(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツールを使用している間にユーザの腕を支持するシステムであって、
ユーザの体に装着されるように構成されたハーネスであって、前記ハーネスが、ユーザの一方または両方の肩の上または周囲に装着されるように構成された肩ハーネスを備え、前記肩ハーネスが、前記ハーネスがユーザに装着されたときにユーザの肩の上に第１回動点を含む、ハーネスと、
腕サポートであって、前記第１回動点に回動可能に連結される第１腕サポートセグメントと、ユーザの上腕を支持するために、前記第１腕サポートセグメントに回動可能に連結される第２腕サポートセグメントと、ユーザの前腕を支持するために、前記第２腕サポートセグメントに回動可能に連結される第３腕サポートセグメントとを備える腕サポートと、
前記第３腕サポートセグメントの鉛直角が前記第２腕サポートセグメントの回転による影響を受けないように前記第１腕サポートセグメントと前記第３腕サポートセグメントとの間に連結されたリンケージと、
前記第３腕サポートセグメントに連結されるツールマウントと、
上腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために前記第２腕サポートセグメントに連結される第１セットの補償要素と、前腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために前記第３腕サポートセグメントに連結される第２セットの補償要素とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
ツールを使用している間にユーザの腕を支持するシステムであって、
ユーザの体に装着されるように構成されたハーネスであって、前記ハーネスが、ユーザの一方または両方の肩の上または周囲に装着されるように構成された肩ハーネスを備え、前記肩ハーネスが、前記ハーネスがユーザに装着されたときにユーザの肩の上に第１回動点を含む、ハーネスと、
腕サポートであって、前記第１回動点に回動可能に連結される第１腕サポートセグメントと、ユーザの上腕を支持するために、前記第１腕サポートセグメントに回動可能に連結される第２腕サポートセグメントと、ユーザの前腕を支持するために、前記第２腕サポートセグメントに回動可能に連結される第３腕サポートセグメントとを備える腕サポートと、
前記第３腕サポートセグメントの鉛直角が前記第２腕サポートセグメントの回転による影響を受けないように前記第１腕サポートセグメントと前記第３腕サポートセグメントとの間に連結されたリンケージと、
ツールを使用する際に重力を少なくとも部分的に相殺するために前記第２腕サポートセグメントに連結される第１セットの補償要素と、ツールを使用する際に重力を少なくとも部分的に相殺するために前記第３腕サポートセグメントに連結される第２セットの補償要素とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシステムにおいて、
前記第１セットの補償要素が、前記第２腕サポートセグメントに少なくとも部分的に設けられていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムにおいて、
前記第２セットの補償要素が、前記第３腕サポートセグメントに少なくとも部分的に設けられていることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のシステムにおいて、
前記第１および第２セットの補償要素が、前記ハーネスに設けられ、複数のケーブルが、前記第１および第２セットの補償要素を前記第２および第３腕サポートセグメントにそれぞれ連結することを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のシステムにおいて、
前記第１腕サポートセグメントが、第１鉛直軸周りに回転して、ユーザの腕の水平回転に追従するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、
前記第２腕サポートセグメントが、第２水平軸周りに回転して、ユーザの上腕の鉛直回転に追従するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記第３腕サポートセグメントが、第３軸周りに回転して、ユーザの上腕に対するユーザの前腕の回転に追従するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記第１腕サポートセグメントの第２端が、第１水平回動点で、前記第２腕サポートセグメントの第１端に回動可能に連結され、前記第２腕サポートセグメントの第２端が、前記第３腕サポートセグメントの第１端に隣接して配置され、
前記リンケージが、
前記第２腕サポートセグメントの第２端に回動可能に連結された第１リンクと、
第２リンクであって、前記第２腕サポートセグメントが回転したときに、前記第２リンクが前記第２腕サポートセグメントと実質的に平行に延び、かつ前記第１リンクが実質的に鉛直に維持されるように、前記第１腕サポートセグメントの第２端と前記第１リンクとの間に回動可能に連結された第２リンクとを備え、
前記第３腕サポートセグメントの第１端が前記第１リンクに回動可能に連結されていることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記第１および第２セットの補償要素が、第１および第２のバネ・滑車・ケーブルアセンブリをそれぞれ備え、前記第１バネ・滑車・ケーブルアセンブリの相殺力が、前記第３腕サポートセグメントの回転角度に関係無く、前記第２腕サポートセグメントの回転角度に基づいて可変であり、前記第２のバネ・滑車・ケーブルアセンブリの相殺力が、前記第２腕サポートセグメントの回転角度に関係無く、前記第３腕サポートセグメントの回転角度に基づいて可変であることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記リンケージがさらに、鉛直回動点周りに前記第１リンクに回動可能に連結された肘ブラケットを備え、前記第３腕サポートセグメントの第１端が、水平回動点周りに前記肘ブラケットに回動可能に連結され、前記鉛直回動点が、実質的に水平な面内でユーザの前腕の曲げに適応することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記第２および第３腕サポートセグメントが実質的に真っ直ぐとなったときに、前記肘ブラケットが前記第１リンクに少なくとも部分的に入れ子式に入り込むことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
ツールを使用している間にユーザの腕を支持するシステムであって、
ユーザの体に装着されるように構成されたハーネスであって、前記ハーネスが、ユーザの一方または両方の肩の上または周囲に装着されるように構成された肩ハーネスを備え、前記肩ハーネスが、前記ハーネスがユーザに装着されたときにユーザの肩の上に第１回動点を含む、ハーネスと、
腕サポートであって、前記第１回動点に回動可能に連結される第１腕サポートセグメントと、ユーザの上腕を支持するために、前記第１腕サポートセグメントに回動可能に連結される第２腕サポートセグメントと、ユーザの前腕を支持するために、前記第２腕サポートセグメントに回動可能に連結される第３腕サポートセグメントとを備える腕サポートと、
前記第３腕サポートセグメントの鉛直角が前記第２腕サポートセグメントの回転による影響を受けないように前記第１腕サポートセグメントと前記第３腕サポートセグメントとの間に連結されたリンケージと、
前記第３腕サポートセグメントに連結されるツールマウントであって、前記第３腕サポートセグメントに回動可能に連結されたピボットフレームを備えるツールマウントと、
上腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために前記第２腕サポートセグメントに連結される第１セットの補償要素と、前腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために前記第３腕サポートセグメントに連結される第２セットの補償要素とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記ツールマウントがさらに、前記ピボットフレームに回動可能に連結されて、前記ツールマウントに固定されたツールに対して複数の自由度を提供するジンバル装置を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記ツールマウントがさらに、前記ツールの一部分を受け入れるために、前記ジンバル装置に連結されたソケットを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
ツールを使用している間にユーザの腕を支持するシステムであって、
ユーザの体に装着されるように構成されたハーネスであって、前記ハーネスが、ユーザの一方または両方の肩の上または周囲に装着されるように構成された肩ハーネスを備え、前記肩ハーネスが、前記ハーネスがユーザに装着されたときにユーザの肩の上に第１回動点を含む、ハーネスと、
腕サポートであって、前記第１回動点に回動可能に連結される第１腕サポートセグメントと、ユーザの上腕を支持するために、前記第１腕サポートセグメントに回動可能に連結される第２腕サポートセグメントと、ユーザの前腕を支持するために、前記第２腕サポートセグメントに回動可能に連結される第３腕サポートセグメントとを備える腕サポートと、
リンケージであって、前記第３腕サポートセグメントの鉛直角が前記第２腕サポートセグメントの回転による影響を受けないように前記第１腕サポートセグメントと前記第３腕サポートセグメントとの間に連結されたリンケージと、
上腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために前記第２腕サポートセグメントに連結される第１セットの補償要素と、前腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために前記第３腕サポートセグメントに連結される第２セットの補償要素とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
ツールを使用している間にユーザの腕を支持する方法であって、
ハーネスをユーザに取り付けるステップであって、前記ハーネスが、前記ハーネスに対して移動可能な腕サポートを備える、ステップと、
前記腕サポートがユーザの腕の動きに続いて追従するように前記腕サポートを使用してユーザの腕の一部を支持するステップであって、前記腕サポートが、ユーザの肩に隣接する第１鉛直軸周りに前記ハーネスに回動可能に連結された第１セグメントと、ユーザの上腕に隣接する第２セグメントであって、第２水平軸周りに当該第２セグメントが回転可能となるように前記第１セグメントに回動可能に連結された第２セグメントと、ユーザの前腕に隣接する第３セグメントであって、前記第２セグメントに回動可能に連結された第３セグメントとを備える、ステップと、
前記第３セグメントに連結されたツールマウント内にツールを固定するステップと、
前記ツールを使用して１またはそれ以上のタスクを実行するステップとを備え、前記第１および第２セグメントが、ユーザが動いたときに実質的に動きを邪魔することなく前記ツールに作用する重力を少なくとも部分的に相殺する相殺力を加える１またはそれ以上の補償要素を備え、
前記腕サポートが、前記第３セグメントの鉛直回転角が前記第２セグメントの回転によって影響を受けないように、前記第１セグメントと前記第３セグメントとの間に連結されたリンケージを備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はユーザの腕を支持するシステム、器具、および方法に関し、例えば、ユーザの一方または両方の腕を支持しつつほぼ自由な動作を実現し、ユーザが片方または両方の腕を伸ばして１またはそれ以上の作業を長時間実行できるようにする適応腕サポートシステムまたは装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ハンドツールまたはその他の装置を操作している間に、それら自体を少なくとも部分的に支持しなければならないような、人々が腕を伸ばして作業する必要のある多くの作業があり、それらは、少なくとも一部例えば手術、歯科医術、塗装、皿洗い、製品組み立てなどが含まれる。このような活動にかかる人間は、腕を伸ばしたままにするために重力に抗うのに必要な筋肉の力が長くかかり疲れることになる。脆弱あるいは障害のある人間は、日々の作業を実行するのに疲れを感じることがある。例えばコンピュータキーボードなど、作業が比較的狭い範囲で行われる場合には、椅子の固定アームレストや作業台が唯一有効となる。大きな範囲の動作を含む作業では、固定のアームレストでは補助とならない。
【０００３】
このように、広範囲の動作および／またはツールまたはその他の設備の操作を伴う作業を実行する人間にかかる疲労を解消しうるシステムの必要があった。
【発明の概要】
【０００４】
本発明はユーザの腕を支持するシステム、器具、および方法に関し、例えば、ユーザの一方または両方の腕を支持しつつほぼ自由な動作を実現し、ユーザが一方または両方の腕を伸ばして１またはそれ以上の作業を長時間実行できるようにする適応腕サポートシステムまたは装置に関する。
【０００５】
第１実施形態によれば、システムは、ツールを使用する間にユーザの腕を支持するために提供され、ユーザの体に装着されるよう構成されたハーネスを含む。腕サポートは、ハーネスと回動可能に連結され、ユーザの腕の動きを実質的に邪魔せずに前記動きに追従しながら腕の動きに適応するように構成され、腕サポートは、腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺する１またはそれ以上の補償要素を含む。例示的な実施形態において、補償要素は、無動力でセンサレスであるような、すなわち電源、動力等を必要としないバネ・滑車・ケーブルのアセンブリであってもよい。追加的に、システムは、ハーネスと回動可能に連結される第１端とツールを受け入れるための第２自由端とを含むツールマウントを含むことができる。ツールマウントは、例えば、腕サポートアセンブリにより支持される腕側の手の隣接位置にツールを位置決めするために複数の自由度を含むアームを備えることができる。追加的にまたは代替的に、ツールマウントは、第２自由端に受け入れられたツールに作用する重力を少なくとも部分的に相殺する１またはそれ以上の補償要素を同様に含み得る。
【０００６】
別の実施形態によれば、ツールを使用する間にユーザの腕を支持する方法が提供され、方法は、ユーザにハーネス取り付けることと、ハーネスがハーネスに対して移動可能な腕サポートを備えかつハーネスからユーザの前に延びるアームレストおよびツールマウントを含んでおり、腕サポートがユーザの腕の動きに実質的に追従するように腕サポートを使用してユーザの腕の一部を支持することと、ツールマウントの自由端においてツールを取り付けることと、ツールマウントが、ユーザが動いたときに実質的に動きを邪魔することなくツールに作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために相殺力を加える１またはそれ以上の補償要素を備えており、ツールを使用して１またはそれ以上のタスクを実行することと、を含む。
【０００７】
さらなる別の実施形態によれば、ツールを使用している間にユーザの腕を支持するシステムが提供され、システムは、ユーザの体に装着されるように構成されたハーネスと、ハーネスが、ハーネスがユーザにより装着されたときに、ユーザの一方または両方の肩の上または周囲に装着されるよう構成されかつユーザの肩の上に第１回動点を有する肩ハーネスを備え、第１回動点と回動可能に連結される第１腕サポートセグメント、ユーザの上腕を支持するために第１腕サポートセグメントと回動可能に連結される第２腕サポートセグメント、およびユーザの前腕を支持するために第２腕サポートセグメントと回動可能に連結される第３腕サポートセグメントを備える腕サポートと、を含む。ツールマウントは、例えば、ツールを受け入れて腕サポートにより支持されるユーザの腕側の手でツールを操作できるように、第３腕サポートセグメントに連結されてもよい。追加的に、システムは、上腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために第２腕サポートセグメントと連結される第１セットの補償要素、および、前腕に作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために第３腕サポートセグメントと連結される第２セットの補償要素を含み得る。
【０００８】
さらなる別の実施形態によれば、ツールを使用する間にユーザの腕を支持するシステムが提供され、システムは、ユーザの体に装着されるように構成されたハーネスと、ハーネスに回動可能に連結される腕サポートとを含む。腕サポートは、ユーザの腕を支持するための複数のセグメントと、ツールを受け入れるためのツールマウントとを含み、それにより腕サポートにより支持されるユーザの腕側の手によってツールを操作することができる。例えば、システムは、ツールマウントに受け入れられたユーザの前腕および／またはツールで作用する重力を少なくとも部分的に相殺するために、腕サポートと回動可能に連結される１またはそれ以上の補償要素を含み得る。
【０００９】
例示的な実施形態によれば、体に装着された釣り合い機構は、ツールに提供され、ユーザの肩に装着され、例えば、それがユーザの腕の動きに追従しながらユーザの腕の実質的に順応することができる。
【００１０】
さらなる別の実施形態によれば、ツールを使用している間にユーザの腕を支持する方法が提供され、方法は、ユーザにハーネスを取り付けることと、ハーネスが、ハーネスに対して移動可能な腕サポートを備え、腕サポートがユーザの腕の動きに実質的に追従するように、腕サポートを使用してユーザの腕の一部を支持することと、腕サポートが、ユーザの肩に隣接する第１鉛直軸周りにハーネスと回動可能に連結された第１セグメントと、ユーザの上腕に隣接する第２セグメントであって、第２水平軸周りに第２セグメントが回転可能となるように第１セグメントに回動可能に連結された第２セグメントと、ユーザの前腕に隣接する第３セグメントであって、第２セグメントに回動可能に連結された第３セグメントとを備え、第１および第２セグメントが、ユーザが動いたときに動きに実質的に邪魔することなくツールに作用する重力を少なくとも部分的に相殺する相殺力を加える１またはそれ以上の補償要素を含んでおり、１またはそれ以上のタスクを行うためにツールを使用することと、を備える。
【００１１】
本発明の他の態様や特徴は、添付の図面とともに以下の説明を考慮すると明確となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明は、添付の図面とともに読むときに、以下の詳細な説明より最もよく理解される。図面に示された例示的な装置は必ずしも縮尺比で示されているわけではなく、代わりに、図示された実施形態の様々な様態および特徴を示すことに重点を置いて示されている。
【図１】図１Ａは、ツール用の腰部取付サポートシステムを含む、ユーザに装着される腕サポートシステムの例示的な実施形態の正面斜視図を示している。図１Ｂは、ユーザに装着される図１Ａのシステムの側面図を示している。図１Ｃおよび１Ｄは、実質的に上昇および降下した位置における図１Ａおよび１Ｂのシステムの平衡アームの側面図をそれぞれ示している。
【図２】図２Ａは、ユーザに装着される高荷重の適応腕サポートシステムの別の実施形態の背面斜視図を示している。図２Ｂ−２Ｄは、様々な位置でユーザにより装着される図２Ａのシステムの部分側面図を示している。図２Ｅおよび２Ｆは、異なる位置における図２Ａ−２Ｄのシステムの腕サポートアセンブリの斜視図を示している。
【図３】図３Ａは、ツールマウントを含む、ユーザに装着される高荷重の腕サポートシステムのさらに別の実施形態の正面斜視図を示している。図３Ｂおよび３Ｃは、図３Ａのシステムの腕サポートの斜視図であり、それぞれ、ツールを腕サポートのマウントに取り付けた状態およびマウントから取り除いた状態を示している。
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ、ユーザに装着される高荷重の腕サポートシステムのさらに別の実施形態の背面および正面斜視図である。図４Ｃは、ユーザに装着される図４Ａおよび４Ｂのシステムの詳細である。
【図５】図５は、腕サポートシステムに含むことができる滑車・バネ機構の例示的な実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照すると、図１Ａ−１Ｄは、サポートシステム１０の例示的な実施形態を示しており、このサポートシステムは、後で更に述べるように、ユーザＵの体に装着されるように構成されたハーネス１５と、ユーザＵの腕（または任意には、図示されていない両腕）を支持する適応腕サポート２０と、例えばシステム１０を装着してツールＴ１を操作するユーザの腕に作用する重力を低減するために、ユーザＵによって使用されるツールＴ１を支持するツールサポートシステム５０とを含む。一般に、ツールサポートシステム５０は、平衡アーム５２を含み、この平衡アームは、ブラケット７０によりハーネス１５に回動可能に取り付けられた第１端５２ａと、任意のジンバル８０で取り付けられたツールマウント８２を含む第２端５２とを含む。
【００１４】
平衡アーム５２は、カセット５４を含み、カセットは、１またはそれ以上の滑車、ケーブルおよびバネ（図示省略）を用いて、ほぼ上向きの支持力を提供し、ツールＴ１の重量の釣り合いを取る。上向きの支持力は、所望の平衡特性を提供するために、例えば平衡アーム５２の幾何学的構成、滑車の形状および／またはバネ定数を介して、ツールＴ１の位置に対応することができる。例えば、その力は、すべての位置において常に、ツールＴ１の重量のすべてまたは一部の釣り合いを取るように構成されるものであってもよい。代替的には、その力は、ツールＴ１の位置が変化、例えば、図１Ｃおよび１Ｄに示すように、上昇または降下されるに連れて、変化するように構成されるものであってもよい。
【００１５】
図１Ａおよび１Ｂに示すように、ユーザＵの右腕ＲＡは、適応腕サポート２０、例えば、２０１２年１月１８日に出願された出願第１３／３５３，２６８号、２０１２年７月３１日に出願された出願第１３／５６３，７２８号、２０１３年１２月１０日に出願された出願第１４／１０２，４６６号に開示されているような腕サポートに任意選択的に支持されている。一般に、適応腕サポート２０は、ハーネス１５が装着されたときに例えばユーザＵの肩の上または隣接する位置にハーネス１５に固定的に取り付けられた肩ブラケット２２と、第１腕サポートセグメントが第１または鉛直回動点または軸Ｄａｖ周りに回転可能となるように肩ブラケット２２に回動可能に取り付けられた第１腕サポートセグメントまたはブラケット２４と、第２腕サポートセグメント２６が第１鉛直軸Ｄａｖに対してほぼ直角な第２または水平回動点または軸Ｄａｈ周りに回転可能となるように第１腕サポートセグメント２４に回動可能に取り付けられた第２腕サポートセグメントまたはブラケット２６とを含む。第２腕サポートブラケット２６は、ユーザの上腕に沿って延びてユーザの肘の近傍で終端となるように構成されており、腕ＲＡを安全および／または快適に支持するために、例えばパッド、固定ストラップなど（図示省略）を含む、アームレストを含むことができる。
【００１６】
また、適応腕サポート２０は、ユーザＵが動いて腕サポート２０がユーザの腕ＲＡの動きに追従するときに腕ＲＡに作用する重力を少なくとも部分的に相殺するための相殺力を与えるために、１またはそれ以上のバネ、滑車および／またはその他構成要素を含むカセット３０を含む。図５には、カセット３０（ここでは、ハウジングまたはカバーが取り除かれている）の構成要素の例示的な実施形態が示されており、この実施形態では、力を制御するために二重滑車およびケーブル設計が用いられている。第１または二重経路滑車３２は、第２腕ブラケット２６に沿って第２回動点Ｄａｈからオフセットした位置にある回動点３４で、第２腕ブラケット２６に回動可能に結合されている。二重経路滑車３２は、一体バネケーブル滑車３２ａおよび一体カムケーブル滑車３２ｂを有することができ、それらが互いに対して固定されているが、互いに回動可能となっている。バネケーブル滑車３２ａは、ピボット３４を囲むほぼ円形状を有することができ、一方、カムケーブル滑車３２ｂは、ピボット３４を囲む非対称の形状を有することができ、例えば、バネケーブル滑車３２ａの外周よりもピボット３４から離れたローブを含む。
【００１７】
バネケーブル３６ａは、バネまたはその他の弾性要素３８の一端に結合された第１端（バネ３８の他端は第２腕サポートブラケット２６に取り付けられている）と、バネケーブル滑車３２ａに連結された第２端とを有する。カムケーブル３６ｂは、カムケーブル滑車３２ｂに結合された第１端と、第１腕サポートブラケット２４に固定されたケーブルアンカ２８に結合された第２端とを有する。図５に示される上昇させた腕の位置において、バネ３８は、（より低いポテンシャルエネルギー状態で）相対的に後退させることができ、バネケーブル滑車３２ａおよび一体カムケーブル滑車３２ｂの有効半径は同様とすることができ、それにより、（バネ３８に蓄えられた力を伝達する）バネケーブル３６ａが、カムケーブル３６ｂとほぼ同等の影響を二重経路滑車３２に与えることが可能となっている。腕Ａｒが低い位置に移動すると、バネ３８は、より高いポテンシャルエネルギー状態となり、二重経路滑車３２がピボット３４周りに回転し、それが、カムケーブル滑車３２ｂ上のローブを、作用するカムケーブル３６ｂのために、より大きな有効半径、よって機械利得を示す位置に移動させることができる。より小さい有効半径を有するバネケーブル滑車３２ａは、バネケーブル３６ａのために、実質的に機械利得を与えることはない。そのため、この配置構成では、ユーザの腕ＲＡに加えられる力は、腕の相対的な鉛直位置に基づいて、変更を加えることができる。
【００１８】
図１Ａおよび１Ｂに戻ると、ハーネス１５は、概して、ユーザの肩の上または周囲に装着されるように構成された肩ハーネス１６と、ユーザの胴、例えば腰部または臀部の周囲に装着されるように構成された取付バンド１７と、肩ハーネス１６と取付バンド１７との間に延びる１またはそれ以上のほぼ垂直なサポートまたはブラケットとを含む。例えば、図示のように、鉛直または前側ブラケット１８は、ユーザＵの正面に沿って肩ハーネス１６と取付バンド１７との間に延びて、例えば、ツールサポートシステム５０を支持するための固定支持を提供する。さらに、１またはそれ以上の背面ブラケット（図示省略）が、ユーザＵの背面に沿って延びて、例えば、本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションにおける実施形態と同様に、腕サポートシステム２０を支持することができる。
【００１９】
図１Ｂをさらに参照すると、ツールサポートシステム５０は、カセット５４から延びる調節可能な伸長バー６８を含むことができ、それにより、例えば、ユーザＵがバー６８を伸ばし、または引っ込めて、平衡アーム５２の第１端５２ａと第２端５２ｂとの間の距離を変え、タスクの要求およびユーザＵの寸法に適合させることができる。カセット５４は、一般に、細長いブラケットまたはハウジングを含み、これが、本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションにおける上述した腕サポートシステム２０のカセット３０と同様に、１またはそれ以上の補償要素、例えば、１またはそれ以上のバネ、滑車、ケーブルなど（図示省略）を搭載する。
【００２０】
カセット５４は、平衡アーム５２の第１端５２ａでリンクアーム７８に繋がり、このリンクアームはリンクアーム７４に繋がる。リンクアーム７４は、ハーネス１５に取り付けられたブラケット７０に繋がる。リンクアーム７４，７８は、鉛直面において実質的に固定支持を与えながらも、ユーザＵが水平面において平衡アーム５２を操作することを可能にし、すなわち、第１端５２ａが鉛直方向に移動することなく、平衡アーム５２の第１端５２ａの位置がユーザＵに向かって／離れるように、かつ／またはユーザＵの正面において左／右に水平方向に移動させることを可能にする働きをする。
【００２１】
図１Ｃは、実質的に上昇位置にあるツールサポートシステム５０の平衡アーム５２の側面図を示している。本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションにおいて説明される機能と一致するように、ケーブル６０は、カセット５４内のアンカ６４および滑車およびバネ装置（代表的な滑車５８以外は示されていない。この滑車５８は、単一の円形または非対称形の滑車、または異なる幾何学的形状を有する複数の滑車を含む二重滑車とすることができる。）に取り付けられて、設定可能な平衡力を提供する。平衡アーム５２の第２端５２ｂ、例えば伸長バー６８に取り付けられた任意のジンバル８０は、水平ピボットＨＰ２周りに鉛直面において回動するものであってもよい。ジンバル８０は、実質的に鉛直なピボットＶＰ４を提供することができ、そこでツールＴ１が取り付けられるものであってもよい。それら２つのピボットは、ユーザＵに、ツールＴ１を回転および傾斜させる能力を提供する。リンクアーム７８は、鉛直ピボットＶＰ３でカセット５４に取り付けられ、鉛直ピボットＶＰ２でリンクアーム７４に取り付けられている。リンクアーム７４は、鉛直ピボットＶＰ１でブラケット７０に取り付けられている。リンクアームおよび付随するピボットは、タスク中に必要に応じて、平衡アーム５０を回転、スイングおよび伸長させることを可能にする。
【００２２】
図１Ｄは、実質的に降下位置における平衡アーム５２の側面図を示している。本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションにおいて説明される機能と一致するように、ケーブル６０は、ここでは、経路Ｐ１に沿った平衡アーム５２の動きに応答して、カセット５４の外側にさらに延出されている。
【００２３】
図２Ａ−２Ｆを参照すると、高荷重の適応腕サポートシステム１００の別の例示的な実施形態が示されている。本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションと一致するように、ユーザＵはハーネス１２０（例えば、肩ハーネス、取付バンドおよび１またはそれ以上の鉛直サポートまたはブラケットを含む）を身に着けており、それに対して腕サポートアセンブリ１１０が取り付けられている。その他の実施形態と同様に、腕サポートシステム１００は、概して、ハーネス１２０に固定的に取り付けられた肩ブラケット１１２と、第１または鉛直回動点または軸ＶＰ７周りに回動可能に肩ブラケット１１２に連結された第１腕サポートブラケット１１４と、第２または水平回動点または軸ＨＰ５周りに回動可能に第１腕サポートブラケット１１４に連結された第２腕サポートブラケット１１６（上腕カセット１５０を含む）とを含む。このため、腕サポートアセンブリ１１０は、ユーザＵの右腕ＲＡの動きに応答して鉛直ピボットＶＰ７でハーネス１２０に対して自由に回動することができる。また、腕サポートアセンブリ１１０は、水平ピボットＨＰ５周りにも回動することができる。平衡力は、本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションに説明される機能と一致するように、上腕カセット１５０により加えることができる。
【００２４】
さらに、腕サポートシステム１１０は、ツールマウント１９０を支持するために、第２腕サポートブラケット１１６に回動可能に取り付けられた第３腕サポートブラケット１１８（前腕カセット１７０を含む）を含む。前腕カセット１７０は、後述するように、平衡力を第３腕サポートブラケット１１８およびツールマウント１９０に提供する（かつツールＴ２の重量を少なくとも部分的に相殺する）。図示の実施形態において、ツールＴ２のためのツールマウントは、市販のジンバルアセンブリ１９０であり、これは、ジンバルロッド１９４およびリンクアーム１９８を介して腕サポートアセンブリ１１０に取り付けられている。こうしてハーネス１２０およびツールＴ２に取り付けられた腕サポートアセンブリ１１０は、タスクの実行中にユーザＵの右腕ＲＡの動きにほぼ追従しながらも、ツールＴ２の重量の釣り合いを取るためにほぼ上方向の力を与える役割を果たす。
【００２５】
図２Ｂは、図２Ａの高荷重の適応腕サポートシステム１００の部分側面図を示している。ユーザＵの右腕ＲＡおよび腕サポートシステム１１０は、ほぼ水平な向きで示されている。上腕カセット１５０は、（第１腕サポートブラケット１１４に固定された）上部アンカ１５２で取り付けられたケーブル１５６を介して、第２腕サポートブラケット１１６にほぼ上向きの平衡力を与える。任意選択的には、上部アンカ１５２は、平衡力を取り除くために必要な場合には、ハーネス１２０から解放することができる。また、鉛直４節リンク１６２に回動可能に取り付けられた前腕カセット１７０も、ほぼ上向きの平衡力を提供する。水平４節リンク１６０は、ヒンジ１５４で上部アンカ１５２に取り付けられるとともに、ヒンジ１６４で鉛直４節リンク１６２に取り付けられている。鉛直４節リンク１６２は、ヒンジ１６８でカセットハウジング１５１にも取り付けられている。カセットハウジング１５１、上部アンカ１５２、水平４節リンク１６０および鉛直４節リンク１６２は、４節リンケージシステムを形成し、当該システムが、第１腕サポートブラケット１１４の上部アンカ１５２にほぼ平行に鉛直４節リンク１６２を保つ機能を果たす。
【００２６】
図２Ｃは、図２Ｂの高荷重の適応腕サポートシステム１００の部分側面図を示している。右腕ＲＡが示されており、ここでは、上腕が下方に向けて曲げられて、経路Ｐ２に沿って水平ピボットＨＰ５周りに回動する一方、前腕が依然ほぼ水平となっている。本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションにおいて説明される機能と一致するように、上腕カセット１５０は、腕ＲＡおよびツールＴ２に作用する所望の平衡力を提供するように機能するため、ケーブル１５６が上腕カセット１５０の外にさらに延出する状態で上腕カセットが示されている。また、前腕カセット１７０も、ケーブル１７４および下部アンカ１７２によって、平衡力を提供する。ユーザの上腕は下げられているが、（上述した）４節リンケージシステムは、上部アンカ１５２とほぼ平行に鉛直４節リンク１６２を維持する機能を果たす。鉛直４節リンク１６２は前腕カセット１７０のための取り付けを提供するため、前腕カセット１７０の角度は、ユーザの上腕の角度の変化による影響を受けない。これは、上腕カセット１５０の位置とは実質的に関係無く、前腕カセット１７０の平衡力を保持する役割を果たし、その結果、そのカセットの角度のみに応じて、前腕カセット１７０の平衡力を保持する。
【００２７】
図２Ｄは、図２Ｃの高荷重の適応腕サポートシステム１００の部分側面図を示している。右腕ＲＡが示されており、ここでは、上腕が下方に向けて曲げられる一方、前腕が上方に曲げられて、経路Ｐ３に沿って水平ピボットＨＰ７周りに回動している。本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションにおいて説明される機能と一致するように、ケーブル１７４が、位置の変化に応答して、前腕カセット１７０内に引き込まれている。
【００２８】
図２Ｅは、図２Ａ−２Ｄの腕サポートアセンブリ１１０の斜視図を示している。肘ブラケット１７１は、鉛直ピボットＶＰ９で鉛直４節リンク１６２に回動可能に取り付けられている。前腕カセット１７０は、水平ピボットＨＰ７で肘ブラケット１７１に回動可能に取り付けられている。
【００２９】
図２Ｆは、図２Ｅの腕サポートアセンブリ１１０の斜視図を示しており、この図では、（水平面においてユーザが肘を曲げているのに一致するように）肘ブラケット１７１が、経路Ｐ４に沿って、鉛直ピボットＶＰ９周りに回転されている。前腕カセット１７０および下部アンカ１７２は、肘ブラケット１７１に取り付けられ、それとともに回転する。肘ブラケット１７１は、鉛直４節リンク１６２に取り付けられているが、鉛直ピボットＶＰ９周りに回転しても、上部アンカ１５２とほぼ平行な状態を維持する。任意には、下部アンカ１７２は、平衡力を取り除くために必要な場合には、肘ブラケット１７１から解放可能である。
【００３０】
図３Ａは、高荷重の腕サポートシステム２２０の別の実施形態の正面斜視図を示しており、これは、例えば腕サポートアセンブリ１１０を含む図２Ａ−２Ｆのシステム１００とほぼ同様であるが、単一のツールマウントを用いている。腕サポートアセンブリ１１０は、ユーザＵの手首またはその近傍でツールマウント２３０に取り付けられている。ツールマウント２３０によって支持されるツールＴ３を握ったユーザＵが示されている。ツールマウント２３０は、タスク中にツールＴ３をガイドしながら、手首の自然な動きを可能にするために、例えばユーザＵの手首を中心とする、１またはそれ以上の回動構成要素および／または回転構成要素を含むことができる。
【００３１】
図３Ｂは、図３Ａの腕サポートシステム２２０の正面斜視図である。ツールマウントブラケット２４０は、前腕カセット１７０に取り付けられ、その長さ方向に沿って調節可能となっている。ツールマウントブラケット２４０に回動可能に取り付けられているのは、ピボットフレーム２４６である。ピボットフレーム２４６に取り付けられているのは、ジンバルフレーム２５０である。ジンバルフレーム２５０内には、ジンバルリング２５４が配置され、このジンバルリングからは、ジンバルブラケット２５８が延びている。ツールＴ３はジンバルブラケット２５８に取り付けられ、互いに対して回動することができる。
【００３２】
図３Ｃは、図３Ｂの腕サポートシステム２２０の正面斜視図であり、この図では、ツールＴ３が取り除かれ、幾つかの回動および回転構成要素が、それらの特徴を示すために異なる位置に示されている。ツールマウントブラケット２４０は、前腕カセット１７０に強固に取り付けられるとともに、ヒンジ２４２を提供し、このヒンジでピボットフレーム２４６が回動可能に取り付けられている。ピボットフレーム２４６は、ヒンジ２４２とほぼ直交するヒンジ２４８を提供し、このヒンジでジンバルフレーム２５０が回動可能に取り付けられている。ジンバルリング２５４は、ジンバルフレーム２５０内に設けられ、ジンバル回転軸ＧＲＡを中心に、ジンバルフレームに対して回転可能となっている。ジンバルリング２５４から延びるのは、ジンバルブラケット２５８であり、このジンバルブラケットには、ソケット２６０においてツールＴ３（図示省略）を取り付けることができる。ヒンジ２４２、ヒンジ２４８、回転ジンバルリングおよびツールソケットは、複数の回転自由度を提供し、それにより、例えば、所望のタスクの実行中にユーザＵの手首および／または手の動きに適合する。
【００３３】
図４Ａおよび４Ｂは、高荷重の腕サポートシステム３００の代替的な実施形態を示し、この実施形態は、図２および図３に示すシステムとは、平衡カセットが（ユーザＵの腕の側部上の代わりに）離れて取り付けられている点で異なる。一般に、ユーザＵは、前述したシステムと同様に、ハーネス１２０を身に着ける。カセット３３０，３６０がハーネス１２０の背面に設けられる形で示されているが、その他の構成も可能である。本明細書の他の部分で特定されるアプリケーションにおいて説明されるように、カセット３３０および３６０の機能は、ユーザＵの右腕ＲＡに平衡力を与えることであり、この力は、腕の位置によって変化するものとなる。その平衡力は、ケーブルによって、カセット３３０，３６０からケーブルハウジング３４２および３６８を介して、ユーザＵの腕およびツールＴ３を支持する構成要素へと伝達される。
【００３４】
図４Ｃは、図４Ｂの高荷重の腕サポートシステム３００の部分正面斜視図である。ケーブル３５４は、カセット３３０からケーブルハウジング３４２を介して力を伝達するものであり、このケーブルは、滑車３５０の周囲に巻かれて、下部４節リンク３８２上のアンカリング３５６で終端となる。滑車３５０は、上部滑車マウント３５１に取り付けられている。鉛直４節リンク３８５、下部４節リンク３８２、上部４節リンク３８０および４節ブラケット３８４は、４節リンケージを形成し、このリンケージが、図２の４節リンケージと同様に、鉛直４節リンク３８５と平行に４節ブラケット３８４を維持する。下部滑車マウント３７１は、４節ブラケット３８４上に設けられ、よって、ユーザＵが上腕を回転させたときに、回転することはない。下部滑車３７２は、下部滑車マウント３７１上に設けられている。ケーブル３７４は、カセット３６０からケーブルハウジング３６８を介して力を伝達するものであり、このケーブルは、下部滑車３７２の周囲に巻かれて、前腕ブラケット３７６上のアンカリング３７５で終端となる。ツールマウント２３０のツールマウントブラケット２４０は、前腕ブラケット３７６に取り付けられている（図２に示す実施形態のように、その他のツール取付構造も予期される）。
【００３５】
すべての図面に示されていないが、本明細書中の実施形態の何れかにおいてユーザの上腕および前腕にアームレストを提供することも可能である。
【００３６】
追加的または代替的には、ユーザに対して提供するものとして、例えば、ユーザが必要に応じて力を増大させることを許容するラチェットまたはノブ機構など、平衡力の調節が含まれる。
【００３７】
追加的または代替的には、様々な釣り合い機構の動きを減速および／または制御するために必要に応じて、減衰または速度制御要素が含まれるものであってもよい。
【００３８】
例示的な実施形態の上述した開示は、例示および説明のために提示されたものである。それは、包括的であること、または開示した通りの形式に本発明を限定することを意図したものではない。本明細書に記載の実施形態の数多くの変形および修正は、上記開示に鑑みれば、当業者にとって明らかであろう。
【００３９】
なお、本明細書の任意の実施形態とともに示される要素または構成要素は特定の実施形態のための例示的なものであり、本明細書に開示のその他の実施形態において、またはその他の実施形態と組み合わせて使用されるものであってもよい。
【００４０】
本発明は、様々な変形および代替的な形式を受け入れる余地があるが、その具体的な実施例が、図面に示されており、本明細書中に詳細に記載されている。しかしながら、本発明は、開示の具体的な形式または方法に限定されるものではなく、それとは対照的に、本発明は、添付の請求の範囲内に含まれるすべての変形、均等物および代替物に及ぶことを理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
0006600316.tif 000004
【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
0006600316.tif 000006
【図２Ｂ】
0006600316.tif 000007
【図２Ｃ】
0006600316.tif 000008
【図２Ｄ】
0006600316.tif 000009
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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