特許 6872340 電動義手

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6872340

(24)【登録日】2021年4月21日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】電動義手

(51)【国際特許分類】

   A61F 2/56 20060101AFI20210510BHJP

   A61F 2/70 20060101ALI20210510BHJP

   B25J 15/08 20060101ALN20210510BHJP

【ＦＩ】

   A61F2/56

   A61F2/70

   !B25J15/08 J

【請求項の数】3

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-198297(P2016-198297)

(22)【出願日】2016年10月6日

(65)【公開番号】特開2018-57647(P2018-57647A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2019年8月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】518087269

【氏名又は名称】入江 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(74)【代理人】

【識別番号】100108523

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 雅博

(74)【代理人】

【識別番号】100125704

【弁理士】

【氏名又は名称】坂根 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(73)【特許権者】

【識別番号】000181826

【氏名又は名称】社会福祉法人兵庫県社会福祉事業団

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(74)【代理人】

【識別番号】100108523

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 雅博

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(72)【発明者】

【氏名】入江 満

(72)【発明者】

【氏名】陳 隆明

(72)【発明者】

【氏名】本田 雄一郎

【審査官】 木村 立人

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第４２４６６６１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平１−２４６０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−８７０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２２３４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−５４９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表昭６１−５００５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１２９２４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１３０５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４４０９５２９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２５３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−８３０２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｆ ２／５６

Ａ６１Ｆ ２／７０

Ｂ２５Ｊ １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

線材連結部材を含む手掌部と、
前記手掌部から屈曲可能に延びる複数の義指と、
一端が複数の前記義指にそれぞれ設けられた複数の固定部のいずれかに固定され、他端が前記線材連結部材に所定の距離を隔てて位置決めされた２つの第１接続箇所のいずれかに接続され、複数の前記義指に沿ってそれぞれ設けられる複数の線材と、
２つの前記第１接続箇所が並ぶ方向において２つの前記第１接続箇所の間に位置決めされた前記線材連結部材の第２接続箇所を使用者の腕の側から牽引することにより前記義指を屈曲させる牽引装置とを備え、
前記手掌部は、前記牽引装置に接続軸を介して揺動自在に接続され、
前記牽引装置は、
本体部および軸を有する単数の直動型ステッピングモータと、
前記直動型ステッピングモータを、前記軸が前記使用者の腕から前記手掌部に向かう方向に延びるように収容する支持部材とを含み、
前記直動型ステッピングモータの軸は、前記支持部材の中心部を通るように設けられ、
前記直動型ステッピングモータは、前記軸および前記本体部のうち一方が前記支持部材に対して相対的に移動せずかつ前記軸および前記本体部のうち他方が前記支持部材に対して相対的に移動可能なように前記支持部材に支持され、
前記線材は、前記直動型ステッピングモータの前記軸および前記本体部のうち他方の移動により前記線材連結部材を介して牽引されるように構成され、
前記線材連結部材および前記線材は、前記直動型ステッピングモータに電流が供給されないときに前記本体部と前記軸との相対的な位置を保持する保持力が作用し、前記義指の屈曲状態が保持できるように構成された、電動義手。

【請求項2】

前記直動型ステッピングモータにパルス信号を与えるパルス信号発生部と、
前記直動型ステッピングモータに流れる電流の電流値に基づいて前記義指の屈曲時に前記義指に物体が接触していることを検出する接触検出部とをさらに備え、
前記パルス信号発生部は、前記接触検出部により前記物体の接触が検出された場合に前記義指の屈曲速度が前記物体の接触の検出前よりも低下するように、前記パルス信号の周波数を低下させる、請求項１記載の電動義手。

【請求項3】

前記直動型ステッピングモータは、
ロータおよびステータと、
前記パルス信号発生部から与えられるパルス信号に基づいて前記ステータに電流を供給する駆動回路と、
前記ステータに流れる電流の電流値を、前記直動型ステッピングモータに流れる電流の電流値として検出する電流検出回路とを含み、
前記接触検出部は、前記電流検出回路により検出された電流値に基づいて前記義指に物体が接触していることを検出する、請求項２記載の電動義手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の義指および手掌部を備える電動義手に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、複数の義指を備える種々の電動義手が提案されている。電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。

【0003】

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、物体を把持することが可能になる。一方、各可動指の第１指骨および第２指骨がそれぞれ屈曲した状態で屈伸誘導線状部材が手掌部側から繰り出されると、第１指骨および第２指骨が元の状態に復元する。それにより、把持されていた物体を放すことが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−８３０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の多肢可動ロボットハンドにおいては、屈伸誘導線状部材を牽引または繰り出すための駆動系として、一対のウォーム、一対のウォームギアおよび一対の駆動モータが手掌部に設けられる。これらの部材を設置可能なスペースには限界がある。限られたスペースに多数の部品を設けると、構成が複雑化する。それにより、多肢可動ロボットハンドの製造コストおよび重量が増大する。

【0006】

本発明の目的は、低コスト化および軽量化が可能な電動義手を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明に係る電動義手は、線材連結部材を含む手掌部と、手掌部から屈曲可能に延びる複数の義指と、一端が複数の義指にそれぞれ設けられた複数の固定部のいずれかに固定され、他端が線材連結部材に所定の距離を隔てて位置決めされた２つの第１接続箇所のいずれかに接続され、複数の義指に沿ってそれぞれ設けられる複数の線材と、２つの第１接続箇所が並ぶ方向において２つの第１接続箇所の間に位置決めされた線材連結部材の第２接続箇所を使用者の腕の側から牽引することにより義指を屈曲させる牽引装置とを備え、手掌部は、牽引装置に接続軸を介して揺動自在に接続され、牽引装置は、本体部および軸を有する単数の直動型ステッピングモータと、直動型ステッピングモータを、軸が使用者の腕から手掌部に向かう方向に延びるように収容する支持部材とを含み、直動型ステッピングモータの軸は、支持部材の中心部を通るように設けられ、直動型ステッピングモータは、軸および本体部のうち一方が支持部材に対して相対的に移動せずかつ軸および本体部のうち他方が支持部材に対して相対的に移動可能なように支持部材に支持され、線材は、直動型ステッピングモータの軸および本体部のうち他方の移動により線材連結部材を介して牽引されるように構成され、線材連結部材および線材は、直動型ステッピングモータに電流が供給されないときに本体部と軸との相対的な位置を保持する保持力が作用し、義指の屈曲状態が保持できるように構成される。

【0008】

その電動義手においては、直動型ステッピングモータの軸および本体部のうち一方が支持部材に対して相対的に移動せず、直動型ステッピングモータの軸および本体部のうち他方が支持部材に対して相対的に移動する。軸および本体部のうち他方の移動により線材が牽引され、義指が屈曲する。この場合、動力源と線材との間で動力の向きを変更するための部材が不要であるので、構成が単純化されるとともに部品点数が削減される。したがって、電動義手の低コスト化および軽量化が可能となる。

【0009】

また、直動型ステッピングモータにおいては、電流が供給されないときに軸と本体部との相対的な位置を保持するための保持力が作用する。そのため、義指の屈曲状態を保持させる際に電流の供給が不要である。したがって、電動義手の消費電力および発熱が低減される。

【0010】

さらに、義指の屈曲時に直動型ステッピングモータの本体部が電動義手の義指から遠ざかる方向に移動する場合、電動義手の重心が義指よりも腕に近づく。それにより、使用者が電動義手により把持した物体を持ち上げやすくなる。

【0018】

（２）電動義手は、直動型ステッピングモータにパルス信号を与えるパルス信号発生部と、直動型ステッピングモータに流れる電流の電流値に基づいて義指の屈曲時に義指に物体が接触していることを検出する接触検出部とをさらに備え、パルス信号発生部は、接触検出部により物体の接触が検出された場合に義指の屈曲速度が物体の接触の検出前よりも低下するように、パルス信号の周波数を低下させてもよい。
直動型ステッピングモータに与えられるパルス信号の周波数が低下すると、直動型ステッピングモータの牽引力が増加する。それにより、使用者が電動義手により物体を把持する際に、義指が物体に接触すると、義指の屈曲速度が低下するとともに義指による物体の把持力が増加する。したがって、使用者は、電動義手により健常手に近い感覚で物体を把持することができる。
（３）直動型ステッピングモータは、ロータおよびステータと、パルス信号発生部から与えられるパルス信号に基づいてステータに電流を供給する駆動回路と、ステータに流れる電流の電流値を、直動型ステッピングモータに流れる電流の電流値として検出する電流検出回路とを含み、接触検出部は、電流検出回路により検出された電流値に基づいて義指に物体が接触していることを検出してもよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、電動義手の低コスト化および軽量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１の実施の形態に係る電動義手の平面図である。

【図2】図１の電動義手の側面図である。

【図3】図１の義手本体部の平面図である。

【図4】図３の義手本体部の側面図である。

【図5】（ａ）は第１の実施の形態係る牽引装置の動作状態の一例を示す外観斜視図であり、（ｂ）は第１の実施の形態係る牽引装置の動作状態の他の例を示す外観斜視図である。

【図6】電動義手の制御系のブロック図である。

【図7】図１の制御装置において実行される一連の処理の一例を示すフローチャートである。

【図8】（ａ）は第２の実施の形態に係る牽引装置の動作状態の一例を示す外観斜視図であり、（ｂ）は第２の実施の形態に係る牽引装置の動作状態の他の例を示す外観斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の一実施の形態に係る電動義手について図面を参照しつつ説明する。

【0022】

［１］第１の実施の形態
（１）電動義手の概略構成
図１は第１の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、手首部材１９０、牽引装置２００、装着部材３００、制御装置４００、カバー部材５００、パルス信号発生部９００、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。

【0023】

装着部材３００は、腕（本例では右腕）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、パルス信号発生部９００、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。

【0024】

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が腕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。

【0025】

制御装置４００は、第１の筋電センサＳ１および第２の筋電センサＳ２による第１の筋電信号および第２の筋電信号の検出に基づいて、パルス信号発生部９００を制御する。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、制御装置４００およびパルス信号発生部９００に供給する。パルス信号発生部９００は、制御装置４００の制御に基づいて牽引装置２００にパルス信号を与える。

【0026】

装着部材３００の先端に牽引装置２００、手首部材１９０および義手本体部１００がこの順で設けられる。牽引装置２００が駆動されることにより、義手本体部１００が動作する。義手本体部１００および牽引装置２００の詳細は後述する。

【0027】

図１に示すように、義手本体部１００と手首部材１９０とは、接続軸１９１を介して接続される。義手本体部１００は、手掌板１２０を含む。手首部材１９０は、図１に太い矢印Ｒ１で示すように、義手本体部１００を手掌板１２０に垂直な接続軸１９１の周りで揺動可能に支持する。また、図２に示すように、手首部材１９０と牽引装置２００とは、接続軸１９２を介して接続される。牽引装置２００は、図２に太い矢印Ｒ２で示すように、義手本体部１００を手掌板１２０に平行な接続軸１９２の周りで揺動可能に支持する。

【0028】

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。

【0029】

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を腕ｈｂに装着することができる。

【0030】

（２）義手本体部の構成および基本動作
図３は図１の義手本体部１００の平面図であり、図４は図３の義手本体部１００の側面図である。義手本体部１００は、手掌部１０、非可動義指２０および４つの義指３０を含む。手掌部１０は、上記の手掌板１２０に加えて、手掌板１１０、線材連結部材１３０および支持軸１４０を含む。手掌板１１０，１２０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。手掌板１１０は手掌部１０の手のひら側（内側）部分を構成し、手掌板１２０は手掌部１０の手の甲側（外側）部分を構成する。

【0031】

以下の説明では、義手本体部１００、手首部材１９０および牽引装置２００が並ぶ方向を電動義手１の前後方向と呼ぶ。また、牽引装置２００から義手本体部１００へ向かう方向を前方と呼び、義手本体部１００から牽引装置２００へ向かう方向を後方と呼ぶ。

【0032】

手掌板１１０は前端部ｆ１および後端部ｂ１を有する。後端部ｂ１の中央部分から後方に突出するように、突出部ｂｐ１が設けられている。手掌板１２０は前端部ｆ２および後端部ｂ２を有する。後端部ｂ２の中央部分から後方に突出するように、突出部ｂｐ２が設けられている。手掌板１１０，１２０の突出部ｂｐ１，ｂｐ２は互いに対向する。突出部ｂｐ１，ｂｐ２には、図１の接続軸１９１が取り付けられる。

【0033】

手掌板１１０，１２０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。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、図１の牽引装置２００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。本実施の形態においては、線材Ｗ１および共通線材Ｗ２３，Ｗ４５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。

【0034】

手掌部１０の一側部には、手掌板１１０，１２０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、手掌板１１０，１２０をつなぐ連結部材Ｑにより固定される。

【0035】

非可動義指２０は、支持片２１および骨部材２２を含み、第１指として機能する。支持片２１は、支持軸１４０に取り付けられる。支持片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。

【0036】

４つの義指３０は、前後方向の長さが異なる点を除いて基本的に同じ構成を有し、第２指〜第５指として機能する。各義指３０は、支持片３１、２つの骨部材３２，３３および線材Ｗを含む。４つの支持片３１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。各支持片３１は、手掌板１１０，１２０の前端部ｆ１，ｆ２に挟み込まれた状態で、手掌板１１０，１２０に接続される。支持片３１と骨部材３２の一端部とがピンｐ１により連結される。骨部材３２の他端部と骨部材３３の一端部とがピンｐ２により連結される。

【0037】

骨部材３３の略中央部には、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の先端が固定部ｊに固定される。骨部材３２には、線材Ｗが骨部材３３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、ヒートンねじにより構成される。なお、案内部ｇは、骨部材３２の一部で構成されてもよい。例えば、骨部材３２の一部に線材Ｗを挿通可能な貫通孔を形成することにより、その貫通孔を案内部ｇとしてもよい。

【0038】

手掌部１０の手掌板１１０には、４つの義指３０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、対応する支持片３１の近傍にそれぞれ位置する。４つの長孔ｈには、骨部材３３の固定部ｊから骨部材３２の案内部ｇを通して案内される線材Ｗが挿通される。

【0039】

４つの義指３０のうち手掌部１０の一側部に近い２つの義指３０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、手掌板１１０，１２０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、４つの義指３０のうち手掌部１０の他側部に近い２つの義指３０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、手掌板１１０，１２０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。

【0040】

図１の牽引装置２００は、図１の第１の筋電センサＳ１により第１の筋電信号が検出されたときに、線材連結部材１３０の貫通孔ｋ２に取り付けられた線材Ｗ１を後方に牽引する。この場合、線材連結部材１３０が後方に移動することにより、その線材連結部材１３０の貫通孔ｋ１，ｋ３に挿通された共通線材Ｗ２３，Ｗ４５（４つの義指３０の線材Ｗ）が後方に牽引される。このとき、各義指３０では、骨部材３３の固定部ｊに骨部材３２の案内部ｇへ向かう力が発生する。この力に基づいて、骨部材３３がピンｐ２の軸心を支点として手掌部１０の内側に向かって屈曲する。また、骨部材３２の案内部ｇに手掌部１０に向かう力が発生する。この力に基づいて、骨部材３２がピンｐ１の軸心を支点として手掌部１０の内側に向かって屈曲する。このようにして、電動義手１による物体の把持動作が行われる。

【0041】

一方、図１の第２の筋電センサＳ２により第２の筋電信号が検出されたときには、図１の牽引装置２００は線材連結部材１３０の貫通孔ｋ２に取り付けられた線材Ｗ１を前方に繰り出す。図１のカバー部材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、カバー部材５００の復元力が４つの義指３０の線材Ｗに作用することにより、線材連結部材１３０には前方に向く力が作用している。したがって、４つの義指３０が屈曲した状態で牽引装置２００から線材Ｗ１が繰り出されると、線材連結部材１３０が前方に移動し、４つの義指３０が伸展する。このようにして、電動義手１から物体を放す動作が行われる。

【0042】

上記の支持片２１，３１、骨部材２２，３２，３３、手掌板１１０，１２０、線材連結部材１３０および連結部材Ｑ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。

【0043】

（３）牽引装置の構成
図５（ａ）は第１の実施の形態係る牽引装置２００の動作状態の一例を示す外観斜視図であり、図５（ｂ）は第１の実施の形態係る牽引装置２００の動作状態の他の例を示す外観斜視図である。図５（ａ），（ｂ）では、牽引装置２００の構成が理解しやすいように、牽引装置２００のうち一部の構成（後述する上板２３２）が点線で示される。

【0044】

図５（ａ），（ｂ）に示すように、牽引装置２００は、支持部材２２０および直動型ステッピングモータ２５０を含む。支持部材２２０は、側板２２１，２２２、底板２３１、上板２３２、後部板２２３、固定板２４１，２４２および回転規制板２６０を含み、直動型ステッピングモータ２５０を支持する。支持部材２２０を構成する各部材は、手掌板１１０等と同様に、例えば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。直動型ステッピングモータ２５０は、軸２５１および本体部２５２を含む。なお、本体部２５２は、ロータ、ステータ、ハウジング、後述する駆動回路２５３（図６）および後述する電流検出回路２５４（図６）を含む。本体部２５２のロータおよびステータは、本発明の動作部の例である。

【0045】

底板２３１および上板２３２は同一形状を有する。底板２３１および上板２３２は、前後方向に延びるとともに一定の間隔をおいて互いに対向するように配置される。底板２３１および上板２３２の前端部近傍の両側部をつなぐように一対の側板２２１，２２２が設けられる。側板２２１，２２２には、図２の接続軸１９２を介して手首部材１９０が接続される。底板２３１および上板２３２の後端部近傍をつなぐように後部板２２３が設けられる。

【0046】

底板２３１と上板２３２との間で、前後方向に間隔をおいて並ぶようにかつ互いに対向するように固定板２４１，２４２が設けられている。固定板２４１，２４２の間には、直動型ステッピングモータ２５０の軸２５１が、前後方向に延びるようにかつ支持部材２２０に対して前後方向に移動不可能に固定される。この状態で、直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２は、支持部材２２０に対して前後方向に移動可能である。

【0047】

本体部２５２の前端部には、回転規制板２６０が取り付けられている。回転規制板２６０の中央部には貫通孔が形成されている。回転規制板２６０の貫通孔に直動型ステッピングモータ２５０の軸２５１が挿通されている。

【0048】

前後方向に直交しかつ上板２３２に平行な方向において、回転規制板２６０の寸法は底板２３１および上板２３２の寸法よりも大きい。それにより、回転規制板２６０は、底板２３１および上板２３２のうち少なくとも一方に接触することにより、本体部２５２のうちロータを除く部分の回転を規制する。

【0049】

回転規制板２６０には、線材接続部ｎが設けられている。線材接続部ｎには図３の線材Ｗ１の後端が接続される。線材接続部ｎは、例えばヒートンねじにより構成される。なお、線材接続部ｎは、回転規制板２６０の一部で構成されてもよい。例えば、回転規制板２６０に線材Ｗ１を締結可能な貫通孔を形成することにより、その貫通孔を線材接続部ｎとしてもよい。

【0050】

牽引装置２００の駆動時には、パルス信号発生部９００から直動型ステッピングモータ２５０に後述する第１のパルス信号または第２のパルス信号が与えられる。それにより、本体部２５２が支持部材２２０に対して前後方向に移動する。

【0051】

具体的には、物体を把持するために線材Ｗ１が後方に牽引される際には、図５（ａ）に示すように、直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が後方の固定板２４２の近傍まで移動する。一方、保持された物体を放すために線材Ｗ１が前方に繰り出される際には、図５（ｂ）に示すように、直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が側板２２１，２２２の近傍まで移動する。

【0052】

（４）電動義手の制御系
図６は、電動義手１の制御系のブロック図である。図６に示すように、制御装置４００は、制御部４１０および記憶部４６０を含む。また、直動型ステッピングモータ２５０は、駆動回路２５３および電流検出回路２５４を含む。駆動回路２５３は、外部から与えられるパルス信号に基づいてステータに電流を供給する。電流検出回路２５４は、駆動回路２５３からステータに流れる駆動電流の電流値を検出する。

【0053】

制御装置４００の制御部４１０は例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）で構成され、記憶部４６０は例えばＲＯＭ（リードオンリメモリ）で構成される。なお、制御部４１０および記憶部４６０は、マイクロコンピュータで構成されてもよい。

【0054】

記憶部４６０には、パルス信号発生部９００を制御するための制御プログラムおよび種々の情報が記憶される。制御部４１０は、筋電信号取得部４２０、屈曲制御部４３０、位置検出部４４０および接触検出部４５０を含む。これら各部の機能は、制御部４１０が記憶部４６０に記憶された制御プログラムを実行することにより実現される。

【0055】

筋電信号取得部４２０は、第１の筋電センサＳ１により検出される第１の筋電信号と第２の筋電センサＳ２により検出される第２の筋電信号とを取得する。なお、第１の筋電信号および第２の筋電信号は、同時に検出されることはないものとする。

【0056】

屈曲制御部４３０は、取得された第１の筋電信号または第２の筋電信号に基づいてパルス信号発生部９００を制御する。例えば、屈曲制御部４３０は、第１の筋電信号が取得された場合に、第１の筋電信号に対応する第１のパルス信号を出力するようにパルス信号発生部９００を制御する。それにより、パルス信号発生部９００から直動型ステッピングモータ２５０の駆動回路２５３に第１のパルス信号が与えられる。この場合、直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が軸２５１に対して後方に移動する。

【0057】

一方、屈曲制御部４３０は、第２の筋電信号が取得された場合に、第２の筋電信号に対応する第２のパルス信号を出力するようにパルス信号発生部９００を制御する。それにより、パルス信号発生部９００から直動型ステッピングモータ２５０の駆動回路２５３に第２のパルス信号が与えられる。この場合、直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が軸２５１に対して前方に移動する。

【0058】

他方、屈曲制御部４３０は、第１の筋電信号および第２の筋電信号のいずれもが取得されない場合に、第１のパルス信号および第２のパルス信号のいずれも出力しないようにパルス信号発生部９００を制御する。

【0059】

位置検出部４４０は、パルス信号発生部９００から直動型ステッピングモータ２５０に与えられる第１のパルス信号および第２のパルス信号のパルス数を計数し、計数値に基づいて軸２５１上の本体部２５２の位置を検出する。

【0060】

記憶部４６０には、軸２５１上での本体部２５２の移動可能範囲を規定する前方限界位置と後方限界位置とが予め記憶されている。前方限界位置は軸２５１の前端部近傍に設定され、後方限界位置は軸２５１の後端部近傍に設定される。

【0061】

屈曲制御部４３０は、第１の筋電信号の取得時に本体部２５２が後方限界位置に到達すると、第１のパルス信号および第２のパルス信号のいずれも出力しないようにパルス信号発生部９００を制御する。また、屈曲制御部４３０は、第２の筋電信号の取得時に本体部２５２が前方限界位置に到達すると、第１のパルス信号および第２のパルス信号のいずれも出力しないようにパルス信号発生部９００を制御する。その結果、本体部２５２が移動可能範囲から外れることが防止される。

【0062】

駆動回路２５３からステータに流れる駆動電流の電流値は、直動型ステッピングモータ２５０で発生される推力に対する反力が直動型ステッピングモータ２５０に作用することにより変動する。そこで、直動型ステッピングモータ２５０の電流検出回路２５４は、検出される駆動電流の電流値を接触検出部４５０に与える。この場合、接触検出部４５０は、第１の筋電信号の取得時に、電流検出回路２５４から与えられる電流値に基づいて、４つの義指３０のいずれかと物体との接触を検出する。屈曲制御部４３０は、第１の筋電信号の取得時において接触検出部４５０により義指３０と物体との接触が検出された場合に、義指３０が物体に接触する前よりも低下するように第１のパルス信号の周波数を変化させる。

【0063】

ここで、直動型ステッピングモータ２５０に与えられるパルス信号の周波数が低下すると、直動型ステッピングモータ２５０の推力が増加する。そのため、上記の構成によれば、義指３０の屈曲中に義指３０が物体に接触することにより、義指３０の屈曲速度が低下するとともに義指３０による物体の把持力が増加する。

【0064】

図７に示される筋電信号取得部４２０、屈曲制御部４３０、位置検出部４４０および接触検出部４５０の一部または全部の機能は、制御部４１０および制御プログラムに限らず、電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。また、上記の例では、パルス信号発生部９００から直動型ステッピングモータ２５０に第１のパルス信号および第２のパルス信号が出力されるが、制御装置４００の制御部４１０が、直動型ステッピングモータ２５０に第１のパルス信号および第２のパルス信号を出力してもよい。

【0065】

（５）制御装置の動作
図７は、図１の制御装置４００において実行される一連の処理の一例を示すフローチャートである。図７の一連の処理は、電動義手１の電源がオン状態にあるときに一定周期で実行される。

【0066】

まず、図６の制御部４１０は、第１の筋電信号が取得されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。第１の筋電信号を取得した場合、制御部４１０は、第１のパルス信号および第２のパルス信号のパルス数の計数値に基づいて軸２５１上の本体部２５２の位置を検出する（ステップＳ１２）。

【0067】

次に、制御部４１０は、牽引装置２００により線材Ｗ１を牽引することが可能であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部４１０は、検出された本体部２５２の位置に基づいて、本体部２５２が後方限界位置にない場合に線材Ｗ１を牽引することが可能であると判定する。一方、制御部４１０は、本体部２５２が後方限界位置にある場合に線材Ｗ１を牽引することが不可能であると判定する。制御部４１０は、牽引が不可能である場合、後述するステップＳ３１の処理に進む。

【0068】

制御部４１０は、牽引が可能である場合、４つの義指３０のいずれかと物体とが接触しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。この判定処理は、直動型ステッピングモータ２５０の駆動電流に基づいて４つの義指３０のいずれかと物体との接触を検出することにより行われる。制御部４１０は、義指３０と物体とが接触していないと判定した場合、予め定められた第１の周波数で第１のパルス信号を出力するようにパルス信号発生部９００を制御し（ステップＳ１５）、ステップＳ１１の処理に戻る。一方、制御部４１０は、義指３０と物体とが接触していると判定した場合、第１の周波数よりも低い第２の周波数で第１のパルス信号を出力するようにパルス信号発生部９００を制御し（ステップＳ１６）、ステップＳ１１の処理に戻る。

【0069】

上記のステップＳ１１において、第１の筋電信号を取得していない場合、制御部４１０は、第２の筋電信号が取得されたか否かを判定する（ステップＳ２１）。第２の筋電信号を取得した場合、制御部４１０は、ステップＳ１２の処理と同様に、軸２５１上の本体部２５２の位置を検出する（ステップＳ２２）。

【0070】

次に、制御部４１０は、牽引装置２００により線材Ｗ１を繰り出すことが可能であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。具体的には、制御部４１０は、検出された本体部２５２の位置に基づいて、本体部２５２が前方限界位置にない場合に線材Ｗ１を繰り出すことが可能であると判定する。一方、制御部４１０は、本体部２５２が前方限界位置にある場合に線材Ｗ１を繰り出すことが不可能であると判定する。制御部４１０は、繰り出しが不可能である場合、後述するステップＳ３１の処理に進む。

【0071】

制御部４１０は、繰り出しが可能である場合、予め定められた一定の周波数で第２のパルス信号を出力するようにパルス信号発生部９００を制御し（ステップＳ２４）、ステップＳ１１の処理に戻る。

【0072】

ステップＳ１３において牽引が不可能である場合、ステップＳ２１において第２の筋電信号を取得していない場合、およびステップＳ２３において繰り出しが不可能である場合、制御部４１０は、第１のパルス信号および第２のパルス信号を出力しないようにパルス信号発生部９００を制御し（ステップＳ３１）、一連の処理を終了する。

【0073】

直動型ステッピングモータ２５０においては、駆動回路２５３からステータに電流が供給されないときに軸２５１と本体部２５２との相対的な位置を保持するための保持力（推力）が作用する。そのため、義指３０の屈曲状態を保持させる際に電流の供給が不要である。そこで、図７の例では、ステップＳ３１の処理により、義指３０が屈曲または伸展する場合を除いて直動型ステッピングモータ２５０に電流が供給されない。

【0074】

（６）効果
上記の電動義手１においては、直動型ステッピングモータ２５０の軸２５１が支持部材２２０に対して相対的に移動せず、直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が支持部材２２０に対して相対的に移動する。本体部２５２の移動により線材Ｗ１が牽引され、４つの義指３０が屈曲する。このように、直動型ステッピングモータ２５０が用いられることにより、直動型ステッピングモータ２５０と線材Ｗ１との間に、ウォームおよびウォームギア等の動力の向きを変更するための部材を設ける必要がない。それにより、構成が単純化されるとともに部品点数が削減される。したがって、電動義手１の低コスト化および軽量化が可能となる。

【0075】

また、上記の例では、義指３０が屈曲または伸展する場合を除いて直動型ステッピングモータ２５０に電流が供給されない。したがって、電動義手１の消費電力および発熱が低減される。

【0076】

また、義指３０の屈曲時に直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が後方に移動するので、電動義手１の重心が４つの義指３０よりも腕ｈｂに近づく。それにより、使用者が電動義手１により把持した物体を持ち上げやすくなる。

【0077】

さらに、上記の電動義手１においては、使用者が電動義手１により物体を把持する際に、義指３０と物体との接触が検出された場合に、義指３０が物体に接触する前よりも低下するように直動型ステッピングモータ２５０に与えられる第１のパルス信号の周波数が変化する。この場合、使用者が電動義手１により物体を把持する際に義指３０が物体に接触することにより、義指３０の屈曲速度が低下するとともに義指３０による物体の把持力が増加する。したがって、使用者は、電動義手１により健常手に近い感覚で物体を把持することができる。

【0078】

［２］第２の実施の形態
第２の実施の形態に係る電動義手は、牽引装置の構成が第１の実施の形態に係る電動義手１とは異なる。第２の実施の形態に係る牽引装置について、第１の実施の形態に係る牽引装置２００と異なる部分を図面を参照しつつ説明する。

【0079】

（１）牽引装置の構成
図８（ａ）は第２の実施の形態に係る牽引装置の動作状態の一例を示す外観斜視図であり、図８（ｂ）は第２の実施の形態に係る牽引装置の動作状態の他の例を示す外観斜視図である。図８（ａ），（ｂ）では、牽引装置２００Ｘの構成が理解しやすいように、牽引装置２００Ｘのうち上板２３２Ｘが点線で示される。

【0080】

図８（ａ），（ｂ）に示すように、牽引装置２００Ｘは、支持部材２２０Ｘおよび直動型ステッピングモータ２５０を含む。支持部材２２０Ｘは、側板２２１，２２２、底板２３１Ｘ、上板２３２Ｘ、後部板２２３Ｘおよび移動支持板２７０を含み、直動型ステッピングモータ２５０を支持する。

【0081】

底板２３１Ｘおよび上板２３２Ｘは、前後方向に延びるとともに一定の間隔をおいて互いに対向するように配置される。底板２３１Ｘおよび上板２３２Ｘの中央部分には、前後方向に延びる矩形のガイド孔２３１ｇ，２３２ｇがそれぞれ形成されている。底板２３１Ｘおよび上板２３２Ｘの前端部近傍の両側部をつなぐように一対の側板２２１，２２２が設けられる。ガイド孔２３１ｇ，２３２ｇのわずかに後方の位置で、底板２３１Ｘおよび上板２３２Ｘをつなぐように後部板２２３Ｘが設けられる。後部板２２３Ｘの中央部には貫通孔が形成されている。

【0082】

後部板２２３Ｘの貫通孔に直動型ステッピングモータ２５０の軸２５１が挿通され、後部板２２３Ｘに直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が接続される。後部板２２３Ｘにより、直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が、支持部材２２０Ｘに対して前後方向に移動不可能に固定される。この状態で、直動型ステッピングモータ２５０の軸２５１は、支持部材２２０Ｘに対して前後方向に移動可能である。

【0083】

軸２５１の前端部には、後部板２２３Ｘに対向するように略矩形の移動支持板２７０が設けられている。移動支持板２７０は、軸２５１の前端部を底板２３１Ｘと上板２３２Ｘとの間の中間位置に支持しつつ、軸２５１とともに前後方向に移動可能に構成される。移動支持板２７０は、本発明の移動支持板の例である。

【0084】

移動支持板２７０には、底板２３１Ｘおよび上板２３２Ｘのガイド孔２３１ｇ，２３２ｇにそれぞれ対応する一対の突起部２７１が形成されている。一対の突起部２７１は、ガイド孔２３１ｇ，２３２ｇにそれぞれ挿入されている。移動支持板２７０には、さらに線材接続部ｎが設けられている。

【0085】

牽引装置２００Ｘの駆動時には、パルス信号発生部９００から直動型ステッピングモータ２５０に第１のパルス信号または第２のパルス信号が与えられる。それにより、軸２５１が支持部材２２０Ｘに対して前後方向に移動する。

【0086】

具体的には、物体を把持するために線材Ｗ１が後方に牽引される際には、図８（ａ）に示すように、移動支持板２７０が直動型ステッピングモータ２５０の軸２５１の移動とともに後部板２２３Ｘの近傍まで移動する。一方、保持された物体を放すために線材Ｗ１が前方に繰り出される際には、図８（ｂ）に示すように、移動支持板２７０が直動型ステッピングモータ２５０の軸２５１の移動とともに側板２２１，２２２の近傍まで移動する。

【0087】

本実施の形態に係る電動義手１においても、制御装置４００により図７の例と同様の一連の処理が実行される。なお、本例では、図７のステップＳ１５，Ｓ１６において、第１のパルス信号に代えて第２のパルス信号が出力されるようにパルス信号発生部９００が制御される。また、図７のステップＳ２４において、第２のパルス信号に代えて第１のパルス信号が出力されるようにパルス信号発生部９００が制御される。

【0088】

さらに、図７のステップＳ１３において、制御部４１０は、本体部２５２が前方限界位置にない場合に線材Ｗ１を牽引することが可能であると判定する。一方、制御部４１０は、本体部２５２が前方限界位置にある場合に線材Ｗ１を牽引することが不可能であると判定する。また、図７のステップＳ２３において、制御部４１０は、本体部２５２が後方限界位置にない場合に線材Ｗ１を繰り出すことが可能であると判定する。一方、制御部４１０は、本体部２５２が後方限界位置にある場合に線材Ｗ１を繰り出すことが不可能であると判定する。

【0089】

（２）効果
上記の電動義手１においては、直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が支持部材２２０Ｘに対して相対的に移動せず、直動型ステッピングモータ２５０の軸２５１が支持部材２２０Ｘに対して相対的に移動する。軸２５１の移動により線材Ｗ１が牽引され、４つの義指３０が屈曲する。この場合、直動型ステッピングモータ２５０と線材Ｗ１との間に、ウォームおよびウォームギア等の動力の向きを変更するための部材を設ける必要がない。それにより、構成が単純化されるとともに部品点数が削減される。したがって、電動義手１の低コスト化および軽量化が可能となる。

【0090】

また、義指３０の屈曲時に直動型ステッピングモータ２５０の本体部２５２が移動せずに軸２５１が移動するので、電動義手１の重心がほとんど移動しない。それにより、使用者は、電動義手１により物体を安定に把持することができる。

【0091】

［３］他の実施の形態
上記実施の形態では、直動型ステッピングモータ２５０に流れる駆動電流の変化に基づいて義指３０と物体との接触が検出されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、４つの義指３０に物体との接触を検出することが可能な接触センサが設けられてもよい。この場合、制御部４１０は、図７のステップＳ１４において、接触センサによる接触の検出に基づいて義指３０と物体との接触の有無を判定してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本発明は、対象物を把持可能に構成された電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。
［４］参考形態
（１）第１の参考形態に係る電動義手は、手掌部と、手掌部から屈曲可能に延びる義指と、義指に沿って設けられる線材と、使用者の腕の側から線材を牽引することにより義指を屈曲させる牽引装置とを備え、牽引装置は、本体部および軸を有する直動型ステッピングモータと、支持部材とを含み、直動型ステッピングモータは、軸が支持部材に対して相対的に移動せずかつ本体部が支持部材に対して相対的に移動可能なように支持部材に支持され、線材は、直動型ステッピングモータの本体部の移動により牽引されるように構成される。
その電動義手においては、直動型ステッピングモータの軸が支持部材に対して相対的に移動せず、直動型ステッピングモータの本体部が支持部材に対して相対的に移動する。本体部の移動により線材が牽引され、義指が屈曲する。この場合、動力源と線材との間で動力の向きを変更するための部材が不要であるので、構成が単純化されるとともに部品点数が削減される。したがって、電動義手の低コスト化および軽量化が可能となる。
また、直動型ステッピングモータにおいては、電流が供給されないときに軸と本体部との相対的な位置を保持するための保持力が作用する。そのため、義指の屈曲状態を保持させる際に電流の供給が不要である。したがって、電動義手の消費電力および発熱が低減される。
さらに、義指の屈曲時に直動型ステッピングモータの本体部が電動義手の義指から遠ざかる方向に移動するので、電動義手の重心が義指よりも腕に近づく。それにより、使用者が電動義手により把持した物体を持ち上げやすくなる。
（２）第２の参考形態に係る電動義手は、手掌部と、手掌部から屈曲可能に延びる義指と、義指に沿って設けられる線材と、使用者の腕の側から線材を牽引することにより義指を屈曲させる牽引装置とを備え、牽引装置は、本体部および軸を有する直動型ステッピングモータと、支持部材とを含み、直動型ステッピングモータは、本体部が支持部材に対して相対的に移動せずかつ軸が支持部材に対して相対的に移動可能なように支持部材に支持され、線材は、直動型ステッピングモータの軸の移動により牽引されるように構成される。
その電動義手においては、直動型ステッピングモータの本体部が支持部材に対して相対的に移動せず、直動型ステッピングモータの軸が支持部材に対して相対的に移動する。軸の移動により線材が牽引され、義指が屈曲する。この場合、動力源と線材との間で動力の向きを変更するための部材が不要であるので、構成が単純化されるとともに部品点数が削減される。したがって、電動義手の低コスト化および軽量化が可能となる。
また、直動型ステッピングモータにおいては、電流が供給されないときに軸と本体部との相対的な位置を保持するための保持力が作用する。そのため、義指の屈曲状態を保持させる際に電流の供給が不要である。したがって、電動義手の消費電力および発熱が低減される。
さらに、義指の屈曲時に直動型ステッピングモータの本体部が移動せずに軸が移動するので、電動義手の重心がほとんど移動しない。それにより、使用者は、電動義手により物体を安定に把持することができる。
（３）第３の参考形態に係る電動義手は、手掌部と、手掌部から屈曲可能に延びる義指と、義指に沿って設けられる線材と、使用者の腕の側から線材を牽引することにより義指を屈曲させる直動型ステッピングモータと、直動型ステッピングモータにパルス信号を与えるパルス信号発生部と、義指の屈曲時に義指に物体が接触しているか否かを判定する判定部とを備え、パルス信号発生部は、判定部により物体の接触が検出された場合に義指の屈曲速度が物体の接触の検出前よりも低下するようにパルス信号の周波数を変化させる。
その電動義手においては、直動型ステッピングモータにより線材が牽引され、義指が屈曲する。この場合、動力源と線材との間で動力の向きを変更するための部材が不要であるので、構成が単純化されるとともに部品点数が削減される。したがって、電動義手の低コスト化および軽量化が可能となる。
また、直動型ステッピングモータにおいては、電流が供給されないときに軸と本体部との相対的な位置を保持するための保持力が作用する。そのため、義指の屈曲状態を保持させる際に電流の供給が不要である。したがって、電動義手の消費電力および発熱が低減される。
さらに、直動型ステッピングモータに与えられるパルス信号の周波数が低下すると、直動型ステッピングモータの牽引力が増加する。それにより、使用者が電動義手により物体を把持する際に、義指が物体に接触すると、義指の屈曲速度が低下するとともに義指による物体の把持力が増加する。したがって、使用者は、電動義手により健常手に近い感覚で物体を把持することができる。

【符号の説明】

【0093】

１ 電動義手
１０ 手掌部
２０ 非可動義指
２１，３１ 支持片
２２，３２，３３ 骨部材
３０ 義指
１００ 義手本体部
１１０，１２０ 手掌板
１３０ 線材連結部材
１４０ 支持軸
１９０ 手首部材
１９１，１９２ 接続軸
２００，２００Ｘ 牽引装置
２２０，２２０Ｘ 支持部材
２２１，２２２ 側板
２２３，２２３Ｘ 後部板
２３１，２３１Ｘ 底板
２３１ｇ，２３２ｇ ガイド孔
２３２，２３２Ｘ 上板
２４１，２４２ 固定板
２５０ 直動型ステッピングモータ
２５１ 軸
２５２ 本体部
２５３ 駆動回路
２５４ 電流検出回路
２６０ 回転規制板
２７０ 移動支持板
２７１ 突起部
３００ 装着部材
４００ 制御装置
４１０ 制御部
４２０ 筋電信号取得部
４３０ 屈曲制御部
４４０ 位置検出部
４５０ 接触検出部
４６０ 記憶部
５００ カバー部材
９００ パルス信号発生部
ｂ１，ｂ２ 後端部
ｂｐ１，ｂｐ２ 突出部
ＢＴ 電源装置
ｆ１，ｆ２ 前端部
ｇ 案内部
ｈ 長孔
ｈｂ 腕
ｊ 固定部
ｋ１，ｋ２，ｋ３ 貫通孔
ｎ 線材接続部
ｐ１，ｐ２ ピン
Ｒ１，Ｒ２ 矢印
Ｓ１ 第１の筋電センサ
Ｓ２ 第２の筋電センサ
Ｗ，Ｗ１ 線材
Ｗ２３，Ｗ４５ 共通線材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】