(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
着用者の下肢に結合されるように構成された脚部装置において、
第１のリンクと、
第２のリンクと、
上記第１のリンクと上記第２のリンクとに結合され、上記第１のリンクと上記第２のリンクとの間で屈伸動作を可能にするように構成された膝ジョイントと、
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、当該力発生器の上記第１の端部が上記第１のリンクに回転可能に結合される、上記力発生器と、
上記第２のリンクに結合され、少なくとも第１の動作位置および第２の動作位置を有する、拘束機構とを有し、
上記拘束機構が上記第１の動作位置に移動されるときには、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクが互いに対して屈曲するとき、上記力発生器の上記第２の端部が上記拘束機構と係合し、
上記拘束機構が上記第２の動作位置にあるときには、上記力発生器の上記第２の端部は上記拘束機構に係合せず、かつ、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクが自由に互いに対して屈伸するように構成されることを特徴とする脚部装置。
【請求項２】
上記力発生器が、気体バネ、圧縮バネ、コイルバネ、板バネ、空気バネ、引張りバネ、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請求項１記載の脚部装置。
【請求項３】
上記第１のリンクは、上記着用者の大腿部と一体的に動くように構成され、上記第２のリンクは、上記着用者の脛部と一体的に動くように構成される請求項１記載の脚部装置。
【請求項４】
上記第２のリンクは、上記着用者の大腿部と一体的に動くするように構成され、上記第１のリンクは、上記着用者の脛部と一体的に動くように構成される請求項１記載の脚部装置。
【請求項５】
上記拘束機構は、
上記第２のリンクの窪みと、
少なくとも２つの動作位置を有する、上記第２のリンクに結合された窪み充填部とを有し、
上記窪み充填部が上記２つの動作位置のうちの一方の動作位置にあるときには、上記窪みは上記窪み充填部によって占有されず、上記力発生器の上記第２の端部は、上記第１のリンクと上記第２のリンクが互いに屈曲するときに上記窪みと係合し、
上記窪み充填部が上記２つの動作位置のうちの他方の動作位置にあるときには、上記窪みは上記窪み充填部によって占有され、上記力発生器の上記第２の端部は上記窪みと係合せず、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクは自由に屈伸する請求項１記載の脚部装置。
【請求項６】
上記拘束機構は、少なくとも２つの動作位置を有する、上記第２のリンクに連結された爪を有し、
上記爪が上記２つの動作位置のうちの一方の動作位置にあるときに、上記力発生器の上記第２の端部は、上記第２のリンクと上記第１のリンクが互いに屈曲するときにのみ上記爪に係合し、
上記爪が上記２つの動作位置のうちの他方の動作位置に移動するときに、上記力発生器の上記第２の端部は上記爪に係合せず、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクは自由に互いに対して屈伸する請求項１記載の脚部装置。
【請求項７】
上記爪が、上記第２のリンクに回転可能に結合される請求項６記載の脚部装置。
【請求項８】
上記拘束機構は、上記着用者によって上記第１の動作位置および第２の動作位置の間を移動させられるように構成される請求項１記載の脚部装置。
【請求項９】
上記着用者によって操作可能で、少なくとも第１の位置および第２の位置を有する手動タブをさらに有し、
上記着用者が上記タブを上記第１の位置に動かすとき、上記手動タブは、上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させ、
上記着用者が上記タブを上記第２の位置に動かすとき、上記手動タブは、上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させる請求項８記載の脚部装置。
【請求項１０】
上記手動タブは、上記第２のリンク上を上記第１の位置および上記第２の位置の間で上記第２のリンクに対してスライドするように構成される請求項９記載の脚部装置。
【請求項１１】
上記手動タブは、磁石を備え、
上記手動タブの磁石は、上記拘束機構を上記拘束機構の上記第１の動作位置および上記第２の動作位置の間で移動させるように構成される磁力を発生する請求項９記載の脚部装置。
【請求項１２】
上記拘束機構を当該拘束機構の上記第１の動作位置および第２の動作位置の間で自動的に移動させるように構成されたトリガ機構をさらに有し、
上記着用者の脚部が地面と接触しているときに上記トリガ機構が上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させるように構成され、
上記着用者の脚部が地面に接触していないときに上記トリガ機構が上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させるように構成される請求項１記載の脚部装置。
【請求項１３】
上記拘束機構を上記第１の動作位置および第２の動作位置の間で自動的に移動させるように構成されたトリガ機構をさらに有し、
上記トリガ機構は、
上記着用者の靴が地面と接触しているかどうかを検出するように構成されたスタンス検出器と、
第１の端部および第２の端部を有し、上記第１の端部が上記拘束機構に結合され、上記第２の端部が上記スタンス検出器に結合される、伝送線と、
上記第２のリンク上に取り付けられ、上記伝送線に結合された復帰バネとを有し、
上記脚部装置が地面に接触しているとき、上記スタンス検出器は、上記拘束機構を上記伝送線を介して上記第１の動作位置に移動させるように構成され、
上記脚部装置が地面に接触していないとき、上記復帰バネが上記拘束機構を上記第２の動作位置に動かすように構成される請求項１記載の脚部装置。
【請求項１４】
上記スタンス検出器は、ユーザの靴の内側、上記靴の底、上記靴のソール、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位置に配置される請求項１３記載の脚部装置。
【請求項１５】
上記伝送線は、ロープ、ワイヤロープ、より糸、糸、ナイロンロープ、チェーン、およびロッド、およびこれらの任意の組合せからなるグループから選択される請求項１３記載の脚部装置。
【請求項１６】
上記伝送線は圧力流体を収容する圧液ホースであり、上記スタンス検知器は圧力流体を含む容器を有し、
上記脚部装置が地面と接触しているとき、上記脚部装置が上記地面に接触することにより圧力流体に発生する圧力が、上記拘束機構を上記圧液ホースを介して上記第１の動作位置に移動させるように構成され、
上記脚部装置が地面に接触していないときに、上記復帰バネが上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させるように構成される請求項１３記載の脚部装置。
【請求項１７】
上記拘束機構を上記第１の動作位置および上記第２の動作位置の間で自動的に移動させるように構成されたトリガ機構をさらに有し、
上記トリガ機構は、
上記拘束機構を上記第１の動作位置および上記第２の動作位置の間で移動させるように構成されたアクチュエータと、
上記着用者の靴が地面に接触しているかどうかを検出し、上記着用者の上記靴が上記地面に接触しているときに第１の電気信号を発生し、検出し、上記着用者の上記靴が上記地面に接触していないときに第２の電気信号を発生するように構成されたスタンスセンサとを有し、
上記脚部装置が上記地面に接触しているとき、上記スタンスセンサは上記第１の電気信号を生成し、上記アクチュエータは上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させるように構成され、
上記脚部装置が上記地面に接触していないとき、上記スタンスセンサが上記第２の電気信号を生成し、上記アクチュエータが上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させるように構成される請求項１記載の脚部装置。
【請求項１８】
上記スタンスセンサは、上記ユーザの靴の内側、上記靴の外側、および上記靴のソールならびに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位置に配置される請求項１７記載の脚部装置。
【請求項１９】
上記スタンスセンサが、歪ゲージセンサ、圧力センサ、力センサ、圧電力センサ、および力検出抵抗に基づく力センサ、ならびに、これらの任意の組合せからなるグループから選択される請求項１７記載の脚部装置。
【請求項２０】
アクチュエータが、ソレノイド、リニアモータ、電気モータ、サーボ、ＤＣモータ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電アクチュエータ、バネ負荷ソレノイド、およびバネ負荷モータ、ならびに、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請求項１７記載の脚部装置。
【請求項２１】
上記拘束機構を上記第１の動作位置および第２の動作位置の間で自動的に移動させるように構成されたトリガ機構をさらに有し、
上記トリガ機構は、
上記拘束機構を上記上記第１の動作位置および上記第２の動作位置の間で動かすように構成されたアクチュエータと、
上記着用者の靴が地面に接触しているかどうかを検出し、上記着用者の上記靴が地面に接触しているときに第１の電気信号を発生し、上記着用者の上記靴が地面に接触していないときに第２の電気信号を発生するように構成されたスタンスセンサと、
上記着用者の反対側の靴が上記地面と接触しているかどうかを検出し、上記着用者の上記反対側の靴が上記地面に接触しているときに、第１の反対側電気スタンス信号を発生し、上記着用者の上記反対側の靴が上記地面に接触していないときに、第２の反対側電気スタンス信号を発生するように構成された、上記人の反対側の脚部に結合された、少なくとも１つの反対側スタンスセンサとを有し、
上記脚部装置が上記地面に接触しているとき、上記スタンスセンサが第１の電気信号を発生し、上記少なくとも１つの反対側スタンスセンサが上記第１の反対側電気スタンス信号を生成するとき、上記アクチュエータは上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させるように構成され、
上記脚部装置が上記地面に接触していないときには、上記スタンスセンサが第２の電気信号を生成し、上記アクチュエータが上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させるように構成される請求項１記載の脚部装置。
【請求項２２】
上記スタンスセンサは、上記ユーザの靴の内側、上記靴の外側、および上記靴のソールならびに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位置に配置される請求項２１記載の脚部装置。
【請求項２３】
上記スタンスセンサが、歪ゲージセンサ、圧力センサ、力センサ、圧電力センサ、および力検出抵抗に基づく力センサ、ならびに、これらの任意の組合せからなるグループから選択される請求項２１記載の脚部装置。
【請求項２４】
アクチュエータが、ソレノイド、リニアモータ、電気モータ、サーボ、ＤＣモータ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電アクチュエータ、バネ負荷ソレノイド、およびバネ負荷モータ、ならびに、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請求項２１記載の脚部装置。
【請求項２５】
上記第１のリンクおよび上記第２のリンクからなるグループから選択された１つのリンクに連結された足部リンク機構をさらに有し、上記足部リンク機構は、上記ユーザの足部と一体的に移動するように構成された少なくとも１つの足部コネクタを有する請求項１記載の脚部装置。
【請求項２６】
上記足部コネクタは、上記ユーザの靴の底、上記靴のソールの内部の空洞、および上記ユーザの靴の内側、ならびに、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位置に配置される請求項２５記載の脚部装置。
【請求項２７】
上記足部コネクタは、上記ユーザの靴、または上記足部リンク機構から取り外することができる請求項２６記載の脚部装置。
【請求項２８】
上記第１のリンクは、所望の抵抗トルクを調整するトルク調整機構を有し、
上記トルク調整機構は、上記力発生器の上記第１の端部に結合されたネジと、ナットであって、当該ナットの回転により上記ネジおよび上記力発生器の上記端部を移動させる、上記ナットとを有する請求項１記載の脚部装置。
【請求項２９】
着用者の下肢に結合されるように構成された脚部装置において、
上記着用者の大腿部と一体的に動くように構成された大腿リンクと、
上記着用者の脛部と一体的に動くように構成された脛部リンクと、
上記脛部リンクと上記大腿リンクとに連結され、上記大腿リンクと上記脛部リンクとの間の屈伸運動を可能にするように構成された膝ジョイントと、
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、当該力発生器の上記第１の端部が上記脛部リンクに回転可能に結合される、上記力発生器と、
少なくとも第１の動作位置および第２の動作位置を有する、上記大腿リンクに連結された拘束機構と、
上記第１の動作位置および第２の動作位置の間で上記拘束機構を動かすことができ、上記着用者によって操作可能な手動タブとを有し、
上記拘束機構が上記第１の動作位置にあるときには、上記力発生器の上記第２の端部が上記拘束機構と係合し、
上記拘束機構が上記第２の動作位置にあるときには、上記力発生器の上記第２の端部は上記拘束機構に係合せず、上記脛部リンクと上記大腿リンクは自由に互いに対して屈伸することを特徴とする脚部装置。
【請求項３０】
着用者の下肢に結合されるように構成された脚部装置において、
上記着用者の大腿部と一体的に動くように構成された大腿リンクと、
上記着用者の脛部と一体的に動くように構成された脛部リンクと、
上記脛部リンクと上記大腿リンクとに連結され、上記大腿リンクと上記脛部リンクとの間の屈伸運動を可能にするように構成された膝ジョイントと、
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当該力発生器の上記第１の端部が上記脛部リンクに回転可能に結合される、上記力発生器と、
少なくとも第１の動作位置および第２の動作位置を有する、上記大腿リンクに連結された拘束機構であって、その第１の動作位置において、上記脛部リンクおよび上記大腿リンクが互いに向かって屈曲するときに、上記力発生器の上記第２の端部が上記拘束機構に係合し、その第２の動作位置において、上記力発生器の上記第２の端部は上記拘束機構に係合せず、上記脛部リンクと上記大腿リンクは自由に相互に対して屈伸を行う、上記拘束機構と、
上記拘束機構を上記第１の動作位置および上記第２の動作位置の間で動かすように構成されたアクチュエータと、
上記着用者の靴が地面に接触しているかどうかを検出し、上記着用者の上記靴が上記地面に接触しているときに第１の電気信号を発生し、上記着用者の上記靴が上記地面に接触していないときに第２の電気信号を発生するように構成されたスタンスセンサとを有し、
上記着用者の上記靴が上記地面に接触しているとき、上記スタンスセンサは第１の電気信号を生成し、上記アクチュエータは上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させ、
上記着用者の上記靴が上記地面に接触していないとき、上記スタンスセンサが第２の電気信号を生成し、上記アクチュエータが上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させることを特徴とする脚部装置。
【請求項３１】
着用者の脚部に結合されるように構成された脚部装置において、
第１のリンクと、
上記第１のリンクに結合され上記第１のリンクに対して屈伸運動を可能にする第２のリンクと、
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、当該力発生器の上記第１の端部が上記第１のリンクに結合される、上記力発生器と、
少なくとも第１の動作位置および第２の動作位置を具備する拘束機構と、
上記拘束機構を上記第１の動作位置および上記第２の動作位置の間で移動させることが可能なアクチュエータとを有し、
上記アクチュエータが上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させるときに、上記力発生器の上記第２の端部が上記第２のリンクと係合し、かつ、上記力発生器が、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクの相互に対する伸張に応答して抵抗トルクを供給し、
上記アクチュエータが上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させるときに、上記力発生器の上記第２の端部が上記第２のリンクから係合解除され、かつ、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクが相互に対して自由に屈曲および伸長を行うことを特徴とする脚部装置。
【請求項３２】
上記拘束機構を上記第１の動作位置と上記第２の動作位置との間で自動的に移動させるように構成されたトリガ機構をさらに有し、
上記トリガ機構は、
上記着用者の上記脚部が地面に接触しているかどうかを検出するように構成されたスタンス検出器と、
第１の端部と第２の端部とを有する伝送線であって、上記第１の端部は上記拘束機構に結合され、上記第２の端部は上記スタンス検出器に結合される、上記伝送線と、
上記第２リンクに取り付けられ、上記伝送線に結合された復帰バネとを有し、
上記着用者の上記脚部が上記地面と接触しているとき、上記スタンス検出器は、上記伝送線を介して上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させるように構成され、
上記着用者の上記脚部が上記地面と接触していないとき、上記復帰バネが、上記拘束機構を上記第２の動作位置に動かすように構成されている、請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項３３】
上記伝送線が、ロープ、ワイヤーロープ、より糸、糸、ナイロンロープ、チェーン、ロッド、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、請求項３２に記載の脚部装置。
【請求項３４】
上記伝送線は圧力流体を含む圧液ホースであり、
上記スタンス検出器は、上記圧力流体を収容するリザーバを含み、
上記着用者の上記脚部が上記地面に接触しているとき、当該脚部装置が上記地面に接触することによって上記圧力流体に発生する圧力が、上記圧液ホースを介して上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させるように構成され、
上記着用者の上記脚部が上記地面と接触していないとき、上記復帰バネが上記拘束機構を上記第２の動作位置に動かすように構成される、請求項３２に記載の脚部装置。
【請求項３５】
上記スタンス検出器は、上記着用者の靴の内側、上記着用者の上記靴の底部、上記着用者の上記靴のソール、およびこれらの任意の組み合わせなるグループから選択される位置に配置される、請求項３２に記載の脚部装置。
【請求項３６】
上記拘束機構は、
上記第２のリンクに結合され、上記第１の動作位置の間の第１の位置と、上記第２の動作位置の間の第２の位置とを少なくとも具備する爪と、
上記力発生装置の上記第２の端部に回転可能に連結された滑動ラチェットとを有し、
上記第１の位置において、上記爪は、上記滑動ラチェットが上記第２のリンクを滑動しないように拘束し、
上記第２の位置において、上記爪は、上記滑動ラチェットが上記第２のリンク上を自由に滑動することを可能にする、請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項３７】
上記アクチュエータは、上記爪を上記第１の位置と上記第２の位置との間で移動させるように構成されている、請求項３６に記載の脚部装置。
【請求項３８】
上記拘束機構を上記第１の動作位置および上記第２の動作位置の間で自動的に移動させるように構成されたトリガ機構をさらに有し、
上記トリガ機構は、
上記拘束機構を上記第１の動作位置および第２の動作位置の間で移動させるように構成されるアクチュエータと、
上記着用者の上記脚部が地面と接触しているかどうかを検出し、上記着用者の上記脚部が上記地面と接触しているときに第１の電気信号を生成し、上記着用者の上記脚部が上記地面と接触していないときに第２の電気信号を生成するように構成されたスタンスセンサとを有し、
上記着用者の上記脚部が上記地面に接触しているとき、上記スタンスセンサは上記第１の電気信号を生成し、上記アクチュエータは上記拘束機構を上記第１の動作位置に動かすように構成され、
上記着用者の上記脚部が上記地面に接触していないとき、上記スタンスセンサは上記第２の電気信号を生成し、上記アクチュエータは上記拘束機構を上記第２の動作位置に動かすように構成される、請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項３９】
上記スタンスセンサは、歪みゲージセンサ、圧力センサ、力センサ、圧電力センサ、力検出抵抗に基づく力センサ、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、請求項３８に記載の脚部装置。
【請求項４０】
上記拘束機構は、上記着用者の脚部が地面に着いたときに上記第１の動作位置に移動するように構成される、請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項４１】
スタンス信号を生成するように構成された、少なくとも１つのスタンス検出器をさらに有し、上記スタンス検出器が上記着用者の脚部が地面に接地していると表示する場合に、上記拘束機構が上記第１の動作位置に移動する請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項４２】
上記拘束機構は、
上記第２のリンクの窪みと、
少なくとも２つの動作位置を有する、上記第２のリンクに結合された窪み充填部とを有し、
上記窪み充填部が上記２つの動作位置の一方の動作位置にあるときに、上記窪みは上記窪み充填部により占有されず、上記力発生器の上記第２の端部が上記窪みと係合し、
上記窪み充填部が上記２つの動作位置の他方の動作位置にあるときに、上記窪みは上記窪み充填部により占有され、上記力発生器の上記第２の端部が上記窪みから係合解除され、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクは相互に対して自由に屈伸動作を行う請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項４３】
上記第１のリンクまたは上記第２のリンクの一方が、上記着用者の大腿部に連結されるように構成されている、請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項４４】
上記第１のリンクまたは上記第２のリンクのうちの一方は、上記着用者の脛部と連結するように構成されている、請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項４５】
上記力発生器が、気体ばね、圧縮ばね、コイルばね、板ばね、空気ばね、引張ばね、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項３１に記載の脚部装置。
【請求項４６】
着用者の脚部に結合されるように構成された脚部装置において、
第１のリンクと、
上記第１のリンクに連結され、上記第１のリンクに対して屈曲および伸長運動が可能である第２のリンクと、
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、当該力発生器の上記第１の端部が上記第１のリンクに連結されている、上記力発生器とを有し、
上記着用者の上記脚部が地面に着いている間、上記力発生器の上記第２の端部は、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクが互いに対して屈曲するときに自動的に上記第２のリンクと係合し、
上記着用者の上記脚部が上記地面に着いていない間、上記力発生器の上記第２の端部は上記第２のリンクから係合解除され、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクは自由に相互に対して屈曲および伸長することを特徴とする脚部装置。
【請求項４７】
上記着用者の上記脚部が上記地面と接触しているかどうかを検出し、上記着用者の上記脚部が上記地面と接触しているときに第１の電気信号を生成し、上記着用者の上記脚部が上記地面と接触していないときに第２の電気信号を生成するように構成されたスタンスセンサをさらに有する、請求項４６に記載の脚部装置。
【請求項４８】
上記スタンス検出器は、上記着用者の靴の内側、上記着用者の靴の底部、上記着用者の靴のソール底部、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される位置に配置される、請求項４７に記載の脚部装置。
【請求項４９】
上記第１のリンクまたは上記第２のリンクの一方が、上記着用者の大腿部に連結されるように構成されている、請求項４６に記載の脚部装置。
【請求項５０】
上記第１のリンクまたは上記第２のリンクのうちの一方は、上記着用者の脛部と連結するように構成されている、請求項４６に記載の脚部装置。
【請求項５１】
着用者の脚部に結合されるように構成された脚部装置において、
第１のリンクと、
上記第１のリンクに結合され、上記第１のリンクに対して屈曲および伸長運動が可能である、第２のリンクと、
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、当該力発生器の上記第１の端部が上記第１のリンクに結合される、上記力発生器と、
少なくとも第１の位置および第２の位置を具備して上記着用者による操作可能な手動タブとを有し、
上記手動タブが上記第１の位置にあるとき、上記力発生器の上記第２の端部が上記第２のリンクと係合し、上記力発生器が上記第１のリンクおよび上記第２のリンクの互いに対する屈曲に応答して抵抗トルクを付与し、
上記手動タブが上記第２の位置にあるとき、上記力発生器の第２の端部が上記第２のリンクから係合解除され、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクが自由に相互に対して屈曲し伸長することを特徴とする脚部装置。
【請求項５２】
上記手動タブが、上記第１の位置および上記第２の位置の間で上記第２のリンク上で上記第２のリンクに対してスライドするように構成されている、請求項５１に記載の脚部装置。
【請求項５３】
上記第１のリンクまたは上記第２のリンクの一方が、上記着用者の大腿部に連結されるように構成されている、請求項５１に記載の脚部装置。
【請求項５４】
上記第１のリンクまたは上記第２のリンクのうちの一方が、上記着用者の脛部と連結するように構成されている、請求項５１に記載の脚部装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１５年６月２６日に出願された米国特許出願第６２／１８５，１８５号の利益を主張するものであり、これは、本出願に引用された他のすべの参考文献とともに、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、外骨格、特に人間の脚部用の外骨格の分野に関する。
【０００３】
人間は歩いたり、走ったり、跳ねたり、かがんだり、蹴ったりするための２本の脚部を持ち、それらはすべて人間の活動である。脚部は可動性を与え、二足歩行移動性は人に幸福感を与え、車椅子などはこれを置き換えることができない。したがって、人が何らかの方法で身体障害を負うか、または自分のモビリティを失うと、これは人のＱＯＬに甚大な影響を及ぼす。外骨格はいくつかの運動性を回復するために使用することができるが、既存の外骨格には欠点がある。
【０００４】
従って、改善された外骨格、特に脚部を支える外骨格が、かがんでいる間に人を支持する必要がある。
【発明の開示】
【０００５】
脚部支持外骨格は、かがんでいるときに使用者を支えるための着用可能な装置に縛られている。外骨格は、第１の線および第２のリンクに結合されたた膝ジョイントを含み、当該第１のリンクおよび第２のリンクの間の屈曲および伸長運動を可能にするように構成されている。力発生器は、第１のリンクに回転可能に接続された第１の端部を具備する。拘束機構が第２のリンクに結合され、少なくとも２つの動作位置を有する。第１の動作位置では、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のリンクが互いに対して撓む。第２の動作位置では、力発生器の第２の端部は、拘束機構と係合していない。第１のリンクおよび第２のリンクは、自由に、互いに対して屈曲し伸長する。
【０００６】
一実施例において、外骨格脚部装置は、人の下肢に連結されるように構成される。この装置は、つぎのものを含む。すなわち、膝ジョイントが、第１のリンクおよび第２のリンクに接続され、第１のリンクと第２のリンクとの間の屈曲および伸長運動を可能にするように構成されている。力発生器。この力発生器の第１の端部が上記第１のリンクに回転可能に結合され。拘束機構は、少なくとも２つの操作位置を有し、第２のリンクに結合されている。拘束機構が第１の動作位置に移動されるときに、力発生器の第２の端部が拘束機構と係合する。拘束機構が第２の動作位置にあるときには、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のリンクが自由に互いに対して屈伸する。
【０００７】
様々な実装例において、力発生器は、ガススプリング、圧縮スプリング、コイルスプリング、板バネ、空気バネ、引張りバネ、またはこれらの任意の組み合わせとすることができる。第１のリンクは、人の大腿部と一体的に動くように構成され、第２のリンクは、人の脛部と一体的に動くように構成される。第２のリンクは、人の大腿部と一体的に動くように構成して良く、第１のリンクは、人の脛部と一体的に動くように構成されている。
【０００８】
拘束機構は、第２のリンク内の窪みと、少なくとも２つの動作位置を有し、第２のリンクに結合された窪み充填部とを含んで良い。窪み充填部がその第１の動作位置に移動されると、窪みは窪み充填部によって占有されず、力発生器の第２の端部は、第１のリンクおよび第２のリンクが互いに屈曲するときにのみ窪みと係合する。窪み充填部がその第２の動作位置にあるとき、窪みは窪み充填部によって占められ、力発生器の第２の端部は窪みと係合しておらず、第１のリンクおよび第２のリンクは相互に自由に屈曲し、伸長する。
【０００９】
拘束機構は、少なくとも２つの動作位置を有する第２のリンクに連結された爪を含んで良い。爪がその第１の動作位置に移動すると、力発生器の第２の端部は、第２のリンクと第１のリンクが互いに対して屈曲するときにのみ、爪に係合する。爪がその第２の動作位置に移動すると、力発生器の第２の端部は爪に係合せず、第１のリンクおよび第２のリンクは互いに対して自由に屈曲し、伸長する。爪は、第２のリンクに回転可能に結合されて良い。
【００１０】
拘束機構は、人によって動作位置に移動させることができる。外骨格脚部は、少なくとも２つの位置を有する、人すなわちユーザによって操作可能な手動タブをさらに含むことができる。手動タブは、人がタブを第１の位置に動かすと、拘束機構を第１の動作位置に移動させる。手動のタブは、人がタブを第２の位置に動かすと、拘束機構を第２の動作位置に移動させる。
【００１１】
手動タブは、第２のリンク上をスライドし、第２のリンクに対して少なくとも２つの位置を有する。手動タブは、磁石を含んで良く、ここでは、磁力が拘束機構の位置間で拘束機構を動かす。
【００１２】
外骨格脚部装置は、拘束機構を２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構を含むことができる。トリガ機構は、人間の脚部が地面と接触しているとき、拘束機構を第１の作動位置に動かす。人間の脚が地面に接触していないとき、トリガ機構は、拘束機構を第２の動作位置に動かす。
【００１３】
外骨格脚部装置は、拘束機構を２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構を含むことができる。トリガ機構は、伝送線を含み、この伝送線はその第１の端部で拘束機構に結合され、第２の端部でスタンス検出器に結合され、運動および力を伝達することができる。スタンス検出器は、第２の端部から伝送線に結合され、このスタンス検出器は、人の靴が地面と接触しているかどうかを検出する。復帰バネは、第２のリンクに実装され、伝送線結合されている。外骨格脚部が地面に接触するとき、スタンス検出器は、拘束機構を伝送線を介して第１の動作位置に移動させる。外骨格脚部が地面に接触していないとき、復帰バネが拘束機構をその第２の動作位置に移動させる。
【００１４】
スタンス検出器は、ユーザの靴の内側、人の靴の底、または人の靴のソール、またはこれらの任意の組み合わせの中に位置付けることができる。伝送線は、ロープ、ワイヤロープ、ツイン、スレッド、ナイロンロープ、チェーン、またはロッド、またはこれらの任意の組み合わせとすることができる。伝送線は圧力流体を収容した圧液ホースであり、スタンス検出器は圧力流体を収容する容器を備えている。この装置が地面に接触すると、外骨格脚部が地面に接触することにより圧力流体に発生する圧力が、拘束機構を圧液ホースを介して第１の動作位置に移動させる。この装置が地面に接触していないとき、復帰バネが拘束機構をその第２の動作位置に移動させる。
【００１５】
外骨格脚部装置は、拘束機構を２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構を含むことができる。トリガ機構は、拘束機構を２つの動作位置に動かすことができるアクチュエータを含む。スタンスセンサは、第１の電気信号を生成することによって、人の靴が地面に接触しているかどうかを検出することができる。当該装置が地面に接触しているとき、スタンスセンサは第１の電気信号を生成し、結果としてアクチュエータは拘束機構をその第１の動作位置に移動させる。当該装置が地面に接触していないとき、スタンスセンサは第２の電気信号を生成し、結果として、アクチュエータは拘束機構を第２の動作位置に移動させる。
【００１６】
外骨格脚部装置は、拘束機構を２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構を含むことができる。トリガ機構は、拘束機構を２つの動作位置に動かすことができるアクチュエータを含む。スタンスセンサは、第１の電気信号を生成することによって、人の靴が地面に接触しているかどうかを検出することができる。少なくとも１つの反対側のスタンスセンサは、人の反対側の脚部に結合され、反対側の電気スタンス信号を生成することによって、人の対側靴が地面と接触しているかどうかを検出することができる。当該装置が地面に接触しているとき、反対側の電気スタンス信号が反対側の脚部が地面にあることを示すならば、スタンスセンサは第１の電気信号を発生し、アクチュエータは拘束機構をその第１の動作位置に移動させる。当該装置が地面に接触していないとき、スタンスセンサは第２の電気信号を生成し、結果としてアクチュエータは拘束機構を第２の動作位置に移動させる。
【００１７】
スタンスセンサは、ユーザの靴の内側、人の靴の外側、または人の靴のソール、またはこれらの任意の組み合わせの中に位置付けることができる。スタンスセンサは、ユーザの靴の内側、人の靴の外側、または人の靴のソール、またはこれらの任意の組み合わせの中に位置することができる。スタンスセンサは、歪ゲージセンサ、圧力センサ、力センサ、圧電力センサ、および力検出抵抗に基づく力センサ、ならびに、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択することができる。スタンスセンサは、歪ゲージセンサ、圧力センサ、力センサ、圧電力センサ、および力検出抵抗に基づく力センサ、およびこれらの任意の組合せからなるグループから選択される。
【００１８】
アクチュエータは、ソレノイド、リニアモータ、電気モータ、サーボ、ＤＣモータ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電アクチュエータ、バネ式ソレノイド、バネ式モータ、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。アクチュエータは、ソレノイド、リニアモータ、電気モータ、サーボ、ＤＣモータ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電アクチュエータ、バネ式ソレノイド、バネ式モータ、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。
【００１９】
足部リンク機構は、第１のリンクまたは第２のリンクに接続され、足部リンク機構は、ユーザの足部と一体的に移動するように構成された少なくとも１つの足部コネクタを含む。足部コネクタは、ユーザの靴の底部、靴底の空洞の内側、またはユーザの靴の内側、またはこれらの任意の組み合わせに配置することができる。
【００２０】
足部コネクタは、ユーザの靴からすぐに取り外すことができる。足部コネクタは、足部リンク機構から素早く離脱することができる。第１のリンクは、所望の抵抗トルクを調整するトルク調整機構を含むことができる。トルク調整機構は、力発生器の第１の端部に結合され、または締め付けられたネジと、ナットとを含んで良く、ナットの回転がねじと力発生器の端部とを動かす。
【００２１】
一実装例では、外骨格脚部装置は、人の下肢に結合されるように構成される。この装置は、人の大腿部と一体的に動くように構成された大腿リンクを含む。脛部リンクは、人の脛部と一体的に動くように構成されている。膝ジョイントは、脛部リンクと大腿リンクとに結合され、大腿リンクと脛部リンクとの間の屈曲および伸長運動を可能にするように構成されている。力発生器では、その第１の端部が脛部リンクに回転可能に結合されている。拘束機構は大腿部リンクに結合され、少なくとも２つの動作位置を有する。手動タブが、拘束機構を動作位置間で動かすことができ、人によって操作可能である。手動タブの操作によって拘束機構が第１の動作位置に移動されると、大腿リンクと脛部リンクが互いに屈曲するときに、力発生器の第２の端部が拘束機構に係合する。
【００２２】
拘束機構が手動タブの操作によって第２の操作位置に移動されると、力発生器の第２の端部は拘束機構に係合せず、脛部リンクと大腿リンクは自由に互いに対して屈曲し、伸長する。
【００２３】
一実装例では、外骨格脚部装置は、人の下肢に接続されるように構成される。この装置は、人の大腿部と一体的に動くように構成された大腿リンクを含む。脛部リンクは、人の脛部と一体的に動くように構成される。膝ジョイントは、脛部リンクおよび大腿リンクに連結され、大腿リンクと脛部リンクとの間の屈曲および伸長運動を可能にするように構成される。力発生器では、その第１の端部が脛部リンクに回転可能に結合される。拘束機構は大腿部リンクに結合されて少なくとも２つの動作位置を具備し、第１の動作位置において、脛部リンクおよび上記大腿リンクが互いに向かって屈曲するときに、力発生器の第２の端部が拘束機構に係合する。その第２の動作位置においては、力発生器の第２の端部が拘束機構に係合せず、脛部リンクと大腿リンクとは自由に互いに対して屈曲し、伸長する。アクチュエータは、拘束機構を２つの動作位置に動かすことができる。スタンスセンサは、第１の電気信号を生成することによって、人の靴が地面に接触しているかどうかを検出することができる。
【００２４】
当該装置が地面に接触しているとき、スタンスセンサは第１の電気信号を生成し、結果としてアクチュエータは拘束機構をその第１の動作位置に移動させる。当該装置が地面に接触していないとき、スタンスセンサは第２の電気信号を生成し、結果としてアクチュエータは拘束機構を第２の動作位置に移動させる。
【００２５】
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を考慮することにより明らかになるであろう。図面において、同様の参照記号は図面全体にわたって同様の特徴を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】人の下肢に縛られる、その他、連結されるように構成された外骨格脚部の実施例を示す。
【図２】人を伴わない外骨格脚を示す。
【図３】第１のリンクがユーザの大腿部と一体的に動くように構成され、第２のリンクがユーザの脛部と一体的に動くように構成される外骨格脚部の実施例を示す。
【図４】第１のリンクがユーザの脛部と一体的に動くように構成され、第２のリンクがユーザの大腿部２０４と一体的に動くように構成される外骨格脚部の実施例を示す。
【図５】拘束機構の実施例を示す。
【図６】移動タブがその第１の位置にあるときの動作を示す。
【図７】人を伴わない外骨格脚部を示す。
【図８】第１のリンクが第２のリンクに対して屈曲する動作を示す。
【図９】第１のリンクが第２のリンクに対して屈曲する動作を示す。
【図１０】第１のリンクと第２のリンクとの間の屈曲および伸長の動作が自由である、拘束機構が第２の位置にある場合の外骨格脚部を示す。
【図１１】第１のリンクと第２のリンクとの間の屈曲および伸展の動作が自由である、拘束機構が第２の位置にある場合の外骨格脚を示す。
【図１２】拘束機構の別の実施例を示す。
【図１３】第１の動作位置における拘束機構の実施例を示す。
【図１４】第２の動作位置における拘束機構の実施例を示す。
【図１５】移動タブが人によって手動で移動される実施例を示す。
【図１６】トリガ機構が外骨格脚部に接続されたスタンス検出モジュールによって移動される実施例を示す。
【図１７】脚部が地面から離れ、スタンス検出モジュールが拘束機構の第２の動作位置をトリガする実施例を示す。
【図１８】拘束機構の第２の動作位置にある拘束機構を示す。
【図１９】脚部が地面にあり、スタンス検出モジュールが伝送線を使用して拘束機構の第１の動作位置をトリガする実施例を示す。
【図２０】脚部が地面に載っておらず、スタンス検出モジュールが拘束機構の第２の動作位置をトリガする実施例を示す。
【図２１】脚部が地面にあり、液圧式スタンス検出器が拘束機構の第１の動作位置をトリガする実施例を示す。
【図２２】脚部が地面にあり、トリガ機構が、拘束機構の第１の動作位置をトリガするスタンス信号を生成することができるスタンスセンサを含む実施例を示す図である。
【図２３】トリガ機構が、スタンス信号、および、反対側スタンス信号をそれぞれ生成するスタンスセンサ、および反対側スタンスセンサを含み、拘束機構の動作位置をトリガする実施例を示す。
【図２４】足部コネクタが足部リンク機構から迅速に取り外せる実施例を示す。
【図２５】足部リンク機構が第１のリンクに接続された第１の足首リンクを含む、外骨格脚の実施例を示す。
【図２６】足部コネクタがユーザの靴の内側に位置する実施例を示す。靴は明確化のために図から削除されている。
【図２７】靴のソール内の空洞の内部に足部コネクタが配置されている実施例を示す。
【図２８】足部コネクタがユーザの靴から迅速に取り外せる実施例を示す。
【図２９】足部コネクタが足部リンク機構から迅速に取り外せる実施例を示す。
【図３０】足部リンク機構が第１のリンクから迅速に取り外せる実施例を示す。
【図３１】外骨格脚部が、支持トルクを変更するために使用され得るトルク調整機構を含む実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の様々な実施例は、ユーザがかがんでいるときにその脚部および膝を支持する外骨格脚部を含む。本発明による装置は、かがんでいるときに脚部の筋肉のひずみを減少させるが、ユーザは干渉なく自由に歩くことができる。本発明の様々な実施例を、添付の図面を参照して、以下により詳細に説明し、当該図面には、すべてではないけれどもいくつかの実施例が示される。すこれらの発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施例に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施例は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。
【００２８】
図１は、人２００の下肢２０２上にストラップ、その他によって結合されるように構成された外骨格脚部１００の実施例を示す。
【００２９】
図２は、人２００を伴わない外骨格脚部１００を示している。外骨格脚部１００は、一実施例において、ユーザの大腿部２０４と一体的に動くように構成された第１のリンク１０２と；一実施例では、ユーザの脛部２０６と一体的に動くように構成された第２のリンク１０４と；第１のリンク１０２と第２のリンク１０４との間に配置され、第１のリンク１０２と第２のリンク１０４との間の屈曲および伸長を可能にするように構成された膝ジョイント１０６であって、屈曲は矢印１２０で示され、第１のリンク１０２が第２のリンク１０４へと近づき、伸長は矢印１１８で示され、第１のリンク１０２が第２のリンク１０４から遠ざかる、上記膝ジョイント１０６と；力発生器１０８であって、当該力発生器１０８の第１の端部１１２が第１のリンク１０２に回転可能に結合されている、上記力発生器１０８と；少なくとも２つの動作位置（またはモード）を有する第２のリンク１０４に結合された拘束機構１３０と；上記拘束機構１３０をその２つの動作位置に動かすことができるトリガ機構１３２とを、その他ともに、有する。
【００３０】
動作を説明すると、拘束機構１３０がその第１の動作位置（またはモード）に動かされると、力発生器１０８の第２の端部１１４は、第１のリンク１０２および第２のリンク１０４が第１の方向１２０に相対的に移動するときのみ、力発生器１０８の第２の端部１１４が回転可能に第２のリンク１０４にラッチされる。これにより、力発生器１０８は、第２のリンク１０４に対して第１のリンク１０２の第１の方向１２０の力に抗する力を生成する。この第１の動作位置において、第１のリンク１０２および第２のリンク１０４が相互に対して第２の方向１１８に動くならば、拘束機構１３０は、力発生器１０８の第２の端部１１４を第２のリンク１０４に拘束しないことを認識することは重要である。
【００３１】
拘束機構１３０がその第２の動作モード（またはモード）に動かされるときの動作を説明すると、力発生器１０８の第２の端部１１４は、常時、自由に動いて第２のリンク１０４上をスライドする（第１の方向１１８および第２の方向１２０の両方に妨げられずに動く）。
【００３２】
要するに、外骨格脚部１００は、その第１の動作位置に移動することによって、かがんでいるときの補助を実現するけれども、その第２の動作位置に移動することによって、自由で無制限の歩行を可能にする。第１の動作モードでは、力発生器１０８は、かがんでいるときに人を支持する力を提供する。第２の動作位置では、力発生器１０８は人の歩行を妨げず、人は外骨格脚部１００からの干渉なしに自由に歩くことができる。
【００３３】
図３は、外骨格脚部１００の実施例を示し、この図において、第１のリンク１０２はユーザの脛部２０６と一体的に動くように構成されている。図３に示すように、いくつかの実施例では、第１のリンク１０２および第２のリンク１０３は、人の脚部２０８に、人の脚部２０８に、ブレース１１０の支援を受けて結合されている。
【００３４】
図４は、第１のリンク１０２がユーザの大腿部２０４と一体的に移動するように構成され、第２のリンク１０４がユーザの脛部２０６と一体的に移動するように構成される外骨格脚部１００の実施例を示す。
【００３５】
図５は、拘束機構１３０の実施例を示す。この実施例において、拘束機構１３０は、第２のリンク１０４の窪み１４０と、第２のリンク１０４に対して動くことができる窪み充填部１４２とを有している。動作を説明すると、窪み充填部１４２が、図６に示すように第１の位置にあると、窪み１４０は窪み充填部１４２によって占有されない。これは、第１のリンク１０２と第２のリンク１０４が互いに屈曲（１２０）の動作で動くときに、力発生器１０８の第２の端部１１４が窪み１４０に係合することを意味する。第１のリンク１０２が第２のリンク１０４に対して屈曲１２０の動作で動くと、力発生器１０８の抵抗力は、第２のリンク１０４に対する第１のリンク１０２の屈曲１２０に抵抗する。この抵抗力は、かがんでいるときの人２００に対して支持を実現する。これは図６〜図９に示される。しかし、窪み充填部１４２が図５に示すようにその第２の位置に移動されると、窪み１４０は窪み充填部１４２によって占有される。これは、力発生器１０８の第２の端部１１４が窪み１４０と係合せず、このため、第１のリンク１０２および第２のリンク１０４は、互いに屈曲１２０および伸長１１８において自由に動くことができる。図１０および図１１は、拘束機構１３０が第２の位置にある場合の外骨格脚部１００を示しており、ここでは、第１のリンク１０２と第２のリンク１０４との間の屈曲１２０および伸長１１８の動きは自由である。
【００３６】
図１２は、拘束機構１３０の別の実施例を示す。この実施例において、拘束機構１３０は、第２のリンク１０４上の爪１５２を含み、トリガ機構１３２が第２のリンクに対して移動可能な移動タブ１５４を有する。動作を説明すると、移動タブ１５４が図１３に示す第１の位置に移動すると、爪１５２はその第１の動作位置に移動し、爪１５２が、力発生器１０８の第２の端部１１４の一部をなす滑動ラチェット１５０と係合して、力発生器１０８の第２の端部１１４が第２のリンク１０４と係合するようになす。これは、第１のリンク１０２と第２のリンク１０４とが第１の方向１２０に互いに相対的に移動するときのみ起こる。しかしながら、移動タブ１５４がその第２の位置（図１４）に移動し、爪１５２がその第２の動作位置に移動するとき、爪１５２は滑動ラチェット１５０と係合しておらず、上記力発生器の第２の端部は、第１のリンクにラッチされず、第１のリンクおよび第２のリンクは、図１４に示すように、互いに対して自由に屈曲・伸長する。図１５は、拘束機構１３０が人２００によってその動作位置に移動される実施例を示す。
【００３７】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００は手動タブ１３４を含み、これが少なくとも２つの位置を有し、人２００によって操作可能である。いくつかの実施例において、図１５に示すように、手動タブ１３４は、第２のリンク１０４上をスライドし、第２のリンク１０４に対して少なくとも２つの位置を有する。動作を説明すると、人２００が手動タブ１３４をその第１の位置に移動させて、拘束機構１３０がその第１の動作位置にあるとき、力発生器１０８は、人２００がかがむときに、窪み１４０に係合する。窪み１４０に対する力発生器１０８の係合は、かがんでいくときに支持力をもたらす。これは人の膝のトルクを減少させ、人２００を支持する。人２００が手動タブ１３４を第２の位置に動かして拘束機構１３０がその第２の動作位置にあるときには、人２００がかがみ、歩き、またはどのような動作を行っても、力発生器１０８は人２００が窪み１４０に係合しない。これにより、人２００は自由にかつ妨げられずに動くことができる。
【００３８】
いくつかの実施例において、手動タブ１３４は磁石を含み、磁力がその２つの位置の間で拘束機構１３０を動かす。この構成は、手動タブ１３４と拘束機構１３０との間の必要な連結を減少させる。
【００３９】
図１６は、外骨格脚部１００が、拘束機構を２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構１３２を含む実施例を示す。トリガ機構１３２は、外骨格脚部１００に接続されたスタンス検出器１６０を含む。スタンス検出器１６０が、人の脚部２０８が地面にあると示すとき、スタンス検出器１６０はスタンス信号１７０を生成し、拘束機構１３０をその第１の動作位置に移動させる。拘束機構１３０がその第１の動作位置にあるとき、力発生器１０８は窪み１４０と係合して、かがんでいるときの支持力を引き起こすことができる。スタンス検出器１６０が人の脚部２０８が地面に載っていないと示すとき、スタンス検出器１６０は、拘束機構１３０をその第２の動作位置に動かす。この位置では、力発生器１０８は、人２００がかがみ、歩き、またはいずれの動作をするときにも窪み１４０に係合しない。これにより、人２００は自由にかつ妨げられずに動くことができる。図１７と図１８を参照されたい。
【００４０】
図１９は、トリガ機構１３２が自動的に拘束機構１３０を２つの動作位置に移動させる実施例を示す。トリガ機構１３２は、スタンス検出器１６０と、伝送線１６２とを含み、伝送線１６２は、その一端から拘束機構１３０に結合され、その他端からスタンス検出器１６０に結合されている。動作を説明すると、スタンス検出器１６０が人の脚部２０８が地面にあると表示するとき、伝送線１６２が引っ張られ、窪み充填部１４２がその第１の位置に移動され、力発生器１０８が窪み１４０に係合する。ただし、図２０に示すように、スタンス検出器１６０が人の愛２０８が地面に接していないと表示するとき、伝送線１６２が解放され、復帰バネ１６３が押し込み、窪み充填部１４２をその第２の位置に移動させ、力発生器１０８を窪み１４０に係合させないようにする。これにより、人２００は自由にかつ妨げられず動くことができる。
【００４１】
いくつかの実施例において、スタンス検出器１６０は、ユーザの靴２１２の内側に配置される。いくつかの実施例において、スタンス検出器１６０は、ユーザの靴２１２の底に配置される。当業者であれば、伝送線１６２は、ロープ、ワイヤロープ、ツイン、スレッド、ナイロンロープ、チェーン、およびロッド、ならびに、これらの任意の組合せからなるセットから選択することができることを理解するであろう。
【００４２】
図２１は、伝送線１６２が圧力流体を収容した圧液ホース３００であり、スタンス検出器１６０が圧力流体で満たされた容器３０２を含む実施例を示す。動作を説明すると、外骨格脚部１００が地面に接触するとき、外骨格脚部１００が地面に接触することにより圧力流体に発生する圧力が、圧液ホース３００を介して拘束機構１３０を第１の作動位置に移動させ、外骨格脚部１００が地面と接触しているとき、復帰バネ１６３が拘束機構１３０を第２の作動位置に移動させる。
【００４３】
図２２に示すいくつかの実施例において、トリガ機構１３２は、人の脚部２０８がスタンスフェーズにあるときにスタンス信号１７０を生成することができるスタンスセンサ１６４を含む。トリガ機構１３２は、アクチュエータ１６６が拘束機構１３０に結合または連結され、窪み１４０の内外に窪み充填部１４２を移動させることができるアクチュエータ１６６をさらに含む。
【００４４】
動作を説明すると、スタンスセンサ１６４が人の脚部２０８が地上にあると表示すると、アクチュエータ１６６は、窪み１４０から窪み充填部１４２を移動させ、力発生器１０８が窪み１４０に係合できるようにする。これにより、かがんでいるときに支持力が発生する。これによって、人の膝２０８のトルクが減少し、人２００の支持を実転する。ただし、スタンスセンサ１６０が人の脚部２０８が地面にないことを表示するとき、アクチュエータ１６６は、窪み充填部１４２を窪み１４０内に移動させて、力発生器１０８が窪み１４０に係合するのを妨げる。この位置において、人２００がかがみ、歩き、どのような動作を行うときでも、力発生器１０８は、窪み１４０に係合していない。これにより、人は自由に、妨げられることなく動くことができる。
【００４５】
図２３は別の実施例を示す。トリガ機構１３２は、スタンス信号１７０を生成することができるスタンスセンサ１６４を含む。トリガ機構１３２は、アクチュエータ１６６をさらに含み、このアクチュエータ１６６が、拘束機構１３０に結合または連結され、窪み充填部１４２を窪み１４０に対して出入りさせることができるようになっている。トリガ機構１３２は、人の反対側脚部２１０に結合された反対側スタンスセンサ１６８をさらに含む一方、反対側スタンスセンサ１６８は、人の反対側脚部２１０が地面に接触しているときに反対側スタンス信号１７２を生成することができる。スタンスセンサ１６４および反対側スタンスセンサ１６８が人の脚部２０８および人の反対側の脚部２１０が地面に接していると表示するとき、アクチュエータ１６６は、窪み充填部１４２を窪み１４０から追い出して、力発生器１０８を窪み１４０に係合できるようにする。これによって、かがんでいるときに支持力を生成することができる。これによって、人の膝のトルクが減少させられ、人２００を支持できる。ただし、スタンスセンサ１６０または反対側スタンスセンサ１６８が人の脚部２０８または人の反対側の脚部２１０が地面に接していないと表示するとき、アクチュエータ１６６は、窪み充填部１４２を窪み１４０内に移動させ、力発生器１０８が窪み１４０に係合するのを妨げる。この位置では、人２００がかがみ、歩き、どのような動作を行うときでも、力発生器１０８は、窪み１４０に係合していない。これにより、人は自由に、妨げられることなく動くことができる。
【００４６】
いくつかの実施例において、スタンスセンサ１６４は、ユーザの靴２１２の内側に配置される。本発明のいくつかの実施例において、スタンスセンサ１６４は、ユーザの靴２１２の底に配置される。本発明のいくつかの実施例において、スタンスセンサ１６４は、ユーザの靴のソール内に配置される。
【００４７】
当業者は、スタンスセンサ１６４が、歪みゲージセンサ、圧力センサ、力センサ、圧電力センサ、および力検出抵抗に基づく力センサ、あらびに、これらの任意の組み合わせからなるセットから選択できることを理解するであろう。当業者は、アクチュエータ１６６は、ソレノイド、リニアモータ、電気モータ、サーボ、ＤＣモータ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電アクチュエータ、バネ負荷ソレノイド、およびバネ負荷モータからなるセットから選択することができることを理化するであろう。
【００４８】
いくつかの実施例において、外骨格脚部１００はさらに足部リンク機構１８３を含む。いくつかの実施例において、図２５に示すように、第１のリンク１０２がユーザの脛２０６に結合または連結されるときに、足部リンク機構１８３は、第１のリンク１０２に接続または結合される。もちろん、いくつかの実施例において、第２のリンク１０４がユーザの脛部２０６（図示せず）に結合または連結されるとき、足部リンク機構１８３は第２のリンク１０４に結合または連結される。当業者は、足部リンク機構１８３の様々な自由度を有する様々な機構を理解するであろう。図２５は、足部リンク機構１８３が、第２のリンク１０４に連結された第１の足首リンク１８０を含む外骨格脚部１００の実施例を示す。第１の足首リンク１８０の第２の端部は、人の足部２１４と一体的に動くように構成された足部コネクタ１８２に、回転可能に連結される。本発明のいくつかの実施例において、図２５に示すように、足部コネクタ１８２は、本発明のいくつかの実施例において、図２６に示すように、足部コネクタ１８２は、ユーザの靴２１２の内側に配置される。靴は、明確にするために画像から除去されている。いくつかの実施例において、図２７に示すように、足部コネクタ１８２は、靴のソール内の空洞１８４の内部に配置される。
【００４９】
図２８に示すように、本発明のいくつかの実施例において、足部コネクタ１８２は迅速にユーザの靴２１２から取り外すことができる。図２４および図２９に示すように、いくつかの実施例において、足部コネクタ１８２は、足部リンク機構１８３から迅速に取り外すことができる。図３０に示すように、いくつかの実施例において、足部リンク機構１８３は、第１のリンク１０２から迅速に取り外すことができる。、もちろん、いくつかの実施例において、第２のリンク１０４がユーザの脛部２０６（図示せず）に連結されているとき、足部リンク機構１８３は第２のリンク１０４から迅速に取り外すことができる。
【００５０】
図３１は、外骨格脚部１００の支持トルクを可変するために使用できるトルク調整機構１９０を含む外骨格脚部１００の実施例を示す。この具体的な実施例において、トルク調整機構１９０は、力発生器１０８の第１の端部１１２または第２の端部１１４の位置を変更するために回転させることができるトルク調整ダイアル１９２を有する。
【００５１】
本発明のこの説明は、例示および説明のために提示されたものである。網羅的であることを意図するものでもなく、本発明を記載した厳密な形態に限定するものでもなく、上述の教示に照らして多くの修正および変形が可能である。実施例は、本発明の原理およびその実際の適用を最もよく説明するために選択され、記載された。この説明により、当業者は、様々な実施例において、また特定の用途に適した様々な修正を加えて、本発明を最も有効に活用し実施することが可能になる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。
以下、ここで説明した技術的特徴を列挙する。
［技術的特徴１］
人の下肢に結合されるように構成された外骨格脚部装置において、
第１のリンクと第２のリンクとに連結され、上記第１のリンクと上記第２のリンクとの間で屈伸動作を可能にするように構成された膝ジョイントと、
力発生器であって、当該力発生器の第１の端部が上記第１のリンクに回転可能に結合される、上記力発生器と、
少なくとも２つの操作位置を有する、上記第２のリンクに結合された拘束機構とを有し、
上記拘束機構が上記第１の動作位置に移動されるときには、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクが互いに対して屈曲するとき、上記力発生器の上記第２の端部が上記拘束機構と係合し、
上記拘束機構が上記第２の動作位置にあるときには、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクが自由に互いに対して屈伸するとき、上記力発生器の上記第２の端部は上記拘束機構に係合しないことを特徴とする外骨格脚部装置。
［技術的特徴２］
上記力発生器が、気体バネ、圧縮バネ、コイルバネ、板バネ、空気バネ、引張りバネ、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技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴３］
上記第１のリンクは、上記人の大腿部と一体的に動くように構成され、上記第２のリンクは、上記人の脛部と一体的に動くように構成される技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴４］
上記第２のリンクは、上記人の大腿部と一体的に動くするように構成され、上記第１のリンクは、人の脛部と一体的に動くように構成される技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴５］
上記拘束機構は、上記第２のリンクの窪みと、少なくとも２つの動作位置を有する、上記第２のリンクに結合された窪み充填部とを有し、
窪み充填部が上記第１の動作位置に移動させられているときには、上記窪みは上記窪み充填部によって占有されず、上記力発生器の上記第２の端部は、上記第１のリンクと上記第２のリンクが互いに屈曲するときにのみ上記窪みと係合し、
上記窪み充填部が上記第２の動作位置にあるときには、上記窪みは上記窪み充填部によって占有され、上記力発生器の上記第２の端部は上記窪みと係合せず、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクは自由に屈伸する技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴６］
上記拘束機構は、少なくとも２つの動作位置を有する、上記第２のリンクに連結された爪を備え、
上記爪が第１の動作位置に移動するときに、上記力発生器の上記第２の端部は、上記第２のリンクと上記第１のリンクが互いに屈曲するときにのみ上記爪に係合し、
上記爪が第２の動作位置に移動するときに、上記力発生器の上記第２の端部は上記爪に係合せず、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクは自由に互いに対して屈曲・伸長する技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴７］
上記爪が、上記第２のリンクに回転可能に結合される技術的特徴６記載の装置。
［技術的特徴８］
上記拘束機構は、上記人によって上記動作位置に移動される技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴９］
上記外骨格脚部は、上記人によって操作可能で、少なくとも２つの位置を有する手動タブをさらに有し、
上記人が上記タブを第１の位置に動かすとき、上記手動タブは、上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させ、
上記人が上記タブを第２の位置に動かすとき、上記手動タブは、上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させる技術的特徴８記載の装置。
［技術的特徴１０］
上記手動タブは、上記第２のリンク上をスライドし、上記第２のリンクに対して少なくとも２つの位置を有する技術的特徴８記載の装置。
［技術的特徴１１］
上記手動タブは、磁石を備え、磁力は、上記拘束機構を上記拘束機構の位置の間で移動させる技術的特徴８記載の装置。
［技術的特徴１２］
上記拘束機構を上記２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構をさらに有し、上記人の脚部が地面と接触しているときに上記トリガ機構が上記拘束機構を上記第１の動作位置に移動させ、上記人の脚部が地面に接触していないときの拘束機構を第２の動作位置に移動させる技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴１３］
上記拘束機構を上記２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構をさらに有し、
上記トリガ機構は、
その第１の端部で上記拘束機構と結合され、その第２の端部でスタンス検出器とに結合され、運動および力を伝達することができる伝送線と、
その第２の端部から上記伝送線と連結され、上記人の靴が地面と接触しているかどうかを検出するスタンス検出器と、
上記伝送線結合された第２のリンクに取り付けられた復帰バネとを有し、
上記外骨格脚部が上記地面に接触しているとき、上記スタンス検出器は、上記拘束機構を上記伝送線路を介して上記第１の動作位置に移動させ、
上記外骨格脚部が上記地面に接触していないとき、上記復帰バネが上記外骨格脚部を上記第２の動作位置に動かす技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴１４］
上記スタンス検出器は、ユーザの靴の内側、上記靴の底、および上記靴のソールからなるグループから選択される位置に配置される技術的特徴１３記載の装置。
［技術的特徴１５］
上記伝送線は、ロープ、ワイヤロープ、より糸、糸、ナイロンロープ、チェーン、およびロッド、およびこれらの任意の組合せからなるグループから選択される技術的特徴１３記載の装置。
［技術的特徴１６］
上記伝送線は圧力流体を収容する圧液ホースであり、上記スタンス検知器は圧力流体を含む容器を有し、
上記装置が上記地面と接触しているとき、上記外骨格脚部が上記地面に接触することにより圧力流体に発生する圧力が、上記拘束機構を上記圧液ホースを介して上記第１の動作位置に移動させ、
上記装置が上記地面に接触していないときに、上記復帰バネが上記拘束機構を上記第２の動作位置に移動させる技術的特徴１３記載の装置。
［技術的特徴１７］
上記拘束機構を上記２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構をさらに有し、
上記トリガ機構は、
上記拘束機構を上記２つの動作位置に動かすことができるアクチュエータと、
上記人の靴が地面に接触しているかどうかを第１の電気信号を発生することによって検出することができるスタンスセンサと、
上記装置が上記地面に接触しているとき、上記スタンスセンサは第１の電気信号を生成し、その結果、上記アクチュエータは上記拘束機構をその第１の動作位置に移動させ、
上記装置が上記地面に接触していないとき、上記スタンスセンサが第２の電気信号を生成し、その結果、上記アクチュエータが上記拘束機構をその第２の動作位置に移動させる技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴１８］
上記拘束機構を上記２つの動作位置に自動的に移動させることができるトリガ機構をさらに有し、
上記トリガ機構は、
上記拘束機構を上記２つの動作位置に動かすことができるアクチュエータと、
上記人の靴が上記地面に接触しているかどうかを第１の電気信号を発生することによって検出することができるスタンスセンサと、
上記人の反対側の靴が上記地面と接触しているかどうかを反対側の電気信号を発生することにより検出することができる、上記人の反対側の脚部に結合された少なくとも１つの反対側スタンスセンサと、
上記装置が上記地面に接触しているとき、上記スタンスセンサが第１の電気信号を発生し、かつ、上記反対側の電気スタンス信号が上記反対側の脚部が上記地面にあると表示するならば、上記アクチュエータは上記拘束機構をその第１の動作位置に移動させ、
上記装置が上記地面に接触していないときには、上記スタンスセンサが第２の電気信号を生成し、その結果、上記アクチュエータが上記拘束機構をその第２の動作位置に移動させる技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴１９］
上記スタンスセンサは、上記ユーザの靴の内側、上記靴の外側、および上記靴のソールならびに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位置に配置される技術的特徴１７記載の装置。
［技術的特徴２０］
上記スタンスセンサは、上記ユーザの靴の内側、上記靴の外側、および上記靴のソールならびに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位置に配置される技術的特徴１８記載の装置。
［技術的特徴２１］
上記スタンスセンサが、歪ゲージセンサ、圧力センサ、力センサ、圧電力センサ、および力検出抵抗に基づく力センサ、ならびに、これらの任意の組合せからなるグループから選択される技術的特徴１７記載の装置。
［技術的特徴２２］
上記スタンスセンサが、歪ゲージセンサ、圧力センサ、力センサ、圧電力センサ、および力検出抵抗に基づく力センサ、ならびに、これらの任意の組合せからなるグループから選択される技術的特徴１８記載の装置。
［技術的特徴２３］
アクチュエータが、ソレノイド、リニアモータ、電気モータ、サーボ、ＤＣモータ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電アクチュエータ、バネ負荷ソレノイド、およびバネ負荷モータ、ならびに、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技術的特徴１７記載の装置。
［技術的特徴２４］
アクチュエータが、ソレノイド、リニアモータ、電気モータ、サーボ、ＤＣモータ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電アクチュエータ、バネ負荷ソレノイド、およびバネ負荷モータ、ならびに、これらの任意の組合せからなるグループから選択される技術的特徴１８記載の装置。
［技術的特徴２５］
上記第１のリンクおよび上記第２のリンクからなるグループから選択された１つのリンクに連結された足部リンク機構をさらに有し、上記足部リンク機構は、上記ユーザの足部と一体的に移動するように構成された少なくとも１つの足部コネクタを有する技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴２６］
上記足部コネクタは、上記ユーザの靴の底、上記靴のソールの内部の空洞、および上記ユーザの靴の内側、ならびに、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位置に配置される技術的特徴２５記載の装置。
［技術的特徴２７］
上記足部コネクタは、上記ユーザの靴、または上記足部リンク機構から迅速に取り外することができる技術的特徴２６記載の装置。
［技術的特徴２８］
上記第１のリンクは、所望の抵抗トルクを調整するトルク調整機構を有し、上記トルク調整機構は、上記力発生器の上記第１の端部に結合されたネジと、ナットであって、当該ナットの回転により上記ネジおよび上記力発生器の上記端部を移動させる、上記ナットとを有する技術的特徴１記載の装置。
［技術的特徴２９］
人の下肢に結合されるように構成された外骨格脚部装置において、
上記人の大腿部と一体的に動くように構成された大腿リンクと、
上記人の脛部と一体的に動くように構成された脛部リンクと、
上記脛部リンクと上記大腿リンクとに連結され、上記大腿リンクと上記脛部リンクとの間の屈伸運動を可能にするように構成された膝ジョイントと、
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回転可能に結合される、上記力発生器と、
少なくとも２つの動作位置を有する、上記大腿リンクに連結された拘束機構と、
上記動作位置の間で上記拘束機構を動かすことができ、上記人によって操作可能な手動タブとを有し、
上記拘束機構が上記手動タブの操作によってその第１の動作位置に移動されるときには、上記大腿リンクと上記脛部リンクが互いに対して屈曲するとき、上記力発生器の上記第２の端部が上記拘束機構と係合し、
上記拘束機構が手動タブの操作によってその第２の操作位置に移動されるときには、上記力発生器の上記第２の端部は上記拘束機構に係合せず、上記脛部リンクと上記大腿リンクは自由に互いに対して屈曲・伸長することを特徴とする外骨格脚部装置。
［技術的特徴３０］
人の下肢に結合されるように構成された外骨格脚部装置において、
上記人の大腿部と一体的に動くように構成された大腿リンクと、
上記人の脛部と一体的に動くように構成された脛部リンクと、
上記脛部リンクと上記大腿リンクとに連結され、上記大腿リンクと上記脛部リンクとの間の屈伸運動を可能にするように構成された膝ジョイントと、
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回転可能に結合される、上記力発生器と、
少なくとも２つの動作位置を有する、上記大腿リンクに連結された拘束機構であって、その第１の動作位置において、上記脛部リンクおよび上記大腿リンクが互いに向かって屈曲するときに、上記力発生器の上記第２の端部が上記拘束機構に係合し、その第２の動作位置において、上記力発生器の上記第２の端部は上記拘束機構に係合せず、上記脛部リンクと上記大腿リンクは自由に相互に対して屈曲・伸長を行う、上記拘束機構と、
上記拘束機構を上記２つの動作位置に動かすことができるアクチュエータと、
上記人の靴が地面に接触しているかどうかを第１の電気信号を発生することによって検出することができるスタンスセンサとを有し、
上記装置が上記地面に接触しているとき、上記スタンスセンサは第１の電気信号を生成し、結果として、上記アクチュエータは上記拘束機構をその第１の動作位置に移動させ、
上記装置が上記地面に接触していないとき、上記スタンスセンサが第２の電気信号を生成し、その結果、上記アクチュエータが上記拘束機構をその第２の動作位置に移動させることを特徴とする外骨格脚部装置。
【符号の説明】
【００５２】
１００    外骨格脚部
１０２    第１のリンク
１０４    第２のリンク
１０６    膝ジョイント
１０８    力発生器
１１０    ブレース
１１２    第１の端部
１１４    第２の端部
１３０    拘束機構
１３２    トリガ機構
１３４    手動タブ
１４０    窪み
１４２    窪み充填部
１５０    滑動ラチェット
１５２    爪
１５４    移動タブ
１６０    スタンス検出器
１６２    伝送線
１６４    スタンスセンサ
１６６    アクチュエータ
１６８    反対側スタンスセンサ
１７０    スタンス信号
１７２    反対側スタンス信号
１８０    第１の足首リンク
１８２    足部コネクタ
１８３    足部リンク機構
１８４    空洞
１９０    トルク調整機構
１９２    トルク調整ダイアル
２００    人
２０２    下肢
２０４    大腿部
２０６    脛部
２０８    脚部
２１０    反対側脚部
２１２    靴
２１４    足部
３００    圧液ホース
３０２    容器
【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】
0006684902.tif 000008
【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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