(57)【要約】【課題】関節部の屈曲等の動きに応じ、人体の皮膚と同様の変形を再現可能な皮膚関節構造体を提供することを課題とする。【解決手段】皮膚関節構造体１は、剛性素材からなる一対の第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂ、及び第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂを互いに関節可動に連結する関節部５を備える模擬骨格部６と、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂの屈曲等の動きに応じて変形可能な発泡ウレタン樹脂からなる模擬筋肉組織部７と、模擬筋肉組織部７の組織表面８に覆設され、人体の皮膚構造を模して形成された弾性変形可能なシリコーン樹脂製の積層シート状の模擬皮膚部３と、模擬皮膚部３及び模擬骨格部６の第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂの間に介設され、模擬皮膚部３及び第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂの相対的位置関係を規制する一対の紐状の第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂとを具備する。【選択図】図１
2009205021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性素材で形成された骨部、及び前記骨部を屈曲、伸展、内転、外転、内旋、及び外旋の少なくともいずれか一つの動きを可能に互いに連結する関節部を備え、人体の骨格構造を模して形成された模擬骨格部と、
前記模擬骨格部を包含し、前記関節部による前記骨部の動きに応じて弾性変形可能な弾性素材で形成され、前記人体の筋肉組織を模して形成された模擬筋肉組織部と、
前記模擬筋肉組織部の組織表面に覆設され、前記人体の皮膚を模して形成された前記模擬筋肉組織部の動きに応じて弾性変形可能なシート状の模擬皮膚部と、
前記模擬皮膚部及び前記模擬骨格部の間に介設され、前記模擬皮膚部及び前記骨部の相対的位置関係を、予め規定した範囲内に規制する紐状の紐規制体と
を具備することを特徴とする皮膚関節構造体。
【請求項２】
前記模擬皮膚部は、
前記紐規制体と接続される剛性素材からなる板状の剛性補強部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の皮膚関節構造体。
【請求項３】
前記紐規制体は、
一端が前記模擬皮膚部に設定された接続点に接続され、前記関節部によって互いに連結された第一骨部及び第二骨部のいずれか一方と他端が接続された第一紐規制体と、
一端が前記第一紐規制体の一端と同一の前記接続点に接続され、前記第一骨部及び前記第二骨部のいずれか他方と他端が接続された第二紐規制体と
を具備し、
前記模擬皮膚部の前記接続点、及び、前記第一骨部及び前記第二骨部のそれぞれの相対的位置関係を規制可能なことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の皮膚関節構造体。
【請求項４】
前記紐規制体は、
応力に対して伸縮自在な弾性素材で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の皮膚関節構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、皮膚関節構造体に関するものであり、特に、人体の関節及び該関節の近傍の動きを忠実に再現し、医療教育等に利用されるヒト型ロボット、人体模型に適用可能な皮膚関節構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人体を模して形成された人体模型（所謂「マネキン」）が製作されている。これらは、医学教育用、服飾デザイン用、店舗における服飾のレイアウト用等に一般的に利用されることがあり、さらに、交通事故の検証等の実験目的などの特殊な用途に利用されることもある。また、近年におけるロボット技術の開発の進歩により、これらの人体模型の構造を利用し、ヒト型のロボットの開発も行われている。
【０００３】
ここで、上記の人体模型は、その用途や使用環境に応じて、機能及び性能の向上が図られており、例えば、医学教育用の人体模型の場合、実際の人体の動きを精細に再現可能なような関節の動き（可動範囲及び可動方向等）が設定されたり、或いは人体と全く同じ皮膚の感触を提示可能な人工皮膚などがその表面に採用されている。
【０００４】
一例について説明すると、人体骨格模型を芯材として使用し、その一部に硬質乃至軟質の充填物を充填し、さらに充填物の表面及び人体骨格模型の表面に、人工の人体皮膚疑似物を積層して成形したものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、各関節部が自由に屈曲等の動きをすることのできる人体模型が形成される。この場合、人体骨格模型の関節部の動きに応じ、硬質乃至軟質の充填物が変形し、さらに軟質合成樹脂等で形成された人体皮膚疑似物が当該充填物の上に積層されているため、充填物の形状変化にともなって、これらの人体皮膚疑似物の動きも併せて変化することとなる。これにより、人体の関節構造をほぼ忠実に再現することができる。さらに、人体皮膚疑似物は、人体同様に柔軟な皮膚の感触を提示することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１５４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記に示した人体模型の場合、以下のような問題点を生じることがあった。すなわち、人体の実際の関節の動きを再現した上記人体模型の場合、その模型表面には、人体の皮膚を擬似的に再現し、略同一の皮膚の触感を提示可能な人体皮膚疑似物が硬質乃至軟質の充填物の上に積層するように設けられている。ところが、係る人体皮膚疑似物は、その下部に位置する充填物の上に単純に塗布されている過ぎず、人体皮膚疑似物の変形は、芯材の屈曲等に伴う充填物の変形の影響をそのまま受けるものであった。
【０００７】
そのため、上記人体模型の関節を屈曲させた場合、当該関節の屈曲に応じて充填物表面の塗布された人体皮膚疑似物は、屈曲内方向に一部が折重なり、多数のシワが盛上がるように形成されることがあった。ここで、実際の自体の場合、例えば、肘関節を屈曲させるケースでは、肘の内側に折重なり部分やシワ等が形成されることはほとんどない。すなわち、上記人体模型による関節の屈曲は、実際の人体の肘関節を屈曲させた場合には起こりえない、不自然な状態であった。
【０００８】
ここで、従来の人体模型等に利用される関節及びその近傍の皮膚を含む皮膚関節構造体１００について、図４に基づいて、さらに詳述する。ここで、図４は従来の人体模型等に使用される皮膚関節構造体１００の一例を模式的に示す説明図である。皮膚関節構造体１００は、図４に示すように、一対の骨部１０１ａ，１０１ｂと、該骨部１０１ａ，１０１ｂを屈曲及び伸展等の関節の動きを再現可能に連結した関節部１０２と、骨部１０１ａ等及び関節部１０２を包含する筋肉組織に相当する筋肉組織部１０３と、筋肉組織部１０３を被覆する皮膚部１０４とを有して構成されている。ここで、筋肉組織部１０３が上記の充填物に相当し、皮膚部１０４が人体皮膚疑似物に相当する。
【０００９】
そして、関節部１０２を可動軸として、互いに連結されている骨部１０１ａ，１０１ｂを伸展状態から屈曲状態に変化させる（図４の矢印方向参照）。このとき、屈曲内方向１０５は、皮膚部１０４の一部が折重なるように盛上がり、シワ１０６が幾重にも形成される。
【００１０】
なお、人体の関節は、上記のような単純な屈曲及び伸展の動き以外にも、内転、外転、内旋、及び外旋等の動き、或いはこれらを組合わせた複雑な動きをするものであり、人体模型（皮膚関節構造体１００）に、係る動きを再現させた場合、表面の皮膚部１０５の形状はさらに不自然になることが想定される。なお、シワ１０６が形成された反対側、すなわち、屈曲外方向１０７は、皮膚部１０５に大きな張力が加わることとなり、係る状態も不自然であった。そのため、これらの人体模型等を利用して医学教育を行う場合、実習者（医学生や看護学生等）は、不自然な形状に違和感を覚えたり、或いは誤った医学的知識を習得するおそれがあった。そのため、正確な関節の動きを再現することのできる人体模型を期待する声があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記実情に鑑み、関節部の屈曲等の動きに応じ、人体の皮膚と同様の変化を再現可能な皮膚関節構造体の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明の皮膚関節構造体は、「剛性素材で形成された骨部、及び前記骨部を互いに連結し、屈曲、伸展、内転、外転、内旋、及び外旋の少なくともいずれか一つの動きを可能に連結する関節部を備え、人体の骨格構造を模して形成された模擬骨格部と、前記模擬骨格部を包含し、前記関節部による前記骨部の動きに応じて弾性変形可能な弾性素材で形成され、前記人体の筋肉組織を模して形成された模擬筋肉組織部と、前記模擬筋肉組織部の組織表面に覆設され、前記人体の皮膚を模して形成された前記模擬筋肉組織部の動きに応じて弾性変形可能なシート状の模擬皮膚部と、前記模擬皮膚部及び前記模擬骨格部の間に介設され、前記模擬皮膚部及び前記骨部の相対的位置関係を、予め規定した範囲内に規制する紐状の紐規制体と」を具備するものから主に構成されている。
【００１３】
ここで、剛性素材で形成された骨部とは、ステンレスやアルミニウム等の金属製の素材、或いはＡＢＳ樹脂等の硬質の樹脂素材を利用するものを例示することができる。そして、これらを略円柱棒状、或いはフレーム状に加工し、人体の骨に近似するように形成したものである。なお、骨部は、強い応力が加わってものこれに抗することができ、変形や捩れ等が生じることがない高い力学的特性が求められ、かつ皮膚関節構造体全体の軽量化を図るためには、上述した硬質の樹脂素材を採用することが好適と思われる。
【００１４】
一方、関節部とは、上述した骨部同士を連結し、かつ予め規定された動きの範囲（人体における関節可動範囲に相当）で屈曲、伸展等の動きを可能とするものであり、例えば、ボールジョイント、ユニバーサル序にと等の周知の機械要素を用い、動きを再現する人体の関節箇所に応じて適宜選択して構築することができる。なお、係る関節部は、屈曲及び伸展以外にも、内外転、内外旋等の実際の人体の関節が可能な複雑な動きを再現可能に構築するものであっても構わない。これにより、構築される模擬骨格部は、フレーム及びジョイント等の周知の機械要素を組合わせ、人体の骨格構造を擬似的に再現したもの（ヒト型ロボット等）や、或いは人体の骨及び関節の形状を忠実に再現したもの（人体標本等）であっても構わない。さらに、模擬骨格部は、人体全体、すなわち、人間の頭から足のつま先に至るまでのヒトの骨格構造全体を再現したものであっても、或いは肘関節、膝関節、及び股関節等の特定の関節或いはその周辺近傍のみを限定的に再現したものであっても構わない。また、肘関節等の関節の動きが比較的大きな部位を対象とするものであっても、或いは顔の顎関節や手指関節等の関節の動きが比較的小さな部位を対象としたものであっても構わない。
【００１５】
一方、模擬筋肉組織部とは、応力（ここでは、関節部による骨部の動き等）に応じて適宜変形可能な弾性素材で形成されるものであり、例えば、発泡性ウレタン樹脂のようなスポンジ状素材、或いはゴム状素材等を利用することができる。ここで、スポンジ状素材で模擬筋肉組織部を構築した場合、通常の状態（すなわち、応力が加えられていない状態）では、弾性反発力により、模擬筋肉組織部の体積を最大にするように全体が膨張した状態となっている。そして、模擬骨格部を包含するように肉付けされた模擬筋肉組織部は、その外観形状が人体の外観形状（皮膚、筋肉組織）の形状に一致するように加工されている。
【００１６】
これに対し、関節部によって骨部を屈曲等させた場合、骨部の屈曲によって模擬筋肉組織部に加わる応力によって、当該スポンジ状素材の模擬筋肉組織部が変形する。すなわち、スポンジ状素材の模擬筋肉組織部の一部が骨部に押されるようにして潰れる。このとき、容易に変形可能なスポンジ状素材によって、模擬筋肉組織部が骨部の動きを阻害することはない。また、屈曲等の応力が解除された場合、スポンジ状素材は自然に弾性復帰することとなり、元の状態（膨張状態）に速やかに戻ることができる。
【００１７】
また、模擬皮膚部は、人体の皮膚を模して形成されたものであり、皮膚のように応力に応じて変形自在のシート状の素材、例えば、シリコーン樹脂を利用し、これを多層構造になるように塗布して形成されるものを挙げることができる。このシリコーン樹脂によって形成された模擬皮膚部は、人体の皮膚と比較的近似する触感を呈し、さらに応力に応じて所定の範囲で伸張する変形等の力学的特性もほぼ近似した性質を有している。
【００１８】
一方、紐規制体とは、例えば、ピアノ線等の金属製の細線のワイヤ、或いは釣り糸等の合成樹脂製の糸等からなる糸状体、糸状体よりも若干太い紐体、或いは、帯状またはリボン状に形成されたリボン体のような態様のものを例示することができる。なお、紐規制体に使用される素材は、前述した金属や樹脂以外にも、布素材を利用するものであっても構わない。しかしながら、後述するように、係る紐規制体には、骨部の屈曲等の動きの際に張力が加わることがあるため、係る張力に抗するような強度を有する必要がある。
【００１９】
ここで、紐規制体で接続される模擬皮膚部及び骨部の間には、上述したように模擬筋肉組織部が存在している。そのため、該紐規制体を互いに架渡すようにして接続した場合には、模擬筋肉組織部の一部を貫通する必要がある。ここで、模擬筋肉組織部は、上述したようにスポンジ状素材を採用することが可能であり、係る場合、多数の空隙を有する模擬筋肉組織部の間を紐規制体が貫通するようにすることは、比較的簡易であり、特に困難性を有するものではない。
【００２０】
したがって、本発明の皮膚関節構造体によれば、人体の骨格、筋肉組織、及び皮膚のそれぞれの構成（構造）を模して形成され、これを組合わせてなる皮膚関節構造体において、模擬骨格部の骨部と模擬皮膚部との間を接続する紐状の紐規制体を有して構成されている。これにより、模擬骨格部の骨部が関節部を介して屈曲等の動きをした場合、該骨部の動きに応じて紐規制体に所定方向への張力が加わり、さらに、当該紐規制体と一部が接続した模擬皮膚部が張力にしたがって引っ張られることになる。すなわち、骨部及び模擬皮膚部の間の相対的な位置関係が大きく変化するものではなく、予め規定された範囲内に規制されることとなる。ここで、紐規制体は、骨部及び模擬皮膚部の間に複数本が接続され、上述のような紐規制体に張力が加わる場合（緊張状態）と、骨部同士が接近することにより、張力が緩和され、或いは紐規制体が撓んだ状態（緩和状態）となる二つのケースに大別される。すなわち、骨部の屈曲に応じて、それぞれの紐規制体が緊張または緩和状態となることにより、骨部に対する模擬皮膚部の相対的位置関係が規制されることとなる。なお、実際の人体には、腱膜を有しており、本発明における紐規制体は、係る腱膜の機能を擬似的に再現したものに相当する。その結果、屈曲内方向の模擬皮膚部の一部に所定方向の張力が加わり、折重なり或いはシワ等の不自然な形状が屈曲時に生成されることがない。
【００２１】
さらに、本発明の皮膚関節構造体は、上記構成に加え、「前記模擬皮膚部は、前記紐規制体と接続される剛性素材からなる板状の剛性補強部を」具備するものであっても構わない。
【００２２】
ここで、剛性補強部とは、例えば、硬質樹脂から形成された板状（若しくは、小片状、プレート状）の物体を想定することができ、模擬皮膚部の皮膚裏面に係る剛性補強部を取設する、或いはシート状の模擬皮膚部の皮膚本体の内部に埋設するようにして取付けられている。ここで、模擬皮膚部は、前述したように、実際の皮膚に近似した触感を提示可能なように、シリコーン樹脂等の素材が利用される。そのため、模擬皮膚部に紐規制体の一端を直に接続した場合、この紐規制体との接続箇所（点）に張力が集中的に加わり、模擬皮膚部の一点が凸状に膨らむ（或いは凹状に窪む）こととなる。これにより、模擬皮膚部の一点に張力が係ることにより、模擬皮膚部の形状が不自然に変形する可能性がある。
【００２３】
したがって、本発明の皮膚関節構造体によれば、模擬皮膚部に、直に紐状の紐規制体の一端を接続した場合、反って不自然な形状になる。そこで、硬質の樹脂素材からなる板状（小片状）の剛性補強部に紐規制体の一端を接続することにより、当該剛性補強部に面した比較的広範囲の部分に張力が分散して加わることとなり、上記のような一点が集中的に凸状（または凹状）に変化することがない。そのため、骨部の屈曲の際に模擬皮膚部及び模擬筋肉組織部が不自然に変形することがなく、紐規制体による相対的位置関係の規制を安定して行うことができる。
【００２４】
さらに、本発明の皮膚関節構造体は、上記構成に加え、「前記紐規制体は、一端が前記模擬皮膚部に設定された接続点に接続され、前記関節部によって互いに連結された第一骨部及び第二骨部のいずれか一方と他端が接続された第一紐規制体と、一端が前記第一紐規制体の一端と同一の前記接続点に接続され、前記第一骨部及び前記第二骨部のいずれか他方と他端が接続された第二紐規制体とを具備し、前記模擬皮膚部の前記接続点、及び、前記第一骨部及び前記第二骨部のそれぞれの相対的位置関係を規制可能な」ものであっても構わない。
【００２５】
したがって、本発明の皮膚関節構造体によれば、一対の紐規制体（第一紐規制体及び第二紐規制体）のそれぞれの一端が模擬皮膚部に設定された同一の接続点で接続し、各々の他端が第一骨部及び第二骨部に接続されている。すなわち、一対の紐規制体によって、第一骨部及び第二骨部が連結され、互いの動きが該紐規制体によって規制されることとなる。さらに、具体的に説明すると、一対の紐規制体を略「く」の字形状に配することにより、模擬皮膚部の共通する接続点からの第一骨部及び第二骨部の相対距離が各々規制される。具体的に説明すると、「く」の字の上端及び下端がそれぞれ第一骨部及び第二骨部に接続され、中央の屈曲した箇所が模擬皮膚部の接続点と接続していることとなる。その結果、模擬皮膚部の接続点からの第一骨部及び第二骨部の互いの相対距離が個々に規制される。これにより、模擬皮膚部及び骨部を一本の紐規制体で直接接続するものに比べ、一対の紐規制体により模擬皮膚部の動きが規制される範囲が狭くなり、該紐規制体による模擬皮膚部の移動規制が安定して行われる。
【００２６】
さらに、本発明の皮膚関節構造体は、上記構成に加え、「前記紐規制体は、応力に対して伸縮自在な弾性素材で形成される」ものであっても構わない。
【００２７】
したがって、本発明の皮膚関節構造体によれば、紐規制体（第一紐規制体及び第二紐規制体を含む）は、ゴムやバネ等の伸縮性の弾性素材を用いて構成されている。これにより、骨部の動きに応じて模擬皮膚部へ張力が伝達される際、ゴム等の作用により、該模擬皮膚部への力の伝達が剛性素材を用いた場合に比べて緩和され、穏やかに伝達される。その結果、模擬皮膚部に急激に力が作用することはなく、骨部の屈曲に応じて緩やかな変化で模擬皮膚部を変形させることができ、人体の皮膚の動きに近似した自然な形状に変化させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の効果として、皮膚関節構造体は、骨部及び模擬皮膚部の間を接続する紐状の紐規制体により、互いの相対的な位置関係を予め規定した範囲内に抑えることが可能となる。その結果、骨部を屈曲等させた場合の屈曲内方向に生成される模擬皮膚部のシワ等の不具合を解消し、自然な形状変化の関節を再現することができる。その結果、医学教育等において実習生が違和感等を覚えることがなく、正確な知識の把握が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態である皮膚関節構造体１について、図１乃至図３に基づいて説明する。ここで、図１は本実施形態の皮膚関節構造体１の骨部２ａ，２ｂの状態（伸展時）を模式的に示す説明図であり、図２は皮膚関節構造体の骨部２ａ，２ｂの状態（屈曲時）を模式的に示す説明図であり、図３は模擬皮膚部３及び紐規制体４ａ，４ｂの概略構成を示す拡大説明図である。ここで、本実施形態の皮膚関節構造体１は、人体の肘関節の構造を擬似的に構成したものについて例示している。
【００３０】
本実施形態の皮膚関節構造体１は、図１乃至図３に示すように、剛性素材のステンレスによって円柱棒状に形成された一対の第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂ、及び第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂを屈曲及び伸展等の各種の関節の動きを再現可能なように互いに連結する関節部５を備え、人体の肘関節の骨格構造を模して形成された模擬骨格部６と、模擬骨格部６の全体を包含し、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂの屈曲及び伸展運動に応じて変形可能なスポンジ状の発泡ウレタン樹脂によって形成され、人体の筋肉組織の構造もして形成された模擬筋肉組織部７と、模擬筋肉組織部７の組織表面８に覆設され、人体の皮膚を模して形成された模擬筋肉組織部７の動きに応じて弾性変形可能なシート状の模擬皮膚部３と、模擬皮膚部３及び模擬骨格部６の第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂの間に介設され、模擬皮膚部３と、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂのそれぞれの相対的位置関係を、予め規定した範囲内に規制する紐状の一対の第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂとを具備して主に構成されている。ここで、第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂが本発明における紐規制体に相当する。
【００３１】
ここで、第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂは、応力に対して伸縮可能な硬質ゴム製の素材を利用して構築されている。但し、係る紐規制体４ａ，４ｂは、骨部２ａ，２ｂ等の動きの変化に応じて所定の範囲で模擬皮膚部３の動きを規制すればよいため、伸縮性の度合いはそれほど大きなものではなく、模擬皮膚部３への力（張力）の伝達を緩和するものであればよい。なお、本実施形態の皮膚関節構造体１において、第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂは、広幅の帯状（またはリボン状）の形態を有している。
【００３２】
そして、一対の第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂのそれぞれの一端（規制体一端部９ａ，９ｂ）は、図１乃至図３に示すように、模擬皮膚部３の皮膚裏面３ａに取設された剛性を有する硬質樹脂からなる板状の剛性補強部１０に設定された接続点１１と接続している。そして、第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂのそれぞれの他端（規制体他端部１２ａ，１２ｂ）は、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂの一部に設けられた接続部２ｃ、２ｄと接続している。なお、図１等において、二組の第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂを図示したものを模式的に示しているが、実際には、略円柱棒状の第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂの骨端部１３ａ，１３ｂの近傍の全周にわたって多数の第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂの組が取付けられている。
【００３３】
次に、本実施形態の皮膚関節構造体１の構造及び関節の動きの具体例について説明する。なお、本実施形態の皮膚関節構造体１は、前述のように、人体の肘関節部分を模して形成されたものであり、初期状態として、図１に示すように、関節部５によって連結された第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂが略一直線上に伸びた伸展状態にあるものを想定している。このとき、模擬骨格部６の周囲に包含するように取設された模擬筋肉組織部７も伸展により、変形箇所がほとんどない、体積が略最大となるように膨張したものとなっている。そして、模擬筋肉組織部７の上の模擬皮膚部３も模擬筋肉組織部７の組織表面８と略一致するように覆設されている。ここで、図１及び図２等において、模擬筋肉組織部７の組織表面８に覆設された模擬皮膚部３を、図示を簡略化するために、組織表面８との間に空隙を有するように図示しているが、実際には模擬筋肉組織部７の組織表面８と剛性補強部１０が皮膚裏面３ａに取設された模擬皮膚部３とは密着した状態となっている。また、模擬皮膚部３は、組織表面８の上にシリコーン樹脂を何層にも重ね、積層構造を呈して形成されている。
【００３４】
その後、第一骨部２ａを関節部５を可動軸として第二骨部２ｂに対して屈曲するように可動させる（図２矢印参照）。これにより、略一直線上に伸展した状態の第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂが、第一骨部２ａが可動したことにより、互いの相対角度が約１８０°から９０°前後まで変化し、略Ｌ字形状を呈することとなる。なお、本実施形態の皮膚関節構造体１は、人体の肘関節を想定して構築されているため、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂの間の相対角度は、０°から１８０°範囲に設定することができる。ここで、相対角度＝０°は、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂが重なった状態となる。しかしながら、本実施形態では、図２に示すように、相対角度＝９０°に近づく第一骨部２ａの動きを図示している。
【００３５】
このとき、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂ、及び関節部５の周囲の模擬筋肉組織部７は、係る屈曲に応じ、スポンジ状素材の一部が潰れ、第一骨部２ａの屈曲に伴って変形することができる。さらに、スポンジ状の発泡ウレタン樹脂を採用することにより、第一骨部２ａの動きを阻害することもない。
【００３６】
ここで、模擬筋肉組織部７の組織表面８に覆設されたシリコーン樹脂製の模擬皮膚部３は、上記の模擬筋肉組織部７の形状変化に応じて、自由に伸張及び変形することができる。第一骨部２ａの動きにより、屈曲内方向の内方領域１４は、スポンジ状素材が押潰され、密な状態となっている。一方、屈曲外方向の外方領域１５は、スポンジ状素材が拡がり、粗の状態となっている。そして、これに合わせて模擬皮膚部３が骨部２ａ，２ｂとの相対的位置関係を変化しながら移動する。このとき、スポンジ状素材が押潰され、密な状態となった内方領域１４の上に覆設された模擬皮膚部３は、原則的には、当該部分で密な箇所が創成され、シワ等の外観上の変化を示すこととなる。
【００３７】
しかしながら、模擬皮膚部３の剛性補強部１０及び第一骨部２ａ、第二骨部２ｂの間に介設された紐規制体４ａ，４ｂによって、上記のような模擬皮膚部３の自由な移動が規制される。そのため、第一骨部２ａと剛性補強部１０との間の距離は、第一紐規制体４ａによって規制され、一方、第二骨部２ｂと剛性補強部１０との間の距離は、第二紐規制体４ｂによって規制される。また、第一及び第二紐規制体４ａ，４ｂは、前述したように若干の弾性変形（伸張）が可能な素材で形成されているものの、その伸張率（変化率）は、模擬筋肉組織部７及び模擬皮膚部３よりも小さく設定されている。そのため、第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂのそれぞれの長さとほぼ同じ長さ（距離）で模擬皮膚部３の移動が強制されることとなる。
【００３８】
これにより、図２に示すように、第一骨部２ａを関節部５で第二骨部２ｂに対して屈曲させるように可動した場合、模擬皮膚部３が屈曲内方向の領域１４で折重なったり、シワ等の不自然な形状が形成されることがない。なお、図１及び図２において、模擬皮膚部３に設けられる剛性補強部１０の位置を第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂのほぼ中間位置に二組設けたものを便宜的に示したがこれに限定されるものではない。すなわち、人体の関節（ここでは、肘関節）の自然な動きを再現するためには、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂと模擬皮膚部３との間に複数の紐規制体４ｃ，４ｄ等を配し（図３波線参照）、さらに接続点１１が設けられる剛性補強部１０の位置も第一骨部２ａ側或いは第二骨部２ｂ側に適宜調整するものであっても構わない。この場合、一対の第一紐規制体４ａ及び第二紐規制体４ｂの長さは、略同一ではなく、剛性補強部１０の設定位置に応じて調整されている。
【００３９】
以上、説明したように、本実施形態の皮膚関節構造体１により、自然な肘関節等の動きを再現することができる。そして、係る皮膚関節構造体１を採用し、医療用のヒト型ロボットや人体模型を構築することにより、より人間の動きに近づけたロボット等を構築することができる。
【００４０】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００４１】
すなわち、本実施形態の皮膚関節構造体１として、人体の肘関節の部位を想定して図示して説明したが、これに限定されるものではなく、人体を構成する膝関節、股関節、顎関節等のあらゆる関節部位を対象として構築するものであっても構わない。さらに、ヒト型ロボットの場合、全ての関節の箇所に本発明に係る皮膚関節構造体を採用するものであっても構わない。具体的に説明すると、顎関節等を含む顔の骨格構造に採用し、顔の筋肉により動く骨（関節）の動きを再現するものであってもよい。これにより、ロボットの顔の動きを制御し、人体と同様の表情の変化を再現するものであってもよい。
【００４２】
さらに、本実施形態の皮膚関節構造体１において、模擬皮膚部３に剛性素材からなる剛性補強部１０を備えるものを示したが、これに限定されるものではなく、紐規制体にかかる張力が小さく、または模擬皮膚部の変形も小さな場合には、剛性補強部１０を備えず、模擬皮膚部と紐規制体とを直に接続するものであっても構わない。加えて、剛性補強部１０に設定された接続点１１に一対の紐規制体４ａ，４ｂのそれぞれの一端が接続してなるものを示したが、これに限定されるものではなく、接続点１１には、第一骨部２ａ及び第二骨部２ｂのいずれかと他端が接続した一本の紐規制体のみからなるものであっても構わない。また、一対及び一本の紐規制体を連結場所に応じて組合わせてなるものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態の皮膚関節構造体の骨部の状態（伸張時）を模式的に示す説明図である。
【図２】皮膚関節構造体の骨部の状態（屈曲時）を模式的に示す説明図である。
【図３】模擬皮膚部及び紐規制体の概略構成を示す拡大説明図である。
【図４】従来の人体模型等に採用される皮膚関節構造体の一例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１００  皮膚関節構造体
２ａ  第一骨部（骨部）
２ｂ  第二骨部（骨部）
３  模擬皮膚部
４ａ  第一紐規制体（紐規制体）
４ｂ  第二紐規制体（紐規制体）
５，１０２  関節部
６  模擬骨格部
７  模擬筋肉組織部
８  組織表面
１０  剛性補強部
１１  接続点
【図１】
2009205021.tif 000003
【図２】
2009205021.tif 000004
【図３】
2009205021.tif 000005
【図４】
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