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公開番号2025047853
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023156607
出願日2023-09-22
発明の名称把持反力提示装置及びその制御手法
出願人国立大学法人名古屋工業大学
代理人
主分類A61B 5/22 20060101AFI20250327BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】
把持が可能なサイズで操作性が良く、安全性が高い把持力の提示を可能とする、把持反力提示装置と提示方法を提供すること。
【解決手段】
手指により把持可能な筐体5と、筐体5に並列に配置される弾性体及びアクチュエータと、を備え、筐体5は、筐体5に与えられる負荷と負荷の解除によって区画される内部空間Vを有し、負荷は把持による把持力及び/又はアクチュエータによる引張力により、負荷の反作用となる力は弾性体の復元力によりそれぞれ発生し、復元力と釣り合った負荷による力から引張力を解除することよる反力(把持力)を手指に提示することができる、把持反力提示装置1である。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
手指により把持可能な筐体と、前記筐体に並列に配置される弾性体及びアクチュエータと、を備え、前記筐体は、前記筐体に与えられる負荷と前記負荷の解除によって区画される内部空間を有し、前記負荷は前記把持による把持力及び／又は前記アクチュエータによる引張力により、前記負荷の反作用となる力は前記弾性体の復元力によりそれぞれ発生し、前記復元力と釣り合った前記負荷による力から前記引張力を解除することによる反力（前記把持力）を前記手指に提示することができる、把持反力提示装置。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記内部空間は前記負荷が与えられたときは減少し、前記負荷が解除されたときは増加する請求項１に記載の把持反力提示装置。
【請求項３】
前記アクチュエータとしてワイヤと前記ワイヤの巻取部を有するワイヤ巻取機構を、さらに備える請求項１又は２に記載の把持反力提示装置。
【請求項４】
前記弾性体の復元力と前記アクチュエータの引張力を検出可能なそれぞれのセンサを、さらに有する請求項１又は２に記載の把持反力提示装置。
【請求項５】
前記弾性体の復元力と前記アクチュエータの引張力を検出可能なそれぞれのセンサを、さらに有する請求項３に記載の把持反力提示装置。
【請求項６】
前記アクチュエータがモータと、前記モータを制御するコントロール部と、をさらに有し、前記コントロール部による制御により、前記反力が調整可能である請求項５に記載の把持反力提示装置。
【請求項７】
前記弾性体及び／又は前記アクチュエータは前記内部空間に配置される請求項１又は２に記載の把持反力提示装置。
【請求項８】
前記弾性体及び／又は前記アクチュエータは前記内部空間に配置される請求項３に記載の把持反力提示装置。
【請求項９】
請求項６に記載の把持反力提示装置と、電源部と、前記把持反力を表示する表示部と、を備える把持反力提示装置システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の把持反力提示装置を使用し、前記引張力を調整することにより、前記弾性体の変位及び／又は前記復元力以下の任意の前記反力を与えることができる反力の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、把持反力提示装置及びその制御手法に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ヒトは道具を巧みに操作することで円滑な日常生活を営む。これは手の巧緻的な動作により成立するため，手指の巧緻動作の定量的評価やトレーニングの必要性が認識されている。このことから、手の巧緻動作に着目し、筋収縮をコントロールして把握力を調整する能力を把握力調整能力とする、把握力調整能力評価トレーニングデバイスが開発されている。
【０００３】
特許文献１には、人間の指に反力や力覚を提示する装置として、サーボモータによりボールネジを駆動して把持中の指先を開閉させる把持感覚提示装置が記載されている。この機構以外で反力や力覚を提示する方法として、特許文献２には、圧縮ばねのような弾性体の復元力を誘電エラストマのような人工筋肉の長さを制御することで圧覚を提示する触覚刺激装置が記載されている。また、特許文献３には、押圧ロッカによる戻しばねの復元力に対抗するアクチュエータの制御により押付力を可変制御する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１０－１０２５６０号公報
特開２０１７－７９０３４号公報
特表２０２２－５２０５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の機構は高重量かつ高剛性のため制御性は良いが、人が操作する上で重要となるバックドライバビリティが低いという課題がある．特許文献２に記載の発明は、バックドライバビリティに優れているが、誘電エラストマに起因した非線形特性、柔軟性による制御の困難さ、誘電エラストマの駆動に高電圧が必要であるため安全性の問題がある。特許文献３に記載の発明は、バックドライバビリティと制御性が優れる機構であるが、人の指に対する反力の提示という目的で利用されていない。このため、把持が可能なサイズで操作性が良く、安全性が高い把持力の提示を可能とする技術がない。そこで、本発明では、把持が可能なサイズで操作性が良く、安全性が高い把持力の提示を可能とする、把持反力提示装置と提示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明は以下の通りである。
［１］手指により把持可能な筐体と、前記筐体に並列に配置される弾性体及びアクチュエータと、を備え、前記筐体は、前記筐体に与えられる負荷と前記負荷の解除によって区画される内部空間を有し、前記負荷は前記把持による把持力及び／又は前記アクチュエータによる引張力により、前記負荷の反作用となる力は前記弾性体の復元力によりそれぞれ発生し、前記復元力と釣り合った前記負荷による力から前記引張力を解除することよる反力（前記把持力）を前記手指に提示することができる、把持反力提示装置である。
［２］前記内部空間は前記負荷が与えられたときは減少し、前記負荷が解除されたときは増加する［１］に記載の把持反力提示装置である。
［３］前記アクチュエータとしてワイヤと前記ワイヤの巻取部を有するワイヤ巻取機構を備える［１］は［２］に記載の把持反力提示装置である。
［４］前記弾性体の復元力と前記アクチュエータの引張力を検出可能なそれぞれのセンサを、さらに有する［１］又は［２］に記載の把持反力提示装置である。
［５］前記弾性体の復元力と前記アクチュエータの引張力を検出可能なそれぞれのセンサを、さらに有する［３］に記載の把持反力提示装置である。
［６］前記アクチュエータがモータと、前記モータを制御するコントロール部と、をさらに有し、前記コントロール部による制御により、前記反力が調整可能である［５］に記載の把持反力提示装置である。
［７］前記弾性体及び／又は前記アクチュエータは前記内部空間に配置される［１］又は［２］に記載の把持反力提示装置である。
［８］前記弾性体及び／又は前記アクチュエータは前記内部空間に配置される［３］に記載の把持反力提示装置である。
［９］［６］に記載の把持反力提示装置と、電源部と、前記把持反力を表示する表示部と、を備える把持反力提示装置システムである。
［１０］［１］に記載の把持反力提示装置を使用し、前記引張力を調整することにより、前記弾性体の変位及び／又は前記復元力以下の任意の前記反力を与えることができる把持反力（把持力）の制御方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による把持反力提示装置によれば、従来技術のように歯車減速器等を使用しないため小型軽量で装置自体が大がかりにならず、バックドライバビリティも優れているため、人が触れる装置として操作性と安全性、ならびにサイズの点で優れているため適切である。さらに、例えば板ばねによる反力や力覚の提示方法は、構造が単純なため低コストで頑丈な装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の一つの実施形態である把持反力提示装置について（ａ）外観（斜視）、（ｂ）上下方向での模式的断面を、それぞれ示す図である。
把持反力提示装置の内部構成を示す図である。
別の角度から見た把持反力提示装置の内部構成を示す図である。
（ａ）把持反力提示装置の外観（斜視）、（ｂ）復元力、把持反力・モータの引張力の関係を示す図である。
把持反力提示装置を備える制御システムのブロック図を示す図である。ある。
把持反力提示装置への入力側（モータの引張力）と出力（把持反力）例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【実施例】
【００１０】
（把持反力提示装置）
図１（ａ）に示すように、把持反力提示装置１は半円筒状の部品２と半円筒状の部品３を有する把持可能な筐体５を備える。半円筒状の部品２（（以下、「部品２」と言う場合がある）と半円筒状の部品３（以下、「部品３」と言う場合がある）は、部品２の側面２ａの一方端に形成された蝶番の管２ｂ（２ｂ´）と、部品３の側面３ａの一方端に形成された蝶番の管３ｂ（３ｂ´）を介して蝶番構造２７により結合される。蝶番の管２ｂ～３ｂ´に内挿されたピン４により、半円筒状の部品２、３はピン４を軸として可動である。部品２の上面２ｃ及び部品３の底面３ｄはそれぞれ円形であり、部品２の底面２ｄ及び部品３の上面３ｃはそれぞれ半円形に略Ｓ字が接続した形状である（図２参照）。そして、例えば部品２を蝶番構造２７の反対側から側面視すると、側面２ａの上面と底面の位置に、上面２ｃと低面２ｄが側面２ａに対してそれぞれ垂直にせり出している。
（【００１１】以降は省略されています）

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