る、ロボットハンドへの転用も可能な機能を有する筋電位制御も可能とした、義手として用いるロボットハンドに関する。
詳しくは、前腕切断者及び指等の欠損者に於いて、脳からの指令により身体の各部位を動作させようとする時に発生する当該筋肉の電位を計測し、その電位を解析したデーターに基づきモーターを作動させ、該当部位例えば指及び手首等を含む屈曲、伸展、掌屈、背屈、回内、回外等動作に付いてその各指及び手首等がモーター動力により、自分の意思のままに動作させる事が出来る義手及び従来技術には無かった把持感覚を有する義手に関する。
【背景技術】
【０００２】従来の電動による義手は可動部が拇指と示指と中指の開閉と手首の回転のみであり、曰くは、大勢として３本の指を動かす物しかなく、更に人の腕の重さは凡そ１．２〜２ｋｇ程度で有るにも係わらず、従来技手の重量は約３ｋｇ超程度と非常に重く、又意匠的にも人の手の形状とはほど遠いカギ爪形状等の外観形状を呈しているものも有り、仕事を持っている女性とか子供等が装着するには耐え難い形状のものが主流であり、尚且つ、手首の掌屈、背屈も行う事が出来ない機構であった。これ等より特に小児とか女性にとって軽く意匠的に優れ、五指総てが自分の意のままに動く義手の早期開発が強く求められていたものである。【０００３】同様に従来の義手に於いては義手が物を把持したことを脳の視覚野でしか確認が出来ず、それが当たり前であったが、やはり義手からであっても、物を持っている感覚を得て快適な生活環境を取り戻す。そんな事が出来る義手に付いて切望され、その早期実現に強い希望が託されていたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】本発明は、従来技術の有する此の様な各種問題に鑑み、その問題を解決する為に成されたものである。しかしてその目的とする所は、次の様な構造により問題の解決を図るものである。
詳しくは、指に於いて基節骨・中節骨・末節骨からなる四指と基節骨・末節骨から成る拇指と此れ等を支える掌部と手首部を有し、手首部に於いては回内・回外及び掌背屈が可能な機構を有するもの。各関節相当部を可動自由化なピン支点とし、形状を人の手に求め材質をエンジニアプラスティック並びにアルミニウム等として構成し義手の軽量化を図る。此れ等により、全指を単独に動作させ尚、関節部での屈伸が出来、人の手と同様の意匠を持つ、重量１．２Ｋｇ程度迄重量軽減を行った義手の提供を可能とし、更にセンサーによる把持感覚フィードバック機能をも有する本発明による義手として用いるロボットハンドにより課題の解決を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】上記目的を達成する為に本発明は下記の様に構成するものである。
すなわち、
本願請求項１の発明は、四指に於いては、基節骨・中節骨・末節骨から構成し本願請求項２の発明は、拇指に於いて基節骨・末節骨と水平旋回と前後屈を行う基部と掌背屈と回内・回外を行う手首部より構成するものである。
本願請求項１及び２の発明による各々の動作形態は、蛇管に包含されるワイヤー若しくは非包含ワイヤー等をもって動作制御を行い、そのワイヤー等の一端を当該部位へ取付け他端を当該部位対応専用モーターに連結したワイヤー等により駆動する。此れにより、各指及び手首等を含む総ての関節部が単独での可動を実現する事が出来るものである。同様に概形状は第１図又は第２図に示すが如く人の手状を模し、各関節部に於いては関節の動作を可能とするピン類で連結する事により、拇指を含む五指とその手首部を形成するものである。【０００６】形成する四指に於いては指取付け座１１へボルトにて連結され、各指毎に専用モーターを配する。その動作は第９図に示す末節骨に締結されている指先端ロープ固へ屈曲動作用ロープ３６と伸展動作用ロープ３７を緊結又は締結固定する事で人の手の五指と同様の動作を行わせ、更に四指に於いては動作に応じ２台のモーターの同期作動を行う事で動作に対する確実性の向上と把持力の倍化を実現しているものである。又手首部に於いては、モーター２台での掌背屈動作と回内、回外動作をそれぞれ受け持ち基礎座１４の取り付け孔３８へ緊結固定したロープ４２を回転軸１６の垂直円筒部に凡そ半周させ。その後水平円筒部を凡そ半周し掌背屈座１２を介しその一端をモーターに連結し同様方式による同期作動を行う事で動作に対する確実性の向上と把持力の倍化を実現しているものである。定座１９へ屈曲動作用ロープ３２と伸展動作用ロープ３３を緊結又は締結固定し次に第１０図に示す基節骨へ設置せらるる指中間ロープ固定座へ屈曲動作用ロープ３４と伸展動作用ロープ３５を緊結又は締結固定する。同様に拇指屈伸用モーターにより第１１図に示す、末節骨に締結されている指先端ロープ固定座１９【０００７】同様の取付け方法により、第１２図及び第１３図に示す、基礎座１４に設けられた他の取り付け孔３９と取り付け孔４０と取付け孔４１に各々ロープ４３とロープ４４とロープ４５の各々の一端を緊結固定する。それにより、ロープ４２とロープ４４を各々２台のモーターにより同時に引く事で回転軸１６を中心に手首関節１３に回転する為の２台分のモータートルクを与え、回転動作を行う。同様にロープ４３とロー４５を各々のモーターにより同時に引く事で逆の方向への回転力を生じさせる事が出来る。此れにより手首の回内と回外の動作が可能となる。【０００８】更に、ロープ４２とロープ４５を各々２台のモーターにより同時に引く事で掌屈を行う事が出来。更にロープ４３とロープ４４を同時に引く事で逆回転動作曰くは、背屈動作が出来、その引き力が倍化されるものである。【０００９】同様に、第７図及び第８図に示す、拇指関節２８に於いても、手首と同様の機構による構成により、前後屈と水平回転を行うものである。詳しくは、モーター２台によって前後屈動作と水平正逆回転動作をそれぞれ受け持ち、拇指基礎座２９の取り付け孔４６へ緊結固定したロープ５０を拇指関節２８の垂直円筒部に凡そ半周させ、その後水平円筒部を凡そ半周し拇指前後屈座２７を介しその一端をモーターに連結するものである。【００１０】同様の取付け方法により、拇指基礎座２９に設けられた他の取り付け孔４７と取り付け孔４８と取り付け孔４９に各々ロープ５１とロープ５２とロープ５３の各々の一端を緊結固定する。それにより、ロープ５０とロープ５２を２台のモーターにより同時に引く事で拇指回転軸３１を中心に拇指関節２８を回転させる為のトルクを発生させることが出来。同様にロープ５１とロープ５３を各々のモーターにより同時に引く事で逆の方向への回転力を生じさせる事が出来る。此れにより拇指の水平回転動作が可能となる。【００１１】更に、第７図及び第８図に示すロープ５０とロープ５３を各々のモーターにより同時に引く事で前屈を行う事が出来。更にロープ５１とロープ５２を同時に引く事で逆動作、曰くは、後屈動作が出来るものである。これ等の結果より各関節部が自由に作動し、尚各指が単独で可動できる義手であって、例えば筋電義手、例えばロボットハンドへの転用も可能とした本発明による全指可動型義手により解決を計るものである。【００１２】本願請求項３の発明に於いては、本願請求項１及び本願請求項２と基本構造を同一とする単指欠損対応指であって、欠損指部位に合わせた取付け方式により実施されるものである。【００１３】本願請求項４の発明に於いては、本願請求項１から本願請求項３の発明に対応する各指の各関節及び回転部へ回転角度計並びに曲げ角度計を設置しその電気的信号により回転及び屈伸等の度合いを計測し義手若しくはロボットハンドの動作を制御するものであって、その実施形態には多数の用途が有るが１例を持って説明を行う。単指欠損対応時に於いて近接した指の屈伸度を測り、欠損指の動作を近接残指に倣わせる制御を行う事を目的として成し、欠損指対応義手等の動作制御に供するものである。此れにより単指欠損であっても残指と同様の動作が出来違和感の無い単指欠損対応義手の提供が可能になるものである。同様に此の制御によりマニピュレーター制御のロボットハンドとしても緻密な動作を可能とするものである。【００１４】本願請求項５の発明に於いて、脳の感覚野へ把持情報を伝達するシステムを有することで成る義手である。詳しくは、本願請求項１から本願請求項４の発明に対応するものである。【００１５】その実施形態は、圧力センサー若しくは静電容量式センサー等を代表検出装置例として用い説明を行う。把持による接触若しくは圧力によりそのセンサーに発生する電気信号を検出し強弱の度合いを解析後、例えば人体、例えば装置等へ信号を発信するシステムである。【００１６】此れにより人体へ発信する場合に於いて、低周波発生装置を人体へ貼合し検出信号に基づく低周波を発生させることで、被験者は物を把持していることを感覚として得られるものである。更には、把持力の強弱にあわせ周波数を変えることで強く把持しているか弱く把持しているかを感覚として感じ取ることが出来、各指等主要部位での使用周波数域を分ける事で接触指若しくは接触部位が感覚として認識出来る把持感覚フィードバックセンサーシステムである。
【発明実施の形態】
【００１７】本願請求項１の発明に於いて、第１図に基づき説明を行う。示指２と中指３と環指４と小指５の四指は末節骨６と中節骨７と基節骨８から形成される。その関節となる支点には屈曲又は伸展を可能とする目的を持って、先端関節ピン２１と中間関節ピン２２と根元関節ピン２３により屈曲、伸展が自在となる嵌合による接合を行い、その動作は示指２、中指３、環指４、小指５の各指単独末端動作専用モーターにより、第３図及び第９図に示す如く、末節骨に締結されている指先端ロープ固定座１９へ屈曲動作用ロープ３２を緊結固定し、同時に伸展動作用ロープ３３も固定する。このときロープ３２とロープ３３は、その一端を各々の指の動作を専用とする１台のモーターに連結する。それにより、モーターの正回転時を指の屈曲とした場合、モーターの動作により、屈曲側はロープ３２が引き側となり、物を握りこむ方向へ屈曲しロープ３３は屈曲側へ指が倒れこむ事を防止する役目をも負担しているものである。又モーターを逆回転させた時は、指の伸展が行われロープ３３が引き側となり指が開く。その時ロープ３２は指が不要に伸展する事を防止する役目をも負担している。
【００１８】又把持力の増加と把持の確実性の向上を目的として、更に基節骨８に設けた第１０図に示す如く、指中間ロープ固定座２０へ新たにロープ３４とロープ３５を侠持固定しその一端は各指毎に専用に設けられたモーターに連結する、そのモーターは前記、末節骨にロープを介し締結されている指先端動作用モーターに同期する動作を行い、指が行う屈曲及び伸展動作を補助する。同様に第１１図に示す拇指に付いても末節骨６と中節骨７と拇指基節骨１０より形成され四指同様その関節となる支点には屈曲、伸展を可能とする目的を持って、先端関節ピン２４と中間関節ピン２５により屈曲、伸展が自在となる嵌合接合を行う。その動作は拇指屈伸用モーターにより末節骨に締結されている指先端ロープ固定座１９へ屈曲動作用ロープ３６と伸展動作用ロープ３７を緊結固定する事で四指と同様の動作を行わせようとするものである。
【００１９】更に、各五指に於ける中節骨部に於いて屈曲用ワイヤー３２及び３６を規制している、押えピン５４を解除する事で指の屈曲時に於いて握りこみ等による抵抗の増加に合わせ自然に屈曲支点からワイヤーが離れ指先端への曲げモーメントを増加させ使用動力の省力化を行う事も可能な構造特性をも包含している義手である。
【００２０】又手首部に於いては、モーター２台で掌背屈動作と回内、回外動作をそれぞれ受け持ち、第１２図に示す基礎座１４の取り付け孔３８へ緊結固定したロープ４２を回転軸１６の垂直円筒部に凡そ半周させ。その後水平円筒部を凡そ半周し掌背屈座１２を介しその一端をモーターに連結する。同様の取付け方法により、基礎座１４に設けられた他の取り付け孔３９と取り付け孔４０と取付け孔４１に各々ロープ４３とロープ４４とロープ４５の各々の一端を緊結固定する。
【００２１】それにより第１２図に示すロープ４２とロープ４４を各々のモーターにより同時に引く事で回転軸１６を中心に手首関節１３に右回転する為のトルクが発生し、回転動作を行う。同様にロープ４３とロープ４５を各々のモーターにより同時に引く事で逆の方向への回転力を生じさせる事が出来る。此れにより手首の回内と回外の動作と倍力化が可能となる。
更に、ロープ４２とロープ４５を各々のモーターにより同時に引く事で掌屈を行い、更にロープ４３とロープ４４を同時に引く事で逆回転動作、曰くは、背屈動作が出来るものである。
【００２２】同様に、本願請求項２による発明の拇指間接２８に於いても、第５図及び第６図に示すが如く、手首と同様の機構による構成により、前後屈と水平回転を行うものである。詳しくは、モーター２台によって前後屈動作と水平正逆回転動作をそれぞれ共有負担し、拇指基礎座２９の取り付け孔４６へ緊結固定したロープ５０を拇指関節２８の垂直円筒部に凡そ半周させ、その後水平円筒部を凡そ半周し拇指前後屈座２７を介しその一端をモーターに連結する。同様の取付け方法により、拇指基礎座２９に設けられた他の取り付け孔４７と取り付け孔４８と取り付け孔４９に各々ロープ５１とロープ５２とロープ５３の各々の一端を緊結固定する。
【００２３】それにより、第７図及び第８図に示すロープ５０とロープ５２を２台のモーターにより同時に引く事で拇指回転軸３１を中心に拇指関節２８を回転させる為の２台分の発生トルクが得られるものである。同様にロープ５１とロープ５３を各々のモーターにより同時に引く事で逆の方向への回転力を生じさせる事が出来る。此れにより拇指の水平回転動作が可能となる。更に、ロープ５０とロープ５３を各々のモーターにより同時に引く事で同期した２台分のモータートルクが得られ掌屈を行う事が出来る。更にロープ５１とロープ５２を同時に引く事で逆動作、曰くは、背屈動作が出来るものである。これ等の結果より各関節部が自由に作動する構造となり、尚且つ各指単独動作が行える、ロボットハンドへの転用も可能とした本発明による全指可動型義手である。
【作用と効果】
【００２４】本願請求項１による発明のものは、各関節部に関節ピンを嵌合設置したことで、人の手を模した形状と自由な関節動作性が実現できた。更に指先端付近と同じく指中間付近へロープ端部を固定しその他端をそれぞれの専用モーターへ連結したことで人の手様の動作が出来る様に成った。更に指先端部付近と指中間部付近に配したロープを２台のモーターを制御し同時に引いている事による把持力の倍化が確認された。これ等に本願請求項２による発明を付加した事により、鉛筆を持って文字を書く事、物をつまむ事、握る事等の繊細な動作が出来ながら尚且つ飲料水用アルミ缶を潰す迄の握力発生させる事が実験結果により実証された。
【００２５】又本願請求項２による発明の拇指に於いても同様に、水平回転及び前後屈と屈曲並びに伸展を可能としたものに、本願請求項４による発明の付加による停止位置の制御の結果、飲料水缶からティッシュ及び鉛筆までを本発明による義手で持ち、保持する事が出来た。結果として、字を書く事、物を飲むこと、飲み物を注ぐこと等、人の手の動作として必要な、握る・掴む・摘む・はさむ等一連の動作が実験結果により実証された。
【００２６】更に、従来の義手に於いて物を把持する時は、脳の視覚野でしか把持の確認を行う事が出来なかった現状に対し、本願請求項５による発明に於ける、感覚フィードバックシステムセンサーの付加による結果、本発明による義手は、視覚野での把持確認の他に脳の感覚野に於いても物を把持していることを感じられることが実現できた、これ等の実験結果により、使用者に快適な生活環境を取り戻す事を目的とした、全指可動型義手の提供が可能になったものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体正面図である。
【図２】左側面図である。
【図３】指側面図である。
【図４】指正面図である。
【図５】拇指正面図である。
【図６】拇指側面図である。
【図７】拇指根元関節右旋回用ワイヤー取り付け図である。
【図８】拇指根元関節左旋回用ワイヤー取り付け図である。
【図９】指先端部用ワイヤー取り付け図である。
【図１０】指中間部用ワイヤー取り付け図である。
【図１１】拇指ワイヤー取り付け図である。
【図１２】手首部右旋回用ワイヤー取り付け図である。
【図１３】手首部左旋回用ワイヤー取り付け図である。
【図１４】基礎座断面Ａ矢視図である
【図１５】拇指基礎座断面Ｂ矢視図である。
【符号の説明】
１、  拇指
２、  示指
３、  中指
４、  環指
５、  小指
６、  末節骨（五指共通）
７、  中節骨（五指共通）
８、  基節骨（四指共通）
９、  中手骨（四指共通）
１０、拇指基節骨
１１、指取付け座
１２、掌背屈座
１３、手首関節
１４、基礎座
１５、掌背屈ピン
１６、回転軸
１７、連結環
１８、取付け座
１９、指先端ロープ固定座
２０、指中間ロープ固定座
２１、先端関節ピン（四指共通）
２２、中間関節ピン（四指共通）
２３、根元関節ピン（四指共通）
２４、拇指先端関節ピン
２５、拇指中間関節ピン
２６、拇指連結ピン
２７、拇指前後屈座
２８、拇指関節
２９、拇指基礎座
３０、拇指前後屈ピン
３１、拇指回転軸
３２〜３５、四指制御ワイヤー
３６〜３７、拇指制御ワイヤー
３８〜４１、基礎座ワイヤー取付け孔
４２〜４５、手首制御ワイヤー
４６〜４９、拇指基礎座取付け孔
５０〜５３、拇指前後屈・水平回転制御ワイヤー
５４、押えピン
【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】
2008023276.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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