JP6479376B2 - 可動義手 - Google Patents

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、手掌部、第１の骨部材および第２の骨部材を覆い弾力性を有するカバー部材とを備え、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、線材を牽引し、牽引手段による線材の牽引が弱まるかまたは解除されたときに、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。
また、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。

（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ている場合に、カバー部材により定まる状態から、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）牽引手段が線材を牽引することにより、第１の骨部材の屈曲角度に応じて第１の骨部材に対して線材のうち案内部から牽引手段側の位置までの第１の部分がなす角度が変化し、第２の骨部材の屈曲角度に応じて第２の骨部材に対して線材のうち固定部から案内部までの第２の部分がなす角度が変化してもよい。

（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。
（１０）参考形態
（１）本参考形態に係る可動義手は、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。

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、
   前記手掌部、前記第１の骨部材および前記第２の骨部材を覆い弾力性を有するカバー部材とを備え、
   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、前記線材を牽引し、
   前記牽引手段による前記線材の牽引が弱まるかまたは解除されたときに、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、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ている場合に、前記カバー部材により定まる状態から、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. 前記牽引手段が前記線材を牽引することにより、前記第１の骨部材の屈曲角度に応じて前記第１の骨部材に対して前記線材のうち前記案内部から前記牽引手段側の位置までの第１の部分がなす角度が変化し、前記第２の骨部材の屈曲角度に応じて前記第２の骨部材に対して前記線材のうち前記固定部から前記案内部までの第２の部分がなす角度が変化する、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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