WO2000071060A1

WO2000071060A1 - Doigt mobile pour protheses, protheses de membre superieur dans laquelle ledit doigt mobile est utilise et organe de commande du doigt mobile

Info

Publication number: WO2000071060A1
Application number: PCT/JP2000/003219
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Higuchi; Masahide Harada
Original assignee: Harada Electronics Co., Ltd.; National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2000-11-30
Also published as: EP1195151B1; DE60023142D1; ATE306234T1; JP3086452B1; JP2000325375A; DE60023142T2; CA2371919A1; HK1043299B; HK1043299A1; EP1195151A1; US6896704B1; CA2371919C; EP1195151A4

Description

明細書義肢用可動指、その可動指を用いた義手、およびその可動指用制御装置技術分野

この発明は、義肢用可動指、特に義手用に適した可動指、その可動指を用いた義手、およびその可動指用の制御装置に関するものである。

背景技術

義手用の可動指としては従来、能動義手の可動指が一般に知られており、その可動指は、各々僅かに曲げられた固定形状に形成された三本または五本の指の付け根部分をそれぞれ義手の手の甲または手のひら部分に揺動可能に支持するとともに、それらの指をそれぞれその手の甲および手のひら部分の内側に設けたリンク機構に結合し、そのリンク機構に一端部を結合したワイヤーからなるコント口一ルリ一ドを義手装着者の背中に回して、そのコント口一ルリ一ドの他端部を義手装着側と反対側の腕に結合し、その腕を動かすことでコントロールリードを引いたり緩めたりして、上記三本または五本の指をそれらの付け根で上記リンク機構により全て同時に揺動させて曲げたり戻したりするものである。

しかしながらかかる能動義手の可動指では、三本または五本の指をそれらの付け根の位置のみでの揺動で同時に曲げ戻しするという単純な動作以外はできないため、本物の手と比較して自由度が少な過ぎるという問題があり、また義手の装着中はワイヤーからなるコントロールリードを背中に添わせておく必要があるため、背中に違和感を覚えるという問題もあった。

発明の開示

この発明は上記課題を有利に解決した可動指を提供することを目的とするものであり、この発明の義肢用可動指は、義肢の複数本の指のうちの少なくとも一本用の可動指であって、手の甲および手のひら部分の間または足の甲および足の裏部分の間に配置される基部と、その基部の先端部に第 1支持軸を介して揺動可能に後端部を連結された第 1中間部と、その第 1中間部の先端部に第 2支持軸を介して揺動可能に後端部を連結された第 2中間部と、その第 2中間部の先端部に第 3支持軸を介して揺動可能に後端部を連結された指先部と、を具えており、前記基部に、第 1細条部材の一端部を引くァクチユエ一夕一が配置され、前記基部と前記第 1中間部との連結部分に、前記基部および前記第 1中間部に対して回動可能に前記第 1支持軸に支持されるとともにその第 1支持軸からの距離が一定でない巻き掛け部を有する偏心部材が配置され、前記第 1細条部材が前記第 1支持軸の指内側を通って前記偏心部材の前記巻き掛け部に巻き掛けられるとともにその第 1細条部材の他端部が前記偏心部材の、前記巻き掛け部が前記第 1支持軸から大きく離間した側の部位に連結され、前記偏心部材のその部位が第 1中間部引つ張りスプリングを介して前記第 1中間部の、前記第 1支持軸よりも先端部寄りの部位に連結されるとともに、前記第 1中間部と前記基部との間に、前記第 1中間部を前記基部に対し伸びた姿勢に常時附勢する第 1中間部伸ばしスプリングが介挿されて、第 1中間部屈曲機構が構成され、前記第 1中間部にその長手方向に沿つて移動可能に、第 2細条部材が巻き掛けられたプーリーが配置され、前記第 2 細条部材の一端部が前記第 1支持軸の指外側を通って前記基部に連結されるとともにその第 2細条部材の他端部が前記偏心部材の、前記第 1支持軸から大きく離間した側の部位に連結され、前記ブーリ一の支持軸に一端部を連結された第 3細条部材の他端部が前記第 2支持軸の指内側を通つて前記第 2中間部の、前記第 2 支持軸よりも先端部寄りの部位に連結されるとともに、前記第 2中間部と前記第 1中間部との間に、前記第 2中間部を前記第 1中間部に対し伸びた姿勢に常時附勢する第 2中間部伸ばしスプリングが介挿されて、第 2中間部屈曲機構が構成され、前記第 1中間部の前記第 2支持軸よりも後端部寄りの部位にその第 2支持軸の指外側を通って一端部を連結された第 4細条部材の他端部が、前記第 3支持軸の指内側を通って前記指先部の、その第 3支持軸よりも先端部寄りの部位に連結されるとともに、前記第 1中間部の前記第 2支持軸よりも後端部寄りの部位にその第 2支持軸の指内側を通つて一端部を連結された第 5細条部材の他端部が、前記第 3支持軸の指外側を通って前記指先部の、その第 3支持軸よりも先端部寄りの部位に連結されて、指先部屈曲機構が構成されていることを特徴とするものである。

かかるこの発明の義肢用可動指にあっては、第 1中間部屈曲機構の、基部に配置されたァクチユエ一夕一が、基部と第 1中間部とを連結する第 1支持軸に支持された偏心部材の指内側（手のひらと同じ側）を通ってその偏心部材の巻き掛け部に巻き掛けられた第 1細条部材の一端部を引いて第 1細条部材を基部側へ引き込むと、第 1細条部材の他端部がその偏心部材の、巻き掛け部が第 1支持軸から大きく離間した側の部位に連結されていることから、第 1細条部材がその偏心部材の、巻き掛け部が第 1支持軸から大きく離間した側の部位を引いて、その部位が指内側へ向かうように偏心部材を基部に対し回動させ、これにより偏心部材の上記部位に第 1中間部引っ張りスプリングを介して第 1支持軸よりも先端部寄りの部位を連結された第 1中間部が、第 1中間部と基部との間に介挿された第 1中間部伸ばしスプリングに抗しつつ、基部に対し曲がった姿勢になるように指内側方向（手のひらへ向かう方向）へ回動する。

ここで、第 1中間部の回動に抵抗が加わっていない場合には、基部に対して偏心部材の回動と一緒に第 1中間部が回動することから、その回動当初は第 1支持軸から大きく離間していない巻き掛け部の部分に巻き掛けられた第 1細条部材が引かれて、第 1中間部が速やかに回動する。また第 1中間部が何らかの物体に当接してその回動に抵抗が加わった場合には、第 1中間部引っ張りスプリングを伸ばしつつ偏心部材が回動して、偏心部材の、第 1支持軸から大きく離間した巻き掛け部の部分が指内側へ回動し、これにより第 1細条部材の同じ引っ張り力に対して第 1中間部の駆動トルクが増大して、第 1中間部が強い力でその物体を押さえ付ける。そしてその増大したトルクでも第 1中間部が回動しない場合には、基部に対する偏心部材の上記回動により、後述の如くして第 2中間部および指先部のみが指内側方向へ回動する。

しかして偏心部材の、巻き掛け部が第 1支持軸から大きく離間した側の部位が指内側へ向かって回動すると、第 2中間部屈曲機構の、一端部が第 1支持軸の指外側（手の甲と同じ側）を通って基部に連結された第 2細条部材の、偏心部材の上記部位に連結された他端部が引かれて、その第 2細条部材が巻き掛けられたプ ―リ一が第 1中間部の長手方向に沿って基部に近づくように移動し、そのブーリ一の支持軸に一端部を連結された第 3細条部材の他端部が、ブーリ一で第 2細条部材よりも張力を増力され、第 2支持軸の指内側を通って、その第 2中間部の、第 2支持軸よりも先端部寄りの部位を強く引き、これにより第 2中間部が、その第 2中間部と第 1中間部との間に介挿された第 2中間部伸ばしスプリングに抗しつつ、第 1中間部に対し曲がった姿勢になるように指内側方向へ回動する。

そして第 2中間部が第 1中間部に対して指内側方向へ回動すると、指先部屈曲機構の、第 1中間部の第 2支持軸よりも後端部寄りの部位にその第 2支持軸の指外側を通って一端部を連結された第 4細条部材の、第 3支持軸の指内側を通る他端部が、指先部の、その第 3支持軸よりも先端部寄りの部位を引き、これにより指先部が、第 2中間部に対し曲がった姿勢になるように指内側方向（手のひらへ向かう方向）へ回動する。

一方、偏心部材の、巻き掛け部が第 1支持軸から大きく離間した側の部位が指内側へ向かって回動した状態、あるいはそれによつて第 1中間部が基部に対し回動して曲がった状態から、基部に配置されたァクチユエ一夕一が第 1細条部材の一端部を緩めて第 1細条部材を第 1中間部側へ戻すと、第 1中間部と基部との間に介挿された第 1中間部伸ばしスプリングが第 1中間部を弾性力で附勢し、これにより第 1中間部が、基部に対し伸びた姿勢になるように指外側方向へ回動する。そしてその第 1中間部の第 1支持軸よりも先端部寄りの部位と偏心部材の巻き掛け部が第 1支持軸から大きく離間した側の部位との間に介揷された第 1中間部引つ張りスプリングが、偏心部材の上記部位を引いて、その部位が指内側へ向かうように偏心部材を基部に対し回動させる。

しかして偏心部材の、巻き掛け部が第 1支持軸から大きく離間した側の部位が指外側へ向かって回動すると、第 2細条部材が緩んで、その第 2細条部材が巻き掛けられたプーリ一が第 1中間部の長手方向に沿って指先部に近づくように移動し得るようになり、そのブーリ一の支持軸に一端部を連結された第 3細条部材が緩んで、第 2中間部と第 1中間部との間に介挿された第 2中間部伸ばしスプリングが第 2中間部を弾性力で附勢し、これにより第 2中間部が、第 1中間部に対し伸びた姿勢になるように指外側方向へ回動する。

そして第 2中間部が第 1中間部に対して指外側方向へ回動すると、指先部屈曲機構の、第 1中間部の第 2支持軸よりも後端部寄りの部位にその第 2支持軸の指内側を通って一端部を連結された第 5細条部材の、第 3支持軸の指外側を通る他端部が、指先部の、その第 3支持軸よりも先端部寄りの部位を引き、これにより指先部が、第 2中間部に対し伸びた姿勢になるように指外側方向へ回動する。従って、この発明の義肢用可動指によれば、各指毎に、人の指の寸法に納まるように細条部材を用いてスリムかつコンパク卜に構成した屈曲機構で、手の甲およびひら部分の間または足の甲および裏部分の間に配置される基部に対する第 1 中間部の揺動と、その第 1中間部に対する第 2中間部の揺動と、その第 2中間部に対する指先部の揺動とを互いに同期させて行わせて、指を曲げ伸ばしさせることができる。しかも、物体を握る場合等に第 1中間部の屈曲回動がその物体との当接で抵抗を受けると、偏心部材により第 1中間部の回動トルクを自動的に増大させてその物体をしっかり握ることができるとともに、第 1中間部が抵抗で回動しなかったり少しだけ回動して止まったりした場合でも、第 2中間部および指先部だけを引き続き回動させてその物体の周囲に指全体をまわし、第 1中間部のプ ―リーによる増力作用とも併せて、その物体を指全体でしつかり握ることができる。なお、この発明においては、前記第 2中間部屈曲機構の前記第 2細条部材の前記他端部が、前記偏心部材に代えて、前記第 1中間部に連結されていても良く、この場合には、第 2中間部および指先部だけを指内側方向へ回動させることはできないが、第 1中間部がある程度回動すれば、それに同期させて第 2中間部および指先部を回動させ得て、物体の周囲に指全体をまわし、第 1中間部のプーリ一での増力作用とも併せて、その物体を指全体でしっかり握ることができる。また、この発明においては、前記指先部屈曲機構に、前記第 5細条部材に代えてまたは加えて、前記指先部と前記第 2中間部との間に介挿されて前記指先部を前記第 2中間部に対し伸びた姿勢に常時附勢する指先部伸ばしスプリングが設けられていても良く、このようにしても、指先部の曲げ伸ばしを行わせることがでさる。

さらに、この発明においては、前記第 1中間部屈曲機構が、前記偏心部材に代えて、前記第 1支持軸からの距離が一定の巻き掛け部を有するプーリーを具えていても良く、このようにしても、上述した作用効果のうち偏心部材のトルク増大作用以外はもたらすことができる。

またこの発明の義手は、手の甲部分または手のひら部分を持つ義手であって、親指を除く複数本の指用の前記義肢用可動指の前記基部が、手のひら側に曲率中心を持つように湾曲した配置で前記手の甲部分または手のひら部分に装着されていることを特徴とするものである。

かかる義手にあっては、複数本の可動指の各々を伸ばした状態ではそれらの可動指を互いに略平行に配置し得るとともに、それらの可動指の各々を曲げた状態ではそれらの可動指の指先部を互いに接近させて配置し得るので、実際の手の指よりも少ない動作自由度で、物体を義手の手のひらで受けたり指先で摘んだりし得る等、実際の手の指に動きに極めて近い動きを達成することができる。

なお、この発明の義手においては、前記基部が、前記手の甲部分または手のひら部分に前記湾曲した配置で弾性的に揺動可能に装着されていても良く、このようにすれば可動指の各々を曲げてそれらの可動指の指先部を互いに接近させた時に指先部同士が当接すると、基部が揺動して、その当接によって指先部に加わる押圧力を逃がすので、手の甲部分または手のひら部分への基部の装着位置精度がさほど高くなくても、指先部が互いの当接によって破損するのを防止することができる。

そして、この発明の可動指用制御装置は、複数本の前記義肢用可動指の前記ァクチユエ一ターの作動を制御する装置であって、前記義肢を装着する人が複数本の指を動かすように意識することでその人の体に流れる電気信号を検知するように、その人の体の複数箇所にそれぞれ付設されたセンサーと、前記複数のセンサ一からの信号を入力されて、遺伝的ァルゴリズムに基づきそれらの信号の組合せパターンを学習し、その組合せパターンに応じた動作命令信号を出力するプログラム可能型論理素子と、前記プログラム可能型論理素子からの動作命令信号と、前記義肢を装着する人が操作する動作モード切り替え手段からの切り替え信号とを入力されて、それらの信号と、それらの信号の組合せに応じてあらかじめ与えられたプログラムとに基づき前記各ァクチユエ一夕一に駆動信号を出力するプログラム可能型コントローラーと、を具えることを特徴とするものである。

かかる可動指用制御装置にあっては、義肢を装着する人の体の複数箇所にそれぞれ付設されたセンサ一が、その人が複数本の指を動かすように意識することでその人の体に流れる筋電等の電気信号を検知して信号を出力すると、プログラム可能型論理素子が、それらのセンサ一からの信号を入力されて、遺伝的アルゴリズムに基づきそれらの信号の組合せパ夕一ンを学習し、その組合せパターンに応じた動作命令信号を出力する。そしてプログラム可能型コントローラーが、プログラム可能型論理素子からの動作命令信号と、上記の人が操作する動作モード切り替え手段からの切り替え信号とを入力されて、それらの信号と、それらの信号の組合せに応じてあらかじめ与えられたプログラムとに基づき、義肢の複数本の可動指の各ァクチユエ一夕一に駆動信号を出力する。従って、この発明の可動指用制御装置によれば、義肢を装着する人が複数本の指を動かすように意識するだけで、義肢の複数本の可動指をそれぞれ作動させることができるとともに、複数箇所のセンサーからの信号の組合せパターンによつて複数本の可動指の作動状態を異ならせて、例えば物体を握る、手を開く、指さす等の複数種類の動作を義肢に行わせることができ、しかもプログラム可能型論理素子が遺伝的アルゴリズムに基づき論理回路を組み換えて信号の組合せパターンと各可動指の作動状態との適合性を学習し、複数箇所のセンサーから現在出力されている信号の組合せパターンに応じた動作命令信号を出力するので、極めて短期間で、所望の動作を義肢に行わせるように制御装置に信号の組合せパターンを学習させることができる。

さらにこの発明の可動指用制御装置によれば、プログラム可能型コントローラ一に、一つの組合せパターンについて複数の動作モードのプログラムをあらかじめ与えておいて、義肢を装着する人がその義肢に設けられた切り替えスィッチ等の動作モード切り替え手段を操作することで、上記複数箇所のセンサーからの信号の、例えば物体を握るため等の一つの組合せパターンに対し、今回使用する動作モードを、例えば携帯電話を握る際の複数本の指の動作モードや、鉛筆を握る際の複数本の指の動作モード等の複数の動作モードの間で切り替えることができるので、センサ一からの信号の組合せパターンが少なくても、義肢の使用状況に適合した複雑な動作を複数本の可動指に行わせることができ、特に、複数本の可動指に、指を順次に曲げる等の経時的動作も行わせることができる。

図面の簡単な説明

図 l aは、この発明の義肢用可動指の一実施例を示す平面図、図 l bは、その実施例の義肢用可動指の縦断面図である。

図 2は、上記実施例の義肢用可動指の第 1中間部屈曲機構を模式的に示す説明図である。

図 3は、上記第 1中間部屈曲機構の作動を模式的に示す説明図である。図 4は、上記第 1中間部屈曲機構の作動状態を示す斜視図である。

図 5は、上記第 1中間部屈曲機構の作動状態を示す斜視図である。

図 6は、上記第 1中間部屈曲機構の作動状態を示す斜視図である。

図 7は、上記第 1中間部屈曲機構の作動状態を示す斜視図である。

図 8は、上記実施例の義肢用可動指の第 2中間部屈曲機構および指先部屈曲機構を模式的に示す説明図である。

図 9は、上記実施例の義肢用可動指の一変形例を示す説明図である。

図 1 0は、上記実施例の可動指を適用した義手の例を手の甲側から見た斜視図である。

図 1 1は、上記適用例の義手を手のひら側から見た斜視図である。

図 1 2は、上記適用例の義手におけるスリーブ内への基部の配置を示す説明図である。

図 1 3は、上記スリーブへの各基部の取り付け方法を示す説明図である。図 1 4は、上記適用例の義手の作動状態を示す斜視図である。

図 1 5は、上記適用例の義手の作動状態を示す斜視図である。

図 1 6は、上記適用例の義手の作動状態を示す斜視図である。

図 1 7は、上記適用例の義手の作動状態を示す斜視図である。

図 1 8は、この発明の可動指用制御装置の一実施例を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

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 l aは、この発明の義肢用可動指の一実施例を示す平面図、また図 l bは、その実施例の義肢用可動指の縦断面図であり、この実施例の義肢用可動指は、義肢としての義手の複数本の指のうちの少なくとも一本とされるものであって、ここでは図示しない手の甲および手のひら部分の間に配置される基部 1 と、その基部 1の先端部に第 1支持軸 2を介して揺動可能に後端部を連結された第 1中間部 3と、その第 1中間部 3の先端部に第 2支持軸 4を介して揺動可能に後端部を連結された第 2中間部 5と、その第 2中間部 5の先端部に第 3支持軸 6 を介して揺動可能に後端部を連結された指先部 7と、を具えている。

そしてこの実施例の可動指では、基部 1に、第 1細条部材としての二本の第 1 ワイヤ一 11の一端部を引くァクチユエ一ターとしての、電気モーター式直線駆動装置 12が配置され、その電気モー夕一式直線駆動装置 12は、ロータリーェンコ一ダを内臓した電動サーポモ一夕一 13と、基部 1に回転自在に支持されるとともに上記サーボモーター 13の出力軸に歯車組 14を介して駆動結合されたネジ軸 15と、そのネジ軸 15に螺合されるとともに基部 1に摺動自在に嵌合されたスライダ 16とを具え、そのスライダー 16に上記二本の第 1ワイヤー 11の一端部がそれぞれ結合されている。

そしてここでは、上記基部 1と第 1中間部 3との連結部分に、その基部 1および第 1中間部 3に対して回動可能に上記第 1支持軸 2に支持されるとともにその第 1支持軸 2からの距離が一定でない巻き掛け部 17a を有する二個の偏心部材 17 が配置され、上記各第 1ワイヤー 11が、基部 1に回転自在に支持されたプーリ一 18に巻き掛けられた後、第 1支持軸 2の指内側（図 l bでは下側）を通って各偏心部材 17の巻き掛け部 17a に巻き掛けられ、その第 1ワイヤー 11の他端部が偏心部材 17の、巻き掛け部 17aが第 1支持軸 2から大きく離間した側の部位（図 1に示すように可動指を伸ばした状態にする偏心部材 Πの回動位置では、その部位は基部 1から離間する方向すなわち図 1では第 1支持軸 2の左側に位置する）に連結され、上記各偏心部材 17のその部位が、第 1中間部引っ張りスプリング 19および連結ワイヤ一 20を介して、第 1中間部 3の、第 1支持軸 2よりも先端部寄りの部位に固定されたピン 3aに連結され、さらに、第 1中間部 3と基部 1との間に、その第 1中間部 3を図 1に示すように基部 1に対し伸びた姿勢に常時附勢する第 1中間部伸ばしスプリング 21が介挿されて、第 1中間部屈曲機構 22が構成されている。

さらに、この実施例では、上記第 1中間部 3にその長手方向に延在するよう形成された長孔 3bにより案内されて、その第 1中間部 3の長手方向に沿って移動可能に、第 2細条部材としての第 2ワイヤー 23が巻き掛けられたブーリ一 24が配置され、その第 2ワイヤー 23の一端部が、基部 1に対し回動しないように上記第 1 支持軸 2に支持された第 1案内プーリー 25の、第 1支持軸 2に対して指外側（図 l bでは上側）に位置する案内孔を通って、基部 1に固定されたピン l aに連結され、その第 2ワイヤー 23の他端部が偏心部材 17の、第 1支持軸 2から大きく離間した側の部位に固定されたピン 17b に連結され、そして、プーリー 24の支持軸を支持するブラケット 26に各々の一端部を連結された第 3細条部材としての二本の第 3ワイヤー 27の他端部が、上記第 2支持軸 4に回動自在に支持された二個の第 2案内プーリー 28の指内側（図 l bでは下側）に掛けられて第 2中間部 5の、第 2支持軸 4よりも先端部寄りの部位に固定されたピン 5aに連結され、さらに、第 2中間部 5と第 1中間部 3との間に、その第 2中間部 5を図 1に示すように第 1 中間部 3に対し伸びた姿勢に常時附勢する第 2中間部伸ばしスプリング 29が介揷されて、第 2中間部屈曲機構 30が構成されている。

加えてこの実施例では、上記二個の第 2案内ブーリ一 28の間に配置されてその第 2支持軸 4に回動自在に支持された第 3案内プーリ一 31の指外側（図 1 bでは上側）に掛けられた第 4細条部材としての第 4ワイヤ一 32の一端部が、上記第 1 中間部 3の、第 2支持軸 4よりも後端部寄りの部位に固定された上記ピン 3aに連結され、その第 4ワイヤー 32の他端部が、上記第 3支持軸 6に回動自在に支持された第 4案内プーリー 33の指内側（図 l bでは下側）に掛けられて上記指先部 7 の、その第 3支持軸 6よりも先端部寄りの部位に連結され、また上記第 3案内プ —リー 31の指内側（図 l bでは下側）に掛けられた第 5細条部材としての第 5ヮィヤー 34の一端部が、上記第 1中間部 3の上記ピン 3aに連結され、その第 5ワイャ一34の他端部が、上記第 4案内プーリー 33の指外側（図 l bでは上側）に掛けられて指先部 7の、第 3支持軸 6よりも先端部寄りの部位に連結され、さらに、指先部 7と第 2中間部 5との間に、その指先部 7を図 1に示すように第 2中間部 5に対し伸びた姿勢に常時附勢する指先部伸ばしスプリング 35が設けられて指先部屈曲機構 36が構成されている。

図 2は、かかる実施例の義肢用可動指の第 1中間部屈曲機構 22を模式的に示しており、ここで、基部 1に配置された電気モー夕一式直線駆動装置 12のスライダ —16が、サーボモーター 13の作動によるネジ軸 15の回転により図 2中矢印 Aで示すように右方へ移動して、基部 1と第 1中間部 3とを連結する第 1支持軸 2に支持された偏心部材 17の指内側（手のひらと同じ側であり、図 2では下側）を通つてその偏心部材 Πの巻き掛け部 17a に巻き掛けられた第 1ワイヤー 1 1の一端部を弓 Iいて第 1ワイヤ一 1 1を基部側 1へ引き込むと、第 1ワイヤ一 1 1の他端部がその偏心部材 17の、巻き掛け部 17aが第 1支持軸 2から大きく離間した側の部位（図 2では第 1支持軸 2の左方の部位） 17c に連結されていることから、第 1ワイヤ一 11がその偏心部材 17の、その巻き掛け部 17aが第 1支持軸 2から大きく離間した側の部位 17c を引いて、その部位 17c が指内側へ向かうように偏心部材 Πを基部 1に対し回動させ、これにより偏心部材 17の上記部位 17c に第 1中間部引っ張りスプリング 19および連結ワイヤー 20を介して第 1支持軸 2よりも先端部寄りの部位を連結された第 1中間部 3が、その第 1中間部 3と基部 1との間に介挿された第 1中間部伸ばしスプリング 21に抗しつつ、基部 1に対し曲がった姿勢になるように指内側方向（手のひらへ向かう方向）へ回動する。

図 4および図 5は、上記実施例の可動指における基部 1、第 1中間部 3、偏心部材 17および第 1案内ブーリ一 25のみを、基部 1と第 1中間部 3との一部を切り欠いて示す斜視図であり、ここで図 4は、図 1および図 2に示す、当初の第 1中間部 3が基部 1に対して伸びた状態を示し、また図 5は、第 1中間部 3が物体に当接して抵抗を受けていないため偏心部材 17と一緒に回動して基部 1に対して曲がった状態を示している。このように第 1中間部 3の回動に抵抗が加わっていない場合には、基部 1に対し偏心部材 17の回動と一緒に第 1中間部 3が回動することから、その回動当初は、図 3 aに示すように、巻き掛け部 17a の第 1支持軸 2 から大きく離間していない部分（距離 L1の部分）に巻き掛けられた第 1ワイヤー 1 1が引かれて、第 1中間部 3が速やかに回動する。

その一方、図 3 bに示すように、第 1中間部 3が何らかの物体 Mに当接してその回動に抵抗が加わった場合には、第 1中間部引っ張りスプリング 19を伸ばしつつ偏心部材 17が回動して、偏心部材 1 1の巻き掛け部の、第 1支持軸 2から大きく離間した部分（距離 L2の部分）が指内側へ回動し、これにより第 1ワイヤー 1 1の同じ引っ張り力に対して第 1中間部 3の駆動トルクが増大して、第 1中間部 3が第 1中間部引っ張りスプリング 19の伸びに対応する強い力でその物体 Mを押さえ付ける。そして、その増大したトルクでも第 1中間部 3が回動しない場合には、基部 1に対する偏心部材 17の上記回動により、後述の如くして図 8 bに示すように第 2中間部 5および指先部 7のみが、ある程度までは指内側方向へ回動する。但し、図 1 bおよび図 3 aに示すように、偏心部材 17には平坦部 17d が形成してあり、また第 1中間部 3には当接部 3cが突設されているので、第 1中間部 3に対して偏心部材 17がある程度回動すると、図 3 bに示すように偏心部材 17の平坦部 17d が第 1中間部 3の当接部 3cに当接して、その後は偏心部材 17が強制的に第 1 中間部 3を回動させる。

図 6および図 7は、図 4、図 5と同様、上記実施例の可動指における基部 1、第 1中間部 3、偏心部材 17および第 1案内プーリ一 25のみを、基部 1と第 1中間部 3との一部を切り欠いて示す斜視図であり、ここで図 6は、図 3 bに示す第 1 中間部 3が回動せずに偏心部材 17のみが回動した状態を示し、また図 7は、偏心部材 17の平坦部 17dが第 1中間部 3の当接部 3cに当接して、偏心部材 17が強制的に第 1中間部 3を回動させることで、第 1中間部 3が基部 1に対して曲がつた状態を示している。

図 8 aは、上記実施例の義肢用可動指の第 2中間部屈曲機構 30および指先部屈曲機構 36を、第 2中間部 5が第 1中間部 3に対して伸びるとともに指先部 7が第 2中間部 5に対して伸びた状態で、また図 8 bは、それら第 2中間部屈曲機構 30 および指先部屈曲機構 36を、第 2中間部 5が第 1中間部 3に対し回動して曲がるとともに指先部 7が第 2中間部 5に対し回動して曲がつた状態で、それぞれ模式的に示しており、上述の如くして偏心部材 17の、巻き掛け部 17aが第 1支持軸 2 から大きく離間した側の部位 17c が指内側へ向かって回動すると、一端部が第 1 支持軸 2の指外側（手の甲と同じ側）を通って基部 1に連結された第 2ワイヤー 23の、偏心部材 17の巻き掛け部 17aが第 1支持軸 2から大きく離間した側の部位に固定されたピン 17b に連結された他端部が引かれて、図 8 bに示すようにその第 2ワイヤー 23が巻き掛けられたプーリー 24が第 1中間部 3の長手方向に沿って基部 1に近づくように移動し、これによりプ一リ一 24が動滑車として機能して、そのプーリ一 24の支持軸に一端部を連結された第 3ワイヤー 27の他端部が、ブーリー 24で第 2ワイヤー 23よりも張力を増力され、第 2支持軸 4の指内側を通って第 2中間部 5の、第 2支持軸 4よりも先端部寄りの部位に固定されたピン 5aを強く引き、これにより第 2中間部 5が、その第 2中間部 5と第 1中間部 3との間に介挿された第 2中間部伸ばしスプリング 29に抗しつつ、第 1中間部 3に対し曲がつた姿勢になるように指内側方向へ回動する。

そして第 2中間部 5が第 1中間部 3に対して指内側方向へ回動すると、第 1中間部 3の、第 2支持軸 4よりも後端部寄りの部位に固定されたピン 3aにその第 2 支持軸 4の指外側を通って一端部を連結された第 4ワイヤー 32の、第 3支持軸 6 の指内側を通る他端部が、指先部 7の、その第 3支持軸 6よりも先端部寄りの部位を引き、これにより、図 8 bに示すように指先部 7が、その指先部 7と第 2中間部 5との間に介挿された指先部伸ばしスプリング 35に抗しつつ、第 2中間部 6 に対し曲がった姿勢になるように指内側方向（手のひらへ向かう方向）へ回動する。

その一方、偏心部材 17の、巻き掛け部 17aが第 1支持軸 2から大きく離間した側の部位 17c が指内側へ向かって回動した図 6に示す如き状態、あるいはそれによって第 1中間部 3が基部 1に対し回動して曲がつた図 5や図 7に示す如き状態から、基部 1に配置された電気モーター式直線駆動装置 12のスライダー 16が、上記と逆方向へ移動し、第 1ワイヤー 11の一端部を緩めて第 1ワイヤー 1 1を第 1中間部 3側へ戻すと、第 1中間部 3と基部 1との間に介挿された第 1中間部伸ばしスプリング 21が第 1中間部 3を弾性力で附勢し、これにより第 1中間部 3が、図 1および図 4に示す如く基部 1に対し伸びた姿勢になるように、指外側方向へ回動する。そしてその第 1中間部 3の第 1支持軸 2よりも先端部寄りの部位のピン 3aと、偏心部材 17の、巻き掛け部 17aが第 1支持軸 2から大きく離間した側の部位 17c との間に介挿された第 1中間部引っ張りスプリング 19が、偏心部材 17の上記部位 17c を引いて、その部位 17c が指内側へ向かって回動して当初の位置に戻るように偏心部材 17を基部 1に対し回動させる。

しかして偏心部材 17の、巻き掛け部 17aが第 1支持軸 2から大きく離間した側の部位 17c が指外側へ向かって回動すると、第 2ワイヤー 23が緩んで、その第 2 ワイヤー 23が巻き掛けられたプーリー 24が第 1中間部 3の長手方向に沿って指先部 7に近づくように移動し得るようになり、そのブーリ一 24の支持軸に一端部を連結された第 3ワイヤー 27が緩んで、第 2中間部 5と第 1中間部 3との間に介挿された第 2中間部伸ばしスプリング 29が第 2中間部 5を弹性力で附勢し、これにより第 2中間部 5が、図 1に示す如く第 1中間部 3に対し伸びた姿勢になるように、指外側方向へ回動する。

そして第 2中間部 5が第 1中間部 3に対して指外側方向へ回動すると、第 1中間部 3の、第 2支持軸 4よりも後端部寄りの部位に固定されたピン 3aにその第 2 支持軸 4の指内側を通って一端部を連結された第 5ワイヤー 34の、第 3支持軸 6 の指外側を通る他端部が、指先部 7の、その第 3支持軸 6よりも先端部寄りの部位を引き、これにより指先部 7が、図 1に示す如く第 2中間部 5に対し伸びた姿勢になるように、指外側方向へ回動する。

従ってこの実施例の義肢用可動指によれば、各指毎に、人の指の寸法に納まるようにワイヤーを用いてスリムかつコンパクトに構成した屈曲機構で、手の甲および手のひら部分の間に配置される基部 1に対する第 1中間部 3の揺動と、その第 1中間部 3に対する第 2中間部 5の揺動と、その第 2中間部 5に対する指先部 7の揺動とを互いに同期させて行わせて、指を曲げ伸ばしさせることができ、しかも、物体を握る場合等に第 1中間部 3の屈曲回動がその物体との当接で抵抗を受けると、偏心部材 17により第 1中間部 3の回動トルクを自動的に増大させてその物体をしっかり握ることができるとともに、第 1中間部 3が抵抗で回動しなかつたり少しだけ回動して止まったりした場合でも、第 2中間部 5および指先部 7 だけを引き続き回動させてその物体の周囲に指全体をまわし、第 1中間部 3のプ一リ一 24による増力作用とも併せて、その物体を指全体でしっかり握ることがでさる。

図 9は、この上記実施例の義肢用可動指の一変形例を模式的に示し、この変形例では、第 2中間部屈曲機構 30の第 2ワイヤー 23の他端部が、偏心部材 17に代えて、第 1中間部 3に固定されたピン 3dに連結されている。かかる変形例では、第 2中間部 5および指先部 7だけを指内側方向へ回動させることはできないが、第 1中間部 3がある程度回動すれば、それに同期させて第 2中間部 5および指先部 7を回動させ得て、物体の周囲に指全体をまわし、第 1中間部 3のプーリ一 24による増力作用とも併せて、その物体を指全体でしつかり握ることができる。図 10および図 11は、上記実施例の可動指を適用した義手の例を手の甲側および手のひら側からそれぞれ見た斜視図であり、この適用例の義手は、親指 41を除く四本の指、すなわち人指し指 42、中指 43、薬指 44および小指 45をそれぞれ上記実施例の可動指とされるとともに、それらの可動指の基部 1を、義手の手の甲部分および手のひら部分を形成する、手のひら側に曲率中心を持つように僅かに湾曲した角筒状断面形状のスリーブ 46内に、図 12に示すように、それぞれ周囲に隙間を空けるとともに上記手の甲部分および手のひら部分の湾曲形状に沿うように並ベて収容している。なお、図 10，図 11では、各屈曲機構は省略してある。

図 13は、上記スリーブ 46への各基部 1の取り付け方法を示しており、ここでは図 1 3 aに示すように、パネ板 47の中央部にスリーブ 46への取り付け孔 47a を明けるとともに、そのバネ板 47の両側部に基部 1への取り付け孔 47b を明け、図 13 b に示すように、そのバネ板 47の中央部の取り付け孔 47a を介してパネ板 47をスリーブ 46に取り付けるとともに、そのバネ板 47の両側部の取り付け孔 47b を介してパネ板 47を基部に取り付ける。これにより基部 1ひいては各可動指は、パネ板 47 の撓みによって図 13 b中矢印 Bで示すようにスリーブ 46に対し弹性的に揺動し得るので、手を握る動作の際に指先部が互いに当接しても少しずつ逃げてその当接による押圧力を逃がしながら集合することができ、それゆえ、スリーブ 46への基部 1の装着位置の精度がさほど高くなくても可動指の指先部の互いの当接による破損を防止し得るとともに、握った物の形状に可動指を柔軟に対応させることができる。

また、上記適用例の義手における親指 41は、他の指 42〜45の基部 1に概略平行に延在する支持軸によって揺動可能に支持された基部を具えるとともに、その基部に揺動可能に支持された指先部を具え、その基部は、スリーブ 46内に設けられた図示しない通常の電動サーポモーター駆動の揺動駆動装置によって上記支持軸周りに揺動され、またその指先部は、これもスリーブ 46内に設けられた、先の電気モー夕一式直線駆動装置 12と同様の直線駆動装置で引かれる図示しないワイヤ —と、基部に設けられた図示しないスプリングとによって、他の指 42〜45へ向かう方向および他の指 42〜45から離間する方向へ揺動され、これによつて、親指 41 も可動指とされている。

かかる適用例の義手によれば、上記親指 41から小指 45までの各可動指を適宜作動させることで、図 14に示す如き手を開いた状態や、図 1 5に示す如き煙草を吸う時のような状態や、図 16に示す如き筆記用具を握った状態や、図 1 7に示す如き携帯電話を握った状態等、種々の状態を達成することができる。なお、図 14〜図 1 7 でも、各屈曲機構は省略してある。

図 18は、上記適用例の義手 51の親指 41から小指 45までの五本の可動指の統合的制御に用いて好適な、この発明の可動指用制御装置の一実施例の構成を示す説明図であり、この実施例の制御装置は、図示のように、手を持っていない人の腕 50 に義手 51を装着するためにその義手 51の手首部に結合された筒状のホルダー 52の周囲の複数箇所に、そのホルダー 52内に挿入した腕 50の皮膚に密着し得るようにそれぞれ設けられ、そのホルダー 52を装着した腕 50を持つ人が複数本の指を動かすように意識することでその腕 50に流れる筋電信号を検知する、センサーとしての電極 53と、義手 51を装着した人が他方の手等で操作し得るようにそのホルダ一 52に設けられた複数の夕ツチパネル 54a を持つ、動作モード切り替え手段としての夕ツチ式スィッチ 54と、上記複数の電極 53からの筋電信号を入力され、それらの筋電信号の組合せパターンを学習して、入力された筋電信号の組合せパターンに応じた動作命令信号を出力する、プログラム可能型（プログラマブル）論理素子（P L D) と遺伝的アルゴリズムとを組み合わせた既知の進化型ハードウェア (E HW) 55と、上記夕ツチ式スィッチ 54からの切り替え信号と上記 E HW55からの動作命令信号とを入力され、それらの入力された信号とそれらの信号の組合せに応じてあらかじめ与えられたプログラムとに基づき、義手 51の親指 41から小指 45までの五本の可動指の各サーポモ一夕一に駆動信号を出力するとともに、それらのサーポモーター内の口一タリーエンコーダーから回転位置信号を受け取つて義手 51の各可動指の作動をフィードバック制御する、マイクロコンピューターを具えた通常のプログラム可能型（プログラマブル）コントローラー（P C) 56 とを具えている。

なお、上記 E HWとしては、例えば、 1998年 2月 25日に電子情報通信学会コンピュー夕システム研究会および実時間処理に関するワークショップ実行委員会主催で行われた実時間処理に関するワークショップ（R T P ' 98) 招待講演の内容を示す、社団法人電子情報通信学会発行の通学技報に記載の論文「実世界適応デバイス」や、 1998年に開催された第 8回インテリジェント ·システム ·シンポジゥム（F AN ' 98) の予稿集に掲載された論文「進化型ハードウェアチップの研究開発と応用事例」中に記載された構成のもの等を使用することができる。かかる実施例の制御装置にあっては、義手 51を装着した人の腕 50の複数箇所にそれぞれ付設された電極 53が、その人が複数本の指を動かすように意識することでその人の腕 50に流れる筋電信号を検知して出力すると、 E HW55が、それらの筋電信号を入力されて、遺伝的ァルゴリズムに基づきそれらの筋電信号の組合せパターンを学習し、その組合せパターンに応じた動作命令信号を出力する。そして P C 56が、 E HW55からの動作命令信号と、上記の人が操作する夕ツチ式スィツチ 54からの切り替え信号とを入力されて、それらの信号と、それらの信号の組合せに応じてあらかじめ与えられたプログラムとに基づき、義手 51の五本の可動指の各サ一ポモー夕一の作動をフイードバック制御する。

従って、この実施例の制御装置によれば、義手 51を装着した人が指を動かすように意識するだけで、義手 51の五本の可動指をそれぞれ作動させることができるとともに、複数箇所の電極 53からの筋電信号の組合せパターンによつて五本の可動指の総合的な作動状態を異ならせて、例えば図 14〜図 17に示すような、物体を握る、手を開く、指さす等の複数種類の動作を義手 51に行わせることができ、しかもプログラム可能型論理素子が遺伝的アルゴリズムに基づき自動的に論理回路を組み換えて、筋電信号の組合せパターンと各可動指の作動状態との適合性を、義手 51を装着した人からの適否判定入力を受けて、複数箇所の電極 53から出力された筋電信号の組合せパターンに応じた動作命令信号を出力するように学習するので、極めて短期間で、所望の動作を義手 51に行わせるように制御装置に信号の組合せパターンを学習させることができる。

さらにこの実施例の制御装置によれば、 P C 56に、一つの組合せパターンについて複数の動作モードのプログラムをあらかじめ与えておいて、義手 51を装着した人がその義手に設けられた夕ツチ式スィツチ 54を操作することで、上記複数箇所の電極 53からの筋電信号の、例えば物体を握るため等の一つの組合せパターンに対し、今回使用する動作モードを、例えば携帯電話を握る際の複数本の指の動作モ一ドゃ、鉛筆を握る際の複数本の指の動作モード等の複数の動作モードの間で切り替えることができるので、電極 53からの筋電信号の組合せパターンが少なくても、義手 51の使用状況に適合した複雑な動作を五本の可動指に行わせることができ、特に、複数本の可動指に、指を順次に曲げる等の経時的動作も行わせることができる。

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、この発明の可動指は、義手の全ての指に用いても良く、あるいは義手の二本または三本の指に用いても良い。またこの発明の可動指は、必要に応じて義足に用いることもできる。そして発明の可動指の第 1中間部屈曲機構は、偏心部材に代えて、第 1支持軸からの距離が一定の巻き掛け部を有するブーリーを具えていても良く、このようにしても、上述した作用効果のうち偏心部材のトルク増大作用以外はもたらすことができる。またこの発明の可動指のァクチユエ一ターは、電動ポンプやアキュムレータ一等の圧力源から供給される圧力で作動する油圧シリンダーや空圧シリンダ一でも良く、さらにこの発明の可動指の第 1〜第 5細条部材の幾つかは、伸びが少なくかつ良好な可撓性と充分な耐久性とをもつものであれば、金属製のワイヤーでなく、例えば炭素繊維等からなる糸状のものでも良い。

そして、この発明の可動指用制御装置におけるセンサーは、義肢を装着する人の腕やその他の部位に直接貼着するものでも良く、そのセンサ一は、筋電以外の信号、例えば腕の特定の動き等を検出するものでも良い。また動作モード切り替え手段は、上記夕ツチ式スィッチでなく、通常のプッシュ式やスライド式等のスイッチや、音声入力によって動作モードを切り替えるものでも良い。

さらに、この発明の可動指の制御は、上記センサ一およびプログラム可能型論理素子を省き、通常のプログラム可能型コントローラ一（P C) に、直接操作や音声入力等により操作する動作切り替えスィッチから動作切り替えを入力して行うようにしても良く、あるいは単に、複数本の可動指にそれぞれ対応する複数の切り替えスィッチで別々に、またはそれらの切り替えスィッチの機能を集合させた一つの複数回路複数接点スィツチで一緒に、それらの可動指の曲げ動作および伸ばし動作を切り替えて行わせるようにしても良い。

産業上の利用可能性

この発明によって、複雑な動作をなし得る義手を提供するとともに、その義手に容易に複雑な動作をさせることが可能になった。

Claims

請求の範囲

. 義肢の複数本の指のうちの少なくとも一本用の可動指であって、手の甲および手のひら部分の間または足の甲および足の裏部分の間に配置される基部と、その基部の先端部に第 1支持軸を介して揺動可能に後端部を連結された第 1中間部と、その第 1中間部の先端部に第 2支持軸を介して揺動可能に後端部を連結された第 2中間部と、その第 2中間部の先端部に第 3支持軸を介して揺動可能に後端部を連結された指先部と、を具えており、

前記基部に、第 1細条部材の一端部を引くァクチユエ一夕一が配置され、前記基部と前記第 1中間部との連結部分に、前記基部および前記第 1中間部に対して回動可能に前記第 1支持軸に支持されるとともにその第 1支持軸からの距離が一定でない巻き掛け部を有する偏心部材が配置され、前記第 1細条部材が前記第 1支持軸の指内側を通って前記偏心部材の前記巻き掛け部に巻き掛けられるとともにその第 1細条部材の他端部が前記偏心部材の、前記巻き掛け部が前記第 1支持軸から大きく離間した側の部位に連結され、前記偏心部材のその部位が第 1中間部引っ張りスプリングを介して前記第 1中間部の、前記第 1支持軸よりも先端部寄りの部位に連結されるとともに、前記第 1中間部と前記基部との間に、前記第 1中間部を前記基部に対し伸びた姿勢に常時附勢する第 1 中間部伸ばしスプリングが介挿されて、第 1中間部屈曲機構が構成され、前記第 1中間部にその長手方向に沿って移動可能に、第 2細条部材が巻き掛けられたブーリ一が配置され、前記第 2細条部材の一端部が前記第 1支持軸の指外側を通って前記基部に連結されるとともにその第 2細条部材の他端部が前記偏心部材の、前記第 1支持軸から大きく離間した側の部位に連結され、前記ブーリ一の支持軸に一端部を連結された第 3細条部材の他端部が前記第 2支持軸の指内側を通つて前記第 2中間部の、前記第 2支持軸よりも先端部寄りの部位に連結されるとともに、前記第 2中間部と前記第 1中間部との間に、前記第 2中間部を前記第 1中間部に対し伸びた姿勢に常時附勢する第 2中間部伸ばしスプリングが介挿されて、第 2中間部屈曲機構が構成され、

前記第 1中間部の前記第 2支持軸よりも後端部寄りの部位にその第 2支持軸の指外側を通って一端部を連結された第 4細条部材の他端部が、前記第 3支持軸の指内側を通って前記指先部の、その第 3支持軸よりも先端部寄りの部位に連結されるとともに、前記第 1中間部の前記第 2支持軸よりも後端部寄りの部位にその第 2支持軸の指内側を通って一端部を連結された第 5細条部材の他端部が、前記第 3支持軸の指外側を通って前記指先部の、その第 3支持軸よりも先端部寄りの部位に連結されて、指先部屈曲機構が構成されていることを特徴とする、義肢用可動指。

2 . 前記第 2中間部屈曲機構の前記第 2細条部材の前記他端部が、前記偏心部材に代えて、前記第 1中間部に連結されていることを特徴とする、請求項 1記載の義肢用可動指。

3 . 前記指先部屈曲機構に、前記第 5細条部材に代えてまたは加えて、前記指先部と前記第 2中間部との間に介挿されて前記指先部を前記第 2中間部に対し伸びた姿勢に常時附勢する指先部伸ばしスプリングが設けられていることを特徴とする、請求項 1または 2記載の義肢用可動指。

4. 前記第 1中間部屈曲機構が前記偏心部材に代えて、前記第 1支持軸からの距離が一定の巻き掛け部を有するプーリーを具えていることを特徴とする、請求項 1から 3までの何れか記載の義肢用可動指。

5 . 手の甲部分または手のひら部分を持つ義手であって、

親指を除く複数本の指用の前記義肢用可動指の前記基部が、手のひら側に曲率中心を持つように湾曲した配置で前記手の甲部分または手のひら部分に装着されていることを特徴とする、請求項 1から 4までの何れか記載の義肢用可動指を用いた義手。

. 前記基部が、前記手の甲部分または手のひら部分に前記湾曲した配置で弾性的に揺動可能に装着されていることを特徴とする、請求項 5記載の義手。 . 複数本の前記義肢用可動指の前記ァクチユエ一ターの作動を制御する装置であって、

前記義肢を装着する人が複数本の指を動かすように意識することでその人の体に流れる電気信号を検知するように、その人の体の複数箇所にそれぞれ付設されたセンサーと、

前記複数のセンサーからの信号を入力されて、遺伝的ァルゴリズムに基づきそれらの信号の組合せパターンを学習し、その組合せパターンに応じた動作命令信号を出力するプログラム可能型論理素子と、

前記プログラム可能型論理素子からの動作命令信号と、前記義肢を装着する人が操作する動作モード切り替え手段（54) からの切り替え信号とを入力されて、それらの信号と、それらの信号の組合せに応じてあらかじめ与えられたプログラムとに基づき前記各ァクチユエ一ターに駆動信号を出力するプログラム可能型コントローラ一と、

を具えることを特徴とする、請求項 1から 4までの何れか記載の義肢用可動指用の制御装置。