特開 2024-68364 手指動作支援機構

(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】P2024068364

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】手指動作支援機構

(51)【国際特許分類】

   A61F 2/56 20060101AFI20240513BHJP

   B25J 11/00 20060101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

A61F2/56

B25J11/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178750

(22)【出願日】2022-11-08

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年１２月４日 日本人間工学会 関東支部第５１回大会にて公開 令和４年３月１４日 関東学生会第６１回学生員卒業研究発表講演会にて公開 令和４年３月１５日 日本機械学会 関東支部 第２８期総会・講演会にて公開 令和４年９月６日 第４０回日本ロボット学会学術講演会にて公開

【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）令和３年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業「複合束弾性ケーブル機構の機械的トルク制御を用いた安全な手指関節動作支援技術」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304036743

【氏名又は名称】国立大学法人宇都宮大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中林 正隆

(72)【発明者】

【氏名】福井 宏昌

(72)【発明者】

【氏名】木澤 颯太

【テーマコード（参考）】

3C707

4C097

【Ｆターム（参考）】

3C707AS38

3C707HS27

3C707HT04

3C707HT06

3C707HT11

3C707HT20

3C707XK03

3C707XK19

3C707XK42

3C707XK88

4C097AA12

4C097BB02

4C097BB09

4C097CC08

4C097CC14

4C097CC18

4C097TA03

4C097TB01

(57)【要約】

【課題】実用的な支援トルクを発現でき、且つ過剰な支援トルクが作用した際には、当該支援トルクを回避できるようにする。
【解決手段】手指動作支援機構は、人間の指部位の基端部が指関節にて連結部位に連結された手指の動作を支援する手指動作支援機構であって、前記連結部位の背方向側に配置された第一リンクと、前記指部位の背方向側に配置され、前記指関節の軸に沿った回転軸周りに回転可能に前記第一リンクに連結された第二リンクと、前記第一リンクに対して移動可能に前記第一リンクを貫通し、先端部が前記第二リンクに固定され、前記第一リンクと前記第二リンクとの間の空間で屈曲可能とされた複数のケーブルと、前記複数のケーブルにおける前記第一リンクに対する基端側の部分を押し引きする駆動機構と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

人間の指部位の基端部が指関節にて連結部位に連結された手指の動作を支援する手指動作支援機構であって、
前記連結部位の背方向側に配置された第一リンクと、
前記指部位の背方向側に配置され、前記指関節の軸に沿った回転軸周りに回転可能に前記第一リンクに連結された第二リンクと、
前記第一リンクに対して移動可能に前記第一リンクを貫通し、先端部が前記第二リンクに固定され、前記第一リンクと前記第二リンクとの間の空間で屈曲可能とされた複数のケーブルと、
前記複数のケーブルにおける前記第一リンクに対する基端側の部分を押し引きする駆動機構と、
を備える手指動作支援機構。

【請求項2】

前記複数のケーブルは、前記指部位の左右方向に沿って並んで配置されている
請求項１に記載の手指動作支援機構。

【請求項3】

前記複数のケーブルは、前記指部位の左右方向に沿った列が、前記指部位の腹背方向に複数形成されるように、配置されている
請求項２に記載の手指動作支援機構。

【請求項4】

前記列を構成する前記ケーブルの数よりも、前記腹背方向に形成された前記列の数が少ない
請求項３に記載の手指動作支援機構。

【請求項5】

前記複数のケーブルは、前記列毎に、前記ケーブルの外径が異なっている
請求項３に記載の手指動作支援機構。

【請求項6】

前記指部位の背方向側に配置された前記列における複数の前記ケーブルの外径が、前記指部位の腹方向側に配置された列における複数の前記ケーブルの外径よりも大きくなっている
請求項５に記載の手指動作支援機構。

【請求項7】

前記複数のケーブルは、
前記先端部同士、及び、前記基端側の部分同士の少なくとも一方が固定され、
前記先端部と前記基端側の部分との間の中間部分は、各々が独立して、前記第一リンクを貫通している
請求項１～６のいずれか１項に記載の手指動作支援機構。

【請求項8】

前記複数のケーブルは、
前記先端部同士、及び、前記基端側の部分同士の少なくとも一方が前記指部位の左右方向に沿って並んだ状態で固定されている
請求項７に記載の手指動作支援機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、手指動作支援機構に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、片麻痺患者や高齢者等の手指の動作を支援する手指動作支援機構の実現が求められている。こうした支援機構において、特に重要な課題が、支援機能の安全性の確保である。

【0003】

非特許文献１には、手指の背面側に配置されたリンクを押し引きするケーブルが座屈することで、機械的に過剰な支援トルクを回避する手指動作支援機構が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【非特許文献1】村上智哉、中林正隆、嶋脇聡「複合金属ケーブルの押引駆動を用いた手指関節トルク支援機構の開発」日本機械学会 第３２回バイオエンジニアリング講演会 ２Ｄ１３ ２０１９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、非特許文献１の手指動作支援機構では、駆動力が小さく、実用的な支援トルクを発現することができない場合がある。

【0006】

本発明は、実用的な支援トルクを発現でき、且つ過剰な支援トルクが作用した際には、当該支援トルクを回避できる手指動作支援機構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】

第１態様は、人間の指部位の基端部が指関節にて連結部位に連結された手指の動作を支援する手指動作支援機構であって、前記連結部位の背方向側に配置された第一リンクと、前記指部位の背方向側に配置され、前記指関節の軸に沿った回転軸周りに回転可能に前記第一リンクに連結された第二リンクと、前記第一リンクに対して移動可能に前記第一リンクを貫通し、先端部が前記第二リンクに固定され、前記第一リンクと前記第二リンクとの間の空間で屈曲可能とされた複数のケーブルと、前記複数のケーブルにおける前記第一リンクに対する基端側の部分を押し引きする駆動機構と、を備える。

【0008】

第１態様によれば、複数のケーブルが、第一リンクに対して移動可能に第一リンクを貫通し、先端部が第二リンクに固定されており、第一リンクと第二リンクとの間の空間で屈曲可能とされている。この複数のケーブルにおける第一リンクに対する基端側の部分を駆動機構が押し引きする。

【0009】

このように、第１態様では、駆動機構が複数のケーブルを押し引きするので、単数のケーブルを押し引きする場合に比べ、支援トルクが高められ、実用的な支援トルクを発現できる。

【0010】

さらに、第１態様では、複数のケーブルが、第一リンクと第二リンクとの間の空間で屈曲可能とされているので、過剰な支援トルクが作用した際に、複数のケーブルが、当該空間で屈曲することで、機械的に過剰な支援トルクを回避することができる。

【0011】

第２態様では、第１態様において、前記複数のケーブルは、前記指部位の左右方向に沿って並んで配置されている。

【0012】

第２態様によれば、複数のケーブルが、指部位の左右方向に沿って並んで配置されているので、複数のケーブルが指部位の腹背方向のみに沿って並んで配置されている場合に比べ、第一リンク及び第二リンクの腹背方向の寸法を小さくしつつ、支援トルクが高められ、実用的な支援トルクを発現できる。

【0013】

第３態様では、第２態様において、前記複数のケーブルは、前記指部位の左右方向に沿った列が、前記指部位の腹背方向に複数形成されるように、配置されている。

【0014】

第３態様によれば、ケーブルの列が、指部位の腹背方向に複数形成されているので、列が一つのみで形成されている場合に比べ、支援トルクが高められ、実用的な支援トルクを発現できる。

【0015】

第４態様では、第３態様において、前記列を構成する前記ケーブルの数よりも、前記腹背方向に形成された前記列の数が少ない。

【0016】

第４態様によれば、列を構成するケーブルの数よりも、腹背方向に形成された列の数が少ないので、第一リンク及び第二リンクの腹背方向の寸法を小さくしつつ、支援トルクが高められ、実用的な支援トルクを発現できる。

【0017】

第５態様では、第３態様において、前記複数のケーブルは、前記列毎に、前記ケーブルの外径が異なっている。なお、第５態様は、第４態様を引用してもよい。

【0018】

第５態様によれば、複数のケーブルは、列毎に、ケーブルの外径が異なっているので、列毎の支援トルクが調整可能となる。

【0019】

第６態様は、第５態様において、前記指部位の背方向側に配置された前記列における複数の前記ケーブルの外径が、前記指部位の腹方向側に配置された列における複数の前記ケーブルの外径よりも大きくなっている。

【0020】

第６態様によれば、指部位の背方向側に配置された列における複数のケーブルの外径が、指部位の腹方向側に配置された列における複数のケーブルの外径よりも大きくなっているので、指部位の背方向側に配置された列による支援トルクを、指部位の腹方向側に配置された列による支援トルクよりも大きくできる。

【0021】

第７態様では、第１～６のいずれか１つの態様において、前記複数のケーブルは、前記先端部同士、及び、前記基端側の部分同士の少なくとも一方が固定され、前記先端部と前記基端側の部分との間の中間部分は、各々が独立して、前記第一リンクを貫通している。

【0022】

第７態様によれば、複数のケーブルは、先端部同士、及び、第一リンクに対する基端側の部分同士の少なくとも一方が固定されているので、ケーブルの先端部及び基端側の部分の少なくとも一方の配置スペースを小さくできる。このため、第二リンク及び駆動機構の少なくとも一方の小型化を図ることができる。

【0023】

第８態様では、第７態様において、前記複数のケーブルは、前記先端部同士、及び、前記基端側の部分同士の少なくとも一方が前記指部位の左右方向に沿って並んだ状態で固定されている。

【0024】

第８態様によれば、複数のケーブルは、先端部同士、及び、第一リンクに対する基端側の部分同士の少なくとも一方が指部位の左右方向に沿って並んだ状態で固定されているので、ケーブルの先端部及び基端側の部分の少なくとも一方の左右方向の配置スペースを小さくできる。このため、第二リンク及び駆動機構の少なくとも一方について、左右方向における小型化を図ることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、上記構成としたので、実用的な支援トルクを発現でき、且つ過剰な支援トルクが作用した際には、当該支援トルクを回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本実施形態に係る手指動作支援機構の概略を示す側面図である。

【図2】図１に示される手指動作支援機構において、手指の屈曲動作を支援した状態を示す側面図である。

【図3】本実施形態に係る手指動作支援機構における第一リンク及び第二リンクを示す斜視図である。

【図4】本実施形態に係る手指動作支援機構において、ケーブルの使用本数と配置例を示す図である。

【図5】本実施形態に係る手指動作支援機構において、ケーブルの使用タイプの例を示す図である。

【図6】ケーブルの第２変形例を示す側面図である。

【図7】ケーブルの第２変形例を示す平面図である。

【図8】本実施形態に係る手指動作支援機構における駆動機構を示す側面図である。

【図9】本実施形態に係る手指動作支援機構の効果を評価した際の測定方法について説明するための斜視図である。

【図10】本実施形態に係る手指動作支援機構の効果を評価した際の測定方法について説明するための平面図である。

【図11】本実施形態に係る手指動作支援機構の効果を評価した際における関節回転半径の求め方を説明するための側面図である。

【図12】本実施形態に係る手指動作支援機構の効果を評価した際における評価結果を示すグラフである。

【図13】本実施形態に係る手指動作支援機構の適用例を示す平面図である。

【図14】本実施形態に係る手指動作支援機構の適用例を示す側面図である。

【図15】図１４に示される適用例において、手指の屈曲動作を支援した状態を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。

【0028】

＜手指動作支援機構１００＞
本実施形態に係る手指動作支援機構１００を説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る手指動作支援機構１００を示す概略図である。

【0029】

なお、以下では、腹方向、背方向、先端方向、基端方向、右方向及び左方向を用いて説明する。腹方向は、手指２００の腹側（すなわち、指紋がある側）の方向であり、各図において矢印ＶＳで示される方向である。背方向は、手指２００の背側（すなわち、爪がある側）の方向であり、各図において矢印ＢＳで示される方向である。腹方向及び背方向の両方向を示す場合には、腹背方向という場合がある。

【0030】

先端方向は、手指２００の先端（すなわち指先）側の方向であり、各図において矢印ＴＳで示される方向である。基端方向は、手指２００の基端（すなわち根元）側の方向であり、各図において矢印ＰＳで示される方向である。先端方向及び基端方向の両方向を示す場合には、先後方向という場合がある。

【0031】

右方向は、手指動作支援機構１００が右手に装着されたものとした場合の右方向であり、各図において矢印ＲＨで示される方向である。左方向は、手指動作支援機構１００が右手に装着されたものとした場合の左方向であり、各図において矢印ＬＨで示される方向である。これらの方向は、説明の便宜上定めた方向であるから、機構の構成がこれらの方向に限定されるものではない。

【0032】

また、図中の「○」の中に「×」が記載された記号は、紙面の手前から奥へ向かう矢印を意味する。また、図中の「○」の中に「・」が記載された記号は、紙面の奥から手前へ向かう矢印を意味する。また、各図に示す各部分同士の各方向における寸法比は、実際の寸法比と異なる場合がある。

【0033】

図１及び図２に示される手指動作支援機構１００は、人間の指部位２０２の基端部が指関節２０４にて連結部位２０６に連結された手指２００の動作（具体的には伸展動作及び屈曲動作）を支援する機構である。

【0034】

指部位２０２には、四指（すなわち示指、中指、環指及び小指）の各々における基節骨、中節骨及び末節骨の各々で形作られる指の部位、並びに、母指における中手骨、基節骨、及び末節骨の各々で形作られる指の部位が含まれる。

【0035】

指部位２０２が、四指における基節骨で形作られる指の部位である場合には、指関節２０４は、中手指節関節（いわゆるＭＰ関節）であり、連結部位２０６は、手の甲（具体的には中手骨を含んで形作られる部位）である。

【0036】

指部位２０２が、四指における中節骨で形作られる指の部位である場合には、指関節２０４は、近位指節間関節（いわゆるＰＩＰ関節）であり、連結部位２０６は、基節骨で形作られる指の部位である。

【0037】

指部位２０２が、四指における末節骨で形作られる指の部位である場合には、指関節２０４は、遠位指節間関節（いわゆるＤＩＰ関節）であり、連結部位２０６は、中節骨で形作られる指の部位である。

【0038】

指部位２０２が、母指における中手骨で形作られる指の部位である場合には、指関節２０４は、大菱中手関節（いわゆるＣＭ関節）であり、連結部位２０６は、手の甲（具体的には手根骨を含んで形作られる部位）である。

【0039】

指部位２０２が、母指における基節骨で形作られる指の部位である場合には、指関節２０４は、中手指節関節（いわゆるＭＰ関節）であり、連結部位２０６は、中手骨で形作られる部位である。

【0040】

指部位２０２が、母指における末節骨で形作られる指の部位である場合には、指関節２０４は、指節間関節（いわゆるＩＰ関節）であり、連結部位２０６は、基節骨で形作られる部位である。

【0041】

以上のように、手指動作支援機構１００は、四指及び母指におけるいずれかの指関節２０４の少なくとも１つに適用することが可能である。

【0042】

手指動作支援機構１００は、図１及び図２に示されるように、手指２００の背方向側に配置される機構であり、第一リンク１０と、第二リンク２０と、複数のケーブル５０と、駆動機構６０と、を備えている。以下、手指動作支援機構１００の各部について説明する。

【0043】

＜第一リンク１０＞
第一リンク１０は、図１及び図２に示されるように、連結部位２０６の背方向側に配置されたリンク部材である。この第一リンク１０は、図３に示されるように、本体部１２と、連結部１４と、を有している。

【0044】

本体部１２は、ブロック状（具体的には直方体形状）に形成されている。本体部１２には、複数のケーブル５０を通すための複数の孔１６が形成されている。この複数の孔１６は、先後方向に沿って本体部１２を貫通する円孔であり、ケーブル５０と同数が設けられている。

【0045】

さらに、複数の孔１６の各々には、ケーブル５０が通されるチューブ１７が設けられている。このチューブ１７は、先後方向を軸方向とする円筒状に形成されており、孔１６に対して挿入された状態で本体部１２に対して固定されている。チューブ１７は、ケーブル５０を案内（すなわちガイド）する機能を有しており、例えば、樹脂材料にて形成されている。

【0046】

連結部１４は、２つが備えられ、各々が、左右方向を厚み方向とする板状に形成されている。２つの連結部１４の各々は、ネジ等の固定手段１９により、本体部１２の右側面及び左側面の各々に固定されている。

【0047】

２つの連結部１４の各々は、本体部１２から先端方向且つ腹方向側へ突出する突出部分１８を有している。突出部分１８は、第二リンク２０と連結されている。

【0048】

なお、図１及び図２では、第一リンク１０を簡略化して図示している。また、図２及び図３では、第一リンク１０における各方向を符号１０Ａで示す矢印で示している。

【0049】

第一リンク１０は、本体部１２がブロック状とされ、連結部１４が板状とされていたが、これに限られない。第一リンク１０の各部の形状、及び全体の形状としては、種々の形状を用いることが可能である。

【0050】

＜第二リンク２０＞
第二リンク２０は、図１及び図２に示されるように、指部位２０２の背方向側に配置され、指関節２０４の軸２０４Ａに沿った回転軸２７周りに回転可能に第一リンク１０に連結されたリンク部材である。この第二リンク２０は、図３に示されるように、本体部２２と、連結部２４と、を有している。

【0051】

本体部２２は、ブロック状（具体的には直方体形状）に形成されている。本体部２２には、ケーブル５０が挿入される孔２６が形成されている。孔２６は、先後方向に沿って本体部２２を貫通している。

【0052】

連結部２４は、２つが備えられ、各々が、左右方向を厚み方向とする板状に形成されている。２つの連結部２４の各々は、ネジ等の固定手段２９により、本体部２２の右側面及び左側面の各々に固定されている。

【0053】

２つの連結部２４の各々は、本体部２２から基端方向且つ腹方向側へ突出する突出部分２８を有している。突出部分２８は、第一リンク１０の突出部分１８と、回転軸２７によって回転可能に連結されている。回転軸２７は、指関節２０４の軸２０４Ａに対して同軸上に配置されており、左右方向に沿った回転軸とされている。なお、回転軸２７と、指関節２０４の軸２０４Ａとは、完全に一致している必要はなく、手指動作の支援に支障がない範囲でずれていてもよい。

【0054】

なお、図１及び図２では、第二リンク２０を簡略化して図示している。また、図２及び図３では、第二リンク２０における各方向を符号２０Ａで示す矢印にて示している。

【0055】

第二リンク２０は、本体部２２がブロック状とされ、連結部２４が板状とされていたが、これに限られない。第二リンク２０の各部の形状、及び全体の形状としては、種々の形状を用いることが可能である。

【0056】

＜ケーブル５０＞
複数のケーブル５０は、第二リンク２０に駆動機構６０の駆動力を伝達する機能を有する構成部である。複数のケーブル５０の各々は、第一リンク１０に対して移動可能に第一リンク１０を貫通し、先端部が第二リンク２０に固定されている。さらに、ケーブル５０は、第一リンク１０と第二リンク２０との間の空間５０Ｓで屈曲可能とされている。

【0057】

具体的には、複数のケーブル５０の各々は、第一リンク１０の複数の孔１６の各々に設けられたチューブ１７に対して摺動可能に通されている。これにより、複数のケーブル５０の各々が、第一リンク１０に対して移動可能に第一リンク１０を貫通している。

【0058】

また、複数のケーブル５０の各々は、先端部が第二リンク２０の複数の孔２６に挿入された状態で、当該先端部がねじ等の固定手段５９にて第二リンク２０に対して固定されている。

【0059】

さらに、ケーブル５０は、第一リンク１０と第二リンク２０との間において露出しており、第一リンク１０と第二リンク２０との間の空間５０Ｓで屈曲可能とされている。本実施形態では、ケーブル５０は、空間５０Ｓにおいて、少なくとも背方向側へ凸状に屈曲可能とされている。

【0060】

複数のケーブル５０の本数は、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示されるように、例えば、２本、４本及び８本等の偶数に設定することが可能である。なお、図３では、ケーブル５０を４本用いた例について、図示している。

【0061】

ケーブル５０の本数が２本である場合には、２本のケーブル５０は、図４（Ａ）に示されるように、第一リンク１０における腹背方向の中央部において、左右方向に沿って並んで配置されている。具体的には、２本のケーブル５０の各々は、第一リンク１０における腹背方向の中央部において、第一リンク１０の左端部及び右端部の各々に配置されている。なお、２本のケーブル５０は、第二リンク２０においても、同じ位置に配置される。

【0062】

ケーブル５０の本数が４本である場合には、４本のケーブル５０は、図４（Ｂ）に示されるように、第一リンク１０における腹背方向の中央部において、左右方向に沿って並んで配置されている。すなわち、４本のケーブル５０が、第一リンク１０における腹背方向の中央部において、左右方向に沿った列５６を成している。なお、４本のケーブル５０は、第二リンク２０においても、同じ位置に配置される。

【0063】

ケーブル５０の本数が８本である場合には、８本のケーブル５０は、図４（Ｃ）（Ｄ）に示されるように、第一リンク１０における腹背方向の一端部及び他端部において、４本ずつが左右方向に沿って並んで配置されている。すなわち、４本のケーブル５０が、第一リンク１０における腹背方向の一端部において、左右方向に沿った列５６を成し、他の４本のケーブル５０が、第一リンク１０における腹背方向の他端部において、左右方向に沿った列５６を成している。

【0064】

このように、８本のケーブル５０は、左右方向に沿った列５６が、腹背方向に複数形成されるように、配置されている。本例では、各列５６を構成するケーブル５０の数（具体的には４本）よりも、腹背方向に形成された列５６の数（具体的には２列）が少なくなっている。なお、８本のケーブル５０は、第二リンク２０においても、同じ位置に配置される。

【0065】

なお、ケーブル５０の本数は、前述した本数（具体的には、２本、４本及び８本）に限られず、例えば、奇数であってもよく、２本以上であればよい。

【0066】

ケーブル５０の材料には、一例として、ステンレスなどの金属材料を用いることが可能である。なお、ケーブル５０の材料としては、金属材料に限られず、樹脂材料等であってもよく、種々の材料を用いることが可能である。

【0067】

さらに、ケーブル５０としては、図５（Ａ）（Ｂ）に示されるように、複数の素線５１が撚られたものを用いることが可能である。具体的には、ケーブル５０としては、例えば、図５（Ａ）に示されるように、１９本の素線５１が螺旋状に１本のケーブルに撚られたストランドタイプ（１×１９）、及び図５（Ｂ）に示されるように、７本の素線５１が撚られたストランドを７本撚って１本のケーブルとなったマルチストランドタイプ（７×７）などを用いることが可能である。

【0068】

また、ケーブル５０としては、外径が例えば、０．３以上１．５以下の範囲のものを用いることが可能である。複数のケーブル５０は、全てにおいて、一例として、同じ外径とされる。なお、ケーブル５０の外径としては、前述の範囲に限られず、種々の外径サイズを用いることが可能である。

【0069】

＜ケーブル５０の第１変形例＞
複数のケーブル５０は、全てにおいて、同じ外径である構成に限られず、例えば、一部において、異なる外径のものを用いてもよい。

【0070】

例えば、図４（Ｄ）に示されるように、ケーブル５０の本数が８本である場合において、列５６毎に、ケーブル５０の外径が異なる構成とすることが可能である。図４（Ｄ）に示される例では、背方向側に配置された列５６における４本のケーブル５０の外径が、腹方向側に配置された列５６における４本のケーブル５０の外径よりも大きくされている。

【0071】

＜ケーブル５０の第２変形例＞
複数のケーブル５０は、図６及び図７に示されるように、先端部及び、第一リンク１０に対する基端側の部分（具体的には基端部）において、はんだ等の固定手段５５により、ケーブル５０同士を固定してもよい。すなわち、複数のケーブル５０は、先端部及び基端部において、束ねられていてもよい。

【0072】

具体的には、図７に示されるように、複数のケーブル５０は、先端部同士が左右方向に並んだ状態で固定されている。図４（Ａ）に示されるように、ケーブル５０の本数が２本である場合には、一例として、ケーブル５０の先端部同士が左右方向に並んだ状態で固定され、第二リンク２０における腹背方向の中央部であって、左右方向の中央部に配置される。

【0073】

図４（Ｂ）に示されるように、ケーブル５０の本数が４本である場合には、一例として、ケーブル５０の先端部同士が左右方向へ一列に並んだ状態で固定され、第二リンク２０における腹背方向の中央部に配置される。

【0074】

図４（Ｃ）に示されるように、ケーブル５０の本数が８本である場合には、一例として、背方向側に配置された４本のケーブル５０について、ケーブル５０の先端部同士が左右方向へ一列に並んだ状態で固定され、腹方向側に配置された４本のケーブル５０について、ケーブル５０の先端部同士が左右方向へ一列に並んだ状態で固定される。

【0075】

さらに、背方向側に配置された４本のケーブル５０と、腹方向側に配置された４本のケーブル５０と、が腹背方向に固定されていてもよい（図６参照）。

【0076】

本変形例の構成では、複数のケーブル５０の先端部同士を固定した後、孔２６に挿入される。したがって、孔２６は、ケーブル５０毎に形成されるのではなく、先端部同士が固定された複数のケーブル５０が一括で挿入可能なサイズに形成される。

【0077】

なお、本変形例の構成においても、複数のケーブル５０は、先端部と基端部との間の中間部分では、各々が独立しており、第一リンク１０では、複数のケーブル５０の各々が、孔１６の各々を貫通している。

【0078】

＜駆動機構６０＞
駆動機構６０は、ケーブル５０における第一リンク１０に対する基端側の部分を押し引きする機構である。具体的には、駆動機構６０は、図８に示されるように、支持体６１と、駆動モータ６２と、滑りネジ６４と、移動体６６と、着脱体６８と、を備えている。

【0079】

支持体６１は、駆動機構６０の各部を支持する構造体である。具体的には、支持体６１は、駆動モータ６２を支持する支持部６１Ａ、６１Ｂと、滑りネジ６４を支持する支持部６１Ｃと、を有している。

【0080】

駆動モータ６２は、本体６２Ａと、本体６２Ａから突出し且つ駆動力（すなわち回転力）を出力する駆動軸６２Ｂと、を有している。本体６２Ａは、支持体６１の支持部６１Ａ、６１Ｂにて支持されている。駆動モータ６２としては、例えば、駆動軸６２Ｂの回転位置が制御可能なサーボモータ等が用いられる。

【0081】

滑りネジ６４は、外周にネジ溝（図示省略）が形成された軸部６４Ａと、ナット６４Ｂと、有している。軸部６４Ａは、一端部が支持体６１の支持部６１Ｃに回転可能に支持され、他端部が接続部としてのカップリング６４Ｃを介して、駆動モータ６２の駆動軸６２Ｂと軸方向に接続されている。これにより、軸部６４Ａは、回転可能に支持されている。

【0082】

ナット６４Ｂは、軸部６４Ａにねじ込まれており、軸部６４Ａが一方へ回転することで、軸部６４Ａの軸方向の一方へ移動し、軸部６４Ａが他方へ回転することで、軸部６４Ａの軸方向の他方へ移動する。なお、図８を含む各図では、軸部６４Ａの外周に形成されたネジ溝の図示を省略している。

【0083】

移動体６６は、ナット６４Ｂに固定されており、ナット６４Ｂと一体に軸部６４Ａの軸方向の一方及び他方へ移動する。移動体６６は、左右方向視にてＬ字状に形成されており、固定部６６Ａと、取付部６６Ｂと、を有している。固定部６６Ａは、ナット６４Ｂに対して固定される部分であり、軸部６４Ａの軸方向を厚み方向とし且つ軸部６４Ａが通過する孔６６Ｃが形成された板体で形成されている。

【0084】

取付部６６Ｂは、着脱体６８が取り付けられる部分であり、固定部６６Ａにおける腹方向側の端部から先端方向へ張り出している。取付部６６Ｂは、腹背方向を厚み方向とする板体で形成され、固定部６６Ａと一体に構成されている。取付部６６Ｂには、着脱体６８が取り外し可能に取り付けるための溝６６Ｄが、左右方向に沿って形成されている。

【0085】

着脱体６８は、取付部６６Ｂに対して着脱される構成部である。着脱体６８には、ケーブル５０における第一リンク１０に対する基端側の部分（具体的には、ケーブル５０の基端部）が固定されている。着脱体６８には、溝６６Ｄと嵌合される凸部６８Ａが形成されている。凸部６８Ａが溝６６Ｄに対して左右方向へ抜き差しされることで、着脱体６８が取付部６６Ｂに対して着脱される。着脱体６８は、取付部６６Ｂに取り付けられた状態において、ナット６４Ｂ及び移動体６６と一体に軸部６４Ａの軸方向の一方及び他方へ移動する。

【0086】

駆動機構６０では、駆動モータ６２からの駆動力が、駆動軸６２Ｂ及びカップリング６４Ｃを介して、滑りネジ６４の軸部６４Ａへ伝達されて、図２に示されるように、軸部６４Ａが正転すると、ナット６４Ｂ、移動体６６及び着脱体６８が、軸部６４Ａの軸方向に沿って先端方向へ移動する。これにより、ケーブル５０が先端方向へ移動して、第二リンク２０を先端方向且つ腹方向へ押し、手指２００の屈曲動作を支援する。

【0087】

駆動機構６０では、駆動モータ６２からの駆動力が、駆動軸６２Ｂ及びカップリング６４Ｃを介して、滑りネジ６４の軸部６４Ａへ伝達されて、図１に示されるように、軸部６４Ａが逆転すると、ナット６４Ｂ、移動体６６及び着脱体６８が、軸部６４Ａの軸方向に沿って基端方向へ移動する。これにより、ケーブル５０が基端方向へ移動して、第二リンク２０を基端方向且つ背方向へ引っ張り、手指２００の伸展動作を支援する。

【0088】

＜本実施形態の作用効果＞
本実施形態に係る手指動作支援機構１００では、複数のケーブル５０が、第一リンク１０に対して移動可能に第一リンク１０を貫通し、先端部が第二リンク２０に固定されており、第一リンク１０と第二リンク２０との間の空間で屈曲可能とされている。この複数のケーブル５０における第一リンクに対する基端側の部分を駆動機構６０が押し引きする。

【0089】

このように、本実施形態では、駆動機構６０が複数のケーブル５０を押し引きするので、単数のケーブル５０を押し引きする場合に比べ、支援トルクが高められ、実用的な支援トルクを発現できる。

【0090】

さらに、本実施形態では、複数のケーブル５０が、第一リンク１０と第二リンク２０との間の空間５０Ｓで屈曲可能とされているので、過剰な支援トルクが作用した際に、複数のケーブル５０が、当該空間５０Ｓで屈曲することで、機械的に過剰な支援トルクを回避することができる。

【0091】

また、本実施形態では、複数のケーブル５０が、左右方向に沿って並んで配置されている。このため、複数のケーブル５０が腹背方向のみに沿って並んで配置されている場合に比べ、第一リンク１０及び第二リンク２０の腹背方向の寸法を小さくしつつ、支援トルクが高められ、実用的な支援トルクを発現できる。

【0092】

また、本実施形態では、例えば、ケーブル５０の本数が８本である場合において、図４（Ｃ）（Ｄ）に示されるように、ケーブル５０の列５６が、腹背方向に複数形成されている。このため、列５６が一つのみで形成されている場合に比べ、支援トルクが高められ、実用的な支援トルクを発現できる。

【0093】

また、本実施形態では、例えば、ケーブル５０の本数が８本である場合には、図４（Ｃ）（Ｄ）に示されるように、各列５６を構成するケーブル５０のケーブル数（具体的には４本）よりも、腹背方向に形成された列５６の列数（具体的には２列）が少なくなっている。このため、当該列数が当該ケーブル数よりも多い場合に比べ、第一リンク１０及び第二リンク２０の腹背方向の寸法を小さくしつつ、支援トルクが高められ、実用的な支援トルクを発現できる。

【0094】

本実施形態の第１変形例では、複数のケーブル５０は、ケーブル５０の列５６毎に、ケーブル５０の外径が異なっている。このため、列５６毎の支援トルクが調整可能となる。

【0095】

さらに、第１変形例では、背方向側に配置された列５６における複数のケーブル５０の外径が、腹方向側に配置された列５６における複数のケーブル５０の外径よりも大きくなっている。このため、背方向側に配置された列５６による支援トルクを、腹方向側に配置された列５６による支援トルクよりも大きくできる。

【0096】

ここで、ケーブル５０は、外径が大きいと曲げ剛性が高くなるため、曲げ難くなり、手指２００の屈曲動作を支援する際に、ケーブル曲率を稼ぎにくくなる。列５６が腹背方向に複数形成されるように、ケーブル５０が配置される場合（図４（Ｃ）（Ｄ）参照）では、第１変形例のように、外径が大きいケーブル５０を背方向側に配置することにより、安定した曲げを実現することができる。また、第二リンク２０への入力位置（すなわちケーブル５０の位置）が、回転軸２７から背方向側へ離れるほど、回転トルクが大きくなる。そして、第１変形例のように、回転軸２７から背方向側へ離れた位置に、曲げ剛性が高いケーブル５０を配置することで、支援トルクを大きくすることが可能となる。

【0097】

また、本実施形態の第２変形例では、複数のケーブル５０は、先端部同士、及び、第一リンクに対する基端側の部分（具体的には基端部）同士が固定されている。ケーブル５０の先端部及び基端側の部分の配置スペースを小さくできる。このため、第二リンク２０及び駆動機構６０の小型化を図ることができる。

【0098】

本実施形態では、特に、複数のケーブル５０は、先端部同士、及び、第一リンク１０に対する基端側の部分（具体的には基端部）同士は、左右方向に沿って並んだ状態で固定されているので、ケーブル５０の先端部及び基端側の部分の左右方向の配置スペースを小さくできる。このため、第二リンク２０及び駆動機構６０について、左右方向における小型化を図ることができる。

【0099】

なお、本実施形態の第２変形例では、複数のケーブル５０は、先端部同士、及び、第一リンクに対する基端側の部分（具体的には基端部）同士が固定されていたが、これに限られない。複数のケーブル５０は、先端部同士、及び、第一リンクに対する基端側の部分（具体的には基端部）同士の一方が、固定される構成であってもよい。すなわち、本実施形態では、複数のケーブル５０は、先端部同士、及び、第一リンクに対する基端側の部分（具体的には基端部）同士の少なくとも一方が、固定されていればよい。

【0100】

＜評価＞
手指動作支援機構１００によって、実用可能な支援トルクが得られるかについて評価を行った。また、過剰な支援トルクが作用した際に、ケーブル５０が座屈し、支援トルクを回避できるかについて評価を行った。

【0101】

＜評価方法＞
測定関節角度θｍ（図９及び図１０参照）から仮想関節動作角度θ（＝Δθ－θｍ）を振幅４０°にてケーブル５０の押出動作を行う。その後、測定関節角度θｍへ第二リンク２０が伸展するように、ケーブル５０の引張動作を行う。測定関節角度θｍは、０°、３０°、６０°、９０°とする。ケーブル５０の一連の動作について、急激な運動方向の変化を避けるため制御波形は運動周期Ｔ＝３ｓの正弦波とした。また、計測回数は５回とし、それらのアンサンブル平均を求めた。

【0102】

ケーブル５０には、例えば、図５（Ａ）に示されるように、１９本の素線５１が螺旋状に１本のケーブルに撚られたストランドタイプ（１×１９）を用いた。

【0103】

ケーブル５０の本数は、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示されるように、例えば、２本、４本及び８本に設定した。ケーブル５０の本数を２本、及び４本とした場合には、ケーブル５０の外径を１．０ｍｍに設定した（図４（Ａ）（Ｂ）参照）。

【0104】

また、ケーブル５０の本数を８本した場合には、ケーブル５０の外径を１．０ｍｍ、０．８５ｍの２つのタイプを用いた（図４（Ｃ）参照）。

【0105】

さらに、ケーブル５０の本数を８本した場合には、背方向側に配置された列５６における４本のケーブル５０の外径を１．０ｍｍとし、腹方向側に配置された列５６における４本のケーブル５０の外径を０．８５ｍｍとしたタイプを用いた（図４（Ｄ）参照）。

【0106】

支援トルクτは、関節回転半径ｒｊ［ｍｍ］と動作支援力Ｆｗ［Ｎ］に基づき、以下の式（１）より算出した。

【0107】

式（１） τ＝Ｆｗ・ｒｊ

【0108】

動作支援力Ｆｗ［Ｎ］は、図９及び図１０に示される取付部３０２に取り付けたロードセル３０４を、第二リンク２０の中央に配置し、当該ロードセル３０４によって測定した。

【0109】

関節回転半径ｒ_ｊ［ｍｍ］は、図１１（Ａ）に示されるように、第一リンク１０と第二リンク２０との間の距離ｒ_ｗ（具体的には第一リンク１０と回転軸２７の回転中心との距離）と、ケーブル５０と連結部位２０６の骨との距離ｒ_ｔ（具体的にはケーブル５０と指関節２０４の軸２０４Ａとの距離）に基づき、図１１（Ｂ）に示される式（２）により求められる。

【0110】

＜評価結果＞
図１２に示されるように、いずれのタイプにおいても、測定関節角度θｍを０°、３０°、６０°、９０°とした場合に、実用的に最低限必要な支援トルク１００Ｎｍｍ以上を発現することが確認された。なお、いずれのタイプにおいても、仮想関節動作角度θが２５°以上を超えると、ケーブル５０の座屈により、支援トルクが収束又は減少することが確認された。これにより、過剰な支援トルクが作用した際に、ケーブル５０が座屈し、支援トルクを回避できることが確認された。

【0111】

また、理学療法士が手指のリハビリに必要とする支援トルクは、１５０Ｎｍｍ以上とされている。ケーブル５０の本数を８本とし外径１．０ｍｍであるタイプ、及びケーブル５０の本数を８本とし外径０．８５ｍｍと１．０ｍｍを組み合わせたタイプにおいて、測定関節角度θｍを０°、３０°、６０°、９０°とした場合に、支援トルク１５０Ｎｍｍ以上を発現することが確認された。

【0112】

さらに、理学療法士が手指のリハビリに必要とする支援トルクは、３００Ｎｍｍ以下が望ましいとされている。ケーブル５０の本数を８本とし外径０．８５ｍｍと１．０ｍｍを組み合わせたタイプにおいては、測定関節角度θｍを０°、３０°、６０°、９０°とした場合に、支援トルクが３００Ｎｍｍ以下に収まることが確認された。

【0113】

＜手指動作支援機構１００の具体的な適用例＞
本実施形態の手指動作支援機構１００は、四指及び母指の各部位に適用することが可能である。図１３～１５には、手指動作支援機構１００を四指の各部位に適用した適用例が示されている。本適用例では、四指の各々における基節骨、中節骨及び末節骨の各々で形作られる指の部位２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃの背方向側に対して、リンク材４０１、４０２、４０３が配置されている。さらに、リンク材４０４が手の甲２０６Ａなどに配置されている。リンク材４０１、４０２、４０３、４０４は、一例として、面ファスナ等の取付手段により、取り付け対象（具体的には指の部位２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、及び手の甲２０６Ａ）に対して取り付ける。

【0114】

リンク材４０１に対して複数のケーブル５０の先端部が固定されており、リンク材４０１は、第二リンク２０として機能する。リンク材４０２、４０３、４０４に対しては、複数のケーブル５０の各々が、移動可能に貫通している。リンク材４０２、４０３、４０４は、第一リンク１０として機能する。

【0115】

リンク材４０１、４０２、４０３は、指関節の軸に対して同軸上に配置され、左右方向に沿った回転軸４１０によって回転可能に連結されている。リンク材４０３とリンク材４０４とは、一例として、左右方向に沿った軸と、腹背方向に沿った軸との２軸に回転可能に連結されている。さらに、リンク材４０３は、リンク材４０４に対して、先後方向に移動可能に連結されている。なお、リンク材４０２、４０３、４０４は、左右方向の片側において、片持ちで連結する構成とされている。

【0116】

本適用例では、四指のうち、示指及び中指に対して、共通の駆動機構６０が設けられており、示指及び中指のリンク材４０１、４０２、４０３を一括して動作させる。また、図１３では、図示を省略しているが、四指のうち、環指及び小指示に対して、共通の駆動機構６０が設けられており、環指及び小指のリンク材４０１、４０２、４０３を一括して動作させる。なお、示指、中指、環指及び小指の各々に、駆動機構６０が設けて、示指、中指、環指及び小指のリンク材４０１、４０２、４０３をそれぞれに動作させてもよい。

【0117】

本適用例では、駆動機構６０の駆動モータ６２からの駆動力により、ケーブル５０が先端方向へ移動すると、リンク材４０１を先端方向且つ腹方向へ押し、図１５に示されるように、手指２００の屈曲動作を支援する。

【0118】

駆動機構６０の駆動モータ６２からの駆動力により、ケーブル５０が基端方向へ移動すると、リンク材４０１を基端方向且つ背方向へ引っ張り、図１４に示されるように、手指２００の伸展動作を支援する。

【0119】

なお、手指動作支援機構１００を四指及び母指に対して適用する場合では、配置スペースの観点から、中指、環指及び小指においては、ＰＩＰ関節及びＤＩＰ関節に対して手指動作支援機構１００を適用することが考えられる。ただし、ケーブル５０の本数の低減などにより、第一リンク１０及び第二リンク２０の小型化ができれば、四指及び母指における全ての指関節２０４に対して手指動作支援機構１００を適用することも可能である。

【0120】

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成してもよい。

【符号の説明】

【0121】

１０ 第一リンク
１２ 本体部
１４ 連結部
１６ 孔
１７ チューブ
１８ 突出部分
１９ 固定手段
２０ 第二リンク
２２ 本体部
２４ 連結部
２６ 孔
２７ 回転軸
２８ 突出部分
２９ 固定手段
５０ ケーブル
５０Ｓ 空間
５１ 素線
５５ 固定手段
５６ 列
５９ 固定手段
６０ 駆動機構
６１ 支持体
６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ 支持部
６２ 駆動モータ
６２Ａ 本体
６２Ｂ 駆動軸
６４ ネジ
６４Ａ 軸部
６４Ｂ ナット
６４Ｃ カップリング
６６ 移動体
６６Ａ 固定部
６６Ｂ 取付部
６６Ｃ 孔
６６Ｄ 溝
６８ 着脱体
６８Ａ 凸部
１００ 手指動作支援機構
２００ 手指
２０２ 指部位
２０４ 指関節
２０４Ａ 軸
２０６ 連結部位
２０６Ａ 手の甲
３０２ 取付部
３０４ ロードセル
４０１、４０２、４０３、４０４ リンク材
４１０ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】