JP2016054915A - 可動義手 - Google Patents

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Abstract

【課題】健常手に近い感覚で容易に対象物を把持することが可能な可動義手を提供する。
【解決手段】手掌部10の前端部に支持部材41が固定される。手掌部10に対して支点c1で屈曲可能に、支持部材41に第1の骨部材42が連結される。第1の骨部材42に対して支点c2で屈曲可能に、第1の骨部材42に第2の骨部材43が連結される。第2の骨部材43に設けられた固定部jに線材Wの先端が固定される。線材Wが手掌部10側に向かうように、線材Wが第1の骨部材42に設けられた案内部gにより摺動可能に案内される。固定部jおよび案内部gは、線材Wが手掌部10側から牽引された場合に、支点c1周りの第1の回転モーメントM1が第1の骨部材42に作用し、支点c2周りの第2の回転モーメントM2が第2の骨部材43に作用するとともに、第1の回転モーメントM1が第2の回転モーメントM2よりも大きくなるように配置される。
【選択図】図5

Description

本発明は、可動義手に関する。
従来より、複数の義指を備える種々の可動義手が提案されている。可動義手の一例として、特許文献1には多肢可動ロボットハンドが記載されている。その多肢可動ロボットハンドは、人差し指、中指、薬指および小指にそれぞれ対応する第1の可動指、第2の可動指、第3の可動指および第4の可動指を含む。第1〜第4の可動指の各々は互いに連結された第1指骨および第2指骨を有する。第1指骨の一部に屈伸誘導線状部材の先端が取り付けられている。
多肢可動ロボットハンドはさらに手掌部を含む。第1〜第4の可動指は手掌部に取り付けられる。屈伸誘導線状部材が手掌部側に牽引されることにより、各可動指の第1指骨および第2指骨がそれぞれ屈曲する。それにより、多肢可動ロボットハンドによる掌握動作が行われ、対象物を把持することが可能になる。
特開2009−83020号公報
可動義手により対象物を把持する場合、健常手に近い自然な把持動作が行われることが望まれる。上記のように、義指が複数の部分で屈曲可能に構成される場合、義指の各部の屈曲動作が健常指の屈曲動作から乖離すると、使用者は対象物を把持する際の可動義手の操作に違和感を覚える。また、可動義手の操作による対象物の把持に熟練を要する。
本発明の目的は、健常手に近い感覚で容易に対象物を把持することができる可動義手を提供することである。
(1)本発明に係る可動義手は、手掌部と、手掌部に対して第1の支点で屈曲可能な第1の骨部材と、第1の骨部材に対して第2の支点で屈曲可能な第2の骨部材と、手掌部から第1の骨部材および第2の骨部材に沿って設けられる線材と、線材を手掌部側から牽引する牽引手段とを備え、第1の骨部材には、第1の支点とは異なる位置で線材を摺動可能に案内する案内部が設けられ、第2の骨部材には、第2の支点とは異なる位置で線材の先端を固定する固定部が設けられ、牽引手段が線材を牽引することにより、第1の支点周りの第1の回転モーメントが第1の骨部材に一方向に作用するとともに、第2の支点周りの第2の回転モーメントが第2の骨部材に一方向に作用し、案内部および固定部は、第1の回転モーメントが第2の回転モーメントよりも大きくなるように配置され、牽引手段は、第1の骨部材が第1の回転モーメントにより第1の支点で一方向に屈曲し、その後第2の骨部材が第2の回転モーメントにより第2の支点で一方向に屈曲するように、線材を牽引するものである。
その可動義手においては、牽引手段により線材が手掌部側から牽引される。それにより、第1の支点周りの第1の回転モーメントが第1の骨部材に作用する。また、第2の骨部材の固定部が第1の骨部材の案内部に向かって牽引されることにより第2の支点周りの第2の回転モーメントが第2の骨部材に作用する。
第1の回転モーメントは第2の回転モーメントよりも大きく、第1の回転モーメントおよび第2の回転モーメントは一方向に作用する。それにより、第1の骨部材が第1の支点で一方向に屈曲し、その後第2の骨部材が第2の支点で一方向に屈曲する。
通常、健常手により対象物が把持される場合、各指の複数の関節は手掌に近い順に屈曲する。上記の構成によれば、手掌部に近い第1の骨部材の屈曲が開始された後で第2の骨部材の屈曲が開始される。そのため、健常手に近い自然な把持動作が可能となる。それにより、使用者は健常手に近い感覚で容易に対象物を把持することができる。
(2)手掌部の一側部に第1義指が設けられ、手掌部の一端部に第2義指、第3義指、第4義指および第5義指が順に並ぶように設けられ、第1義指は、当該第1義指の先端が手掌部の内側で第2義指または第3義指に対向可能に設けられ、第2義指、第3義指、第4義指および第5義指の各々は、第1の骨部材、第2の骨部材および線材により構成され、牽引手段による線材の牽引により第1および第2の支点で屈曲し、第2義指、第3義指、第4義指および第5義指の屈曲により第4義指および第5義指の先端が第1義指の先端に向って近づくように手掌部が屈曲または湾曲してもよい。
上記の構成によれば、第1義指を第2義指または第3義指に対向させた状態で第4義指および第5義指を屈曲させることにより、第4義指および第5義指の先端を第1義指の先端に向って近づけることができる。それにより、第2義指と第1義指との間および第3義指と第1義指との間だけでなく、第4義指と第1義指との間および第5義指と第1義指との間に、それぞれ把持力を発生させることができる。したがって、第1義指、第2義指、第3義指、第4義指および第5義指により対象物を安定した姿勢で把持することができる。
(3)第1の骨部材は、牽引手段による牽引が解除された状態で、手掌部の甲側へ向かうように第1の支点で一方向とは逆の方向に屈曲(背屈)可能に構成されてもよい。
この場合、使用者は、第1の骨部材を手掌部の甲側へ屈曲させた状態で、第1の骨部材および第2の骨部材の内側で面を押さえて身体を支えたり、机上の紙等を押さえることができる。
(4)手掌部、第1の骨部材および第2の骨部材がゴムまたは弾性樹脂からなるカバー部材で覆われ、牽引手段による線材の牽引が解除されたときに、カバー部材の復元力により第1の骨部材および第2の骨部材が牽引前の状態に復元してもよい。
カバー部材は意匠的機能を有する。また、カバー部材は、第1の骨部材および第2の骨部材を保護する保護機能を有する。上記の構成によれば、カバー部材の復元力により第1の骨部材および第2の骨部材の状態が復元される。したがって、意匠的機能および保護機能を有するカバー部材が第1の骨部材および第2の骨部材の復元機能をさらに有するので、第1の骨部材および第2の骨部材に復元力を与えるための部材を別途設ける必要がない。それにより、部品点数が低減されるとともに構造が簡素化される。その結果、可動義手の作製が容易になり、低コスト化が実現される。
(5)第1の骨部材および第2の骨部材は、弾性部材により一体的に形成され、弾性部材は、第1の支点および第2の支点で屈曲可能に構成されてもよい。
この場合、牽引手段が線材を牽引することにより弾性部材が第1の支点および第2の支点で順に屈曲する。その後、牽引手段による線材の牽引が解除されたときに、弾性部材が牽引前の状態に自律的に復元する。
したがって、第1の骨部材および第2の骨部材に復元力を与えるための部材を別途設ける必要がないので、部品点数が低減されるとともに構造が簡素化される。その結果、可動義手の作製が容易になり、低コスト化が実現される。
本発明によれば、健常手に近い感覚で対象物を容易に把持することが可能になる。
本発明の一実施の形態に係る電動義手の平面図である。 図1の電動義手の一方の側面図である。 図1の義手本体部および牽引装置の平面図である。 図3の義手本体部および牽引装置の一方の側面図である。 図3のA−A線断面図である。 第3義指の動作を説明するための断面図である。 第3義指の他の構成例およびその動作を説明するための一部拡大断面図である。 第3義指のさらに他の構成例およびその動作を説明するための一部拡大断面図である。 図3の手掌部を前方から見た図である。 図3の義手本体部による対象物の把持状態を示す外観斜視図である。 図10の義手本体部を一端部から見た図である。 平坦な手掌部を有する義手本体部による対象物の把持状態を示す外観斜視図である。 図12の義手本体部を一端部から見た図である。 手掌部の他の構成例を示す図である。 手掌部の他の構成例を示す図である。 手掌部の他の構成例を示す図である。 第2義指、第3義指、第4義指および第5義指が手掌部の外側へ向かうように屈曲された状態を示す義手本体部の外観斜視図である。 図17の義手本体部の一方の側面図である。
本発明の一実施の形態に係る可動義手について図面を参照しつつ説明する。以下では、可動義手の一例として電動義手について説明する。
(1)電動義手の概略構成
図1は本発明の一実施の形態に係る電動義手の平面図であり、図2は図1の電動義手1の一方の側面図である。本実施の形態に係る電動義手1は、右手に相当する。
図1および図2に示すように、電動義手1は、義手本体部100、牽引装置200、装着部材300、制御装置400、カバー部材500、電源装置BT、第1の筋電センサS1および第2の筋電センサS2を含む。
装着部材300は、人体(例えば上肢の一部)hbに装着可能に構成される。本例の装着部材300は、一方向に延びる略筒形状を有し、合成樹脂により形成される。装着部材300の内部には、制御装置400、電源装置BT、第1の筋電センサS1および第2の筋電センサS2が収容される。
第1の筋電センサS1および第2の筋電センサS2は、装着部材300が人体hbに装着された状態で、第1の筋電信号および第2の筋電信号を検出可能に設けられる。第1の筋電信号および第2の筋電信号は互いに異なる。
例えば、第1の筋電センサS1は、使用者の右腕における屈筋の筋電信号を第1の筋電信号として検出する。また、第2の筋電センサS2は、使用者の右腕における伸筋の筋電信号を第2の筋電信号として検出する。
制御装置400は、例えばCPU(中央演算処理装置)およびメモリ、またはマイクロコンピュータからなる。電源装置BTは、例えば充放電可能なバッテリを含み、バッテリに蓄積された電力を牽引装置200および制御装置400に供給する。装着部材300の先端に牽引装置200および義手本体部100が設けられる。牽引装置200は本発明の牽引手段に相当する。牽引装置200および義手本体部100の詳細は後述する。
義手本体部100、牽引装置200および装着部材300を覆うようにカバー部材500が設けられる。図1および図2では、電動義手1の内部構造の理解を容易にするために、カバー部材500の内部に設けられる部材が実線で示され、カバー部材500が一点鎖線で示される。
カバー部材500は、ゴム(例えばシリコンゴム)または弾性樹脂(例えばポリ塩化ビニル)等の弾性力を有する材料からなる。カバー部材500は、健常手の外観を模して作製される。それにより、使用者は、視覚的な違和感を覚えることなく電動義手1を装着することができる。
制御装置400は、第1および第2の筋電センサS1,S2により検出される第1および第2の筋電信号に基づいて牽引装置200への通電を制御する。それにより、義手本体部100が動作する。義手本体部100の動作の詳細については後述する。
(2)義手本体部および牽引装置の詳細
図3は図1の義手本体部100および牽引装置200の平面図であり、図4は図3の義手本体部100および牽引装置200の一方の側面図である。
図3および図4に示すように、牽引装置200は、モータケーシング210、モータ220およびスプール222を含む。モータケーシング210には、モータ220が収容される。モータ220の回転軸221はモータケーシング210の外側に突出する。回転軸221の先端にスプール222が取り付けられる。スプール222には、線材W1の後端が取り付けられる。本実施の形態においては、線材W1として例えばテグス糸、樹脂製の線材または金属製の線材を用いることができる。
また、牽引装置200は、モータ220に流れる電流の向きを切り替える切り替え回路(図示せず)をさらに含む。制御装置400は、切り替え回路を制御することにより、モータ220の回転方向を切り替えることができる。
義手本体部100は、手掌部10、第1義指20、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60を含む。手掌部10は、第1の手掌板110、第2の手掌板120、線材連結部材130および支持軸140を含む。第1の手掌板110、第2の手掌板120および線材連結部材130は、例えば一定の厚み(3mm程度)を有する樹脂製または金属製の板状部材を切り抜くことにより作製される。
第1の手掌板110および第2の手掌板120は、一定の間隔をおいて互いに対向するように配置される。第1の手掌板110は手掌部10の内側部分を構成し、第2の手掌板120は手掌部10の甲側(外側)部分を構成する。第1の手掌板110は前端部f1および後端部b1を有する。第2の手掌板120は前端部f2および後端部b2を有する。
第1の手掌板110および第2の手掌板120の後端部b1,b2は、牽引装置200のモータケーシング210に接続される。この状態で、第1の手掌板110の前端部f1は、第2の手掌板120の前端部f2よりも一定距離前方に突出する。
第1の手掌板110と第2の手掌板120との間には、帯形状を有する線材連結部材130が前後方向に移動可能に設けられる。線材連結部材130には、複数の貫通孔(本例では3つの貫通孔)k1,k2,k3が形成されている。複数の貫通孔k1,k2,k3は、線材連結部材130の一端部から他端部に向かってこの順で並ぶように配置される。
複数の貫通孔k1,k2,k3のうち中央に位置する貫通孔k2には、牽引装置200のスプール222から延びる線材W1の先端が取り付けられる。一方、貫通孔k1には、後述する共通線材W23が挿通される。他方、貫通孔k3には、後述する共通線材W45が挿通される。
手掌部10の一側部には、第1の手掌板110と第2の手掌板120との間で前後方向に延びるように支持軸140が設けられる。支持軸140は、第1の手掌板110と第2の手掌板120とをつなぐ連結部材Qにより固定される。
第1義指20は、支持部材21および骨部材22を含む。支持部材21は、手掌部10の支持軸140に取り付けられる。支持部材21は、骨部材22を支持するとともに、支持軸140の軸心周りで回転可能に支持軸140により支持される。
第2義指30は、支持部材31、第1の骨部材32、第2の骨部材33および線材Wを含む。第3義指40は、支持部材41、第1の骨部材42、第2の骨部材43および線材Wを含む。第4義指50は、支持部材51、第1の骨部材52、第2の骨部材53および線材Wを含む。第5義指60は、支持部材61、第1の骨部材62、第2の骨部材63および線材Wを含む。支持部材31,41,51,61、第1の骨部材32,42,52,62および第2の骨部材33,43,53,63は、例えば一定の厚み(3mm程度)を有する樹脂製または金属製の板状部材を切り抜くことにより作製される。
支持部材31,41,51,61は、手掌部10の一側部から他側部に向かってこの順で並ぶように配置される。各支持部材31,41,51,61は、第1の手掌板110の前端部f1および第2の手掌板120の前端部f2により挟み込まれた状態で、第1の手掌板110および第2の手掌板120に接続される。
各支持部材31,41,51,61と各第1の骨部材32,42,52,62とがピンp1により連結される。各第1の骨部材32,42,52,62と各第2の骨部材33,43,53,63とがピンp2により連結される。
線材Wとしては、線材W1と同様に、例えばテグス糸、樹脂製の線材または金属製の線材を用いることができる。各第2の骨部材33,43,53,63には、線材Wの先端を固定するための固定部jが設けられる。本例の固定部jは、2つの貫通孔により構成される。この場合、2つの貫通孔に線材Wを挿通するとともに線材Wの先端を結ぶことにより、線材Wの先端を固定部jに固定することができる。
なお、固定部jは、線材Wの先端を固定することが可能に構成されればよい。例えば、固定部jは線材Wの先端を結ぶことが可能なねじまたはピン等の部材で構成されてもよい。
各第1の骨部材32,42,52,62には、線材Wが各第2の骨部材33,43,53,63の固定部jから手掌部10側に向かうように、線材Wを摺動可能に案内する案内部gが設けられる。本例の案内部gは、ヒートンねじ(ねじ頭に環状の金属片が一体成形されたねじ)により構成される。この場合、ヒートンねじの環状部に線材Wを挿通することにより、線材Wが固定部jから手掌部10側に向かうように、線材Wを摺動可能に案内することができる。
手掌部10の第1の手掌板110には、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60にそれぞれ対応する4つの長孔hが形成されている。4つの長孔hは、対応する支持部材31,41,51,61の近傍にそれぞれ位置する。
各第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60においては、各第2の骨部材33,43,53,63の固定部jに線材Wの先端が固定される。各線材Wは、各第1の骨部材32,42,52,62に設けられた案内部gにより摺動可能に手掌部10側に向かって案内される。また、各線材Wは、第1の手掌板110の対応する長孔hに挿通される。
本例では、第2義指30の線材Wおよび第3義指40の線材Wは、互いの後端が連続してつながるように1本の共通線材W23により構成される。共通線材W23の略中央部が、第1の手掌板110と第2の手掌板120との間で線材連結部材130の貫通孔k1に摺動可能に挿通される。また、第4義指50の線材Wおよび第5義指60の線材Wは、互いの後端が連続してつながるように1本の共通線材W45により構成される。共通線材W45の略中央部が、第1の手掌板110と第2の手掌板120との間で線材連結部材130の貫通孔k3に摺動可能に挿通される。
上記のように、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60は基本的に同じ構成を有する。以下では、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60のうち、代表して第4義指50の構成および動作を説明する。
図5は図3のA−A線断面図である。図5においては、第2の骨部材43の固定部jが黒い丸印で表される。線材Wの先端は、黒い丸印の中心に固定されるものとする。また、第1の骨部材42に設けられる案内部gが白い丸印で表される。線材Wは、白い丸印の中心で案内部gにより摺動可能に案内されるものとする。
図5(a),(b)に示すように、線材Wの後端が後方に向かって力Fで牽引されると、第2の骨部材43の固定部jには案内部gへ向かう力Fが作用する。この場合、図5(a)に示すように、第2の骨部材43には、ピンp2の軸心を支点c2として、手掌部10の内側に向かうように支点c2周りの第2の回転モーメントM2が作用する。支点c2は本発明の第2の支点に相当する。
固定部jと案内部gとを結ぶ線材Wからピンp2までの距離(最短距離)をL2とすると、第2の骨部材43に作用する第2の回転モーメントM2の大きさは、F×L2で表すことができる。
上記のように、第2の骨部材43の固定部jに案内部gへ向かう力Fが作用すると、案内部gには、固定部jに向かって線材Wに沿う力Fが作用するとともに、手掌部10に向かって線材Wに沿う力Fが作用する。この場合、案内部gに作用する2つの力Fの合力Nにより、図5(b)に示すように、第1の骨部材42には、ピンp1の軸心を支点c1として、手掌部10の内側に向かうように支点c1周りの第1の回転モーメントM1が作用する。支点c1は本発明の第1の支点に相当する。
合力Nに直交する面に投影される案内部gと支点c1との間の距離をL1とすると、第1の骨部材42に作用する第1の回転モーメントM1の大きさは、N×L1で表すことができる。
本実施の形態においては、第1の回転モーメントM1が第2の回転モーメントM2よりも大きくなるように(N×L1>F×L2となるように)、第2の骨部材43における固定部jの位置および第1の骨部材42における案内部gの位置が定められる。
図6は、第3義指40の動作を説明するための断面図である。図6(a),(b),(c)の断面図は図3のA−A線断面図に相当する。図6(a)に示すように、第3義指40が手掌部10の前方に向かって延びる状態で、線材Wの後端が力Fで牽引される。この場合、上記のように、第1の回転モーメントM1が第2の回転モーメントM2よりも大きいことにより、第1の骨部材42が第2の骨部材43よりも先に支点c1で手掌部10の内側に向かって屈曲する。
図6(b)に示すように、第1の骨部材42は、手掌部10の内側に向かって予め定められた角度分屈曲する。予め定められた角度は、例えば0°よりも大きく180°以下であり、0°よりも大きく90°以下であってもよい。
それと同時に、第2の骨部材43が支点c2で手掌部10の内側に向かって屈曲し、図6(c)に示すようになる。
本実施の形態に係る電動義手1においては、第1の筋電信号が検出されると、図3の牽引装置200のモータ220が一方向に回転するようにモータ220への通電が開始され、モータ220が作動する。この場合、スプール222が一方向に回転することにより線材W1が牽引され、線材連結部材130が牽引装置200に向かって移動する。牽引装置200により牽引される線材W1の牽引長は、例えば検出された第1の筋電信号のレベルに応じて制御装置400により調整される。
また、線材連結部材130の移動とともに、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の線材Wもそれぞれ牽引される。それにより、図6(a),(b),(c)に示される第3義指40と同様に、第2義指30、第4義指50および第5義指60が手掌部10の内側に向かうように屈曲する。
通常、健常手により対象物が把持される場合、各指の複数の関節は手掌に近い順に屈曲する。上記の構成によれば、手掌部10に近い支点c1で第1の骨部材32,42,52,62が屈曲した後に、手掌部10から遠い支点c2で第2の骨部材33,43,53,63が屈曲する。そのため、健常手に近い自然な把持動作が可能となる。それにより、使用者は健常手に近い感覚で容易に対象物を把持することができる。
その後、第2の筋電信号が検出されると、図3の牽引装置200のモータ220が逆方向に回転するようにモータ220への通電が開始され、モータ220が作動する。この場合、スプール222が逆方向に回転することにより線材W1に作用する牽引が弱まり、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60が伸展可能となる。
カバー部材500は弾性力を有する材料からなるので、カバー部材500は復元力を有する。そのため、複数の線材Wの牽引が弱まるまたは解除されると、カバー部材500の復元力が第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の線材Wに作用し、図3に示されるように、線材連結部材130が牽引装置200から離れた位置まで移動する。それにより、義手本体部100が、第1の筋電信号が検出される前の状態に戻る。このようにして、使用者は、対象物から電動義手1を離すことができる。
カバー部材500は意匠的機能を有する。また、カバー部材500は、義手本体部100、牽引装置200および装着部材300を保護する保護機能を有する。上記の構成によれば、カバー部材500の復元力により義手本体部100の状態が復元される。したがって、意匠的機能および保護機能を有するカバー部材500が義手本体部100の復元機能をさらに有するので、義手本体部100に復元力を与えるための部材を別途設ける必要がない。それにより、電動義手1の部品点数が低減されるとともに構造が簡素化される。その結果、電動義手1の作製が容易になり、低コスト化が実現される。
(3)第2義指、第3義指、第4義指および第5義指の他の構成例
図7は、第3義指40の他の構成例およびその動作を説明するための一部拡大断面図である。図7(a),(b),(c)の断面図は、図6(a),(b),(c)の断面図にそれぞれ相当する。
図7(a)に示すように、本例の第3義指40においては、支持部材41、第1の骨部材42および第2の骨部材43が単一の弾性部材EMにより一体的に形成される。支持部材41と第1の骨部材42との間には、支持部材41に対して第1の骨部材42が支点c1で一方向に屈曲するようにV字形の切り欠きnが形成されている。第1の骨部材42と第2の骨部材43との間には、第1の骨部材42に対して第2の骨部材43が支点c2で一方向に屈曲するようにV字形の切り欠きnが形成されている。単一の弾性部材EMは弾性樹脂により形成される。
第2の骨部材43に固定部jが設けられ、第1の骨部材42に案内部gが設けられている。線材Wが手掌部10側から力Fで牽引される場合には、最初に、図7(b)に示すように、第1の骨部材42が支点c1で手掌部10の内側に向かって屈曲する。続いて、図7(c)に示すように、第2の骨部材43が支点c2で手掌部10の内側に向かって屈曲する。その後、線材Wの牽引が弱まるまたは解除される場合に、弾性部材EMの弾性力により第3義指40が線材Wの牽引前の状態に自律的に復元する。
この場合、図7の第3義指40の構成が第2義指30、第4義指50および第5義指60に適用されることにより、線材Wの牽引後、義手本体部100が弾性部材EMの弾性力により線材Wの牽引前の状態に自律的に復元する。
したがって、カバー部材500が復元力を有さない場合でも、支持部材41、第1の骨部材42および第2の骨部材43に、復元力を与えるための部材を別途設ける必要がない。それにより、電動義手1の部品点数が低減されるとともに構造が簡素化される。その結果、電動義手1の作製が容易になり、低コスト化が実現される。
(4)第2義指、第3義指、第4義指および第5義指のさらに他の構成例
図8は、第3義指40のさらに他の構成例およびその動作を説明するための一部拡大断面図である。図8(a),(b),(c)の断面図は、図6(a),(b),(c)の断面図にそれぞれ相当する。以下、図8の第3義指40が図7の第3義指40と異なる点を説明する。
図8(a)に示すように、本例の第3義指40は、合成樹脂または金属からなる帯状弾性板150Mおよび3つの支持片44,45,46を含む。帯状弾性板150Mは、復元力を有する板ばねであり、本発明の弾性部材に相当する。帯状弾性板150Mの一面上に一定の間隔を隔てて並ぶように3つの支持片44,45,46が取り付けられる。支持片44,45,46は合成樹脂等により形成される。
支持片44と帯状弾性板150Mの一部分とにより支持部材41が構成される。支持片45と帯状弾性板150Mの中央部分とにより第1の骨部材42が構成される。支持片46と帯状弾性板150Mの他の部分とにより第2の骨部材43が構成される。
線材Wが手掌部10側から力Fで牽引される場合には、最初に、図8(b)に示すように、第1の骨部材42が支点c1で手掌部10の内側に向かって屈曲する。続いて、図8(c)に示すように、第2の骨部材43が支点c2で手掌部10の内側に向かって屈曲する。その後、線材Wの牽引が弱まるまたは解除される場合に、帯状弾性板150Mの復元力により第3義指40が線材Wの牽引前の状態に自律的に復元する。
この場合、図7の第3義指40の構成が第2義指30、第4義指50および第5義指60に適用されることにより、線材Wの牽引後、義手本体部100が帯状弾性板150Mの復元力により線材Wの牽引前の状態に自律的に復元する。
したがって、カバー部材500が復元力を有さない場合でも、支持部材41、第1の骨部材42および第2の骨部材43に、復元力を与えるための部材を別途設ける必要がない。それにより、電動義手1の部品点数が低減されるとともに構造が簡素化される。その結果、電動義手1の作製が容易になり、低コスト化が実現される。
(5)手掌部の構成
図9は、図3の手掌部10を前方から見た図である。図9では、図3の手掌部10のうち第1の手掌板110および第2の手掌板120が示されるとともに、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の支持部材31,41,51,61が示される。
図9に示すように、第1の手掌板110は、平面板110aおよび平面板110bから構成される。平面板110aおよび平面板110bは、それぞれ第1の手掌板110の前端部f1から後端部b1(図3参照)まで一方向に延びるように形成されている。上記一方向とは、図3の第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60が延びる方向とは反対の方向である。平面板110bは、平面板110aに対して上記一方向に沿って予め定められた屈曲角αで屈曲するように接続される。
第2の手掌板120は、平面板120aおよび平面板120bから構成される。平面板120aおよび平面板120bは、それぞれ第2の手掌板120の前端部f2から後端部b2(図3参照)まで上記一方向に延びるように形成されている。平面板120bは、平面板120aに対して上記一方向に沿って予め定められた屈曲角αで屈曲するように接続される。屈曲角αは、例えば10°以上30°以下である。
図10は図3の義手本体部100による対象物の把持状態を示す外観斜視図であり、図11は図10の義手本体部100を一端部から見た図である。なお、図10および図11では対象物の図示を省略する。
図10および図11に示すように、第1義指20が手掌部10の内側へ屈曲される。また、牽引装置200による線材Wの牽引により第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60が屈曲される。この場合、第2義指30および第3義指40の先端が第1義指20の先端に近づく。また、平面板110bおよび平面板120bが、平面板110aおよび平面板120aに対して屈曲しているので、第4義指50および第5義指60の先端が第1義指20の先端に近づく。
それにより、第2義指30と第1義指20との間および第3義指40と第1義指20との間だけでなく、第4義指50と第1義指20との間および第5義指60と第1義指20との間に、それぞれ把持力を発生させることができる。したがって、第1義指20、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60により対象物を安定した姿勢で把持することが可能になる。
平面板110bおよび平面板120bが、平面板110aおよび平面板120aに対して屈曲していることが好ましい理由について、図12を参照しながら説明する。
図12は平坦な手掌部10を有する義手本体部による対象物の把持状態を示す外観斜視図であり、図13は図12の義手本体部を一端部から見た図である。なお、図12および図13では対象物の図示を省略する。
図12および図13に示す義手本体部100Xにおいては、手掌部10の第1の手掌板110Xおよび第2の手掌板120Xがそれぞれ1枚の平面板で構成される。それにより、手掌部10が屈曲も湾曲もしていない。
この場合、第4義指50および第5義指60が屈曲しても第4義指50および第5義指60の先端が第1義指20の先端に近づかない。したがって、図10および図11に示したように、手掌部10が屈曲していることが望ましい。
(6)手掌部10の他の構成例
図14〜図16は、手掌部10の他の構成例を示す図である。図14〜図16においては、図9の例と同様に、手掌部10のうち第1の手掌板110および第2の手掌板120が示されるとともに、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の支持部材31,41,51,61が示される。
図14の例では、第1の平面板110aおよび第2の平面板110bを含む第1の手掌板110が単一の部材により形成されている。また、第3の平面板120aおよび第4の平面板120bを含む第2の手掌板120も単一の部材により形成されている。それにより、第1の平面板110aと第2の平面板110bとの接続工程が不要となる。また、第3の平面板120aと第4の平面板120bとの接続工程も不要となる。したがって、手掌部10の組み立て工程数を低減することが可能になるとともに、手掌部10の作製が容易になる。
図15の例では、第1および第2の手掌板110,120の各々が、局部的に湾曲する単一の部材で形成されている。それにより、手掌部10の組み立て工程数を低減することが可能になるとともに、手掌部10の作製が容易になる。本例においても、第1の手掌板110および第2の手掌板120は、上記一方向に沿って湾曲している。それにより、牽引装置200による線材Wの牽引により第4義指50および第5義指60の先端が第1義指20の先端に向かって近づく。
図16の例では、第1および第2の手掌板110,120の各々が、一側部から他側部にかけて円弧状に湾曲する単一の部材で形成されている。この場合、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60が屈曲する方向をそれぞれ最適に設定することができる。
それにより、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の各々の先端をより正確に第1義指20の先端に近づけることが可能になる。
(7)義手本体部による身体支持機能および物体の押さえ機能
図17は、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60が手掌部10の外側へ向かうように屈曲された状態を示す義手本体部100の外観斜視図である。図18は、図17の義手本体部100の一方の側面図である。
義手本体部100が第1の筋電信号が検出される前の状態で、すなわち図2に示される状態で、第2の筋電信号が検出されると、牽引装置200による線材Wの牽引が解除される。この場合、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の線材Wには力が作用しない。
図17および図18に示すように、義手本体部100は、線材Wの牽引が解除された状態で第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の第1の骨部材32,42,52,62が手掌部10の甲側へ向かうように屈曲可能に構成されている。
具体的には、第2の手掌板120の前端部f2は、第1の骨部材32,42,52,62にそれぞれ対応する支点c1よりも後方に位置する。第1の骨部材32,42,52,62が手掌部10の甲側に背屈する場合に、第1の骨部材32,42,52,62が一定の角度範囲で第2の手掌板120の前端部f2に接触しない。それにより、第1の骨部材32,42,52,62の手掌部10の甲側に背屈が許容される。
この場合、使用者は、第1の骨部材32,42,52,62を手掌部10の甲側に背屈させた状態で、第1の骨部材32,42,52,62および第2の骨部材33,43,53,63の内側により面を押さえることができる。したがって、使用者は、机の上面等を押さえて身体を支えたり、机上の紙を押さえたりすることができる。
(8)効果
上記の電動義手1においては、第1の筋電信号が検出されることにより牽引装置200により第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の線材Wが牽引される。それにより、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の各々においては、支点c1周りの第1の回転モーメントM1が第1の骨部材32,42,52,62に作用する。また、支点c2周りの第2の回転モーメントM2が第2の骨部材33,43,53,63に作用する。
第1の回転モーメントM1は第2の回転モーメントM2よりも大きく、第1の回転モーメントM1および第2の回転モーメントM2は手掌部10の内側に向かって作用する。それにより、第1の骨部材32,42,52,62が支点c1で手掌部10の内側に向かって屈曲した後、第2の骨部材33,43,53,63が支点c2で手掌部10の内側に向かって屈曲する。
通常、健常手により対象物が把持される場合、各指の複数の関節は手掌に近い順に屈曲する。上記の構成によれば、手掌部10に近い支点c1で第1の骨部材32,42,52,62が屈曲した後に、手掌部10から遠い支点c2で第2の骨部材33,43,53,63が屈曲する。そのため、健常手に近い自然な把持動作が可能となる。それにより、使用者は健常手に近い感覚で容易に対象物を把持することができる。
(9)他の実施の形態
(9−a)上記の実施の形態では、第1義指20は、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60とは異なる構成を有する。第1義指20は、上記の例に限らず、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60と基本的に同じ構成を有してもよい。この場合、第1義指20の先端と、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の先端とを互いに近づけることができる。したがって、健常手により近い自然な把持動作が実現される。また、対象物を迅速に把持することが可能になる。
(9−b)上記の実施の形態では、第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の各々は、2つの支点c1,c2で屈曲可能に構成されるが、本発明はこれに限定されない。第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の各々が、3つ以上の支点で屈曲可能に構成されてもよい。
例えば第2義指30、第3義指40、第4義指50および第5義指60の各々が3つの支点で屈曲可能に構成される場合には、各義指は、対象物を把持する際に手掌部10に近い支点から順に屈曲するように構成される。それにより、健常手により近い自然な把持動作が実現される。
本発明は、対象物を把持可能に構成された可動義手またはロボットのハンド等に有効に利用することができる。
1 電動義手
10 手掌部
20 第1義指
21,31,41,51,61 支持部材
22 骨部材
30 第2義指
32,42,52,62 第1の骨部材
33,43,53,63 第2の骨部材
40 第3義指
44,45,46 支持片
50 第4義指
60 第5義指
100,100X 義手本体部
110,110X 第1の手掌板
110a,110b,120a,120b 平面板
120,120X 第2の手掌板
130 線材連結部材
140 支持軸
150M 帯状弾性板
200 牽引装置
210 モータケーシング
220 モータ
221 回転軸
222 スプール
300 装着部材
400 制御装置
500 カバー部材
b1,b2 後端部
BT 電源装置
c1,c2 支点
EM 弾性部材
F 力
f1,f2 前端部
g 案内部
h 長孔
hb 人体
j 固定部
k1,k2,k3 貫通孔
n 切り欠き
M1 第1の回転モーメント
M2 第2の回転モーメント
N 合力
p1,p2 ピン
Q 連結部材
S1,S2 筋電センサ
W,W1 線材
W23,W45 共通線材

Claims (5)

  1. 手掌部と、
    前記手掌部に対して第1の支点で屈曲可能な第1の骨部材と、
    前記第1の骨部材に対して第2の支点で屈曲可能な第2の骨部材と、
    前記手掌部から前記第1の骨部材および前記第2の骨部材に沿って設けられる線材と、
    前記線材を前記手掌部側から牽引する牽引手段とを備え、
    前記第1の骨部材には、前記第1の支点とは異なる位置で前記線材を摺動可能に案内する案内部が設けられ、
    前記第2の骨部材には、前記第2の支点とは異なる位置で前記線材の先端を固定する固定部が設けられ、
    前記牽引手段が前記線材を牽引することにより、前記第1の支点周りの第1の回転モーメントが前記第1の骨部材に前記一方向に作用するとともに、前記第2の支点周りの第2の回転モーメントが前記第2の骨部材に前記一方向に作用し、
    前記案内部および前記固定部は、前記第1の回転モーメントが前記第2の回転モーメントよりも大きくなるように配置され、
    前記牽引手段は、前記第1の骨部材が前記第1の回転モーメントにより前記第1の支点で前記一方向に屈曲し、その後前記第2の骨部材が前記第2の回転モーメントにより前記第2の支点で前記一方向に屈曲するように、前記線材を牽引する、可動義手。
  2. 前記手掌部の一側部に第1義指が設けられ、前記手掌部の一端部に第2義指、第3義指、第4義指および第5義指が順に並ぶように設けられ、前記第1義指は、当該第1義指の先端が前記手掌部の内側で前記第2義指または前記第3義指に対向可能に設けられ、
    前記第2義指、前記第3義指、前記第4義指および前記第5義指の各々は、前記第1の骨部材、前記第2の骨部材および前記線材により構成され、前記牽引手段による前記線材の牽引により前記第1および第2の支点で屈曲し、
    前記第2義指、前記第3義指、前記第4義指および前記第5義指の屈曲により前記第4義指および前記第5義指の先端が前記第1義指の先端に向って近づくように前記手掌部が屈曲または湾曲している、請求項1記載の可動義手。
  3. 前記第1の骨部材は、前記牽引手段による牽引が解除された状態で、前記手掌部の甲側へ向かうように前記第1の支点で前記一方向とは逆の方向に屈曲可能に構成される、請求項1または2記載の可動義手。
  4. 前記手掌部、前記第1の骨部材および前記第2の骨部材がゴムまたは弾性樹脂からなるカバー部材で覆われ、
    前記牽引手段による前記線材の牽引が解除されたときに、前記カバー部材の復元力により前記第1の骨部材および前記第2の骨部材が牽引前の状態に復元する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の可動義手。
  5. 前記第1の骨部材および前記第2の骨部材は、弾性部材により一体的に形成され、前記弾性部材は、前記第1の支点および前記第2の支点で屈曲可能に構成された、請求項1〜4のいずれか一項に記載の可動義手。
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