特開 2024-100534 義手

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100534

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】義手

(51)【国際特許分類】

   A61F 2/54 20060101AFI20240719BHJP

【ＦＩ】

A61F2/54

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004600

(22)【出願日】2023-01-16

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）ＮＥＤＯ ２０１９ 課題解決型福祉用具実用化開発支援事業「触覚フィードバック付サイボーグ義手の開発」

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横井 浩史

(72)【発明者】

【氏名】井上 祐希

(72)【発明者】

【氏名】山野井 佑介

(72)【発明者】

【氏名】矢吹 佳子

(72)【発明者】

【氏名】黒田 勇幹

【テーマコード（参考）】

4C097

【Ｆターム（参考）】

4C097AA11

4C097AA12

4C097BB02

4C097CC06

4C097CC12

4C097CC16

4C097TA03

4C097TA04

4C097TB01

(57)【要約】

【課題】残存する手首の機能を有効活用して利便性を向上させることが可能な義手を提供する。
【解決手段】指が欠損し、残存する手掌部ＰＭが前腕部ＦＡに対し手首ＷＴを介して傾動する上肢ＵＬに装着される義手１であり、手掌部ＰＭに移動不能に装着される手掌部ソケット２と、前腕部ＦＡに移動不能に装着される前腕部ソケット３と、手掌部ソケット２と前腕部ソケット３とを連結し、手掌部ＰＭを前腕部ＦＡに対して傾動させる関節機構５とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

指が欠損し、残存する手掌部が前腕部に対し手首を介して傾動する上肢に装着される義手であって、
前記手掌部に移動不能に装着される手掌部ソケットと、
前記前腕部に移動不能に装着される前腕部ソケットと、
前記手掌部ソケットと前記前腕部ソケットとを連結し、前記手掌部を前記前腕部に対して傾動させる関節機構と、を備える
ことを特徴とする義手。

【請求項2】

請求項１に記載の義手であって、
前記関節機構は、前記手掌部を掌屈方向および背屈方向に傾動させる第１傾動機構を含む
ことを特徴とする義手。

【請求項3】

請求項２に記載の義手であって、
前記第１傾動機構は、複数のリンクによって構成される
ことを特徴とする義手。

【請求項4】

請求項２に記載の義手であって、
前記関節機構は、前記手掌部を撓屈方向および尺屈方向に傾動させる第２傾動機構を含む
ことを特徴とする義手。

【請求項5】

請求項４に記載の義手であって、
前記関節機構は、前記手掌部ソケットに対して固定される手掌側ベースと、第２回転軸を中心として回転自在に前記手掌側ベースに連結される手掌側リンクと、第１回転軸を中心として回転自在に前記手掌側リンクに連結される連結リンクと、を有し、
前記第１回転軸と前記第２回転軸とは、両者の中心軸が略直交して交差するように配置され、
前記手掌側ベースおよび前記手掌側リンクが前記連結リンクに対して前記第１回転軸を中心として傾動することにより、前記手掌部が掌屈方向および背屈方向に傾動し、
前記手掌側ベースが前記手掌側リンクに対して前記第２回転軸を中心として傾動することにより、前記手掌部が撓屈方向および尺屈方向に傾動する
ことを特徴とする義手。

【請求項6】

請求項１～請求項５の何れか１項に記載の義手であって、
前記手掌部ソケットに取り付けられる手先具を備える
ことを特徴とする義手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、義手に関する。

【背景技術】

【0002】

先天的事由または事故等の後天的事由によって前腕部や上腕部の一部または全部を失った上肢欠損者や上肢形成不全者に対し、前腕部や上腕部の形態及び機能を復元するために義手を装着することが行われる。一般的な義手は、腕の断端部に装着される断端部ソケットと、断端部ソケットに取り付けられる手先具とを備えて構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１５９８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上肢形成不全の中で、手掌欠損に分類される欠損は、痕跡指を残した手掌部が残存する欠損であり、指そのものは機能しないが、指を動かすための筋組織は残存している場合が多いため、手首と指の運動を筋電レベルで分離できる可能性が高い。

【0005】

一般に手掌部は小さい領域であるので、従来の断端部ソケットは、手掌部から前腕部までの領域をカバーするように装着される。このため、断端部ソケットによって手首が固定され、残存する手首の機能を有効に活用することができない。

【0006】

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、残存する手首の機能を有効活用して利便性を向上させることが可能な義手を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、代表的な本発明の義手の一つは、指が欠損し、残存する手掌部が前腕部に対し手首を介して傾動する上肢に装着される義手であって、
前記手掌部に移動不能に装着される手掌部ソケットと、
前記前腕部に移動不能に装着される前腕部ソケットと、
前記手掌部ソケットと前記前腕部ソケットとを連結し、前記手掌部を前記前腕部に対して傾動させる関節機構と、を備えることにより達成される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、残存する手首の機能を有効活用して利便性を向上させることが可能な義手を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態にかかる義手の側面図である。

【図2】図２は、図１の義手の平面図である。

【図3】図３は、関節機構の要部斜視図である。

【図4】図４は、手掌部を掌屈方向に傾動させた状態の義手の側面図である。

【図5】図５は、手掌部を背屈方向に傾動させた状態の義手の側面図である。

【図6】図６は、手掌部を撓屈方向に傾動させた状態の義手の平面図である。

【図7】図７は、手掌部を尺屈方向に傾動させた状態の義手の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明にかかる一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本実施形態にかかる義手１を、上肢ＵＬに装着した状態を示す側面図、図２は、図１の義手１の平面図、図３は、関節機構５の要部斜視図である。上肢ＵＬは左腕であり、全ての指が欠損し、手掌部ＰＭ、手首ＷＴおよび前腕部ＦＡが残存しているものとする。上肢ＵＬは右腕であってもよく、一部の指が残存していてもよい。なお、以下では、手掌部ＰＭの甲側を上方、掌側を下方、前腕部ＦＡの手首ＷＴ側を前方、肘側を後方として説明する。

【0011】

手掌部ＰＭの手根骨ＣＢの後端部は、手首（橈骨手根関節）ＷＴを介して前腕部ＦＡの橈骨ＲＤの前端部に連結されている。手掌部ＰＭは、前腕部ＦＡに対し、手首ＷＴを中心として上下方向（背屈方向および掌屈方向）に傾動する。また、手掌部ＰＭは、前腕部ＦＡに対し、手首ＷＴを中心として左右方向（撓屈方向および尺屈方向）に傾動する。すなわち、手掌部ＰＭは、前腕部ＦＡに対し手首ＷＴを介して傾動する。なお、図１～図７では、前腕部ＦＡに対する手掌部ＰＭの回転中心を、手首ＷＴとして模式的に図示している。

【0012】

図１および図２に示すように、義手１は、手掌部ソケット２と、前腕部ソケット３と、中間カバー４と、関節機構５と、手先具６とを備える。図示の義手１は、筋肉が収縮する際に発生する微弱な電流（表面筋電位）などの生体電位信号を検出し、検出した生体電位信号に基づいて内蔵されたアクチュエータ（電動モータ等）を駆動して、関節機構５や手先具６を動かすことにより把持動作等を行うことが可能な筋電義手である。なお、義手１は、筋電義手以外の能動義手などの他の義手であってもよい。

【0013】

手掌部ソケット２は、１つまたは複数の部材によって有底筒状に形成され、少なくとも手掌部ＰＭの前端部を覆った状態で、前後方向および回転方向に移動しないように手掌部ＰＭに対して固定される。すなわち、手掌部ソケット２は、手掌部ＰＭに移動不能に装着される。

【0014】

前腕部ソケット３は、１つまたは複数の部材によって筒状に形成され、前腕部ＦＡの外周面に巻き付けられた状態で、前後方向および回転方向に移動しないように前腕部ＦＡに対して固定される。すなわち、前腕部ソケット３は、前腕部ＦＡに移動不能に装着される。前腕部ソケット３の内周面には、生体（前腕部ＦＡ）表面から筋電位などの生体電位信号を取得する複数の電極（図示省略）が取り付けられる。

【0015】

中間カバー４は、１つまたは複数の部材によって筒状に形成され、手掌部ソケット２と前腕部ソケット３との間で、手掌部ＰＭの後端部と前腕部ＦＡの前端部と手首ＷＴとを覆う。中間カバー４の前端部は、手掌部ソケット２の後端部に固定され、中間カバー４の後端部は、前腕部ソケット３の前端部に固定される。中間カバー４は、手掌部ソケット２と前腕部ソケット３との相対変位を許容する素材（例えば軟質なシート材や伸縮性を有する弾性シート材等）によって構成される。

【0016】

関節機構５は、手掌側ベース１１と、手掌側リンク１２と、左右１対の連結リンク１３と、左右１対の前腕側リンク１４と、前腕側ベース１５とを有する。

【0017】

手掌側ベース１１は、上下方向と交差して前後方向に延びる平板状の部材である。手掌側ベース１１の中間部は、手掌部ソケット２に上方から重なり、複数の固定部材（例えばボルト等）１６によって手掌部ソケット２に固定される。手掌側ベース１１の前端部および後端部は、手掌部ソケット２から前方および後方へそれぞれ突出する。

【0018】

手掌側リンク１２は、下方へ開口するＵ状断面の部材であり、上下方向と交差して左右方向へ延びる平板状の手掌側リンク第１板部１７と、手掌側リンク第１板部１７の左右の両端縁部から下方へ延びる左右１対の平板状の手掌側リンク第２板部１８とを有する（図３参照）。左右の手掌側リンク第２板部１８は、左右方向に離間して相対向し、中間カバー４の左右外側に配置される（図２参照）。

【0019】

手掌側リンク第１板部１７は、手掌側ベース１１の後端部に下方から重なり、上下方向に延びる撓尺屈方向回転軸（第２回転軸）１９を中心として回転自在に連結される。手掌部ソケット２は、撓尺屈方向回転軸１９の軸心線１９Ａが手首ＷＴ（前腕部ＦＡに対する手掌部ＰＭの回転中心）を通るように（図３参照）、手掌部ＰＭに対して位置決めされて固定される。

【0020】

連結リンク１３は、左右方向と交差して前後方向に延びる平板状の部材である。左右の連結リンク１３の前端部は、左右の手掌側リンク第２板部１８の下端部に左右方向から重なり、左右方向に延びる第１ジョイント（第１回転軸）２１を中心として回転自在に連結される。第１ジョイント２１と撓尺屈方向回転軸１９とは、両者の軸心線２１Ａ，１９Ａが略直交して交差するように配置され、手掌側ベース１１と手掌側リンク１２と左右の連結リンク１３と撓尺屈方向回転軸１９と第１ジョイント２１とは、ジンバル関節機構を構成する。また、第１ジョイント２１の軸心線２１Ａは、手首ＷＴよりも下方に配置される。

【0021】

前腕側リンク１４は、左右方向と交差して上下方向に延びる平板状の部材である。左右の前腕側リンク１４の下端部は、左右の連結リンク１３の後端部に左右方向から重なり、第２ジョイント２２を中心として回転自在に連結される。

【0022】

前腕側ベース１５は、下方へ開口するＵ状断面の部材であり、上下方向と交差して左右方向へ延びる平板状の前腕側ベース第１板部２４と、手掌側リンク第１板部１７の左右の両端縁部から下方へ延びる左右１対の平板状の前腕側ベース第２板部２５とを有する。前腕側ベース第１板部２４は、前腕部ソケット３に上方から重なり、複数の固定部材（図示省略）によって前腕部ソケット３に固定される。

【0023】

左右の前腕側ベース第２板部２５は、左右方向に離間して相対向し、中間カバー４の左右外側に配置される（図２参照）。左右の前腕側リンク１４の上端部は、左右の前腕側ベース第２板部２５の下端部に左右方向から重なり、第３ジョイント２３を中心として回転自在に連結される。第１ジョイント２１と第２ジョイント２２と第３ジョイント２３とは、その軸心線２１Ａ，２２Ａ，２３Ａが互いに平行に配置される。

【0024】

手掌側ベース１１または手掌側リンク１２には、手掌側ベース１１と手掌側リンク１２とを撓尺屈方向回転軸１９を中心として相対回転させる電動モータ（図示省略）が取り付けられる。前腕側ベース１５または前腕部ソケット３には、前腕側ベース１５と前腕側リンク１４とを第３ジョイント２３を中心として相対回転させる電動モータ（図示省略）が取り付けられる。

【0025】

手掌側ベース１１の前端部には、手先具６が複数の固定部材（例えばボルト等）２６によって固定される。手先具６は、手掌側ベース１１を介して手掌部ソケット２に取り付けられ、手掌部ソケット２の前端面に前方から当接して支持される。図示の例の手先具６は、前腕部ＦＡから取得した生体電位信号に基づいて電動モータ（図示省略）を駆動して把持動作を行うロボットハンドである。なお、手掌部ソケット２に対する手先具６の固定箇所を手掌側ベース１１以外に追加してもよい。

【0026】

前腕側ベース１５の前腕側ベース第１板部２４には、電源やコントローラを内蔵したコントロールユニット２７が取り付けられる。コントローラは、取得した生体電位信号に基づいて電動モータの駆動制御を行い、関節機構５および手先具６を動かす。

【0027】

次に、関節機構５によって実現される義手１の動作について、図４～図７を参照して説明する。図４は、手掌部ＰＭを掌屈方向に傾動させた状態の義手１の側面図、図５は、手掌部ＰＭを背屈方向に傾動させた状態の義手１の側面図、図６は、手掌部ＰＭを撓屈方向に傾動させた状態の義手１の平面図、図７は、手掌部ＰＭを尺屈方向に傾動させた状態の義手１の平面図である。なお、以下では、図１の状態を義手１の初期状態として説明する。

【0028】

初期状態の前腕側リンク１４が第３ジョイント２３を中心として後方へ傾動すると、図４に示すように、連結リンク１３が後方へ移動し、手掌側リンク１２が第１ジョイント２１を中心として前方へ傾動する。これにより、手掌部ＰＭが手首ＷＴを中心として掌屈方向（下方）へ傾動する。

【0029】

反対に、初期状態の前腕側リンク１４が第３ジョイント２３を中心として前方へ傾動すると、図５に示すように、連結リンク１３が前方へ移動し、手掌側リンク１２が第１ジョイント２１を中心として後方へ傾動する。これにより、手掌部ＰＭが手首ＷＴを中心として背屈方向（上方）へ傾動する。このように、関節機構５は、手掌部ＰＭを掌屈方向および背屈方向に傾動させる第１傾動機構を含む。

【0030】

撓尺屈方向回転軸１９の軸心線１９Ａが手首ＷＴを通るので、初期状態の手掌側ベース１１が撓尺屈方向回転軸１９を中心として撓屈方向（右側）へ傾動すると、図６に示すように、手掌部ＰＭが手首ＷＴを中心として撓屈方向（右側）へ傾動する。反対に、初期状態の手掌側ベース１１が撓尺屈方向回転軸１９を中心として尺屈方向（左側）へ傾動すると、図７に示すように、手掌部ＰＭが手首ＷＴを中心として尺屈方向（左側）へ傾動する。このように、関節機構５は、手掌部ＰＭを撓屈方向および尺屈方向に傾動させる第２傾動機構を含む。

【0031】

また、第１ジョイント２１と撓尺屈方向回転軸１９とは、両者の軸心線２１Ａ，１９Ａが略直交して交差するように配置されているので、手掌部ＰＭが初期状態から掌屈方向または背屈方向に傾動した何れの状態であっても、手掌部ＰＭを撓屈方向および尺屈方向に傾動させることができる。すなわち、手掌部ＰＭを掌背屈させる掌背屈機能と、手掌部ＰＭを撓尺屈させる撓尺屈機能とを両立させることができる。

【0032】

本実施形態によれば、手掌部ＰＭから前腕部ＦＡに跨る領域に単一のソケットを装着せずに、手掌部ＰＭには手掌部ソケット２を、前腕部ＦＡには前腕部ソケット３をそれぞれ装着し、手掌部ＰＭを前腕部ＦＡに対して傾動させる関節機構５によって手掌部ソケット２と前腕部ソケット３とを連結したので、残存する手首ＷＴの機能を有効活用して、義手１の利便性を向上させることができる。

【0033】

本実施形態では、手掌部ＰＭを掌屈方向および背屈方向に傾動させる第１傾動機構を複数のリンク（手掌側リンク１２、連結リンク１３および前腕側リンク１４）によって構成しているが、手掌部ＰＭを撓屈方向および尺屈方向に傾動させる第２傾動機構と同様に第１傾動機構を構成することも可能である。具体的には、連結リンク１３および前腕側リンク１４を省略し、前後方向に延びるアーム支持部材を前腕部ソケット３に固定し、前腕部ソケット３から前方へ突出するアーム支持部材の前端部に手掌側リンク１２の下端部を左右方向から重ね、第１ジョイント２１に対応する掌背屈回転軸を中心として回転自在に、アーム支持部材の前端部に手掌側リンク１２の下端部を連結する。また、掌背屈方向４回転軸の軸心線が手首ＷＴを通るように、前腕部ソケット３を前腕部ＦＡに対して位置決めして固定する。

【0034】

本実施形態のように第１傾動機構を複数のリンクによって構成することにより、前腕部ＦＡに対する前腕部ソケット３の位置決めの精度が緩和されるので、前腕部ソケット３の装着作業の煩雑化を抑制することができる。一方、第１傾動機構を第２傾動機構と同様に構成することにより、部品点数の削減を図ることができる。

【0035】

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0036】

１…義手、２…手掌部ソケット、３…前腕部ソケット、４…中間カバー、５…関節機構、６…手先具、１１…手掌側ベース、１２…手掌側リンク、１３…連結リンク、１４…前腕側リンク、１５…前腕側ベース、１６…固定部材、１７…手掌側リンク第１板部、１８…手掌側リンク第２板部、１９…撓尺屈方向回転軸（第２回転軸）、１９Ａ…軸心線、２１…第１ジョイント（第１回転軸）、２１Ａ…軸心線、２２…第２ジョイント、２２Ａ…軸心線、２３…第３ジョイント、２３Ａ…軸心線、２４…前腕側ベース第１板部、２５…前腕側ベース第２板部、２６…固定部材、２７…コントロールユニット、ＵＬ…上肢、ＰＭ…手掌部、ＷＴ…手首、ＦＡ…前腕部、ＣＢ…手根骨、ＲＤ…橈骨

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】