JP2012081149A - ハンドマッサージロボット - Google Patents

Abstract

【課題】
手周辺を，手指，手のひら，手首に分けて，それぞれの部位を独立に効果的に刺激する，および，それぞれの部位への刺激を関連付けて刺激することによりマッサージ効果を高めるハンドマッサージロボットの開発。
【解決手段】
手指，手のひら，手首，それぞれに存在するツボに着目し，それらのツボを刺激することが可能なハンドマッサージロボット。このツボへの刺激により，手指，手のひら，手首，それぞれを効果的に刺激することが可能となった。加えて，このハンドマッサージロボットに，プログラムを備えることにより，それぞれの部位への刺激を関連付けて刺激することを可能とし，マッサージ効果を高めることに成功した。
【選択図】図１

Description

本発明は，マッサージ機に関する。さらに詳しくは，手指，手のひら，手首を効果的に刺激しうるハンドマッサージロボットに関する。

マッサージ機とは，全身又は局所に機械的刺激を与えることにより，筋肉を弛緩し，血行を促進させるなどして，心身の疲れを取ることができる機械をいう。このようなマッサージ機として，全身を対象とした椅子型のマッサージ機の開発が多く行われてきた。

しかしながら，近年，手指，手のひら，手首などの手周辺を対象としたマッサージ機（以下，ハンドマッサージロボット）が注目を集めている。すなわち，企業などの職場のみならず，一般家庭にもパソコンが急速に普及し，不可欠なものとなったことに伴い，多くの人々が，長時間のパソコン作業を行うようになった。パソコン作業では，キーボード入力やマウス操作など，手を使った作業が必須である。結果として，手指，手のひら，手首などに，従来よりも疲労が蓄積し慢性化しやすい状況となった。オフィスワーカーなどの場合は，腱鞘炎などの疾患につながることもしばしばである。

このような背景から，手周辺の疲労回復手段の一つとして，ハンドマッサージロボットが注目を集め，実際に，開発が行われている（特許文献１，特許文献２，特許文献３）。

特開２００６−３１４８２１号公報 特開２００９−０５０５７１号公報 特開２０００−１８５０８２号公報

特許文献１には，圧縮空気の給排に応じて膨脹・収縮する膨縮機構によって，使用者の手に断続的に圧迫を加えてマッサージを行なう，手用空気圧マッサージ機が開示されている。しかし，上下から適度な圧力の空気圧で挟み込み揉むしかできない構造となっており，手全体に刺激を与えることは可能なものの，局所的な刺激を与えることはできない。
特許文献２には，手首の関節のストレッチ動作を行なうための手腕マッサージ機が開示されている。しかしながら，手首のみを対象としており，手指や手のひらを対象としていないため，手周辺全体へのマッサージ効果という点では，必ずしも十分とはいえない。
特許文献３には，手首部を含む手のひら全面をマッサージするマッサージ機が開示されている。しかしながら，ローラーを用いて手指と手のひら，または手首をまんべんなく刺激するにとどまり，手指や手のひら，手首それぞれに応じた局所的刺激を与えられない点において，必ずしも効果的とは言えない。

これらに見られるように，手周辺を大きく捉え，手全体に刺激を与えるハンドマッサージロボットは存在していた。しかしながら，手周辺を，手指，手のひら，手首に分けて，それぞれの部位を独立に効果的に刺激する，又は，それぞれの部位への刺激を関連付けて刺激することによりマッサージ効果を高めるハンドマッサージロボットは存在しなかった。
これに近いハンドマッサージロボットとして，ハンドマッサージロボット「ＭＩＩＭＯ」が挙げられる（２００８年，ロボメカデザインコンペにて発表）。しかしながら，ＭＩＩＭＯは，手周辺を，手指，手のひら，手首に分けて，それぞれの部位を独立に刺激することは可能なものの，与えられる刺激が十分効果的とはいえなかった。加えて，それぞれの部位への刺激を関連付けて刺激することができないなど，ＭＩＩＭＯは技術的課題を残すハンドマッサージロボットであった。

上記事情を背景として，本発明では，手周辺を，手指，手のひら，手首に分けて，それぞれの部位を独立に効果的に刺激する，および，それぞれの部位への刺激を関連付けて刺激することによりマッサージ効果を高めるハンドマッサージロボットの開発を課題とする。，

鋭意研究の結果，発明者らは，手指，手のひら，手首，それぞれに存在するツボに着目し，それらのツボを効果的に刺激することが可能なハンドマッサージロボットを完成させた。このツボへの刺激により，手指，手のひら，手首，それぞれを効果的に刺激することが可能となった。加えて，このハンドマッサージロボットに，プログラムを備えることにより，それぞれの部位への刺激を関連付けて刺激することを可能とし，マッサージ効果を高めることに成功した。

本発明にかかる第一の請求項は，手指刺激機構と手のひら刺激機構と手首刺激機構を具備するハンドマッサージロボットであって，
ａ．前記手指刺激機構は，手指周囲を周動可能な複数の指間突起部を具備し，
ｂ．前記手のひら刺激機構は，手のひら刺激突起部を一つ又は複数回転板上に具備し，
ｃ．前記手首刺激機構は，手首を刺激する複数の押圧部材を具備，
することを特徴とするハンドマッサージロボットである。

本発明にかかる第二の請求項は，症状に応じて，前記各刺激機構が連動する請求項１に記載のハンドマッサージロボットである。
本発明にかかる第三の請求項は，手指，手のひら，手首のいずれか又は複数の状態を計測し，その計測結果に応じて前記各刺激機構の刺激を調節しうる機構を備えた請求項１又は２に記載のハンドマッサージロボットである。
本発明にかかる第四の請求項は，両手用に用いられる請求項１ないし３に記載のハンドマッサージロボットである。

なお，本明細書においてハンドマッサージロボットとは，手指，手のひら，手首などの手周辺を対象としたマッサージ機のことをいうが，ハンドマッサージ機能を主とした機器は当然のこと，従としてハンドマッサージ機能を備える機器の場合も含みうる概念である。例えば，椅子型の全身マッサージ機の一部としてハンドマッサージ機能を含む場合，ハンドマッサージ機能は主たる機能とは必ずしも言えず従たる機能となるが，この場合であってもハンドマッサージ機能を果たし得る部分は，本明細書におけるハンドマッサージロボットに含まれるものである。また，本明細書において「指周囲を周動可能」とは，指先や指間，手のひら周辺に沿って移動が可能なことをいう。

本発明にかかるハンドマッサージによれば，手周辺を，手指，手のひら，手首に分けて，それぞれの部位を独立に刺激することができる。加えて，それぞれのツボを刺激することが可能となったため，従来技術よりも手周辺を，手指，手のひら，手首に対し効果的に刺激することができる。さらに，同期モーションプログラムやバイオフィードバックプログラムにより，それぞれの部位への刺激を関連付けて行うことが可能となったため，マッサージ効果を高めることができる。

本発明にかかるハンドマッサージロボットの要部を示した図 手指刺激機構を示した図 指先自動認識機構の模式図を示した図 手のひら刺激機構を示した図 手首刺激機構を示した図 本発明にかかるハンドマッサージに用いられる症状同期プログラムの一例を示した図 標準手における各症状とツボ位置の関係を示した図 症状同期プログラムのツボ位置推定方法の一例を示した図 本発明にかかるハンドマッサージに用いられる呼吸同期プログラムの一例を示した図 本発明にかかるハンドマッサージに用いられるバイオフィードバックプログラムの一例を示した図

ここでは，まず，図１から図５を用いて，本発明にかかるハンドマッサージロボットを説明する。

本発明にかかるハンドマッサージロボットの例を図１に示す。本発明にかかるハンドマッサージロボット１は，ハンドマッサージ機能を主たる機能とする両手用のハンドマッサージロボットの要部の例であり，手指刺激機構１０，手のひら刺激機構２０，手首刺激機構３０を具備する。通常，この要部は，プログラムを組み込んだＣＰＵやモータアンプ，その他インターフェース基板を組み込んだ電気回路や電源等を備えた外箱に囲まれている。

図２に示す手指刺激機構１０は，手指を刺激する役割を有し，かかる刺激は，指間突起部１０１１ないし１０１７により与えられる。

指間突起部１０１１ないし１０１７は，同時にまたは独立して動くことが可能であり，手指に直接または間接的に接触して刺激を与える役割を有する。
図２では，指間突起部１０１１ないし１０１７が同時に動く構造の例を示している。すなわち，指間突起部１０１１ないし１０１７は指間突起部接続板１０３に取り付けられ，駆動力として電動モーター１０４を用いており，ゴムローラー１０５が回転することにより，指間突起部接続板１０３およびそれに取り付けられた指間突起部１０１１ないし１０１７が同時に動く構造となっている。指間突起部１０１１ないし１０１７を独立して動かす場合は，例えば，それぞれの指間突起部に対応した，独立の指間突起部接続板と電動モーター，回転ローラーを用いればよい。

指間突起部１０１１ないし１０１７は，突起支持板１０２のスライド溝１０２１ないし１０２６の長軸方向に沿って移動可能となっており，スライド溝１０２１ないし１０２６の幅の範囲で，短軸方向でも可動できる。これにより，指間突起部１０１１ないし１０１７は，通常の人間の手の大きさであれば，その手指の周辺範囲をカバーして動くことが可能であり，指間を含む指周辺の刺激や指周辺に存在するツボの刺激を可能としている。図２において，指間突起部１０１１が親指の外側，指間突起部１０１７が小指の外側を刺激する位置に配置され，その他の指間突起部１０１２ないし１０１６は，指の間に配置され，手指周辺を刺激する。このように，７つの指間突起部を用いることにより，手指に広範囲に分布するツボを網羅して刺激することが可能となる。
指間突起部１０１１ないし１０１７は，図２に示すように円錐台の形状がツボを効果的に刺激しうるため好ましいが，これに限定する必要はない。手指周辺の刺激，特にツボの刺激が可能な形状であれば特に限定する必要はなく，例えば楕円などの球体状にすることも可能である。また，指間突起部１０１１ないし１０１７には，回転や振動などの機構を与えてもよい。

また，指間突起部１０１１ないし１０１７は，手指の指先方向に沿って移動可能にする必要があるため，スライド溝１０２１は，通常の人間の指の長さ以上の長さを有することが必要であるが，それを満たす限りにおいては，その形状等について限定する必要はない。
なお，図２では動力源として電動モーターを用いているが，指間突起部を動かしうる限り，これに限定する必要はない。例えば，エアーシリンダーなどを用いて，指間突起部の動力源とすることができる。

これらに加え，手指刺激機構１０においては，指先を自動認識させるための機構を備えることもできる。これにより，指の長さの違いに応じて，マッサージ範囲を変化させるとともに手指のツボの位置をより正確に推定することが可能となり，マッサージ効果を高めることが可能となる。図３に，その一例である指先認識機構を模式図として示す。

ハンドマッサージロボット１に手を挿入すると，その指先は，指先受け支持具１０７１に取り付けられた指先受け部１０７２に到達する。この場合，手を挿入した際の力に応じて，調整バネ支持具１０９に取り付けられた調整バネ１０８が縮み，これに伴いフォトディテクタ１０６，指先受け支持具１０７１，指先受け部１０７２が，スライド溝１０２１（不図示）にそって移動する。指間突起部１０１１は，指間突起部支持具１０１１．１および光遮断器１０１１．２とともに，スライド溝１０２１（不図示）にそって指を刺激しながら移動する。やがて，フォトディテクタ１０６に入る光が光遮断器１０１１．２により遮断されることにより，指間突起部１０１１が指先位置に到達したと認識することができる。この場合，指間突起部１０１１は，折り返して移動したり，停止したりすることとなる。

図４に示す手のひら刺激機構２０は，手のひらを刺激する役割を有し，かかる刺激は，必須の構成要素である回転板２０１上に配置された手のひら突起部２０２１ないし２０２９により与えられる。図４の例ではさらに，回転ローラー２０３１ないし２０３４を備える構成となっており，これらの回転ローラーによっても手のひらに刺激が与えられる。

回転板２０１は，回転板モーター２０４を駆動力として，回転板軸２０５を中心に一定又は変則の周期で回転する。回転板２０１は，手のひらに対する手のひら突起部ないし回転ローラーの相対的な位置を変化させることにより，手のひら全体の刺激を補助する役割を有する。この役割を果たす限りにおいて，回転板２０１の形状は円状に限定する必要はなく，例えば，楕円状であってもよいし多角形状であってもかまわない。
手のひら突起部２０２１ないし２０２９は，回転板２０１上に固定して配置され，手のひらに直接ないし間接的に接触して刺激を与える。手のひら突起部２０２１ないし２０２９は，図４に示すように半球又は半楕円球状の形状がツボを効果的に刺激しうるため好ましいが，これに限定する必要はない。ツボの刺激が可能なあらゆる形状を用いることができる。また，図４では，手のひら周辺の刺激を目的とした手のひら突起部２０２１ないし２０２５と，手のひら中心の刺激を目的とした手のひら突起部２０２６ないし２０２９とで，刺激部位の違いに応じて２種類の形状を用いているが，これに限定する必要はない。手のひら突起部は，全て同一の形状であっても構わないし，逆に全て異なる形状とすることもできる。さらに，手のひら突起部２０２１ないし２０２８には，回転や振動などの機構を与えてもよい。
回転ローラー２０３１ないし２０３４は，手のひらを刺激する任意の構成要素の一つである。手のひら突起部と同様，手のひらに直接ないし間接的に接触して刺激を与える。

図５に示す手首刺激機構３０は，手首を刺激する役割を有し，かかる刺激は，手首押圧部材３０１１ないし３０１８により与えられる。
手首押圧部材３０１１ないし３０１８は，手首に直接又は間接的に接触して刺激を与える。手首押圧部材３０１１と３０１２，３０１５と３０１６はそれぞれが対になっており，手首の上下方向に刺激を与える構造となっている。また，手首押圧部材３０１３と３０１４，３０１７と３０１８もそれぞれ対になっており，手首の左右方向に刺激を与える構造となっている。それぞれの対となる手首押圧部材が，同時に又は連続的に動くことにより，手首や手首のツボを刺激することができる。
図５では棒状の手首押圧部材を用いているが，これに限定する必要はなく，手首や手首のツボを刺激することができるかぎり，あらゆる形状ないし突起物などを具備することができる。例えば，手首押圧部材の先を手首側に向けて半円状の突起形状としたり，突起部材を手首押圧部材の先に具備させたりすることができる。また，手首押圧部材の数を変更させることも可能で，例えば，上下左右に加え斜め方向の手首押圧部材の対を加えることができるし，上下のみ１対の手首押圧部材とすることもできる。

続いて，図６から図１０を用いて，本発明にかかるハンドマッサージロボットが備えることができる同期モーションおよびバイオフィードバックについて説明する。これらにより，本発明にかかるマッサージロボットのマッサージ効果を，より高めることが可能となる。同期モーションおよびバイオフィードバックは，本発明にかかるハンドマッサージに備えられるプログラムとしてＣＰＵに組み込まれる。

まず，同期モーションについて説明する。同期モーションは，本発明にかかるハンドマッサージに備えられるプログラムであって，症状や呼吸に応じて，ハンドマッサージロボットが自動的にツボ（通常，複数のツボ）を選択し，これらを同時に又は一定の間隔で刺激することにより，マッサージ効果を高めることができるプログラムとして定義される。同期の対象により，症状同期と呼吸同期に分けることができる。

図６は，症状同期のプログラムの一例である。症状同期プログラムでは，まず，標準的な大きさの手（以下，標準手）におけるツボの位置，および症状とツボ位置の対応表を作成する必要がある。これについて図７を用いて説明する。

図７には，各症状に応じたツボの位置が標準手上に例示されている。これらのツボは，どのような症状に対して効果的なツボなのかということ，およびツボが標準手上のどの位置に存在するかについての情報が，それぞれ対応表として作成される。図７においては，例えば，白三角形で示されたツボは頭痛症状に効果的なツボであり，人差し指から小指の各周辺にそれぞれ存在している。同様に，白四角形が疲れ目症状，白五角形が緊張症状，黒丸がイライラ症状に効果的なツボを示す。これらはあくまで例示に過ぎず，その他，例えば食欲不振や腹痛，ボケ防止などの症状に応じたツボ位置の対応表を作成することもできる。
作成された対応表は，症状同期プログラムが読み込み可能な状態で，ＣＰＵに記憶させておけばよい。

症状同期プログラムでは，電源を入れるなどしてハンドマッサージロボットのスタートが開始する（図６）。続いて，外箱などに備えられたモニターに，疲れ目，緊張，イライラなどの症状が表示され，マッサージ対象者は軽減したい症状を選択する（Ｓ１０）。そして，選択した症状に対応するツボの位置を，指，手のひら，手首について数ヶ所抽出する（Ｓ１１）。この際，前述の症状とツボ位置の対応表を読み込み，症状に対応したツボ位置を選択する。これらのステップが完了したら（Ｓ１２），マッサージ対象者のツボ位置を推定する（Ｓ１３，詳細は後述）。ツボ位置の推定が完了したら，選択したツボを一定時間，同時又は連続して刺激する（Ｓ１４）。そして，マッサージ対象者は，同じ症状でのマッサージを継続するか（Ｓ１５），継続しないのであれば，別の症状を選択するか，そのまま終了するか（Ｓ１６）を選択する。なお，症状同期プログラムについては，症状に応じたツボ位置を適切に選択できる限りこのプログラムに限定する必要はなく，例えば，ツボ位置の抽出ステップ（Ｓ１１）とツボ位置の推定ステップ（Ｓ１３）について，順序を逆にして行うことができる。

ここで，ツボ位置の推定ステップ，Ｓ１３について，図８を用いて説明する。
ツボ位置の推定では，まず，手首位置を選択する（Ｓ１３．１）。通常，手首位置は全ての手首押圧部材を含みうる平面状の位置に固定されている。
続いて，前述の指先認識機構により，指先位置を選択する（Ｓ１３．２）。この場合，例えば図２の手指刺激機構１０のスライド溝１０２１ないし１０２６に位置センサ（不図示）が備えられる。この位置センサが，フォトディテクタの位置を認識することにより，指先の位置を認識することができる。
さらに，手首位置から，指先までの長さＬを計測する（Ｓ１３．３）。この場合のＬの計算方法は種々あるが，簡易な測定方法として例えば，中指だけを用い，中指の先から手首位置の全ての手首押圧部材を含みうる平面までの距離をＬとして用いることができる。
最後に，Ｌを用いてツボ位置の算出を行う（Ｓ１３．４）。この場合，例えば，手の大きさを相似と仮定して，標準手とツボ位置の対応表から読み込まれたツボの位置に，それぞれＬ（例えば前述の例で計測した中指先から手首までのＬ）／Ｌ’（標準的な手での中指先から手首までの距離Ｌ’）を乗じることにより，ツボ位置の算出を行うことが可能である。

次に，図９を用いて呼吸同期について説明する。呼吸同期を備える場合，本発明にかかるハンドマッサージロボットに呼吸状態を把握する外部装置を具備する必要がある。この場合の装置としては，例えば，腹囲や胸囲の長さ変化を測定することにより息を吐いているときを自動認識できる装置や，息を吐く際にスイッチを押すことにより息を吐いているときを認識できる装置などである。
これらの装置により，まず，呼吸状態を計測する（Ｓ２０）。この中で，息を吐いているかどうかを認識し（Ｓ２１），息を吐いているときにはツボを刺激し（Ｓ２２ａ），それ以外の場合にはツボを刺激しない（Ｓ２２ｂ）。これを一定時間繰り返した後，マッサージ対象者がマッサージを終了するか否かを選択する（Ｓ２３）。

最後に，バイオフィードバックについて説明する。バイオフィードバックは，本発明に備えられるプログラムであって，心身の状態を推定することにより，ハンドマッサージロボットによる刺激をリアルタイムに調整が可能であり，結果として，マッサージ効果を高めることができるプログラムとして定義される。

図１０に，緊張度を指標としたバイオフィードバックの一例を示す。図１０の指標として緊張度を用いているが，その他の指標，例えば血流や心拍数などを用いることもできる。これらの指標については通常用いられる手法により計測することができる。例えば，緊張度は，手のひらの２点間の抵抗値を指標として緊張度を推定することができるし，血流や心拍数であれば赤外線等を利用した測定器を用いて測定することができる。

バイオフィードバックでは，まず，ハンドマッサージロボットにより刺激が開始され（Ｓ３０），一定時間Ｔ１ごとに緊張度を測定する（Ｓ３１）。この際，緊張度が一定の大きさ，しきい値を超えているかどうかを判断する（Ｓ３２）。しきい値を超えていない場合は緊張度に問題はなくリラックスしている状態といえることから，マッサージ時間が一定時間Ｔ４以上経過していない限り，マッサージ刺激が継続される（Ｓ３８）。緊張度がしきい値を超えている場合は，さらに，その緊張が一定時間Ｔ２以上継続しているか否かを判断し（Ｓ３３），継続している場合には，マッサージ刺激の強度を増加する（Ｓ３４）。一定時間Ｔ１ごとの緊張度の測定がこの後も行われ（Ｓ３５），緊張度がしきい値を超えなくなれば，通常のマッサージ刺激に戻る（Ｓ３６）。緊張度がしきい値を超えたままであれば，強度を増加したままマッサージ刺激は継続されるが（Ｓ３４），この場合であっても，強度を増加したマッサージ刺激が一定時間Ｔ３以上継続している場合やマッサージ開始から一定時間Ｔ４以上継続している場合は，マッサージ刺激は終了する（Ｓ３７）。

１・・・ハンドマッサージロボット

１０・・・手指刺激機構
１０１１〜１０１７・・・指間突起部
１０１１．１・・・指間突起部支持具
１０１１．２・・・光遮断器
１０２・・・突起支持板
１０２１〜１０２６・・・スライド溝
１０３・・・指間突起部接続板
１０４・・・電動モーター
１０５・・・ゴムローラー
１０６・・・フォトディテクタ
１０７１・・・指先受け支持具
１０７２・・・指先受け部
１０８・・・調整バネ
１０９・・・調整バネ支持具

２０・・・手のひら刺激機構
２０１・・・回転板
２０２１〜２０２９・・・手のひら刺激突起部
２０３１〜２０３４・・・回転ローラー
２０４・・・回転板モーター
２０５・・・回転板軸

３０・・・手首刺激機構
３０１１〜３０１８・・・手首押圧部材

Claims (4)

1. 手指刺激機構と手のひら刺激機構と手首刺激機構を具備するハンドマッサージロボットであって，
   ａ．前記手指刺激機構は，指周囲を周動可能な複数の指間突起部を具備し，
   ｂ．前記手のひら刺激機構は，手のひら刺激突起部を一つ又は複数回転板上に具備し，
   ｃ．前記手首刺激機構は，手首を刺激する複数の押圧部材を具備，
   することを特徴とするハンドマッサージロボット。
2. 症状に応じて，前記各刺激機構が連動する請求項１に記載のハンドマッサージロボット。
3. 手指，手のひら，手首のいずれか又は複数の状態を計測し，その計測結果に応じて前記各刺激機構の刺激を調節しうる機構を備えた請求項１又は２に記載のハンドマッサージロボット。
4. 両手用に用いられる請求項１ないし３に記載のハンドマッサージロボット