(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する複数の指と、指を回動自在に支持する支持部とを有し、該支持部と一体化された把持部に載置された駆動装置を有し、
駆動装置の回転出力を前記指の開閉動作に変換する指開閉動作部とを有する義手において、
前記駆動装置の上方もしくは上方部に位置して、支持部を回転自在に保持する保持部を有し、かつ手首部に保持されるようにした手先具を設け、
該手先具に設けられた他の駆動装置を有し、該他の駆動装置の回転出力を前記支持部の回転運動に変換し、指と前記駆動装置とは前記保持部を中心として回動するようにした回動機構を有すること
を特徴とする義手。
【請求項２】
請求項１において、前記他の駆動装置によって回転するウォームギアと該ウォームギアに噛み合って回動し、前記支持部を回転させる回転用ギアとから前記回転機構を構成したことを特徴とする義手。
【請求項３】
請求項２において、前記回転用ギアには回転角度を制限するストッパーが設けられることを特徴とする義手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開閉可能な複数の指を有する電動で駆動される義手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
義手とは、先天的な上肢の欠損、あるいは事故などによる後天的な上肢の欠損がある人が、欠損した手の代わりに用いる人工の手のことである。
特開昭５５−９９２４８号公報には、互いに対向する複数の指（フィンガー）と、各フィンガーの基端部を回動自在に支持する支持部材とを備える把持部と、支持部材を保持する義手フレームと、この義手フレームに取り付けられた小型モータと、この小型モータに連結された減速機構と、この減速機構の出力部の回転運動を直線往復運動に変換する変換機構と、この変換機構の出力部の直線往復運動によって指を開閉させるリンク機構が記載されている。
【０００３】
そして、特開平１１−５６８８５号公報には、互いに対向する複数のフィンガーと、各フィンガーの基端部を回動自在に支持する支持部材とを有する把持部と、出力部が往復運動を行う電磁アクチュエータと、上記出力部が直結され、当該出力部の往復運動に連動させて上記把持部のフィンガーを開閉させるリンク機構とを備える電動義手が記載されている。
特開２００１−１０４３４９号公報には、親指形状可変型義手が、そして特開平１０―２０１７８２号公報には、電動式義手の制御装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来から小型モータの回転連動を直線運動に変えてリンク機構によって複数の指を開閉することは知られている。指は支持部材によって支持され、支持部材は、手首部に連結された把持部あるいは手先具によって保持され、核手先具は人間の手首に相当する位置、すなわち手首部と手先具との連結部に人間と同様に、手先具、すなわち手先の向きを変えるための回転中心があった。このため、手首から先にある手先具および指のすべてを前述した手首に相当する位置で全体回転させなければならず、小型モータと言いながら、大きめのモータを必要とした。
本発明は、回動の回転半径の大きさを小さくすることによって小さな小型モータで充分に複数の指全体を回転することの出来る義手を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、手先具を指の付け根部分に相当する位置で回転させることによって前述した課題を解決した。
本発明は、具体的には互いに対向する複数の指と、指を回動自在に支持する支持部とを有し、核支持部と一体化された把持部に載置された駆動装置を有し、駆動装置の回転出力を前記指の開閉動作に変換する指開閉動作部（回転出力を平行運動に変換する変換装置を有し、かつ前記変換装置の平行運動を開閉動作に変換してもよい）とを有する義手において、前記駆動装置の上方もしくは上方部に位置して、支持部を回転自在に保持する保持部を有し、かつ前記手首部に保持されるようにした手先具を設け、核手先具に設けられた他の駆動装置を有し、核他の駆動装置の回転出力を前記支持部の回転運動に変換し、指と前記駆動装置とは前記保持部を中心として回動するようにした回動機構を有する義手を提供する。
更に、前記他の駆動装置によって回転するウォームギアと核ウォームギアに噛み合って回動し、前記手先具を回転させる回転用ギアとから前記回転機構を構成した義手を提供する。
更に、前記回転用ギアには回転角度を制限するストッパーが設けられる義手を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、実施例のである義手の全体概略構成を示す。図において、義手１００は、対向する指１１（第１指），１２（第２指）、指１１，１２を支持する支持体（材）１３、支持部（体）１３と一体化された把持部１４、手首部５に保持される手先具１５を有する。
指１１，１２は支持部１３にピボット１６，１７によって回転自在に支持される。手先具１５は、保持部４１を有し、支持部１３を回動可能に保持する。保持部４１によって把持部１４を保持するようにしても支持部１３の回転とすることができる。
把持部１４には駆動装置である小型のモータ２１が設けてあり、モータ２１の駆動軸には歯車群からなる減速装置２が設けてある。歯車群は、モータ２１の回転出力による回転する減速用ギア１（２２ａ）、これによって回転する減速用ギア２（２２ｂ）、減速用ギア３（２２ｃ）を有する。
手首部５には、図示しないが、回施用超音波モータと、核モータの出力である回転を減速する遊星歯車群が設けられ、義手１００全体が回転運動できるようになっており、この構成は周知の構成を採用し得る。要は、回旋用超音波モータの回転によって、遊星歯車を回転させ、遊星歯車の回転によって手先具１５を回旋させる。
【０００７】
図２は、図１の構造の中でリンク機構によって指１１，１２を開閉動作させるための指開閉動作機構１を示す。
指開閉動作機構１は、把握部１４（本図では支持部１３と一体として描いてある）上に、保持具３１に保持されたモータ２１、保持具３１の外側底部に設けた歯車群からなる減速装置２、減速された回転によって回転し、保持具３１内に軸受（図示せず）によって保持された棒ネジである送りネジ２３ａ、ナット部２３ｂ、リンク１（２４ａ）、リンク２（２４ｂ）を有する。尚、保持具３１と把持部１４とを一体的なものとし、把持部１４としてもよい。リンク２（２４ｂ）は、指１１，１２に、図示するように、指１１についてはピボット１６の上方部で、そして指１２についてはピボット１７の下方部でピボット２５ｂ，２５ｃで回転可能にして連結される。また、リンク２４ａは指１１に指１１の上方向突出部２０に設けたピボット２５ａによって回転可能にして指１１に連結される。
【０００８】
図３および図４において、モータ２１は指開閉用モータであり、回転により減速歯車２２ａ，２２ｂ，２２ｃが回転し、減速歯車２２ｃに連結された送りネジ２３ａが回転し、送りネジ２３ａの回転によってナット部２３ｂが上下動し、ナット部２３ｂに一体化されたスライダであるリンク１（２４ａ）が平行移動し、リンク２４ａの平行移動によってリンク作用により指１１，１２が開閉する。例えば、リンク１（２４ａ）が上に移動すると、接続部であるピボット２５ａが押し上げられ、指１１はピボット１６を回転中心として半時計回りに回転し、指先を開く。逆に、リンク１（２４ａ）が下に移動すると、ピボット２５ａが下に引っ張られるので指１１は時計回りに回転して指先を閉じる。
指１１と指１２とは、リンク２（２４ｂ）によって接続しているので、指１１の指先が開くときには、リンク２（２４ｂ）によってピボット２５ｃが引っ張られるので、指１２はピボット１７を回転中心として時計回りに回転し、指先を開く。逆に、指１１が指先を閉じるときには、リンク２（２４ｂ）によってピボット２５ｃが押し込まれるので、指１２はピボット１７の周りを半時計回りに回転し、指先を閉じる。
この例にあたっては、回転出力を平行運動に変換し、更に指の開閉動作に変換しているが、ギアの組み合せによって直接的に開閉動作に変換することも可能である。
【０００９】
図５は、指１１とモータ２１の回転機構を示す。回転機構３は、把握部１４（図１）に保持部４１（回転軸）によって接続される手先具１５、手先具１５に設けた第２の駆動装置であるモータ４２、モータ４２によって回転するウォームギア４３、これに噛み合う回転用ギア４４およびストッパー４５を有する。
モータ４２の回転出力によりウォームギア４３が回転し、ウォームギアの回転によって回転用ギア４４が保持部４１を回転中心として回転する。
回転用ギア４４は、保持部４１によって把持部１４に固定されているので、回転用ギア４４の回転に伴なって把持部１４は保持部４１を回転中心として回動する。この回動によって把持部１４は向きを変え、把持部１４の回動に伴なって支持部１３、指１１，１２は一体となって回動し、指先開閉方向が一体として変更される。この場合に重要なのは保持部４１の位置がモータ４２の上方に位置していることである。他の歯車を置いてモータ４２の上方部におくことができるが、上方であることは指１１，１２の根本部に近づくことでありより望ましい。
保持部４１をモータ４２の上方あるいは上方部に位置せしめることによって、指１１，１２の回転半径は小さなものとなる。そして、この場合、指１１，１２とモータ４２とが保持部４１を中心として上下の位置で回動することになる。
回転用ギア４４は、その外周がウォームギア４３と噛み合うギア部４６と切り欠き部４７とで構成される。この切り欠かれた部署にストッパー４５が配設される。これによって回転用ギア４４の回動は制限され、指１１，１２の回動は制限されることになる。
回転用ギア４４の回転は、ストッパー４５によって時計回りに４５度（第１の角度）、半時計回りに３０度（第２の角度）で止まるようになっている。第１の角度は第２の角度より大きく設定するのがよい。この結果、把持部１４の開閉方向は、指１１側に４５度、指１２側に３０度に変更することができる。上述の説明では把持部１４、指１１，１２の一体的回転を回転と称したが、回転範囲を制限的に用いる場合には「屈伸」と称してもよい。この場合、モータ４２は屈伸用モータであり、モータ４２の回転によりウォームギア４３が回転し、ウォームギア４３の回転により回転用ギアすなわち屈伸用ギア４４が回動し、保持部４１である屈伸軸を回転中心として指１１，１２が屈伸する。
【００１０】
前述した回動、すなわち屈伸の状況を図６を用いて説明する。図６は図２に示す構成と図５に示す構成とを一体化した状態を示す。図において、モータ２１は保持具３１あるいは把持部１４に固定され、モータ４２は手先具１５に固定して設けられて並設してあり、出力方向は図において上下方向で同一とされている。今、指１１，１２が実線で示す位置にあったとする。この状況で、モータ４２を駆動し、ウォームギア４３の回転により回転用モータ４４を回動させると、保持部４１を回転中心として把握部１４（保持具３１）が回動し、例えば時計方向に回動すれば点線で示す位置となる。これによって、指１１，１２は一体となって点線で示す第１の角度位置まで回動（屈伸）する。半時計方向に回動すれば鎖線で示す第２の角度位置設定となる。
【００１１】
従来例を図８に示し、本実施例を図７に模式的に示して回動状況の比較を示す。
図８に示すように、従来方向によれば人間の手首に相当する位置に指１１，１２の全体向きを変えるための回転中心Ｒ１があった。このため、手首から先の全体を回転させるための大きなモータが必要であった。これに対して、本実施例によれば、図７に示すように指１１，１２，把持部１４等は指の付け根部分に設けた回転中心Ｒ２で回転させることができるようになった。これによって小さなモータによって指１１，１２，把持部１４等を回動できるようになり、義手自体を小形化することが可能となった。
従来、指の開閉方向を変更可能な多自由度前腕義手は、短いものでも２３ｃｍ程度の長さであったのに対し、本実施例によれば約１７ｃｍにまで短縮することができた。この長さは、市販品の１自由度義手とほぼ同じ長さであり、手首離断を含め、ほぼすべての前腕切断者に適用可能な長さとすることができた。
これによって、例えばテーブルの上にあるテレビのリモコンをつかまえるために従来、手全体を大きく動かして指の向きを変えていたが、本実施例によれば義手の小さな屈伸でリモコンをつかまえることができる。
【００１２】
図９に制御方法を示す。図において、筋電とは、筋肉の活動電位であり、筋肉を収縮させたときに発生し、皮慮表面に接触させた電極により、簡単に測定できる。筋電義手とは、筋電によって操作可能な義手、一般的には、断端部に残った筋肉から発生する筋電を用いるが、それが困難な場合、背中などから測定した筋電を用いる場合もある。筋電操作型義手、筋電電動義手と呼ばれる場合もある。
【００１３】
以下、制御手順を示す。
【手順１】  前腕の断端部、あるいは、他の部位の皮膚表面に接触させた筋電電極により、２ｃｈの筋電信号を測定する。
【手順２】  測定した２ｃｈの筋電信号から、どの動作を意図して筋肉を動かしたのかを判定し、その判定結果から、義手の動作を決定する。
【手順３】  この動作判定には、（Ａ）閾値判定（Ｂ）パターン識別などが用いられる。（Ａ）閾値判定測定した筋電の強度が、あらかじめ設定された閾値を超えると、対応する動作が選択される。
例えば、屈筋側で測定された筋電の信号強度が閾値を超えると手先を閉じ、伸筋側が超えると、手先を開く。（Ｂ）パターン識別測定した２ｃｈの筋電の組み合わせパターンを、ニューラルネットワークや、論理回路などのパターン識別器によって識別し、義手の動作を決定する。
【手順４】  判定結果に基づき、多機能義手を動作させる。
【００１４】
以上、説明したところによれば、互いに対向する複数の指と、指を回転自在に支持する支持部とを有し、核支持部と一体化された把持部に載置された駆動装置を有し、駆動装置の回転出力を平行運動に変換する変換装置を有し、かつ前記変換装置の平行運動を前記指の開閉動作に変換する指開閉動作部とを有する義手において、２つの駆動装置を並行して設け、一方の駆動装置を指と共に回動自在にし、他方の駆動装置を手首部に回転可能にして設け、他方の回転駆動装置によって一方の駆動装置および指と共に、指の根元部付近を回転中心として回動させる義手が構成される。そして、２つの駆動装置は、手首部５の回旋用超音波モータよりも指１１，１２により近くに配置されていることが理解されよう。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、回動すなわち屈伸の回転半径の大きさを小さくすることによって小さな小型モータで充分に複数の指全体を回転することのできる義手を提供でき、また義手自体を小形化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である義手の全体概略構成図。
【図２】図１の一部構成図。
【図３】図２の一部について詳細を示す立面図。
【図４】図３の側面図。
【図５】図１の一部構成図。
【図６】図１および図５に示す構成を一体化した図。
【図７】本発明の特徴を示すための図。
【図８】従来の機能を示すための図。
【図９】制御を行うに当っての手順を示す図。
【符号の説明】
１…指開閉動作機構
２…減速装置
３…回転機構
５…手首部
１１，１２…指
１３…支持部（支持体）
１４…把持部
１５…手先具
１６，１７…ピボット
２１…モータ
２２ａ…減速用ギア１
２２ｂ…減速機用ギア２
２２ｃ…減速用ギア３
２４ａ…リンク１
２４ｂ…リンク２
３１…保持具
４１…保持部（回転軸）
４２…モータ
４３…ウォームギア
４４…回転用ギア
４５…ストッパー
１００…義手
【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】
0003893453.tif 000007
【図７】
0003893453.tif 000008
【図８】
0003893453.tif 000009
【図９】
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