(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外骨格であって、
前記外骨格の装着者に結合されるように構成された第１の圧縮部材と、
前記装着者に結合されるように構成された第２の圧縮部材と、
第１の端部および第２の端部を有する引張部材を含む、前記第１の圧縮部材を前記第２の圧縮部材に接続する関節であって、前記第１の端部が、前記関節の第１の側において前記第１の圧縮部材に結合され、前記第２の端部が、前記第１の側に向かい合った前記関節の第２の側において前記第１の圧縮部材に結合される、関節とを備え、
前記引張部材は、前記第１の圧縮部材を前記第２の圧縮部材に接続する、外骨格。
【請求項２】
前記第１および第２の端部のそれぞれが、前記第１の圧縮部材に直接結合されるか、または、
前記第１の端部が、第１の支持体に直接結合され、前記第２の端部が、第２の支持体に直接結合され、前記第１および第２の支持体のそれぞれが、前記第１の圧縮部材に直接結合される、
請求項１に記載の外骨格。
【請求項３】
前記関節が、前記関節の前記第１の側上の第１の滑車、および前記関節の前記第２の側上の第２の滑車をさらに含み、
前記引張部材が、前記第１および第２の滑車のそれぞれの周りに巻回される、
請求項１に記載の外骨格。
【請求項４】
前記第１および第２の滑車のそれぞれが、前記第２の圧縮部材に接続される、請求項３に記載の外骨格。
【請求項５】
前記第１および第２の滑車のそれぞれが、前記第２の圧縮部材に直接結合されるか、または、
前記第１の滑車が、第１の支持体に直接結合され、前記第２の滑車が、第２の支持体に直接結合され、前記第１および第２の支持体のそれぞれが、前記第２の圧縮部材に直接結合される、
請求項４に記載の外骨格。
【請求項６】
前記関節が、前記引張部材が通り過ぎる引張部材ガイドをさらに含む、請求項１に記載の外骨格。
【請求項７】
前記関節が、踝部関節であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、下脚部支持体であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、ブーツ支持体である、
請求項１に記載の外骨格。
【請求項８】
前記関節が、腹部関節であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、胴部支持体であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、腰部支持体である、
請求項１に記載の外骨格。
【請求項９】
前記関節が、臀部関節であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、腰部支持体であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、上脚部支持体である、
請求項１に記載の外骨格。
【請求項１０】
前記関節が、第１の関節を構成し、前記外骨格が、
前記装着者に結合されるように構成された第３の圧縮部材と、
第１の端部および第２の端部を有する引張部材を含む、前記第２の圧縮部材を前記第３の圧縮部材に接続する第２の関節であって、前記第１の端部が、前記第２の関節の第１の側において前記第２の圧縮部材に結合され、前記第２の端部が、前記第１の側に向かい合った前記第２の関節の第２の側において前記第２の圧縮部材に結合される、第２の関節とをさらに備える、請求項１に記載の外骨格。
【請求項１１】
外骨格の装着者に結合されるように構成された第１の圧縮部材と、前記装着者に結合されるように構成された第２の圧縮部材と、前記第１の圧縮部材を前記第２の圧縮部材に接続する関節とを含む前記外骨格の関節の柔軟性を向上させる方法であって、
引張部材の第１の端部を前記関節の第１の側において前記第１の圧縮部材に結合し、および前記引張部材の第２の端部を前記第１の側に向かい合った前記関節の第２の側において前記第１の圧縮部材に結合するステップを含み、
前記引張部材は、前記第１の圧縮部材を前記第２の圧縮部材に接続する、方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の端部のそれぞれを前記第１の圧縮部材に直接結合するステップ、または、
前記第１の端部を第１の支持体に直接結合し、前記第２の端部を第２の支持体に直接結合するステップであって、前記第１および第２の支持体のそれぞれが、前記第１の圧縮部材に直接結合される、ステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記関節が、前記関節の前記第１の側上の第１の滑車、および前記関節の前記第２の側上の第２の滑車をさらに含み、前記方法が、
前記引張部材を前記第１および第２の滑車のそれぞれの周りに巻回させるステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の滑車のそれぞれを前記第２の圧縮部材に接続するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１および第２の滑車のそれぞれを前記第２の圧縮部材に直接結合するステップ、または、
前記第１の滑車を第１の支持体に直接結合し、前記第２の滑車を第２の支持体に直接結合するステップであって、前記第１および第２の支持体のそれぞれが、前記第２の圧縮部材に直接結合される、ステップ
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記引張部材を引張部材ガイドに通すステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記関節が、踝部関節であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、下脚部支持体であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、ブーツ支持体であり、前記方法が、
前記下脚部支持体を前記装着者の下脚部に結合するステップと、
前記ブーツ支持体を前記装着者によって装着されたブーツに結合するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記関節が、腹部関節であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、胴部支持体であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、腰部支持体であり、前記方法が、
前記胴部支持体を前記装着者の胴部に結合するステップと、
前記腰部支持体を前記装着者の腰部に結合するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記関節が、臀部関節であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、腰部支持体であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、上脚部支持体であり、前記方法が、
前記腰部支持体を前記装着者の腰部に結合するステップと、
前記上脚部支持体を前記装着者の上脚部に結合するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記関節が、第１の関節を構成し、前記外骨格が、前記装着者に結合されるように構成された第３の圧縮部材と、前記第２の圧縮部材を前記第３の圧縮部材に接続する第２の関節とをさらに含み、前記方法が、
引張部材の第１の端部を前記第２の関節の第１の側において前記第２の圧縮部材に結合し、および前記引張部材の第２の端部を前記第１の側に向かい合った前記第２の関節の第２の側において前記第２の圧縮部材に結合するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１５年７月１７日に出願され「Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｅｎｓｉｌｅ  Ｊｏｉｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｈｕｍａｎ  Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ」と題された米国特許仮出願第６２／１９３，９１９号の利益を主張するものである。その出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
国家ライセンシング権
[0002]本発明は、米国特殊作戦軍によって与えられた契約Ｈ９２２２２−１５−Ｃ−００２５号の下で政府支援により成された。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
[0003]本発明は、ある程度の荷重を支持する作業または力を必要とする作業の実行中に使用者の運搬能力および力を増大させてパフォーマンスを高めかつ負傷防止に役立つ、デバイスおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、重いツールの使用または重量支持作業に従事する人による使用に適したデバイスに関し、このデバイスは、使用者の脚部におけるより大きな力および持久力を含むがこれに限定されない使用者の付属肢の機能の向上を促進する義肢のセットならびに関連する制御システムを備えて、歩行中に使用者によってより多くの重量が運ばれることを可能にする。
【背景技術】
【０００３】
[0004]装着型外骨格は、医療用途、商業用途、および軍事用途のために設計されてきた。医療用外骨格は、使用者の可動性を回復させるのを支援するように設計される。商業用および軍事用の外骨格は、激しい活動中に作業者または兵士によって支持される荷重を軽減することにより、負傷を防止することならびに使用者の持久力および力を増大させることに役立つ。壮健な使用者による使用のために設計された外骨格は、ツールの重量または荷重を外骨格構造を通じて地面に伝達し、それにより使用者が負担する重量を軽減することにより、使用者の体力を向上させる働きをすることが多い。外骨格がこの重量を地面に伝達するためには、外骨格重量と地面との間の各外骨格支持部材および外骨格関節が、使用者の周りでこの力の導管として働くことができなければならない。これは、いくつかの外骨格関節の可動域を限定し得る、現在の外骨格の関節に見られるある程度の剛性を必要とする。それらの関節における柔軟性を限定することにより、外骨格の移動性および操縦性が低下され、それにより、特定の用途での外骨格の有用性が限定される。このことは、受動的な重量支持外骨格でも動力付き外骨格でも、問題である。動力付き外骨格の場合、アクチュエータ、および電池などの電源システムの重量もまた、外骨格の構造および関節によって支持されなければならない。
【０００４】
[0005]現在の外骨格の設計は、外骨格構造の重量を支持するための柔軟性のない圧縮部材に依存し、外骨格関節は、２つの剛体部材を一定距離（この距離は、関節自体である）で接続しかつ圧縮を通じて重量を支持する、回転構成要素または枢動構成要素で構成される。これは、１つの剛体外骨格部材の隣接する外骨格部材に対する自由度を著しく制限する。膝部などの一部の外骨格関節は、接続された剛体部材間で一定距離を伴う単一面における回転のみを必要とするが、臀部および踝部などの他の関節は、２つ以上の面における回転、および並進により、より良好に機能する。外骨格関節の限定された可動域の影響の一例として、現在の外骨格踝部は、有意な回外運動または内反運動をすることができない。結果的に、外骨格足部の底面は、冠状面における傾きを相殺することができず、そのことが、現在の外骨格を、多くのタイプの地形で歩行できないものにしている。別の例として、外骨格の踝部関節および臀部関節が横断面において回転することができないこと（または、その能力の低下）は、歩行中または立脚中の外骨格を旋回させることを困難にする。特に、臀部関節に関して、ヒトの臀部は、並進を必要としない球関節であるが、外骨格臀部関節は、ヒトの臀部を回り込む必要がある。外骨格臀部は、ヒト臀部関節の回転の中心と同じところに配置され得ないので、外骨格臀部関節の周りでの並進は、外骨格装着者の臀部における−特に、内旋および外旋、または内転、外転、伸張、もしくは屈曲と回転との組合せなどの運動における−大幅に向上された柔軟性を可能にする。そのような向上された柔軟性は、競技的活動または戦闘状況において見られるような高度に動的な環境で装着される外骨格に対して、大きな利点となるはずである。
【０００５】
[0006]外骨格関節の限られた可動域により外骨格の使用に課せられる制限のために、重量支持外骨格関節の柔軟性の向上を可能にするデバイスを開発することが、当技術分野において必要とされている。軽量なそのようなデバイスを開発することも、当技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0007]重量支持外骨格関節の柔軟性を著しく向上させることを可能にするデバイスおよび方法が、本明細書において開示される。外骨格関節の柔軟性を強化すること、ならびに、ある範囲の運動および地形条件化での外骨格の移動性の向上を可能にすることに加えて、それらのデバイスおよび方法は、減少した外骨格重量と外骨格使用者に対する向上された外骨格の取付けとに関する、さらなる利点を有する。
【０００７】
[0008]具体的には、本発明は、外骨格の装着者に結合されるように構成された第１および第２の圧縮部材を含む外骨格を対象とする。テンセグリティ関節（ｔｅｎｓｅｇｒｉｔｙ  ｊｏｉｎｔ）が、第１の圧縮部材を第２の圧縮部材に接続し、この関節は、第１の端部および第２の端部を有する引張部材を含む。第１の端部は、関節の第１の側において第１の圧縮部材に結合され、第２の端部は、第１の側に向かい合った関節の第２の側において第１の圧縮部材に結合される。関節は、引張部材が通り過ぎる引張部材ガイドをさらに含むことが好ましい。
【０００８】
[0009]１つの実施形態では、第１および第２の端部のそれぞれは、第１の圧縮部材に結合される。別の実施形態では、第１の端部は、第１の支持体に直接結合され、第２の端部は、第２の支持体に直接結合され、第１および第２の支持体のそれぞれは、第１の圧縮部材に直接結合される。
【０００９】
[0010]関節は、関節の第１の側上の第１の滑車、および関節の第２の側上の第２の滑車をさらに含む。第１および第２の滑車のそれぞれは、第２の圧縮部材に接続される。１つの実施形態では、第１および第２の滑車のそれぞれは、第２の圧縮部材に直接結合される。別の実施形態では、第１の滑車は、第１の支持体に直接結合され、第２の滑車は、第２の支持体に直接結合され、第１および第２の支持体のそれぞれは、第２の圧縮部材に直接結合される。
【００１０】
[0011]１つの実施形態では、関節は、踝部関節であり、第１および第２の圧縮部材のうちの一方は、下脚部支持体である。第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方は、ブーツ支持体である。別の実施形態では、関節は、腹部関節であり、第１および第２の圧縮部材のうちの一方は、胴部支持体である。第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方は、腰部支持体である。さらなる実施形態では、関節は、臀部関節であり、第１および第２の圧縮部材のうちの一方は、腰部支持体である。第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方は、上脚部支持体である。
【００１１】
[0012]１つの実施形態では、関節は、第１のテンセグリティ関節を構成する。外骨格は、装着者に結合されるように構成された第３の圧縮部材と、第２の圧縮部材を第３の圧縮部材に接続する第２のテンセグリティ関節とをさらに含む。第２のテンセグリティ関節は、第１の端部および第２の端部を有する引張部材を含む。第１の端部は、第２のテンセグリティ関節の第１の側において第２の圧縮部材に結合され、第２の端部は、第１の側に向かい合った第２のテンセグリティ関節の第２の側において第２の圧縮部材に結合される。
【００１２】
[0013]本発明のさらなる目的、特徴、および利点は、同様の参照番号がいくつかの図において共通の部品を表す図面と併せ以下に詳細に説明する本発明の好ましい実施形態から、より容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】[0014]本発明の第１の実施形態に従って構成された簡易化した外骨格関節の斜視図である。
【図１Ｂ】[0015]追加的な引張部材ガイドを含む第１の実施形態の外骨格関節の斜視図である。
【図１Ｃ】[0016]２つ以上の関節連結部を含む第１の実施形態の外骨格関節の斜視図である。
【図１Ｄ】[0017]デバイスが人に結合されるのを可能にするためにデバイスの一部分が切り取られた第１の実施形態の外骨格関節の斜視図である。
【図２Ａ】[0018]本発明の第２の実施形態に従って構成された外骨格踝部関節の側面図である。
【図２Ｂ】[0019]下脚部支持体の内側の滑車を示すために踝部関節の一部分が取り除かれた、第２の実施形態の外骨格踝部関節の側面図である。
【図２Ｃ】[0020]踝部が中立位置で示された、第２の実施形態の外骨格踝部関節の正面図である。
【図２Ｄ】[0021]踝部が内反して示された、第２の実施形態の外骨格踝部関節の正面図である。
【図２Ｅ】[0022]踝部が回外して示された、第２の実施形態の外骨格踝部関節の正面図である。
【図２Ｆ】[0023]踝部および脚部が中立位置で示された、第２の実施形態の外骨格踝部関節の俯瞰図である。
【図２Ｇ】[0024]踝部および脚部が内旋して示された、第２の実施形態の外骨格踝部関節の俯瞰図である。
【図２Ｈ】[0025]踝部および脚部が外旋して示された、第２の実施形態の外骨格踝部関節の俯瞰図である。
【図３Ａ】[0026]人、ならびに本発明の第３の実施形態に従って構成された胴部および腹部関節を有する外骨格の側面図である。
【図３Ｂ】[0027]胴部が中立位置で示された、第３の実施形態の外骨格胴部および腹部関節の俯瞰図である。
【図３Ｃ】[0028]胴部が腹部に対して右に回転されて示された、第３の実施形態の外骨格胴部および腹部関節の俯瞰図である。
【図３Ｄ】[0029]胴部が腹部に対して左に回転して示された、第３の実施形態の外骨格胴部および腹部関節の俯瞰図である。
【図４】[0030]人、および本発明の第４の実施形態に従って構成された臀部関節を有する外骨格の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0031]本発明の詳細な実施形態が、本明細書において開示される。しかし、開示される実施形態は、様々な代替形態で実施され得る本発明の例示に過ぎないことが、理解されるべきである。図面は、必ずしも原寸に比例するものではなく、また、いくつかの特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために、強調または最小化される場合がある。したがって、本明細書において開示される特定の構造および機能上の詳細は、限定するものと解釈されるべきではなく、本発明を利用する当業者に教示するための代表的な原理として開示されているに過ぎない。
【００１５】
[0032]本発明に関連して、外骨格関節の柔軟性は、１つまたは複数の引張部材を外骨格関節に組み込むことによって向上される。それらの引張部材は、外骨格関節の回転構成要素と協力してまたはその代わりに機能して、影響を受ける関節の重量支持能力を損なうことなく、影響を受ける関節におけるより大きな自由度および柔軟性を可能にする。そのようなテンセグリティ関節は、参照によって本明細書に援用される米国特許出願第１５／０２３，７７３号でも説明されている。
【００１６】
[0033]現在の外骨格の設計とは異なり、ヒト骨格系は、柔軟性のない圧縮部材（すなわち、骨）、ならびに引張部材（すなわち、靱帯および腱）の双方から成る。これらの引張部材は、圧縮部材の位置の互いに対する僅かなずれを可能にすることにより、特定の関節における大きな可動域を可能にする。これは、手首が回転されるときのヒト前腕における骨の動きによって都合よく示される。ヒト関節の解剖学的設計を外骨格関節に直接応用することはできないが、テンセグリティの原理を外骨格関節に応用することができる。テンセグリティ設計は、持続的な圧縮下にある圧縮部材を利用し、それらの圧縮部材は、持続的な引張下にある引張部材によって接続され（かつ、圧縮状態に保持され）る。それらの引張部材を外骨格関節において使用することにより、関節接続された２つの圧縮部材が移動することのできる自由度数が、向上される。具体的には、それらの引張連結された（ｔｅｎｓｉｌｅ−ｌｉｎｋｅｄ）関節により、連結された圧縮部材は、現在の外骨格関節の圧縮部材のリンク機構と比較してさらなる形で互いに対してずれることが可能になる（現在の外骨格関節は、連結された圧縮部材間の回転運動が限られている）。それらの関節における向上された柔軟性は、平坦面上での運動などの、外骨格が現在使用されている状況下での外骨格操縦性を高めるだけでなく、冠状面において急傾斜している地形などの現在の外骨格の設計の使用を妨げる状況でも外骨格を使用できるようにする。
【００１７】
[0034]向上された関節の柔軟性に加えて、外骨格への引張部材の組込みはまた、さらなる利点を有する。引張部材は、場合によっては、鉄骨橋の構成要素と比較した吊り橋の構成要素で明らかなように、それらの剛体の対応物よりも実質的に軽量である。外骨格関節の場合、引張構成要素は、より重くかつより高価な機械加工された関節構成要素に取って代わることができる。さらに、引張構成要素の長さは、比較的容易に（製造中に、または製造後の調整において）変更することができ、それにより、剛体構成要素のより複雑なまたは費用のかかる修正を伴わずに、使用者に対する外骨格の取付けを向上させることが可能になる。
【００１８】
[0035]引張部材が、生理学的な関節に見られる引張部材と同様に作用するように外骨格関節に組み込まれ得るが、必ずしもそうでなくともよい。本発明では、引張部材は、実際には、生理学的な関節に見られるものとは異なって機能する。具体的には、引張部材が外骨格関節の両側にまたがりそして引張部材が関節の上方の外骨格構造を関節の下方の外骨格構造から浮かすのに役立つようにして外骨格関節に引張部材を組み込むことにより外骨格関節の柔軟性を向上させるための概念が開発された。引張部材は、単独でまたは滑車もしくは他の引張部材案内構成要素と協力して作用して、関節の重量支持能力を損なうことなく、影響を受ける外骨格関節における回転および並進の自由ならびに柔軟性を可能にする。関節における引張部材の接続性は、引張部材が関節の一方の側からもう一方の側に摺動することができて、引張部材の全長が同じままで関節の各側で引張部材の長さが変化することを効率的に可能にするようなものであり、結果的に、関節の重量支持能力を損なうことなく関節柔軟性が向上される。この関節設計を様々な外骨格関節に組み込むための概念がさらに開発された。これらの概念に基づき、外骨格関節に引張部材が使用されるこれらの概念の実現可能性および有用性を確認および実証するために、様々な外骨格関節が構成された。
【００１９】
[0036]ここで図１Ａを参照すると、本発明の第１の実施形態が示されている。具体的には、簡易化した外骨格関節が、１００と標識されている。関節１００は、上部圧縮部材１０５が下部圧縮部材１１０の上で支持された状態で、上部圧縮部材１０５を下部圧縮部材１１０に接続する。関節１００は、右支持体１２０により下部圧縮部材１１０に接続された右滑車１１５と、左支持体１２１により下部圧縮部材１１０に接続された左滑車１１６とを含む。右支持体１２０および左支持体１２１は、下部圧縮部材１１０に直接結合される。同様に、右前方支持体１２５、左前方支持体１２６、右後方支持体１３０、左後方支持体１３１、および後方ガイド１３５が、上部圧縮部材１０５に直接結合される。関節１００はまた、それぞれ右取付部１４５において右前方支持体１２５に直接結合され、かつ左取付部１４６において左前方支持体１２５に直接結合される、引張部材１４０を含む。引張部材１４０は、右滑車１１５および左滑車１１６の周りに巻回され、かつ、右後方支持体１３０、左後方支持体１３１、および後方ガイド１３５を通り過ぎる。この構成の結果、重量は、右前方支持体１２５、左前方支持体１２６、右後方支持体１３０、左後方支持体１３１、および後方ガイド１３５により、上部圧縮部材１０５から引張部材１４０に伝達され、次いで、この重量は、右滑車１１５、左滑車１１６、右支持体１２０、および左支持体１２１を通じて、引張部材１４０から下部圧縮部材１１０に伝達される。したがって、重量は、上部圧縮部材１０５から関節１００を越えて下部圧縮部材１１０に伝達される。さらに、引張部材１４０は、回転可能な左右の滑車１１５および１１６の周りに巻回され、かつ、右後方支持体１３０、左後方支持体１３１、および後方ガイド１３５に設けられたガイド穴１５０〜１５２を通って摺動することができるので、関節１００は、任意の軸に沿って傾くこと、および／または回転することができる。
【００２０】
[0037]関節１００は特定の外骨格関節に対応するものとして示されていないが、関節１００は、人体の一部分（例えば、肢）が上部圧縮部材１０５および下部圧縮部材１１０の内側に配置されるようにその部分の周りに配置され得ることが、理解されるべきである。得られる外骨格構造は、圧縮下で剛性を有するが、圧縮部材１０５および１１０の内側に配置された人体の部分の回転に結びつけられる３つの回転自由度をなおも提供することができる。この機構を人体の周りに配置することができる方法は、以下で論じられる本発明のさらなる実施形態に関連してより明らかになるであろう。
【００２１】
[0038]図１Ｂを参照すると、第１の実施形態の外骨格関節の変形形態が示されている。具体的には、引張部材ガイド１５５が追加されている。引張部材ガイド１５５は、引張部材１４０が絡む可能性を減らすように、引張部材１４０の摩耗を減少させるように、また、関節１００によって境界される空間（外骨格装着者の肢または何らかの他の部分が通過し得る）を増大させるように、右後方支持体１３０、左後方支持体１３１、および後方ガイド１３５を通して引張部材１４０を案内する。
【００２２】
[0039]図１Ｃは、第１の実施形態に従って構成された、２つの連結された関節を示す。上部圧縮部材１０５および下部圧縮部材１１０に加えて、連結関節構造１６０が、中間圧縮部材１６５を含む。中間圧縮部材１６５は、それぞれ上部関節１７０を通じて上部圧縮部材１０５に接続され、かつ、下部関節１７１を通じて下部圧縮部材１１０に接続される。上部関節１７０および下部関節１７１はどちらも、同じタイプの単一関節構造（例えば、関節１００）と比較して連結関節構造１６０の柔軟性を向上させるように、傾斜および回転することができる。図１Ｃは、３つの圧縮部材１０５、１１０、１６５を連結している２つの関節１７０、１７１を示すが、所望されるならばさらなる関節および圧縮部材が加えられ得ることが、認識されるべきである。
【００２３】
[0040]図１Ｄでは、第１の実施形態の外骨格関節の別の変形形態が示されている。具体的には、圧縮部材１０５’および１１０’が人の一部分の周りに配置されてからその部分に結合されることが可能になるように、上部圧縮部材１０５’および下部圧縮部材１１０’の一部分が、関節１００’の各側で取り除かれている。言い換えれば、上部圧縮部材１０５’および下部圧縮部材１１０’は、それを通して人の一部分が挿入され得る開口部１７５および１７６を含む。
【００２４】
[0041]第１の実施形態のいくつかの変形形態が示されたが、他の変更がなされ得ることが、認識されるべきである。例えば、上部圧縮部材１０５に結合される構成要素は、下部圧縮部材１１０に結合される構成要素と交換されてもよい（すなわち、滑車１１５および１１６が上部圧縮部材１０５に接続され、支持体１２５、１２６、１３０、および１３１、ならびにガイド１３５が下部圧縮部材１１０に直接結合されてもよい）。また、いくつかの構成では、引張部材１４０は、各滑車１１５、１１６の周りに１回りよりも多く巻回する。いくつかの構成では、各側に２つ以上の滑車が存在する。いくつかの構成では、引張部材１４０を滑車１１５および１１６上にまたは滑車１１５および１１６の外に案内するために、さらなる構成要素が存在する。さらに、いくつかの構成では、引張部材１４０は、ケーブルである。他の構成では、引張部材１４０は、アラミド繊維などの材料で作られた高強度コードである。いくつかの構成では、引張部材１４０は、非弾性である。他の構成では、引張部材１４０、またはその一部分は、ある程度の弾性を有する。
【００２５】
[0042]第１の実施形態の外骨格関節は、一般的なまたは汎用の関節を表す。当然ながら、この関節によって具現化される概念は、現在の関節の設計に比較して向上された柔軟性（または、減少した関節重量）による恩恵を受ける、特定の外骨格関節に応用され得る。そのような関節の非限定的な例が、以下で説明される。
【００２６】
[0043]図２Ａ〜Ｈは、本発明の第２の実施形態に従って構成された外骨格踝部関節２００を示す。最初に図２Ａおよび２Ｂを参照すると、関節２００が、外骨格装着者（すなわち、使用者）２０５の右足とともに示されている。具体的には、剛体のブーツ支持体２１０が、装着者２０５によって履かれたブーツ２１５に直接結合されている。ストラップ２２０が、ブーツ支持体２１０をブーツ２１５に選択的に結合すると同時に、装着者の右足に対する踝部の横揺れを制限する。ブーツ支持体２１０に直接結合されたブーツ２１５および地面相互作用構造２２５の両方が、装着者２０５が立っている支持表面２３０と接触する。引張部材２３５が、左取付点２４５において左前方支持体２４０に直接結合される。引張部材２３５は、左滑車２５０の周りに巻回され、左後方支持体２５５を通り過ぎて引張部材ガイド２６０に入る。左滑車２５０は、左滑車２５０を左下脚部支持体２７０に接続する軸受２６５の周りで回転する。図２Ｂでは、左滑車２５０をより明瞭に見ることができるように、左下脚部支持体２７０の一部分が取り除かれている。図示されていないが、左下脚部支持体２７０は、典型的には、装着者２０５の下脚部に結合され、かつ、膝部関節を介して上脚部支持体にも接続される。そのような外骨格脚部構成は、当技術分野で一般に知られており、したがって、詳細には論じられない。
【００２７】
[0044]図２Ｃは、関節２００の正面図である。そのため、関節２００の右側を見ることができる。上述のように、引張部材２３５は、左取付点２４５において左前方支持体２４０に直接結合される。引張部材２３５は、左滑車２５０の周りに巻回され、左後方支持体２５５を通り過ぎて引張部材ガイド２６０に入る。さらに、引張部材２３５は、右取付点２４６において右前方支持体２４１に直接結合される。引張部材２３５は、右滑車２５１の周りに巻回され、右後方支持体２５６を通り過ぎて引張部材ガイド２６０に入る。右滑車２５１は、右滑車２５１を右下脚部支持体２７１に接続する軸受２６６の周りで回転する。全般に、関節１００および２００の向きは反転されているが、関節２００は、関節１００と同じように機能する。つまり、関節１００の滑車１１５および１１６は、底部圧縮部材（すなわち、下部圧縮部材１１０）に結合され、一方で、関節２００の滑車２５０および２５１は、頂部圧縮部材（すなわち、左下脚部支持体２７０）に結合される。したがって、下脚部支持体２７０および２７１によって支持される重量は、滑車２５０および２５１を通じて引張部材２３５へ伝達され、引張部材２３５は、前方支持体２４０および２４１、後方支持体２５５および２５６、ならびに引張部材ガイド２６０を通じてブーツ支持体２１０に重量を伝達する。このようにして、下脚部支持体２７０および２７１によって支持される重量は、ブーツ支持体２１０に伝達され、次いで、ブーツ２１５または装着者の右足を通過することなく、地面相互作用構造２２５を通じて支持表面２３０に伝達される。
【００２８】
[0045]本発明の第２の実施形態の機械的設計は、現在の外骨格踝部関節で利用可能な足底屈運動および背屈運動を可能にすることに加えて、内反運動、回外運動、外旋運動、および内旋運動において、現在の外骨格踝部関節と比較して外骨格踝部関節の柔軟性を向上させる。この向上された柔軟性は、剛体の圧縮部材の、柔軟な引張部材との接点において枢動する能力と、柔軟な引張部材の長さに沿って並進する能力とから得られる。図２Ｄおよび２Ｅは、図２Ｃに示された中立の踝部位置に対する、内反および回外における関節２００の柔軟性を示す。図２Ｇおよび２Ｈは、図２Ｆに示された中立の踝部位置に対する、内旋および外旋における関節２００の柔軟性を示す。
【００２９】
[0046]図２Ｄは、関節２００の正面図であり、ブーツ２１５は、関節２００の周りで内反して示されている。関節２００は内反しているので、引張部材２３５は、図２Ｃに示された中立位置からのブーツ２１５の運動中に引張部材ガイド２６０を通って並進しており、引張部材２３５の長さのうちのより多くの部分が、関節２００の左側（ページの右側）に配置される。図２Ｅは、関節２００の正面図であり、ブーツ２１５は、関節２００の周りで回外して示されている。関節２００は回外しているので、引張部材２３５は、図２Ｃに示された中立位置からのブーツ２１５の運動中に引張部材ガイド２６０を通って並進しており、引張部材２３５の長さのうちのより多くの部分が、関節２００の右側（ページの左側）に配置される。関節２００におけるこれらの内反および回外は、ブーツ２１５が支持表面２３０から持ち上げられたとき、または、ブーツ２１５が水平でないもしくは不規則な支持表面（図示せず）と接触しているときに、起こり得る。後者の場合、下脚部支持体２７０および２７１によって支持される重量は、関節２００を通じてブーツ支持体２１０に伝達され、次いで、ブーツ２１５または装着者の足を通過することなく、支持表面２３０に伝達される。
【００３０】
[0047]図２Ｆは、関節２００の俯瞰図であり、ブーツ２１５および関節２００は、中立位置で示されている。図２Ｇは、関節２００の俯瞰図であり、ブーツ２１５および関節２００は、内旋して示されている。関節２００は内旋しているので、引張部材２３５は、図２Ｆに示された中立位置からのブーツ２１５の運動中に引張部材ガイド２６０を通って滑車２５０および２５１の周りで並進しており、引張部材２３５の長さのうちのより多くの部分が、この時点では右取付点２４６と右滑車２５１との間および左滑車２５０と引張部材ガイド２６０との間に配置されている。図２Ｈは、関節２００の俯瞰図であり、ブーツ２１５および関節２００は、外旋して示されている。関節２００は外旋して示されているので、引張部材２３５は、図２Ｆに示された中立位置からのブーツ２１５の運動中に引張部材ガイド２６０を通って滑車２５０および２５１の周りで並進しており、引張部材２３５の長さのうちのより多くの部分が、この時点では左取付点２４５と左滑車２５０との間および右滑車２５１と引張部材ガイド２６０との間に配置されている。
【００３１】
[0048]本発明の第１の実施形態の関節設計の固有の特徴は、関節が荷重を受けていないときには関節の柔軟性が増大されるのに対して、関節が荷重を受けているときには関節の安定性が増大されることである。この原理は、第２の実施形態の踝部関節に有用な形で適用され、その場合、立脚中に荷重を受ける踝部がある程度安定化され、また、荷重を受けていない踝部がより多くの自由を有する。これは、立脚中の踝部を不安定にさせることなく地面に接触していない踝部における最大限の柔軟性を可能とするためのヒト外骨格デバイスでの使用に望ましい。いくつかの実施形態では、引張部材は非弾性であって、向上された安定性を関節に提供する。他の実施形態では、引張部材、またはその一部分は、ある程度の弾性を有して、関節にある程度の衝撃吸収性を提供する。いくつかの実施形態では、引張部材の長さを調整することができ、それにより、一部の設定では柔軟性の向上が可能となり、他の設定では安定性の向上が可能となる。
【００３２】
[0049]本発明の第２の実施形態の一例として、不均一かつ傾斜した地形に隣接する舗装道路などの平坦かつ水平な表面に沿って歩行する外骨格および装着者について考える。現在の外骨格踝部は、道路上での使用には十分なものであるが、限られた踝部の柔軟性は、特に踝部関節における内反または回外に関して、斜面に沿ってまたは不規則な地面上を歩くことを、困難でかつ危険を伴う可能性のあるものにする。戦闘環境などの特定の状況では、道路に沿って歩くことは、簡易爆発物、地雷、または小型武器での射撃からもたらされる負傷の危険性が著しく高まることを伴うので、不均一なまたは傾斜した地形を越える柔軟性をヒト外骨格が有することが、非常に有利になる。第２の実施形態のデバイスを使用することにより、外骨格踝部の内反または回外する能力が、自然地形かまたは複雑な人工特徴を有する地形を含む多くの表面上でのより良好なトラクションを可能とするので、ヒト外骨格の装着者は、それら表面の不均一な性質に関係なく、所与の状況に対して最も望ましい経路がどのようなものであれ、それを選択することができる。この向上されたトラクションは、装着者のブーツの底のより多くの部分が、装着者が歩行している表面と接触するという事実によるものである。さらに、外骨格踝部の向上された回転能力は、装着者が外骨格を特定の地形特徴の周りでまたはそれに向けて旋回させるのをより容易にすることにより、不均一な表面上での進路決定に役立つ。
【００３３】
[0050]図３Ａ〜Ｄは、本発明の第３の実施形態に従って構成された外骨格腹部関節３００を示す。全般に、関節３００は、外骨格の腰部構造および臀部構造を、外骨格の胴部構造に接続する。最初に図３Ａおよび３Ｂを参照すると、外骨格３０５が、装着者２０５によって装着されている。外骨格３０５は、胸部プレート３１０および背部プレート３１５（全体として胴部支持体を画定する）を含み、それらは側部プレート３２０およびストラップ３２５によって接続される。関節３００は、左取付点３３５において胸部プレート３１０に接続された引張部材３３０を含む。引張部材３３０は、左滑車３４０および３４２の周りに巻回し、かつ、引張部材ガイド３４５内に送られ、引張部材ガイド３４５は、背部プレート３１５に直接結合されるかまたは背部プレート３１５と一体に形成されている。引張部材３３０はまた、右滑車３４１および３４３の周りに巻回し、かつ、右取付点３３６において胸部プレート３１０に接続される。滑車３４０〜３４３は、腰部支持体３５０に直接結合され、腰部支持体３５０は、腰部ストラップ３５５により装着者２０５の腰部に結合される。腰部支持体３５０は、臀部関節３６５において上脚部支持体３６０に回転可能に結合される。上脚部支持体３６０は、大腿部締め具３７０により装着者２０５の大腿部に結合され、かつ、膝部関節３８０において下脚部支持体３７５に回転可能に結合される。下脚部支持体３７５は、下脚部締め具３８５により装着者２０５の下脚部に結合される。下脚部支持体３７５はまた、踝部関節３９５において剛体のブーツ支持体３９０に結合される。ブーツ支持体３９０は、支持表面２３０と接触する。関節３９５は、本発明の第２の実施形態に従って構成されたテンセグリティ関節である。
【００３４】
[0051]この構成により、胸部プレート３１０、背部プレート３１５、および側部プレート３２０の重量は、取付点３３５および３３６ならびに引張部材ガイド３４５を通じて引張部材３３０に伝達される。次いで、引張部材３３０は、重量が関節３００を越えて伝達されるように、この重量を、滑車３４０〜３４３を通じて腰部支持体３５０に伝達する。重量は、腰部支持体３５０から、上脚部支持体３６０、下脚部支持体３７５、関節３９５、およびブーツ支持体３９０を通じて、支持表面２３０に伝達される。いくつかの実施形態では、関節３００の各側に１つの滑車だけが使用される。いくつかの実施形態では、胸部プレート３１０および背部プレート３１５への引張部材３３０の相対的な接続性は、交換される（すなわち、引張部材ガイド３４５が胸部プレート３１０に結合され、取付点３３５および３３６が背部プレート３１５上に配置される）。いくつかの実施形態では、引張部材３３０は非弾性である。他の実施形態では、引張部材３３０、またはその一部分は、ある程度の弾性を有し、この弾性は、関節３００にある程度の衝撃吸収性を付与する。別の実施形態では、デバイスは、関節３００において容易に取付けおよび取外しをされるように設計されて、外骨格３０５の胴部分を外骨格３０５の他の部分から分離することを可能にする。別の実施形態では、引張部材３３０の長さは、調整され得る。
【００３５】
[0052]本発明の第３の実施形態の機械的設計は、傾斜運動および回転運動における外骨格腹部関節の柔軟性を、現在の外骨格腹部関節と比較して向上させ、この関節における可動域は、第２の実施形態の踝部関節の可動域に類似している。図３Ｃおよび３Ｄは、装着者２０５の上半身が装着者２０５の下半身に対して捻られた状態の腹部関節３００を示す。具体的には、図３Ｃでは、装着者２０５の上半身は、装着者２０５の下半身に対して右に捻られている。そのため、胸部プレート３１０は右に捻られているが、腰部支持体３５０は中立位置に留まっている。また、引張部材３３０は、図３Ｂに示された中立位置からの運動中に引張部材ガイド３４５を通って滑車３４０〜３４３の周りで並進しており、引張部材３３０の長さのより多くの部分が、この時点では左取付点３３５と左滑車３４０および３４２との間ならびに右滑車３４１および３４３と引張部材ガイド３４５との間に配置されている。
【００３６】
[0053]図３Ｄでは、装着者２０５の上半身は、装着者２０５の下半身に対して左に捻られている。そのため、胸部プレート３１０は左に捻られているが、腰部支持体３５０は中立位置に留まっている。また、引張部材３３０は、図３Ｂに示された中立位置からの運動中に引張部材ガイド３４５を通って滑車３４０〜３４３の周りで並進しており、引張部材３３０の長さのより多くの部分が、この時点では右取付点３３６と右滑車３４１および３４３との間ならびに左滑車３４０および３４２と引張部材ガイド３４５との間に配置されている。
【００３７】
[0054]本発明の第３の実施形態の一例として、戦闘環境において兵士によって装着されている外骨格について考える。歩行を容易にするために腹部関節を中立位置にして兵士が前方に歩いているときに、兵士が左側に潜在的脅威を発見する。兵士は、ライフル銃を担えて射撃位置にするのを促進するために、その胴を（したがって、外骨格胴部を）横断面において腹部関節の周りで左に回転させる。潜在的脅威は継続的な関心の対象となるものではないと判断すると、兵士は、歩行を容易にするためにその胴を中立位置に戻す。第３の実施形態の関節は、胴の回転を助長するだけではなく、重い構成要素を必要とすることもなく、したがって、外骨格の重量を軽減し、外骨格および装着者の潜在的速度を向上させる。
【００３８】
[0055]次に図４を参照すると、本発明の第４の実施形態に従って構成された外骨格臀部関節４００が示されている。全般に、関節４００は、外骨格腰部構造を外骨格脚部構造に接続する。より具体的には、外骨格４０５が、装着者２０５によって装着されている。外骨格３０５と同様に、外骨格４０５は、胸部プレート４１０および背部プレート４１５（全体として胴部支持体を画定する）を含み、それらは側部プレート４２０およびストラップ４２５によって接続される。本発明の第３の実施形態に従って構成された腹部関節４３０が、胸部プレート４１０および背部プレート４１５を腰部支持体４３５に接続し、腰部支持体４３５は、腰部ストラップ４４０により装着者２０５の腰部に結合される。関節４００は、左取付点４５０において腰部支持体４３５に接続された引張部材４４５を含む。引張部材４４５は、左滑車４５５の周りに巻回し、かつ、引張部材ガイド４６０内に送られ、引張部材ガイド４６０は、腰部支持体４３５に直接結合されるかまたは腰部支持体４３５と一体に形成されている。第３の実施形態の引張部材３３０と同様に、引張部材４４５もまた、右滑車（図示せず）の周りに巻回し、かつ、右取付点（図示せず）において腰部支持体４３５に接続される。左滑車４５５は、左上脚部支持体４６５に直接結合され、左上脚部支持体４６５は、大腿部締め具４７０により装着者２０５の大腿部に結合される。右滑車は、対応する右上脚部支持体（図示せず）に直接結合される。上脚部支持体４６５は、膝部関節４８０において下脚部支持体４７５に回転可能に結合され、下脚部支持体４７５は、下脚部締め具４８５により装着者２０５の下脚部に結合される。下脚部支持体４７５はまた、踝部関節４９５において剛体のブーツ支持体４９０に結合される。ブーツ支持体４９０は、支持表面２３０と接触する。関節４９５は、本発明の第２の実施形態に従って構成されたテンセグリティ関節である。
【００３９】
[0056]この構成により、胸部プレート４１０、背部プレート４１５、および側部プレート４２０の重量は、関節４３０を通じて腰部支持体４３５に伝達される。重量は、腰部支持体４５３から、左取付点４５０および引張部材ガイド４６０を通じて、引張部材４４５に伝達される。次いで、引張部材４４５は、重量が関節４００を越えて伝達されるように、重量を、滑車４５５を通じて上脚部支持体４６５に伝達する。次いで、重量は、下脚部支持体４７５、関節４９５、およびブーツ支持体４９０を通じて、支持表面２３０に伝達される。
【００４０】
[0057]本発明の第４の実施形態の機械的設計は、現在の外骨格臀部関節において利用可能な伸展運動および屈曲運動を可能にすることに加えて、内転運動および外転運動、ならびに外旋運動および内旋運動において、外骨格臀部関節の柔軟性を向上させる。第２の実施形態のように、第４の実施形態のデバイスは、荷重を受けているときにはより安定し、荷重を受けていないときにはより柔軟である。結果的に、臀部関節は、このデバイスが使用される脚部が地面に接触していないときに、最大限の柔軟性を維持しながら、立脚中にある程度安定化される。いくつかの実施形態では、引張部材４４５は非弾性である。他の実施形態では、引張部材４４５、またはその一部分は、ある程度の弾性を有し、この弾性は、関節４００にある程度の衝撃吸収性を付与する。いくつかの実施形態では、引張部材４４５の長さは、調整され得る。
【００４１】
[0058]第４の実施形態の一例として、車両の助手席に座っている外骨格および装着者について考える。外骨格を装着していない人物によって使用される動作に類似した動作を使用して車両のドアを開けて車両から出ることを装着者が望んだ場合、両脚部の内転および外転の他に、臀部における外旋ならびに他の運動を含む、複数の臀部運動が必要になるはずである。この運動の組合せは、臀部の柔軟性が限られた現在の外骨格には非常に難しいはずである。しかし、第４の実施形態に従って構成された外骨格により、装着者は、車両を降りて出て行くために、特に、着座位置におけるように臀部が荷重を受けていないときに、向上された臀部の柔軟性を利用することができる。
【００４２】
[0059]上記説明を考慮すると、テンセグリティ関節は外骨格内の様々な異なる箇所に実装され得ることが、認識されるべきである。さらなる例として、外骨格の分節された頸部およびヘルメットが、第１の実施形態に従って構成された一連のテンセグリティ関節を利用することができ、それにより、頸部がヘルメットおよび頸部装甲の重量を支持して、装着者の身体の周りでこの重量を外骨格が立っている支持表面に伝達することを可能にする。別の例では、外骨格の、分節されてｎ個連結された背骨部、頸部、およびヘルメットが、第１の実施形態に従って構成された一連のテンセグリティ関節を利用し得る。それにより、背骨部がヘルメット、頸部装甲、胸部装甲、および背部装甲の重量を支持して、この重量を装着者の身体の周りで外骨格が立っている支持表面に伝達することが可能になる。さらに別の例では、外骨格の分節された一連の肩部、手根部、および腕部の関節が、第１の実施形態に従って構成された一連のテンセグリティ関節を利用することができ、それにより、非常に柔軟な装甲腕部が外骨格に取り付けられることが可能になる。
【００４３】
[0060]全般に、本発明に関連して説明されたタイプのテンセグリティ関節は、外骨格の装着者が、装着者の平衡および制御を通じて関節にある程度の制約および安定性を提供することができるので、ロボットとの関連よりも外骨格との関連においてより良好に機能する。
【００４４】
[0061]本発明の全ての実施形態において、テンセグリティ関節は、関節の周りでの柔軟性を最大限に高めるように構成され得る。全ての実施形態において、テンセグリティ関節は、外骨格重量を最小限に抑えるように構成され得る。全ての実施形態において、テンセグリティ関節は、外骨格の重量支持能力を最大限に高めるように構成され得る。全ての実施形態において、引張部材は、非弾性とされ得る。全ての実施形態において、引張部材は、ある程度の弾性を有し得る。全ての実施形態において、テンセグリティ関節は、植生、衣類、または他の材料が関節に巻き込まれることまたは関節の機能に干渉することを避けるために、何らかの方法で覆われ得る。全ての実施形態において、引張部材を外骨格に接続する支持体は、剛体のもの、非圧縮性のもの、または柔軟性のないものとされ得る。全ての実施形態において、引張部材を外骨格に接続する支持体は、ある程度圧縮性のものまたは柔軟なものとされ得る。全ての実施形態において、引張部材は、圧縮性のものとされ得る。全ての実施形態において、引張部材の長さおよび／または引張部材の張力は、調整可能とされ得る。全ての実施形態において、引張部材は、迅速に取外しまたは交換することが可能とされ得る。
【００４５】
[0062]上記に基づけば、本発明は、重量支持外骨格関節における向上された柔軟性を提供することが、容易に明らかになるはずである。好ましい実施形態に関して説明されたが、本発明の精神から逸脱することなく本発明に対して様々な変更または修正がなされ得ることが、容易に理解されるはずである。全般に、本発明は、以下の特許請求の範囲に記載の範囲によってのみ限定されることが意図されている。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
［形態１］
外骨格であって、
前記外骨格の装着者に結合されるように構成された第１の圧縮部材と、
前記装着者に結合されるように構成された第２の圧縮部材と、
第１の端部および第２の端部を有する引張部材を含む、前記第１の圧縮部材を前記第２の圧縮部材に接続するテンセグリティ関節であって、前記第１の端部が、前記関節の第１の側において前記第１の圧縮部材に結合され、前記第２の端部が、前記第１の側に向かい合った前記関節の第２の側において前記第１の圧縮部材に結合される、テンセグリティ関節とを備える、外骨格。
［形態２］
前記第１および第２の端部のそれぞれが、前記第１の圧縮部材に直接結合されるか、または、
前記第１の端部が、第１の支持体に直接結合され、前記第２の端部が、第２の支持体に直接結合され、前記第１および第２の支持体のそれぞれが、前記第１の圧縮部材に直接結合される、形態１に記載の外骨格。
［形態３］
前記関節が、前記関節の前記第１の側上の第１の滑車、および前記関節の前記第２の側上の第２の滑車をさらに含み、
前記引張部材が、前記第１および第２の滑車のそれぞれの周りに巻回される、形態１に記載の外骨格。
［形態４］
前記第１および第２の滑車のそれぞれが、前記第２の圧縮部材に接続される、形態３に記載の外骨格。
［形態５］
前記第１および第２の滑車のそれぞれが、前記第２の圧縮部材に直接結合されるか、または、
前記第１の滑車が、第１の支持体に直接結合され、前記第２の滑車が、第２の支持体に直接結合され、前記第１および第２の支持体のそれぞれが、前記第２の圧縮部材に直接結合される、形態４に記載の外骨格。
［形態６］
前記関節が、前記引張部材が通り過ぎる引張部材ガイドをさらに含む、形態１に記載の外骨格。
［形態７］
前記関節が、踝部関節であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、下脚部支持体であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、ブーツ支持体である、形態１に記載の外骨格。
［形態８］
前記関節が、腹部関節であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、胴部支持体であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、腰部支持体である、形態１に記載の外骨格。
［形態９］
前記関節が、臀部関節であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、腰部支持体であり、
前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、上脚部支持体である、形態１に記載の外骨格。
［形態１０］
前記関節が、第１のテンセグリティ関節を構成し、前記外骨格が、
前記装着者に結合されるように構成された第３の圧縮部材と、
第１の端部および第２の端部を有する引張部材を含む、前記第２の圧縮部材を前記第３の圧縮部材に接続する第２のテンセグリティ関節であって、前記第１の端部が、前記第２のテンセグリティ関節の第１の側において前記第２の圧縮部材に結合され、前記第２の端部が、前記第１の側に向かい合った前記第２のテンセグリティ関節の第２の側において前記第２の圧縮部材に結合される、第２のテンセグリティ関節とをさらに備える、形態１に記載の外骨格。
［形態１１］
外骨格の装着者に結合されるように構成された第１の圧縮部材と、前記装着者に結合されるように構成された第２の圧縮部材と、前記第１の圧縮部材を前記第２の圧縮部材に接続するテンセグリティ関節とを含む前記外骨格の関節の柔軟性を向上させる方法であって、
引張部材の第１の端部を前記関節の第１の側において前記第１の圧縮部材に結合すること、および前記引張部材の第２の端部を前記第１の側に向かい合った前記関節の第２の側において前記第１の圧縮部材に結合することにより、前記関節をテンセグリティ関節として構成するステップを含む、方法。
［形態１２］
前記第１および第２の端部のそれぞれを前記第１の圧縮部材に直接結合するステップ、または、
前記第１の端部を第１の支持体に直接結合し、前記第２の端部を第２の支持体に直接結合するステップであって、前記第１および第２の支持体のそれぞれが、前記第１の圧縮部材に直接結合される、ステップをさらに含む、形態１１に記載の方法。
［形態１３］
前記関節が、前記関節の前記第１の側上の第１の滑車、および前記関節の前記第２の側上の第２の滑車をさらに含み、前記方法が、
前記引張部材を前記第１および第２の滑車のそれぞれの周りに巻回させるステップをさらに含む、形態１１に記載の方法。
［形態１４］
前記第１および第２の滑車のそれぞれを前記第２の圧縮部材に接続するステップをさらに含む、形態１３に記載の方法。
［形態１５］
前記第１および第２の滑車のそれぞれを前記第２の圧縮部材に直接結合するステップ、または、
前記第１の滑車を第１の支持体に直接結合し、前記第２の滑車を第２の支持体に直接結合するステップであって、前記第１および第２の支持体のそれぞれが、前記第２の圧縮部材に直接結合される、ステップをさらに含む、形態１４に記載の方法。
［形態１６］
前記引張部材を引張部材ガイドに通すステップをさらに含む、形態１１に記載の方法。
［形態１７］
前記関節が、踝部関節であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、下脚部支持体であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、ブーツ支持体であり、前記方法が、
前記下脚部支持体を前記装着者の下脚部に結合するステップと、
前記ブーツ支持体を前記装着者によって装着されたブーツに結合するステップとをさらに含む、形態１１に記載の方法。
［形態１８］
前記関節が、腹部関節であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、胴部支持体であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、腰部支持体であり、前記方法が、
前記胴部支持体を前記装着者の胴部に結合するステップと、
前記腰部支持体を前記装着者の腰部に結合するステップとをさらに含む、形態１１に記載の方法。
［形態１９］
前記関節が、臀部関節であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちの一方が、腰部支持体であり、前記第１および第２の圧縮部材のうちのもう一方が、上脚部支持体であり、前記方法が、
前記腰部支持体を前記装着者の腰部に結合するステップと、
前記上脚部支持体を前記装着者の上脚部に結合するステップとをさらに含む、形態１１に記載の方法。
［形態２０］
前記関節が、第１の関節を構成し、前記外骨格が、前記装着者に結合されるように構成された第３の圧縮部材と、前記第２の圧縮部材を前記第３の圧縮部材に接続する第２の関節とをさらに含み、前記方法が、
引張部材の第１の端部を前記第２の関節の第１の側において前記第２の圧縮部材に結合すること、および前記引張部材の第２の端部を前記第１の側に向かい合った前記第２の関節の第２の側において前記第２の圧縮部材に結合することにより、前記第２の関節をテンセグリティ関節として構成するステップをさらに含む、形態１１に記載の方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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