JPH08294503A

JPH08294503A - 電動義手

Info

Publication number: JPH08294503A
Application number: JP12574195A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Akazawa; 堅造赤澤; Masaki Yoshida; 正樹吉田; Isao Kishimoto; 功岸本; Takashi Kobayashi; 高小林
Original assignee: Nabco Ltd
Current assignee: Nabco Ltd
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、装着者にとって快適なフィードバ
ックを可能とする電動義手を提供することを目的とす
る。【構成】本発明は、手先部５の反力を検出する反力検
出器１２からの反力検出信号ｆに基づいて反力を装着者
２５に体感としてフィードバックする感覚フィードバッ
ク部４を備えた電動義手で、感覚フィードバック部４
は、反力検出器１２の反力検出信号ｆを演算増幅して反
力フィードバック信号ｅを出力する演算処理部３０と、
反力フィードバック信号ｆを体感刺激に変換して装着者
２５に体感させる体感装置３１を有し、演算処理部３０
は、反力検出信号ｆの増幅割合を設定する出力演算部３
２と、装着者２５の筋の状態信号ｇを出力する状態信号
演算部３３とを有し、出力演算部３２は、状態信号ｇの
増大に伴い増幅割合を高い位置に設定し、この増幅割合
で増幅して反力フィードバッグ信号ｅを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動義手にかかわり、
特に、装着者にとって快適なフィードバックを行うため
の感覚フィードバック制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、社会福祉の重要性が高まるなか、
交通・労働災害により四肢が切断された人々に対するリ
ハビリテーションの必要性が大きくなっており、このよ
うな必要性から、切断によって失われた手の機能を代行
するものとして種々の電動義手が開発されている。そし
て、具体的な電動義手としては、開閉動作される手先部
の把持力を検出する検出器と、この検出器からの把持力
検出信号を一定の増幅割合で増幅処理して義手装着者の
感覚器に体感としてフィードバックする感覚フィードバ
ック部とを備えてなるものがある。

【０００３】また、現在の電動義手に要求されている機
能としては、開閉作動される手先部等の運動制御機能が
高度であるだけでなく、装着者にとって電動義手の制御
が容易であることが望まれている。そのためには、人の
手と同様な動的な特性を有しており、感覚フィードバッ
クを有する、即ち、人の感覚器は、その人が緊張状態
で、いわゆる神経を集中しているほどその感度が高くな
り、また、リラックス状態の場合にはその感度が低くな
るという特性に適合した、感覚フィードバックを有する
電動義手が必要となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電動義手では、義手の把持力のフィードバック信号を一
定の増幅割合で増幅処理して体感装置に伝達する構成と
しているので、義手の装着者が柔らかい物体を掴もうと
して緊張した場合や、リッラックス状態で物体を掴もう
とした場合に、義手の把持力が同じであれば同じ感覚フ
ィードバック量となり、緊張している場合には感覚をと
らえにくく、また、リラックス状態の場合には煩わしい
といった問題があった。

【０００５】また、従来の電動義手のフィードバック装
置は、義手の把持力をフィードバックするものであり、
義手の開閉状態は装着者の視覚に頼っていた。このた
め、暗闇等の視覚による義手の開閉状態を有効に確認で
きない条件で使用する際には、物体を把持する場合に、
義手の開閉状態が把握できず、操作を行いにくいという
問題があった。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、装着者にとって快適な感覚フィード
バックを可能とする電動義手を提供するものであり、具
体的には、（１）装着者の緊張又はリラックス状態に応
じて、同じ把持力であっても装着者にその状態に応じた
感覚フィードバックを可能とする電動義手の提供と、
（２）義手の開閉作動を装着者に適切にフィードバック
することのできる電動義手の提供とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の電動義手では、請求項１においては、開閉
動作される手先部の反力を検出する反力検出器からの反
力検出信号に基づいて前記反力を義手装着者の感覚器に
体感としてフィードバックする感覚フードバック部を備
えた電動義手であって、前記感覚フィードバック部は、
前記反力検出器からの反力検出信号を演算増幅して反力
フィードバック信号を出力する演算処理部と、この反力
フィードバック信号を体感刺激に変換して義手装着者の
感覚器に体感させる体感装置を有し、前記演算処理部
は、前記反力検出信号の増幅割合を設定する出力演算部
と、義手装着者の筋の状態信号を出力する状態信号演算
部とを有し、前記出力演算部は、前記状態信号の増大に
伴い前記増幅割合を高い値に設定し、この増幅割合で増
幅した反力フィードバック信号を出力するものである。

【０００８】請求項２においては、請求項１のものに、
前記筋の状態信号は、義手装着者の屈筋及び伸筋の各筋
電信号の合成信号、又は、屈筋及び伸筋の筋電信号のう
ち高位の筋電信号のいずれかを用いるものである。

【０００９】請求項３においては、請求項１又は請求項
１それぞれのものに、前記演算処理部には、筋の状態信
号が所定の高基準値よりも低い値のとき通常モード信号
を出力し、また、筋の状態信号が高基準値以上のとき高
感度モード信号を出力するモード選択部が設けられてお
り、前記出力演算部は、このモード選択部から高感度モ
ード信号が出力されたとき、前記通常モード信号時の増
幅割合よりも高い所定の増幅割合を設定し、この増幅割
合で増幅した反力フィードバック信号を出力するもので
ある。

【００１０】請求項４においては、請求項３のものに、
前記高感度モード信号は解除信号で解除されるものであ
り、この解除信号は、設定時間の経過後、又は、前記筋
の状態信号が再度高基準値以上に所定時間継続された
時、又は、筋の状態信号が低基準値以下の値に所定時間
継続された時のいずれかが選択されて用いられるもので
ある。

【００１１】請求項５においては、請求項１又は請求項
２それぞれのものに、前記演算処理部には、反力検出信
号を指数関数に基づき特性変換して前記出力演算部に出
力する入出力特性変換部が設けられているものである。

【００１２】請求項６においては、開閉作動される手先
部の移動量を検出するバルス発生器からのパルス信号に
基づいて手先部の開閉角度及び開閉速度を義手装着者の
感覚器に体感としてフィードバックする感覚フィードバ
ック部を備えた電動義手であって、前記感覚フィードバ
ック部は、前記パルス発生器からのパルス信号に基づい
て手先部の開閉角度及び開閉速度を演算する角度及び速
度演算部と、この角度及び速度演算部からの角度信号及
び速度信号を受けてパルス状の開閉状態フィードバック
信号を出力する演算処理部と、この開閉状態フィードバ
ック信号のパルスを振動刺激に変換して義手装着者の感
覚器に体感させる体感装置とを有し、前記演算処理部
は、角度信号又は速度信号の一方に比例して増大する振
幅、及び、角度信号又は速度信号の他方に比例して増大
する周波数を設定し、この振幅値及び周波数に設定され
た開閉状態フィードバック信号を出力するものである。

【００１３】

【作用】このように本発明の電動義手によれば、請求項
１では、状態信号演算部からの筋の状態信号の増大に伴
い、反力フィードバック信号の増幅割合を高い値に設定
するので、義手装着者の緊張状態に応じて反力フィード
バック信号の感度を高めることができ、装着者の状態に
応じた感覚フィードバックが可能となる。

【００１４】請求項２では、筋の状態信号は、義手装着
者の屈筋及び伸筋の各筋電信号の合成信号、又は、屈筋
及び伸筋の筋電信号のうち高位の筋電信号のいずれかを
用いる構成とすることにより、筋の状態信号の精度を高
めることができる。

【００１５】請求項３では、高感度モード信号の出力時
には、通常モード信号時の増幅割合よりも高い所定の増
幅割合を設定するので、義手装着者が例えば細かい作業
を行うなどして、継続して緊張状態となる場合に、筋の
一時的な変位の影響を受けることなく、義手の反力を高
い感度で継続して体感させることができる。

【００１６】請求項４では、高感度モード信号を解除す
る解除信号を設定時間の経過後、又は、筋の状態信号の
変位により出力される構成としたので、義手装置者が特
に意識しなくとも、通常モードへの変更を容易にするこ
とができる。

【００１７】請求項５では、演算処理部の入出力特性変
換部が、反力検出器からの反力検出信号を指数関数に基
づき特性変換して出力演算部に出力するので、義手装着
者の緊張状態に応じた感度の変更に加えて、人の感覚器
の特性に応じた反力フィードバック信号を体感装置に出
力することができる。

【００１８】請求項６では、開閉状態フィードバック信
号をパルス信号として、義手の角度信号及び速度信号に
応じてその振幅値及び周波数を設定して出力する構成と
したので、暗闇等であっても義手の開閉作動を義手装着
者に認識させることができる。

【００１９】

【実施例】

実施例１以下、本発明の実施例１である電動義手について、図面
を参照して説明する。図１は本実施例１における電動義
手の構成を示す模式構成図、図２は本実施例１における
電動義手の義手の構成を示す要部拡大図である。

【００２０】図１において、１は電動義手であって、開
閉作動される義手２と、この義手２の開閉作動の制御を
行う制御装置３と、感覚フィードバック部４とを主要部
として構成されている。

【００２１】義手２は、手先部５、手本体部６及びこの
手先部５を開閉作動する開閉機構７とでなっている。こ
の手先部５は、図２に示すように、手本体部６に回動可
能に取り付けられた母指８、示指９及び中指１０からな
り、この示指９、中指１０はリンク機構１１で母指８と
連動して屈曲、伸展等の開閉作動を可能とされていると
共に、各指８〜１０の内外側の各部にはそれぞれ反力検
出器となる歪みゲージ１２が設けられている。また、開
閉機構７は、図２に示すように、手本体部６内に内装さ
れており、パルス発生器１３（パルスエンコーダ）に連
結されたＤＣモータ１４と、このＤＣモータ１４に連結
されたギヤ機構１５を介して回転可能にされたボールネ
ジ１６とを有し、また、このボールネジ１６の移動体１
７に連結されたリンク棒１８がリンク機構１１に連結さ
れており、ＤＣモータ１４の回転運動が、ギヤ機構１５
−ボールネジ１６を介して移動体１７の直線運動に変換
されて、この移動体１７の直線運動に追従して移動する
リンク棒１８の伸縮によりリンク機構１１を介して、手
先部５の各指８〜１０が回転することで開閉移動するも
のである。

【００２２】制御装置３は、義手２に連続して設けられ
る図示しない義肢体に内装されて、筋電信号検出部２０
と、神経−筋制御系模擬部２１及び駆動制御部２２とで
構成されている。筋電信号検出部２０は、義手装着者２
５の義手装着部近傍の伸筋及び屈筋から義手装着者２５
の緊張度合／リラックス度合により変化する電流値を検
出・処理して、各筋電信号（伸筋筋電信号Ａｅ″、屈筋
筋電信号Ａｆ″）を算出し、神経−筋制御系模擬部２１
に出力する。

【００２３】神経−筋制御系模擬部２１は、各筋電信号
（伸筋筋電信号Ａｅ″、屈筋筋電信号Ａｆ″）を入力す
ると、以下の概念に基づいて、ＤＣモータ１４の駆動を
制御する制御信号ｃを駆動制御部２２に出力するもので
ある。

【００２４】すなわち、図３に示すように、人の脳から
の指令は脊髄のα運動ニューロンに伝わり、さらに筋へ
と伝達され、収縮が起こるが、筋内には筋長さとその速
度を検出する筋紡錘があり、その出力はα運動ニューロ
ンへフィードバックされている。つまり、筋紡錘−α運
動ニューロン−筋からなる閉ループ（伸張反射系）があ
る。この系は位置制御において重要な働きをしていると
言われており、人の手が持つ優れた運動機能はこの伸張
反射系によるフィードバック制御と筋自体が持つ粘弾性
によって発揮される。この運動機能を、図４に示すよう
な、一対の屈筋、伸筋からなる１自由度の系としてとら
え、関節角度をθ、屈筋、伸筋によるトルクをそれぞれ
Ａｆ′、Ａｅ′とし、各指に加わる外力によるトルクを
Ｐとすると、Ｐ＝Ａｆ′−Ａｅ′・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）により表される。

【００２５】ここで、理解を容易にするために筋に発生
するトルクを各成分に分解して表現する。屈筋によるト
ルクＡｆ′は収縮トルクＡｆと伸張反射系・筋の粘弾性
によるトルクＦＡｆ（θ）の和で表現され、Ａｆ′＝Ａｆ＋ＦＡｆ（θ）・・・・・・・・・・・・・・・・（２）である。また、伸筋においても同様で、Ａｅ′＝Ａｅ＋ＦＡｅ（θ）・・・・・・・・・・・・・・・・（３）となる。

【００２６】これにより指トルクＰは、式（１）〜
（３）により、Ｐ＝Ａｆ−Ａｅ＋Ｆ（θ）・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）但し、Ｆ（θ）＝ＦＡｆ（θ）−ＦＡｅ（θ）・・・・・・・・・（５）と表すことができる。

【００２７】また、屈筋と伸筋の力学特性が等しいと仮
定すると、伝達関数を用いて、Ｐ（ｓ）＝Ａｆ（ｓ）−Ａｅ（ｓ）＋Ｇｘ（ｓ）θ（ｓ）・・・・（６）Ｇｘ（ｓ）＝Ｇｍ（ｓ）＋ｅｘｐ（−Ｌｓ）Ｇｎ（ｓ）・・・・（７）と表現できる。ここで、Ｇｍ（ｓ）は屈筋、伸筋の粘弾
性を表す伝達関数であり、Ｇｎ（ｓ）は伸張反射系を表
す伝達関数である。また、Ｌは神経系の遅れを表すむだ
時間である。Ｇｘ（ｓ）はむだ時間を含む複雑な伝達関
数であるが、筋を伸展したときの張力応答を参考にＧｘ
（ｓ）を簡単な一次進み・一次遅れの系で近似する。す
なわち、伝達関数Ｇｘ（ｓ）は、Ｇｘ（ｓ）＝Ｋ（１＋τ２・ｓ）／（１＋τ１・ｓ）・・・・・（８）但し、Ｋ＝Ｋ０＋ａ（Ａｆ＋Ａｅ）・・・・・・・・・・・・・・・・（９）である。ゲインＫは一定でなく、屈筋と伸筋の発生する
収縮トルクの和に比例する。尚、Ｋ０は弛緩時のゲイ
ン、ａは定数である。

【００２８】そして、上記式（６）をθについて解く
と、 θ（ｓ）＝〔Ｐ（ｓ）−Ａｆ（ｓ）＋Ａｅ（ｓ）〕／Ｇｘ（ｓ）・（１０）となる。これは、指の関節角度θが、式（１０）の右辺
の値になるように制御すればよいことを示す。そして、
この式（１０）の右辺の値は、屈筋、伸筋の収縮トルク
Ａｆ、Ａｅと指トルクＰから算出される。また、収縮ト
ルクＡｆ、Ａｅは直接測定することができないので、残
存筋の筋電信号を用いて推定する。

【００２９】すなわち、残存筋の筋電信号の全波整流、
平滑化により、その推定値Ａｆ″、Ａｅ″を求める（図
１の筋電信号検出部２０）。次に、義手２の指トルクＰ
を測定し、この指トルクＰと推定値Ａｆ″、Ａｅ″より
式（１０）を用いて右辺の値を算出する。これをθ′と
おいて（図１の神経−筋制御系模擬部２１）、このθ′
を駆動制御部２２の目標値、制御信号ｃとして与える。
そして、駆動制御部２２は、ＤＣモータ１４に連結され
ているパルス発生器（エンコーダ）１３からのパルス信
号ｐを入力して、義手２の各指８〜１０の開閉作動角度
θ″がθ″＝θ′となるように、ＤＣモータ４に駆動信
号ｄを送出して駆動し、義手２の各指８〜１０の開閉作
動角度を制御する。

【００３０】感覚フィードバック部４は、各指８〜１０
の反力を検出する歪みゲージ１２からの反力検出信号ｆ
を演算増幅して反力フィードバック信号ｅを出力する演
算処理部３０と、この反フィードバック信号ｅを体感刺
激に変換して義手装着者２５の感覚器に体感させる体感
装置３１とで構成されている。この演算処理部３０は、
各指８〜１０が物体を把持した際にこの各指８〜１０に
加わる反力を検出する歪みゲージ１２からの反力検出信
号ｆの増幅割合を設定する出力演算部３２と、制御装置
３の筋電信号検出部２０で検出された義手装着者２５の
各筋電信号（伸筋筋電信号Ａｅ″、屈筋筋電信号Ａ
ｆ″）を入力して所定の演算処理を行い、その結果を出
力演算部３２に出力する状態信号演算部３３とで構成さ
れている。この状態信号演算部３３は、筋電信号検出部
２０で検出される義手装着者２５の筋電信号（伸筋筋信
号Ａｅ″、屈筋筋電信号Ａｆ″）を入力すると、この伸
筋筋信号Ａｅ″及び屈筋筋電信号Ａｆ″との加算による
合成信号を算出し、筋の状態信号ｇとして出力演算部３
２に出力するものである。また、伸筋筋信号Ａｅ″と屈
筋筋電信号Ａｆ″とのうち高位の信号を筋の状態信号ｇ
として出力する構成でもよい。出力演算部３２は、歪み
ゲージ１２からの反力検出信号ｆと状態信号演算部３３
からの筋の状態信号ｇとを入力すると、反力検出信号ｆ
の増幅割合を、筋の状態信号ｇの増大に伴い高い値に設
定し、この増幅割合で増幅したものを反力フィードバッ
ク信号ｅとして体感装置３１に出力するものである。

【００３１】これにより、筋電信号検出部３３から出力
され、義手装着者２５のの緊張度合、又はリラックス度
合に応じる筋の状態信号ｇが大きくなれば、出力演算部
３２で設定される増幅割合も大きく設定され、演算処理
部３０から体感装置３１へ出力される反力フィードバッ
ク信号ｅの感度が増大される。一方、義手装着者２５が
リラックス状態で、状態信号演算部３３で演算される筋
の状態信号ｇが小さくなれば、出力演算部３２で設定さ
れる増幅割合が、小さい値に設定されるので、演算処理
部３０から体感装置３１へ出力される反力フィードバッ
ク信号ｇの感度が低減される。

【００３２】体感装置３１は、例えば、義手装着者２５
の感覚器となる腕等の皮膚表面に取り付けられおり、演
算処理部３０から出力される反力フィードバック信号ｇ
に基づいて、皮膚を押圧する押圧力を出力するものであ
って、この押圧力により皮膚表面を圧迫して義手装着者
２５に体感させる。

【００３３】このように、本実施例１の電動義手１によ
れば、義手２の開閉機構を作動（ＤＣモータ１４を駆
動）して、手先部５の各指８〜１０を閉作動して物体を
把持したときに、歪みゲージ１２で検出される上記物体
からの反力である反力検出信号ｆが、所定の値であった
としても、出力演算部３２が状態信号演算部３３からの
筋の状態信号ｇの増大に伴い反力フィードバック信号ｅ
の増幅割合を高い値に設定するので、義手装着者２５の
緊張状態、又はリラックス状態に応じて反フィードバッ
ク信号ｅの感度を変更でき、体感装置３１を介して義手
装着者２５にその緊張状態、又はリラックス状態に応じ
た体感刺激（圧迫）を体感させることが可能となる。

【００３４】また、状態信号演算部３３で、演算・比較
処理される筋の状態信号ｇを、屈筋及び伸筋の各筋電信
号Ａｅ″、Ａｆ″の合成信号、又は屈筋及び伸筋の各筋
電信号Ａｅ″、Ａｆ″のうち高位の筋電信号のいずれか
を用いているので、筋の状態信号ｇの精度を高めること
ができ、義手装着者２５にその緊張状態、又はリラック
ス状態に応じた体感刺激（圧迫）を精度良く体感させる
ことが可能となる。

【００３５】次に、本実施例１における電動義手１の変
形例を、図５乃至図７に基づいて説明する。図５におい
ては、実施例１の電動義手１の第１変形例として、演算
処理部３０にモード選択部４０を設けたものである。モ
ード選択部４０は、出力演算部３２と状態信号演算部３
３との間に設けられて、出力演算部３２と状態信号演算
部３３とを相互に接続している。また、モード選択部４
０は、状態信号演算部３３から出力される筋の状態信号
ｇが所定の高基準値Ｈより低い値のとき、通常モードＩ
の通常モード信号ｉを出力演算部３２に出力し、また、
筋の状態信号ｇが高基準値Ｈ以上で、且つ所定時間Ｔ経
過後に出力される解除信号ｊを入力しないことを条件と
して高感度モードＫの高感度モード信号ｋを出力演算部
３２に出力するものである。この高基準値Ｈは、義手装
着者２５の緊張状態、即ち、上記物体を義手２で把持す
る際に、義手装着者２５が緊張状態にある時の値に設定
するものである。

【００３６】そして、この第１変形例の作動について、
図６のフローチャートに基づいて説明すると、上記記載
と同様に、手先部５の各指８〜１０で上記物体を把持す
ると、歪みゲージ１２で検出された反力検出信号ｆが感
覚フィードバック部４の演算処理部３０に出力されると
共に、筋電信号（伸筋筋信号Ａｅ″、屈筋筋信号Ａ
ｆ″）に基づいて状態信号演算部３３で演算・比較され
た筋の状態信号ｇがモード選択部４０に出力されて、こ
の筋の状態信号ｇを読み込む（ステップ♯１）。

【００３７】筋の状態信号ｇを読み込んだモード選択部
４０は、以下のように処理して、出力演算部３２に通常
モード信号ｉ又は高感度モード信号ｋを出力する。

【００３８】（Ａ）状態信号演算部３３から出力された
筋の状態信号ｇと高基準値Ｈとを比較し（ステップ♯
２）、この筋の状態信号ｇが高基準値Ｈ以下の場合に
は、通常モードＩとされて、状態信号演算部３３から出
力された筋の状態信号ｇを通常モード信号ｉとして出力
演算部３２に出力する（ステップ♯３）と共に、筋の状
態信号ｇが高基準値Ｈ以上の場合には、高感度モードＫ
とされて、高基準値Ｈ以上の所定の高感度信号ｋを出力
演算部３２に出力する（ステップ♯４）。そして、モー
ド選択部４０は、状態信号演算部３３から、順次、出力
される筋の状態信号ｇを入力して、上記ステップ♯１乃
至ステップ♯４を繰り返して、出力演算部３２に通常モ
ード信号ｉ、又は高感度モード信号ｋを出力する。

【００３９】（Ｂ）このとき、モード選択部４０が、高
感度モードＫにすると、その後に状態信号演算部３２か
ら出力される筋の状態信号ｇの如何にかかわらず、この
高感度モードＫに維持し、高い所定の増幅割合を持続さ
せるが、高感度モードＫに変更された後に所定時間Ｔ
（例えば、３０分、１時間等）経過するか、状態信号演
算部３２から出力される筋の状態信号ｇが再び高基準値
Ｈ以上の値に所定時間Ｓ（例えば、２秒等）継続される
か、又は筋の状態信号ｇが低基準値Ｒ（義手装着者２５
リラックス状態にある時の値を示すものである。）以下
の値に所定時間Ｓ継続されているかのいずれかにより、
解除信号ｊを入力して、この解除信号ｊの入力で高感度
モードＫを解除して通常モードＩにされるものである
（ステップ♯５）。この解除信号ｊを出力するための条
件は、上記のうち１つのみとしてもよいし、全てのうち
いずれかの条件を満たす形としてもよい。

【００４０】そして、演算処理部３０は、この反力検出
信号ｆとモード選択部４０の通常モード信号ｉ又は高感
度モード信号ｋとに基づいて、反力検出信号ｆの増幅割
合が設定され、この増幅割合で増幅したものを反力フィ
ードバック信号ｅとして体感装置３１に出力するもので
ある（ステップ♯６）。

【００４１】次いで、反力フィードバック信号ｅを入力
した体感装置３１は、この反力フィードバック信号ｅに
応じた押圧力で、義手装着者２５の感覚器である皮膚表
面等を圧迫して義手装着者２５に体感させる。

【００４２】このように、実施例１の電動義手における
の第１変形例によれば、上記実施例１と同様な効果を得
ることができると共に、モード選択部４０が、高感度モ
ード信号ｋを出力演算部３２に出力する時には、出力演
算部３２は通常モード信号ｉの出力時の増幅割合よりも
高い所定の増幅割合に設定するので、義手装着者２５
が、例えば細かい作業を行うなどして、継続して緊張状
態となる場合に、筋の一時的な変位の影響と受けること
なく、義手２の反力を高い感度で継続して義手装着者２
５に体感させることが可能となる。

【００４３】また、この第１変形例によれば、高感度モ
ードＫの高感度モード信号ｋを解除する解除信号ｊを設
定時間Ｔの経過後、又は、筋の状態信号ｇの変位により
出力される構成としたので、義手装着者２５が、特に意
識しなくても、通常モードＩへの変更を容易に行うこと
ができる。

【００４４】また、図７においては、実施例１の電動義
手１における第２変形例として、演算処理部３０に入出
力特性変換部５０を設けたものである。この入出力特性
変換部５０は、歪みゲージ１２と出力演算部３２とにそ
れぞれ接続されており、歪みゲージ１２からの反力検出
信号ｆを入力すると、この反力検出信号ｆを指数関数に
基づいて特性変換して演算処理部３０の出力演算部３２
に出力するものである。また、この指数関数は、人の感
覚器が反力の増大に伴い、その変異をとらえられにくく
なり、反力がある大きさを越えると、その感覚がほぼ一
定となる特性から決定されるものである。そして、演算
処理部３０の出力演算部３１が、特性変換された反力検
出信号ｆと、状態信号演算部３３で演算・比較された筋
の状態信号ｇとにより、特性変換された反力検出信号ｆ
の増幅割合を演算し、この増幅割合で演算された反力フ
ィードバック信号ｅを体感装置３１に出力するものであ
る。

【００４５】このように、実施例１の電動義手における
第２変形例によれば、演算処理部３０の入出力特性変換
部５０が、歪みゲージ１２からの反力検出信号ｆを指数
関数に基づき特性変換して出力演算部３２に出力するの
で、義手装着者２５の緊張状態に応じた感度の変換に加
えて、人の感覚器の特性に応じた反力フィードバック信
号ｅを体感装置３１に送出することができ、体感装置３
１は、演算処理部３０から出力される反力フィードバッ
ク信号ｅに基づいて、皮膚を押圧する押圧力を変更し
て、義手装着者２５にその緊張状態／リラックス状態
と、人の感覚器の特性に応じた体感刺激（圧迫）を体感
させることが可能となる。

【００４６】尚、本実施例１の電動義手１においては、
図８に示すように第３変形例として図５及び図７で示さ
れた第１変形例及び第２変形例とをそれぞれ有する構成
としたものであってもよい。

【００４７】実施例２以下、本発明の実施例２である電動義手について、図面
を参照して説明する。図９は本実施例２における電動義
手の構成を示す模式構成図である。尚、本実施例２の図
９において、上記実施例１の図１及び図２と同一の符号
は同一の構成（部材）を示すので、その説明は省略す
る。

【００４８】本実施例２の電動義手１００は、パルス発
生器１３からのパルス信号ｐに基づいて、義手装着者２
５に体感刺激を体感させて、暗闇等であっても手先部５
の開閉作動を認識させるものである。

【００４９】図９において、１０１は感覚フィードバッ
ク部であって、パルス発生器１３からのパルス信号ｐに
基づいて手先部５の開閉角度θ₀及び開閉速度Ｖを演算
する角度及び速度演算部１０２と、この角度及び速度演
算部１０２からの角度信号ｍ及び速度信号ｎを入力して
パルス状の開閉状態フィードバック信号ｑを出力する演
算処理部１０３と、この開閉状態フィードバック信号ｑ
を体感刺激に変換して義手装着者２５の感覚器に体感さ
せる体感装置１０４とで構成されている。この角度及び
速度演算部１０２は、パルス発生器１３からのパルス信
号ｐを入力すると手先部５の開閉角度θ₀を演算して演
算処理部１０３に角度信号ｍとして出力する開閉角度演
算部１０５と、パルス発生器１３からのパルス信号ｐを
入力すると手先部５の開閉速度Ｖを演算して演算処理部
１０３に速度信号ｎとして出力する開閉速度演算部１０
６とからなっている。また、演算処理部１０３は、角度
及び速度演算部１０２から出力される角度信号ｍ及び速
度信号ｎを入力してこの各信号ｍ、ｎを比例関数に基づ
き特性変換する入出力特性変換部１０７と、この入出力
特性変換部１０７でそれぞれ特性変換された角度信号ｍ
に基づいて振幅値を設定する振幅値演算部１０８と、速
度信号ｎに基づいて周波数を設定する周波数演算部１０
９、及びこの振幅値及び周波数を合成してパルス状の開
閉状態フィードバック信号ｑを体感装置１０４に出力す
る出力演算部１１０とで構成されている。尚、角度信号
ｍにより周波数を設定し、速度信号ｎにより振幅値を設
定する構成としてもよい。

【００５０】体感装置１０４は、例えば、義手装着者２
５の感覚器となる腕等の皮膚表面に取り付けられおり、
演算処理部１０３から出力される開閉状態フィードバッ
ク信号ｑに基づいて、皮膚を振動する振動刺激を出力す
るものであって、この振動刺激により皮膚表面を圧迫し
て義手装着者２５に体感させる。

【００５１】次に、この電動義手１００の作動について
説明する。

【００５２】先ず、義手２の各指８〜１０が開閉作動さ
れると、ＤＣモータ１４の連結されたパルス発生器１３
からのパルス信号ｐが角度及び速度演算部１０２に送出
される。そして、角度及び速度演算１０２は、この開閉
角度演算部１０５及び開閉速度演算部１０６でＤＣモー
タ１４の回転角度、回転速度、即ち、手先部５の開閉角
度θ₀と、開閉速度Ｖを演算し、演算処理部１０３に角
度信号ｍ、速度信号ｎとして出力する。

【００５３】そして、角度信号ｍ及び速度信号ｎを入力
した演算処理部１０３は、その入出力特性変換部１０
７、振幅値演算部１０８及び周波数演算部１０９によ
り、角度信号ｍ及び速度信号ｎに比例して増大する振幅
値と周波数とを設定すると共に、この出力演算部１１０
でこの振幅値及び周波数とを合成して開閉状態フィード
バック信号ｑを体感装置１０４に送出する。

【００５４】そして、開閉状態フィードバック信号ｑを
入力した体感装置１０４は、この開閉状態フィードバッ
ク信号ｑに応じた振動数で、義手装着者２５の感覚器で
ある皮膚表面等を振動刺激して義手装着者２５に体感さ
せる。

【００５５】このように、本実施例２の電動義手１によ
れば、義手２の開閉機構を作動（ＤＣモータを駆動）し
て、手先部５の各指８〜１０を開閉作動したときに、パ
ルス発生器１３からのパルス信号ｐに基づいて、角度及
び速度演算部１０２で手先部５の開閉角度θ₀と開閉速
度Ｖを演算して角度信号ｍ、速度信号ｎとし、演算処理
部１０３で各角度信号ｍ、速度信号ｎに基づいてこの各
信号に比例して増大する振幅値と周波数とを設定すると
共に、この振幅、周波数に応じて義手装着者２５に体感
刺激（振動）を体感させる構成としたので、暗闇等であ
っても義手２の開閉作動を義手装着者２５に認識させる
ことができ、義手装着者２５の操作性を向上させること
ができる。

【００５６】尚、実施例１及び実施例２において、それ
ぞれ個別に各演算処理部３０、１０３を設けたものを示
したが、これに限定されるものでなく、各演算処理部３
０、１０３を同時に設けることにより、義手装着者２５
にその緊張状態、又はリラックス状態に応じた体感刺激
（圧迫）を体感させることが可能となると共に、暗闇等
であっても義手２の開閉作動を体感刺激（振動）で義手
装着者２５に認識させることができ、義手装着者２５の
操作性を向上させることができる。

【００５７】

【発明の効果】このように本発明の電動義手によれば、
手先部を開閉作動したときに反力検出器で検出される反
力検出信号が、義手装着者の緊張状態、又はリラックス
状態の如何にかかわず同一であったとしても、この反力
検出信号を入力した演算処理部の出力演算部が、状態信
号演算部からの筋の状態信号の増大に伴い反力フィード
バック信号の増幅割合を高い値に設定して、反力フィー
ドバック信号の感度を変更するので、義手装着者にその
緊張状態、又はリラックス状態に応じた体感刺激を体感
させることが可能となる。

【００５８】また、筋の状態信号として、屈筋及び伸筋
の各筋電信号の合成信号、又は屈筋及び伸筋の各筋電信
号のうち高位の筋電信号のいずれかを用いているので、
筋の状態信号の精度を高めることができ、義手装着者に
その緊張状態、又はリラックス状態に応じた体感刺激を
精度良く体感させることが可能となる。

【００５９】更に、モード選択部が、高感度モード信号
を出力演算部に出力すると、出力演算部は通常モード信
号出力時よりも高い所定の増幅割合を設定するので、義
手装着者が、例えば細かい作業を行うなどして、継続し
て緊張状態となる場合に、筋の一時的な変位の影響を受
けることなく、手先部の反力を高い感度で継続して義手
装着者に体感させることが可能となる。

【００６０】また、高感度モードの高感度モード信号を
解除する解除信号を設定時間の経過後、又は、筋の状態
信号の変位により出力される構成としたので、義手装着
者が、特に意識しなくても、通常モードへの変更を容易
に行うことができる。

【００６１】更に、演算処理部の入出力特性変換部が、
反力検出器からの反力検出信号を指数関数に基づき特性
変換して出力演算部に出力するので、義手装着者の緊張
状態に応じた感度の変更に加えて、人の感覚器の特性に
応じた反力フィードバック信号を体感装置に送出するこ
とができる。

【００６２】更に、手先部を開閉作動したときに、パル
ス発生器からのパルス信号に基づいて、角度及び速度演
算部で手先部の開閉角度と開閉速度を演算して角度信
号、速度信号とし、演算処理部で各角度信号、速度信号
に基づいてこの各信号に比例して増大する振幅値と、周
波数とを設定すると共に、この振幅、周波数に応じて義
手装着者に体感刺激を体感させる構成としたので、暗闇
等であっても手先部の開閉作動を義手装着者に認識させ
ることができ、義手装着者の操作性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における電動義手の構成を示
す模式構成図である。

【図２】本発明の実施例１における電動義手の義手の構
成を示す要部拡大図である。

【図３】本発明の実施例１における電動義手の制御装置
の制御を説明するための模式図である。

【図４】本発明の実施例１における電動義手の制御装置
の制御を説明するための模式図である。

【図５】本発明の実施例１における電動義手の第１変形
例の構成を示す模式構成図である。

【図６】本発明の実施例１における電動義手の第１変形
例の作動を説明するためのフローチャートである。

【図７】本発明の実施例１における電動義手の第２変形
例の構成を示す模式構成図である。

【図８】本発明の実施例１における電動義手の第３変形
例の構成を示す模式構成図である。

【図９】本発明の実施例２における電動義手の構成を示
す模式構成図である。

【符号の説明】

１、１００電動義手４、１０１感覚フィードバック部５手先部１２歪みゲージ１３パルス発生器（エンコーダ）２５義手装着者３０、１０３演算処理部３１、１０４体感装置３２、１１０出力演算部３３状態信号演算部４０モード選択部５０、１０７入出力特性変換部Ａｅ″ 伸筋筋電信号Ａｆ″ 屈筋筋電信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岸本功兵庫県加古川市神野町石守646番地の60 (72)発明者小林高兵庫県神戸市西区樫野台５丁目２番Ｃ− 1404号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開閉動作される手先部の反力を検出する
反力検出器からの反力検出信号に基づいて前記反力を義
手装着者の感覚器に体感としてフィードバックする感覚
フードバック部を備えた電動義手であって、前記感覚フィードバック部は、前記反力検出器からの反
力検出信号を演算増幅して反力フィードバック信号を出
力する演算処理部と、この反力フィードバック信号を体
感刺激に変換して義手装着者の感覚器に体感させる体感
装置を有し、前記演算処理部は、前記反力検出信号の増幅割合を設定
する出力演算部と、義手装着者の筋の状態信号を出力す
る状態信号演算部とを有し、前記出力演算部は、前記状態信号の増大に伴い前記増幅
割合を高い値に設定し、この増幅割合で増幅した反力フ
ィードバック信号を出力するものである電動義手。
【請求項２】前記筋の状態信号は、義手装着者の屈筋
及び伸筋の各筋電信号の合成信号、又は、屈筋及び伸筋
の筋電信号のうち高位の筋電信号のいずれかを用いるこ
とを特徴とする請求項１記載の電動義手。
【請求項３】前記演算処理部には、筋の状態信号が所
定の高基準値よりも低い値のとき通常モード信号を出力
し、また、筋の状態信号が高基準値以上のとき高感度モ
ード信号を出力するモード選択部が設けられており、前
記出力演算部は、このモード選択部から高感度モード信
号が出力されたとき、前記通常モード信号時の増幅割合
よりも高い所定の増幅割合を設定し、この増幅割合で増
幅した反力フィードバック信号を出力するものである請
求項１又は請求項２それぞれに記載の電動義手。
【請求項４】前記高感度モード信号は解除信号で解除
されるものであり、この解除信号は、設定時間の経過
後、又は、前記筋の状態信号が再度高基準値以上に所定
時間継続された時、又は、筋の状態信号が低基準値以下
の値に所定時間継続された時のいずれかが選択されて用
いられるものである請求項３記載の電動義手。
【請求項５】前記演算処理部には、反力検出信号を指
数関数に基づき特性変換して前記出力演算部に出力する
入出力特性変換部が設けられていることを特徴とする請
求項１又は請求項２それぞれに記載の電動義手。
【請求項６】開閉作動される手先部の移動量を検出す
るバルス発生器からのパルス信号に基づいて手先部の開
閉角度及び開閉速度を義手装着者の感覚器に体感として
フィードバックする感覚フィードバック部を備えた電動
義手であって、前記感覚フィードバック部は、前記パルス発生器からの
パルス信号に基づいて手先部の開閉角度及び開閉速度を
演算する角度及び速度演算部と、この角度及び速度演算
部からの角度信号及び速度信号を受けてパルス状の開閉
状態フィードバック信号を出力する演算処理部と、この
開閉状態フィードバック信号のパルスを振動刺激に変換
して義手装着者の感覚器に体感させる体感装置とを有
し、前記演算処理部は、角度信号又は速度信号の一方に比例
して増大する振幅、及び、角度信号又は速度信号の他方
に比例して増大する周波数を設定し、この振幅値及び周
波数に設定された開閉状態フィードバック信号を出力す
るものである電動義手。