JP6903641B2 - 自動義手 - Google Patents
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Description
第1の例示的な実施形態の自動義手100は図1から図25に示され、掌200及び、掌200から延長する2つ又はそれ以上の指300を含む。各々の指は、指関節接合によって掌に取り付けられてもよい。指は、開いて本質的に屈曲した(延長した)位置と本質的に閉じたグリップ位置の間で動くように構成される。指300は、手指310又は親指320の形であってもよい。一例において、義手100は2つの指300を含んでもよく、一方は手指310であり、他方は本質的に対向する親指320である。他の形状において、義手100は、4つ又はそれ以上の手指310及び本質的に対向する親指320を含んでもよい。更に他の形状において、義手100は、2つ又はそれ以上の手指310のみを含んでもよい。更に他の形状において義手100は、1つ又はそれ以上の手指310、及び、2つ又はそれ以上の親指320を含んでもよいが、不自然な手に見えるので、これは好ましい実施形態ではないと認識される。
1つの形状において、図1から図6に示すように、義手100の掌200は、外側の殻の形の本体を含む。外側の殻は、作動する構成要素及び電子部品が保たれてもよい掌の内部を定める。外側の殻は、一部品として形成されてもよい。他の形状において、掌の外側の殻は、共に取り付けられるように構成される第1の部分210及び第2の部分220を含む。掌の外側の殻の第1の部分は、義手の上部210、すなわち義手の後ろを形成するように構成される。外側の殻の第2の部分は、義手の下部220、すなわち掌のグリップ部品を形成するように構成される。明瞭さのために、第1及び第2の部分210、220はここで、それぞれ上部及び下部210、220と呼ぶ。しかしながら、この用語は、第1の部分が常に上の位置にあり、第2の部分が常に下の位置にあると解釈されるべきではない。周知のように、上部の部分(義手の後ろ)が地面の方へ面して、それゆえに掌の下部より低いように義手は回転してもよい。
掌部の固定器としての用途のために選ばれる材料は、最終用途において通常の低温及び高温の周囲温度にさらされる場合に、高い柔軟性を保持することができなければならない。義手は、冷たい水(0℃)又は非常に熱い水(60℃)にさらされる可能性がある。
1つの形状において、図7及び8に示すように、本発明の自動義手100は、本質的に義手の少なくとも1つの手指310に対向するように構成される親指320の形の指300を含む。好ましくは、自動義手100は、人間の手と同じ又はそれに類似した配置で4つの手指310及び本質的に対向する親指320を含む。
1つの形状において、本発明の義手100の制御システムは、独立して義手の指300の動きを制御するために構成される1つ又はそれ以上のモーター制御装置を含む。1つの形状において、モーター制御装置は、独立して指の動きを駆動する1つ又はそれ以上の駆動モーターの速度を制御するために構成されてもよい。特に、モーター制御装置は、1つ又はそれ以上の駆動モーターのモーター速度、及び、パルス幅変調を制御するように構成されてもよい。各々のモーター制御装置は、直接又は間接的に電源、及び、義手100の1つ又はそれ以上モーター駆動に接続される。
1つの形状において、図9から図14に示すように、本発明の自動義手は1つ又はそれ以上のクラッチ装置400を含んでもよい。各々のクラッチ装置は、駆動モーターが、端部の衝撃力を指が受容する又は大きい牽引力の下にある場所で指を駆動するのを止めることができるように、駆動モーター10と係合及び分離するように構成されてもよい。例えば、巻きつけられた指300が重い重量を持ち上げる場合、その指の駆動モーターは巻きつけられた構成で指を保持するために酷使される。モーターに対しあまりに多くの負荷がかかると、モーターに損傷が与えられ、時間とともにモーターが摩耗する可能性がある。本発明のクラッチ装置400は、指が端部の衝撃又は大きい牽引力を受けて非常に酷使される場合に、駆動モーター10の駆動力から指300を分離することによって、この損傷を回避するのを補助するように構成される。
1つの形状において、本発明は、手首接合で義手のコンパクトな屈曲を提供するように構成される手首接合を含む。他の形状において、本発明は、手首接合で義手のコンパクトな回転を提供するように構成される手首接合を含む。随意に、手首接合は、(例えば電力供給されたフック又は自動義手のような)電動端末装置の手首をアーム部材に取り付ける従来の迅速な遮断システムに取り付けられるように構成されてもよい。更に他の形状において、本発明は、義手のコンパクトな屈曲及び義手のコンパクトな回転を提供するように構成される手首接合を含む。
人工装具の義手のユーザは、必要なEMG(筋電図)信号を作成して、所望の位置の方へ義手を動かす必要がある。概して、人工装具の義手のユーザは、使用する実際の人工装具の義手を受け取る前に、相当期間の間、義手を使用するための練習が必要である。いくつかの形状において、練習用義手はコンピュータでシミュレーションされた義手であってもよい。しかしながら、ユーザによって用いられる実際の人工装具の義手は、練習用義手とは異なる感度を有する可能性がある。これは、長い間練習用義手によってユーザが練習していたにもかかわらず、実際の義手は、予想通りに作動しないかもしれないことを意味する。それゆえに、本発明の自動義手は、制御システムを含んでもよく、義手が使われるような訓練をユーザに提供するように構成される。
1つの形状において、本発明の義手は濡れた場合に作動するように構成されてもよい。例えば、義手は、義手の上に手袋又は防水カバーを用いる必要なしで、水に沈められた場合に作動するように構成されてもよい。
図26から図66は、異なる親指回転係止メカニズム、手首係止メカニズム、過負荷指関節クラッチ、取り外し可能なグリッププレート、及び、関連した特徴を採用する第2の実施形態による自動義手を示す。
ここで、図26から図30を参照すると、代替的な親指設計が示される。親指701は、掌704への取付け点であるその近端部で提供されるアクチュエータ702(アクチュエータ筐体を含む)を有する。弾力的な取付け部703は掌704に取り付けられ、アクチュエータ702を受容するために必要な大きさにされる空洞を含む。親指701を弾力的な取付け部703を経て掌に取り付けることによって、親指は、弾力的な取付け部703の弾性変形により衝撃力を吸収することができる。弾力的な取付け部703は、少なくとも2°、好ましくは少なくとも5°で掌704に関して、好ましくはアクチュエータ702の相対的な角度の変位が可能であるようにする。弾力的な取付け部703は、第1の例示的な実施形態に関して上記した掌部の固定器で説明されるような、材料特性を有してもよい。
図33から図41を参照すると、指関節接合に一体化される過負荷保護クラッチ720が、記載されている。図33を参照すると、掌と共に位置する掌部の固定器721に載置されるアクチュエータ726は、順番に大歯車723を駆動するウォーム歯車722を駆動する。大歯車723は、ここで記載されるように過負荷クラッチ配置を経て左右の指要素724及び725を駆動する。
ここで、図43から図53と図55から図56を参照すると、代替的な手首設計が示されている。義手100は、車軸520を経て手首500に枢着される。この実施形態において、手首係止メカニズムは、ピン751を経て手首500に枢着されるロッド750の形である。ロッド750は、有用な手首回転の範囲を定めるために適切な間隔で離間された多くの刻み目752をその長さに沿って有する。係止メカニズムは、分岐する開口754を有する係止要素753を含む。係止要素753は、バイアススプリング757によってロッド750の方へ付勢される。プレート756から突出するピン755は、分岐する開口754内で係合する。ストッパー533が摺動アーム532を右の方へ動かすために押される場合、ピン751は分岐する開口754の左に置かれ、係止要素753が刻み目752と係合するために下に付勢されるのを制限する。ストッパー533が摺動アーム532を左の方へ動かすために押される場合、ピン751は分岐する開口754の右に置かれ、係止要素753がバネ757によって刻み目752と係合するために下に付勢されるのを可能にする(係止要素753が刻み目に隣接して配置されない場合、その位置で手首を係止する刻み目と整列する位置で手首を係止するまでロッド750に対して付勢されたままである)。
図57から図64を参照すると、液体において水中使用可能である自動義手の掌及び掌部のブロックの設計の特徴が記載されている。図61、図62及び図64に示すように、掌は、上部210、下部220及び掌部の固定器770を含む。この実施形態において、円形ではない鍵穴型の開口771が、回転を防ぐために対応して成形されたアクチュエータ筐体と嵌合するために掌部の固定器において提供される。Oリング772の形の封止は、部品が共にしっかりと固定される場合、防水の封止を下部の掌部分220と共に形成するため、掌部のブロック770の末端部の周りで提供される。アクチュエータ20が弾力的な掌部のブロック770ときつく係合すると、防水の封止がこの接合点で形成される。指関節接合は、指関節接合を経て水が進入するのを防ぐために防水の構造である。このように、封止された掌の領域(全て又は部分的に)は、液体に沈められる場合に防水である領域にモーター及び電子部品を収容するために提供されてもよい。これにより、義手の機能性を損なわずに、他の領域への水の進入が可能になる。
ここで図65及び図66を参照すると、取外し可能なプレートを含む実施形態が示される。図65に示される義手800は、プレート803を受容するために必要な大きさにされる水中使用可能な掌の下部に空洞802を含む。開口805は、ネジのような適切な締結具を経て掌801に固定することができるプレート803において提供される。プレート803は、プレート803の表面に提供されるより柔軟な材料の部分804を有する堅固材料で形成されてもよい。より柔軟な材料は、15から90のショアA硬度、好ましくは50から90のショアA硬度を有してもよく、約60のショアA硬度が非常に有効であることが判明した。より柔軟な材料の部分804は、オーバーモールド成形によって形成されても、あるいはそれに対して取り付けられる等で形成されてもよい。これらのより柔軟な部分は改良されたグリップを提供するが、より柔軟であるにつれて摩耗が激しい傾向があるので、入れ替え可能なプレートを提供するのが便利である。図65は、掌の上部の空洞807に固定されてもよい入れ替え可能なプレート808を示す。指の入れ替え可能な掌プレートの指先806を提供でも同様に、同様の方法でグリップを改善するために柔軟な材料層が提供されてもよく、これらも入れ替え可能であってもよい。掌の水中使用可能な性質のために、プレートと掌の間でいかなる防水の封止の作成も必要とせずにプレートは単に取り付けられてもよい。
Claims (34)
- a.掌;
b.前記掌に取り付けられる1つ又はそれ以上の弾力的であり可撓性のある圧縮可能な取付け部;
c.1つ又はそれ以上のコネクタであって、各々が前記掌と関連して移動可能であるそこから延長する指を有し、各々のコネクタは、横力が指に適用される場合、各々のコネクタが前記取付け部の周りを回転してもよいようにそれぞれの取付け部に載置されるコネクタ;及び
d.それぞれのコネクタを受容するために必要な大きさにされてその中に形成される開口を有する、各々の前記取付け部
を含む、自動義手。 - 各々の前記コネクタが前記掌の面において回転してもよい、請求項1に記載の自動義手。
- 各々の前記コネクタが前記掌の面に垂直である面において回転してもよい、請求項1又は請求項2に記載の自動義手。
- 複数のコネクタを含む、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の自動義手。
- 複数の不連続な取付け部を含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記1つ又はそれ以上の取付け部が単一の一体的に形成された取付け部である、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の自動義手。
- 各々の前記開口の断面が円形ではなく、各々の前記コネクタが該コネクタと前記取付け部の間の回転を防ぐために円形ではない断面を有する、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の自動義手。
- 各々の前記取付け部が、マイナス20℃からプラス100℃の温度範囲を通じて0.8から0.05の間のDMTA減衰係数を有する材料で形成される、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の自動義手。
- 0.05から0.5の間のDMTA減衰係数を有する、請求項8に記載の自動義手。
- 20%から60%の間の弾力を有する、請求項8又は請求項9に記載の自動義手。
- 10から90の間のショアA硬度を有する、請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の自動義手。
- 30から60の間のショアA硬度を有する、請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の自動義手。
- 40から90の間のショアD硬度を有する、請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記取付け部が、それに対して載置される複数のコネクタを有する掌部の固定器を形成する、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器は、該掌部の固定器の弾性変形によって可能になる前記コネクタと掌の間の相対的な動きのために少なくとも2つの指が少なくとも5°離れて広げられてもよいような弾力を有する、請求項14に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器は、該掌部の固定器の弾性変形によって可能になる前記コネクタと掌の間の相対的な動きのために少なくとも2つの指が少なくとも10°離れて広げられてもよいような弾力を有する、請求項15に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が、該掌部の固定器の弾性変形によって可能になる前記コネクタと掌の間の相対的な動きのために少なくとも2つの指が少なくとも20°離れて広げられてもよいような弾力を有する、請求項15に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器は、各々の前記コネクタが該掌部の固定器の弾性変形のために前記掌と関連して少なくとも2°で回転してもよいように、該掌に垂直の方向において指に適用される力の衝撃吸収を提供する、請求項15から請求項17のいずれか一項に記載の自動義手。
- 各々の前記コネクタが前記掌と関連して少なくとも5°で回転してもよい、請求項18に記載の自動義手。
- 各々の前記コネクタが前記掌と関連して少なくとも10°で回転してもよい、請求項18に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が約30のショアA硬度を有する材料で形成される、請求項15から請求項20のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記指の端に適用される2.5から20ニュートンの間の横力が、前記掌部の固定器の弾性変形により少なくとも3°の前記掌の面における該掌に関する角度の回転につながる、請求項15から請求項21のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記角度の回転が少なくとも5°である、請求項22に記載の自動義手。
- 前記掌に垂直の方向において前記指の端に適用される2.5から20ニュートンの間の力が、前記掌部の固定器の弾性変形により少なくとも3°の前記掌と関連した前記指の角度の回転につながる、請求項15から請求項23のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記角度の回転が少なくとも5°である、請求項24に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が、エラストマ、ゴム、シリコーン、圧縮可能なポリマーから構成される群の1つ又はそれ以上の材料で作成される、請求項15から請求項25のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が炭化水素、過フッ化炭化水素又は二酸化ケイ素基の熱硬化性樹脂エラストマで作成される、請求項26に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が熱可塑性エラストマで作成される、請求項26に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が熱硬化性樹脂ゴムで作成される、請求項26に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が熱可塑性物質の材料で作成される、請求項15から請求項25のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が本質的に柔軟な熱可塑性物質の材料で作成される、請求項30に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器がこれらのいずれかのポリマー基の発泡した組成物で作成される、請求項26から請求項31のいずれか一項に記載の自動義手。
- 前記掌部の固定器が合金又はそのような材料の混合物あるいは複合材料で作成される、請求項26から請求項31のいずれか一項に記載の自動義手。
- 自動義手のための弾力的で可撓性があり、圧縮可能な掌部の固定器であって、第1の端部、本質的に該第1の端部に対向する第2の端部、及び、該自動義手の指のコネクタを収容するために必要な大きさにされる該第1の端部と該第2の端部の間で延長する複数の開口を含み、そこにおいて、該固定器は、マイナス20℃から100℃の範囲の温度で、0.05から0.8の間のDMTA減衰係数を有する材料で形成される、掌部の固定器。
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