JP6006708B2 - Electric prosthesis - Google Patents
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Description
本発明は、モータの駆動によって開閉可能な把持部を備えている電動義手に関する。 The present invention relates to an electric prosthesis having a grip portion that can be opened and closed by driving a motor.
モータの駆動によって開閉する把持部を有しており、使用者の前腕部や上腕部等に装着される電動義手が知られている。この電動義手として、筋肉を動かすために脳から送られる微弱な電気的な信号(表面筋電位)を皮膚の表面から検知する筋電センサと、筋電センサによる検知信号に基づいたモータの駆動により開閉させられる把持部と、を備えた電動義手(筋電義手)が提案されている(特許文献1)。この筋電義手では、筋電センサによって検出された表面筋電位が、第一閾値と第二閾値の両方を越えた場合は把持部を開動作させ、第二閾値のみを越えた場合は把持部を閉動作させるようにしている。 An electric prosthetic hand that has a gripping part that opens and closes by driving of a motor and is attached to a user's forearm, upper arm, or the like is known. As this electric prosthetic hand, a myoelectric sensor that detects a weak electrical signal (surface myoelectric potential) sent from the brain to move the muscle from the surface of the skin, and a motor driving based on the detection signal by the myoelectric sensor An electric prosthesis (myoelectric prosthesis) including a gripper that can be opened and closed has been proposed (Patent Document 1). In this myoelectric prosthetic hand, when the surface myoelectric potential detected by the myoelectric sensor exceeds both the first threshold value and the second threshold value, the gripping part is opened. Is closed.
しかしながら、特許文献1の技術では、第一閾値と第二閾値の異なる閾値に対して表面筋電位を安定して発生させることが難しく、使用者によっては把持部を開閉させることができなかったり、把持部が意図しない動きを(誤動作)してしまったりする問題がある。そのため、表面筋電位を安定して発生させることができるように、長期に亘って訓練を行う必要があり、筋電義手の操作の習熟に時間がかかってしまう問題がある。 However, in the technique of Patent Document 1, it is difficult to stably generate surface myoelectric potential with respect to different threshold values of the first threshold value and the second threshold value, and depending on the user, the grip portion cannot be opened or closed, There is a problem that the gripping part unintentionally moves (malfunctions). Therefore, it is necessary to perform training over a long period of time so that the surface myoelectric potential can be stably generated, and there is a problem that it takes time to master the operation of the myoelectric hand.
これに対して、筋電センサを、開動作用と閉動作用の二つの筋電センサに分け、夫々を異なる系統の表面筋電位を検知させることにより、各筋電センサからの表面筋電位に対する閾値を一つとして、必要な表面筋電位を発生させ易くさせることを想到し得る。しかしながら、この場合、二つの筋電センサに対して、夫々独立して表面筋電位を発生させる必要がある。このため、表面筋電位を発生させる位置を使い分けるために、同じく長期に亘って訓練を受ける必要が生じ、電動義手の操作の習熟に時間がかかってしまう虞がある。 On the other hand, the myoelectric sensor is divided into two electromyographic sensors for opening operation and closing operation, and by detecting the surface myoelectric potential of different systems, the threshold for the surface myoelectric potential from each myoelectric sensor is detected. As one, it can be conceived to easily generate the necessary surface myoelectric potential. However, in this case, it is necessary to generate surface myoelectric potentials independently for the two myoelectric sensors. For this reason, in order to properly use the position where the surface myoelectric potential is generated, it is necessary to receive training over a long period of time, and it may take time to learn the operation of the electric prosthetic hand.
また、特許文献1の技術では、表面筋電位が閾値を越えたか否かによってモータの駆動(ON・OFF)を制御しているため、把持部に対して一定の速度で開閉する単純な動作しかさせることができなかった。 In the technique of Patent Document 1, since the motor drive (ON / OFF) is controlled based on whether or not the surface myoelectric potential exceeds a threshold value, only a simple operation of opening and closing the grip portion at a constant speed is possible. I couldn't let you.
一方、電動義手として、皮膚から加えられる力を検知する感圧素子と、感圧素子からの出力信号に応じたモータの駆動により開閉させられる把持部と、を備えた電動義手が提案されている(特許文献2)。特許文献2の技術は、筋肉の一部を膨らませることによって感圧素子に力を加えられるようにし、感圧素子に力を加える時の速さが或る閾値よりも速い場合には把持部を開動作させ、閾値よりも遅い場合には把持部を閉動作させるようにしている。
On the other hand, as an electric prosthesis, an electric prosthesis including a pressure-sensitive element that detects a force applied from the skin and a gripper that is opened and closed by driving a motor according to an output signal from the pressure-sensitive element has been proposed. (Patent Document 2). The technique of
しかしながら、特許文献2の技術では、或る閾値を境に把持部を開動作させたり閉動作させたりしていることから、特許文献1の技術と同様に、モータの駆動をON・OFFさせる制御しかできず、把持部に対して一定の速度で開閉する単純な動作しかさせることができなかった。
However, in the technique of
そこで、本発明上記の実情に鑑み、操作を容易に習熟することができると共に、把持部をより複雑に動作させることが可能な電動義手の提供を課題とする。 Then, in view of the above-mentioned actual situation of the present invention, it is an object to provide an electric prosthetic hand that can be easily mastered in operation and can operate the gripping portion in a more complicated manner.
本発明に係る電動義手は、「使用者の腕の一部が回旋可能な状態で腕又は肩に装着される装着部材と、該装着部材に取付けられており腕の回旋を検知する回旋検知センサと、該回旋検知センサの検知信号に基いて開閉させられる把持部を有しており、前記装着部材の前端に取付けられている把持装置とを具備している」ことを特徴とする。 The electric prosthesis according to the present invention includes: a mounting member that is attached to the arm or shoulder in a state where a part of the user's arm can be rotated, and a rotation detection sensor that is attached to the mounting member and detects the rotation of the arm. And a gripping device that is opened and closed based on a detection signal of the rotation detection sensor, and a gripping device attached to the front end of the mounting member ”.
ここで、「腕の一部」としては、「前腕部」、「上腕部」、を挙げることができる。また、「回旋」とは、腕(前腕部又は上腕部)が延びている軸周りの回転のことである。腕を下げた通常の状態では、手の甲が体の外側を向いており、この状態から手の甲が前方を向く方向の回旋を内旋(回内)と称し、手の甲が後方を向く方向の回旋を外旋(回内)と称する。 Here, examples of the “part of the arm” include a “forearm portion” and an “upper arm portion”. In addition, “rotation” refers to rotation around an axis in which an arm (a forearm or upper arm) extends. In a normal state with the arm lowered, the back of the hand faces the outside of the body, and from this state, the rotation in the direction in which the back of the hand faces forward is called internal rotation (inward), and the rotation in the direction in which the back of the hand faces backward is removed. This is called turning.
また、「装着部材」としては、「長く延びている第一フレームを有し、第一フレームが前腕部又は上腕部に沿って配置されると共に第一フレームの基端側が前腕部の肘近傍又は上腕部の肩近傍に固定されるもの」、「長く延びている第一フレームと、第一フレームの基端側と屈曲可能に連結されており長く延びている第二フレームとを有し、第二フレームが上腕部に沿って配置されると共に第二フレームが上腕部に固定されるもの」、「長く延びている第一フレームと、第一フレームの基端側と屈曲可能に連結されており長く延びている第二フレームと、第二フレームの基端側と屈曲可能に連結されている第三フレームとを有し、第二フレームが上腕部に沿って配置され、第三フレームが肩を含む胸部に固定されるもの」、を例示することができる。上記において、基端とは肩等の人体の中心に近い側の端を意味し、前端とは基端の反対側となる腕先(手指)に近い側の端を意味している。 Further, as the “mounting member”, “having a long first frame, the first frame is disposed along the forearm portion or the upper arm portion, and the proximal end side of the first frame is near the elbow of the forearm portion or Having a first frame that extends long, and a second frame that is bent and connected to the base end side of the first frame, Two frames are arranged along the upper arm and the second frame is fixed to the upper arm ”,“ the first frame extending long, and the base end side of the first frame are flexibly connected. A second frame that extends long; a third frame that is flexibly connected to the base end side of the second frame; the second frame is disposed along the upper arm portion; To be fixed to the chest including " Kill. In the above, the base end means an end on the side close to the center of the human body such as a shoulder, and the front end means an end on the side close to the arm tip (finger) that is the opposite side of the base end.
更に、「回旋検知センサ」としては、「腕と伴に回旋する検知側軸部材の回旋位置に応じた電気抵抗値を出力する回転型可変抵抗器(ロータリーポテンショメータ)」、「腕と伴に回旋する検知側軸部材の回旋位置に応じた静電容量を出力するセンサ(例えば、バリアブルコンデンサ)」、「腕と伴に回旋し周方向に複数の検出部を備えた円盤状又は円環状の回転体と、回転体の検出部を検出する検出素子とを備えたセンサ(例えば、ロータリーエンコーダ)」、「腕の回旋を直線移動に変換するクランク機構のスライダの移動位置に応じた抵抗値を出力するリニア型可変抵抗器(リニアポテンショメータ)」、「腕の表面(周面)に光を照射する発光部と、腕の表面で反射した発光部からの光を受光する受光部と、を備え、回旋による腕の表面の移動を検出することにより回旋を検知するセンサ」、「腕に取付けられる磁性体と、腕の回旋により移動する磁性体によって変化する電流や磁場を検出するホール素子と、を備えたセンサ」、「腕の表面(周面)と接触し腕の回旋に伴って回転する回転体と、回転体の回転を検出する回転検出センサと、を備えたセンサ」、を例示することができる。 Furthermore, the “rotation detection sensor” includes “a rotary variable resistor (rotary potentiometer) that outputs an electric resistance value corresponding to the rotation position of the detection side shaft member that rotates with the arm”, “rotation with the arm”. "A sensor (for example, a variable capacitor) that outputs an electrostatic capacity according to the rotation position of the detecting side shaft member", "A disk-shaped or annular rotation that rotates with the arm and has a plurality of detection units in the circumferential direction" Body and a sensor (for example, a rotary encoder) having a detection element for detecting the detection unit of the rotating body, “outputs a resistance value corresponding to the moving position of the slider of the crank mechanism that converts the rotation of the arm into a linear movement A linear variable resistor (linear potentiometer) ”,“ a light emitting unit that irradiates light on the surface (circumferential surface) of the arm, and a light receiving unit that receives light from the light emitting unit reflected by the surface of the arm, Rotating arm "A sensor that detects rotation by detecting the movement of the surface", "A sensor that includes a magnetic body attached to the arm and a Hall element that detects a current or magnetic field that changes depending on the magnetic body that moves due to the rotation of the arm" , “A sensor including a rotating body that contacts the surface (circumferential surface) of the arm and rotates as the arm rotates, and a rotation detection sensor that detects the rotation of the rotating body”.
また、把持部の開閉の制御としては、「腕の回旋位置に応じて把持部の開度を変化させる」、「腕が通常の状態の時に把持部の駆動を停止させ、腕を通常の状態から回外動作させた時に把持部を開動作させると共に、腕を通常の状態から回内動作させた時に把持部を閉動作させるようにし、腕の回旋位置や回旋速度に応じて把持部の開閉速度を変化させる」、を例示することができる。 In addition, as control of opening and closing of the gripping part, “the opening degree of the gripping part is changed according to the rotation position of the arm”, “the driving of the gripping part is stopped when the arm is in a normal state, and the arm is in a normal state. The gripping part is opened when the arm is rotated outwardly, and the gripping part is closed when the arm is swiveled from the normal state, and the gripping part is opened and closed according to the rotation position and rotation speed of the arm. Change the speed ".
本発明の電動義手によれば、把持装置が前端に取付けられている装着部材を、使用者の腕又は肩に装着させた状態で、使用者が腕を回旋させると、その腕の回旋が回旋検知センサによって検知され、この回旋検知センサの検知に基いて、把持装置の把持部が開閉させられて物を把持させたり、把持している物を放させたりすることができる。また、腕の回旋を検知するようにしており、腕の回旋は表面筋電位を安定して発生させる場合と比較して、使用者が容易に行うことができるため、操作の習熟に必要な訓練の期間を短くすることができ、電動義手の操作を容易に習熟することができる。 According to the electric prosthesis of the present invention, when the user rotates the arm with the mounting member having the gripping device attached to the front end mounted on the user's arm or shoulder, the rotation of the arm rotates. Based on the detection by the detection sensor, the gripping portion of the gripping device can be opened and closed to grip the object or release the gripped object. In addition, the arm rotation is detected, and the arm rotation can be easily performed by the user as compared with the case where the surface myoelectric potential is stably generated. This period can be shortened and the operation of the electric prosthesis can be easily mastered.
また、腕の回旋を検知して把持部を開閉させるようにしているため、腕の回旋方向、回旋位置、及び回旋速度、等に基いて把持部を開閉させることが可能となり、従来よりも把持部を複雑に動作させることができる。従って、腕を回旋させるだけで、把持部の開度、把持部の開方向や閉方向への動作、把持部の開閉速度、等をきめ細かく操作することが可能となるため、把持部の動作を使用者の意思により近づけることができ、使い勝手の良い電動義手とすることができる。 Also, because the rotation of the arm is detected and the gripping part is opened and closed, it is possible to open and close the gripping part based on the arm rotation direction, rotation position, rotation speed, etc. The part can be operated in a complicated manner. Therefore, by simply rotating the arm, it is possible to finely manipulate the opening of the gripping part, the movement of the gripping part in the opening and closing directions, the opening and closing speed of the gripping part, etc. It can be brought closer to the user's intention and can be an electric prosthesis that is easy to use.
ところで、特許文献1の技術のように表面筋電位を検知して把持部を開閉させる場合、肘や肩を回動させた時に意図しない表面筋電位が発生する虞があり、意図しない表面筋電位の発生によって把持部が誤動作をおこしてしまう虞がある。これに対して、本発明では、回旋検知センサにより腕の回旋を検知して把持部を開閉させるようにしており、肘や肩を回動させても腕は回旋しないため、回旋検知センサが腕の回旋を検知することはなく、把持部が誤動作する虞がない。従って、把持部を開閉させるための腕の回旋とは無関係に肘や肩を回動させることができるため、腕を回旋させて把持部を操作しながら、肘や肩を自由に回動させて把持部全体を移動させることができ、使い勝手の良い電動義手とすることができる。 By the way, when the surface myoelectric potential is detected and the gripping part is opened and closed as in the technique of Patent Document 1, an unintended surface myoelectric potential may be generated when the elbow or the shoulder is rotated. There is a possibility that the gripping part may malfunction due to the occurrence of the above. On the other hand, in the present invention, the rotation detection sensor detects the rotation of the arm and opens and closes the gripping portion, and the arm does not rotate even if the elbow or shoulder is rotated. Is not detected, and there is no possibility that the gripping portion malfunctions. Therefore, since the elbow and shoulder can be rotated independently of the rotation of the arm for opening and closing the gripping part, the elbow and shoulder can be freely rotated while rotating the arm and operating the gripping part. The entire gripping portion can be moved, and an easy-to-use electric prosthesis can be obtained.
また、腕と装着部材との間に使用者の腕が嵌入されるリング状のベアリング部材を備えるようにしても良い。これにより、ベアリング部材を介することで腕の回旋に伴って装着部材(把持部)も回旋してしまうのを抑制することができ、腕を回旋させ易くすることができると共に、使い勝手の良い電動義手とすることができる。 Moreover, you may make it provide the ring-shaped bearing member by which a user's arm is inserted between an arm and a mounting member. Thereby, it is possible to prevent the mounting member (gripping part) from rotating along with the rotation of the arm through the bearing member, and it is possible to easily rotate the arm, and the user-friendly electric prosthesis is easy to use. It can be.
本発明に係る電動義手は、上記の構成に加えて、「腕と伴に回旋するように腕の前端に装着される腕側軸部材と、該腕側軸部材よりも前端側で前記装着部材に対して回転可能に取付けられている検知側軸部材と、該検知側軸部材と前記腕側軸部材とを着脱可能に連結しており、該腕側軸部材の回旋を伝達して前記検知側軸部材を回旋させる回旋伝達連結機構とを更に具備しており、前記回旋検知センサは、前記検知側軸部材の回旋を検知している」ことを特徴としても良い。 In addition to the above-described configuration, the electric prosthesis according to the present invention includes an “arm-side shaft member attached to the front end of the arm so as to rotate with the arm, and the attachment member on the front-end side of the arm-side shaft member”. A detection-side shaft member rotatably attached to the arm, and the detection-side shaft member and the arm-side shaft member are detachably connected to each other and transmit the rotation of the arm-side shaft member to detect the detection And a rotation transmission connecting mechanism for rotating the side shaft member, and the rotation detection sensor detects rotation of the detection side shaft member ”.
ここで、「腕側軸部材」としては、「前腕部又は上腕部を被覆する可撓性を有したライナーの前端に取付けられることによって前腕部又は上腕部と伴に回旋する部材」、「前腕部又は上腕部の前端に埋込まれることによって前腕部又は上腕部と伴に回旋する部材」、等を例示することができる。 Here, as the “arm side shaft member”, “a member that rotates with the forearm portion or the upper arm portion by being attached to the front end of the flexible liner covering the forearm portion or the upper arm portion”, “the forearm” Examples of the member that is embedded in the front end of the upper arm portion or the upper arm portion and rotates together with the forearm portion or the upper arm portion can be given.
また、「回旋伝達連結機構」としては、「腕側軸部材に形成された凸状又は凹状の係合部と、検知側軸部材に形成された係合部と係合する被係合部と、を備えた機構」、「少なくとも一つのユニバーサルジョイントを備えた機構」、「両端が腕側軸部材と検知側軸部材に夫々着脱可能に取付けられるゴム管又はコイルバネ」、「腕側軸部材と検知側軸部材とを磁力によって連結する機構」、を例示することができる。また、回旋伝達連結機構では、腕側軸部材の回旋速度を、同じ速度で検知側軸部材に伝達させても良いし、ギアやプーリ等を備えた変速機構を介することで速度を異ならせて伝達させても良い。 The “rotation transmission connecting mechanism” includes “a convex or concave engaging portion formed on the arm side shaft member, and an engaged portion that engages with the engaging portion formed on the detection side shaft member. , A mechanism having at least one universal joint, a rubber tube or a coil spring whose both ends are detachably attached to the arm-side shaft member and the detection-side shaft member, and an arm-side shaft member. A mechanism that couples the detection-side shaft member with a magnetic force ”can be exemplified. Further, in the rotation transmission connecting mechanism, the rotation speed of the arm side shaft member may be transmitted to the detection side shaft member at the same speed, or the speed may be varied through a speed change mechanism including a gear, a pulley, and the like. It may be transmitted.
ところで、例えば、腕としての前腕部の表面に対して回旋検知センサを接触させて前腕部の回旋を検知するようにした場合、前腕部の断面形状が真円ではないため、装着部材に取付けられている回旋検知センサが前腕部の回旋位置によっては前腕部の表面から離れてしまい、前腕部の回旋を検知することができなくなってしまう虞がある。また、前腕部の表面に対して回旋検知センサを非接触で検知するようにした場合、前腕部の断面形状が真円ではないため、前腕部の回旋によって回旋検知センサと前腕部の表面との距離が変化し、前腕部の回旋位置によっては前腕部の回旋を検知することができなくなってしまう虞がある。 By the way, for example, when the rotation detection sensor is brought into contact with the surface of the forearm portion as an arm to detect the rotation of the forearm portion, the cross-sectional shape of the forearm portion is not a perfect circle, so that it is attached to the mounting member. Depending on the rotation position of the forearm, the rotation detection sensor may be separated from the surface of the forearm, and the rotation of the forearm may not be detected. In addition, when the rotation detection sensor is detected in a non-contact manner with respect to the surface of the forearm, since the cross-sectional shape of the forearm is not a perfect circle, the rotation detection sensor and the surface of the forearm are The distance changes, and depending on the rotation position of the forearm, there is a possibility that the rotation of the forearm cannot be detected.
これに対して、本発明の電動義手によれば、腕(前腕部又は上腕部)の回旋を、腕側軸部材、及び回旋伝達連結機構を介して検知側軸部材に伝達させて、検知側軸部材の回旋を回旋検知センサによって検知するようにしている。これにより、検知側軸部材と回旋検知センサとの位置関係が変わり難くなり、検知側軸部材を介して腕の回旋を回旋検知センサによって確実に検知することができる。 On the other hand, according to the electric prosthetic hand of the present invention, the rotation of the arm (the forearm portion or the upper arm portion) is transmitted to the detection side shaft member via the arm side shaft member and the rotation transmission connection mechanism, and the detection side The rotation of the shaft member is detected by a rotation detection sensor. Thereby, the positional relationship between the detection-side shaft member and the rotation detection sensor is unlikely to change, and the rotation of the arm can be reliably detected by the rotation detection sensor via the detection-side shaft member.
また、腕の基端側において、腕側軸部材及び検知側軸部材と同軸上に配置され、腕と装着部材との間に使用者の腕が嵌入されるリング状のベアリング部材を備えるようにしても良い。これにより、検知側軸部材とベアリグ部材とによって腕を同軸上に保持することができ、腕を回旋させ易くすることができると共に、腕の回旋を回旋検知センサ側へ確実に伝達させることができる。また、ベアリング部材によって、使用者の腕にかかる負荷を分散させることができる。 Further, on the proximal end side of the arm, a ring-shaped bearing member that is disposed coaxially with the arm-side shaft member and the detection-side shaft member and into which the user's arm is inserted is provided between the arm and the mounting member. May be. Thus, the arm can be held coaxially by the detection side shaft member and the bear rig member, and the arm can be easily rotated, and the rotation of the arm can be reliably transmitted to the rotation detection sensor side. . Further, the load applied to the user's arm can be dispersed by the bearing member.
更に、本発明に係る電動義手は、上記の構成に加えて、「前記回旋検知センサは、インクリメンタル型の検知センサである」ことを特徴としても良い。 Furthermore, in addition to the above-described configuration, the electric prosthesis according to the present invention may be characterized in that “the rotation detection sensor is an incremental type detection sensor”.
ここで、「インクリメンタル型の検知センサ」としては、「腕と伴に回旋し周方向に複数の検出部を備えた円盤状の回転体と、回転体の検出部を検出する検出素子とを備えたセンサ(例えば、ロータリーエンコーダ)」、「腕の表面(周面)に光を照射する発光部と、腕の表面で反射した発光部からの光を受光する受光部と、を備え、回旋による腕の表面の移動を検出することにより回旋を検知するセンサ」、「腕に取付けられる磁性体と、腕の回旋により移動する磁性体によって変化する電流や磁場を検出するホール素子と、を備えたセンサ」、を例示することができる。 Here, the “incremental type detection sensor” includes “a disk-shaped rotating body that rotates with the arm and includes a plurality of detection units in the circumferential direction; and a detection element that detects the detection unit of the rotating body. Sensor (for example, rotary encoder) ”,“ a light emitting unit that irradiates light on the surface (circumferential surface) of the arm, and a light receiving unit that receives light from the light emitting unit reflected by the surface of the arm, `` A sensor that detects rotation by detecting movement of the surface of the arm '', `` A magnetic body attached to the arm, and a Hall element that detects a current or magnetic field that changes due to the magnetic body that moves due to rotation of the arm '' Sensor ".
ところで、回旋検知センサとしてアブソリュート型の検知センサを用いた場合、電動義手を装着する際に、例えば、検知センサの回動範囲の中央に対して、使用者の腕の回旋範囲の中央がずれている状態で装着すると、検知センサの回動範囲が規制されていることから、腕を回旋させる方向によっては、まだ腕を回旋させることができるにも関わらず、検知センサが回動端に移動することでこれ以上回動させることができなくなることがある。これにより、腕の回旋範囲の全体を十分に活用することができないため、電動義手が使い辛くなる虞がある。そこで、電動義手を腕に装着する際に、検知センサの回動範囲の中央と、使用者の腕の回旋範囲の中央とを、一致させた状態で電動義手を装着することにより上記の問題を解決することができる。しかしながら、この場合、使用者によっては、電動義手の装着に手間がかかる虞がある。 By the way, when an absolute detection sensor is used as the rotation detection sensor, when the electric prosthesis is worn, for example, the center of the rotation range of the user's arm is shifted from the center of the rotation range of the detection sensor. If it is worn, the detection sensor moves to the rotation end even though the arm can still be rotated depending on the direction in which the arm is rotated because the rotation range of the detection sensor is restricted. It may become impossible to rotate any further. Thereby, since the whole rotation range of an arm cannot be fully utilized, there exists a possibility that an electric prosthesis may be hard to use. Therefore, when the electric prosthetic hand is attached to the arm, the above problem can be solved by attaching the electric prosthetic hand with the center of the rotation range of the detection sensor and the center of the turning range of the user's arm being matched. Can be solved. However, in this case, depending on the user, it may take time to wear the electric prosthesis.
これに対して、本発明では、回旋検知センサをインクリメンタル型の検知センサとしており、回旋検知センサの回動範囲が規制されていないと共に、回旋検知センサの原点を任意に設定することができる。従って、使用者が電動義手を装着してから、回旋の原点を設定すれば良いため、腕の回旋位置に関わらず使用者の腕が自由な状態で電動義手を装着することができ、電動義手の装着にかかる手間を低減させることができる。 In contrast, in the present invention, the rotation detection sensor is an incremental detection sensor, the rotation range of the rotation detection sensor is not restricted, and the origin of the rotation detection sensor can be arbitrarily set. Therefore, since the user only needs to set the origin of rotation after wearing the electric prosthesis, the user can wear the electric prosthesis with the user's arm free regardless of the rotation position of the arm. It is possible to reduce the time and labor required for mounting.
更に、本発明に係る電動義手は、上記の構成に加えて、「前記回旋検知センサは、回転型可変抵抗器である」ことを特徴としても良い。 Furthermore, the electric prosthesis according to the present invention may be characterized in that, in addition to the above-described configuration, “the rotation detection sensor is a rotary variable resistor”.
ここで、腕と、回転型可変抵抗器の軸部材(検知側軸部材)との関係としては、「腕の前端に腕と伴に回旋する腕側軸部材を備え、その腕側軸部材に検知側軸部材を連結させて検知側軸部材を回旋させる」ようにしても良いし、腕側軸部材を備えない例として、「検知側軸部材の外周を前腕部の外周に接触させて検知側軸部材を回旋させる」、「腕の外周にリング状のプーリ又はギアを装着し、そのプーリ又はギアを用いて検知側軸部材を回旋させる」ようにしても良い。 Here, the relationship between the arm and the shaft member (detection side shaft member) of the rotary type variable resistor is as follows: “The arm side shaft member that rotates with the arm is provided at the front end of the arm, and the arm side shaft member includes The detection side shaft member may be connected to rotate the detection side shaft member, or as an example that does not include the arm side shaft member, “detection is made by contacting the outer periphery of the detection side shaft member with the outer periphery of the forearm portion”. “Rotate the side shaft member” or “Attach a ring-shaped pulley or gear to the outer periphery of the arm and rotate the detection side shaft member using the pulley or gear”.
ところで、特許文献1や特許文献2の技術のように、筋電センサや感圧センサを用いた場合、それらからの出力信号(検知信号)が微弱なため、検知信号によって把持部を動作させるモータを直接駆動させることができず、モータを駆動させるための駆動回路が別に必要となる。また、出力信号が微弱なことから、増幅回路やノイズを除去するフィルタ回路等を備える必要がある。従って、筋電センサや感圧センサを用いた場合、把持部の制御回路が煩雑になる問題がある。また、出力信号が微弱なことから、外部からのノイズの影響を受け易く、ノイズによって誤動作してしまう虞がある。
By the way, when the myoelectric sensor or the pressure sensor is used as in the technique of Patent Document 1 or
これに対して、本発明の電動義手は、回旋検知センサに回転型可変抵抗器を用いていることから、筋電センサや感圧センサと比較して、高い電流や電圧を用いることが可能となる。従って、回旋検知センサの検知信号によってモータを直接駆動させたり、増幅回路やフィルタ回路等を省略させたりすることができ、把持部の制御回路が煩雑になるのを抑制させて制御回路を小型化したり軽量化したりすることができる。 On the other hand, since the electric prosthesis of the present invention uses a rotation type variable resistor for the rotation detection sensor, it is possible to use a higher current and voltage compared to the myoelectric sensor and the pressure sensor. Become. Therefore, the motor can be directly driven by the detection signal of the rotation detection sensor, the amplifier circuit, the filter circuit, etc. can be omitted, and the control circuit of the gripping portion can be prevented from becoming complicated and the control circuit can be downsized. Or lighter.
また、上記のように、回旋検知センサに高い電流や電圧を用いることが可能となるため、外部からのノイズが相対的に低くなり、ノイズの影響を受け難くすることができ、誤動作し難くい電動義手を提供することができる。 In addition, as described above, since it is possible to use a high current and voltage for the rotation detection sensor, noise from the outside becomes relatively low, it is difficult to be affected by noise, and malfunction is difficult. An electric prosthesis can be provided.
更に、回旋検知センサに回転型可変抵抗器を用いていることから、筋電センサや感圧センサ、或は、インクリメンタル型の検知センサ、等と比較して、安価に入手することができるため、電動義手にかかるコストを低減させることができる。 Furthermore, since a rotation type variable resistor is used for the rotation detection sensor, it can be obtained at a low cost compared to a myoelectric sensor, a pressure sensor, or an incremental type detection sensor. The cost for the electric prosthesis can be reduced.
このように、本発明によれば、操作を容易に習熟することができると共に、把持部をより複雑に動作させることが可能な電動義手を提供することができる。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide an electric prosthesis capable of easily learning the operation and capable of operating the gripping portion in a more complicated manner.
本発明の一実施形態である電動義手10について、図1乃至図3を参照して詳細に説明する。なお、図1及び図2において、左側が腕1の手指に近い前端側であり、右側が肩に近い基端側である。本実施形態では、前腕部2の途中から前側を失った使用者に用いられる電動義手10について説明する。
An
本実施形態の電動義手10は、使用者の前腕部2を被覆するライナー15と、ライナー15の前端に前方へ延出した状態で取付けられている腕側軸部材16と、使用者の前腕部2の前端が回旋可能な状態で使用者の前腕部2と上腕部3の一部とに装着される装着部材20と、装着部材20に対して回転可能に取付けられており腕側軸部材16と着脱可能に連結している検知側軸部材25と、装着部材20に取付けられており検知側軸部材25の回旋を検知する回旋検知センサ26と、回旋検知センサ26の検知信号に基いて開閉させられる把持部31を有しており装着部材20の前端に取付けられている把持装置30と、回旋検知センサ26の検知に基いて把持装置30を制御させる制御装置40と、を備えている。なお、制御装置40は、使用者の身体又は着衣に装着される。
The electric
ライナー15は、前腕部2に装着した状態で、前腕部2の回旋に伴って捩じれるような可撓性を有した薄い材料によって形成されている。このライナー15の材料としては、シリコン樹脂、ゴム、織布、等を用いることができる。腕側軸部材16は、円柱状に形成されており、前端に検知側軸部材25の先端(図1及び図2において右端)が挿入される嵌合凹部16aが形成されている。
The
装着部材20は、前腕部2及び上腕部3に当接するフレーム21と、フレーム21に取付けられておりフレーム21を前腕部2や上腕部3に取付けるための装着ベルト22と、フレーム21の前端に取付けられている前端フレーム23と、を備えている。この前端フレーム23の前端に把持装置30が取付けられている。
The mounting
フレーム21は、腕1の外周に沿うように半円弧状に湾曲している帯状の第一受部21aと、第一受部21aの円弧の中心軸方向に離間しており第一受部21aの円弧と同軸上で半円弧状に湾曲している帯状の第二受部21bと、第一受部21aと第二受部21bの端部同士を接続している帯状の一対の接続部21cと、第一受部21aの中央及び両端から第二受部21bとは反対側へ延びている帯状の三つの延出部21dと、を備えている。本実施形態のフレーム21は、第一受部21a、第二受部21b、接続部21c、及び延出部21dが、可撓性を有した樹脂によって一体に形成されている。
The
装着ベルト22は、フレーム21において第一受部21a、第二受部21b、及び延出部21dに、夫々取付けられている。詳しくは、一対の短い装着ベルト22が、第一受部21a及び第二受部21bの両端に、第一受部21a及び第二受部21bが延びている方向とは反対方向へ延びるように夫々取付けられている。また、一つの長い装着ベルト22が、三つの延出部21dにおいて、それらの先端よりも第一受部21a側の位置を繋ぐと共に、三つの延出部21dのうち第一受部21aの両端から延びている二つの延出部21dから残りの延出部21dとは反対側の方向へ両端が夫々延びるように取付けられている。各装着ベルト22は、表面に図示しない面ファスナーを備えており、一対の短い装着ベルト22同士や、長い装着ベルト22の端部同士を、結合させることができる。
The mounting
前端フレーム23は、前端へ向かうに従って窄まる円錐台形の筒状に形成されている。この前端フレーム23は、フレーム21における三つの延出部21dの前端に、図示しない面ファスナーによって着脱可能に取付けられている。また、前端フレーム23は、内部にL字状のステー23aを備えており、ステー23aに回旋検知センサ26が取付けられている。
The
検知側軸部材25は、腕側軸部材16よりも直径が小さい円柱状に形成されている。この検知側軸部材25は、先端(図1及び図2において右端)を腕側軸部材16の嵌合凹部16a内に挿入させることができる。詳細な図示は省略するが、嵌合凹部16a内と検知側軸部材25の先端とには、互いに係合する凹凸の溝(スプライン)が備えられており、検知側軸部材25の先端を嵌合凹部16a内に挿入させることにより、係合部と被係合部とが係合して、腕側軸部材16からの回旋を検知側軸部材25へ伝達させることができる。本実施形態の嵌合凹部16aと検知側軸部材25の先端は、本発明の回旋伝達連結機構に相当している。
The detection
回旋検知センサ26は、回転型可変抵抗器(ロータリーポテンショメータ)を用いており、検知側軸部材25が一体的に備えられている。この回旋検知センサ26は、図示するように、装着部材20において前端フレーム23のステー23aに取付けられており、検知側軸部材25が回転可能な状態でステー23aを貫通している。従って、回旋検知センサ26がステー23aに取付けられることにより、検知側軸部材25が装着部材20に対して回転可能に取付けられる。
The
把持装置30は、対称に配置されている一対の把持部31を離反させたり接近させたりして開閉させるモータ32(図3を参照)を備えている。このモータ32は、回転位置を出力することができるサーボモータである。
The
制御装置40は、図3に示すように、制御プログラムを実行させて演算を行うCPUを備えている制御部41と、制御部41で実行される制御プログラムや設定値、演算の際の一時的な数値、等を記憶するための記憶部42と、制御部41からの駆動信号に基いてモータ32を駆動させるモータ駆動部43と、回旋検知センサ26の設定を行うためのセンサ設定スイッチ44と、把持装置30における把持部31の設定を行うための把持部設定スイッチ45と、把持部31の位置をホールドさせるためのホールドスイッチ46と、を備えている。また、図示は省略するが、制御装置40は、制御部41や、モータ駆動部43等に電力を供給するための電源部を備えている。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態の制御部41及び記憶部42は、マイクロコンピュータ(マイコン)である。制御部41には、回旋検知センサ26、モータ32、センサ設定スイッチ44、把持部設定スイッチ45、及びホールドスイッチ46からの信号が入力される。また、制御部41からは、モータ駆動部43へ信号が出力される。
The
次に、本実施形態の電動義手10の使用方法について説明する。まず、使用者の前腕部2にライナー15を装着する。この際に、ライナー15の前端に取付けられている腕側軸部材16の軸芯を、前腕部2を回旋させる時の中心と一致させる。
Next, the usage method of the
前腕部2にライナー15を装着したら、装着部材20の湾曲している第一受部21a及び第二受部21bの開放されている側(図2において上側)を通して、筒状の前端フレーム23の基端側から内部に前腕部2の前端を挿入し、腕側軸部材16の嵌合凹部16aに検知側軸部材25を挿入させて、腕側軸部材16と検知側軸部材25とを連結させる。この際に、前腕部2を回旋させていない通常の状態とすると共に、腕1の肘4の内側4aが、第一受部21a及び第二受部21bの開放されている側と同じ側を向くようにする。また、回旋検知センサ26は、検知範囲(回動範囲)の中央の状態とする。
When the
腕側軸部材16と検知側軸部材25を連結したら、第一受部21aと第二受部21bとの間に腕1の肘4を位置させ、その状態で、装着ベルト22を締めることにより、装着部材20が腕1に装着された状態となる。この状態では、前腕部2の前端側が筒状の前端フレーム23内に挿入された状態となり、前腕部2の前端側を自由に回旋させることができる。また、フレーム21の第一受部21aと三つの延出部21dとが前腕部2に取付けられていると共に、フレーム21の第二受部21bが上腕部3に取付けられている状態となり、フレーム21が腕1にしっかり固定される。
When the arm
また、フレーム21では、第一受部21aと第二受部21bとが肘4の側面において可撓性を有している一対の接続部21cによって接続されていることから、肘4を自由に曲げることができる。そして、この装着部材20の前端に把持装置30が取付けられた状態で、装着部材20を腕1に装着させることによって、腕1への電動義手10の装着が完了する。なお、装着部材20を腕1に装着した後で、把持装置30を取付けても良い。
Moreover, in the
電動義手10を腕1に装着させた状態で、使用者が前腕部2を回旋させると、前腕部2を被覆しているライナー15が、前腕部2の回旋に伴って捩じれるように変形させられ、ライナー15の前端に取付けられている腕側軸部材16が前腕部2と伴に回旋させられる。この腕側軸部材16では、前端に形成されている嵌合凹部16aに、検知側軸部材25の先端が嵌合挿入されているため、腕側軸部材16の回旋が検知側軸部材25に伝達され、腕側軸部材16と一体的に検知側軸部材25を回旋させることができる。
When the user rotates the
続いて、電動義手10の装着が完了したら、図示しない電源スイッチを操作して、電動義手10の電源を入れると、制御部41において制御プログラムの実行が開始する。この制御プログラムが実行されると、最初に、使用者に対して回旋検知センサ26の設定を行わせる。詳述すると、まず、前腕部2を回内方向へ最も回旋させた状態とし、この状態でセンタ設定スイッチ44を操作させる。これにより、この時の回旋検知センサ26からの検知信号として、その回旋位置に応じた抵抗値が制御装置40の制御部41へ出力され、その抵抗値(検知信号)が、使用者が最も回内動作させた時の回内限界位置として記憶部42に記憶される。
Subsequently, when the mounting of the electric
次に、前腕部2を回外方向へ最も回旋させた状態とし、この状態でセンサ設定スイッチ44を操作させる。これにより、この時の回旋検知センサ26からの検知信号が、使用者が最も回外動作させた時の回外限界位置として記憶部42に記憶される。その後、前腕部2を回旋させていない通常の状態とし、この状態でセンサ設定スイッチ44を操作させる。これにより、この時の回旋検知センサ26からの検知信号が、使用者が回旋させていない通常の状態の時の回旋中立位置として記憶部42に記憶される。
Next, the
ここで、使用者によっては、前腕部2において通常の状態から回内限界位置までの回旋角度と、通常の状態から回外限界位置までの回旋角度とが異なる場合があり、回内限界位置と回外限界位置との間の中心を回旋中立位置とすると、その回旋中立位置が通常の状態の位置からずれてしまう虞がある。この回旋中立位置が通常の状態の位置からずれていると、回旋中立位置に位置させるためには前腕部2を通常の状態の位置から回旋させる必要があるが、その回旋中立位置が判り難く、電動義手10の操作性が悪くなる。これに対して、前腕部2において通常の状態の位置を回旋中立位置として設定することにより、使用者が回旋中立位置を認識し易くなり、電動義手10の操作性が良くなる。
Here, depending on the user, the rotation angle from the normal state to the rotation limit position in the
そして、制御部41では、回内限界位置、回外限界位置、及び回旋中立位置が設定されると、回旋検知センサ26からの検知信号に対して、回旋中立位置から回内限界位置までと、回旋中立位置から回外限界位置までとを、夫々同じ割合で分割する。これにより、使用者が前腕部2を回内動作させた時と回外動作させた時の、把持部31の反応(動作)を、使用者の感覚に近づけることが可能となり、使用者の意思通りに動作する差動的操作を行わせることができる。
Then, in the
回旋検知センサ26の設定が終了すると、電動義手10が使用可能となる。電動義手10の使用は、前腕部2が通常の状態の位置(回旋中立位置)では、把持部31の動作が停止し、通常の状態の位置から前腕部2を回内動作させると把持部31が閉じる方向へ動作し、前腕部2を回外動作させると把持部31が開く方向へ動作する。把持部31の開閉は、前腕部2の回旋による回旋検知センサ26からの検知信号に基いて、制御部41が制御信号をモータ駆動部43に出力し、その制御信号に応じてモータ32が駆動されることによって行われる。この際に、制御部41では、回旋中立位置から回内限界位置や回外限界位置に近づくほど、モータ32を速く回転させるようにしており、前腕部2の回旋位置に応じて把持部31の開閉速度を変化させている。
When the setting of the
ところで、本実施形態の電動義手10では、回旋検知センサ26の設定が終了した後に、把持部設定スイッチ45を操作することにより、把持部31の開閉動作の設定(モード)を変更させることができる。具体的には、把持部設定スイッチ45を操作すると、前腕部2が回内限界位置の時に把持部31が閉じた状態となり、前腕部2が回外限界位置の時に把持部31が全開の状態となるように、把持部31の開度が前腕部2の回旋位置に応じて変化するように動作させることができる。この際に、制御部41では、モータ32からの実際の回転位置の信号によるフィードバック制御を行っている。これにより、前腕部2の回旋に追従するように把持部31を開閉動作させることができる。従って、前腕部2を速く回旋させれば把持部31を速く動作させることができ、前腕部2をゆっくり回旋させれば把持部31をゆっくり動作させることができ、使用者の意思に近い動作を把持部31にさせることができる。
By the way, in the electric
また、把持部設定スイッチ45の操作によって、把持部31が実際に閉じた時の前腕部2の回旋位置の設定も行うことができる。具体的には、例えば、回内限界位置と回外限界位置との間の位置で把持部31が閉じるようにすることができる。或いは、回内限界位置の時に把持部31が閉じるように開閉動作を設定した時に、回内限界位置に回旋させても何らかの理由によって把持部31が閉じずに開いてしまっている場合、この設定を行うことにより、把持部31の開閉を調整して閉じさせることができる。
Further, the rotation position of the
更に、本実施形態の電動義手10では、ホールドスイッチ46を操作することにより、ホールドスイッチ46を操作した時点の状態(開度)で把持部31を停止(ホールド)させて、前腕部2を回旋させても把持部31が動作しないようにすることができる。これにより、例えば、把持部31によって物を把持させた状態で運ぶ場合、ホールドスイッチ46を操作することにより、前腕部2を回旋させても把持部31が動作することはなく、物を把持させたままの状態を維持させることができるため、前腕部2を自由にさせることができ、使用者の負担を軽減させることができる。なお、ホールドスイッチ46を再度操作すると、把持部31の停止(ホールド)が解除される。
Furthermore, in the electric
このホールドスイッチ46は、電動義手10を装着させた腕とは反対側の腕(手)により操作されるスイッチとしても良いし、肘4の屈曲や肩の上げ下げ、によって操作されるスイッチとしても良い。肘4の屈曲や肩の上げ下げ、によって操作されるスイッチとしては、肘4や肩等によって押圧される押しボタン型のスイッチ、肘4や肩等の動きを検知するセンサ型のスイッチ、等がある。ホールドスイッチ46を、肘4の屈曲や肩の上げ下げによって操作されるスイッチとした場合、反対側の腕(手)で操作する必要がなくなるため、電動義手10と反対側の手の両方を同時に使う作業を行うことができ、使い勝手の良い電動義手10とすることができる。
The
このように、本実施形態の電動義手10によれば、把持装置30が前端に取付けられている装着部材20を、使用者の腕1に装着させた状態で、使用者が腕1の前腕部2を回旋させると、その前腕部2の回旋が回旋検知センサ26によって検知され、この回旋検知センサ26の検知に基いて、把持装置30の把持部31が開閉させられて物を把持させたり、把持している物を放させたりすることができる。また、前腕部2の回旋を検知するようにしており、前腕部2の回旋は表面筋電位を安定して発生させる場合と比較して、使用者が容易に行うことができるため、操作の習熟に必要な訓練の期間を短くすることができ、電動義手10の操作を容易に習熟することができる。
As described above, according to the electric
また、前腕部2の回旋を検知して把持部31を開閉させるようにしているため、前腕部2の回旋方向、回旋位置、及び回旋速度、等に基いて把持部31を開閉させることが可能となり、従来よりも把持部31を複雑に動作させることができる。また、前腕部2を回旋させるだけで、把持部31の開度、把持部31の開方向や閉方向への動作、把持部31の開閉速度、等をきめ細かく操作することが可能となるため、把持部31の動作を使用者の意思により近づけることができ、使い勝手の良い電動義手10とすることができる。
Moreover, since the rotation of the
更に、回旋検知センサ26により前腕部2の回旋を検知して把持部31を開閉させるようにしており、肘4や肩を回動させても前腕部2は回旋しないため、回旋検知センサ26が前腕部2の回旋を検知することはなく、把持部31が誤動作する虞がない。従って、把持部31を開閉させるための前腕部2の回旋とは無関係に肘4や肩を回動させることができるため、前腕部2を回旋させて把持部31を操作しながら、肘4や肩を自由に回動させて把持部31(把持装置30)全体を移動させることができ、使い勝手の良い電動義手10とすることができる。
Further, the
また、前腕部2の回旋を、腕側軸部材16、及び回旋伝達連結機構としての嵌合凹部16aを介して検知側軸部材25に伝達させて、検知側軸部材25の回旋を回旋検知センサ26によって検知するようにしている。これにより、検知側軸部材25と回旋検知センサ26との位置関係が変わることがなく、検知側軸部材25を介して前腕部2の回旋を回旋検知センサ26によって確実に検知することができる。
Further, the rotation of the
ところで、腕側軸部材16と検知側軸部材25とを着脱不能とした場合、腕側軸部材16が取付けられているライナー15を前腕部2に装着させる時に、その外側に位置している装着部材20のフレーム21や前端フレーム23が邪魔になり、装着し辛くなると共に、前腕部2の前端側が前端フレーム23によって覆われるため、腕側軸部材16の軸芯を前腕部2の回旋の中心に合わせ難くなり、装着に手間がかかるようになる。これに対して、本実施形態では、腕側軸部材16と検知側軸部材25とを着脱可能としており、装着部材20から離した状態でライナー15を前腕部2に装着させることができるため、ライナー15を前腕部2の正しい位置へ容易に装着させることができ、電動義手10を容易に装着することができる。
By the way, when the arm-
更に、回旋検知センサ26に回転型可変抵抗器を用いていることから、筋電センサや感圧センサと比較して、外部からのノイズの影響を受け難く、誤動作し難くい電動義手10を提供することができる。
In addition, since a rotation type variable resistor is used for the
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements can be made without departing from the scope of the present invention as described below. And design changes are possible.
例えば、上記の実施形態では、前腕部2の途中から前側を失った使用者に用いられる電動義手10を示したが、これに限定するものではなく、上腕部3の途中から前側を失った使用者に用いられる電動義手10としても良い。この場合、ライナー15を上腕部3に装着させると共に、装着部材20を上腕部3と肩とに装着させる。
For example, in the above embodiment, the electric
また、上記の実施形態では、回旋伝達連結機構として、腕側軸部材16の嵌合凹部16aと検知側軸部材25の先端とによって構成されたものを示したが、これに限定するものではなく、腕側軸部材16と検知側軸部材25との間を、ユニバーサルジョイントを備えた連結機構や、ゴム管又はコイルバネを備えた連結機構、によって連結させるようにしても良い。この場合、腕側軸部材16と検知側軸部材25の軸芯がずれていても、回旋を伝達させることができるため、回旋検知センサ26によって前腕部2の回旋を確実に検知させることができ、把持部31の誤動作を低減させることができる。
In the above-described embodiment, the rotation transmission connecting mechanism is configured by the
更に、上記の実施形態では、回旋検知センサ26として回転型可変抵抗器を用いた例を示したが、これに限定するものではなく、腕1(前腕部2)の回旋を検知することができるものであれば良い。
Further, in the above-described embodiment, an example in which a rotary variable resistor is used as the
また、上記の実施形態では、把持装置30として、一対の把持部31を備えたものを示したが、これに限定するものではなく、三つ以上の把持部を備えた把持装置や、人間の手に近い形態の把持装置としても良い。
In the above embodiment, the gripping
更に、上記の実施形態では、装着部材20において、フレーム21の延出部21dが装着ベルト22を介して前腕部2に接触する例を示したが、これに限定するものではなく、前腕部2と延出部21d及び前側の装着ベルト22との間に、検知側軸部材25と同軸上に配置され、前腕部2が嵌入されるリング状のベアリング部材(例えば、図4を参照)を備えるようにしても良い。これにより、検知側軸部材25とベアリング部材とによって前腕部2を同軸上に保持することができ、前腕部2を回旋させ易くすることができると共に、前腕部2の回旋を回旋検知センサ26側へ確実に伝達させることができる。また、ベアリング部材を介することで前腕部2の回旋に伴って装着部材20(把持装置30)も回旋してしまうのを抑制することができ、使い勝手の良い電動義手10とすることができる。
Further, in the above-described embodiment, in the mounting
また、上記の実施形態では、装着部材20を、腕1に装着されるフレーム21と、フレーム21の前端に取付けられる前端フレーム23とで構成していると共に、回旋検知センサ26としてアブソリュート型の回転型可変抵抗器を用いた例を示したが、これに限定するものではなく、図4に示すような構成の電動義手50としても良い。以下、電動義手50について説明する。なお、電動義手10と同じ構成の部材については、同一の名称及び符号を付して、詳細な説明は省略する。
In the above-described embodiment, the mounting
図4に示す電動義手50は、使用者の前腕部2を前側から被覆するライナー51と、ライナー51の前端に前方へ延出した状態で取付けられている腕側軸部材52と、使用者の前腕部2の前端がライナー51と共に回旋可能な状態で使用者の前腕部2と上腕部3の一部とを覆うように装着される装着部材60と、ライナー51と装着部材60との間に互いが相対回転可能に取付けられている基端側ベアリング部材53と、腕側軸部材52が着脱可能に嵌入連結されているリング状の内輪54a、及び内輪54aの外周を覆うと共に内輪54aに対して相対回転可能とされているリング状の外輪54bを有している前端側ベアリング部材54と、前端側ベアリング部材54の外輪54bの外周に取付けられており、前端側ベアリング部材54の中心が基端側ベアリング部材53の中心と同軸上となるように装着部材60に対して着脱可能に取付けられている円盤環状のブラケット55と、前端側ベアリング部材54に取付けられており外輪54bに対する内輪54aの回旋(回動)を検知する回旋検知センサ56と、回旋検知センサ56の検知信号に基いて開閉させられる把持部31を有しており装着部材60の前端に取付けられている把持装置30と、回旋検知センサ56の検知に基いて把持装置30を制御させる制御装置40と、を備えている。
An
ライナー51は、前端側が閉鎖された筒状で、開放されている基端側から前端側へ向かってスリット51aが形成されている。このライナー51は、可撓性を有した軟質の合成樹脂によって形成されている。腕側軸部材52は、円柱状に形成されている。この腕側軸部材52は、少なくとも外周面が摩擦抵抗の高い素材で形成されている。
The
基端側ベアリング部材53は、使用者の前腕部2を被覆しているライナー51がない周面に接触した状態で挿入されるリング状の内輪53aと、内輪53aの外周面上で周方向へ転動可能とされている複数の転動部材53bと、複数の転動部材53bに内周面が接しているリング状の外輪53cと、を備えている。基端側ベアリング部材53は、内輪53aと外輪53cとの間の複数の転動部材53bによって、外輪53cに対して内輪53aがスムーズに相対回転することができる。
The base end
前端側ベアリング部材54は、リング状の内輪54aと外輪54bとの間に、夫々の外周面と内周面とに接している転動可能な複数の転動部材54cを備えている。前端側ベアリング部材54は、内輪54aと外輪54bとの間の複数の転動部材54cによって、外輪54bに対して内輪54aがスムーズに相対回転することができる。ブラケット55は、前端側ベアリング部材54の外輪54bに、外輪54bと一体回転できるように取付けられている。また、ブラケット55は、少なくとも外周面が摩擦抵抗の高い素材で形成されている。本実施形態において前端側ベアリング部材54の内輪54aは、本発明の検知側軸部材に相当している。また、腕側軸部材52の外周面と、前端側ベアリング部材54の内輪54aの内周面とは、本発明の回旋伝達連結機構に相当している。
The front end
回旋検知センサ56は、詳細な図示は省略するが、前端側ベアリング部材54の内輪54aと一体回転し周方向に複数の検出部を備えた回転体と、外輪54bに取付けられており回転体の検出部を検出する検出素子と、を備えている。本実施形態の回旋検知センサ56は、回転体の検出部が磁石とされていると共に、検出素子が磁気センサとされており、原点を有しないインクリメンタル型の磁気エンコーダである。なお、回旋検知センサ56として、光学式、電気誘導式、等のインクリメンタル型の検知センサを用いても良い。
Although not shown in detail, the
装着部材60は、前腕部2及び上腕部3の一部において外周の約半分を覆う半円筒状のベースフレーム61と、前腕部2及び上腕部3の一部においてベースフレーム61に覆われた側とは反対側を覆うカバーフレーム62と、カバーフレーム62に取付けられている複数の帯状の装着ベルト63と、を備えている。ベースフレーム61は、基端付近において貫通しており腕1の肘が挿入される開口部61aと、開口部61aと前端との間で内周側から外周側へ膨出し基端側ベアリング部材53の一部を収容可能な膨出部61bと、を備えている。このベースフレーム61の前端には、把持装置30が取付けられている。カバーフレーム62は、ベースフレーム61の膨出部61bと対応する位置に、内周側から外周側へ膨出し基端側ベアリング部材53の一部を収容可能な膨出部62aを備えている。装着ベルト63は、カバーフレーム62の周方向両端側に夫々取付けられている。各装着ベルト63は、表面に図示しない面ファスナーを備えており、互いに結合させることができる。
The mounting
本実施形態の電動義手50の使用方法について説明する。まず、ベースフレーム61側の準備として、膨出部61b内に、基端側ベアリング部材53と、C字に湾曲した帯板状のスペーサ64と、を挿入する。スペーサ64により、基端側ベアリング部材53を膨出部61b内の基端側へ寄せる。また、ベースフレーム61内において、前端と膨出部61bとの間に、前端側ベアリンク部材54及び回旋検知センサ56が取付けられているブラケット55を挿入する。なお、スペーサ64によって、基端側ベアリング部材53を膨出部61b内の前端側へ寄せるようにしても良いし、スペーサ64を複数に分割して基端側ベアリング部材53を膨出部61b内の任意の位置(例えば中央)に取付けても良い。また、膨出部61b内の幅を基端側ベアリング部材53の幅と同じ幅として、スペーサ64を省略するようにしても良い。
The usage method of the
次に、ライナー51を、ベースフレーム61の基端側から基端側ベアリング部材53に挿入させると共に、ライナー51から前方へ延出している腕側軸部材52を前端側ベアリング部材54の内輪54aに嵌入させる。内輪54aに腕側軸部材52を嵌入させることで、内輪54aの内周面と腕側軸部材52の外周面との間の摩擦抵抗によって、互いに連結された状態となり、腕側軸部材52(ライナー51)の回旋を内輪54a(回転検知センサ56)に伝達させることができる。この状態で、使用者の前腕部2に、ライナー51を装着させると共に、前腕部2及び上腕部3の一部において腕1が覆われるように、前腕部2及び上腕部3にカバーフレーム62を装着させる。続いて、この状態で、腕1のベースフレーム61とは反対側にカバーフレーム62を被せ、装着ベルト63で締め付けて固定する。これにより、基端側ベアリング部材53の外輪53cの外周面と、ブラケット55の外周面とが、ベースフレーム61とカバーフレーム62によって回転不能に挟持された状態となり、腕1への電動義手50の装着が完了する。
Next, the
その後、上記の電動義手10と同様に、電動義手50の電源を入れて、回旋検知センサ56の設定を行うことで、電動義手50を使用することができるようになる。
Thereafter, as with the
この電動義手50は、上記の電動義手10と同様の作用効果を奏することができる。また、電動義手50は、上記の作用効果に加えて、回旋検知センサ56をインクリメンタル型の検知センサとしており、回旋検知センサ56の回動範囲が規制されていないと共に、回旋検知センサ56の原点を任意に設定することができる。従って、使用者が電動義手50を装着してから、回旋の原点を設定すれば良いため、前腕部2の回旋位置に関わらず使用者の腕1が自由な状態で電動義手50を装着することができ、電動義手50の装着にかかる手間を低減させることができる。
The
また、電動義手50は、ライナー51を基端側ベアリング部材53によって回転可能に装着部材60に取付けていると共に、基端側ベアリング部材53と同軸上に配置されている前端側ベアリング部材54によってライナー51の前端に取付けられている腕側軸部材52を回転可能に装着部材60に取付けている。従って、前腕部2をスムーズに回旋させることができ、回旋検知センサ56によって前腕部2の回旋を確実に検知することができる。
Further, the
1 腕
2 前腕部
3 上腕部
10 電動義手
15 ライナー
16 腕側軸部材
16a 嵌合凹部(回旋伝達連結機構)
20 装着部材
21 フレーム
22 装着ベルト
23 前端フレーム
23a ステー
25 検知側軸部材(回旋伝達連結機構)
26 回旋検知センサ
30 把持装置
31 把持部
32 モータ
40 制御装置
41 制御部
42 記憶部
43 モータ駆動部
50 電動義手
51 ライナー
52 腕側軸部材(回旋伝達連結機構)
53 基端側ベアリング部材
53a 内輪
53b 転動部材
53c 外輪
54 前端側ベアリング部材
54a 内輪(検知側軸部材、回旋伝達連結機構)
54b 外輪
54c 転動部材
55 ブラケット
56 回旋検知センサ
60 装着部材
61 ベースフレーム
62 カバーフレーム
63 装着ベルト
64 スペーサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
20 Mounting
26
53 Base end
Claims (4)
該装着部材に取付けられており腕の回旋を検知する回旋検知センサと、
該回旋検知センサの検知信号に基いて開閉させられる把持部を有しており、前記装着部材の前端に取付けられている把持装置と
を具備していることを特徴とする電動義手。 An attachment member attached to the arm or shoulder in a state where a part of the user's arm can be rotated;
A rotation detection sensor that is attached to the mounting member and detects rotation of the arm;
An electric prosthesis having a grip portion that can be opened and closed based on a detection signal of the rotation detection sensor, and a grip device attached to a front end of the mounting member.
該腕側軸部材よりも前端側で前記装着部材に対して回転可能に取付けられている検知側軸部材と、
該検知側軸部材と前記腕側軸部材とを着脱可能に連結しており、該腕側軸部材の回旋を伝達して前記検知側軸部材を回旋させる回旋伝達連結機構と
を更に具備しており、
前記回旋検知センサは、
前記検知側軸部材の回旋を検知していることを特徴とする請求項1に記載の電動義手。 An arm side shaft member attached to the front end of the arm so as to rotate with the arm;
A detection side shaft member rotatably attached to the mounting member on the front end side of the arm side shaft member;
The detection-side shaft member and the arm-side shaft member are detachably connected, and further includes a rotation transmission connection mechanism that transmits the rotation of the arm-side shaft member and rotates the detection-side shaft member. And
The rotation detection sensor is
The electric prosthesis according to claim 1, wherein the rotation of the detection side shaft member is detected.
インクリメンタル型の検知センサであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電動義手。 The rotation detection sensor is
The electric prosthesis according to claim 1 or 2, wherein the electric prosthesis is an incremental type detection sensor.
回転型可変抵抗器であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電動義手。
The rotation detection sensor is
The electric prosthetic hand according to claim 1, wherein the electric prosthesis is a rotary variable resistor.
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