JP5243159B2 - 手首補助装置 - Google Patents
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Description
また、この種の動力装置を利用した動作支援装置も提案されている(特許文献2、3)。
そして、特許文献2では、肘関節の屈伸を弾性体によるジョイントで行うことで、関節の屈曲、伸展動作に加えてねじり動作をも支援している。
これに対して、特許文献2に示すジョイントは、ジョイントによって二軸としているため、一軸に比べると関節の回動軸とのずれを緩和した動作を行わせることができる。装着具のずれも緩和される。しかし、装着具間の距離は決まっており、関節を理想的な位置にあわせることは難しいため、軸のずれや装着具のずれを完全に解決するには至らない。また、ただの2重関節では、それぞれの関節が独立しているため、動作が不安定で座屈を起こす危険性がある。また、特許文献2のジョイントは、弾性体で構成しているため、軸や装着具のずれに対して柔軟に追従が可能であり、ねじり動作のような負荷が加わっても、対応することが可能であるが、長期の繰り返し負荷に十分に耐えるためには、弾性体の材質を的確に選択しなければならない。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載の手首補助装置において、1つの前記角度変更部材に対して、2本の人工筋を用いて前記前腕装着具と前記角度変更部材とを接続し、前記人工筋として、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いることを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項2に記載の手首補助装置において、2本の前記人工筋の内、非駆動側の前記人工筋の、前記前腕装着具と前記角度変更部材との両支点を結ぶ軸線が、前記関節部材の回転軸を越えて駆動側に移動しないことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1に記載の手首補助装置において、前記掌支持部材を、手の甲側を支持する掌載置部材としたことを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項4に記載の手首補助装置において、前記掌載置部材の上面にベルトを設け、前記ベルトを前記前腕方向に近接離間させる移動機構を設けたことを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項1に記載の手首補助装置において、前記掌支持部材を、掌側を支持する掌把持部材としたことを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項6に記載の手首補助装置において、前記掌把持部材の両端に、前記掌把持部材を前記前腕方向に近接離間させる移動機構と、前記移動機構に対する角度を変える回動軸とを設け、前記回動軸が前記掌把持部材に対し変位可能としたことを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項6に記載の手首補助装置において、前記掌把持部材の上面または下面にベルト固定具を設けたことを特徴とする
請求項9記載の本発明は、請求項6に記載の手首補助装置において、前記掌把持部材の上面または下面に掌載置部材を設けたことを特徴とする。
請求項10記載の本発明は、請求項1に記載の手首補助装置において、前記掌支持部材を前記前腕方向に近接離間させる移動機構を設けたことを特徴とする。
請求項11記載の本発明は、請求項1に記載の手首補助装置において、前記前腕装着具と前記角度変更部材とを直進駆動のアクチュエータで接続したことを特徴とする。
請求項12記載の本発明は、請求項11に記載の手首補助装置において、前記アクチュエータとして、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮する人工筋を用いることを特徴とする。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態による手首補助装置において、1つの角度変更部材に対して、2本の人工筋を用いて前腕装着具と角度変更部材とを接続し、人工筋として、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いるものである。本実施の形態によれば、掌側と手の甲側の両方への手首の曲げを実現することができる。
本発明の第3の実施の形態は、第2の実施の形態による手首補助装置において、2本の人工筋の内非駆動側の人工筋の、前腕装着具と角度変更部材との両支点を結ぶ軸線が、関節部材の回転軸を越えて駆動側に移動しない構成としたものである。本実施の形態によれば、掌側から手の甲側又はその逆への手首の曲げをスムーズに実現することができる。
本発明の第4の実施の形態は、第1の実施の形態による手首補助装置において、掌支持部材を、手の甲側を支持する掌載置部材としたものである。本実施の形態によれば、掌の動作を阻害することなく、掌屈及び背屈を行わせることができる。
本発明の第5の実施の形態は、第4の実施の形態による手首補助装置において、掌載置部材の上面にベルトを設け、ベルトを前腕方向に近接離間させる移動機構を設けたものである。本実施の形態によれば、手が前腕方向に押しつけられ、又は手が前腕から離間する方向に引っ張られるという違和感をなくすことができる。
本発明の第6の実施の形態は、第1の実施の形態による手首補助装置において、掌支持部材を、掌側を支持する掌把持部材としたものである。本実施の形態によれば、掌載置部材を用いる場合と比較して、背屈動作時のあそびの発生を少なくして背屈稼働域を十分に確保することができる。
本発明の第7の実施の形態は、第6の実施の形態による手首補助装置において、掌把持部材の両端に、掌把持部材を前腕方向に近接離間させる移動機構と、移動機構に対する角度を変える回動軸とを設け、回動軸が掌把持部材に対し変位可能としたものである。本実施の形態によれば、掌把持部材の角度を変化できるので、掌把持部材を握りやすく、特に障害によって手首が曲がっている場合にも無理なく適応することができる。
本発明の第8の実施の形態は、第6の実施の形態による手首補助装置において、掌把持部材の上面または下面にベルト固定具を設けたものである。本実施の形態によれば、握力が低下している場合でも、ベルトによって支持することができる。
本発明の第9の実施の形態は、第6の実施の形態による手首補助装置において、掌把持部材の上面または下面に掌載置部材を設けたものである。本実施の形態によれば、握力が低下している場合でも手の甲側から支えることができる。
本発明の第10の実施の形態は、第1の実施の形態による手首補助装置において、掌支持部材を前腕方向に近接離間させる移動機構を設けたものである。本実施の形態によれば、手が前腕方向に押しつけられ、又は手が前腕から離間する方向に引っ張られるという違和感をなくすことができる。
本発明の第11の実施の形態は、第1の実施の形態による手首補助装置において、装着具と角度変更部材とを直進駆動のアクチュエータで接続したものである。本実施の形態によれば、直進駆動のアクチュエータを用いても手首動作を補助することができる。
本発明の第12の実施の形態は、第11の実施の形態による手首補助装置において、アクチュエータとして、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮する人工筋を用いるものである。本実施の形態によれば、人体の筋肉に近い動作を実現でき、リハビリ効果も高まる。
図1は本発明の一実施例における手首補助装置の概略構成を示す側面図、図2は同手首補助装置を示す斜視図、図3は同手首補助装置の掌屈状態を示す構成図、図4は同手首補助装置の背屈状態を示す構成図である。
本実施例による手首補助装置は、手の甲を支持する掌載置部材(掌支持部材)10と、掌載置部材10の側部に連結される角度変更部材20と、前腕に沿って配置される前腕装着具30と、前腕装着具30に対して角度変更部材20の回動支点となる回転軸41を形成する関節部材40を備えている。
角度変更部材20は、一対の略L字部材からなり、掌載置部材10の両側部にそれぞれ設けている。関節部材40は、それぞれの角度変更部材20に対して設けており、それぞれの関節部材40は手首の両側部に位置する。
前腕装着具30と角度変更部材20とは人工筋50で接続する。人工筋50は、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって、少なくとも長手方向に伸縮するアクチュエータである。図示のように、1つの角度変更部材20に対して、2本の人工筋50A、50Bを用いて前腕装着具30と角度変更部材20とを接続する。なお、アクチュエータは、前腕装着具30と角度変更部材20とを直進駆動するものであれば他の機構でもよい。
関節部材40の回転軸は、第1のリンク部材60Aの回動支点である掌側位置21Aと第2のリンク部材60Bの回動支点である手の甲側位置21Bとを結ぶ仮想線よりも前腕装着具30側に配置され、関節部材40の関節部材の長手方向の略中心付近を手首の関節位置としている。
本実施例によれば、人工筋の少ない変位(収縮率)で大きい角度の変化を得ることができると共に、手首関節の位置と装置の関節部材の位置を合わせることができ、スムーズな動きを実現することができる。
また、図示はしないが、人工筋50を収縮させる動力源を備えている。人工筋50は、それぞれ腕の両側方に、対として設けることが好ましい。
図1に示す状態では、掌は水平に保たれている。
図1に示す状態から、一方の人工筋50Aを収縮させることで、図3に示すように前腕装着具30に対して角度変更部材20を変位させ、角度変更部材20とともに掌載置部材10を掌側に屈曲させることができる。
また、図1に示す状態から、他方の人工筋50Bを収縮させることで、図4に示すように前腕装着具30に対して角度変更部材20を変位させ、角度変更部材20とともに掌載置部材10を手の甲側に屈曲させることができる。
本実施例による手首補助装置は、図5に示すように、2本の人工筋50A、50Bの内、例えば非駆動側の人工筋50Bの前腕装着具側の支点31Bと、角度変更部材20側の第2のリンク部材60Bの回動支点21Bを結ぶ軸線Aが、関節部材40の回転軸41を越えて駆動側に移動しない構成としている。本実施例によれば、掌側から手の甲側又はその逆への手首の曲げをスムーズに実現することができる。
なお、本実施例では連結部材21を角度変更部材20と一体の構成として説明したが、連結部材21を角度変更部材20とは別部材としてもよい。
また、本実施例による手首補助装置は、掌載置部材10の側面を、前腕方向に近接離間させる移動機構11を設けることで、手が前腕方向に押しつけられ、又は手が前腕から離間する方向に引っ張られるという違和感をなくすことができる。
実際の人体の動きでは、掌を上にして手首を曲げると前腕の軸線に対して内側(人体側)に傾斜して掌屈・背屈される。よって、実際の手首の曲げ動作に近づけるために、本実施例による手首補助装置は、両実施例共に前腕部に対して、人工筋・関節部材・角度変更部材・掌載置部材などを含む掌部関連部材を前腕の軸線に対して内側(人体側)に若干ねじった状態で取り付けることが好ましい。
本実施例による手首補助装置は、角度変更部材20に連結部材21を接続し、第1のリンク部材60Aと第2のリンク部材60Bの一端が各々連結部材21に回動可能に取り付けられている。
そして、本実施例による手首補助装置は、掌載置部材10に代えて、掌把持部材(掌支持部材)70を備えている。掌把持部材70の両端には、掌把持部材70を前腕方向に近接離間させる移動機構11を備えている。掌把持部材70と移動機構11とは、回動軸71によって接続され、移動機構11に対して掌把持部材70が角度を変えることができるように、回動軸71は長孔72に設けられている。また、掌把持部材70の下面両端には、ベルトを取り付けるためのベルト固定具73を備えている。なお、長孔72は回動軸71が掌把持部材70に対して変位可能な構成の一例である。
掌把持部材70は、使用者の手首の状態にあわせて角度を変化できるとともに、使用者の手の大きさに合わせて位置を調整できる。このように本実施例によれば、前腕方向に近接離間させる移動機構11によって、手が前腕方向に押しつけられ、又は手が前腕から離間する方向に引っ張られるという違和感をなくすことができる。
また、特に図12に示すように、背屈動作時に、装置と手との間のあそびの発生を少なくし、背屈稼働域を十分に確保することができる。
本実施例では、掌把持部材70の下面にベルト固定具73を設けたもので説明したが、ベルト固定具73に代えて、掌載置部材10を設けてもよい。このように、ベルトの他、掌載置部材10で握りを固定することで、握力が低下している場合でも十分なリハビリ効果を得ることができる。
また、本実施例では、前腕装着具30の開口を上面側とした例を示しているが、前腕装着具30の開口を下面側としてもよい。この場合、ベルト固定具73は、前腕装着具30の開口側に配置する。掌側を前腕装着具30の開口側とした場合には、前腕装着具30が前腕の背側に位置するため、背屈時の遊びを少なくすることができる。一方、甲側を前腕装着具30の開口側とした場合には、装着が容易で、自然な使用感を得ることができる。また、掌把持部材70を脱着可能とし、上面側及び下面側のいずれからでも角度変更部材20に取り付け可能にすることで、装着姿勢に柔軟性を持たせた手首補助装置を実現することができる。
また本発明は、角度変更部材20を掌載置部材10の両側部にそれぞれ設け、それぞれの角度変更部材20に対して関節部材40を設け、それぞれの関節部材40を手首の両側部に位置させることで、手首の両側部を支持するため、手首の動作をスムーズに行わせることができるとともに、手首を強力に保持することができる。
また本発明は、関節部材40である関節部材を引っ張りバネとして用いることで、手首関節をまたいで設置したアクチュエータが発生させる駆動力によって生じる手首関節を圧縮する軸心方向の収縮力には拮抗し、手首関節を掌屈・背屈させるためのトルクに対する阻害を少なくすることができ、スムーズな動作を行わせることができる。
また本発明は、関節部材40である関節部材を圧縮バネとして用いることで、手首の
掌屈・背屈に対して、バネの軸心でバネの長さが一定となるため、軸心を手首関節の軸上に配置することで、いずれの方向の曲げに対してもズレの影響を低く抑えることができ、スムーズな動作を行わせることができる。また、コイル間での接触が無いため、長期の繰り返し使用においても、コイル同士のこすれによる変質を抑えることができる。
また本発明は、前腕装着具30と角度変更部材20とを人工筋50で接続し、人工筋50として、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いることで、人体の筋肉に近い動作を実現でき、リハビリ効果も高まる。
また本発明は、角度変更部材20の掌側位置20Aを回動支点とする第1のリンク部材60Aと、角度変更部材20の手の甲側位置20Bを回動支点とする第2のリンク部材60Bとを設け、第1のリンク部材60Aの他端、及び第2のリンク部材60Bの他端に、人工筋50をそれぞれ接続することで、掌側と手の甲側の両方への手首の曲げをスムーズに行うことができる。
また、本発明は、手首の屈曲伸展に必要な機構部材を手首側面、すなわち手の甲側にのみ配置しているため装着感がよく、更に掌が自由なため、他の訓練を並行して実施することも可能である。
11 移動機構
20 角度変更部材
21 連結部材
30 前腕装着具
40 関節部材
50 人工筋
60 リンク部材
70 掌把持部材(掌支持部材)
Claims (12)
- 手を支持する掌支持部材と、
前記掌支持部材の側部に連結される角度変更部材と、
前腕に沿って配置される前腕装着具と、
前記前腕装着具に対して前記角度変更部材の回転軸を形成する関節部材を備えた手首補助装置であって、
前記角度変更部材を前記掌支持部材の両側部にそれぞれ設け、それぞれの前記角度変更部材に対して前記関節部材を設け、それぞれの前記関節部材を手首の両側部に位置させたことを特徴とする手首補助装置。 - 1つの前記角度変更部材に対して、2本の人工筋を用いて前記前腕装着具と前記角度変更部材とを接続し、前記人工筋として、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いることを特徴とする請求項1に記載の手首補助装置。
- 2本の前記人工筋の内非駆動側の前記人工筋の、前記前腕装着具と前記角度変更部材との両支点を結ぶ軸線が、前記関節部材の回転軸を越えて駆動側に移動しないことを特徴とする請求項2に記載の手首補助装置。
- 前記掌支持部材を、手の甲側を支持する掌載置部材としたことを特徴とする請求項1に記載の手首補助装置。
- 前記掌載置部材の上面にベルトを設け、前記ベルトを前記前腕方向に近接離間させる移動機構を設けたことを特徴とする請求項4に記載の手首補助装置。
- 前記掌支持部材を、掌側を支持する掌把持部材としたことを特徴とする請求項1に記載の手首補助装置。
- 前記掌把持部材の両端に、前記掌把持部材を前記前腕方向に近接離間させる移動機構と、前記移動機構に対する角度を変える回動軸とを設け、前記回動軸が前記掌把持部材に対し変位可能としたことを特徴とする請求項6に記載の手首補助装置。
- 前記掌把持部材の上面または下面にベルト固定具を設けたことを特徴とする請求項6に記載の手首補助装置。
- 前記掌把持部材の上面または下面に掌載置部材を設けたことを特徴とする請求項6に記載の手首補助装置。
- 前記掌支持部材を前記前腕方向に近接離間させる移動機構を設けたことを特徴とする請求項1に記載の手首補助装置。
- 前記前腕装着具と前記角度変更部材とを直進駆動のアクチュエータで接続したことを特徴とする請求項1に記載の手首補助装置。
- 前記アクチュエータとして、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮する人工筋を用いることを特徴とする請求項11に記載の手首補助装置。
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