JP2016005346A - 駆動装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被装着部の動きの状態を高精度に検出する。
【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、装着機構と被装着部との間に配置される複数の第１力センサーと、を備える。アクチュエーターは、少なくとも、被装着部の動きに応じて変化する複数の第１力センサーから得られる複数の第１検出値に基づいて、装着機構を駆動して被装着部の動作を補助する。
【選択図】図２

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、上記いずれの従来技術においても、駆動装置が装着された指の姿勢位置を制御することは可能であるが、装着者が指を屈曲させようとしているのか、指を伸展ささせようとしているのか、という指の動作状態を検出することが難しく、指の動作に関する装着者の意志を検出することが難しい、という問題があった。このため、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、これらの問題は、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、生体の動きを補助するための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；前記装着機構と前記被装着部との間に配置される複数の第１力センサーと；を備える。上記形態の駆動装置では、装着機構が装着された被装着部を動かした場合に、被装着部の位置に依存して装着機構と被装着部との間で発生する力の偏りや分布を、複数の第１力センサーで検出することができるので、装着機構と被装着部との間で発生する力を高精度に検出することができ、装着機構が装着された被装着部の動きの状態を高精度に検出することができる。

（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、前記被装着部の動きに応じて変化する前記複数の第１力センサーから得られる複数の第１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、複数の第１力センサーによって得られる複数の第１の検出値に基づいて、装着機構が装着された被装着部の動きの状態を高精度に検出し、被装着部の動きの状態に応じて装着機構を駆動することができる。これにより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、さらに、前記被装着部を挟んで前記複数の第１力センサーと対向配置される少なくとも１つの第２力センサーを備えるようにしてもよい。この形態の駆動装置によれば、被装着部を挟んで第１力センサーと対向配置される第２力センサー側における装着機構と被装着部との間で発生する力も検出することができる。

（４）上記形態の駆動装置において、前記アクチュエーターは、前記複数の第１力センサーから得られる複数の第１検出値および前記少なくとも一つの第２力センサーから得られる少なくとも一つの第２検出値であって、前記被装着部の動きに応じて変化する複数の第１検出値および少なくとも一つの第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、被装着部を挟んで対向配置される複数の第１力センサーによる複数の第１検出値および少なくとも一つの第２力センサーによる第２検出値に基づいて、装着機構が装着された被装着部の動きの状態を高精度に検出し、被装着部の動きの状態に応じて装着機構を駆動することができる。これにより、被装着部の動作を補助することができる。

（５）上記形態の駆動装置において、前記被装着部を挟んで前記複数の第１力センサーと対向配置される複数の前記第２力センサーを備えるようにしてもよい。この形態の駆動装置によれば、第１力センサー側での装着機構と被装着部との間の接触力の分布を複数の第１力センサーによって検出するとともに、第１力センサーとは反対の第２力センサー側での装着機構が装着された被装着部の位置に依存して装着機構と被装着部との間で発生する力の偏りや分布を、複数の第２力センサーによって検出すことができるので、装着機構と被装着部との間で発生する力をより高精度に検出することができる。そして、複数の第１力センサーによる複数の第１検出値および複数の第２力センサーによる第２検出値に基づいて、装着機構が装着された被装着部の動きの状態をより高精度に検出し、被装着部の動きの状態に応じて装着機構を駆動することができる。これにより、被装着部の動作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、前記複数の第１力センサーと前記被装着部との間で、前記複数の第１力センサーに接するように配置された受圧板を備えるようにしてもよい。この形態の駆動装置によれば、アシスト駆動装置と被装着部との間で発生する力を、受圧板を介して複数の第１力センサーに効率良く伝えることができるので、第１力センサーによる接触力の検出精度を高めることが可能である。

（７）上記形態の駆動装置において、前記被装着部は指であり、前記複数の第１力センサーは前記指の背側において少なくとも指の長手方向に沿って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、装着機構と指との間で発生する力の偏りや分布を高精度に検出することができ、装着機構が装着された指の動きの状態を高精度に検出し、指の動きの状態に応じて装着機構を駆動することができる。これにより指の動作を高精度に補助することができる。

（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体と、を有し；前記振動体は、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。

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。 制御部が実行する複数の第１力センサー及び１つの第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。 複数の第１力センサーを配設することによる効果について示す説明図である。 第２実施形態の指関節駆動装置の断面図である。 制御部が実行する複数の第１力センサー及び複数の第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。 第３実施形態の指関節駆動装置の断面図である。 制御部が実行する複数の第１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。

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に複数（図の例では２つ）の第１力センサーＳ１が人差し指１０１の長手方向に沿って配設されており、複数の第１力センサーＳ１上には、複数の第１力センサーＳ１全体に亘って延在する受圧板Ｐｓが設けられている。また、第２装着バンド２０Ｂの中節１０３の腹側の面に１つの第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。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、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が指の背側に配置され、第２力センサーＳ２が指の腹側に、指１０１（中節１０３）を挟んで配置されていればよい。

複数の第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の側から中節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の側へ加わる力を検出するための力覚センサーである。１つの第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。受圧板Ｐｓは、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側へ加わる力の分散を抑制して、２つの第１力センサーＳ１に効率良く伝わるように設けられている。ただし、この受圧板Ｐｓは省略可能である。なお、第２ベース部５の面５１の側から中節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の側へ加わる力を、以下では、「第２ベース部５と人差し指１０１の中節１０３との間で発生する力」とも呼ぶ。

複数の第１力センサーＳ１及び１つの第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、２つの第１力センサーＳ１及び１つの第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。なお、振動構造体６５を、「振動体６５」とも呼ぶ。

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の小型化や薄型化を図ることができる。

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が実行する複数の第１力センサーＳ１及び１つの第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、複数の第１力センサーＳ１及び１つの第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、複数の第１力センサーＳ１の出力の和と第２力センサーＳ２の出力との差の絶対値｜Ｓ２−ΣＳ１｜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。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Ｓ１２２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Ｓ１３０の処理を実行する。なお、第１力センサーＳ１および第２力センサーＳ２には、実際には、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、装着者が意図した動作方向を判定する。具体的には、第２力センサーＳ２の出力と複数の第１力センサーＳ１の出力の和との差（Ｓ２−ΣＳ１）が「０」より大きいか否か、すなわち、第２力センサーＳ２の出力が複数の第１力センサーの出力の和（ΣＳ１）よりも大きいか否かにより、装着者が意図した動作方向を判定する。そして、以下で説明するように、出力差（Ｓ２−ΣＳ１）が「０」より大きい場合には、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Ｓ１１０〜ステップＳ１１２の処理を実行し、出力差（Ｓ２−ΣＳ１）が「０」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Ｓ１２０〜ステップＳ１２２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Ｓ１１０において出力差｜Ｓ２−ΣＳ１｜に応じて手を握るための動作速度（把握動作速度）または動作距離（把握動作距離）を決定する。そして、ステップＳ１１２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または動作距離での手を握る動作（把握動作）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度または動作距離に基づいて第１リンク部３を回動させる。

一方、動作方向が手を開く方向と判定した場合、ステップＳ１２０において出力差｜Ｓ１−ΣＳ２｜に応じて手を開くための動作速度（解放動作速度）または動作距離を決定する。そして、ステップＳ１２２においてステップＳ１１２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または動作距離での手を開く動作（解放動作）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度または動作距離に基づいて第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、ステップＳ１３０において、アクチュエーター６Ａに対して動作速度または動作距離が「０」で直前の状態を維持すること（状態維持）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された状態を維持するように動作する。例えば、手１００が物を把持している状態の場合には、アクチュエーター６Ａは、その時点における第１リンク部３の駆動の状態を維持するように動作する。また、手１００が何も把持していないフリーな状態の場合には、アクチュエーター６Ａは、その時点における第１リンク部３の位置を維持した状態で動作を停止する。

以上説明したように、本実施形態の指関節駆動装置１では、複数の第１力センサーＳ１の出力の値及び１つの第２力センサー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）及び動作方向判定（手を握る［把握］／開く［解放］）により指の動作状態を高精度に検出することができる。そして、この結果に応じて、アクチュエーター６Ａに第１リンク部３を駆動させることができる。これにより、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。特に、本実施形態の指関節駆動装置１では、第２ベース部５の中節１０３の背側の面５１に複数の第１力センサーＳ１が人差し指１０１の長手方向に沿って配設されており（図２参照）、以下で説明するように、第２ベース部５と人差し指１０１の中節１０３との間で発生する力を高精度に検出して、装着者の動作意志の判定および動作方向の判定を高精度に行なうことができ、指の動作状態を高精度に検出することができる。

図７は、複数の第１力センサーＳ１を配設することによる効果について示す説明図である。図７（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例として１つの第１力センサーＳ１を配設した状態で手を開く方向（指を伸ばす方向）に動作させる場合及び手を握る方向（指を曲げる方向）に動作させる場合の指関節駆動装置１Ｒを模式的に示している。また、図７（Ｃ）は、本実施形態において図７（Ａ）の手を開く方向（指を伸ばす方向）に動作させる場合の指関節駆動装置１を模式的に示している。

１つの第１力センサーＳ１を人差し指１０１の中節１０３を挟んで第２力センサーＳ２に対向配置した比較例の場合、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、装着者が人差し指を屈伸させた際に、第２ベース部５と人差し指１０１（特に中節１０３）の背側とが接触する部位に偏りが生じ得る。第１力センサーＳ１以外の部分、例えば、ベース部５に人差し指１０１（特に中節１０３）が接触した場合には、第１力センサーＳ１に掛かる荷重が拡散されることになり、第１力センサーＳ１にのみ人差し指１０１が接触した場合に比べて減少することになる。このため、特に、装着者が手を開こうとする際に働く力（指を伸ばそうとする際に働く力）を正確に検出することが難しくなる。従って、１つの第１力センサーＳ１では、装着者の動作意志に応じて、第２ベース部５と人差し指１０１の中節１０３との間で発生する力を高精度に検出することが難しい。また、第１力センサーＳ１に用いられる力覚センサー（接触力センサー）は、１軸方向（センサーの面に垂直な方向）に加わる力を検出するものであるため、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように偏りが発生した場合、検出した出力の値には指の屈伸に伴うモーメント成分が加わってしまい、高精度に検出することが難しい。

これに対して、本実施形態では、図７（Ｃ）に示すように、人差し指１０１の長手方向に沿って複数の第１力センサーＳ１が配設されているので、複数の第１力センサーＳ１が配設された位置ごとに異なる力の分布を検出することができる。これにより、装着者が手を開こうとする際に働く力（指を伸ばそうとする際に働く力）を精度よく検出すること可能となる。また、第２力センサーＳ２によって、装着者が手を握ろうとする際に働く力（指を曲げようとする力）も検出することが可能である。この結果、例えば、図６の制御フローで説明したように、複数の第１力センサーＳ１の出力の和（ΣＳ１）、および、１つの第２力センサーＳ２の出力を動作意志の判定や動作方向の判定に用いることにより、動作意志の判定や動作方向の判定を高精度に行なうことが可能となる。

なお、上記実施形態では、２つの第１力センサーＳ１を人差し指１０１の長手方向に沿って配設した場合を例に説明しているが、これに限定するものではなく、３つ以上の第１力センサーＳ１を人差し指１０１の長手方向に沿って配設するようにしてもよい。また、長手方向だけでなく、幅方向に沿って複数の第１力センサーＳ１を配設するようにしてもよい。このように複数のセンサーを配設すれば、発生する力の分布をより正確に検出することが可能となり、装着者が手を開こうとする際に働く力（指を伸ばそうとする力）をより精度よく検出して、動作意志の判定や動作方向の判定をより高精度に行なうことが可能であり、指の動作状態を高精度に検出することが可能である。

Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態の指関節駆動装置１Ｂの断面図である。図８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、図８に示すように、複数（図８の例では２つ）の第２力センサーＳ２が人差し指１０１の長手方向に沿って第２装着バンド２０Ｂに配設されている点が、第１実施形態の駆動装置１（図２参照）と異なっている。また、この構造上の違いに伴って、以下で説明するように、制御部１０が実行する制御処理における動作意志判定および動作方向判定の処理が異なっている。

図９は、制御部１０が実行する複数の第１力センサーＳ１及び複数の第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、電源を遮断するまで繰り返し実行される。この制御フローは、図６に示した第１実施形態の制御フローのステップＳ１０２〜Ｓ１０６を、ステップＳ１０２Ｂ〜Ｓ１０６Ｂに置き換えたものであり、他のステップＳ１１０〜Ｓ１３０の各処理は同じである。

ステップＳ１０２Ｂにおいては、複数の第１力センサーＳ１及び複数の第２力センサーＳ２の出力の値を取得し、ステップＳ１０４Ｂにおいては、装着者の動作意志の有無を判定する。具体的には、複数の第１力センサーＳ１の出力の和と第２力センサーＳ２の出力の和との差の絶対値｜ΣＳ２−ΣＳ１｜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。

動作意志が無いと判定した場合には、ステップＳ１３０において、アクチュエーター６Ａに対して動作速度または動作距離が「０」で直前の状態を維持すること（状態維持）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された状態を維持するように動作する。

一方、動作意志が有ると判定した場合には、次に、ステップＳ１０６Ｂにおいて、装着者が意図した動作方向を判定する。具体的には、複数の第２力センサーＳ２の出力の和（ΣＳ２）と複数の第１力センサーＳ１の出力の和との差（ΣＳ２−ΣＳ１）が「０」より大きいか否か、すなわち、複数の第２力センサーＳ２の出力の和（ΣＳ２）が複数の第１力センサーの出力の和（ΣＳ１）よりも大きいか否かにより、装着者が意図した動作方向を判定する。

出力差（ΣＳ２−ΣＳ１）が「０」より大きい場合には、動作方向は手を握る方向（指を曲げる方向）と判定し、ステップＳ１１０において出力差｜ΣＳ２−ΣＳ１｜に応じて手を握るための動作速度（把握動作速度）または動作距離（把握動作距離）を決定する。そして、ステップＳ１１２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または動作距離での手を握る動作（把握動作）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度または動作距離に基づいて第１リンク部３を回動させる。

一方、出力差（ΣＳ２−ΣＳ１）が「０」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、ステップＳ１２０において出力差｜ΣＳ１−ΣＳ２｜に応じて手を開くための動作速度（解放動作速度）または動作距離を決定する。そして、ステップＳ１２２においてステップＳ１１２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または動作距離での手を開く動作（解放動作）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度または動作距離に基づいて第１リンク部３を回動させる。

本実施形態の指関節駆動装置１Ｂにおいも、複数の第１力センサーＳ１の出力の値及び１つの第２力センサー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）及び動作方向判定（手を握る［把握］／開く［解放］）の結果に応じて、アクチュエーター６Ａに第１リンク部３を駆動させることができる。これにより、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の動作をアシストすることができる。特に、本実施形態の指関節駆動装置１Ｂでは、第２ベース部５の中節１０３の背側の面５１に複数の第１力センサーＳ１が人差し指１０１の長手方向に沿って配設されているとともに、第２装着バンド２０Ｂの中節１０３の腹側の面に複数の第２力センサーＳ２が人差し指１０１の長手方向に沿って配設されている（図８参照）。これにより、第１実施形態と同様に、装着者が手を開こうとする際に働く力（指を伸ばそうとする際に働く力）を精度よく検出すること可能となる。また、複数の第２力センサーＳ２によって、装着者が手を握ろうとする際に働く力（指を曲げようとする際に働く力）を精度よく検出することが可能である。この結果、例えば、図９の制御フローで説明したように、複数の第１力センサーＳ１の出力の値の和（ΣＳ１）、および、複数の第２力センサーＳ２の出力の和（ΣＳ２）を動作意志の判定や動作方向の判定に用いることにより、動作意志の判定や動作方向の判定を高精度に行ない、指の動作状態を高精度に検出することが可能となる。

なお、本実施形態においても、３つ以上の第１力センサーＳ１を人差し指１０１の長手方向に沿って配設するようにしてもよい。また、長手方向だけでなく、幅方向に沿って複数の第１力センサーＳ１を配設するようにしてもよい。また、同様に、３つ以上の第２力センサーＳ２を人差し指１０１の長手方向に沿って配設するようにしてもよく、長手方向だけでなく、幅方向に沿って複数の第２力センサーＳ２を配設するようにしてもよい。これらのように複数のセンサーを配設すれば、発生する力の分布をより正確に検出することが可能となり、装着者が手を開こうとする際に働く力（指を伸ばそうとする力）及び手を握ろうとする際に働く力（指を曲げようとする力）をより精度よく検出して、動作意志の判定や動作方向の判定をより高精度に行なうことが可能であり、指の動作状態を高精度に検出することが可能である。

Ｃ．第３実施形態：
図１０は、第３実施形態の指関節駆動装置１Ｃの断面図である。図１０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１Ｃは、図１０に示すように、第２力センサーＳ２を省略している点が、第１実施形態の駆動装置１（図２参照）と異なっている。また、この構造上の違いに伴って、以下で説明するように、制御部１０が実行する制御処理における動作意志判定および動作方向判定の処理が異なっている。

図１１は、制御部１０が実行する複数の第１力センサーＳ１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１Ｃ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。この制御フローは、図６に示した第１実施形態の制御フローのステップＳ１０２〜Ｓ１０６を、ステップＳ１０２Ｃ〜Ｓ１０６Ｃに置き換えたものであり、他のステップＳ１１０〜Ｓ１３０の各処理は同じである。

ステップＳ１０２Ｃにおいては、複数の第１力センサーＳ１の出力の値を取得し、ステップＳ１０４Ｃにおいては、装着者の動作意志の有無を判定する。具体的には、複数の第１力センサーＳ１の出力の和の絶対値｜ΣＳ１｜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。

動作意志が無いと判定した場合には、ステップＳ１３０において、アクチュエーター６Ａに対して動作速度または動作距離が「０」で直前の状態を維持すること（状態維持）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された状態を維持するように動作する。

一方、動作意志が有ると判定した場合には、次に、ステップＳ１０６Ｃにおいて、装着者が意図した動作方向を判定する。具体的には、複数の第１力センサーＳ１の出力の和（ΣＳ１）がベース値ＢＬより小さいか否かにより、装着者が意図した動作方向を判定する。なお、ベース値ＢＬは、装着時に複数の第１力センサーＳ１の全体に加わる与圧を示している。

複数の第１力センサーＳ１の出力の和（ΣＳ１）がベース値ＢＬより小さい場合には、動作方向は手を握る方向（指を曲げる方向）と判定し、ステップＳ１１０において複数の第１力センサーＳ１の出力の和｜ΣＳ１｜に応じて手を握るための動作速度（把握動作速度）または動作距離（把握動作距離）を決定する。そして、ステップＳ１１２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または動作距離での手を握る動作（把握動作）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度または動作距離に基づいて第１リンク部３を回動させる。

一方、複数の第１力センサーＳ１の出力の和（ΣＳ１）がベース値ＢＬ以上の場合には、動作方向は手を開く方向（指を伸ばす方向）と判定し、ステップＳ１２０において複数の第１力センサーＳ１の出力の和｜ΣＳ１｜に応じて手を開くための動作速度（解放動作速度）または動作距離を決定する。そして、ステップＳ１２２においてステップＳ１１２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または動作距離での手を開く動作（解放動作）を指示し、アクチュエーター６Ａは指示された動作速度または動作距離に基づいて第１リンク部３を回動させる。

本実施形態の指関節駆動装置１Ｃにおいも、複数の第１力センサーＳ１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）及び動作方向判定（手を握る［把握］／開く［解放］）の結果に応じて、アクチュエーター６Ａに第１リンク部３を駆動させることができる。これにより、指関節駆動装置１Ｃ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。特に、本実施形態の指関節駆動装置１Ｃでは、第２ベース部５の中節１０３の背側の面５１に複数の第１力センサーＳ１が人差し指１０１の長手方向に沿って配設されている（図１０参照）。これにより、第１実施形態と同様に、装着者が手を開こうとする際に働く力（指を伸ばそうとする際に働く力）を精度よく検出すること可能となる。また、第２力センサーが配設される場合に比べると不利ではあるが、装着者が手を握ろうとする際に働く力（指を曲げようとする際に働く力）もある程度精度よく検出することが可能である。この結果、例えば、図６の制御フローで説明したように、複数の第１力センサーＳ１の出力の値の和（ΣＳ１）を動作意志の判定や動作方向の判定に用いることにより、動作意志の判定や動作方向の判定を高精度に行なうことが可能であり、指の動作状態を高精度に検出することが可能である。

なお、本実施形態においても、３つ以上の第１力センサーＳ１を人差し指１０１の長手方向に沿って配設するようにしてもよい。また、長手方向だけでなく、幅方向に沿って複数の第１力センサーＳ１を配設するようにしてもよい。このように複数のセンサーを配設すれば、発生する力の分布をより正確に検出することが可能となり、装着者が手を開こうとする際に働く力（指を伸ばそうとする力）及び手を握ろうとする際に働く力（指を曲げようとする力）をより精度よく検出して、動作意志の判定や動作方向の判定をより高精度に行なうことが可能であり、指の動作状態を高精度に検出することが可能である。

Ｄ．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。

Ｄ１．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。

Ｄ２．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。

Ｄ３．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。

Ｄ４．変形例４：
上記実施形態では、単純に複数の力センサーの出力の和を動作意志判定および動作方向判定に用いているが、各センサーの出力の値の分布に基づいて指の屈伸によるモーメント成分を求めて、各センサーのセンサー面に垂直な方向成分のみを分離し、分離した垂直方向成分のみを用いるようにしてもよい。

また、上記各実施形態において複数のセンサーの出力の和を用いているのは、センサーとして力を検出する力覚センサーを用いる場合を例に説明しているためである。例えば、単位面積当たりの力（圧力）を検出する圧力センサーをセンサーとして用いる場合には、複数のセンサーの平均値を求め、求めた圧力に基づいて動作意志判定および動作方向判定を行なうようにすればよい。また、求めた平均値に受圧面積を乗算して得られる力に基づいて動作意志判定および動作方向判定を行なうようにしてもよい。

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、１Ｃ……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 (9)

1. 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、
   前記装着機構と前記被装着部との間に配置される複数の第１力センサーと、
   を備える
   ことを特徴とする駆動装置。
2. 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、前記被装着部の動きに応じて変化する前記複数の第１力センサーから得られる複数の第１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。
3. 請求項１または請求項２に記載の駆動装置であって、
   前記被装着部を挟んで前記複数の第１力センサーと対向配置される少なくとも１つの第２力センサーを備える
   ことを特徴とする駆動装置。
4. 請求項３に記載の駆動装置であって、
   前記アクチュエーターは、前記複数の第１力センサーから得られる複数の第１検出値および前記少なくとも一つの第２力センサーから得られる少なくとも一つの第２検出値であって、前記被装着部の動きに応じて変化する複数の第１検出値および少なくとも一つの第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。
5. 請求項３または請求項４に記載の駆動装置であって、
   前記被装着部を挟んで前記複数の第１力センサーと対向配置される複数の前記第２力センサーを備える
   ことを特徴とする駆動装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の駆動装置であって、
   前記複数の第１力センサーと前記被装着部との間で、前記複数の第１力センサーに接するように配置された受圧板を備える
   ことを特徴とする駆動装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の駆動装置であって、
   前記被装着部は指であり、
   前記複数の第１力センサーは前記指の背側において少なくとも指の長手方向に沿って配置される
   ことを特徴とする駆動装置。
8. 請求項１から請求項７まで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体と、を有し、
   前記振動体は、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。
9. 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、
   前記装着機構と前記被装着部との間に配置される複数の第１力センサーと、
   を備え、
   少なくとも、前記被装着部の動きに応じて変化する各第１力センサーの各第１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方法。

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