(57)【要約】【課題】ユーザ負担を軽減することが可能な電動義肢の操作制御装置を提供すること。【解決手段】電動義手１は、人工的な手であるハンド部２と、そのハンド部２を電気的に操作するために必要な一連の制御を司るコントローラ３と、そのコントローラ３を介してハンド部２に内蔵されている電気要素に電力を供給するバッテリ４と、足の裏に装着されるシートに設けられた３つの圧力センサ５〜７とを備えている。足親指の付近での踏み込み操作に伴い、圧力センサ５に対し閾値を超える所定の荷重が付与されると、コントローラ３による制御のもと、ハンド部２の指先が閉じ方向に操作される。圧力センサ６に荷重が付与されると指先が開き方向に操作され、圧力センサ７に荷重が付与されると手首が揺動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工的な手足を電気的に操作する電動義肢の操作制御装置において、
人体による入力操作を受け付ける複数のセンサのそれぞれが、操作対象となる義肢の操作に関連付けされ、
前記複数のセンサの中から選択されるセンサに所定の荷重が付与されたとき、当該センサに関連付けされている操作が行われるよう、前記義肢を電気的に操作するための駆動源に対する作動制御を行う制御手段を備える
ことを特徴とする電動義肢の操作制御装置。
【請求項２】
一つのセンサに対し、義肢の一つの操作が関連付けされている
請求項１に記載の電動義肢の操作制御装置。
【請求項３】
人体による入力操作を受け付ける複数のセンサのそれぞれが、操作対象となる義手の操作に関連付けされ、
前記複数のセンサは足の裏に配置され、踏み込み動作に伴って所定の荷重が付与される
請求項１又は２に記載の電動義肢の操作制御装置。
【請求項４】
操作対象となる義手の操作は、指先を開く操作及び指先を閉じる操作及び手首を揺動する操作を含む
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動義肢の操作制御装置。
【請求項５】
操作対象となる義手の操作は、指先を開く操作及び閉じる操作を含み、
その指先を閉じる操作においては、指先を閉じたとき、３本の指先が一点に集まる構造を持つ
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動義肢の操作制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工的な手足を電気的に操作する電動義肢の操作制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筋肉が収縮するときの活動電位による微弱電流を筋電信号として筋電センサで検出し、その筋電信号に基づきモータ等の駆動源を順方向或いは逆方向に回転させ、これによりハンド部の指先をユーザの意志で開閉操作できるようにした電動義手の操作制御装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この電動義手のユーザは、指先を開閉操作するために必要な筋電信号が得られるよう、筋肉の収縮動作による電位トレーニングを行い、また、その際、筋電センサの装着箇所の特定や調整等も行われる。したがって、このトレーニングを経たユーザは、操作目的に応じて筋肉を収縮させることで、自らの意志に基づいて、指先を自由に開閉操作できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５６−６４１３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、筋電センサを用いた構成では、微弱電流を入力信号として取り込むため、周囲雑音であるノイズの影響を受けやすく、ユーザの狙い通りに開閉操作することが難しい。そのため、電位トレーニングに比較的長い時間を要する。また、少しでもノイズの影響を受けにくい箇所を探そうとすると、装着箇所の特定に時間が掛かる。そして、これらはユーザに対する負担増に繋がる。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、ユーザ負担を軽減することが可能な電動義肢の操作制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、人工的な手足を電気的に操作する電動義肢の操作制御装置において、人体による入力操作を受け付ける複数のセンサのそれぞれが、操作対象となる義肢の操作に関連付けされ、前記複数のセンサの中から選択されるセンサに所定の荷重が付与されたとき、当該センサに関連付けされている操作が行われるよう、前記義肢を電気的に操作するための駆動源に対する作動制御を行う制御手段を備えることをその要旨としている。同構成によると、操作目的に応じて狙いのセンサに対し所定の荷重を付与することで、そのセンサに関連付けされた操作が行われる。このため、ユーザの立場からすると、複数のセンサのそれぞれがどの操作に対応するものであるか把握しておけばよく、何ら特別な訓練を必要としない。従って、ユーザ負担を軽減することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動義肢の操作制御装置において、一つのセンサに対し、義肢の一つの操作が関連付けされていることをその要旨としている。同構成によると、センサと義肢の操作とが一対一で対応するため、狙いの操作に対応するセンサを選択しつつ、そのセンサに対し所定の荷重を付与するといった単純な動作を行うだけでよく、当該動作に迷いが生じない。従って、義肢を簡単に操作することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電動義肢の操作制御装置において、人体による入力操作を受け付ける複数のセンサのそれぞれが、操作対象となる義手の操作に関連付けされ、前記複数のセンサは足の裏に配置され、踏み込み動作に伴って所定の荷重が付与されることをその要旨としている。同構成によると、足の裏で義手を操作することができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動義肢の操作制御装置において、操作対象となる義手の操作は、指先を開く操作及び指先を閉じる操作及び手首を揺動する操作を含むことをその要旨としている。同構成によると、筋電センサによるものとの比較において、特別な訓練を経ることなく、指先の開閉や手首の揺動といった操作を簡単に行うことができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動義肢の操作制御装置において、操作対象となる義手の操作は、指先を開く操作及び閉じる操作を含み、その指先を閉じる操作においては、指先を閉じたとき、３本の指先が一点に集まる構造を持つことをその要旨としている。同構成によると、他の動物には真似できない高度な操作が可能であるため、ロボットハンドに応用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ユーザ負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電動義手の全体構成を示す説明図。
【図２】電動義手の電気的構成を示すブロック図。
【図３】電動義手の作用についてハンド部の操作態様を示す説明図。
【図４】ハンド部の特徴的な操作を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を電動義手に具体化した一実施の形態について説明する。
図１に示すように、電動義手１は、人工的な手であるハンド部２と、そのハンド部２を電気的に操作するために必要な一連の制御を司るコントローラ３と、そのコントローラ３を介してハンド部２に内蔵されている電気要素に電力を供給するバッテリ４と、足の裏に装着されるシートに設けられた３つの圧力センサ５〜７とを備えている。ハンド部２とコントローラ３とは有線接続され、また、コントローラ３とバッテリ４とも有線接続されている。
【００１４】
圧力センサ５〜７のうち圧力センサ５は足親指の付近に対応して配置されているとともに、圧力センサ６は足小指の付近に対応して配置され、さらに、圧力センサ７は足のかかと付近に対応して配置されている。したがって、足親指の付近での踏み込み動作に伴い、圧力センサ５に対し閾値を超える所定の荷重が付与される。足小指の付近での踏み込み動作に伴い、圧力センサ６に対し閾値を超える所定の荷重が付与される。また、足のかかと付近での踏み込み動作に伴い、圧力センサ７に対し閾値を超える所定の荷重が付与される。
【００１５】
圧力センサ５〜７はハーネス化され、ハーネス先端のコネクタがフレキシブル基板８に実装された相手側コネクタに接続されている。そして、当該ハーネス及びフレキシブル基板８が足首付近に配置される。フレキシブル基板８には図示しない小型電池が実装され、この電池から電力を賄うかたちで圧力センサ５〜７による検出動作が可能となっている。そして、各圧力センサ５〜７による荷重検出信号は、フレキシブル基板８に実装された送信機９（図２参照）を通じて無線通信により送信され、この信号がコントローラ３側の受信機１０で受信される。そして、受信信号がコントローラ３で取得されるようになっている。
【００１６】
図２に示すように、ハンド部２は、指先開閉用の駆動源であるモータ２１及び手首揺動用の駆動源であるモータ２２がリンク機構等と共にアクチュエータ化されて組み込まれ、コントローラ３による制御のもと、指先の開閉や手首の揺動といった操作が電気的に行われる。尚、コントローラ３は「制御手段」に相当する。
【００１７】
次に、電動義手１の作用について説明する。
図示しない電源スイッチがＯＮされると、コントローラ３が起動され、圧力センサ５〜７による検出信号が取り込まれる。そして、図３の上段に示すように、圧力センサ５に対し閾値を超える所定の荷重が付与されると、その荷重が付与されている期間に亘り指先開閉用のモータ２１が駆動され、ハンド部２の指先が閉じ方向に操作される。そして、当該荷重が解かれる或いは電源スイッチがＯＦＦされると、ハンド部２の状態が固定される。尚、指先が完全に閉じられた全閉の状態では、３本の指先が一点に集まるようになっている（図４参照）。
【００１８】
また、図３の中段に示すように、圧力センサ６に対し閾値を超える所定の荷重が付与されると、その荷重が付与されている期間に亘り指先開閉用のモータ２１が駆動され、ハンド部２の指先が開き方向に操作される。そして、当該荷重が解かれる或いは電源スイッチがＯＦＦされると、ハンド部２の状態が固定される。
【００１９】
さらに、図３の下段に示すように、圧力センサ７に対し閾値を超える所定の荷重が付与されると、その荷重が付与されている期間に亘り手首揺動用のモータ２２が駆動され、ハンド部２の手首が往復揺動する。そして、当該荷重が解かれる或いは電源スイッチがＯＦＦされると、ハンド部２の状態が固定される。
【００２０】
このように圧力センサ５が指先の閉じ操作に関連付けされるとともに、圧力センサ６が指先の開き操作に関連付けされ、さらに、圧力センサ７が手首の揺動操作に関連付けされている。すなわち、一つの圧力センサに対し、ハンド部２の一つの操作が関連付けされている。その結果、ユーザは、狙いの操作に対応する圧力センサを圧力センサ５〜７の中から選択しつつ、その圧力センサに対し所定の荷重を付与することで、当該圧力センサに関連付けされている操作、すなわち指先の開閉操作や手首の揺動操作を行えるようになる。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）操作目的に応じて狙いの圧力センサ５〜７に対し所定の荷重を付与することで、その圧力センサ５〜７に関連付けされた操作が行われる。このため、ユーザの立場からすると、複数の圧力センサ５〜７のそれぞれがどの操作に対応するものであるか把握しておけばよく、何ら特別な訓練を必要としない。従って、ユーザ負担を軽減することができる。
【００２２】
（２）圧力センサ５〜７とハンド部２の操作とが一対一で対応するため、狙いの操作に対応する圧力センサを選択しつつ、その圧力センサに対し所定の荷重を付与するといった単純な動作を行うだけでよく、当該動作に迷いが生じない。従って、ハンド部２を簡単に操作することができる。
【００２３】
（３）足の裏による踏み込み動作を行うことで、ハンド部２を操作することができる。
（４）筋電センサによるものとの比較において、特別な訓練を経ることなく、指先の開閉や手首の揺動といった操作を簡単に行うことができる。
【００２４】
（５）ハンド部２は、指先を閉じたとき、３本の指先が一点に集まる構造を持つ。このように他の動物には真似できない高度な操作が可能であるため、ロボットハンドに応用することができる。
【００２５】
尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・例えば、右足親指の付近に対応して圧力センサ５を配置するとともに、左足親指の付近に対応して圧力センサ６を配置するといったように、複数の圧力センサは左右両足に跨って装着されてもよい。そして、圧力センサ７は右足或いは左足のかかと付近に対応して１つだけ配置されてもよいし、左右両足のかかと付近に対応して合計で２つ配置されてもよい。尚、後者の場合、いずれか１つの圧力センサ７に対し閾値を超える所定の荷重が付与されたことを条件に手首が揺動されてもよいし、２つの圧力センサ７に対し共に閾値を超える所定の荷重が付与されたことを条件に手首が揺動されてもよい。
【００２６】
・圧力センサ５〜７は足の裏以外の人体に装着されてもよい。
・圧力センサ５〜７が足の裏等の人体に装着される構成に代えて、圧力センサ５〜７が装備品側に設けられつつ、この圧力センサ５〜７により、人体による入力操作が受け付けられる構成が採用されてもよい。
【００２７】
・上記実施の形態では、人体による入力操作を受け付けるセンサとして、その入力操作に伴う荷重を検知する荷重センサの一種である圧力センサを例示したが、この圧力センサに代えて、次のようなものが採用されてもよい。例えば、タッチパネルセンサのような圧力の移動を検知するセンサに入れ替えてもよく、その際、足の親指先にセンサを配置し、足の親指によるなぞる操作をセンサで検知し、この操作をコントローラを介して、手の指先の開閉操作に対応させてもよい。或いは、荷重をリニアに検知することのできる荷重センサを用いつつ、荷重のかけ方に応じて手の指先の力の込め具合を調整できるようにしてもよい。
【００２８】
・例えば、手のひらに装着される複数の圧力センサのそれぞれが、操作対象となる義足の操作に関連付けされ、手のひらで義足を操作するものに具体化されてもよい。
・コントローラ３やバッテリ４はハンド部２に一体化されてもよい。この場合、腕に這わされる配線を減らすことができる。
【００２９】
・駆動源の数を増やして指先の開閉操作や手首の揺動操作に追加して他の操作が可能であってもよい。
・操作対象となる義手の操作は、指先を開く操作及び指先を閉じる操作及び手首を揺動する操作の全てが含まれる構成に限定されない。例えば、指先を開く操作及び指先を閉じる操作が含まれつつ、手首を揺動する操作が含まれない構成が採用されてもよい。そして、この構成において、指先を閉じたとき、３本の指先が一点に集まる構造を持つものに具体化されてもよい。
【００３０】
・フレキシブル基板８とコントローラ３とは有線接続されてもよい。この場合、圧力センサ５〜７は、コントローラ３を通じてバッテリ４から電力の供給を受けつつ検出動作が可能となる。このため、上記実施の形態において、圧力センサ５〜７に電力を供給するフレキシブル基板８の小型電池を割愛することができる。
【００３１】
・圧力センサ５〜７が設けられるシートに熱電対を設け、この熱電対が足の裏の体温により熱起電力を発生し、この熱起電力から電力を賄うかたちで圧力センサ５〜７による検出動作が可能となる構成を採用してもよい。この場合、フレキシブル基板８から小型電池を割愛できるとともに、圧力センサ５〜７がバッテリ４から電力を受ける必要もなくなる。尚、熱起電力だけでは電力が不足する場合に小型電池やバッテリ４の電力が併用されてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…電動義手（電動義肢）、２…ハンド部（義肢、義手）、３…コントローラ（制御手段）、４…バッテリ、５〜７…圧力センサ（センサ、荷重センサ）、８…フレキシブル基板、９…送信機、１０…受信機、２１…指先開閉用のモータ（駆動源）、２２…手首揺動用のモータ（駆動源）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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