JP6315543B2

JP6315543B2 - Prosthetic and prosthetic hands

Info

Publication number: JP6315543B2
Application number: JP2013200268A
Authority: JP
Inventors: 平田　仁; 仁平田; 克之岩月; 慎太郎大山; 真吾下田; 宮川　拓也; 拓也宮川; 山本　貴史; 貴史山本
Original assignee: Nagoya University NUC; Toyota Motor Corp; Tokai National Higher Education and Research System NUC; RIKEN
Current assignee: Nagoya University NUC; Toyota Motor Corp; Tokai National Higher Education and Research System NUC; RIKEN
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: JP2015065996A

Description

本明細書に開示の技術は、事故等によって失われた手や足の機能を補うために装着される義肢（例えば、義手、義足等）に関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a prosthetic limb (for example, a prosthetic hand, a prosthetic leg, etc.) that is worn to compensate for the function of a hand or a foot lost due to an accident or the like.

従来から身体の一部を失った人が使用する義肢が知られている。義肢としては、腕の一部を失った人が使用する義手や、脚の一部を失った人が使用する義足がある。例えば特許文献１には腕に装着する義手が開示されている。義手としては、筋肉が活動するときに発生する活動電位を利用する筋電義手が知られている。筋電義手では、腕の一部を失った人（ユーザー）が腕の残存部分の筋肉を収縮させ、その収縮時の活動電位を利用して対象物を把持したり放したりする。 Conventionally, prosthetic limbs used by people who have lost a part of their body are known. Examples of the prosthetic limb include a prosthetic hand used by a person who has lost a part of his arm and a prosthetic leg used by a person who has lost a part of his leg. For example, Patent Document 1 discloses a prosthetic hand to be worn on the arm. As a prosthetic hand, a myoelectric prosthetic hand using an action potential generated when a muscle is active is known. In the myoelectric prosthetic hand, a person (user) who has lost a part of the arm contracts the muscle of the remaining part of the arm, and uses the action potential at the time of contraction to hold or release the object.

特開２０１２−２５００４８号公報JP 2012-250048 A

しかしながら、筋電義手のように筋肉の活動電位を利用してアクチュエータを駆動する義肢では、ユーザーが残存部分の筋肉の収縮活動を調整しなければならず、筋収縮の調整が難しいので上手く使いこなせないという問題があった。 However, in the artificial limb that drives the actuator using the muscle action potential like the myoelectric prosthetic hand, the user has to adjust the contraction activity of the muscle of the remaining part and it is difficult to adjust the muscle contraction, so it can not be used well. There was a problem.

例えば、義手により対象物を把持する場合、まず、手首の角度を調整して義手と対象物との角度を調整し、次いで、指を駆動して対象物を把持する必要がある。これらの一連の行為を従来の筋電義手により行おうとすると、まず、残存筋肉の一部を収縮させて手首を駆動し、次いで、残存筋肉の他の一部を収縮させて指を駆動しなければならない。このため、残存筋肉を適切に収縮させることが難しく、対象物を上手く把持することができないという問題があった。 For example, when holding an object with a prosthetic hand, it is necessary to first adjust the angle of the wrist to adjust the angle between the prosthetic hand and the object, and then drive the finger to hold the object. In order to perform these actions with a conventional myoelectric prosthetic hand, first, the wrist must be driven by contracting a part of the remaining muscle, and then the finger should be driven by contracting the other part of the remaining muscle. I must. For this reason, there is a problem that it is difficult to properly contract the remaining muscles and the object cannot be gripped well.

そこで本明細書は、ユーザーが容易に使いこなせることができる義肢を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present specification is to provide a prosthetic limb that a user can easily use.

本明細書に開示する義肢は、ユーザーに装着される本体部と、本体部に対して回転可能に連結された先端部と、先端部を回転駆動する回転駆動部と、を備えている。また、義肢は、ユーザーの肢体のうち予め設定された特定部位の回転角度を検知する検知部と、検知部の検知に基づいて回転駆動部の作動を制御する制御部と、を備えている。制御部は、ユーザーの肢体のうち特定部位が回転すると、検知部が検知した回転角度に基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させることにより先端部を本体部に対して回転駆動する。 A prosthetic limb disclosed in the present specification includes a main body portion that is worn by a user, a distal end portion that is rotatably connected to the main body portion, and a rotation driving unit that rotationally drives the distal end portion. The prosthesis includes a detection unit that detects a rotation angle of a specific part set in advance in the user's limb, and a control unit that controls the operation of the rotation drive unit based on detection by the detection unit. When a specific part of the user's limb rotates, the control unit drives the rotation drive unit at a drive angle calculated based on the rotation angle detected by the detection unit, thereby driving the tip unit to rotate relative to the main body unit. .

このような構成によれば、ユーザーが肢体の特定部位を動かすと、その動きに応じて算出される駆動角度により先端部が回転駆動される。これにより、先端部の角度をユーザーの肢体の特定部位の動きに応じて調整することができる。したがって、ユーザーの姿勢と先端部の角度が調和するので、ユーザーが義肢を容易に使いこなすことができる。 According to such a configuration, when the user moves a specific part of the limb, the distal end portion is rotationally driven at a driving angle calculated according to the movement. Thereby, the angle of a front-end | tip part can be adjusted according to a motion of the specific site | part of a user's limb. Therefore, since the user's posture and the angle of the tip end in harmony, the user can easily use the prosthesis.

また、上記の義肢において、検知部は、複数の自由度において肢体の特定部位の回転角度を検知することができる。また、制御部は、それぞれの自由度における回転角度に対して重みづけをし、重みづけされた回転角度に基づいて算出される角度基準値と、係数とに基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させると共に、角度基準値と閾値との比較に基づいて係数を修正することができる。 In the above artificial limb, the detection unit can detect the rotation angle of the specific part of the limb in a plurality of degrees of freedom. In addition, the control unit weights the rotation angle in each degree of freedom, and rotates at the drive angle calculated based on the angle reference value calculated based on the weighted rotation angle and the coefficient. While the driving unit is operated, the coefficient can be corrected based on the comparison between the angle reference value and the threshold value.

あるいは、上記の義肢において、制御部は、検知部で検知した回転角度および係数に基づいて算出される駆動角度で回転駆動部を作動させると共に、検知部で検知した回転角度に基づいて算出される角度基準値が予め設定された閾値の範囲内にない場合は、ユーザーの肢体の特定部位の回転角度に基づいて算出される角度基準値が閾値の範囲内となるように係数を修正することができる。 Alternatively, in the above-mentioned prosthetic limb, the control unit operates the rotation drive unit at a drive angle calculated based on the rotation angle and coefficient detected by the detection unit, and is calculated based on the rotation angle detected by the detection unit. If the angle reference value is not within the preset threshold range, the coefficient may be corrected so that the angle reference value calculated based on the rotation angle of the specific part of the user's limb is within the threshold range. it can.

また、上記の各義肢は、ユーザーの腕に装着される義手として用いることができる。この場合、先端部は、対象物を把持可能な把持部を備えることができる。また、検知部は、義手が装着される腕側の肩の３自由度における回転角度および肘の１自由度における回転角度を検知することができる。 Moreover, each said prosthesis can be used as a prosthetic hand with which a user's arm is mounted | worn. In this case, the distal end portion can include a grip portion that can grip the object. Further, the detection unit can detect the rotation angle in the three degrees of freedom of the shoulder on the arm side where the artificial hand is worn and the rotation angle in the one degree of freedom of the elbow.

実施形態に係る義手をユーザーに装着した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which mounted | wore the user with the artificial hand which concerns on embodiment. 実施形態に係る義手の側面図である。It is a side view of the artificial hand which concerns on embodiment. 実施形態に係る義手の要部を拡大して示す側面図である。It is a side view which expands and shows the principal part of the prosthetic hand which concerns on embodiment. 実施形態に係る義手の要部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the principal part of the prosthetic hand which concerns on embodiment. 実施形態に係る義手の構成要素のブロック図である。It is a block diagram of the component of the artificial hand which concerns on embodiment. 実施形態に係る義手を装着したユーザーが対象物を把持しようとする状態を示す図である（１）。It is a figure which shows the state in which the user with which the prosthetic hand which concerns on embodiment is going to hold | grips a target object (1). 実施形態に係る義手を装着したユーザーが対象物を把持しようとする状態を示す図である（２）。It is a figure which shows the state which the user with the artificial hand which concerns on embodiment tries to hold | grip a target object (2).

以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。実施形態に係る義肢は、ユーザーＭの腕に装着される義手である。ユーザーＭは、例えば交通事故等により腕の一部を失った人である。図１および図２に示すように、義手１（義肢の一例）は、ユーザーＭの腕に装着される本体部２と、本体部２に対して回転可能に連結された先端部３と、先端部３を回転駆動する回転駆動部４とを備えている。また、義手１は、ユーザーＭの肢体のうち予め設定された特定部位（肩および肘）の回転角度を検知する検知部６（肩検知センサ６１および肘検知センサ６２）と、検知部６の検知に基づいて回転駆動部４の作動を制御する制御部７とを備えている。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. The prosthetic limb according to the embodiment is a prosthetic hand worn on the arm of the user M. The user M is a person who has lost a part of his arm due to a traffic accident, for example. As shown in FIGS. 1 and 2, a prosthetic hand 1 (an example of a prosthetic limb) includes a main body 2 that is attached to the arm of a user M, a distal end 3 that is rotatably connected to the main body 2, and a distal end And a rotational drive unit 4 that rotationally drives the unit 3. The prosthetic hand 1 includes a detection unit 6 (shoulder detection sensor 61 and elbow detection sensor 62) that detects a rotation angle of a specific part (shoulder and elbow) set in advance among the limbs of the user M, and detection by the detection unit 6. And a control unit 7 for controlling the operation of the rotation drive unit 4 based on the above.

本体部２は、例えばシリコン樹脂から形成されており、ユーザーＭの腕と同様の形状に形成されている。本体部２は、装着バンド２１によってユーザーＭの腕に固定されている。装着バンド２１は、ユーザーＭの胴部に巻かれ、本体部２を支持している。 The main body 2 is made of, for example, silicon resin, and has the same shape as the user's M arm. The main body 2 is fixed to the arm of the user M by a mounting band 21. The mounting band 21 is wound around the trunk of the user M and supports the main body 2.

先端部３は、連結部３２および把持部５を備えている。連結部３２は後述の回転駆動部４の回転軸４４に固定されている。回転軸４４が回転することにより先端部３が本体部２に対して回転する。 The distal end portion 3 includes a connecting portion 32 and a grip portion 5. The connecting part 32 is fixed to a rotating shaft 44 of the rotation driving part 4 described later. As the rotating shaft 44 rotates, the tip portion 3 rotates relative to the main body portion 2.

把持部５は、図３に示すように、固定部５４と、固定部５４に回転可能に取り付けられた回転部５３とを備えている。また、把持部５は、互いに対向する第１指部５１および第２指部５２を備えている。固定部５４は、連結部３２に対して所定の角度で傾斜した状態で固定されている。回転部５３は、ステッピングモータ（図示せず）に接続されており、ステッピングモータの作動により所定の回転角度で正回転あるいは逆回転する。ステッピングモータは、パルス電力によって一定のステップ角単位で回転するモータであり、回転角度を制御可能な公知のモータである。ステッピングモータの回転は制御部７により制御可能である。第１指部５１および第２指部５２は回転部５３に連結されている。第１指部５１は、第１連結部材５１１を介して回転部５３の一方側に連結されている。第２指部５２は、第２連結部材５１２を介して回転部５３の他方側に連結されている。ステッピングモータによって回転部５３が回転することにより第１指部５１と第２指部５２が開閉する。把持部５は、第１指部５１と第２指部５２が開閉することにより、対象物を把持したり放したりすることができる。なお、第１指部５１と第２指部５２の開閉動作（すなわち、ステッピングモータの駆動）は、ユーザーＭによるスイッチ操作（ユーザーＭの左手による義手１への入力操作）や、ユーザーＭの活動電位（所定の残存筋肉の収縮動作）により行うことができる。なお、ユーザーＭの活動電位を利用して第１指部５１と第２指部５２の開閉動作を行ったとしても、開閉動作のみを制御するだけでよいため、ユーザーＭは義手１を容易に使いこなすことができる。 As shown in FIG. 3, the grip portion 5 includes a fixed portion 54 and a rotating portion 53 that is rotatably attached to the fixed portion 54. The grip 5 includes a first finger 51 and a second finger 52 that face each other. The fixing part 54 is fixed in a state where it is inclined at a predetermined angle with respect to the connecting part 32. The rotating unit 53 is connected to a stepping motor (not shown), and rotates forward or backward at a predetermined rotation angle by the operation of the stepping motor. The stepping motor is a motor that rotates by a constant step angle unit by pulse power, and is a known motor that can control the rotation angle. The rotation of the stepping motor can be controlled by the control unit 7. The first finger part 51 and the second finger part 52 are connected to the rotating part 53. The first finger part 51 is connected to one side of the rotating part 53 via the first connecting member 511. The second finger part 52 is connected to the other side of the rotating part 53 via the second connecting member 512. The first finger part 51 and the second finger part 52 are opened and closed by rotating the rotating part 53 by the stepping motor. The grasping part 5 can grasp and release the object by opening and closing the first finger part 51 and the second finger part 52. Note that the opening / closing operation of the first finger unit 51 and the second finger unit 52 (that is, driving of the stepping motor) is performed by a switch operation by the user M (an input operation to the prosthetic hand 1 by the user M's left hand) This can be performed by electric potential (a contraction operation of a predetermined remaining muscle). Even if the opening / closing operation of the first finger unit 51 and the second finger unit 52 is performed using the action potential of the user M, it is only necessary to control the opening / closing operation. Can be used well.

回転駆動部４としては、例えばステッピングモータを用いることができる。本実施形態の回転駆動部４は、図４に示すように、基部４１と、基部４１に対して回転する回転軸４４とを備えている。また、回転駆動部４は、ステータ４２と、ステータ４２に対して回転するロータ４３とを備えている。基部４１は本体部２に固定されている。ステータ４２およびロータ４３は基部４１の内部に配置されており、ステータ４２は基部４１に固定されている。回転軸４４は、ロータ４３に固定されており、ロータ４３の回転により回転する。回転軸４４は、１自由度、すなわちｃ軸回りに回転し、所定の回転角度で正回転あるいは逆回転する。また、回転軸４４は先端部３の連結部３２に連結されており、回転軸４４の回転により先端部３が回転する。このようにして回転駆動部４は先端部３を回転駆動することができる。また、回転駆動部４は、制御部７の制御により回転軸４４の回転角度を制御可能である。回転軸４４は、制御された所定の回転角度で回転する。 For example, a stepping motor can be used as the rotation drive unit 4. As shown in FIG. 4, the rotation drive unit 4 of this embodiment includes a base 41 and a rotation shaft 44 that rotates with respect to the base 41. The rotational drive unit 4 includes a stator 42 and a rotor 43 that rotates with respect to the stator 42. The base 41 is fixed to the main body 2. The stator 42 and the rotor 43 are disposed inside the base 41, and the stator 42 is fixed to the base 41. The rotating shaft 44 is fixed to the rotor 43 and rotates by the rotation of the rotor 43. The rotation shaft 44 rotates around one degree of freedom, that is, around the c-axis, and rotates forward or backward at a predetermined rotation angle. The rotating shaft 44 is connected to the connecting portion 32 of the tip 3, and the tip 3 is rotated by the rotation of the rotating shaft 44. In this way, the rotational drive unit 4 can rotationally drive the tip 3. Further, the rotation drive unit 4 can control the rotation angle of the rotation shaft 44 under the control of the control unit 7. The rotation shaft 44 rotates at a controlled predetermined rotation angle.

検知部６としては、例えばロータリエンコーダを用いることができる。ロータリエンコーダは、回転量を電気信号に変換して、この電気信号を処理して角度を検知する公知のセンサである。検知部６は、ユーザーＭの肢体うち予め設定された特定部位（本実施形態では肩および肘）に配置されている。本実施形態の検知部６は、ユーザーＭの肩の回転角度を検知する肩検知センサ６１と、ユーザーＭの肘の回転角度を検知する肘検知センサ６２とを備えており、ユーザーＭの肩および肘の回転角度を同時に検知することができる。図１に示すように、肩検知センサ６１は、ユーザーＭの肩の近傍に配置されている。また、肘検知センサ６２は、ユーザーＭの肘の近傍に配置されている。検知部６は、肩については、３自由度、すなわちｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの回転角度を検知する。また、肘については、１自由度、すなわちｖ軸回りの回転角度を検知する。ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、それぞれ互いに直交している。ｖ軸は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸から独立した軸である。ｘ軸は、ユーザーＭの肩を通り、鉛直方向に延びる軸である。ｙ軸は、ユーザーＭの肩を通り、ユーザーＭの両肩が並ぶ方向に沿って水平に延びる軸である。ｚ軸は、ユーザーＭの肩を通り、ｘ軸およびｙ軸に直交する軸である。ｖ軸は、ユーザーＭの肘を通り、肘の回転方向（屈曲方向）に直交する軸である。検知部６は、所定の検知周期ＴでユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度を検知する。検知周期Ｔは、例えば１０ミリ秒（ｍｓ）〜５０ミリ秒（ｍｓ）が好ましい。回転角度は、初期の姿勢と検知時点における姿勢とのなす角度である。初期の姿勢は、任意に設定することができる。本実施形態では、初期の姿勢は、ユーザーＭが肘を延ばして腕を鉛直下方に下し、自然体で起立した状態としている。すなわち、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、およびｖ軸回りの回転角度がそれぞれ０°の状態を初期の姿勢としている。 For example, a rotary encoder can be used as the detection unit 6. The rotary encoder is a known sensor that converts an amount of rotation into an electrical signal and processes the electrical signal to detect an angle. The detection part 6 is arrange | positioned in the specific site | part (this embodiment shoulder and elbow) among the user's M limbs. The detection unit 6 of this embodiment includes a shoulder detection sensor 61 that detects the rotation angle of the shoulder of the user M and an elbow detection sensor 62 that detects the rotation angle of the elbow of the user M. The rotation angle of the elbow can be detected simultaneously. As shown in FIG. 1, the shoulder detection sensor 61 is disposed in the vicinity of the shoulder of the user M. Further, the elbow detection sensor 62 is disposed in the vicinity of the elbow of the user M. The detection unit 6 detects three degrees of freedom of the shoulder, that is, a rotation angle around the x axis, the y axis, and the z axis. For the elbow, one degree of freedom, that is, a rotation angle around the v-axis is detected. The x axis, the y axis, and the z axis are orthogonal to each other. The v-axis is an axis independent of the x-axis, y-axis, and z-axis. The x-axis is an axis that passes through the shoulder of the user M and extends in the vertical direction. The y-axis is an axis that passes through the shoulder of the user M and extends horizontally along the direction in which the shoulders of the user M are aligned. The z-axis is an axis that passes through the shoulder of the user M and is orthogonal to the x-axis and the y-axis. The v-axis is an axis that passes through the elbow of the user M and is orthogonal to the rotation direction (bending direction) of the elbow. The detection unit 6 detects the rotation angle of the limbs (shoulders and elbows) of the user M at a predetermined detection cycle T. The detection period T is preferably, for example, 10 milliseconds (ms) to 50 milliseconds (ms). The rotation angle is an angle formed between the initial posture and the posture at the time of detection. The initial posture can be set arbitrarily. In the present embodiment, the initial posture is a state in which the user M stands up with a natural body by extending the elbow and lowering the arm vertically downward. That is, the initial posture is a state in which the rotation angles around the x-axis, y-axis, z-axis, and v-axis are each 0 °.

制御部７は、本体部２の内部に配置されている。制御部７は、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えており、情報の記憶や演算を行うことができる。制御部７は、図５のブロック図に示すように、検知部６の検知に基づいて回転駆動部４および把持部５の作動を制御する。制御部７による制御については以下に詳細に説明する。 The control unit 7 is disposed inside the main body unit 2. The control unit 7 includes a CPU and a memory (both not shown), and can store information and perform calculations. As shown in the block diagram of FIG. 5, the control unit 7 controls the operations of the rotation driving unit 4 and the gripping unit 5 based on the detection by the detection unit 6. The control by the control unit 7 will be described in detail below.

次に、義手により対象物を把持する方法について説明する。義手１により対象物Ｐを把持する場合、制御部７は、ユーザーＭの肢体のうち予め設定された特定部位（肩および肘）が回転すると、検知部６が検知した肢体の回転角度に基づいて回転駆動部４の駆動角度を算出し、算出した駆動角度で回転駆動部４を作動させる。これにより先端部３が本体部２に対して回転する。この制御について、以下により詳細に説明してゆく。 Next, a method for gripping an object with a prosthetic hand will be described. When the prosthetic hand 1 holds the object P, the control unit 7 is based on the rotation angle of the limb detected by the detection unit 6 when a predetermined specific portion (shoulder and elbow) of the user M's limb rotates. The drive angle of the rotation drive unit 4 is calculated, and the rotation drive unit 4 is operated at the calculated drive angle. As a result, the tip 3 rotates with respect to the main body 2. This control will be described in more detail below.

まず、義手１を装着したユーザーＭが、図６に示すように、初期の姿勢から、対象物Ｐを把持するために腕を動かす。ユーザーＭが腕を動かすと、ユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転する。肩は３自由度、すなわちｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りに回転する。また、肘は１自由度、すなわちｖ軸回りに回転する。このとき、対象物Ｐの位置に応じて肢体（肩および肘）の回転角度が異なる。例えば、高い位置にある対象物Ｐを把持する場合は肩および肘の回転角度が大きくなる。また、ユーザーＭの近くにある対象物Ｐを把持する場合は肩および肘の回転角度が小さくなる。 First, as shown in FIG. 6, the user M wearing the prosthetic hand 1 moves his / her arm from the initial posture in order to grip the object P. When the user M moves his / her arm, the user M's limbs (shoulder and elbow) rotate. The shoulder rotates around three degrees of freedom, that is, around the x, y, and z axes. The elbow rotates about one degree of freedom, that is, around the v-axis. At this time, the rotation angles of the limbs (shoulders and elbows) differ depending on the position of the object P. For example, when the object P located at a high position is gripped, the rotation angles of the shoulder and elbow are increased. Further, when the object P near the user M is gripped, the rotation angles of the shoulder and elbow are reduced.

次に、検知部６がユーザーＭの肢体の特定部位（肩および肘）の回転角度を検知する。検知部６は、義手１が装着される腕側の肩および肘の回転角度を検知する。例えば、ある時刻ｔにおいて、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの肩の回転角度がそれぞれｘ_ｔ、ｙ_ｔ、ｚ_ｔであり、ｖ軸回りの肘の回転角度がｖ_ｔであるとすると、検知部６がこの回転角度（ｘ_ｔ、ｙ_ｔ、ｚ_ｔ、ｖ_ｔ）を検知する。このように検知部６は、複数の自由度（肩に関する３自由度および肘に関する１自由度）において、ユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度を検知する。なお、時刻ｔにおける回転角度は、初期の姿勢と時刻ｔの姿勢とがなす角度である。また、検知部６は所定の検知周期Ｔで回転角度を検知している。検知された回転角度の情報は、検知部６から制御部７に送られる。 Next, the detection part 6 detects the rotation angle of the specific site | part (shoulder and elbow) of the user's M limb. The detection unit 6 detects the rotation angle of the shoulder and elbow on the arm side on which the prosthetic hand 1 is worn. For example, if at a certain time t, the rotation angles of the shoulders around the x-axis, y-axis, and z-axis are x _t , y _t , and z _t , respectively, and the rotation angle of the elbow around the v-axis is v _t , The detection unit 6 detects this rotation angle (x _t , y _t , z _t , v _t ). In this way, the detection unit 6 detects the rotation angle of the limb (shoulder and elbow) of the user M in a plurality of degrees of freedom (three degrees of freedom regarding the shoulder and one degree of freedom regarding the elbow). The rotation angle at time t is an angle formed by the initial posture and the posture at time t. The detection unit 6 detects the rotation angle at a predetermined detection cycle T. Information on the detected rotation angle is sent from the detection unit 6 to the control unit 7.

次に、検知部６が検知した肢体の回転角度（ｘ_ｔ、ｙ_ｔ、ｚ_ｔ、ｖ_ｔ）に基づいて、制御部７が回転駆動部４の駆動角度を算出する。より詳細には、制御部７はまず、時刻ｔにおいて検知されたそれぞれの自由度における回転角度（ｘ_ｔ、ｙ_ｔ、ｚ_ｔ、ｖ_ｔ）に対して重みづけをする。例えば、各自由度の回転角度（ｘ_ｔ、ｙ_ｔ、ｚ_ｔ、ｖ_ｔ）に対する重みをそれぞれｗ_ｘ、ｗ_ｙ、ｗ_ｚ、ｗ_ｖとし、この重みを回転角度に掛け合わせる。重み（ｗ_ｘ、ｗ_ｙ、ｗ_ｚ、ｗ_ｖ）の具体的な値は、実験的または解剖学的な知見に基づいて予め設定されている。例えば、被験者に義手１を装着し、被験者が腕を動かす実験を行い、その実験に基づいて適切な重みを決定することができる。例えば、重み（ｗ_ｘ、ｗ_ｙ、ｗ_ｚ、ｗ_ｖ）＝（０．１２、０．２０、１．０、０．０５）とすることができる。 Next, based on the rotation angle (x _t , y _t , z _t , v _t ) of the limb detected by the detection unit 6, the control unit 7 calculates the drive angle of the rotation drive unit 4. More specifically, the control unit 7 first weights the rotation angles (x _t , y _t , z _t , v _t ) at the respective degrees of freedom detected at time t. For example, w _x , w _y , w _z , and w _v are weights for the rotation angles (x _t , y _t , z _t , and v _t ) of each degree of freedom, and the weights are multiplied by the rotation angles. Specific values of the weights (w _x , w _y , w _z , w _v ) are set in advance based on experimental or anatomical findings. For example, it is possible to perform an experiment in which the subject wears the prosthesis 1 and the subject moves his arm, and an appropriate weight can be determined based on the experiment. For example, the weights (w _x , w _y , w _z , w _v ) = (0.12, 0.20, 1.0, 0.05) can be set.

次に制御部７は、重みづけされた回転角度（ｗ_ｘ・ｘ_ｔ、ｗ_ｙ・ｙ_ｔ、ｗ_ｚ・ｚ_ｔ、ｗ_ｖ・ｖ_ｔ）に基づいて角度基準値を算出する。具体的には、下記の式（１）に示すように、重みづけされた回転角度（ｗ_ｘ・ｘ_ｔ、ｗ_ｙ・ｙ_ｔ、ｗ_ｚ・ｚ_ｔ、ｗ_ｖ・ｖ_ｔ）を全て足し合わせて角度基準値ｆ_ｔを算出する。

Next, the control unit 7 calculates an angle reference value based on the weighted rotation angles (w _x · x _t , w _y · y _t , w _z · z _t , w _v · v _t ). Specifically, as shown in the following formula (1), all weighted rotation angles (w _x · x _t , w _y · y _t , w _z · z _t , w _v · v _t ) are added. In addition, the angle reference value f _t is calculated.

次に制御部７は、下記の式（２）に示すように、算出した角度基準値ｆ_ｔに所定の係数Ａ＝α_０を掛け合わせて駆動角度θ_ｔを算出する。初期の係数Ａ＝α_０の具体的な値は、実験的または解剖学的な知見に基づいて任意の値が予め設定されている。例えば、初期の係数Ａ＝１．０とすることができる。

Next, as shown in the following formula (2), the control unit 7 calculates the drive angle θ _t by multiplying the calculated angle reference value f _t by a predetermined coefficient A = α ₀ . A specific value of the initial coefficient A = α ₀ is set in advance based on experimental or anatomical knowledge. For example, the initial coefficient A can be set to 1.0.

続いて制御部７は、算出した駆動角度θ_ｔに基づいて回転駆動部４を作動させる。制御部７が算出した駆動角度θ_ｔの情報を回転駆動部４に送ると、回転駆動部４の回転軸４４が初期の姿勢から駆動角度θ_ｔで回転する。回転軸４４が回転すると、回転軸４４に連結された先端部３が回転する。このようにして、回転駆動部４が先端部３を初期の姿勢から駆動角度θ_ｔで回転駆動する。 Subsequently, the control unit 7 activates the rotation driving unit 4 based on the calculated drive angle theta _t. When information on the drive angle θ _t calculated by the control unit 7 is sent to the rotation drive unit 4, the rotation shaft 44 of the rotation drive unit 4 rotates from the initial posture at the drive angle θ _t . When the rotating shaft 44 rotates, the tip 3 connected to the rotating shaft 44 rotates. In this way, the rotary drive unit 4 is rotationally driven by the drive angle theta _t the tip 3 from the initial position.

また、制御部７は、角度基準値ｆ_ｔを算出した後、この角度基準値ｆ_ｔが予め設定された所定の閾値を越えている場合は係数Ａを修正する。より詳細には、制御部７はまず、算出した角度基準値ｆ_ｔと所定の閾値（ｆ_ｇ、−ｆ_ｇ）とを比較し、角度基準値ｆ_ｔが閾値（ｆ_ｇ、−ｆ_ｇ）の範囲内にあるか否かを判断する。そして、角度基準値ｆ_ｔが閾値（ｆ_ｇ、−ｆ_ｇ）の範囲内にない場合は、所定の修正値αに基づいて係数Ａを修正し、修正された係数Ａ＝α_０±αを算出する。具体的には、制御部７は、下記の式（３）に示すように、角度基準値ｆ_ｔが上限の閾値ｆ_ｇ以上である場合は、初期の係数Ａ＝α_０に修正値αを足し合わせて、修正後の係数Ａ＝α_０＋αを算出する。一方、制御部７は、下記の式（４）に示すように、角度基準値ｆ_ｔが下限の閾値−ｆ_ｇ以下である場合は、初期の係数Ａ＝α_０から修正値αを引いて、修正後の係数Ａ＝α_０−αを算出する。閾値（ｆ_ｇ、−ｆ_ｇ）および修正値αの具体的な値は、実験的または解剖学的な知見に基づいて予め設定されている。例えば、被験者に義手１を装着し、被験者が腕を動かす実験を行い、その実験に基づいて適切な閾値および修正値を決定することができる。例えば、閾値（ｆ_ｇ、−ｆ_ｇ）＝（０．５、−０．５）とすることができる。また、例えば、修正値α＝０．００１とすることができる。また、修正後の係数Ａ＝α_０＋αまたは係数Ａ＝α_０−αは、次の時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θ_ｔ＋Ｔの算出に用いられる。

The control unit 7, after calculating the angle reference value f _t, if this angle reference value f _t exceeds a predetermined threshold which is set in advance to correct the coefficients A. More specifically, the control unit 7 first compares the calculated angle reference value f _t with a predetermined threshold value (f _g , −f _g ), and the angle reference value f _t is the threshold value (f _g , −f _g ). It is determined whether it is within the range. If the angle reference value f _t is not within the range of the threshold value (f _g , −f _g ), the coefficient A is corrected based on the predetermined correction value α, and the corrected coefficient A = α ₀ ± α is set. calculate. Specifically, as shown in the following equation (3), the control unit 7 sets the correction value α to the initial coefficient A = α ₀ when the angle reference value f _t is equal to or greater than the upper limit threshold f _g. In addition, the corrected coefficient A = α ₀ + α is calculated. On the other hand, the control unit 7 subtracts the correction value α from the initial coefficient A = α ₀ when the angle reference value f _t is equal to or lower than the lower threshold −f _{g as} shown in the following equation (4). Then, the corrected coefficient A = α ₀ −α is calculated. The specific values of the threshold value (f _g , −f _g ) and the correction value α are preset based on experimental or anatomical findings. For example, the subject can wear the prosthetic hand 1 and perform an experiment in which the subject moves his / her arm, and an appropriate threshold value and correction value can be determined based on the experiment. For example, the threshold values (f _g , −f _g ) = (0.5, −0.5) can be set. Also, for example, the correction value α = 0.001. The corrected coefficient A = α ₀ + α or coefficient A = α ₀ −α is used for calculation of the drive angle θ _{t + T at} the next time t + T.

以上より、時刻ｔにおける制御が終了したときには、ユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転角度（ｘ_ｔ、ｙ_ｔ、ｚ_ｔ、ｖ_ｔ）で回転すると共に、先端部３が駆動角度θ_ｔで回転した状態になっている。また、駆動角度を算出するための係数Ａは、Ａ＝α_０＋αまたはＡ＝α_０−αに修正されている。 As described above, when the control at the time t is completed, the limbs (shoulders and elbows) of the user M are rotated at the rotation angles (x _t , y _t , z _t , v _t ), and the distal end portion 3 is driven at the drive angle θ _t. It is in a rotated state. The coefficient A for calculating the drive angle is corrected to A = α ₀ + α or A = α ₀ −α.

次にユーザーＭは、先端部３が駆動角度θ_ｔで回転した状態で把持部５が対象物Ｐを把持できる場合は、把持部５を駆動して対象物Ｐを把持する。すなわち、ユーザーＭは、スイッチ操作又は所定の残存筋肉を収縮させること等によって、制御部７に第１指部５１と第２指部５２の開閉動作を指示する。これによって、制御部７はステッピングモータを駆動して第１指部５１と第２指部５２に開閉動作を行わせ、第１指部５１と第２指部５２の間に対象物Ｐを把持する。この際、先端部３が駆動角度θ_ｔで回転しているため、その分だけユーザーＭの腕の姿勢は、ユーザーＭにとって修正前の姿勢よりも対象物Ｐを把持するために快適な姿勢（自然な姿勢）になっている。一方、把持部５が対象物Ｐを把持できない場合（例えば、把持部５と対象物Ｐの位置が離れている場合や、第１指部５１および第２指部５２の角度が対象物Ｐを把持する角度に調整されていない場合等）には、ユーザーＭは、対象物Ｐを把持できるように自分の腕をさらに動かす。ユーザーＭが腕を動かすとユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転する。これにより、ユーザーＭの肢体（肩および肘）は、修正後の新たな回転角度で回転した状態になる。 Then the user M, if the gripping portion 5 in a state in which the tip 3 is rotated by the drive angle theta _t can grip the object P, to grip the object P by driving the grip portion 5. That is, the user M instructs the control unit 7 to open and close the first finger unit 51 and the second finger unit 52 by operating a switch or contracting a predetermined remaining muscle. As a result, the control unit 7 drives the stepping motor to cause the first finger unit 51 and the second finger unit 52 to open and close, and grips the object P between the first finger unit 51 and the second finger unit 52. To do. At this time, since the tip 3 is rotated by the drive angle theta _t, the posture of the amount corresponding user M arm, comfortable position for gripping an object P than attitude before correction for users M ( Natural posture). On the other hand, when the grip part 5 cannot grip the object P (for example, when the position of the grip part 5 and the object P is separated, or when the angles of the first finger part 51 and the second finger part 52 are For example, when the angle is not adjusted to the gripping angle, the user M further moves his / her arm so that the object P can be gripped. When the user M moves his / her arm, the user M's limbs (shoulder and elbow) rotate. As a result, the limbs (shoulders and elbows) of the user M are rotated at a new rotation angle after correction.

続いて、上述の時刻ｔから検知部６の検知周期Ｔが経過した時刻ｔ＋Ｔにおいも、上述の時刻ｔの場合と同様の制御が行われる。すなわち、時刻ｔ＋Ｔにおいて、時刻ｔと同様に、検知部６がユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度（ｘ_ｔ＋Ｔ、ｙ_ｔ＋Ｔ、ｚ_ｔ＋Ｔ、ｖ_ｔ＋Ｔ）を検知する。時刻ｔ＋Ｔにおける回転角度は、時刻ｔと同様に、初期の姿勢と時刻ｔ＋Ｔの姿勢とがなす角度である。 Subsequently, the same control as in the case of the above-described time t is performed also at the time t + T when the detection cycle T of the detection unit 6 has elapsed from the above-described time t. That is, at time t + T, the detection unit 6 detects the rotation angles (x _{t + T} , y _{t + T} , z _{t + T} , v _{t + T} ) of the limbs (shoulders and elbows) of the user M at time t + T. The rotation angle at time t + T is an angle formed between the initial posture and the posture at time t + T, similarly to time t.

次に制御部７は、上述の時刻ｔと同様に、検知部６が検知した肢体の回転角度（ｘ_ｔ＋Ｔ、ｙ_ｔ＋Ｔ、ｚ_ｔ＋Ｔ、ｖ_ｔ＋Ｔ）に対して重みづけをする。また、制御部７は、重みづけされた回転角度（ｗ_ｘ・ｘ_ｔ＋Ｔ、ｗ_ｙ・ｙ_ｔ＋Ｔ、ｗ_ｚ・ｚ_ｔ＋Ｔ、ｗ_ｖ・ｖ_ｔ＋Ｔ）に基づいて時刻ｔ＋Ｔにおける角度基準値ｆ_ｔ＋Ｔを算出する。 Next, similarly to the above-described time t, the control unit 7 weights the rotation angles (x _{t + T} , y _{t + T} , z _{t + T} , v _{t + T} ) detected by the detection unit 6. Further, the control unit 7 calculates the angle reference value f _{t + T} at time t + T based on the weighted rotation angles (w _x · x _{t + T} , w _y · y _{t + T} , w _z · z _{t + T} , w _v · v _{t + T} ). calculate.

また、制御部７は、下記の式（５）に示すように、時刻ｔ＋Ｔにおける角度基準値ｆ_ｔ＋Ｔに対して、前の時刻ｔにおいて修正した係数Ａ＝α_０＋αまたはＡ＝α_０−αを掛け合わせて、時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θ_ｔ＋Ｔを算出する。なお、本実施形態では、時刻ｔにおいて修正した係数Ａ（すなわち、時刻ｔ＋Ｔにおける係数Ａ）がα_０＋αであるとして説明する。

Further, as shown in the following equation (5), the control unit 7 corrects the coefficient A = α ₀ + α or A = α ₀ −α corrected at the previous time t with respect to the angle reference value f _{t + T} at the time t + T. To calculate the drive angle θ _{t + T} at time t + T. In the present embodiment, description will be made assuming that the coefficient A corrected at time t (that is, coefficient A at time t + T) is α ₀ + α.

次に制御部７は、時刻ｔにおける駆動角度θ_ｔおよび時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θ_ｔ＋Ｔに基づいて補正角度θ_ｒｔ＋Ｔを算出する。具体的には、下記の式（６）に示すように、時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θ_ｔ＋Ｔから時刻ｔにおける駆動角度θ_ｔを引いて、補正角度θ_ｒｔ＋Ｔを算出する。

Next, the control unit 7 calculates a correction angle θ _{rt + T} based on the drive angle θ _{t at} time _t and the drive angle θ _{t + T} at time t + T. Specifically, as shown in the following formula (6), the correction angle θ _{rt + T} is calculated by subtracting the drive angle θ _t at the time t from the drive angle θ _{t + T at the} time t _{+ T.}

続いて制御部７は、算出した補正角度θ_ｒｔ＋Ｔに基づいて回転駆動部４を作動させる。すなわち制御部７は、駆動角度が時刻ｔ＋Ｔにおける駆動角度θ_ｔ＋Ｔになるように、補正角度θ_ｒｔ＋Ｔで回転駆動部４を作動させる。制御部７が算出した補正角度θ_ｒｔ＋Ｔの情報を回転駆動部４に送ると、回転駆動部４の回転軸４４が補正角度θ_ｒｔ＋Ｔで回転する。これにより、回転軸４４が初期の姿勢から駆動角度θ_ｔ＋Ｔで回転した状態になる。回転軸４４が回転すると、回転軸４４に連結された先端部３が回転する。このようにして、回転駆動部４が先端部３を補正角度θ_ｒｔ＋Ｔで回転駆動し、初期の姿勢から駆動角度θ_ｔ＋Ｔで回転した状態にする。 Subsequently, the control unit 7 operates the rotation driving unit 4 based on the calculated correction angle θ _{rt + T.} That is, the control unit 7 operates the rotation driving unit 4 at the correction angle θ _{rt + T} so that the driving angle becomes the driving angle θ _{t + T} at time t + T. When the information of the correction angle θ _{rt + T} calculated by the control unit 7 is sent to the rotation drive unit 4, the rotation shaft 44 of the rotation drive unit 4 rotates at the correction angle θ _{rt + T.} As a result, the rotation shaft 44 is rotated from the initial posture by the drive angle θ _{t + T.} When the rotating shaft 44 rotates, the tip 3 connected to the rotating shaft 44 rotates. In this way, the rotational drive unit 4 rotationally drives the tip 3 with the correction angle θ _{rt + T so as} to rotate from the initial posture at the drive angle θ _{t + T.}

また、制御部７は、上述の時刻ｔと同様に、下記の式（７）に示すように、時刻ｔ＋Ｔにおける角度基準値ｆ_ｔ＋Ｔが上限の閾値ｆ_ｇ以上である場合は、時刻ｔ＋Ｔにおける係数Ａ（本実施形態ではＡ＝α_０＋α）に修正値αを足し合わせて、修正後の係数Ａ（本実施形態ではＡ＝α_０＋２α）を算出する。一方、下記の式（８）に示すように、制御部７は、角度基準値ｆ_ｔ＋Ｔが下限の閾値−ｆ_ｇ以下である場合は、時刻ｔ＋Ｔにおける係数Ａ（本実施形態ではＡ＝α_０＋α）から修正値αを引いて、修正後の係数Ａ（本実施形態ではＡ＝α_０）を算出する。時刻ｔ＋Ｔにおける修正後の係数（本実施形態ではＡ＝α_０＋２αまたはＡ＝α_０）は、次の時刻ｔ＋２Ｔにおける角度基準値ｆ_ｔ＋２Ｔの算出に用いられる。

The control unit 7, as with time t described above, as shown in the following formula (7), when the angle reference value f _{t + T} at time t + T is the upper threshold f _g or more, the coefficient at time t + T a (in the present embodiment a = α _{0 +} α) by adding the correction value alpha, the calculated coefficient after correction a (a = α _{0 +} 2α in the present embodiment). On the other hand, as shown in the following formula (8), when the angle reference value f _{t + T} is equal to or lower than the lower limit threshold −f _g , the control unit 7 uses the coefficient A at time t + T (A = α ₀ in this embodiment). The correction value α is subtracted from + α) to calculate a corrected coefficient A (A = α ₀ in this embodiment). The corrected coefficient at time t + T (in this embodiment, A = α ₀ + 2α or A = α ₀ ) is used to calculate the angle reference value f _{t + 2T at} the next time t + 2T.

以上より、時刻ｔ＋Ｔにおける制御が終了したときには、ユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転角度（ｘ_ｔ＋Ｔ、ｙ_ｔ＋Ｔ、ｚ_ｔ＋Ｔ、ｖ_ｔ＋Ｔ）で回転すると共に、先端部３が初期の姿勢から駆動角度θ_ｔ＋Ｔで回転した状態になっている。また、角度基準値を算出するための係数Ａが修正されている（本実施形態では、係数Ａがα_０＋２αまたはＡ＝α_０に修正されている。）。 As described above, when the control at time t + T is finished, the limbs (shoulders and elbows) of the user M rotate at the rotation angles (x _{t + T} , y _{t + T} , z _{t + T} , v _{t + T} ), and the tip 3 is moved from the initial posture. It is in a state of being rotated at a drive angle θ _{t + T.} In addition, the coefficient A for calculating the angle reference value is corrected (in the present embodiment, the coefficient A is corrected to α ₀ + 2α or A = α ₀ ).

また、ユーザーＭは、上述の時刻ｔの場合と同様に把持部５が対象物Ｐを把持できる場合は、把持部５を駆動して対象物Ｐを把持する。この際、先端部３が駆動角度θ_ｔ＋Ｔでさらに回転しているため、その分だけ時刻ｔと比較してユーザーＭの腕の姿勢は、ユーザーＭにとって修正前の姿勢よりも対象物Ｐを把持するために快適な姿勢になっている。一方、把持部５が対象物Ｐを把持できない場合、ユーザーＭは、対象物Ｐを把持できるように自分の腕をさらに動かす。ユーザーＭが腕を動かすとユーザーＭの肢体（肩および肘）が回転する。これにより、ユーザーＭの肢体（肩および肘）は、修正後の新たな回転角度で回転した状態になる。 Further, when the gripper 5 can grip the object P as in the case of the time t described above, the user M drives the gripper 5 to grip the object P. At this time, since the distal end portion 3 is further rotated at the driving angle θ _{t + T} , the arm posture of the user M grips the object P more than the posture before the correction for the user M compared to the time t. To have a comfortable posture to do. On the other hand, when the gripper 5 cannot grip the object P, the user M further moves his / her arm so that the object P can be gripped. When the user M moves his / her arm, the user M's limbs (shoulder and elbow) rotate. As a result, the limbs (shoulders and elbows) of the user M are rotated at a new rotation angle after correction.

続いて、上述の時刻ｔ＋Ｔから検知部６の検知周期Ｔが経過した時刻ｔ＋２Ｔにおいも上述の時刻ｔおよび時刻ｔ＋Ｔの場合と同様の制御が行われる。また、その後も同様の制御が連続的に行われる。このようにして、ユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度、すなわち、ユーザーＭの腕の姿勢が順次修正されてゆく。それと同時に先端部３の駆動角度θが調整され、また、ユーザーＭの腕の姿勢に応じて係数Ａが修正されてゆく。したがって、ユーザーＭが対象物Ｐの把持動作を繰り返し実行することで、義手１が対象物Ｐの把持動作を学習し、係数Ａが適切な値に修正されてゆく。これによって、ユーザーＭはより自然な姿勢で対象物Ｐを把持することが可能となる。 Subsequently, at time t + 2T when the detection period T of the detection unit 6 has elapsed from the time t + T described above, the same control as that at the time t and time t + T described above is performed. Thereafter, similar control is continuously performed. In this way, the rotation angle of the limbs (shoulder and elbow) of the user M, that is, the posture of the user M's arm is sequentially corrected. At the same time, the driving angle θ of the tip 3 is adjusted, and the coefficient A is corrected according to the posture of the arm of the user M. Therefore, when the user M repeatedly executes the gripping operation of the object P, the prosthetic hand 1 learns the gripping operation of the object P, and the coefficient A is corrected to an appropriate value. As a result, the user M can hold the object P in a more natural posture.

続いて、上述の修正が進行してゆき、時刻ｔ＋ｎＴ（ｎは自然数）における角度基準値ｆ_ｔ＋ｎＴが閾値（ｆ_ｇ、−ｆ_ｇ）の範囲内に収まった場合には、制御部７は、係数Ａを修正しない。より詳細には、角度基準値ｆ_ｔ＋ｎＴが上限の閾値ｆ_ｇ以下であり、かつ、下限の閾値−ｆ_ｇ以上である場合は、制御部７は、係数Ａを修正しない。したがって、時刻ｔ＋ｎＴと次の時刻ｔ＋（ｎ＋１）Ｔでは、駆動角度θ_ｔ＋ｎＴとθ_{ｔ＋（ｎ＋１）Ｔ}を算出するために同じ係数Ａを用いることになる。これにより係数Ａの修正が収束する。すなわち、腕の動き（詳細には、肩及び肘）の動きに応じた適切な駆動角度θを算出するための係数Ａが確定する。上述したように、係数Ａの値が収束する状態では、角度基準値ｆ_ｔ＋ｎＴが閾値（ｆ_ｇ、−ｆ_ｇ）の範囲内に収まり、ユーザーＭの肢体（肩および肘）の回転角度が適切な範囲内に入っている。すなわち、ユーザーＭの腕の姿勢は、ユーザー毎に、ユーザーＭの動き（癖）に応じた自然な姿勢となっている。また、係数Ａの値が収束しているため、ユーザーＭの肢体の動きに応じて先端部３がリニアに駆動され、ユーザーＭの意図通りに先端部３が回転することとなる。 Subsequently, when the above correction proceeds and the angle reference value f _{t + nT at} time t + nT (n is a natural number) falls within the range of the threshold values (f _g , −f _g ), the control unit 7 The coefficient A is not corrected. More specifically, the control unit 7 does not correct the coefficient A when the angle reference value f _{t + nT} is equal to or lower than the upper threshold value f _{g and} equal to or higher than the lower threshold value −f _g . Therefore, at the time t + nT and the next time t + (n + 1) T, the same coefficient A is used to calculate the drive angles θ _{t + nT} and θ _{t + (n + 1) T.} As a result, the correction of the coefficient A converges. That is, the coefficient A for calculating an appropriate driving angle θ according to the movement of the arm (specifically, shoulder and elbow) is determined. As described above, in the state where the value of the coefficient A converges, the angle reference value _{ft + nT} is within the range of the threshold value (f _g , −f _g ), and the rotation angle of the limb body (shoulder and elbow) of the user M is appropriate. It is in the range. That is, the posture of the arm of the user M is a natural posture corresponding to the movement (癖) of the user M for each user. Further, since the value of the coefficient A is converged, the distal end portion 3 is linearly driven according to the movement of the limb of the user M, and the distal end portion 3 rotates as the user M intends.

上述の説明から明らかなように、ユーザーＭの肢体が回転すると、検知部６が検知した回転角度に基づいて制御部７が回転駆動部４の駆動角度を算出し、算出した駆動角度で回転駆動部４が先端部３を回転駆動するので、ユーザーＭの動きに合わせて先端部３の角度を調整することができる。これにより、ユーザーＭの動きと先端部３の角度が整合するので、ユーザーＭが義手１を容易に使いこなすことができる。また、ユーザーＭに学習動作を行わせることで係数Ａが修正され、ユーザーＭの肢体（肩および肘）の動きに対する先端部３の駆動角度が適切な角度となる。このため、本実施形態の義手１は、ユーザー毎に、ユーザーの動きの癖に応じて先端部３が回転駆動されるため、ユーザーＭは極めて容易に義手１を使いこなすことができる。 As is clear from the above description, when the limb of the user M rotates, the control unit 7 calculates the drive angle of the rotation drive unit 4 based on the rotation angle detected by the detection unit 6, and rotates at the calculated drive angle. Since the portion 4 rotates the tip portion 3, the angle of the tip portion 3 can be adjusted according to the movement of the user M. Thereby, since the motion of the user M and the angle of the front-end | tip part 3 match, the user M can use the prosthesis 1 easily. Further, by causing the user M to perform the learning operation, the coefficient A is corrected, and the driving angle of the distal end portion 3 with respect to the movement of the limbs (shoulders and elbows) of the user M becomes an appropriate angle. For this reason, the prosthetic hand 1 according to the present embodiment can be used very easily by the user M because the distal end portion 3 is rotationally driven according to the user's movement habits for each user.

また、上記の構成によれば、複数の自由度における回転角度に重みづけをし、重みづけした回転角度に基づいて角度基準値を算出している。また、角度基準値と係数Ａから駆動角度を算出し、算出した駆動角度で回転駆動部４を作動させている。また、角度基準値と閾値を比較して係数Ａを修正している。これにより、ユーザーＭの動きに対して、複数の自由度における回転角度に基づいて先端部３の駆動角度を算出できる。その結果、先端部３の駆動角度をユーザーＭの動きに対して正確に算出できる。また、駆動角度を算出するための係数を修正するので駆動角度をユーザーＭの動きに合わせて修正できる。これにより、先端部３の角度を修正でき、ユーザーＭの動きに応じて対象物Ｐに対する先端部３の角度を整合させることができる。したがって、ユーザーＭの動きと先端部３の角度が調和するので、ユーザーＭが義手１を容易に使いこなすことができる。また、対象物Ｐに対する先端部３の角度が調和するので、対象物Ｐを把持部５によって把持するときに容易に把持することができる。
人の上肢では通常、前腕に高い回旋自由度を有することで、上肢は最小の肩関節および肘関節の動きで対象物の把持に最適な位置に手を運ぶことができる。前腕の回旋運動により、対象物を把持するときに上肢をあまり動かさなくてもよく、上肢の駆動エネルギー消費を効率化している。本明細書に開示の技術は、上肢帯近位部の運動を最小化する様に前腕回旋角度が自動調整される。本明細書に開示の技術では、ユーザー毎の体の使い方の違いも反映して，ユーザーが最も楽に対象物を把持できると感じる状況に補正されていくことによりダイナミックな調整となる。ユーザーが対象物を視認しているので、対象物に対する義手の角度が悪いときには、ユーザーは、自分で制御可能な肩関節や肘関節を動かして義手のポジションを変更しようとする。その動きを検知部が感知し，対象物に対する義手の角度を最適化する方向に義手の回転駆動部の回転を補正する。補正が大きすぎるとユーザーは行き過ぎと判断して逆方向に補正を掛けようとする。すると義手はその動きを不要とする方向に補正を掛けようとする。全体としては、ユーザーと義手の角度のズレを最小化する方向へと補正してゆく。このように本明細書に開示の技術では、制御部による制御と、ユーザー自身による調整とを双方向的に繰り返すことにより、対象物に対する義手の角度を適切な状態に近づけると共に、ユーザーの姿勢を楽な状態に近づけることができる。 In addition, according to the above configuration, the rotation angle at a plurality of degrees of freedom is weighted, and the angle reference value is calculated based on the weighted rotation angle. Further, the drive angle is calculated from the angle reference value and the coefficient A, and the rotation drive unit 4 is operated at the calculated drive angle. Further, the coefficient A is corrected by comparing the angle reference value with the threshold value. Thereby, the drive angle of the front-end | tip part 3 is computable with respect to a user's M movement based on the rotation angle in several degrees of freedom. As a result, the driving angle of the tip 3 can be accurately calculated with respect to the movement of the user M. In addition, since the coefficient for calculating the drive angle is corrected, the drive angle can be corrected according to the movement of the user M. Thereby, the angle of the front-end | tip part 3 can be corrected, and the angle of the front-end | tip part 3 with respect to the target object P can be matched according to a user's M motion. Therefore, since the movement of the user M and the angle of the tip 3 are harmonized, the user M can easily use the prosthesis 1. Moreover, since the angle of the front-end | tip part 3 with respect to the target object P is harmonized, when the target object P is hold | gripped with the holding part 5, it can be hold | gripped easily.
The upper limb of a person usually has a high degree of freedom of rotation in the forearm, so that the upper limb can be moved to an optimal position for grasping an object with minimal movement of the shoulder and elbow joints. By rotating the forearm, it is not necessary to move the upper limb much when gripping the object, and the driving energy consumption of the upper limb is made efficient. The technique disclosed in this specification automatically adjusts the forearm rotation angle so as to minimize the movement of the proximal part of the upper limb band. In the technology disclosed in this specification, dynamic adjustment is performed by reflecting the difference in how the body is used for each user and correcting the situation so that the user feels that the object can be gripped most easily. Since the user is viewing the object, when the angle of the artificial hand relative to the object is bad, the user tries to change the position of the artificial hand by moving a shoulder joint or an elbow joint that can be controlled by the user. The movement is detected by the detection unit, and the rotation of the rotation drive unit of the prosthesis is corrected in a direction that optimizes the angle of the prosthesis with respect to the object. If the correction is too large, the user determines that the user has gone too far and tries to apply the correction in the opposite direction. Then, the prosthetic hand tries to correct the direction in which the movement is unnecessary. As a whole, correction is made in a direction that minimizes the deviation between the angle of the user and the prosthetic hand. As described above, in the technology disclosed in the present specification, the control by the control unit and the adjustment by the user are bidirectionally repeated, thereby bringing the angle of the prosthetic hand with respect to the object closer to an appropriate state and the posture of the user. It can be brought closer to a comfortable state.

以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、義肢の一例として義手について説明したが、この構成に限定されず、義手の他に例えば義足などであってもよい。また、上記実施形態では、ユーザーＭの肩の動きを３自由度で検出すると共に肘の動きを１自由度で検出し、これらの検出値に基づいて義手１の先端部３を回転させたが、ユーザーＭの肩の動きのみを検出し、この検出値に基づいて義手１の先端部３を回転させてもよい。すなわち、対象物Ｐを把持する際に、その動作と関連の大きい部分の動き（例えば、上腕の回転角度）のみに基づいて義手１を駆動してもよい。このような構成によると、検知対象となるユーザーＭの回転運動が減るため、義手１の構成を簡易にすることができる。さらには、義肢に行わせたい行動に応じて検知対象となる部位を変更すると共に、その係数を変更するようにしてもよい。このように構成することによって、義肢に行わせたい行動に応じて適切に義肢が駆動され、ユーザーは自然な姿勢で所望の行動を行うことができる。なお、義肢による行動の切換えは、ユーザーがスイッチ等を操作することで切換えるようにすればよい。 As mentioned above, although one embodiment was described, a specific mode is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, in the above-described embodiment, a prosthetic hand has been described as an example of a prosthetic limb. However, the present invention is not limited to this configuration. In the above embodiment, the movement of the shoulder of the user M is detected with three degrees of freedom and the movement of the elbow is detected with one degree of freedom, and the tip 3 of the prosthetic hand 1 is rotated based on these detection values. Only the movement of the shoulder of the user M may be detected, and the distal end portion 3 of the prosthetic hand 1 may be rotated based on the detected value. That is, when the object P is gripped, the prosthetic hand 1 may be driven based only on the movement of a portion (for example, the rotation angle of the upper arm) that is largely related to the movement. According to such a configuration, since the rotational motion of the user M to be detected is reduced, the configuration of the prosthetic hand 1 can be simplified. Further, the part to be detected may be changed according to the action desired to be performed on the prosthesis and the coefficient may be changed. By comprising in this way, a prosthesis is appropriately driven according to the action which a prosthesis wants to perform, and a user can perform a desired action with a natural posture. In addition, what is necessary is just to make it switch the action by a prosthesis by operating a switch etc. by a user.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

１；義手
２；本体部
３；先端部
４；回転駆動部
５；把持部
６；検知部
７；制御部
２１；装着バンド
３２；連結部
４１；基部
４２；ステータ
４３；ロータ
４４；回転軸
５１；第１指部
５２；第２指部
５３；回転部
５４；固定部
６１；肩検知センサ
６２；肘検知センサ
５１１；第１連結部材
５１２；第２連結部材
Ｍ；ユーザー
Ｐ；対象物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Prosthetic hand 2; Main-body part 3; The front-end | tip part 4; The rotational drive part 5; The holding part 6; The detection part 7; The control part 21; The mounting band 32; The connection part 41; First finger part 52; second finger part 53; rotating part 54; fixed part 61; shoulder detection sensor 62; elbow detection sensor 511; first connection member 512; second connection member M;

Claims

A body part to be worn on the user's affected limb;
A tip portion rotatably connected to the main body,
A rotational drive unit that rotationally drives the tip part;
A detection unit that detects a rotation angle of a predetermined specific part on the affected limb side on which the main body unit is mounted among the limbs of the user;
A control unit for controlling the operation of the rotation drive unit based on the detection of the detection unit,
The detection unit detects a rotation angle of a specific part of the limb in a plurality of degrees of freedom,
The control unit operates the rotation driving unit at a driving angle calculated based on the rotation angle detected by the detection unit when a specific part on the affected limb on which the main body unit is worn among the user's limbs rotates. The tip portion is configured to rotate with respect to the main body , and weights are given to the rotation angles in the respective degrees of freedom, and an angle reference value calculated based on the weighted rotation angles, a coefficient, A prosthetic limb that operates the rotation driving unit at a driving angle calculated based on the angle and corrects a coefficient based on a comparison between the angle reference value and a threshold value .

The prosthetic limb according to claim 1 , which is used as a prosthetic hand to be worn on a user's arm,
The tip has a gripping part capable of gripping an object,
A prosthetic limb in which a detection unit detects a rotation angle in the three degrees of freedom of the shoulder on the arm side on which the prosthetic hand is worn and a rotation angle in the one degree of freedom of the elbow.