四肢関節部装着装置
【課題】 ２自由度の回転が可能で、外径寸法が小さいコンパクトな構成であり、四肢関節部回りに容易に装着できる四肢関節部装着装置を提供する。
【解決手段】 四肢関節部装着装置１は、入出力側にそれぞれ配されたリンクハブ２，３と、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂとを有する。リンク機構４Ａ，４Ｂは、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構であり、リンクハブ２，３に対して回転可能に端部リンク５，６を連結し、入力側および出力側の端部リンク５，６を中央リンク７に対して回転可能に連結してなる。入力側および出力側のリンクハブ２，３は、貫通した中空部２０を有する。入力側および出力側のリンクハブ２，３間に四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブ２，３の中空部２０内に四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で四肢関節部回りに装着される。
【解決手段】 四肢関節部装着装置１は、入出力側にそれぞれ配されたリンクハブ２，３と、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂとを有する。リンク機構４Ａ，４Ｂは、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構であり、リンクハブ２，３に対して回転可能に端部リンク５，６を連結し、入力側および出力側の端部リンク５，６を中央リンク７に対して回転可能に連結してなる。入力側および出力側のリンクハブ２，３は、貫通した中空部２０を有する。入力側および出力側のリンクハブ２，３間に四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブ２，３の中空部２０内に四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で四肢関節部回りに装着される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人の四肢関節部回りに装着され、この四肢関節部の角度位置決めや角度可変運動を行う四肢関節部装着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
四肢の骨折等に伴う患部周囲の角度矯正、機能回復等のために関節部の曲げ伸ばしを行う他動運動、歩行等の動作の補助等を目的として、人の四肢関節部回りに装着して使用される四肢関節部装着装置（ＣＰＭ装置等）がある。例えば特許文献１に記載のものは、医療分野で使用されるＣＰＭ装置を制御する装置であって、ＣＰＭ装置の１自由度の動きを制御する。この特許文献に記載されている従来技術のＣＰＭ装置は、すべて関節部の曲げ角度方向が１自由度である。特許文献２は、脚の側面に装着され、脚の運動を補助する装着式補助装置であって、脚の屈伸動作のみを補助する。
【０００３】
また、医療分野や産業機械等に用いられるリンク作動装置として、入力側および出力側のリンクハブを三組の、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構で連結し、入力側のリンクハブに対して出力側のリンクハブを姿勢変更可能とした構成が提案されている（例えば特許文献３）。リンク機構の数を三組とする理由は、リンク機構をリンクだけで構成する場合、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢を規定するために必要な最低限のリンク機構の数が三組であるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６３８０４８号公報
【特許文献２】特許第４１７８１８５号公報
【特許文献３】特許第４４７６６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来のＣＰＭ装置は、関節部の曲げ角度方向が１自由度であった。しかし、人の四肢関節は、曲げ角度方向が１自由度ではなく、複雑な動きが可能である。例えば、膝関節は、前後方向の曲げ伸ばしの他に、下肢の長さ方向に対して捻り運動を行うこともできる。また、肩関節は、ほぼ３６０°の旋回運動を行うことができる。つまり、人の四肢関節は２自由度またはそれ以上の自由度の動きをする。
【０００６】
したがって、ＣＰＭ装置が１自由度の角度の動きしかできないと、もう１自由度方向の角度調整ができず、角度矯正が困難である。また、リハビリにおいても、ＣＰＭ装置の運動が１自由度であると、使う筋肉や関節内可動部が限定される。そのため、ＣＰＭ装置の向きを変えて装着し直して、動作補助を繰り返して行わなければならない。ＣＰＭ装置では十分な対応ができない場合、理学療法士によるリハビリに頼ることになる。その場合、時間的な制約があると共に、治療費が高額となる。歩行等の動作補助では、動作方向が限定されるため、自由に思うような動きができない。以上の理由から、２自由度の回転が可能なＣＰＭ装置の実現が待望されている。
【０００７】
従来のリンク作動装置は、リンク機構の数が三組であり、例えば図１８に示すように、各リンク機構１０４（１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ）がほぼ１２０°の間隔で配置されることとなる。この場合、各リンク機構１０４の相互間距離が狭く、一つのリンク機構１０４Ａにおけるリンクハブ１０３（１０２）と端部リンク１０６（１０５）の回転対偶部１１２（１１１）と、他のリンク機構１０４Ｂにおける端部リンク１０６（１０５）と中央リンク１０７の回転対偶部１１４（１１３）とが接近した状態となる。そこで、両回転対偶部１１２（１１１），１１４（１１３）が互いに干渉するのを避けるために、回転対偶部１１４（１１３）を外径側に逃がした形状としている。その結果、リンク作動装置１０１全体の外径が大きい。
【０００８】
このリンク作動装置１０１をＣＰＭ装置として使用する場合、リンクハブ１０２，１０３を中空形状とし、一対のリンクハブ１０２，１０３間に四肢関節部を入れ、中空部１２０に四肢関節部に続く部位を挿通した状態で四肢関節部回りに装着される。中空部１２０に四肢関節部に続く部位を挿通するためには、中空部１２０を広くする必要があり、さらに外径が大きくなる。リンク作動装置１０１全体の外径が大きいと、上記装着状態において、リンク作動装置１０１の一部が、四肢関節部以外の部位や周囲の物体に当る可能性があり、危険である。また、中空部１２０に四肢関節部に続く部位を入れ易くするには、中空部１２０を装置の外部に対して開放した形状とすればよいが（図示せず）、三組のリンク装置１０４が周方向に並んで配置されているため、開放部を十分に広くすることができない。
【０００９】
この発明の目的は、２自由度の回転が可能で、外径寸法が小さいコンパクトな構成であり、四肢関節部回りに容易に装着できる四肢関節装着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の四肢関節装着装置は、入出力側にそれぞれ配されたリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、入力側および出力側の端部リンクを中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記入力側の端部リンク、中央リンク、および出力側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を有する。この発明の四肢関節部装着装置は、上記構成において、前記四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を二組有し、前記入力側および出力側のリンクハブは、入力側と出力側のリンクハブが平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ方向に貫通した中空部を有し、前記入力側および出力側のリンクハブ間に四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブの前記中空部内に前記四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で前記四肢関節部回りに装着されることを特徴とする。
なお、「入力側と出力側のリンクハブが平行である状態」とは、これらのリンクハブの形状、またはこれらのリンクハブの２つの端部リンクとの回転対偶部の位置やその回転対偶軸によって、２つのリンクハブにつき共通の定め方で任意に定められた基準となる面の方向が平行であることを言う。例えば、両リンクハブが平坦な形状である場合、その厚さ方向に垂直な面を基準面とし、その基準面が互いに平行であっても良い。また、各リンクハブの２つの端部リンクとの回転対偶軸が共通の任意の角度をなす平面を基準面とし、その基準面が互いに平行であっても良い。
【００１１】
この構成によると、入力側および出力側のリンクハブを四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構で互いに連結することにより、入力側のリンクハブに対して出力側のリンクハブが２自由度の回転が可能である。この２自由度機構は、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。例えば、入力側のリンクハブの中心軸と出力側のリンクハブの中心軸の最大折れ角を９０°以上とすることが可能であり、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。上記中心軸は、入力側と出力側のリンクハブが平行である状態での、それぞれのリンクハブの前記リンクハブ中心を結ぶ軸を指す。
【００１２】
四肢関節部装着装置が限定された２自由度の回転を行うためには、二組のリンク機構は、入力側および出力側のいずれについても、それぞれの前記リンクハブと前記端部リンクの各回転対偶軸が同一平面上にあって、かつ互いに交差する位置関係であるのが望ましい。ただし、下記のように四肢関節部回りに装着された状態では、四肢によりリンク機構の動きに制限が与えられるため、四肢関節部装着装置はほぼ限定された２自由度の回転を行う。よって、上記位置関係でなくても良い。
【００１３】
この四肢関節部装着装置は、入力側および出力側のリンクハブ間の空間に患部である人の四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブの前記中空部内に四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で四肢関節部回りに装着される。この装着状態において、二組のリンク機構の各回転対偶の回転角をそれぞれ調整することで、四肢関節部の角度を調整できる。また、リンク機構の各回転対偶の回転を固定すれば、上記角度を固定することが可能となる。このように、四肢関節部の角度を調整や固定することにより、患者の肉体的特徴や患部の状況に応じて異なる角度差に対して容易に対応できる。入力側および出力側のリンクハブが、四肢関節部の両側で荷重を受けるため、四肢関節部にかかる負荷を軽減できる。
【００１４】
この四肢関節部装着装置の構成は、リンク機構の数が二組と少ないため、各リンク機構同士の干渉を回避し易く、設計の自由度が高い。それにより、四肢関節部装着装置全体の外径が小さいコンパクトな構成とすることが可能である。リンクハブの前記中空部を広くしても、四肢関節部装着装置全体の外径があまり大きくならないため、リンクハブの前記中空部を広くして、四肢関節部回りへ装着の容易化を図ることができる。また、リンク機構の数が少ないため、低コスト化を実現できる。
【００１５】
この発明において、前記入力側の端部リンクと前記出力側の端部リンクを、前記中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる連動手段を設けると良い。
この構造において、リンクハブとそれに連結される端部リンクの入力側と出力側それぞれは、球面リンク機構を構成しており、それぞれの球面リンク機構は、入力側と出力側の端部リンクが中央リンクを介して連結されている。ここで各リンク機構の二つの中央リンクは、それぞれの球面リンク機構が重なる円の円周上の並進運動に限定された１自由度となる。入力側および出力側の球面リンク機構は、節の曲率半径を無限大とすれば平面上の四節リンク機構であり、入力側、出力側のそれぞれが独立して１自由度を有している。入力側と出力側の端部リンク間に連動手段が無い場合は、二つの中央リンクの１自由度と入力側と出力側の球面リンク機構の各１自由度とで３自由度となる。ここで、このリンク作動装置では、入力側と出力側の端部リンク間に連動手段を設けたため、それぞれの球面リンク機構は連動し、両球面リンク機構で１自由度となる。以上のように、このリンク作動装置は、中央リンクの１自由度と前記球面リンク機構の１自由度を合わせた２自由度の機構となる。なお、中央リンクの位置変位は、入力側と出力側のリンクハブ間においては角度変化となり、以上から入力側と出力側のリンクハブ間は、２方向の角度変化が可能な構造となる。
２自由度の機構であると、二組のリンク機構のうちの少なくとも一組のリンク機構における１箇所の回転対偶の回転角を決めるだけで、入力側のリンクハブに対する出力側のハブリンクの姿勢を決めることができる。このため、出力側のハブリンクの姿勢変更や固定を容易に行える。
また、連動手段が、入力側の端部リンクと出力側の端部リンクを、中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる場合、入力側のリングハブに対して出力側のリンクハブの姿勢を変更するとき、常に、入力側および出力側のリンクハブの各中心の中間点に位置し前記各中心を結ぶ直線に対して垂直な平面と、中央リンクと端部リンクの二つの回転対偶の並び方向に対して垂直な横断面とが一致する。これにより、入力側と出力側の前記横断面に対して対称に動くことで、入力側の変位に対して出力側も同じ変位となり、変動した変位とならないため、操作性が良い。
【００１６】
この発明において、前記入力側および出力側のリンクハブを、前記中空部の外周に沿って周方向に並ぶ二つのリンクハブ分割体に分割し、これら二つのリンクハブ分割体のそれぞれに、前記二組のリンク機構のうちの一組ずつの端部リンクが回転可能に連結し、二つのリンクハブ分割体を結合部により互いに結合可能とするのが良い。
リンクハブを二つのリンクハブ分割体に分割したことにより、リンクハブの前記中空部内に四肢関節部に続く部位を簡単に入れることができる。二つのリンクハブ分割体は結合部により互いに結合可能であるため、リンクハブの前記中空部内に四肢関節部に続く部位を入れた状態の四肢関節部装着装置を、四肢関節部回りに安全かつ容易に装着することができる。
【００１７】
前記二つのリンクハブ分割体を互いに結合する周方向に２箇所の結合部のうち１箇所の結合部を、二つのリンクハブ分割体を互いに回動自在に結合するヒンジ構造とするのが良い。
この場合、ヒンジ構造である結合部を支点として、二つのリンクハブ分割体を互いに回動させて、中空部を開閉させられる。そのため、四肢関節部に続く部位を、中空部内へさらに容易に出し入れすることができる。
【００１８】
この発明において、前記リンク機構における四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶に、この回転対偶の相対的な回転角変位を限定するリミッターを設けても良い。
リミッターにより、回転対偶の相対的な回転角変位を限定することで、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの可動範囲が限定される。それに伴い、この四肢関節部装着装置が装着されている四肢関節部の可動範囲も限定される。リミッターの設定を変えることで、患部である四肢関節部の状況に応じた可動範囲の調整が容易に行える。
【００１９】
この発明において、前記リンク機構における四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶に、この回転対偶の相対的な回転角変位を弾性的に限定するダンパを設けても良い。
四肢に衝撃力が加えられたとき、リンクハブと接触する四肢に急激に荷重が加わる。ダンパが設けられていると、上記荷重が緩和され、四肢への負担を軽減することができる。
【００２０】
この発明において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能とするアクチュエータを設け、かつ前記四肢関節部を可動範囲内で動作させるように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けるのが良い。
この場合、制御手段の制御でアクチュエータを駆動して、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢を強制的に変更することにより、四肢関節部を可動範囲内で動作させるリハビリ運動を行える。入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢は２自由度で変更可能であるので、患部関節部前後のリンクハブの取付け角度について、患者の関節部状況に応じて容易に初期位置を決めることができる。また、単純な四肢関節部の曲げ伸ばしだけでなく、患者の四肢関節部の状況に合わせて、ひねり運動も加えることができる。そのため、四肢関節部回りの多くの筋肉を有効に動かすことができ、効果的なリハビリ運動となる。その結果、回復期間を短縮できる。また、理学療法士の負担を軽減できる。
【００２１】
この発明において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能とするアクチュエータを設け、かつ前記四肢関節部の可動範囲内の動作を補助するように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けても良い。
この場合、制御手段の制御でアクチュエータを駆動して、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの可動範囲と可動速度とを調整することにより、四肢関節部の曲げ伸ばし等を補助することができる。入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢は２自由度で変更可能であるので、単純な四肢関節部の曲げ伸ばしの補助だけでなく、捻り運動や旋回運動にも対応できる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の四肢関節部装着装置は、入出力側にそれぞれ配されたリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、入力側および出力側の端部リンクを中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記入力側の端部リンク、中央リンク、および出力側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を有する装置であって、前記四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を二組有し、前記入力側および出力側のリンクハブは、入力側と出力側のリンクハブが平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ方向に貫通した中空部を有し、前記入力側および出力側のリンクハブ間に四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブの前記中空部内に前記四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で前記四肢関節部回りに装着されるため、２自由度の回転が可能で、外径寸法が小さいコンパクトな構成であり、四肢関節部回りに容易に装着できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態にかかる四肢関節部装着装置の斜視図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】同四肢関節部装着装置を展開した状態の一部破断展開図である。
【図４】同四肢関節部装着装置のリンク機構を直線で表現した図である。
【図５】同四肢関節部装着装置に付与するトルクの大きさの変化を示すグラフである。
【図６】（Ａ）は同リンク作動装置の一状態を示す正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図７】（Ａ）は同リンク作動装置の異なる状態を示す正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図８】（Ａ）は同リンク作動装置のさらに異なる状態を示す正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図９】（Ａ）は同リンク作動装置のさらに異なる状態を示す正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図１０】連動手段の異なる構成を示す図である。
【図１１】同四肢関節部装着装置の使用状態の一例を示す図である。
【図１２】同四肢関節部装着装置の異なる使用状態を示す図である。
【図１３】同四肢関節部装着装置のさらに異なる使用状態を示す図である。
【図１４】この発明の異なる実施形態にかかる四肢関節部装着装置の正面図である。
【図１５】この発明のさらに異なる実施形態にかかる四肢関節部装着装置の正面図である。
【図１６】リミッターの一例を示す図である。
【図１７】（Ａ）は構成が異なるリンクハブの一状態を示す図、（Ｂ）は同リンクハブの異なる状態を示す図である。
【図１８】従来の四肢関節部装着装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の一実施形態を図１〜図９と共に説明する。
図１および図２はこの発明の一実施形態にかかる四肢関節部装着装置をそれぞれ異なる角度から見た斜視図、図３は同四肢関節部装着装置を展開した状態の一部破断展開図である。図１ないし図３に示すように、この四肢関節部装着装置１は、入力側および出力側のリンクハブ２，３を有し、これらリンクハブ２，３を二組のリンク機構４Ａ，４Ｂで連結したものである。リンク機構４Ａ，４Ｂは、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構であり、入力側のリンクハブ２に一端が回転自在に連結された入力側の端部リンク５と、出力側のリンクハブ３に一端が回転自在に連結された出力側の端部リンク６と、これら端部リンク５，６の他端に両端がそれぞれ回転自在に連結された中央リンク７とで構成される。
【００２５】
上記二組のリンク機構４Ａ，４Ｂは、幾何学的に同じ形状である。幾何学的に同じ形状とは、図４のようにリンク機構を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが互いに同じ形状であることを言う。また、それぞれのリンク機構４Ａ，４Ｂは、直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク７の中央部に対する入力側部分と出力側部分とが互いに鏡像対称を成す形状である。言い換えると、中央リンク７と端部リンク５，６の二つの回転対偶の並び方向に対して垂直な横断面Ｆ１を対称面として、前記入力側部分と出力側部分とが互いに鏡像対称である。上記横断面Ｆ１は、中央リンク７と２つの端部リンク５，６の回転対偶軸Ｏ３，Ｏ４の成す角度を２等分する平面であるとも言える。なお、この明細書で「回転対偶軸」とは、回転対偶の回転中心軸を言う。
【００２６】
各リンク機構４Ａ，４Ｂの入力側および出力側の端部リンク５，６は、共に球面リンク構造である。球面リンク構造とは、図３に示すように、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）、および端部リンク５（６）と中央リンク７の回転対偶軸Ｏ３（Ｏ４）が、すべて球面リンク中心Ｐ１（Ｐ２）を通る構造を言う。
【００２７】
二組のリンク機構４Ａ，４Ｂは、それぞれの回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）が互いに交差する位置関係にある。つまり、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の軸間角度が１８０°でない。そして、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の軸間角度が１８０°よりも大きい側に、各リンク機構４Ａ，４Ｂの中央リンク７が位置している。図示例では、小さい方の軸間角度αが１２０°とされている。
なお、図３の状態では、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂが、入力側および出力側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２を通り、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の軸間角度を二等分する縦断面Ｆ４に対して互いに鏡像対称となる位置に配置されている。
【００２８】
端部リンク５，６と中央リンク７の各回転対偶軸Ｏ３，Ｏ４は、ある交差角をもっていても良いし、平行であっても良い。図示例では、回転対偶軸Ｏ３，Ｏ４の軸間角度γは９０°とされている。また、入力側および出力側のリンクハブ２，３が同一平面上に位置する図３の状態において、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）と回転対偶軸Ｏ３（Ｏ４）の軸間角度βは、７５°とされている。
【００２９】
図１ないし図３において、上記各リンク機構４Ａ，４Ｂの入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６とは、連動手段９により、互いに連動して回転変位するようになっている。この実施形態の場合、連動手段９は、入力側の端部リンク５および出力側の端部リンク６に対してそれぞれ回転自在な一対のかさ歯車１０，１１を互いに噛み合わせた構成である。一対のかさ歯車１０，１１は同諸元のものであり、入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６が、互いの回転方向が反対で、かつ回転変位角度が同じになるように連動する。このように、連動手段９が複数のかさ歯車１０，１１等の歯車の噛み合いによるものであると、入力側の端部リンク５および出力側の端部リンク６の回転変位に滑り等による誤差が生じないため、精度良く連動させることができる。
【００３０】
連動手段９は、同諸元の一対のかさ歯車１０，１１の噛み合いによるものに限らない。かさ歯車の代わりリンク機構、カム、ベルト等を用いてもよい。なお、前記軸間角度γ（図３）が０°のときには、平歯車を用いる。また、一対の歯車の歯数を互いに異ならせても良い。その場合、入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６の回転変位角度が異なる。
【００３１】
図１０は、さらに異なる連動手段を示す。この連動手段９は、入力側および出力側の端部リンク５，６に補助アーム２５，２６をそれぞれ一体に設け、これら補助アーム２５，２６同士を球対偶２７および直進対偶２８を介して互いに連結している。球対偶２７は、一対の対偶構成部材２７ａ，２７ｂが互いに球面に沿って相対移動する対偶である。直進対偶２８は、一対の対偶構成部材２８ａ，２８ｂが互いに直線方向に相対移動する対偶である。この連動手段９によっても、入力側の端部リンク５の位置に対応して出力側の端部リンク６の位置が決まる。ただし、入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６とが、中央リンク７の中央部に対して対称には動かない。
【００３２】
図３において、リンクハブ２（３）は、球面リンク中心Ｐ１（Ｐ２）を中心として、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）が位置する平面Ｆ２（Ｆ３）（図２）に沿って拡がる円弧状であり、その両端に軸受内包部１３がそれぞれ設けられている。軸受内包部１３は内部に二つの転がり軸受１４を有し、これら転がり軸受１４により、端部リンク５，６の基端に一体に設けた回転軸１５を回転自在に支持する。回転軸１５の軸心は、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）と一致する。二つの転がり軸受１４は間隔を開けて配置されており、その間隔部に端部リンク５，６の基端が位置している。軸受内包部１３には、端部リンク５，６の基部が回転可能に嵌る溝１３ａが形成されている。この溝１３ａにより端部リンク５，６の回転範囲を規制することで、先に説明したように、各リンク機構４Ａ，４Ｂの中央リンク７が常に回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の軸間角度が１８０°よりも大きい側に位置する。
【００３３】
転がり軸受１４は、外輪１４ａが軸受内包部１３の内周に圧入等により嵌合し、内輪１４ｂが回転軸１４の外周に圧入等により嵌合している。転がり軸受１４は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。転がり軸受１４としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受を用いても良い。また、転がり軸受１４の代わりに滑り軸受を用いてもよい。
【００３４】
また、中央リンク７の両端部には転がり軸受１７が設けられ、この転がり軸受１７により、端部リンク５，６の先端に一体に設けた回転軸１８を回転自在に支持する。回転軸１８の軸心は、回転対偶軸Ｏ３，Ｏ４と一致する。転がり軸受１７は、外輪１７ａが中央リンク７の端部に圧入等により嵌合し、内輪１７ｂが回転軸１８の外周に圧入等により嵌合している。転がり軸受１７は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。転がり軸受１７としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受を用いても良い。また、転がり軸受１７の代わりに滑り軸受を用いてもよい。
【００３５】
リンクハブ２，３は先に説明したような円弧状であり、それぞれその内部に、前記平面Ｆ２，Ｆ３に対して垂直な方向すなわち中心軸Ｃ１，Ｃ２（図１、図３）の方向に貫通した中空部２０を有する。中心軸Ｃ１（Ｃ２）の方向は、入力側と出力側のリンクハブ２，３が平行である状態での、それぞれのリンクハブ２（３）内における二つの端部リンク５（６）との回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の交点であるリンクハブ中心Ｐ１（Ｐ２）を結ぶ方向である。
中空部２０の前記平面Ｆ２，Ｆ３と平行な断面の広さは、患部となる四肢関節部に続く部位が挿通可能な広さとされている。この中空部２０は、一対の軸受内包部１３間に形成された開口部２１を介してリンクハブ２，３の外部と連通している。開口部２１の幅Ｗは、前記四肢関節部に続く部位が通れる程度とする。開口部２１は、入力側および出力側のリンクハブ２，３のいずれについても、各回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ，Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂに対して同じ側に位置する。つまり、図１のように、入力側のリンクハブ２と出力側のリンクハブ３が互いに平行になる姿勢において、両リンクハブ２，３の開口部２１が、共に同じ側を向く。
【００３６】
図１に示すように、開口部２１を挟んで位置するリンクハブ２，３の両端には、互いに結合可能な装着ベルト２３，２４がそれぞれ取付けられている。この一対の装着ベルト２３，２４は、面ファスナ、例えばマジックテープ（登録商標）で結合されるが、他の方式で結合してもよい。装着ベルト２３，２４は可撓性の材料で製作されているのが望ましい。
【００３７】
この実施形態のように、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂにおいて、端部リンク５，６の角度、長さ、および端部リンク５，６の幾何学的形状が入力側と出力側で等しく、また、中央リンク７についても入力側と出力側で形状が等しいとき、中央リンク７の対称面に対して中央リンク７と、入力側および出力側のリンクハブ２，３と連結される端部リンク５，６との角度位置関係を入力側と出力側で同じにすれば、幾何学的対称性から入力側のリンクハブ２および入力側の端部リンク５と、出力側のリンクハブ３および出力側の端部リンク６とは同じに動く。
【００３８】
この四肢関節部装着装置１の具体的な動作を説明する。図５は、アクチュエータ等により入力側のリンクハブ２と入力側の端部リンク５の回転対偶の相対角度を変更するときの、リンク機構４Ａ，４Ｂに作用するトルクの変化を、図６の状態におけるトルクで無次元化した図である。図６ないし図９は、四肢関節部装着装置１を簡略化したモデルで表現した正面図、底面図、および斜視図であって、それぞれ図５におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各時点における姿勢を示している。このモデルでは、入力側のリンクハブ２の回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（図３）を含む平面Ｆ２（図２）を鉛直状態にし、かつ開口部２１を重力Ｇ方向に配置した場合を示している。なお、図６ないし図９には、入力側および出力側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２を球体で示してあり、リンクハブ３の中心Ｐ２に錘を配置している。錘は装置重量に比べて十分重く設定している。
【００３９】
図６は、入力側のリンクハブ２に対して出力側のリンクハブ３が平行である状態を示している。このとき、重力Ｇに抗して出力側のリンクハブ３およびリンク機構４Ａ，４Ｂの各リンク５，６，７の姿勢を維持するために、アクチュエータ等（図示せず）によりリンク機構４Ａ，４Ｂにそれぞれ同じ値の所定値のトルクが作用している。図６の状態から、リンク機構４Ａ，４Ｂに作用する各トルクを前記所定値よりも小さくすると、図７のように、出力側のリンクハブ３が、リンク機構４Ａ，４Ｂの各中央リンク７が互いに干渉するまで下方に回動する。また、図６の状態から、リンク機構４Ａの入力側のリンクハブ２と入力側の端部リンク５との角度を固定し、リンク機構４Ｂに作用するトルクを小さくすると、図８のように、リンク機構４Ａが全体的に縮み、かつリンク機構４Ｂが全体的に伸びて、出力側のリンクハブ３が前方（同図（Ａ）における手前側）に傾いた姿勢となる。さらに、リンク機構４Ａに作用するトルクおよびリンク機構４Ｂに作用するトルクを前記所定値に対してそれぞれ別個に変化させると、図９のように、入力側のリンクハブ２に対して出力側のリンクハブ３が捩れた姿勢となる。全状態において、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の姿勢が変化しても、入力側と出力側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２間の距離は変化しない。
【００４０】
図６ないし図９に示すように、この２自由度の四肢関節部装着装置１は、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の可動範囲を広くとれる。例えば、入力側のリンクハブ２の中心軸Ｃ１と出力側のリンクハブ３の中心軸Ｃ２の折れ角θ（図７（Ｂ））の最大値（最大折れ角）を９０°以上とすることができる。また、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の旋回角φ（図９（Ａ））を０°〜３６０°の範囲で設定できる。折れ角θは、入力側のリンクハブ２の中心軸Ｃ１に対する出力側のリンクハブ３の中心軸Ｃ２の傾斜角度のことであり、旋回角φは、入力側のリンクハブ２の中心軸Ｃ１に対して出力側のリンクハブ３が傾斜した水平角度のことである。
【００４１】
この四肢関節装着装置１は、人の四肢関節部のリハビリ、運動補助等の目的で、四肢関節部回りに装着して使用される。例えば、図１１は、膝関節４０回りに装着した状態を示す。この場合、入力側および出力側のリンクハブ２，３間に膝関節４０が位置し、かつリンクハブ２，３の各中空部２０に膝関節４０に続く部位、すなわち上腿部４１および下腿部４２が挿通する状態で、各リンクハブ２，３の一対の装着ベルト２３，２４を互いに結合する。
【００４２】
四肢関節装着装置１を装着した状態において、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂの各回転対偶の回転角をそれぞれ調整することで、膝関節４０の曲げ角度および捻り角度を調整できる。また、リンク機構４Ａ，４Ｂの各回転対偶の回転角を固定すれば、上記曲げ角度および捻り角度を固定することが可能となる。このように、膝関節４０の各角度を調整や固定することにより、患者の肉体的特徴や患部の状況に応じて異なる角度差に対して容易に対応できる。入力側および出力側のリンクハブ２，３が、患部である膝関節４０の両側で荷重を受けるため、膝関節４０にかかる負荷を軽減できる。
【００４３】
図１２は、四肢関節装着装置１を足首関節４３回りに装着した状態を示す。この場合、入力側および出力側のリンクハブ２，３間に足首関節４３を位置させ、かつリンクハブ２の中空部２０に下腿部４２を挿通する。踵４４は、リンクハブ３の中空部２０に嵌め込んだ状態とする。そして、リンクハブ２の一対の装着ベルト２３，２４を結合することで、足首関節４３回りに四肢関節装着装置１を装着する。膝関節４０の場合と同様に、リンク機構４Ａ，４Ｂの各回転対偶の回転角の調整や回転を固定することで、足首関節４３の曲げ角度および捻り角度の調整や固定を行うことができる。
【００４４】
図１３は、四肢関節装着装置１を肩関節４５回りに装着した状態を示す。この場合、入力側および出力側のリンクハブ２，３間に肩関節４５が位置し、かつリンクハブ２の中空部２０に肩４６を嵌め込み、リンクハブ３の中空部２０に上腕部４７を挿通させる。そして、リンクハブ３の一対の装着ベルト２３，２４を結合することで、肩関節４５回りに四肢関節装着装置１を装着する。リンク機構４Ａ，４Ｂの各回転対偶の回転角の調整や回転を固定することで、肩関節４５の旋回角度の調整や固定を行うことができる。
【００４５】
この四肢関節部装着装置１は、連動手段９により、入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６を、中央リンク７に対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる。それにより、入力側のリングハブ２に対して出力側のリンクハブ３の姿勢を変更するとき、常に、入力側と出力側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２の中間点に位置し球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線に対して垂直な平面Ｆ５が、中央リンク７と端部リンク５，６の二つの回転対偶の並び方向に対して垂直な横断面Ｆ１と一致する。図示例では、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂの両方に連動手段９が設けられているため、リンク作動装置１の剛性が高く、出力側のリンクハブ３を正確に位置決めすることができる。
【００４６】
各リンク機構４Ａ，４Ｂにおける４つの回転対偶、つまり、入力側のリンクハブ２と入力側の端部リンク５との連結部分、出力側のリンクハブ３と出力側の端部リンク６との連結部分、および入力側および出力側の端部リンク５，６と中央リンク７との二つの連結部分を軸受構造とすることにより、その連結部分での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。
【００４７】
この四肢関節部装着装置１は、リンク機構４Ａ，４Ｂの数が二組であって、従来の三組と比べて少ないため、各リンク機構４Ａ，４Ｂ同士の干渉を回避し易く、設計の自由度が高い。それにより、四肢関節部装着装１全体の外径が小さいコンパクトな構成とすることが可能である。また、リンク機構４Ａ，４Ｂの数が少ないため、低コスト化を実現できる。さらに、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂの形状が同じであるため、部品の種類を減らすことができ、このことからも低コスト化を実現できる。
【００４８】
各リンク機構４Ａ，４Ｂの中央リンク７は、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂのリンクハブ２，３と端部リンク５，６の各回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ，Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂが成す角度が１８０°よりも大きい側に位置している。そのため、構造的に、一方のリンク機構４Ａ（４Ｂ）のリンクハブ２と端部リンク５，６の回転対偶部が、他方のリンク機構４Ｂ（４Ａ）の端部リンク５，６と中央リンク７の回転対偶部に干渉しにくい。このことから、前記干渉を避けるために、端部リンク５，６と中央リンク７の回転対偶部を外径方向に張り出して設ける必要がなくなり、外径寸法が小さいコンパクトな構成にできる。
【００４９】
入力側および出力側のリンクハブ２，３の中空部２０に、リンクハブ２，３の外部と連通する開口部２１が設けられているため、中空部２０に四肢関節部に続く部位を入れ易い。
【００５０】
図１４は、四肢関節部装着装置の異なる実施形態を示す。この四肢関節部装着装置１は、各リンク機構４Ａ，４Ｂのそれぞれに、入力側のリンクハブ２に対する入力側の端部リンク５の角度を任意に変更可能なアクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを設けた。アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂは、モータやロータリアクチュエータ等のアクチュエータであって、回転軸１５を回転駆動することで、端部リンク５を回転させる。アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂの設置箇所は上記に限らず、リンク機構４Ａ，４Ｂの四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能であればよい。各アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂは、制御装置５１によって制御される。二組のリンク機構４Ａ，４Ｂが幾何学的に同じ形状であるため、制御が容易である。なお、図示例では、片方のリンク機構４Ｂにだけ、連動手段９が設けられている。
【００５１】
前記制御装置５１は、例えば、この四肢関節部装着装置１が装着される四肢関節部を可動範囲内で動作させるように、アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを制御する。アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを駆動して、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の姿勢を強制的に変更することにより、四肢関節部を可動範囲内で動作させるリハビリ運動を行える。四肢関節部装着装置１は２自由度の回転が可能な機構であるので、例えば図１１のように膝関節４０回りに装着した場合、膝関節４０の単純な曲げ伸ばしだけでなく、患者の状況に合わせて、ひねり運動も加えることができる。そのため、四肢関節部回りの多くの筋肉を有効に動かすことができ、効果的なリハビリ運動となる。その結果、回復期間を短縮できる。また、理学療法士の負担を軽減できる。
【００５２】
また、制御装置５１は、この四肢関節部装着装置１が装着される四肢関節部の可動範囲内の動作を補助するように、アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを制御しても良い。この場合、アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを駆動して、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の可動範囲と可動速度とを調整することにより、四肢関節部の動きを補助することができる。
【００５３】
図１５は、四肢関節部装着装置のさらに異なる実施形態を示す。この四肢関節部装着装置１は、各リンク機構４Ａ，４Ｂのそれぞれに、入力側のリンクハブ２に対する入力側の端部リンク５の角度を任意に変更可能なアクチュエータ５０Ａ，５０Ｂとは別に、出力側のリンクハブ３に対する出力側の端部リンク６の角度を任意に変更可能なアクチュエータ５２Ａ，５２Ｂを設けた。アクチュエータ５２Ａ，５２Ｂは、モータやロータリアクチュエータ等のアクチュエータであって、回転軸１５を回転駆動することで、端部リンク６を回転させる。各アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂも、制御装置５１によって制御される。このように、リンクハブ２，３と端部リンク５，６との連結部の計４箇所にアクチュエータ５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂを設置すると、１箇所のアクチュエータにかかる負荷が減少するためアクチュエータが小型化でき、全体としてコンパクトとなる。４つのアクチュエータ５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂによってすべての端部リンク５，６の角度が決められるので、連動手段９を設ける必要がない。
【００５４】
図１６は、リンクハブと端部リンクの連結部の異なる構成を示す。この連結部には、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶の相対的な回転角変位を限定するリミッター６０が設けられている。リミッター６０は、リンクハブ２（３）に設けられたストッパ６１と、端部リンク５（６）に設けた一対のストッパ受け６２Ａ，６２Ｂとで構成される。
【００５５】
ストッパ６１は、リンクハブ２（３）の端面から端部リンク５（６）側に突出した柱状の部材であって、端部リンク５（６）に形成された円弧状の長穴６３に通されている。長穴６３は、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）を中心とする円弧状である。
【００５６】
ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂは、前記ストッパ６１を挟んで周方向の両側にそれぞれ配置され、端部リンク５（６）に対して周方向位置を変更可能に取付けられている。詳しくは、端部リンク５（６）に前記長穴６３に沿う複数のねじ孔６４が設けられており、ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂのボルト挿通孔６５に挿通したボルト６６を前記複数のねじ孔６４のいずれかに選択的にねじ込むことで、ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂが端部リンク５（６）に対して周方向位置を変更可能に取付けられる。ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂの回り止めのために、１つのストッパ受け６２Ａ，６２Ｂに付き、２本のボルト６６で端部リンク５（６）に取付けられる。図示例では、前記ボルト挿通孔６５が２本のボルト６６で共用の長穴とされているが、ボルト６６ごとにボルト挿通孔６５を設けても良い。
【００５７】
ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂには、ストッパ６１側を向く面に、ダンパ６７が設けられている。このダンパ６７は、ゴム等のばね要素部材からなり、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶の相対的な回転角変位を弾性的に限定する作用をする。
【００５８】
図のようにストッパ６１の両側にストッパ受け６２Ａ，６２Ｂの各ダンパ６７が接触した状態にあるとき、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）のなす角度をｃ°、ストッパ６１とストッパ受け６２Ａのなす角度をａ°、ストッパ６１とストッパ受け６２Ｂのなす角度をｂ°とした場合、リンクハブ２（３）に対する端部リンク５（６）の可変角範囲は、（ｃ−ａ）°〜（ｃ＋ｂ）°となる。
【００５９】
リミッター６０により、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶の相対的な回転角変位を限定することで、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の可動範囲が限定される。それに伴い、この四肢関節部装着装置１が装着されている四肢関節部の可動範囲も限定される。リミッター６０の設定を変えることで、患部である四肢関節部の状況に応じた可動範囲の調整が容易に行える。また、四肢に衝撃力が加えられたとき、リンクハブ２（３）と接触する四肢に急激に荷重が加わることになるが、ダンパ６７により急な荷重変化が緩和され、四肢への負担を軽減することができる。
【００６０】
図１７は、リンクハブの異なる構成を示す。このリンクハブ２（３）は、中空部２０の外周に沿って周方向に並ぶ二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）に分割されている。これら二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）のそれぞれに、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂのうちの一組ずつの端部リンク５（６）が回転可能に連結されている。二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）は、結合部７０，７１により互いに結合されている。
【００６１】
一方の結合部７０はヒンジ構造であって、二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）は、支点軸７０ａ回りに互いに回動自在である。もう一方の結合部７１は、片方のリンクハブ分割体２ａ（３ａ）に形成されたボルト孔７１ａに対して、他方のリンクハブ分割体２ｂ（３ｂ）に設けたボルト７１ｂを入れ、このボルト７１ｂにナット７１ｃを締め付けることにより、両リンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）が互いに結合される。支点軸７０ａを中心にしてハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）を回動させることで、図１７（Ａ）のように、中空部が結合部７１側で開放した状態と、同図（Ｂ）のように中空部２０が閉じられた状態とにできる。
【００６２】
このように、リンクハブ２（３）を二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）に分割したことにより、中空部２０内に四肢関節部に続く部位を容易に入れることができる。二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）は結合部７０，７１により互いに結合可能であるため、四肢関節部装着装置１を四肢関節部回りに安全かつ容易に装着することができる。２箇所の結合部７０，７１のうち１箇所の結合部７０をヒンジ構造とすると、二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）が分離しないので、取扱いが容易である。
【符号の説明】
【００６３】
１…四肢関節部装着作動装置
２…入力側のリンクハブ
２ａ，２ｂ…リンクハブ分割体
３…出力側のリンクハブ
３ａ，３ｂ…リンクハブ分割体
４…リンク機構
５…入力側の端部リンク
６…出力側の端部リンク
７…中央リンク
９…連動手段
２０…中空部
５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ…アクチュエータ
５１…制御装置
６０…リミッター
６７…ダンパ
７０，７１…結合部
Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ…入力側のリンクハブと入力側の端部リンクの回転対偶軸
Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ…出力側のリンクハブと出力側の端部リンクの回転対偶軸
Ｏ３…入力側の端部リンクと中央リンクの回転対偶軸
Ｏ４…出力側の端部リンクと中央リンクの回転対偶軸
Ｐ１…入力側の球面リンク中心
Ｐ２…出力側の球面リンク中心
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人の四肢関節部回りに装着され、この四肢関節部の角度位置決めや角度可変運動を行う四肢関節部装着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
四肢の骨折等に伴う患部周囲の角度矯正、機能回復等のために関節部の曲げ伸ばしを行う他動運動、歩行等の動作の補助等を目的として、人の四肢関節部回りに装着して使用される四肢関節部装着装置（ＣＰＭ装置等）がある。例えば特許文献１に記載のものは、医療分野で使用されるＣＰＭ装置を制御する装置であって、ＣＰＭ装置の１自由度の動きを制御する。この特許文献に記載されている従来技術のＣＰＭ装置は、すべて関節部の曲げ角度方向が１自由度である。特許文献２は、脚の側面に装着され、脚の運動を補助する装着式補助装置であって、脚の屈伸動作のみを補助する。
【０００３】
また、医療分野や産業機械等に用いられるリンク作動装置として、入力側および出力側のリンクハブを三組の、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構で連結し、入力側のリンクハブに対して出力側のリンクハブを姿勢変更可能とした構成が提案されている（例えば特許文献３）。リンク機構の数を三組とする理由は、リンク機構をリンクだけで構成する場合、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢を規定するために必要な最低限のリンク機構の数が三組であるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６３８０４８号公報
【特許文献２】特許第４１７８１８５号公報
【特許文献３】特許第４４７６６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来のＣＰＭ装置は、関節部の曲げ角度方向が１自由度であった。しかし、人の四肢関節は、曲げ角度方向が１自由度ではなく、複雑な動きが可能である。例えば、膝関節は、前後方向の曲げ伸ばしの他に、下肢の長さ方向に対して捻り運動を行うこともできる。また、肩関節は、ほぼ３６０°の旋回運動を行うことができる。つまり、人の四肢関節は２自由度またはそれ以上の自由度の動きをする。
【０００６】
したがって、ＣＰＭ装置が１自由度の角度の動きしかできないと、もう１自由度方向の角度調整ができず、角度矯正が困難である。また、リハビリにおいても、ＣＰＭ装置の運動が１自由度であると、使う筋肉や関節内可動部が限定される。そのため、ＣＰＭ装置の向きを変えて装着し直して、動作補助を繰り返して行わなければならない。ＣＰＭ装置では十分な対応ができない場合、理学療法士によるリハビリに頼ることになる。その場合、時間的な制約があると共に、治療費が高額となる。歩行等の動作補助では、動作方向が限定されるため、自由に思うような動きができない。以上の理由から、２自由度の回転が可能なＣＰＭ装置の実現が待望されている。
【０００７】
従来のリンク作動装置は、リンク機構の数が三組であり、例えば図１８に示すように、各リンク機構１０４（１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ）がほぼ１２０°の間隔で配置されることとなる。この場合、各リンク機構１０４の相互間距離が狭く、一つのリンク機構１０４Ａにおけるリンクハブ１０３（１０２）と端部リンク１０６（１０５）の回転対偶部１１２（１１１）と、他のリンク機構１０４Ｂにおける端部リンク１０６（１０５）と中央リンク１０７の回転対偶部１１４（１１３）とが接近した状態となる。そこで、両回転対偶部１１２（１１１），１１４（１１３）が互いに干渉するのを避けるために、回転対偶部１１４（１１３）を外径側に逃がした形状としている。その結果、リンク作動装置１０１全体の外径が大きい。
【０００８】
このリンク作動装置１０１をＣＰＭ装置として使用する場合、リンクハブ１０２，１０３を中空形状とし、一対のリンクハブ１０２，１０３間に四肢関節部を入れ、中空部１２０に四肢関節部に続く部位を挿通した状態で四肢関節部回りに装着される。中空部１２０に四肢関節部に続く部位を挿通するためには、中空部１２０を広くする必要があり、さらに外径が大きくなる。リンク作動装置１０１全体の外径が大きいと、上記装着状態において、リンク作動装置１０１の一部が、四肢関節部以外の部位や周囲の物体に当る可能性があり、危険である。また、中空部１２０に四肢関節部に続く部位を入れ易くするには、中空部１２０を装置の外部に対して開放した形状とすればよいが（図示せず）、三組のリンク装置１０４が周方向に並んで配置されているため、開放部を十分に広くすることができない。
【０００９】
この発明の目的は、２自由度の回転が可能で、外径寸法が小さいコンパクトな構成であり、四肢関節部回りに容易に装着できる四肢関節装着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の四肢関節装着装置は、入出力側にそれぞれ配されたリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、入力側および出力側の端部リンクを中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記入力側の端部リンク、中央リンク、および出力側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を有する。この発明の四肢関節部装着装置は、上記構成において、前記四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を二組有し、前記入力側および出力側のリンクハブは、入力側と出力側のリンクハブが平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ方向に貫通した中空部を有し、前記入力側および出力側のリンクハブ間に四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブの前記中空部内に前記四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で前記四肢関節部回りに装着されることを特徴とする。
なお、「入力側と出力側のリンクハブが平行である状態」とは、これらのリンクハブの形状、またはこれらのリンクハブの２つの端部リンクとの回転対偶部の位置やその回転対偶軸によって、２つのリンクハブにつき共通の定め方で任意に定められた基準となる面の方向が平行であることを言う。例えば、両リンクハブが平坦な形状である場合、その厚さ方向に垂直な面を基準面とし、その基準面が互いに平行であっても良い。また、各リンクハブの２つの端部リンクとの回転対偶軸が共通の任意の角度をなす平面を基準面とし、その基準面が互いに平行であっても良い。
【００１１】
この構成によると、入力側および出力側のリンクハブを四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構で互いに連結することにより、入力側のリンクハブに対して出力側のリンクハブが２自由度の回転が可能である。この２自由度機構は、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。例えば、入力側のリンクハブの中心軸と出力側のリンクハブの中心軸の最大折れ角を９０°以上とすることが可能であり、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。上記中心軸は、入力側と出力側のリンクハブが平行である状態での、それぞれのリンクハブの前記リンクハブ中心を結ぶ軸を指す。
【００１２】
四肢関節部装着装置が限定された２自由度の回転を行うためには、二組のリンク機構は、入力側および出力側のいずれについても、それぞれの前記リンクハブと前記端部リンクの各回転対偶軸が同一平面上にあって、かつ互いに交差する位置関係であるのが望ましい。ただし、下記のように四肢関節部回りに装着された状態では、四肢によりリンク機構の動きに制限が与えられるため、四肢関節部装着装置はほぼ限定された２自由度の回転を行う。よって、上記位置関係でなくても良い。
【００１３】
この四肢関節部装着装置は、入力側および出力側のリンクハブ間の空間に患部である人の四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブの前記中空部内に四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で四肢関節部回りに装着される。この装着状態において、二組のリンク機構の各回転対偶の回転角をそれぞれ調整することで、四肢関節部の角度を調整できる。また、リンク機構の各回転対偶の回転を固定すれば、上記角度を固定することが可能となる。このように、四肢関節部の角度を調整や固定することにより、患者の肉体的特徴や患部の状況に応じて異なる角度差に対して容易に対応できる。入力側および出力側のリンクハブが、四肢関節部の両側で荷重を受けるため、四肢関節部にかかる負荷を軽減できる。
【００１４】
この四肢関節部装着装置の構成は、リンク機構の数が二組と少ないため、各リンク機構同士の干渉を回避し易く、設計の自由度が高い。それにより、四肢関節部装着装置全体の外径が小さいコンパクトな構成とすることが可能である。リンクハブの前記中空部を広くしても、四肢関節部装着装置全体の外径があまり大きくならないため、リンクハブの前記中空部を広くして、四肢関節部回りへ装着の容易化を図ることができる。また、リンク機構の数が少ないため、低コスト化を実現できる。
【００１５】
この発明において、前記入力側の端部リンクと前記出力側の端部リンクを、前記中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる連動手段を設けると良い。
この構造において、リンクハブとそれに連結される端部リンクの入力側と出力側それぞれは、球面リンク機構を構成しており、それぞれの球面リンク機構は、入力側と出力側の端部リンクが中央リンクを介して連結されている。ここで各リンク機構の二つの中央リンクは、それぞれの球面リンク機構が重なる円の円周上の並進運動に限定された１自由度となる。入力側および出力側の球面リンク機構は、節の曲率半径を無限大とすれば平面上の四節リンク機構であり、入力側、出力側のそれぞれが独立して１自由度を有している。入力側と出力側の端部リンク間に連動手段が無い場合は、二つの中央リンクの１自由度と入力側と出力側の球面リンク機構の各１自由度とで３自由度となる。ここで、このリンク作動装置では、入力側と出力側の端部リンク間に連動手段を設けたため、それぞれの球面リンク機構は連動し、両球面リンク機構で１自由度となる。以上のように、このリンク作動装置は、中央リンクの１自由度と前記球面リンク機構の１自由度を合わせた２自由度の機構となる。なお、中央リンクの位置変位は、入力側と出力側のリンクハブ間においては角度変化となり、以上から入力側と出力側のリンクハブ間は、２方向の角度変化が可能な構造となる。
２自由度の機構であると、二組のリンク機構のうちの少なくとも一組のリンク機構における１箇所の回転対偶の回転角を決めるだけで、入力側のリンクハブに対する出力側のハブリンクの姿勢を決めることができる。このため、出力側のハブリンクの姿勢変更や固定を容易に行える。
また、連動手段が、入力側の端部リンクと出力側の端部リンクを、中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる場合、入力側のリングハブに対して出力側のリンクハブの姿勢を変更するとき、常に、入力側および出力側のリンクハブの各中心の中間点に位置し前記各中心を結ぶ直線に対して垂直な平面と、中央リンクと端部リンクの二つの回転対偶の並び方向に対して垂直な横断面とが一致する。これにより、入力側と出力側の前記横断面に対して対称に動くことで、入力側の変位に対して出力側も同じ変位となり、変動した変位とならないため、操作性が良い。
【００１６】
この発明において、前記入力側および出力側のリンクハブを、前記中空部の外周に沿って周方向に並ぶ二つのリンクハブ分割体に分割し、これら二つのリンクハブ分割体のそれぞれに、前記二組のリンク機構のうちの一組ずつの端部リンクが回転可能に連結し、二つのリンクハブ分割体を結合部により互いに結合可能とするのが良い。
リンクハブを二つのリンクハブ分割体に分割したことにより、リンクハブの前記中空部内に四肢関節部に続く部位を簡単に入れることができる。二つのリンクハブ分割体は結合部により互いに結合可能であるため、リンクハブの前記中空部内に四肢関節部に続く部位を入れた状態の四肢関節部装着装置を、四肢関節部回りに安全かつ容易に装着することができる。
【００１７】
前記二つのリンクハブ分割体を互いに結合する周方向に２箇所の結合部のうち１箇所の結合部を、二つのリンクハブ分割体を互いに回動自在に結合するヒンジ構造とするのが良い。
この場合、ヒンジ構造である結合部を支点として、二つのリンクハブ分割体を互いに回動させて、中空部を開閉させられる。そのため、四肢関節部に続く部位を、中空部内へさらに容易に出し入れすることができる。
【００１８】
この発明において、前記リンク機構における四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶に、この回転対偶の相対的な回転角変位を限定するリミッターを設けても良い。
リミッターにより、回転対偶の相対的な回転角変位を限定することで、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの可動範囲が限定される。それに伴い、この四肢関節部装着装置が装着されている四肢関節部の可動範囲も限定される。リミッターの設定を変えることで、患部である四肢関節部の状況に応じた可動範囲の調整が容易に行える。
【００１９】
この発明において、前記リンク機構における四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶に、この回転対偶の相対的な回転角変位を弾性的に限定するダンパを設けても良い。
四肢に衝撃力が加えられたとき、リンクハブと接触する四肢に急激に荷重が加わる。ダンパが設けられていると、上記荷重が緩和され、四肢への負担を軽減することができる。
【００２０】
この発明において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能とするアクチュエータを設け、かつ前記四肢関節部を可動範囲内で動作させるように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けるのが良い。
この場合、制御手段の制御でアクチュエータを駆動して、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢を強制的に変更することにより、四肢関節部を可動範囲内で動作させるリハビリ運動を行える。入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢は２自由度で変更可能であるので、患部関節部前後のリンクハブの取付け角度について、患者の関節部状況に応じて容易に初期位置を決めることができる。また、単純な四肢関節部の曲げ伸ばしだけでなく、患者の四肢関節部の状況に合わせて、ひねり運動も加えることができる。そのため、四肢関節部回りの多くの筋肉を有効に動かすことができ、効果的なリハビリ運動となる。その結果、回復期間を短縮できる。また、理学療法士の負担を軽減できる。
【００２１】
この発明において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能とするアクチュエータを設け、かつ前記四肢関節部の可動範囲内の動作を補助するように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けても良い。
この場合、制御手段の制御でアクチュエータを駆動して、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの可動範囲と可動速度とを調整することにより、四肢関節部の曲げ伸ばし等を補助することができる。入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢は２自由度で変更可能であるので、単純な四肢関節部の曲げ伸ばしの補助だけでなく、捻り運動や旋回運動にも対応できる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の四肢関節部装着装置は、入出力側にそれぞれ配されたリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、入力側および出力側の端部リンクを中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記入力側の端部リンク、中央リンク、および出力側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を有する装置であって、前記四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を二組有し、前記入力側および出力側のリンクハブは、入力側と出力側のリンクハブが平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ方向に貫通した中空部を有し、前記入力側および出力側のリンクハブ間に四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブの前記中空部内に前記四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で前記四肢関節部回りに装着されるため、２自由度の回転が可能で、外径寸法が小さいコンパクトな構成であり、四肢関節部回りに容易に装着できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態にかかる四肢関節部装着装置の斜視図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】同四肢関節部装着装置を展開した状態の一部破断展開図である。
【図４】同四肢関節部装着装置のリンク機構を直線で表現した図である。
【図５】同四肢関節部装着装置に付与するトルクの大きさの変化を示すグラフである。
【図６】（Ａ）は同リンク作動装置の一状態を示す正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図７】（Ａ）は同リンク作動装置の異なる状態を示す正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図８】（Ａ）は同リンク作動装置のさらに異なる状態を示す正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図９】（Ａ）は同リンク作動装置のさらに異なる状態を示す正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図１０】連動手段の異なる構成を示す図である。
【図１１】同四肢関節部装着装置の使用状態の一例を示す図である。
【図１２】同四肢関節部装着装置の異なる使用状態を示す図である。
【図１３】同四肢関節部装着装置のさらに異なる使用状態を示す図である。
【図１４】この発明の異なる実施形態にかかる四肢関節部装着装置の正面図である。
【図１５】この発明のさらに異なる実施形態にかかる四肢関節部装着装置の正面図である。
【図１６】リミッターの一例を示す図である。
【図１７】（Ａ）は構成が異なるリンクハブの一状態を示す図、（Ｂ）は同リンクハブの異なる状態を示す図である。
【図１８】従来の四肢関節部装着装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の一実施形態を図１〜図９と共に説明する。
図１および図２はこの発明の一実施形態にかかる四肢関節部装着装置をそれぞれ異なる角度から見た斜視図、図３は同四肢関節部装着装置を展開した状態の一部破断展開図である。図１ないし図３に示すように、この四肢関節部装着装置１は、入力側および出力側のリンクハブ２，３を有し、これらリンクハブ２，３を二組のリンク機構４Ａ，４Ｂで連結したものである。リンク機構４Ａ，４Ｂは、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構であり、入力側のリンクハブ２に一端が回転自在に連結された入力側の端部リンク５と、出力側のリンクハブ３に一端が回転自在に連結された出力側の端部リンク６と、これら端部リンク５，６の他端に両端がそれぞれ回転自在に連結された中央リンク７とで構成される。
【００２５】
上記二組のリンク機構４Ａ，４Ｂは、幾何学的に同じ形状である。幾何学的に同じ形状とは、図４のようにリンク機構を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが互いに同じ形状であることを言う。また、それぞれのリンク機構４Ａ，４Ｂは、直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク７の中央部に対する入力側部分と出力側部分とが互いに鏡像対称を成す形状である。言い換えると、中央リンク７と端部リンク５，６の二つの回転対偶の並び方向に対して垂直な横断面Ｆ１を対称面として、前記入力側部分と出力側部分とが互いに鏡像対称である。上記横断面Ｆ１は、中央リンク７と２つの端部リンク５，６の回転対偶軸Ｏ３，Ｏ４の成す角度を２等分する平面であるとも言える。なお、この明細書で「回転対偶軸」とは、回転対偶の回転中心軸を言う。
【００２６】
各リンク機構４Ａ，４Ｂの入力側および出力側の端部リンク５，６は、共に球面リンク構造である。球面リンク構造とは、図３に示すように、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）、および端部リンク５（６）と中央リンク７の回転対偶軸Ｏ３（Ｏ４）が、すべて球面リンク中心Ｐ１（Ｐ２）を通る構造を言う。
【００２７】
二組のリンク機構４Ａ，４Ｂは、それぞれの回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）が互いに交差する位置関係にある。つまり、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の軸間角度が１８０°でない。そして、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の軸間角度が１８０°よりも大きい側に、各リンク機構４Ａ，４Ｂの中央リンク７が位置している。図示例では、小さい方の軸間角度αが１２０°とされている。
なお、図３の状態では、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂが、入力側および出力側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２を通り、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の軸間角度を二等分する縦断面Ｆ４に対して互いに鏡像対称となる位置に配置されている。
【００２８】
端部リンク５，６と中央リンク７の各回転対偶軸Ｏ３，Ｏ４は、ある交差角をもっていても良いし、平行であっても良い。図示例では、回転対偶軸Ｏ３，Ｏ４の軸間角度γは９０°とされている。また、入力側および出力側のリンクハブ２，３が同一平面上に位置する図３の状態において、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）と回転対偶軸Ｏ３（Ｏ４）の軸間角度βは、７５°とされている。
【００２９】
図１ないし図３において、上記各リンク機構４Ａ，４Ｂの入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６とは、連動手段９により、互いに連動して回転変位するようになっている。この実施形態の場合、連動手段９は、入力側の端部リンク５および出力側の端部リンク６に対してそれぞれ回転自在な一対のかさ歯車１０，１１を互いに噛み合わせた構成である。一対のかさ歯車１０，１１は同諸元のものであり、入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６が、互いの回転方向が反対で、かつ回転変位角度が同じになるように連動する。このように、連動手段９が複数のかさ歯車１０，１１等の歯車の噛み合いによるものであると、入力側の端部リンク５および出力側の端部リンク６の回転変位に滑り等による誤差が生じないため、精度良く連動させることができる。
【００３０】
連動手段９は、同諸元の一対のかさ歯車１０，１１の噛み合いによるものに限らない。かさ歯車の代わりリンク機構、カム、ベルト等を用いてもよい。なお、前記軸間角度γ（図３）が０°のときには、平歯車を用いる。また、一対の歯車の歯数を互いに異ならせても良い。その場合、入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６の回転変位角度が異なる。
【００３１】
図１０は、さらに異なる連動手段を示す。この連動手段９は、入力側および出力側の端部リンク５，６に補助アーム２５，２６をそれぞれ一体に設け、これら補助アーム２５，２６同士を球対偶２７および直進対偶２８を介して互いに連結している。球対偶２７は、一対の対偶構成部材２７ａ，２７ｂが互いに球面に沿って相対移動する対偶である。直進対偶２８は、一対の対偶構成部材２８ａ，２８ｂが互いに直線方向に相対移動する対偶である。この連動手段９によっても、入力側の端部リンク５の位置に対応して出力側の端部リンク６の位置が決まる。ただし、入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６とが、中央リンク７の中央部に対して対称には動かない。
【００３２】
図３において、リンクハブ２（３）は、球面リンク中心Ｐ１（Ｐ２）を中心として、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）が位置する平面Ｆ２（Ｆ３）（図２）に沿って拡がる円弧状であり、その両端に軸受内包部１３がそれぞれ設けられている。軸受内包部１３は内部に二つの転がり軸受１４を有し、これら転がり軸受１４により、端部リンク５，６の基端に一体に設けた回転軸１５を回転自在に支持する。回転軸１５の軸心は、回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）と一致する。二つの転がり軸受１４は間隔を開けて配置されており、その間隔部に端部リンク５，６の基端が位置している。軸受内包部１３には、端部リンク５，６の基部が回転可能に嵌る溝１３ａが形成されている。この溝１３ａにより端部リンク５，６の回転範囲を規制することで、先に説明したように、各リンク機構４Ａ，４Ｂの中央リンク７が常に回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の軸間角度が１８０°よりも大きい側に位置する。
【００３３】
転がり軸受１４は、外輪１４ａが軸受内包部１３の内周に圧入等により嵌合し、内輪１４ｂが回転軸１４の外周に圧入等により嵌合している。転がり軸受１４は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。転がり軸受１４としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受を用いても良い。また、転がり軸受１４の代わりに滑り軸受を用いてもよい。
【００３４】
また、中央リンク７の両端部には転がり軸受１７が設けられ、この転がり軸受１７により、端部リンク５，６の先端に一体に設けた回転軸１８を回転自在に支持する。回転軸１８の軸心は、回転対偶軸Ｏ３，Ｏ４と一致する。転がり軸受１７は、外輪１７ａが中央リンク７の端部に圧入等により嵌合し、内輪１７ｂが回転軸１８の外周に圧入等により嵌合している。転がり軸受１７は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。転がり軸受１７としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受を用いても良い。また、転がり軸受１７の代わりに滑り軸受を用いてもよい。
【００３５】
リンクハブ２，３は先に説明したような円弧状であり、それぞれその内部に、前記平面Ｆ２，Ｆ３に対して垂直な方向すなわち中心軸Ｃ１，Ｃ２（図１、図３）の方向に貫通した中空部２０を有する。中心軸Ｃ１（Ｃ２）の方向は、入力側と出力側のリンクハブ２，３が平行である状態での、それぞれのリンクハブ２（３）内における二つの端部リンク５（６）との回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）の交点であるリンクハブ中心Ｐ１（Ｐ２）を結ぶ方向である。
中空部２０の前記平面Ｆ２，Ｆ３と平行な断面の広さは、患部となる四肢関節部に続く部位が挿通可能な広さとされている。この中空部２０は、一対の軸受内包部１３間に形成された開口部２１を介してリンクハブ２，３の外部と連通している。開口部２１の幅Ｗは、前記四肢関節部に続く部位が通れる程度とする。開口部２１は、入力側および出力側のリンクハブ２，３のいずれについても、各回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ，Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂに対して同じ側に位置する。つまり、図１のように、入力側のリンクハブ２と出力側のリンクハブ３が互いに平行になる姿勢において、両リンクハブ２，３の開口部２１が、共に同じ側を向く。
【００３６】
図１に示すように、開口部２１を挟んで位置するリンクハブ２，３の両端には、互いに結合可能な装着ベルト２３，２４がそれぞれ取付けられている。この一対の装着ベルト２３，２４は、面ファスナ、例えばマジックテープ（登録商標）で結合されるが、他の方式で結合してもよい。装着ベルト２３，２４は可撓性の材料で製作されているのが望ましい。
【００３７】
この実施形態のように、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂにおいて、端部リンク５，６の角度、長さ、および端部リンク５，６の幾何学的形状が入力側と出力側で等しく、また、中央リンク７についても入力側と出力側で形状が等しいとき、中央リンク７の対称面に対して中央リンク７と、入力側および出力側のリンクハブ２，３と連結される端部リンク５，６との角度位置関係を入力側と出力側で同じにすれば、幾何学的対称性から入力側のリンクハブ２および入力側の端部リンク５と、出力側のリンクハブ３および出力側の端部リンク６とは同じに動く。
【００３８】
この四肢関節部装着装置１の具体的な動作を説明する。図５は、アクチュエータ等により入力側のリンクハブ２と入力側の端部リンク５の回転対偶の相対角度を変更するときの、リンク機構４Ａ，４Ｂに作用するトルクの変化を、図６の状態におけるトルクで無次元化した図である。図６ないし図９は、四肢関節部装着装置１を簡略化したモデルで表現した正面図、底面図、および斜視図であって、それぞれ図５におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各時点における姿勢を示している。このモデルでは、入力側のリンクハブ２の回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（図３）を含む平面Ｆ２（図２）を鉛直状態にし、かつ開口部２１を重力Ｇ方向に配置した場合を示している。なお、図６ないし図９には、入力側および出力側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２を球体で示してあり、リンクハブ３の中心Ｐ２に錘を配置している。錘は装置重量に比べて十分重く設定している。
【００３９】
図６は、入力側のリンクハブ２に対して出力側のリンクハブ３が平行である状態を示している。このとき、重力Ｇに抗して出力側のリンクハブ３およびリンク機構４Ａ，４Ｂの各リンク５，６，７の姿勢を維持するために、アクチュエータ等（図示せず）によりリンク機構４Ａ，４Ｂにそれぞれ同じ値の所定値のトルクが作用している。図６の状態から、リンク機構４Ａ，４Ｂに作用する各トルクを前記所定値よりも小さくすると、図７のように、出力側のリンクハブ３が、リンク機構４Ａ，４Ｂの各中央リンク７が互いに干渉するまで下方に回動する。また、図６の状態から、リンク機構４Ａの入力側のリンクハブ２と入力側の端部リンク５との角度を固定し、リンク機構４Ｂに作用するトルクを小さくすると、図８のように、リンク機構４Ａが全体的に縮み、かつリンク機構４Ｂが全体的に伸びて、出力側のリンクハブ３が前方（同図（Ａ）における手前側）に傾いた姿勢となる。さらに、リンク機構４Ａに作用するトルクおよびリンク機構４Ｂに作用するトルクを前記所定値に対してそれぞれ別個に変化させると、図９のように、入力側のリンクハブ２に対して出力側のリンクハブ３が捩れた姿勢となる。全状態において、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の姿勢が変化しても、入力側と出力側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２間の距離は変化しない。
【００４０】
図６ないし図９に示すように、この２自由度の四肢関節部装着装置１は、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の可動範囲を広くとれる。例えば、入力側のリンクハブ２の中心軸Ｃ１と出力側のリンクハブ３の中心軸Ｃ２の折れ角θ（図７（Ｂ））の最大値（最大折れ角）を９０°以上とすることができる。また、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の旋回角φ（図９（Ａ））を０°〜３６０°の範囲で設定できる。折れ角θは、入力側のリンクハブ２の中心軸Ｃ１に対する出力側のリンクハブ３の中心軸Ｃ２の傾斜角度のことであり、旋回角φは、入力側のリンクハブ２の中心軸Ｃ１に対して出力側のリンクハブ３が傾斜した水平角度のことである。
【００４１】
この四肢関節装着装置１は、人の四肢関節部のリハビリ、運動補助等の目的で、四肢関節部回りに装着して使用される。例えば、図１１は、膝関節４０回りに装着した状態を示す。この場合、入力側および出力側のリンクハブ２，３間に膝関節４０が位置し、かつリンクハブ２，３の各中空部２０に膝関節４０に続く部位、すなわち上腿部４１および下腿部４２が挿通する状態で、各リンクハブ２，３の一対の装着ベルト２３，２４を互いに結合する。
【００４２】
四肢関節装着装置１を装着した状態において、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂの各回転対偶の回転角をそれぞれ調整することで、膝関節４０の曲げ角度および捻り角度を調整できる。また、リンク機構４Ａ，４Ｂの各回転対偶の回転角を固定すれば、上記曲げ角度および捻り角度を固定することが可能となる。このように、膝関節４０の各角度を調整や固定することにより、患者の肉体的特徴や患部の状況に応じて異なる角度差に対して容易に対応できる。入力側および出力側のリンクハブ２，３が、患部である膝関節４０の両側で荷重を受けるため、膝関節４０にかかる負荷を軽減できる。
【００４３】
図１２は、四肢関節装着装置１を足首関節４３回りに装着した状態を示す。この場合、入力側および出力側のリンクハブ２，３間に足首関節４３を位置させ、かつリンクハブ２の中空部２０に下腿部４２を挿通する。踵４４は、リンクハブ３の中空部２０に嵌め込んだ状態とする。そして、リンクハブ２の一対の装着ベルト２３，２４を結合することで、足首関節４３回りに四肢関節装着装置１を装着する。膝関節４０の場合と同様に、リンク機構４Ａ，４Ｂの各回転対偶の回転角の調整や回転を固定することで、足首関節４３の曲げ角度および捻り角度の調整や固定を行うことができる。
【００４４】
図１３は、四肢関節装着装置１を肩関節４５回りに装着した状態を示す。この場合、入力側および出力側のリンクハブ２，３間に肩関節４５が位置し、かつリンクハブ２の中空部２０に肩４６を嵌め込み、リンクハブ３の中空部２０に上腕部４７を挿通させる。そして、リンクハブ３の一対の装着ベルト２３，２４を結合することで、肩関節４５回りに四肢関節装着装置１を装着する。リンク機構４Ａ，４Ｂの各回転対偶の回転角の調整や回転を固定することで、肩関節４５の旋回角度の調整や固定を行うことができる。
【００４５】
この四肢関節部装着装置１は、連動手段９により、入力側の端部リンク５と出力側の端部リンク６を、中央リンク７に対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる。それにより、入力側のリングハブ２に対して出力側のリンクハブ３の姿勢を変更するとき、常に、入力側と出力側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２の中間点に位置し球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線に対して垂直な平面Ｆ５が、中央リンク７と端部リンク５，６の二つの回転対偶の並び方向に対して垂直な横断面Ｆ１と一致する。図示例では、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂの両方に連動手段９が設けられているため、リンク作動装置１の剛性が高く、出力側のリンクハブ３を正確に位置決めすることができる。
【００４６】
各リンク機構４Ａ，４Ｂにおける４つの回転対偶、つまり、入力側のリンクハブ２と入力側の端部リンク５との連結部分、出力側のリンクハブ３と出力側の端部リンク６との連結部分、および入力側および出力側の端部リンク５，６と中央リンク７との二つの連結部分を軸受構造とすることにより、その連結部分での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。
【００４７】
この四肢関節部装着装置１は、リンク機構４Ａ，４Ｂの数が二組であって、従来の三組と比べて少ないため、各リンク機構４Ａ，４Ｂ同士の干渉を回避し易く、設計の自由度が高い。それにより、四肢関節部装着装１全体の外径が小さいコンパクトな構成とすることが可能である。また、リンク機構４Ａ，４Ｂの数が少ないため、低コスト化を実現できる。さらに、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂの形状が同じであるため、部品の種類を減らすことができ、このことからも低コスト化を実現できる。
【００４８】
各リンク機構４Ａ，４Ｂの中央リンク７は、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂのリンクハブ２，３と端部リンク５，６の各回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ，Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂが成す角度が１８０°よりも大きい側に位置している。そのため、構造的に、一方のリンク機構４Ａ（４Ｂ）のリンクハブ２と端部リンク５，６の回転対偶部が、他方のリンク機構４Ｂ（４Ａ）の端部リンク５，６と中央リンク７の回転対偶部に干渉しにくい。このことから、前記干渉を避けるために、端部リンク５，６と中央リンク７の回転対偶部を外径方向に張り出して設ける必要がなくなり、外径寸法が小さいコンパクトな構成にできる。
【００４９】
入力側および出力側のリンクハブ２，３の中空部２０に、リンクハブ２，３の外部と連通する開口部２１が設けられているため、中空部２０に四肢関節部に続く部位を入れ易い。
【００５０】
図１４は、四肢関節部装着装置の異なる実施形態を示す。この四肢関節部装着装置１は、各リンク機構４Ａ，４Ｂのそれぞれに、入力側のリンクハブ２に対する入力側の端部リンク５の角度を任意に変更可能なアクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを設けた。アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂは、モータやロータリアクチュエータ等のアクチュエータであって、回転軸１５を回転駆動することで、端部リンク５を回転させる。アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂの設置箇所は上記に限らず、リンク機構４Ａ，４Ｂの四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能であればよい。各アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂは、制御装置５１によって制御される。二組のリンク機構４Ａ，４Ｂが幾何学的に同じ形状であるため、制御が容易である。なお、図示例では、片方のリンク機構４Ｂにだけ、連動手段９が設けられている。
【００５１】
前記制御装置５１は、例えば、この四肢関節部装着装置１が装着される四肢関節部を可動範囲内で動作させるように、アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを制御する。アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを駆動して、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の姿勢を強制的に変更することにより、四肢関節部を可動範囲内で動作させるリハビリ運動を行える。四肢関節部装着装置１は２自由度の回転が可能な機構であるので、例えば図１１のように膝関節４０回りに装着した場合、膝関節４０の単純な曲げ伸ばしだけでなく、患者の状況に合わせて、ひねり運動も加えることができる。そのため、四肢関節部回りの多くの筋肉を有効に動かすことができ、効果的なリハビリ運動となる。その結果、回復期間を短縮できる。また、理学療法士の負担を軽減できる。
【００５２】
また、制御装置５１は、この四肢関節部装着装置１が装着される四肢関節部の可動範囲内の動作を補助するように、アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを制御しても良い。この場合、アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂを駆動して、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の可動範囲と可動速度とを調整することにより、四肢関節部の動きを補助することができる。
【００５３】
図１５は、四肢関節部装着装置のさらに異なる実施形態を示す。この四肢関節部装着装置１は、各リンク機構４Ａ，４Ｂのそれぞれに、入力側のリンクハブ２に対する入力側の端部リンク５の角度を任意に変更可能なアクチュエータ５０Ａ，５０Ｂとは別に、出力側のリンクハブ３に対する出力側の端部リンク６の角度を任意に変更可能なアクチュエータ５２Ａ，５２Ｂを設けた。アクチュエータ５２Ａ，５２Ｂは、モータやロータリアクチュエータ等のアクチュエータであって、回転軸１５を回転駆動することで、端部リンク６を回転させる。各アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂも、制御装置５１によって制御される。このように、リンクハブ２，３と端部リンク５，６との連結部の計４箇所にアクチュエータ５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂを設置すると、１箇所のアクチュエータにかかる負荷が減少するためアクチュエータが小型化でき、全体としてコンパクトとなる。４つのアクチュエータ５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂによってすべての端部リンク５，６の角度が決められるので、連動手段９を設ける必要がない。
【００５４】
図１６は、リンクハブと端部リンクの連結部の異なる構成を示す。この連結部には、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶の相対的な回転角変位を限定するリミッター６０が設けられている。リミッター６０は、リンクハブ２（３）に設けられたストッパ６１と、端部リンク５（６）に設けた一対のストッパ受け６２Ａ，６２Ｂとで構成される。
【００５５】
ストッパ６１は、リンクハブ２（３）の端面から端部リンク５（６）側に突出した柱状の部材であって、端部リンク５（６）に形成された円弧状の長穴６３に通されている。長穴６３は、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶軸Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ（Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ）を中心とする円弧状である。
【００５６】
ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂは、前記ストッパ６１を挟んで周方向の両側にそれぞれ配置され、端部リンク５（６）に対して周方向位置を変更可能に取付けられている。詳しくは、端部リンク５（６）に前記長穴６３に沿う複数のねじ孔６４が設けられており、ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂのボルト挿通孔６５に挿通したボルト６６を前記複数のねじ孔６４のいずれかに選択的にねじ込むことで、ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂが端部リンク５（６）に対して周方向位置を変更可能に取付けられる。ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂの回り止めのために、１つのストッパ受け６２Ａ，６２Ｂに付き、２本のボルト６６で端部リンク５（６）に取付けられる。図示例では、前記ボルト挿通孔６５が２本のボルト６６で共用の長穴とされているが、ボルト６６ごとにボルト挿通孔６５を設けても良い。
【００５７】
ストッパ受け６２Ａ，６２Ｂには、ストッパ６１側を向く面に、ダンパ６７が設けられている。このダンパ６７は、ゴム等のばね要素部材からなり、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶の相対的な回転角変位を弾性的に限定する作用をする。
【００５８】
図のようにストッパ６１の両側にストッパ受け６２Ａ，６２Ｂの各ダンパ６７が接触した状態にあるとき、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）のなす角度をｃ°、ストッパ６１とストッパ受け６２Ａのなす角度をａ°、ストッパ６１とストッパ受け６２Ｂのなす角度をｂ°とした場合、リンクハブ２（３）に対する端部リンク５（６）の可変角範囲は、（ｃ−ａ）°〜（ｃ＋ｂ）°となる。
【００５９】
リミッター６０により、リンクハブ２（３）と端部リンク５（６）の回転対偶の相対的な回転角変位を限定することで、入力側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の可動範囲が限定される。それに伴い、この四肢関節部装着装置１が装着されている四肢関節部の可動範囲も限定される。リミッター６０の設定を変えることで、患部である四肢関節部の状況に応じた可動範囲の調整が容易に行える。また、四肢に衝撃力が加えられたとき、リンクハブ２（３）と接触する四肢に急激に荷重が加わることになるが、ダンパ６７により急な荷重変化が緩和され、四肢への負担を軽減することができる。
【００６０】
図１７は、リンクハブの異なる構成を示す。このリンクハブ２（３）は、中空部２０の外周に沿って周方向に並ぶ二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）に分割されている。これら二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）のそれぞれに、二組のリンク機構４Ａ，４Ｂのうちの一組ずつの端部リンク５（６）が回転可能に連結されている。二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）は、結合部７０，７１により互いに結合されている。
【００６１】
一方の結合部７０はヒンジ構造であって、二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）は、支点軸７０ａ回りに互いに回動自在である。もう一方の結合部７１は、片方のリンクハブ分割体２ａ（３ａ）に形成されたボルト孔７１ａに対して、他方のリンクハブ分割体２ｂ（３ｂ）に設けたボルト７１ｂを入れ、このボルト７１ｂにナット７１ｃを締め付けることにより、両リンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）が互いに結合される。支点軸７０ａを中心にしてハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）を回動させることで、図１７（Ａ）のように、中空部が結合部７１側で開放した状態と、同図（Ｂ）のように中空部２０が閉じられた状態とにできる。
【００６２】
このように、リンクハブ２（３）を二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）に分割したことにより、中空部２０内に四肢関節部に続く部位を容易に入れることができる。二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）は結合部７０，７１により互いに結合可能であるため、四肢関節部装着装置１を四肢関節部回りに安全かつ容易に装着することができる。２箇所の結合部７０，７１のうち１箇所の結合部７０をヒンジ構造とすると、二つのリンクハブ分割体２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）が分離しないので、取扱いが容易である。
【符号の説明】
【００６３】
１…四肢関節部装着作動装置
２…入力側のリンクハブ
２ａ，２ｂ…リンクハブ分割体
３…出力側のリンクハブ
３ａ，３ｂ…リンクハブ分割体
４…リンク機構
５…入力側の端部リンク
６…出力側の端部リンク
７…中央リンク
９…連動手段
２０…中空部
５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ…アクチュエータ
５１…制御装置
６０…リミッター
６７…ダンパ
７０，７１…結合部
Ｏ１Ａ，Ｏ１Ｂ…入力側のリンクハブと入力側の端部リンクの回転対偶軸
Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ…出力側のリンクハブと出力側の端部リンクの回転対偶軸
Ｏ３…入力側の端部リンクと中央リンクの回転対偶軸
Ｏ４…出力側の端部リンクと中央リンクの回転対偶軸
Ｐ１…入力側の球面リンク中心
Ｐ２…出力側の球面リンク中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力側にそれぞれ配されたリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、入力側および出力側の端部リンクを中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記入力側の端部リンク、中央リンク、および出力側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を有する四肢関節部装着装置であって、
前記四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を二組有し、前記入力側および出力側のリンクハブは、入力側と出力側のリンクハブが平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ方向に貫通した中空部を有し、前記入力側および出力側のリンクハブ間に四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブの前記中空部内に前記四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で前記四肢関節部回りに装着されることを特徴とする四肢関節部装着装置。
【請求項２】
請求項１において、前記入力側の端部リンクと前記出力側の端部リンクを、前記中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる連動手段を設けた四肢関節部装着装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記入力側および出力側のリンクハブを、前記中空部の外周に沿って周方向に並ぶ二つのリンクハブ分割体に分割し、これら二つのリンクハブ分割体のそれぞれに、前記二組のリンク機構のうちの一組ずつの端部リンクが回転可能に連結し、二つのリンクハブ分割体を結合部により互いに結合可能とした四肢関節部装着装置。
【請求項４】
請求項３において、前記二つのリンクハブ分割体を互いに結合する周方向に２箇所の結合部のうち１箇所の結合部を、二つのリンクハブ分割体を互いに回動自在に結合するヒンジ構造とした四肢関節部装着装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記リンク機構における四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶に、この回転対偶の相対的な回転角変位を限定するリミッターを設けた四肢関節部装着装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記リンク機構における四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶に、この回転対偶の相対的な回転角変位を弾性的に限定するダンパを設けた四肢関節部装着装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能とするアクチュエータを設け、かつ前記四肢関節部を可動範囲内で動作させるように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けた四肢関節部装着装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能とするアクチュエータを設け、前記四肢関節部の可動範囲内の動作を補助するように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けた四肢関節部装着装置。
【請求項１】
入出力側にそれぞれ配されたリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、入力側および出力側の端部リンクを中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記入力側の端部リンク、中央リンク、および出力側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を有する四肢関節部装着装置であって、
前記四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を二組有し、前記入力側および出力側のリンクハブは、入力側と出力側のリンクハブが平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ方向に貫通した中空部を有し、前記入力側および出力側のリンクハブ間に四肢関節部が位置し、かつ各リンクハブの前記中空部内に前記四肢関節部に続く部位がそれぞれ挿通された状態で前記四肢関節部回りに装着されることを特徴とする四肢関節部装着装置。
【請求項２】
請求項１において、前記入力側の端部リンクと前記出力側の端部リンクを、前記中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる連動手段を設けた四肢関節部装着装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記入力側および出力側のリンクハブを、前記中空部の外周に沿って周方向に並ぶ二つのリンクハブ分割体に分割し、これら二つのリンクハブ分割体のそれぞれに、前記二組のリンク機構のうちの一組ずつの端部リンクが回転可能に連結し、二つのリンクハブ分割体を結合部により互いに結合可能とした四肢関節部装着装置。
【請求項４】
請求項３において、前記二つのリンクハブ分割体を互いに結合する周方向に２箇所の結合部のうち１箇所の結合部を、二つのリンクハブ分割体を互いに回動自在に結合するヒンジ構造とした四肢関節部装着装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記リンク機構における四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶に、この回転対偶の相対的な回転角変位を限定するリミッターを設けた四肢関節部装着装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記リンク機構における四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶に、この回転対偶の相対的な回転角変位を弾性的に限定するダンパを設けた四肢関節部装着装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能とするアクチュエータを設け、かつ前記四肢関節部を可動範囲内で動作させるように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けた四肢関節部装着装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、四つの回転対偶のうち少なくとも一つの回転対偶の相対的な回転角変位を変更可能とするアクチュエータを設け、前記四肢関節部の可動範囲内の動作を補助するように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けた四肢関節部装着装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−７４９２０（Ｐ２０１３−７４９２０Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１５０８３（Ｐ２０１１−２１５０８３）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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