(57)【要約】  本発明は、足構造と、下脚構造と、枢動軸を有する機械的膝リンクと、足構造を下脚構造に接続する機械的足関節リンクであって、機械的膝リンクの枢動軸にほぼ平行である第１の枢動軸を有する第１のピボット接続と第１の枢動軸に垂直であってエグゾスケルトンが直立静止しているときに支持面に対して３０°と６０°の間の角度をなす第２の枢動軸を有する第２のピボット接続を備えた機械的足関節リンクとを備えるエグゾスケルトンに関する。
2018512240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エグゾスケルトンであって、
−  ユーザの足を受けるように構成された支持面を備える足構造と、
−  ユーザの脚の下側部分を受けるように構成された下脚構造と、
−  前記下脚構造をユーザの脚の上側部分を受けるように構成された上脚構造に接続するように構成された機械的膝リンクであって、枢動軸を有する機械的膝リンクと、
−  前記足構造を前記下脚構造に接続している機械的足関節リンクであって、第１の枢動軸を有する第１のピボットリンクを備え、前記第１の枢動軸は前記機械的膝リンクの前記枢動軸にほぼ平行である機械的足関節リンクと、
を備え、
前記機械的足関節リンクはさらに、第２の枢動軸を有する第２のピボットリンクを備え、前記第２の枢動軸は、前記第１の枢動軸に垂直な平面内において延在し、前記エグゾスケルトンが立脚静止しているときに前記支持面に対して３０°と６０°の間に含まれる角度をなすことを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２】
請求項１に記載のエグゾスケルトンであって、
前記第２の枢動軸は、前記エグゾスケルトンが立脚静止しているときに前記支持面に対して４０°と５０°の間に含まれる、好ましくは４５°台の角度をなすことを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のエグゾスケルトンであって、
前記足構造と前記下脚構造の間に取り付けられるとともに前記機械的足関節リンクの前記第１の枢動軸及び前記第２の枢動軸の周りの前記足構造の角度位置を制御するように構成された並列の２つのアクチュエータをさらに備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項４】
請求項３に記載のエグゾスケルトンであって、
前記アクチュエータは前記下脚構造の両側部に並列に取り付けられていることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のエグゾスケルトンであって、
前記アクチュエータはそれぞれ、
前記下脚構造上に取り付けられたリニアアクチュエータと、
コネクティングロッドであって、前記リニアアクチュエータの並進が前記足構造に対する前記コネクティングロッドの回動を生じるように、一方側において前記リニアアクチュエータ上に取り付けられているとともに他方側においてピボットジョイントを用いて前記足構造上に取り付けられたコネクティングロッドとを備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項６】
請求項５に記載のエグゾスケルトンであって、
前記リニアアクチュエータは、モータに結合された、好ましくはボールスクリュー型またはスクリューナット型のシリンダを備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記シリンダは、前記モータによって回動駆動されるねじロッドと、前記足構造に対して回動するように取り付けられたナットとを備え、前記コネクティングロッドは、前記ナット上に取り付けられた１つの端部を、前記ナットの並進が前記コネクティングロッドの前記端部の並進を生じるように備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項８】
請求項７に記載のエグゾスケルトンであって、
各アクチュエータは、前記下脚構造に取り付けられたガイドレールを有する少なくとも１つのスライドと、前記ガイドレールに沿って並進移動可能なキャリッジとをさらに備え、前記ナットは前記スライドの前記キャリッジに取り付けられていることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項９】
請求項８に記載のエグゾスケルトンであって、
前記キャリッジは、前記スライドの前記ガイドレール上に並進移動可能に取り付けられているとともに接続部によって一体に接続された、第１のスライダ及び第２のスライダを備え、前記ナット及び前記コネクティングロッドは前記キャリッジの前記接続部に取り付けられていることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記ナットと前記コネクティングロッドの間の機械的リンクはピボットリンクを備え、前記コネクティングロッドと前記足構造の間の機械的リンクはピボットジョイントを備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエグゾスケルトンであって、
前記ナットと前記コネクティングロッドの間の前記機械的リンクは、ユニバーサルジョイント、またはほぼ直交する軸の２つのピボットリンクを備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１２】
請求項７乃至請求項１１のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記シリンダは、前記モータの出力と前記ねじロッドの間に介在する単純な機械軸受をさらに備え、前記機械軸受は、５分角と１５分角の間に含まれる、典型的には約１０分角のミスアライメントを有することを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記第１のピボットリンクは、前記エグゾスケルトンを装着したユーザの内果及び外果に面するように前記足構造上に配置され、及び／または
前記第２のピボットリンクは、かかと部またはユーザのアキレス腱に面するように前記足構造上に配置されていることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記第１の枢動軸と前記機械的膝リンクの前記枢動軸とは、０°と約１５°の間、好ましくは６°と１０°の間に含まれる、例えば８°の角度をなすことを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記第１の枢動軸は、前記エグゾスケルトンが立脚静止しているときに地面に平行な平面内において延在することを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
中間部であって、一方側において前記足構造上に取り付けられて前記足構造に対して前記第２の枢動軸の周りに自由に回動するとともに、他方側において前記下脚構造上に前記第１の枢動軸の周りに枢動可能に取り付けられた中間部をさらに備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１７】
請求項１６に記載のエグゾスケルトンであって、
前記中間部は、前記下脚構造上に取り付けられているとともに、受動ピボットリンクを用いて前記足構造上に取り付けられていることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載のエグゾスケルトンであって、
一方側において前記中間部に取り付けられているとともに他方側において前記下脚構造上に取り付けられた圧縮ばねアセンブリをさらに備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項１９】
請求項１８に記載のエグゾスケルトンであって、
前記ばねアセンブリは第１の弾性変形可能な部材を備え、前記第１の部材は、一方側において係着要素により前記第１のピボットリンクと前記第２のピボットリンクの間の前記中間部に接続されているとともに、他方側において前記下脚構造に接続されており、前記第１の部材は前記中間部に張力を作用させるように構成されていることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２０】
請求項１９に記載のエグゾスケルトンであって、
前記係着要素は柔軟性を有することを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２１】
請求項１９または請求項２０に記載のエグゾスケルトンであって、
前記ばねアセンブリは、第１の端部及び前記第１の端部と反対側の第２の端部を有するほぼ長尺の中空体をさらに備え、前記中空体は前記下脚構造に形成されたハウジング内に取り付けられており、前記中空体の前記第１の端部は前記ハウジングの底部に面し、前記第１の部材は前記ハウジング内に取り付けられているとともに前記ハウジングの底部と前記中空体の前記第２の端部との間に圧縮されていることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２２】
請求項２１に記載のエグゾスケルトンであって、
前記中空体内に収容された第２の弾性変形可能な部材をさらに備え、前記第２の部材は前記中空体の前記第１の端部の近傍に取り付けられており、前記係着要素は前記第２の部材が前記係着要素に張力をかける構成となるように前記第２の部材と協働し、前記係着要素は前記中空体内に収容されているとともに前記中空体の前記第１の端部及び前記ハウジングの前記底部から突出していることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２３】
請求項２２に記載のエグゾスケルトンであって、
前記第１の部材及び／または前記第２の部材は圧縮ばねを備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２４】
請求項２３に記載のエグゾスケルトンであって、
前記第１の部材及び前記第２の部材は圧縮ばねを備え、前記第２の部材は前記第１の部材の剛性より低い剛性を有することを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２５】
請求項２１乃至請求項２４のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記係着要素は前記中空体内に収容された肉厚部分を有し、前記第２の部材は、前記肉厚部分に対する制止部をなすように構成されたロック部を備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２６】
請求項２１乃至請求項２５のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記係着要素は前記係着要素に取り付けられたストッパをさらに備え、かつ、前記中空体は前記中空体の内壁に取り付けられた突起であって、前記ストッパと協働し、前記係着要素の前記ストッパに対する障害物をなすように構成された突起をさらに備えることを特徴とするエグゾスケルトン。
【請求項２７】
請求項２１乃至請求項２６のいずれか１つに記載のエグゾスケルトンであって、
前記中空体は前記中空体の第２の端部の近傍に取り付けられたボルトをさらに備え、前記第１の部材は前記ボルトに当接していることを特徴とするエグゾスケルトン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にモータ障害の影響を受けるユーザの補助を可能とする人移動支援システム、またはエグゾスケルトンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エグゾスケルトンは、一般に、骨盤構造、２つの脚構造、２つの足構造、及び２つの臀部構造を備え、
−  骨盤構造は、エグゾスケルトンを装着したときにユーザの腎臓の背後に配置されるように構成されており、ハーネスまたはストラップによって骨盤に取り付けられ得る。
−  各脚構造は、ユーザの脚の一方（当該構造に応じて、左または右）に面して配置されるように構成されており、ユーザの大腿部、ふくらはぎにそれぞれ面するように配置された上脚部、下脚部を備える。
−  各足構造は、同様に、ユーザの足の一方（当該構造に応じて、左または右）を足が平坦に置かれた場合に支持し得る支持面を備える。
−  各臀部構造は、臀部の一方（当該構造に応じて、左または右）に面して配置されるように構成されている。
【０００３】
エグゾスケルトンの完全な制御には、エグゾスケルトンの動作を可能とし、したがってエグゾスケルトンを装着したユーザの移動を可能とするアクチュエータ及び構造的リンクが必要である。機械的リンクは、通常、ピボットリンク、摺動リンク、及び／またはボールジョイントリンクを備える一方、アクチュエータはシリンダ、モータなどを備え得る。
【０００４】
これらの機械的リンク及びアクチュエータは、エグゾスケルトンを装着するユーザを負傷させずにエグゾスケルトンの動作を可能とするように選定される。このためには、ユーザの肢体が耐えることのできない力を作用させず、薄型であること及び適度な重量の両方を有するエグゾスケルトンを提供することが本質的に重要である。
【０００５】
例えば、国際公開パンフレットＷＯ２０１１／００２３０６号（特許文献１）には、ユーザによって装着されたエグゾスケルトンを制御し、ユーザの身体部分に対応したエグゾスケルトンの種々の部材にそれぞれ結合されたアクチュエータを有するシステムが記載されている。当該エグゾスケルトンは、特に、足構造を作動させるとともに足構造を地形に適応させることを可能とするように構成された、主足アクチュエータ及び副足アクチュエータを備える。
【０００６】
このために、主足アクチュエータは、膝の枢動軸に平行な軸の周りのピボットリンクを用いて、下脚構造に対する足構造の回動を作動させるように構成されている。一方、副足アクチュエータは、足構造を地形に適応させようとするものである。しかし、このような足関節構造は比較的複雑であって、かさばり、重く、エネルギーを大きく消費する。
【０００７】
また、本出願人名義の２０１４年３月２１日に出願されたフランス国特許公報ＦＲ１４５２３７０号（特許文献２）には、脚構造、足構造、及び足構造を脚構造に接続する足関節ピボットリンクを備えたエグゾスケルトンが提案されており、当該足関節ピボットリンクは傾斜した枢動軸、すなわち、エグゾスケルトンの前頭面、矢状面、及び水平面のうちのいずれの基準面内にも含まれない枢動軸を有する。こうして、足関節枢動軸は、足構造の支持面に対して０°と３０°の間に含まれるゼロでない角度をなし、支持面の正中縦軸に垂直な平面に対して０°と４５°の間に含まれるゼロでない角度をなす。このような構成は、上記に示すように方向付けられた１つのアクチュエータのみを用いて、自然な人間の動作に近い足関節の動作を再生する利点を有する。当該エグゾスケルトンの構造は、単純化及び軽量化されている。さらにこの構成は、脚の空間の側方への使用を低減するので、歩行動作中の衝突の危険性を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開パンフレットＷＯ２０１１／００２３０６号
【特許文献２】フランス国特許公報ＦＲ１４５２３７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、コンパクトで適度な重量を有する、エグゾスケルトンの歩行動作中の安定性を向上させることと、人間の歩行動作を正確に再現することとの両方に対する解決手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このために、本発明は、エグゾスケルトンであって、
−  ユーザの足を受けるように構成された支持面を備える足構造と、
−  ユーザの脚の下部を受けるように構成された下脚構造と、
−  前記下脚構造をユーザの脚の上部を受けるように構成された上脚構造に接続するように構成された機械的膝リンクであって、枢動軸を有する機械的膝リンクと、
−  前記足構造を前記下脚構造に接続している機械的足関節リンクであって、第１の枢動軸を有する第１のピボットリンクを備え、前記第１の枢動軸は前記機械的膝リンクの前記枢動軸にほぼ平行である機械的足関節リンクと、を備えるエグゾスケルトンを提案する。ほぼ平行であることにより、ここでは、第１の枢動軸Ｘ１が枢動軸Ｙに対して０°と約１５°の間、好ましくは約６°と１０°の間に含まれる、典型的には８°台の角度をなすと理解される。
【００１１】
さらに、前記機械的足関節リンクは第２の枢動軸を有する第２のピボットリンクを備え、前記第２のピボットリンクは、前記第１の枢動軸に垂直な面内において延在し、前記エグゾスケルトンが立脚静止しているときに前記支持面に対して３０°と６０°の間に含まれる角度をなす。
【００１２】
本構成によって、歩行動作の立脚相中におけるエグゾスケルトンの足構造と地面の間の平坦な接触と、エグゾスケルトンの歩行動作の遊脚相中における人間の生体力学的動作に近い歩行動作とが確保される。
【００１３】
上述したエグゾスケルトンの、好ましいが限定的ではないいくつかの特徴は以下のとおりであって、これらは個別にまたは組み合わせて採用され得る。
−  前記第２の枢動軸は、前記エグゾスケルトンが立脚静止しているときに前記支持面に対して４０°と５０°の間に含まれる、好ましくは４５°台の角度をなす。
−  さらに、前記エグゾスケルトンは、前記足構造と前記下脚構造の間に取り付けられるとともに前記機械的足関節リンクの前記第１の枢動軸及び前記第２の枢動軸の周りの前記足構造の角度位置を制御するように構成された並列の２つのアクチュエータを備える。
−  前記アクチュエータは前記下脚構造の両側部に並列に取り付けられている。
−  前記アクチュエータはそれぞれ、前記下脚構造上に取り付けられたリニアアクチュエータと、コネクティングロッドであって、前記リニアアクチュエータの並進が前記足構造に対する前記コネクティングロッドの回動を生じるように、一方側において前記リニアアクチュエータ上に取り付けられているとともに他方側においてピボットジョイントを用いて前記足構造上に取り付けられたコネクティングロッドとを備える。
−  前記リニアアクチュエータは、モータに結合された、好ましくはボールスクリュー型またはスクリューナット型のシリンダを備える。
−  前記シリンダは、前記モータによって回動駆動されるねじロッドと、前記足構造に対して回動するように取り付けられたナットとを備え、前記コネクティングロッドは、前記ナット上に取り付けられた１つの端部を、前記ナットの並進が前記コネクティングロッドの前記端部の並進を生じるように備える。
−  さらに、各アクチュエータは、前記下脚構造に取り付けられたガイドレールを有する少なくとも１つのスライドと、前記ガイドレールに沿って並進移動可能なキャリッジとを備え、前記ナットは前記スライドの前記キャリッジに取り付けられている。
−  前記キャリッジは、前記スライドの前記ガイドレール上に並進移動可能に取り付けられるとともに接続部により一体に接続された、第１のスライダ及び第２のスライダを備え、前記ナット及び前記コネクティングロッドは前記キャリッジの前記接続部に取り付けられている。
−  前記ナットと前記コネクティングロッドの間の機械的リンクはピボットリンクを備え、前記コネクティングロッドと前記足構造の間の機械的リンクはピボットジョイントを備える。
−  前記ナットと前記コネクティングロッドの間の前記機械的リンクは、ユニバーサルジョイント、またはほぼ直交する軸の２つのピボットリンクを備える。
−  さらに、前記シリンダは、前記モータの出力と前記ねじロッドの間に介在する単純な機械軸受を備え、前記機械軸受は、５分角と１５分角の間に含まれる、典型的には約１０分角であるミスアライメントを有する。
−  前記第１のピボットリンクは、前記エグゾスケルトンを装着したユーザの内果及び外果に面するように前記足構造上に配置されており、及び／または前記第２のピボットリンクは、かかと部またはユーザのアキレス腱に面するように前記足構造上に配置されている。
−  前記第１の枢動軸と前記機械的膝リンクの前記枢動軸とは、０°と約１５°の間、好ましくは６°と１０°の間に含まれる、例えば８°の角度をなす。
−  前記第１の枢動軸は、前記エグゾスケルトンが立脚静止しているときに地面と平行な平面内において延在する。
−  さらに、前記エグゾスケルトンは、中間部であって、一方側において前記足構造上に取り付けられて前記足構造に対して前記第２の枢動軸の周りに自由に回動するとともに、他方側において前記下脚構造上に前記第１の枢動軸の周りに枢動可能に取り付けられた中間部を備える。
−  前記中間部は、受動ピボットリンクを用いて前記下脚構造上と前記足構造上とに取り付けられている。
−  さらに、前記エグゾスケルトンは、一方側において前記中間部に取り付けられているとともに他方側において前記下脚構造上に取り付けられた圧縮ばねアセンブリを備える。
−  前記ばねアセンブリは第１の弾性変形可能な部材を備え、前記第１の部材は、一方側において係着要素により前記第１のピボットリンクと前記第２のピボットリンクとの間の前記中間部に接続されているとともに、他方側において前記下脚構造に接続されており、前記第１の部材は前記中間部に張力を作用させるように構成されている。
−  前記係着要素は柔軟性を有する。
−  さらに、前記ばねアセンブリは、第１の端部と前記第１の端部と反対側の第２の端部とを有するほぼ長尺の中空体を備え、前記中空体は前記下脚構造において形成されたハウジング内に取り付けられており、前記中空体の前記第１の端部は前記ハウジングの底部に面し、前記第１の部材は前記ハウジング内に取り付けられているとともに前記ハウジングの底部と前記中空体の前記第２の端部との間に圧縮されている。
−  さらに、前記エグゾスケルトンは前記中空体内に収容された第２の弾性変形可能な部材を備え、前記第２の部材は前記中空体の前記第１の端部の近傍に取り付けられており、前記係着要素は前記第２の部材が前記係着要素に張力をかける構成となるように前記第２の部材と協働し、前記係着要素は前記中空体内に収容されているとともに前記中空体の前記第１の端部及び前記ハウジングの前記底部から突出している。
−  前記第１の部材及び／または前記第２の部材は圧縮ばねを備える。
−  前記第１の部材及び前記第２の部材は圧縮ばねを備え、前記第２の部材は前記第１の部材の剛性より低い剛性を有する。
−  前記係着要素は前記中空体内に収容された肉厚部分を有し、前記第２の部材は前記肉厚部分に対する制止部をなすように構成されたロック部を備える。
−  さらに前記係着要素は前記係着要素に取り付けられたストッパを備え、さらに前記中空体は、前記中空体の内壁に取り付けられた突起であって、前記ストッパと協働し、前記係着要素の前記ストッパに対する障害物をなすように構成された突起を備える。
−  さらに、前記中空体は前記中空体の第２の端部の近傍に取り付けられたボルトを備え、前記第１の部材は前記ボルトに当接している。
【００１４】
本発明の第２の目的は、歩行のいくつかの相中、例えば推進相の終了時における立脚相中に、エグゾスケルトンのアクチュエータを解除することが可能なばねアセンブリを提供することである。
【００１５】
このために、本発明は、一方側において第１の部分に取り付けられているとともに他方側において前記第１の部分に対して可動である第２の部分に取り付けられた圧縮ばねアセンブリを提案するものであり、前記圧縮ばねアセンブリは、
−  第１の弾性変形可能な部材であって、前記第１の部材は一方側において係着要素により前記第１の部分に接続されているとともに他方側において前記第２の部分に接続されており、前記第１の部材は前記第１の部分に張力を作用させるように構成された、第１の弾性変形可能な部材と、
−  第１の端部と前記第１の端部と反対側の第２の端部とを有するほぼ長尺の中空体であって、前記中空体は前記第２の部分に一体に取り付けられたハウジング内に取り付けられており、前記中空体の前記第１の端部は前記ハウジングの底部に面し、前記第１の部材は前記ハウジング内に取り付けられているとともに前記ハウジングの底部と前記中空体の前記第２の端部との間において圧縮された中空体と
を備える。
【００１６】
上述したアセンブリの、好ましいが限定的ではないいくつかの特徴は以下のとおりであって、これらは個別にまたは組み合わせて採用され得る。
−  前記係着要素は柔軟性を有する。
−  前記係着要素はケーブルからなる。
−  さらに、前記ばねアセンブリは、前記中空体内に収容された第２の弾性変形可能な部材を備え、前記第２の部材は前記中空体の前記第１の端部の近傍に取り付けられており、前記係着要素は前記第２の部材が前記係着要素に張力をかける構成となるように前記第２の部材と協働し、前記係着要素は前記中空体内に収容されているとともに前記中空体の前記第１の端部及び前記ハウジングの前記底部から突出している。
−  前記ハウジングは前記第２の部分において形成されている。
−  前記第１の部材及び／または前記第２の部材は圧縮ばねを備える。
−  前記第１の部材及び前記第２の部材は圧縮ばねを備え、前記第２の部材は前記第１の部材の剛性より低い剛性を有する。
−  前記係着要素は前記中空体内に収容された肉厚部分を有し、前記第２の部材は前記肉厚部分に対する制止部をなすように構成されたロック部を備える。
−  さらに、前記係着要素は前記係着要素に取り付けられたストッパを備え、さらに前記中空体は、前記中空体の内壁に取り付けられた突起であって、前記ストッパと協働し、前記係着要素の前記ストッパに対する障害物をなすように構成された突起を備える。
−  さらに、前記中空体は、前記中空体の第２の端部の近傍に取り付けられたボルトを備え、前記第１の部材は前記ボルトに当接している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明の他の特徴、目的及び利点は、以下に続く詳細な説明と非限定的な例として与えられた添付の図面とを理解するに従い、明らかになる。
【００１８】
【図１ａ】図１ａは、本発明の実施形態のエグゾスケルトンの斜視図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａのエグゾスケルトンの足構造及び下脚構造の詳細図である。
【図２】図２は、本発明に係る第１の実施形態の足構造及び下脚構造の断面側面図である。
【図３ａ】図３ａは、足構造に張力が掛けられた図２の構造を斜め後ろから見た図である。
【図３ｂ】図３ｂは、足構造が曲げられた図２の構造を斜め後ろから見た図である。
【図４】図４は、図２の構造の運動学的な図である。
【図５】図５は、単一のアクチュエータが示された、本発明に係る第２の実施形態の足構造及び下脚構造を斜め後ろから見た簡略図である。
【図６ａ】図６ａは、図２の構造に用いられ得る第１の実施形態のアクチュエータの斜視図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａの一部の断面図である。
【図７】図７は、図２の構造に用いられ得る第２の実施形態のアクチュエータの斜視図である。
【図８ａ】図８ａは、図２の構造に用いられ得る第３の実施形態のアクチュエータの断面図である。
【図８ｂ】図８ｂは、図８ａのアクチュエータの斜視図である。
【図９】図９は、ばねアセンブリの例示的な実施形態を示す、図１ｂの細部である。
【図１０】図１０は、図９のばねアセンブリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係るエグゾスケルトン１は、
−  ユーザの足を受けるように構成された支持面４０を備える足構造４と、
−  ユーザの脚の下部、上部をそれぞれ受けるように構成された下脚構造２、上脚構造６と、
−  下脚構造２を上脚構造に接続している機械的膝リンク３と、
−  足構造４を下脚構造２に接続している機械的足関節リンク５と
を備える。
【００２０】
任意選択的に、エグゾスケルトン１は、
−  エグゾスケルトン１を装着したときにユーザの腎臓の背後に配置されるように構成されており、ハーネスまたはストラップによってユーザの骨盤に取り付けられ得る骨盤構造７と、
−  例えば背後または体側において、ユーザの臀部の一つに面して配置されるように構成された臀部構造８と
をさらに備え得る。
ここでは、臀部構造８は、ユーザの関連する臀部に対して側方に延在する。
【００２１】
好ましくは、エグゾスケルトン１は、エグゾスケルトン１の正中面Ｍに関して対称であり、右足構造４及び左足構造４、右脚構造及び左脚構造、右機械的膝リンク３及び左機械的膝リンク３、右臀部構造及び左臀部構造などを備える。
【００２２】
エグゾスケルトン１の正中面Ｍとは、ここではエグゾスケルトン１の右半分から左半分を分離する概念的な平面であると理解される。この面Ｍは矢状断面という名称でも知られる。
【００２３】
エグゾスケルトン１は、正中面Ｍに垂直な概念的な平面であってエグゾスケルトン１を前部と後部とに分離する前頭面Ｆをさらに備える。
【００２４】
以下では、説明を読みやすくするために、エグゾスケルトン１の一方の半分のみを説明する。この説明が、エグゾスケルトン１の正中面Ｍから右半分に対して対称である左半分に適宜変更して適用されることは当然に理解できる。
【００２５】
通常、機械的膝リンク３は、エグゾスケルトン１を装着したユーザが、特に歩行動作中に、膝を曲げることが可能なように枢動軸Ｙを有し得る。このために、機械的膝リンク３は、例えば、膝の枢動軸Ｙに対応する軸を有するピボットリンクを備え得る。一実施形態において、機械的膝リンクは、１自由度、すなわち枢動軸Ｙの周りの回動のみを有する。
【００２６】
膝の枢動軸Ｙは、ほぼ水平な面内において、エグゾスケルトン１の歩行方向に概して垂直に延在する。
【００２７】
機械的足関節リンク５はその一部として、第１の枢動軸Ｘ１を有する第１のピボットリンク５０と第２の枢動軸Ｘ２を有する第２のピボットリンク５２とを備える。一実施形態において、機械的足関節リンク５は、これらの２自由度のみを有する。本出願人は、実際には３自由度を有する機械的足関節リンクが機械的リンクの重量及び容積を著しく増加させることとなり、人間の歩行を再現して地形に適合するには２自由度のみで十分であることを見出した。
【００２８】
第１の枢動軸Ｘ１は、ユーザが足構造４内で自分の足を曲げ伸ばしすることができるように、機械的膝リンク３の枢動軸Ｙ１にほぼ平行である。この動作は、例えば、エグゾスケルトン１の前頭面Ｆにほぼ垂直な方向の歩行動作中に足が行う動作に相当する。
【００２９】
ほぼ平行であることにより、ここでは、第１の枢動軸Ｘ１は枢動軸Ｙに対して０°と約１５°の間に含まれる角度をなすと理解される。より具体的には、下脚構造２全体は、下脚構造を２つの等価な内側部分と外側部分とに分離する垂直面Ｐ１を提供し、この面Ｐ１がエグゾスケルトン１の正中面Ｍに対して、したがって歩行の方向に対して０°と約１５°の間に含まれる角度をなすことによって、エグゾスケルトン１の（両方の）足構造４はエグゾスケルトン１が立脚静止しているときに僅かに向きを違える。その場合に、第１の枢動軸Ｘ１はこの面Ｐ１に垂直である。例えば、第１の枢動軸Ｘ１は枢動軸Ｙに対して、６°と１０°の間に含まれる、典型的には８°の角度をなし得る。
【００３０】
つまり、下脚構造２が縦軸Ｚを規定する主方向に延在することを考慮すると、第１の枢動軸Ｘ１は、この縦軸にほぼ垂直な面内にあり、エグゾスケルトン１の歩行方向にほぼ垂直に、また面Ｐ１に垂直に延在する。
【００３１】
なお、実際は、下脚構造２の縦軸Ｚは、エグゾスケルトン１が立脚静止位置にあるときに、足構造４の支持面４０に対して、したがって地面に対して９０°と９５°の間に含まれる角度をなす。このように、第１の枢動軸Ｘ１は、エグゾスケルトン１が立脚静止しているときに、地面にほぼ平行な面内に含まれる。
【００３２】
第１の枢動軸Ｘ１は、好ましくは、エグゾスケルトン１を装着したユーザの足の内果及び外果において延在する。
【００３３】
これに対して第２の枢動軸Ｘ２は、第１の枢動軸Ｘ１に垂直な面内において延在し、エグゾスケルトン１が立脚静止しているときに、支持面４０に対して３０°と６０°の間に含まれる角度αをなす。この第２の枢動軸Ｘ２は、実質的に人間の足関節のヘンケの軸に相当し、エグゾスケルトン１の足構造４が内反及び回外の動作を行うことを可能とする。特に、面Ｐ１と正中面とが一致しない場合に、第２の枢動軸Ｘ２は面Ｐ１におけるヘンケの軸の投影に相当する。
【００３４】
好ましくは、第２の枢動軸Ｘ２は、エグゾスケルトン１が立脚静止しているときに、支持面４０に対して、４０°と５０°の間に含まれる、好ましくは４５°台の角度αをなす。これらの角度値によって、エグゾスケルトン１を装着したユーザのヘンケの軸の面Ｐ１における投影の実際の角度に近付いて、エグゾスケルトン１のエルゴノミック性を向上させることが可能となる。したがって、エグゾスケルトン１はより安定し、モータの不具合により影響を受けるおそれがあるユーザであって、それによりエグゾスケルトン１内の身体部分の動きを制御することができないおそれがあるユーザに対する傷害の危険性が低減される。
【００３５】
下脚構造２に対する足構造４の動きを制御するために、特に、エグゾスケルトン１は、足構造４と下脚構造２の間に取り付けられているとともに機械的足関節リンク５の第１及び第２の枢動軸Ｘ２の周りの足構造４の角度位置を制御するように構成された、並列の２つのアクチュエータ６０を備え得る。特に、並列のアクチュエータ６０は、下脚構造２の両側部及び足構造４の両側部から延在し得る。
【００３６】
ここでは、並列のアクチュエータ６０は、エグゾスケルトン１を装着したユーザのふくらはぎの内側部分及び外側部分に面して延在する。
【００３７】
並列の２つのアクチュエータ６０の実装には、１つの作動運動につき、いくつかのモータの動力の蓄積を可能とする利点がある。このような動力は、短期間に大きなトルクが必要とされる場合に、例えばエグゾスケルトン１及びそのユーザの転倒を防止するのに有利となり得る。さらに、アクチュエータ６０は下脚構造２に対して固定されており、これによって下脚構造２に対して運動している質量、したがって質量の慣性の低減が可能となる。
【００３８】
図５に概略的に示す第１の実施形態において、並列のアクチュエータ６０は、平行軸を備えていることが好ましい２つのギア６０を備え得る。本実施形態において、特に、ギア６０の各々は、
−  下脚構造２に取り付けられているとともに第１の枢動軸Ｘ１と同軸である駆動歯合部材６０ａであって、平、斜歯、または山歯かさの型のギアまたはギアホイールからなり得る駆動歯合部材６０ａと、
−  足構造４上に取り付けられているとともに第１の枢動軸Ｘ１に平行な回動軸と第２の枢動軸Ｘ２に対する回動軸とを有する出力歯合部材６０ｂであって、やはり平、斜歯、または山歯かさの型のギアまたはギアホイールからなり得る出力歯合部材６０ｂと
を備え得る。
【００３９】
アクチュエータ６０の寸法を低減するために、駆動歯合部材６０ａは好ましくはギアホイールを備えるのに対して、出力歯合部材６０ｂはギアリムセクタを備え得る。
【００４０】
ギア６０は、好ましくは、エグゾスケルトン１を装着したユーザの足の内果及び外果に面して配置される。
【００４１】
各ギア６０は、さらに、専用のモータ６０ｃによって回動される。通常、モータ６０ｃは下脚構造２に取り付けられ、エグゾスケルトン１の装着時にユーザのふくらはぎに面して配置され得る。
【００４２】
アクチュエータ６０の横方向寸法を抑制するには、モータがギア６０から分離して、プーリベルト方式の駆動システムに連結された、ギア６０の駆動歯合部材６０ａを駆動するのが好ましい。
【００４３】
さらに、各モータ６０ｃと、結合された駆動歯合部材６０ａの間に減速機構が設けられ得る。好ましくは、減速機構をモータ６０ｓと伝達機構の間に配置して、各アクチュエータ６０の容積を低減する。
【００４４】
第２の実施形態において、並列のアクチュエータ６０はそれぞれ、リニアアクチュエータ６２及びコネクティングロッド８０を備え得る。このために、特に、リニアアクチュエータ６２は下脚構造２に固設され得るのに対して、コネクティングロッド８０は、一方側において機械的リンク８２によってリニアアクチュエータ６２上に取り付けられ得るとともに、他方側においてボールジョイントリンク８４によって足構造４上に取り付けられ得ることにより、リニアアクチュエータ６２の並進が足構造４に対するコネクティングロッド８０の回動を生じさせる。
【００４５】
本実施形態は、構造的に単純、軽量、コンパクトであるという利点を有する。さらに、アクチュエータ６０の動きの伝達は、モータから作用する力とさほど容積を要しない足構造４の反作用とに耐えることが可能であるコネクティングロッド８０を直接に介して行われる。
【００４６】
各リニアアクチュエータ６２は、結合されたモータ６３によって駆動されるシリンダ６２を備え得る。
【００４７】
特に、シリンダ６２は、スクリューナット６６型またはボールスクリュー（ボールねじ）型であり得るとともに、この目的のために、モータ６３によって回動されるねじロッド６４と下脚構造２に対して回動するように取り付けられたナット６６とを備え得る。ボールスクリューには、可逆であって良好な性能を有するという利点もある。
【００４８】
この場合に、シリンダ６２の各々はエンコーダ２０に結合されて、好ましくはそれらの寸法を低減するように並列にモータ６３に取り付けられ得る。次いで、機構内のクリアランス及び雑音を最小化しながらモータ６３の効率を確保するとともに高回転速度に耐えるプーリベルト方式のシステムを用いて、エンコーダ２０に結合されたモータ６３の軸の回動の伝達が行われ得る。
【００４９】
その場合に、ナット６６の並進が、機械的リンク８２を用いてナット６６に取り付けられたコネクティングロッド８０の端部の並進を生じるように、コネクティングロッド８０はナット６６上に取り付けられ得る。
【００５０】
シリンダ６２を阻止し、または損傷させ得る、シリンダ６２のねじロッド６４への横方向力の作用を回避するように、ナット６６を、下脚構造２に取り付けられたスライド６８上に取り付けてもよい。
【００５１】
特に、スライド６８は、下脚構造２に取り付けられたガイトレール６９と、ガイドレール６９に沿って並進移動可能なキャリッジ７０とを備え得る。その場合に、ナット６６は、ナット６６に対するねじロッド６４の回動がスライド６８のガイドレール６９に沿ったナット６６及びキャリッジ７０の並進を生じるように、キャリッジ７０に取り付けられる。なお、特にナット６６がキャリッジ７０上にはめ込まれていない場合に、ナット６６及びキャリッジ７０は多様な動きをなし得る。このことは、図６ｂに示す実施形態の場合に顕著に当てはまる。
【００５２】
モータ６３とねじロッド６４の間、ねじロッド６４とナット６６の間、及び／またはナット６６とスライド６８の間の、シリンダ６２を損傷させ得る任意の位置決め誤差を補償するように、アクチュエータ６０はさらに、これらの生じ得る誤差を補償するように適応する手段を備える。
【００５３】
このために、図６ａ及び図６ｂに示す第１の実施形態によれば、アクチュエータ６０は、モータ６３の出力軸６３ａとねじロッド６４の間に取り付けられた剛性軸受７２を、ねじロッド６４とモータ６３の出力軸６３ａとのフレキシブルカップリング手段７３と組み合わせて備えることが可能であり、このような剛性軸受７２には、モータ６３の単一の軸受によっては支持されない負荷を支持してねじロッド６４の回動のガイドを確保するという利点がある。
【００５４】
本実施形態において、その場合にナット６６は、キャリッジ７０に対するねじロッド６４の主軸に沿ったナット６６の回動及び並進を阻止することが可能な機械的リンク７４を介して、キャリッジ７０に取り付けられ得る。
【００５５】
例えば、キャリッジ７０は、ナット６６を収容するとともにねじロッド６４が横断するように構成されたチャンバ７４ａを画定する壁部を備え得る。チャンバ７４ａの壁部の一つにおいて、ナット６６から突出する抗回動ピン７４ｃを収容するように構成された第１のポート７４ｂが形成され得る。好ましくは、チャンバ７４ａに面する壁部において、ナット６６の２つの抗回動ピン７４ｃに結合された２つのポート７４ｂを形成して、ナット６６の回動ロックを向上させる。一実施形態において、２つのポート７４ｂ及び２つの抗回動ピン７４ｃをねじロッド６４の軸に対して対称に配設して、当該ねじロッド６４への寄生力を生じないようにする。
【００５６】
適宜、これら２つのポート７４ｂを、ナット６６の並進移動のキャリッジ７０への伝達に併用してもよい。これに代えて、ナット６６から突出したローラ７４ｅを収容してキャリッジ７０をガイドレール６９に対して並進駆動するように各々が構成された２つのハウジング７４ｄを、チャンバ７４ａの壁部において形成してもよい。本変形実施形態において、抗回動ピン７４ｃを収容するポート７４ｂは、その場合、ポート７４ｂの主軸がねじロッド６４の軸に調心した楕円形状をなし得るものとなって、チャンバ７４ａの壁部に対するクリアランスを形成し、ねじロッド６４に対するナット６６の並進を阻止し得るミスアライメントを補償する。一実施形態において、２つのハウジング７４ｄ及び２つのローラ７４ｅをねじロッド６４の軸に対して対称に配設して、当該ねじロッド６４への寄生力を生じないようにする。
【００５７】
図６ａ及び図６ｂは、このような機械的リンクの例示的な実施形態を示す。本実施形態において、チャンバ７４ａは、ほぼ矩形をなし、ガイドレール６９に面する底壁と、底壁に対向する上壁と、底壁及び上壁につながった２つの側壁とを備える。２つのポート７４ｂは、ここでは長尺スロットの形状をなし、それぞれキャリッジ７０のチャンバ７４ａの底壁及び上壁に形成されている。ハウジング７４ｄは、同様に楕円形状をなし、チャンバ７４ａの側壁に形成されている。
【００５８】
さらに、機械的リンク７４は、例えば取付けによってナット６６に一体にあてがわれて取り付けられたリング６６ａと、リング６６ａ上に枢動可能に取り付けられた補助キャリッジ６６ｂとを備える。補助キャリッジ６６ｂ、リング６６ａ、及びナット６６は、キャリッジ７０のチャンバ７４ａに収容されている。
【００５９】
補助キャリッジ６６ｂは２つの対置された抗回動ピン７４ｃを備え、この抗回動ピン７４ｃは、ねじロッド６４の回動時にキャリッジ７０に対する補助キャリッジ６６ｂの回動を防止するように、突出し、かつキャリッジ７０のチャンバ７４ａの上壁及び底壁に形成されたポート７４ｂ中に収容されるように構成される。リング６６ａに対する補助キャリッジ６６ｂの枢動軸は抗回動ピン７４ｃどうしを結ぶ軸にほぼ平行である。
【００６０】
リング６６ａは、キャリッジ７０のハウジング７４ｄを貫通してスライド６８のキャリッジ７０を並進駆動するように構成されたローラ７４ｅをさらに備える。
【００６１】
図７に示す第２の実施形態によれば、アクチュエータ６０は、ねじロッド６４に対するナット６６の回転を阻止して下脚構造２に対する、したがってガイドレール６９に対するナット６６の並進を可能とする機械的リンク７６に結合された、モータ６３の出力軸６３ａとねじロッド６４の間に介在するピボットジョイント７５を備える。
【００６２】
特に、機械的リンク７６はユニバーサルジョイントを備え得る。
【００６３】
ピボットジョイント７５は、例えば２６００−２ＲＳ型の自己調心軸受からなる、自己調心玉軸受または自己調心ころ軸受を備え得る。自己調心軸受７５は、実際は、転がり要素を収容したリングの相対移動を可能とし、これによって、ねじロッド６４とガイドレール６９の間のミスアライメントの存在とは無関係にねじロッド６４の平衡案内を可能とする。
【００６４】
ねじロッド６４とモータ６３の出力軸６３ａとの調心上の何らかの不良を補償するように、ねじロッド６４とモータ６３の出力軸６３ａとのフレキシブルカップリング手段７３がさらに設けられ得る。
【００６５】
シリンダ６２は、摺動に関連する力を低減する軸受ブッシングに代えて玉軸受を備えたボールスクリュー型であることが好ましい。
【００６６】
第２の実施形態は、第１の実施形態より小容積であるとともに複雑でなく、第１の実施形態のローラ７４ｅとキャリッジ７０との線接触における摩擦に起因してナット６６に作用し得る寄生力を低減するという利点を有する。
【００６７】
図８ａ及び図８ｂに示す第３の実施形態によれば、アクチュエータ６０は、モータ６３の出力軸６３ａとねじロッド６４の間に介在する単純な機械軸受７６を備える一方、ナット６６は、例えばねじ止めまたは溶接によってスライド６８のキャリッジ７０上にはめ込まれている。
【００６８】
単純な機械軸受７６は、玉、ころ、軸受ブッシングなどの転がり要素が間に配置されるとともにケージにより互いに離間して保持された２つの同軸リングを有する、ピボット型の機械的リンクであると理解される。本実施形態によるアクチュエータ６０に実装され得る機械軸受７６は、例えば６２９−ＺＺ型の軸受を備える。
【００６９】
機械軸受７６は、好ましくは、ねじロッド６４と例えば部分６５からなる軸受７６のハウジングとの間のミスアライメントを補償する、５分角と１５分角の間に含まれる、典型的には約１０分角からなるミスアライメントを有する。本出願人は、実際、このような機械軸受７６は、自己調心軸受７５より複雑でなく、小容積であり、また低廉であって、部品製造不良と、特にねじロッド６４とモータ６３の出力軸６３ａとの間のミスアライメントとに起因するアクチュエータ６０への損傷を防止するのに実際上十分であるという知見を得た。実際、ねじロッド６４とモータ６３の出力軸６３ａとの間に、出力軸６３ａと当該出力軸が挿入されるねじロッド６４の穴との間に意図的なクリアランスを残す、数分角のミスアライメントが生じ得る。その場合に、軸６３ａとねじロッド６４の間の回動の伝達は、ミスアライメントを許容する障害物によって、例えば溝内のコッタによって達成され得る。この機械軸受７６により、出力軸６３ａの軸とねじロッド６４の軸との間に許容されることとなる同軸性の僅かな不良があることで、出力軸６３ａとねじロッド６４の間のフレキシブルカップリング手段の使用が省略される。最後に、フレキシブルカップリング手段７３から離間して自己調心軸受７５を配置する必要がある、したがってねじロッド６４の軸沿いに容積が増す第２の実施形態とは異なり、機械軸受７６は、モータ６３の出力軸６３ａに直接に配置され得る。
【００７０】
例えば、機械軸受７６は、玉軸受６２９−ＺＺのような、約１０分角のミスアライメントを有する玉軸受を備え得る。
【００７１】
第２の実施形態と比較して、スライド６８のキャリッジ７０上へのナット６６のはめ込みには、ナット６６におけるアクチュエータ６０の径方向寸法を大きく抑制するという利点があり、必要な部品の数を抑制することによって、アクチュエータ６０を構造的に簡略化する。さらに、ユニバーサルジョイントによってスライド６８上にナット６６を固定することにより、ナット６６とスライド６８の間に、大きなレバーアームを生じること、すなわちこのユニバーサルジョイント７６をはめ込み接続に置換することが可能な大きな距離がさらに生成され、ねじロッド６４によってスライド６８上に作用する力が減少する。
【００７２】
ユニバーサルジョイント７６をはめ込み接続に置換することは、軸受７６により許容される調心不良と機械部品の製造不良の制御が可能であることとを通して可能となる。
寄生力、特にナット６６及びスライド６８によってねじロッド６４に伝達され得る横方向力を低減し、そしてアクチュエータ６０を固定する危険性を低減するために、キャリッジ７０は、スライド６８のガイドレール６９上に並進移動可能に取り付けられた少なくとも２つのスライダ７０ａ、７０ｂを備え、その上に接続部７０ｃを一体に取り付けることが可能である。例えば、キャリッジ７０は二対のスライダ７０ａ、７０ｂを備え得るとともに、スライドは２つのガイドレール６９を備えて、スライダ７０ａ、７０ｂの各対がスライド６８に結合されたガイドレール６９上に取り付けられ得る。
【００７３】
その場合にナット６６は第１のスライダ７０ａにおいて接続部７０ｃにはめ込まれ得るのに対して、コネクティングロッド８０は第２のスライダ７０ｂにおいて接続部７０ｃ上に取り付けられ得る。このようにして、コネクティングロッド８０によってアクチュエータ６０に作用する横方向力は、ねじロッド６４に直接には伝達されずに、キャリッジ７０の２つのスライダ７０ａ、７０ｂによって部分的に負担され、これにより接続部７０ｃの変位、したがってコネクティングロッド８０へのナット６６の移動の伝達を保証しながら横方向力を減衰させる。
【００７４】
本実施形態の変形例において、ナット６６は、はめ込み接続に代えてピボットリンクを介してスライド６８に取り付けられ得る。このような構成によって、ねじロッド６４とスライド６８の間の径方向距離を低減させきることが可能となる。しかし、本出願人は、作製精度に関する制約は、機械的リンクがピボットリンクであれ、はめ込み接続であれ、実質的に同じであり、したがって、特に２つのスライダ７０ａ、７０ｂを備えたキャリッジ７０によって横方向力を部分的に負担する場合に、はめ込み接続が好ましいことを見出した。
【００７５】
最後に、特にコネクティングロッド８０によってねじロッド６４に作用し得る寄生力に対してより良好に耐えるように、ねじロッド６４の直径を、最初の２つの実施形態のねじロッドの直径と比較して増大させてもよく、これは全く等方的な解決手法を排除するものである。こうして、ねじロッドの直径は、例えば最初の２つの実施形態において１０ｍｍ台であり得る一方、第３の実施形態においては１２ｍｍであり得る。
【００７６】
なお、このようなねじロッド６４の直径の増大は、アクチュエータ６０の寸法を増大せることを意味しない。一方で、ねじロッド６４の直径を増大させることは、同じモータ６３を用いるロッド６４のピッチ、したがってナット６６のストロークの増大を含む。しかし、フレキシブルカップリング手段７３及び自己調心軸受７５に代わる単純な機械軸受７６の実装については、モータ６３の出力軸６３ａとねじロッド６４との間に必要とされる空間が縮小することにより、アクチュエータ６０の軸長を低減することが可能となる。
【００７７】
いかなる実施形態であっても、コネクティングロッド８０は、機械的リンク８２であって、ピボットリンク、ほぼ直交する軸の２つのピボットリンク、ボールジョイントリンク８４、または、ユニバーサルジョイントなどのフィンガーボールジョイントリンクを備え得る機械的リンク８２によってナット６６に取り付けられ得る。
【００７８】
図面に示す例において、コネクティングロッド８０は、例えば、ユニバーサルジョイント８２を備えたキャリッジ７０の第２部分に取り付けられている。本実施形態によって、コネクティングロッド８０と、ねじロッド６４の軸を有するシリンダ６２との間の機械的リンクの中心を調心し、これにより当該機構によってスライド６８に作用するモーメントを低減することが可能となる。
【００７９】
また、コネクティングロッド８０は、ボールジョイントリンク８４によって足構造４に取り付けられ得る。輻輳問題と足構造４へのアクチュエータ６０の力の伝達とに関して、コネクティングロッド８０は、好ましくは、例えばエグゾスケルトン１を装着したユーザのかかとに面して配置されるように構成された足構造４の領域からなる、足構造４の後部領域に取り付けられる。
【００８０】
最後に、コネクティングロッド８０は、シリンダ６２との機械的リンク及び足構造４とのボールジョイントリンクにおいて強固に継合された２つのアーム８６を備え得る。本実施形態によって、コネクティングロッド８０は、モータ６３に向かって並進中に、この場合にコネクティングロッド８０の２つのアームの間に配置され得るねじロッド６４と接触する危険性を伴わずに、ナット６６の移動に追随することが可能となり、さらに、２つのアームの存在には、コネクティングロッド８０に作用する引張力及び圧縮力のより良い吸収が可能となる利点がある。
【００８１】
特に、足構造４は、足関節構造が並列のアクチュエータ６０の制御によって２つの枢動軸の周りに枢動することを可能とするように、足構造４上と下脚構造２上とに受動ピボットリンク４４、４６により回動するように取り付けられた中間部４２を備え得る。
【００８２】
より具体的には、中間部４２は、受動ピボットリンク４４、４６を通じて下脚構造２上の第１の枢動軸Ｘ１の周りと足構造４上の第２の枢動軸Ｘ２の周りとに回動するように取り付けられ得る。
【００８３】
特に、第１の枢動軸Ｘ１の周りの受動ピボットリンク４４は、第１の枢動軸Ｘ１に中心を置いて足構造４の両側部において延在する、テーパーころ要素を有する軸受をＯまたはＸにおいて備えることが可能であり、このようなＯまたはＸにおける軸受は、横方向のかさばりが少なく、したがって障害物と接触する危険性を伴って歩行する場合にユーザに対する障害物を形成しない。例えば、６１９０４−ＺＺ型の２つの軸受を実装し得る。
【００８４】
したがって、この第１の受動ピボットリンク４４は、アクチュエータ６０が足構造４を第１の枢動軸Ｘ１に固定する危険性を伴わずに第２の枢動軸Ｘ２の周りに回動させることを可能とする。
【００８５】
第２の枢動軸Ｘ２の周りの受動ピボットリンク４６は、第２の枢動軸Ｘ２の両側部からの２つの軸受の挿入がエグゾスケルトン１を装着したユーザの足に衝合するのであれば、単一の軸受を備えることが好ましい。この第２の受動ピボットリンク４６は、例えば、ＮＫＩＢ型のスラスト玉軸受を有する複合ニードル軸受を備え得る。
【００８６】
このようにして、アクチュエータ６０の一方及び／または他方の作動は、特にコネクティングロッド８０に結合されたシリンダ６２の場合に、阻止の危険性を伴わずに足構造４の回動を生じる。
【００８７】
ここでは、足構造４は、足構造４にはめ込まれるとともに第２の枢動軸Ｘ２の周りの受動ピボットリンク４６を支持する固定部４８を備え、中間部４２は固定部４８上で第２の枢動軸Ｘ２の周りに回動するように取り付けられている。図面に示す実施形態において、コネクティングロッド８０は、受動ピボットリンク４６の両側部において、ボールジョイントリンク８４を介してこの係着要素４８に取り付けられている。したがって、このような構成は、足構造４内へのユーザの足の導入を妨げずにすむように、ユーザのかかとに隣接する領域においてコネクティングロッド８０を足構造４に取り付けることを容易化することができる。
【００８８】
エグゾスケルトン１を装着したユーザのくるぶしにおいて延在する第１の枢動軸Ｘ１の周りに回動する中間部４２の取付けを可能にするように、中間部４２は、足構造４に足が載置されたときにユーザの足関節を迂回するように構成されたＵ字部を有し、同時に中間部４２の受動ピボットリンク４４、４６をＵ字部のくるぶし部に対面させてもよい。当然ながら、中間部４２は簡単に単一の部品で実施され得るか、あるいは単一の部品を形成するように組み立てられるいくつかの要素を備え得ると理解される。
【００８９】
ここで、アクチュエータ６０がボールスクリュー型またはスクリューナット６６型のシリンダ６２とコネクティングロッド８０とを備える場合のエグゾスケルトン１の動作の例を説明する。２つのシリンダ６２は同一であり、したがって同じ長さ及び同じピッチのねじロッド６４、同じモータ６３、及び同一のロッド８０を備える。ねじロッド６４は、反時計方向または時計方向に回動され得る。
【００９０】
ナット６６をロッド６４の自由端に向かって並進させるように２つのねじロッド６４を等しく同時に動かす場合に、ナット６６に取り付けられたコネクティングロッド８０の端部は足構造４に向かって移動し、この場合にコネクティングロッド８０の反対側の端部は足構造４に、足構造４を第１の枢動軸Ｘ１の周りのみで枢動させようとする力を作用させる。この移動によって、エグゾスケルトン１を装着したユーザの足は曲げられるようになる。
【００９１】
ナット６６をモータ６３に向かって並進させるように２つのねじロッド６４を反対の回動方向に等しく同時に動かす場合に、ナット６６に取り付けられたコネクティングロッド８０の端部は、足構造４と反対側の方向に機械的膝リンク３まで動く。その場合にコネクティングロッド８０の反対側の端部は足構造４に、足構造４を第１の枢動軸Ｘ１の周りのみで反対方向に枢動させようとする力を作用させ、ユーザの足は伸ばせるようになる。
【００９２】
２つのねじロッド６４を異なる方向、例えば一方を反時計方向に、他方を時計方向に動かす場合に、コネクティングロッド８０の一方は足構造４の方向に変位するのに対して、コネクティングロッド８０の他方は反対方向に変位し、これによって第２の枢動軸Ｘ２の周りの足構造４の回動、したがって、各ねじロッド６４の回動の方向に内反及び回外の動きを行うことが可能となる。当然ながら、２つのナット６６のストロークは、足の向きをより良く調整するために、同一であっても異なっていてもよく、また必要であれば、第１の枢動軸Ｘ１及び／または第２の枢動軸Ｘ２の周りの足構造４の回動を引き起こす。
【００９３】
足構造４の制御は、各ねじロッド６４の回動の方向及びストロークの方向に応じて、非常に精度よくなされ得る。
【００９４】
エグゾスケルトン１は、また、立脚相の最後に足の離地に必要な推進力を与えるようにアクチュエータ６０のモータ６０ｃ、６３を解除するように構成されたシステム１００を備え得る。実際、立脚相の最後に、エグゾスケルトン１の歩行動作をまかなうのに枢動軸Ｘ１の周りに大きなトルクが必要である。
【００９５】
したがって、システム１００は、一方側において中間部４２に取り付けられるとともに他方側において下脚構造２に取り付けられ、立脚相中にのみ、特に足の離地中に、足構造４を付勢するように構成された圧縮ばねアセンブリを備え得る。
【００９６】
このために、ばねアセンブリ１００は、例えば、第１の端部１１２及び第２の端部１１４を備えるとともに第１の剛性を有する弾性変形可能な部材１２０を収容した中空体１１０を備え得る。
【００９７】
中空体１１０は、下脚構造２において形成されたハウジング１０５内に取り付けられている。当該ハウジングは底部１０６及びマウスピース１０８を備え、中空体１１０の第１の端部１１２は底部１０６に面する。さらに、底部１０６は、マウスピース１０８を外部に開放し、及び外部につなげ得る、またはカバーにより閉塞し得るスルーホール１０７を備える。
【００９８】
特に、弾性変改可能な部材１２０はばねを備え得る。中空体１１０は円筒形状または管形状をなし得る。
【００９９】
ばね１２０は、中空体１１０内に中空体１１０の端部１１２に当接したように取り付けられており、ハウジング１０５、中空体１１０、及びばね１２０内を通って第１の端部１１２から及びスルーホール１０７から突出した係着要素１３０に接続されている。この係着要素１３０は、さらに、足構造４に、例えば中間部４２において取り付けられている。
【０１００】
一実施形態において、係着要素１３０は柔軟性を有し、例えばケーブルを含み得る。この柔軟性を有する性質によって、係着要素１３０は足構造４の回転移動に適応し、ばねアセンブリ１００に引張力以外の力を伝達しない。以下において、ケーブルを含む係着要素１３０の場合について、本発明をより具体的に説明する。しかし、これは限定的ではなく、ケーブルは係着要素の一つの採り得る実施形態にすぎない。
【０１０１】
本目的は立脚相中、ひいては足を伸ばすときにモータ６０ｃ、６３を解除することであり、ケーブル１３０は、足構造４の後部領域に、好ましくは第１の枢動軸Ｘ１と足構造４のかかと部との間の領域内に取り付けられている。特に、ケーブル１３０は、例えば中間部４２に取り付けられて中間部４２に対してケーブル１３０を阻止するように構成された部分４３によって、中間部４２に取り付けられ得る。
【０１０２】
中空体１１０に収容されたばね１２０は、好ましくは中空体１１０と同軸である。
【０１０３】
ばね１２０とケーブル１３０との接続は、接着または溶接によってなされ得る。これに代えて、ばね１２０は、中空体１１０の第１の端部１１２から離れるほうに延伸するばね１２０の一部分に取り付けられたロック部１２２を備えてもよく、一方でケーブル１３０が、ロック部１２２に当接したように構成された肉厚部分１３２を有する。したがって、ケーブル１３０を中空体１１０の第２の端部１１４と反対側の方向に引き寄せることには、肉厚部分１３２をロック部１２２に接触させてばね１２０を圧縮する作用がある。
【０１０４】
ばね１２０の剛性及び長さは、足構造２に対する足構造４の位置にかかわらず、したがってエグゾスケルトン１の歩行相にかかわらず、確実にケーブル１３０に常時張力がかけられた状態となるように、ケーブル１３０の長さと下脚構造２に対して足構造４が移動し得る角度範囲とに応じて選定される。これによりユーザに不快となり得る何らかの突発的な引張りが回避されて、ばねアセンブリ１００の反応時間を改善することが可能となる。
【０１０５】
さらに、ケーブル１３０は、肉厚部分１３２と中空体１１０内に収容されたケーブル１３０の端部との間においてケーブル１３０に取り付けられ、または一体に形成されたストッパ１３４を備え、ストッパ１３４は、中空体１１０内に取り付けられてストッパ１３４に対する障害物をなす突起１１６と協働するように構成されており、突起１１６は例えばカラーの形状を有し得る。ストッパ１３４自体はケーブル１３０の端部に取り付けられ得る。
【０１０６】
最後に、ばねアセンブリ１００は、中空体１１０の周囲のハウジング１０５内に配置された有効ばね１４０を備える。有効ばね１４０は、下脚構造２のハウジング１０５の底部１０６と中空体１１０上に形成された支持ストップ１１８との間に支持及び圧縮されている。したがって、有効ばね１４０及び中空体１１０は同軸であり、中空体１１０は有効ばね１４０に対する支持体をなす。特に、中空体１１０の支持ストップ１１８は、中空体１１０の第２の端部１１４の近傍に取り付けられ、中空体１１０に対する支持ストップ１１８の変位を生じさせること、したがって有効ばね１４０の剛性の調整を可能とするためにボルトを備え得る。
【０１０７】
このようにして、ケーブル１３０に引張力が作用するときに、肉厚部分１３２が中空体１１０内で移動し、ストッパ１３４が突起１１６に接触するまでばね１２０を圧縮し、中空体１１０に対するケーブル１３０の相対移動及びばね１２０の相対移動を阻止する。こうして、ケーブル１３０は、突起１１６によって並進を阻止され、それ以上ばね１２０を圧縮しなくなり得る。足構造４がケーブル１３０を引き寄せ続けると、ケーブル１３０、中空体１１０、及び支持ストップ１１８によって形成されたアセンブリは、支持ストップ１１８とハウジング１０５の底部１０６との間にばね１４０を圧縮しながら移動し、ハウジング１０５は下脚構造２と一体に動く。
【０１０８】
ばねアセンブリ１００は、本構成が、足構造４が地面上で支持相を開始する場合に対応するように寸法が決められ得る。
【０１０９】
有効ばね１４０の剛性は、好ましくは、ストッパ１３４が突起１１６に接触しないときには中空体１１０に収容されたばね１２０のみが圧縮されることが確実となるように、中空体１１０内に収容されたばね１２０の剛性より大きい。この相において、モータ６０ｃ、６３を解除することは、実際は必要ない。次いで、ストッパ１３４が突起１１６に当接すると、ケーブル１３０は有効ばね１４０を圧縮しやすくすることとなる張力を中空体１１０に作用させ、これにより足構造４に第１の枢動軸Ｘ１の周りのトルクを生成して足を緊張させ、アクチュエータ６０のモータ６０ｃ、６３を解除して歩行周期中に足の離地に推進力を付与するように支援する。
【０１１０】
当然ながら、中空体１１０に収容されたばね１２０及び／または有効ばね１４０に代えて、剛性を有する他の弾性部材を実装し得ることは理解される。
【０１１１】
さらに、本明細書で説明したエグゾスケルトン１にかかわらず、装置のある一定の動作相中にのみ力の作用を必要とする任意の装置に、圧縮ばねアセンブリ１００を実装し得る。したがって、本ばねアセンブリ１００の説明は、有効ばね１４０を支持する中空体１１０が取り付けられ得る第１の部分と、第１の部分に対して可動であって力を作用させる有効ばね１４０の他端が取り付けられ得る第２の部分とを備える任意の装置にあてはまる。その場合に、係着要素１３０は第２の部分に取り付けられて、第２の部分が第１の部分に対して移動するときに中空体１１０内に収容されたばね１２０に力を作用させるようにし、第２の部分が、係着要素、ばね１２０、及び中空体１１０が連携して移動する起点からあらかじめ定義された閾値に達するまで、有効ばね１４０のみが付勢されて両部分に力を作用させる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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