JP2009519794A - 義指および義手 - Google Patents

Abstract

本発明は、力およびモーメントを受け取るために形成されており、かつ自然の外観を得るために弾性的な被覆を備えることができる基本要素（２０）を具備する義指（１０）に関する。同様に、本発明は、本体（２）を有する義手（１）に関し、本体には、複数の義指（１０）が設けられている。
【解決手段】基本要素（２０）は、形状安定的なコアとして形成されており、このコアは、自然な指の柔らかい部分に対応する箇所に、複数の開口部（３０）を有し、これらの開口部には、エラストマー材料（４０）が充填されていて、指の自然な輪郭が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、力およびモーメントを受け取るために形成されており、かつ自然の外観を得るために弾性的な被覆を備えることができる基本要素を具備する義指に関する。更に、本発明は、本体と、この本体に設けられた義指とを有する義手に関する。

従来の技術からは、義指が金属製のコアを有し、このコアは、一体的に形成されており、あるいは、複数の指節に対応しかつ互いに関節式に結合されている複数の構成要素から構成されていてなる義指および義手が知られている。義指は、本体に関節式に設けられており、アクチュエータによって動かされることができる。それ故に、把持運動が模倣されることが可能である。義指の一体的な構造の例は、US2004/0015240 A1に記載されている。

機械的により複雑な義指は、指の根元の関節を中心とした旋回に追加して、少なくとも１つの他の指関節における義指の湾曲を提案する。このような実施の形態は、例えば、US2005/0021154 A1に記載されている。

義指または義手に出来る限り自然な感じを与えるように、手の形態をとるゴムの被覆が、機械的な構造の上に被せられる。ゴムの被覆は、機械的な構成要素のための保護機能のほかに、クッションと、自然の手に近い視覚的な感じとを提供する。このような被覆は、コストをかけて製造され、機械的な構成要素の上に重く被せられ、自然な手に比べて、比較的弱い触覚的な感じしか有しない。

本発明の課題は、改善された自然な感じを有し、かつ従来の技術よりも安価に製造され、容易に使用される義指および義手を提供することである。

上記課題は、本発明に基づき、請求項１の特徴を有する義指によっておよび請求項１３の特徴を有する義手によって解決される。本発明の好都合な実施の形態は、従属請求項に記載されている。

力およびモーメントを受け取るために形成されており、かつ自然の外観を得るために弾性的な被覆を備えることができる基本要素を具備する、本発明に係わる義指は、基本要素が、形状安定的なコアとして形成されており、コアが、自然な指の柔らかい部分に対応する箇所に、複数の開口部を有し、これらの開口部には、エラストマー材料が充填されていて、指の自然な輪郭が形成されることを提案する。従って、硬い基本要素またはコアのほかに、例えば、指先の区域に、または、指節の、掌に向いた面の区域に、高い弾性の区域が提供される。その目的は、出来る限り自然の触覚を供するためである。モータ駆動型の義指の場合、このことによって、改善された把持が可能となる。何故ならば、把持された物体との接触が、自然の手の場合のように、弾性変形可能な区域で起こるからである。このことによって、増大した把持確実性のほかに、従来の技術よりも自然な把持運動も生じる。

本発明の実施の形態は、指構造全体を軽量に製造するために、基本要素が中空体として形成されていることを提案する。基本要素が、プラスチック、特に熱可塑性プラスチックから構成されていることは好ましい。その目的は、剛性に関する制限を受け入れる必要なしに、義指の重量を著しく減じるためである。この代わりに、基本要素が、金属材料、特に軽金属または合金から形成されていてもよい。プラスチックと金属の組合せも、同様に用いることができる。

基本要素およびエラストマー材料部分が、２成分射出成形法で共に加工されることは好ましい。それ故に、義指は、既に、最終的な輪郭すなわち形状および、同時に、義手に設けられた義指の機能的特性を有する。適切な着色によって、義指を、自然の指に近づけて構成することが可能である。義指には、自然の指の場合に曲がり易い箇所で、相応に軟らかい区域が形成されている。このことは、義指の製造法を容易化しかつ安価にする。

或る実施の形態は、基本要素が、穿孔された構造体を有するので、エラストマー材料部分が基本要素の中を延びていることが可能であることを提案する。この場合、基本要素は、少なくとも部分的に、エラストマー材料部分にすっかり埋設されている。このことによって、エラストマー材料部分の材料の選択が適切であるとき、高い弾性および大きな変形距離が提供される。

基本要素におよびこの代わりにまたは補足的にエラストマー材料部分に、複数の通路、あるいは、ケーブルまたはセンサのための収容区域が形成されていてもよい。その目的は、例えば、個々の指節同士の位置に関し従ってまた指の湾曲の程度に関し把持力のフィードバックを達成するためである。

基本要素には、義手の本体に取着するための関節軸のための取着部が形成されていてもよい。この取着部は、弾性的に形成されていてもよい。取着部が回転軸に対し直角へ移動することができることは好ましい。その目的は、指の自然な動きに近い感じを達成するためである。義指のこのような「軟らかな」取着によって、義指の側方の移動可能性および追加の可撓性が可能である。硬い回転軸は、軟らかな収容状態または軟らかい取着状態にある。このことによって、追加的に、硬くて、不自然な、技術的な機構の印象が減じられ、把持の自然な感じが達成される。義指のおよび取着部の、最大限５０Ｎｍである非常に大きな荷重を受け取ることができるために、指の根元の関節の区域に、取着部を補強するための、金属からなる挿入物が設けられている。

加えられた把持力のフィードバックを可能にするために、指先の区域に、センサが設けられ、特にエラストマー材料に射出成形され、押し込められ、または貼着されていることが提案されている。センサは、把持力センサ、温度センサ、スリップセンサまたは速度センサとして形成されていてもよい。

自然の指への更なる近さを達成するために、基本要素およびエラストマー材料部分に被さって、皮膚形成物をなす交換可能なプラスチックの被覆が設けられている。プラスチックの被覆は、自然の指の色および構造に合わせられている。このプラスチックの被覆は、非常に薄く構成されており、このことによって、非常に安価に製造される。プラスチックの被覆を、非常に容易に、義指または義手全体に被せられることが可能であり、特に、関節式に互いに結合される複数の区域を覆う。プラスチックの被覆の損傷または取り除き不可能な汚れの場合に、補装具着用者は、プラスチックの被覆を手袋のように容易に交換することができる。

本発明に係わる義手は、上記のように、本体および少なくとも１つの義指を有する。義指が、関節式におよび／または弾性的に本体に取り付けられているのは好ましい。その目的は、軟らかな取着によって、自然な感じを得るためである。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。図１には、手の本体２と、手の本体に関節式に設けられた義指１０とを有する義手１が示されている。義手１全体には、手袋の形態を取り、弾性材料からなる皮膚形成物をなすプラスチックの被覆７０が被せられている。少なくとも３本の指、すなわち、親指、人差し指および中指が、関節式にかつ作動可能に本体２に取り付けられている。何故ならば、これらの３本の指によって、大部分の日常的な把持機能を実施することができるからである。

図２には、既に自然の指の基本的な輪郭を有する基本要素２０を具備する義指１０の構造が示されている。基本要素２０は、形状安定的な材料、特に、プラスチックまたは複合材料から形成されており、指節および指先に対応する領域に、複数の開口部３０を有する。これらの開口部３０は、自然の指において軟組織がある箇所に設けられている。ここでは、基本要素２０の構造は、開口部３０が機械的な安定性を損なわず、その結果、義指１０に作用する力が、更に確実に受け取られかつ伝達されることができるように、形成されている。ここには、開口部３０は、義指１０の動き面に対し直角に形成されている。

図３には、義指１０の構造が、部分断面図で示されている。ここでは、基本要素２０は、実質的に、指の全長に亘って延びている。開口部３０は、エラストマー材料部分４０が延びていることができる貫通部として形成されている。それ故に、所定の区域では、中空体として形成された基本要素２０が、エラストマー材料部分４０によって貫通されることが可能である。指先１１の区域では、自然の指の構造に対応して、比較的大きな開口部あるいは比較的大きな区域に、エラストマー材料４０が充填されている。指先には、把持力センサ１２が埋設されている。その目的は、加えられる把持力を制御するための制御ユニットに応答信号を送るためである。把持力センサ１２の代わりにまたは把持力センサに補足的に、温度センサ、速度センサ、または義指と把持された物体との間の相対運動を算出するスリップセンサが設けられていてもよい。スリップセンサは、光学式に作動することができる。センサの設置は、指先に限定することはなく、センサが、義指のどこでも適切な箇所に取着されていてよい。

義指１０には、取着部６０が、指の根元の関節の区域に設けられている。取着部は、軟らかい取着状態で硬い軸を有する。その目的は、指の根元の関節を中心とした回転軸に対し直角に側方の移動を可能にするためである。このような移動可能性は、例えば硬い物体への衝突の際に生じることがある荷重の際に、構成要素および構造を保護する。義指１０の、剛性をもったおよび一部構成の構造のほかに、指の根元の関節のほかに、義指に、少なくとも１つの他の関節を備えることが可能である。

図４の横断面図では、基本要素２０が中空体として形成されており、中空体の壁部は、貫通部の形態の開口部３０を有し、開口部には、エラストマー材料４０が充填されていることが見て取れる。基本要素２０の内部には、通路５０が形成されており、通路は駆動手段、ケーブルまたはセンサを収容することができる。この代わりに、図３で指先の区域に示すように、中空空間に、エラストマー材料４０が充填されていてもよい。基本要素２０が、２成分射出成形法で、エラストマー材料４０と共に加工されることは好ましい。それ故に、義指の輪郭は、射出成形工程の終了後に、完全に存する。輪郭を形成するプラスチックの被覆の、コストのかかる製造を省略することもできる。

個々の義指１０のみならず、義手１全体の上に、非常に肉薄に形成されていることができる弾性的なプラスチックの被覆を被せることができる。その目的は、皮膚の形成および義指１０の自然の着色を可能にするためである。

本発明に係わる義指１０によって、義指が、適切な箇所で、硬くかつ軟らかく製造され、同時に、義指１０は、非常に容易にかつ簡単に製造され、エラストマー材料部分４０を、基本要素２０の、力を伝達する構造に形成することによって、自然の外観形状に近い機能、触覚および視覚を有する。義手１においてすべての義指１０が作動されていないならば、作動されていない指は、完全にエラストマーから形成されていることができる。何故ならば、これらの指は、通常、力を伝達する必要がないからである。

義手を示す。 義指を部分断面図で示す。 図２の断面ＩＩＩに沿った義指を部分断面図で示す。 図２の断面ＩＶに沿った義指を横断面図で示す。

Claims (15)

1. 力およびモーメントを受け取るように形成されており、かつ自然の外観を得るために弾性的な被覆を備えることができる基本要素を具備する義指において、
   この基本要素（２０）は、形状安定的なコアとして形成されており、このコアは、自然な指の柔らかい部分に対応する箇所に、複数の開口部（３０）を有し、これら開口部には、エラストマー材料（４０）が充填されていて、指の自然な輪郭が形成されることを特徴とする義指。
2. 前記基本要素（２０）は、中空体として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の義指。
3. 前記基本要素（２０）は、プラスチック、特に熱可塑性プラスチック、複合材料、または、金属、特に軽金属により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の義指。
4. 前記基本要素（２０）および前記エラストマー材料部分（４０）は、２成分射出成形法で共に加工されていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の義指。
5. 前記基本要素（２０）は、穿孔された構造体を有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の義指。
6. 前記基本要素（２０）および／または前記エラストマー材料部分（４０）には、複数の通路（５０）と、ケーブルおよびセンサのための収容部とが形成されていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の義指。
7. 前記基本要素（２０）には、関節軸のための取着部（６０）が形成されていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の義指。
8. 前記取着部（６０）は、弾性的に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の義指。
9. 前記取着部（６０）を補強するために、指の根元の関節の区域に、金属からなる挿入物が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の義指。
10. この義指（１０）には、特に前記指先（１１）の区域には、センサ（１２）が設けられていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の義指。
11. 前記基本要素（２０）および前記エラストマー材料部分（４０）に被さって、皮膚形成物をなす交換可能なプラスチックの被覆（７０）が設けられていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の義指。
12. 前記エラストマー材料部分（４０）は、前記基本要素（２０）の外側に取着されており、この基本要素を少なくとも部分的に囲繞していることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の義指。
13. 本体（２）と、前記すべての請求項のいずれか１に記載の少なくとも１つの義指（１０）とを有する義手（１）。
14. 前記少なくとも１つの義指（１０）は、関節式におよび／または弾性的に前記本体（２）に取り付けられていることを特徴とする請求項１３に記載の義手。
15. 前記本体（２）および前記義指（１０）に被さって、皮膚形成物をなす交換可能なプラスチックの被覆（７０）が設けられていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の義手。

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