JP2001133300A

JP2001133300A - 動作認識装置及び動作認識方法、並びに力触覚提示装置及びその制御方法

Info

Publication number: JP2001133300A
Application number: JP31398899A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hayakawa; 健早川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】対象の動作を認識するための動作認識装置
や、当該装置を含む力覚提示装置の軽量化を図るととも
に、対象の動作許容範囲が制限されないようにする。【解決手段】対象の骨格構造を構成する関節部の近辺
に一対又は複数対の被覆部材Ｓ１、Ｓ２を装具として装
着するとともに、該被覆部材同士の相対的な位置関係を
光学的又は磁気的に、あるいはワイヤー部材の長さから
検出するための位置検出手段を、対をなす被覆部材Ｓ
１、Ｓ２のそれぞれに付設し、又は両被覆部材に亘って
設ける。これにより、各被覆部材の姿勢に関する相対位
置情報を得ることができ、対象に外付けして使用する部
品が、被覆部材及びこれに付設された位置検出手段だけ
で済む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人間や動物、これ
らの関節構造を模倣したロボット等に装着してその動作
認識を行うための動作認識装置及びその制御方法、そし
て力触覚提示装置及びその制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＧ（コンピュータ・グラフィックス）
や仮想現実（バーチャルリアリティ）、遠隔現実（テレ
リアリティ）等の分野では、人体や対象物の動きを認識
してコンピュータへのデータ入力を行うための動作認識
装置（所謂モーションキャプチャー）が使用されてお
り、下記に示す構成例が知られている。

【０００３】（１）対象の動きを機械的な手段で検知す
るようにした装置（２）被写体に多数のマーカー（目印）を付けて撮影し
た映像を処理する装置（３）対象の各所にソレノイドを付設して、これらによ
り発生される磁界全体を一箇所において磁気検出する装
置。

【０００４】先ず、（１）については、例えば、シャフ
トアームを使った機械式のモーションキャプチャー装置
や力覚提示装置を例にすると、シャフトアームに対して
指や手を設置・固定して、当該シャフトアームの変位を
位置検出器（ポテンシオメータ等）によって検出するこ
とで人体の各部位の動きを認識し、これをデータ化した
り、あるいは逆にシャフトアームからの反力を利用して
力覚を対象者に与えることができるようにしたものが挙
げられる。また、力覚提示用のデータグローブ等では、
アクチュエータや小型エアシリンダ等によって駆動され
る骨格構造（人体の内骨格とは別の部材として外部から
人体に付設されるという意味で「外骨格」と称され
る。）を指や手等に付設し、外骨格からの反力によって
力覚が得られるようにした装置が知られており、動作認
識のための手段が骨格構造とは不可分の関係になってい
る。

【０００５】（２）や（３）については、要するに対象
からの光学的又は磁気的な情報を総括的に取得するため
の手段（撮像装置や磁気検出装置）を使用して、要所の
動きを把握することができるようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た装置にあっては、下記に示す問題がある。

【０００７】即ち、上記（１）の装置では、人体に対し
て外付けされる機構部品を使用していることに起因し
て、その重量が嵩む結果、装置全体としての重さが問題
となる。即ち、重量が大きい程、装置の装着者が意図す
る動作を容易にはとれなくなってしまい、また、体力の
消耗も著しくなるという問題が顕著に現れて来る。

【０００８】また、（２）や（３）の装置では、一般に
マーカーやソレノイドの数が多くなる傾向があり、その
ために準備作業に手間取ったり、時間がかかってしまう
という問題や、撮像装置や磁気検出装置について、その
設定位置や環境等に細心の注意を払う必要がある。例え
ば、（２）の装置では、対象者の全体像が撮像範囲内に
常に収まるように、動作毎にカメラワークを考慮する必
要があるし、また、（３）の装置では、磁気検出装置に
係る感度の問題によって対象者の動作範囲が制限される
ため、対象者が移動して検出上の許容範囲外に出た場合
に正確な動作認識が保証されなくなってしまう（換言す
れば、動作の許容範囲を拡げるためには、磁界強度の増
強に大きな出力を要することになる。）。

【０００９】そこで、本発明は、動作認識装置や、当該
装置を含む力覚提示装置の軽量化を図るとともに、対象
の動作許容範囲が制限されないようにすることを課題と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するために、対象の骨格構造を構成する関節部の近
辺にそれぞれ装着される一対又は複数対の被覆部材と、
該被覆部材同士の相対的な位置関係を検出するために、
対をなす被覆部材のそれぞれに付設され又は両被覆部材
に亘って付設された位置検出手段とを備え、該位置検出
手段が、ある被覆部材の位置を基準として、当該被覆部
材に関して対をなす他の被覆部材の姿勢に係る相対位置
情報を出力するように構成したものである。

【００１１】従って、本発明によれば、対象に装着した
被覆部材のうち、対をなす被覆部材の姿勢に係る相対位
置情報を得ることができ、対象に外付けして使用する部
品は、被覆部材とこれに付設された位置検出手段だけで
済むので、装置の軽量化に適しており、動作の悪化や体
力の消耗等への影響が少ない。また、被覆部材を対象に
装着するのに要する作業時間程度で済むので、準備作業
に手間取ることはなくなり、対象の動作許容範囲につい
て制約を受けることもなくなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る動作認識装置は、対
象の動作を認識して当該動作に対応したデータを出力す
るための装置であり、被覆部材と位置検出手段とを有す
る。

【００１３】被覆部材は、対象の骨格構造を構成する関
節部の近辺にそれぞれ装着されるものであり、一対又は
複数対の部材から構成される。尚、本発明に係る対象に
は、人間や動物、これらの骨格構造を模倣したロボット
等が挙げられるが、要は骨格や関節構造を有することが
前提となる。

【００１４】図１は、人体を例にして、その前腕及び上
腕の骨格構造を主に示したものであり、手部のＭＰ関節
（中手指節関節、つまり、第２乃至第５指の付け根の関
節）、手首における前腕の橈骨側突起や尺骨側突起、肘
部における尺骨肘突起、上腕骨中腹が示されており、こ
れらに対応する部分に被覆部材がそれぞれ取り付けられ
る。

【００１５】図２及び図３は被覆部材の一例を概略的に
示したものであり、図２は前腕の回外時において掌面側
から見た被覆部材の取り付け状態を示し、図３は過度の
回内時に肘側から見た被覆部材の取り付け状態を示して
いる。

【００１６】これらの図から分かるように、手首に取り
付けられる被覆部材（手首サポーターあるいはパット）
Ｓ１は、尺骨及び橈骨の突起部分に対して固定されてい
る。

【００１７】また、肘部に取り付けられる被覆部材（肘
部サポーターあるいはパット）Ｓ２は尺骨肘突起に対し
て下から覆うように固定されており、当該被覆部材の作
成にあたっては、基本的立位姿勢（手を下げて掌を体側
面に向けた、所謂「気をつけ」の姿勢）における腕の形
状を基本形状とすることが好ましい。

【００１８】ＭＰ関節に対して取り付けられるサポータ
ーＳ３については、図２及び図３に示すように関節部を
周囲から覆う状態で手部に固定される。

【００１９】位置検出手段は、これらの被覆部材同士の
相対的な位置関係を検出するために、対をなす被覆部材
のそれぞれに付設され又は両被覆部材に亘って付設され
ており、該位置検出手段は、ある被覆部材の位置を基準
として、当該被覆部材に関して対をなす他の被覆部材の
姿勢に係る相対位置情報を出力する。

【００２０】位置検出法には、大別すると下記の２通り
の方法が挙げられる。

【００２１】（Ｉ）非接触型の位置検出手段を用いた無
線式の検出方法（光学的検出法や磁気的検出法等）（ＩＩ）ワイヤー等を使った有線式の検出方法。

【００２２】図４及び図５は、方法（Ｉ）のうち光学的
検出方法について説明するための図であり、人体の前腕
の回内・回外動作の認識を行う場合を例にしている。

【００２３】図４に示す例では、対をなす被覆部材が、
手首に巻き付けられた被覆部材（手首サポーター）Ｓ１
と肘部付近に取り付けられた被覆部材（肘部サポータ
ー）Ｓ２とされており、これらの被覆部材の一方、例え
ば、手首サポーターに複数の光源（発光ダイオードや電
球等）又は目印（光反射性の部材、２次元バーコード等
の画像パターンを付与した部材等）Ｌ、Ｌ、・・・が付
設されている。そして、他方の被覆部材、肘部サポータ
ーＳ２には、該光源又は目印からの光を検出するための
光検出手段（光センサーや撮像用カメラ等）ＤＴが付設
されている。即ち、この場合の位置検出手段は、対をな
す被覆部材のうち、第１の被覆部材に付設された複数の
光源又は目印と、該光源又は目印からの光を検出するた
めに第２の被覆部材に付設された光検出手段とから構成
されているので、第１の被覆部材の光源による発光又は
目印からの反射光を、第２の被覆部材側の光検出手段で
検出することによって、第２の被覆部材を基準とした第
１の被覆部材の姿勢に係る相対位置情報を検出すること
ができる。

【００２４】例えば、回内時や回外時に、手首サポータ
ーの光源又は目印の位置が光検出手段から見て手首関節
と肘関節を結ぶ軸回りにどれだけの角度をもって回転し
ているかを光学的に検出することによって回内や回外の
角度変化の情報を取得できる。

【００２５】この場合に、光源又は目印を点として認識
して各点の位置情報から前腕の回内や回外の角度情報を
得る方法と、複数の光源又は目印を含む面を認識して、
その姿勢変化を検出することによって前腕の回内や回外
の角度情報を得る方法とが挙げられ、後者の方法には、
例えば、本願出願人が特願平１０−２７３９７４号にて
提案した面認識方法を用いることができる。

【００２６】この方法では、第１の被覆部材に付設され
た４つ以上の光源又は目印の位置を検出することによ
り、当該４点を結んでできる図形を含む平面を認識する
撮像手段、例えば、ＣＣＤ型撮像素子を用いて流し撮り
を行うことのできる撮像装置が上記光検出手段として使
用され、これが第２の被覆部材（本例では肘部サポータ
ー）に付設される。

【００２７】尚、ここで、「流し撮り」とは、同一フィ
ールド期間中に複数回に亘って光電変換素子（フォトダ
イオード等）からの信号電荷の読み出しを行う撮影モー
ドをいい、例えば、垂直転送部を有するインターライン
転送方式の２次元撮像素子を使用した撮像装置の場合に
は、同一フィールド期間中において複数回、光電変換素
子から垂直転送部に信号電荷が読み出される。

【００２８】図５は横軸に時間ｔをとり、縦軸に位置座
標Ｘをとって、１つの光源について流し撮りでの撮影を
行った様子を概念的に示したものであり、図中の丸印
ｃ、ｃ、・・・が光源の撮影像（輝点）を示している。

【００２９】本例では、光源が同じ場所で、ある短い時
間間隔ΔＴをもって点滅しており、これを流し撮りによ
る撮影を行った場合には、光源が点灯しているときだ
け、撮影像が得られることになる。つまり、この点滅パ
ターンをコード情報（時間軸方向に延びる一種のバーコ
ード情報と考えることができる。）として利用すると、
各光源の識別や位置の認識が可能となる。例えば、各光
源について点滅周期又は点滅パターンがそれぞれ異なる
ように設定すれば、光源の違いを容易に区別することが
できるし、また、撮影像に係る輝度レベルの積算演算に
よって位置情報を各フィールド画像について得ることが
できる（光源の撮影像に係る点滅パターンについて輝度
信号のレベル値「ｙn」を、ある走査方向（図の矢印Ｙ
参照。）に沿って積算していった時に積算値「Σｙn」
が最大になる方向と位置座標軸Ｘとの交点が求める値
（Ｘａ）である。）。

【００３０】尚、光源の波長域については可視光や、赤
外線（近赤外線）が挙げられるが、外光の影響を受けに
区という観点からは赤外線の方が好ましい。

【００３１】また、目印を使用する場合には、光源を点
滅させる代わりに、例えば、ｎ行ｎ列の白黒模様をマト
リックス状に配置した２次元バーコード等、空間的なパ
ターン配置を用いることによって面を区別できる。つま
り、バーコード部分が白地に黒で印刷されている場合に
は、これに対して閾値を設定して輝度レベルを比較する
ことで２値化された情報を容易に取得することができ、
しかも背景画像との分離がし易いので、目印の区別やそ
の位置を安定して認識することができる。

【００３２】このように、第１の被覆部材に付設された
４つ以上の光源又は目印の位置を検出することによっ
て、これらの４点を結んでできる図形（平面図形）を含
む平面を認識することができるので、当該平面が光検出
手段（撮像手段）からみて、どのような姿勢や形状をし
ているかによってそのときの動作を知ることができる。
例えば、手首サポーターの表面に所定の間隔をもって取
り付けられた４つの光源や目印を、肘部サポーター側の
撮像手段で捉えたときの映像は各光源や目印の位置を頂
点とする四角形として認識されるが、その傾動姿勢と回
内、回外角度との関係を事前に調べた上でデータテーブ
ルやデータベースとして取得しておけば良い。

【００３３】尚、光源や目印の数を４つ以上とする理由
は、座標変換上の８個の未知パラメータを決定するのに
８つの方程式が必要であることに依る。つまり、光源や
目印に対して設定される実空間の平面上の点について、
その座標値を、並進や回転操作、透視変換によって画像
座標系上の点に変換する際に使用される変換式は、８個
のパラメータを含む有理関数式で表されることが知られ
ており、これらのパラメータの値を求めるためには、実
空間上で既知の４点の座標（２次元であるの４組の位置
座標）と、画像座標系においてこれらに対応する４点の
座標との間を結びつける関係式から得られる８元連立一
次方程式を解く必要がある。尚、実空間における光源や
目印の位置座標を示す位置ベクトルと、カメラ座標系上
の位置ベクトルとの間は、周知のように、撮像装置の回
転行列や並進ベクトルを用いた変換式（アフィン変換）
で関係付けられており、実空間上での計量をコンピュー
タ上の仮想空間での計量に対応付けるための計算は線形
代数演算の程度で済む。

【００３４】このように、光学的検出方法では、手首サ
ポーターＳ１に付設された４つ以上の光源や目印を点と
して、これらによって規定される面の形状を、予め記憶
手段に格納しておき、その後に４つの光源や目印の位置
検出を行った際に得られる各点の位置情報と、事前に取
得しておいた形状と比較・対照することでマッチング処
理を行い、撮像装置からみた対象面の傾斜姿勢や距離を
認識することができる。尚、図４に示す例では、手首サ
ポーター側に光源又は目印を付設し、肘部サポーター側
に光検出手段を付設したが、この関係を逆転しても良い
（但し、その際には動き易さを優先的に考えるべきであ
り、被覆部材に付設する部材の重量が、対象の動きに悪
影響を及ぼさないように配慮することが望ましい。）。

【００３５】次に、方法（Ｉ）のうちの磁気的検出方法
について説明する。

【００３６】図６は、前腕の回内・回外、手指の動作認
識のための構成例を示しており、対をなす被覆部材には
磁界発生源（ソレノイド等）や磁気検出手段（磁気セン
サー等）がそれぞれ設けられている。

【００３７】対をなす被覆部材として、手首サポーター
と肘部サポーターを例にした場合には、第１の被覆部材
である手首サポーターＳ１に磁界発生源ＳＬａが付設さ
れ、第２の被覆部材である肘部サポーターＳ２には、磁
界発生源ＳＬａによる磁界を検出するための磁気検出手
段ＭＤａが付設されており、これらによって、位置検出
手段が構成されている。つまり、この場合の位置検出手
段は、第２の被覆部材を基準とした第１の被覆部材の姿
勢に係る相対位置情報を磁気的に検出するものであり、
前腕の回内・回外動作に伴う磁界発生源の位置変化に応
じて磁界強度の検出値が変化することを利用している。
従って、第１の被覆部材の姿勢と回内、回外角度との関
係及びその時々の磁界検出値を事前に調べた上でデータ
テーブルやデータベースとして取得しておけば良い。

【００３８】また、手指の動作認識の場合には、例え
ば、各指の末節部に取り付けられる指サポーターＳｆ、
Ｓｆ、・・・に対して磁界発生源ＳＬｂ、ＳＬｂ、・・
・をそれぞれ設け、これらによる発生磁界を手首サポー
ターＳ１に付設された１つの磁気検出手段ＭＤｂによっ
て検出する。つまり、この場合に対をなす被覆部材と
は、各指サポーターＳｆと手首サポーターＳ１である。

【００３９】尚、各指サポーターＳｆに付設された磁界
発生源ＳＬｂについて同時に磁界を発生させたのでは、
各指先について場所の特定が容易でなく、誤検出の問題
が生じるので、複数の磁界発生源に対して１つの磁気検
出手段で検出を行う場合には、各磁気検出が同時に行わ
れないように時分割処理によって個々の磁界発生源につ
いて順次に磁気検出を行うことが好ましい。例えば、第
１指乃至第５指に亘って順番に各指先の磁界発生源に給
電してこれを働かせて、個々の磁気検出を行えば、磁界
発生源の間で電磁的な干渉を被ることがなくなる。

【００４０】これと同様に、磁界発生源とこれに対応す
る磁気検出手段とを一組にして複数組について磁気検出
を行う際には、それぞれの磁気検出が同時に行われない
ように時分割処理によって個々の磁界発生源について順
次に磁気検出を行うことが好ましい。例えば、前腕の回
内・回外動作の認識を行う際には、手指の動作認識を行
わず、逆に、手指の動作認識を行う際には、前腕の回内
・回外動作の認識を行わないように、時間軸を所定の時
間間隔に区切った上で持ち時間を各動作認識に割り当て
れば良い。

【００４１】このような磁気的検出方法では、従来法の
ように、多数の磁界発生源に対する全体的な磁気検出の
ための装置が不要であり、また、動作範囲が制限される
ことがない。そして、磁気検出にあたっては対をなす被
覆部材の間で磁気検出を行うに足る磁界強度で済むた
め、その分、磁界発生源や磁気検出手段を小型化するこ
とができるので、これらを被覆部材に付設した場合にそ
の重量が対象の動作に悪影響を及ぼす虞がほとんどな
い。

【００４２】次に、上記方法（ＩＩ）について図７乃至
図１７に従って説明する。

【００４３】本方法では、対をなす被覆部材に亘って架
け渡された複数対のワイヤー部材と、該ワイヤー部材の
長さを検出するための検出手段とによって、位置検出手
段が構成されており、対象の動作に伴うワイヤー部材の
長さ変化を検出することで、対をなす被覆部材のうち、
一方の被覆部材を基準とした他方の被覆部材の姿勢に係
る相対位置情報を検出することができる。

【００４４】尚、前記の方法（Ｉ）では、対をなす被覆
部材の相対的な位置関係の情報を非接触式に検出できる
のに対して、方法（ＩＩ）では対をなす被覆部材に亘っ
てワイヤー部材を架け渡す必要があるが、ワイヤー部材
を使った力触覚提示装置への適用においては、当該ワイ
ヤー部材を動作認識及び力触覚提示に兼用できるという
利点がある（つまり、方法（Ｉ）を力触覚提示装置に適
用する場合には、力触覚の提示機構を動作認識装置とは
独立して新たに設ける必要がある。）。

【００４５】図７乃至図１２は、方法（ＩＩ）を前腕
（右手）の回内・回外動作の認識に適用した例を示した
ものであり、前腕の肘部付近に第１の被覆部材（肘部サ
ポーター）が装着され、手首における尺骨及び橈骨の突
起部分には第２の被覆部材（手首サポーター）が装着さ
れている。

【００４６】そして、一対のワイヤー部材ＷＡ、ＷＢ
が、第１の被覆部材から第２の被覆部材に亘って架け渡
されている。尚、ここで「ワイヤー部材」には、紐状部
材あるいはこれを管に通したもの等が含まれ、例えば、
可撓性を有する材料で形成した管状部材にワイヤー線材
を通した構造が皮膚への損傷を防止する点から好ましい
が、この他に、やや幅のある帯状部材等も含まれる。

【００４７】図７乃至図１２において、図７及び図８は
前腕の回外状態を、図９及び図１０は前腕の立位状態
を、図１１及び図１２は前腕の回内状態をそれぞれ示し
ており、これらの図では、一対のワイヤー部材につい
て、理解の容易さを考慮してそれぞれ別図として図示し
ているが、これらのワイヤー部材は、肘部サポーターと
手首サポーターとに亘って前腕上を引き廻されている。

【００４８】図７及び図８に示す回外状態では、手の掌
面や前腕の内側面が示されており、図７に示すように、
ワイヤー部材ＷＡについては、その端部が手首サポータ
ー（Ｓ１）の背面側において橈骨側突起に対応した位置
付近に設けられた取付部Ｍ（破線で示す。）に固定され
ており、ここから前腕の背面を通って引き廻された後
に、肘寄りのところで前腕の側面（尺骨側）に位置して
いる。そして、ワイヤー部材ＷＡの他端部は、肘部サポ
ーターに付設された図示しない駆動機構（後述する）に
接続されており、該駆動機構に設けられた検出手段によ
ってワイヤー部材ＷＡの長さが検出されるように構成さ
れている。

【００４９】尚、図には、２点鎖線上に示す位置で前腕
及びワイヤー部材を切断したと仮定した場合の、前腕に
対するワイヤー部材の位置（丸印で囲んで示す３箇所）
を概略的に示しており、これについては、図８乃至図１
２でも同様である。また、これらの図では、理解を容易
にするためにワイヤー部材の断面形状を実際より誇張し
て示している。

【００５０】図８は回外状態におけるワイヤー部材ＷＢ
の配置を示しており、その端部が手首サポーター（Ｓ
１）の背面側において尺骨側突起に対応した位置寄りの
ところに設けられた取付部Ｎ（破線で示す。）に固定さ
れており、ここから少し前腕の背面側（橈骨寄りの背
面）を通って引き廻された後に、前腕の表側に出てから
ほぼ直線的に延びている。そして、肘寄りのところで前
腕の側面（尺骨側）に位置している。尚、ワイヤー部材
ＷＢの他端部は、肘部サポーターに付設された図示しな
い駆動機構（後述する）に接続されており（ワイヤー部
材ＷＡの駆動機構とは独立している。）、該駆動機構に
設けられた検出手段によってワイヤー部材ＷＢの長さが
検出されるように構成されている。

【００５１】尚、これらのワイヤー部材の端部を、手首
サポーターの取付部Ｍ、Ｎに固定する方法としては、例
えば、ワイヤー部材の端部寄りの部分をプーリ等の部材
に巻き付けた上で端部が外れないように固定してこれを
手首サポーターに埋め込んだり、ネジ止め等で固定する
方法が挙げられるが、その詳細については後述する。

【００５２】図９は、立位状態におけるワイヤー部材Ｗ
Ａの配置を拇指側から示しており、該ワイヤー部材は、
破線で示すように取付部Ｍから尺骨側の表面上を引き廻
された後に、肘寄りの位置で前腕の内側面に位置してい
る。

【００５３】図１０は、立位状態におけるワイヤー部材
ＷＢの配置を拇指側から示しており、該ワイヤー部材
は、実線で示すように取付部Ｎから腕の橈骨側の表面上
を引き廻された後に、肘寄りの位置で前腕の内側面に位
置している。

【００５４】従って、ワイヤー部材ＷＡ、ＷＢに一定の
張力を付与した状態で、図９及び図１０に示す立位状態
から図７及び図８に示す回外状態へと前腕を動かした場
合には、ワイヤー部材ＷＢの長さが長くなり、ワイヤー
部材ＷＡの長さが短くなることが分かる（これとは逆
に、ワイヤー部材ＷＡ、ＷＢを使って力覚を提示するた
めに立位状態から回外状態へと前腕を動かすには、ワイ
ヤー部材ＷＡを引張り、ワイヤー部材ＷＢを緩め
る。）。

【００５５】図１１は回内状態におけるワイヤー部材Ｗ
Ａの配置を手の甲側から示しており、該ワイヤー部材
は、取付部Ｍから尺骨側の表面上を引き廻された後に、
中程から図の裏側を廻って（破線参照。）、肘寄りの位
置で前腕の側面（橈骨側）に位置している。

【００５６】図１２は回内状態におけるワイヤー部材Ｗ
Ｂの配置を手の甲側から示しており、該ワイヤー部材
は、取付部Ｎから橈骨側の表面上を引き廻された後に、
肘寄りの位置で前腕の側面（橈骨側）に位置している。

【００５７】従って、ワイヤー部材ＷＡ、ＷＢに一定の
張力を付与した状態で、図９及び図１０に示す立位状態
から図１１及び図１２に示す回内状態へと前腕を動かし
た場合には、ワイヤー部材ＷＡの長さが長くなり、ワイ
ヤー部材ＷＢの長さが短くなることが分かる（これとは
逆に、ワイヤー部材ＷＡ、ＷＢを使って力覚を提示する
ために立位状態から回内状態へと前腕を動かすには、ワ
イヤー部材ＷＢを引張り、ワイヤー部材ＷＡを緩め
る。）。

【００５８】図１３は肘部サポーター（Ｓ２）における
ワイヤー部材の駆動機構部の配置例を回外状態について
概略的に示したものであり、駆動機構部ＤＡがワイヤー
部材ＷＡの駆動制御に関与し、駆動機構部ＤＢがワイヤ
ー部材ＷＢの駆動制御に関与している（図では肘部サポ
ーターに外付けされているが、実際には当該サポーター
内に埋設された状態とされている。）。

【００５９】図示するように、２つのワイヤー部材Ｗ
Ａ、ＷＢが、駆動機構部ＤＡ、ＤＢにそれぞれ接続され
る手前の位置で互いに交差する角度「θ」については、
９０度又はこれに極力近いことが重要であり、この角度
が小さ過ぎると前腕の動きに支障が出たり、あるいはワ
イヤー部材の駆動時における皮膚への圧迫等が問題とな
る。

【００６０】また、肘部サポーターにおける駆動機構部
の取付位置については、他の部材（例えば、後述する手
指部を駆動するための駆動ベースサポーター等）に干渉
しない場所を選択することが望ましいため、場合によっ
ては、図１３に示す配置を採れないことがあるが、その
ような場合にはプーリ等の中継部材を用いることによ
り、ある程度対処できる。

【００６１】例えば、図１４に示すように、肘部サポー
ターＳ２の側面部に駆動機構部ＤＡ、ＤＢを取り付ける
場合において、一方のワイヤー部材ＷＢに対してプーリ
ＰＬを設け、これによって引き廻しの方向をほぼ９０度
変更した上で当該ワイヤー部材を駆動機構部ＤＢに接続
すれば良い。つまり、この場合には、ワイヤー部材ＷＢ
がプーリＰＬに巻回される際の巻き始め位置での接線方
向に該ワイヤー部材を仮想的に延ばしたと想定した延長
線と、ワイヤー部材ＷＡとの間になす角度が９０度又は
これに近い値となるように設定される。

【００６２】また、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、肘部サポーターＳ２の底部（肘受け部分）Ｓ２Ｂに
駆動機構部ＤＡ、ＤＢを取り付ける場合には、例えば、
一方のワイヤー部材ＷＢに対してプーリＰＬｂを設け、
これによって引き廻しの方向を変更した上で当該ワイヤ
ー部材を駆動機構部ＤＢに接続するとともに、ワイヤー
部材ＷＡについては、２つのプーリＰＬａ１、ＰＬａ２
を設け、初段のプーリＰＬａ１で引き廻し方向をほぼ９
０度変更した後、次段のプーリＰＬａ２によってさらに
引き廻し方向を９０度程度変更してから当該ワイヤー部
材を駆動機構部ＤＡに接続すれば良い。

【００６３】以上のように、前腕の肘部付近に第１の被
覆部材を装着するとともに、手首部における尺骨及び橈
骨の突起部分に第２の被覆部材を装着し、第１の被覆部
材から第２の被覆部材に亘って一対のワイヤー部材を架
け渡してこれらのワイヤーの長さを検出することによっ
て前腕の回内又は回外動作の状態を認識することができ
る。即ち、前腕の回内・回外動作の角度と、一対のワイ
ヤー部材の長さとの関係を事前に調べた上でデータテー
ブルやデータベースとして取得しておけば良い。

【００６４】尚、本方法において使用するワイヤー部材
の駆動機構については後述する例を含めて如何なる構成
であっても構わないが、動作への影響を考慮して小型・
軽量化に適したものが望ましい。そして、ワイヤー部材
の位置検出手段については、例えば、駆動源を構成する
モータの回転状態やスライド軸の変位量を検出するエン
コーダ等が挙げられるが、要はワイヤー長の変化を検出
することで対象の動作や被覆部材間の相対的な位置を検
出できればどのようなもので良い。また、ワイヤーの張
力を検出する張力検出手段については、張力の変化を抵
抗値により検出できる歪みゲージや、ロボットハンド等
の力制御に使用される各種の力センサー等が挙げられ
る。

【００６５】次に、ワイヤー部材を用いた手指の動作認
識や力覚提示について説明する。

【００６６】上記した回内・内外動作では１対のワイヤ
ー部材の長さが互いに相反した関係をもって伸縮又は駆
動されることを説明したが、これは筋のもつ役割をワイ
ヤーの駆動によって代用していることと等価な関係にあ
る（つまり、各ワイヤー部材が屈筋と伸筋に対応してい
る。）。

【００６７】人体の筋については、１自由度の関節に対
して最低２本の筋を協調動作させることによって屈曲や
伸展を行っていることは周知の通りであり、例えば、指
部における筋配置を図１６に概略的に示す（「○」印は
関節を示している。）。

【００６８】指の背面には指伸筋が配置され、掌面側に
は深指屈筋と浅指屈筋が配置されている。

【００６９】筋の代わりにワイヤー部材を使って関節の
屈曲動作や伸展動作を行うためには、屈筋に相当するワ
イヤー（又はワイヤー群）と伸筋に相当するワイヤー
（又はワイヤー群）を用意して、それらのうちの一方の
ワイヤーを緊張させたときに他方のワイヤーを弛緩させ
る制御を行えば良い。

【００７０】但し、手指のように自由度の多い関節構造
においてワイヤー群とその駆動系を屈筋及び伸筋毎に用
意すると、構成が複雑化し、多くの駆動源が必要になる
ので、装備の小型化・軽量化にとって好ましくない。

【００７１】そこで、このような関節に対応する場所に
は、各種の弾性部材（後述する渦巻バネや、コイルバ
ネ、蝶番バネ等。）を付設することで駆動部や動力部の
削減及び省スペース化、軽量化を図ることが好ましい。
即ち、手や指の背面に装着される装具については、これ
を複数の被覆部材から構成し、被覆部材にそれぞれ複数
対のワイヤー部材を付設するとともに、被覆部材のうち
の隣り合う部材同士を弾性部材によって連結して、手指
の屈曲位又は伸展位の方向に力を付勢する構成を採用す
ると、ワイヤー部材の数を減らすことができる。

【００７２】その際、下記に示す２形態が挙げられる。

【００７３】（Ｉ）弾性部材の初期状態として関節の屈
曲位を基準とし、この状態からワイヤー駆動により伸展
位となる方向に装具の状態を変化させていく形態（ＩＩ）弾性部材の初期状態として関節の伸展位を基準
とし、この状態からワイヤー駆動により屈曲位となる方
向に装具の状態を変化させていく形態。

【００７４】つまり、形態（Ｉ）では、バネ部材等の弾
性部材によって常に屈曲位となる方向への付勢力が常に
作用しているので、装具の装着時にはワイヤーを駆動し
て装具を伸展位の状態にした上で対象者に装着する。

【００７５】また、形態（ＩＩ）では、バネ部材等の弾
性部材によって常に伸展位となる方向への付勢力が常に
作用しているので、装具の装着時にはワイヤーを駆動す
る必要がない分、対象者への装具の装着は容易になる
が、装具の状態を屈曲位の状態へと変化させるための機
構や制御が形態（Ｉ）に比べて難しくなる。

【００７６】次に、ワイヤー部材を用いて対象者の動作
認識を行ったり、あるいは力触覚を提示するための装置
１について説明する。

【００７７】図１７は装置の基本構成を示したものであ
り、対象者に装着して使用する複数の装具については、
装具を構成する被覆部材のうち、対をなす被覆部材２、
２、例えば、上記したように手首サポーターと肘部サポ
ーターに亘って複数対のワイヤー部材３、３が架け渡さ
れている。

【００７８】そして、これらのワイヤー部材を駆動する
駆動手段については、各ワイヤー部材をそれぞれ駆動す
るための駆動機構４、４と、そのサーボ制御や後述する
電磁クラッチ機構の制御を行うワイヤー駆動部５とを有
する構成とされ、中枢制御部６からの制御信号を受けて
ワイヤー部材３、３の駆動制御を行う。

【００７９】中枢制御部６は力触覚提示処理部７からの
指令を受け取ってその内容を解釈し、これに従って各ワ
イヤー部材を制御するための信号を生成するものであ
り、また、対象の動作認識を行う場合や力覚提示制御中
において、各ワイヤー部材の長さを検出するためのワイ
ヤー長検出手段や、各ワイヤー部材の張力を検出するた
めワイヤー張力検出手段（これらは駆動機構４内に設け
られている）によって必要な情報を取得する。

【００８０】力触覚提示処理部７は対象に付与する力触
覚について指示内容を決める部分であり、例えば、ゲー
ム機器の場合には、コンピュータ・グラフィックスを駆
使して視覚提示される仮想空間内で展開されるストーリ
ーに合わせて力触覚の提示信号を所定の記録媒体から読
み出し、提示のタイミングを制御する。また、医療用機
器として利用する場合には、治療や診断時において対象
者に付与する力触覚の指示内容を手動又は半自動で選択
して決定するための制御を行う。

【００８１】尚、この力触覚提示処理部７や中枢制御部
６はコンピュータ等の計算手段を使って構成されるが、
ワイヤー駆動部５をソフトウェアサーボで実現する場合
にその一部又は全部をコンピュータ上でのプログラム制
御に委ねることができる。

【００８２】図では、前腕の肘部付近に装着される第１
の被覆部材として肘部サポーターを示し、手首部におけ
る尺骨及び橈骨の突起部分に対して装着される第２の被
覆部材として手首サポーターを示しており、これらの両
部材に亘って一対のワイヤー部材３、３が架け渡されて
いる。そして、中枢制御部６からワイヤー駆動部５に送
出される制御信号により、一方のワイヤー部材を引っ張
り、かつ他方のワイヤー部材を緩めることで、前腕の回
内又は回外動作に係る力覚を提示することができる。ま
た、各ワイヤー部材に一定の張力をかけた状態でワイヤ
ー長の検出を行うことにより回内・回外の状態を把握す
ることができる。

【００８３】手指の駆動については、上記したように、
手や指の背面に複数の被覆部材を装着して、これらの被
覆部材のうちの隣り合う部材同士を弾性部材で連結する
ことによって、手指の屈曲位又は伸展位の方向に力を付
勢し、被覆部材にそれぞれ付設された複数対のワイヤー
部材を駆動して、手指の屈曲又は伸展を行う時には、駆
動手段により、複数対のワイヤー部材を、弾性部材によ
る付勢力に抗して引っ張るように制御を行う。尚、弾性
部材として渦巻バネ、コイルバネ等を用いた具体的な構
造については、後で詳述する。

【００８４】また、ワイヤー部材の端部を駆動機構に接
続するに際して、両者の結合を強固にし過ぎると、対象
に無理な力が働いたときに問題が起きる虞があるので、
ワイヤー部材の端部を、電磁クラッチ機構を介して駆動
手段に結合し、ワイヤーの張力が閾値を超えた場合に、
ワイヤー部材と駆動手段との結合が解除されるように安
全対策を講じることが望ましい。例えば、後述するよう
に、ワイヤー部材に対して固定された永久磁石又は磁性
体と、駆動手段のうちワイヤー部材との結合部分に設け
られた電磁石とによって、電磁クラッチ機構を構成する
ことができる。

【００８５】しかして、上記した方法（Ｉ）や（ＩＩ）
を用いて対象の動作を認識することにより当該動作に対
応したデータを取得する動作認識方法では、対象の骨格
構造を構成する関節部に一対の又は複数対の被覆部材を
付設した後、位置の基準となる被覆覆部材に関して対を
なす他の被覆部材の姿勢に係る相対位置情報を、光学
的、磁気的に又はワイヤー部材の長さから検出し、これ
らの相対位置情報を総合して対象又は対象部位の動作全
体を認識することができる。

【００８６】上肢の動作認識を例にすると、例えば、肩
関節を基準とした場合に、肩関節と肘関節の相対的な位
置関係から上腕部の姿勢が分かり、上腕部と前腕部との
相対的な位置関係から肘関節の屈曲・伸展状態が分か
る。そして、肘関節と手首関節との間の相対的な位置関
係（回内・回外動作）から手首の姿勢が分かるといった
具合に、これらの相対的な情報を積み上げていって総括
的に処理することによって、肩関節から手首までの部分
についての動作を把握することができる（このことは多
関節構造において各関節の姿勢や状態が分かれば、手先
位置や末端位置が分かることからも容易に理解され
る。）。

【００８７】尚、本発明は、上肢に限らず下肢や他の部
位に関する動作認識や力覚提示等にも同様に適用できる
ことは勿論であり、この事は対をなす被覆部材の間で相
対的な位置検出を行うという本発明の趣旨から容易に理
解される。

【００８８】

【実施例】図１８乃至図７４は、本発明を映像や音声情
報の提示とともに力触覚提示を行う装置に適用した例を
示すものである。

【００８９】尚、力触覚提示の前提となる世界は２つあ
り、その１つは「仮想現実」の世界、もう１つは「仮想
イリュージョン」の世界である。

【００９０】図１８は両者の相違点を比較して説明する
ための概念図であり、「仮想現実」の世界では、人が現
実に体験している現象を、映像や音声、力触覚の提示等
を駆使することで仮想的に模倣し、当該現象によって人
が受ける効果を同じ感覚でもって現出させることが目的
となる。例えば、図示するように、「人が現実世界で本
を手にとって読み始める。」という状況を考えた場合
に、人は本からの視覚情報の他、本の重量感や本に触っ
たときの質感を感じとることができる。仮想現実の世界
では、この状況と等価な環境を現出させるために、例え
ば、実体のない仮想の本ＶＢを映像情報として対象者に
供与するために対象者に視覚表示装置ＶＤ（ヘッドマウ
ントディスプレイ等。）を装着してもらうことによって
視覚情報を提供するとともに、力触覚提示装置を用いて
本にかかる重力によって引き起こされる力覚や、本の表
紙や紙面から受ける触覚の情報を提供する。つまり、こ
の世界での仮想的体験は常に現実世界での体験と比較し
たり、対比することができる性質のものである。

【００９１】これに対して仮想イリュージョンの世界で
は、人が現実世界において実際に体験することが不可能
な現象を、映像や音声、力触覚提示等を駆使することに
よって未体験の感覚として提示する。例えば、図示する
ように、「人が仮想世界で本を手にとって読み始め
る。」という動作を行うと、「本が砕けてその中から出
た来た雪だるまが本の内容を人に語りかける。」といっ
た非現実的な状況を仮想的かつ視覚的に現出させたり、
力触覚提示装置を用いて雪だるまの重量から受ける腕の
力覚や、手触り等の触覚情報、温度情報を提供すること
ができる。つまり、この世界での体験は現実世界におい
て起こり得ないものであり、現実世界の体験と比較され
ることがない。

【００９２】力触覚の提示にあたっては、このような２
つの世界を充分に考慮した上で力触覚提示装置の構成及
びその制御を行う必要がある。

【００９３】図１９は装置全体のハードウェア構成例を
示したものであり、対象者に装着して使用する装具類８
と、その制御を司る中央制御部９、そして、これらの間
に介在されて検出情報や出力情報の伝達を中継する入出
力インターフェイス部１０を具備している。

【００９４】先ず、装具類８には、例えば、下記に示す
ものが含まれる。

【００９５】（ｉ）頭部に付設できる視覚表示及び音声
出力装置（ヘッドマウントディスプレイ等）（ｉｉ）両手に装着される力触覚提示及びモーションキ
ャプチャー用の装具（ｉｉｉ）胸部や腰に装着される装具

【００９６】尚、本例では左右の手、前腕、上腕に対す
る触覚や力覚の提示や動作認識のための装具を使用して
いるが、脚等にも専用の装具を装着して力触覚の提示及
び対偶の動作認識を行っても良いことは勿論である。ま
た、装具全体を一体的に形成してこれを統括的に制御す
るよりは、各装具について各別に制御できる構成を採用
すると、例えば、下記に示す利点が得られる。

【００９７】・装具をニーズに応じて変更したり、装具
の追加が容易である・配線の削減や配線変更に対して柔軟に対処できる。

【００９８】上記（ｉ）の視覚表示及び音声出力装置１
１は、中央制御部９から入出力インターフェイス部１０
を通して送られて来る映像情報を対象者の眼前に映し出
すものであり、中央制御部９から入出力インターフェイ
ス部１０を通して送られて来る音声情報（音楽や声
等。）を出力する音声出力手段（ヘッドホンやスピーカ
ー等）が内蔵されている。これによって映像と音声の情
報を装置に対して同時的に受け渡すことができる。尚、
本装置には磁気センサあるいはポヒマス・センサ（polh
e-mus sensar）等が付設されており、対象者の頭部の
位置や姿勢（傾き等）に関する検出情報を得ることがで
きるようになっており、該検出情報は入出力インターフ
ェイス部１０を通して中央制御部９に送出される。

【００９９】上記（ｉｉ）の装具は手や腕に対する力触
覚の提示及びこれらの動作認識のための機能を有してお
り、前記した方法（ＩＩ）、つまりワイヤーを使用した
方法を採用している。尚、本装具と入出力インターフェ
イス部１０との間でやりとりされる情報は多岐に渡るの
で、装具の機構説明の後に詳述する。

【０１００】上記（ｉｉｉ）の装具は胸椎や腰椎等に対
する装具であり、これにはジャイロセンサが付設されて
いる。つまり、ジャイロセンサは当該装具の位置や姿勢
（傾き等）に関する検出情報を得るものであり、該検出
情報は入出力インターフェイス部１０を通して中央制御
部９に送出される。

【０１０１】このように、装具類８は、複数の部分によ
って構成されるが、以下では、（ｉｉ）の装具について
説明する。

【０１０２】図２０乃至図２２は装具の構成例を概略的
に示したものであり、装具１２は、手及び手首に装着さ
れる装具部分１２Ｈ（以下、「手部サポーター」とい
う。）と、前腕の肘寄りの部分に装着される装具部分１
２Ａ（以下、「前腕部サポーター」という。）と、肘部
での結合のために必要とされる装具部分１２Ｂ（以下、
「肘部結合用サポーター」という。）と、上腕部に装着
される装具部分１２Ｕ（以下、「上腕部サポーター」と
いう。）とからなっている。

【０１０３】これらのサポーターの装着にあたっては、
例えば、図２０に示すように、手を水平方向に伸ばして
掌を上向きにした状態において、手部サポーター１２Ｈ
を手の甲側、つまり、下側から装着し、前腕部サポータ
ー１２Ａについても同様に前腕の下側から装着する。そ
して、肘部結合用サポーター１２Ｂ及び上腕部サポータ
ー１２Ｕについては上方から肘部や上腕部に装着する。
尚、肘部結合用サポーター１２Ｂは前腕部サポーター１
２Ａに結合される（図の２点鎖線を参照。）。また、上
腕部サポーター１２Ｕは上腕に巻き付けて使用できる形
状を有している。例えば、１対のリング状部分１２Ｕｒ
と１２Ｕｒとが連結部１２Ｕｃ、１２Ｕｃ（図にはその
一方だけを示す。）によって結合されており、各リング
状部分については帯状部材を上腕に巻き付けた上で、そ
の端部同士（上腕三頭筋に対応する部分であり、その割
り位置を図に破線の円で示す。）を面状ファスナー等を
用いて結合することでリング状部分１２Ｕｒが環状とな
って上腕に巻着された状態になる。

【０１０４】尚、装着の容易性を考慮した場合には、各
サポーターを手や腕に対して同じ方向から装着できるよ
うにすることが好ましい。例えば、図２１に示すよう
に、肘部結合用サポーター１２Ｂを前腕部サポーター１
２Ａに結合した状態（両サポーターをボタン止めによっ
て結合する等。）にして肘部の下側から装着できるよう
にするとともに、上腕部サポーター１２Ｕについては、
各リング状部分１２Ｕｒを構成する帯状部材を上腕に巻
き付けた上で、その端部同士（上腕二頭筋に対応する部
分であり、その割り位置を図に破線の円で示す。）を面
状ファスナー等で結合して上腕に巻着できるようにす
る。これによって、全サポーターを予め組み立てて結合
させた状態にしておいてから、これを同じ方向（図の下
方から上方に向かう方向）から手及び腕に容易に装着す
ることができるようになる。また、肘部結合用サポータ
ー１２Ｂを前腕部サポーター１２Ａに結合した状態では
肘部結合用サポーター１２Ｂの形状如何によって装着し
難くなる場合があるので、そのときには肘部結合用サポ
ーター１２Ｂの中央部において腕の長さ方向に延びるス
リットや切れ目等を形成すると良い。

【０１０５】図２２は全サポーターの上肢への装着を完
了した状態を示している。

【０１０６】次に、各サポーターの構成について順を追
って説明する。

【０１０７】図２３乃至図２５は左手用の手部サポータ
ーの構成例について説明するための図である。

【０１０８】図２３は手部サポーター１２Ｈの斜視図、
図２４は平面図、図２５は側面図をそれぞれ概略的に示
しており、これらの図において人間の手や腕に相当する
部分は二点鎖線で示している。

【０１０９】手部サポーター１２Ｈは、下記に示す部分
を有する構成とされている。

【０１１０】・第１乃至第５指に対して背面側からそれ
ぞれ装着されるサポーター１２ＨＡ（以下、「手指サポ
ーター」という。）・手の甲に装着されるサポーター１２ＨＢ（以下、「甲
面サポーター」という。）・手首に巻き付けるためのサポーター１２ＨＣ（以下、
「手首サポーター」という。）・ワイヤーの駆動部（図２３では図示を省略している
が、この構成については後述する。）を搭載するために
ヒレ状に設けられたサポーター１２ＨＤ（以下、「駆動
ベースサポーター」という。）

【０１１１】尚、これらのサポーターに使用する材料に
ついては、例えば、スプリント材（熱可塑性プラスチッ
ク）等が挙げられるが、できるだけ薄くて軽い材料が好
ましい。

【０１１２】各手指サポーター１２ＨＡは、基本的には
医療用指サックの形状を模して形成されており、伸展位
の指背面を全体的に覆うことができるように、各指の骨
に対応した被覆部を、バネ部材を使って指の側面で連結
した構成を有する。つまり、第２乃至第５指について
は、各指の基節骨、中節骨、末節骨のそれぞれに対応し
た被覆部１２ＨＡ１、１２ＨＡ２、１２ＨＡ３がそれぞ
れ各別に設けられており、拇指については末節骨と基節
骨とにそれぞれ対応した被覆部１２ＨＡ１、１２ＨＡ２
が各別に設けられている。そして、これらの被覆部は面
状ファスナー等を使って指に固定される。

【０１１３】図２３乃至図２５において多重円で示す部
材は、隣り合う被覆部を指の側面において連結するため
の渦巻バネを表している。尚、自由度の多い指において
関節に対応する場所には各種のバネ部材を付設した構造
を採用すると、動力部の削減や省スペース化、軽量化を
図るのに効果的である。つまり、人体の関節は単純な軸
運動ではなく曲面同士の結合により瞬間中心（瞬間的な
軸の中心となる位置）が変動しているので、この影響を
除去するためには関節に対応する位置に適切なバネを使
用する必要がある。

【０１１４】図２６は渦巻バネ１３の形状例を示したも
のであり、渦の中心部１３ａを起点として外側にいくに
従って次第に半径を増して最終的には互いに反対側に突
出して延びる２つの端部１３ｂ、１３ｂが形成されてお
り、これらの端部が端部が隣り合う被覆部にそれぞれ固
定されることで両被覆部に渦巻バネが架け渡されること
になる。尚、この渦巻バネの材質としては、ＳＷＰＢ
（ピアノ線の棒）等が挙げられる。

【０１１５】渦巻バネ１３は、各指の関節に対応する指
の両側面の位置に配置されるようになっており、例え
ば、第２指乃至第５指の場合には、ＤＩＰ関節（遠位指
節間関節）やＰＩＰ関節（近位指節間関節）に対応する
指側面にそれぞれ渦巻バネが配置された構成になる。

【０１１６】尚、渦巻バネについては、図２７の大円内
に拡大して示すように、２連にした構造や、３角形の各
頂点位置に渦巻バネをそれぞれ配置して連結して３連の
構造等を用いることができ、これらによって各渦巻バネ
の巻き径が小さくても指の長手方向に沿ってバネが充分
にたわむようになり、また、線材同士の接触に起因する
曲げ角度の制限を緩和することができる。図に示す例で
は、指の末節に対して背面から付設された被覆部１２Ｈ
Ａ１と、中節に対して背面から付設された被覆部１２Ｈ
Ａ２との間に、２連構造の渦巻バネ１３、１３が指の側
面において架け渡されており、該被覆部１２ＨＡ２と、
基節に対して付設された被覆部１２ＨＡ３との間には、
３連構造の渦巻バネ１３、１３、１３が指の側面におい
て架け渡されている。

【０１１７】このような渦巻バネの採用は、サポーター
の位置ずれ等に起因する動作時の違和感を軽減するのに
有効である。尚、渦巻バネにおいて線材同士の接触が生
じないようにするためには渦巻の形状を円形状でなく扇
状にする等、干渉が起きないようにするための工夫を要
する。

【０１１８】また、各渦巻バネの反力に関するバラツキ
を低減するためには、反力を微調整するための機構を設
けることが望ましい。

【０１１９】図２８乃至図３０はバネ強度の調節機構に
ついて引張バネを使った構成例を示したものである。

【０１２０】図２８に示すように、調節機構１４は、指
の末節に対する被覆部１２ＨＡ１と中節に対する被覆部
１２ＨＡ２とに跨る状態で両部材に取り付けられてい
る。

【０１２１】図２９は、巻き上げタイプの機構例１４Ａ
を示するものである。尚、同図の（Ａ）、（Ｂ）に示す
図は、異なる状態での平面図をそれぞれ示し、（Ｃ）に
示す図が（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、（Ｄ）に示す
図が（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図を示している。

【０１２２】図示するように、２つの部材１５、１６と
の間で２本の引張バネ（あるいは引張コイルバネ）１
７、１７が張設された状態となっている。尚、一方の部
材１５が被覆部１２ＨＡ１に固定され、他方の部材１６
が被覆部１２ＨＡ２に固定される。

【０１２３】部材１６を構成する筐体１６ａの内部に
は、２本の引張バネ１７、１７が部分的に挿通される案
内用の通路１８、１８が形成されており、各引張バネ１
７の一端部がワイヤー１９、１９の一端にそれぞれ接続
されており、各ワイヤーの他端部１９ａが巻き上げ軸２
０（円柱軸）に巻着された状態で固定されている。そし
て、各引張バネ１７の他端部は上記の部材１５に固定さ
れており、当該部材と巻き上げ軸２０との間で引張バネ
１７の長さが調節できる構成となっている（図に示す
「ΔＬ」を参照。）。

【０１２４】巻き上げ軸２０は、その両端部が筐体１６
ａの側面に形成された支持孔２１、２１にそれぞれ挿通
されることで回転可能な状態で支持されており、（Ａ）
図、（Ｂ）図に示すように、その中程の部分には巻き上
げ軸２０の回転中心軸と同軸であってこれより大径とさ
れた２つの円板部２２、２２が一体的に形成されてい
る。そして、円板部２２、２２の間には、両円板部２２
よりは小径の歯状部２３が形成されており、上記通路１
８、１８の間に位置するように形成された凹部２４内に
は、ストッパー２５と、該ストッパー２５の爪部（先端
部）２５ａを歯状部２３の歯の間に当接させて押しつけ
るための付勢力を得る圧縮コイルバネ２６が収容されて
いる。尚、ストッパー２５の爪部２５ａと歯状部２３と
は、両者の係合関係においてラチェット機構を構成して
おり、円板部２２、２２を（Ｄ）図の時計回り方向に回
転させて引張バネ１７を伸張させること（バネの巻き上
げ動作）はできても、その逆、つまり、円板部２２、２
２を（Ｄ）図の反時計回り方向に回転させて引張バネ１
７を緩めることはできない構造になっている（尚、スト
ッパー２５の爪部２５ａの解除機構については説明を省
略する。）。

【０１２５】しかして、本構成では、円板部２２、２２
を操作してこれを回転させることによって引張バネ１
７、１７の長さを調整することができるので、渦巻バネ
１３と調節機構１４Ａとを組み合わせることで反力の微
調整を行ってそのバラツキを小さくすることができる。

【０１２６】図３０はスライドタイプの機構例１４Ｂを
示しており、（Ａ）に示す図は平面図、（Ｂ）に示す図
は、（Ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図を示している。

【０１２７】被覆部１２ＨＡ２に固定される部材１６Ｂ
の筐体１６Ｂａ内には、スライダー２７が摺動可能な状
態で収容されており、各引張バネ１７の一端部がこのス
ライダー２７に固定されている。即ち、各引張バネ１７
のうち、部材１５に固定された端部とは反対側の部分
が、筐体１６Ｂａに形成された２つの挿通孔２８、２８
を通してそれぞれ筐体１６Ｂａ内に導入された上でスラ
イダー２７に固定されている。

【０１２８】スライダー２７には、これを引張バネ１７
の長手方向に沿って移動させる際に操作するための操作
部２７ａが形成されるとともに、その位置を保持するた
めに（Ｂ）図の上方を向いて突設した三角爪２７ｂが形
成されており、該三角爪２７ｂは、図示するように、筐
体１６Ｂａの上面部において横に突き出した突起部２
９、２９（図には簡単化のため２対だけを示す。）に係
合される。つまり、当該突起部２９、２９に対する三角
爪２７ｂの係合位置によってスライダー２７の位置が決
まることになる。尚、（Ｂ）図に示すように、三角爪２
７ｂのやや下方の位置にはスリット２７ｃが形成されて
おり、突起部２９、２９に対する三角爪２７ｂの係合を
解除する際に、三角爪２７ｂの形成部分が容易に歪むよ
うに配慮されている。

【０１２９】しかして、本構成では、スライダー２７を
操作して、その三角爪２７ｂと突起部２９との間の係合
時の位置関係を規定することにより当該スライダー２７
の位置決めを行うことで、スライダー２７と部材１５と
の間に張設された引張バネ１７、１７の長さを調整する
ことができる。これにより、渦巻バネ１３とこの調節機
構１４Ｂとを組み合わせることで反力の微調整を行い、
そのバラツキを小さくすることができる。

【０１３０】図３１は、渦巻バネ１３のバネ強度を調節
するための調節機構３０を渦巻バネの付け根に設けるよ
うにした構成例を示したものである。

【０１３１】この場合には、渦巻バネ１３の一端部１３
ｂがスライド機構３１を構成するスライダー３２に固定
されており、該スライダー３２の位置を規定することで
バネ強度の調節が可能である。

【０１３２】即ち、収容部３３内に摺動可能な状態で受
け入れられたスライダー３２において、スリット３２ａ
が形成された部分の断面形状が略コ字状をなしており、
その一方の先端部に係止爪３２ｂが形成されている。そ
して、該係合爪３２ｂは収容部３３に形成された複数の
係止孔３３ａ、３３ａ、・・・のうちのどれかに係合さ
れるようになっており、この状態で別の係止孔３３ｂに
固定ピン３４を通してスライダー３２を螺止め等で固定
することで当該スライダー３２の移動を阻止して、その
位置規定を指の長さ方向において行うことができる。
尚、渦巻バネ１３の他方の端部１３ｂについてはこれを
被覆部に直接固定しても良いし、又は調節機構３０と同
様の調節機構を介して被覆部に固定しても良い。

【０１３３】図３２は指の大きさ（幅）に合わせた被覆
部の調整機構の一例を概略的に示したものであり、
（Ａ）図が小さい指への付設状態、（Ｂ）図が大きい指
への付設状態をそれぞれ示しておいる。

【０１３４】この例では被覆部１２ＨＡが３つの部分１
２ＨＡ＿α、１２ＨＡ＿β、１２ＨＡ＿γから構成され
ており、これらが蝶番バネ等で形成された回動軸３５、
３５によって連結されている。尚、３つの部分のうち両
端に位置する部分の末端には上記調節機構３０、３０が
回動軸３５、３５を介してそれぞれ結合されている。

【０１３５】上記した例では、関節に対応する指の側面
に渦巻バネを配置する構成としたが、渦巻バネの代わり
に、被覆部の背面に蝶番式コイルバネを用いた構成を採
用しても良く、その構成例を図３３に示す。

【０１３６】各被覆部の背面において、１２ＨＡ１と１
２ＨＡ２との間、１２ＨＡ２と１２ＨＡ３との間にはこ
れらの部材を連結するための背面バネ３６、３６が取り
付けられており、該背面バネ３６は横断面形状が四角形
状（正方形や長方形等）をなしたコイルバネの部分３６
ａ、３６ａと当該部分を連結する蝶番部３６ｂとから構
成されている。

【０１３７】これらの背面バネ３６は、図３３（Ｂ）に
示すように、その初期状態において屈曲位となるように
設置され、後述するワイヤー部材（被覆部の背面に沿っ
て配置される。）の引張力により、図３３（Ａ）に示す
ように、伸展位となるよう動作させることができる。そ
の際、コイルバネの干渉によって指の屈曲、伸展に支障
を来さないので、動作がぎこちなくなることはない。
尚、バネの初期状態として指の伸展位の状態（つまり、
（Ａ）図の状態）としても構わないが、その場合にはワ
イヤー部材の引き廻しを掌面側にする必要がある。

【０１３８】図３４や図３５に示すように、各指の指サ
ポーター１２ＨＡには、２本のワイヤー部材３７、３７
（シリコーンチューブにタングステン製ワイヤーを通し
たもの。）がそれぞれれ設けられており、これらは各被
覆部の背面において指の長さ方向に沿って延び、甲面サ
ポーター１２ＨＢ、手首サポーター１２ＨＣを経て駆動
ベースサポーター１２ＨＤ上にまで及んでいる（これら
のワイヤーの伸張は駆動ベースサポーター１２ＨＤに取
り付られた図示しない駆動機構部により制御されるが、
その詳細は後述する。）。

【０１３９】図３６は被覆部におけるワイヤー端部の固
定方法について説明するためのものであり、ワイヤー３
７の端部は、小径のフランジ付プーリ３８（あるいは糸
巻）に数回に亘って巻き付けられた後で、その先端部３
７ａと、ワイヤー３７のうちプーリ３８への巻着部の手
前側の部分３７ｂとが固定用の止め金具３９を用いて加
締止めされている。この部分をサポーターの被覆部に埋
設するか、あるいはネジ止め等で被覆部に固定すること
によりワイヤーの一方の端がサポーターに取り付けられ
る。

【０１４０】各指の付け根の部分にそれぞれ装着される
被覆部材の間には、Ｖ字状バネを配置してそのバネ掛け
部を隣り合う被覆部材にそれぞれ固定した構成が用いら
れ、例えば、図３７に示すように、第２指乃至第５指の
各指サポーターの間においてＭＰ関節（中手指節関節）
の近辺にＶ字状バネ４０、４０、４０が付設されてい
る。つまり、これらのＶ字状バネは第２指と第３指との
間、第３指と第４指との間、第４指と第５指との間にお
いて、基節に対する被覆部の側面にそれぞれ取り付けら
れており、当該バネの初期状態は手指部の外転位であっ
て手の甲を平にした状態を基準としている。これは外転
位を初期状態として内転動作を行うため及び手部の対立
動作を行うため、そして、各指サポーターを連結するこ
とによる強度向上のためであるが、Ｖ字状バネに内転、
外転の機能を付与しない場合にはバネの内転位を初期状
態とすれば良い。また、後述する対立動作のための機構
を採用する場合にはＶ字状バネを不要にすることもでき
る。

【０１４１】図３８はＶ字状バネ４０の形状例を示した
ものであり、（Ａ）が側面図、（Ｂ）が（Ａ）において
矢印Ｂ方向から見た図である。

【０１４２】Ｖ字状バネ４０は、その断面形状が円形状
をしたコイル部４０ａと、該コイル部から突設された２
本のバネ掛け部から構成されており、バネ掛け部につい
ては、コイル部４０ａから延長された直線部４０ｂ、４
０ｂが側方からみてハ字状に延びている。つまり、その
端部４０ｃ、４０ｃがバネ掛け片としてコ字状に屈曲さ
れた形状になっており、これらが被覆部に取り付けられ
る。

【０１４３】手の甲の背面に装着される被覆部材として
の甲面サポーター１２ＨＢについては、これを複数の構
成部材から構成し、各構成部材を蝶番部材で連結されて
おり、かつ、連結された部材同士の間隔を自在に変化さ
せるためのスライド機構を蝶番部材に対してそれぞれ設
けた構造が望ましく、例えば、図３９に示すように、第
３指と第４指との間を通って紙面に垂直に延びる平面に
よって２つに分断された被覆部１２ＨＢａ、１２ＨＢａ
を有しており、両被覆部は、同図に１点鎖線で示す軸
「Ｒ−Ｒ」（これが対立動作の中心軸となる。）の回り
に回動可能な状態で連結されている。

【０１４４】尚、図示する例では、被覆部１２ＨＢａ、
１２ＨＢａを連結する部材が、３つの蝶番バネ４１、４
１、４１と、これらの各蝶番バネを軸Ｒ−Ｒに直交する
方向にスライド可能な状態で支持するための支持機構４
２、４２、４２を備えている。つまり、被覆部同士を単
に蝶番バネ４１で接合しただけの構造において、外転位
の状態では、掌面を平らにした状態（掌面をほぼ平面状
にした状態であり、以下、この状態を「平坦位」とい
う。）でしか被覆部１２ＨＢａ、１２ＨＢａを手の表面
に密着させることができず、手をつぼめて湾曲させた状
態（掌面を凹面状に湾曲させた状態であり、以下、この
状態を「湾曲位」という。）において、手の甲の表面に
被覆部１２ＨＢａ、１２ＨＢａを充分に密着させること
が難しいからである。

【０１４５】図４０は蝶番バネ４１の形状例を示すもの
であり、（Ａ）に示す図はコイル部４１ａの軸方向から
見た側面図、（Ｂ）は矢印Ｂ方向から見た図、（Ｃ）は
矢印Ｃ方向から見た図である。

【０１４６】コイル部４１ａの両端部からそれぞれ突出
してコ字状に屈曲された一対の屈曲片４１ｂ、４１ｂ
は、（Ａ）の図に示す状態では、角度「φ」をなしてい
る。尚、蝶番バネ４１の自然状態（無負荷状態）では、
この角度φが１８０度より稍小さい値とされ、よって、
コイル部４１ａの軸方向から見た蝶番バネ４１の状態が
ヘ字状になっている（これは平坦位における手の甲の背
面が全くの平坦面でないことに依る。）。

【０１４７】図４１は蝶番バネ４１の支持機構４２の一
例についてその要部のみを示したものであり、（Ａ）は
バネの収容状態を示し、（Ｂ）はコイル部４１ａの軸方
向から見た状態の変化を示している。

【０１４８】収容部（あるいはハウジング）４３、４３
は、蝶番バネの屈曲片４１ｂ、４１ｂをそれぞれ収容す
るものであり（図には、一方の屈曲片４１ｂとのその収
容部４３だけを示す。）、開口４４、４４が形成されて
いる。つまり、コイル部４１ａの一端部から出た屈曲片
４１ｂの一部分が一方の開口４４を通して収容部４３内
に受け入れられた状態になっており、開口４４と４４と
の間には、屈曲片４１ｂの抜け止め用にストッパー突部
４５が形成されている。そして、蝶番バネ４１は、
（Ｂ）図に示すように、屈曲片４１ｂが収容部４３内に
殆んど収まった状態と、屈曲片４１ｂの大半部が収容部
４３から出た状態との間に亘って摺動が可能である（図
の「Δｘ」を参照。）。

【０１４９】尚、図４１では便宜上、一方の屈曲片４１
ｂについてのみ図示しているが、他方の屈曲片４１ｂに
ついても同様にして収容部４３内において摺動可能な状
態で受け入れられている。

【０１５０】また、蝶番バネ４１の摺動時において、そ
の移動方向をより確実に規定するためには、蝶番バネを
案内するためのガイド手段（ガイド溝等）を収容部４３
内に設け、これに対応した被ガイド部を蝶番バネの屈曲
部に形成する等の構成を用いることが好ましいが、図４
１には基本的な構成だけを示し、それ以上の詳細な機構
等の説明は割愛する。

【０１５１】上記した軸Ｒ−Ｒについて、ゴム等の弾性
部材で形成した１つの円柱軸４６により被覆部１２ＨＢ
ａ、１２ＨＢａを連結する場合には、図４２に示すよう
に、円柱軸４６の側面に対して支持機構４２、４２、・
・・を付設すれば良い（図では円柱軸４６の両端寄り部
分及び中央部に嵌合された部材を各支持機構４２によっ
てそれぞれスライド可能な状態で支持している。）。

【０１５２】また、図３９や図４２に示す構成では、甲
面サポーター１２ＨＢを２つの部分に分断したが、これ
に限らず、第２指と第３指との間、第４指と第５指との
間についても同様に被覆部を分断して、これらを回動可
能であってかつ回動軸に直交する方向にスライド可能な
状態とすることが望ましい。

【０１５３】甲面サポーター１２ＨＢを構成する被覆部
１２ＨＢａ、１２ＨＢａと各指サポーター１２ＨＡとの
連結構造については、例えば、各被覆部の背面に図４１
で示したスライド機構４２を付設することにより、蝶番
バネ４１で被覆部１２ＨＢａ、１２ＨＢａと指サポータ
ーの被覆部１２ＨＡ３とを連結する方法が挙げられる
が、図３９や図４２に示すように、手の甲の背面に装着
される被覆部材には、指毎に内転・外転のための動作機
構（あるいは回動機構）４７、４７、・・・をそれぞれ
付設するとともに（図にはそれらのうちの２つだけの部
分だけを示す。）、当該機構を構成する回動部材の先端
部に渦巻バネ（１３、１３、１３）を付設してこれを指
サポーター（１２ＨＡ３）に連結することが好ましい。

【０１５４】各動作機構４７は、各指に対して設けられ
る一対のワイヤー部材を各別に駆動する際の軸運動によ
って内転・外転方向への動作を可能にするために指毎に
付設されるものであり、内転・外転に係る向きの違いを
除いていずれも同様の構成を有しているので、以下で
は、その一つだけを取り出して説明する。

【０１５５】図４３において、動作機構４７を構成する
回動部材４７ａは被覆部１２ＨＢａに形成された収容部
４８内にその大半部が受け入れられた状態とされ、図に
示す点「ＲＣ」を回動中心として、矢印「Ｒ」の方向に
回動し得る構成となっている。尚、回動部材４７ａのう
ち点ＲＣとは反対側の端部には渦巻バネ（１３、１３、
１３）が固定されているが、その構成については後で詳
述する。

【０１５６】収容部４８内の空間については、回動部材
４７ａのうち回動中心点ＲＣの付近では回動部材４７ａ
との隙間が少なくなっているが、回動中心点ＲＣから遠
ざかるにつれて次第に隙間が大きくなっていき、図示す
る例では、収容部４８の開口付近に板バネ４９が付設さ
れている。この板バネ４９は、その一端部が収容部４８
の側壁に回動可能な状態で取り付けられており、回動部
材４７ａに対して一定方向（図の時計回り方向）への付
勢力を与えるものである。

【０１５７】つまり、その初期状態においては、（Ａ）
図に示すように、板バネ４９の付勢力によって、当該板
バネ４９とは反対側に位置する収容部４８の側壁に回動
部材４７ａが押しつけられた状態となっているが、外転
時には、（Ｂ）図に示すように、回動部材４７ａが板バ
ネ４９の力に抗する方向に回動していき、最終的には回
動部材４７ａがそれ以上回動できない状態となる（内転
時にはこれとは逆に（Ｂ）の状態から（Ａ）の状態へと
変化する。）。

【０１５８】尚、図４４の動作機構４７Ａに示す例で
は、板バネ４９の代わりに２つの磁石（永久磁石又は電
磁石）５０、５１が使用され、その一方の磁石５０が収
容部４８の開口付近の内壁に固定され、他方の磁石５１
がこれに対向した回動部材４７ａの側面に固定されてい
る。よって、本構成では、初期状態においては、磁石５
０と５１との間に働く斥力により回動部材４７ａが収容
部４８の側壁（図の上方に位置する側壁）に押しつけら
れた状態となっているが、外転時には回動部材４７ａが
磁石同士の反発力に抗して図の反時計回りに回動してい
くことになる。

【０１５９】また、図４３に示した例では、回動部材４
７ａと収容部４８との隙間が回動中心ＲＣ近辺で狭くな
っているが、これに限らず、図４５の動作機構４７Ｂに
示すように、回動中心ＲＣを収容部４８Ｂの開口近辺に
設定するとともに、当該回動中心ＲＣから遠ざかって収
容部４８Ｂの奥に入るにつれて回動部材４７ａとの隙間
が次第に大きくなるようにし、回動部材４７ａの端部と
収容部４３の側壁との間に板バネ５２を配置した構成を
用いても構わない。

【０１６０】要するに、第２指及び第３指については第
１指に近付く方向に回動部材４７ａが回動できるように
し、また、第４指及び第５指については第３指から遠ざ
かる方向に回動部材４７ａが回動できるように、各収容
部内に回動部材の可動範囲をそれぞれ確保すれば良い。

【０１６１】回動部材４７ａのうち、収容部４８から突
出した端部には、渦巻バネを使った連結部が設けられて
おり、指サポーターに固定される。

【０１６２】図４６はその構成例の要部を部分的に示し
たものであり、図２６に示した渦巻バネを３つ用意し、
これらを横一列に並べた上でそれぞれの中心部を軸部材
５３で結合し（例えば、図の大円内に拡大して示すよう
に２つの半円柱状部材５３ａ、５３ａで各渦巻バネの中
心部を挟み込んだ上で、半円柱状部材５３ａの両端部に
円環状部材５４、５４を装着（環装）する等。）、各渦
巻バネ１３の一端部を回動部材４７ａに固定し、他端部
を上記した指サポーターの被覆部１２ＨＡ３に固定す
る。尚、複数の渦巻バネを並設する理由は、内転・外転
運動時におけるバネのたわみを減少させるためであり、
軸部材５３を付設することによってさらにたわみを少な
くすることができる。

【０１６３】これらの渦巻バネの初期状態としてはＭＰ
関節の屈曲位を基準としているが、ＭＰ関節の屈曲・伸
展をスムーズに行うためには、スライド式の反力調整機
構を付設することが好ましい。

【０１６４】図４７はスライド式反力調整機構の構成例
５５を示すものであり、（Ａ）図は平面図、（Ｂ）図は
（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図を示している。
尚、一対のスライド機構５５ａ、５５ｂのうちの一方５
５ａが指サポーター側の被覆部に取り付けられ、他方５
５ｂが甲面サポーター１２ＨＢ側の被覆部に取り付けら
れる。

【０１６５】各渦巻バネ１３はスライド機構５５ａと５
５ｂとの間に挟まれた状態で、その両端部が各スライド
機構のスライド部材５６ａ、５６ｂにそれぞれ固定され
ている。つまり、スライド機構５５ａを構成するスライ
ド部材５６ａの一端部には各渦巻バネ１３の端部が固定
され、他端部が収容部材５７ａ内に受け入れられた状態
で２つのコイルバネ５８ａ、５８ａが固定されている。

【０１６６】これらのコイルバネ５８ａ、５８ａは、互
いに平行な位置関係をもって収容部材５７ａ内に配置さ
れており、各コイルバネのうち、スライド部材５６ａに
固定された方とは反対側の端部が操作部材５９ａに固定
されており、該操作部材５９ａの位置を規定することに
よってスライド方向におけるコイルバネの反力を調整す
ることができるように構成されている。尚、操作部材５
９ａに形成された係合部６０ａは、収容部材５７ａに形
成された図示しない複数のストッパ溝の一つに係合され
ることで操作部材５９ａのスライド方向における位置決
めがなされる。また、収容部材５７ａに形成されて渦巻
バネの付近まで張り出した部分６１はＭＰ関節に対応し
た突起部（これがないとワイヤー部材が皮膚に接触する
虞がある。）である。

【０１６７】他方のスライド機構５５ｂについても上記
スライド機構５５ａと同様の構成を有しており、スライ
ド部材５６ｂの一端部に各渦巻バネ１３の端部が固定さ
れ、他端部が収容部材５７ｂ内に受け入れられた状態で
２つのコイルバネ５８ｂ、５８ｂが固定されている。つ
まり、互いに平行な位置関係をもって収容部材５７ｂ内
に配置されたコイルバネ５８ｂ、５８ｂのうち、スライ
ド部材５６ｂに固定された方とは反対側の端部に操作部
材５９ｂが固定されており、該操作部材５９ａに形成さ
れた係合部６０ｂを、収容部材に形成された図示しない
複数のストッパ溝の一つに係合させることで操作部材５
９ｂのスライド方向における位置決めを行い、これによ
ってスライド方向におけるコイルバネの反力を調整する
ことができる構成となっている。

【０１６８】尚、渦巻バネ自身の調整機構については、
例えば、前記した機構１４（図２９、図３０参照。）を
用いることができ、図示するように、その収容部（１
６、１６Ｂ）が一方のスライド部材５６ｂの上に固定さ
れるとともに、部材（１５）が渦巻バネ１３の中心より
ややスライド部材５６ｂ側にずれた位置に取り付けられ
ており、当該部材がワイヤー６２を介して他方のスライ
ド部材５６ａ上に固定用部材６３を介して取り付けられ
ている。この調整機構の設置場所としては、渦巻バネ１
３を結合している軸部材５３より背面側に選定すること
が、当該機構と指との接触の問題を回避するために好ま
しい。

【０１６９】このように、コイルバネ（５８ａ、５８
ｂ）のスライド方向における反力の調整と、渦巻バネ
（１３）の回転方向における反力の調整とを独立して行
えるように構成すると、ＭＰ関節の動作をさらに滑らか
にすることができる点で有効である。

【０１７０】尚、図４７に示す機構において渦巻バネ１
３を使用せずに、一対のスライド部材５６ａと５６ｂと
を蝶番や回動機構等で連結した場合には、この機構を全
ての指関節について被覆部の背面に配置することがで
き、この場合には図３３で示した背面バネ３６を使った
機構の別の実施例となっていることが分かる。

【０１７１】拇指のＣＭ関節における対立動作について
は、図４８や図４９に示すように、甲面サポーター１２
ＨＢに対して回動機構６４を付設する。つまり、この回
動機構６４は、前記した外転・内転の動作機構（図４３
乃至図４５を参照。）を応用したものであり、当該機構
を構成する回動部材６４ａは、蝶番バネを用いた回動軸
６５を介して甲面サポーター１２ＨＢの被覆部１２ＨＢ
ａの側面に連結されている。尚、蝶番バネについては、
手をつぼめて湾曲させたときの状態を初期状態とする
（図４９の破線参照。）。

【０１７２】回動部材６４ａは、図に点「ＲＣ」で示す
回動中心の回りに所定の角度範囲をもって回動できるよ
うに支持されており、本例では、２つの磁石６６、６７
を使って回動部材４７ａに図の時計回り方向への付勢力
を付与している。つまり、回動軸６５寄りに位置に付設
された磁石６６と、これに対応した回動部材６４ａの側
面位置に付設された磁石６７との間に作用する斥力によ
り生じる反発力が回動部材６４ａを回動軸６５から遠ざ
けるように働く。尚、これらの磁石の代替として板バネ
等を使用しても良いことは勿論である（図４３、図４５
を参照。）。

【０１７３】回動部材６４ａの端部と、拇指の基節の被
覆部との間には、図４０、４１に示したスライドバネ、
あるいは図４６に示した渦巻バネ等を使った機構が配置
されるが、バネの初期状態はこの場合も屈曲位とする。

【０１７４】尚、甲面サポーター１２ＨＢでは、ＭＰ関
節の屈曲・伸展動作や、対立動作に関する機構が必要と
なるが、各機構の動作に関与するワイヤーの配置や駆動
制御については、後述するワイヤーの駆動部との関連に
おいて併せて詳述する。

【０１７５】次に、手首サポーター１２ＨＣについて説
明する。

【０１７６】手首サポーター１２ＨＣは時計ハンドのよ
うに手首に巻き付けてから面状ファスナー等を用いて固
定されるが、ワイヤー駆動時における局部的な圧迫を手
首に与えないように注意すべきである。

【０１７７】そのためには、手首サポーター１２ＨＣの
うち手首と接触する面に緩衝部材を設置するか、あるい
は、図５０の（Ａ）図に示すように手首に緩衝部材６８
を巻き付けてから、（Ｂ）図のように手首サポーター１
２ＨＣを装着することが望ましい。つまり、緩衝部材６
８は、ワイヤー駆動に伴う表皮の巻き込みを防止する役
割を果たす。尚、図では手首サポーター１２ＨＣにおい
て２つのヒンジ部分が形成されており、巻き込み防止用
の緩衝部材６９、６９が中間部材としてサポーターと緩
衝部材６８との間に介挿された構成となっている。

【０１７８】駆動ベースサポーター１２ＨＤについて
も、その一部（又は手首サポーターと一体の場合には当
該手首サポーター）を手首に巻き付けてから面状ファス
ナー等を用いて固定されるが、本サポーターではワイヤ
ーの駆動機構を搭載するために平坦状をした領域がある
程度必要となり、また、駆動機構が回内・回外時におい
て前腕部サポーター１２Ａと接触しないようにすべきで
ある。尚、手首サポーター１２ＨＣと駆動ベースサポー
ター１２ＨＤとを別個に設けた構成と、両者を一体的に
作成した構成とが挙げられるが、装着の容易さの観点か
らは後者の方が好ましい。

【０１７９】駆動機構としては、例えば、下記に示す構
成が挙げられるが、小型化・薄型化に適した構成が好ま
しい。

【０１８０】・モータを駆動源とするワイヤー巻取式の
機構・電磁クラッチ手段とスライド式駆動部を用いた機構・ワイヤーが接続されたフィルムをスライドさせる機
構。

【０１８１】図５１はワイヤー巻取式機構の構成例７０
を概略的に示したものであり、回転式モータ７１のモー
タ軸７１ａには減速機７２が連結されており、当該減速
機７２において直交変換された回転出力が、ワイヤー７
３の巻取部７４（リール部）に伝達される。つまり、減
速機７２内にはベベルギヤあるいはウォーム等を使った
動力伝達機構が設けられており、減速機７２の出力軸７
２ａに巻取部７４が直結されることで巻取部７４が直に
回転されるので、ワイヤーの巻き取り状態を制御するこ
とでワイヤーにかかかる張力を変化させることができ
る。尚、回転式モータの代わりにスライド式のリニアモ
ータ等を用いて巻取機構を構成しても良いことは勿論で
ある。

【０１８２】図５２はワイヤーをモータに直接的には接
続せずに、両者の間に電磁クラッチ機構を介在させた構
成例７５を示すものである。本機構は、ワイヤー部材に
かかる張力が閾値を超えた場合にワイヤー部材とその駆
動手段との連結を解除することで、対象にそれ以上の大
きな力がかからないように制御するために必要とされ
る。

【０１８３】シリコーンチューブ等の可撓性に富む管状
部材７６内に通されたワイヤー７３の末端には永久磁石
７７（あるいは鉄等の磁性体）が固定されており、該永
久磁石７７のうち、ワイヤー７３とは反対側の位置に接
触検知用センサ７８が付設されている。また、この永久
磁石７７と対をなす電磁石７９が設けられており、これ
にはセンサ７８に対向した接触検知用センサ７８′が付
設されている。そして、該電磁石７９は張力センサ８０
を介してスライド式駆動部８１の出力軸に結合されたワ
イヤー部８１ａに固定されている。尚、スライド式駆動
部８１にはリニアモーターが使用され、その内部には出
力軸やワイヤー部８１ａの位置を検出するための検出手
段（エンコーダ等）が設けられている。また、永久磁石
７７や電磁石７９、張力センサ８０、ワイヤー部８１ａ
は管状部材７６内に配置されている。

【０１８４】本構成では、永久磁石７７と電磁石７９が
電磁クラッチ機構を構成しており、電磁石７９の励磁に
よって該電磁石７９と永久磁石７７との間に引力が発生
するために両者が吸引された状態となり、これが接触検
知用センサ７８、７８′によって検出される。そして、
この状態でスライド式駆動部８１によりワイヤー部８１
ａを駆動すると、図の右方（スライド式駆動部８１に近
づく方向）に作用する力が張力センサ８０、さらには電
磁石７９及び永久磁石７７を介してワイヤー７３の末端
に働く（張力センサ８０はこの時のワイヤーの張力を検
出する。）。その後、ワイヤー７３への駆動力を増加さ
せていくと、ある範囲まではワイヤーの張力が次第に増
して行くことになるが、当該張力がある閾値（電磁石７
９と永久磁石７７との吸引力によって決まる値）を越え
ると、電磁石７９と永久磁石７７とが離れてしまう（こ
の分離状態は接触検知用センサ７８、７８′によって検
出される。）ので、それ以上の力がワイヤーにかからな
いように制限される。つまり、ワイヤーに過度の力が作
用して当該ワイヤーが引っ張られた場合には、ワイヤー
の先に接続された部材（サポーター）に対して許容範囲
外の好ましくない力がかかってしまう虞があるが、上記
構成では電磁石７９と永久磁石７７との分離が、ワイヤ
ーに必要以上の力がかからないように保証してくれる。
尚、張力センサ８０によって検出されたワイヤーの張力
が予め決めておいた基準値以上となった場合に、電磁石
７９の励磁状態を変更して磁極を反転させることで、該
電磁石７９と永久磁石７７とが反発するように制御して
両者を積極的に分離する方法を採用しても良い。

【０１８５】図５３は電磁クラッチ機構の別例８２につ
いて、ワイヤー端との連結部分だけを部分的に取り出し
て概略的に示したものであり、（Ａ）図が要部の断面
図、（Ｂ）図が駆動側の部材を示し、（Ｃ）図がワイヤ
ー取付側の部材を示しており、（Ｄ）図はこれらの部材
を摺動自在な状態で支持している側壁部をそれぞれ示し
ている。

【０１８６】収容部８３内には、２つの部材８４、８５
がスライド可能な状態で支持されており、その一方の部
材８５がワイヤー７３との連結部材であって、これにワ
イヤー７３の端部が収容部８３の孔８３ａを挿通された
後で固定され、また、他方の部材８４は、連結部材８５
と係合された状態において当該部材を所定の方向にスラ
イドさせるためのスライド部材として機能する。つま
り、磁性体で形成された連結部材８５は、（Ａ）図に示
すように、横から見た形状がほぼＬ字状をしており、ま
た、（Ｃ）図に示すように、その両側面にそれぞれ突設
された２つの軸端部８５ａ、８５ａが、収容部８３の側
壁に形成されたガイド長孔８３ｃ、８３ｃ（図にはその
一方だけを示す）に挿通されている。つまり、連結部材
８５は、ガイド長孔８３ｃ、８３ｃに沿ってスライド自
在な状態であって、かつ軸端部８５ａ、８５ａの回りに
回動可能な状態で収容部８３の側壁に支持されている。

【０１８７】また、スライド部材８４の先端部にはほぼ
直方体状をした電磁石８６が付設されており、当該先端
部の両側面にそれぞれ形成された突部８４ａ、８４ａ
（（Ｂ）図を参照。）は、収容部８３の側壁において上
記ガイド長孔８３ｃ、８３ｃと平行して延びるように形
成されたガイド長孔８３ｂ、８３ｂ（図にはその一方だ
けを示す。）に挿通されている。尚、スライド部材８４
は図示しない駆動機構（例えば、リニアモータを使った
スライド式の駆動機構等）により、ガイド長孔８３ｂ、
８３ｂに案内されて直線的に移動される。

【０１８８】本機構８２では、連結部材８５を強磁性材
料で形成するか、または、連結部材８５のうち、スライ
ド部材８４の電磁石８６に対応した位置に永久磁石を付
設することによって、電磁クラッチ機構を構成する。即
ち、図５３（Ａ）に２点鎖線で示すように、連結部材８
５と、スライド部材８４の端部との係合が外れた状態か
ら、スライド部材８４の電磁石８６を励磁すると、両者
が係合した状態になるので、スライド部材８４を同図に
矢印Ｓで示す方向に動かすと、これによってスライド部
材８４の端部が連結部材８５に係合されるので連結部材
８５及びワイヤー７３が引っ張られることになる。そし
て、ワイヤー７３の張力が大きくなり、連結部材８５に
対する電磁石８６の吸着力を超えた場合には、両者の係
合が解除される。よって、電磁石８６の励磁時に必要な
エネルギーは電磁石８６と連結部材８５との係合に必要
な程度で済み、このときの吸引力によってワイヤー７３
にかかる張力の許容上限値を決定できる。

【０１８９】尚、連結部材８５とスライド部材８４の端
部とが係合状態にあるか否かの検出には、例えば、検知
用端子を両部材に付設して両端子の接触又は非接触の状
態検出として行う方法や、フォトカプラー等の光検出手
段によって両部材の接触や近接状態の如何を検出する方
法（例えば、連結部材８５側に光センサやフォトカプラ
ー等を付設し、スライド部材８４には光を遮断する遮光
部を形成しておき、当該遮光部によって光センサの光が
遮られた場合に連結部材８５とスライド部材８４とが係
合していると判断し、光が遮られない場合に両部材が係
合していないと判断する。）等、部材間の相対的な位置
検出法には各種の形態が挙げられる。

【０１９０】上記したフィルムをスライドさせる機構例
としては、例えば、モータによって回転駆動される駆動
ローラーと、所定の圧着力を付勢するための圧着ローラ
ーを設け、両ローラーの間にフィルムを挟み込んで該フ
ィルムをスライドさせることでワイヤーを駆動する構成
が挙げられる。

【０１９１】尚、この他、ワイヤーの駆動源と駆動機構
を分離する方法がある。例えば、駆動源については大容
量のものを使って複数のワイヤーの間で共用して、これ
を、例えば、腰椎への装具に付設して人が背負えるよう
に構成するとともに、電磁クラッチやＥＲ流体（電気粘
性流体）等を使った軽量な駆動機構だけを駆動ベースサ
ポーター１２ＨＤ上に設置すれば良い。また、駆動源と
してはモータに限らず、空圧源を用いてシリンダ部を駆
動ベースサポーター１２ＨＤ上に設置する等、各種の形
態を採用できることは勿論である。

【０１９２】次に、駆動ベースサポーター１２ＨＤ上に
配置された駆動機構によって制御される各ワイヤーの配
置について説明する。

【０１９３】尚、ワイヤーは動力を伝達する媒介手段と
して人体の筋の働きを模写したものであるが、その材質
については、タングステンワイヤーや、装具を縫合する
ための糸の表面に耐摩耗性のポリマーを塗布したもの等
が挙げられる。また、ワイヤーが皮膚に直接接触した場
合における皮膚の損傷を防止するために、ワイヤーをシ
リコーンチューブ等の管状部材の中に挿通した状態で使
用する（管状部材をサポーター内に埋設した状態で配線
する等。）ことが安全上の観点から好ましい。例えば、
シリコーンチューブの場合には、これにワイヤーを通し
た場合の初期状態においてその形状が管状を保っている
が、ワイヤーが引っ張られたときにシリコーンチューブ
が収縮するので、皮膚表面を傷つける危険性がない。

【０１９４】先ず、手指サポーター１２ＨＡに付設され
たワイヤーについては、図３４に示すように、各指の末
節の被覆部を起点として、各被覆部の背面にそれぞれ取
り付けられた２本ずつのワイヤー３７、３７が、甲面サ
ポーター１２ＨＢの被覆部１２ＨＢａ、さらには手首サ
ポーター１２ＨＣを経由して駆動ベースサポーター１２
ＨＤ上の図示しないワイヤー駆動機構に接続されてい
る。

【０１９５】図５４及び図５５は第２乃至第５指の指サ
ポーターにワイヤー部材を付設した状態を例示したもの
であり、各被覆部の背面に沿ってワイヤー対３７、３７
がそれぞれ取り付けられている。

【０１９６】尚、隣り合う被覆部の間や、被覆部のエッ
ジ部等に位置するワイヤー部分について応力が集中し易
い場合には、図５６に示すように被覆部の所定箇所に小
型の支持部材８７、８７、・・・（玉軸受や滑車等。）
を付設して、これらにワイヤー部材３７を通して配線す
ることが耐久性の向上にとって好ましい。また、その際
には、糸や合成繊維等で形成したワイヤーを使用するこ
とで支持部材８７の内径を小さくすることが望ましい。

【０１９７】手指サポーター１２ＨＡにおける第２指乃
至第５指の動作について、図５４、図５５に示した各ワ
イヤーの働きは下記に示す通りである。

【０１９８】・屈曲位から伸展位への移行時には、各指
の背面に配置されたワイヤー対を上記駆動機構によって
同時に引っ張る・伸展位から屈曲位への移行時には、各指の背面に配置
されたワイヤー対を上記駆動機構によって同時に緩める・内転から外転への移行時には、第３指と第４指との間
を通る対立動作の中心軸に関して、これより遠い方のワ
イヤー部材（第２指、第３指については第１指に近い方
のワイヤー部材３７Ａ、また、第４指と第５指について
は第１指から遠い方のワイヤー部材３７Ｂ）を同時に引
っ張り、他方のワイヤーについては同時に緩める・外転から内転への移行時には、上記と逆になる。即
ち、第３指と第４指との間を通る対立動作の基準軸に関
して、これに近い方のワイヤーを同時に引っ張り、他方
のワイヤーを同時に緩める。

【０１９９】拇指の動作については、図４８に示すよう
にワイヤー部材が配置されており、指の被覆部の背面に
沿って付設された２本のワイヤー部材３７、３７（図に
はその一方だけを示す。）が、上記した回動機構６４を
構成する部材、さらに手首サポーター１２ＨＣを経由し
て駆動ベースサポーター１２ＨＤ上のワイヤー駆動機構
に接続される。また、回動機構６４を構成する回動部材
６４ａに端を発する２本のワイヤー部材３７Ｃ、３７Ｃ
が、甲面サポーター１２ＨＢの被覆部１２ＨＢａ及び手
首サポーター１２ＨＣを経由して駆動ベースサポーター
１２ＨＤ上のワイヤー駆動機構に接続される。

【０２００】よって、手指サポーター１２ＨＡにおける
拇指の動作についての各ワイヤーの働きは下記に示す通
りである。

【０２０１】・屈曲位から伸展位への移行時には、拇指
の背面に配置されたワイヤー対（３７、３７）を同時に
引っ張る・伸展位から屈曲位への移行時には、拇指の背面に配置
されたワイヤー対（３７、３７）を同時に緩める・湾曲位から平坦位への移行時には、甲面サポーターを
経由するワイヤー対（３７Ｃ、３７Ｃ）を同時に引っ張
る・平坦位から湾曲位への移行時には、甲面サポーターを
経由するワイヤー対（３７Ｃ、３７Ｃ）を同時に緩め
る。

【０２０２】対立動作とともに内転・外転動作を実現す
るためには、図５７に示すように、第２乃至第５指の掌
面側（ＭＰ関節の前面側）に２本のワイヤーを配置す
る。尚、（Ａ）図は初期状態（外転・平坦位）を示し、
（Ｂ）図はＶ字状バネ４０の反力に抗した内転・湾曲位
の状態をそれぞれ示している。

【０２０３】図５７に示すように、第２乃至第５指の基
節部を覆う被覆部１２ＨＡ３、１２ＨＡ３、・・・につ
いては、指の掌面を覆う部材８８、８８、・・・がそれ
ぞれ設けられ、これら部材に跨るように各ワイヤー部材
３７Ｄ１、３７Ｄ２を付設する。例えば、一方のワイヤ
ー部材３７Ｄ１については、第５指を起点として、第４
指、第３指、第２指を経由した上で、図５８に示すよう
に、甲面サポーター１２ＨＢの被覆部１２ＨＢａ′の背
面に沿って引き廻された後、被覆部１２ＨＢａの内面
（皮膚側の面）を通ってから該被覆部の背面から抜け出
て手首サポーター１２ＨＣを経由して駆動ベースサポー
ター１２ＨＤ上のワイヤー駆動機構（図示せず。）に接
続される。また、他方のワイヤー３７Ｄ２については、
図５７に示すように、第２指を起点として、第３指、第
４指、第５指を経由した上で、図５８に示すように、甲
面サポーター１２ＨＢの被覆部１２ＨＢａの背面に沿っ
て引き廻された後、被覆部１２ＨＢａ′の内面（皮膚側
の面）を通ってから該被覆部の背面から抜け出て手首サ
ポーター１２ＨＣを経由して駆動ベースサポーター１２
ＨＤ上のワイヤー駆動機構（図示せず。）に接続され
る。尚、２本のワイヤーが甲面サポーター１２ＨＢにお
いて部分的にその内面側で交差した配置となっている理
由は、甲面サポーター１２ＨＢの被覆部１２ＨＢａ、１
２ＨＢａ′を駆動して対立動作を補助するためである。
また、各ワイヤーが第２乃至第５指の掌面側で跨るよう
に配置するにあたっては、掌面からみた場合に、これら
がなるべくＶ字状バネ４０のコイル部４０ａの中心付近
を通るようにすることが好ましい。

【０２０４】対立動作におけるワイヤーの働きは下記に
示す通りである。

【０２０５】・平坦位から湾曲位への移行時には、ワイ
ヤー３７Ｄ１、３７Ｄ２を同時に引っ張る・湾曲位から平坦位への移行時には、ワイヤー３７Ｄ
１、３７Ｄ２を同時に緩める。

【０２０６】手関節の動作については、図５９にワイヤ
ー配置を示す。尚、（Ａ）図は背面からみた図、（Ｂ）
図は橈骨側からみた図、（Ｃ）図は掌面からみた図であ
る。

【０２０７】図５７（Ａ）に示すように、甲面サポータ
ー１２ＨＢの被覆部１２ＨＢａ、１２ＨＢａ′の背面に
おいて、これらの周縁寄りの位置を起点とするワイヤー
部材３７Ｅ１、３７Ｅ１′は手首サポーター１２ＨＣの
背面を経由した後、駆動ベースサポーター１２ＨＤ上の
図示しないワイヤー駆動機構にそれぞれ接続されてい
る。尚、ワイヤー部材３７Ｅ１の端部が被覆部１２ＨＢ
ａに固定され、ワイヤー部材３７Ｅ１′の端部が被覆部
１２ＨＢａ′に固定されている。

【０２０８】また、図５７（Ｃ）に示すように、甲面サ
ポーター１２ＨＢにおけるＭＰ関節寄りであって周縁部
の内側の場所（拇指と第２指との間及び第５指の脇）を
起点するワイヤー３７Ｅ２（拇指と甲面サポーターとの
間を通って引き廻される。）、３７Ｅ２′は手首サポー
ター１２ＨＣの掌面側をそれぞれ経由した後、駆動ベー
スサポーター１２ＨＤ上の図示しないワイヤー駆動機構
にそれぞれ接続されている。そして、第３指及び第４指
の基節部の掌面側に取り付けられる被覆部１２ＨＡ３、
１２ＨＡ３をそれぞれ起点として掌面上で交差した配置
のワイヤー部材３７Ｅ３、３７Ｅ３′については、手首
サポーター１２ＨＣの掌面側を経由した後、駆動ベース
サポーター１２ＨＤ上の図示しないワイヤー駆動機構に
それぞれ接続されている。尚、一方のワイヤー部材３７
Ｅ３はその端部が第４指の被覆部に固定され、掌面上を
拇指に対して次第に近付くように引き廻されており、ま
た、他方のワイヤー３７Ｅ３′は、その端部が第３指の
被覆部に固定され、掌面上を拇指に対して次第に遠ざか
るように引き廻されている。

【０２０９】手関節の動作における各ワイヤー部材の役
割は下記の通りである。

【０２１０】・背屈から掌屈への移行時には、甲面サポ
ーターの掌面側に配置された２本のワイヤー部材３７Ｅ
２、３７Ｅ２′を同時に引っ張る（又は、第３指及び第
４指に対する２本のワイヤー部材３７Ｅ３、３７Ｅ３′
を同時に引っ張る）とともに、甲面サポーターの背面側
に配置された２本のワイヤー部材３７Ｅ１、３７Ｅ１′
を同時に緩める。

【０２１１】・掌屈から背屈への移行時には、甲面サポ
ーターの背面側に配置された２本のワイヤー部材３７Ｅ
１、３７Ｅ１′を同時に引っ張るとともに、甲面サポー
ターの掌面側に配置された２本のワイヤー部材３７Ｅ
２、３７Ｅ２′を同時に緩める（又は、第３指及び第４
指に対する２本のワイヤー３７Ｅ３、３７Ｅ３′を同時
に緩める）。

【０２１２】・尺屈から橈屈への移行時には、甲面サポ
ーターの背面側に配置されたワイヤー部材３７Ｅ１′
と、掌面側のワイヤー部材３７Ｅ２、３７Ｅ３を同時に
引っ張るとともに、甲面サポーターの背面側に配置され
たワイヤー部材３７Ｅ１と、掌面側のワイヤー部材３７
Ｅ２′、３７Ｅ３′を同時に緩める。

【０２１３】・橈屈から尺屈への移行時には、甲面サポ
ーターの背面側に配置されたワイヤー３７Ｅ１と、掌面
側のワイヤー部材３７Ｅ２′、３７Ｅ３′を同時に引っ
張るとともに、甲面サポーターの背面側に配置されたワ
イヤー部材３７Ｅ１′と、掌面側のワイヤー部材３７Ｅ
２、３７Ｅ３を同時に緩める。

【０２１４】尚、手関節のワイヤー駆動のための駆動機
構やその駆動源（モータ等）の取付位置としては、駆動
ベースサポーターにおいて尺側手根屈筋と橈側手根屈筋
の始点位置に相当する場所が理想的であるが、この要請
を厳密にし過ぎると、駆動源についての配置の自由度が
なくなってしまう虞があるので、駆動ベースサポーター
上における駆動機構等の配置については注意が必要であ
る。

【０２１５】また、手指サポーター１２ＨＡや甲面サポ
ーター１２ＨＢについて、指の屈曲位を初期状態として
バネ部材の付勢力を設定している場合には、サポーター
の装着時にワイヤー部材を引っ張ることで伸展位の状態
とする必要があるが、その際、手首サポーター１２ＨＣ
に状態保持のための機構を付設することが好ましい。即
ち、装具の着脱を容易にするためには、着脱時において
対偶の状態を一時的に保持・固定するための保持機構を
設けると良い。

【０２１６】図６０及び図６１はそのような機構例を示
したものである。

【０２１７】手首サポーター１２ＨＣの背面に付設され
たスライダー機構８９は、スライド部材９０とその収容
部９１を有しており、甲面サポーター１２ＨＢのうちス
ライダー機構８９に対向した場所には、スライド部材９
０の端部形状に対応した形状をした凹部９２が形成され
ている。

【０２１８】よって、手部サポーター１２Ｈの装着にあ
たっては、先ず、図６０に示すように、スライド部材９
０を引き出して、これを凹部９２内に収容した状態とす
ることで、手首が固定されて曲がらないように規制され
る。その後、図６１に示すように、指の駆動ワイヤー群
を引っ張ることにより各サポーターを伸展位の状態にし
てから装具に手を装着すると作業がし易くなる。尚、サ
ポーターの使用時には、スライド部材９０を収容部９１
内に戻しておけば、以後の動作に支障を来すことはな
い。

【０２１９】次に前腕部サポーター１２Ａについて説明
する。

【０２２０】本サポーターは肘部近辺を被覆する役割を
もち、回内・回外動作時に手指サポーター１２ＨＡ及び
駆動ベースサポーター１２ＨＤの基底部となる。そし
て、これは前腕の背面側から面状ファスナー等を使って
取り付けられ、前腕の回内・回外動作に係るワイヤーの
配置及びその駆動機構の取付にとって必要なものであ
る。尚、回内・回外動作による尺骨の回動に対して干渉
しないように装着時には肘部からほぼ３分の１程度の範
囲内に本サポーターが配置されるようにする。また、サ
ポーターのうち肘関節寄りの側面には２つの突起部が互
いに反対方向を向いて突設されているが、これらには後
述するように肘関節動作のワイヤーが取り付けられるよ
うになっている。

【０２２１】図６２は回内状態におけるワイヤー配置に
ついて背面側から示したものであり、２本のワイヤー部
材９３、９３′は、それらの一端が手首サポーター１２
ＨＣに固定されて、他端が前腕部サポーター１２Ａに付
設されたワイヤー駆動機構９４に接続されている。尚、
ワイヤー部材９３が前記したワイヤー部材ＷＡに相当
し、ワイヤー部材９３′が前記したワイヤー部材ＷＢに
相当しており、それらの役割は既述の通りである。

【０２２２】図６３は前腕の動作を示しており、（Ａ）
が回内状態、（Ｂ）が立位状態、（Ｃ）が回外状態をそ
れぞれ示している。

【０２２３】一対のワイヤー部材９３、９３′について
は、一方のワイヤー部材を緊張させて引っ張る際に、他
方のワイヤー部材を弛緩させることで関節の回内・回外
動作が行われ、その動きは下記の通りである。

【０２２４】・回内から回外への移行時には、ワイヤー
部材９３を引っ張り、ワイヤー部材９３′を緩める。

【０２２５】・回外から回内への移行時には、上記とは
逆にワイヤー部材９３′を引っ張り、ワイヤー部材９３
を緩める。

【０２２６】尚、図６４に示すようなＣ字状のガイド部
材９５を前腕部サポーター１２Ａの側面に付設するとと
もに、当該部材９５と前腕部サポーター１２Ａの間に形
成される間隙に駆動ベースサポーター１２ＨＤの後端部
を挟み込んだ状態で、回内・回外動作の確認ができるよ
うに構成しても良い。つまり、この場合には、回内・回
外動作時に駆動ベースサポーター１２ＨＤがガイド部材
９５の湾曲面（内面）に案内されて前腕の長さ方向の軸
回りに回動することになる。

【０２２７】図６５は肘部結合用サポーター１２Ｂの構
成例を示すものである。

【０２２８】このサポータは、前腕部サポーター１２Ａ
と上腕部サポーター１２Ｕとに亘って設けられているワ
イヤーの着脱を可能にするために、前腕部サポーター１
２Ａに対して肘部において結合するために設けられてい
る。つまり、（Ａ）図に示すように、装着状態では、肘
部結合用サポーター１２Ｂはほぼ三日月形状をしてお
り、前腕部サポーター１２Ａの肘寄りの部分を被覆して
いる。尚、前腕部サポーター１２Ａへの取り付け方法に
関しては、（Ｂ）図に示すように、肘部結合用サポータ
ー１２Ｂと前腕部サポーター１２Ａに金属製ボタン等の
点状ファスナー９６、９６、・・・を付設して容易に着
脱できるようにする。また、上腕部サポーター１２Ｕの
装着に手間取ることがないように、肘部結合用サポータ
ー１２Ｂの中央部には、腕の長さ方向に沿うスリット９
７（図に１点鎖線で示す。）を予め形成しておくことが
望ましい。

【０２２９】図６６は上腕部サポーター１２Ｕの構成例
を概略的に示すものであり、上腕二頭筋と上腕三頭筋の
領域に対する被覆が予定される部分をカットした形状と
なっている。これは、前腕の屈曲・伸展動作時に上腕二
頭筋や上腕三頭筋の形状変化が顕著に認められるため、
これらの筋肉によるサポーターとの干渉を極力回避する
必要があることに依る。尚、上腕二頭筋の中央には正中
神経が配置されており、当該神経への過度の圧迫は、第
１乃至第４指の背面感覚領域や第１指、第２指の運動領
域について麻痺を誘発する危険があるため、上腕二頭筋
を皮膚表面から被覆しない構成は、正中神経への圧迫を
防止するという目的にも適っている。

【０２３０】上腕のうち前腕寄りの位置に巻着されたリ
ング状部分（基本的立位姿勢において下側の支持部）１
２Ｕｒ１と、肩関節寄りの位置に巻着されたリング状部
分（基本的立位姿勢において上側の支持部）１２Ｕｒ２
とを連結する連結部１２Ｕｃ、１２Ｕｃは、上腕側面に
おいて長手方向に延びており、この部分は肘関節の屈曲
動作時に湾曲し、上腕二頭筋の形状変化に対応してリン
グ状部分１２Ｕｒ１、１２Ｕｒ２を上腕二頭筋の収縮方
向へと変位させる。

【０２３１】また、上腕二頭筋の経路がリング状部分１
２Ｕｒ１、１２Ｕｒ２と交差する場所については当該部
分を皮膚表面からやや浮かした状態としている。これは
屈曲動作時に起こる筋変形による圧迫を回避するためで
ある。

【０２３２】尚、これらリング状部分については、面状
ファスナーを使って上腕部に巻き付けているだけである
ため、着脱は容易である。

【０２３３】肘関節における屈曲・伸展動作をワイヤー
駆動によって実現するためには、上腕二頭筋と上腕三頭
筋を模倣したワイヤー配置が必要である。

【０２３４】即ち、図示するように、前腕部サポーター
１２Ａの側面に突設された突起部９８、９８をそれぞれ
起点とする２本ずつ、合計４本のワイヤー部材が付設さ
れており、そのうちのワイヤー部材９９ａ、９９ａが突
起部９８、９８の付け根の上部から上腕の側面にかけて
それぞれ引き廻された後、連結部１２Ｕｃ、１２Ｕｃに
それぞれ付設されたワイヤー部材の駆動機構１００ａ、
１００ａに接続されている。また、ワイヤー部材９９
ｂ、９９ｂは、突起部９８、９８の先端の下側部分から
上腕の側面にかけてそれぞれ引き廻された後、やはり連
結部１２Ｕｃ、１２Ｕｃにそれぞれ付設されたワイヤー
の駆動機構１００ｂ、１００ｂに接続されている。尚、
ワイヤーの駆動機構を連結部１２Ｕｃ、１２Ｕｃに付設
しない場合には、例えば、肩関節や胸椎等に付設するサ
ポーターに取り付ける等、各種の実施形態が挙げられ
る。

【０２３５】肘関節の動作においては、一対のワイヤー
部材のうち、一方のワイヤー部材を緊張させて引っ張る
際に、他方のワイヤー部材を弛緩させることで関節の屈
曲又は伸展動作が制御され、各ワイヤー部材の動きは下
記のとおりである。

【０２３６】・伸展から屈曲への移行時には、ワイヤー
部材９９ａ、９９ａを引っ張るとともに、ワイヤー９９
ｂ、９９ｂを緩める。

【０２３７】・屈曲から伸展への移行時には、ワイヤー
部材９９ｂ、９９ｂを引っ張るとともに、ワイヤー部材
９９ａ、９９ａを緩める。

【０２３８】しかして、各サポーターとワイヤーの配置
等が明らかになったところで、図１９に戻って力覚提示
に必要な制御要素をまとめてみると、下記のようにな
る。

【０２３９】Ａ）検出のための要素・ワイヤー長あるいは位置検出用のセンサ・ワイヤーの張力検出用のセンサＢ）駆動制御のための要素・ワイヤーの駆動源及び駆動機構・電磁クラッチ等、安全のための保護機構・対偶の状態保持のための機構

【０２４０】先ず、Ａ）に示す検出手段のうち、ワイヤ
ー長あるいは位置検出用のセンサについては、例えば、
図５２に示す駆動機構を採用した場合にワイヤーを引っ
張るスライド式駆動部８１内に設けられた位置検出用セ
ンサが挙げられる。

【０２４１】また、ワイヤーの張力検出用のセンサにつ
いては、例えば、図５２に示す駆動機構における張力セ
ンサ８０が挙げられ、ワイヤーとスライド式駆動部８１
との間の引張荷重を検出することができる。

【０２４２】尚、これらのセンサによって取得される検
出情報は入出力インターフェイス部１０を介して中央制
御部９に送出される。

【０２４３】次に、Ｂ）におけるワイヤーの駆動源及び
駆動機構については、中央制御部９から入出力インター
フェイス部１０を介して送られて来る制御信号によって
各ワイヤーの駆動制御が行われる。例えば、図５１や図
５２に示す構成においてモータやスライド式駆動部の駆
動制御がなされる。

【０２４４】また、電磁クラッチを使った保護機構につ
いては、ワイヤーに過度の力が加わる前にワイヤーと駆
動機構（又は駆動源）とを切り離すものであり、例え
ば、図５２、５３のように永久磁石と電磁石を組み合わ
せた構成が挙げられる。

【０２４５】対偶の状態保持のための機構は装具の着脱
時に必要とされ、例えば、図６０、６１に示したように
スライダー機構８９を使って対偶の姿勢を一時的に保持
するものである。尚、本機構を手動で操作する方法もあ
るが、中央制御部９から入出力インターフェイス部１０
を介して送られて来る制御信号によってスライダー機構
８９の駆動源を制御することが好ましい。

【０２４６】尚、力覚に加えて触覚や温覚（あるいは熱
覚）を提示する場合には、手指サポーター１２ＨＡに触
覚提示機構と発熱・吸熱装置を付設する。

【０２４７】図６７は指先にクリック感を提示するため
の構成例を示すものである。

【０２４８】指先の背面部を覆う被覆部１２ＨＡ１の先
端には、回動軸１０１を介して触覚提示板１０２が設け
られており、駆動手段１０３によって触覚提示板１０２
が回動軸１０１の回りに駆動される構成となっている。
つまり、同図に矢印Ｒで示すように、触覚提示板１０２
は指先の掌面側に回り込むようにして指先部分に接触さ
れ、そのときの押圧力（触覚に係る強弱）又は接触の有
無が駆動手段１０３によって規定される。尚、この駆動
手段１０３については、被覆部の背面に取り付けられた
モータ及び減速機等の動力伝達機構や電磁式プランジャ
ー等により触覚提示板１０２を回動させる構成、あるい
は、触覚提示板１０２を指側に付勢するための付勢手段
をその回動軸に付設するとともに被覆部の背面を通って
から触覚提示板１０２に固定されたワイヤー等の力伝達
部材を、遠隔位置（駆動ベースサポーター上等）に設け
られた機構によって駆動する構成等が挙げられるが、要
は触覚提示板を指先の掌面側に接触させるための機構で
あればその如何は問わない。また、触覚提示板によって
指先に加わる押圧力の程度を検出するためには、触覚提
示板の状態を検出するセンサ、あるいは触覚提示板のう
ち指との接触場所に圧力センサを配置する等、各種の方
法が挙げられる。

【０２４９】そして、指先に温覚を提示するには、例え
ば、ペルチェ素子等を使った発熱／吸熱装置１０４を、
触覚提示板１０２のうち指との接触場所に配置するとと
もに、その場所での温度を検出する温度検出用のセンサ
を設け、当該センサで得られた検出値が指令値となるよ
うに発熱／吸熱装置１０４についてフィードバック制御
を行えば良い。

【０２５０】図６８は指先に素材の感触を提示するため
の構成例を示すものである。

【０２５１】本例では触覚提示板１０５のうち、その回
動軸１０１に近い場所に駆動ローラー１０６を設けると
ともに、回動軸１０１から遠い方の端部には従動ローラ
ー１０７を設け（駆動ローラーと従動ローラーとの位置
関係は逆でも良い。）、両ローラーに亘って無端の帯状
部材１０８（例えば、絹、麻、木綿、毛糸、化学繊維等
で形成した布）が張架されている。つまり、駆動ローラ
ー１０６の回転によって、同図に矢印Ｋに示す方向（又
はその逆方向）に帯状部材１０８が搬送駆動される構成
となっている。その際には、駆動ローラー１０６又は従
動ローラー１０７の回転検出用のセンサ等を付設して、
帯状部材１０８の送り速度が速くなり過ぎないように監
視すること（帯状部材と指との過度の摩擦熱が発生しな
いようにすること）が好ましい。

【０２５２】また、帯状部材１０８の駆動時において、
当該帯状部材１０８に接触することで摩擦熱を発生させ
るための摩擦熱発生用部材１０９（ゴム材料等の摩擦係
数の高い材料で形成されている。）は、例えば、触覚提
示板１０５の回動軸１０１に付設されており、帯状部材
１０８のうち駆動ローラー１０６の近辺に接触される。
つまり、ローラー１０６、１０７による帯状部材１０８
の駆動機構と、摩擦熱発生用部材１０９とによって発熱
装置が構成されている。尚、駆動ローラー１０６が回転
している間、摩擦熱発生用部材１０９が帯状部材１０８
に対して常に接触されていると摩擦熱が常に発生するこ
とになるので、熱の提示が不要なときには摩擦熱発生用
部材１０９の帯状部材１０８への接触を解除するための
機構を設けることが好ましい（本機構は摩擦熱発生用部
材１０９と帯状部材１０８との接触状態を加減して発熱
量を制御する場合にも使用できる。）。

【０２５３】しかして、上記の構成では、触覚提示板１
０５を回動させ、帯状部材１０８を指の掌面に接触させ
た状態にすることで指に素材の感触を提示できることは
勿論、この状態で駆動ローラー１０６を回転させて帯状
部材１０８の送り制御を行うことにより、指先に対して
物体の移動を伴う触覚を提示することができる。さらに
は、摩擦熱発生用部材１０９を帯状部材１０８に接触さ
せたときに発生される摩擦熱を帯状部材１０８から指先
に伝達することで温覚を提示できる。

【０２５４】以上に説明した触覚や温覚の提示に必要な
制御要素をまとめると、下記のようになる。

【０２５５】Ｃ）検出のための要素・触覚提示に必要なセンサ（圧力センサやローラーの回
転検出用センサ等）・温覚提示に必要な熱や温度検出用のセンサＤ）駆動制御のための要素・指先へのクリック感の提示機構・指先への素材感の提示機構・発熱／吸熱装置

【０２５６】先ず、上記Ｃ）の触覚提示に必要なセンサ
については、例えば、前記した触覚提示板１０２が指先
に予定した押圧力でもって接触されるように制御した
り、あるいは、帯状部材１０８の送り速度を制御するた
めに使用される。そして、熱や温度検出用のセンサは、
温覚提示を行う場合の温度制御に使用されることは勿
論、過度の熱提示が行われないようにするためにも必要
である。尚、これらのセンサによって得られる検出信号
は全て入出力インターフェイス部１０（図１９参照。）
を介して中央制御部９に送られる。

【０２５７】上記Ｄ）の提示機構については、触覚提示
板１０２、１０５の駆動機構や帯状部材１０８の送り機
構が挙げられ、また、発熱／吸熱装置については、前記
したように触覚提示板１０２に温熱・冷却素子（１０
４）を付設した構成や、帯状部材１０８との接触により
摩擦熱を発生させる機構が挙げられるが、これらに対す
る制御信号は中央制御部９から入出力インターフェイス
部１０を介してそれぞれの機構に対して送出される。

【０２５８】尚、上記した装具類８と入出力インターフ
ェイス部１０との間の情報伝達については、これを有線
式通信で行っても無線通信で行っても構わないが、対象
者の動作や移動の自由度を制限しないという観点からは
無線通信の方が好ましい（例えば、ＩＥＥＥ１９３４の
規格に準拠した赤外線又は無線を使った入出力インター
フェイス等。）。

【０２５９】次に中央制御部９の構成について説明す
る。

【０２６０】図６９は中央制御部９において視覚・聴覚
情報に関する情報処理部分の構成例を主として示したも
のであり、映像・音声合成部１１０と統括制御部１１１
を備えている。

【０２６１】映像・音声合成部１１０は、統括制御部１
１１により仮想空間について規定される規則に従ってポ
リゴンデータ等の形状データやテクスチャーデータに基
づいて映像（ステレオ映像等。）信号や音声信号を生成
して、これらをヘッドマウントディスプレイ等の視覚表
示及び音声装置に出力したり、あるいはテクスチャーデ
ータに含まれる重量、力覚や触覚、温覚等の情報を統合
して後述する位置及び力覚制御部に提供する役割をもっ
ている。尚、重量、力覚や触覚、温覚等の情報を、材質
の質感等を表現するテクスチャーデータに包含させる理
由は、その方がデータ量を削減できるからである。

【０２６２】前記したように力触覚提示では仮想現実と
仮想イリュージョンとを区別する必要があり、そのため
に、本例では仮想現実データベース部１１０ａと仮想イ
リュージョンデータベース部１１０ｂとを独立して設け
ている。

【０２６３】仮想現実データベース部１１０ａを構成す
る構築されたデータベースは下記の通りである（括弧内
は符号を示す）。

【０２６４】ａ）環境データベース（１１０ａ＿１）ｂ）人体データベース（１１０ａ＿２）ｃ）衣服データベース（１１０ａ＿３）ｄ）道具データベース（１１０ａ＿４）。

【０２６５】先ず、環境データベース１１０ａ＿１は、
仮想現実世界を体験する被験者（の疑似映像）が、仮想
現実空間において存在するための環境を提供するデータ
群であり、例えば、無限平面や部屋等の映像データであ
る。但し、被験者が触ったり、動かす等して仮想的に影
響を及ぼすことのできる物体（仮想物体）、例えば、
襖、椅子、窓、武器等のデータは道具データベース１１
０ａ＿４に含まれるので、壁や天井、景色等のように動
かせないものが環境データベースのデータとなる。

【０２６６】人体データベース１１０ａ＿２は仮想世界
を体験する被験者自身、あるいは登場人物（仮想人物）
の映像や音声データを含むデータベースである。

【０２６７】衣服データベース１１０ａ＿３は被験者の
着衣や登場人物の衣類を構成するためのデータベースで
あり、例えば、甲冑やドレス等の構成データが含まれ
る。

【０２６８】道具データベース１１０ａ＿４は、被験者
が力学的作用を及ぼして動かすことのできる物体（仮想
物体）を構成するためのデータベースであり、例えば、
コップや椅子等の構成データが含まれる。

【０２６９】仮想イリュージョンデータベース部１１０
ｂについては、人間が実際に体験できない現象を仮想的
に作成して構成するためのデータベースが使用され、例
えば、触ると融けて軟らかくなる壁や、握手すると融け
出す人間、火や水でできた甲冑、触ると砕け散って雪だ
るまが出て話出す本等、幻想の世界を仮想的に生成する
ための一切のデータが含まれる。尚、このデータベース
についても、上記した仮想現実データベースの場合と同
様に、ａ）乃至ｄ）のデータベースに対応するデータベ
ースによって構成されるが、各データベースの区分けに
ついて、仮想現実データベースの場合ほどの厳密さは要
求されない。例えば、仮想現実データベースの場合に
は、環境データベースと道具データベースとの区別に関
して、被験者が触って動かせるか否かが判断の基準とな
っているが、仮想イリュージョンデータベースの場合に
は、被験者が触らなくても動かせる仮想物体があり得る
ので、これを道具データベースに包含させても問題はな
いし、壁が衣服に変化する場合にはこれを衣服データベ
ースに包含させても良いからである。

【０２７０】これらのデータベースはいずれも映像情報
に基づく視覚的な提示に利用するためのものであり、こ
れらはポリゴン（データ）生成部１１０ｃにより参照さ
れる。このポリゴン生成部１１０ｃは上記した各種のデ
ータベースに基づいて各種のポリゴンデータを生成する
ために必要とされ、各データベースにそれぞれ対応した
生成部（環境データベース１１０ａ＿１に対する環境ポ
リゴン生成部１１０ｃ＿１、人体データベース１１０ａ
＿２に対する人体ポリゴン生成部１１０ｃ＿２、衣服デ
ータベース１１０ａ＿３に対する衣服ポリゴン生成部１
１０ｃ＿３、道具データベース１１０ａ＿４に対する道
具ポリゴン生成部１１０ｃ＿４）が設けられている。
尚、人体ポリゴン生成部１１０ｃ＿２では、後述する現
状モーション生成部からのデータに基づいて被験者のポ
リゴンデータを生成する。

【０２７１】また、仮想イリュージョンデータベース部
１１０ｂについても仮想現実データベースの場合と同様
にポリゴン（データ）生成部１１０ｄが設けられてい
る。

【０２７２】仮想ポリゴン合成部１１０ｅは、上記した
ポリゴン生成部１１０ｃ、１１０ｄによって生成された
データを合成して出力する部分であり、画像合成された
情報（ステレオ映像等）は視覚表示及び音声出力装置１
１（ヘッドマウントディスプレイ等）の（ステレオ）映
像出力装置１１２に送出される情報統合部（１１０ｆ乃
至１１０ｈ）は、各ポリゴン生成部から得たテクスチャ
ーデータから重力、力覚、触覚、温覚のデータを取り出
してまとめた上で、各データ群を後述する位置及び力覚
制御部に送出する。つまり、重力についての情報は重力
情報統合部１１０ｆで抽出された後に後述の重力認識部
に送られ、力覚についての情報は力覚情報統合部１１０
ｇで抽出された後に後述の力覚認識部に送られる。ま
た、触覚と温覚についての情報は触覚及び熱情報統合部
１１０ｈにおいて抽出された後に、両者が後述の触覚及
び熱認識部に送られる。

【０２７３】干渉比較部１１０ｉは、各ポリゴン生成部
によって得られた全てのデータに基づいて、例えば、被
験者と仮想物体との間に干渉が起きているか否かを判別
するために設けられており、干渉がある場合、即ち、仮
想物体との接触や仮想物体から受ける力覚や温覚の提示
を要する可能性があると判断した場合に、下記に示す割
り込み（ＩＮＴ）を発生させる。

【０２７４】・位置又は力覚制御に対するＩＮＴ（例え
ば、値「０」のとき「位置制御」を示し、値「１」のと
き「力覚制御」を示す。）・触覚制御に対するＩＮＴ（例えば、値「０」のとき
「制御なし」を示し、値「１」のとき「制御あり」を示
す。）・温覚制御に対するＩＮＴ（例えば、値「０」のとき
「制御なし」を示し、値「１」のとき「制御あり」を示
す。）。

【０２７５】尚、これらによる制御内容については後述
する。

【０２７６】映像・音声合成処理部１１０への入力情報
は、前記した磁気センサやジャイロセンサによって得ら
れる検出情報であり、磁気センサ（図の「ＭＧＳ」）の
検出情報は音声信号処理部１１０ｊや仮想ポリゴン合成
部１１０ｅに送出され、ジャイロセンサ（図の「ＪＹ
Ｓ」）の検出情報はポリゴン生成部１１０ｃに送出され
る。

【０２７７】音声信号処理部１１０ｊは仮想現実世界や
仮想イリュージョンの世界における音源のデータベース
に基づいて音声情報を生成し、これを視覚表示及び音声
出力装置１１の音声出力部１１３に送出する。尚、この
音声信号処理部１１０ｊは、仮想現実と仮想イリュージ
ョンとの間で共用できる。

【０２７８】統括制御部１１１は、仮想現実又は仮想イ
リュージョンの世界を視覚表示・音声出力装置１１や力
触覚・温覚提示用の装具を通して現出させるか否かの選
択や、前記保護機構（危険回避の機構）の作動後におけ
る復旧の判断を行ったり、仮想現実や仮想イリュージョ
ンの世界での閉じた規則を司っている中枢部分である。
尚、この統括制御部１１１は、装具の着脱性を向上させ
るため、対偶の状態を一時的に保持するのに使用する対
偶保持機構１１４の制御も行っている（図６０、６１の
スライダー機構８９において、装具を着る時や脱ぐとき
に、スライド部材９０を移動させる。）。

【０２７９】次に、位置や力覚、触覚及び温覚の制御に
ついて説明する。

【０２８０】図７０は中央制御部９を構成する位置及び
力覚制御部１１５と、触覚及び温覚制御部１１６の構成
例を示したものである。

【０２８１】位置及び力覚制御部１１５は下記に示す構
成要素を備えている（括弧内は符号を示す。）。

【０２８２】・位置認識部（１１５ａ）初期のキャリブレーション（後述する）によって取得し
たデータ等をもとにして各ワイヤー長から関節の角度を
求める処理を行う。そのために、ワイヤー長を検出する
センサ（図の「ＷＬＳ」）から検出情報を受け取り、認
識結果についてはこれを後段の実重力認識部に送出す
る。

【０２８３】・実重力認識部（１１５ｂ）上記重力情報統合部１１０ｆから得られる被験者の重量
データに、装具の総重量を示すデータを加算するととも
に、位置認識部１１５ａによって得られた情報に対して
実際の重量データを付加する。つまり、これによって装
具を纏った被験者の重量が決定される。

【０２８４】・仮想重力認識部（１１５ｃ）上記重力情報統合部１１０ｆからの仮想物体に重量を付
与し、実重力認識部１１５ｂで得たデータに対して仮想
重量データが付加される。例えば、被験者が仮想物体で
ある本を手にもった場合には、本に付与された仮想重量
（仮想物体に対して想定した重量）を加味する必要があ
る。

【０２８５】・力覚認識部（１１５ｄ）張力センサ（図の「ＴＴＳ」）からの情報を取得した
り、力覚情報統合部１１０ｇからの仮想物体による力覚
の情報及び仮想重力認識部１１５ｃからの仮想重量とに
基づいてどの程度の力覚を被験者が受けるかを算定す
る。例えば、被験者が仮想物体を手にもっている状況を
想定した場合には、当該仮想物体が現実の物体であった
としたときに手や腕が受けるであろう力を計算により認
識する。但し、上記した干渉比較部１１０ｉからの位置
又は力覚制御に対する割り込み（ＩＮＴ）が発生して、
その時の値が「０」のときには動作しない。

【０２８６】・現状モーション生成部（１１５ｅ）後述の予測モーション生成部とともにモーション生成部
を構成する部分であり、上記実重力認識部１１５ｂから
のデータ及び人体データベース１１０ａ＿２のワイヤー
フレームデータに基づいて、被験者の現時点におけるモ
ーションをワイヤーフレームデータとして取得し、これ
を人体ポリゴン生成部１１０ｃ＿２や後述の危険回避制
御部に送出する。但し、上記した干渉比較部１１０ｉか
らの位置又は力覚制御に対する割り込み（ＩＮＴ）が発
生して、その時の値が「１」のときには動作しない。

【０２８７】・予測モーション生成部（１１５ｆ）力覚認識からのデータ及び人体データベース１１０ａ＿
２のワイヤーフレームデータに基づいて、被験者につい
て予測されるモーションをワイヤーフレームデータとし
て取得し、これを後述のワイヤー長制御部に送出する。
但し、上記した干渉比較部１１０ｉからの位置又は力覚
制御に対する割り込み（ＩＮＴ）が発生して、その時の
値が「０」のときには動作しない。

【０２８８】・危険回避制御部（１１５ｇ）現状モーション生成部１１５ｅによって得られるワイヤ
ーフレームに基づいて人体によって危険な***を取ろう
とする時や、関節の許容角度を逸脱するような***が予
測される場合に、ワイヤーとその駆動源とを切り離して
防止するものである。例えば、永久磁石と電磁石を使っ
た電磁クラッチ機構１１７において両者を分離すること
で、ワイヤーの駆動を禁止する。

【０２８９】図７１は電磁クラッチ機構を用いたときの
制御動作の一例を示したフローチャート図である。

【０２９０】先ず、ステップＳ１において接触検知用セ
ンサからの検出信号を取得した後、次ステップＳ２にお
いて、電磁クラッチ機構が結合状態にあるか否かを判断
する。例えば、図５２に示す例では、ワイヤー７３に固
定された永久磁石７７と、スライド式駆動部８１のワイ
ヤー部８１ａに対して固定された電磁石７９とが結合し
ているか否かを、接触検知用センサ７８、７８′からの
検出信号に基づいて判断し、両者の結合によってワイヤ
ー７３をスライド式駆動部８１で引っ張ることができる
状態である場合には、ステップＳ４に進むが、そうでな
いときはステップＳ３に進んでスライド式駆動部８１を
制御してワイヤー部８１ａがワイヤー７３に近付くよう
に移動させた後、ステップＳ１に戻る。

【０２９１】ステップＳ４において張力センサ（ＴＴ
Ｓ）からの検出信号を取得した後、次ステップＳ５では
ワイヤーの牽引力が危険な状態にあるか否かが問われ、
これが安全圏内にある場合には、ステップＳ４に戻る
が、そうでない場合には次ステップＳ６に進み、電磁ク
ラッチ機構が非結合状態となる（例えば、永久磁石と電
磁石とが分離する。）。

【０２９２】尚、ステップＳ７における機構的な割り込
みの発生時、例えば、ワイヤーへの牽引力が急上昇して
危険状態が発生し、これに対して緊急に対処する必要が
ある場合には、次ステップＳ８に進んで、ワイヤーの牽
引力が永久磁石の吸着力を越えたときにステップＳ６に
進む。また、ワイヤーの牽引力が永久磁石の吸着力以下
の場合にはステップＳ４に進む。

【０２９３】・ワイヤー長制御部（１１５ｂ）予測モーション生成部１１５ｆからのデータに基づいて
各ワイヤーの長さを制御するものであり、ワイヤー駆動
部１１８に対して制御信号を送出する。尚、上記した干
渉比較部１１０ｉからの位置又は力覚制御に対する割り
込み（ＩＮＴ）が発生して、その時の値が「０」のとき
には、ワイヤーの張力が一定となるように、現状モーシ
ョン生成部１１５ｅによる***を基準として、予測モー
ション生成部１１５ｆからの***へと移行するようにワ
イヤー長を制御する。また、値が「１」のときには、現
状モーション生成部１１５ｅによる***を保持したまま
で、予測モーション生成部１１５ｆから得られる力覚だ
けを提示するようにワイヤー長を制御する。

【０２９４】触覚及び温覚制御部１１６は、下記に示す
構成要素を備えている（括弧内に符号を示す。）。

【０２９５】・熱認識部（１１６ａ）被験者の指先の温度情報を、熱又は温度検出用のセンサ
（図の「ＴＨＳ」）により取得して監視するものであ
る。尚、当該情報が許容範囲から逸脱している場合、例
えば、上限温度を越えて危険な温度に達している場合に
は、発熱・吸熱装置１１９への電力供給を停止するか、
又は制御を反転させる（発熱から吸熱への移行あるいは
その逆の移行）ための信号を発生させ、後述の熱制御部
に送出する。

【０２９６】・触覚認識部（１１６ｂ）圧力センサ（図の「ＰＳＳ」）によって指先の圧力の状
態を検出したり、あるいはローラー（図６８の１０６、
１０７を参照。）の回転数を回転検出センサ（図の「Ｒ
ＬＳ」）によって検出して監視するものである。尚、検
出した圧力が許容範囲内から逸脱したと判断したとき、
あるいはローラーの回転数が速すぎると判断した場合に
は、その旨を後述の触覚制御部に送出して、過度の圧力
等が指に加わらないように防止する。

【０２９７】・熱パターン生成部（１１６ｃ）後述の触覚パターン生成部とともにパターン生成部を構
成しており、上記モーション生成部や触覚及び熱情報統
合部１１０ｈからの情報、そして熱認識部１１６ａから
の情報に基づいて指先に提示したい温度感覚の提示パタ
ーンを生成する。尚、上記した位置及び力覚に対する割
り込み（ＩＮＴ）が発生して、その時の値が「１」とさ
れ、かつ、温覚制御に対する割り込み発生時の値が
「１」のときにのみ動作する。

【０２９８】・触覚パターン生成部（１１６ｄ）上記モーション生成部や触覚及び熱情報統合部１１０ｈ
からの情報、そして触覚認識部１１６ｂからの情報に基
づいて指先に提示したい触覚の提示パターンを生成す
る。尚、上記した位置及び力覚に対する割り込み（ＩＮ
Ｔ）が発生して、その時の値が「１」とされ、かつ、触
覚制御に対する割り込み発生時の値が「１」のときにの
み動作する。

【０２９９】・熱制御部（１１６ｅ）熱パターン生成部１１６ｃからの指令を受けて発熱・吸
熱装置（ペルチェ素子等。）１１９に制御信号を送出す
る部分である。

【０３００】・触覚制御部（１１６ｆ）触覚パターン生成部１１６ｄからの指令を受けて触覚提
示板の駆動機構１２０やローラー駆動部１２１に対して
制御信号を送出して制御を行う部分である。

【０３０１】尚、触覚制御については、指の圧力を加え
るタイミングを予め設定しておき、当該タイミングにな
ったときに仮想映像による入力装置（キーボードやマウ
ス、ジョグダイヤル、トラックボール等）を視覚表示装
置上に表示して、仮想の入力装置への打鍵や釦操作によ
ってコマンドによる指示やデータ入力等を行うことがで
きる。

【０３０２】次に、装具に関する初期設定時に行うキャ
リブレーション処理について図７２乃至図７４に従って
説明する。

【０３０３】図７２は、関節可動域（関節が動作する範
囲）やワイヤー長の時間的変化や、位置制御速度の最大
値を取得するための処理例を示すフローチャート図であ
る。

【０３０４】先ず、ステップＳ１では、対象者に装具を
装着してから、各ワイヤーの張力が一定の状態となるよ
うにワイヤー駆動部１１８を制御した上で、次ステップ
Ｓ２では、被験者（対象者）に対して動作の模倣を促す
ために音声情報（視覚表示及び音声出力装置１１内の音
声出力装置１１３を通した音声ガイド）を伝える。

【０３０５】被験者に模倣してもらう動作については、
例えば、下記に示す例が挙げられる。

【０３０６】・手を前に出して拳をつくった状態での、
肘伸展、回内、第２乃至第５指のＤＩＰ、ＰＩＰ、ＭＰ
屈曲、第１指のＩＰ、ＭＰ屈曲・手で鉄アレイを把持して、これを上げてからの回外、
肘屈曲、指屈曲時の手首の掌屈・手を前に出して掌面を平らにした状態における、対立
の平坦位、第２乃至５指のＭＰ外転、第１指のＣＭ橈屈
外転・手首を下に曲げた状態からの指伸展時の手首の掌屈・手首を上に曲げた状態からの手首の背屈・手刀状態での、第２乃至第５指のＤＩＰ、ＰＩＰ、Ｍ
Ｐ伸展とＭＰ内転・親指を小指の付け根につけた状態での、対立の湾曲
位、第１指のＣＭ尺屈内転。

【０３０７】次ステップＳ３では、模倣すべき動作を映
像情報として被験者に提供するために当該情報を視覚表
示及び音声出力装置１１に送出する。そして、この装置
に映し出された手や腕の動作（模範動作）を示す映像
と、被験者の手や腕を撮影して得られる映像とがほぼ重
なるように被験者に動作を模倣してもらう。尚、模範動
作の映像と、被験者の映像を合成して視覚表示及び音声
出力装置１１の映像出力装置１１２上に映し出すには、
例えば、ヘッドマウントディスプレイ等の視覚表示及び
音声出力装置１１に撮像手段（ＣＣＤ型やＭＯＳ型のエ
リアイメージセンサ等の固体撮像素子等。）を付設して
撮影した被験者の映像信号を入出力インターフェイス部
１０を介して中央制御部９に一旦取り込んだ後、画像座
標系での位置補正及び模範動作を示す映像との画像合成
処理を施してから出力信号を視覚表示及び音声出力装置
１１に送出すれば良い。

【０３０８】次ステップＳ４において、各ワイヤー長の
検出を行い、長さ変動が予め決められた基準範囲内であ
るか否かを位置認識部１１５ａで判断する。そして、変
動が基準値以上の場合にはステップＳ３に戻って動作の
模倣を再実行してもらうが、そうでない場合には次ステ
ップＳ５に進む。

【０３０９】ステップＳ５では、予め決めておいた一定
の時間間隔（サンプリング周期）に従って計時を行うと
ともに、時間経過に伴う各ワイヤー長の変位量（動作開
始時におけるワイヤー長を基準としてサンプリング時刻
毎に検出したワイヤーの長さ変位）を示すデータを取得
した後で、ステップＳ６に進む。

【０３１０】例えば、図７３のグラフ図に示すように、
横軸に時間「ｔ」をとり、縦軸には、あるワイヤー長
「Ｌ」をとって、グラフ曲線ｇｙ（若者の場合）とグラ
フ曲線ｇｏ（高齢者の場合）を概略的に示したものであ
る。尚、図中の「ｔ０」は動作開始時点を示しており、
「ΔＴｓ」はサンプリング（時間）間隔を示している。
また、「ＬＯ」は被験者の動作直前のワイヤー長、「Ｌ
１」は被験者の動作終了時のワイヤー長をそれぞれ示し
ている。つまり、ワイヤー長の変位量は「ΔＬ＝Ｌ−Ｌ
０」で表され、その最大値（関節可動域）が「ΔＬmax
＝Ｌ１−Ｌ０」である。

【０３１１】図から分かるように、若者の場合には動作
開始直後からΔＬが直ぐに立ち上がってＬ＝Ｌ１に漸近
して飽和する様子が認められ、高齢者の場合には動作開
始直後からΔＬがゆっくりと立ち上がって最終的にはＬ
＝Ｌ１に飽和する様子が認められる。

【０３１２】よって、ある時刻ｔ（＝ｔ０＋ｎ・ΔＴ
ｓ、ｎは自然数。）におけるワイヤー長Ｌからその変位
量ΔＬ（関節角度や回内・回外角度等に対応する。）を
求めることができるので、このデータを時間情報ととも
に記憶手段に格納しておくことにより被験者の動作をワ
イヤー長の時間変化として取得することができる（この
処理が図７２のステップＳ６である。）。尚、その際、
被験者の人体構造モデル（人体に関する力学的構造を示
す数値モデルであり、例えば、特願平１０−２６６号
（特開平１１−１９２２１４号）を参照。）を予めデー
タベース化したものを利用できる場合には、当該モデル
から得られる各関節の可動範囲や動作時間等を上記の検
出データと比較・対照をすることによって、例えば、被
験者の筋肉等に無理な力がかかっているか否か等を判断
することができる。

【０３１３】続くステップＳ７（図７２参照。）では全
ての動作についてステップＳ６でのデータ取得が終了し
たか否かを判断し、終了時にはステップＳ８に進むが、
未終了時にはステップＳ２に戻る。

【０３１４】ステップＳ８では各ワイヤーの位置制御
（あるいはワイヤー長の制御）における最大速度（Ｖma
x）を算出する。

【０３１５】つまり、図７３に示したグラフ曲線におけ
る勾配（あるいは傾き）を計算したとき、その中での最
大値がＶmaxであり、これはワイヤー長の制御において
Ｖmaxを超える速度でワイヤーが引っ張られるのを禁止
するために必要である。尚、「Ｖmax＝ｍａｘ（ΔＬi／
ΔＴｓ）である。但し、「ΔＬi」は、整数変数を
「ｉ」としたとき、時刻ｔ＝ｔ０＋ｉ・ΔＴｓでのワイ
ヤー長Ｌ（ｉ）と、時刻ｔ＝ｔ０＋（ｉ＋１）・ΔＴｓ
でのワイヤー長Ｌ（ｉ＋１）との差、「Ｌ（ｉ＋１）−
Ｌ（ｉ）」であり、また、ｍａｘ（Ｘ）は変数Ｘの変域
内での最大値を示す関数である。

【０３１６】このように、対象の動作変化に伴うワイヤ
ー長の時間的変化を示すｔ（時間）−Ｌ（ワイヤー長又
は位置変位）特性を取得するとともに、当該変化におけ
る勾配を算出することでワイヤー部材の駆動制御につい
て許容される制御速度の最大値又はこれに安全率を加味
した上限値を求めることができる。

【０３１７】図７４は、力触覚提示量の最大値や、力覚
提示速度の最大値を取得するための処理例を示すフロー
チャート図である。

【０３１８】先ず、ステップＳ１では、装具の装着後に
おいて、ワイヤー駆動部１１８の制御によりワイヤー部
材の長さが一定となるように、ワイヤー長を一定値に保
った状態とし、また、指先への触覚提示については上記
触覚提示板（図６７、６８参照。）を指に接触させて、
この状態を保持した後、次ステップＳ２に進む。

【０３１９】ステップＳ２や次ステップＳ３について
は、図７２のステップＳ２やＳ３と同様であり、被験者
に対して音声ガイドによる動作説明を行い、視覚表示及
び音声出力装置１１に映し出される動作を模倣してもら
う。

【０３２０】続くステップＳ４では各ワイヤーの張力を
張力センサで検出して、その変動率が予め決められた基
準値以下であるか否かを力覚認識部１１５ｄが判断し、
そうであれば次ステップＳ５に進むが、そうでなければ
ステップＳ３に戻って動作を再実行してもらう。

【０３２１】ステップＳ５では、予め決めておいた一定
の時間間隔（サンプリング周期）に従って計時を行うと
ともに、時間経過に伴う各ワイヤーの張力変化（動作開
始時における張力値を基準としてサンプリング時刻毎に
検出したワイヤー張力の変化量）を示すデータを取得及
し、かつ、各時刻で指にかかる圧力値を圧力センサで検
出した後、ステップＳ６に進む。つまり、横軸を時間軸
とし、縦軸をワイヤーの張力又は指への圧力としたグラ
フ図において、図７３での説明と同様の手順でサンプリ
ング時刻毎の検出データを得て、これを時間情報ととも
に記憶手段に格納しておくことにより、被験者の動作に
基づくワイヤー張力の変化（手や腕の動作に対応して被
験者に付与される力覚の度合を示す。）及び指への圧力
変化（指の動作に対応して被験者に付与される触覚の度
合を示す。）を取得することができる。

【０３２２】ステップＳ７では全ての動作についてのデ
ータ取得が終了したか否かを判断し、終了時にはステッ
プＳ８に進むが、未終了時にはステップＳ２に戻る。

【０３２３】ステップＳ８では各ワイヤーの張力制御に
おける最大速度及び触覚提示制御における最大印加圧
（最大提示圧）を算出する。つまり、前者の最大速度に
ついては、対象の動作変化に伴うワイヤー張力の時間的
変化を示すｔ（時間）−ＴＳ（ワイヤー張力）特性を取
得するとともに、当該変化における勾配を算出すること
で対象について許容される力覚提示速度の最大値又はこ
れに安全率を加味した上限値を求めることができ、この
値を超える張力に対応した力覚が被験者に提示されるの
を禁止するために必要である。また、後者の最大印加圧
は、検出された圧力値の最大値であり、これの値を超え
る圧力が指にかからないように規制するために必要であ
る。

【０３２４】以上に説明した力触覚提示装置の適用例と
しては、下記に示す分野が挙げられる。

【０３２５】・仮想現実を利用した各種のシミュレータ
ーや、テレリアリティ分野における遠隔操作時の力触覚
提示装置・仮想イリュージョンを利用したゲーム機器・医療分野における対偶の駆動補助や動力補助のための
装置・人体の関節自由度をそのままに模倣したマニピュレー
タやロボットアーム等。

【０３２６】最後の例については、人体の手や腕の関節
構造を模写して作成した骨格構造物に対して、上記した
装具やワイヤーを取り付けるとともに、ワイヤーの駆動
機構や駆動源等を骨格構造物に内蔵した構成のマニピュ
レータやハンドを作成することができる。そして、これ
らのマニピュレータに付設したのと全く同等の装具やワ
イヤー等を被験者の手腕に装着すれば、マニピュレータ
で物に触ったり持ち上げたりしたときの力触覚を、被験
者の手や腕にそのまま写して提示することができるよう
になる。

【０３２７】しかして、本実施例に係る力触覚提示装置
によれば、下記に示す利点を得ることができる。

【０３２８】・人体の関節だけを使用しているので、関
節構造や軸構造をもった外骨格機構部を人体に付設する
必要がない。よって、機構部の軽量化や薄型化に適して
おり、装着が容易であって、かつ動き易い。

【０３２９】・人体の筋配置を模倣したワイヤーの駆動
制御を実現し、当該ワイヤーの駆動部を効率的に装具に
配置することで省スペース化が可能である。また、ワイ
ヤー及びその駆動機構と、バネ部材を使った機構とを組
み合わせることで動力源やワイヤー駆動機構を削減でき
る。

【０３３０】・基本的には手部の背面にサポーターを付
設するだけで済むので、温度や触覚の提示機構を掌面に
設ける際に支障を来さない。

【０３３１】・サポーターによる圧迫やワイヤーによる
損傷等に対して安全対策を講じている。

【０３３２】・キーや釦等を触った瞬間の感触のよう
に、硬いものに触れたときの触覚提示が可能である。

【０３３３】・指先で素材を触った感触や、該素材が１
方向に流れて行くかの如き触覚提示が可能である。

【０３３４】・指先に温覚を提示できる。

【０３３５】・力覚提示用のワイヤー部材を動作認識の
ための検出手段として使用することでモーションキャプ
チャーの機能を実現できる。

【０３３６】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１や請求項２に係る発明によれば、対象に装
着した被覆部材のうち、対をなす被覆部材の姿勢に係る
相対位置情報を得ることができ、対象に外付けして使用
する大掛かりな機構部品が必要ないので、装置の軽量化
に適しており、動作の悪化や体力の消耗等への影響が少
ない。また、被覆部材を対象に装着するのに要する作業
時間程度で済むので、準備作業に手間取ることはなくな
り、対象の動作許容範囲について制約を受けることもな
い。

【０３３７】請求項３や請求項４に係る発明によれば、
第１の被覆部材に付設された光源や目印の光学的検出に
よって第１、第２の被覆部材に関する相対的な位置関係
を容易に取得することができる。

【０３３８】請求項５や請求項６に係る発明によれば、
４点以上の光源や目印の位置を結んでできる平面図形を
認識することで、これらの位置関係の把握が容易にな
る。

【０３３９】請求項７乃至１０に係る発明によれば、光
源の点滅周期や点滅パターンによって各光源を簡単に区
別できる。

【０３４０】請求項１１や請求項１２に係る発明によれ
ば、第１の被覆部材に付設された磁界発生源の磁気的検
出によって第１、第２の被覆部材に関する相対的な位置
関係を容易に取得することができる。

【０３４１】請求項１３や請求項１４に係る発明によれ
ば、複数の磁界発生源についての磁気検出が競合しない
ように時分割処理によって各磁気検出を行うことができ
るので、誤検出の発生を防止できる。

【０３４２】請求項１５や請求項１６に係る発明によれ
ば、ワイヤー部材を使ってその長さ変位を検出すること
で動作認識が可能となるので、例えば、ワイヤー部材を
用いた力触覚提示装置では、力覚提示のためのワイヤー
部材と動作認識用のワイヤー部材とを兼用することがで
きる。

【０３４３】請求項１７や請求項１８に係る発明によれ
ば、一対のワイヤー部位を使って腕の回内・回外動作の
認識が可能となり、簡単な構成で済む。

【０３４４】請求項１９に係る発明によれば、手指の屈
曲位又は伸展位の方向への付勢力を得るための弾性部材
を用いることで、被覆部材に対して付設するワイヤー部
材の数を低減することができるので、機構を簡素化でき
る。

【０３４５】請求項２０や請求項２６に係る発明によれ
ば、可撓性を有する管状部材にワイヤー線材を通した構
成を用いることによってワイヤー駆動時における対象へ
の損傷を防止することができ、かつワイヤー部材の強度
を増強することができる。

【０３４６】請求項２１や請求項３３に係る発明によれ
ば、対象に重量の嵩む機構部品を装着することなくワイ
ヤー部材の駆動制御だけで力触覚を提示することができ
る。

【０３４７】請求項２２に係る発明によれば、駆動手段
によって、一方のワイヤー部材の緊張と他方のワイヤー
部材の弛緩の状態を制御することで容易に回内・回外動
作に係る力覚を提示できる。

【０３４８】請求項２３に係る発明によれば、駆動手段
によってワイヤー部材を弾性部材による付勢力に抗して
引っ張ることによって、手や指の屈曲・伸展動作に係る
力覚を提示できる。

【０３４９】請求項２４に係る発明によれば、弾性部材
として渦巻バネを用いて被覆部材をその側面で連結する
ことによって、関節部の瞬間的な中心移動や被覆部材の
ずれ等に起因する動作時の違和感を軽減することができ
る。

【０３５０】請求項２５に係る発明によれば、弾性部材
としてコイルバネを用いてこれを被覆部材の背面に取り
付けるによって屈曲動作時におけるバネの干渉を防止す
ることができる。

【０３５１】請求項２７や請求項３４に係る発明によれ
ば、ワイヤー部材を介して対象に過度の力が加わらない
ように危険防止対策を講じることができる。

【０３５２】請求項２８に係る発明によれば、ワイヤー
部材に固定した永久磁石又は磁性体と、駆動手段側の電
磁石とによって電磁クラッチ機構を簡単に構成できる。

【０３５３】請求項２９に係る発明によれば、内転・外
転のための回動機構を各指に付設することによって、指
の動作への追従性を向上させることができる。

【０３５４】請求項３０に係る発明によれば、手の平坦
位や湾曲位に対して被覆部材の形状変形がし易くなり、
手の甲の形状に対する追従性が向上する。

【０３５５】請求項３１に係る発明によれば、手部の対
立動作が容易になり、また、各指の被覆部材同士をＶ字
状バネで連結することによって強度を向上させることが
できる。

【０３５６】請求項３２に係る発明によれば、装具の着
脱がし易くなり、装着時間等を短縮できる。

【０３５７】請求項３５に係る発明によれば、ワイヤー
部材の張力を一定に保った状態で、対象の動作時におけ
るワイヤー長の時間的変化を示す情報を取得すること
で、ワイヤー長に対応する関節可動域がどれくらいであ
るか及びワイヤー駆動の制御速度の許容上限値を取得す
ることができるので、対象にとって危険のない範囲でワ
イヤー部材の駆動制御を行うことができる。

【０３５８】請求項３６に係る発明によれば、ワイヤー
部材の長さを一定に保った状態で、対象の動作時におけ
るワイヤー張力の時間的変化を示す情報を取得すること
で、ワイヤー張力変化の範囲がどれくらいであるか及び
力覚提示量の許容上限値を取得することができるので、
対象にとって危険のない範囲で力覚提示を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】前腕及び上腕の骨格構造を示す説明図である。

【図２】図３とともに被覆部材の一例を概略的に示ず図
であり、本図は前腕の回外時において掌面側から見た被
覆部材の取り付け状態を示す。

【図３】過度の回内時に肘側から見た被覆部材の取り付
け状態を示す図である。

【図４】図５とともに光学的検出方法について説明する
ための図であり、本図は前腕の回内・回外動作の認識を
行う場合の説明図である。

【図５】流し撮りによる検出方法について説明するため
のグラフ図である。

【図６】磁気的検出方法を用いて前腕の回内・回外動作
の認識を行う場合の説明図である。

【図７】図８乃至図１２とともに、一対のワイヤー部材
を使った認識方法について説明するための図であり、本
図は前腕の回外状態における一方のワイヤー部材ＷＡの
配置を示す。

【図８】回外状態における他方のワイヤー部材ＷＢの配
置を示す図である。

【図９】図１０とともに前腕の立位状態におけるワイヤ
ー部材の配置を示す図であり、本図は一方のワイヤー部
材ＷＡの配置を示す。

【図１０】立位状態における他方のワイヤー部材ＷＢの
配置を示す図である。

【図１１】図１２とともに前腕の回内状態におけるワイ
ヤー部材の配置を示す図であり、本図は一方のワイヤー
部材ＷＡの配置を示す。

【図１２】回内状態における他方のワイヤー部材ＷＢの
配置を示す図である。

【図１３】肘部サポーターにおけるワイヤー部材の駆動
機構部の配置例を示す図である。

【図１４】プーリーを経由してワイヤー部材を駆動機構
部に接続するように構成した例を示す図である。

【図１５】肘部サポーターの底部にワイヤー部材の駆動
機構部を配置した例を示す図である。

【図１６】指部における筋配置を概略的に示す側面図で
ある。

【図１７】装置の基本構成例を示す図である。

【図１８】図１９乃至図７４とともに、本発明の実施の
一例を示すものであり、本図は仮想現実と仮想イリュー
ジョンの概念に関する説明図である。

【図１９】装置構成の概要を示す図である。

【図２０】図２１及び図２２とともに対象者への装具の
装着について説明するための図であり、本図は手指サポ
ーターや前腕部サポーターの人体への装着方向に対し
て、上腕部サポーターの人体への装着方向が反対方向に
なっている例を示す。

【図２１】各サポーターの人体への装着方向が統一され
ている例を示す図である。

【図２２】各サポーターを人体に装着した状態を示す図
である。

【図２３】手部サポーターの全体を概略的に示す図であ
る。

【図２４】甲側からみた手部サポーターを概略的に示す
図である。

【図２５】側面からみた手部サポーターを概略的に示す
図である。

【図２６】渦巻バネの形状例を示す図である。

【図２７】多連構造の渦巻バネ群と、その使用例を示す
図である。

【図２８】バネ強度の調節機構を被覆部に付設した状態
を示す指部の側面図である。

【図２９】バネ強度の調節機構について構成例を示す図
である。

【図３０】バネ強度の調節機構について別例を示す図で
ある。

【図３１】調節機構を渦巻バネの付け根に設けた構成例
を示す図である。

【図３２】指の大きさに合わせた被覆部の調整機構例を
概略的に示す図である。

【図３３】被覆部の背面に蝶番式コイルバネを用いた構
成例を示す図である。

【図３４】手部サポーターにおけるワイヤー配置につい
て甲側からみた図である。

【図３５】手部サポーターにおけるワイヤー配置につい
て拇指側からみた図である。

【図３６】ワイヤー端の処理例を示す説明図である。

【図３７】ＭＰ関節付近の被覆部に設けられたＶ字状バ
ネの配置を示す図である。

【図３８】Ｖ字状バネの形状例を示す図である。

【図３９】甲面サポーターの構成例を示す図である。

【図４０】蝶番バネの形状例を示す図である。

【図４１】蝶番バネの支持機構の要部を示す図である。

【図４２】甲面サポーターの別例を示す図である。

【図４３】内転・外転のための動作機構の一例を示す図
である。

【図４４】内転・外転のための動作機構に磁石を使った
例を示す図である。

【図４５】内転・外転のための動作機構の別例を示す図
である。

【図４６】３つの渦巻バネを並設した連結構造の要部を
示す図である。

【図４７】スライド式反力調整機構の構成例を示す図で
ある。

【図４８】図４９とともに拇指のＣＭ関節における対立
動作機構について説明するための図であり、本図は甲側
からみた図である。

【図４９】拇指の動作軸に直交する方向からみた図であ
る。

【図５０】手首サポーターの装着についての説明図であ
る。

【図５１】ワイヤー駆動機構の一例を示す図である。

【図５２】ワイヤー駆動機構の別例を示す図である。

【図５３】電磁クラッチ機構例を示す図である。

【図５４】図５５とともに手部サポーターを示す図であ
り、本図は甲側からみた図である。

【図５５】ワイヤー部材だけを抽出してそれらの配置を
示した図である。

【図５６】手指サポーターにおけるワイヤーの支持例を
示す図である。

【図５７】指部について初期状態（外転・平坦位）と、
内転・湾曲位の状態をそれぞれ示した図である。

【図５８】甲面サポーターにおけるワイヤー部材の配置
を示す図である。

【図５９】手関節の動作に関するワイヤー部材の配置に
ついて説明するための図である。

【図６０】図６１とともに、手首サポーターの状態保持
機構の一例を示す図であり、本図は指関節の屈曲状態を
示す。

【図６１】指関節の伸展状態を示す図である。

【図６２】回内・回外動作にかかるワイヤー部材の配置
を示す図である。

【図６３】回外、立位、回内状態を示す説明図である。

【図６４】Ｃ字状のガイド部材を前腕部サポーターの側
面に付設した構成例を示す図である。

【図６５】肘部結合用サポーターの構成例を示す図であ
る。

【図６６】前腕部サポーターと上腕部サポーターの構成
例を示す図である。

【図６７】触覚呈示機構の一例を示す図である。

【図６８】触覚呈示機構の別例を示す図である。

【図６９】視覚・聴覚情報に関する情報処理部分の構成
例を示す図である。

【図７０】位置及び力覚制御部と、触覚及び温覚制御部
の構成例を示す図である。

【図７１】電磁クラッチ機構を用いた制御動作の一例を
示したフローチャート図である。

【図７２】関節可動域やワイヤー長の時間的変化、位置
制御速度の最大値を取得するための処理例を示すフロー
チャート図である。

【図７３】ワイヤー長さの時間的変化を示すグラフ図で
ある。

【図７４】力触覚提示量の最大値や力覚提示速度の最大
値を取得するための処理例を示すフローチャート図であ
る。

【符号の説明】

１…動作認識装置（又は力触覚提示装置）、２…被覆部
材、３…ワイヤー部材、４…駆動手段、８、１２…装
具、１３…渦巻バネ、３６…コイルバネ、４０…Ｖ字状
バネ、４１…蝶番部材、４２…支持機構、４７…回動機
構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象の動作を認識して当該動作に対応し
たデータを出力するための動作認識装置において、対象の骨格構造を構成する関節部の近辺にそれぞれ装着
される一対又は複数対の被覆部材と、上記被覆部材同士の相対的な位置関係を検出するため
に、対をなす被覆部材のそれぞれに付設され又は両被覆
部材に亘って付設された位置検出手段とを備え、上記位置検出手段が、ある被覆部材の位置を基準とし
て、当該被覆部材に関して対をなす他の被覆部材の姿勢
に係る相対位置情報を出力することを特徴とする動作認
識装置。
【請求項２】対象の動作を認識して当該動作に対応し
たデータを取得する動作認識方法において、対象の骨格構造を構成する関節部に一対の又は複数対の
被覆部材を付設した後、ある被覆部材の位置を基準として、当該被覆部材に関し
て対をなす他の被覆部材の姿勢に係る相対位置情報を検
出し、上記相対位置情報を総合して対象又は対象部位の動作全
体を認識することを特徴とする動作認識方法。
【請求項３】請求項１に記載した動作認識装置におい
て、対をなす被覆部材のうち、第１の被覆部材に付設された
複数の光源又は目印と、該光源又は目印からの光を検出
するために第２の被覆部材に付設された光検出手段とに
よって、位置検出手段が構成されていることを特徴とす
る動作認識装置。
【請求項４】請求項２に記載した動作認識方法におい
て、対をなす被覆部材のうち、第１の被覆部材に複数の光源
又は目印を付設し、これらによる発光又は反射光を第２
の被覆部材に付設した光検出手段で検出することによっ
て、第２の被覆部材を基準とした上記第１の被覆部材の
姿勢に係る相対位置情報を検出することを特徴とする動
作認識方法。
【請求項５】請求項３に記載した動作認識装置におい
て、第１の被覆部材に付設された４つ以上の光源又は目印の
位置を検出することにより、当該４点を結んでできる図
形を含む平面を認識する撮像手段が第２の被覆部材に付
設されていることを特徴とする動作認識装置。
【請求項６】請求項４に記載した動作認識方法におい
て、第１の被覆部材に付設された４つ以上の光源又は目印の
位置を検出して、当該４点を結んでできる図形を含む平
面を認識することを特徴とする動作認識方法。
【請求項７】請求項３に記載した動作認識装置におい
て、点滅周期又は点滅パターンがそれぞれ異なる光源が第１
の被覆部材に付設されていることを特徴とする動作認識
装置。
【請求項８】請求項４に記載した動作認識方法におい
て、複数の光源について、それらが異なる点滅周期又は点滅
パターンで発光するように設定することで各光源を区別
することを特徴とする動作認識方法。
【請求項９】請求項５に記載した動作認識装置におい
て、点滅周期又は点滅パターンがそれぞれ異なる光源が第１
の被覆部材に付設されていることを特徴とする動作認識
装置。
【請求項１０】請求項６に記載した動作認識方法にお
いて、複数の光源について、それらが異なる点滅周期又は点滅
パターンで発光するように設定することで各光源を区別
することを特徴とする動作認識方法。
【請求項１１】請求項１に記載した動作認識装置にお
いて、対をなす被覆部材のうち、第１の被覆部材に付設された
磁界発生源と、該磁界発生源による磁界を検出するため
に第２の被覆部材に付設された磁気検出手段とによっ
て、位置検出手段が構成されていることを特徴とする動
作認識装置。
【請求項１２】請求項２に記載した動作認識方法にお
いて、対をなす被覆部材のうち、第１の被覆部材に磁界発生源
を付設し、これらによる磁界を第２の被覆部材に付設し
た磁気検出手段で検出することによって、第２の被覆部
材を基準とした上記第１の被覆部材の姿勢に係る相対位
置情報を検出することを特徴とする動作認識方法。
【請求項１３】請求項１２に記載した動作認識方法に
おいて、複数の磁界発生源に対して１つの磁気検出手段により検
出を行う場合には、各磁気検出が同時に行われないよう
に時分割処理によって個々の磁界発生源について順次に
磁気検出を行うことを特徴とする動作認識方法。
【請求項１４】請求項１２に記載した動作認識方法に
おいて、磁界発生源とこれに対応する磁気検出手段とを一組にし
て複数組について磁気検出を行う際には、それぞれの磁
気検出が同時に行われないように時分割処理によって個
々の磁界発生源について順次に磁気検出を行うことを特
徴とする動作認識方法。
【請求項１５】請求項１に記載した動作認識装置にお
いて、対をなす被覆部材に亘って架け渡された複数対のワイヤ
ー部材と、該ワイヤー部材の長さを検出するための検出
手段とによって、位置検出手段が構成されていることを
特徴とする動作認識装置。
【請求項１６】請求項２に記載した動作認識方法にお
いて、対をなす被覆部材に亘って複数対のワイヤー部材を架け
渡して、該ワイヤー部材の長さを検出することによっ
て、一方の被覆部材を基準とした他方の被覆部材の姿勢
に係る相対位置情報を検出することを特徴とする動作認
識方法。
【請求項１７】請求項１５に記載した動作認識装置に
おいて、前腕の肘部付近に装着される第１の被覆部材と、手首に
おける尺骨及び橈骨の突起部分に装着される第２の被覆
部材を備え、上記第１の被覆部材から第２の被覆部材に亘って一対の
ワイヤー部材が架け渡されていることを特徴とする動作
認識装置。
【請求項１８】請求項１６に記載した動作認識方法に
おいて、前腕の肘部付近に第１の被覆部材を装着するとともに、
手首における尺骨及び橈骨の突起部分に第２の被覆部材
を装着し、上記第１の被覆部材から第２の被覆部材に亘って一対の
ワイヤー部材を架け渡してこれらのワイヤーの長さを検
出することにより前腕の回内又は回外動作の状態を認識
することを特徴とする動作認識方法。
【請求項１９】請求項１５に記載した動作認識装置に
おいて、手や指の背面に装着される複数の被覆部材と、上記被覆部材のうちの隣り合う部材同士を連結するとと
もに、手指の屈曲位又は伸展位の方向に力を付勢するた
めの弾性部材と、上記被覆部材にそれぞれ付設された複数対のワイヤー部
材とを有することを特徴とする動作認識装置。
【請求項２０】請求項１５に記載した動作認識装置に
おいて、可撓性を有する管状部材にワイヤー線材を通すことによ
ってワイヤー部材が構成されていることを特徴とする動
作認識装置。
【請求項２１】ワイヤー部材を用いて対象者に力触覚
を提示する力触覚提示装置であって、対象者に装着して使用する複数の装具と、上記装具を構成する被覆部材のうち、対をなす被覆部材
に亘って架け渡された複数対のワイヤー部材と、上記ワイヤー部材を駆動する駆動手段と、上記ワイヤー部材の長さを検出するためのワイヤー長検
出手段と、上記ワイヤー部材の張力を検出するためワイヤー張力検
出手段とを備えていることを特徴とする力触覚提示装
置。
【請求項２２】請求項２１に記載した力触覚提示装置
において、前腕の肘部付近に装着される第１の被覆部材と、手首に
おける尺骨及び橈骨の突起部分に装着される第２の被覆
部材とを備え、上記第１の被覆部材と第２の被覆部材とに亘って一対の
ワイヤー部材が架け渡されており、駆動手段によって一
方のワイヤー部材を引っ張り、かつ他方のワイヤーを緩
めることで前腕の回内又は回外動作を提示することを特
徴とする力触覚提示装置。
【請求項２３】請求項２１に記載した力触覚提示装置
において、手や指の背面に装着される複数の被覆部材と、上記被覆部材のうちの隣り合う部材同士を連結するとと
もに、手指の屈曲位又は伸展位の方向に力を付勢するた
めの弾性部材と、上記被覆部材にそれぞれ付設された複数対のワイヤー部
材とを有し、手指の屈曲又は伸展時には、駆動手段が、複数対のワイ
ヤー部材を上記弾性部材による付勢力に抗して引っ張る
ことを特徴とする力触覚提示装置。
【請求項２４】請求項２３に記載した力触覚提示装置
において、弾性部材が渦巻バネを用いて構成され、隣り合う被覆部
材同士がそれらの側面において一対の渦巻バネで連結さ
れていることを特徴とする力触覚提示装置。
【請求項２５】請求項２３に記載した力触覚提示装置
において、弾性部材がコイルバネを用いて構成され、隣り合う被覆
部材同士がそれらの背面においてコイルバネで連結され
ていることを特徴とする力触覚提示装置。
【請求項２６】請求項２１に記載した力触覚提示装置
において、可撓性を有する管状部材にワイヤー線材を通すことによ
ってワイヤー部材が構成されていることを特徴とする力
触覚提示装置。
【請求項２７】請求項２１に記載した力触覚提示装置
において、ワイヤー部材の端部が、電磁クラッチ機構を介して駆動
手段に結合されており、ワイヤーの張力が閾値を超えた
場合に、ワイヤー部材と駆動手段との結合が解除される
ことを特徴とする力触覚提示装置。
【請求項２８】請求項２７に記載した力触覚提示装置
において、ワイヤー部材に対して固定された永久磁石又は磁性体
と、駆動手段のうちワイヤー部材との結合部分に設けら
れた電磁石とによって、電磁クラッチ機構が構成されて
いることを特徴とする力触覚提示装置。
【請求項２９】請求項２１に記載した力触覚提示装置
において、手の甲の背面に装着される被覆部材には、内転及び外転
のための回動機構が指毎に付設されており、各指の被覆
部材に対してそれぞれ設けられた一対のワイヤー部材を
各別に駆動することで内転及び外転動作を制御するよう
にしたことを特徴とする力触覚提示装置。
【請求項３０】請求項２９に記載した力触覚提示装置
において、手の甲の背面に装着される被覆部材が複数の構成部材か
らなるとともに、各構成部材が蝶番部材で連結されてお
り、かつ、連結された部材同士の間隔を自在に変化させ
るためのスライド型支持機構が蝶番部材に対して設けら
れていることを特徴とする力触覚提示装置。
【請求項３１】請求項２１に記載した力触覚提示装置
において、各指の付け根の部分にそれぞれ装着される被覆部材の間
には、コイル部と該コイル部から突設された２本のバネ
掛け部から構成されるＶ字状バネを配置して各バネ掛け
部を隣り合う被覆部材にそれぞれ固定したことを特徴と
する力触覚提示装置。
【請求項３２】請求項２１に記載した力触覚提示装置
において、装具の着脱時に対偶の状態を一時的に保持するための保
持機構を設けたことを特徴とする力触覚提示装置。
【請求項３３】請求項２１に記載した力触覚提示装置
の制御方法において、一対のワイヤー部材のうち、一方のワイヤー部材を緊張
させて引っ張る際には、他方のワイヤー部材を緩めるこ
とで関節の屈曲・伸展動作又は回内・回外動作を制御す
ることを特徴とする力触覚提示装置の制御方法。
【請求項３４】請求項３３に記載した力触覚提示装置
の制御方法において、ワイヤー部材にかかる張力が閾値を超えた場合にワイヤ
ー部材とその駆動手段との連結を解除することで、対象
にそれ以上の大きな力がかからないように制御すること
を特徴とする力触覚提示装置の制御方法。
【請求項３５】請求項３３に記載した力触覚提示装置
の制御方法において、対象に装具を装着してから、ワイヤー部材にかかる張力
が一定となるように制御した後、対象の動作変化に伴うワイヤー長の時間的変化を示すｔ
（時間）−Ｌ（ワイヤー長又は位置変位）特性を取得す
るとともに、当該変化における勾配を算出することでワ
イヤー部材の駆動制御について許容される制御速度の最
大値又はこれに安全率を加味した上限値を求めることを
特徴とする力触覚提示装置の制御方法。
【請求項３６】請求項３３に記載した力触覚提示装置
の制御方法において、対象に装具を装着してから、ワイヤー部材の長さが一定
となるように制御した後、対象の動作変化に伴うワイヤー張力の時間的変化を示す
ｔ（時間）−ＴＳ（ワイヤー張力）特性を取得するとと
もに、当該変化における勾配を算出することで対象につ
いて許容される力覚提示速度の最大値又はこれに安全率
を加味した上限値を求めることを特徴とする力触覚提示
装置の制御方法。