JP2015223418A

JP2015223418A - 駆動装置及びその駆動方法

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Publication number: JP2015223418A
Application number: JP2014111177A
Authority: JP
Inventors: 朋池邊; Tomo Ikebe
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2015-12-14

Abstract

【課題】駆動装置が装着された被装着部の動きの状態を検出し、被装着部の動作を補助する。
【解決手段】発明の駆動装置は、被装着部に装着される装着機構と、装着機構を駆動するアクチュエーターと、装着機構に設けられ、力を検出する第１力センサー及び第２力センサーと、を備える。第１力センサー及び第２力センサーは、第１力センサーから得られる第１検出値と第２力センサーから得られる第２検出値とが、被装着部の動きに応じて変化する位置に設けられている。アクチュエーターは、第１検出値と第２検出値との差が予め定めた第１の閾値よりも小さく、かつ、第１検出値または第２検出値が予め定めた第２の閾値よりも大きい場合には、第２検出値が一定状態となるように装着機構を駆動する。
【選択図】図６

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来から、特許文献１の指動作補助装置や特許文献２の装着型動作支援装置のように、手に装着され、その装着状態で指の動作を補助する、すなわち、指関節を屈伸（屈曲あるいは伸展）させる駆動装置が提案されている。

特開２００２−３４５８６１号公報特開２０１１−１１５２４８号公報

しかし、駆動装置の装着者が指を屈曲させようとしているのか、指を伸展させようとしているのか、という動作に関する装着者の意志を検出することは難しく、上記いずれの従来技術においても、指の姿勢位置を制御することは可能であるが、指の屈伸動作を適切に補助（アシスト）することは困難である、という問題があった。なお、この問題は、人の手の指の関節の動きを補助する駆動装置のみならず、足の指、肘、手首、膝、首、腰、等の各部位の動きを補助する駆動装置に共通する問題である。また、人のみならず動物などの生体の各部や、ロボット等の生体以外のものの動きを補助する駆動装置においても共通する問題である。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、駆動装置が提供される。この駆動装置は、被装着部に装着される装着機構と；前記装着機構を駆動するアクチュエーターと；前記装着機構に設けられ、力を検出する第１力センサー及び第２力センサーと；を備える。前記第１力センサー及び前記第２力センサーは、前記第１力センサーから得られる第１検出値と前記第２力センサーから得られる第２検出値とが、前記被装着部の動きに応じて変化する位置に設けられている。前記アクチュエーターは、前記第１検出値と前記第２検出値との差が予め定めた第１の閾値よりも小さく、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が予め定めた第２の閾値よりも大きい場合には、前記第２検出値が一定状態となるように前記装着機構を駆動する。
この形態の駆動装置では、第１力センサーによる第１検出値及び第２力センサーによる第２検出値に応じて、装着機構を駆動することができる。具体的には、第１検出値と第２検出値との差が予め定めた第１の閾値よりも小さく、かつ、第１検出値または第２検出値が予め定めた第２の閾値よりも大きい場合には、第２検出値が一定状態となるように装着機構を駆動することができる。

（２）上記形態の駆動装置において、前記アクチュエーターは、前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上の場合には、前記第１検出値または前記第２検出値に基づいて前記装着機構を駆動するようにしてもよい。この形態の駆動装置によれば、第１力センサーによる第１検出値及び第２力センサーによる第２検出値に応じて、装着機構が装着された被装着部の動きの状態を検出し、装着機構を駆動して被装着部の動作を補助することができる。

（３）上記形態の駆動装置において、前記被装着部は指であり、前記第１力センサーは前記指の背側に配置され、前記第２力センサーは前記指の腹側に配置されるようにしてもよい。この形態の駆動装置によれば、装着機構が装着された指の動きの状態を、第１力センサー及び第２力センサーにより検出し、第１検出値または第２検出値に基づいて装着機構を駆動することにより指の動作を補助することができる。

（４）上記形態の駆動装置において、前記第１力センサーと前記第２力センサーとは、前記指が回動する方向に沿って対向配置されているようにしてもよい。この形態の駆動装置によれば、第１力センサー及び第２力センサーの検出値から、指の屈伸動作のうちのモーメント成分を排除し、指の部分の動きの状態を高精度に検出することができる。

（５）上記形態の駆動装置において、前記装着機構は、前記指の背側に配置される補助部と、前記補助部に固定されて、前記指の腹側を覆うように挟持する挟持部と、を含む少なくとも一つの補助ユニットを有し；前記第１力センサーは前記補助部の前記指の背側の面に配置されており；前記第２力センサーは前記挟持部の前記指の腹側の面に配置されており；前記駆動装置は、さらに、前記アクチュエーターの動作を制御する制御部を備え；前記制御部は、ａ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値未満で、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が前記第２の閾値よりも小さい場合は、前記指を含む手が把持対象物を把持せずに静止するフリー静止状態と判定し；ｂ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値未満で、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が前記第２の閾値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を一定の把持力で把持する把持力維持状態と判定し；ｃ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第１検出値よりも大きく、かつ、前記第１検出値が前記第２の閾値未満の場合は、前記手が前記把持対象物を把持しない状態から前記手を握るフリー把握動作状態と判定し；ｄ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第１検出値よりも大きく、かつ、前記第１検出値が前記第２の閾値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を把持した状態から前記手を握る把持進行状態と判定し；ｅ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第１検出値以下で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を把持した状態から前記手を開く把持解放動作状態と判定し；ｆ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第１検出値以下で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値未満の場合は、前記手が前記把持対象物を把持しない状態から前記手を開くフリー解放動作状態と判定するようにしてもよい。
この形態の駆動装置によれば、第１力センサーによる第１検出値及び第２力センサーによる第２検出値に基づいて手の動作状態を判定することができ、これに基づいて、アクチュエーターが装着機構を駆動することにより、手の動き、具体的には駆動装置が装着された指の動きを補助することができる。

（６）上記形態の駆動装置において、前記装着機構は、前記指の背側に配置される補助部と、前記補助部に固定されて、前記指の腹側を覆うように挟持する挟持部と、を含む少なくとも一つの補助ユニットを有し；前記第１力センサーは前記補助部の前記指の背側の面に配置されており；前記第２力センサーは前記挟持部の前記指の腹側とは反対側の面に配置されており；前記第１検出値は前記装着機構を前記指に装着することにより発生する装着与圧に応じたオフセット値を差し引いた値であり；前記駆動装置は、さらに、前記アクチュエーターの動作を制御する制御部を備え；前記制御部は、ａ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値未満で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以下の場合は、前記指を含む手が把持対象物を把持せずに静止するフリー静止状態と判定し；ｂ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値未満で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を一定の把持力で把持する把持力維持状態と判定し；ｃ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以下で、かつ、前記第１検出値が前記第２検出値未満の場合は、前記手が前記把持対象物を把持しない状態から前記手を握るフリー把握動作状態と判定し；ｄ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値よりも大きく、かつ、前記第１検出値が前記第２検出値未満の場合は、前記手が前記把持対象物を把持した状態から前記手を握る把持進行状態と判定し；ｅ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値よりも大きく、かつ、前記第１検出値が前記第２検出値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を把持した状態から前記手を開く把持解放動作状態と判定し；ｆ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以下で、かつ、前記第１検出値が前記第２検出値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を把持しない状態から前記手を開くフリー解放動作状態と判定するようにしてもよい。
この形態の駆動装置によっても、第１力センサーによる第１検出値及び第２力センサーによる第２検出値に基づいて手の動作状態を判定することができ、これに基づいて、アクチュエーターが装着機構を駆動することにより、手の動き、具体的には駆動装置が装着された指の動きを補助することができる。

（７）上記形態の駆動装置において、前記制御部は、判定した動作状態に基づいて前記アクチュエーターによる前記装着機構の駆動状態を切り替えるようにしてもよい。この形態の駆動装置によれば、判定した動作状態に応じて手の動作、具体的には駆動装置が装着された指の動きを補助することができる。例えば、フリーハンドの場合には動きを速くし、把持の場合には動きを遅くすることができる。

（８）上記形態の駆動装置において、前記アクチュエーターは、前記装着機構を駆動する駆動力を発生する圧電駆動装置を含み；前記圧電駆動装置は、第１面及び第２面を有する振動板と、前記振動板の前記第１面及び第２面のうちの少なくとも一方の面に配置された振動構造体と、を有し；前記振動構造体は、圧電体と、前記圧電体を挟持する第１電極及び第２電極とを有するようにしてもよい。この形態の駆動装置によれば、アクチュエーターを簡単で小型で薄型な構造とすることができるので、駆動装置の小型化や薄型化を図ることができる。

（９）本発明の他の形態によれば、駆動装置が提供される。この駆動装置は、被装着部に装着される装着機構と；前記装着機構を駆動するアクチュエーターと；前記装着機構に設けられ、力を検出する第１力センサー及び第２力センサーと；を備える。前記第１力センサー及び前記第２力センサーは、前記第１力センサーから得られる第１検出値と前記第２力センサーから得られる第２検出値とが、前記前記被装着部の動きに応じて変化する位置に設けられている。前記アクチュエーターは、前記第１検出値と前記第２検出値との差が予め定めた第１の閾値よりも小さく、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が予め定めた第２の閾値よりも大きい状態で、力を検出する第３力センサーが設けられた物体に対して前記被装着部が接触している場合には、前記第２検出値および前記第３検出値が一定状態となるように前記装着機構を駆動する。
この形態の駆動装置によれば、第２検出値が一定状態となるように装着機構が駆動されていることを、第３力センサーによる第３検出値が一定状態となっていることから確認することが可能である。

本発明は、上記駆動装置だけでなく、上記駆動装置を駆動する駆動方法等の種々の形態で実現することができる。

第１実施形態の指関節駆動装置の使用状態を示す斜視図である。図１中のＡ−Ａ線断面図である。図２に示す状態から指を曲げた状態を示す断面図である。図１に示したアクチュエーターの一例を示す説明図である。圧電駆動装置の動作原理について示す説明図である。制御部において第１力センサー及び第２力センサーの検出値に従って行われるアクチュエーターの動作の制御の例を示す説明図である。制御部が実行する第１力センサー及び第２力センサーの出力に応じた制御処理について示すフローチャートである。図６と同様に制御部において第１力センサー及び第２力センサーの検出値に従って行われるアクチュエーターの動作の制御の別の例を示す説明図である。図７の制御フローの変形例を示す説明図である。把持力維持状態を確認する手法について示す説明図である。図６と同様に制御部において第１力センサー及び第２力センサーの検出値に従って行われるアクチュエーターの動作の制御の例を示す説明図である。第２実施形態の指関節駆動装置の断面図である。制御部において第１力センサー及び第２力センサーの検出値に従って行われるアクチュエーターの動作の制御の例を示す説明図である。制御部が実行する第１力センサー及び第２力センサーの出力に応じた制御処理について示すフローチャートである。図１４の制御フローの変形例を示す説明図である。

以下、本発明の駆動装置として、被装着部である指に装着されて、指が屈曲あるいは伸展する動きを補助（アシスト）する指関節駆動装置を例に説明する。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態の指関節駆動装置１の使用状態を示す斜視図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図２に示す状態から指を曲げた状態を示す断面図である。

指関節駆動装置１は、例えば事故や病気などによって指の曲げ伸ばしに支障が生じた人や、握力が低下した人、高齢のために力が弱くなった老人等の手１００に装着されることを想定している。本実施形態では、指関節駆動装置１は人差し指１０１に装着されており、人差し指１０１の指関節の屈伸（すなわち、回動）を補助するために用いられる。この指関節駆動装置１は、第１ベース部２と、第１リンク部３と、第２リンク部４と、第２ベース部５とを備え、これらの部材同士が手首側から指先側に向かって順に連結されている。これらの４つの部材２〜５を、「第１部材２」、「第２部材３」、「第３部材４」、「第４部材５」とも呼ぶ。図１に示すように、指関節駆動装置１は、更に、アクチュエーター６Ａと制御部１０とを備えている。

第１ベース部２は、装着状態で人差し指１０１の基節１０２の手の甲１０５側に配置される。第１ベース部２は、外形形状が偏平なブロック状をなす部材である。また、第１ベース部２は、第１装着バンド２０Ａを用いて人差し指１０１の基節１０２に装着される。第１装着バンド２０Ａは、長さが調整可能な帯体で構成され、その各端部２０１がそれぞれ第１ベース部２の各側面２２に固定されている。この第１装着バンド２０Ａは、人差し指１０１の基節１０２の手の平１０６側、すなわち、図１の紙面裏側に回り込んで、第１ベース部２を基節１０２に密着させることにより、第１ベース部２が基節１０２から離脱するのを防止する。

第２ベース部５は、第１ベース部２よりも指先側、すなわち、人差し指１０１の中節１０３の手の甲１０５側に配置される。第２ベース部５は、外形形状が偏平なブロック状をなす部材である。また、第２ベース部５は、第１ベース部２と同様に、第２装着バンド２０Ｂを用いて人差し指１０１の中節１０３に装着される。

第１リンク部３は、第１ベース部２の指先側に設けられている。第１リンク部３は、その全長が第１ベース部２や第２ベース部５の全長よりも長い部材である。この第１リンク部３は、天板３１と、天板３１の両縁部からそれぞれ突出した側壁３２とを有している。そして、２つの側壁３２の間で第１ベース部２を挟み込んでいる。また、各側壁３２と第１ベース部２の側面２２との間は、回動支持部１１を介して連結されている。回動支持部１１は、側壁３２及び第１ベース部２のうちの一方に設けられた軸（図示省略）と、他方に設けられ、軸が挿入された軸受け（図示省略）とで構成されている。また、人差し指１０１の基節１０２と中節１０３との間の近位指節間関節１０７が屈伸により回動するときの回動軸Ｏ_１０７を想定したとき、回動支持部１１の回動軸Ｏ_１１は、回動軸Ｏ_１０７に平行となっている。このような構成の回動支持部１１により、第１リンク部３は、第１ベース部２に対して回動軸Ｏ_１１回りに回動することができる。

第２リンク部４は、第１リンク部３の指先側に設けられている。第２リンク部４は、第２ベース部５に対して摺動する摺動部４１と、摺動部４１上から突出した突出部４２とを有している。

図２、図３に示すように、第２リンク部４の摺動部４１は、中空部４１１を有する筒状の部分であり、この中空部４１１を第２ベース部５のレール部５３が挿通している。レール部５３の全長は、摺動部４１の全長よりも十分に長く設定されている。摺動部４１がレール部５３に案内されつつ摺動することにより、第２ベース部５は、第１ベース部２に対して相対的に接近及び離間することができる。なお、図２は、第２ベース部５が第１ベース部２に対して接近した状態、すなわち、近位指節間関節１０７が伸展して人差し指１０１を開いた状態を示している。図３は、第２ベース部５が第１ベース部２に対して離間した状態、すなわち、近位指節間関節１０７が屈曲して人差し指１０１を曲げた状態を示している。

第２リンク部４の突出部４２は、第１リンク部３の２つの側壁３２の間で挟み込まれており、突出部４２と各側壁３２との間は、回動支持部１２を介して連結されている。回動支持部１２は、突出部４２及び側壁３２のうちの一方に設けられた軸（図示省略）と、他方に設けられ、軸が挿入された軸受け（図示省略）とで構成されている。また、回動支持部１２の回動軸Ｏ_１２は、回動軸Ｏ_１０７に平行となっている。このような構成の回動支持部１２により、第２リンク部４は、第１リンク部３と同様に、回動軸Ｏ_１０７に平行な回動軸Ｏ_１２回りに回動することができる。回動軸Ｏ_１１及び回動軸Ｏ_１２がそれぞれ回動軸Ｏ_１０７と平行であるとことにより、指関節駆動装置１で近位指節間関節１０７を容易に、すなわち、近位指節間関節１０７に無理な力が掛かるのを防止しつつ、屈伸させることができる。

第１ベース部２、第１リンク部３、第２リンク部４、第２ベース部５の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン等のような各種樹脂材料や、アルミニウム等のような各種金属材料を用いることができる。また、装着バンド２０Ａ、２０Ｂの構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコーンゴム等のような各種ゴム材料を用いることができる。

図２、３に示すように、第２ベース部５の中節１０３の背側の面５１に第１力センサーＳ１が配設され、第２装着バンド２０Ｂの中節１０３の腹側の面に第２力センサーＳ２が配設されている。すなわち、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２は、中節１０３を挟んで対向している。第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２は、人差し指１０１が回動する方向に沿って対向配置されることが好ましい。具体的には、第１力センサーＳ１と第２力センサーＳ２の互いに向き合う面の中心同士を結ぶ直線Ｌｐを想定したとき、この直線Ｌｐが近位指節間関節１０７の回動軸Ｏ_１０７に垂直で、近位指節間関節１０７の回動する面に平行となる位置に配置されることが好ましい。この配置が好ましい理由は、後述するように、人が人差し指１０１を屈伸しようとする際に、２つの力センサーＳ１，Ｓ２の検出値から指の屈伸動作のうちのモーメント成分を排除し、２つの力センサーＳ１，Ｓ２の検出値に基づいてその屈伸の意図を推定し易いからである。ただし、この配置に限定されるものではなく、第１力センサーＳ１が指の背に配置され、第２力センサーＳ２が指の腹側に配置されていればよい。

第１力センサーＳ１は、後述するアクチュエーター６Ａにより近位指節間関節１０７の回動を補助する際に、第２ベース部５の面５１から中節１０３の背側に加わる力、及び、中節１０３の背側から第２ベース部５の面５１側へ加わる力を検出するための力覚センサーである。第２力センサーＳ２は、中節１０３の腹側から第２装着バンド２０Ｂ側へ加わる力、及び、人差し指１０１が把持対象物（不図示）を把持した際に把持対象物から第２装着バンド２０Ｂを介して中節１０３の腹側に加わる力を検出するための力覚センサーである。第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の検出値は、制御部１０によるアクチュエーター６Ａの動作の制御に用いられる。制御部１０は第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の検出値に基づいてアクチュエーター６Ａの動作状態、具体的には、第１リンク部３の回動状態を制御し、近位指節間関節（第２関節）１０７を屈伸させる。

図４は、図１に示したアクチュエーター６Ａの一例を示す説明図である。なお、以下では、説明の都合上、図４中の紙面手前側を「表側」、その反対側を「裏側」と言う。アクチュエーター６Ａは、第１リンク部３が第１ベース部２に対して回動する際に、回動支持部１１の軸に力を付与する機構部である。アクチュエーター６Ａは、回動支持部１１の軸と同心で連結された第１ローター６１と、第１ローター６１を回転させる第２ローター６２と、第２ローター６２を回転させる第３ローター６３と、第３ローター６３を回転させる圧電駆動装置６４と有している。第１ローター６１と第２ローター６２と第３ローター６３は１組のギヤトレインを構成しており、圧電駆動装置６４によって第３ローター６３が回転すると、これに応じて第１ローター６１が回転する。また、第１ローター６１の回転に応じて回動支持部１１の軸が回転し、これに応じて第１リンク部３が第１ベース部２に対して回転する。

圧電駆動装置６４は、５つの圧電素子６５１を含む２組の振動構造体６５と、これらの間に挿んで貼り合わされた振動板６６とを有する積層体である。

振動構造体６５の５つの圧電素子６５１は、それぞれ、圧電体と、圧電体を挟持する第１電極及び第２電極とを有している（図示省略）。なお、第１電極と第２電極のどちらか一方の電極は共通電極としてもよい。これらの圧電素子６５１は、制御部１０（図１）に電気的に接続されている。なお、振動構造体６５に含まれる圧電素子６５１は少なくとも１つあればよく、その数や配置は、これ以外の種々のものを採用可能である。また、振動構造体６５は、振動板６６の２つの面（第１面及び第２面）のうちの少なくとも一方に設けられていればよい。

圧電駆動装置６４の端部には、突起部６７が設けられている。圧電駆動装置６４の両側面には、圧電駆動装置６４を支持するための複数の支持部６８が後述する振動の節に対応する位置に設けられている。これらの支持部６８は、振動板６６と一体的に形成されている。なお、振動板６６の同一の側面から突出している複数の支持部６８同士は、連結板６９を介して連結されていることが好ましい。

図５は、圧電駆動装置６４の動作原理について示す説明図である。圧電駆動装置６４は、各圧電駆動装置６４の圧電素子６５１に一定周期で電圧を印加したときに、圧電駆動装置６４の突起部６７が伸縮又は楕円運動することによって動作する。すなわち、図５（ａ）に示すように、互いに対角線の位置にある２つの圧電素子６５１を１組として、特定の周波数の電圧を印加すると、圧電駆動装置６４は、屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に変形し、突起部６７の先端が特定の方向に往復運動するか、又は、楕円運動する。この結果、突起部６７に接する第３ローター６３（図４）が所定の方向に回転する。また、図５（ｂ）に示すように、他の１組の圧電素子６５１に特定の周波数の電圧を印加すると、第３ローター６３は逆方向に回転する。なお、圧電駆動装置６４（又は振動構造体６５）のこのような動作については、先行技術文献（特開２００４−３２０９７９号公報、又は、対応する米国特許第７２２４１０２号）に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。

このように指関節駆動装置１では、圧電駆動装置６４を用いた第１リンク部３の回動を確実に行なうことができる。また、圧電駆動装置６４は、指関節駆動装置１の小型化や薄型化を実現することができる。

制御部１０（図１）は、予め記憶されているプログラムに基づいてアクチュエーター６Ａの動作を制御するものであり、後述するように、上記第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の検出値に従ってアクチュエーター６Ａの動作を制御する。この制御部１０は、ボタン電池等のバッテリー（図示せず）とともに、例えば第２リンク部４に内蔵されている。なお、制御部１０の構成としては、特に限定されず、例えば、専用回路として実現してもよく、或いはマイクロプロセッサーとメモリーとを有する回路構成を採用することができる。

以上説明した構成の指関節駆動装置１の動作を概略的に説明する。図２に示す状態では、指関節駆動装置１は、第１ベース部２が人差し指１０１の基節１０２に装着され、第２ベース部５が中節１０３に装着されている。そして、この状態からアクチュエーター６Ａが第１ベース部２に対して第１リンク部３を回転させるように動作すると、図３に示すように、第１リンク部３と第２リンク部４を図中の反時計回りに回動させることができる。これにより、人差し指１０１の中節１０３は、第２ベース部５ごと図３中の右斜め下方に向かって押圧される。その結果、人差し指１０１の近位指節間関節１０７が屈曲し、人差し指１０１を握る方向に動かすことができる。また、図３に示す状態から第１リンク部３を時計回りに回動させると、図２に示すように、人差し指１０１の中節１０３は、第２ベース部５ごと図中の左斜め上方に向かって引っ張られる。その結果、人差し指１０１の近位指節間関節１０７が伸展し、人差し指１０１を開く方向に動かすことができる。なお、近位指節間関節１０７が屈曲（または伸展）すると、第２ベース部５が第１ベース部２に対して離間（または接近）することとなるが、前述したように第２リンク部４と第２ベース部５とが相対的に移動可能であるため、第２ベース部５の第１ベース部２に対する離間（または接近）が迅速かつ円滑に行なわれる。これにより、近位指節間関節１０７を容易に折り曲げることができ、人差し指１０１への負担が軽減される。

なお、指関節駆動装置１の装着者（使用者）は、当該指関節駆動装置１の補助を受けない人差し指１０１の遠位指節間関節１０９や、親指、中指、薬指、小指（図１参照）を、人差し指１０１の近位指節間関節１０７と独立して屈伸させることができる。

また、装着状態の指関節駆動装置１は、本実施形態では第１ベース部２が人差し指１０１の基節１０２に配置され、第２ベース部５が中節１０３に配置されているが、このような配置に限定されない。例えば、装着状態で、第１ベース部２が手の甲１０５に配置され、第２ベース部５が人差し指１０１の基節１０２に配置されていてもよい。この場合、指関節駆動装置１で中手指節関節（第３関節）１０８を屈伸させることができる。その他、装着状態で、第１ベース部２が人差し指１０１の中節１０３に配置され、第２ベース部５が末節１０４に配置されていてもよい。この場合、指関節駆動装置１で遠位指節間関節（第１関節）１０９を屈伸させることができる。また、装着状態で、第１ベース部２が人差し指１０１の中節１０３に配置され、第２ベース部５が第１ベース部２よりも指先と反対側に、すなわち、手首側の基節１０２に配置されていてもよい。この場合、本実施形態の装着状態と同様に、指関節駆動装置１で近位指節間関節１０７を屈伸させることができる。

また、指関節駆動装置１の手１００に対する装着箇所（被装着部）は、本実施形態では人差し指１０１であるが、これに限定されず、例えば、親指、中指、薬指、小指であってもよい。

なお、アクチュエーター６Ａは、本実施形態では第１リンク部３の回動を担うものであるが、これに限定されず、第２リンク部４の回動を担うものであってもよい。この場合も、同様に、第２リンク部４の回動を確実に行なうことができ、また、指関節駆動装置１の小型化や薄型化にも寄与する。

なお、第１ベース部（第１部材）２と、第１リンク部（第２部材）３と、第２リンク部（第３部材）４と、第２ベース部（第４部材）５と、第１装着バンド２０Ａと、第２装着バンド２０Ｂとが、本発明の「装着機構」に相当する。また、第２ベース部５が本発明の「補助部」に相当し、第２装着バンド２０Ｂが本発明の「狭持部」に相当し、第２ベース部５及び第２装着バンド２０Ｂが本発明の「補助ユニット」に相当する。

図６は、制御部１０において第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の検出値に従って行われるアクチュエーター６Ａの動作の制御の例を示す説明図である。図６は、指関節駆動装置１の装着者（使用者）が、手１００を握って把持対象物を把持した後、手１００を開いて把持対象物を離す一連の動作における各種のパラメータの変化を示している。パラメータとしては、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力（検出値）、その差の絶対値｜Ｓ１−Ｓ２｜、第１リンク部３の動作速度（回動速度）、及び、アクチュエーター６Ａにより付与されるアシスト力（以下、「把持力」とも呼ぶ）を示している。なお、以下では、把持対象物を掴んでいない状態を「フリー（状態）」とも呼び、把持対象物を掴んでいる状態を「把持（状態）」とも呼ぶ。

図６の開始時点では、手１００が何も把持していないフリーな静止の状態にあり、指関節駆動装置１の動作状態が「フリー静止状態Ｕ６」となっている。この場合、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力はゼロである。実際には、これらの力センサーＳ１，Ｓ２には、装着時における装着バンドからの与圧が係っているが、ここでは、これらの与圧がキャリブレーションされて出力が「０」となっているものと仮定する。以下では、キャリブレーション時の与圧を基準として、与圧から加えられる力を「正の力」と呼び、与圧から減じられる力を「負の力」と呼ぶ。時刻ｔ１において、装着者が人差し指１０１を曲げる方向にその動作を開始すると、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力に変化が発生する。具体的には、第１力センサーＳ１の出力は一旦低下し、第２力センサーＳ２の出力は増大する。そして、時刻ｔ２で出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜が動作判定閾値Ｔａ以上となった時点から、アクチュエーター６Ａによる第１リンク部３のアシストを開始する。この時刻ｔ２からの指関節駆動装置１の動作状態を、「フリー把握動作状態Ｕ２」と呼ぶ。このフリー把握動作状態Ｕ２では、第２力センサーＳ２には正の力が加わり、第１力センサーＳ１には負の力が加わっている。このとき、アクチュエーター６Ａは、人差し指１０１が屈曲して手１００の握りをアシストするように、出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜に応じた動作速度で第１リンク部３を回動させる。

そして、時刻ｔ３で人差し指１０１が把持対象物に接触すると、第２力センサーＳ２には把持対象物を握る度合いに応じた正の力が加わるとともに、第１力センサーＳ１にも中節１０３の背側から正の力が加わり、出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜は減少する。このとき、第１リンク部３の回動速度は減少するが、これに伴って、アクチュエーター６Ａによる第１リンク部３を駆動する力（トルク）が増加し、人差し指１０１の把持力を増強する。そして、時刻ｔ４で第１力センサーＳ１の出力が把持判定閾値Ｔｂ以上となった時点から、指関節駆動装置１の動作状態は、把持した把持対象物をさらに握りしめる「把持進行状態Ｕ１」となる。このとき、アクチュエーター６Ａによる第１リンク部３の動作速度は非常に小さな状態で「０」へ向けてさらに減少する状態となるが、アクチュエーター６Ａによる第１リンク部３を駆動する力（トルク）がさらに増加する。そして、時刻ｔ５で出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜が動作判定閾値Ｔａ未満となった時点から、指関節駆動装置１の動作状態は把持対象物の把持力を維持する状態となる。この状態を、「把持力維持状態Ｕ５」と呼ぶ。この状態では、第１力センサーＳ１と第２力センサーＳ２の出力がほぼ等しくなり、一定のアシスト力が指関節駆動装置１によって加えられて、把持対象物が手１００によって一定の把持力で把持される。

把持力維持状態Ｕ５の最後に、装着者が手１００を開く動作を開始すると、第２力センサーＳ２の出力が第１力センサーＳ１の出力よりも小さくなって減少し、時刻ｔ６で出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜が動作判定閾値Ｔａ以上となる。ここからは、指関節駆動装置１の動作状態は、把持力維持状態Ｕ５から、手１００を開いて把持対象物を手１００から離す動作を開始した「把持解放動作状態Ｕ３」となる。この場合、アクチュエーター６Ａによる第１リンク部３の動作速度は「０」から徐々に増加し、これに応じてアシスト力は減少していく。そして、手１００の開きが大きくなって、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力が小さくなり、時刻ｔ７で第２力センサーＳ２の出力が把持判定閾値Ｔｂ未満となった時点から、指関節駆動装置１の動作状態は「フリー解放動作状態Ｕ４」となる。そして、時刻ｔ８で第２力センサーＳ２の出力が「０」となった時点で把持対処物が実際に解放されて、手１００は実際にフリーの状態となり、アシスト力は「０」となる。なお、フリー解放動作状態Ｕ４では、手１００を開く動作に伴って第１力センサーＳ１には正の力が加わる。このとき、アクチュエーター６Ａは、出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜に応じた動作速度で第１リンク部３を回動させ、近位指節間関節１０７の回動がアシストされて人差し指１０１の伸展がアシストされ、手１００の開きがアシストされる。

そして、装着者が手１００を開く動作を止める直前に、第１力センサーＳ１の出力も小さくなって、時刻ｔ９で出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜が動作判定閾値Ｔａ未満となる。このとき、指関節駆動装置１の動作状態は、装着者が手１００を開く動作を停止した「フリー静止状態Ｕ６」に戻る。図６に示し駆動装置１の動作は、制御部１０が、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力に応じて、以下で説明する制御処理を行なうことにより実行される。

図７は、制御部１０が実行する第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力に応じた制御処理について示すフローチャートである。この制御フローは、指関節駆動装置１の電源を起動した後、電源を遮断するまで繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０２において、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力の値を取得し、ステップＳ１０４において、装着者の動作意志の有無を判定する。具体的には、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜が動作判定閾値Ｔａ以上であるか否かで装着者の動作意志の有無を判定する。例えば、図６の時刻ｔ２及び時刻ｔ６においては装着者の動作意志が有ると判定され、図６の時刻ｔ５及び時刻ｔ９においては装着者の動作意志が無いと判定される。なお、動作判定閾値Ｔａの値は、誤動作を防止すること、及び、装着者の動作意志を判定できること等を考慮して、予め実験的に確認して設定される。そして、以下で説明するように、動作意志が有ると判定した場合にはステップＳ１０６〜ステップＳ１２４の処理を実行し、動作意志が無いと判定した場合にはステップＳ１２８〜ステップＳ１３２の処理を実行する。

ステップＳ１０４において動作意志が有ると判定した場合には、次に、ステップＳ１０６において、第１力センサーＳ１の出力と第２力センサーＳ２の出力とを比較して、装着者が意図した動作の方向を判定する。そして、以下で説明するように、第２力センサーＳ２の出力が第１力センサーＳ１の出力よりも大きい場合には、動作方向は手を握る方向（指を曲げる方向）と判定してステップＳ１０８〜ステップＳ１１４の処理を実行し、第２力センサーＳ２の出力が第１力センサーＳ１の出力以下の場合には、動作方向は手を開く方向（指を伸ばす方向）と判定してステップＳ１１８〜ステップＳ１２４の処理を実行する。

動作方向が手を握る方向と判定した場合、ステップＳ１０８において、第１力センサーＳ１の出力が把持判定閾値Ｔｂ以上であるか否か判定する。ここで、第１力センサーＳ１の出力が把持判定閾値Ｔｂ未満である場合、指関節駆動装置１の動作状態をフリー把握動作状態Ｕ２とし（図６参照）、ステップＳ１１０において出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜に応じて手を握るための動作速度を決定する。これに対して、第１力センサーＳ１の出力が把持判定閾値Ｔｂ以上である場合、指関節駆動装置１の動作状態を把持進行状態Ｕ１とし（図６参照）、ステップＳ１１２において把持状態でさらに手を握るための動作速度を出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜に応じて決定する。そして、ステップＳ１１４においてアクチュエーター６Ａに対して決定した動作速度での手を握る動作を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度で第１リンク部３を回動させる。

一方、ステップＳ１０６において、動作方向が手を開く方向と判定した場合、ステップＳ１１８においてステップＳ１０８と同様に、第２力センサーＳ２の出力が把持判定閾値Ｔｂであるか否か判定する。ここで、第２力センサーＳ２の出力が把持判定閾値Ｔｂ以上である場合、指関節駆動装置１の動作状態を把持解放動作状態Ｕ３とし（図６参照）、ステップＳ１２０において把持状態から手を開く動作速度を出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜に応じて決定する。これに対して、第２力センサーＳ２の出力が把持判定閾値Ｔｂ未満である場合、指関節駆動装置１の動作状態をフリー解放動作状態Ｕ４とし（図６参照）、ステップＳ１２２においてフリーハンド状態でさらに手を開くための動作速度を出力差｜Ｓ１−Ｓ２｜に応じて決定する。そして、ステップＳ１２４においてステップＳ１１４と同様に、アクチュエーター６Ａに対して決定した動作速度での手を開く動作を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度で第１リンク部３を回動させる。

また、ステップＳ１０４において動作意志が無いと判定した場合には、第１力センサーＳ１の出力が把持判定閾値Ｔｂであるか否か判定する。ここで、第１センサーＳ１の出力が把持判定閾値Ｔｂ以上である場合、指関節駆動装置１の動作状態を把持力維持状態Ｕ５と判定し（図６参照）、アクチュエーター６Ａに対してこの時点で発生させている駆動力での動作を維持するように指示し、アクチュエーター６Ａは第１リンク部３の駆動の状態を維持する。これに対して、第１力センサーＳ１の出力が把持判定閾値Ｔｂ未満である場合、指関節駆動装置１の動作状態をフリー静止状態Ｕ６と判定し（図６参照）、アクチュエーター６Ａに対してフリーでの静止状態を指示し、アクチュエーター６Ａは第１リンク部３の駆動を停止する。

以上説明した制御フローでは、２つの力センサーＳ１，Ｓ２の出力の値を取得し、取得した出力値に基づく動作意志判定（手を動かす意志の有無）と動作方向判定（手を握る／開く）と把持判定（把持／フリー）とによって、指関節駆動装置１の動作状態を判定する。具体的には、指関節駆動装置１の動作状態を、把持進行状態Ｕ１とフリー把握動作状態Ｕ２と把持解放動作状態Ｕ３とフリー解放動作状態Ｕ４と把持力維持状態Ｕ５とフリー静止状態Ｕ６のうちのいずれの状態とするか判定し、指関節駆動装置１がその動作状態に応じた動作となるように、アクチュエーター６Ａに第１リンク部３を駆動させる。これにより、２つの力センサーＳ１，Ｓ２の出力に基づいて、装着者の動作意志を検出し、これに応じて指関節駆動装置１を動作させることができ、指関節駆動装置１を装着した手１００、より具体的には、人差し指１０１の動作をアシストすることができる。なお、上記説明からわかるように、動作判定閾値Ｔａおよび把持判定閾値Ｔｂが本発明の第１の閾値および第２の閾値に相当する。

図８は、図６と同様に、制御部１０において第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の検出値に従って行われるアクチュエーター６Ａの動作の制御の別の例を示す説明図である。上記したように、図６の例は、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力が、装着時の与圧に応じた検出値をキャリブレーションして「０」の状態となっている場合で、フリー把握動作状態Ｕ２において第１力センサーＳ１に負の力が加わる場合を示している。これに対して、図８の例は、装着時の与圧が加わっていない状態、あるいは、装着時の与圧が小さいためにフリー把握動作状態Ｕ２において第１力センサーＳ１に加わる負の力が無視可能な程度に小さいため、フリー把握動作状態Ｕ２において第１力センサーＳ１の出力が「０」となっている状態を示している。その他については図６と同じである。

図９は、図７の制御フローの変形例を示す説明図である。この制御フローは、図７の制御フローのステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１２０，Ｓ１２２，Ｓ１３０，Ｓ１３２では、それぞれ判定した動作状態に応じた動作速度を決定する処理を行なっていた。これに対して、図９の制御フローは、図７の制御フローのステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１２０，Ｓ１２２，Ｓ１２０をステップＳ１１０ｂ，Ｓ１１２ｂ，Ｓ１２０ｂ，Ｓ１２２ｂ，Ｓ１３０ｂ、Ｓ１３２ｂとし、それぞれ判定した動作状態に応じた動作距離を決定する処理としたものである。アクチュエーター６Ａによる第１リンク部３の駆動量を決定するパラメータが動作速度ではなく動作距離としたものである。この場合にも、同様に、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の２つの力センサーの出力に基づいて、装着者の動作意志を検出し、これに応じて指関節駆動装置１を動作させることにより、指関節駆動装置１を装着した手、より具体的には、人差し指１０１の動作を、例えば、図６に示したように、アシストすることができる。

なお、把持力維持状態Ｕ５において一定の把持力が維持される状態は、一定の把持力を維持するように一定の変動範囲内で変動する状態も含むものである。例えば、第１力センサーＳ１の出力と第２力センサーＳ２の出力が一定の把持力を得られる状態を基準として変動しつつ、全体として一定の把持力が維持される状態としてもよい。把持力維持状態Ｕ５においてアクチュエーター６Ａによって与えられるアシスト力としては、例えば、以下のような種々の力を利用可能である。
（１）時間変化しない一定の力
（２）周期的に力が振動的に変化するが、把持状態を一定に維持することのできる力
（３）ランダムに力が振動的に変化するが、把持状態を一定に維持することのできる力
これらの力は、把持対象物を安定して把持させるためのアシストを行うという意味では、いずれもほぼ同様の作用を有する。このように、本明細書において「一定の力」という用語は、広義には、上記（１）〜（３）と同様の種々の力を含む広い意味を有する。一方、「時間変化しない一定の力」という語句は、上記（１）を含み上記（２），（３）を含まない狭義の意味を有する。なお、力の振動の幅は、例えば、±０．００１Ｎ／ｍｍ^２以内とすることが好ましい。このような把持力維持状態Ｕ５は、以下で説明する方法に従って確認することができる。なお、力が振動的に変化する場合には、２つの力センサーＳ１，Ｓ２の検出値も、変化に応じて振動的に変化する。

図１０は、把持力維持状態Ｕ５を確認する手法について示す説明図である。図１０は、図２の断面図の指関節駆動装置１および把持対象物を模式的に示している。図１０に示すように、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２と同じ力覚センサーを用いた第３力センサーＳ３を設けた把持対象物を利用する。第３力センサーＳ３の設置位置は、第２装着バンド２０Ｂに設けられた第２力センサーＳ２に対向する把持対象物の面とする。そして、この把持対象物を把持することにより、把持力維持状態Ｕ５を確認することができる。

図１１は、図６と同様に、制御部１０において第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の検出値に従って行われるアクチュエーター６Ａの動作の制御の例を示す説明図である。図１１は、図６と同様の手順で、指関節駆動装置１の装着者が、手１００を握って第３力センサーＳ３を有する把持対象物を把持した後、手１００を開いて把持対象物を離す一連の動作における各種のパラメータの変化を示している。パラメータとしては、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力、第２力センサーＳ２及び第３力センサーＳ３の出力、及び、第１リンク部３の動作速度（回動速度）を示している。

図１１に示すように、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間のフリー把握動作状態Ｕ２では、把持対象物の第３力センサーＳ３の出力は「０」であるが、時刻ｔ３で把持対象物に接触した後は、第３力センサーＳ３の出力は把持対象物が手１００の平に握り込まれた状態に応じて急激に大きくなる。そして、時刻ｔ４で第１力センサーＳ１の出力が把持判定閾値Ｔｂ以上となって把持進行状態Ｕ１となった後は、第３力センサーＳ３の出力は、第２装着バンド２０Ｂを介して接している第２力センサーＳ２の出力と一致して大きくなる。そして、把持力維持状態Ｕ５となっている時刻ｔ５〜時刻ｔ６の間では、第３力センサーＳ３の出力は第２力センサーＳ２及び第１力センサーＳ１の出力と同じ一定の大きさを維持する。そして、時刻ｔ６で把持解放動作状態Ｕ３となった後は、手１００を開く度合いに応じて第３力センサーＳ３の出力は第２力センサーＳ２の出力に一致して減少していき、時刻ｔ８で把持対象物が解放された時点で、「０」となる。

以上の説明からわかるように、第３力センサーＳ３の出力の値（検出値）を確認することにより、把持力維持状態Ｕ５の状態において指関節駆動装置１による把持力が一定の大きさを維持していることを確認することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図１２は、第２実施形態の指関節駆動装置１Ｂの断面図である。図１２は、図２に示した第１実施形態の指関節駆動装置１のＡ−Ａ線断面図に対応する。本実施形態の指関節駆動装置１Ｂは、第２力センサーＳ２が第２装着バンド２０Ｂの中節１０３の腹側を向く面ではなく、中節１０３とは反対側の第２装着バンド２０Ｂの面に設けられている点が、第１実施形態の指関節駆動装置１と異なっている。また、本実施形態の指関節駆動装置１Ｂは、第２力センサーＳ２の配置の違いに応じて、制御部１０によって実行される制御動作が異なっている。なお、本実施形態の指関節駆動装置１Ｂは、その他の点については第１実施形態の指関節駆動装置１と同じである。そこで、以下では、制御部１０によって実行される制御動作についてのみ説明を加える。

図１３は、制御部１０において第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の検出値に従って行われるアクチュエーター６Ａの動作の制御の例を示す説明図である。図１３は、図６と同様に、指関節駆動装置１Ｂの装着者が、手１００を握って把持対象物を把持した後、手１００を開いて把持対象物を離す一連の動作における各種のパラメータの変化を示している。パラメータとしては、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力（検出値）、その差の絶対値｜Ｓ２−（（Ｓ１−ＢＬ）｜、及び、第１リンク部３の動作速度（回動速度）を示している。

図１３に示すように、まず、手１００がフリーハンドな静止の状態にあり、指関節駆動装置１Ｂの動作状態がフリー静止状態Ｕ６となっている。この場合、第２力センサーＳ２には装着時の与圧は加わらないため「０」である。これに対して、第１力センサーＳ１には装着時の与圧が加わり、その出力値（検出値）としては例えばベース値ＢＬのオフセットが発生する。従って、本実施形態の第２力センサーＳ２の配置構造の場合、フリーハンドな状態では、第２力センサーＳ２には力が加わらないので、第２力センサーＳ２の出力は「０」のままである。一方、フリーハンドな状態であっても、第１力センサーＳ１の出力は、装着者が手１００を動かす動作に応じてベース値ＢＬを基準として変化する。例えば、手１００を握る動作は、第１力センサーＳ１に力が加わらない方向に働くので、第１力センサーＳ１の出力はベース値ＢＬよりも減少する。一方、手１００を開く動作は、第１力センサーＳ１に力が加わる方向に働くので、第１力センサーＳ１の出力はベース値ＢＬよりも増大する。また、把持状態では、第２力センサーＳ２には把持対象物に押されることによる正の力が加わるとともに、第１力センサーＳ１にも中節１０３を介して力が加わる。従って、後述するように、第２力センサーＳ２の出力と、第１力センサーＳ１の出力からオフセットとしてのベース値ＢＬを差し引いた後の第１力センサーＳ１の出力（以下、「第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）」とも呼ぶ）と、これらの出力の差の絶対値（出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜）と、に基づいて、装着者が手１００を動かす動作状態の判定を行なうとともに、指関節駆動装置１の動作状態を制御することができる。

時刻ｔ１で装着者が把持対象物を把持するために人差し指１０１を曲げる方向にその動作を開始すると、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力に変化が発生する。具体的には、第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）が第２力センサーＳ２の出力（「０」）よりも小さくなる。そして、時刻ｔ２で出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜が動作判定閾値Ｔａ以上となった時点から、指関節駆動装置１Ｂの動作状態がフリー把握動作状態Ｕ２となる。このとき、アクチュエーター６Ａは、人差し指１０１が屈曲して手１００の握りをアシストするように、出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜に応じた動作速度で第１リンク部３を回動させる。

そして、時刻３で人差し指１０１が把持対象物に接触すると、第２力センサーＳ２には把持対象物を握る度合いに応じた正の力が加わるとともに、第１力センサーＳ１にも中節１０３の背側から正の力が加わり、指関節駆動装置１Ｂの動作状態は、フリー把握動作状態Ｕ２から把持進行状態Ｕ１となる。この場合、アクチュエーター６Ａによる第１リンク部３の動作速度は減少し「０」へ向けて減少する状態となるが、出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜に応じた駆動力（トルク）が、把持対象物の把持を補助するためのアシスト力として、アクチュエーター６Ａから第１リンク部３に加えられる。これにより、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力は、第２力センサーＳ２の出力が第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）よりも大きい状態を維持したまま上昇し、把持対象物を手１００で握りしめる把持力を補助するためのアシスト力が増加する（図６参照）。

そして、時刻ｔ５で出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜が動作判定閾値Ｔａ未満となった時点から、指関節駆動装置１Ｂの動作状態は把持力維持状態Ｕ５となる。この状態では、第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）と第２力センサーＳ２の出力がほぼ等しくなり、一定のアシスト力が指関節駆動装置１Ｂによって加えられて、把持対象物が手１００によって一定の把持力で把持される。

把持力維持状態Ｕ５の最後に、装着者が手１００を開く動作を開始すると、第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）が第２力センサーＳ２の出力よりも小さくなって減少し、時刻ｔ６で出力差｜Ｓ２−（Ｓ１―ＢＬ）｜が動作判定閾値Ｔａ以上となると、指関節駆動装置１Ｂの動作状態は、把持力維持状態Ｕ５から把持解放動作状態Ｕ３となる。そして、手１００の開きが大きくなるのに応じて第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力が小さくなり、第２力センサーＳ２の出力が「０」となった時点で、把持対処物が解放された状態となる。ここで、出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜が動作判定閾値Ｔａ以上である場合には、図１３に示すように、指関節駆動装置１Ｂの動作状態はフリー解放動作状態Ｕ４となる。フリー解放動作状態Ｕ４では、第１力センサーＳ１にはベース値ＢＬよりも大きな正の力が加わり、第２力センサーＳ２は「０」の状態となる。このとき、アクチュエーター６Ａは、出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−Ｂｌ）｜に応じた動作速度で第１リンク部３を回動させ、近位指節間関節１０７の回動がアシストされて人差し指１０１の伸展がアシストされ、手１００の開きがアシストされる。

そして、装着者が手１００を開く動作を止める直前に、第１力センサーＳ１の出力も小さくなって、出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜が動作判定閾値Ｔａ未満となる。このとき、指関節駆動装置１Ｂの動作状態はフリー静止状態Ｕ６に戻る。図１３に示し駆動装置１Ｂの動作は、制御部１０が、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力に応じて、以下で説明する制御処理を行なうことにより実行される。

図１４は、制御部１０が実行する第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力に応じた制御処理について示すフローチャートである。この制御フローは、指関節駆動装置１Ｂの電源を起動した後、電源を遮断して動作を停止するまで繰り返し実行される。この制御フローは、図７に示した制御フローのステップＳ１０４〜Ｓ１０８，Ｓ１１８，Ｓ１２８を、ステップＳ２０４〜Ｓ２１２に置き換えたものであり、ステップＳ１０２，Ｓ１１０〜Ｓ１１４，Ｓ１２０〜Ｓ１２４，Ｓ１３０，Ｓ１３２の各処理は同じである。

ステップＳ１０２において第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の出力の値を取得後、ステップＳ２０４において把持状態か否かを判定する。具体的には、取得した第２力センサーＳ２の出力値が「０」より大きいか否かで判定する。なお、「０」が把持判定閾値Ｔｂに相当する。例えば、図１３の時刻ｔ３以前では第２力センサーＳ２の出力値は「０」であるので、把持状態ではないと判定し、時刻ｔ３から時刻ｔ７以前では第２力センサーＳ２の出力は「０」より大きいので把持状態と判定する。

把持状態と判定した場合、ステップＳ２０６において、装着者の動作意志の有無を判定する。具体的には、出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜が動作判定閾値Ｔａ以上であるか否かで判定する。例えば、図１３の時刻ｔ２〜時刻ｔ５、及び、時刻ｔ６〜時刻ｔ８においては装着者の動作意志が有ると判定される。また、時刻ｔ５〜時刻ｔ６においては装着者の動作意志が無いと判定される。

把持状態ではない（非把持状態（フリーハンド状態））と判定した場合、ステップＳ２０６と同様にステップＳ２１０において、装着者の動作意志の有無を判定する。なお、ステップＳ２１０では、把持状態ではなく、第２力センサーＳ２の出力は「０」であるので、実際には、ベース値ＢＬと第１力センサーＳ１の出力の出力差｜Ｓ１−ＢＬ｜が動作判定閾値Ｔａ以上であるか否かで装着者の動作意志が判定される。例えば、図１３の時刻ｔ２〜ｔ３、及び、時刻ｔ８〜時刻ｔ９においは装着者の動作意志が有ると判定される。また、時刻ｔ１以前及び時刻ｔ９以降においては装着者の動作意志が無いと判定される。

ステップＳ２０６において把持状態で動作意志有りと判定した場合、ステップＳ２０８において、第２力センサーＳ２の出力と第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）とを比較して、装着者が意図した動作の方向を判定する。第２力センサーＳ２の出力が第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）よりも大きい場合には、動作方向は手を握る方向（指を曲げる方向）と判定し、指関節駆動装置１Ｂの動作状態を把持進行状態Ｕ１として（図１３参照）、ステップＳ１１２において出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜に応じて把持状態でさらに手を握るための動作速度を決定する。そして、ステップＳ１１４においてアクチュエーター６Ａに対して決定した動作速度での手を握る動作を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度で第１リンク部３を回動させる。一方、第２力センサーＳ２の出力が第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）以下の場合には、動作方向は手を開く方向（指を伸ばす方向）と判定し、指関節駆動装置１Ｂの動作状態を把持解放動作状態Ｕ３として（図１３参照）、ステップＳ１２０において出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜に応じて把持状態から手を開く動作速度を決定する。そして、ステップＳ１２４においてステップＳ１１４と同様に、アクチュエーター６Ａに対して決定した動作速度での手を開く動作を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度で第１リンク部３を回動させる。

一方、ステップＳ２０６において把持状態で動作意志無と判定した場合、指関節駆動装置１Ｂの動作状態を把持力維持状態Ｕ５として（図１３参照）、ステップＳ１３０において、アクチュエーター６Ａに対してこの時点で発生させている駆動力での動作を維持するように指示し、アクチュエーター６Ａは第１リンク部３の駆動の状態を維持する。

また、ステップＳ２１０において非把持状態（フリーハンド状態）で動作意志有と判定した場合、ステップＳ２１２において、ステップＳ２０８と同様に装着者が意図した動作の方向を判定する。第２力センサーＳ２の出力が第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）よりも大きい場合には、動作方向は手を握る方向と判定し、指関節駆動装置１Ｂの動作状態をフリー把握動作状態Ｕ２として（図１３参照）、ステップＳ１１０において出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜に応じて手を握るための動作速度を決定する。そして、ステップＳ１１４においてアクチュエーター６Ａに対して決定した動作速度での手を握る動作を指示し、アクチュエーター６Ａは第１リンク部３を回動させる。一方、第２力センサーＳ２の出力が第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）以下の場合には、動作方向は手を開く方向と判定し、指関節駆動装置１Ｂの動作状態をフリー解放動作状態Ｕ４として（図１３参照）、ステップＳ１２２において出力差｜Ｓ２−（Ｓ１−ＢＬ）｜に応じてフリーハンド状態でさらに手を開く動作速度を決定する。そして、ステップＳ１２４においてステップＳ１１４と同様に、アクチュエーター６Ａに対して決定した動作速度での手を開く動作を指示し、アクチュエーター６Ａは第１リンク部３を回動させる。

一方、ステップＳ２１０において非把持状態（フリーハンド状態）で動作意志無と判定した場合、指関節駆動装置１Ｂの動作状態をフリー静止状態Ｕ６として（図１３参照）、ステップＳ１３２において、アクチュエーター６Ａに対してフリーでの静止状態を指示し、アクチュエーター６Ａは第１リンク部３の駆動を停止する。

以上説明した本実施形態においても、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の２つの力センサーの出力に基づいて、装着者の動作意志を検出し、これに応じて指関節駆動装置１Ｂを動作させることにより、指関節駆動装置１Ｂを装着した手１００、より具体的には、人差し指１０１の動作を、例えば、図１３に示したようにアシストすることができる。

図１５は、図１４の制御フローの変形例を示す説明図である。この制御フローは、図１４の制御フローのステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４，Ｓ１２０，Ｓ１２２，Ｓ１２４，Ｓ１３０，Ｓ１３２を、図９の制御フローと同様に、ステップＳ１１０ｂ，Ｓ１１２ｂ，Ｓ１１４ｂ，Ｓ１２０ｂ，Ｓ１２２ｂ，Ｓ１２４ｂ，Ｓ１３０ｂ，Ｓ１３２ｂとし、それぞれ判定した動作状態に応じた動作距離を決定し、決定した動作距離に応じてアクチュエーター６Ａを動作させるものである。アクチュエーター６Ａによる第１リンク部３の駆動量を決定するパラメータが動作速度ではなく動作距離としただけであり、第１力センサーＳ１及び第２力センサーＳ２の２つの力センサーの出力に基づいて、装着者の動作意志を検出し、これに応じて指関節駆動装置１Ｂを動作させることにより、指関節駆動装置１Ｂを装着した手１００、より具体的には、人差し指１０１の動作を、例えば、図１３に示したようにアシストすることができる。

また、本実施形態の把持力維持状態Ｕ５においても、第１実施形態と同様に、第３力センサーＳ３を設けた把持対象物を利用し、第３力センサーＳ３の出力の値（検出値）を確認することにより、指関節駆動装置１Ｂによる把持力が一定の大きさを維持していることを確認することができる（図１２、図１３参照）。

また、第１力センサーＳ１の出力（Ｓ１−ＢＬ）を第１力センサーＳ１の出力とすれば、本実施形態において図７、９に示した制御フローを適用することができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
以上、本発明の駆動装置として指関節駆動装置を例に説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、指関節駆動装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。上記実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

Ｃ２．変形例２：
アクチュエーター６Ａは、上記実施形態では第１リンク部３の回動を担うことができるものであるが、第２ベース部５の第１ベース部２に対する接近及び離間駆動を担うようにしてもよい。また、アクチュエーター６Ａは、アクチュエーターとして圧電駆動装置を利用した構成を例に説明したが、これ以外の任意のアクチュエーターを利用することが可能である。例えば、一般的な小型モーターや電磁アクチュエーター等を利用することも可能である。また、ワイヤーとワイヤーの張力を変化させるテンショナーとから構成されるアクチュエーターや、ホースとホース内の油圧や空気圧を変化させるポンプとから構成されるアクチュエーター等を利用することも可能である。

Ｃ３．変形例３：
上記した実施形態は人の手の指の関節の動きを補助する駆動装置（指関節駆動装置）を例に説明したが、これに限定されるものではなく、人の足の指、肘、手首、膝、首、腰、等の他の生体部位の動きを補助する駆動装置においても適用可能である。また、人のみならず動物などの生体部位や、ロボット等の生体以外のものの動きを補助する駆動装置にも適用可能である。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１、１Ｂ……指関節駆動装置２……第１ベース部（第１部材）２１……面２２……側面３……第１リンク部（第２部材）３１……天板３２……側壁４……第２リンク部（第３部材）４１……摺動部４１１……中空部４２……突出部５……第２ベース部（第４部材）５１……面５２……側面５３……レール部６Ａ……アクチュエーター６１……第１ローター６２……第２ローター６３……第３ローター６４……圧電駆動装置６５……振動構造体６５１……圧電素子６６……振動板６７……突起部６８……支持部６９……連結板１０……制御部１１、１２……回動支持部２０Ａ、２０Ｂ……装着バンド２０１……端部１００……手１０１……人差し指１０２……基節１０３……中節１０４……末節１０５……手の甲１０６……手の平１０７……近位指節間関節（第２関節）１０８……中手指節関節（第３関節）１０９……遠位指節間関節（第１関節）Ｏ_１１、Ｏ_１２、Ｏ_１０７……回動軸

Claims

被装着部に装着される装着機構と、
前記装着機構を駆動するアクチュエーターと、
前記装着機構に設けられ、力を検出する第１力センサー及び第２力センサーと、
を備え、
前記第１力センサー及び前記第２力センサーは、前記第１力センサーから得られる第１検出値と前記第２力センサーから得られる第２検出値とが、前記被装着部の動きに応じて変化する位置に設けられており、
前記アクチュエーターは、
前記第１検出値と前記第２検出値との差が予め定めた第１の閾値よりも小さく、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が予め定めた第２の閾値よりも大きい場合には、前記第２検出値が一定状態となるように前記装着機構を駆動する
ことを特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記アクチュエーターは、前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上の場合には、前記第１検出値または前記第２検出値に基づいて前記装着機構を駆動する
ことを特徴とする駆動装置。
請求項１または請求項２に記載の駆動装置であって、
前記被装着部は指であり、
前記第１力センサーは前記指の背側に配置され、
前記第２力センサーは前記指の腹側に配置される
ことを特徴とする駆動装置。
請求項３に記載の駆動装置であって、
前記第１力センサーと前記第２力センサーとは、前記指が回動する方向に沿って対向配置されている
ことを特徴とする駆動装置。
請求項３または請求項４に記載の駆動装置であって、
前記装着機構は、前記指の背側に配置される補助部と、前記補助部に固定されて、前記指の腹側を覆うように挟持する挟持部と、を含む少なくとも一つの補助ユニットを有し、
前記第１力センサーは前記補助部の前記指の背側の面に配置されており、
前記第２力センサーは前記挟持部の前記指の腹側の面に配置されており、
前記駆動装置は、さらに、前記アクチュエーターの動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
ａ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値未満で、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が前記第２の閾値よりも小さい場合は、前記指を含む手が把持対象物を把持せずに静止するフリー静止状態と判定し、
ｂ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値未満で、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が前記第２の閾値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を一定の把持力で把持する把持力維持状態と判定し、
ｃ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第１検出値よりも大きく、かつ、前記第１検出値が前記第２の閾値未満の場合は、前記手が前記把持対象物を把持しない状態から前記手を握るフリー把握動作状態と判定し、
ｄ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第１検出値よりも大きく、かつ、前記第１検出値が前記第２の閾値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を把持した状態から前記手を握る把持進行状態と判定し、
ｅ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第１検出値以下で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を把持した状態から前記手を開く把持解放動作状態と判定し、
ｆ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第１検出値以下で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値未満の場合は、前記手が前記把持対象物を把持しない状態から前記手を開くフリー解放動作状態と判定する
ことを特徴とする駆動装置。
請求項３または請求項４に記載の駆動装置であって、
前記装着機構は、前記指の背側に配置される補助部と、前記補助部に固定されて、前記指の腹側を覆うように挟持する挟持部と、を含む少なくとも一つの補助ユニットを有し、
前記第１力センサーは前記補助部の前記指の背側の面に配置されており、
前記第２力センサーは前記挟持部の前記指の腹側とは反対側の面に配置されており、
前記第１検出値は前記装着機構を前記指に装着することにより発生する装着与圧に応じたオフセット値を差し引いた値であり、
前記駆動装置は、さらに、前記アクチュエーターの動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
ａ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値未満で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以下の場合は、前記指を含む手が把持対象物を把持せずに静止するフリー静止状態と判定し、
ｂ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値未満で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を一定の把持力で把持する把持力維持状態と判定し、
ｃ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以下で、かつ、前記第１検出値が前記第２検出値未満の場合は、前記手が前記把持対象物を把持しない状態から前記手を握るフリー把握動作状態と判定し、
ｄ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値よりも大きく、かつ、前記第１検出値が前記第２検出値未満の場合は、前記手が前記把持対象物を把持した状態から前記手を握る把持進行状態と判定し、
ｅ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値よりも大きく、かつ、前記第１検出値が前記第２検出値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を把持した状態から前記手を開く把持解放動作状態と判定し、
ｆ）前記第１検出値と前記第２検出値との差が前記第１の閾値以上で、かつ、前記第２検出値が前記第２の閾値以下で、かつ、前記第１検出値が前記第２検出値以上の場合は、前記手が前記把持対象物を把持しない状態から前記手を開くフリー解放動作状態と判定する
ことを特徴とする駆動装置。
請求項５または請求項６に記載の駆動装置であって、
前記制御部は、判定した動作状態に基づいて前記アクチュエーターによる前記装着機構の駆動状態を切り替える
ことを特徴とする駆動装置。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の駆動装置であって、
前記アクチュエーターは、前記装着機構を駆動する駆動力を発生する圧電駆動装置を含み、
前記圧電駆動装置は、
第１面及び第２面を有する振動板と、前記振動板の前記第１面及び第２面のうちの少なくとも一方の面に配置された振動構造体と、を有し、
前記振動構造体は、圧電体と、前記圧電体を挟持する第１電極及び第２電極とを有する、
ことを特徴とする駆動装置。
被装着部に装着される装着機構と、
前記装着機構を駆動するアクチュエーターと、
前記装着機構に設けられ、力を検出する第１力センサー及び第２力センサーと、
を備え、
前記第１力センサー及び前記第２力センサーは、前記第１力センサーから得られる第１検出値と前記第２力センサーから得られる第２検出値とが、前記被装着部の動きに応じて変化する位置に設けられており、
前記アクチュエーターは、
前記第１検出値と前記第２検出値との差が予め定めた第１の閾値よりも小さく、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が予め定めた第２の閾値よりも大きい状態で、力を検出する第３力センサーが設けられた物体に対して前記被装着部が接触している場合には、前記第２検出値および前記第３検出値が一定状態となるように前記装着機構を駆動する
ことを特徴とする駆動装置。
駆動装置の駆動方法であって、
前記駆動装置は、
被装着部に装着される装着機構と、
前記装着機構を駆動するアクチュエーターと、
前記装着機構に設けられ、力を検出する第１力センサー及び第２力センサーと、
を備え、
前記第１力センサー及び前記第２力センサーは、前記第１力センサーから得られる第１検出値と前記第２力センサーから得られる第２検出値とが、前記被装着部の動きに応じて変化する位置に設けられており、
前記第１検出値と前記第２検出値との差が予め定めた第１の閾値よりも小さく、かつ、前記第１検出値または前記第２検出値が予め定めた第２の閾値よりも大きい場合には、前記第２検出値が一定状態となるように前記装着機構を駆動する
ことを特徴とする駆動方法。