JPH0999021A - 関節駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な機構で複雑な計算を必要とせずに、回転
駆動部を駆動したい関節の回転軸にかかわらず任意の位
置に設定でき、関節の駆動範囲を損なわずに、駆動した
い関節を無理なく駆動することができるようにする。 【構成】能動的に回転可能な回転駆動部と、ふたつの回
転機構部と、肢体の関節の相隣合う肢体の少なくとも一
方に装着可能な装着部とを備え、前記回転駆動部とふた
つの前記回転機構部の各回転軸が、前記肢体の関節の回
転軸に対して四辺形をなすように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、手術前後に用いられる
連続受動（他動）運動装置（ＣＰＭ装置）、肢体の機能
を回復するために用いられるリハビリテーション支援装
置及び、トレーニング装置等の関節駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、手術前後または他の障害により、
関節部が拘縮をおこし、またはそのおそれがある場合に
その改善を目的として用いる連続受動運動装置（ＣＰＭ
装置）、筋力の低下した肢体の機能を回復するために用
いられるリハビリテーション支援装置及び、トレーニン
グ装置などの、関節を中心にして外部から機械的に肢体
を駆動したり、関節の動きに負荷をかけたりする装置と
して、多数の機構が提案されている。これらの従来の関
節駆動装置を大きく分類すると、肢体関節の１回転自由
度に対し装置の１駆動自由度を対応させる場合と、肢体
関節の１回転自由度に対し装置の複数の駆動自由度を対
応させる場合（特願平６−１４３８３７）に分けられ
る。さらに、肢体関節の１回転自由度に対し装置の１駆
動自由度を対応させる場合は、回転駆動部の回転軸を関
節の回転軸と一致する位置に配置したり、回転駆動部の
回転軸を関節の回転軸からずらして配置し、ずらして配
置したことによって生じる装着部での肢体と機器とのズ
レをスライド機構等を使って逃がすというように、装置
の駆動により目的の関節のみを駆動する場合と、装置の
駆動により複数の関節を同時に駆動しながら目的の関節
を駆動する場合とがある。

【０００３】肢体関節の１回転自由度に対し装置の１駆
動自由度を対応させる場合の従来例について、図２、図
３、図４および図５を参照しながら説明する。

【０００４】図２は、装置の駆動により目的の関節のみ
を駆動する場合で、回転駆動部の回転軸を関節の回転軸
と一致する位置に配置した従来例である。関節駆動装置
２００には、基台２０１と、この基台２０１上の回転駆
動部２０２と、回転駆動部２０２から伸びるリンク部材
２０３が備えられている。リンク部材２０３は、基台２
０１に対して回転駆動部２０２の回転軸を中心に回転す
るようになっている。リンク部材２０３には装着部２０
７が付いており、リンク部材２０３を装着部２０７によ
り肢体に取り付けることができるようになっている。以
上のように構成された関節駆動装置２００は、回転駆動
部２０２の回転軸を、駆動したい関節の回転軸に一致す
るように配置しているため、（図示していない）アクチ
ュエータによって回転駆動部２０２が回転すると、その
回転力は、リンク部材２０３を経て肢体に伝えられ、肢
体を駆動したい関節を中心にして、リンク部材２０３と
共に動かすことで、関節を（ａ）、（ｂ）のように駆動
することができる。

【０００５】図３は、装置の駆動により目的の関節のみ
を駆動する場合で、回転駆動部の回転軸を関節の回転軸
からずらして配置し、ずらして配置したことによって生
じる装着部での肢体と機器とのズレをスライド機構を使
って逃がした従来例である。関節駆動装置３００には、
基台３０１と、この基台３０１上の回転駆動部３０２
と、回転駆動部３０２から伸びるリンク部材３０３が備
えられている。リンク部材３０３は、基台３０１に対し
て回転駆動部３０２の回転軸を中心に回転するようにな
っている。リンク部材３０３には、フリー回転部３０６
とスライド機構部３１０を介して装着部３０７が付いて
おり、リンク部材３０３を装着部３０７により肢体に取
り付けることができるようになっている。以上のように
構成された関節駆動装置３００は、回転駆動部３０２の
回転軸を、駆動したい関節の回転軸からずらして配置
し、（図示していない）アクチュエータによって回転駆
動部３０２が回転すると、リンク部材３０３は回転駆動
部３０２の回転軸を中心にして回転する。回転機構部３
０２の回転軸と駆動したい関節の回転軸とを、ずらして
配置したことによって生じる装着部３０７でのズレをス
ライド機構３１０で受けることにより、リンク部材３０
３の動きは、フリー回転部３０６とスライド機構部３１
０を経て肢体に伝えられ、肢体を駆動したい関節を中心
にして動かすことで、関節を（ａ）、（ｂ）のように駆
動することができる。

【０００６】図４は、装置の駆動により複数の関節を同
時に駆動しながら目的の関節を駆動する場合で、膝関節
用の関節駆動装置として各種実用化されているものであ
る。関節駆動装置４００には、基台４０１と、この基台
４０１上の直動駆動部４０２と、直動駆動部４０２から
伸びる第１リンク部材４０３が備えられている。第１リ
ンク部材４０３は、基台４０１に対して直動駆動部４０
２のガイドにそって直線的に駆動するようになってい
る。また、基台４０１の前方には、下端がヒンジ連結さ
れたくの字状リンク部材４１３が取り付けられており、
くの字状リンク部材４１３は、第２フリー回転部４１
２、第２リンク部材４１１を介して装着部４０７に連結
されている。第１リンク部材４０３及び第２リンク部材
４１１には、第１フリー回転部４０６を介して装着部４
０７が付いており、第１リンク部材４０３及び第２リン
ク部材４１１を装着部４０７により下腿部に取り付ける
ことができるようになっている。以上のように構成され
た関節駆動装置４００は、（図示していない）アクチュ
エータによって、直動駆動部４０２がベースフレーム長
手方向に駆動することによって、直動駆動部４０２が駆
動すると、第１リンク部材４０３は直動駆動部４０２の
ガイドにそって駆動する。第１リンク部材４０３の動き
は、第１フリー回転部４０６と装着部４０７を経て下腿
部に伝えられ、下腿部を臀部に対して近付けたり遠ざけ
たりして、膝関節と股関節を同時に動かすことで、目的
の関節である膝関節を（ａ）、（ｂ）のように駆動する
ことができる。

【０００７】図５も、装置の駆動により複数の関節を同
時に駆動しながら目的の関節を駆動する場合で、膝関節
用の関節駆動装置として実開平６−５８９３７で提案さ
れているものである。関節駆動装置５００には、基台５
０１と、この基台５０１上の回転駆動部５０２と、回転
駆動部５０２から伸びる第１リンク部材５０３が備えら
れている。第１リンク部材５０３は、基台５０１に対し
て回転駆動部５０２の回転軸を中心に回転するようにな
っている。また、基台５０１上には、第３リンク部材５
１１が第３フリー回転部５１４を介して、第１リンク部
材５０３と平行に取り付けられている。第１リンク部材
５０３には第１フリー回転部５０４を介して、第３リン
ク部材５１１には第２フリー回転部５１２を介して、第
２リンク部材５０５が連結されいる。第２リンク部材５
０５には装着部５０７が付いており、第１リンク部材５
０３及び第３リンク部材５１１を装着部５０７により下
腿部に取り付けることができるようになっている。以上
のように構成された関節駆動装置５００は、（図示して
いない）アクチュエータによって回転駆動部５０２が回
転すると、第１リンク部材５０３が回転駆動部５０２の
回転軸を中心にして回転するとともに、第３リンク部材
５１１は第１リンク部材５０３と平行に動き、第２リン
ク部材５０５は、基台５０１に平行に駆動する。また、
第１リンク部材５０３の動きは、第１フリー回転部５０
４と第２リンク部材５０５を経て下腿部に伝えられ、下
腿部を基台５０１に対して平行に保ちながら動かして、
膝関節と股関節を同時に動かすことで、目的の関節であ
る膝関節を（ａ）、（ｂ）のように駆動することができ
る。 次に、肢体関節の１回転自由度に対し装置の複数
の駆動自由度を対応させる場合の従来例について、図６
を参照しながら説明する。関節駆動装置６００には、基
台６０１と、この基台６０１上の第１回転駆動部６０２
と、第１回転駆動部６０２から伸びる第１リンク部材６
０３が備えられている。第１リンク部材６０３は、基台
６０１に対して第１回転駆動部６０２の回転軸を中心に
回転するようになっている。第１リンク部材６０３には
第２回転駆動部６０４を介して第２リンク部材６０５が
連結されており、第２回転駆動部６０４の駆動により、
第２リンク部材６０５は第１リンク部材６０３に対し
て、第２回転駆動部６０４の回転軸を中心にして回転す
るようになっている。更に、第２リンク部材６０５には
第３回転駆動部６０６を介して第３リンク部材６１１が
連結されており、第３回転駆動部６０６の駆動により、
第３リンク部材６１１は第２リンク部材６０５に対し
て、第３回転駆動部６０６の回転軸を中心にして回転す
るようになっている。第３リンク部材６１１には固定部
６１２を介して、装着部６０７が取り付けられており、
リンク部材６１１を装着部６０７により下腿部に取り付
けることができるようになっている。以上のように構成
された関節駆動装置６００は、（図示していない）アク
チュエータによって第１回転駆動部６０２、第２回転駆
動部６０４及び第３回転駆動部６０６が回転すると、第
１リンク部材６０３は、基台６０１に対し第１回転駆動
部６０２の回転軸を中心に、第２リンク部材６０５は、
第１リンク部材６０３に対し第２回転駆動部６０４の回
転軸を中心に、第３リンク部材６１１は、第２リンク部
材６０５に対し第３回転駆動部６０６の回転軸を中心に
それぞれ駆動する。また、第３リンク部材６１１の動き
は、固定部６１２を経て下腿部に伝えられ、下腿部を平
面内で任意に駆動して、膝関節と股関節を同時に動かす
ことで、目的の関節である膝関節を（ａ）、（ｂ）のよ
うに駆動することができる。ここでは、装置の駆動によ
り膝関節と股関節を同時に駆動しながら目的の膝関節を
駆動する例を示したが、膝関節のみを駆動する場合は、
第１回転駆動部６０２を大腿部に取り付ける構成にすれ
ばよい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、肢体関節の
１回転自由度に対し装置の１駆動自由度を対応させる場
合の従来例において、関節駆動装置２００のように回転
駆動部の回転軸と関節の回転軸とを一致させて関節を駆
動しようとした場合、回転駆動部の位置は駆動したい関
節の回転軸上に限定されるため、例えば指の関節を駆動
しようとする場合、指と指の間に回転駆動部がくるため
に違和感を生じたり、左右の脚に共通に使える装置を設
計する場合、装着部を左右の脚に応じて交換したり、機
器をひっくり返しても使えるようにするなどの工夫が必
要で、その構成に制約を受けて設計がやりずらい。関節
駆動装置３００のようにスライド機構を使った場合、回
転駆動部は、駆動したい関節の回転軸によらず任意の位
置に設定できるが、駆動したい関節と回転駆動部との距
離が大きくなると、一定の駆動範囲を得るためにはスラ
イド機構部を長くする必要がある。また、逆にスライド
機構の長さを限定すると、駆動したい関節の駆動範囲が
狭くなる。関節駆動装置４００や関節駆動装置５００の
ように、複数の関節を同時に駆動する場合は、関節駆動
装置の駆動部で発生する力が複数の関節に分散されるた
め、駆動したい目的の関節にどのくらいの負荷がかかる
のかわからず、負荷をかけ過ぎたり逆にかからなかった
りするおそれがある。また、複数の関節を同時に駆動す
るため装着時のズレを生じ易く、目的の関節の関節角を
知りたい場合は、特表平４−５０６６１０のように駆動
部を関節の回転軸と一致するようにしたり、実開平６−
５８９３７のようにゴニオメータにより測定したりする
必要があるという問題があった。また、肢体関節の１回
転自由度に対し装置の複数の駆動自由度を対応させる場
合の従来例については、駆動したい関節１つについて、
複数のアクチュエータを必要とするため、装置自体が大
がかりなものとなったり、複数の駆動部を協調させて駆
動するため、複雑な計算を必要とするという問題があっ
た。この発明は、こうした従来の技術が持つ問題点を解
消するためになされたものであり、簡単な機構で複雑な
計算を必要とせずに、回転駆動部を駆動したい関節の回
転軸にかかわらず任意の位置に設定でき、関節の駆動範
囲を損なわずに、駆動したい関節を無理なく駆動するこ
とができる関節駆動装置の提供を目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、請求項１の本発明は、能動的に回転可能な回転駆動
部と、ふたつの回転機構部と、肢体の関節の相隣合う肢
体の少なくとも一方に装着可能な装着部とを備え、前記
回転駆動部とふたつの前記回転機構部の各回転軸が、前
記肢体の関節の回転軸に対して四辺形をなすように配置
したことを特徴とする関節駆動装置とするものである。
請求項２の本発明は、前記回転機構部を前記回転駆動部
の駆動により受動的に回転するフリー回転部としたこと
を特徴とする請求項１記載の関節駆動装置とするもので
ある。請求項３の本発明は、前記回転機構部の一方を前
記回転駆動部に連動して回転する連動駆動部に、もう一
方を前記回転駆動部および前記連動駆動部の駆動により
受動的に回転するフリー回転部としたことを特徴とする
請求項１記載の関節駆動装置とするものである。 請求
項４の本発明は、請求項２記載の装置において、前記回
転駆動部とふたつの前記フリー回転部の各回転軸が、前
記肢体の関節の回転軸に対して平行四辺形をなすように
配置したことを特徴とする関節駆動装置とするものであ
る。請求項５の本発明は、請求項３記載の装置におい
て、前記回転駆動部と前記連動駆動部と前記フリー回転
部の各回転軸が、前記肢体の関節の回転軸に対して平行
四辺形をなすように配置したことを特徴とする関節駆動
装置とするものである。

【００１０】

【作用】上記手段により、アクチュエータ１つで、装着
部でのリンクと肢体のズレを生じずに、駆動したい関節
を任意の位置の回転駆動部により駆動することができる
ので、駆動範囲を損なわずに、肢体の関節に無理な負荷
をかけることなく、簡単な構成で複数の関節に適応可能
な関節駆動装置の提供をすることが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明を膝関節に適用した実施例を示す側面
図である。関節駆動装置１００には、基台１０１と、こ
の基台１０１上の回転駆動部１０２と、回転駆動部１０
２から伸びる第１リンク部材１０３が備えられている。
第１リンク部材１０３は、基台１０１に対して回転駆動
部１０２の回転軸を中心に回転するようになっている。
第１リンク部材１０３には第２リンク部材１０５が連結
されており、第１リンク部材１０３と第２リンク部材１
０５の連結部には、第１回転機構部１０４が取り付けら
れている。第１回転機構部１０４は回転駆動部１０２が
駆動することにより回転し、第２リンク部材１０５は第
１リンク部材１０３に対して、第１回転機構部１０４の
回転軸を中心に回転するようになっている。第２リンク
部材１０５には第２回転機構部１０６を介して、装着部
１０７が付いており、第２リンク部材１０５を装着部１
０７により肢体に取り付けることができるようになって
いる。以上のように構成された関節駆動装置１００は、
（図示していない）アクチュエータによって回転駆動部
１０２が回転すると、回転駆動部１０２の回転力は、第
１リンク部材１０３、第２リンク部材を経て肢体に伝え
られるように構成されているため、回転駆動部１０２が
駆動すると、肢体は膝関節１０９を中心にして図
（ａ）、（ｂ）のように動き、膝関節１０９を駆動する
ことができる。

【００１２】図７は本発明を膝関節に適用した別の実施
例を示す側面図である。関節駆動装置７００には、基台
７０１と、この基台７０１上の回転駆動部７０２と、回
転駆動部７０２から伸びる第１リンク部材７０３が備え
られている。第１リンク部材７０３は、基台７０１に対
して回転駆動部７０２の回転軸を中心に回転するように
なっている。第１リンク部材７０３には第２リンク部材
７０５が連結されており、第１リンク部材７０３と第２
リンク部材７０５の連結部には、第１回転機構部７０４
が取り付けられている。第１回転機構部７０４は回転駆
動部７０２が駆動することにより回転し、第２リンク部
材７０５は第１リンク部材７０３に対して、第１回転機
構部７０４の回転軸を中心に回転するようになってい
る。第２リンク部材７０５には第２回転機構部７０６を
介して、装着部７０７が付いており、第２リンク部材７
０５を装着部７０７により肢体に取り付けることができ
るようになっている。以上のように構成された関節駆動
装置７００は、（図示していない）アクチュエータによ
って回転駆動部７０２が回転すると、回転駆動部７０２
の回転力は、第１リンク部材７０３、第２リンク部材を
経て肢体に伝えられるように構成されているため、回転
駆動部７０２が駆動すると、肢体は膝関節７０９を中心
にして図（ａ）、（ｂ）のように動き、膝関節７０９を
駆動することができる。

【００１３】図９は本発明を股関節に適用した実施例を
示す側面図である。関節駆動装置９００には、基台９０
１と、この基台９０１上の回転駆動部９０２と、回転駆
動部９０２から伸びる第１リンク部材９０３が備えられ
ている。第１リンク部材９０３は、基台９０１に対して
回転駆動部９０２の回転軸を中心に回転するようになっ
ている。第１リンク部材９０３には第２リンク部材９０
５が連結されており、第１リンク部材９０３と第２リン
ク部材９０５の連結部には、第１回転機構部９０４が取
り付けられている。第１回転機構部９０４は回転駆動部
９０２が駆動することにより回転し、第２リンク部材９
０５は第１リンク部材９０３に対して、第１回転機構部
９０４の回転軸を中心に回転するようになっている。第
２リンク部材９０５には第２回転機構部９０６を介し
て、装着部９０７が付いており、第２リンク部材９０５
を装着部９０７により肢体に取り付けることができるよ
うになっている。以上のように構成された関節駆動装置
９００は、（図示していない）アクチュエータによって
回転駆動部９０２が回転すると、回転駆動部９０２の回
転力は、第１リンク部材９０３、第２リンク部材を経て
肢体に伝えられるように構成されているため、回転駆動
部９０２が駆動すると、肢体は股関節９０９を中心にし
て図（ａ）、（ｂ）のように動き、股関節９０９を駆動
することができる。

【００１４】図１０は本発明を足関節に適用した実施例
を示す側面図である。関節駆動装置１０００には、基台
１００１と、この基台１００１上の回転駆動部１００２
と、回転駆動部１００２から伸びる第１リンク部材１０
０３が備えられている。第１リンク部材１００３は、基
台１００１に対して回転駆動部１００２の回転軸を中心
に回転するようになっている。第１リンク部材１００３
には第２リンク部材１００５が連結されており、第１リ
ンク部材１００３と第２リンク部材１００５の連結部に
は、第１回転機構部１００４が取り付けられている。第
１回転機構部１００４は回転駆動部１００２が駆動する
ことにより回転し、第２リンク部材１００５は第１リン
ク部材１００３に対して、第１回転機構部１００４の回
転軸を中心に回転するようになっている。第２リンク部
材１００５には第２回転機構部１００６を介して、装着
部１００７が付いており、第２リンク部材１００５を装
着部１００７により肢体に取り付けることができるよう
になっている。以上のように構成された関節駆動装置１
０００は、（図示していない）アクチュエータによって
回転駆動部１００２が回転すると、回転駆動部１００２
の回転力は、第１リンク部材１００３、第２リンク部材
を経て肢体に伝えられるように構成されているため、回
転駆動部１００２が駆動すると、肢体は足関節１００９
を中心にして図（ａ）、（ｂ）のように動き、足関節１
００９を駆動することができる。

【００１５】図１１は本発明を肩関節に適用した実施例
を示す側面図である。関節駆動装置１１００には、基台
１１０１と、この基台１１０１上の回転駆動部１１０２
と、回転駆動部１１０２から伸びる第１リンク部材１１
０３が備えられている。第１リンク部材１１０３は、基
台１１０１に対して回転駆動部１１０２の回転軸を中心
に回転するようになっている。第１リンク部材１１０３
には第２リンク部材１１０５が連結されており、第１リ
ンク部材１１０３と第２リンク部材１１０５の連結部に
は、第１回転機構部１１０４が取り付けられている。第
１回転機構部１１０４は回転駆動部１１０２が駆動する
ことにより回転し、第２リンク部材１１０５は第１リン
ク部材１１０３に対して、第１回転機構部１１０４の回
転軸を中心に回転するようになっている。第２リンク部
材１１０５には第２回転機構部１１０６を介して、装着
部１１０７が付いており、第２リンク部材１１０５を装
着部１１０７により肢体に取り付けることができるよう
になっている。以上のように構成された関節駆動装置１
１００は、（図示していない）アクチュエータによって
回転駆動部１１０２が回転すると、回転駆動部１１０２
の回転力は、第１リンク部材１１０３、第２リンク部材
を経て肢体に伝えられるように構成されているため、回
転駆動部１１０２が駆動すると、肢体は肩関節１１０９
を中心にして図（ａ）、（ｂ）のように動き、肩関節１
１０９を駆動することができる。

【００１６】図１２は本発明を肘関節に適用した実施例
を示す側面図である。関節駆動装置１２００には、基台
１２０１と、この基台１２０１上の回転駆動部１２０２
と、回転駆動部１２０２から伸びる第１リンク部材１２
０３が備えられている。第１リンク部材１２０３は、基
台１２０１に対して回転駆動部１２０２の回転軸を中心
に回転するようになっている。第１リンク部材１２０３
には第２リンク部材１２０５が連結されており、第１リ
ンク部材１２０３と第２リンク部材１２０５の連結部に
は、第１回転機構部１２０４が取り付けられている。第
１回転機構部１２０４は回転駆動部１２０２が駆動する
ことにより回転し、第２リンク部材１２０５は第１リン
ク部材１２０３に対して、第１回転機構部１２０４の回
転軸を中心に回転するようになっている。第２リンク部
材１２０５には第２回転機構部１２０６を介して、装着
部１２０７が付いており、第２リンク部材１２０５を装
着部１２０７により肢体に取り付けることができるよう
になっている。以上のように構成された関節駆動装置１
２００は、（図示していない）アクチュエータによって
回転駆動部１２０２が回転すると、回転駆動部１２０２
の回転力は、第１リンク部材１２０３、第２リンク部材
を経て肢体に伝えられるように構成されているため、回
転駆動部１２０２が駆動すると、肢体は肘関節１２０９
を中心にして図（ａ）、（ｂ）のように動き、肘関節１
２０９を駆動することができる。

【００１７】図１３は本発明を手首関節に適用した実施
例を示す側面図である。関節駆動装置１３００には、基
台１３０１と、この基台１３０１上の回転駆動部１３０
２と、回転駆動部１３０２から伸びる第１リンク部材１
３０３が備えられている。第１リンク部材１３０３は、
基台１３０１に対して回転駆動部１３０２の回転軸を中
心に回転するようになっている。第１リンク部材１３０
３には第２リンク部材１３０５が連結されており、第１
リンク部材１３０３と第２リンク部材１３０５の連結部
には、第１回転機構部１３０４が取り付けられている。
第１回転機構部１３０４は回転駆動部１３０２が駆動す
ることにより回転し、第２リンク部材１３０５は第１リ
ンク部材１３０３に対して、第１回転機構部１３０４の
回転軸を中心に回転するようになっている。第２リンク
部材１３０５には第２回転機構部１３０６を介して、装
着部１３０７が付いており、第２リンク部材１３０５を
装着部１３０７により肢体に取り付けることができるよ
うになっている。以上のように構成された関節駆動装置
１３００は、（図示していない）アクチュエータによっ
て回転駆動部１３０２が回転すると、回転駆動部１３０
２の回転力は、第１リンク部材１３０３、第２リンク部
材を経て肢体に伝えられるように構成されているため、
回転駆動部１３０２が駆動すると、肢体は手首関節１３
０９を中心にして図（ａ）、（ｂ）のように動き、手首
関節１３０９を駆動することができる。

【００１８】図１４は本発明を指関節に適用した実施例
を示す側面図である。関節駆動装置１４００には、基台
１４０１と、この基台１４０１上の回転駆動部１４０２
と、回転駆動部１４０２から伸びる第１リンク部材１４
０３が備えられている。第１リンク部材１４０３は、基
台１４０１に対して回転駆動部１４０２の回転軸を中心
に回転するようになっている。第１リンク部材１４０３
には第２リンク部材１４０５が連結されており、第１リ
ンク部材１４０３と第２リンク部材１４０５の連結部に
は、第１回転機構部１４０４が取り付けられている。第
１回転機構部１４０４は回転駆動部１４０２が駆動する
ことにより回転し、第２リンク部材１４０５は第１リン
ク部材１４０３に対して、第１回転機構部１４０４の回
転軸を中心に回転するようになっている。第２リンク部
材１４０５には第２回転機構部１４０６を介して、装着
部１４０７が付いており、第２リンク部材１４０５を装
着部１４０７により肢体に取り付けることができるよう
になっている。以上のように構成された関節駆動装置１
４００は、（図示していない）アクチュエータによって
回転駆動部１４０２が回転すると、回転駆動部１４０２
の回転力は、第１リンク部材１４０３、第２リンク部材
を経て肢体に伝えられるように構成されているため、回
転駆動部１４０２が駆動すると、肢体は指関節１４０９
を中心にして図（ａ）、（ｂ）のように動き、指関節１
４０９を駆動することができる。上記の実施例では、膝
関節、股関節、足関節、肩関節、肘関節、手首関節、指
関節に適応した場合について述べたが、同様にして股、
肩、手首の関節の違う自由度や指の別の関節及び胴体の
前屈運動や首等にも適応することができる。上記の実施
例では、基台から回転駆動部、第１回転機構部、第２回
転機構部の順で肢体に連結される例を述べたが、第２回
転機構部が基台側でも良く、順番は任意に構成すること
ができる。また、リンクの形状は直線である必要はなく
任意の形状で構成できる。

【００１９】請求項２の関節駆動装置については、請求
項１の回転機構部をフリー回転部に置き換えれば良い。
請求項２の関節駆動装置は、構造が簡単であるためリン
ク調節機能等を負荷することが容易であり、また、装着
位置が多少ずれてもフリー回転部２つで吸収できる。請
求項３の関節駆動装置については、請求項１の回転機構
部の一方を回転駆動部に連動して回転する連動駆動部
に、もう一方をフリー回転部に置き換えれば良い。連動
駆動部は、回転駆動部の駆動をベルト、チェーン、シャ
フト、ハイポイドギアなどで伝える構成や複数のギアや
リンクの組合せで容易に構成することが可能である。請
求項３の関節駆動装置は、回転駆動部の駆動に連動して
駆動する連動駆動部を設けているため、負荷側からの力
に強い構成となる。請求項４の関節駆動装置について
は、請求項２記載の装置において、回転駆動部とふたつ
のフリー回転部の各回転軸が、肢体の関節の回転軸に対
して平行四辺形をなすように配置すればよい。請求項５
の関節駆動装置については、請求項３記載の装置におい
て、回転駆動部と連動駆動部とフリー回転部の各回転軸
が、肢体の関節の回転軸に対して平行四辺形をなすよう
に配置すればよい。

【００２０】図８は、請求項４及び請求項５を説明する
ための図であり、図７の本発明の実施例を回転駆動部と
ふたつの回転機構部が、肢体の関節の回転軸に対して平
行四辺形をなすようにしたものである。図８からわかる
ように、請求項４及び請求項５の関節駆動装置は、３つ
の回転部を肢体の関節に対して平行四辺形をなすように
配置しているため、回転駆動部８０２の回転角と肢体関
節８０９の回転角が一致する。このため、肢体関節を１
８０゜スムーズに回転することができ、また、回転駆動
部の回転角を計測することで容易に肢体関節の回転角を
知ることができる。請求項６の関節駆動装置について述
べる。請求項６の関節駆動装置は、請求項１記載の装置
において、各回転部間の距離を調節可能にしたもので、
これにより装着部の取り付け位置や本装置と肢体との距
離を変えることができるため、肢体の個人差等への対応
が可能となる。また、複数の関節へ適応可能な機器の作
成が可能となる。請求項７の関節駆動装置について図１
５を参照しながら述べる。請求項７の関節駆動装置は、
請求項３および請求項５記載の装置において、関節が平
行四辺形の位置からずれた場合のズレを吸収する機構を
備えたもので、図（ａ）の実施例は、ズレを吸収するた
めのスライド機構を付けたもの、図（ｂ）の実施例は、
装着部での固定を緩めて装着部と肢体とが滑べることに
よりズレを吸収するもの、図（ｃ）の実施例は、リンク
の一部にスプリングを設けこれによりズレを吸収するも
のである。本発明によれば、装着部において機構的にズ
レを生じることはない。しかし、装置の装着の仕方、個
人差によるズレや、関節が厳密には１点を中心にして回
転するのではなく姿勢により回転中心が変わることか
ら、装着部において微小なズレを生ずることがある。請
求項７の関節駆動装置はこの微小なズレを吸収する機構
を備えたものである。

【００２１】以上述べた本発明の機構は、本出願人が特
願平６−１５９４１４号として提案している連続受動運
動装置に適用することができる。ここでは、本発明の図
１に示した実施例に組み合わせた例を説明する。すなわ
ち、図１６に示すように、能動的に回転可能な回転駆動
部１０２を電動機１６０１で駆動するようにし、その回
転角度（位置）または回転速度を計測する手段である回
転検出器１６０２と、動く側の装着部（ここでは足首側
１０７）に取り付けられ肢体からの作用力を計測する力
センサ１６０３と、前記電動機の回転角度または回転速
度を制御する手段である電動機制御部１６０４と、教示
中にインピーダンス制御を行っている間は一定周期ごと
に前記回転角度をストアするメモリ１６０５と、運動状
態教示時には前記関節駆動装置に肢体を取付けた状態で
インピーダンス制御を行うとともに、治療時には前記メ
モリに保存された前記回転角度を平衡点とするインピー
ダンス制御により教示した運動および力を再現するイン
ピーダンス制御部１６０６とを付加すればよい。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば機構
が簡単で装置の制御に複雑な計算を必要としないため、
設計が楽で、装置を安価で軽量なものにすることができ
る。また、構成に制約を受けないため、複数の関節に汎
用に使用可能できる装置の提供が可能である。更に駆動
したい関節を、直接駆動することが可能なため、肢体の
関節に無理な負荷をかけずに駆動でき、しかも装置の装
着位置と装置の駆動部の回転角度から、肢体の関節の角
度を容易に推定することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を膝関節に適用した実施例を示す側面図

【図２】従来の関節駆動装置を示す側面図

【図３】従来の関節駆動装置を示す側面図

【図４】従来の関節駆動装置を示す側面図

【図５】従来の関節駆動装置を示す側面図

【図６】従来の関節駆動装置を示す側面図

【図７】本発明を膝関節に適用した別の実施例を示す側
面図

【図８】請求項４及び請求項５を説明するための図

【図９】本発明を股関節に適用した実施例を示す側面図

【図１０】本発明を足関節に適用した実施例を示す側面
図

【図１１】本発明を肩関節に適用した実施例を示す側面
図

【図１２】本発明を肘関節に適用した実施例を示す側面
図

【図１３】本発明を手首関節に適用した実施例を示す側
面図

【図１４】本発明を指関節に適用した実施例を示す側面
図

【図１５】請求項７のズレを吸収する機構を説明する図

【図１６】本発明の実施例の制御ブロック図

【符号の説明】

１００：本発明を膝関節に適用した実施例による関節駆
動装置 ２００、３００、４００、５００、６００：関節駆動装
置 ７００：本発明を膝関節に適用した別の実施例による関
節駆動装置 ９００：本発明を股関節に適用した実施例による関節駆
動装置 １０００：本発明を足関節に適用した実施例による関節
駆動装置 １１００：本発明を肩関節に適用した実施例による関節
駆動装置 １２００：本発明を肘関節に適用した実施例による関節
駆動装置 １３００：本発明を手首関節に適用した実施例による関
節駆動装置 １４００：本発明を指関節に適用した実施例による関節
駆動装置 １０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７
０１、８０１：基台 ９０１、１００１、１１０１、１２０１、１３０１、１
４０１：基台 １０２、２０２、３０２、５０２、７０２、８０２、９
０２：回転駆動部 １００２、１１０２、１２０２、１３０２、１４０２：
回転駆動部 ４０２：直動駆動部 ６０２：第１回転駆動部 ６０４：第２回転駆動部 ６０６：第３回転駆動部 １０３、４０３、５０３、６０３、７０３、８０３、９
０３：第１リンク部材 １００３、１１０３、１２０３、１３０３、１４０３：
第１リンク部材 １０４、７０４、８０４、９０４、１００４、１１０
４：第１回転機構部 １２０４、１３０４、１４０４：第１回転機構部 １０５、４１１、５０５、６０５、７０５、８０５、９
０５：第２リンク部材 １００５、１１０５、１２０５、１３０５、１４０５：
第２リンク部材 ５１１、６１１：第３リンク部材 １０６、７０６、８０６、９０６、１００６、１１０
６：第２回転機構部 １２０６、１３０６、１４０６：第２回転機構部 ３０６、４０６、５０６、６０６：フリー回転部 ４０６、５０４：第１フリー回転部 ４１２、５１２：第２フリー回転部 ４１３：くの字状リンク部材 ６１２：固定部 １０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７、７
０７、８０７：装着部 ９０７、１００７、１１０７、１２０７、１３０７、１
４０７：装着部 ２０３、３０３：リンク部材 ３１０：スライド機構 １０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９、７
０９、８０９：膝関節 ９０９：股関節 １００９：足関節 １１０９：肩関節 １２０９：肘関節 １３０９：手首関節 １４０９：指関節

フロントページの続き (72)発明者 石橋 一郎 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 能動的に回転可能な回転駆動部と、ふた
   つの回転機構部と、肢体の関節の相隣合う肢体の少なく
   とも一方に装着可能な装着部とを備え、前記回転駆動部
   とふたつの前記回転機構部の各回転軸が、前記肢体の関
   節の回転軸に対して四辺形をなすように配置したことを
   特徴とする関節駆動装置。
2. 【請求項２】 前記回転機構部を前記回転駆動部の駆動
   により受動的に回転するフリー回転部としたことを特徴
   とする請求項１記載の関節駆動装置。
3. 【請求項３】 前記回転機構部の一方を前記回転駆動部
   に連動して回転する連動駆動部に、もう一方を前記回転
   駆動部および前記連動駆動部の駆動により受動的に回転
   するフリー回転部としたことを特徴とする請求項１記載
   の関節駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の装置において、前記回転
   駆動部とふたつの前記フリー回転部の各回転軸が、前記
   肢体の関節の回転軸に対して平行四辺形をなすように配
   置したことを特徴とする関節駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の装置において、前記回転
   駆動部と前記連動駆動部と前記フリー回転部の各回転軸
   が、前記肢体の関節の回転軸に対して平行四辺形をなす
   ように配置したことを特徴とする関節駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の装置において、各回転部
   間の距離が調節できることを特徴とする関節駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項３または請求項５記載の装置にお
   いて、前記肢体の関節が四辺形の位置からずれた場合の
   ズレを吸収する機構を備えたことを特徴とする関節駆動
   装置。
8. 【請求項８】 前記能動的に回転可能な回転駆動部は電
   動機で駆動され、その回転角度または回転速度を計測す
   る手段と、 前記装着部に取り付けられ肢体からの作用力を計測する
   力センサと、 前記電動機の回転角度または回転速度を制御する手段
   と、 運動状態教示時には前記関節駆動装置に肢体を取付けた
   状態で、インピーダンス制御を行う手段と、 前記インピーダンス制御を行っている間、一定周期ごと
   に前記回転角度をストアするメモリと、 治療時には前記メモリに保存された前記回転角度を平衡
   点とするインピーダンス制御により教示した運動および
   力を再現する手段と、を備えたことを特徴とする請求項
   １乃至７記載の関節駆動装置。