JP2007275486A - Joint driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、手足の指関節を動かす関節駆動装置に関する。 The present invention relates to a joint drive device that moves a finger joint of a limb.
従来、手の動きに障害がある人を対象とした手のリハビリ装置が提案されている。例えば、特許文献1のリハビリ装置では、手首に駆動装置を設置し、この駆動装置から指先にかけてワイヤーを架け、このワイヤーを駆動装置によって出し入れさせて指先を強制的に動かすようになっている。
Conventionally, a hand rehabilitation device for a person with a hand movement disorder has been proposed. For example, in the rehabilitation device of
また例えば、特許文献2のリハビリ装置では、風船状の可動袋をエアーポンプを用いて伸縮させ、この可動袋の伸縮動作に指を連動させることで、指を強制的に動かすようになっている。
しかしながら、これらのリハビリ装置では、手首側に設置された駆動装置や、外部に配置されたエアーポンプによって、指全体を動かそうとする為、駆動装置や動力の伝達機構が大型化し、持ち運びが困難であるという問題もあった。また更に、これらのリハビリ装置では、一箇所の動力源によって、指全体を動かそうとするものであるため、指の個々の関節(MP関節やPIP関節等)毎に独立して動かす事が難しく、本来トレーニングすべき関節を集中的に動かす事が困難であるという問題があった。 However, in these rehabilitation devices, the drive device and power transmission mechanism are enlarged and difficult to carry because the entire finger is moved by a drive device installed on the wrist side or an air pump arranged outside. There was also a problem of being. Furthermore, since these rehabilitation devices try to move the entire finger with a single power source, it is difficult to move each finger joint independently (MP joint, PIP joint, etc.). There was a problem that it was difficult to move the joint to be trained intensively.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型、軽量構造でありながら、十分な関節運動を実現可能な関節駆動装置を提供する事を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a joint driving device capable of realizing sufficient joint movement while having a small and light structure.
上記目的は、以下の手段によって達成されるものである。 The above object is achieved by the following means.
(1)手の甲側に配置される第1保持部材と、手の甲側に配置される第2保持部材と、手の甲側に配置される第3保持部材と、前記第1又は第2保持部材に設置され、前記第1保持部材に対して前記第2保持部材を可動させる第1駆動体と、前記第2又は第3保持部材に設置され、前記第2保持部材に対して前記第3保持部材を可動させる第2駆動体と、を備える事を特徴とする関節駆動装置。 (1) A first holding member arranged on the back side of the hand, a second holding member arranged on the back side of the hand, a third holding member arranged on the back side of the hand, and the first or second holding member. A first driving body that moves the second holding member relative to the first holding member; and a second drive member that is disposed on the second or third holding member, and that moves the third holding member relative to the second holding member. And a second driving body to be provided.
(2)前記第1保持部材と前記第2保持部材の間にMP関節が位置すると共に、前記第2保持部材と前記第3保持部材の間にPIP関節が位置していることを特徴とする上記(1)記載の関節駆動装置。 (2) An MP joint is located between the first holding member and the second holding member, and a PIP joint is located between the second holding member and the third holding member. The joint drive device according to (1) above.
(3)前記第1駆動体が、前記第1保持部材と前記第2保持部材を接続する第1アーム、及び該第1アームを利用して前記第1保持部材に対して前記第2保持部材を回転させる第1回動軸を備えると共に、前記第2駆動体が、前記第2保持部材と前記第3保持部材を接続する第2アーム、及び該第2アームを利用して前記第2保持部材に対する前記第3保持部材を回転させる第2回動軸を備えることを特徴とする上記(1)又は(2)記載の関節駆動装置。
(4)前記第1駆動体が、前記第1保持部材と前記第2保持部材の距離を変化させる第1スライド機構を備えることを特徴とする上記(1)、(2)又は(3)記載の関節駆動装置。
(5)手首に配置される手首保持部材を更に備えることで、前記手首保持部材と前記第1保持部材の角度を調整可能となっていることを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれか記載の関節駆動装置。
(6)前記第2保持部材における手首側端縁が凹状態で湾曲していると共に、前記第2保持部材の指先側端縁が凸状態で湾曲していることを特徴とする上記(1)乃至(5)のいずれか記載の関節駆動装置。
(7)前記第2保持部材が、少なくとも人差指、中指、薬指を同時に保持することを特徴とする上記(1)乃至(6)のいずれか記載の関節駆動装置。
(8)前記第3保持部材に、手の指先を収納可能な保持カバーが設置されていることを特徴とする上記(1)乃至(7)のいずれか記載の関節駆動装置。
(9)前記第1駆動体又は第2駆動体の可動力発生方向が、中指の延在方向に対して傾斜していることを特徴とする上記(1)乃至(8)のいずれか記載の関節駆動装置。
(10)上記(1)乃至(9)のいずれかに記載の関節駆動装置において、前記手に代えて足に設置されることを特徴とする関節駆動装置。
(11)手の甲側に配置される第1保持部材と、手の甲側に配置される第2保持部材と、前記第1保持部材に対して前記第2保持部材を回動させる回動機構と、前記回動機構による初期回動時に、前記第1保持部材と前記第2保持部材の距離を変化させるスライド機構と、を備えることを特徴とする関節駆動装置。
(12)手の甲側に配置される第1保持部材と、手の甲側に配置される第2保持部材と、前記第1保持部材に設置されるモータと、前記モータによって回動駆動される回動軸と、前記回動軸に接続されて揺動する動力側アームと、前記第2保持部材に設置される部材側アームと、前記動力側アームと前記部材側アームを、相対角度を可変に接続するジョイントと前記ジョイントに設けられ、前記動力側アームと前記部材側アームの相対角度を所定範囲に制限する角度制限機構と、を備えることを特徴とする関節駆動装置。
(13)前記モータ又は前記回動軸にトルクリミッタが設置されていることを特徴とする上記(12)記載の関節駆動装置。
(14)前記第2保持部材が前記第1保持部材よりも指先側に配置されており、前記部材側アームの一端が、前記第2保持部材に配置される揺動軸に揺動自在に保持されていることを特徴とする上記(12)又は(13)記載の関節駆動装置。
(15)前記揺動軸が、前記第2保持部材の指先側近傍に配置されていることを特徴とする上記(12)、(13)又は(14)記載の関節駆動装置。
(16)前記回動軸が、前記第1保持部材の指先側近傍に配置されていることを特徴とする上記(12)乃至(15)のいずれか記載の関節駆動装置。
(3) The first driving body connects the first holding member and the second holding member, and the second holding member with respect to the first holding member using the first arm. And a second arm for connecting the second holding member and the third holding member, and the second holding using the second arm. The joint driving device according to (1) or (2), further comprising a second rotating shaft that rotates the third holding member with respect to the member.
(4) Said (1), (2) or (3) description characterized by the said 1st drive body being provided with the 1st slide mechanism which changes the distance of a said 1st holding member and a said 2nd holding member. Joint drive device.
(5) The above-mentioned (1) to (4), wherein an angle between the wrist holding member and the first holding member can be adjusted by further providing a wrist holding member disposed on the wrist. Any one of the joint drive devices.
(6) The wrist side edge of the second holding member is curved in a concave state, and the fingertip side edge of the second holding member is curved in a convex state (1) The joint drive device in any one of thru | or (5).
(7) The joint driving device according to any one of (1) to (6), wherein the second holding member holds at least the index finger, the middle finger, and the ring finger at the same time.
(8) The joint driving device according to any one of (1) to (7), wherein a holding cover capable of storing a fingertip of a hand is installed on the third holding member.
(9) The moving force generation direction of the first driving body or the second driving body is inclined with respect to the extending direction of the middle finger, as described in any one of (1) to (8) above Joint drive device.
(10) The joint driving device according to any one of (1) to (9), wherein the joint driving device is installed on a foot instead of the hand.
(11) a first holding member arranged on the back side of the hand, a second holding member arranged on the back side of the hand, a turning mechanism for turning the second holding member with respect to the first holding member, A joint drive device comprising: a slide mechanism that changes a distance between the first holding member and the second holding member during initial turning by the turning mechanism.
(12) A first holding member arranged on the back side of the hand, a second holding member arranged on the back side of the hand, a motor installed on the first holding member, and a rotation shaft driven to rotate by the motor. And a power-side arm that is connected to the pivot shaft and swings, a member-side arm that is installed on the second holding member, and the power-side arm and the member-side arm are connected in a variable relative angle. An articulation drive device comprising: a joint; and an angle limiting mechanism that is provided at the joint and limits a relative angle between the power side arm and the member side arm within a predetermined range.
(13) The joint drive device according to (12), wherein a torque limiter is installed on the motor or the rotation shaft.
(14) The second holding member is disposed closer to the fingertip side than the first holding member, and one end of the member side arm is swingably held by a swing shaft disposed in the second holding member. The joint driving device according to the above (12) or (13), wherein
(15) The joint driving device according to (12), (13), or (14), wherein the swing shaft is disposed in the vicinity of the fingertip side of the second holding member.
(16) The joint driving device according to any one of (12) to (15), wherein the rotation shaft is disposed in a vicinity of a fingertip side of the first holding member.
本発明の関節駆動装置によれば、手足の関節の可動を円滑にアシストすることが可能になると共に装置を軽量化でき、コンパクトな指のリハビリ装置や指の補助ロボットを得られるという優れた効果を奏し得る。 According to the joint driving device of the present invention, it is possible to smoothly assist the movement of the joints of the limbs, reduce the weight of the device, and obtain an excellent effect that a compact finger rehabilitation device and a finger auxiliary robot can be obtained. Can be played.
まず、図1を参照して、手1の骨、関節等の名称について説明する。手の骨は、指先から、末節骨2、中節骨4、基節骨6、中手骨8を備える。また間接は、末節骨2と中節骨4の間に位置するDIP間接10、中節骨4と基節骨6の間に位置するPIP間接12、基節骨6と中手骨8の間に位置するMP間接14、中手骨8の付根に位置するCM間接16を備える。なお、親指に関しては、関節が一つ少ないことから、MP関節よりも先端側の関節はIP関節18と呼ばれている。
First, names of bones, joints and the like of the
次に、図2の上面図、図3の側面図、図4の底面図を参照して、本発明の第1実施形態に係る関節駆動装置20について詳細に説明する。この関節駆動装置20は、手の甲側に配置される第1保持部材22、第2保持部材24、第3保持部材26を備える。第1保持部材22は、手の中手骨8に相当する位置に固定され、第2保持部材24は基節骨6に相当する位置に固定され、第3保持部材26は中節骨4及び末節骨2に相当する位置に固定される。この結果、第1保持部材22と第2保持部材24の間には、MP関節14が位置すると共に、第2保持部材24と第3保持部材26の間には、PIP関節12が位置するようになっている。
Next, the
第1〜第3保持部材22〜26には、夫々、手に固定するためのベルト28A〜28Dが配置されており、各ベルト28A〜28Dに形成されるベロクロファスナーによって長さを調整することができるようになっている。従って、各ベルト28A〜28Dを利用して、第1〜第3保持部材22〜26が手に固定される。なお、第3保持部材26には、2本のベルト28C、28Dが設置されており、この第3保持部材26の先端側に配置されるベルト28Dによって、人差指、中指、薬指を固定し、関節側に配置されるベルト28Cによって小指を固定する。小指は他の指と比較して長さが短いため、このように独立して固定することで、小指を確実に動かすことが可能になり、指の動きの補助やリハビリ効果を高めることが出来る。
The first to third holding
この関節駆動装置20は、更に、手首に固定される手首保持部材30、手首保持部材30と第1保持部材22を角度可変に連結する手首角度調整機構32、第1及び第2保持部材22、24に跨って配置される第1駆動体40、第2及び第3保持部材24、26を跨って配置される第2駆動体50を備える。
The
手首保持部材30は、手首に沿った湾曲形状のプレート部材であり、手首保持ベルト31が設置されている。この手首保持ベルト31にはベロクロファスナーが形成されており、この手首保持ベルト31によって手首保持部材30を手首に固定できる。また、手首保持部材30には制御ボックス36が設置されており、この制御ボックス36が備えている緊急ボタン38を押すことで、関節駆動装置1の動作を急停止できるようになっている。また、制御ボックス36内には後述する制御装置70が収納されている。
The
手首角度調整機構32は、手首保持部材30に設置されるガイド部33A、第1保持部材22に設置されるスライダ部33C、ガイド部33Aとスライダ部33Cの位置を固定する固定ネジ34を備える。ガイド部33Aは、手首の外側に凸となる部分円弧形状の案内溝33Bを有する筒状部材である。スライダ部33Cも同様に手首の外側に凸となる部分円弧形状の柱状部材であり、一端が第1保持部材22に固定されると共に他端はガイド部33Aの案内溝33Bに挿入される。また、スライダ部33Cには、複数の位置決め孔33Dが形成されており、案内溝33Bを貫通する固定ネジ34が挿入されることで、ガイド部33Aとスライダ部33Cを固定できる。従って、スライダ部33Cを案内溝33Bに沿って自在にスライドさせた後、適宜、固定ネジ34によって固定すれば、手首保持部材30と第1保持部材22の角度を調整することが出来る。上記のように、ガイド部33Aとスライダ部33Cが外側に湾曲しているので、手首から離れた状態で位置決めでき、手首の動きを阻害しないようになっている。
The wrist
第1駆動体40は、第1保持部材22に対して第2保持部材24を可動させるものである。具体的に第1駆動体40は、サーボモータ41、回動軸42、動力側アーム43、部材側アーム44、ジョイント45、角度制限カム46を備えている。サーボモータ41は、第1保持部材22上に固定配置されており、回動軸42を一定の角度範囲内で往復回転させる。動力側アーム43は、この回動軸42に一体的に接続されており、回動軸42の往復回転によって揺動する。部材側アーム44は、手の甲の外側に凸状態で湾曲した部材であり、この一端が、第2保持部材24の配置された揺動軸44Aに揺動自在に保持されている。部材側アーム44の他端は、ジョイント45を介して動力側アーム43と連結されている。ジョイント45は、ピンによって動力側アーム43と部材側アーム44の相対角度を可変に接続しており、動力側アーム43と部材側アーム44の間で力を伝達する。角度制限カム46は、部材側アーム44及び動力側アーム43におけるジョイント45側端部に形成されたカム機構であり、カムの係合と非係合の状態を利用して、動力側アーム43と部材側アーム44の相対角度を所定範囲内に制限するようになっている。
The
第2駆動体50は、第1駆動体40と略同構造であり、第2保持部材24に対して第3保持部材26と可動させるものである。具体的に第2駆動体50は、サーボモータ51、回動軸52、動力側アーム53、部材側アーム54、ジョイント55、角度制限カム56を備えている。サーボモータ51は、第2保持部材24上に固定配置されており、回動軸52を一定の角度範囲内で往復回転させる。動力側アーム53は、この回動軸52に一体的に接続されており、回動軸52の往復回転によって揺動する。部材側アーム54は、手の甲の外側に凸状態で湾曲した部材であり、一端が、第3保持部材26に配置される揺動軸54Aに揺動自在に保持されている。部材側アーム54の他端は、ジョイント55を介して動力側アーム53と連結されている。ジョイント55は、ピンによって動力側アーム53と部材側アーム54の相対角度を可変に接続しており、動力側アーム53と部材側アーム54の間で力を伝達する。角度制限カム56は、部材側アーム54及び動力側アーム53におけるジョイント55側端部に形成されたカム機構であり、カムの係合と非係合の状態を利用して、動力側アーム53と部材側アーム54の相対角度を所定範囲内に制限するようになっている。
The
次に、第1駆動体40の動作について説明する。なお、第2駆動体50の動作は第1駆動体40と略同様であるので、重複説明を避けるためにここでは説明を省略する。
Next, the operation of the
図2〜図4で示したように、動力側アーム43が最も引き側の状態、即ち動力側アーム43が手首側に傾倒した状態の場合、ジョイント45も第1保持部材22上の手首側に位置し、部材側アーム44が手首側に引き寄せられる。この結果、第1保持部材22と第2保持部材24が極めて接近した状態となる。この状態では、角度制限カム46は開放状態となっており、ジョイント45において動力側アーム43と部材側アーム44の角度は可変である。
As shown in FIGS. 2 to 4, when the
次に、動力側アーム43が指先側に多少揺動すると、図5に示されるように、動力側アーム43、ジョイント45、部材側アーム44、手1、MP関節14の組み合わせがスライダ・リンク機構として機能し、その中でも手1が固定リンクとなって、第1保持部材22に対して第2保持部材24が前方にスライドする。これによりMP関節14の領域に余裕空間Sが生まれて屈曲しやすい状態となる。一方で、第1及び第2保持部材22、24は手1に固定されているので、第2保持部材24の前方へのスライド距離には限界がある。この結果、第2保持部材24のスライドが固定されると、図6に示されるように、動力側アーム43、ジョイント45、部材側アーム44、手1、MP関節の組み合わせが、てこクランク機構として機能し、MP関節14を中心として第2保持部材24(手の基節骨6)が下方側(関節の屈曲側)に自然と押し込まれて、MP関節14の屈曲が開始する。屈曲の開始状態ではサーボモータ41にもあまり負荷がかからない。
Next, when the
その後、更に動力側アーム43が指先側に傾倒すると、てこクランク機構における死点に近づいてしまい、第2保持部材24が基節骨6部分を更に押し込もうとするものの、次第に手の反発が強まる。しかし、図7に示されるように、てこクランク機構が死点近傍に達すると、略同じタイミングで、ジョイント45に形成されている角度制限カム46が係合状態となり、ジョイント45における動力側アーム43と部材側アーム44の相対角度が固定されて一体となる。従って、角度制限カム46がロックされた段階で、動力側アーム及び部材側アーム44が一体となったL字形状のアームが、回動軸42を中心として単純な回転運動を行うので、第2保持部材24が更に手首側に押し込まれる。この結果、動力側アーム43が指先側に傾倒するに伴って、動力側アーム43の端部に配置されるジョイント45が、第1保持部材22の指先側端縁よりも前方側に突出して、部材側アーム44を図7の下方側(関節の屈曲側)に押し込む。ここでは、MP関節14が略90度まで屈曲されている。この動作を往復させることで、MP関節14を曲げ伸ばしするようなリハビリ運動を得ることが出来る。なお、サーボモータ41の回動範囲を制御すれば、MP関節14の屈曲角度は自在に調整することも可能である。
Thereafter, when the
なお、角度制限カム46の係合タイミング(動力側アーム43と部材側アーム44のロック角度)は、各関節で実現するべき最大の屈曲状態を想定し、その最大屈曲状態において、動力側アーム43と部材側アーム44の角度が固定される(関節が開放されない)角度に設定すればよいことになる。また別の観点から考えると、回動軸41、ジョイント45、揺動軸44A、MP関節14を4点とした「てこクランク機構」を仮定した場合に、揺動軸44A、MP関節14、回動軸41が略直線状に位置する死点近傍で角度制限カム46がロックされるようすることが好ましいといえる。
Note that the engagement timing of the angle limiting cam 46 (the lock angle between the power-
次に、第1保持部材22、第2保持部材24、第3保持部材26の形状について説明する。図2又は図4に戻って、この第1、第2、第3保持部材22、24、26はプレート状の部材であり、人差指から小指までを覆うことが可能な幅を有している。また、第1保持部材22は、手首側端縁22Aが凹状態で湾曲していると共に、指先側端縁22Bが凸状態で湾曲した形状となっている。同様に第2保持部材24は、手首側端縁24Aが凹状態で湾曲していると共に、指先側端縁24Bは凸状態で湾曲した形状となっている。手首側端縁24Aの凹状態の湾曲形状は、第1保持部材22の指先側端縁22Bの湾曲形状と略一致するようになっている。同様に第3保持部材26は、手首側端縁26Aが凹状態で湾曲していると共に、指先側端縁26Bは凸状態で湾曲した形状となっている。手首側端縁26Aの凹状態の湾曲形状は、第2保持部材24の指先側端縁24Bの湾曲形状と略一致する。
Next, the shapes of the first holding
更に詳細に、第1保持部材22と第2保持部材の指先側端縁22B、24Bの湾曲形状は、中指近傍が最も突出するように設定されており、中指近傍を基準にして、人差指側が多少引っ込んでおり、小指側は人差指側よりも大きく引っ込んだ形状となっている。このようにすることで、関節駆動装置20を実際の手の形状に合わせることが容易になる。例えば、第1保持部材22に関しては、人差指から小指までの中手骨8をまとめて覆うことが可能になり、第2保持部材24に関しては、人差指から小指までの基節骨6をまとめて覆うことが可能になる。第3保持部材26に関しても、人差指から小指までの中節骨4及び末節骨2をまとめて覆うことが可能になる。この結果、本第1実施形態の関節駆動装置20を用いれば、人差指から小指までの合計4本の指を同時に握ったり開いたりする、いわゆるグー・パー運動をすることができるようになる。
In more detail, the curved shape of the fingertip side edges 22B and 24B of the first holding
次に、この関節駆動装置20による手のリハビリ運動について説明する。
Next, hand rehabilitation movement by the
図8に示されるように、ここではまず、開いた状態の手1に対して、関節駆動装置20をベルト28A〜28Dで固定する。ベルト28Aは、人差指から小指までの中手骨8に巻きつけられ、ベルト28Bは人差指から小指までの基節骨6に巻きつけられ、ベルト28Dは人差指から薬指までの末節骨2又は中節骨4に巻きつけられ、ベルト28Cは小指の末節骨2又は中節骨4に巻きつけられるようにする。その後、手首保持ベルト31を手首に巻きつけることで、手首保持部材30を手首に固定し、手首角度調整機構32によって、手首の角度を適した状態に調整する。
As shown in FIG. 8, first, the
次に、関節駆動装置20を動かして、リハビリを行う。具体的には図9及び図10に示されるように、第1駆動体40と第2駆動体50を同時に動作させて、第1保持部材22に対して第2保持部材24を屈曲させながら、更に、第2保持部材24に対して第3保持部材26を屈曲させる。既に説明したように、第1・第2駆動体40、50の動力伝達機構によって、各保持部材22、24、26の間に空間Sを確保しながら、同時に屈曲させるようにしているので、MP関節14及びPIP関節12を滑らかに屈曲させることが可能になる。なお、ここでは、MP関節の最大屈曲角度を90度、PIP関節の最大屈曲角度を100度に設定している。
Next, the
ここではリハビリ運動について示したが、関節駆動装置20は、手が不自由な状態でも、自分の手で物を握ったりする場合にも利用できる。例えば、図11には、本関節駆動装置20を搭載して、手摺60を握った状態を示す。この場合、MP関節14及びPIP関節12の屈曲角度を調整することによって、手摺60を適度な強さで握ることが可能になる。また、第1駆動体40及び第2駆動体50にトルクリミッタ機構又はトルクリミッタ制御を設けることで、指先に所定の圧力が作用した時に自動的に屈曲作業を停止させ、各種サイズの対象物を自在に把持できるようにしてもよい。特に手の日常動作の補助装置として本関節駆動装置20を利用する場合、手首角度調整機構32を利用して、手首保持部材30と第1保持部材22の角度を屈曲させるようにする。日常生活では、手首を曲げている状態が多いからである。
Although the rehabilitation exercise is shown here, the
次に、この関節駆動装置20で用いられる制御装置について説明する。
Next, a control device used in the
図12には、この関節駆動装置20で用いられる制御装置70が示されている。この制御装置70は、カウント手段72、カウントリセット手段74、トルク制御手段76、速度制御手段78、原点復帰手段80、原点設定手段82、可動範囲設定手段84を備えている。カウント手段72は、リハビリ運動の回数をカウントすると共に、予め設定された目標回数に到達したら本装置20を停止させる。カウントリセット手段74は、カウント手段72の数値をゼロに戻す。トルク制御手段76は、サーボモータ41、51のトルクを制御するものであり、手に与える負荷を調整することが出来る。また、このトルク制御手段76はトルク検出機能も兼ね備えており、サーボモータ41の発生トルクが、設定値の上限に達した時点でサーボモータ41の回転を停止するようにしている。速度制御手段78は、サーボモータ41の回動スピードを調整するものであり、利用者が好みのスピードに調整することが出来る。原点調整手段80は、サーボモータ41、51の原点を初期設定するものであり、例えば、指が曲がった状態で戻らない人が利用する場合は、関節駆動装置20の原点を屈曲状態に設定し、MP関節14やPIP関節12を伸ばす動作のリハビリテーションを行うようにする。一方、指が伸びた状態で十分に曲がらない人が利用する場合には、原点を非屈曲状態に設定して曲げる動作のリハビリテーションを行うようにする。原点復帰手段82は、緊急ボタン38が利用者によって押された際に、上記原点に復帰させるものである。
FIG. 12 shows a
可動範囲設定手段84は、上記原点を基準として、両方向にどの程度の角度範囲でサーボモータ41、51を回動させるかを予め設定するものである。例えば、手の関節の可動範囲が小さい人は、このサーボモータ41、51の可動範囲も小さく設定する必要がある。一方で、リハビリが進み、手の関節の可動範囲が大きくなった場合には、サーボモータ41、51の可動範囲も大きくする。このようにすることで、リハビリのレベルに応じた利用が可能になる。
The movable range setting means 84 sets in advance how much the
この制御装置70の具体的なハード構成は様々なものが利用できるが、その一例として、汎用コンピュータを利用する場合を図13に示す。この制御装置70では、記憶装置90、中央演算装置91、伝送回路92、入出力手段93、モータインターフェース94等を備える。記憶装置90には、上記制御装置70が実現すべきソフトウエアプログラムが格納されている。中央演算装置91は、このソフトウエアプログラムを読み込んで実行し、情報処理によって図12の機能を実現するものである。伝送回路92は、記憶装置90や中央演算装置91、入出力手段93、モータインターフェース94等を接続してデータの通信するための通信バスである。入出力手段93は、例えばタッチパネル式ディスプレイであり、トルク(強、中、弱)、速度(速、中、遅)、カウント、回転範囲等を表示すると共に、手のタッチ入力を促して、各種設定を実行可能にする。モータインターフェース94は、各サーボモータ41、51に接続されて、これらに対して各種運動を指示・制御する。
Various specific hardware configurations of the
以上、本第1実施形態の関節駆動装置20は、第1〜第3保持部材22、24、26を手に配置し、第1駆動体40を利用して第1保持部材22と第2保持部材24間で屈曲運動を行うと共に、第2駆動体50を利用して第2保持部材24と第3保持部材26の間で屈曲運動をするという分散動力構造であるので、各動力源(ここではサーボモータ41、51)をコンパクトにすることが可能になる。また、手首等の一箇所に配置される駆動源から全ての関節を操るのではなく、第1保持部材22によって駆動されている第2保持部材24を基台として、第3保持部材を駆動しているので、簡潔な構造でありながらも、動作角度や動作トルクを大きくすることが可能になる。また、第1〜第3保持部材22、24、26の間にMP関節14とPMP関節12を配置しているので、重要な関節を集中的に運動させることができる。
As described above, in the
また、この関節駆動装置20では、第1駆動体40には(第1の)回動軸42が設置されており、各アーム43、44を利用して、第1保持部材22に対して第2保持部材24を回転させるようになっているので、この回転運動を利用してMP関節14を屈曲させることが出来る。同様に、第2駆動体50には(第2の)回動軸42が設置され、各アーム53、54を利用した回転運動により、PIP関節12を屈曲させることが出来る。また、動力側アーム43と部材側アーム44がカム機構によってロックされることで、L字形状に一体化されるので、MP関節14の周囲に余裕空間を確保しながら、中手骨8側に位置する回動軸42の動力を基節骨6の先端側に伝達することができる。
In the
また、指の関節は、その屈曲点が手の内部にあることから、関節の外側に位置する手の甲側の皮膚が大きく伸びるという特徴がある。そこで本関節駆動装置20では、第1及び第2駆動体40、50が、部分的にスライダ機構として機能すると共に、回動機構としても機能するので、第1保持部材22と第2保持部材24の間隔、及び第2保持部材24と第3保持部材26の間隔を同時に離反させて皮膚の伸びに追従させ、それと更に屈曲動作を行うようになっている。従って、このMP関節14やPIP関節12では極めて自然な屈曲運動を行うことができる。また、本関節駆動装置20では、2つのアーム43、44と、このアーム43、44を接続するジョイント45、このジョイント45に形成される角度制限カム46を利用することで、1つのサーボモータ41でスライダ機構と回動機構を両立させているので、関節駆動装置20を極めてコンパクトにすることが可能となっている。
In addition, the finger joint has a feature that the skin on the back side of the hand located outside the joint greatly extends because the bending point is inside the hand. Therefore, in the present
また、回動軸42側を第1保持部材22の指先側に配置することで、動力側アーム43の回転角度、特に屈曲側の回転角度を大きく確保できるようにし、更に、揺動軸44Aを第2保持部材24の指先側に配置することで、MP関節14から離れた部位を押すことが可能となり、より大きなトルクを手に伝達できる。これは、第2駆動体50でも全く同様である。
In addition, by arranging the
更に、この関節駆動装置20では、手首保持部材30と第1保持部材22の角度を自在に調整可能となっているので、個人にとって利用しやすい角度を適宜選択できるようになる。特に、リハビリ装置としてではなく、日常生活をアシストする装置として利用する際に利便性が向上する。
Furthermore, in this
また、第1〜第3保持部材22、24、26、とりわけ第2保持部材24については、手首側端縁24Aが凹状態で湾曲していると共に、指先側端縁24Bが凸状態で湾曲しているので、少なくとも人差指、中指、薬指を同時に固定する際に、全ての指の基節骨6に第2保持部材24をフィットさせることができる。この結果、複数の指のリハビリを同時に実行できるようになる。
Further, for the first to
なお、この第1実施形態の関節駆動装置20では、指の先端側をベルト28C、28Dで固定する場合を示したが、本発明はそれに限定されない。例えば図14に示されるように、第3保持部材26の指先側に指先収納カバー58を設置しておき、この指先収納カバー58に指先を収納することで、第3保持部材26と指を固定するようにしてもよい。このようにすると、ベルトを巻きつける作業が軽減されるので、特に、手先が不自由な人にとって利便性が向上する。
In the
次に、図15を参照して、第2実施形態に係る関節駆動装置120について説明する。なお、この関節駆動装置120について、第1実施形態の関節駆動装置20と同一又は類似する部材については、図中の符号の下二桁を一致させることで詳細な説明を省略し、第1実施形態と相違する点を主に説明する。
Next, with reference to FIG. 15, the
この関節駆動装置120は、第1駆動体140と第2駆動体150の回動軸142、152の角度が可変となっている。具体的には、サーボモータ141、151が、位置決め固定可能な回転テーブル(図示省略)上に配置されており、全体が手の面方向に回転できるようになっている。また、第2保持部材124、第3保持部材126の指先側端縁124B、126B近傍には、手の幅方向に延在する円弧状のスライド溝124C、126Cが形成されており、このスライド溝124C、126Cに沿って揺動軸144A、154Aが移動可能となっている。従って、サーボモータ141、151を中心として、この揺動軸144A、154Aをスライド溝124C、126Cに沿って移動させると、第1駆動体140と第2駆動体150の駆動方向S(関節の曲げ力の発生方向)を、手の中心方向T(中指の延在方向)に対して斜めにすることが可能になる。特に本第2実施形態のように、関節の曲げ力の発生方向Sを、指先に向かって小指側に傾斜させることで、小指を親指側に向かって屈曲させる動作が可能になる。日常活動において、小指は、中心方向Tに直線的に曲げる場合より、親指側に向き合うようにして屈曲させて対象物を握る機会が多いので、より実践的なリハビリや運動補助を実現できることになる。
In the
以上、上記実施形態に係る関節駆動装置20、120では、制御装置にトルク制御手段76が設けられている場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。例えば、サーボモータの回動軸に摩擦を利用したスリップ機構を設置して、一定のトルクに達したらスリップ機構が空転することでトルク制御することも可能である。また、動力側アームや部材側アーム等にバネ等を利用した弾性領域を形成しておき、一定のトルクに達したらアームが曲がることでトルクを吸収しても良い。
As described above, in the
更に本実施形態では、関節駆動装置を手の人差指から小指に亘って配置する場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。例えば、親指に設置するようにして、親指の各関節を個別に駆動させるようにしてもよい。特に、実施形態で示した関節駆動装置20、120と、親指用の関節駆動装置を組み合わせることで、親指と他の指の動きによって様々な物を掴むことが可能になる。このようにすると、日常生活をアシストする道具として、更に利便性を高めることができる。
また、本実施形態では、関節駆動装置を手に設置する場合に限って示したが、本発明はそれに限定されず、足の指に利用することも可能である。また、本実施形態では1つのサーボモータでスライド運動と回転運動を実現するようにしているが、本発明はそれに限定されず、回転動力源とスライド動力源を別々に用意して、組み合わせるようにしても良い。
Furthermore, in this embodiment, although it showed only when the joint drive device is arrange | positioned from the index finger of a hand to a little finger, this invention is not limited to it. For example, each joint of the thumb may be individually driven so as to be installed on the thumb. In particular, by combining the
In the present embodiment, the joint drive device is shown only when it is installed in the hand. However, the present invention is not limited to this and can be used for the toes. In this embodiment, the slide motion and the rotational motion are realized by one servo motor. However, the present invention is not limited to this, and the rotational power source and the slide power source are separately prepared and combined. May be.
尚、本発明の関節駆動装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the joint drive device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
本発明の関節駆動装置は、小型軽量でコンパクトな指のリハビリ装置や指の補助ロボットとして利用することが出来る。 The joint driving device of the present invention can be used as a small, light and compact finger rehabilitation device or a finger auxiliary robot.
1 ・・・手
20、120 ・・・関節駆動装置
22、122 ・・・第1保持部材
24、124 ・・・第2保持部材
26、126 ・・・第3保持部材
30、130 ・・・手首保持部材
32、132 ・・・手首角度調節機構
40、140 ・・・第1駆動体
50、150 ・・・第2駆動体
DESCRIPTION OF
Claims (16)
手の甲側に配置される第2保持部材と、
手の甲側に配置される第3保持部材と、
前記第1又は第2保持部材に設置され、前記第1保持部材に対して前記第2保持部材を可動させる第1駆動体と、
前記第2又は第3保持部材に設置され、前記第2保持部材に対して前記第3保持部材を可動させる第2駆動体と、
を備える事を特徴とする関節駆動装置。 A first holding member disposed on the back side of the hand;
A second holding member disposed on the back side of the hand;
A third holding member disposed on the back side of the hand;
A first driving body installed on the first or second holding member and moving the second holding member relative to the first holding member;
A second driving body installed on the second or third holding member and moving the third holding member relative to the second holding member;
A joint drive device characterized by comprising:
前記第2駆動体が、前記第2保持部材と前記第3保持部材を接続する第2アーム、及び該第2アームを利用して前記第2保持部材に対する前記第3保持部材を回転させる第2回動軸を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の関節駆動装置。 The first driving body rotates the second holding member with respect to the first holding member by using the first arm connecting the first holding member and the second holding member, and the first arm. A first pivot shaft,
A second arm that connects the second holding member and the third holding member; and a second arm that rotates the third holding member relative to the second holding member using the second arm. The joint drive device according to claim 1, further comprising a rotation shaft.
手の甲側に配置される第2保持部材と、
前記第1保持部材に対して前記第2保持部材を回動させる回動機構と、
前記回動機構による初期回動時に、前記第1保持部材と前記第2保持部材の距離を変化させるスライド機構と、を備えることを特徴とする関節駆動装置。 A first holding member disposed on the back side of the hand;
A second holding member disposed on the back side of the hand;
A rotation mechanism for rotating the second holding member with respect to the first holding member;
A joint drive device comprising: a slide mechanism that changes a distance between the first holding member and the second holding member during initial rotation by the rotation mechanism.
手の甲側に配置される第2保持部材と、
前記第1保持部材に設置されるモータと、
前記モータによって回動駆動される回動軸と、
前記回動軸に接続されて揺動する動力側アームと、
前記第2保持部材に設置される部材側アームと、
前記動力側アームと前記部材側アームを、相対角度を可変に接続するジョイントと
前記ジョイントに設けられ、前記動力側アームと前記部材側アームの相対角度を所定範囲に制限する角度制限機構と、
を備えることを特徴とする関節駆動装置。 A first holding member disposed on the back side of the hand;
A second holding member disposed on the back side of the hand;
A motor installed in the first holding member;
A pivot shaft that is pivotally driven by the motor;
A power-side arm connected to the pivot shaft and swinging;
A member-side arm installed on the second holding member;
A joint that variably connects a relative angle between the power side arm and the member side arm; and an angle limiting mechanism that is provided in the joint and limits a relative angle between the power side arm and the member side arm to a predetermined range;
A joint drive device comprising:
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