JP5492281B2 - 手袋ベース把持補助デバイスの制御 - Google Patents

Description

連邦支援研究または開発に関する供述
[0001]本発明は、ＮＡＳＡ Ｓｐａｃｅ Ａｃｔ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｎｕｍｂｅｒ ＳＡＡ−ＡＴ−０７−００３の下に、政府の支援によってなされたものである。本明細書において説明されている本発明は、米国政府（つまり非商用）の目的のために、それに対し、またはそのために特許権使用料を支払うことなく米国政府によってまたは米国政府のために製造し、かつ、使用することができる。

[0002]本開示は、人間のオペレータが手袋として装着することができる把持補助デバイスの制御に関する。

[0003]反復運動は、製品の品質およびプロセス効率に悪影響を及ぼすことがある。人間工学は、作業環境で使用される設備の様々な一部分、例えばキーボード、ワークステーション、トルクレンチ、制御入力デバイス、等々と人間とのやり取りを理解し改善することを最終的に探求する、発展しつつある科学的分野である。物理的作業環境のあらゆる側面は、そこで作業している人間のオペレータに関わるため、優れた人間工学設計は、これらの物理的作業環境態様の側面を最適化することを求める。

[0004]特定の作業タスクは、最適な人間工学の作業現場構成によってでも小さくすることができない態様においてオペレータにストレスを与えることがある。例えば対象の反復把持または持続把持を必要とする手作業は、オペレータの手、手指および前腕にストレスを与えることがある。その結果、時間の経過とともにオペレータの握力および生産性が次第に低下することになる。また、握力は、物理的な身長の差、傷害および／または筋肉疲労のために、オペレータ間で大きく異なることがある。オペレータの握力の可変的な性質は、特定の把持関連作業タスクの実施を比較的非効率なものにしてしまうことがある。

[0005]本明細書においては、手袋ベース把持補助デバイスを制御するためのシステムおよび方法が開示される。オペレータは手および前腕にこのようなデバイスを装着することができる。把持補助デバイスは、一実施形態では、対応するアクチュエータアセンブリ、例えば電動機付ボールねじアセンブリまたは線形アクチュエータによって、計算された張力で選択的に張力が加えられる複数の可撓性腱を含むことができる。アクチュエータアセンブリは、オペレータが手の指を特定の把持状態で閉じるのを補助するために、必要に応じて１つまたは複数の腱を引っ張る。１つまたは複数の力センサが手袋に対して配置されている。この１つまたは複数の力センサによって力フィードバック信号がコントローラに提供される。コントローラは、様々な腱に必要な張力を計算し、かつ、指令する。

[0006]詳細には、一実施形態による把持補助システムには手袋およびスリーブが含まれている。オペレータの手に装着することができる手袋には、指すなわち手指または親指、力センサおよび可撓性腱が含まれている。力センサは、手袋に対して配置され、手袋を装着したオペレータによって対象に加えられる把持力を測定する。腱は、指に接続される第１の端部を有している。オペレータの前腕に装着することができるスリーブには、コントローラおよび腱の第２の端部に接続されるアクチュエータアセンブリが含まれている。

[0007]コントローラには、ユーザインタフェース、記録された複数の選択可能動作モードを有する構成モジュール、およびプロセッサが含まれている。動作モードには、少なくとも１つの力ベース制御モードおよび少なくとも１つの位置ベース制御モードが含まれている。プロセッサは、選択可能動作モード毎に張力を計算する。コントローラは、手袋上の力センサおよびスリーブ内のアクチュエータアセンブリと通信する。コントローラは、ユーザインタフェースを介して動作モードのうちの選択された１つを受け取り、かつ、計算された張力をアクチュエータアセンブリを介して腱に加えるように構成されている。

[0008]手袋およびスリーブを有する把持補助システムを制御するための方法には、手袋を装着したオペレータによって対象に加えられる把持力を、手袋に配置された力センサを介して測定するステップが含まれている。また、この方法には、ユーザインタフェースを使用して、少なくとも１つの力ベース制御モードおよび少なくとも１つの位置ベース制御モードからの選択を含む、一組のユーザ選択可能動作モードから選択するステップ、および腱に加えるための、選択された動作モードに対する張力をコントローラを介して計算するステップが含まれている。腱は、手袋の手指または親指を通して経路化される。この方法には、さらに、アクチュエータアセンブリを使用して腱に張力を加えるステップであって、それにより手袋およびスリーブを装着したオペレータが対象を把持するのを補助するステップが含まれている。

[0009]本発明の上記特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、添付の図面に関連づけて読めば、本発明を実施するための最良モードについての以下の詳細な説明から容易に明らかになる。

[0010]本明細書において示されている、手袋ベース把持補助デバイスおよびこれに関連し、把持補助デバイスを制御するように構成されたコントローラの一例を示す略図である。 [0011]図１に示されている例示的な把持補助デバイスと共に使用するためのコントローラの一例を示す略図である。 [0012]図１に示されている把持補助デバイスを制御するための方法の一例を記述した流れ図である。

[0013]同様の参照番号が同じ構成要素または同様の構成要素を指す図面を参照すると、把持補助システム１０の一例が図１に示されている。システム１０には手袋１２およびスリーブ１８が含まれている。オペレータがそれぞれ手および前腕に装着すると、手袋１２およびスリーブ１８は、オペレータが対象を把持することを補助する。コントローラ３８は、１つまたは複数の可撓性腱２０に対する張力（矢印２２）を計算し、かつ、加えるためにシステム１０の一部として使用されている。コントローラ３８は、図３にその一例が示されており、かつ、以下でより詳細に説明する本発明による制御方法１００を具体化する処理命令を実行する。

[0014]図１の把持補助デバイス１０は、一可能実施形態では腱駆動システム（ＴＤＳ）１６を含むことができる。ＴＤＳ１６は、スリーブ１８の中に完全に入れることも、あるいは少なくとも部分的にスリーブ１８の中に入れることも可能である。ＴＤＳ１６は、１つまたは複数の腱２０を介して手袋１２にリンクさせることができ、手袋１２に対して配置された１つまたは複数の力センサ２８からコントローラ３８が受け取る力フィードバック信号２４に応答して可撓性腱２０の一部またはすべてに増大張力（矢印２２）が加えられる。

[0015]手袋１２は、１つまたは複数の指、すなわち親指１４および／または１つまたは複数の手指１５を含むことができる。手袋１２は、図に示されているように４本の手指／１本の親指の通常の完全な手袋として構成することができ、あるいは他の実施形態ではより少ない手指１５／親指１４がない手袋として構成することができる。手袋１２の素材部１７には、複数の指骨リング２６または荷重を支える他の適切な構造を接続、例えば所定の位置に縫い付けることができる。指骨リング２６の各々は、オペレータの手の指と少なくとも部分的に外接することができ、つまり手袋１２の親指１４または手指１５の個々の指に少なくとも部分的に外接させることができる。別法としては、手袋１２の親指１４／手指１５の中に指骨リング２６を配置することも可能である。したがって一部またはすべての腱２０によって付与されるいかなる張力（矢印２２）も、すべて指骨リング２６を介してオペレータの手指／親指に間接的に作用することができる。

[0016]図１に示されている力センサ２８は、手袋１２に対して配置することができ、例えば親指１４および／または１つまたは複数の手指１５の中央部分または遠位端などに配置することができ、あるいは別法として手袋１２の手掌に配置することも可能である。一代替実施形態では１つの力センサ２８のみを使用することも可能である。所望の把持／把持解放を発信し、かつ、対応する張力（矢印２２）の制御された印加または停止をトリガするために、親指１４および／または手指１５のうちの１つまたは複数の指に任意選択のオン／オフ圧力スイッチ１９を配置することができる。代替では、圧力スイッチ１９は、デバイス１０から遠隔に配置することも可能であり、例えば仮想線で示されている、ベルトに取り付けるより大きいパワーパック３９の上に配置することができる。力センサ２８およびスイッチ１９は、個々の手指１５および親指１４の遠位端に配置された指骨リングなどの複数の指骨リング２６の個々に接続することができ、あるいはこれらの個々の指骨リング２６と一体に形成することができる。

[0017]一般に、オペレータの把持によって対象に加えられる把持力によって１つまたは複数の力センサ２８が起動する。引き続いて指骨リング２６が、それらの指骨リング２６を通っている腱２０に接続され、これらの指骨リング２６の少なくとも一部が腱２０のためのガイドとして作用する。本明細書においては、個々の手指１５および親指１４の遠位端に配置される指骨リング（矢印Ｄ）と、それぞれの指の中間（矢印Ｍ）および近位（矢印Ｐ）指骨リング２６の２つのタイプの指骨リング２６を提供することができる。腱２０は遠位（矢印Ｄ）指骨リング２６で終端しており、一方、中央（矢印Ｍ）および近位（矢印Ｐ）指骨リング２６は、主として腱２０を案内すなわち導くために使用され、また、オペレータの手指を支持するために使用される。

[0018]力センサ２８は、オペレータによって対象に加えられる把持力のみを知覚するように配置し、かつ、構成することができる。この実施形態では、遠位指骨リング２６（矢印Ｄ）の内部表面に１つまたは複数の力センサ２８を配置することができる。図２に示され、また、以下で説明する制御方法１００の意図されている範囲を逸脱することなく、他の設計を使用することも可能である。

[0019]オペレータによって対象が把持されると、１つまたは複数の力センサ２８によって把持力すなわち圧力が測定され、かつ、一組の力フィードバック信号２４として、一実施形態では把持補助デバイス１０のスリーブ１８の上／中に装着することができるコントローラ３８に中継される。力センサ２８の各々は、圧力変換器、または任意の他の適切なロードセルすなわち力センサ２８とオペレータによって把持される任意の対象との間の力の量を正確に測定する接触セルとして構成することができる。以下で説明する任意選択の生物測定センサ６０を使用して手袋１２を装着したオペレータに対する生物測定情報（矢印６２）を測定し、かつ、測定した情報をコントローラ３８に伝送することも可能である。

[0020]図１に示されているＴＤＳ１６は、可撓性外部スリーブすなわちコンジット３０の中に配置され、かつ、その中を自由に動くことができる腱２０を介して指骨リング２６の各々に直接接続されている。一実施形態では、腱２０の各々は、編組ポリマとして構成することができ、この編組ポリマは、個々の腱の摩耗寿命を長くするために、適切なフッ化炭化水素を含むことができる。しかしながら、本発明の意図されている範囲を逸脱することなく、他の材料を使用することも可能である。

[0021]図１の腱２０は、オペレータの手掌の付け根または手首領域に配置することができ、またはその近傍に配置することができる腱コンセントレータ２１を貫通することができる。腱２０は、その長さの少なくとも一部がコンジット３０を通って、腱コンセントレータ２１と指骨リング２６の間を自由に通過することができる。この構造は、手指の先端からオペレータの手掌の付け根までのオペレータの手の上の領域に対する把持補助運動を隔離することを補助することができ、つまり腱コンセントレータ２１と指骨リング２６の間の領域に対するあらゆる増大張力の影響を隔離するのを補助することができる。腱２０は、腱コンセントレータ２１の手指側から遠位指骨リング２６まで、手袋の材料の中に埋め込まれた、つまり手袋の材料の中に含まれている通路３５の中に入れることができる。

[0022]仮想線で示されているように、複数のアクチュエータアセンブリ３２、例えば腱２０が取り付けられる電動機付ボールねじデバイスは、ＴＤＳ１６の中にアレイ状に構成することができる。個々のアセンブリ３２は、対応する腱２０に対して作用している。１つのＴＤＳ１６のみが使用される場合、腱コンセントレータ２１を使用して、親指１４および個々の手指１５から出ている腱２０を単一のアクチュエータ腱、つまり図１に実線で示されている腱に接続することができる。この場合、腱コンセントレータ２１は、単一の腱に接続される複数の腱２０のための領域を提供する。

[0023]さらに図１を参照すると、アクチュエータアセンブリ３２は、一実施形態によれば、サーボモータ３４および駆動アセンブリ３６、例えばボールおよびねじタイプのデバイスを含むことができる。ＴＤＳ１６の動作は、必要なすべての電力をエネルギー源４０から引き出すコントローラ３８を介して提供される。エネルギー源４０は、小型電池パック、例えば１つまたは複数のリチウムイオン電池、あるいは任意の他の比較的軽い、つまり低質量エネルギー蓄積デバイスとして構成することができる。

[0024]ユーザインタフェース４２は、スリーブ１８に接続することができ、かつ、所望の動作モードの選択を容易にするためにコントローラ３８と通信するように配置することができる。ユーザインタフェース４２は、図３を参照して以下で説明するように、表示された利用可能モードのメニューからのオペレータによる特定の動作モードの選択を可能にする、オペレータアクセス可能制御パネル、タッチパッドまたはタッチスクリーンであってもよい。ユーザインタフェース４２からの把持モード信号（矢印１１）は、要求された把持モードを示すためにコントローラ３８に伝送することができる。

[0025]図１のコントローラ３８は、本発明による方法１００の実行に際して、一組のフィードバック信号（矢印２４）を処理している。方法１００を具体化したコンピュータ実行可能コードは、コントローラ３８の有形で、非一時的なメモリ４３に記録し、かつ、それにより実行して、フィードバック信号（矢印２４）を介して中継される値およびユーザ選択動作モードに応答して最適増大張力（矢印２２）を計算し、かつ、選択することができ、さらに、図３を参照して以下で説明する他の制御アクションを提供することができる。この増大張力（矢印２２）は、次に、デバイス１０を装着したオペレータの把持を補助するために、駆動アセンブリ３６を使用して一部またはすべての腱２０に加えられる。

[0026]コントローラ３８は、１つまたは複数の集積回路を含むことができ、この集積回路は電圧調整器、コンデンサ、ドライバ、タイミング結晶、通信ポート、等々の様々な電子デバイスによって増大することができる。コントローラ３８は、限られた電力および限られたリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／または電気的プログラム可能リードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）、および任意の必要な入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路デバイス、ならびに信号調整およびバッファ電子機器を使用したマイクロコントローラであってもよい。

[0027]プロセッサ５２は、必要な処理能力を提供するために使用される。コントローラ３８の中に常駐している、あるいはコントローラ３８が容易にアクセスすることができる、本発明による方法１００を実行するために必要な任意の１つまたは複数のアルゴリズムまたはコードを含んだ個々の制御アルゴリズムは、メモリ、例えばＲＯＭに記憶し、かつ、自動的に実行することができ、それにより要求された制御機能を提供することができる。また、コントローラ３８は、過去に要求された把持モードを最初に設定するか、あるいは変更するために、上で言及したようにユーザインタフェース４２から把持モード信号（矢印１１）を介して入力を取得する。

[0028]特定の実施形態では、図１の手袋１２は、オペレータが傷害を抱え、握力が弱くなった場合などのリハビリテーションのために使用することができる。握力の増大は、上で説明したように提供することができる。しかしながら、オペレータが治療を受けるとき、握力を監視し、かつ、握力の変化を追跡することが望ましい。

[0029]そのために、当分野で知られているタイプの腱張力センサ７２をコンジット３０に対して、コンジット３０とコンジットアンカ７０の間の界面に配置することができる。このような張力センサ７２は、例えば、腱２０に張力が加えられると必ず張力センサ７２に作用するコンジット圧縮力を測定する１つまたは複数のひずみゲージを含むことができる。張力センサ７２は、次に、例えば以下で説明するトランシーバモジュール５９を介した無線によって、測定したひずみをコントローラ３８に通信することができる。

[0030]張力センサ７２によって取得された測定値は、コントローラ３８によって実際の張力測定値に変換することができる。引き続いて、アクチュエータアセンブリ３２を介した増強がある場合、または増強がない場合で、オペレータの握力の変化の経過を評価するために、コントローラ３８によってこれらの張力測定値を記録し、かつ、追跡することができる。簡潔にするために図１には１つの張力センサ７２しか示されていないが、リハビリテーション中、オペレータの手指および親指の各々に対するオペレータの握力の経過を正確に追跡するために、コンジット３０毎に異なるセンサ７２を使用することができる。

[0031]図２を参照すると、様々な実施形態に使用することができる複数の制御モジュールの一部を実例で示すために図１のコントローラ３８が概略的に示されている。コントローラ３８は、図解を分かり易くするために図２には単一のユニットとして示されている。しかしながら、コントローラ３８のいくつかの制御モジュールは、手袋１２に対して遠隔に配置することができることは当業者には理解されよう。例えば、工場内に配置された中央サーバは、仮想線で示されている複数の手袋１２のネットワーク１３と通信することができる。このような実施形態は、生物測定センサ６０と共に使用されると、個々のオペレータの健康および／または個々の手袋１２性能を遠隔監視することができ、したがって職員のスケジューリングまたは交替、あるいは手袋１２の保全を容易にすることができる。

[0032]上で言及したように、図２のコントローラ３８には、メモリ４３、プロセッサ５２および本発明による方法１００を具体化したコンピュータ実行可能命令が含まれている。さらに、コントローラ３８は、ユーザ構成モジュール５０、生物測定センサ６０から生物測定情報（矢印６２）を受け取る生物測定監視ユニット５４、オーバライドモジュール５６、データベース管理システム（ＤＢＭＳ）５８および／またはトランシーバモジュール５９を含むことができる。次に、引き続いて図１の構造を参照してこれらの各々について説明する。

[0033]最初にオペレータが図１の手袋１２およびスリーブ１８を装着すると、オペレータは、ユーザインタフェース４２を介して所望の動作モードを選択することができる。図３を参照して以下で説明するように、コントローラ３８は、複数の異なる動作モードのうちの１つを実行するように構成することができ、個々の動作モードは、特定の力ベース制御スキームまたは位置ベース制御スキームに関連している。ユーザインタフェース４２は、オペレータが選択することができるオプションのメニューを表示することができる。例えばオペレータは、構成モジュール５０がプロセッサ５２と共に記録し、かつ、実行するモードを、タッチパッドまたは他の適切な入力デバイスを介して選択することができる。構成モジュール５０は、上で説明した１つまたは複数の張力センサ７２を使用して、恐らくは個別リハビリテーションモジュールを含んだ、様々な個別制御オプションを実行するのに適した制御論理および関連するハードウェアとして具体化することができる。

[0034]任意選択の生物測定情報（矢印６２）を使用して、図１の把持補助システム１０の制御を最適化するための様々なオプションが存在している。例えば生物測定センサ６０は、特定の動作モードを実行する際にコントローラ３８の性能を個別化するために使用される筋電計測法（ＥＭＧ）センサとして構成することができる。このような実施形態では、オペレータの把持筋肉の検出された活動度を使用して手袋１２を閉じる信号を発信することができ、また、ユーザの解放筋肉の検出された活動度を使用して手袋１２を開くことができる。同様の情報を使用して筋肉疲労を検出することができる。プロセッサ５２は生物測定センサ６０からのＥＭＧ信号を解析し、異なるタスクに交替すべきことをオペレータに知らせる警告が生成される。

[0035]図２に示されているオーバライドモジュール５６は、あらゆる把持補助動作を相殺するか、あるいは無効にする手段を提供することができる。例えばオーバライドモジュール５６は、オペレータが起動させて把持補助デバイス１０への電力を遮断することができる電力スイッチ、例えば図１のオン／オフスイッチ１９を含むことができるため、オペレータは、電動機の抵抗がない状態で手動で手を開くことができる。また、オーバライドモジュール５６は、１つまたは複数の力センサ２８によって知覚された印加圧力の停止が、ＴＤＳ１６によって加えられる把持補助張力の滑らかな漸減をトリガすることができるよう、１つまたは複数の力センサ２８へのフィードバック経路を含むことも可能である。さらに他の実施形態では、オーバライドモジュール５６は、遠隔デバイスから受け取る信号、例えば中央生成非常信号、非常停止ボタンまたは他のデバイスからの信号、等々に応答してデバイス１０への電力を自動的に遮断するように構成することができる。

[0036]ＤＢＭＳ５８は、特定のオペレータの作業履歴であって、そのオペレータが装着した手袋１２、手袋１２を装着した場合のオペレータのタスク、および他の要素に関する作業履歴を追跡するためにいくつかの実施形態で使用することができる。分散環境、例えば複数の手袋１２が工場の様々な位置で動作する環境で使用される場合、ＤＢＭＳ５８は、有効なデータロギングおよび解析を可能にすることができる。ＤＢＭＳ５８を使用することにより、傾向を容易に検出することができ、また、必要に応じて速やかにアクションを取ることができる。例えば手袋１２を装着したオペレータが所与の作業シフトの数時間、把持補助の量が少ない閾値で正常に作業した後、提供される把持補助の量が徐々に増加した場合、監督者は、疲労を表している可能性のある遂行能力の低下を警告し、適切なアクションを取ることができる。疲労およびオペレータ遂行能力を決定するために、生物測定センサ６０からの生物測定情報（矢印６２）も同様に実時間で記録し、かつ、解析することができる。

[0037]図２のトランシーバモジュール５９は、同様のモジュールを有する任意の他のデバイス、例えば中央生産管理システム、ＤＢＭＳ５８、または品質、労働者の健康および安全、等々を監視し、かつ、追跡するための専用システムに無線で送信し、かつ、これらから無線で受信することができる。コントローラ３８は、上で説明したモジュールに限定されず、また、上で説明したすべてのモジュールを使用して機能させる必要はない。したがって図２のコントローラ３８は、図１に示されている把持補助デバイス１０を制御するための一可能実施形態である。

[0038]図３を参照すると、一実施形態例では、方法１００は、オペレータが手を手袋１２の中に挿入し、かつ、スリーブ１８をしっかりと締め付けた後のステップ１０２で開始される。ステップ１０２には、先行するすべての作業セッションからの古いバッファデータの削除によるコントローラ３８のゼロ化が伴っていてもよい。適切にゼロ化されると、方法１００はステップ１０４へ進行する。

[0039]ステップ１０４で、図２のコントローラ３８は、所望の動作モードを識別するオペレータからの入力信号、つまり図１の把持モード信号（矢印１１）を受け取る。コントローラ３８は、オペレータが選択することができ、あるいは補助すべき作業タスクの性質に応じてオペレータのために自動的に選択することができる、様々な異なる力ベース制御モードおよび位置ベース制御モードを使用してプログラムすることができる。コントローラ３８が特定のモードを受け取ると、方法１００はステップ１０６へ進行する。

[0040]ステップ１０６でコントローラ３８は、受け取ったモードが力ベース制御モードであるかどうか決定する。受け取ったモードが力ベース制御モードである場合、方法１００はステップ１０８へ進行する。受け取ったモードが力ベース制御モードではない場合、コントローラ３８は、位置ベースモードが選択されたことを決定し、ステップ１０８へ進行する代わりにステップ１１０へ進行する。

[0041]ステップ１０６でオペレータが力ベース制御モードを希望していることが決定されると、ステップ１０８で、図２のコントローラ３８は、オペレータが定力補助モードを選択したかどうか決定する。オペレータが定力補助モードを選択した場合、方法１００はステップ１１６へ進行する。そうでない場合、方法１００はステップ１１８へ進行する。

[0042]ステップ１０６でオペレータが位置ベース制御モードを希望していることが決定されると、ステップ１１０で、図２のコントローラ３８は、次に、オペレータが事前構成把持位置モードを選択したかどうか決定する。オペレータが事前構成把持位置モードを選択した場合、方法１００はステップ１１２へ進行する。そうでない場合、方法１００はステップ１１４へ進行する。

[0043]ステップ１１２でコントローラ３８は、腱２０を駆動し、それにより手指１５および／または親指１４を事前構成把持位置モードによって誘導される特定の把持状態に移動させる。図１の手袋１２が閉じるように命令されると、図１のアクチュエータアセンブリ３２は、例えば閉位置に対応するエンコーダカウントに基づいて手指１５／親指１４をある位置または一連の位置へ移動させる。

[0044]ステップ１１２には、手指１５および／または親指１４によって加えられる力の量に対するより小さい強調／無強調で手指１５および／または親指１４を特定の１つまたは複数の位置に正確に姿勢を定めるステップが伴っていてもよい。例えば、いくつかの把持状態には、場合によっては力を追加する必要はほとんどないが、状態の反復性の性質は、依然として時間が経過した後に疲労の原因になることがあり、したがってオペレータがその特定の状態を少しでも長い時間にわたって保持するのを困難にしている。事前構成把持位置または複数の位置のシーケンスは、このような状態の反復を容易にすることができ、あるいは場合によってはリハビリテーションに特定の利点がある。

[0045]他の手法では、仮想線で示されている任意選択の位置センサ４６を複数の手指１５のうちの１つまたは複数に対して配置し、かつ、そのセンサ４６が接続される手指１５の回転角を測定するように構成することができる。このようなセンサ４６は、手袋１２に取り付けることができ、また、オペレータの指関節の軸に、センサ４６によってその関節の回転が測定され、かつ、コントローラ３８に中継されるように配置することができる。このような位置情報（矢印４８）をフィードバックループに使用して、監視されている手指１５の閉位置を制御することができる。

[0046]つまり、事前構成位置に較正済み関節角が含まれている場合、コントローラ３８は、位置情報（矢印４８）を使用して変化角度を監視し、その特定の手指１５の腱２０に加えている張力をいつ停止するかを決定することができる。他の実施形態では、例えばアクチュエータアセンブリ３２に対する選択された指令すなわち電流を介して開ループ制御を使用することができる。張力センサなどの他のセンサ（図示せず）を使用して、手指１５および／または親指１４の位置ならびに腱２０の現在の状態に関するより正確な情報を収集することも可能である。方法１００は、次に、ステップ１２０へ進行する。

[0047]ステップ１１４で、図２のコントローラ３８は、擬似力制御、つまり手指１５／親指１４が図１の１つまたは複数の力センサ２８から入力される力に基づく位置へ閉じるモードを実行する。真の力ベース制御では、アクチュエータは、所望の力が維持されるように制御される。この真の力ベース制御は、駆動される手指１５／親指１４に配置された複数の力センサ２８が存在する図１の手袋１２の構成の場合に動作する。コントローラ３８は、所与の手指１５からの力フィードバックを使用して、例えば、その手指１５に関して力センサ２８によって測定された所望の力が維持されるよう、その手指１５のためのアクチュエータアセンブリ３２を動かすことができる。

[0048]いくつかの実施形態では、手指１５に力センサ２８を使用しなくてもよく、その代わりに親指１４にのみ使用することができる。親指１４は、腱２０によって起動することも、あるいは起動しなくてもよい。このような実施形態における擬似力制御の場合、手指１５は、親指１４に配置された力センサ２８によって検出される公称力に対する構成把持位置まで閉じることになる。親指センサに対する力がより小さい場合、手指１５は、例えばエンコーダカウントに基づいて若干小さい力で駆動することができ、また、親指センサに対する力がより大きい場合、手指１５は、若干大きい力で駆動することができる。言い換えると、手袋１２の手指１５または親指１４のうちの単一の力センサ２８を含んでいない指は、すべて、力センサ２８によって測定される力に基づく位置へ移動する。この手法は、駆動される手指１５に力フィードバックが存在しないため、純粋な力ベース制御とは全く異なっている。ステップ１１４が完了すると、方法１００はステップ１２０へ進行する。

[0049]ステップ１１６で、図２のコントローラ３８は、一定の力で手袋１２の手指１５および／または親指１４を閉じた後、ステップ１２０へ進行する。ステップ１１６には、１つまたは複数の力センサ２８を介して、このような力センサ２８を有する手指１５／親指１４毎にこれらの指に加えられる力を測定するステップと、この測定された値と校正済みの力とを閉ループで比較してその差を決定するステップと、その後、計算された差として様々な腱２０に加えられる張力（図１の矢印２２）を設定するステップが伴っていてもよい。方法１００は、次にステップ１２０へ進行する。

[0050]ステップ１１８で、図２のコントローラ３８は手指センサフィードバックモードを実行する。このモードでは、複数の力センサ２８のうちのいずれか１つが力を検出すると、手指１５および／または親指１４が閉じる態様で腱２０に張力が加えられる。実施形態に応じて、力が検出されなくなると把持を解放することができ、あるいは他の手段、例えば図１のスイッチ１９によって把持が解放されるまで把持を保持することができる。方法１００は、次にステップ１２０へ進行する。

[0051]ステップ１２０でコントローラ３８は、オーバライドモジュール５６からの所定の中断信号をチェックしている間、要求されたモードの実行を継続する。中断信号には、構成および選択される動作モードに応じて、電力遮断、例えば図１のオン／オフスイッチ１９のオフスイッチ位置、オーバライド、図１および図２の生物測定センサ６０からの生物測定情報（矢印６２）、および／または所与の力センサ２８の解放を含むことができる。中断信号を受け取ると、方法１００はステップ１２２へ進行する。中断信号を受け取らない場合、方法１００は、ステップ１２２へ進行する代わりにステップ１２１へ進行する。

[0052]ステップ１２１で、図２のコントローラ３８は、オペレータがある把持モードから他の把持モードへの変更を希望しているかどうか決定する。例えば図１の把持補助デバイス１０を使用している場合、オペレータは、所与のタスクを実行している間、ユーザインタフェース４２を介したオペレータ入力、または所定の異なる把持のセットのいずれかを介して任意のモードの間で切り替えることができる。オペレータのタスクには、多くの異なるタイプの把持の実行を要求されることがある。

[0053]したがってステップ１２１は、変化した把持モードを、把持信号（矢印１１）を調査し、かつ、それを現在のモードと比較することによって検出するステップを含むことができる。コントローラ３８は、ステップ１２１で新しい把持モード信号（矢印１１）を受け取ると、ステップ１０６を繰り返す。ステップ１２１で新しい把持モード信号（矢印１１）を受け取らない場合、コントローラ３８は、ステップ１０６を繰り返す代わりにステップ１２４へ進行する。

[0054]ステップ１２２でコントローラ３８は第１の制御アクションを実行する。ステップ１２２には、ステップ１２０で検出された中断信号に応答して把持補助を中断するステップが伴っていてもよい。中断は、特定の中断モードに照らして適切な方法で進行させることができる。例えば非常中断の場合、すべての張力（図１の矢印２２）を直ちに停止してもよい。他のモードは、張力を漸減して、把持の滑らかな推移解放を提供することができる。コントローラ３８は、次に、中断状態が終わったかどうかを決定するためにステップ１２０をループで繰り返す。

[0055]ステップ１２４で、図２のコントローラ３８は、要求された把持補助の提供を継続する第２の制御アクションを実行する。コントローラ３８は、図１の駆動アセンブリ３６を起動する。ボールねじまたは他の電気機械デバイスを利用している一実施形態では、ステップ１２４は、コントローラ３８から図１のエネルギー源４０に、あるいはエネルギー源４０の電力回路内の継電器またはスイッチに信号を伝送するステップを含むことができ、それによりボールねじまたは他のデバイスにエネルギーを供給することができる。コントローラ３８は、次に、所望の把持補助に終了を発信する何らかのタイプの終了信号を受け取るまで、ステップ１２０をループで繰り返す。

[0056]以上、本発明を実施するための最良のモードについて詳細に説明したが、本発明に関連する当業者には、特許請求の範囲内で本発明を実践するための様々な代替設計および実施形態が認識されよう。

Claims (10)

1. オペレータの手に装着することができる手袋であって、
   親指および手指のうちのいずれかである指と、
   前記手袋に対して配置された力センサであって、前記手袋を装着したオペレータによって対象に加えられる把持力を測定するように構成される力センサと、
   第１の端部および第２の端部を有する腱であって、前記第１の端部が前記指に接続される腱と
   を含む手袋と、
   前記オペレータの前腕に装着することができるスリーブであって、
   前記腱の前記第２の端部に接続されたアクチュエータアセンブリと、
   コントローラであって、
   ユーザインタフェースと、
   少なくとも１つの力ベース制御モードおよび少なくとも１つの位置ベース制御モードを含む、記録された複数の選択可能動作モードを有する構成モジュールと、
   前記選択可能動作モード毎に張力を計算するように構成されたプロセッサと
   を含むコントローラと
   を有し、前記コントローラが、前記センサおよび前記アクチュエータアセンブリと連通し、また、前記ユーザインタフェースを介して前記選択可能動作モードのうちの選択された１つを受け取り、かつ、前記選択された動作モードに対して、前記張力を前記アクチュエータアセンブリを介して前記腱に加えるように構成されるスリーブと
   を備える把持補助システム。
2. 前記力センサが前記指に対して配置される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記力センサが前記手袋の手掌に対して配置される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記コントローラと連通している、前記オペレータの生物測定情報を測定するように構成される生物測定センサをさらに備え、前記コントローラが、前記生物測定センサと連通している、前記測定された生物測定情報を使用して前記手袋の動作を制御する生物測定監視ユニットを含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つの力ベース制御モードが、前記アクチュエータアセンブリによって一定の力で前記腱に張力を加えるモードを含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの位置ベース制御モードが、前記手袋が事前構成把持位置へ移動するモードを含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記手袋の性能データを記録するデータベース管理システムをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
8. 複数の前記指を含み、
   前記力センサが前記複数の指のうちの１本に接続された単一の力センサであり、
   前記少なくとも１つの力ベース制御モードが、前記単一のセンサが接続されていないすべての前記指が前記単一のセンサによって測定される力に基づく位置へ移動する擬似力制御モードである
   請求項１に記載のシステム。
9. 前記手袋に対して配置され、かつ、前記腱に作用する実際の張力を測定するように構成された張力センサをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
10. 前記指に対して配置され、かつ、前記指の回転角を測定するように構成される位置センサをさらに備え、前記コントローラが、前記測定された回転角を使用して前記指が閉じる位置を制御するように構成される、請求項１に記載のシステム。

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