(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指の背に装着されてその指の曲げ伸ばし運動に追従しつつその運動を検出する装置であって、
指先に装着される第１の節（１）と、指先に連なる第１指節に装着される第２の節（２）と、第１指節に連なる第２指節に装着される第３の節（３）と、手の甲に装着される第４の節（４）と、隣り合う前記節同士を屈曲可能にそれぞれ連結する三つの関節部（５）とを具え、
前記各関節部が、
前記隣り合う節にそれぞれ基端軸（６，７）を介して基端部を揺動可能に支持された二つの腕部材（８，９）と、
前記二つの腕部材の先端部に両端部をそれぞれ先端軸（１０，１１）を介して揺動可能に支持されてそれらの腕部材同士を連結する連結部材（１２）と、
前記基端軸と同一軸線上に配置されて前記隣り合う節にそれぞれ固定された二つの基部歯車（１３，１４）と、
前記二つの腕部材に回動可能にそれぞれ軸支されて前記基部歯車と噛合する二つの中間歯車（１５，１６）と、
前記先端軸と同一軸線上に配置されるとともに前記連結部材の両端部にそれぞれ固定されて前記中間歯車と噛合する、前記基部歯車よりもピッチ円半径が大きい二つの傾動歯車（１７，１８）と、
前記先端軸と同一軸線上に配置されるとともに前記二つの腕部材の先端部にそれぞれ固定されて互いに噛合する二つの連動歯車（１９，２０）と、
前記隣り合う節同士間の角度変化を検出する角度変化検出手段（２１）と、
を有することを特徴とする、指運動追従検出装置。
【請求項２】
前記第１の節（１）と前記第２の節（２）と前記第３の節（３）と前記第４の節（４）との少なくとも一つは、指の長さに合わせて前記基端軸の位置を調節可能な調節手段（２２）を有することを特徴とする、請求項１記載の指運動追従検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、指の背に装着されてその指の曲げ伸ばし運動に追従しつつその運動を検出する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、ロボットア−ムの遠隔操作や動作教示、ゲ−ムの操作入力等のために、指の曲げ伸ばし運動を検出する装置が求められている。そして、指の曲げ伸ばし運動は、指先および各指節（指の関節間の部分）の相互の角度変化から検出することができる。
【０００３】
しかしながら、角度変化の検出は通常、ロ−タリエンコ−ダ等の回転検出手段で行っているところ、指の指先および各指節相互の角度変化の中心軸線は指の中心部に位置する各関節を指の並んでいる方向に貫いているため、その中心軸線上にロ−タリエンコ−ダやその回転駆動のための駆動軸を配置すると、それらロ−タリエンコ−ダや駆動軸と隣の指との干渉を生じて操作性が損なわれるという問題があり、しかも、隣り合う複数の指にそれらロ−タリエンコ−ダや駆動軸を配置した場合には、指を揃えた状態にしようとするとそれらロ−タリエンコ−ダや駆動軸同士が相互に干渉してしまい、鍵盤の操作時等の、指を揃えた状態での指の曲げ伸ばし運動の検出が実際上できないという問題もあった。
【０００４】
そして、この問題の解決のためには、ロ−タリエンコ−ダやその回転駆動のための駆動軸を各関節に対し指の背側にずらして配置することも考えられるが、この場合、各関節を中心にした指の曲げ伸ばしは、指の背側のそれらロ−タリエンコ−ダや駆動軸の位置では伸び縮みを伴うこととなって、指に対し固定される通常のそれらロ−タリエンコ−ダや駆動軸では、指の曲げ伸ばしに伴い関節の位置から外れてしまって検出精度が低下したり、逆に指の曲げ伸ばし運動を妨げることになったりするという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は、上記課題を有利に解決した装置を提供することを目的とするものであり、この発明の指運動追従検出装置は、指の背に装着されてその指の曲げ伸ばし運動に追従しつつその運動を検出する装置であって、指先に装着される第１の節と、指先に連なる第１指節に装着される第２の節と、第１指節に連なる第２指節に装着される第３の節と、手の甲に装着される第４の節と、隣り合う前記節同士を屈曲可能にそれぞれ連結する三つの関節部とを具え、前記各関節部が、前記隣り合う節にそれぞれ基端軸を介して基端部を揺動可能に支持された二つの腕部材と、前記二つの腕部材の先端部に両端部をそれぞれ先端軸を介して揺動可能に支持されてそれらの腕部材同士を連結する連結部材と、前記基端軸と同一軸線上に配置されて前記隣り合う節にそれぞれ固定された二つの基部歯車と、前記二つの腕部材に回動可能にそれぞれ軸支されて前記基部歯車と噛合する二つの中間歯車と、前記先端軸と同一軸線上に配置されるとともに前記連結部材の両端部にそれぞれ固定されて前記中間歯車と噛合する、前記基部歯車よりもピッチ円半径が大きい二つの傾動歯車と、前記先端軸と同一軸線上に配置されるとともに前記二つの腕部材の先端部にそれぞれ固定されて互いに噛合する二つの連動歯車と、前記隣り合う節同士間の角度変化を検出する角度変化検出手段と、を有することを特徴とするものである。
【０００６】
かかる装置にあっては、隣り合う節のうちの一方の節に対しそこに基端部を支持された一方の腕部材が基端軸周りに揺動すると、その一方の節に固定された一方の基部歯車が、上記一方の腕部材に軸支された一方の中間歯車を回動させ、その中間歯車が、基部歯車よりもピッチ円半径が大きい一方の傾動歯車を回動させて、その傾動歯車が固定された、上記一方の腕部材の先端部に支持された連結部材を一方の先端軸周りに、一方の節に対するその腕部材の揺動角度よりも小さい角度だけ、一方の節に対するその腕部材の揺動方向と逆方向にその腕部材に対して揺動させる。それゆえ、一方の節から連結部材が離れるように一方の腕部材が揺動すると、連結部材は一方の節から遠い部分ほど低くなるように傾動する。
【０００７】
そして、二つの腕部材の先端部にそれぞれ固定された二つの連動歯車は互いに噛合していることから、一方の腕部材に対する連結部材の上記揺動は他方の腕部材に伝達され、これにより、連結部材に対し他方の腕部材も他方の先端軸周りに揺動し、その揺動により、基部歯車よりもピッチ円半径が大きい他方の傾動歯車が、上記他方の腕部材に軸支された他方の中間歯車を回動させ、その中間歯車が他方の基部歯車を回動させて、その他方の基部歯車が固定された他方の節を、他方の基端軸周りに、連結部材に対する他方の腕部材の揺動角度よりも大きい角度まで、連結部材に対するその腕部材の揺動方向と逆方向にその腕部材に対して揺動させる。それゆえ、一方の節に対し連結部材が一方の節から遠い部分ほど低くなるように傾動すると、他方の節は連結部材から離れつつ、連結部材から遠い部分ほど低くなるように、連結部材より大きく傾動する。
【０００８】
従って、この発明の指運動追従検出装置によれば、一方の節に対し他方の節が傾動する際にそれに機械的に連動して、一方の節に対する連結部材の離間しながらの傾動とその連結部材に対する他方の節の離間しながらの傾動とが生じ、逆に一方の節に対し他方の節が傾動状態から直線状の整列状態に戻る際にそれに機械的に連動して、一方の節に対する連結部材の接近しながらの戻り回動とその連結部材に対する他方の節の接近しながらの戻り回動とが生ずるので、当該装置の各関節部の各軸が指の背側に位置していても、各関節部が、指の曲げ伸ばしに伴い伸び縮みして関節の位置に留まるとともに、指の曲げ伸ばし運動を妨げることがないので、ロ−タリエンコ−ダ等の角度変化検出手段が、各関節部の各軸から、隣の指やそこに装着された他の角度変化検出手段との干渉を生ずることなく、隣り合う節同士間の角度変化を高精度に検出することができ、ひいては、指を揃えた状態での検出も行うことができる。
【０００９】
なお、この発明においては、前記第１の節と前記第２の節と前記第３の節と前記第４の節との少なくとも一つが、指の長さに合わせて前記基端軸の位置を調節可能な調節手段を有していても良く、このようにすれば、指運動追従検出装置の操作性をより向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１（ａ）および（ｂ）は、この発明の指運動追従検出装置の一実施例を示す平面図および側面図、図２は、その実施例の指運動追従検出装置の関節部の伝動構造を節同士が直線状に整列している状態で示す説明図、図３は、その実施例の指運動追従検出装置の指への装着方法を例示する説明図、図４（ａ）〜（ｃ）は、上記関節部の屈曲時の作動状態を経時的に順次に示す説明図、そして図５（ａ）〜（ｃ）は、上記実施例の指運動追従検出装置のリニアガイドの作動状態を示す説明図である。
【００１１】
この実施例の指運動追従検出装置は、図３に示すように、指の背に装着されてその指の曲げ伸ばし運動に追従しつつその運動を検出する装置であって、図１および図２に示すように、指先ＦＴに装着される第１の節１と、指先ＦＴに連なる第１指節ＦＰ１に装着される第２の節２と、第１指節ＦＰ１に連なる第２指節ＦＰ２に装着される第３の節３と、手の甲ＢＨに装着される第４の節４と、隣り合う前記節１，２、２，３および３，４同士を屈曲可能にそれぞれ連結する三つの関節部５と、を具えている。
【００１２】
そして、この実施例の装置における各関節部５は、隣り合う節１，２、２，３または３，４にそれぞれ基端軸６，７を介して基端部を揺動可能に支持された二つの腕部材８，９と、二つの腕部材８，９の先端部に両端部をそれぞれ先端軸１０，１１を介して揺動可能に支持されてそれらの腕部材８，９同士を連結する連結部材１２と、基端軸６，７と同一軸線上に配置されて上記隣り合う節１，２、２，３または３，４にそれぞれ固定された二つの基部歯車１３，１４と、上記二つの腕部材８，９に回動可能にそれぞれ軸支されて基部歯車１３，１４と噛合する二つの中間歯車１５，１６と、上記先端軸１０，１１と同一軸線上に配置されるとともに連結部材１２の両端部にそれぞれ固定されて中間歯車１５，１６と噛合する、基部歯車１３，１４よりもピッチ円半径が大きい（例えばこの実施例では基部歯車１３，１４のピッチ円半径の２倍のピッチ円半径を持つ）部分歯車からなる二つの傾動歯車１７，１８と、上記先端軸１０、１１と同一軸線上に配置されるとともに上記二つの腕部材８，９の先端部にそれぞれ固定されて互いに噛合する二つの連動歯車１９，２０と、を有している。
【００１３】
さらに、この実施例の指運動追従検出装置における各関節部５は、隣り合う節１，２、２，３または３，４同士間の角度変化を検出する角度変化検出手段として、一方の腕部材８に取り付けられて中間歯車１５を軸支するとともにその中間歯車１５の回転角を検出するロ−タリエンコ−ダ２１を有している。
【００１４】
加えてこの実施例の指運動追従検出装置における、第１の節１と、第２の節２と、第３の節３と、第４の節４とはそれぞれ、指の長さに合わせて基端軸１３および１４の少なくとも一方の位置を調節可能な、調節手段としてのスライドガイド２２およびそれに案内されて摺動するスライダ２３を有している。
【００１５】
そして、この実施例の指運動追従検出装置は、図３に示すように、親指以外の全ての指について、指先ＦＴに第１の節１を装着し、指先ＦＴに連なる第１指節ＦＰ１に第２の節２を装着し、第１指節ＦＰ１に連なる第２指節ＦＰ２に第３の節３を装着し、手の甲ＢＨに第４の節４を装着するために、各指の部分にそれら第１の節１と第２の節２と第３の節３とを例えば縫い付けや接着剤等で固着されるとともに手の甲部分に第４の節４を例えば縫い付けや接着剤等で固着されたメッシュ状の手袋２４を有している。
【００１６】
かかる実施例の指運動追従検出装置の作動を、例えば第３の節３と第４の節４とを連結する関節部５を例に挙げて説明すると、隣り合う節３，４のうちの一方の節４に対しそこに基端部を支持された一方の腕部材８が、図４（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態、さらに同図（ｃ）の状態まで、基端軸６周りに図では時計回りに揺動すると、その一方の節４に固定された一方の基部歯車１３が、上記一方の腕部材８に軸支された一方の中間歯車１５を節４に対して回動させ、その中間歯車１５が、基部歯車１３の２倍のピッチ円半径を持つ一方の傾動歯車１７を回動させて、その傾動歯車１７が固定された、上記一方の腕部材８の先端部に支持された連結部材１２を一方の先端軸１０周りに、一方の節４に対するその腕部材８の揺動角度よりも小さい角度だけ、一方の節４に対するその腕部材８の揺動方向と逆方向である図では反時計回りにその腕部材８に対して揺動させる。それゆえ、一方の節４から連結部材１２が離れるように一方の腕部材８が揺動すると連結部材１２は一方の節４から遠い部分ほど低くなるように傾動する。
【００１７】
そして、二つの腕部材８，９の先端部にそれぞれ固定された二つの連動歯車１９，２０は互いに噛合していることから、一方の腕部材８に対する連結部材１２の上記揺動は他方の腕部材９に伝達され、これにより、連結部材１２に対し他方の腕部材９も他方の先端軸１１周りに反時計回りに揺動し、その揺動により、基部歯車１４の２倍のピッチ円半径を持つ他方の傾動歯車１８が、上記他方の腕部材９に軸支された他方の中間歯車１６を回動させ、その中間歯車１６が他方の基部歯車１４を回動させて、その他方の基部歯車１４が固定された他方の節３を、他方の基端軸７周りに、連結部材１２に対する他方の腕部材９の揺動角度よりも大きい角度まで、連結部材１２に対するその腕部材９の揺動方向と逆方向の時計回りにその腕部材９に対して揺動させる。それゆえ、一方の節４に対し連結部材１２が一方の節４から遠い部分ほど低くなるように傾動すると、他方の節３は連結部材１２から離れつつ、連結部材１２から遠い部分ほど低くなるように、連結部材１２より大きく傾動する。
【００１８】
従って、この実施例の指運動追従検出装置によれば、一方の節４に対し他方の節３が傾動する際にそれに機械的に連動して、一方の節４に対する連結部材１２の離間しながらの傾動とその連結部材１２に対する他方の節３の離間しながらの傾動とが生じ、逆に一方の節４に対し他方の節３が傾動状態から直線状の整列状態に戻る際にそれに機械的に連動して、一方の節４に対する連結部材１２の接近しながらの戻り回動とその連結部材１２に対する他方の節３の接近しながらの戻り回動とが生ずる。そして他の隣り合う節３，２間および節２，１間の関節部５も同様に作動する。それゆえ、当該実施例の装置の各関節部５の各軸が指の背側に位置していても、各関節部５が、指の曲げ伸ばしに伴い伸び縮みして関節の位置に留まるとともに、指の曲げ伸ばし運動を妨げることがないので、ロ−タリエンコ−ダ２１が、各関節部５の中間歯車１５の支持軸から、隣の指やそこに装着された他の指運動追従検出装置との干渉を生ずることなく、隣り合う節同士間の角度変化を高精度に検出することができ、ひいては、指を揃えた状態での検出も行うことができる。
【００１９】
さらに、この実施例の指運動追従検出装置は、調節手段として、スライドガイド２２およびそれに案内されて摺動するスライダ２３を有しており、指節が短い場合は図５（ａ）に示すようにスライダ２３がスライドガイド２２の奥に入り、指節が長い場合は図５（ｃ）に示すようにスライダ２３がスライドガイド２２の端部まで出てゆき、指節が通常の長さの場合は図５（ｂ）に示すようにスライダ２３がスライドガイド２２の中央部に位置することで、第１の節１と、第２の節２と、第３の節３と、第４の節４とがそれぞれ、当該装置を装着する指の長さに合わせて、あるいは指の種類の相違（中指と小指等）に合わせて、基端軸６，７の位置を調節することができるので、良好な操作性を有している。
【００２０】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、ロ−タリエンコ−ダ２１は、他の軸上に設けても良く、あるいは連結部材１２上に設け、何れかの軸に歯車列等で駆動結合して回転駆動するようにしても良い。また角度変化検出手段は、ロ−タリエンコ−ダ２１以外のものでも良い。そして、第１の節１と第２の節２と第３の節３とを指に装着するとともに第４の節４を手の甲に装着するには、手袋２４以外のもの、例えばベルトや面ファスナ等を用いても良い。さらに、特定の人の手に合わせてこの発明の装置を制作する場合には、調節手段を省略しても良い。そしてこの発明の装置は、一本〜三本の指に装着して用いることも、五本の指全て装着して用いることも、さらに両手に装着して用いることもできる。
【００２１】
なお、上記実施例で各関節部５に設けた二つの歯車列１３，１５，１７および１４，１６，１８をそれぞれ、歯付きベルトとプ−リとを用いたベルト式伝動機構や、チェ−ンとスプロケットとを用いたチェ−ン式伝動機構に替えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）および（ｂ）は、この発明の指運動追従検出装置の一実施例を示す平面図および側面図である。
【図２】  上記実施例の指運動追従検出装置の関節部の伝動構造を節同士が直線状に整列している状態で示す説明図である。
【図３】  上記実施例の指運動追従検出装置の指への装着方法を例示する説明図である。
【図４】  （ａ）〜（ｃ）は、上記関節部の屈曲時の作動状態を経時的に順次に示す説明図である。
【図５】  （ａ）〜（ｃ）は、上記実施例の指運動追従検出装置のリニアガイドの作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  第１の節
２  第２の節
３  第３の節
４  第４の節
５  関節部
６，７  基端軸
８，９  腕部材
１０，１１  先端軸
１２，１３  基部歯車
１５，１６  中間歯車
１７，１８  傾動歯車
１９，２０  連動歯車
２１  ロ−タリエンコ−ダ
２２  スライドガイド
２３  スライダ
２４  手袋
ＦＴ  指先
ＦＰ１  第１指節
ＦＰ２  第２指節
ＢＨ  手の甲
【図１】
0003923302.tif 000002
【図２】
0003923302.tif 000003
【図３】
0003923302.tif 000004
【図４】
0003923302.tif 000005
【図５】
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