(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を隔てた２つのリンク取付部の間を連結するパラレルリンク機構であって、
一端部が前記２つのリンク取付部の一方に固定された固定リンクと、
当該固定リンクの他端部を、他方の前記リンク取付部に任意の方向に角度可変に連結する固定リンク用継手と、
前記２つのリンク取付部の間に延びる伸縮自在の４つの伸縮リンクと、
当該４つの伸縮リンクの各々の両端部を前記２つのリンク取付部に任意の方向に角度可変にそれぞれ連結する伸縮リンク用継手と、
を備え、
前記４つの伸縮リンクは、前記一方のリンク取付部において、当該一方のリンク取付部とのそれぞれの連結部が一直線上に並ばないように配置され、かつ当該連結部を頂点とする四角形の内側に前記固定リンクの連結部が位置するように配置されているとともに、前記他方のリンク取付部において、当該他方のリンク取付部とのそれぞれの連結部を頂点とする四角形の外側に前記固定リンクの連結部が位置するように配置され、互いに隣り合う所定の２つの伸縮リンクは、前記一方のリンク取付部に向かって互いの間隔が漸減するように設けられ、当該所定の２つの伸縮リンク以外の２つの伸縮リンクの各々は、前記他方のリンク取付部に向かって、前記所定の２つの伸縮リンクのうちの互いに隣り合う１つの伸縮リンクとの間隔が漸減するように設けられていることを特徴とするパラレルリンク機構。
【請求項２】
前記４つの伸縮リンクの各々に設けられ、当該各伸縮リンクが伸縮する際、当該各伸縮リンクをその伸縮する向きの少なくとも一方と逆向きに付勢する付勢部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパラレルリンク機構。
【請求項３】
前記固定リンクは、前記２つのリンク取付部の間における衝撃の伝達を緩和するための緩衝部材を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のパラレルリンク機構。
【請求項４】
駆動源と、
当該駆動源からの駆動力の供給により、前記４つの伸縮リンクの各々を伸縮駆動するアクチュエータと、
前記駆動源から当該アクチュエータに供給される前記駆動力を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のパラレルリンク機構。
【請求項５】
前記アクチュエータは、電動式アクチュエータであり、
当該電動式アクチュエータは、前記伸縮リンクが外力により伸縮させられたときに発電するように構成され、
当該電動式アクチュエータが発電した回生電力を蓄える蓄電装置をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のパラレルリンク機構。
【請求項６】
請求項１に記載のパラレルリンク機構と、
当該パラレルリンク機構によって互いに連結された、前記２つのリンク取付部としての２つの肢体部材と、
を備えることを特徴とする人工関節装置。
【請求項７】
前記４つの伸縮リンクの各々に設けられ、当該各伸縮リンクが伸縮する際、当該各伸縮リンクをその伸縮する向きの少なくとも一方と逆向きに付勢する付勢部材をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の人工関節装置。
【請求項８】
前記固定リンクは、前記２つの肢体部材の間における衝撃の伝達を緩和するための緩衝部材を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の人工関節装置。
【請求項９】
駆動源と、
当該駆動源からの駆動力の供給により、前記４つの伸縮リンクの各々を伸縮駆動するアクチュエータと、
前記駆動源から当該アクチュエータに供給される前記駆動力を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の人工関節装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、電動式アクチュエータであり、
当該電動式アクチュエータは、前記伸縮リンクが外力により伸縮させられたときに発電するように構成され、
当該電動式アクチュエータが発電した回生電力を蓄える蓄電装置をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の人工関節装置。
【請求項１１】
当該人工関節装置は、義足および義手の少なくとも一方に用いられ、
当該義足および義手の少なくとも一方を動作させようとする使用者の動作意志を検出する動作意志検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、当該検出された動作意志に応じて、前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の人工関節装置。
【請求項１２】
互いに間隔を隔てた２つの肢体部材と、当該２つの肢体部材の間を連結するパラレルリンク機構とを備えるとともに、母指に用いられる人工関節装置であって、
前記パラレルリンク機構は、
前記２つの肢体部材の間に延びる伸縮自在の少なくとも３つの伸縮リンクと、
当該少なくとも３つの伸縮リンクの両端部を前記２つの肢体部材に任意の方向に角度可変にそれぞれ連結する複数の伸縮リンク用継手と、を有し、
駆動源と、
当該駆動源からの駆動力の供給により、前記少なくとも３つの伸縮リンクの各々を伸縮駆動するアクチュエータと、
前記駆動源から当該アクチュエータに供給される前記駆動力を制御する制御手段と、
をさらに備え、
当該制御手段は、前記２つの肢体部材の間隔を一定に保持するように、前記アクチュエータに供給される前記駆動力を制御することを特徴とする人工関節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、義肢やロボットの手足などの人工肢体に適用される人工関節装置およびパラレルリンク機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の人工関節装置として、例えば特開平１１−３４５号公報に記載されたものが知られている。この人工関節装置は、義足の足部と脚部との間を連結する足首関節に適用されたものであり、義足の足部の上端部には、これを左右方向に貫通する孔が形成されている。また、義足の脚部の下端部は、二股に分岐した２つのアームを有するブラケットになっており、ブラケットの２つのアームにはそれぞれ、上記足部の孔に対応する位置に孔が形成されている。この人工関節装置では、ブラケットの孔と足部の孔とが互いに位置合わせされた状態で、これらの孔に軸が嵌合しており、これにより、足部と脚部は、互いに水平軸線回りに前後方向にのみ回動自在に構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の人工関節装置によれば、脚部と足部が互いに水平軸線回りに前後方向にのみ回動する構造であるため、義足の着用者が、歩行中、左右方向に曲がろうとすると、足首関節部分におけるねじり動作ができないことで、この曲がり動作が難しいという問題がある。また、このようなねじり動作を可能な人工関節装置として、ロボットの手足の関節部分などに用いられる、３自由度以上の自由度を有するシリアルリンク機構と電気モータとを組み合わせたものが知られている。しかし、この種の人工関節装置では、シリアルリンク機構における３自由度以上の自由度を確保すると同時に、ロボットの部品重量を支持するために、３つ以上の電動モータが必要となる。そのため、電源や装置全体が大型化し、製造コストが上昇するとともに、大型化および電源の必要性などの点から義肢への適用が難しいという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ねじり動作が可能な義肢などを、駆動源を用いることなく実現することができるとともに、駆動源を用いた場合には、小型化および低コスト化をいずれも達成できる人工関節装置、およびそのような人工関節装置を実現できるパラレルリンク機構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】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、互いに間隔を隔てた２つのリンク取付部（足部３、装着板４ａ）の間を連結するパラレルリンク機構１０であって、一端部が２つのリンク取付部の一方（装着板４ａ）に固定された固定リンク１１と、固定リンク１１の他端部を、他方のリンク取付部（足部３）に任意の方向に角度可変に連結する固定リンク用継手（ボールジョイント１２）と、２つのリンク取付部の間に延びる伸縮自在の４つの伸縮リンク１３と、４つの伸縮リンク１３の各々の両端部を２つのリンク取付部に任意の方向に角度可変にそれぞれ連結する伸縮リンク用継手（上下のボールジョイント１４ａ，１４ｂ）と、を備え、４つの伸縮リンクは、一方のリンク取付部（装着板４ａ）において、一方のリンク取付部とのそれぞれの連結部が一直線上に並ばないように配置され、かつ連結部を頂点とする四角形の内側に固定リンク１１の連結部が位置するように配置されているとともに、他方のリンク取付部（足部３）において、他方のリンク取付部とのそれぞれの連結部を頂点とする四角形の外側に固定リンク１１の連結部が位置するように配置され、互いに隣り合う所定の２つの伸縮リンク１３は、一方のリンク取付部（装着板４ａ）に向かって互いの間隔が漸減するように設けられ、所定の２つの伸縮リンク１３以外の２つの伸縮リンク１３の各々は、他方のリンク取付部（足部３）に向かって、所定の２つの伸縮リンク１３のうちの互いに隣り合う１つの伸縮リンク１３との間隔が漸減するように設けられていることを特徴とする。
【０００６】
このパラレルリンク機構によれば、固定リンクの一端部が２つのリンク取付部の一方に固定されているので、この固定リンクを堅固なものとすることにより、２つのリンク取付部の少なくとも一方に作用する圧縮荷重または引張荷重の大部分を、固定リンクで支えることが可能になる。これに加えて、複数の伸縮リンクの両端部が、伸縮リンク用継手を介して２つのリンク取付部に任意の方向に角度可変にそれぞれ連結されているので、伸縮リンクに対して、曲げ応力が作用することなく、圧縮荷重および／または引張荷重のみが作用する。これにより、伸縮リンクを、強度または剛性の比較的低いものとして構成でき、パラレルリンク機構の軽量化を達成することができる。また、固定リンクの他端部および伸縮リンクの両端部がそれぞれ、固定リンク用継手および伸縮リンク用継手を介して、リンク取付部に任意の方向に角度可変に連結されているので、２つのリンク取付部間のねじり動作が可能になるなど、両者の相対的な動作角度において、極めて高い自由度を確保することができる。さらに、２つのリンク取付部が、４つの伸縮リンクおよび固定リンクを介して互いに連結されているので、例えばアクチュエータなどで各伸縮リンクを伸縮駆動した場合、２つのリンク取付部を、相対的に逆回転する向きにねじるように駆動することが可能になる。これに加えて、４つの伸縮リンクは、２つのリンク取付部の一方において、一方のリンク取付部とのそれぞれの連結部が一直線上に並ばないように配置され、かつ連結部を頂点とする四角形の内側に固定リンクの連結部が位置するように配置されているので、２つのリンク取付部を相対的に逆回転する向きにねじり駆動可能なパラレルリンク機構を、コンパクト化することができると同時に、そのようなねじり動作などに必要な駆動力を低減することができ、動作効率を向上させることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のパラレルリンク機構１０において、４つの伸縮リンク１３の各々に設けられ、各伸縮リンク１３が伸縮する際、各伸縮リンク１３をその伸縮する向きの少なくとも一方と逆向きに付勢する付勢部材（コイルばね１３ｃ）をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
このパラレルリンク機構によれば、付勢部材により、各伸縮リンクがその伸びる向きおよび／または縮む向きと逆向きに付勢されるので、この付勢力により、伸縮リンクを介して２つのリンク取付部間で衝撃が伝達するのを、緩和することができる。さらに、付勢手段の付勢力は、伸縮リンクの伸縮量が大きいほど、より増大するので、リンク取付部が必要以上に動かないように、その可動範囲を適切なものに制限することができる。それにより、例えば、リンク取付部を曲面や立体などに沿って動かした場合でも、がたつきなどを生じることがなく、良好な追従性を確保することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のパラレルリンク機構１０において、固定リンク１１は、２つのリンク取付部の間における衝撃の伝達を緩和するための緩衝部材（コイルばね１１ｃ）を備えることを特徴とする。
【００１０】
このパラレルリンク機構によれば、緩衝部材により、固定リンクを介して２つのリンク取付部間で衝撃が伝達するのを、緩和することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のパラレルリンク機構１０において、駆動源（電源２２）と、駆動源からの駆動力の供給により、少なくとも３つの伸縮リンク１３の各々を伸縮駆動するアクチュエータ（電動人工筋肉１３ｄ）と、駆動源からアクチュエータに供給される駆動力を制御する制御手段（コントローラ２１）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
このパラレルリンク機構によれば、制御手段により、アクチュエータを介して、４つの伸縮リンクの各々の伸縮を制御することができるので、上述したように、２つのリンク取付部を、相対的に逆回転方向にねじるように駆動制御することができ、そのような動作が必要なロボットや産業機械などに適用することができる。また、前述したように、固定リンクを堅固なものとした場合には、２つのリンク取付部の少なくとも一方に作用する圧縮荷重および引張荷重の大部分を、固定リンクで支えられるので、その分、伸縮リンクを駆動するアクチュエータの駆動力を低減でき、消費エネルギを低減することができる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のパラレルリンク機構１０において、アクチュエータは、電動式アクチュエータ（電動人工筋肉１３ｄ）であり、電動式アクチュエータは、伸縮リンク１３が外力により伸縮させられたときに発電するように構成され、電動式アクチュエータが発電した回生電力を蓄える蓄電装置（キャパシタ２３）をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
このパラレルリンク機構によれば、伸縮リンクが外力により伸縮させられたときに、電動式アクチュエータによる電力回生を行うことができるので、この回生電力を電動式アクチュエータの駆動用電力として利用することが可能になり、そのようにした場合には、電源の小型化と、ランニングコストの低減とを両立させることができ、製造コストを削減することができる。
【００１９】
請求項６に係る人工関節装置２は、請求項１に記載のパラレルリンク機構１０と、パラレルリンク機構１０によって連結された、２つのリンク取付部としての２つの肢体部材（足部３、装着板４ａ）と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
この人工関節装置によれば、請求項１に記載のパラレルリンク機構によって、２つの肢体部材が連結されているので、請求項１のパラレルリンク機構による作用効果を同様に得ることができる。すなわち、２つの肢体部材間のねじり動作が可能になるなど、２つの肢体部材間の相対的な動作角度の自由度を、従来の義足の人工関節装置では不可能であった、生体関節と同様の程度にまで高めることができる。また、そのような人工関節装置を、従来のロボットなどに用いられるシリアルリンク機構タイプの人工関節装置と異なり、電源や電動モータなどを用いることなく、より簡易かつ安価なパラレルリンク機構によって実現することができる。さらに、例えばアクチュエータなどで各伸縮リンクを伸縮駆動した場合、２つの肢体部材を、相対的に逆回転方向にねじるように駆動することが可能になり、そのような自動制御式の人工関節装置を実現することが可能になる。これに加えて、４つの伸縮リンクは、２つの肢体部材の一方において、一方の肢体部材とのそれぞれの連結部が一直線上に並ばないように配置され、かつ連結部を頂点とする四角形の内側に固定リンクの連結部が位置するように配置されているので、２つの肢体部材を相対的に逆回転する向きにねじり駆動可能な自動制御式の人工関節装置を、コンパクト化することができると同時に、そのようなねじり動作などに必要な駆動力を低減することができ、動作効率を向上させることができる。
【００２３】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の人工関節装置２において、４つの伸縮リンク１３の各々に設けられ、各伸縮リンク１３が伸縮する際、各伸縮リンク１３をその伸縮する向きの少なくとも一方と逆向きに付勢する付勢部材（コイルばね１３ｃ）をさらに備えることを特徴とする。
【００２４】
この人工関節装置によれば、請求項２のパラレルリンク機構による作用効果を同様に得ることができる。すなわち、伸縮リンクを介して２つの肢体部材間で衝撃が伝達するのを、緩和することができる。したがって、例えば、この人工関節装置を義足の足首関節に適用した場合、付勢部材により、義足を床や路面など（以下、単に「床」という）につく際の衝撃が、伸縮リンクを介して生体側に伝達するのを緩和することができ、義足使用者の負担を軽減することができる。これに加えて、例えば、伸縮リンクが縮む際に、その逆向きに付勢する付勢手段を用いれば、歩行中、義足を床からあげる際、床を蹴るように作用する付勢力が得られることで、歩行中の生体側の床を蹴る力を低減できる。それにより、義足使用者の負担をさらに軽減することができるとともに、歩行動作をより一層、円滑に行うことができる。さらに、歩行中、足首角度の路面への追従性と、適切な足首関節の保持力とを要求されるような場合、例えば斜面を歩行するような場合でも、そのような追従性および保持力を、付勢手段の付勢力により確保することができる。
【００２５】
請求項８に係る発明は、請求項６または７に記載の人工関節装置２において、固定リンク１１は、２つの肢体部材の間における衝撃の伝達を緩和するための緩衝部材（コイルばね１１ｃ）を備えることを特徴とする。
【００２６】
この人工関節装置によれば、請求項３のパラレルリンク機構による作用効果を同様に得ることができる。すなわち、固定リンクを介して２つの肢体部材間で衝撃が伝達するのを、緩和することができる。したがって、例えば、この人工関節装置を義足に適用した場合、義足を床につく際の衝撃が、固定リンクを介して生体側に伝達するのを緩和することができ、義足使用者の負担をさらに軽減することができる。
【００３１】
請求項９に係る発明は、請求項６ないし８のいずれかに記載の人工関節装置２において、駆動源（電源２２）と、駆動源からの駆動力の供給により、少なくとも３つの伸縮リンク１３の各々を伸縮駆動するアクチュエータ（電動人工筋肉１３ｄ）と、駆動源からアクチュエータに供給される駆動力を制御する制御手段（コントローラ２１）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００３２】
この人工関節装置によれば、請求項４のパラレルリンク機構の作用効果を同様に得ることができる。すなわち、２つの肢体部材を、相対的に逆回転方向にねじるように駆動制御することができる。したがって、例えば、この人工関節装置を義足の足首関節に適用した場合、足首におけるねじり動作を行うことができ、歩行中の曲がり動作を円滑に行うことができるとともに、そのような自動制御式の義足を実現することができる。また、義足の母指球関節に適用した場合、歩行中の曲がり動作をより一層、円滑に行うことができる。その結果、自動制御式の義足の動きを、生体の足の動きに近づけることができる。以上に加えて、前述したように、固定リンクを堅固なものとすることで、体重に起因する荷重をこれで支えることができ、その分、アクチュエータの駆動力を低減でき、自動制御式の義足の消費エネルギを低減することができる。また、義手の手首関節または母指球関節に適用した場合にも、自動制御式の義手を実現することができ、そのような義手の動きを生体の手の動きに近づけることができるとともに、消費エネルギを低減することができる。これに加えて、この人工関節装置をロボットの手足に適用した場合にも、以上と同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の人工関節装置２において、アクチュエータは、電動式アクチュエータ（電動人工筋肉１３ｄ）であり、電動式アクチュエータは、伸縮リンク１３が外力により伸縮させられたときに発電するように構成され、電動式アクチュエータが発電した回生電力を蓄える蓄電装置（キャパシタ２３）をさらに備えることを特徴とする。
【００３４】
この人工関節装置によれば、パラレルリンク機構において、請求項５のパラレルリンク機構の作用効果を同様に得ることができる。したがって、この人工関節装置を自動制御式の義肢またはロボットの手足に適用した場合、電源の小型化と、ランニングコストの低減とをいずれも達成することができ、コストを削減することができる。
【００３５】
請求項１１に係る発明は、請求項９または１０に記載の人工関節装置２において、人工関節装置２は、義足１および義手４０の少なくとも一方に用いられ、義足１および義手４０の少なくとも一方を動作させようとする使用者７の動作意志を検出する動作意志検出手段（インプラントチップ２４）をさらに備え、制御手段（コントローラ２１）は、検出された動作意志に応じて、アクチュエータ（電動人工筋肉１３ｄ）を制御することを特徴とする。
【００３６】
この人工関節装置によれば、動作意志検出手段により、義足および／または義手を使用する使用者の動作意志が検出され、制御手段により、この検出された動作意志に応じてアクチュエータが制御される。一般に、生体の関節、特に手足の関節の動きは複雑であり、そのような動きをアクチュエータ式のパラレルリンク機構で模擬的に実現しようとすると、使用者の脳からの指令などでパラレルリンク機構を直接的に制御するのは無理であり、そのため、使用者の脳、神経および筋肉の動きなどから動作意志を検出し、それに応じてパラレルリンク機構を制御する制御装置が必要になる。したがって、この人工関節装置によれば、自動制御式の義足および／または義手の動きを、使用者がイメージした動きに同調させることができ、利便性を向上させることができる。
【００３７】
請求項１２に係る発明は、互いに間隔を隔てた２つの肢体部材（足部３、手部９、母指部材１６ｂ）と、２つの肢体部材の間を連結するパラレルリンク機構１５と、を備えるとともに、母指に用いられる人工関節装置２Ａ，２Ｃであって、パラレルリンク機構１５は、２つの肢体部材（足部３、手部９、母指部材１６ｂ）の間に延びる伸縮自在の少なくとも３つの伸縮リンク１７と、少なくとも３つの伸縮リンク１７の両端部を２つの肢体部材に任意の方向に角度可変にそれぞれ連結する複数の伸縮リンク用継手（ボールジョイント１８）と、を有し、駆動源（電源２２）と、駆動源からの駆動力の供給により、少なくとも３つの伸縮リンクの各々を伸縮駆動するアクチュエータ（電動人工筋肉１７ｄ）と、駆動源からアクチュエータに供給される駆動力を制御する制御手段（コントローラ２１）と、をさらに備え、制御手段（コントローラ２１）は、２つの肢体部材（足部３、母指部材１６ｂ）の間隔を一定に保持するように、アクチュエータ（電動人工筋肉１７ｄ）に供給される駆動力を制御することを特徴とする。
【００３８】
この人工関節装置によれば、２つの肢体部材がパラレルリンク機構により連結されるので、２つの肢体部材間のねじり動作が可能になるなど、２つの肢体部材間の相対的な動作角度の自由度を、従来の義足の人工関節装置では不可能であった、生体関節と同様の程度にまで高めることができる。さらに、少なくとも３つの伸縮リンクの各々の両端部が、伸縮リンク用継手を介して２つの肢体部材に任意の方向に角度可変にそれぞれ連結されているので、母指球関節における高い自由度を達成することができる。これに加えて、制御手段により、伸縮リンクを伸縮駆動するアクチュエータの動作が制御されるので、自動制御式の母指球関節装置を実現することができる。したがって、この人工関節装置を義足の母指球関節に適用した場合には、歩行中の曲がり動作を行う上で重要な役割を果たす母指の動きを、生体の母指の動きに近づけることができ、それにより、自動制御式の義足による曲がり動作などの歩行動作を、生体の足の動作に近づけることができ、歩行動作を円滑に行うことができる。また、人工関節装置を義手の母指球関節に適用した場合には、自動制御式の義手の動きの自由度を、生体の手に近づけることができる。さらに、人工関節装置をロボットの手足の関節に適用した場合にも、以上と同様の作用効果を得ることができる。これに加えて、母指の長さを変化させることなく、母指関節の曲げ動作を行うことができ、部品点数を増やすことなく、自動制御式の義肢の母指の動きを、生体の手により一層、近づけることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る人工関節装置について説明する。この第１実施形態は、本発明のパラレルリンク機構を含む人工関節装置を義足の足首関節に適用した例であり、図１は、人工関節装置２およびこの人工関節装置２を適用した義足１の概略構成を示している。なお、以下の説明においては、義足を使用する使用者自身を基準とした場合の左右側および前後側を、そのまま左右側および前後側という（すなわち、図１における左右側を前後側、同図面の手前側・奥側を左右側という）。
【００４６】
同図に示すように、この義足１は、生体の膝下脚部に装着するタイプのもので、右足用のものであり、足部３および脚装着部４と、これらをパラレルリンク機構１０で連結した人工関節装置２と、カバー５などを備えている。この義足１では、カバー５により人工関節装置２などが全体的に覆われており、生体の脚部とほぼ同様の外観を有している。
【００４７】
足部３（リンク取付部、肢体部材）は、生体の足と同様の形状で、平らな上端面を有している。また、脚装着部４は、平らな装着板４ａおよび同化材４ｂを備えている。この装着板４ａ（リンク取付部、肢体部材）は、義足１を図示しない生体の膝下脚部に取り付ける際、生体の膝下脚部との間に同化材４ｂが介在した状態で、図示しない装着具を介して生体の膝下脚部に連結される。この同化材４ｂは、例えば多孔質シリコンで構成されており、上記連結の際、膝下脚部になじむように変形し、膝下脚部と装着板４ａを、両者が直接当たらない状態で一体化させる。これにより、義足１の使用中、義足１との連結部分における使用者の違和感および不快感を軽減でき、装着感を高めることができる。
【００４８】
また、パラレルリンク機構１０は、１本の固定リンク１１および４本の伸縮リンク１３などを備えている。固定リンク１１は、その上端部が装着板４ａに固定されており、下端部が、ボールジョイント１２（固定リンク用継手）を介して足部３に連結されている。これにより、固定リンク１１は、足部３に対して任意の方向に回動自在に設けられている。すなわち、固定リンク１１は、少なくとも３自由度を有している。
【００４９】
さらに、４つの伸縮リンク１３の各々は、その上端部が上ボールジョイント１４ａ（伸縮リンク用継手）を介して装着板４ａに連結されており、下端部も下ボールジョイント１４ｂ（伸縮リンク用継手）を介して足部３に連結されている。４つの伸縮リンク１３は、隣り合う各２つの伸縮リンク１３，１３の互いの間隔が上下の一方に向かって漸減するように設けられている。具体的には、前側の左右の伸縮リンク１３，１３は、互いの間隔が上側に向かって漸減するように設けられ、両者の上端の上ボールジョイント１４ａ，１４ａは、装着板４ａの下面における互いに近接した位置に配置されている。また、前後に並ぶ２つの伸縮リンク１３，１３は、互いの間隔が下側に向かって漸減するように設けられ、両者の下端の下ボールジョイント１４ｂ，１４ｂも、足部３の平らな上端面における互いに近接した位置に配置されている。
【００５０】
また、図２に示すように、４つの伸縮リンク１３の上端部と装着板４ａとを連結する４つの上ボールジョイント１４ａは、装着板４ａの下面において、一直線上に並ばないように配置され、かつ各上ボールジョイント１４ａを頂点とする４角形の内側に、固定リンク１１の装着板４ａとの連結部が位置するように配置されている。
【００５１】
さらに、各伸縮リンク１３は、互いに嵌合する上下のシリンダ１３ａ，１３ｂと、これらのシリンダ１３ａ，１３ｂ内に収容されたコイルばね１３ｃとを備えている。下シリンダ１３ｂは、上シリンダ１３ａよりも小径で、上シリンダ１３ａの内孔に嵌合している。これにより、両シリンダ１３ａ，１３ｂは互いに相対的に軸線方向にスライド自在になっているとともに、そのスライドにより、伸縮リンク１３が軸線方向に伸縮する。
【００５２】
また、上シリンダ１３ａの上端は図示しない蓋部により閉塞されており、この蓋部には、コイルばね１３ｃの上端部が取り付けられている。さらに、下シリンダ１３ｂの下端も図示しない底部により閉塞されており、この底部には、コイルばね１３ｃの下端部が取り付けられている。以上の構成により、コイルばね１３ｃ（付勢部材）は、伸縮リンク１３が所定の基準長さよりも伸びたときには、それに伴って引っ張られることにより、伸縮リンク１３をその縮む向きに付勢する。一方、伸縮リンク１３が所定の基準長さよりも縮んだときには、それに伴って圧縮されることにより、伸縮リンク１３をその伸びる向きに付勢する。
【００５３】
以上のように構成された義足１の動作について、図３〜図７を参照しながら説明する。なお、これらの図３〜図７に示す義足１では、靴６が足部３に装着されているとともに、理解の容易化のために、カバー５および同化材４ｂが省略されている。さらに、図４〜図７の義足１では、義足１を装着した生体の膝下脚部が省略されている。
【００５４】
まず、義足１が生体の膝下脚部に装着されていない状態では、義足１は、図３（ａ），（ｂ）および図４に示すように、各伸縮リンク１３のコイルばね１３ｃの付勢力により、ほぼ直立した状態に保持される。図４に示すように、前側の伸縮リンク１３が下ボールジョイント１４ｂを中心として自由に回動すると仮定した場合、その上端の上ボールジョイント１４ａの中心は、破線で示す円弧を描きながら移動することになるけれども、実際には、実線で示す円弧、すなわち固定リンク１１の下端のボールジョイント１２を中心とする円弧上を移動することになる。したがって、前側の伸縮リンク１３は、義足１が図４に示す位置から前方に傾いたときには圧縮され、後方に傾いたときには伸張される。その際、伸縮リンク１３の上下端部が、上下のボールジョイント１４ａ，１４ｂを介して、装着板４ａおよび足部３にそれぞれ連結されているので、前側の伸縮リンク１３に対して、曲げ応力が作用することなく、圧縮荷重および／または引張荷重のみが作用する。
【００５５】
また、後ろ側の伸縮リンク１３も、前側の伸縮リンク１３と同様に、これが下ボールジョイント１４ｂを中心として自由に回動すると仮定した場合、その上端の上ボールジョイント１４ａの中心は、破線で示す円弧を描きながら移動することになるけれども、実際には、実線で示す円弧、すなわち固定リンク１１の下端のボールジョイント１２を中心とする円弧上を移動することになる。したがって、後ろ側の伸縮リンク１３も、義足１が図４に示す位置から前方に傾いたときには圧縮され、後方に傾いたときには伸張される。その際、上述した理由により、後ろ側の伸縮リンク１３に対して、曲げ応力が作用することなく、圧縮荷重および／または引張荷重のみが作用する。
【００５６】
したがって、図５（ａ）に示すように、義足１を生体の膝下脚部に装着した使用者が、歩行中、膝下脚部を前方に傾けたときには、上述したように、４つの伸縮リンク１３がいずれも圧縮される。その際、４つの伸縮リンク１３の下ボールジョイント１４ｂはいずれも、固定リンク１１のボールジョイント１２よりも前側に配置されているので、４つのコイルばね１３ｃの付勢力は、固定リンク１１のボールジョイント１２を回動中心として、足部３を床側に回動させるように作用し、その反力が生体の膝下脚部を斜め前上がりの向きに押すように作用する。その結果、義足１で床を蹴る動作が促進されることで、歩行動作をより軽快かつ円滑に行うことができる。
【００５７】
一方、図５（ｂ）に示すように、歩行中、膝下脚部を後方に傾けたときには、前述したように、４つの伸縮リンク１３がいずれも伸張される。その際、上述した４つの伸縮リンク１３の下ボールジョイント１４ｂの配置により、４つのコイルばね１３ｃの付勢力は、固定リンク１１のボールジョイント１２を回動中心として、固定リンク１１を前方に回動させるように作用する。その結果、膝を前方に運ぶ動作が促進されることで、歩行動作をより軽快かつ円滑に行うことができる。
【００５８】
また、膝下脚部を左方に傾けたときには、図６（ａ）に示すように、左側の２つの伸縮リンク１３がいずれも圧縮されると同時に、右側の２つの伸縮リンク１３がいずれも伸張される。これは、前述したように、各伸縮リンク１３の上ボールジョイント１４ａの中心が、固定リンク１１の下端のボールジョイント１２を中心とする円弧上を移動することによる。その際、４つの伸縮リンク１３のコイルばね１３ｃの付勢力は、固定リンク１１のボールジョイント１２を回動中心として、固定リンク１１を右方に回動させるように作用する。すなわち、固定リンク１１を図３に示す状態に復帰させるように作用する。
【００５９】
上記とは逆に、膝下脚部を右方に傾けたときには、図６（ｂ）に示すように、右側の２つの伸縮リンク１３がいずれも圧縮されると同時に、左側の２つの伸縮リンク１３がいずれも伸張される。その際、４つの伸縮リンク１３のコイルばね１３ｃの付勢力は、固定リンク１１のボールジョイント１２を回動中心として、固定リンク１１を左方に回動させるように作用する。すなわち、固定リンク１１を図３に示す状態に復帰させるように作用する。
【００６０】
さらに、図７（ａ），（ｂ）に示すように、左側に曲がるために、膝下脚部を左方に傾けながら足部３に対してねじったときには、４つの伸縮リンク１３のコイルばね１３ｃの付勢力は、固定リンク１１を右方にねじりながら図３に示す状態に復帰させるように作用する。
【００６１】
以上のパラレルリンク機構１０によれば、固定リンク１１の上端部が装着板４ａに固定されているので、この固定リンク１１を堅固なものとすることにより、装着板４ａに作用する使用者の体重または足部３が床から受ける反力の大部分を、固定リンク１１で支えることが可能になる。これに加えて、４つの伸縮リンク１３の上下端部が、ボールジョイント１４ａ，１４ｂを介して足部３および装着板４ａに任意の方向に角度可変にそれぞれ連結されているので、伸縮リンク１３に対して、曲げ応力が作用することなく、圧縮荷重および／または引張荷重のみが作用する。これにより、伸縮リンク１３を、強度または剛性の比較的低いものとして構成でき、パラレルリンク機構１０の軽量化を達成することができる。また、固定リンク１１の下端部も、ボールジョイント１２を介して、足部３に任意の方向に角度可変に連結されているので、足首関節でのねじり動作が可能になるなど、生体の膝下脚部と足部３ｂとの相対的な動作角度において、極めて高い自由度を確保することができる。
【００６２】
また、このパラレルリンク機構１０によれば、コイルばね１３ｃにより、各伸縮リンク１３がその伸び方向または縮み方向と逆方向に付勢されるので、この付勢力により、伸縮リンク１３を介して生体側に衝撃が伝達するのを、緩和することができる。さらに、前述したように、コイルばね１３の付勢力により、歩行中、膝下脚部を前方に傾けたときには、足部３で床を蹴る動作が促進され、膝下脚部を後方に傾けたときには、膝を前方に運ぶ動作が促進されるので、歩行動作をより軽快かつ円滑に行うことができる。さらに、歩行中、足首角度の路面への追従性と、適切な足首関節の保持力とを要求されるような場合、例えば斜面を歩行するような場合でも、そのような追従性および保持力を、コイルばね１３の付勢力により確保することができる。
【００６３】
したがって、以上のようなパラレルリンク機構１０を用いた人工関節装置２によれば、足首関節における動作角度の自由度を、従来の義足の人工関節装置では不可能であった、生体関節と同様の程度まで高めることができ、曲がり動作などを円滑に行うことができる。これに加えて、そのような人工関節装置２を、従来のロボットなどに用いられるシリアルリンク機構タイプの人工関節装置と異なり、電源や電動モータなどを用いることなく、より簡易、安価かつ軽量で小型のパラレルリンク機構１０によって実現することができる。
【００６４】
なお、この第１実施形態は、パラレルリンク機構１０の固定リンク１１の下端部および伸縮リンク１３の上下端部をいずれも、ボールジョイント１２，１４ａ，１４ｂを介して連結した例であるが、リンク１１，１３を連結するための継手はこれに限らず、リンク１１，１３を足部３および装着板４ａに任意の方向に角度可変に連結するもの、すなわち少なくとも３自由度を有するものであればよい。例えばユニバーサルジョイントなどの球面運動可能な継手を用いてもよい。また、第１実施形態は、伸縮リンク１３が伸縮する際、これを伸縮する向きと逆向きに付勢する付勢手段として、コイルばね１３ｃを用いた例であるが、付勢手段はこれに限らず、伸縮リンク１３を伸縮する向きの少なくとも一方と逆向きに付勢するものであればよい。例えば、付勢手段として、空気ばねなどの流体ばねを用いてもよい。また、伸縮リンク１３の数は、第１実施形態の４つに限らず、複数であればよい。
【００６５】
次に、図８を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る人工関節装置２について説明する。なお、以下の説明では、前述した第１実施形態と同様の構成要素については、同一の参照番号を付し、その説明は適宜、省略するものとする。同図に示すように、本実施形態の人工関節装置２は、第１実施形態の人工関節装置２と比較して、固定リンク１１のみが異なっている。
【００６６】
すなわち、この固定リンク１１は、伸縮可能なものであり、シリンダ１１ａ、ロッド１１ｂおよびコイルばね１１ｃ（緩衝部材）などを備えている。このシリンダ１１ａはその上端部が装着板４ａに固定され、その下端が開放されている。また、ロッド１１ｂは、シリンダ１１ａの内孔に嵌合し、これに対して移動自在であるとともに、下端部がボールジョイント１２を介して足部３に連結されている。
【００６７】
また、ロッド１１ｂのボールジョイント１２との連結部よりも上側の部位には、フランジ１１ｄが形成されており、コイルばね１１ｃは、ロッド１１ｂに巻かれた状態で、このフランジ１１ｄとシリンダ１１ａとの間に配置され、両者の間隔を広げる向きに、ロッド１１ｂおよびシリンダ１１ａを付勢している。
【００６８】
以上の構成により、この人工関節装置２によれば、歩行中、義足１を床につくときに、コイルばね１１ｃの付勢力により、床からの反力を原因とする衝撃が固定リンク１１を介して生体側に伝達するのを、緩和することができる。また、そのような人工関節装置２を備えた義足１の使用者の負担を、軽減することができ、使用感をさらに向上させることができる。
【００６９】
なお、この第２実施形態は、衝撃が固定リンク１１を介して生体側に伝達するのを緩和する緩衝部材として、コイルばね１１ｃを用いた例であるが、緩衝部材はこれに限らず、緩衝性を備えたものであればよい。例えば、空気ばねなどの流体ばねや合成ゴムなどを用いてもよい。
【００７０】
次に、図９〜１１を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る人工関節装置について説明する。本実施形態の人工関節装置は、電気制御式の義足の足首関節用および母指球関節用の人工関節装置に適用された例である。まず、足首関節用の人工関節装置２について説明すると、この人工関節装置２は、第１実施形態の人工関節装置２と比べて、伸縮リンク１３が電動式のものである点と、これを駆動制御するための制御装置２０を備えている点とが異なっている。
【００７１】
すなわち、図１０，１１に示すように、伸縮リンク１３は、２つのシリンダ１３ａ，１３ｂ内に収容された電動人工筋肉１３ｄを備えている。この電動人工筋肉１３ｄ（アクチュエータ）は、例えばポリアクリルニトリルを用いた高分子アクチュエータで構成されており、入力信号に応じて伸縮し、それにより、伸縮リンク１３が伸縮する。また、電動人工筋肉１３ｄは、加圧されると発電する、電力回生可能なタイプのものである。
【００７２】
また、制御装置２０は、コントローラ２１（制御手段）、電源２２（駆動源）およびキャパシタ２３（蓄電装置）などを備えている。上記電動人工筋肉１３ｄは、コントローラ２１を介して、電源２２およびキャパシタ２３に接続されている。この電源２２は、例えば燃料電池で構成されている。また、コントローラ２１には、インプラントチップ２４（動作意志検出手段）および関節位置センサ２５などが接続されている。
【００７３】
このインプラントチップ２４は、義足１の使用者７の脳８に埋め込まれており、脳８の指令、すなわち義足１を動作させようとする使用者７の動作意志を示す指令を検出し、その検出信号をコントローラ２１に出力する。さらに、関節位置センサ２５は、各電動人工筋肉１３ｄの角度位置を検出し、その検出信号をコントローラ２１に出力する。
【００７４】
コントローラ２１は、マイクロコンピュータで構成され、インプラントチップ２４および関節位置センサ２５からの検出信号に応じて、電源２２またはキャパシタ２３からの電動人工筋肉１３ｄへの電力供給を制御する（図１１（ａ）参照）。これに加えて、加圧により、電動人工筋肉１３ｄが電力を発生しているときには、その回生電力をキャパシタ２３に充電するとともに、その回生電力量を制御する（図１１（ｂ）参照）。
【００７５】
次に、母指球関節用の人工関節装置２Ａについて説明する。この人工関節装置２Ａは、足部３、母指部１６およびパラレルリンク機構１５などで構成されており、このパラレルリンク機構１５は、３つの伸縮リンク１７および可動リンク１９を備えている。
【００７６】
母指部１６は、２つの母指部材１６ａ，１６ｂ（肢体部材）と、これらを互いに回転可能に連結する回転ジョイント１６ｃとで構成されている。
【００７７】
また、伸縮リンク１７は、前述した電動式の伸縮リンク１３と比較すると、サイズが小さい点を除けば、電動式の伸縮リンク１３と同様に構成されている。すなわち、図１０に示すように、伸縮リンク１７は、コントローラ２１に接続された電動人工筋肉１７ｄ（アクチュエータ）を内蔵しており、コントローラ２１により、伸縮動作が制御される。また、この伸縮リンク１７の両端部は、ボールジョイント１８，１８（伸縮リンク用継手）を介して、足部３および母指部１６の母指部材１６ｂに連結されている。
【００７８】
また、可動リンク１９は、伸縮不能のものであり、その両端部は、ボールジョイント１９ａ，１９ａ（可動リンク用継手）を介して、足部３および母指部１６の母指部材１６ｂに連結されている。これにより、伸縮リンク１７が伸縮した場合でも、足部３および母指部材１６ｂにおける可動リンク１９との連結部の間の間隔がほぼ一定に保持される。
【００７９】
以上のように構成された本実施形態の足首関節用の人工関節装置２によれば、コントローラ２１により、インプラント２４および関節位置センサ２５からの検出信号に応じて、各伸縮リンク１３に内蔵された電動人工筋肉１３ｄを制御することができるので、使用者７の脳からの指令などで直接的に制御するのが困難な電動式のパラレルリンク機構１０の動きを、使用者７がイメージした動きに同調させることができる。その際、前述したように、パラレルリンク機構１０によって、義足１の人工関節装置２の動作角度を、高い自由度で変化させることができる。特に、伸縮リンク１３の上ボールジョイント１４ａは、装着板４ａとの連結部において、一直線上に並ばないように配置され、かつ各上ボールジョイント１４ａを頂点とする４角形の内側に、固定リンク１１の装着板４ａとの連結部が位置するように配置されている互いを直線的に結んだ範囲内に固定リンク１１の固定部が位置するように配置されているので、図７に示すように、人工関節装置２をねじり駆動することができるとともに、そのような伸縮リンク１３すなわち人工関節装置２をコンパクト化することができる。
【００８０】
さらに、母指球関節用の人工関節装置２Ａでも、上記足首関節用の人工関節装置２と同様に、コントローラ２１により、インプラント２４および関節位置センサ２５からの検出信号に応じて、各伸縮リンク１７に内蔵された電動人工筋肉１７ｄを制御することができるので、使用者７の脳からの指令などで直接的に制御するのが困難な電動式のパラレルリンク機構１５の動きを、使用者７がイメージした動きに同調させることができる。その際、パラレルリンク機構１５によって、義足１の母指球関節の動作角度における高い自由度を達成することができるので、歩行中の曲がり動作を行う上で重要な役割を果たす母指部１６の動きを、生体の足の母指の動きに近づけることができる。これと同時に、母指部１６の母指部材１６ｂが、伸縮不能の可動リンク１９を介して足部３に連結されているので、パラレルリンク機構１５を制御する際、母指球関節の曲げ動作を、母指の長さがほとんど変化しない状態で行うことができ、生体の足の母指球関節の動きにより一層、近づけることができる。以上により、自動制御式の義足１による曲がり動作などの歩行動作を、生体の足の動作に近づけることができ、歩行動作を円滑に行うことができる。
【００８１】
また、固定リンク１１により、義足１に作用する荷重の大部分を支えることができるので、その分、伸縮リンク１３を駆動する際の電動人工筋肉１３ｄの駆動力を低減できるとともに、伸縮リンク１３の軽量化を図ることができる。これに加えて、伸縮リンク１３が圧縮される際、電動人工筋肉１３ｄにより、電力回生を行うことができる。以上により、消費電力の低減化と電源の小型化とをいずれも達成することができ、その分、ランニングコストを削減することができるとともに、装置自体の小型化も達成することができる。
【００８２】
なお、以上の第３実施形態は、インプラントチップ２４を使用者の動作意志を示す信号を検出する検出手段として用いた例であるが、検出手段はこれに限らず、使用者の動作意志を検出可能なものであればよい。例えば、神経系の電位の変化を検出するセンサ、筋肉の動きを検出するセンサ、および使用者の音声を検出するセンサなどを用いてもよい。
【００８３】
また、第３実施形態は、母指球関節の曲げ動作中、母指の長さがほとんど変化しないようにするための構成として、可動リンク１９を用いた例であるが、可動リンク１９を省略するとともに、コントローラ２１により、母指球関節の曲げ動作中、母指の長さをほとんど変化させないように、伸縮リンク１７の伸縮を制御してもよい。このようにすれば、部品点数を増やすことなく、母指球関節の曲げ動作を、生体の足の母指球関節の動きにより一層、近づけることができる。
【００８４】
また、第３実施形態は、電動人工筋肉１３ｄが発電した回生電力を蓄えるための蓄電装置として、キャパシタ２３を用いた例であるが、蓄電装置はこれに限らず、バッテリなどの回生電力を蓄えることができるものであればよい。
【００８５】
さらに、第３実施形態では、伸縮リンク１３を伸縮駆動するためのアクチュエータとして電動人工筋肉１３ｄを用いたが、アクチュエータはこれに限らず、伸縮リンク１３を伸縮駆動できるものであればよい。例えば、図１２に示すように、伸縮リンク１３を伸縮駆動するアクチュエータとして、ＤＣリニアモータ３０を用いてもよい。
【００８６】
同図（ｃ）に示すように、ＤＣリニアモータ３０は、ステータ３１と、このステータ３１に対して移動自在のムーバ３２などで構成されており、このステータ３２は、位置検出センサなどを備えているとともに、コントローラ２１に接続されている。また、同図（ａ），（ｂ）に示すように、伸縮リンク１３は、アームとしてのステータ３１と、上記ムーバ３２が内蔵され、ステータ３１に対してスライド自在のスライダ３３と、ステータ３１およびスライダ３３の先端部に取り付けられたボールジョイント１４ａ，１４ｂなどで構成されている。
【００８７】
コントローラ２１は、スライダ３３内のムーバ３２の位置検出センサの検出信号に応じて、スライダ３３を、固定子３１に対してリニアに移動するように制御し、それにより、伸縮リンク１３の伸縮が制御される。以上のＤＣリニアモータ３０で伸縮駆動される伸縮リンク１３を、パラレルリンク機構１０に用いた場合でも、第３実施形態のパラレルリンク機構１０と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
また、アクチュエータによる電力回生を必要としない場合には、アクチュエータとして、磁気形状記憶合金や空気圧式の人工筋肉などを用いてもよい。
【００８９】
さらに、第３実施形態のパラレルリンク機構１０において、図１３に示すように、固定リンク１１を、前述した第２実施形態の固定リンク１１と同様に構成してもよい。すなわち、同図に示すように、この固定リンク１１は、伸縮可能で、シリンダ１１ａ、ロッド１１ｂおよびコイルばね１１ｃなどを備えている。このパラレルリンク機構１０によれば、前述した第２実施形態のパラレルリンク機構１０と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
次に、図１４を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る人工関節装置について説明する。同図に示すように、本実施形態の人工関節装置は、自動制御式の義手の手首関節用および母指球関節用の人工関節装置に適用された例である。この義手４０の手首関節用の人工関節装置２Ｂは、手部９（肢体部材）および装着板４ａをパラレルリンク機構１０で連結したものである。このパラレルリンク機構１０は、第３実施形態のパラレルリンク機構１０と同様の電動式のものであり、その動作が前記制御装置２０と同様の制御装置により制御される。すなわち、この人工関節装置２Ｂは、第３実施形態の足首関節用の人工関節装置２と比べると、その足部３を手部９に置き換えた点以外は、第３実施形態の人工関節装置２と同様に構成されている。
【００９１】
したがって、この手首関節用の人工関節装置２Ｂにおいても、第３実施形態の人工関節装置２と同様の効果を得ることができる。すなわち、使用者の脳からの指令などで直接的に制御するのが困難な電動式のパラレルリンク機構１０の動きを、使用者がイメージした動きに同調させることができる。その際、前述したように、パラレルリンク機構１０によって、義手４０の人工関節装置２Ｂの動作角度を、高い自由度で変化させることができる。
【００９２】
また、母指球関節用の人工関節装置２Ｃは、パラレルリンク機構１５で手部９と母指部１６を連結したものであり、第３実施形態の母指球関節用の人工関節装置２Ａと比べると、その足部３を手部９に置き換えた点と、母指部１６の構造が若干異なる点以外は、第３実施形態の人工関節装置２Ａと同様に構成されている。したがって、この母指球関節用の人工関節装置２Ｃにおいても、第３実施形態の母指球関節用の人工関節装置２Ａと同様の効果を得ることができる。すなわち、使用者の脳からの指令などで直接的に制御するのが困難な電動式のパラレルリンク機構１５の動きを、使用者がイメージした動きに同調させることができる。その際、パラレルリンク機構１５によって、母指球関節の動作角度における高い自由度を達成することができ、物を掴む動作を行う上で重要な役割を果たす母指部１６の動きを、生体の手の母指の動きに近づけることができる。
【００９３】
なお、以上の第３および第４実施形態は、本発明の人工関節装置を義足および義手に適用した例であるが、本発明の人工関節装置はこれに限らず、ロボットやマニピュレータなどの人工肢体に適用可能であることはいうまでもない。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の人工関節装置によれば、ねじり動作が可能な義肢などを、駆動源を用いることなく実現することができるとともに、駆動源を用いた場合には、小型化および低コスト化をいずれも達成できる。また、本発明のパラレルリンク機構によれば、そのような人工関節装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパラレルリンク機構を含む人工関節装置と、これを適用した右足用の義足の概略構成を示す模式図である。
【図２】装着板における４つの上ボールジョイントと固定リンクの連結部との位置関係を示す平面図である。
【図３】未装着状態の右足用の義足を示す（ａ）正面図と（ｂ）背面図である。
【図４】未装着状態の右足用の義足を示す側面図である。
【図５】（ａ）歩行中、右足用の義足の足首関節が前方に曲げられた状態を示す側面図と（ｂ）後方に曲げられた状態を示す側面図である。
【図６】（ａ）歩行中、右足用の義足の足首関節が左方に曲げられた状態を示す正面図と（ｂ）右方に曲げられた状態を示す正面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）歩行中、左側への曲がり動作を行う際、右足用の義足の足首関節が左側にねじられた状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る人工関節装置と、これを適用した義足の概略構成を示す模式図である。
【図９】（ａ）本発明の第３実施形態に係る人工関節装置、およびこれを適用した自動制御式の義足の概略構成を示す模式図と（ｂ）母指球関節のパラレルリンク機構の概略構成を示す模式図である。
【図１０】義足を制御する制御装置の概略構成を示す図である。
【図１１】電動人工筋肉の動作を説明するための模式図である。
【図１２】（ａ）電動式の伸縮リンクの外観を示す斜視図と（ｂ）その断面図と（ｃ）電動リニアモータの概略構成を示す斜視図である。
【図１３】第３実施形態の人工関節装置の変形例を示す模式図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る人工関節装置と、これを適用した自動制御式の義手の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１    義足
２    人工関節装置
２Ａ〜２Ｃ    人工関節装置
３    足部（リンク取付部、肢体部材）
４ａ  装着板（リンク取付部、肢体部材）
９    手部（肢体部材）
１０    パラレルリンク機構
１１    固定リンク
１１ｃ  コイルばね（緩衝部材）
１２    ボールジョイント（固定リンク用継手）
１３    伸縮リンク
１３ｃ  コイルばね（付勢部材）
１３ｄ  電動人工筋肉（アクチュエータ）
１４ａ  上ボールジョイント（伸縮リンク用継手）
１４ｂ  下ボールジョイント（伸縮リンク用継手）
１５    パラレルリンク機構
１６ｂ  母指部材（肢体部材）
１７    伸縮リンク
１７ｄ  電動人工筋肉（アクチュエータ）
１８    ボールジョイント（伸縮リンク用継手）
１９    可動リンク
１９ａ  ボールジョイント（可動リンク用継手）
２１    コントローラ（制御手段）
２２    電源（駆動源）
２３    キャパシタ（蓄電装置）
２４    インプラントチップ（動作意志検出手段）
３０    電動リニアモータ（アクチュエータ）
４０    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】
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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】
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【図１４】
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