(57)【要約】脚部支持外骨格が着用可能な装置としてストラップで取り付けられしゃがみ込み、および／または突っ込み姿勢の間、ユーザを支持する。外骨格は、第１のリンクおよび第２のリンクに結合された膝部ジョイントを含み、第１のリンクおよび第２のリンクの間の屈曲および伸展を可能にするよう構成されている。力発生器は、第１のリンクに回転可能に結合された第１の端部を有する。拘束機構が第２のリンクに結合され少なくとも２つの動作モードを有する。第１のモードにおいて、力発生器の第２の端部が拘束機構に係合し、第１のリンクおよび第２のリンクが相互に対して屈曲する。第２のモードにおいて、力発生器の第２の端部は拘束機構に係合せず、第１のリンクおよび第２のリンクは相互に対して自由に屈曲および伸展を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
着用者に連結されるように構成された装置において、
第１の外骨格脚部を有し、
上記第１の外骨格脚部は、
大腿部リンクと、
脛部リンクと、
上記大腿部リンクおよび上記脛部リンクに結合された膝部ジョイントであって、上記大腿部リンクおよび上記脛部リンクの間で屈伸動作を行えるように構成された上記膝部ジョイントと、
第１の端部および第２の端部を有する力発生器であって、上記第１の端部が上記脛部リンクに結合され、上記第２の端部が上記大腿部リンクに結合された、上記力発生器と、
上記大腿部リンクに結合それた拘束機構であって、当該拘束機構は少なくとも２つの動作モードである拘束モードおよび非拘束モードを具備するように構成された上記拘束機構と、
上記拘束機構を上記少なくとも２つの動作モードの間において移動させるように構成された第１の信号プロセッサとを有し、
上記拘束モードにおいて、上記拘束機構が、上記力発生器の上記第２の端部を上記大腿部リンクに対する回転運動に限定するように構成され、上記着用者の膝が屈伸しているときに上記着用者を支持するように構成され、
上記非拘束モードにおいて、上記拘束機構が、上記力発生器の上記第２の端部の上記大腿部に対する付加的な動作を、上記回転運動に加えて可能にするように構成され、上記着用者の上記膝が屈曲しているときに上記着用者を支持しないように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
上記着用者の脚部の運動を表す少なくとも１つの脚部信号を生成するように構成された少なくとも１つの脚部センサを有し、
上記第１の信号プロセッサはさらに上記少なくとも１つの脚部信号を受信して上記拘束機構にその動作モードを変更するように指示するように構成される請求項１記載の装置。
【請求項３】
さらに第２の外骨格脚部を有し、上記第１の外骨格脚部の上記第１の信号プロセッサは、通信信号を使用して、上記少なくとも１つの脚部信号を上記第２の外骨格脚部の第２の信号プロセッサに通信する請求項２記載の装置。
【請求項４】
上記少なくとも１つの脚部センサは、
上記脛部リンクの運動または上記着用者の上記脛部の運動を表す少なくとも１つの脛部信号を生成するように構成された少なくとも１つの脛部センサを有する請求項２記載の装置。
【請求項５】
上記少なくとも１つの脚部センサは、
上記大腿部リンクの運動または上記着用者の大腿部の運動を表す少なくとも１つの大腿部信号を生成する大腿部センサを有する請求項２記載の装置。
【請求項６】
上記第１の信号プロセッサは第１の動作モードおよび第２の動作オードを具備するように構成され、
上記第１の動作モードにおいて、上記第１の信号プロセッサは上記拘束機構が非拘束モードとなるように指示するように構成され、
上記第２の動作モードにおいて、上記第１の信号プロセッサが上記拘束機構を拘束モードとあるように指示するように構成される請求項１記載の装置。
【請求項７】
ヒップ高さが名目スクワット閾値より下がったとき、上記第１の信号プロセッサは上記第１の動作モードに遷移する請求項６記載の装置。
【請求項８】
上記名目スクワット閾値は上記着用者の大腿部および反対側の大腿部の大腿部角度の差に戻づいて決定される請求項７記載の装置。
【請求項９】
上記着用者の上記ヒップ高さが減少しているときに、上記第１の信号プロセッサは、上記第２の動作モードに遷移するように構成される請求項６記載の装置。
【請求項１０】
上記着用者の上記ヒップ高さが名目上昇閾値より大きいときに、上記第１の信号プロセッサは上記第２の動作モードに遷移するように構成される請求項６記載の装置。
【請求項１１】
さらに足関節外骨格を有し、
上記足関節外骨格は、
上記脛部リンクと回転可能に結合された足部コネクタを有し、上記足部コネクタは上記着用者のくつと結合されるように構成される請求項１記載の装置。
【請求項１２】
上記足部コネクタは上記着用者の上記靴のかかと内側へと延びるように構成される請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
上記足部コネクタは上記着用者の上記靴のかかと外側に結合される請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
上記足部コネクタは、
上記靴の上記かかとのまわり包囲するかかとカフを有する請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
上記足部コネクタはオーバーシューストラップおよびアンダーシューストラップを有する請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
上記足部コネクタは少なくとも１つの足関節足旋回ジョイントを用いて上記脛部リンクに回転可能に結合され、上記少なくとも１つの足関節足旋回ジョイントは、上記脛リンクに対する上記足部コネクタの回転を実現するように構成される請求項１１記載の装置。
【請求項１７】
上記足部コネクタは少なくとも１つの足関節足底ジョイントを用いて上記脛部リンクに回転可能に結合され、上記少なくとも１つの足関節足底ジョイントは、上記脛リンクに対する上記足部コネクタの背屈および底屈を実現するように構成される請求項１１記載の装置。
【請求項１８】
上記足部コネクタは組み合わせ足関節旋回ジョイントを用いて上記脛部リンクに回転可能に結合され、上記組み合わせ足関節旋回ジョイントは上記脛部に対して組み合わせ足関節回転軸に沿って上記足部コネクタを回転させるように構成される請求項１１記載の装置。
【請求項１９】
さらに、ヒューマンマシンインターフェースを有し、
上記ヒューマンマシーンインターフェースは、
上記着用者の膝屈曲を少なくとも１つの外骨格脚部の屈曲に結合さるように構成されたバットパッドを有する請求項１記載の装置。
【請求項２０】
さらにウエストベルトおよび少なくとも１つの大腿部クリップを有する請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
上記大腿部リンクおよび上記大腿部クリップは結合され、上記大腿部リンクが上記着用者の上記大腿部と連動して動くように構成される請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
上記大腿部リンクおよび上記大腿部クリップは結合され、取り外し可能に構成される請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
上記大腿部リンクおよび上記大腿部クリップは、ホールドブラケットおよびボタン組立体によって結合され、
上記ホールドブラケットは上記大腿部リンクに結合され、
上記ホールドブラケットは、
上側キャビティと下側キャビティとを有し、
上記ボタン組立体は上記大腿部リンクに結合され、
上記ボタン組立体は、
ボタンネックと、
ボタンヘッドとを有し、
上記上側キャビティは、指定された配向で上記ボタンネックに対して挿入および取り外しが可能なように構成され、上記ボタンヘッドは上記下側キャビティ内において自由に回転できるように構成される請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
さらに少なくともショルダーストラップを有する請求項１９記載の装置。
【請求項２５】
さらに、上記着用者の上記脛部に結合されるように構成される少なくとも１つの脛部ストラップを有する請求項１９記載の装置。
【請求項２６】
少なくとも１つの外骨格脚部を有し、
上記少なくとも１つの外骨格脚部は、
大腿部リンクと、
脛部リンクと、
上記大腿部リンクおよび上記脛部リンクに結合された膝部ジョイントであって、上記大腿部リンクおよび上記脛部リンクの間で屈伸動作を行えるように構成された上記膝部ジョイントとを有し、
上記少なくとも１つの外骨格脚部は、少なくとも１つの角度位置において着用者の膝屈曲を妨げるように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２７】
大腿部リンクに沿って移動するように線形に拘束されるロックブロックを有する請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
上記ロックブロックはロックフェースを有し、上記脛部リンクは少なくとも１つの歯を有し、上記脛部リンクは上記大腿部リンクに対して回転可能であり、
上記脛部リンクの上記少なくとも１つの歯が上記ロックフェースに相互作用するとき、上記脛部リンクが上記大腿部リンクに対する屈曲方向の運動を継続するのを妨げ、上記脛部リンクが上記太太部リンクに対して伸長方向の運動を継続するように許容される請求項２６記載の装置。
【請求項２９】
上記第１の外骨格脚部の上記拘束機構は、上記着用者がかがんでいるときに、上記拘束モードに遷移するように構成される請求項１記載の装置。
【請求項３０】
上記第１の外骨格脚部の上記拘束機構は、上記着用者が歩行を開始するときに、上記非拘束モードに遷移するように構成される請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１６年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／４２１，７２０号の利益を主張するものであり、その全体があらゆる目的のために本明細書に引用された他のすべての参考文献とともに本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
ここに説明される技術は、着用者がしゃがんだり（スクワット）、または突っ込みしたり（ランジ）するときに、屈曲に抵抗するように設計され、しかも、他の動作中、例えば歩行時に、着用者の妨げとならない、エネルギー的に受動的な外骨格システムである。
【背景技術】
【０００３】
この装置は外骨格の分野に関し、特に脚部用外骨格に関する。たとえば、人間は、歩く、走る、ジャンプする、しゃがむ（スクワット）、蹴るために２本の足を持っており、これらの運動はすべてまさに人間の活動である。外骨格を使用して、いくつかの可動性を復元、強化、またはサポートすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，８２１，７０７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１６／０１５８０８７号明細書
【特許文献３】米国特許第４，９６７，７３４号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１６／０３７４８８８号明細書
【発明の開示】
【０００５】
ここでは、他の動作中に着用者を妨げずに、しゃがんだり（スクワット）、突っ込み（ランジ）をしたりすることをサポートするための脚部サポート外骨格について説明する。このシステムは、少なくとも２つの動作モードを有する一方または両方の外骨格脚部で拘束機構を使用することによって、（限定するわけではないが）しゃがんだりまたは突きあがったりするなど、着用者の膝屈伸運動中に支援を行う外骨格であり、２つの動作モードは、このような屈曲動作を支援するための拘束モード、および、自由な、拘束されない歩行を可能にする非拘束モードである。拘束機構がその拘束モードにあるとき、力発生器は、屈曲中に着用者を支持する力を提供し、伸展中に着用者を支持することができるが、その非拘束モードでは、力発生器は着用者の屈曲動作に対して最小限から全くゼロの干渉しか与えない。したがって、着用者は、例えば、歩行中または下り階段中に外骨格からの干渉なしに自由に動くことができる。
【０００６】
１実施例において、このシステムは、着用者の２つの下肢に結合されるように構成され、２つの外骨格脚部を含み、各々の脚部は、（ａ）大腿部リンクと、（ｂ）上記大腿部リンクに回転可能に結合され、膝部ジョイントの周りで上記大腿部リンクに対して屈伸運動を行える脛部リンクと、（ｄ）力発生器であって、当該力発生器の第１の端部が上記脛部リンクに結合され、当該力発生器の第２の端部が大腿部リンクに結合された、力発生器と、（ｄ）大腿部リンクに結合された拘束機構であって、当該拘束機構は少なくとも２つの動作モードである拘束モードおよび非拘束モードを具備する、拘束機構とを含み、ここで、拘束モードにおいて、拘束機構が、力発生器の第２の端部および大腿部リンクを拘束して相互に対して回転運動のみを有するようになし、また、非拘束モードにおいて、拘束機構が、力発生器の第２の端部の大腿部に対する他の動作を、回転運動に加えて可能にするようにする。動作においては、このシステムは、少なくとも１つの拘束機構が、着用者が少なくとも一方の膝を屈曲したときにその非拘束モードへと遷移するように構成される。
【０００７】
他の実施例において、このシステムは、動作時に、（ａ）着用者がしゃがんでいるとき、および／または（ｂ）着用者のヒップの少なくとも一部が足関節に対して下げられているとき、拘束機構のうちの少なくとも１つが拘束モードに遷移するように構成されている。
【０００８】
他の実施例において、各力発生器は、ガスバネ、圧縮バネ、コイルバネ、板バネ、空気バネ、引張バネ、ねじりバネ、クロックバネ、およびそれらの組み合わせからなるセットから選択される。いくつかの実施例において、力発生器は、屈曲抵抗を付与した後に伸展補助を付与して良い。
【０００９】
さらに他の実施例において、このシステムは、少なくとも１つの信号プロセッサを有し、この信号プロセッサは、動作時に少なくとも１つの外骨格脚部から少なくとも１つの信号を受信するように構成され、着用者が少なくとも一方の膝を曲げた（または曲げている）とき、少なくとも１つの拘束機構に拘束モードに遷移するように命令するように構成されている。さらに他の実施例において、信号プロセッサによって受信される少なくとも１つのそのような信号は、脛部リンクの運動および／または大腿部リンクの運動を表す信号のセットから選択される。
【００１０】
さらに他の実施例において、２つの外骨格脚部は少なくとも１つの信号プロセッサを含み、動作に関しては、信号プロセッサが、（ａ）着用者のヒップ高さが名目（ノミナル）スクワット閾値を下回る、（ｂ）着用者のヒップ高さが減少し続ける、または（ｃ）着用者のヒップ高さが名目スクワット閾値を下回り、かつ着用者のヒップ高さが減少し続けると決定したとき、少なくとも１つの信号プロセッサが拘束機構の少なくとも１つに拘束モードに遷移するように指示する。
【００１１】
また、ここでは着用者に結合されるように構成された装置が開示される。この装置は、第１の外骨格脚部を有し、上記第１の外骨格脚部は、大腿部リンクと、脛部リンクと、上記大腿部リンクおよび上記脛部リンクに結合された膝部ジョイントであって、上記大腿部リンクおよび上記脛部リンクの間で屈伸動作を行えるように構成された上記膝部ジョイントと、第１の端部および第２の端部を有する力発生器であって、上記第１の端部が上記脛部リンクに結合され、上記第２の端部が上記大腿部リンクに結合された、上記力発生器と、上記大腿部リンクに結合それた拘束機構であって、当該拘束機構は少なくとも２つの動作モードである拘束モードおよび非拘束モードを具備するように構成された上記拘束機構と、上記拘束機構を上記少なくとも２つの動作モードの間において移動させるように構成された第１の信号プロセッサとを有し、上記拘束モードにおいて、上記拘束機構が、上記力発生器の上記第２の端部を上記大腿部リンクに対する回転運動に限定するように構成され、上記着用者の膝が屈伸しているときに上記着用者を支持するように構成され、上記非拘束モードにおいて、上記拘束機構が、上記力発生器の上記第２の端部の上記大腿部に対する付加的な動作を、上記回転運動に加えて可能にするように構成され、上記着用者の上記膝が屈曲しているときに上記着用者を支持しないように構成される。
【００１２】
いくつかの実施例において、この装置は、さらに、上記着用者の脚部の運動を表す少なくとも１つの脚部信号を生成するように構成された少なくとも１つの脚部センサを有し、上記第１の信号プロセッサはさらに上記少なくとも１つの脚部信号を受信して上記拘束機構にその動作モードを変更するように指示するように構成される。種々の実施例に従うと、この装置は、さらに第２の外骨格脚部を有し、上記第１の外骨格脚部の上記第１の信号プロセッサは、通信信号を使用して、上記少なくとも１つの脚部信号を上記第２の外骨格脚部の第２の信号プロセッサに通信する。いくつかの実施例において、上記少なくとも１つの脚部センサは、上記脛部リンクの運動または上記着用者の上記脛部の運動を表す少なくとも１つの脛部信号を生成するように構成された少なくとも１つの脛部センサを有する。いくつかの実施例において、上記少なくとも１つの脚部センサは、上記大腿部リンクの運動または上記着用者の大腿部の運動を表す少なくとも１つの大腿部信号を生成する大腿部センサを有する。
【００１３】
種々の実施例において、上記第１の信号プロセッサは第１の動作モードおよび第２の動作オードを具備するように構成され、上記第１の動作モードにおいて、上記第１の信号プロセッサは上記拘束機構が非拘束モードとなるように指示するように構成され、上記第２の動作モードにおいて、上記第１の信号プロセッサが上記拘束機構を拘束モードとあるように指示するように構成される。種々の実施例において、ヒップ高さが名目スクワット閾値より下がったとき、上記第１の信号プロセッサは上記第１の動作モードに遷移する。種々の実施例において、上記名目スクワット閾値は上記着用者の大腿部および反対側の大腿部の大腿部角度の差に戻づいて決定される。いくつかの実施例において、上記着用者の上記ヒップ高さが減少しているときに、上記第１の信号プロセッサは、上記第２の動作モードに遷移するように構成される。いくつかの実施例に従うと、上記着用者の上記ヒップ高さが名目上昇閾値より大きいときに、上記第１の信号プロセッサは上記第２の動作モードに遷移するように構成される。
【００１４】
いくつかの実施例において、この装置は、さらに足関節外骨格を有して良く、上記足関節外骨格は、上記脛部リンクと回転可能に結合された足部コネクタを有し、上記足部コネクタは上記着用者のくつと結合されるように構成される。いくつかの実施例において、上記足部コネクタは上記着用者の上記靴のかかと内側へと延びるように構成される。いくつかの実施例に従うと、上記足部コネクタは上記着用者の上記靴のかかと外側に結合される。種々の実施例において、上記足部コネクタは、上記靴の上記かかとのまわり包囲するかかとカフを有する。いくつかの実施例において、上記足部コネクタはオーバーシューストラップおよびアンダーシューストラップを有する。いくつかの実施例に従うと、上記足部コネクタは少なくとも１つの足関節足旋回ジョイントを用いて上記脛部リンクに回転可能に結合され、上記少なくとも１つの足関節足旋回ジョイントは、上記脛リンクに対する上記足部コネクタの回転を実現するように構成される。種々の実施例において、上記足部コネクタは少なくとも１つの足関節足底ジョイントを用いて上記脛部リンクに回転可能に結合され、上記少なくとも１つの足関節足底ジョイントは、上記脛リンクに対する上記足部コネクタの背屈および底屈を実現するように構成される。いくつかの実施例において、上記足部コネクタは組み合わせ足関節旋回ジョイントを用いて上記脛部リンクに回転可能に結合され、上記組み合わせ足関節旋回ジョイントは上記脛部に対して組み合わせ足関節回転軸に沿って上記足部コネクタを回転させるように構成される。
【００１５】
いくつかの実施例に従うと、この装置は、さらに、ヒューマンマシンインターフェースを有し、上記ヒューマンマシンインターフェースは、上記着用者の膝屈曲を少なくとも１つの外骨格脚部の屈曲に結合さるように構成されたバットパッドを有する。種々の実施例において、この装置はさらにウエストベルトおよび少なくとも１つの大腿部クリップを有する。いくつかの実施例において、上記大腿部リンクおよび上記大腿部クリップは結合され、上記大腿部リンクが上記着用者の上記大腿部と連動して動くように構成される。いくつかの実施例に従うと、上記大腿部リンクおよび上記大腿部クリップは結合され、取り外し可能に構成される。種々の実施例において、上記大腿部リンクおよび上記大腿部クリップは、ホールドブラケットおよびボタン組立体によって結合され、上記ホールドブラケットは上記大腿部リンクに結合され、上記ホールドブラケットは、上側キャビティと下側キャビティとを有し、上記ボタン組立体は上記大腿部リンクに結合され、上記ボタン組立体は、ボタンネックと、ボタンヘッドとを有し、上記上側キャビティは、指定された配向で上記ボタンネックに対して挿入および取り外しが可能なように構成され、上記ボタンヘッドは上記下側キャビティ内において自由に回転できるように構成される。いくつかの実施例において、この装置は、さらに少なくともショルダーストラップを有する。いくつかの実施例に従うと、この装置は、さらに、上記着用者の上記脛部に結合されるように構成される少なくとも１つの脛部ストラップを有する。
【００１６】
装置は、少なくとも１つの外骨格脚部を有して良く、この上記少なくとも１つの外骨格脚部は、大腿部リンクと、脛部リンクと、上記大腿部リンクおよび上記脛部リンクに結合された膝部ジョイントであって、上記大腿部リンクおよび上記脛部リンクの間で屈伸動作を行えるように構成された上記膝部ジョイントとを有し、上記少なくとも１つの外骨格脚部は、少なくとも１つの角度位置において着用者の膝屈曲を妨げるように構成される。この装置は、大腿部リンクに沿って移動するように線形に拘束されるロックブロックを有して良い。いくつかの実施例において、上記ロックブロックはロックフェースを有し、上記脛部リンクは少なくとも１つの歯を有し、上記脛部リンクは上記大腿部リンクに対して回転可能であり、上記脛部リンクの上記少なくとも１つの歯が上記ロックフェースに相互作用するとき、上記脛部リンクが上記大腿部リンクに対する屈曲方向の運動を継続するのを妨げ、上記脛部リンクが上記太太部リンクに対して伸長方向の運動を継続するように許容される。種々の実施例において、上記第１の外骨格脚部の上記拘束機構は、上記着用者がかがんでいるときに、上記拘束モードに遷移するように構成される。いくつかの実施例において、上記第１の外骨格脚部の上記拘束機構は、上記着用者が歩行を開始するときに、上記非拘束モードに遷移するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、着用者が着用するように構成された２つの外骨格脚部を含む実施例を示す。
【図２】人間の着用者の脚部に結合された実施例を示す。
【図３】二本脚部の実施例および着用者から隔離されたときの外骨格脚部の一実施例を示す。
【図４】図３に示す外骨格脚部の実施例の別の図を示す。
【図５】実施例の詳細を示すためにそのカバー１２３が取り外されたときの、図３および図４に示されている、隔離された外骨格脚部の同じ実施例を示す。
【図６】大腿部リンク、脛部リンク、膝部ジョイント、力発生器、および以下にさらに説明される関連構成要素を含む、図５に示される実施例の拡大部分図を示す。
【図７】図６の実施例のさらなる注釈付き拡大図を示す。
【図８】両方の外骨格脚部が大腿部リンクに結合された信号プロセッサを含む実施例を示す。
【図９】拘束されていない状態で大腿部リンクに連結された拘束機構を含む、外骨格脚部の一実施例を示す。
【図１０】外骨格脚部が、拘束動作モード（「第１の動作モード」）で係合している図９の実施例を示す。
【図１１】脛部リンクに連結された調整機構が示されている、図１０に示されている実施例の拡大部分図である。
【図１２】脛部リンクに連結された調整機構がトルク調整ロックを含む、図１１に示す実施例の拡大部分図を示す。
【図１３】調整機構が、力発生器の端部の再配置を可能にするためのトルク調整スイッチをさらに含む、図１２に示す実施例の拡大部分図を示す。
【図１４】外骨格脚部の各々がさらに（１）胴体構成要素に対する外骨格脚部の外転および内転を可能にするための股関節（ヒップ）外転−内転ジョイント（図１４ａおよび図１４ｂの両方に示す）、（２）胴体構成要素に対する外骨格脚部の屈曲および伸展を可能にするための股関節（ヒップ）屈曲伸展ジョイント（図１４ａに示す）、および（３）胴体に対する外骨格脚部の旋回を可能にするための股関節旋回ジョイント（図１４ａおよび図１４ｂの両方に示す）を含む、他の実施例の拡大部分図を示す。
【図１５】図１の外骨格脚部の足部コネクタの一実施例を示す図である。
【図１６】頸部リンクに対する側部コネクタの足首内がえし（インバージョン）を可能にする足首外がえし（エバージョン）ジョイントを含む、図１の外骨格脚部の足首外骨格構成要素の実施例を示す。
【図１７】脛部リンクに対する足部コネクタの足首回旋を可能にする足首回旋ジョイントを含む、図１６の足首外骨格の実施例の分解部分図を示す。
【図１８】互いに分離されて示されている足部リンク機構および足部コネクタをさらに含む、図１６の足首外骨格の実施例を示し、内部構成要素を明瞭に説明するため、足部リンク機構が切り欠いて示される。
【図１９】意図された着用者に対する３つの異なる姿勢、直立姿勢（図１９（ａ））、突っ込み（ランジ）姿勢（図１９（ｂ））、および、しゃがんだ（スクワット）姿勢（図１９（ｃ））を示す。
【図２０】意図された着用者における屈曲した膝と直立した膝とのグラフによる比較を示す図である。
【図２１】図２１は、図１９（ｃ）に示すしゃがんだ姿勢のさらなる詳細を示す図である。
【図２２】意図された着用者によって着用されるように構成された靴に結合されている、図１の外骨格脚部の足部コネクタの実施例を示す図であり、図２２（ａ）は足部コネクタの一実施例の外形を示し、図２２（ｂ）は図２２（ａ）の実施例がどのようにして靴のかかとの中に延びるように構成されているかを示し、図２２（ｃ）は靴のかかとを越えて延びる足部コネクタの異なる実施例を示す。
【図２３】図９の実施例の拘束機構がどのように少なくとも２つの動作モードを含むのかを示すグラフであり、拘束されていない動作モードにおける拘束機構を示す。
【図２４】拘束された動作モードにおける拘束機構のグラフ表示を示す。
【図２５】意図された着用者における股関節外転（ヒップアブダクション）を示す図である。
【図２６】意図された着用者における股関節屈曲（ヒップフレクション）を示す図である。
【図２７】意図された着用者における股関節回旋を示す図である。
【図２８】意図された着用者の足首の背屈（ドーシフレクション）を示す図である。
【図２９】意図された着用者の足首足の底屈曲（プランターフレクション）を示す図である。
【図３０】大腿部ストラップが図６の外骨格脚部の大腿部リンクを着用者の大腿部に連結し、脛部ストラップが外骨格脚部の脛部リンクを着用者の脛部に連結する実施例を示す図である。
【図３１】図１の外骨格脚部に連結されたバットストラップを含む実施例を示す図である。
【図３２】着用者がしゃがんだ位置にあるとき、図３１のバットストラップが着用者を支持し、屈曲方向へのさらなる動きを防止するように構成された、図３１の装置の実施例を示し、（ａ）は、バットストラップを着用者および外骨格脚部に連結する可撓性ベルトアタッチメントを具備する実施例を示し、（ｂ）は、バットストラップを着用者および外骨格脚部に連結する剛性ベルトの取り付け具を具備する実施例を示し、また、一体型大腿部ストラップを含む実施例をさらに示す。
【図３３】図６の外骨格脚部の大腿部リンク、膝部ジョイント、および脛部リンクの拡大部分実施例を示し、さらに大腿部リンクに沿って下方位置にあるロックブロックを示す。
【図３４】動作中に、図３３の実施例が、異なる程度の膝屈曲で各歯に接触するように構成された、ロッキングブロックのロッキング面に接触するように構成された１つ以上の歯をどのように含むかを示す。
【図３５】動作時に、図３３の実施例が、脛部リンク上の各歯に対してどのようにロッキングブロックの別の構成を可能にし、それにより各歯がロッキングブロックのロッキング面に対して所望の角度位置に位置決めされ得るかを示す。
【図３６】ロック角度を作り出すためにロッキングブロック（図示せず）のロッキング面に対する各歯の角度位置（それを超えるとそれ以上膝の屈曲は許されない）の拡大図を示す。
【図３７】３つの位置にある図３５のロックブロックを示し、ロック表面は、それぞれ脛部リンクと大腿部リンクとの間で異なる角度で膝屈曲を係止するように構成される４つの異なる歯と接合するようになっている。
【図３８】この実施例の２つの外骨格脚部のための有限状態機械の実施例を示す図である。
【図３９】意図された着用者における足首の内がえし（インバージョン）および外がえし（エバージョン）を示す。
【図４０】意図された着用者における足首の足の回旋を示す図である。
【図４１】実施例の２つの外骨格脚部用の有限状態機械の別の実施例を示す図である。
【図４２】図４１で使用されている概略識別規則を示す図である。
【図４３】ヒップの地面に対する高さおよび前方大腿部を特定する、突っ込み中の人の図を示す。
【図４４】サポートを必要とするいくつかの動作中に大腿部がばらばらになっている様子を示す。
【図４５】ヒューマンマシンインターフェースを使用して外骨格脚部１００に連結された着用者を示す。
【図４６】ユーザのヒューマンマシンインターフェースを示す正面図である。
【図４７】ユーザのヒューマンマシンインターフェースを示す背面図である。
【図４８】ユーザのヒューマンマシンインターフェースを示す側面図である。
【図４９】連結されていないが挿入のために配向されているときの保持ブラケットおよびボタン組立体の図を示す。
【図５０】挿入直後に連結されたときの保持ブラケットとボタン組立体の図を示す。
【図５１】ボタン組立体が取り付けられた大腿部延長リンクを示す。
【図５２】外骨格大腿部リンクを大腿部クリップに取り付けて連結するための着用者に対する外骨格脚部の向きを示す。
【図５３】連結されたときの保持ブラケットとボタン組立体の図を示し、ボタン組立体は保持ブラケットから切り離されないように回転されている。
【図５４】大腿部クリップがわずかな角度だけ配向されている、ユーザのヒューマンマシンインターフェースの側面図を示す。
【図５５】ヒューマンマシンインターフェースの構成要素を示す図である。
【図５６】靴の外部の足首外骨格の別の実施例を示す図である。
【図５７】靴を伴う靴の外側の足首外骨格の別の実施例を示す。
【図５８】組み合わされた足首回旋ジョイントを有する足首外骨格の別の実施例を示す。
【実施例の説明】
【００１８】
図２３および図２４は、ここで開示されている装置のグラフ表示を示している。いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、少なくとも２つのセグメント１０２および１０４を含み、これらセグメント１０２および１０４は、これらがジョイント１０６を中心に回旋し、互いに対して屈曲および伸展することができるように、互いに結合されている。
【００１９】
様々な実施例において、セグメント１０２および１０４は大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２と呼ばれ、それらの間の屈曲および伸展は膝部ジョイント１０６で生じる。しかしながら、この参照は明瞭さを提供することを意味することが理解されるであろう。いくつかの実施例の説明において、これは限定的であることを意図しない。セグメントの他の例は、人間の胴体または足部に限定されないが、回旋ジョイントが股関節または足首関節であり得る範囲内であって良い。いくつかの実施例において、セグメントは胴体および腕部であって良い。
【００２０】
図２３および図２４は、図９の実施例の拘束機構１３０がどのように少なくとも２つのモードを示し、以下に詳細に検討される。図２３は、非拘束モード１３９における拘束機構１３０を示す。図２４は、拘束モード１３８における拘束機構１３０を示す。図２３および図２４は、外骨格脚部１００の一実施例の概略図を示す。本実施例の拘束モード１３８および非拘束モード１３９の技術的効果について以下に説明する。
【００２１】
非拘束モード１３９では、図２３の実施例に示されるように、拘束機構１３０は、力発生器１０８の第２の端部１１４と大腿部リンク１０４との間の回転結合、および別の自由度（この場合、滑り運動）を含む。）この追加の自由度は、大腿部リンク１０４の周りで力発生器１０８をスライドさせることによって、脛部リンク１０２に対する大腿部リンク１０４の運動を生じさせることを可能にする。
【００２２】
対照的に、図２４に示されるように、拘束モード１３８では、拘束機構１３０は、ピボット点として動作する第２の端部１１４において、力発生器１０８の大腿部リンク１０４への回転結合のみを可能にする。本実施例のこの動作モードでは、力発生器１０８の第２の端部１１４は大腿部リンク１０４に回転可能に連結され、大腿部リンク１０４に沿ってスライドしない。この拘束モード１３８の実施例において、脛部リンク１０２に対する大腿部リンク１０４の動きは、力発生器１０８の長さの変化により起こり、これは、脛部リンク１０２に対する大腿部リンク１０４の動きを阻害する。
【００２３】
拘束モード１３８と非拘束モード１３９との間の違いは、力発生器１０８が非拘束モード１３９において大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２の互いに対する屈曲および伸展にほとんど影響を及ぼさないことである。対照的に、力発生器１０８は、拘束モード１３８において、大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２の互いに対する屈曲および伸展に影響を及ぼす。
【００２４】
したがって、いくつかの実施例では、２つの動作モードがある。すなわち、力発生器１０８が大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２の互いに対する屈曲および伸展に影響を及ぼす拘束モード１３８と、力発生器１０８が、大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２の互いに対する屈曲および伸展に影響を及ぼさない非拘束モードとである。拘束機構１３０が拘束モード１３８にあるとき、力発生器１０８は着用者２００を支持する力を提供できる。非拘束モード１３９にある間、力発生器１０８は最小限の干渉しか付与せず、または、まったく干渉を付与せず、着用者２００は外骨格脚部１００からの干渉なしに自由に動くことができる。
【００２５】
いくつかの実施例において、力発生器１０８は、膝伸展１１８の間に着用者２００を補助するための力を付与する。
【００２６】
ここで記載されるように、実施例は、拘束機構１３０の実装および構成を通してこれを実現する。機能的に等価な動作モードを生成する他の多くの方法が可能であり、いくつかがここで開示される。ここに開示されたものは、限定を意図するものではない。
【００２７】
いくつかの実施例において、力発生器１０８が荷重排除されると、拘束機構１３０は拘束モード１３８から非拘束モード１３９に入る。力発生器１０８が荷重解除されると、力発生器１０８の第１の端部１１２および第２の端部１１４は、大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２に、無視できる量、または、ほんのわずかな量の力しか発生させない。この開示のいくつかの実施例において、力発生器１０８は、接触または変形の結果として、反作用力を発生する。力発生器１０８は、他の要素と共に着用者２００を支持する。図３は、外骨格の脚部１００の概略図である。ただし、着用者の脚部２０８を示さない。図２は、着用者の脚部２０８に連結された外骨格脚部１００および着用者の反対側の脚部２１０に連結された外骨格脚部１０１の概略図である。これはいくつかの実施例に従うものである。
【００２８】
図２および図３に示すように、屈曲方向の膝運動（または膝屈曲）１２０において、大腿部リンク１０４と脛部リンク１０２との間の膝部角度１２２は減少していく。他方、膝伸展１１８は、大腿部リンク１０４と脛部リンク１０２との間の膝部角度１２２が増加していく運動である。図２および図３に示すように、矢印１２０および１１８は、それぞれ膝部角度１２２の屈曲および伸展を表す。
【００２９】
図４は、着用者２００から分離された、図３に示される外骨格脚部１００の実施例の別の図を示す。さらに、図５は、図３および図４に示されるように着用者２００から隔離される外骨格脚部１００の同じ実施例を示すけれども、カバー１２３は、（図３および図４に示す）は、実施例をより詳細を示すために取り除かれている。図５は、外骨格脚部１００を示し、この外骨格脚部１００は、膝部ジョイント１０６の周りに連結された、大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２を有し、これら大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２の間の屈曲１２０および伸展１１８を可能にするように構成されている。この実施例は拘束機構１３０（その実施例は図９および図１０に示される）を有し、この拘束機構１３０は、少なくとも２つの動作モード、すなわち、外骨格脚部１００が大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２の膝屈曲１２０に抵抗する拘束モード１３８と、外骨格脚部１００が大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２の間で無制限の運動または実質的に自由な運動を可能にする、非拘束モード１３９との間で切り替えることができる。
【００３０】
図５は、足首外骨格６１０およびその構成要素、ならびにスイッチ４０３に関するバッテリ４０１、有線コネクタ４０２などのいくつかの電子構成要素、および以下でさらに説明される他の要素をさらに示す。いくつかの実施例において、外骨格脚部１００および１０１は少なくとも１つの信号プロセッサ４０４を有する。そのような実施例において、信号プロセッサ４０４は、拘束機構１３０の拘束モード１３８と非拘束モード１３９との間で動作するために、以下でさらに説明される他の要素と併せて使用される。信号プロセッサ４０４は、電子制御装置、マイクロ制御装置、マイクロプロセッサ、増幅器とすることができる。したがって、種々の実施例において、信号プロセッサ４０４は、１つまたは複数のプロセッサ、コントローラ、および増幅器などの構成要素を含むように構成される。いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は電子制御装置である。信号プロセッサ４０４のいくつかの商業的な例は、ｍｂｅｄマイクロコントローラ、ａｒｄｕｉｎｏマイクロコントローラ、およびｅｌｍｏコントローラである。
【００３１】
いくつかの実施例において、拘束機構１３０モードは信号プロセッサ４０４によって制御される。いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は拘束機構１３０にその動作モード間を移動するように命令する。
【００３２】
ここに開示されるいくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は少なくとも２つのモード、すなわち第１の動作モード３３１および第２の動作モード３３２を有する。いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４の第１の動作モード３３１は拘束機構１３０の拘束モード１３８に対応する。信号プロセッサ４０４の第２の動作モード３３２は、拘束機構１３０の非拘束モード１３９に対応する。図９および図１０は、以下により詳細に説明される非拘束モード１３９および拘束モード１３８の実施例を示す。
【００３３】
いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４が第２の動作モード３３２に遷移し、拘束機構１３０に非拘束モード１３９に遷移するよう命令し、ここでは、拘束機構１３０は直ちに非拘束モード１３９に遷移してもよく、発生器１０８が、大腿部リンク１０４と脛部リンク１０２との間の屈曲１２０に対する抵抗力を供給するのを停止したのちに、非拘束モード１３９に遷移してもよい。拘束機構１３０の非拘束モード１３９への即時のまたは遅れた遷移は、拘束機構１３０の１つ以上の態様または特徴に依存する。
【００３４】
ここに明示的に記載されたもの以外の種々の物理的動作で着用者２００を支援するために、外骨格脚部を、ここで記載されたような脚部連結部以外の、着用者の連結する他の連結構成において使用できることが理解されよう。
【００３５】
ここで使用される用語のいくつかを明確にするために、以下の図は一般的な説明に含まれる。すなわち、図２５は、意図された着用者２００における股関節外転（ヒップアブダクション）を示す図である。図２６は、意図された着用者における股関節屈曲（ヒップフレクション）を示す図である。図２７は、意図された着用者における股関節回旋（ヒップローテーション）を示す図である。図２８は、意図された着用者の足首の背屈（アンクルドーシフレクション）を示す図である。図２９は、意図された着用者における足首の足底屈曲（アンクルプランターフレクション）を示す。
【００３６】
一実施例において、力発生器１０８は、気体ばね、圧縮ばね、コイルばね、板ばね、空気ばね、引っ張りばね、ねじりばね、時計ばね、および任意の組み合わせからなる組から選択される。図６〜図１４に示される実施例において、力発生器１０８は圧縮ガススプリングの形態をとる。
【００３７】
本開示のいくつかの実施例において、力発生器１０８は非圧縮性であって良い。この実施例は、屈曲を防止する（抵抗に反するのとは対照的に）ことができ、したがって着用者２００の体重を完全に支えることができる。
【００３８】
図６は、大腿部リンク、脛部リンク、膝部ジョイント、力発生器、および以下にさらに説明される関連構成要素を有する、図５に示される実施例の拡大部分図を示す。より具体的には、図６に示すように、外骨格脚部１００は、脛部リンク１０２に回転可能に連結された第１の端部１１２を有する力発生器１０８をさらに有する。動作において、力発生器１０８の動作上の役割は図２３および図２４によって最もよく説明され、先に詳しく説明している。
【００３９】
図７は、図６の実施例のさらに注釈付けした拡大図を示す。図７に示すように、そしていくつかの実施例において、少なくとも１つの信号が１つまたは複数のセンサ、例えば脚部センサによって生成される。脚部センサの例は、脛部センサ３１０および／または大腿部センサ４０５、高さセンサ（図示せず）、および着用者の脚部２０８の運動を識別する他のセンサである。
【００４０】
いくつかの実施例において、少なくとも１つの脚部センサが着用者の脚部２０８の運動を表す脚部信号を生成する。いくつかの実施例において、脛部センサ３１０および／または大腿部センサ４０５は信号プロセッサ４０４に少なくとも１つの脚部信号を供給する。脛部センサ３１０および／または大腿部センサ４０５が脚部センサである場合、脚部信号は脛部信号３１４および／または大腿部信号３１６とすることができる。いくつかの実施例において、少なくとも１つの脚部センサを外骨格脚部１００に配置して良い。いくつかの実施例において、少なくとも１つの脚部センサを外骨格脚部１００の外部に配置して良い。この例は、着用者を見る視覚システム、ライダ（ＬＩＤＡＲ）センサなどである。
【００４１】
いくつかの実施例において、脚部信号は、地面２１８に対する着用者の股関節（ヒップ）２１６の高さ、着用者の足首２２０に対する着用者の股関節（ヒップジョイント）２１６の高さ、着用者の脚部２０８の速度、着用者の股関節（ヒップジョイント）２１６の速度、着用者の脚部２０８の速度、着用者の脚部２０８の角度、脚部セグメントの角度、脚部セグメントの速度または加速度を表すことができる。
【００４２】
いくつかの実施例において、センサの組み合わせを使用して、少なくとも１つの脚部信号を生成する脚部センサを作り出すことができる。
【００４３】
いくつかの実施例において、脛部センサ３１０および大腿部センサ４０５はそれぞれ角度の変化を感知する。他の実施例において、脛部センサ３１０は脛部リンク１０２の運動を測定し、大腿部センサ４０５は大腿部リンク１０４の運動を測定する。しかしながら、他のセンサを使用して他のパラメータを感知してもよい。
【００４４】
種々の実施例において、脛部信号３１４は、脛部リンク１０２の絶対または相対角度位置、絶対または相対位置、速度または加速度であって良い。種々の実施例において、大腿部信号３１６は、絶対または相対角度位置、絶対または相対位置、速度または加速度であって良い。いくつかの実施例において、脛部信号３１４は着用者の脛部２０６の運動を表す。いくつかの実施例において、大腿部信号３１６は着用者の大腿部２０４の運動を表す。
【００４５】
いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は、少なくとも１つの脚部センサから少なくとも１つの脚部信号を受け取り、そのセンサ情報を使用して、指定された方法で拘束機構１３０の動作モードの変更を命令する。
【００４６】
図７に示されるように、そしていくつかの実施例において、脚部センサは、脛部センサ３１０および大腿部センサ４０５である。いくつかの実施例において、脛部センサ３１０は、脛部リンク１０２の角度を表す脛部信号３１４を生成する。例えば、脛部リンク１０２の角度は、重力に対する脛部リンク１０２の絶対角度を表して良い。他の実施例において、脛部リンク１０２の角度は、大腿部リンク１０４に対する脛部リンク１０２の相対角度を表して良い。
【００４７】
図７に示すように、そしていくつかの実施例において、大腿部センサ４０５は、大腿部リンク１０４の角度を表す大腿部信号３１６を生成する。いくつかの実施例において、大腿部リンク１０４の角度は、重力に対する大腿部リンク１０４の絶対角度を表して良い。他の実施例において、大腿部リンク１０４の角度は、脛部リンク１０２に対する大腿部リンク１０４の相対角度を表して良い。
【００４８】
いくつかの実施例において、脛部センサ３１０および大腿部センサ４０５によってそれぞれ生成された脛部信号３１４および大腿部信号３１６は、信号プロセッサ４０４に対して着用者２００の活動に関する情報をもたらし、これによって、信号プロセッサ４０４は、さらに以下で説明する他の要素とともに、指示された態様で、拘束機構１３０の動作モードをコントロールできる。いくつかの実施例において、脛部センサ３１０のみが使用される。他の実施例において、大腿部センサ４０５のみが使用される。さらに他の実施例において、脛部センサ３１０と大腿部センサ４０５の両方を使用して良い。図７は、信号プロセッサ４０４が大腿部センサ４０５から大腿部信号３１６を受け取り、また、脛部センサ３１０から脛部信号３１４を受け取る外骨格脚部１００の実施例を示す。この実施例において、大腿部センサ４０５は慣性測定センサであり、脛部センサ３１０はエンコーダである。動作を説明すると、信号プロセッサ４０４は、大腿部信号３１６および脛部信号３１４を使用して作動信号３１８を生成し、これは次に拘束機構１３０にその動作モードを変更するように命令するために使用される。
【００４９】
図１は、いくつかの実施例に従って、着用者２００が着用するように構成された２つの外骨格脚部１００および１０１の概略図である。図１に示すように、外骨格脚部１００および１０１は実質的に同一の機械的特徴を有していてもよいが、ミラー反転である。したがって、外骨格脚部１００および１０１の機械的特徴は、外骨格脚部１００に関して詳細に説明される。説明されたすべての特徴は、外骨格脚部１０１によって利用され得ることが理解されるであろう。
【００５０】
他の実施例において、一方または両方の外骨格脚部部の拘束機構１３０は、大腿部リンク１０４の代わりに脛部リンク１０２に結合されて良い。
【００５１】
支持を開始するために２つの着用者の足からの情報を使用するとき、以下により詳細に説明されるように、少なくとも３つのシナリオが可能である。以下のシナリオの説明は限定を意図するものではなく、データを取得する信号プロセッサの他のシナリオも可能である。
【００５２】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００の信号プロセッサ４０４は、脚部センサから少なくとも脚部信号を受信し、外骨格脚部１００からの反対側脚部信号から、または、外骨格脚部１０１から直接に反対側脚部信号（図示せず）を受信するように構成される。そのような実施形例において、信号プロセッサ４０４は、拘束機構１３０と反対側の拘束機構（図示せず）の両方の動作モードの変更を命令するように構成される。
【００５３】
いくつかの実施例において、着用者の反対側の脚部は、外骨格脚部１０１に結合されていないが、少なくとも１つの信号プロセッサと少なくとも１つの脚部センサとを有する。いくつかの実施例において、外骨格脚部１００の信号プロセッサ４０４は、第２の外骨格上にない反対側の脚部の第２の信号プロセッサから少なくとも反対側脚部信号を受信するように構成される。
【００５４】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００の信号プロセッサ４０４は、通信信号３３０を使用して、着用者の反対側脚部２１０上の外骨格脚部１０１の反対側信号プロセッサ４２４から情報を送受信する。信号プロセッサ４０４および反対側信号プロセッサ４２４は通信信号を使用して少なくとも１つの脚部信号を共有し、この信号を使用して外骨格脚部１００および外骨格脚部１０１の拘束機構の動作モードの変更を指令して良い。
【００５５】
図８は、外骨格脚部１００および外骨格脚部１０１が、それぞれ大腿部リンク１０４に結合された信号プロセッサ４０４および反対側信号プロセッサ４２４を有する実施例を示す。図８に示す、この実施例において、信号プロセッサ４０４は、さらに以下に説明する他の要素とともに、拘束機構１３０のモードを制御する。図７および図８を参照すると、いくつかの実施例の脛部センサ３１０は、重力または大腿部リンクに対する脛部リンク１０２または着用者の脛部２０６の角度（図２参照）を得るために使用される単一のセンサまたはセンサの組み合わせであって良い。これらのセンサの組み合わせは、例えば、これに限定されないが、脛部リンク１０２、大腿部リンク１０４、着用者の股関節（ヒップジョイント）２１６（図１９に示す）、着用者の胴体部２０７（図示せず）、着用者の足首第１リンク１８０（図３に示す）、または外骨格脚部リンク間の任意のジョイントの上に載置されて良い。
【００５６】
いくつかの実施例において、大腿部角度センサ４０５は、大腿部リンク１０４または着用者の大腿部２０４の角度を得るために使用される単一のセンサまたはセンサの組み合わせであって良い（図２参照）。これらのセンサの組み合わせは、脛部リンク１０２、大腿部リンク１０４、着用者の股関節（ヒップジョイント）２１６、着用者の大腿部、着用者の脛部、足首第１リンク１８０、または外骨格リンク間の任意のジョイントに配置して良い。センサ配置のこれらの組み合わせのいずれかを以下に説明される他の要素とともに使用して、指示された方法で拘束機構１３０の動作モードを制御するために信号プロセッサ４０４に付与される情報を生成して良い。
【００５７】
いくつかの実施例において、脛部信号３１４または大腿部信号３１６は、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、慣性測定装置、エンコーダ、およびポテンショメータ、またはそれらの任意の組み合わせを含むセンサのファミリーのうちの少なくとも１つのセンサを使用して生成される。いくつかの実施例において、脛部信号３１４および大腿部信号３１６は、スタンスセンサ（図示せず）からの情報を含んで良い。
【００５８】
図８は、外骨格脚部１００および外骨格脚部１０１の両方が、それぞれ信号プロセッサ４０４および反対側信号プロセッサ４２４を有する実施例を示す。信号プロセッサ４０４は、脛部センサ３１０および大腿角センサ４０５からそれぞれ脛部信号３１４および大腿部信号３１６を受信する。反対側信号プロセッサ４２４は、反対側脛部センサ３１２および反対側大腿部センサ４１５からそれぞれ反対側脛部信号３２４および反対側大腿部信号３２６を受信する。
【００５９】
いくつかの実施例、例えば図８に示すよう実施例において、信号プロセッサ４０４と反対側信号プロセッサ４２４は通信信号３３０を共有し、また、通信信号３３０、脛部信号３１４、反対側脛部信号３２４、大腿部信号３１６、および反対側大腿部信号３２６の組み合わせが、信号プロセッサ４０４および反対側信号プロセッサ４２４によって使用されて、アクチュエータ１６６用の作動信号３１８およびアクチュエータ１７６用の反対側作動信号３２８が生成され、これによって、拘束機構（要素１３０、これは図９〜１１の外骨格脚用に示され、これは反対側外骨格脚部１０１用の拘束機構（図示しない）と実質的に同一である）の動作モードが変更される。
【００６０】
ここで開示されるいくつかの実施例において、外骨格脚部１００の信号プロセッサ４０４は、その動作モードを変更するために反対側の外骨格脚部１０１から受信した通信信号３３０を使用する。同様に、反対側外骨格脚部１０１の反対側信号プロセッサ４２４は、その動作モードを変更するために外骨格脚部１００から受信した通信信号３３０を使用することができる。
【００６１】
いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４および反対側信号プロセッサ４２４は、その動作モードを変更するために少なくとも１つの脚信号に加えて通信信号３３０を使用して良い。
【００６２】
図８の実施例において、外骨格脚部１００および外骨格脚部１０１は、通信信号３３０を使用して互いに通信する。通信信号は、信号プロセッサの動作モード、拘束機構の動作モード、外骨格脚部１００または１０１の脚部信号に関する情報を伝達して良い。いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４および４２４は、通信信号３３０を使用して、外骨格脚部１００または外骨格脚部１０１の動作モードを変更することについて決定を下す。
【００６３】
いくつかの実施例において、少なくとも１つの外骨格脚部（１００および／または１０１）に結合された１つまたは複数のセンサ（例えば脛部センサ３１０または大腿部センサ４０５）によって生成された信号（例えば脛部信号３１４または大腿部信号３１６）は、以下のことを決定するために個別に、または、組み合わせて使用することができ、これは、着用者が膝屈曲１２０状態かどうか、垂直股関節（ヒップ）足首（アンクル）間距離２６２または反対側垂直股関節足首間距離２６３が減少しているかどうか、垂直股関節足首間距離２６２または反対側垂直股関節足首間距離２６３が閾値を超えたかどうか、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０または反対側垂直股関節地面間距離が減少しているかどうか、および／または垂直股関節地面間距離２６０または反対側垂直股関節地面間距離が閾値を超えたかどうかを決定する。これらは、しゃがんだりしたり、または突っ込んだりしたりしていることの識別に役立つ多くのパラメータのうちのいくつかある。ここで記載のそれらの説明および使用は限定的であることを意図しない。
【００６４】
いくつかの実施例において、通信信号３３０は、有線接続を使用して、または無線で通信することができる。例えば、いくつかの実施例において、信号３３０の通信は、ブルートゥース（登録商標）クラシック、ブルートゥース（登録商標）低エネルギー／ブルートゥース（登録商標）スマート、シリアルペリフェラルインターフェース（ＳＰＩ）、ＵＡＲＴプロトコル、Ｉ２Ｃ、ＣＡＮ、および／またはそれらの組み合わせを介して行われて良く、そのような信号プロセッサに含まれ、または結合される通信インターフェースを利用して良い。プロセッサ４０４と反対側信号プロセッサ４２４との間で通信するために任意の形態の電子通信を使用することができることを理解されたい。
【００６５】
いくつかの実施例において、手動スイッチ４０６（例えば、図３を参照）を使用して、拘束機構１３０の動作モードを変更する。
【００６６】
いくつかの実施例において、少なくとも１つの信号プロセッサ４０４は、拘束機構１３０のモードを変更するように少なくとも１つのアクチュエータ１６６に命令するために少なくとも１つの作動信号３１８を使用する。このような実施例について以下で詳細に説明し、機構システムの具体的な実施例を検討する。
【００６７】
ここで開示される実施例は、サポートが有益である活動中に、着用者２００を支援する。そのような活動の例には、しゃがむこと、スタンス（足が地面に着いていること）屈曲、突っ込みおよび他の活動が含まれる。図１９Ａ、図１９Ｂ、および図１９Ｃは、意図された着用者２００に対する３つの異なる姿勢、すなわち直立姿勢（図１９Ａ）、突っ込み姿勢（図１９Ｂ）、および、しゃがんだ姿勢（図１９Ｃ）を示す。これらの図は、地面２１８、および着用者の股関節（ヒップジョイント）２１６を描いている。図１９に見られるように、突っ込み姿勢およびしゃがんだ姿勢は、直立姿勢と比較した場合、ヒップ高さの減少をもたらす。図２１は、図１９Ｃに示すしゃがんだ姿勢のさらなる詳細を示す。着用者の股関節（ヒップジョイント）２１６と着用者の足首２２０は垂直股関節足首間距離２６２だけ隔てられている。同様に、着用者の反対側着用者の股関節（ヒップジョイント）２２６と反対側着用者の足首２３０は、反対側の垂直股関節足首間距離２６３によって隔てられている。スタンス中は、垂直股関節足首間距離２６２と垂直股関節地面間距離２６０は実質的に同一である。したがって、股関節（ヒップ）高さに言及するとき、いくつかの実施例においては、股関節高さは垂直股関節地面間距離２６０である。同様に、反対側股関節高さは反対側の垂直股関節地面間距離である。いくつかの実施例において、股関節高さは垂直股関節足首間距離２６２である。同様に、反対側の股関節高さは反対側の垂直股関節足首間距離２６３である。いくつかの実施例は、信号プロセッサまたは拘束機構のモードを遷移させるために脚部および反対側脚部からの情報を利用して良い。
【００６８】
着用者への支持の開始または着用者を制限しないことに関連する様々なパラメータのいくつかを以下に論じる。
【００６９】
いくつかの実施例において、着用者２００がしゃがんだときに、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移する。種々の実施形例において、着用者２００が突っ込みをしているとき、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移する。サポートを開始するためにしゃがむ、または突っ込みをするという行為を識別するいくつかの手段があり、一つの方法は着用者２００のヒップ高さの変化を観察すること、さらにもう一つの方法は着用者の足が地面に着いてそれらが曲がっているときに観察することである。これは以下により詳細に論じられるが、限定することを意図しない。
【００７０】
種々の実施例において、着用者２００が歩いているとき、少なくとも１つの拘束機構１３０が非拘束モード１３９に遷移する。着用者２００が歩いているのか、すなわち移動しているのかを識別するように構成された様々な実施例がある。一実施例は、着用者２００の水平股関節速度を測定することを利用する。着用者２００の水平股関節速度は、立っている場合と比較して、歩行中または移動中により大きい。いくつかの実施例では、着用者の股関節（ヒップジョイント）２１６のうちの少なくとも１つの水平股関節（ヒップ）速度が閾値よりも大きいとき、拘束機構１３０は非拘束モード１３９に遷移する。この速度は、ビジョンシステムなどの外部センサまたは外骨格脚に搭載されたセンサを使用して測定できる。
【００７１】
いくつかの実施例において、着用者２００が走っているとき、拘束機構１３０は非拘束モード１３９に遷移する。いくつかの実施例において、着用者２００が移動中のとき、拘束機構１３０は非拘束モード１３９に遷移する。
【００７２】
着用者の対応する脚部２０８が接地されていない限り、各外骨格脚部１００の拘束機構１３０は拘束モード１３８に遷移してはならないことが理解されよう。さもなければ、当該装置は着用者２００の移動動作を妨げることになる。
【００７３】
いくつかの実施例において、着用者の足部２１４（図４６に示す）が地面２１８と接触していないときに、拘束機構１３０は非拘束モード１３９に遷移する。いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８が着用者２００の重量の少なくとも一部を支持しないとき拘束機構１３０は非拘束モード１３９に遷移する。いつつかの実施例において、突っ込みをしている間の後側大腿部２０５の拘束機構１３０（図４４に示す）は非拘束モード１３９のままである。後側大腿部２０５を識別するためのパラメータについては後述する。
【００７４】
いくつかの実施例において、拘束機構１３０は、着用者の膝部２２８（図２に示す）が屈曲しているときに、拘束モード１３８に遷移する。いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも１つが地面２１８に接触しており、着用者の膝部２２８が屈曲しているときに、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移する。
【００７５】
いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも１つが地面２１８に接触しており、垂直股関節地面間距離２６０が減少しているとき、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移し、これは図４３に示すとおりである。
【００７６】
いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも１つが地面２１８に接触しており、垂直股関節地面間距離２６０が名目スクワット閾値未満であるとき、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移する。いくつかの実施例において、垂直股関節地面間距離２６０が名目スクワット閾値よりも大きいとき、少なくとも１つの拘束機構１３０が非拘束モード１３９に遷移する。
【００７７】
いくつかの実施例において、力発生器１０８が力を発生させている間、拘束機構１３０は拘束モード１３８のままである。いくつかの実施例において、力発生器１０８が負荷されたときに、磁気爪１５２と拘束機構１３０の滑動ラチェット１５０の歯との間の摩擦によって、この機能が達成され得ることが理解され得る。この機構については、後で詳しく説明する。
【００７８】
いくつかの実施例において、少なくとも１つの拘束機構１３０は、少なくとも１つの着用者の脚部２０８が地面２１８に接触し、かつ、少なくとも垂直方向股関節足首間距離２６２または反対側の垂直方向股関節足首間距離２６３（図２１に示す）が減少しているときに、拘束モード１３８に遷移する。
【００７９】
いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも１つが地面２１８に接触しており、少なくとも垂直方向の股関節足首間距離２６２または反対側の垂直方向の股関節足首間距離２６３が名目スクワット閾値より小さい場合、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移する。
【００８０】
いくつかの実施例において、垂直股関節足首間距離２６２が閾値よりも大きいとき、少なくとも１つの拘束機構１３０は非拘束モード１３９に遷移する。いくつかの実施例において、垂直股関節足首間距離２６２が名目上昇閾値より大きく、力発生器１０８が除荷されているとき、少なくとも１つの拘束機構１３０は非拘束モード１３９に遷移する。
【００８１】
いくつかの実施例において、少なくとも垂直股関節足首間距離２６２または反対側の垂直股関節足首間距離２６３が減少し、名目スクワット閾値未満になると、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移する。
【００８２】
いくつかの実施例において、少なくとも垂直股関節足首間距離２６２または反対側の垂直股関節足首間距離２６３が減少しているとき、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移する。
【００８３】
いくつかの実施例において、少なくとも垂直股関節足首間距離２６２または反対側の垂直股関節足首間距離２６３が名目スクワット閾値より小さいとき、少なくとも１つの拘束機構１３０が拘束モード１３８に遷移する。いくつかの実施例において、膝部角度１２２が閾値よりも大きいとき、少なくとも１つの拘束機構１３０が非拘束モード１３９に遷移する。
【００８４】
いくつかの実施例において、着用者の足首２２０の水平速度が閾値より小さく、かつ選択された値より差が小さいとき、拘束機構１３０は拘束モード１３８に遷移する。これは着用者が動いていないことを示しています。この特徴は、着用者の膝の屈曲または着用者の股関節の高さの減少と組み合わせて使用して、しゃがみこみをさらに識別することができる。
【００８５】
したがって、ここで開示されているシステムは、拘束機構１３０を拘束モード１３８に遷移させることによって、これに限定されないが、しゃがむこと（図１９Ｃに示す）または突っ込みをすること（図１９Ｂに示す）などを含む動作の間に、支援を行うけれども、拘束機構１３０を非拘束モード１３９に遷移させることによる自由で拘束されていない移動を可能にする。
【００８６】
外骨格脚部１００のいくつかの実施例において、力発生器１０８および拘束機構１３０をトルク発生器と交換することができ、ここで、トルク発生器は少なくとも２つのモード、すなわち、第１のトルクモードおよび第２のトルクモードを有する。
【００８７】
いくつかの実施例において、トルク発生器が第１のトルクモードにあるとき、外骨格脚部１００は着用者２００にトルクを加えて良い。いくつかの実施例において、外骨格脚部１００および１０１は伸展トルクを着用者２００に加えて良い。これにより、屈曲に対する抵抗および伸展中支援が生じる。これは、外骨格脚部１００がバネ状力発生器１０８および拘束機構１３０からなるときの拘束モード１３８と同様である。いくつかの実施例において、トルク発生器が第２トルクモードにあるとき、外骨格脚部１００は着用者に無視できるまたは非常に小さいトルクを加える。いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４はトルク発生器のモードを制御するように構成される。
【００８８】
いくつかの実施例において、トルク発生器は、電気モータ、電気モータとばねの組み合わせ、電気モータとトランスミッション、それらの任意の組み合わせ有して良い。
【００８９】
ここで記載される有限状態機械は、力発生器１０８および拘束機構１３０を含む外骨格脚部１００の実施例に適用可能であって良い。ここに記載される有限状態機械は、トルク発生器を備える外骨格脚部１００の実施例に適用可能であって良い。
【００９０】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、信号プロセッサ４０４の第１の動作モード３３１が拘束機構１３０の拘束モード１３８に対応して良いように構成されている。いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、プロセッサ４０４の第２の動作モード３３２が拘束機構１３０の非拘束モード１３９に対応して良いように構成されている。
【００９１】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、信号プロセッサ４０４の第１の動作モード３３１がトルク発生器の第１のトルクモードに対応して良いように構成されている。いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、信号プロセッサ４０４の第２の動作モード３３２がトルク発生器の第２のトルクモードに対応して良いように構成されている。
【００９２】
ここでは、第１の動作モード３３１への遷移の様々な構成が企図および開示されている。開示された構成は限定的であることを意図しない。いくつかの実施例において、着用者２００がしゃがんでいるとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、着用者２００が突っ込みをしているとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。
【００９３】
いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は、着用者の膝部２２８（図２に示す）が屈曲しているときに第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも１つが地面２１８に接触し、かつ着用者の膝部２２８が屈曲しているときに、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも一方が地面２１８に接触しているときに、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。
【００９４】
いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも一方が地面２１８に接触しており、図４３に示すような、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０が減少しているとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも１つが地面２１８に接触しており、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０が名目スクワット閾値未満であるとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。
【００９５】
いくつかの実施例において、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０が名目スクワット閾値より小さいとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０が減少しているときに第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０が減少しており、かつ、名目スクワット閾値未満であるときに、第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０が名目上昇閾値よりも大きいときに、信号プロセッサ４０４は第２の動作モード３３２に遷移する。
【００９６】
いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも一方が地面２１８に接触し、かつ少なくとも垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２または反対側の垂直股関節足首間距離２６３（図２１に示す）が減少しているとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。
【００９７】
いくつかの実施例において、着用者の脚部２０８の少なくとも一方が地面２１８に接触しており、かつ、少なくとも垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２または反対側の垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６３が名目スクワット閾値より小さいとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２が名目上昇閾値よりも大きいときに、信号プロセッサ４０４は第２の動作モード３３２に遷移する。
【００９８】
いくつかの実施例において、少なくとも垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２または反対側の垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６３の一方が減少し、名目スクワット閾値未満であるときに、信号プロセッサ４０４は、第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、少なくとも垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２または反対側の垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６３の一方が減少しているとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、少なくとも垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２または反対側の垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６３の一方が名目スクワット閾値より小さいとき、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する。いくつかの実施例において、膝部角度１２２が名目上昇閾値よりも大きいときに、信号プロセッサ４０４は第２の動作モード３３２に遷移する。
【００９９】
しゃがみ込みは、多くの方法で特徴付けて良い。以下に説明されるものは、しゃがむ込み、および、着用者の膝部２２８を支えることが有益であり得る他の状態を識別するために使用して良いパラメータである。これらのパラメータの説明は限定的であることを意図しない。図２０は、意図された着用者２００における屈曲した膝部と直立した膝部とのグラフによる比較を示す。支持が適切である、動作および／または状態を識別するために使用されて良いパラメータは、股関節（ヒップ）の高さである。前述のように、股関節（ヒップ）の高さは、いくつかの実施例においては、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０であって良く、他の実施例においては、股関節（ヒップ）の高さは垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２であって良い。
【０１００】
いくつかの実施例において、名目スクワット閾値は、着用者２００が直立しているときには垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０の値に比例する。いくつかの実施例において、名目スクワット閾値は、着用者２００が直立しているとき、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０の値の９０％である。いくつかの実施例において、名目スクワット閾値は、着用者２００が直立しているときに、垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２の値に比例する。いくつかの実施例において、名目スクワット閾値は、着用者２００が直立しているとき、垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２の値の９０％である。
【０１０１】
例えば、図１９Ａ、図１９Ｂ、および図１９Ｃは、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０が閾値を下回って減少した２つの状況を示している。図１９Ａは、この例では名目スクワット閾値であると仮定して良い、距離ｌ１を示す。
【０１０２】
図１９Ｂは、ｌ２の垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０をもたらす突っ込み（ランジ）を示し、これは名目スクワット閾値未満である。いくつかの実施例においては、これにより、信号プロセッサ４０４が第１の動作モード３３１に遷移することになる。
【０１０３】
同様に、図１９Ｃは、名目スクワット閾値より小さい、垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０のｌ３をもたらすしゃがみ込み（スクワット）を示す。いくつかの実施例において、これにより、信号プロセッサ４０４が第１の動作モード３３１に遷移することになる。
【０１０４】
垂直股関節（ヒップ）地面間距離２６０または垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２は、距離センサ、近接センサ、圧力センサ、力センサ、脛部角度センサ、大腿部角度センサ、および膝部角度センサの組み合わせを使用して測定することができるけれども、これに限定されないことを理解されたい。例えば、上述の大腿部センサ４０５および脛部センサ３１０は、両方とも、図８に示されるような実施例において、垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２を決定するために使用される。
【０１０５】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００および外骨格脚部１０１の名目スクワット閾値は異なって良い。いくつかの実施例において、名目上昇閾値は、名目スクワット閾値とは異なって良い。
【０１０６】
図３８は、信号プロセッサ４０４のための有限状態機械の実施例を示し、この図において、ｈは股関節（ヒップ）の高さを表し、ｈｃは反対側の股関節（ヒップ）の高さを表す。Ｈ１は高さ閾値を表し、いくつかの実施例において、名目スクワット閾値である。Ｈ２は他の高さ閾値を示し、それはいくつかの実施例において名目上昇閾値である。
【０１０７】
図３８に示す実施例に関して、股関節（ヒップ）の高さｈは、垂直の股関節（ヒップ）足首間距離２６２を表し、同様に、反対側の股関節（ヒップ）の高さｈｃは、反対側の垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６３を表す。これらの長の時間の導関数は上側の点で表される。種々の実施例において、有限状態機械は少なくとも２つの状態、すなわち第１の動作モード３３１と第２の動作モード３３１とを含む。
【０１０８】
図３８に示す実施例において、信号プロセッサ４０４は、股関節（ヒップ）の高さｈおよび反対側の股関節（ヒップ）の高さｈｃが高さ閾値Ｈ１を下回り、減少している（すなわち、負の導関数を有する）とき、第１の動作モード３３１に遷移する。これは、図３８の上側矢印３３３に示される。
【０１０９】
図３８に示す実施例において、信号プロセッサ４０４は、股関節（ヒップ）の高さｈが高さ閾値Ｈ２よりも大きいときに第２の動作モード３３２に遷移し、これは、下側矢印３３４に示す。
【０１１０】
いくつかの実施例において、これらの条件は、適切な場合に着用者２００に支援を提供するのに十分であるが、他の時間中に着用者２００を妨げることはない。したがって、図３８に表される実施例の有限状態機械は、しゃがむことおよび突っ込みをすることなどのタスクを支援することができるが、以下でより完全に説明されるように、歩行、または階段および梯子の上昇または下降などの運動を妨げることはないであろう。
【０１１１】
さらに、いくつかの実施例によれば、高さ閾値Ｈ１および高さ閾値Ｈ２は、以下に記載される条件およびシナリオが満たされるように選択される。
【０１１２】
ユーザが歩行しているシナリオでは、歩行の歩行周期は、少なくとも２つの異なる段階、すなわち（１）片方の脚部が立位にあり、片方の脚部が前方に振れているスイング、および（２）両方の脚部が立位である、二重立位に分割されて良い。
【０１１３】
図３８に示される有限状態機械を実装するような、いくつかの実施例は、スイング中に信号プロセッサ４０４を第１の動作モード３３１に遷移させない。なぜならば、着用者のスタンス脚部の股関節（ヒップ）高さｈが股関節（ヒップ）高さ閾値Ｈ１より大きいからである。これらの実施例は、二重立位の間は、信号プロセッサを第１の動作モード３３１に遷移させない。なぜならば、股関節（ヒップ）高さｈおよび反対側の股関節（ヒップ）高さｈｃのうちの少なくとも１つが増加しており、または、股関節（ヒップ）高さｈおよび反対側の股関節（ヒップ）高さｈｃのうちの少なくとも１つが高さ閾値Ｈ１より大きいからである。したがって、そのような実施例は歩行を妨げない。
【０１１４】
階段および梯子の上昇を含むシナリオにおいて、階段および梯子の上昇の歩行周期は少なくとも２つの異なる段階、すなわち（１）立位、および（２）二重立位に分割されて良い。図３８に示される有限状態機械を実装する実施例のようないくつかの実施例は、梯子または階段上昇のスイングフェーズ中に信号プロセッサ４０４を第１の動作モード３３１に遷移させない。これは、着用者の立位脚部の股関節（ヒップ）高さｈが増加しているからである。これらの実施例は、梯子の二重姿勢または階段昇り中に信号プロセッサ４０４を第１の動作モード３３１に遷移させない。なぜなら、上側の横木またはステップ上の脚部に関する股関節（ヒップ）高さｈ、および、下側の横木またはステップ上の脚部に関する股関節（ヒップ）高さｈは、高さ閾値Ｈ１より大きいからである。したがって、そのような実施例は階段または梯子の上昇を妨げない。
【０１１５】
階段および梯子の降下を含むシナリオでは、階段および梯子の降下の歩行周期は、少なくとも２つの異なる段階、すなわち（１）スイング、および（２）二重立位に分割されて良い。図３８に示される有限状態機械を実装する実施例のようないくつかの実施例は、梯子または階段降下のスイング段階中に信号プロセッサ４０４を第１動作モード３３１に遷移させない。なぜならば、着用者のスイング脚部の股関節（ヒップ）高さｈが増加しているからである。これらの実施例は、梯子または階段の二重立位の間、信号プロセッサ４０４を第１の動作モード３３１に遷移させない。なぜなら、低い方の横木またはステップの上にある着用者の脚部について股関節（ヒップ）高さｈは、高さ閾値Ｈ１より大きいからである。したがって、そのような実施例は階段または梯子の降下を妨げることがない。
【０１１６】
しゃがみ込み、および突っ込みに関連するシナリオにおいて、しゃがみ込み、または突っ込みの下側段階の間、股関節（ヒップ）高さｈ、および、反対側の股関節（ヒップ）高さｈｃの両方が減少する。着用者２００が十分に下がり、股関節（ヒップ）高さｈと反対側の股関節（ヒップ）高さｈｃの両方が高さ閾値Ｈ１未満になると、これらの実施例は、信号プロセッサ４０４を第１の動作モード３３１に遷移させる。したがって、この実施例はしゃがみ込みおよび突っ込みを支援できる。各信号プロセッサ４０４に対する図３８の有限状態機械は、股関節（ヒップ）高さｈが高さ閾値Ｈ２より大きくなるまで第１の動作モード３３１に留まる。この結果、この実施例は、しゃがみ込み、または突っ込みの最大部分を通して確実に支援を行えるようにする。
【０１１７】
図４１は、信号プロセッサ４０４のための有限状態機械の他の実施例を示しており、この図において、ｈは股関節（ヒップ）高さを表し、ｈｃは反対側の股関節（ヒップ）高さを表す。Ｈ１は高さ閾値を表し、いくつかの実施例においては、名目スクワット閾値である。Ｈ２は別の高さ閾値を示し、これはいくつかの実施例においては、名目上昇閾値である。
【０１１８】
図４１に示される実施例に関して、股関節（ヒップ）高さｈは、垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６２を表し、同様に、反対側股関節（ヒップ）高さｈｃは、反対側垂直股関節（ヒップ）足首間距離２６３を表す。いくつかの実施例において、Ｈ１およびＨ２は、少なくとも部分的に、大腿部角度差分１２６の関数であり、これに基づいて決定されて良く、これは図４１にＳで表記され、また図４４に示されるとおりである。
【０１１９】
図４２は、図４１で使用されている規約を描くために、スクワットで外骨格脚部１００を着用して、しゃがみ込んでいる人の簡単な棒線図を示す。図４２に示すように、ｐは垂直１２５（垂直は重力を示す）からの大腿部リンク１０４までの絶対大腿部角度１２４を示し、ここで、０は直立に対応し、正の方向は着用者２００の前方にあり、着用者２００が垂直１２５に対して後側にあるときｐは負である。ここで、垂直は重力の方向を表す。いくつかの実施例において、後側大腿部２０５は、負の絶対大腿部角度１２４を有する着用者の脚部２０８として識別されて良い。また、図４１に示されるように、ｔは膝部角度１２２を示し、ここで、０は完全な伸展に対応し、正の方向は屈曲である。図４１において、ｐｃは反対側の大腿部角度を表し、ｔｃは反対側の膝部角度を表す。図４１の有限状態機械を再び参照すると、時間に関するこれらの量の導関数は上側の点で示される。
【０１２０】
有限状態機械は、第１の動作モード３３１と第２の動作モード３３１の２つの状態を含む。図４１に示す実施例において、股関節（ヒップ）高さｈが高さ閾値Ｈ１未満であり、反対側の股関節（ヒップ）高さｈｃが高さ閾値Ｈ１であり、股関節（ヒップ）高さｈが減少しており、反対側の股関節（ヒップ）高さｈｃが減少しており、かつ、大腿部角度ｐ（１２４で示す）が負である（着用者２００の大腿部２０４が着用者２００の後側にあることを示す）か、この大腿部角度ｐが増加している（股関節屈曲が起こっていることを示す）、かつ反対側の大腿部角度ｐｃが負であるか、またはｐｃが増加し、かつ膝部角度ｔ（１２２で示す）が減少し、かつ、反対側の膝部角度ｔｃが減少しているときに、信号プロセッサ４０４は第１の動作モード３３１に遷移する（上側矢印３３７に示す）。これらの条件および特徴のうちのいくつかは以下に詳細に検討される。
【０１２１】
図４１に示す実施例において、信号プロセッサ４０４は、図４１の下側矢印３３８に示すように、股関節（ヒップ）高さｈが高さ閾値Ｈ２より大きいときに第２の動作モード３３２に遷移する。これらの条件は、そのような実施例が、適切な場合に着用者を支援し、それ以外のときに着用者を妨げないようにするのに十分である。したがって、図４１に示す実施例の有限状態機械は、しゃがんだり、突っ込みをしたり、また、飛び跳ねたりするようなタスクを支援することができるけれども、歩行、または階段やはしごの上昇または下降などの運動を妨げないであろう。
【０１２２】
いくつかの実施例において、着用者の大腿部２０４と反対側の大腿部２０１とが一緒にあるときの名目スクワット閾値は、着用者の大腿部２０４と反対側の大腿部２０１とが離れているときと比較して、異なっている。ここに開示されるいくつかの実施例において、名目スクワット閾値は、図４４のＳで表記される大腿部角度差分１２６の関数である。ここで開示されるいくつかの実施例において、名目上昇閾値は、図４４のＳで表記される大腿部角度差分１２６の関数である。
【０１２３】
大腿部角度差分１２６に基づいて決定された名目スクワット閾値および名目上昇閾値を有すると、対称的なスクワット中に外骨格脚部１００からの支持をより早く開始することが可能になる。歩行の二重立位の段階では、しゃがんでいないにもかかわらず、人の股関節（ヒップ）高さは、直立した状態と比べて、自然に低くなる。このようにして、一定の名目スクワット閾値および名目上昇閾値が選択され、もって、支援がしゃがみ込み後期に開始され、または歩行が阻害されないようになっている。名目スクワット閾値および名目上昇閾値を大腿部角度差分の関数として減少させることによって、そのような実施例は、大腿部角度差分１２６が比較的小さい、対象型スクワット中にはより早めに関与を行い、他方、大腿部角度差分１２６が実質的に大きい、歩行時に、抵抗を最小化する。
【０１２４】
いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は、股関節（ヒップ）高さと反対側の股関節（ヒップ）高さが股関節（ヒップ）差分閾値２７０を越えて異なるときには、第１の動作モード３３１に遷移しないように構成される。ここに開示される、いくつかの実施例において、股関節（ヒップ）高さおよび反対側の股関節（ヒップ）高さが股関節（ヒップ）差分閾値２７０を越えて異なる場合には、拘束機構１３０は拘束モード１３８ない遷移しない。
【０１２５】
これらのパラメータは、、階段、はしご、および傾斜などの非平坦地で着用者２００を妨げる可能性を低減し、これは、これらの平らでない表面が左右の脚の間で実質的な股関節（ヒップ）高さの差をもたらす可能性があるからである。
【０１２６】
ここでは開示されるいくつかの実施例において、着用者の大腿部２０４が着用者２００の正面を向いている場合、信号プロセッサ４０４が第１の動作モード３３１に遷移するために当該着用者の大腿部２０４が股関節屈曲（図２６）の方向に回転しなければならないように、当該装置は構成される。図４３は、前側の大腿部２０３を示し、この図において、着用者の大腿部２０４は着用者２００の前方を向いている。
【０１２７】
このような操作は前立脚の股関節伸展を伴うので、このパラメータは歩行中のインピーダンスの可能性を低減し、これは、このような動作は前側の立位脚部の股関節（ヒップ）伸展を伴うからである。しゃがんでいる間は、身体の前にある当該人の脚部は股関節（ヒップ）屈曲を伴うので、しゃがみ込み時の支援を可能にしつつ、歩行中のインピーダンスを大幅に減らすことができる。
【０１２８】
いくつかの実施例において、着用者２００が走っているとき、信号プロセッサ４０４は第２の動作モード３３２に遷移する。いくつかの実施例において、着用者２００が移動しているとき、信号プロセッサ４０４は第２の動作モード３３２に遷移する。いくつかの実施例において、着用者の足が地面から離れているとき、信号プロセッサ４０４は第２の動作モード３３２に遷移する。
【０１２９】
いくつかの実施例において、突っ込み（図４４に示す）中の着用者２００の後ろ側の脚部の信号プロセッサ４０４は、第２の動作モード３３２に遷移する。着用者の後ろ側の脚部は、当該脚部の後側大腿部２０５が負の絶対大腿部角度１２４を伴ときに認識される。
【０１３０】
いくつかの実施例において、信号プロセッサ４０４は、外部インターフェースを使用して構成することができる。いくつかの実施例において、外部インターフェースは、信号プロセッサ４０４の少なくとも１つのモード、名目スクワット閾値および名目上昇閾値などの閾値の値を設定することができるソフトウェアインターフェースである。この外部ソフトウェアインターフェースは、コンピュータ、携帯電話アプリ、タブレット、または他の電子機器上のＧＵＩ（グラフィカル着用者インターフェース）とすることができる。名目スクワット閾値および名目上昇閾値を設定可能にすることによって、しゃがみ込みなどのタスクに対して着用者を支援し、それでいて歩行中に妨げがないように、外骨格脚部を構成することができる。
【０１３１】
図９および図１０は、拘束機構１３０がスライド式ラチェット１５０、磁気つめ１５２、およびアクチュエータ１６６を備える外骨格脚部１００の実施例を示す。拘束機構１３０の類似の機能をじつげんするために他の手法を実装してよいことを理解されたい。また、ここでの説明は限定的であることを意図しない。アクチュエータ１６６は、ラッチソレノイド１５５、移動タブ１５４および磁石１５６を含む。
【０１３２】
図９は、外骨格脚部１００の実施例の大腿部リンク１０４に結合された拘束機構１３０の実施例を示す。より具体的には、図９は、大腿部リンク１０４の一部が露出された外骨格脚部１００の実施例を示す。明瞭にするために、外骨格脚部１００は大腿部リンク１０４に結合された拘束機構１３０を含むことを描写する。拘束機構１３０の構成要素であるスライド式ラチェット１５０、つめ１５２、移動タブ１５４、ラッチソレノイド１５５および磁石１５６は以下に詳細に説明する。
【０１３３】
一実施例において、拘束機構１３０は少なくとも２つの動作モードを有する。拘束モード１３８では、拘束機構１３０は、大腿部リンク１０４に対する力発生器１０８の第２の端部１１４の周りの回転を可能にする。図９の実施例において、大腿部リンク１０４に沿った第２の端部１１４の並進は、拘束されるか実質的に制限される。この拘束モードでは、脛部リンク１０２、大腿部リンク１０４および力発生器１０８は三角形を形成し、この場合、三角形の辺の長さの変化は力発生器１０８に沿ってのみ発生するように拘束される。これにより力発生器１０８は力を発生させ、それは大腿部リンク１０４に対する脛部リンク１０２の屈曲方向１２０への動きに抵抗する。
【０１３４】
非拘束モード１３９において、拘束機構１３０は、大腿部リンク１０４に対する力発生器１０８の第２端部１１４の回転および並進の両方を可能にする。非拘束モード１３９において、大腿部リンク１０４、脛部リンク１０２および力発生器１０８によって定義される三角形の辺に対して長さが顕著に変化し、これは大腿部リンク１０４にスライドによって生じ、力発生器１０８に沿うスライドによって生じるものではなく、このため、屈曲方向１２０および伸展方向１１８の双方向の動作を可能にする。他の実施例において、力発生器１０８の第２の端部１１４は、非拘束モード１３９において、大腿部リンク１０４に対する回転のほかに自由度を有して良い。
【０１３５】
上述したように（そして図２３および図２４に示したように）、力発生器１０８は、拘束モード１３８および非拘束モード１３９の双方において、第１の端部１１２で脛部リンク１０２に回転可能に結合されるだけであり、脛部リンク１０２に沿って並進する際に拘束され、そのような並進は実質的に行えない。
【０１３６】
図９の実施例は、非拘束モード１３９の外骨格脚部１００を示し、この図において、力発生器１０８の第２の端部１１４はスライド式ラチェット１５０に回転可能に連結され、レール１３３に沿ってスライドすることができる。この実施例において、磁石１５６は、異なる動作モードにおいて磁石１５６が磁気つめ１５２のピボットピン１５７の一方の側または他方の側にあるように、移動タブ１５４に結合されている。非拘束モード１３９では、磁石１５６は、磁気爪１５２がスライド式ラチェット１５０の歯と係合／インターフェース（すなわち、接触）しないように磁気爪１５２の一端を引き付け、それによって、脛部リンク１０２に対する大腿部リンク１０４の屈曲１２０および伸展１１８（図２〜図３に示す）方向における自由運動を可能にする。
【０１３７】
図１０の実施例は、拘束モード１３８における外骨格脚部１００を示す。拘束モード１３８において、磁石１５６は、磁気つめ１５２のピボットピン１５７の他方の側を覆って位置決めされ、磁気つめ１５２の他端を引き付ける。拘束モード１３８において、磁気つめ１５２はラチェット１５０と係合／インターフェース（すなわち接触）し、それによって大腿部リンク１０４に連結された第２の端部１１４で力発生器１０８の並進運動を拘束する。したがって、拘束モード１３８では、外骨格脚部１００の屈曲は、力発生器１０８により抵抗され、この力発生器１０８は着用者２００による屈曲方向１２０の膝部の動きに応じて圧縮する。
【０１３８】
図１０の実施例において、拘束機構１３０が拘束モード１３８にあり、力発生器１０８が大腿部リンク１０４と脛部リンク１０２との間に力を生み出すことによって屈曲方向１２０への動きに抵抗している場合、つぎの２つの条件を満たすことによって、非拘束モード１３９への遷移が実現されて良い。すなわち、（１）可動爪１５４に結合された磁石１５６が、磁気つめ１５２がスライド式ラチェット１５０の歯から引き離されるように磁気つめ１５２の一端を引き付けるように配置されている（図９に説明される）。かつ、（２）力発生器１０８が荷重解除される（力発生器１０８が力を発生するのを停止し、それが磁気つめを荷重解除する）。力発生器１０８が荷重解除されると、磁気つめ１５２は滑動ラチェット１５０から外れることを許容され、次いで大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２は屈曲方向１２０および伸展方向１１８に自由に動くことができる。これは、力発生器１０８が荷重印加されたとき、爪およびラチェット歯の間の抵抗力が大きいからである。いくつかの実施例において、アクチュエータの動きが爪の動きに対応するように、アクチュエータが爪に直接結合されてもよく、これによって、アクチュエータが十分に強い場合、力発生器１０８は、拘束機構１３０のモードを変化させるために、負荷解除さえる必要がないことに留意されたい。いくつかの実施例において、移動タブ１５４が手動スイッチ４０６に連結されて、もって、手動スイッチ４０６を用いて、着用者が移動タブ１５４の位置を手動制御できるようにする。これによって、着用者は拘束機構１３０を手動で制御できる。
【０１３９】
図１０を参照すると、移動タブ１５４は様々な作動ユニットによって移動させることができ、そのいくつかを以下に説明する。
【０１４０】
図５〜図１３に示すように、いくつかの実施例においては、各外骨格（１００／１０１）は、少なくとも１つの拘束機構１３０を含み、これらの図において、各拘束機構１３０の各々は、２つの動作モード間を遷移するための少なくとも１つのアクチュエータ１６６を含み、これは先に説明したとおりである。アクチュエータ１６６の構成要素は、例えば、ソレノイド、磁気ラッチ式ソレノイド、双安定ソレノイド、ＤＣモータ、サーボ、ＡＣモータ、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択されて良い。他の作動機構もまた容易に明らかである。図５〜図１３は、アクチュエータ１６６が磁気的にラッチするソレノイド１５５、移動タブ１５４、および磁石１５６を含む実施例を示す。
【０１４１】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、一端から脛部リンク１０２に連結され、他端から着用者の足部２１４に連結された足首外骨格６１０をさらに有する。したがって、図１５に示すように、いくつかの実施例において、脛部リンク１０２は、足首第１リンク１８０を含み、これが脛部リンク１０２に延びている。足首第１リンク１８０は、脛部リンク１０２と実質的に同様である。いくつかの実施例において、足首外骨格６１０の足部コネクタ１８３が脛部リンク１０２に回転可能に連結されている。そのような回転可能な連結を実施するための様々な技術が存在し、そのいくつかが本明細書に開示される。開示されたものは限定することを意図しない。
【０１４２】
図１８は、互いに離脱して示されている足部リンク機構１８２および足部コネクタ１８３をさらに含む足首外骨格６１０の実施例を示しており、それらの詳細は後述される。足部リンク機構１８２の断面図がより明瞭な説明のために図１８に示され、これによって、内部構成要素が説明される。具体的には、図１８に示すように、いくつかの実施例において、足部コネクタ１８３は着用者の靴２１２に取り付けられる。図２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃは着用者に連結される図１の外骨格脚部１００の足部コネクタ１８３の実施例を示す。図２２Ａは、足部コネクタ１８３の一実施例の外形を示す図である。図２２Ｂは、図２２Ａの実施例が靴２１２のかかとの中に延びるように構成されている方法を示す図である。図２２Ｃは、靴のかかとを越えて延びるような足部コネクタ１８３の異なる実施例を示す。より具体的には、図２２Ａは、足部コネクタ１８３が着用者の靴２１２に結合される実施例を示す。いくつかの実施例において、足部コネクタ１８３は、外骨格脚部１００の荷重を地面に伝達するための靴地面コネクタ２１９をさらに有する。
【０１４３】
図２２Ｂは、足部コネクタ１８３が着用者の靴２１２のかかとの中に延在する図２２Ａの実施例を示す。着用者の靴２１２の切り欠き図を示し、着用者の靴２１２の内側の足部コネクタ１８３が明瞭に見えるようする。
【０１４４】
足部コネクタ１８３をこのように着用者の靴２１２に連結することによって、着用者２００は、その支持力が地面に伝達され、それでいて、着用者が典型的な靴の使用によってもたらされる快適さを享受できるように、着用者を当該実施例装置に結合して良い。
【０１４５】
いくつかの実施例において、足部コネクタ１８３は、着用者の靴２１２のかかとを超えて延びる。いくつかの実施例において、足部コネクタ１８３は、かかとを超えて延び、部分的に靴の外側に位置する。コネクタ１８３は、着用者の足部２１４の母指球までは延びていない。これにより、着用者２００が邪魔にならずにつま先立ちすることが可能になる。いくつかの実施例において、足部コネクタ１８３は、着用者の靴２１２に外部的に連結されている。
【０１４６】
図５６および図５７は、着用者２００の靴２１２のかかとを包むように構成されている足部コネクタ１８３の実施例を示している。図５６および図５７の足部コネクタ１８３は、ヒールカフ２２１、オーバーシューストラップ２２３、およびアンダーシューキャッチ２２４を有している。いくつかの実施例において、足首第１リンク１８０は足部コネクタ１８３に結合される。図５７の実施例において、足首第１リンク１８０は足首足底ジョイント５０３で足部コネクタ１８３に回転可能に結合される。図５７の実施例において、足首第１リンク１８０は足首足底ジョイント５０３を越えて延び、その結果、外骨格脚部１００が着用者２００を支持しているとき、地面コネクタ２２５は地面と接触することができる。いくつかの実施例において、足部コネクタ１８３は、着用者の靴２１２への足部コネクタ１８３の接続を容易にするためにオーバーシューストラップ２２３をさらに有する。いくつかの実施例において、足部コネクタ１８３は、アンダーシューキャッチ２２４をさらに有し、足部コネクタ１８３を着用者の靴２１２に容易に結合できるようにしている。
【０１４７】
いくつかの実施例において、足首外骨格６１０を着用者の足または着用者の靴２１２から取り外すことができる。いくつかの実施例において、足部コネクタ１８３を足首外骨格６１０の上部から結合および分離することができる。図１９の実施例において、足首外骨格６１０は足部リンク機構１８２を有する。図１８は、また、足部リンク機構１８２および足部コネクタ１８３が取り外された実施例を示す。
【０１４８】
明瞭にするためおよび図１８の内部構成要素を説明するために足部リンク機構１８２の断面図が示されている。図１８に示されるように、足部コネクタ１８３は雄足首ボス１８６を有する。さらに、足部リンク機構１８２は雌足首ボス１８５、ボタンインターフェース１８９、およびバネピン１８８を有する。動作を説明すると、足部リンク機構１８２内の雄足首ボス１８６が足部コネクタ１８３内の雌足首ボス１８５と接触するときに、ばねピン１８８が雄足首ボス１８６内のチャネル（図示せず）に入り、雄足首ボス１８６を雌足首ボス１８５にラッチし、それによって足部リンク機構１８２を足部コネクタ１８３に結合する。
【０１４９】
足部リンク機構１８２を足部コネクタ１８３から解放または取り外すためには、ボタンインターフェース１８９を使用して、ばねピン１８８を雄足首ボス１８６とラッチ解除する。解除は、ばねピン１８８の後側をボタンインターフェース１８９とインターフェースすることによって達成される。ボタンインターフェース１８９を動かすと、足部コネクタ１８３の雄足首ボス１８６からばねピン１８８が押し出される。
【０１５０】
図１５、１６、および１８は、足首外骨格の３つの異なる実施例を示す。明確にするために、着用者の足および着用者の靴２１２を図１８に示す。より具体的には、図１５は、図１の外骨格脚部１００の足首外骨格６１０の実施例を示し、これは、脛部リンク１０２に対する足部コネクタ１８３の足首外がえし（エバージョン）、および内がえし（インバージョン）を可能にする足首外がえしジョイント５０４を有する。足首外骨格６１０を用いることにより、所定のタスクの間に着用者の足首２２０にかなりの範囲で動きを可能にし、他方、依然として実施例装置を着用者２００に結合させて、もって、着用者２００が実施例装置によって支持されるようになす。
【０１５１】
脛部リンク１０２の延長部である足首第１リンク１８０と足部コネクタ１８３との間のインターフェースは、様々な回転自由度を可能にする。これらの自由度は、柔軟材料の使用、または柔軟材料と非柔軟材料の組み合わせによって実現できる。
【０１５２】
図１５に示すように、いくつかの実施例において、足首外骨格６１０は、足部コネクタ１８３の足首背屈および足底屈曲を脛部リンク１０２に対して可能にする足首足底ジョイント５０３を有する。足首背屈および底屈を図２８および図２９に示す。足首の底屈軸５２３は、脛部リンク１０２に対する足部コネクタ１８３の背屈（ドーシフレクション）および底屈（プランターフレクション）の運動を表す。
【０１５３】
図１５は、また、足首第２リンク６１２をさらに有する足首外骨格６１０の実施例を示し、この足首第２リンク６１２は、足首第１リンク１８０（軸リンク１０２）に足首足底ジョイント５０３で回転可能に連結され、足首外がえしジョイント５０４で足首機構６１５に回転可能に連結される。図１５および図１６の実施例において、足首機構６１５は足部リンク機構１８２を含む。図１５の実施例において、足首外がえしジョイント５０４に沿って柔軟ブッシュ６１６が存在する。いくつかの実施例において、柔軟ブッシュ６１６はソフト材料であり、足首機構６１５が足首第２リンク６１２に対して捻じれるときに足首外転（アブダクション）および足首内転（アダプション）を可能にしている。この捻じれ運動は、足首回転軸５２６に沿って生じる。この運動は、柔軟ブッシュ６１６の圧縮を介して起こる。足首の回転を可能にするために、ソフトブッシュを足首足底ジョイント５０３に沿って配置することができることに留意されたい。上述の足首要素によって、特定の作業中に着用者の足首２２０への全範囲の動きを可能にし、一方で、依然として、着用者２００が実施例装置よって支持されるように、実施例装置を着用者２００に十分に連結する。
【０１５４】
図１６および図１７は、足首外骨格６１０の一実施例を示し、これは、脛部リンク１０２に対する足部コネクタ１８３の足首回転を可能にするための足首旋回ジョイント５０６をさらに有する。具体的には、図１６および図１７の実施例において、足首外骨格６１０は、脛部リンク１０２に対する足部コネクタ１８３の足首回転を可能にする足首旋回ジョイント５０６を有する。足首旋回軸５２６は、足部コネクタ１８３に対する脛部リンク１０２の回転運動を表す。
【０１５５】
図１６および図１７は、足首第２リンク６１２が足首外がえし（エバージョン）リンク６１３および足首足底リンク６１４を有し、これによって、足首足底リンク６１４が足首足底ジョイント５０３で足首第１リンク１８０に回転可能に連結され、足首足底リンク６１４が足首旋回ジョイント５０６で足首外がえしリンク６１３に回転可能に連結される、実施例を示す。足首外がえしリンク６１３は、さらに、足首外がえしジョイント５０４において足首機構６１５に回転可能に連結され、これによって、足首の外がえし、および内がえしを可能にしている。明確にするために、図１７は、足首の内がえし（インバージョン）／外がえし（エバージョン）を一般的に示し、そして足首の回転を一般的に示す。
【０１５６】
いくつかの実施例において、足首外骨格は、足首の足底および背屈、足首の内がえしおよび外がえし、ならびに足首の回転をもたらすための柔軟要素および剛性要素から構成されて良い。
【０１５７】
図１８は、足首外骨格６１０が柔軟な足首１８７を有し、これが足首足底ジョイントを具備し、この足首足底ジョイント５０３が足首第１リンク１８０に回転可能に連結されて足底屈および背屈を可能にする実施例を示す。柔軟な足首１８７の柔軟性は、（図３９に示されるように）足首の内がえしおよび外がえし（図４０に示されるように）および足首の回転（図４０に示されるように）を可能にするように構成される。いくつかの実施例において、足首旋回ジョイント５０６は、それが所定の中立位置を有するようにバネ荷重を受けている。
【０１５８】
図５８は、足首外骨格６１０の一実施例を示し、これは、組み合わせ足首旋回軸６０９に沿って脛部リンク１０２に対して足部コネクタ１８３の間で足首回転を可能にするための組み合わせ足首旋回ジョイント６１９をさらに有する。
【０１５９】
図５８は、また、足首第１リンク１８０（脛部リンク１０２）に足首足底ジョイント５０３で回転可能に連結され、足首機構６１５に組み合わせ足首旋回ジョイント６１９で回転可能に連結される足首第２リンク６１２をさらに有する足首外骨格６１０の実施例を示す。
【０１６０】
いくつかの実施例において、組合せ足首旋回軸６０９は、着用者２００によって選択および調整されて良い。図５８は、足首外骨格６１０の実施例を示し、この実施例では、組合せ足首旋回ジョイント６１９が、足首外がえし軸５２４および足首旋回軸５２６の間のほぼ間に向けられる所定の回転軸を有する。さきの組み合わせ足首旋回ジョイント５０６および足首旋回軸５２６は様々な異なる配向を有して良いことに留意されたい。
【０１６１】
いくつかの実施例において、少なくとも１つの外骨格脚部（１００および／または１０１）が胴体外骨格６００に結合されている。この例が図１４Ａおよび図１４Ｂに見られる。いくつかの実施例において、胴体外骨格６００は、大腿部リンク１０４に結合されている。いくつかの実施例において、大腿部リンク１０４は、当該大腿部リンク１０４の長さを伸ばす大腿部延長リンク１１１を含む。
【０１６２】
胴体外骨格６００は、種々な形態および形状を有して良い。いくつかの実施例において、胴体外骨格６００はベルトであって良い。種々の実施例において、外骨格脚部１００は、着用者の脚部の屈曲および伸展運動を可能にするように構成される。外骨格脚部１００は、また、着用者の脚部の動きの外転および内転を可能にする。外骨格脚部１００は、さらに、着用者の脚部の回転運動を可能にする。
【０１６３】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、また、外骨格脚部１００が、さらに股関節（ヒップ）屈曲伸展ジョイント５０５をさらに有する実施例を示し、この股関節（ヒップ）屈曲伸展ジョイント５０５は、胴体外骨格６００に対する外骨格脚部１００の屈曲および伸展を可能にする。股関節屈曲の一例を図２６に示す。図１４Ａおよび図１４Ｂは、また、外骨格脚部１００が、さらに股関節（ヒップ）外転内転ジョイント５０１を有する実施例を示し、この股関節（ヒップ）外転内転５０１は外骨格脚部１００の胴体外骨格６００に対する外転および外転を可能にする。図２５に股関節（ヒップ）外転の一例を示す。図１４Ａおよび図１４Ｂは、外骨格脚部１００が股関節（ヒップ）旋回ジョイント５０２をさらに有する実施例をさらに示し、この股関節（ヒップ）旋回ジョイント５０２は、胴体外骨格６００に対する外骨格脚部１００の旋回を可能にする。股関節（ヒップ）旋回の一例を図２７に示す。
【０１６４】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、また、別の実施例の拡大部分図を示し、この図において、各外骨格脚は、さらに、（１）胴体要素に対する外骨格脚部１００の外転および内転を可能にする股関節（ヒップ）外転内転ジョイント５０１；（２）外骨格脚部１００の胴体要素（に対する屈曲および伸展を可能にするための股関節（ヒップ）屈曲伸展ジョイント５０５図１４Ａに示される）；および、（３）外骨格脚部１００の胴体要素に対する回転を可能にする股関節（ヒップ）旋回ジョイント５０２（図１４Ａおよび図１４Ｂの両方に示される）を有する。これらのジョイントは、ここに開示される実施例が着用者２００に支持を提供することを可能にしながら、着用者２００が全範囲の動きを可能にすることを意図している。
【０１６５】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、大腿部延長リンク１１１が胴体外骨格６００の一実施例に結合される実施例をさらに示す。ここで開示されるいくつかの実施例において、胴体外骨格６００と外骨格脚部１００／１０１とを結合することによって、当該実施例が着用者２００に膝部において支持を付与し、また股関節（ヒップ）または胴体において着用者に支持を付与するようにできる。いくつかの実施例において、大腿部延長リンク１１１と胴体外骨格６００との間の結合を使用して着用者の背中を支持し、それによって着用者の股関節（ヒップ）の少なくとも１つについてのトルクを提供することによって、特定の作業中の背筋の疲労を軽減する。実施例において、外骨格脚部１００が地面に結合されている場合、胴体外骨格６００およびそれに取り付けられたすべての用具の重量が地面に伝達され、それによって着用者２００への負担が軽減される。
【０１６６】
さらに他の実施例において、胴体外骨格６００は腕部支持外骨格に結合されて良く、これは、着用者の少なくとも一方の肩に支持を付与するために使用されて良く、それによって、着用者の肩部２２２のうちの少なくとも一方にトルクを付与し、もって、特定の作業中の肩筋肉疲労を軽減する。
【０１６７】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、頭上作業および動作中に、着用者の肩を支持するように構成された腕部支持外骨格に結合されて良い。ここに開示されるいくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、胴体外骨格６００を介して腕部支持外骨格部に結合されて良い。ここに開示されるいくつかの実施例において、外骨格脚部１００は腕部支持外骨格と共に着用されて良い。ここに開示されるいくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、外骨格胴体と併せて着用することができる。
【０１６８】
いくつかの実施例において、外骨格脚部（１００および１０１）は、着用者の上半身に連結されるように構成することができる。いくつかの実施例において、図４５に示すように、外骨格脚部１００および１０１をベルト６４５を介して着用者の腰に連結することができる。いくつかの実施例において、外骨格脚部１００および１０１を肩部ストラップ６４７を介して着用者の上半身に連結する（図４６）。ソフトカップリングとハードアタッチメントのいくつかの組み合わせを使用して、これらのカップリングをそれぞれ実現することができる。そのようなカップリングは、着用者２００の間の荷重を外骨格脚部１００／１０１に伝達するため、または外骨格脚を着用者に連結するために使用されて良い。
【０１６９】
図４５は、外骨格脚部１００を着用者２００に取り付けるためのヒューマンマシンインターフェース６３９の図である。図４５は、ウエストベルト６４５、大腿部クリップ６４８、前側ヒップストラップ６４３、後側ヒップストラップ６４４、およびバットパッドを含む。いくつかの実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９は、少なくとも１つの脛部ストラップ６４２をさらに含んで良い。ここに開示されるいくつかの実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９は、少なくとも１つのウエストベルト６４５、少なくとも大腿部クリップ６４８、少なくとも１つの前側ヒップストラップ６４３、少なくとも１つの後側ヒップストラップ６４４、少なくとも１つのバットパッド６４０、および少なくとも１つの脛部ストラップ６４２を有する。
【０１７０】
外骨格脚部１００は、大腿部リンク１０４および脛部リンク１０２からなる。いくつかの実施例において、大腿部リンク１０４は、着用者の大腿部２０４と一体に動くように構成されて良い。いくつかの実施例において、脛部リンク１０２は、着用者の脛部２０６と一体に動くように構成されて良い。図４５は、大腿部リンク１０４が着用者の大腿部２０４と調和して動くことができるように、外骨格脚部１００をつなぐように構成された実施例の一例を示す。バットパッドは、着用者の膝部屈曲を、少なくとも１つの外骨格脚部１００の膝屈曲と連結するように構成される。
【０１７１】
図３１は、バットパッド６４０が大腿部リンク１０４に連結されるように構成されている実施例を示す。いくつかの実施例において、バットパッド６４０は大腿部延長リンク１１１に連結される。いくつかの実施例において、バットパッド６４０は、外骨格脚部１００の大腿部リンク１０４に当該バットパッド６４０の一端で結合され、外骨格脚部１０１の大腿部リンクにバットパッド６４０の他端で連結されている。いくつかの実施例において、バットパッド６４０の一端は外骨格脚部１００の大腿部リンク１０４に結合され、バットパッド６４０の他端は着用者の反対側の脚部２１０に取り付けられている。いくつかの実施例において、バットパッド６４０の他端は着用者の臀部（ヒップ）に連結されて良い。
【０１７２】
図３０は、着用者の尻の下に配置されているバットパッド６４０をさらに示している。いくつかの実施例において、バットパッド６４０の位置は、バットパッド６４０が着用者の尻の下にくるように、大腿部延長リンク１１１を調整することによって調整されて良い。バットパッド６４０は、着用者の荷重を外骨格脚部１００に伝達し、それによって着用者２００が椅子の座席のように外骨格脚部１００を使用することを可能にする。いくつかの実施例において、バットパッド６４０は、着用者２００と外骨格脚部１００との間で支持を移すのに役立つ。
【０１７３】
図３１は、図１の外骨格脚部に結合されたバットパッド６４０を有する実施例を示す。具体的には、図３１は、外骨格脚部１００および外骨格脚部１０１に結合される実施例を示す（明確にするために、１００および外骨格脚部１０１の他の要素は示されていない）。
【０１７４】
図３２Ａおよび図３２Ｂは、着用者２００がしゃがんだ位置にあるとき、バットパッド６４０が着用者を支持し、屈曲方向へのさらなる動きを防ぐように構成された図３１の実施例を示す。図３２は、一体型大腿部ストラップ６４１を有する実施例をさらに示す。いくつかの実施例において、バットパッド６４０は、外部荷重の少なくとも一部を外骨格脚部１００に伝達する働きをする。いくつかの実施例において、バットパッド６４０は、着用者２００および外骨格脚部１００／１０１の間の荷重の伝達を行うのに使用されて良い。より具体的には、図３２ａおよび図３２ｂは、外骨格脚部１００および１０１が撓むときにバットパッド６４０が着座するための着座部のように振る舞う位置にある着用者を示し、屈曲方向１２０へのさらなる動きを防止することを示す。
【０１７５】
いくつかの実施例において、バットパッド６４０は、可撓性アタッチメントを使用して外骨格脚部１００に結合される（図３２（ａ））。図示されていないが、いくつかの実施例において、バットパッド６４０は、堅固なアタッチメントを使用して外骨格脚部１００に結合される（図３２（ｂ））。
【０１７６】
外骨格脚部１００のいくつかの実施例は、ウエストベルト構成要素６４５からなる。ウエストベルト６４５は、外骨格脚部１００の重量を着用者のヒップに伝達するように構成されている。いくつかの実施例において、ウエストベルト６４５は、図４８に示すようにウエストベルトパッド６４６を有する。いくつかの実施例において、ウエストベルトパッド６４６は、着用者のヒップに着座する２つの部分に分けられる。いくつかの実施例において、ウエストベルト６４５の長さは着用者の前側および／または後側で調整することができる。いくつかの実施例において、ウエストベルト６４５は、バックルまたはラッチ６４９など（これらに限定されない）の機構によって着用者の前側で迅速に接続または切断することができる。いくつかの実施例において、図３２Ａに示すように、ウエストベルト６４５は、柔軟なベルトアタッチメントを使用して少なくとも一方の大腿部リンクに連結される。
【０１７７】
図３２Ａは、ウエストベルト６４５を着用者２００と外骨格脚部１００とに連結する可撓性ベルトアタッチメント６５０を具備する実施例を示す。図３２Ｂは、ウエストベルト６４５を着用者２００と外骨格脚部１００とに連結する剛性ベルトアタッチメント６５１を具備する実施例を示す。いくつかの実施例において、ベルトアタッチメントは、可撓性ストラップと剛性構成要素との組み合わせであって良い。いくつかの実施例において、図３０および図３２に示すように、外骨格脚部は一体型大腿部ストラップ６４１をさらに含む。大腿部ストラップ６４１は、大腿部リンク１０４を着用者の大腿部２０４に連結する。
【０１７８】
いくつかの実施例において、図４６および図５５に示されるヒューマンマシンインターフェース６３９などのヒューマンマシンインターフェースは、外骨格脚部１００の重量の一部を着用者の肩部２２２に伝達することができる肩部ストラップ６４７を含む。
【０１７９】
図３０は、大腿部ストラップ６４１が図６の外骨格脚部１００の大腿部リンクを着用者２００の大腿部２０４に連結し、脛部ストラップ６４２が図６の外骨格脚部の脛部リンク１０２を着用者の脛部に連結する実施例を示す。より具体的には、いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は、着用者の脛部（例えば２０６）および着用者の大腿部（例えば２０４）で着用者に固定される。図３０は、大腿部ストラップ６４１が外骨格脚部１００の大腿部リンク１０４を着用者の大腿部２０４に連結し、脛部ストラップ６４２が外骨格骨脚部の脛部リンク１０２を着用者の脛部２０６に連結する実施例を示す。脛部ストラップ６４２および大腿部ストラップ６４１は硬い要素と柔らかい要素の組み合わせであって良い。
【０１８０】
したがって、外骨格脚部１００のいくつかの実施例は、少なくとも１つの脛部ストラップ６４２を含む。脛部ストラップ６４２は、外骨格脛部リンク１０２を着用者の脛部２０６に連結するように構成されている。いくつかの実施例において、脛部ストラップ６４２は、外骨格脚部１００の脛部リンク１０２に直接接続されている。いくつかの実施例において、脛部ストラップ６４２は、ソフトな柔軟性構成要素、すなわち堅固でない構成要素から構成され着用者２００への支持を付与して良い。
【０１８１】
外骨格脚部１００のいくつかの実施例は、少なくとも１つの大腿部クリップ６４８を含む。いくつかの実施例において、バットパッド６４０は大腿部クリップ６４８から取り外し可能である。いくつかの実施例において、肩部ストラップ６４７はウエストベルト６４５から取り外し可能である。図４５および図４８に示すような、いくつかの実施例において、大腿部クリップ６４８は、前側ヒップストラップ６４３および後側ヒップストラップ６４４によってウエストベルト６４５に連結されている。種々の実施例において、前側ヒップストラップ６４３は剛性であって良い。いくつかの実施例において、後側ヒップストラップ６４４は剛性であって良い。
【０１８２】
いくつかの実施例において、前側ヒップストラップ６４３は大腿部延長リンク１１１に直接結合されて良い。いくつかの実施例において、前側ヒップストラップ６４３は大腿部リンク１０４に直接接続されて良い。
【０１８３】
いくつかの実施例において、後側ヒップストラップ６４４は、大腿部延長リンク１１１に直接結合されて良い。いくつかの実施例において、後側ヒップストラップ６４４は、大腿部リンク１０４に直接接続されて良い。
【０１８４】
種々の実施例において、前側ヒップストラップ６４３は複数の機能を提供するように構成される。例えば、前側ヒップストラップ６４３は、大腿部クリップ６４８を介して外骨格脚部１００に垂直揚力の一部を提供して、自重による落下を防止するように構成されて良い。前側ヒップストラップ６４３は、また、外骨格脚部１００が着用者２００の前面の後側に落下するのを防止するように構成されて良い。
【０１８５】
同様に、後側クヒップストラップ６４４は、複数の機能を提供するように構成されている。後側ヒップストラップ６４４は、大腿部クリップ６４８を介して外骨格脚部１００に垂直揚力の一部を提供して、自重による落下を防止するように構成されて良い。後側ヒップストラップ６４４は、また、外骨格脚部１００が着用者の正面の前方に落ちるのを防ぐように構成されて良い。
【０１８６】
図４８は、前側ヒップストラップの上端６５３が着用者２００の前側平面の前方でウエストベルト６４５に連結され、前側ヒップストラップの下端６５２が大腿部クリップ６４８に連結されていることを示している。図４８は、また、後側ヒップストラップの上端６５５が、ウエストベルト６４５上で着用者２００の正面の後側に連結され、後側ヒップストラップの下端６５４が、大腿部クリップ６４８に連結されていることを示す。
【０１８７】
いくつかの実施例において、使用中の前側ヒップストラップ６４３および後側ヒップストラップ６４４の長さは固定されている。前側ヒップストラップ６４３および後側ヒップストラップ６４４のこれらの固定長さおよびそれらの取り付け位置は、前側平面における大腿部クリップ６４８の矢状方向の動きを制限する（すなわち、大腿部クリップ４６８の着用者の前後の動きが制限される）。いくつかの実施例において、図４８に示すように、前側ヒップストラップの下端６５２および後側ヒップストラップの下端６５４は、同じ場所では大腿部クリップ６４８に接続しない。
【０１８８】
図４５に示すような、いくつかの実施例において、外骨格脚部１００の大腿部延長リンク１１１は大腿部クリップ６４８に連結されるように構成される。このような構成は、さらに、外骨格脚部１００の大腿部リンク１０４を着用者の大腿部２０４に連結する。
【０１８９】
図４５に示すような、いくつかの実施例において、外骨格脚部１００の大腿部リンク１０４は大腿部クリップ６４８に連結されるように構成される。これは、さらに、外骨格脚部１００の大腿部リンク１０４を着用者の大腿部２０４に連結する。
【０１９０】
いくつかの実施例において、ウエストベルト６４５、大腿部クリップ６４８、前側ヒップストラップ６４３、後側ヒップストラップ６４４、バットパッド６４０、脛部ストラップ６４２、および肩部ストラップ６４７は、長さが調節可能であって良い。いくつかの実施例において、大腿部リンク１０４と大腿部クリップ６４８との間の連結は回転を可能にして良い。
【０１９１】
種々の実施例において、大腿部リンク１０４と大腿部クリップ６４８との間の大腿部クリップ６４８上の回転点の位置は、着用者２００の股関節（ヒップジョイント）２１６と実質的に整列している。
【０１９２】
いくつかの実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９と外骨格脚部１００との間の連結は、取り外し可能である。いくつかの実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９と外骨格脚部１００との間の連結は、大腿部クリップ６４８に取り付け可能および取り外し可能である。
【０１９３】
図４５に示すような、いくつかの実施例において、大腿部延長リンク１１１と大腿部クリップ６４８との連結は、大腿部クリップ６４８に連結された保持ブラケット６６０と、大腿部延長リンク１１１に連結されたボタンヘッド６６５とを用いて実現される、これは図５１に示すとおりである。ボタンヘッド６６５および保持ブラケット６６０の機能は、以下にさらに説明される。
【０１９４】
いくつかの実施例において、大腿部リンク１０４と大腿部クリップ６４８との結合は、大腿部クリップ６４８に結合された保持ブラケット６６０と、大腿部リンク１０４に結合されたボタン組立体６６４とを使用して実現される。
【０１９５】
いくつかの実施例において、大腿部延長リンク１１１と大腿部クリップ６４８との連結は、大腿部延長リンク１１１に連結された保持ブラケット６６０と、大腿部クリップ６４８に連結されたボタン組立体６６４とを使用して実現される。
【０１９６】
いくつかの実施例において、大腿部リンク１０４と大腿部クリップ６４８との結合は、大腿部リンク１０４に結合された保持ブラケット６６０と、大腿部クリップ６４８に結合されたボタン組立体６６４とを使用して実現される。
【０１９７】
種々の実施例において、ボタン組立体６６４は、ボタンヘッド６６５とボタンネック６６６とからなる。いくつかの実施例において、大腿部リンク１０４と大腿部クリップ６４８との間の連結は、大腿部クリップ６４８上の保持ブラケット６６０と、大腿部リンク１０４上のボタン組立体６６４を用いて達成され、保持ブラケット６６０は、大腿部クリップ６４８の上部キャビティ６６２および下部キャビティ６６１を有し、ボタン組立体６６４はボタンネック６６６およびボタンヘッド６６５を有し、保持ブラケットの上部キャビティ６６２は、ボタンネック６６６の所定方向の挿入および取り外しのみを可能にし、ボタンヘッド６５５は下部キャビティ内で自由に回転するできる。
【０１９８】
図４９および図５０に示されるように、いくつかの実施例において、キャビティ６５９は、保持ブラケット６６０内に形成される。いくつかの実施例において、キャビティ６５９は、ボタンヘッド６６５およびボタンネックを収容するための下部キャビティ６６１および上部キャビティ６６２から構成される。いくつかの実施例では、図４９および図５０に示すように、下部キャビティ６６１は、ボタンヘッド６６５が下部キャビティ６６１内に容易に滑り込むことができるような形状を有する。ただし、上部キャビティ６６２は、ボタンネック６６６が特定の方向矢印６６８に沿って上部キャビティ内を入り込めるような形状を有する。
【０１９９】
図４９は、それらが互いに結合されていないときのボタン組立体６６４および保持ブラケット６６０を示す。図４９の向きにおいて、保持ブラケット６６０が矢印６６８に沿ってボタン組立体６６４に対して動かされると、ボタンネック６６６およびボタンヘッド６６５は上部キャビティ６６２および下部キャビティ６６１の中に動く。ボタンネック６６６は、図４９に示す方向６６８に沿ってのみ、上部キャビティ６６２内を動かすことができる形状を有する。これは、上部キャビティ６６２は、方向６６８に沿ってのみボタンネック６６６を収容することができる開口部を有しているからである。具体的には、図４９および図５０から観測できるように、ボタンネック６６６はｄで示される小さい寸法６６７を有し、上部キャビティ６６２はｈで示される開口部６６３を有する。ｄはｈよりも小さいので、ボタン組立体６６４とキャビティ６５９とが矢印６６８で示されるように互いに対して位置合わせされている場合にのみボタン組立体６６４をキャビティ６５９内に移動させることができる。方向６６８に整合されていないときには、ボタン組立体６６４は保持ブラケット６６０の外をスライドし、これは図５３に示すとおりである。
【０２００】
いくつかの実施例において、保持ブラケット６６０は大腿部クリップ６４８に取り付けられ、ボタン組立体６６４は大腿部リンク１０４に連結され、直立しているときに、大腿部リンク１０４が着用者の大腿部２０４に対して非平行になるようなし、ボタン組立体６６４をスライドさせて保持ブラケットから出し入れできるようにしている。
【０２０１】
いくつかの実施例において、保持ブラケット６６０が大腿部クリップ６４８に取り付けられ、ボタン組立体６６４が大腿部リンク１０４（または図５１に示す大腿部延長リンク１１１）に連結され、その際、直立時に、大腿部リンク１０４が着用者の大腿部に対して実質的に垂直でなければならないようになし、ボタン組立体６６４がスライドして保持ブラケット６６０に出入りできるようしに、これは、図５２に示すとおりである。
【０２０２】
いくつかの実施例において、保持ブラケット６６０およびボタン組立体６６４は、大腿部リンク１０４が着用者の大腿部と実質的に平行ではないときにそれらを結合することができるように構成することができる。
【０２０３】
図５１は、ボタンネック６６６の平らな端部が大腿部延長リンク１１１に対して垂直に配向されていることを示す。着用者２００は、外骨格脚部１００の大腿部リンク１０４を適切に回転させてボタン組立体６６４をスライドさせることによって外骨格脚部１００を素早く着脱することができる。同様の実施例は、これにかえて、大腿部延長リンク１１１または大腿部リンク１０４に取り付けられた保持ブラケット６６０と、大腿部クリップ６４８に取り付けられたボタン組立体６６４とを具備して良いことを理解されたい。
【０２０４】
いくつかの実施例において、大腿部クリップ６４８に対する外骨格大腿部リンク１０４の動きによって、使用中に、ボタンヘッド６６５が保持ブラケット６６０から外れないように、保持ブラケット６６０を大腿部クリップ６４８上に位置決めする。
【０２０５】
大腿部リンクが着用者の大腿部２０４と実質的に平行ではないとき、保持ブラケット６６０およびボタン組立体６６４を結合または切り離すことができる。これは、大腿部リンクが大腿部と平行でないときのみ外骨格脚部の取り付けおよび取り外しが可能なように保持ブラケットを方向付けることによって実現される。これは、図５２の実施例から理解できる。図４８および図５２は、着用者に対する保持ブラケットの向きの例を示している。
【０２０６】
いくつかの実施例において、着用者２００は、ウエストベルトバックルまたはラッチ６４９を使用することによって、ヒューマンマシンインターフェース６３９および外骨格脚部１００および１０１を含む装置全体を一度に装着または脱着することができる。そのような実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９は、大腿部クリップ６４８によって外骨格脚部１００および１０１に連結され、当該装置を着用するために、着用者はウエストベルト６４５、脛部ストラップ６４２を締め付ける。いくつかの実施例において、着用者は着用者の外骨格脚部１００に着用者の足部２１４または着用者の足首２２０の位置で他のカップリングを具備して良い。
【０２０７】
いくつかの実施例において、ボタン組立体６６４の構成要素は同じ部品から構築される。いくつかの実施例において、大腿部リンク１０４が着用者の大腿部と実質的に平行であるとき、保持ブラケット６６０とボタン組立体６６４との結合を解除することはできない。いくつかの実施例において、バットパッド６４０は、堅い大腿部ストラップ６４１によって置き換えられて良い。いくつかの実施例において、大腿部ストラップ６４１は、剛性材料と可撓性材料との組み合わせを含む。大腿部ストラップ６４１は、大腿部リンク１０４を着用者２００の大腿部に連結するように構成されている。
【０２０８】
いくつかの実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９は、外骨格脚部１００、ならびに胴体外骨格６００などの他の外骨格システムに結合することができる。胴体外骨格６００は、先に説明したボタン組立体および保持ブラケット６６０の接続と同様の接続を使用してウエストベルト６４５に結合されて良く、この場合、保持ブラケット６６０は胴体外骨格６００の胴体リンク６０３に結合され、ボタン組立体６６４はウエストベルト６４５に結合されて良い。代替的には、保持ブラケット６６０はウエストベルト６４５に結合されて良く、ボタン組立体６６４は、胴体外骨格６００の胴体リンク６０３に結合されて良い。
【０２０９】
いくつかの実施例において、肩部ストラップ６４７、ウエストベルト６４５、大腿部ストラップ６４１などのハーネスのいくつかの構成要素は、標準的な安全ハーネス（図示せず）のいくつかのまたはすべての構成要素によって置き換えられて良い。いくつかの実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９は、セーフティハーネス、セーフティベルト、ツールベルトハーネス、ツールベルト、クライミングハーネス、建設作業員転倒防止用セーフティハーネス、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される。いくつかの実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９として安全ハーネス、安全ベルト、クライミングハーネス、または建設作業員転倒防止安全ハーネスを使用することにより、着用者２００の安全確保の同時達成、および外骨格脚部１００の着用者２００への連結などを同時に行えるという利点がある。
【０２１０】
ヒューマンマシンインターフェース６３９は、例えば、登山ハーネスまたは落下防止暗線ハーネス、または、外骨格を保持するトランクを着用者に結合し、併せて着用者の安全を確保するように構成された安全ハーネスの任意の組み合わせのような、任意の安全ハーネスを含んで良い。したがって、いくつかの実施例において、ヒューマンマシンインターフェース６３９は、安全ハーネス、安全ベルト、建設作業員落下保護安全ハーネス、登山ハーネス、落下防止安全ハーネス、ツールベルト、および、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択される。
【０２１１】
図１１は、図１０に示される実施例の拡大部分図を示し、この図において、脛部リンク１０２に結合されたトルク調整機構１９０が示されている。図１１〜図１３は、トルク調整機構１９０の一実施例を示す。図１１〜図１３は、脛部リンク１０２の内側の機構に関して明確にするために脛部リンク１０２の切り欠き部を示す。
【０２１２】
種々の実施例において、様々なサイズの様々な着用者２００に対して、膝関節における外骨格脚部１００のトルク出力を調整する能力によって様々な利点が実現。例えば、図１１〜図１３は、トルク調整機構１９０の一実施例を示す。具体的には、少なくとも１つの外骨格脚部上のトルク調整スイッチ１９３を使用して、膝部ジョイント１０６に対する力発生器１０８の第１の端部１１２の位置を制御して良い。この実施例において、膝部ジョイントにおけるトルクは、力発生器１０８と膝部ジョイント１０６との間のモーメントアーム長に比例する。したがって、膝部ジョイント１０６におけるトルクは、第１の端部１１２の位置が膝から最も離れているときより大きい。第１の端部１１２の位置が膝部ジョイント１０６に最も近いとき、膝部ジョイント１０６におけるトルクは最小である。これは、第１の端部１１２の位置が力発生器１０８と膝部ジョイント１０６との間の最大モーメントアーム長を支配するからである。そのような調整を実施するための任意の適切な技術がここに企図され開示されることが理解されるであろう。
【０２１３】
図１１は、力発生器１０８の第１の端部１１２が膝部ジョイント１０６から最も離れた位置にあり、この構成にあるときに最大のトルク設定をもたらす実施例を示す。種々の実施例において、トルク調整スイッチ１９３は、脛部リンク１０２内のチャネル内に配置される。いくつかの実施例において、トルク調整スイッチ１９３は、トルク調整ロック１９４とインターフェースする少なくとも２つの戻り止めを含んで良い。
【０２１４】
図１２は、脛部リンク１０２に連結されたトルク調整機構１９０がトルク調整ロック１９４を含む、図１１に示された実施例の拡大部分図を示す。具体的には、図１２の実施例は下側の位置にトルク調整ロックを示し、これにより、トルク調整スイッチ１９３は低トルク方向１３６および高トルク方向１３７に移動することができる。
【０２１５】
図１３は、図１２に示す実施例の拡大部分図を示し、この図において、トルク調整機構１９０は、力発生器１０８の端部の移動を可能にするように構成されたトルク調整スイッチ１９３と、トルク調整スイッチ１９３の膝部ジョイントに対する位置を拘束するためのトルク調整ロック１９４とを有する。より具体的には、図１３は、力発生器１０８の第１の端部１１２が膝部ジョイント１０６に近づくように動かされたトルク調整スイッチ１９３を示す。この配向では、膝部ジョイント１０６におけるトルクは図１１に示される設定よりも低い。トルク調整スイッチ１９３を所望の位置または設定位置に動かし、トルク調整ロック１９４を上げ（図１３に示すように）、それによってトルク調整スイッチ１９３の動きを防止する。
【０２１６】
図１１、１２、および１３は、２つの戻り止めを有するトルク調整スイッチ１９３を示す。トルク調整ロック１９４は、トルク調整スイッチ１９３の戻り止めとインターフェースするとき、膝部ジョイント１０６に対するトルク調整スイッチ１９３の位置を制限する。いくつかの実施例において、トルク調整スイッチ１９３は手動で制御される。
【０２１７】
このようにして、図１１〜図１３の実施例において、トルク調整スイッチ１９３は手動で下げられる。ただし、種々の実施例において、そのようなトルク調整スイッチ１９３の切り替えが自動的に実施されて良い。図示の実施例において、トルク設定を変更するために、トルク調整ロック１９４を下げて、トルク調整スイッチ１９３を脛部リンク１０２内のチャネル内で膝部ジョイント１０６に対して動かすことができるようにする。
【０２１８】
外骨格脚部１００のいくつかの実施例は、ロック機構を含む。外骨格脚部１００のロック機構は、大腿部リンク１０４の屈曲方向１２０への動きを防止する。いくつかの実施例において、ロック機構は、ロックブロック１０５を含む。図３３〜図３５に示すように、ロックブロック１０５の実施例は、直線的に拘束され、大腿部リンク１０４に沿って移動し、脛部リンク１０２は少なくとも１つの歯を含む。例えば、図３３〜図３５の実施例において、脛部リンク１０２は、４つの歯、すなわち第１の脛部歯６２１、第２の脛部歯６２２、第３の脛部歯６２３、および第４の脛部歯６２４を有する。
【０２１９】
図３３は、図６の外骨格脚部１００の大腿部リンク１０４、膝部ジョイント１０６、および脛部リンク１０２の拡大部分実施例を示し、さらに大腿部リンクに沿って下方位置にあるロックブロック１０５を示す。具体的には、図３３は、大腿部リンク１０４に沿って下方位置にあるロックブロック１０５を示す。
【０２２０】
図３３を参照すると、第１の脛部歯６２１がロック表面６２５とインターフェースする（すなわち、接触する）まで、脛部クリンク１０２が膝部ジョイント１０６を中心に屈曲方向１２０に回転することができることが分かる。第１の脛部歯６２１がロック表面６２５に出会うと、ロックブロック１０５は、大腿部リンク１０４に対する脛部リンク１０２の屈曲方向１２０へのさらなる移動を防止する。ただし、脛部リンク１０２は依然として伸展方向１１８に回転することができる。
【０２２１】
図３４は、動作時に、図３３の実施例がロックブロック１０５のロック表面６２５に接触するように構成された１つまたは複数の歯をどのように含むかを示しており、これは膝部屈伸の異なる角度で歯の各々に接触するように構成されている。図３４は、ロック表面６２５に接触している第１の脛部歯６２１を示している。
【０２２２】
図３５は、図３３の実施例が、大腿部リンク１０４上のロックブロック１０５の別の構成をどのように可能にするかを、その動作中の態様で示す。ロックブロック１０５は、脛部リンク１０２上の各歯に対して位置決めできる。脛部リンク１０２がロックブロック１０５または大腿部リンク１０４に対して回転すると、脛部リンク１０２の歯がロック表面６２５と係合する。より具体的には、図３５に示すように、脛部リンク１０２の各歯は所望の位置に位置決めされる。この実施例において、大腿部リンク１０４が直立しているときのロックブロック１０５に対する各歯の所望の角度位置は、大腿部リンク１０４と脛部リンク１０２との間のロック角度に対応する。
【０２２３】
例えば、図示の実施例において、大腿部リンク１０４と脛部リンク１０２とが平行であるとき、ロックブロック１０５上のロック表面６２５と脛部リンク１０２上の歯との間の角度が３０度であれば、ロックブロック１０５は、３０度の回転後、脛部リンク１０２上の歯（この場合は第１の脛部歯６２１）がロック表面６２５と接触し、一方向へのさらなる回転を止めるように、大腿部リンク１０４に沿って位置決めされる。図３５に示すように、ロックブロック１０５は、大腿部リンク１０４に沿ってより高い位置にあり、その結果、脛部リンク１０２は、第１の脛部歯６２１をロック表面６２５と相互作用させることなく回転することができる。
【０２２４】
図３６は、それを超えるとそれ以上の膝屈曲１２０は許容されないロック角度を作り出すために、ロックブロック（図示せず）のロック表面６２５に対する各歯の角度位置の拡大図を示す。図から理解されるように、大腿部リンク１０４に対して伸展方向に回転する脛部リンク１０２は禁止されていない。したがって、膝伸展は自由に起こり得る。
【０２２５】
図３６に示されるように、ロック角度（それ以上の屈曲が許容されない角度）に対するロックブロック１０５の位置は、歯の始点６２７（膝部ジョイント１０６に最も近い第１の脛部歯６２１の点）に基づいて決定される。歯の終点６２８（膝部ジョイント１０６から最も遠い第１の脛部歯６２１の点）。各歯には始点と終点がある。
【０２２６】
いくつかの実施例において、異なるロック角度の各歯は、ロック角度の順に発生する。例えば、角度３０度のロック歯には角度７５度のロック歯が続き、これには角度１４０度のロック歯が続く。
【０２２７】
いくつかの実施例において、第１の脛部歯６２１の歯の始点６２７（膝部ジョイント１０６に最も近い歯の点）および歯の終点６２８（膝部ジョイント１０６から最も遠い歯の点）の位置は、機械システムの空間的な利用可能性および材料の強度仕様に左右される。説明の目的のために、図３６は、第１の脛部歯６２１のみについての歯の始点６２７および歯の終点６２８を示す。ただし、各歯はそれ自身の始点および終点を有する。
【０２２８】
図３６は、また、第１の脛部歯６２１の歯の終点６２８を含む膝部ジョイント１０６を中心とする円を示す。第２の脛部歯６２２の歯の始点は、歯の終点６２８を含む第１の円６２９上に置くことができ、代替的には、より大きな半期の円上に置くことができる。いくつかの実施例において、非先頭歯（全ての後続の歯）の歯の始点の半径方向の位置は、隣接する前の歯の歯の終点の半径方向の位置以上である。
【０２２９】
図３５、図３６、図３７Ａ、図３７Ｂ、および図３７Ｃを参照すると、第２の脛部歯６２２、第３の脛部歯６２３、および第４の脛部歯６２４の歯の始点はそれぞれ、前の歯の終点以上の半径位置にある。これにより、脛部リンク１０２が他の歯からの干渉なしに許容角度範囲内で回転することが保証される。一実施例において、図３７Ａ、図３７Ｂ、および図３７Ｃは、３つの位置にある図３５および図３６のロックブロック１０５を示し、ロック表面６２５は４つの異なる歯と接し、実施例の一方または双方の脚部の脛部リンク１０２および大腿部リンク１０４の間の異なる角度で膝部の屈曲をロックするようになっている。より具体的には、図３７Ａ、図３７Ｂ、および図３７Ｃは、ロック表面６２５がそれぞれ第２の脛部歯６２２、第３の脛部歯６２３、および第４の脛部歯６２４と接するように３つの位置にあるロックブロック１０５を示す。この実施例において、脛部リンク１０２と大腿部リンク１０４との間の角度は、１４０度、１１０度、７５度、および３０度である。
【０２３０】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００または外骨格脚部１０１の拘束機構１３０は拘束モード１３８にあり、ロックブロック１０５は特定の角度を超えて回転を制限するようになっている。この状況では、力発生器１０８は、許容量の角回転まで着用者の屈曲に抵抗し、その後、着用者はこれ以上屈曲することができない。
【０２３１】
種々の実施形例において、外骨格脚部１００または外骨格脚部１０１の拘束機構１３０はその非拘束モード１３８にあり、ロックブロック１０５は特定の角度を超えて回転を制限するようになっている。この状況では、力発生器１０８は屈曲方向１２０への着用者の動きに抵抗せず、着用者は自分の足を自由に伸ばすことができる。しかしながら、そのような自由に許容される屈曲は、一定量の角回転までしか許容されず、その後、着用者２００は、屈曲方向１２０へのさらなる運動を妨げられる。
【０２３２】
図３５に示す実施例において、膝部ジョイント１０６に対するロックブロック１０５の位置は、ロックスイッチ６２６を動かすことによって調整される。ロックスイッチ６２６は、外骨格脚部１００のロック角度の制御を可能にする。いくつかの実施例において、ロックブロック１０５は剛性部品であり、ロック表面６２５が脛部リンクの歯と接合するときに大腿部リンク１０４と脛部リンク１０２との間の屈曲方向１２０へのいかなる動きも許容しない。いくつかの実施例において、ロックブロック１０５は半剛性構成要素であり、ロック表面６２５が脛部リンクの歯と接合するときに、脛部リンク１０２に対する大腿部リンク１０４の限られた屈曲方向１２０を可能にして良い。
【符号の説明】
【０２３３】
１００、１０１    外骨格脚部
１０２    脛部リンク
１０４    大腿部リンク
１０５    ロックブロック
１０６    膝部ジョイント
１０８    力発生器
１１１    大腿部延長リンク
１１２    第１の端部
１１４    第２の端部
１１８    伸展
１２０    屈曲
１２２    膝部角度
１２３    カバー
１２４    絶対大腿部角度
１２５    垂直
１２６    大腿部角度差分
１３０    拘束機構
１３３    レール
１３６    低トルク方向
１３７    高トルク方向
１３８    拘束モード
１３９    非拘束モード
１５０    ラチェット
１５２    磁気爪
１５４    移動タブ
１５５    ラッチソレノイド
１５６    磁石
１５７    ピボットピン
１６６、１７６    アクチュエータ
１８０    足首第１リンク
１８２    足部リンク機構
１８３    足部コネクタ
１８５    雌足首ボス
１８６    雄足首ボス
１８７    足首
１８８    バネピン
１８９    ボタンインターフェース
１９０    トルク調整機構
１９３    トルク調整スイッチ
１９４    トルク調整ロック
２００    着用者
２０１、２０３、２０４、２０５    大腿部
２０６    脛部
２０７    胴体部
２０８、２１０    脚部
２１２    靴
２１４    足部
２１６、２２６    股関節（ヒップ）
２１８    地面
２１９    靴地面コネクタ
２２０    足首
２２１    ヒールカフ
２２２    肩部
２２３    オーバーシューストラップ
２２４    アンダーシューキャッチ
２２５    地面コネクタ
２２８    膝部
２３０    足首
２６０    垂直股関節（ヒップ）地面間距離
２６２、２６３    垂直股関節（ヒップ）足首間距離
２７０    股関節（ヒップ）差分閾値
３１０、３１２    脛部センサ
３１４、３２４    脛部信号
３１６、３２６    大腿部信号
３１８、３２８    作動信号
３３０    通信信号
３３１    第１の動作モード
３３２    第２の動作モード
３３３、３３７    上側矢印
３３４、３３８    下側矢印
４０１    バッテリ
４０２    有線コネクタ
４０３    スイッチ
４０４、４２４    信号プロセッサ
４０５、４１５    大腿部センサ
４０６    手動スイッチ
４６８    大腿部クリップ
５０１    股関節（ヒップ）外転内転ジョイント
５０２    股関節（ヒップ）旋回ジョイント
５０３    足首足底ジョイント
５０４    足首外がえしジョイントジョイント
５０５    股関節（ヒップ）屈曲伸展ジョイント
５０６    足首旋回ジョイント
５２３    足底屈曲軸
５２４    足首外がえし軸
５２６    足首旋回軸
６００    胴体外骨格
６０３    胴体リンク
６０９    足首旋回軸
６１０    足首外骨格
６１２    足首第２リンク
６１３    足首外がえしリンク
６１４    足首足底リンク
６１５    足首機構
６１６    柔軟ブッシュ
６１９    足首旋回ジョイント
６２１〜６２４    脛部歯
６２５    ロック表面
６２６    ロックスイッチ
６２７    始点
６２８    終点
６２９    第１の円
６３９    ヒューマンマシンインターフェース
６４０    バットパッド
６４１    大腿部ストラップ
６４２    脛部ストラップ
６４３    前側ヒップストラップ
６４４    後側ヒップストラップ
６４５    ウエストベルト
６４６    ウエストベルトパッド
６４７    肩部ストラップ
６４８    大腿部クリップ
６４９    ラッチ
６５０    可撓性ベルトアタッチメント
６５１    剛性ベルトアタッチメント
６５５    ボタンヘッド
６５９    キャビティ
６６０    保持ブラケット
６６１    下部キャビティ
６６２    上部キャビティ
６６３    開口部
６６４    ボタン組立体
６６５    ボタンヘッド
６６６    ボタンネック
Ｈ１、Ｈ２    股関節（ヒップ）高さ閾値
ｌ１    距離
ｐ、ｐｃ    大腿部角度
ｔ、ｔｃ    膝部角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【国際調査報告】
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