(57)【要約】【課題】関節屈伸動作補助装置を装着してアクチュエータの非駆動状態から関節屈伸動作を開始しようとするときに装着者への負担を軽減する。【解決手段】関節屈伸動作補助装置は、指２０の近位指節間関節１１の周辺に装着される装着具１と、近位指節間関節１１の屈曲角を検出する角度センサ２２と、接着部３を介して装着具１に設置されて、角度センサの出力に応じて近位指節間関節１１に屈伸力を与えるアクチュエータ２と、を有する。アクチュエータ２が屈伸動作をしない状態で、角度センサ２２で検出可能な所定の角度まで近位指節間関節１１を曲げることができるように、アクチュエータ２と装着部３との間に遊びを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体の少なくとも一つの関節の周辺に装着される装着部と、
前記少なくとも一つの関節の屈曲角を検出する角度センサと、
接着部を介して前記装着部に設置されて、前記角度センサの出力に応じて前記少なくとも一つの関節に屈伸力を与えるアクチュエータと、
を有する関節屈伸動作補助装置であって、
前記アクチュエータが屈伸動作をしない状態で、少なくとも前記角度センサで検出可能な所定の角度まで前記関節を曲げることができるように、前記アクチュエータと前記装着部との間に遊びがあること、を特徴とする関節屈伸動作補助装置。
【請求項２】
前記身体の少なくとも一つの関節は手指の近位置指節関節であって、
前記接着部が、前記手指の甲側の近位置指節関節からその手指の指先までの少なくとも一部の位置、または、前記手指の甲側の近位置指節関節からその手指の根元方向にかけた位置のうちの一方のみに配置されていること、を特徴とする請求項１に記載の関節屈伸動作補助装置。
【請求項３】
前記身体の少なくとも一つの関節は手指の中手指節関節であって、
前記接着部が、前記手指の甲側の中手指節関節からその手指の指先までの少なくとも一部の位置、または、前記手指の甲側の中手指節関節からその手首方向にかけた位置のうちの一方のみに配置されていること、を特徴とする請求項１に記載の関節屈伸動作補助装置。
【請求項４】
前記角度センサが前記装着部に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の関節屈伸動作補助装置。
【請求項５】
前記角度センサが、前記装着部とは別に、前記検出対象となる関節の周辺の前記身体に取り付けられていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の関節屈伸動作補助装置。
【請求項６】
身体の少なくとも一つの関節の周辺部にその関節の屈曲角を検出する角度センサを取り付け、
前記関節に屈伸力を与えるように前記関節の周辺部にアクチュエータを取り付け、
前記角度センサによって検出された屈曲角に応じて前記アクチュエータの屈曲角を制御する関節屈伸動作補助方法において、
前記アクチュエータを動作させないで、前記アクチュエータを屈伸動作させるのに必要な角度センサの検出出力が得られる程度の前記関節の屈伸が可能なように遊びを持たせて前記アクチュエータを前記関節の周辺部に取り付けること、を特徴とする関節屈伸動作補助方法。
【請求項７】
身体の少なくとも一つの関節Ａの周辺に装着される装着部と、
関節Ａと協調動作する少なくとも一つの関節Ｂの屈曲角を検出する角度センサと、
接着部を介して前記装着部に設置されて、前記角度センサの出力に応じて前記少なくとも一つの関節Ａに屈伸力を与えるアクチュエータと、
を有する関節屈伸動作補助装置であって、
前記アクチュエータが屈伸動作をしない状態で、少なくとも前記角度センサで検出可能な所定の角度まで前記関節Ｂを曲げることができるように、前記アクチュエータと前記装着部との間に遊びがあること、を特徴とする関節屈伸動作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、手指などの身体に装着して関節屈伸動作を補助する装置およびそれを利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体に装着して動作を補助するパワーアシスト機器には、装着者の負担にならない自然な装着感が求められており、その実現には装着者の動作を妨げないようにアクチュエータを設置することが重要である。従来技術であるアシスト機器の一例として、手の把持動作をアシストするパワーアシストグラブがある。特許文献１には指関節の屈曲をアシストするために手指の甲側に、指を曲げる方向に湾曲するアクチュエータが配置されたアシストグラブが開示されている。このような構成により、手のひらに機器を配置することなく自然に物を把持することが可能なアシストグラブが実現される。
【０００３】
アクチュエータは、確実に指の運動をサポートするため、関節部から外れないように固定される。特許文献１の構成では、アクチュエータの長さ全域で、またはアクチュエータの両端付近で、手に取り付けられた装着部材と固定されている。このような構成によりアシストする関節に両側から屈曲力が加えられて指の運動がサポートされる。
【特許文献１】特開２００６−２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、パワーアシスト機器を装着して、アクチュエータの非駆動状態から指の屈曲または伸張を始めようとするときに、装着者自身の力でアクチュエータを屈曲または伸張させることが必要になり、装着しない場合よりもかえって大きな負担が生じるという課題が残されている。
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するためのものであって、関節屈伸動作補助装置を装着してアクチュエータの非駆動状態から関節屈伸動作を開始しようとするときに装着者への負担を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る関節屈伸動作補助装置は、身体の少なくとも一つの関節の周辺に装着される装着部と、前記少なくとも一つの関節の屈曲角を検出する角度センサと、接着部を介して前記装着部に設置されて、前記角度センサの出力に応じて前記少なくとも一つの関節に屈伸力を与えるアクチュエータと、を有する関節屈伸動作補助装置であって、前記アクチュエータが屈伸動作をしない状態で、少なくとも前記角度センサで検出可能な所定の角度まで前記関節を曲げることができるように、前記アクチュエータと前記装着部との間に遊びがあること、を特徴とする。
【０００７】
または、本発明に係る関節屈伸動作補助方法は、身体の少なくとも一つの関節の周辺部にその関節の屈曲角を検出する角度センサを取り付け、前記関節に屈伸力を与えるように前記関節の周辺部にアクチュエータを取り付け、前記角度センサによって検出された屈曲角に応じて前記アクチュエータの屈曲角を制御する関節屈伸動作補助方法において、前記アクチュエータを動作させないで、前記アクチュエータを屈伸動作させるのに必要な角度センサの検出出力が得られる程度の前記関節の屈伸が可能なように遊びを持たせて前記アクチュエータを前記関節の周辺部に取り付けること、を特徴とする。
【０００８】
または、本発明に係る関節屈伸動作補助装置は、身体の少なくとも一つの関節Ａの周辺に装着される装着部と、関節Ａと協調動作する少なくとも一つの関節Ｂの屈曲角を検出する角度センサと、接着部を介して前記装着部に設置されて、前記角度センサの出力に応じて前記少なくとも一つの関節Ａに屈伸力を与えるアクチュエータと、を有する関節屈伸動作補助装置であって、前記アクチュエータが屈伸動作をしない状態で、少なくとも前記角度センサで検出可能な所定の角度まで前記関節Ｂを曲げることができるように、前記アクチュエータと前記装着部との間に遊びがあること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、関節屈伸動作補助装置を装着してアクチュエータの非駆動状態から関節屈伸動作を開始しようとするときに装着者への負担が軽減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第１の実施形態において、右手の人差し指を伸張して静止した状態を示す模式的側面図である。図２は、図１の関節屈伸動作補助装置において、右手の人差し指の近位指節間関節（ＰＩＰ関節、第２関節）を伸張して静止した状態から２０度屈曲したときの状態を示す模式的側面図である。図３は、図２の関節屈伸動作補助装置の状態からアクチュエータが動作した状態を示す模式的側面図である。
【００１２】
この実施形態では、人の手の指２０の近位指節間関節１１の屈曲動作を補助する関節屈伸動作補助装置を示す。図示の例では、指２０は人の右手の人差し指である。
【００１３】
装着具１は、ここでは人の右手に被せるアシストグラブであって、指２０に固定される。装着具（装着部）１はたとえば、手にフィットしやすいスポーツ用手袋を利用できる。装着具１の甲側（背側）に接着部３があり、接着部３によってアクチュエータ２が接着されている。アクチュエータ２は、指２０が屈曲する左方向に湾曲動作する機能をもち、遠位指節間関節１０および近位指節間関節１１を屈曲させる力をアシストする機能をもつ。アクチュエータ２としては、たとえば、内部に空気圧を加えると湾曲するゴムアクチュエータを利用できる。
【００１４】
図示の例では、接着部３は、装着具１の指２０の指先部２１から遠位指節間関節（ＤＩＰ関節、第１関節）１０の甲側を通り近位指節間関節１１の甲側の接着下端位置５０まで延びている。アクチュエータ２は、指先部２１から遠位指節間関節１０の甲側および近位指節間関節１１の甲側を通って、中手指節関節（ＭＰ関節、第３関節）１２の甲側に向かってその途中に位置する指付け根側端部２５まで延びている。これにより、アクチュエータ２が、装着具１の遠位指節間関節１０および近位指節間関節１１に対応する位置に略固定される。接着部３としては、たとえば糸での縫製や汎用の接着剤が利用できる。近位指節間関節１１の甲側の位置から指２０の付け根に向かって指付け根側端部２５まではアクチュエータ２と装着具１が接着されていない。
【００１５】
装着具１の近位指節間関節１１の近傍には角度センサ２２が取り付けられており、装着具１の近位指節間関節１１部の屈曲角度を検出できる。角度センサはワイヤの伸張を検出する方式、光ファイバの屈曲を検出する方式、屈曲に伴う関節の回転を検出する方式、などの一般的な角度センサが利用できる。
【００１６】
指２０を伸張した図１の状態から、装着者が自力で指２０の近位指節間関節１１部の屈曲角度が２０度になるまで屈曲すると、図２に示す状態になる。このとき、アクチュエータ２の近位指節間関節１１の甲側の位置から指付け根側端部２５までは接着部３で接着されていないので、アクチュエータ２の指付け根側端部２５近傍が装着具１から離れ、アクチュエータ２は屈曲しないままである。このため、アクチュエータ２を装着したことによる装着者への負担増はない。
【００１７】
角度センサ２２によって検出された近位指節間関節１１部の屈曲角度が所定の角度（たとえば２０度）を超えたとき、角度センサ２２の出力に応じて、図示しない駆動装置が起動して、アクチュエータ２が屈曲動作を開始する。これにより、図３に示すように、アクチュエータ２が屈曲する。このときアクチュエータ２の図中下端が湾曲によって近位指節間関節１１と中手指節関節１２の間に接するため、近位指節間関節の屈曲がサポートされる。発明者らは実験にて、本構成によりアクチュエータ２が確実に近位指節間関節の屈曲をアシストできることを確認した。よって第１の実施形態のように、アクチュエータ２全体を関節部に固定しない構成でも関節動作のアシストを行なうことが可能である。
【００１８】
第１の実施形態においては遠位指節間関節１０の初期的な屈曲動作は考慮していない。これは、発明者らの実験において、把持動作の初期段階では遠位指節間関節１０が屈曲しないように固定されても特に違和感を覚えなかったこと、また、指２０の遠位指節間関節１０のみを屈曲させる動作は通常行なわないこと、さらに、把持動作の初期段階においては遠位指節間関節１０をほとんど屈曲しないことが理由である。その後、把持動作が進行し、初期的な関節動作をトリガとしてアクチュエータ２が駆動された後は、図３に示すようにアクチュエータが湾曲し、遠位指節間関節も力をサポートされる。よって、図１に示した構成により、指２０の遠位指節間関節１０および近位指節間関節１１の屈曲をアシストするシステムが作成できる。
【００１９】
以上説明した第１の実施形態において、装着具１がスポーツ手袋のような伸びる素材で構成される場合、接着部３と近位指節間関節１１の位置関係により近位指節間関節１１の屈曲の遊び角度は変化する。たとえば図４に示すように接着部下端位置５０が上寄りの場合（指先に近い場合）は近位指節間関節１１の遊び角度は大きくなる。逆に図５のように接着部下端位置５０が下寄りの場合（指先から遠い場合）は近位指節間関節１１の遊び角度は小さくなる。そのため装着者に応じて適切な遊び角度が得られるように接着部３の構成を調整する必要がある。発明者らの実験ではアクチュエータ非駆動時に近位指節間関節１１が約４０度屈曲可能なように接着部３を調整したところ、装着時の違和感は著しく低下した。
【００２０】
［第２の実施形態］
図６は、本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第２の実施形態において、右手の人差し指を伸張して静止した状態を示す模式的側面図である。この実施形態が第１の実施形態（図１）と比較して異なる点は、接着部３を、近位指節間関節１１から指２０のつけ根側の位置のみに設けた点である。
【００２１】
本構成でも、第１の実施形態と同様のメカニズムにより、アクチュエータ非駆動時に関節動作が妨げられない。このことは発明者らの実験により確認した。
【００２２】
［第３の実施形態］
図７は、本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第３の実施形態において、右手の人差し指の近位指節間関節を伸張して静止した状態から２０度屈曲したときの状態を示す模式的側面図である。
【００２３】
本実施形態では第１の実施形態（図１ないし図３）の構成に加えて、装着具１とアクチュエータ２との間で接着部３の無い部分に指２０の遊び角を規制する規制部材４を追加した構成である。規制部材４として、たとえば、装着具１とアクチュエータ２の指付け根側端部２５近くの外側にゴムなどの弾性材料からなる環状帯を巻き付けるように配置する。他の例として、布製カバーを、アクチュエータ２を包むように設置してもよい（図示せず）。さらに他の例としては、アクチュエータ２の指付け根側端部２５を、ゴムなどの弾性材料からなる引っ張り部材（図示せず）によって装着具１の指付け根方向に付勢するようにしてもよい。
【００２４】
本実施形態によりアクチュエータ２のずれを確実に抑制することが可能である。
【００２５】
［第４の実施形態］
図８は、本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第４の実施形態において、右手の人差し指２０を伸張して静止した状態を示す模式的側面図である。
【００２６】
この実施形態では、装着具１は、指２０が通り抜ける二つの指輪４１、４２からなる。二つの指輪は互いに間隔をあけて配置され、図示の例では、第１の指輪４１は人差し指２０の先端指先部２１と遠位指節間関節１０との間にあり、第２の指輪４２は人差し指２０の遠位指節間関節１０と近位指節間関節１１の間に位置する。これらの指輪４１、４２の甲側（背側）に接着部３が配置されて、これらの接着部３でアクチュエータ２と接着されている。アクチュエータ２は、第１の実施形態と同様に、指２０の先端指先部２１から、遠位指節間関節１０および近位指節間関節１１を通り過ぎて中手指節関節１２向かう途中の位置まで延びている。
【００２７】
この実施形態では、近位指節間関節１１の屈曲角度を検出する角度センサ２２は、装着部とは別に、指２０の近位指節間関節１１の近傍に取り付けられている。
【００２８】
この実施形態では、指２０へのアクチュエータ２の装着を簡単に行なうことができる。
【００２９】
［第５の実施形態］
図９は、本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第５の実施形態において、右手の人差し指２０の中手指節関節１２を伸張して静止した状態から２０度屈曲したときの状態を示す模式的側面図である。上記第１ないし第４の実施形態は、右手の人差し指２０の近位指節間関節１１の屈曲動作をアクチュエータ２によって補助する場合の例について説明した。これらに対して、第５の実施形態は、右手の人差し指２０の中手指節関節１２を伸張して静止した状態から屈曲する動作を、アクチュエータ２ａによって補助する場合の例である。
【００３０】
図９に示すように、アクチュエータ２ａは右手の人差し指２０の中手指節関節１２の付近の甲側から指先方向と手首方向の両方向の甲側に延びている。そして、アクチュエータ２ａの中手指節関節１２の付近から手首側端部３０まで、右手の人差し指の甲側（背側）の装着部１に接着部３ａが配置されており、逆に、中手指節関節１２の付近から指先側端部３１までは接着部３ａが存在しない。
【００３１】
装着具１の中手指節関節１２の付近に、中手指節関節１２の屈曲角度を検出する角度センサ２２ａが取り付けられている。
【００３２】
この実施形態で、指２０を伸張して静止した状態から、装着者が自力で指２０の中手指節関節１２の屈曲角度が２０度になるまで屈曲すると、図９に示す状態になる。このとき、アクチュエータ２ａの中手指節関節１２の甲側の位置から指先側端部３１までは接着部３ａで接着されていないので、アクチュエータ２ａの指先側端部３１近傍が装着具１から離れ、アクチュエータ２ａは屈曲しないままである。このため、アクチュエータ２ａを装着したことによる装着者への負担増はない。
【００３３】
角度センサ２２ａによって検出された中手指節関節１２の屈曲角度が所定の角度（たとえば２０度）を超えたとき、角度センサ２２ａの出力に応じて、図示しない駆動装置が起動して、アクチュエータ２ａが屈曲動作を開始する。これにより、アクチュエータ２ａが屈曲動作を開始し、中手指節関節１２の屈曲がサポートされる。
【００３４】
［第６の実施形態］
図１０は、本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第６の実施形態において、右手の人差し指の近位指節間関節および中手指節関節を、伸張して静止した状態からそれぞれが２０度屈曲したときの状態を示す模式的側面図である。
【００３５】
第６の実施形態は、第１の実施形態の関節屈伸動作補助装置（図１〜図３）と第５の実施形態の関節屈伸動作補助装置（図９）とを組み合わせたものである。すなわち、手袋状の装着具１の甲側に第１のアクチュエータ２と第２のアクチュエータ２ａとが、それぞれ第１の接着部３および第２の接着部３ａで接着されている。さらに、第１の角度センサ２２と第２の角度センサ２２ａが一つの装着具１に取り付けられている。
【００３６】
第１のアクチュエータ２、第１の接着部３および第１の角度センサ２２は、第１の実施形態におけるアクチュエータ２、接着部３、角度センサ２２にそれぞれ対応する。また、第２のアクチュエータ２ａ、第２の接着部３ａおよび第２の角度センサ２２ａは、第５の実施形態におけるアクチュエータ２ａ、接着部３ａ、角度センサ２２ａにそれぞれ対応する。
【００３７】
この実施形態によれば、第１の実施形態と第５の実施形態の両方の効果を得ることができる。特に、近位指節間関節１１および中手指節関節１２の両方の屈曲角度が検出され、両方の関節の屈曲がサポートされるので、よりスムーズな把持動作のサポートが可能である。
【００３８】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
たとえば、第６の実施形態として、第１の実施形態の関節屈伸動作補助装置と第５の実施形態の関節屈伸動作補助装置とを組み合わせたものを示したが、他の複数の実施形態の組み合わせも可能である。
【００４０】
また、上記実施形態の説明では、初めに伸張していた関節をアクチュエータ用いて屈曲する動作の例を示したが、この発明は、屈曲していた関節を伸張する動作にも適用できる。
【００４１】
また、第４の実施形態（図８）以外の実施形態では角度センサを装着具に取り付けることとしたが、どの実施形態においても、角度センサを装着具とは別に指に取り付けてもよい。それにより、アクチュエータが非駆動状態にあるとき、アクチュエータと装着具とが変形しにくくても、指と装着具との間の遊びにより指の関節が屈曲動作をすることができれば、角度センサが屈曲動作を検出することができる。
【００４２】
また、上記実施形態では手の人差し指の関節の屈曲動作の補助をアクチュエータで行なう場合について説明したが、他の指の関節または、手の指以外の種々の関節の屈曲動作にも適用できる。
【００４３】
また、例として薬指と小指の組み合わせなど、通常の把持動作開始時において協調した動作をする関節の場合には、アクチュエータと角度センサとを異なる関節に配置することが可能である。図１１は右手を甲側から見た図で、薬指（関節Ａ）６０の近位指節間関節部１１付近にアクチュエータ２を、小指（関節Ｂ）６１の近位指節間関節部１１付近に角度センサ２２を配置した構成である。アクチュエータ２に関しては、第１から第４の実施形態に示したように薬指（関節Ａ）６０の近位指節間関節１１の屈曲に対して遊びを設けて設置されており、また角度センサ２２に関しては小指（関節Ｂ）６１の近位指節間関節１１の角度を取得可能なように設置されている。薬指（関節Ａ）６０に設置したアクチュエータ２に遊びをもたせることにより、小指（関節Ｂ）６１が違和感無く屈曲可能となる。本構成では小指（関節Ｂ）６１の屈曲動作はアシストされないものの、角度センサ２２の設置面積が増えることでセンサの設置およびメンテナンスが容易になるという効果が生じる。
【００４４】
協調動作する関節への適用に関しては、角度センサのみを設置した関節（関節Ｂ）の動作により、アクチュエータのみを遊びをもたせて設置した関節（関節Ａ）の運動をサポートするという構成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第１の実施形態において、右手の人差し指を伸張して静止した状態を示す模式的側面図。
【図２】図１の関節屈伸動作補助装置において、右手の人差し指の近位指節間関節（ＰＩＰ関節）を伸張して静止した状態から２０度屈曲したときの状態を示す模式的側面図。
【図３】図２の関節屈伸動作補助装置の状態からアクチュエータが動作した状態を示す模式的側面図。
【図４】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第１の実施形態の第１の変形例において、右手の人差し指を伸張して静止した状態を示す模式的側面図。
【図５】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第１の実施形態の第２の変形例において、右手の人差し指を伸張して静止した状態を示す模式的側面図。
【図６】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第２の実施形態において、右手の人差し指を伸張して静止した状態を示す模式的側面図。
【図７】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第３の実施形態において、右手の人差し指の近位指節間関節を伸張して静止した状態から２０度屈曲したときの状態を示す模式的側面図。
【図８】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第４の実施形態において、右手の人差し指を伸張して静止した状態を示す模式的側面図。
【図９】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第５の実施形態において、右手の人差し指の中手指節関節（ＭＰ関節）を伸張して静止した状態から２０度屈曲したときの状態を示す模式的側面図。
【図１０】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の第６の実施形態において、右手の人差し指の近位指節間関節および中手指節関節を、伸張して静止した状態からそれぞれが２０度屈曲したときの状態を示す模式的側面図。
【図１１】本発明に係る関節屈伸動作補助装置の一実施形態を右手に装着した状態を甲側から見た模式的平面図。
【符号の説明】
【００４６】
１    装着具（装着部）
２，２ａ    アクチュエータ
３，３ａ    接着部
４    規制部材
１０    遠位指節間関節（ＤＩＰ関節）
１１    近位指節間関節（ＰＩＰ関節）
１２    中手指節関節（ＭＰ関節）
２０    指
２１    指先部
２２，２２ａ    角度センサ
２５    指付け根側端部
３０    手首側端部
３１    指先側端部
４１，４２    指輪
５０    接着下端位置
【図１】
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【図２】
2009201648.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009201648.tif 000006
【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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