義指装置
【課題】 物品を確実に把持することが可能な義指装置を安価に提供する。
【解決手段】 指骨格１２を第１アクチュエータ７１で屈曲・伸長し、指骨格１２を覆う袋体５２〜５５内部に粉体を充填し、指骨格１２の屈曲後に袋体５２〜５５の内部を第２アクチュエータ７３で真空引きして固化するので、袋体５２〜５５が固化していない状態で指骨格１２を屈曲させて義指を物品の表面に当接させ、柔軟な袋体５２〜５５の形状を物品の形状に沿うように馴染ませた後に袋体５２〜５５を固化することで、特別に強い把持力を必要とせずに物品を確実に把持することができる。しかも第１アクチュエータ７１は指骨格を屈曲・伸長させることが可能であれば、センサ等を用いて義指の把持力や屈曲量を制御する等の複雑な制御を行う必要はなく、また第２アクチュエータ７２は袋体５２〜５５の内部を真空引できるものであれば良いため、極めて低価格で実現することができる。
【解決手段】 指骨格１２を第１アクチュエータ７１で屈曲・伸長し、指骨格１２を覆う袋体５２〜５５内部に粉体を充填し、指骨格１２の屈曲後に袋体５２〜５５の内部を第２アクチュエータ７３で真空引きして固化するので、袋体５２〜５５が固化していない状態で指骨格１２を屈曲させて義指を物品の表面に当接させ、柔軟な袋体５２〜５５の形状を物品の形状に沿うように馴染ませた後に袋体５２〜５５を固化することで、特別に強い把持力を必要とせずに物品を確実に把持することができる。しかも第１アクチュエータ７１は指骨格を屈曲・伸長させることが可能であれば、センサ等を用いて義指の把持力や屈曲量を制御する等の複雑な制御を行う必要はなく、また第２アクチュエータ７２は袋体５２〜５５の内部を真空引できるものであれば良いため、極めて低価格で実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、義手に用いられる義指装置に関し、特にアクチュエータにより屈曲して物品を把持することが可能な義指装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
義手用の義指の心金の関節部を、複数の金属薄板の端部どうしを重ね合わせて屈曲自在に枢支して構成したものにおいて、一方の金属薄板を切り起こして形成した舌状部を他方に金属薄板に弾発的に押し付けて摩擦力を発生させ、関節部の屈曲角度を任意に変更可能したものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
また可撓性および気密性を有する袋体の内部に粉体を収納し、袋体の内部を真空にすることで任意の形状を保ったまま剛体化する任意形状保持装置が、下記特許文献２により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第１１１１６２号公報
【特許文献２】特表平５−５０３６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、アクチュエータで屈曲して物品を把持する義指を備えた義手として種々のものが実用化されているが、義指が物品の形状に馴染み難いために物品が滑って落下し易く、これを防止するために把持力を強くすると物品を損傷させる可能性があった。また義指の把持力や屈曲角度をセンサで検出してアクチュエータの作動を制御するものや、筋肉や脊髄に流れる電気信号から使用者の意思を読み取ってアクチュエータを作動させるものが知られているが、これらのものは非常に高価であるという問題があった。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、物品を確実に把持することが可能な義指装置を安価に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、請求項１に記載された発明によれば、指骨格と、前記指骨格を屈曲・伸長する第１アクチュエータと、前記指骨格を覆う複数の袋体と、前記袋体に充填された粉体と、前記指骨格の屈曲後に前記袋体の内部を真空引きして固化させる第２アクチュエータとを備えることを特徴とする義指装置が提案される。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記指骨格は、複数のリンクを複数のヒンジで直列に連結して構成されることを特徴とする義指装置が提案される。
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記ヒンジはリターンスプリングで伸長方向に付勢され、前記第１アクチュエータは、前記ヒンジよりも先端側のリンクをケーブルで牽引して前記ヒンジよりも基端側のリンクに対して屈曲させることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１０】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記第１アクチュエータは、前記複数のヒンジの屈曲を基端側のヒンジから先端側のヒンジに向かって順番に完了させることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１１】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の構成に加えて、前記複数のリンクの各々に対応して前記袋体を備えることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１２】
また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記第２アクチュエータは、複数の袋体を前記指骨格の基端側の袋体から先端側の袋体に向かって順番に固化させることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１３】
また請求項７に記載された発明によれば、請求項６の構成に加えて、隣接する前記袋体どうしがオリフィスを介して接続され、前記指骨格の最も基端側の袋体が前記第２アクチュエータに接続されて真空引きされることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１４】
尚、実施の形態の末節リンク１３、中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６は本発明のリンクに対応し、実施の形態の第１ヒンジピン１７、第２ヒンジピン１８および第３ヒンジピン１９は本発明のヒンジに対応し、実施の形態の第１リターンスプリング３６、第２リターンスプリング３８および第３リターンスプリング４０は本発明のリターンスプリングに対応し、実施の形態の第１ケーブル４３、第２ケーブル４６および第３ケーブル４９は本発明のケーブルに対応し、実施の形態の末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５は本発明の袋体に対応し、実施の形態の第１チューブ５８、第２チューブ５９および第３チューブ６０は本発明のオリフィスに対応する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の構成によれば、指骨格を第１アクチュエータで屈曲・伸長し、指骨格を覆う袋体内部に粉体を充填し、指骨格の屈曲後に袋体の内部を第２アクチュエータで真空引きして固化するので、袋体が固化していない状態で指骨格を屈曲させて義指を物品の表面に当接させ、柔軟な袋体の形状を物品の形状に沿うように馴染ませた後に袋体を固化することで、特別に強い把持力を必要とせずに物品を確実に把持することができる。しかも第１アクチュエータは指骨格を屈曲・伸長させることが可能であれば良く、センサ等を用いて義指の把持力や屈曲量を制御する必要がないため、また第２アクチュエータは袋体の内部を真空引できるものであれば良いため、極めて低価格で実現することができる。
【００１６】
また請求項２の構成によれば、指骨格は複数のリンクを複数のヒンジで直列に連結して構成されるので、義指全体の形状を正しく維持しながら確実に屈曲・伸長させることができる。
【００１７】
また請求項３の構成によれば、ヒンジはリターンスプリングで伸長方向に付勢されており、第１アクチュエータはヒンジよりも先端側のリンクをケーブルで牽引してヒンジよりも基端側のリンクに対して屈曲させるので、ケーブルを牽引して義指で物品を把持し、ケーブルを緩めて把持を解除することができる。
【００１８】
また請求項４の構成によれば、第１アクチュエータは複数のヒンジの屈曲を基端側のヒンジから先端側のヒンジに向かって順番に完了させるので、義指を物品にしっかりと巻き付けて確実に把持することができる。
【００１９】
また請求項５の構成によれば、複数のリンクの各々に対応して袋体を備えるので、粉体が義指の一部に片寄って形状が崩れるのを防止することができる。
【００２０】
また請求項６の構成によれば、第２アクチュエータが複数の袋体を指骨格の基端側の袋体から先端側の袋体に向かって順番に固化させるので、物体を一層確実に把持することができる。
【００２１】
また請求項７の構成によれば、隣接する袋体どうしをオリフィスを介して接続し、指骨格の最も基端側の袋体を第２アクチュエータに接続して真空引きするので、簡単な構造で義指の基端側の袋体から先端側の袋体に向かって順番に固化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】義指を備えた義手の斜視図。
【図２】図１の２−２線拡大断面図。
【図３】図２の３−３線断面図。
【図４】図２の４−４線断面図。
【図５】図２の５−５線断面図。
【図６】義指の指骨格の部品図。
【図７】義指の分解斜視図。
【図８】第１〜第４袋体および表皮膜の斜視図。
【図９】図２の９部拡大図。
【図１０】図９の１０方向矢視図。
【図１１】図９に対応する作用説明図。
【図１２】義指が屈曲したときの状態を示す、前記図２に対応する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１〜図１２に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１に示すように、義手Ｈは本発明が適用された５本の義指１１…を備えている。５本の義指１１…の構造は親指を除いて基本的に同じであるため、以下、代表として人指し指の義指１１について説明する。
【００２５】
図２に示すように、義指１１の指骨格１２は、先端側から基端側に向かって人体の末節骨、中節骨、基節骨および中手骨にそれぞれ対応する末節リンク１３、中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６を備えており、末節リンク１３および中節リンク１４は第１関節に相当する第１ヒンジピン１７で屈曲可能に連結され、中節リンク１４および基節リンク１５は第２関節に相当する第２ヒンジピン１８で屈曲可能に連結され、基節リンク１５および中手リンク１６は中手指節関節に相当する第３ヒンジピン１９で屈曲可能に連結される。
【００２６】
図２〜図７に示すように、末節リンク１３は、１枚の内板２０の両側に２枚の中板２１，２１を積層し、その両側に２枚の外板２２，２２を積層した５層構造であり、それを円形の第１連通孔２３が左右に貫通する。内板２０の後部には切欠き２０ａが形成され、切欠き２０ａと第１連通孔２３とが前後方向に延びるチューブ収納孔２０ｂで連結され、切欠き２０ａからスプリング収納孔２０ｃが前方に延出する。中板２１の後部には、内板２０の切欠き２０ａよりも僅かに大きい切欠き２１ａと、ガイドピン孔２１ｂとが形成される。外板２２の後部には、第１ヒンジピン１７が嵌合するヒンジピン孔２２ａと、ガイドピン孔２２ｂとが形成される。
【００２７】
中節リンク１４は、１枚の内板２４の両側に２枚の中板２５，２５を積層し、その両側に２枚の外板２６，２６を積層した５層構造であり、それを円形の第２連通孔２７が左右に貫通する。内板２４の後部には切欠き２４ａが形成され、切欠き２４ａと内板２４の前端とが第２連通孔２７を貫通して前後方向に延びるチューブ収納孔２４ｂで連結され、切欠き２４ａからスプリング収納孔２４ｃが前方に延出する。更に内板２４の下部が、前後方向に延びるケーブル収納孔２４ｄで上下に２分割される。中板２５の後部には、内板２４の切欠き２４ａよりも僅かに大きい切欠き２５ａと、ガイドピン孔２５ｂとが形成され、中板２５の前部には、第１ヒンジピン１７が嵌合するヒンジピン孔２５ｃと、スプリング支持ピン孔２５ｄと、ガイドピン孔２５ｅとが形成される。外板２６の後部には、第２ヒンジピン１８が嵌合するヒンジピン孔２６ａと、ガイドピン孔２６ｂとが形成され、外板２６の前部には、末節リンク１３の外板２２の後端が嵌合する切欠き２６ｃと、ガイドピン孔２６ｄとが形成される。
【００２８】
基節リンク１５は、１枚の内板２８の両側に２枚の中板２９，２９を積層し、その両側に２枚の外板３０，３０を積層した５層構造であり、それを円形の第３連通孔３１が左右に貫通する。内板２８の後部には切欠き２８ａが形成され、切欠き２８ａと内板２４の前端とが第３連通孔３１を貫通して前後方向に延びるチューブ収納孔２８ｂで連結され、切欠き２８ａからスプリング収納孔２８ｃが前方に延出する。更に内板２８の下部が、前後方向に延びるケーブル収納孔２８ｄで上下に２分割される。中板２９の後部には、内板２８の切欠き２８ａよりも僅かに大きい切欠き２９ａと、ガイドピン孔２９ｂとが形成され、中板２９の前部には、第２ヒンジピン１８が嵌合するヒンジピン孔２９ｃと、スプリング支持ピン孔２９ｄと、ガイドピン孔２９ｅとが形成される。外板３０の後部には、第２ヒンジピン１８が嵌合するヒンジピン孔３０ａと、ガイドピン孔３０ｂとが形成され、外板２６の前部には、中節リンク１４の外板２４の後端が嵌合する切欠き３０ｃと、ガイドピン孔３０ｄとが形成される。
【００２９】
中手リンク１６は、１枚の内板３２の両側に２枚の中板３３，３３を積層し、その両側に２枚の外板３４，３４を積層した５層構造であり、それを円形の第４連通孔３５が左右に貫通する。内板３２には第４連通孔３５を貫通して前後方向に延びるチューブ収納孔３２ａが形成され、内板３２の下部が、前後方向に延びるケーブル収納孔３２ｂで上下に２分割される。中板３３の前部には、第３ヒンジピン１９が嵌合するヒンジピン孔３３ａと、スプリング支持ピン孔３３ｂと、ガイドピン孔３３ｃとが形成される。外板３４の前部には、基節リンク１５の外板３０の後端が嵌合する切欠き３４ａと、ガイドピン孔３４ｂとが形成される。
【００３０】
末節リンク１３と中節リンク１４とを枢支する第１ヒンジピン１７に第１リターンスプリング３６が嵌合しており、第１リターンスプリング３６の一端が末節リンク１３の中板２０のスプリング収納孔２０ｃに嵌合するとともに、他端が中節リンク１４のスプリング支持ピン孔２５ｄ，２５ｄに圧入されたスプリング支持ピン３７に係合し、これにより末節リンク１３は中節リンク１４に対して真っ直ぐに延びる方向に付勢される。中節リンク１４に対する末節リンク１３の屈曲可能範囲は、末節リンク１３の中板２１，２１および外板２２，２２が中節リンク１４の中板２５，２５および外板２６，２６に当接することで規制される。
【００３１】
中節リンク１４と基節リンク１５とを枢支する第２ヒンジピン１８に第２リターンスプリング３８が嵌合しており、第２リターンスプリング３８の一端が中節リンク１４の中板２４のスプリング収納孔２４ｃに嵌合するとともに、他端が基節リンク１５のスプリング支持ピン孔２９ｄ，２９ｄに圧入されたスプリング支持ピン３９に係合し、これにより中節リンク１４は基節リンク１５に対して真っ直ぐに延びる方向に付勢される。基節リンク１５に対する中節リンク１４の屈曲可能範囲は、中節リンク１４の中板２５，２５および外板２６，２６が基節リンク１５の中板２９，２９および外板３０，３０に当接することで規制される。
【００３２】
基節リンク１５と中手リンク１６とを枢支する第３ヒンジピン１９に第３リターンスプリング４０が嵌合しており、第３リターンスプリング４０の一端が基節リンク１５の中板２８のスプリング収納孔２８ｃに嵌合するとともに、他端が中手リンク１６のスプリング支持ピン孔３３ｂ，３３ｂに圧入されたスプリング支持ピン４１に係合し、これにより基節リンク１５は中手リンク１６に対して真っ直ぐに延びる方向に付勢される。中手リンク１６に対する基節リンク１５の屈曲可能範囲は、基節リンク１５の中板２９，２９および外板３０，３０が中手リンク１６の中板３３，３３および外板３４，３４に当接することで規制される。
【００３３】
中節リンク１４の中板２５，２５および外板２６，２６のガイドピン孔２５ｅ，２５ｅ；２６ｄ，２６ｄに圧入されたガイドピン４２に一端を固定した第１ケーブル４３（実線参照）は、末節リンク１３の中板２１，２１および外板２２，２２のガイドピン孔２１ｂ，２１ｂ；２２ｂ，２２ｂに圧入されたガイドピン４４に摺動自在に巻き付けられた後、中節リンク１４の内板２４のケーブル収納孔２４ｄと、基節リンク１５の内板２８のケーブル収納孔２８ｄと、中手リンク１６の内板３２のケーブル収納孔３２ｂを通過して引き出される。
【００３４】
基節リンク１５の中板２９，２９および外板３０，３０のガイドピン孔２９ｅ，２９ｅ；３０ｄ，３０ｄに圧入されたガイドピン４５に一端を固定した第２ケーブル４６（一点鎖線参照）は、中節リンク１４の中板２５，２５および外板２６，２６のガイドピン孔２５ｅ，２５ｅ；２６ｄ，２６ｄに圧入されたガイドピン４７に摺動自在に巻き付けられた後、基節リンク１５の内板２８のケーブル収納孔溝２８ｄと、中手リンク１６の内板３２のケーブル収納孔３２ｂを通過して引き出される。
【００３５】
中手リンク１６の中板３３，３３および外板３４，３４のガイドピン孔３３ｃ，３３ｃ；３４ｂ，３４ｂに圧入されたガイドピン４８に一端を固定した第３ケーブル４９（二点鎖線参照）は、基節リンク１５の中板２９，２９および外板３０，３０のガイドピン孔２９ｅ，２９ｅ；３０ｄ，３０ｄに圧入されたガイドピン５０に摺動自在に巻き付けられた後、中手リンク１６の内板３２のケーブル収納溝３２ｂを通過して引き出される。
【００３６】
図２〜図５および図８に示すように、末節リンク１３、中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６の各々の周囲が、断面Ｕ字状に形成されて内部に細かい粉体５１が収納された柔軟なゴム製の末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５で覆われる。末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５は相互の接触部において接着により連結されており、末節袋体５２だけが末節リンク１３の先端を覆い、かつ腹部の容積が大きくなっている。通常状態において、末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５は柔軟であり、末節リンク１３、中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６の屈曲運動を妨げることはない。
【００３７】
末節袋体５２のＵ字溝の内面に２個の開口５２ａ，５２ａが形成されており、これらの開口５２ａ，５２ａ（図４参照）がグロメット５６，５６を介して末節リンク１３の外板２２，２２の第１連通孔２３，２３に接着により固定される。グロメット５６，５６の内部にはフィルタ５７，５７が設けられており、末節袋体５２の粉体５１が第１連通孔２３，２３に漏れ出すのが防止される。同様の構造により、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５の内部空間が、それぞれ中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６の第２〜第４連通孔２７，３１，３５にグロメット５６…を介して連通する。
【００３８】
末節リンク１３の第１連通孔２３と中節リンク１４の第２連通孔２７とが、末節リンク１３の内板２０のチューブ収納孔２０ｂおよび中節リンク１４の内板２４のチューブ収納孔２４ｂに収納されたゴム製の第１チューブ５８を介して連通する。中節リンク１４の第２連通孔２７と基節リンク１５の第３連通孔３１とが、中節リンク１４の内板２４のチューブ収納孔２４ｂおよび基節リンク１５の内板２８のチューブ収納孔２８ｂに収納されたゴム製の第２チューブ５９を介して連通する。基節リンク１５の第３連通孔３１と中手リンク１６の第４連通孔３５とが、基節リンク１５の内板２８のチューブ収納孔２８ｂおよび中手リンク１６の内板３２のチューブ収納孔３２ａに収納されたゴム製の第３チューブ６０を介して連通する。中手リンク１６の第４連通孔３５は内板３２のチューブ収納孔３２ａに収納されたゴム製の第４チューブ６１を介して指骨格１２の外部に導かれる。
【００３９】
従って、第４チューブ６１を真空引きすると、第３チューブ６０、第２チューブ５９および第１チューブ５８を介して中手袋体５５、基節袋体５４、中節袋体５３および末節袋体５２の内部が負圧になり、粉体５１が相互に結合することで変形し易い状態から変形し難い状態へと剛体化する。その際に小径の第３チューブ６０、第２チューブ５９および第１チューブ５８はオリフィスとして機能し、中手袋体５５、基節袋体５４、中節袋体５３および末節袋体５２の内部を、その順番に真空引きする。
【００４０】
次に、図９および図１０に基づいて、義指１１を作動させるアクチュエータの構造を説明する。本実施の形態では、前記第１ケーブル４３、第２ケーブル４６および第３ケーブル４９を牽引する第１アクチュエータ７１と、前記第１チューブ５８、第２チューブ５９、第３チューブ６０および第４チューブ６１を真空引きする第２アクチュエータ７２とが一体に設けられる。第１、第２アクチュエータ７１，７２は義指１１に連なる掌部分あるいは下腕部分の内部に収納される。
【００４１】
第１、第２アクチュエータ７１，７２は、平行に配置された２本のガイドロッド７４，７４と、そのガイドロッド７４，７４に摺動自在に嵌合する２本の前部ガイドパイプ７５，７５と、前記ガイドロッド７４，７４に摺動自在に嵌合する２本の後部ガイドパイプ７６，７６とを備える。ガイドロッド７４，７４の前端に第１プレート７７が固定され、前部ガイドパイプ７５，７５の前端に第２プレート７８が固定され、前部ガイドパイプ７５，７５の中間部に第３プレート７９が摺動自在に嵌合し、前部ガイドパイプ７５，７５の後端に第４プレート８０が固定され、第４プレート８０の後方のガイドロッド７４，７４に第５プレート８１が固定され、後部ガイドロッド７６，７６に第６プレート８２が固定される。第６プレート８２は義手Ｈの掌あるいは下腕に固定される。
【００４２】
第３プレート７９および第４プレート８０に第１ベローズ８３の前後端が結合され、第４プレート８０および第５プレート８１に第２ベローズ８４の前後端が結合され、第５プレート８１および第６プレート８２に第３ベローズ８５の前後端が結合される。第１プレート７７に固定したガイドパイプ８６に、第２プレート７８に固定したガイドパイプ８７が摺動自在に嵌合するとともに、第２プレート７８に固定したガイドパイプ８７に、第３プレート７９に固定されて第１ベローズ８３の内部に連通するガイドパイプ８８が摺動自在に嵌合する。ガイドパイプ８８の前端に前記第４チューブ６１の後端が接続される。
【００４３】
第３プレート７９には第１ケーブル４３が結合され、第４プレート８０には第２ケーブル４６が結合され、第５プレート８１には第３ケーブル４９が結合される。
【００４４】
第６プレート８２に固定されて第３ベローズ８５の内部に連通する第４チューブ８９が、使用者の腹部や脇の下に設けられた負圧ポンプ９０に接続される。負圧ポンプ９０は、腹筋を使用して腹部を膨らましたり凹ましたりすることで、あるいは上腕を上下動させたりすることで作動し、第１、第２アクチュエータ７１，７２を作動させる負圧を発生する。第５チューブ８９には、使用者の操作により大気に開放する大気開放弁９１が設けられる。
【００４５】
第３プレート７９には、第１ベローズ８３およびガイドパイプ８８を連通させるオリフィス９２およびチェックバルブ９３が設けられており、チェックバルブ９３は第１ベローズ８３側からガイドパイプ８８側への空気の流入のみを許容し、逆方向の空気の移動を禁止する。第４プレート８０には、第２ベローズ８４および第１ベローズ８３を連通させるオリフィス９４およびチェックバルブ９５が設けられており、チェックバルブ９５は第２ベローズ８４側から第１ベローズ８３側への空気の流入のみを許容し、逆方向の空気の移動を禁止する。第５プレート８１には、第３ベローズ８５および第２ベローズ８４を連通させるオリフィス９６およびチェックバルブ９７が設けられており、チェックバルブ９７は第３ベローズ８５側から第２ベローズ８４側への空気の流入のみを許容し、逆方向の空気の移動を禁止する。
【００４６】
上記構成を備えた義手Ｈの掌から先の部分はゴム製の表皮膜９８（図８参照）で覆われており、末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５に接触する表皮膜９８の内面には滑りを良くするためのグリスが塗布される。また表皮膜９８が末節袋体５２を覆う部分には硬い爪９９が設けられており、この爪９９により末節袋体５２の背側の形状が維持される。
【００４７】
次に、上記構成を備えた実施の形態の作用を説明する。
【００４８】
通常時、義手Ｈの義指１１は指骨格１２が第１〜第３リターンスプリング３６，３８，４０の弾発力で真っ直ぐに延びた状態にあり、かつ末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５の内部は大気圧であって柔軟な状態に維持される（図２参照）。
【００４９】
この状態から物品を把持すべく負圧ポンプ９０を作動させると、第５チューブ８９を介して第３ベローズ８５の内部の空気が吸引される。このとき、第３ベローズ８５と第２ベローズ８４との間にオリフィス９６が配置されているため、第３ベローズ８５の負圧は第４ベローズ８４に伝達し難くなっている。従って、図１１（Ｂ）に示すように、最初は第３ベローズ８５だけが収縮し、固定された第６プレート８２に対して第５プレート８１が後方に移動することで、第５プレート８１にガイドロッド７４，７４を介して接続された第１プレート７７も後方に移動する。そして第５プレート８１に第２ベローズ８４を介して接続された第４プレート８０と、第４プレート８０に前部ガイドパイプ７５，７５を介して接続された第２プレート７８とが一体になって後方に移動し、かつ第４プレート８０に第１ベローズ８３を介して接続された第３プレート７９が一体になって後方に移動する。その結果、第３プレート７９に接続された第１ケーブル４３と、第４プレート８０に接続された第２ケーブル４６と、第５プレート８１に接続された第３ケーブル４９とが後方に牽引される。
【００５０】
第１ケーブル４３が後方に牽引されると、ガイドピン４４が後方に引かれることで末節リンク２０が第１ヒンジピン１７まわりに内側に屈曲し、第２ケーブル４６が後方に牽引されると、ガイドピン４７が後方に引かれることで中節リンク２４が第２ヒンジピン１８まわりに内側に屈曲し、第３ケーブル４９が後方に牽引されると、ガイドピン５０が後方に引かれることで基節リンク２８が第３ヒンジピン１９まわりに内側に屈曲する。
【００５１】
第３ベローズ８５が完全に収縮すると、図１１（Ｃ）に示すように、今度は第２ベローズ８４の内部の空気が吸引される。このとき、第２ベローズ８４と第１ベローズ８３との間にオリフィス９２が配置されているため、第２ベローズ８４の負圧は第１ベローズ８３に伝達し難くなっている。従って、今度は第２ベローズ８４だけが収縮し、第５プレート８１に対して第４プレート８０が後方に移動することで、第４プレート８０に第１ベローズ８３を介して接続された第３プレート７９が一体になって後方に移動する。その結果、第３プレート７９に接続された第１ケーブル４３と、第４プレート８０に接続された第２ケーブル４６とが後方に牽引される。
【００５２】
第１ケーブル４３が後方に牽引されると、ガイドピン４４が後方に引かれることで末節リンク２０が第１ヒンジピン１７まわりに内側に更に屈曲し、第２ケーブル４６が後方に牽引されると、ガイドピン４７が後方に引かれることで中節リンク２４が第２ヒンジピン１８まわりに内側に更に屈曲する。
【００５３】
第２ベローズ８４が完全に収縮すると、図１１（Ｄ）に示すように、今度は第１ベローズ８３の内部の空気が吸引される。このとき、第４チューブ６１に連なるガイドパイプ８８との間にオリフィス９３が配置されているため、第１ベローズ８３の負圧は第４チューブ６１に伝達し難くなっている。従って、今度は第１ベローズ８３だけが収縮し、第４プレート８０に対して第３プレート７９が後方に移動する。その結果、第３プレート７９に接続された第１ケーブル４３が後方に牽引される。
【００５４】
第１ケーブル４３が後方に牽引されると、ガイドピン４４が後方に引かれることで末節リンク２０が第１ヒンジピン１７まわりに内側に更に屈曲する。
【００５５】
以上のように、第３ベローズ８５が収縮したときには第１〜第３ケーブル４３，４６，４９が同時に牽引されて末節リンク２０、中節リンク２１および基節リンク２２が同時に屈曲し、続いて第２ベローズ８４が収縮したときには第１、第２ケーブル４３，４６が同時に牽引されて末節リンク２０および中節リンク２１が同時に屈曲し、続いて第１ベローズ８３が収縮したときには第１ケーブル４３が牽引されて末節リンク２０が屈曲する。つまり、第３ヒンジピン１９における基節リンク２８の屈曲が最初に終了し、次に第２ヒンジピン１８における中節リンク２４の屈曲が終了し、最後に第１ヒンジピン１７における末節リンク２０の屈曲が終了する。これにより、図１２に示すように、指骨格１２は物品に巻き付くように屈曲し、物品を確実に把持することができる。
【００５６】
上述のようにして義指１１が物品を把持したとき、末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５は柔軟な状態であるため、その形状が物品の表面形状に倣うように変形し、物品が落下し難くなる。
【００５７】
第１〜第３ベローズ８３，８４，８５が完全に収縮すると、第１ベローズ８３に連なる第４チューブ６１、第３チューブ６０、第２チューブ５９および第１チューブ５８を介して末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５の内部が減圧され、その内部の粉体が相互に結合して固化することで、義指１１は物品を確実に把持することができる。このとき、小径の第１チューブ５８、第２チューブ５９および第３チューブ６０がオリフィスとして機能することで、中手袋体５５、基節袋体５４、中節袋体５３および末節袋体５２の順番で減圧されて固化するため、物品を一層確実に把持することができる。
【００５８】
大気開放弁９１を開放して第５チューブ８９に大気を導入すると、チェックバルブ９７，９５，９３が開弁してオリフィス９６，９４，９２が無効になり、第３ベローズ８５、第２ベローズ８４および第１ベローズ８３に空気が速やかに流入する。このとき、末節リンク２０、中節リンク２４および基節リンク２８は第１〜第３リターンスプリング３６，３８，４０の弾発力で伸長方向に付勢されているため、第１〜第３ケーブル４３，４６，４９に引かれて第３ベローズ８５、第２ベローズ８４および第１ベローズ８３が膨張し、義指１１は元の伸長状態に復帰して物品の把持が開放される。
【００５９】
また開放した大気開放弁９１からの空気は、第３ベローズ８５、第２ベローズ８４および第１ベローズ８３を経由して中手袋体５３、基節袋体５４、中節袋体５３および末節袋体５２の内部にも流入するため、それらの固化が解除されて柔軟な状態に復帰する。
【００６０】
以上のように、本実施の形態によれば、第１アクチュエータ７１で屈曲・伸長する指骨格１２を覆う複数の袋体５２〜５５の内部に粉体５１を充填し、指骨格１２を屈曲させて物品の表面に当接させた後に袋体５２〜５５の内部を第２アクチュエータ７２で真空引きして固化するので、柔軟な袋体５２〜５５の形状を物品の形状に沿うように馴染ませてから固化することで、特別に強い把持力を必要とせずに物品を確実に把持することができる。しかもセンサ等を用いて義指１１の把持力や屈曲量を制御する必要がないため、極めて低価格で実現することができる。
【００６１】
また指骨格１２は複数のリンク１３〜１６を複数のヒンジ１７〜１９で直列に連結して構成されるので、義指１１全体の形状を正しく維持しながら確実に屈曲・伸長させることができ、しかも袋体５２〜５５を複数に分割したので、内部の粉体５１が偏って義指１１の形状が崩れるのを防止することができる。
【００６２】
またヒンジ１７〜１９はリターンスプリング３６，３８，４０で伸長方向に付勢されており、第１アクチュエータ７１はヒンジ１７〜１９よりも先端側のリンク１３〜１５をケーブル４３，４６，４９で牽引してヒンジ１７〜１９よりも基端側のリンク１４〜１６に対して屈曲させるので、ケーブル４３，４６，４９を牽引して物品を把持し、ケーブル４３，４６，４９を緩めて把持を解除することができる。このとき、第１アクチュエータ７１は複数のヒンジ１７〜１９の屈曲を基端側のヒンジ１７〜１９から先端側のヒンジ１７〜１９に向かって順番に完了させるので、義指１１を物品にしっかりと巻き付けて確実に把持することができる。
【００６３】
また隣接する袋体５２〜５５どうしをオリフィスとして機能する小径のチューブ５８〜６０を介して接続し、指骨格１２の最も基端側の袋体５５を第２アクチュエータ７２に接続して真空引きするので、簡単な構造で義指１１の基端側の袋体５５から先端側の袋体５２に向かって順番に固化させることで、物体を一層確実に把持することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００６５】
例えば、実施の形態では人指し指の義指１１について説明したが、本発明は人指し指以外の指にも適用することが可能であり、５本の指のうちの１本ないし４本の指だけに本発明を適用することができる。尚、親指は中節および中節骨を備えていないため、中節袋体５３および中節リンク１４を廃止して構造を簡素化することができる。もちろん、全ての指について袋体およびリンクの数を減少させて構造を簡素化しても良い。
【００６６】
また実施の形態では第１アクチュエータ７１および第２アクチュエータ７２を一体形成しているが、それらを別体に形成することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１２ 指骨格
１３ 末節リンク（リンク）
１４ 中節リンク（リンク）
１５ 基節リンク（リンク）
１６ 中手リンク（リンク）
１７ 第１ヒンジピン（ヒンジ）
１８ 第２ヒンジピン（ヒンジ）
１９ 第３ヒンジピン（ヒンジ）
３６ 第１リターンスプリング（リターンスプリング）
３８ 第２リターンスプリング（リターンスプリング）
４０ 第３リターンスプリング（リターンスプリング）
４３ 第１ケーブル（ケーブル）
４６ 第２ケーブル（ケーブル）
４９ 第３ケーブル（ケーブル）
５１ 粉体
５２ 末節袋体（袋体）
５３ 中節袋体（袋体）
５４ 基節袋体（袋体）
５５ 中手袋体（袋体）
５８ 第１チューブ（オリフィス）
５９ 第２チューブ（オリフィス）
６０ 第３チューブ（オリフィス）
７１ 第１アクチュエータ
７２ 第２アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、義手に用いられる義指装置に関し、特にアクチュエータにより屈曲して物品を把持することが可能な義指装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
義手用の義指の心金の関節部を、複数の金属薄板の端部どうしを重ね合わせて屈曲自在に枢支して構成したものにおいて、一方の金属薄板を切り起こして形成した舌状部を他方に金属薄板に弾発的に押し付けて摩擦力を発生させ、関節部の屈曲角度を任意に変更可能したものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
また可撓性および気密性を有する袋体の内部に粉体を収納し、袋体の内部を真空にすることで任意の形状を保ったまま剛体化する任意形状保持装置が、下記特許文献２により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第１１１１６２号公報
【特許文献２】特表平５−５０３６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、アクチュエータで屈曲して物品を把持する義指を備えた義手として種々のものが実用化されているが、義指が物品の形状に馴染み難いために物品が滑って落下し易く、これを防止するために把持力を強くすると物品を損傷させる可能性があった。また義指の把持力や屈曲角度をセンサで検出してアクチュエータの作動を制御するものや、筋肉や脊髄に流れる電気信号から使用者の意思を読み取ってアクチュエータを作動させるものが知られているが、これらのものは非常に高価であるという問題があった。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、物品を確実に把持することが可能な義指装置を安価に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、請求項１に記載された発明によれば、指骨格と、前記指骨格を屈曲・伸長する第１アクチュエータと、前記指骨格を覆う複数の袋体と、前記袋体に充填された粉体と、前記指骨格の屈曲後に前記袋体の内部を真空引きして固化させる第２アクチュエータとを備えることを特徴とする義指装置が提案される。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記指骨格は、複数のリンクを複数のヒンジで直列に連結して構成されることを特徴とする義指装置が提案される。
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記ヒンジはリターンスプリングで伸長方向に付勢され、前記第１アクチュエータは、前記ヒンジよりも先端側のリンクをケーブルで牽引して前記ヒンジよりも基端側のリンクに対して屈曲させることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１０】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記第１アクチュエータは、前記複数のヒンジの屈曲を基端側のヒンジから先端側のヒンジに向かって順番に完了させることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１１】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の構成に加えて、前記複数のリンクの各々に対応して前記袋体を備えることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１２】
また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記第２アクチュエータは、複数の袋体を前記指骨格の基端側の袋体から先端側の袋体に向かって順番に固化させることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１３】
また請求項７に記載された発明によれば、請求項６の構成に加えて、隣接する前記袋体どうしがオリフィスを介して接続され、前記指骨格の最も基端側の袋体が前記第２アクチュエータに接続されて真空引きされることを特徴とする義指装置が提案される。
【００１４】
尚、実施の形態の末節リンク１３、中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６は本発明のリンクに対応し、実施の形態の第１ヒンジピン１７、第２ヒンジピン１８および第３ヒンジピン１９は本発明のヒンジに対応し、実施の形態の第１リターンスプリング３６、第２リターンスプリング３８および第３リターンスプリング４０は本発明のリターンスプリングに対応し、実施の形態の第１ケーブル４３、第２ケーブル４６および第３ケーブル４９は本発明のケーブルに対応し、実施の形態の末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５は本発明の袋体に対応し、実施の形態の第１チューブ５８、第２チューブ５９および第３チューブ６０は本発明のオリフィスに対応する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の構成によれば、指骨格を第１アクチュエータで屈曲・伸長し、指骨格を覆う袋体内部に粉体を充填し、指骨格の屈曲後に袋体の内部を第２アクチュエータで真空引きして固化するので、袋体が固化していない状態で指骨格を屈曲させて義指を物品の表面に当接させ、柔軟な袋体の形状を物品の形状に沿うように馴染ませた後に袋体を固化することで、特別に強い把持力を必要とせずに物品を確実に把持することができる。しかも第１アクチュエータは指骨格を屈曲・伸長させることが可能であれば良く、センサ等を用いて義指の把持力や屈曲量を制御する必要がないため、また第２アクチュエータは袋体の内部を真空引できるものであれば良いため、極めて低価格で実現することができる。
【００１６】
また請求項２の構成によれば、指骨格は複数のリンクを複数のヒンジで直列に連結して構成されるので、義指全体の形状を正しく維持しながら確実に屈曲・伸長させることができる。
【００１７】
また請求項３の構成によれば、ヒンジはリターンスプリングで伸長方向に付勢されており、第１アクチュエータはヒンジよりも先端側のリンクをケーブルで牽引してヒンジよりも基端側のリンクに対して屈曲させるので、ケーブルを牽引して義指で物品を把持し、ケーブルを緩めて把持を解除することができる。
【００１８】
また請求項４の構成によれば、第１アクチュエータは複数のヒンジの屈曲を基端側のヒンジから先端側のヒンジに向かって順番に完了させるので、義指を物品にしっかりと巻き付けて確実に把持することができる。
【００１９】
また請求項５の構成によれば、複数のリンクの各々に対応して袋体を備えるので、粉体が義指の一部に片寄って形状が崩れるのを防止することができる。
【００２０】
また請求項６の構成によれば、第２アクチュエータが複数の袋体を指骨格の基端側の袋体から先端側の袋体に向かって順番に固化させるので、物体を一層確実に把持することができる。
【００２１】
また請求項７の構成によれば、隣接する袋体どうしをオリフィスを介して接続し、指骨格の最も基端側の袋体を第２アクチュエータに接続して真空引きするので、簡単な構造で義指の基端側の袋体から先端側の袋体に向かって順番に固化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】義指を備えた義手の斜視図。
【図２】図１の２−２線拡大断面図。
【図３】図２の３−３線断面図。
【図４】図２の４−４線断面図。
【図５】図２の５−５線断面図。
【図６】義指の指骨格の部品図。
【図７】義指の分解斜視図。
【図８】第１〜第４袋体および表皮膜の斜視図。
【図９】図２の９部拡大図。
【図１０】図９の１０方向矢視図。
【図１１】図９に対応する作用説明図。
【図１２】義指が屈曲したときの状態を示す、前記図２に対応する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１〜図１２に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１に示すように、義手Ｈは本発明が適用された５本の義指１１…を備えている。５本の義指１１…の構造は親指を除いて基本的に同じであるため、以下、代表として人指し指の義指１１について説明する。
【００２５】
図２に示すように、義指１１の指骨格１２は、先端側から基端側に向かって人体の末節骨、中節骨、基節骨および中手骨にそれぞれ対応する末節リンク１３、中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６を備えており、末節リンク１３および中節リンク１４は第１関節に相当する第１ヒンジピン１７で屈曲可能に連結され、中節リンク１４および基節リンク１５は第２関節に相当する第２ヒンジピン１８で屈曲可能に連結され、基節リンク１５および中手リンク１６は中手指節関節に相当する第３ヒンジピン１９で屈曲可能に連結される。
【００２６】
図２〜図７に示すように、末節リンク１３は、１枚の内板２０の両側に２枚の中板２１，２１を積層し、その両側に２枚の外板２２，２２を積層した５層構造であり、それを円形の第１連通孔２３が左右に貫通する。内板２０の後部には切欠き２０ａが形成され、切欠き２０ａと第１連通孔２３とが前後方向に延びるチューブ収納孔２０ｂで連結され、切欠き２０ａからスプリング収納孔２０ｃが前方に延出する。中板２１の後部には、内板２０の切欠き２０ａよりも僅かに大きい切欠き２１ａと、ガイドピン孔２１ｂとが形成される。外板２２の後部には、第１ヒンジピン１７が嵌合するヒンジピン孔２２ａと、ガイドピン孔２２ｂとが形成される。
【００２７】
中節リンク１４は、１枚の内板２４の両側に２枚の中板２５，２５を積層し、その両側に２枚の外板２６，２６を積層した５層構造であり、それを円形の第２連通孔２７が左右に貫通する。内板２４の後部には切欠き２４ａが形成され、切欠き２４ａと内板２４の前端とが第２連通孔２７を貫通して前後方向に延びるチューブ収納孔２４ｂで連結され、切欠き２４ａからスプリング収納孔２４ｃが前方に延出する。更に内板２４の下部が、前後方向に延びるケーブル収納孔２４ｄで上下に２分割される。中板２５の後部には、内板２４の切欠き２４ａよりも僅かに大きい切欠き２５ａと、ガイドピン孔２５ｂとが形成され、中板２５の前部には、第１ヒンジピン１７が嵌合するヒンジピン孔２５ｃと、スプリング支持ピン孔２５ｄと、ガイドピン孔２５ｅとが形成される。外板２６の後部には、第２ヒンジピン１８が嵌合するヒンジピン孔２６ａと、ガイドピン孔２６ｂとが形成され、外板２６の前部には、末節リンク１３の外板２２の後端が嵌合する切欠き２６ｃと、ガイドピン孔２６ｄとが形成される。
【００２８】
基節リンク１５は、１枚の内板２８の両側に２枚の中板２９，２９を積層し、その両側に２枚の外板３０，３０を積層した５層構造であり、それを円形の第３連通孔３１が左右に貫通する。内板２８の後部には切欠き２８ａが形成され、切欠き２８ａと内板２４の前端とが第３連通孔３１を貫通して前後方向に延びるチューブ収納孔２８ｂで連結され、切欠き２８ａからスプリング収納孔２８ｃが前方に延出する。更に内板２８の下部が、前後方向に延びるケーブル収納孔２８ｄで上下に２分割される。中板２９の後部には、内板２８の切欠き２８ａよりも僅かに大きい切欠き２９ａと、ガイドピン孔２９ｂとが形成され、中板２９の前部には、第２ヒンジピン１８が嵌合するヒンジピン孔２９ｃと、スプリング支持ピン孔２９ｄと、ガイドピン孔２９ｅとが形成される。外板３０の後部には、第２ヒンジピン１８が嵌合するヒンジピン孔３０ａと、ガイドピン孔３０ｂとが形成され、外板２６の前部には、中節リンク１４の外板２４の後端が嵌合する切欠き３０ｃと、ガイドピン孔３０ｄとが形成される。
【００２９】
中手リンク１６は、１枚の内板３２の両側に２枚の中板３３，３３を積層し、その両側に２枚の外板３４，３４を積層した５層構造であり、それを円形の第４連通孔３５が左右に貫通する。内板３２には第４連通孔３５を貫通して前後方向に延びるチューブ収納孔３２ａが形成され、内板３２の下部が、前後方向に延びるケーブル収納孔３２ｂで上下に２分割される。中板３３の前部には、第３ヒンジピン１９が嵌合するヒンジピン孔３３ａと、スプリング支持ピン孔３３ｂと、ガイドピン孔３３ｃとが形成される。外板３４の前部には、基節リンク１５の外板３０の後端が嵌合する切欠き３４ａと、ガイドピン孔３４ｂとが形成される。
【００３０】
末節リンク１３と中節リンク１４とを枢支する第１ヒンジピン１７に第１リターンスプリング３６が嵌合しており、第１リターンスプリング３６の一端が末節リンク１３の中板２０のスプリング収納孔２０ｃに嵌合するとともに、他端が中節リンク１４のスプリング支持ピン孔２５ｄ，２５ｄに圧入されたスプリング支持ピン３７に係合し、これにより末節リンク１３は中節リンク１４に対して真っ直ぐに延びる方向に付勢される。中節リンク１４に対する末節リンク１３の屈曲可能範囲は、末節リンク１３の中板２１，２１および外板２２，２２が中節リンク１４の中板２５，２５および外板２６，２６に当接することで規制される。
【００３１】
中節リンク１４と基節リンク１５とを枢支する第２ヒンジピン１８に第２リターンスプリング３８が嵌合しており、第２リターンスプリング３８の一端が中節リンク１４の中板２４のスプリング収納孔２４ｃに嵌合するとともに、他端が基節リンク１５のスプリング支持ピン孔２９ｄ，２９ｄに圧入されたスプリング支持ピン３９に係合し、これにより中節リンク１４は基節リンク１５に対して真っ直ぐに延びる方向に付勢される。基節リンク１５に対する中節リンク１４の屈曲可能範囲は、中節リンク１４の中板２５，２５および外板２６，２６が基節リンク１５の中板２９，２９および外板３０，３０に当接することで規制される。
【００３２】
基節リンク１５と中手リンク１６とを枢支する第３ヒンジピン１９に第３リターンスプリング４０が嵌合しており、第３リターンスプリング４０の一端が基節リンク１５の中板２８のスプリング収納孔２８ｃに嵌合するとともに、他端が中手リンク１６のスプリング支持ピン孔３３ｂ，３３ｂに圧入されたスプリング支持ピン４１に係合し、これにより基節リンク１５は中手リンク１６に対して真っ直ぐに延びる方向に付勢される。中手リンク１６に対する基節リンク１５の屈曲可能範囲は、基節リンク１５の中板２９，２９および外板３０，３０が中手リンク１６の中板３３，３３および外板３４，３４に当接することで規制される。
【００３３】
中節リンク１４の中板２５，２５および外板２６，２６のガイドピン孔２５ｅ，２５ｅ；２６ｄ，２６ｄに圧入されたガイドピン４２に一端を固定した第１ケーブル４３（実線参照）は、末節リンク１３の中板２１，２１および外板２２，２２のガイドピン孔２１ｂ，２１ｂ；２２ｂ，２２ｂに圧入されたガイドピン４４に摺動自在に巻き付けられた後、中節リンク１４の内板２４のケーブル収納孔２４ｄと、基節リンク１５の内板２８のケーブル収納孔２８ｄと、中手リンク１６の内板３２のケーブル収納孔３２ｂを通過して引き出される。
【００３４】
基節リンク１５の中板２９，２９および外板３０，３０のガイドピン孔２９ｅ，２９ｅ；３０ｄ，３０ｄに圧入されたガイドピン４５に一端を固定した第２ケーブル４６（一点鎖線参照）は、中節リンク１４の中板２５，２５および外板２６，２６のガイドピン孔２５ｅ，２５ｅ；２６ｄ，２６ｄに圧入されたガイドピン４７に摺動自在に巻き付けられた後、基節リンク１５の内板２８のケーブル収納孔溝２８ｄと、中手リンク１６の内板３２のケーブル収納孔３２ｂを通過して引き出される。
【００３５】
中手リンク１６の中板３３，３３および外板３４，３４のガイドピン孔３３ｃ，３３ｃ；３４ｂ，３４ｂに圧入されたガイドピン４８に一端を固定した第３ケーブル４９（二点鎖線参照）は、基節リンク１５の中板２９，２９および外板３０，３０のガイドピン孔２９ｅ，２９ｅ；３０ｄ，３０ｄに圧入されたガイドピン５０に摺動自在に巻き付けられた後、中手リンク１６の内板３２のケーブル収納溝３２ｂを通過して引き出される。
【００３６】
図２〜図５および図８に示すように、末節リンク１３、中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６の各々の周囲が、断面Ｕ字状に形成されて内部に細かい粉体５１が収納された柔軟なゴム製の末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５で覆われる。末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５は相互の接触部において接着により連結されており、末節袋体５２だけが末節リンク１３の先端を覆い、かつ腹部の容積が大きくなっている。通常状態において、末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５は柔軟であり、末節リンク１３、中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６の屈曲運動を妨げることはない。
【００３７】
末節袋体５２のＵ字溝の内面に２個の開口５２ａ，５２ａが形成されており、これらの開口５２ａ，５２ａ（図４参照）がグロメット５６，５６を介して末節リンク１３の外板２２，２２の第１連通孔２３，２３に接着により固定される。グロメット５６，５６の内部にはフィルタ５７，５７が設けられており、末節袋体５２の粉体５１が第１連通孔２３，２３に漏れ出すのが防止される。同様の構造により、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５の内部空間が、それぞれ中節リンク１４、基節リンク１５および中手リンク１６の第２〜第４連通孔２７，３１，３５にグロメット５６…を介して連通する。
【００３８】
末節リンク１３の第１連通孔２３と中節リンク１４の第２連通孔２７とが、末節リンク１３の内板２０のチューブ収納孔２０ｂおよび中節リンク１４の内板２４のチューブ収納孔２４ｂに収納されたゴム製の第１チューブ５８を介して連通する。中節リンク１４の第２連通孔２７と基節リンク１５の第３連通孔３１とが、中節リンク１４の内板２４のチューブ収納孔２４ｂおよび基節リンク１５の内板２８のチューブ収納孔２８ｂに収納されたゴム製の第２チューブ５９を介して連通する。基節リンク１５の第３連通孔３１と中手リンク１６の第４連通孔３５とが、基節リンク１５の内板２８のチューブ収納孔２８ｂおよび中手リンク１６の内板３２のチューブ収納孔３２ａに収納されたゴム製の第３チューブ６０を介して連通する。中手リンク１６の第４連通孔３５は内板３２のチューブ収納孔３２ａに収納されたゴム製の第４チューブ６１を介して指骨格１２の外部に導かれる。
【００３９】
従って、第４チューブ６１を真空引きすると、第３チューブ６０、第２チューブ５９および第１チューブ５８を介して中手袋体５５、基節袋体５４、中節袋体５３および末節袋体５２の内部が負圧になり、粉体５１が相互に結合することで変形し易い状態から変形し難い状態へと剛体化する。その際に小径の第３チューブ６０、第２チューブ５９および第１チューブ５８はオリフィスとして機能し、中手袋体５５、基節袋体５４、中節袋体５３および末節袋体５２の内部を、その順番に真空引きする。
【００４０】
次に、図９および図１０に基づいて、義指１１を作動させるアクチュエータの構造を説明する。本実施の形態では、前記第１ケーブル４３、第２ケーブル４６および第３ケーブル４９を牽引する第１アクチュエータ７１と、前記第１チューブ５８、第２チューブ５９、第３チューブ６０および第４チューブ６１を真空引きする第２アクチュエータ７２とが一体に設けられる。第１、第２アクチュエータ７１，７２は義指１１に連なる掌部分あるいは下腕部分の内部に収納される。
【００４１】
第１、第２アクチュエータ７１，７２は、平行に配置された２本のガイドロッド７４，７４と、そのガイドロッド７４，７４に摺動自在に嵌合する２本の前部ガイドパイプ７５，７５と、前記ガイドロッド７４，７４に摺動自在に嵌合する２本の後部ガイドパイプ７６，７６とを備える。ガイドロッド７４，７４の前端に第１プレート７７が固定され、前部ガイドパイプ７５，７５の前端に第２プレート７８が固定され、前部ガイドパイプ７５，７５の中間部に第３プレート７９が摺動自在に嵌合し、前部ガイドパイプ７５，７５の後端に第４プレート８０が固定され、第４プレート８０の後方のガイドロッド７４，７４に第５プレート８１が固定され、後部ガイドロッド７６，７６に第６プレート８２が固定される。第６プレート８２は義手Ｈの掌あるいは下腕に固定される。
【００４２】
第３プレート７９および第４プレート８０に第１ベローズ８３の前後端が結合され、第４プレート８０および第５プレート８１に第２ベローズ８４の前後端が結合され、第５プレート８１および第６プレート８２に第３ベローズ８５の前後端が結合される。第１プレート７７に固定したガイドパイプ８６に、第２プレート７８に固定したガイドパイプ８７が摺動自在に嵌合するとともに、第２プレート７８に固定したガイドパイプ８７に、第３プレート７９に固定されて第１ベローズ８３の内部に連通するガイドパイプ８８が摺動自在に嵌合する。ガイドパイプ８８の前端に前記第４チューブ６１の後端が接続される。
【００４３】
第３プレート７９には第１ケーブル４３が結合され、第４プレート８０には第２ケーブル４６が結合され、第５プレート８１には第３ケーブル４９が結合される。
【００４４】
第６プレート８２に固定されて第３ベローズ８５の内部に連通する第４チューブ８９が、使用者の腹部や脇の下に設けられた負圧ポンプ９０に接続される。負圧ポンプ９０は、腹筋を使用して腹部を膨らましたり凹ましたりすることで、あるいは上腕を上下動させたりすることで作動し、第１、第２アクチュエータ７１，７２を作動させる負圧を発生する。第５チューブ８９には、使用者の操作により大気に開放する大気開放弁９１が設けられる。
【００４５】
第３プレート７９には、第１ベローズ８３およびガイドパイプ８８を連通させるオリフィス９２およびチェックバルブ９３が設けられており、チェックバルブ９３は第１ベローズ８３側からガイドパイプ８８側への空気の流入のみを許容し、逆方向の空気の移動を禁止する。第４プレート８０には、第２ベローズ８４および第１ベローズ８３を連通させるオリフィス９４およびチェックバルブ９５が設けられており、チェックバルブ９５は第２ベローズ８４側から第１ベローズ８３側への空気の流入のみを許容し、逆方向の空気の移動を禁止する。第５プレート８１には、第３ベローズ８５および第２ベローズ８４を連通させるオリフィス９６およびチェックバルブ９７が設けられており、チェックバルブ９７は第３ベローズ８５側から第２ベローズ８４側への空気の流入のみを許容し、逆方向の空気の移動を禁止する。
【００４６】
上記構成を備えた義手Ｈの掌から先の部分はゴム製の表皮膜９８（図８参照）で覆われており、末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５に接触する表皮膜９８の内面には滑りを良くするためのグリスが塗布される。また表皮膜９８が末節袋体５２を覆う部分には硬い爪９９が設けられており、この爪９９により末節袋体５２の背側の形状が維持される。
【００４７】
次に、上記構成を備えた実施の形態の作用を説明する。
【００４８】
通常時、義手Ｈの義指１１は指骨格１２が第１〜第３リターンスプリング３６，３８，４０の弾発力で真っ直ぐに延びた状態にあり、かつ末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５の内部は大気圧であって柔軟な状態に維持される（図２参照）。
【００４９】
この状態から物品を把持すべく負圧ポンプ９０を作動させると、第５チューブ８９を介して第３ベローズ８５の内部の空気が吸引される。このとき、第３ベローズ８５と第２ベローズ８４との間にオリフィス９６が配置されているため、第３ベローズ８５の負圧は第４ベローズ８４に伝達し難くなっている。従って、図１１（Ｂ）に示すように、最初は第３ベローズ８５だけが収縮し、固定された第６プレート８２に対して第５プレート８１が後方に移動することで、第５プレート８１にガイドロッド７４，７４を介して接続された第１プレート７７も後方に移動する。そして第５プレート８１に第２ベローズ８４を介して接続された第４プレート８０と、第４プレート８０に前部ガイドパイプ７５，７５を介して接続された第２プレート７８とが一体になって後方に移動し、かつ第４プレート８０に第１ベローズ８３を介して接続された第３プレート７９が一体になって後方に移動する。その結果、第３プレート７９に接続された第１ケーブル４３と、第４プレート８０に接続された第２ケーブル４６と、第５プレート８１に接続された第３ケーブル４９とが後方に牽引される。
【００５０】
第１ケーブル４３が後方に牽引されると、ガイドピン４４が後方に引かれることで末節リンク２０が第１ヒンジピン１７まわりに内側に屈曲し、第２ケーブル４６が後方に牽引されると、ガイドピン４７が後方に引かれることで中節リンク２４が第２ヒンジピン１８まわりに内側に屈曲し、第３ケーブル４９が後方に牽引されると、ガイドピン５０が後方に引かれることで基節リンク２８が第３ヒンジピン１９まわりに内側に屈曲する。
【００５１】
第３ベローズ８５が完全に収縮すると、図１１（Ｃ）に示すように、今度は第２ベローズ８４の内部の空気が吸引される。このとき、第２ベローズ８４と第１ベローズ８３との間にオリフィス９２が配置されているため、第２ベローズ８４の負圧は第１ベローズ８３に伝達し難くなっている。従って、今度は第２ベローズ８４だけが収縮し、第５プレート８１に対して第４プレート８０が後方に移動することで、第４プレート８０に第１ベローズ８３を介して接続された第３プレート７９が一体になって後方に移動する。その結果、第３プレート７９に接続された第１ケーブル４３と、第４プレート８０に接続された第２ケーブル４６とが後方に牽引される。
【００５２】
第１ケーブル４３が後方に牽引されると、ガイドピン４４が後方に引かれることで末節リンク２０が第１ヒンジピン１７まわりに内側に更に屈曲し、第２ケーブル４６が後方に牽引されると、ガイドピン４７が後方に引かれることで中節リンク２４が第２ヒンジピン１８まわりに内側に更に屈曲する。
【００５３】
第２ベローズ８４が完全に収縮すると、図１１（Ｄ）に示すように、今度は第１ベローズ８３の内部の空気が吸引される。このとき、第４チューブ６１に連なるガイドパイプ８８との間にオリフィス９３が配置されているため、第１ベローズ８３の負圧は第４チューブ６１に伝達し難くなっている。従って、今度は第１ベローズ８３だけが収縮し、第４プレート８０に対して第３プレート７９が後方に移動する。その結果、第３プレート７９に接続された第１ケーブル４３が後方に牽引される。
【００５４】
第１ケーブル４３が後方に牽引されると、ガイドピン４４が後方に引かれることで末節リンク２０が第１ヒンジピン１７まわりに内側に更に屈曲する。
【００５５】
以上のように、第３ベローズ８５が収縮したときには第１〜第３ケーブル４３，４６，４９が同時に牽引されて末節リンク２０、中節リンク２１および基節リンク２２が同時に屈曲し、続いて第２ベローズ８４が収縮したときには第１、第２ケーブル４３，４６が同時に牽引されて末節リンク２０および中節リンク２１が同時に屈曲し、続いて第１ベローズ８３が収縮したときには第１ケーブル４３が牽引されて末節リンク２０が屈曲する。つまり、第３ヒンジピン１９における基節リンク２８の屈曲が最初に終了し、次に第２ヒンジピン１８における中節リンク２４の屈曲が終了し、最後に第１ヒンジピン１７における末節リンク２０の屈曲が終了する。これにより、図１２に示すように、指骨格１２は物品に巻き付くように屈曲し、物品を確実に把持することができる。
【００５６】
上述のようにして義指１１が物品を把持したとき、末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５は柔軟な状態であるため、その形状が物品の表面形状に倣うように変形し、物品が落下し難くなる。
【００５７】
第１〜第３ベローズ８３，８４，８５が完全に収縮すると、第１ベローズ８３に連なる第４チューブ６１、第３チューブ６０、第２チューブ５９および第１チューブ５８を介して末節袋体５２、中節袋体５３、基節袋体５４および中手袋体５５の内部が減圧され、その内部の粉体が相互に結合して固化することで、義指１１は物品を確実に把持することができる。このとき、小径の第１チューブ５８、第２チューブ５９および第３チューブ６０がオリフィスとして機能することで、中手袋体５５、基節袋体５４、中節袋体５３および末節袋体５２の順番で減圧されて固化するため、物品を一層確実に把持することができる。
【００５８】
大気開放弁９１を開放して第５チューブ８９に大気を導入すると、チェックバルブ９７，９５，９３が開弁してオリフィス９６，９４，９２が無効になり、第３ベローズ８５、第２ベローズ８４および第１ベローズ８３に空気が速やかに流入する。このとき、末節リンク２０、中節リンク２４および基節リンク２８は第１〜第３リターンスプリング３６，３８，４０の弾発力で伸長方向に付勢されているため、第１〜第３ケーブル４３，４６，４９に引かれて第３ベローズ８５、第２ベローズ８４および第１ベローズ８３が膨張し、義指１１は元の伸長状態に復帰して物品の把持が開放される。
【００５９】
また開放した大気開放弁９１からの空気は、第３ベローズ８５、第２ベローズ８４および第１ベローズ８３を経由して中手袋体５３、基節袋体５４、中節袋体５３および末節袋体５２の内部にも流入するため、それらの固化が解除されて柔軟な状態に復帰する。
【００６０】
以上のように、本実施の形態によれば、第１アクチュエータ７１で屈曲・伸長する指骨格１２を覆う複数の袋体５２〜５５の内部に粉体５１を充填し、指骨格１２を屈曲させて物品の表面に当接させた後に袋体５２〜５５の内部を第２アクチュエータ７２で真空引きして固化するので、柔軟な袋体５２〜５５の形状を物品の形状に沿うように馴染ませてから固化することで、特別に強い把持力を必要とせずに物品を確実に把持することができる。しかもセンサ等を用いて義指１１の把持力や屈曲量を制御する必要がないため、極めて低価格で実現することができる。
【００６１】
また指骨格１２は複数のリンク１３〜１６を複数のヒンジ１７〜１９で直列に連結して構成されるので、義指１１全体の形状を正しく維持しながら確実に屈曲・伸長させることができ、しかも袋体５２〜５５を複数に分割したので、内部の粉体５１が偏って義指１１の形状が崩れるのを防止することができる。
【００６２】
またヒンジ１７〜１９はリターンスプリング３６，３８，４０で伸長方向に付勢されており、第１アクチュエータ７１はヒンジ１７〜１９よりも先端側のリンク１３〜１５をケーブル４３，４６，４９で牽引してヒンジ１７〜１９よりも基端側のリンク１４〜１６に対して屈曲させるので、ケーブル４３，４６，４９を牽引して物品を把持し、ケーブル４３，４６，４９を緩めて把持を解除することができる。このとき、第１アクチュエータ７１は複数のヒンジ１７〜１９の屈曲を基端側のヒンジ１７〜１９から先端側のヒンジ１７〜１９に向かって順番に完了させるので、義指１１を物品にしっかりと巻き付けて確実に把持することができる。
【００６３】
また隣接する袋体５２〜５５どうしをオリフィスとして機能する小径のチューブ５８〜６０を介して接続し、指骨格１２の最も基端側の袋体５５を第２アクチュエータ７２に接続して真空引きするので、簡単な構造で義指１１の基端側の袋体５５から先端側の袋体５２に向かって順番に固化させることで、物体を一層確実に把持することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００６５】
例えば、実施の形態では人指し指の義指１１について説明したが、本発明は人指し指以外の指にも適用することが可能であり、５本の指のうちの１本ないし４本の指だけに本発明を適用することができる。尚、親指は中節および中節骨を備えていないため、中節袋体５３および中節リンク１４を廃止して構造を簡素化することができる。もちろん、全ての指について袋体およびリンクの数を減少させて構造を簡素化しても良い。
【００６６】
また実施の形態では第１アクチュエータ７１および第２アクチュエータ７２を一体形成しているが、それらを別体に形成することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１２ 指骨格
１３ 末節リンク（リンク）
１４ 中節リンク（リンク）
１５ 基節リンク（リンク）
１６ 中手リンク（リンク）
１７ 第１ヒンジピン（ヒンジ）
１８ 第２ヒンジピン（ヒンジ）
１９ 第３ヒンジピン（ヒンジ）
３６ 第１リターンスプリング（リターンスプリング）
３８ 第２リターンスプリング（リターンスプリング）
４０ 第３リターンスプリング（リターンスプリング）
４３ 第１ケーブル（ケーブル）
４６ 第２ケーブル（ケーブル）
４９ 第３ケーブル（ケーブル）
５１ 粉体
５２ 末節袋体（袋体）
５３ 中節袋体（袋体）
５４ 基節袋体（袋体）
５５ 中手袋体（袋体）
５８ 第１チューブ（オリフィス）
５９ 第２チューブ（オリフィス）
６０ 第３チューブ（オリフィス）
７１ 第１アクチュエータ
７２ 第２アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指骨格（１２）と、
前記指骨格（１２）を屈曲・伸長する第１アクチュエータ（７１）と、
前記指骨格（１２）を覆う複数の袋体（５２，５３，５４，５５）と、
前記袋体（５２，５３，５４，５５）に充填された粉体（５１）と、
前記指骨格（１２）の屈曲後に前記袋体（５２，５３，５４，５５）の内部を真空引きして固化させる第２アクチュエータ（７２）と、
を備えることを特徴とする義指装置。
【請求項２】
前記指骨格（１２）は、複数のリンク（１３，１４，１５，１６）を複数のヒンジ（１７，１８，１９）で直列に連結して構成されることを特徴とする、請求項１に記載の義指装置。
【請求項３】
前記ヒンジ（１７，１８，１９）はリターンスプリング（３６，３８，４０）で伸長方向に付勢され、前記第１アクチュエータ（７１）は、前記ヒンジ（１７，１８，１９）よりも先端側のリンク（１３，１４，１５）をケーブル（４３，４６，４９）で牽引して前記ヒンジ（１７，１８，１９）よりも基端側のリンク（１４，１５，１６）に対して屈曲させることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の義指装置。
【請求項４】
前記第１アクチュエータ（７１）は、前記複数のヒンジ（１７，１８，１９）の屈曲を基端側のヒンジ（１９）から先端側のヒンジ（１７）に向かって順番に完了させることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の義指装置。
【請求項５】
前記複数のリンク（１３，１４，１５，１６）の各々に対応して前記袋体（５２，５３，５４，５５）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の義指装置。
【請求項６】
前記第２アクチュエータ（７２）は、複数の袋体（５２，５３，５４，５５）を前記指骨格（１２）の基端側の袋体（５５）から先端側の袋体（５２）に向かって順番に固化させることを特徴とする、請求項５に記載の義指装置。
【請求項７】
隣接する前記袋体（５２，５３，５４，５５）どうしがオリフィス（５８，５９，６０）を介して接続され、前記指骨格（１２）の最も基端側の袋体（５５）が前記第２アクチュエータ（７２）に接続されて真空引きされることを特徴とする、請求項６に記載の義指装置。
【請求項１】
指骨格（１２）と、
前記指骨格（１２）を屈曲・伸長する第１アクチュエータ（７１）と、
前記指骨格（１２）を覆う複数の袋体（５２，５３，５４，５５）と、
前記袋体（５２，５３，５４，５５）に充填された粉体（５１）と、
前記指骨格（１２）の屈曲後に前記袋体（５２，５３，５４，５５）の内部を真空引きして固化させる第２アクチュエータ（７２）と、
を備えることを特徴とする義指装置。
【請求項２】
前記指骨格（１２）は、複数のリンク（１３，１４，１５，１６）を複数のヒンジ（１７，１８，１９）で直列に連結して構成されることを特徴とする、請求項１に記載の義指装置。
【請求項３】
前記ヒンジ（１７，１８，１９）はリターンスプリング（３６，３８，４０）で伸長方向に付勢され、前記第１アクチュエータ（７１）は、前記ヒンジ（１７，１８，１９）よりも先端側のリンク（１３，１４，１５）をケーブル（４３，４６，４９）で牽引して前記ヒンジ（１７，１８，１９）よりも基端側のリンク（１４，１５，１６）に対して屈曲させることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の義指装置。
【請求項４】
前記第１アクチュエータ（７１）は、前記複数のヒンジ（１７，１８，１９）の屈曲を基端側のヒンジ（１９）から先端側のヒンジ（１７）に向かって順番に完了させることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の義指装置。
【請求項５】
前記複数のリンク（１３，１４，１５，１６）の各々に対応して前記袋体（５２，５３，５４，５５）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の義指装置。
【請求項６】
前記第２アクチュエータ（７２）は、複数の袋体（５２，５３，５４，５５）を前記指骨格（１２）の基端側の袋体（５５）から先端側の袋体（５２）に向かって順番に固化させることを特徴とする、請求項５に記載の義指装置。
【請求項７】
隣接する前記袋体（５２，５３，５４，５５）どうしがオリフィス（５８，５９，６０）を介して接続され、前記指骨格（１２）の最も基端側の袋体（５５）が前記第２アクチュエータ（７２）に接続されて真空引きされることを特徴とする、請求項６に記載の義指装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−５０５２９（Ｐ２０１１−５０５２９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０１２８１（Ｐ２００９−２０１２８１）
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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