(57)【要約】受動的な人口膝は、膝ジョイントにおいて回転可能に連結された第１および第２のリンク、第２のリンクに回転可能に連結された受動的な圧縮力発生器、および、第１のリンクに連結された解放機構を有する。第１および第２のリンクの相対角度がトグル角度より小さいとき、解放機構は第１の動作モードでロックし、力発生器が圧縮して第１のリンクに対する第２のリンクの屈曲に抵抗する。相対角度がトグル角度よりも大きいとき、力発生器は脱圧縮して、第１のリンクに対する第２のリンクの屈曲を支援する。力発生器が実質的に伸長し、圧縮力が実質的に小さいとき、解放機構は第２の動作モードに移行し、力発生器は第２のリンクの第１のリンクからの伸長および屈曲に抵抗したり、支援したりしない。【選択図】図１
2018518318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動的な動力抑制的人工膝において、
第１のリンクと、
上記第１のリンクに膝ジョイントにおいて回転可能に連結された第２のリンクと、
受動的な圧縮力発生器であって、当該圧縮力発生器の第１の端部から上記第２のリンクに回転可能に連結され、上記第１の端部と上記圧縮力発生器の第２の端部との間に圧縮力を生成することが可能な、上記受動的な圧縮力発生器と、
上記第１のリンクに連結された解放機構であって、当該解放機構は、少なくとも第１の動作モードおよび第２の動作モードを具備し、上記第１の動作モードにおいて、上記解放機構は上記圧縮力発生器の上記第２の端部を上記第１のリンクに連結し、上記第２の動作モードにおいて、上記解放機構は上記圧縮力発生器の上記第２の端部を上記第１のリンクに連結しない、上記解放機構とを有し、
上記第２のリンクが上記第１のリンクの方向に屈曲して上記第２のリンクの上記第１のリンクに対する角度がトグル角度より小さいとき、上記解放機構が上記第１の動作モードに移行し、上記圧縮力発生器が圧縮されるようになり、上記解放機構を上記第１の動作モードにロックし、上記第２のリンクの上記第１のリンクに対する屈曲に抵抗し、
上記第２のリンクが上記第１のリンクの方向に屈曲して上記第２のリンクの上記第１のリンクに対する角度が上記トグル角度より大きいとき、上記解放機構は上記第１の動作モードを維持し、上記圧縮力発生器が非圧縮状態になり上記第２のリンクの上記第１のリンクに対する屈曲を支援し、
上記圧縮力発生器が実質的に伸長されて上記圧縮力が実質的に小さいときに、上記解放機構は上記第２の動作モードに移行し、
上記解放機構が上記第２の動作モードにあるときに、上記圧縮力発生器が上記第２のリンクの上記第１のリンクに対する、伸長および屈曲に抵抗したり支援したりしないことを特徴とする受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項２】
上記第１のリンクは、使用者の大腿部と一体に移動するように構成可能であり、上記第２のリンクは、使用者の脛部と一体的に動くように構成可能である請求項１記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項３】
上記第１のリンクは、使用者の脛部と一体に移動するように構成可能であり、上記第２のリンクは、使用者の大腿部と一致して動くように構成可能である請求項１記載の外骨格。
【請求項４】
上記第１のリンクは、上記第１のリンクを使用者の脛部に連結するための第１のコネクタを有し、上記第２のリンクは、上記第２のリンクを使用者の大腿部に連結する第２のコネクタを含む請求項１記載の外骨格。
【請求項５】
上記第１のリンクは、上記第１のリンクを使用者の大腿部に連結するための第１のコネクタを有し、上記第２のリンクは、上記第２のリンクを使用者の脛部に連結する第２のコネクタを含む請求項１記載の外骨格。
【請求項６】
上記解放機構が、
上記第１のリンクに回転可能に連結された保持ブロックと、
上記保持ブロック内の拘束経路であって、上記力発生器の上記第２の端部が上記保持ブロック内の上記拘束経路にそって移動できるようにする、上記拘束経路と、
上記力発生器の上記第２の端部の上記保持ブロック内の動きを阻止できる移動ブロックと、
トリガーバネであって、当該トリガーバネの第１の端部から上記移動ブロックへと連結され、当該トリガーバネの第２の端部から上記第１のリンクへと連結される、上記トリガーバネとを有し、
上記解放機構が第１の動作モードにあるとき、上記移動ブロックは、上記力発生器の力によってそのスロット内に静止して保持され、上記トリガーバネは、その第２の端部により引っ張られ、上記移動ブロックに引っ張り力を加え、
上記解放機構が第２の動作モードにあるとき、上記移動ブロックおよび上記トリガーバネが、上記第２のリンクの上記第１のリンクに対する動きにより移動し、上記移動ブロックは上記力発生器の第２の端部の動きを阻止しない、請求項１記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項７】
上記トリガーバネの上記第２の端部が、上記第１のリンクのカムスロット内を移動する案内片に連結されており、
上記解放機構が上記第１の動作モードにあり、上記第２のリンクが屈曲するとき、上記案内片が上記カム溝に沿って移動し、それによって上記引っ張り力が増大し、
上記解放機構が上記第２の動作モードであるときに、上記第２のリンクが上記第１のリンクに対して伸長するならば、上記案内片が上記カムスロットに沿って移動し、それにより、上記移動ブロックを押す、請求項６記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項８】
上記解放機構が、
上記第２のリンクに回転可能に連結されたフックと、
上記第２のリンク内の拘束経路であって、上記力発生器の上記第２の端部が、上記拘束経路に沿って動くことができるようにする、上記拘束経路と、
トリガーバネであって、当該トリガーバネの第１の端部から上記フックに連結され、当該トリガーバネの第２の端部から上記力発生器に連結される、上記トリガーバネと、
リターンバネであって、当該リターンバネの第１の端部から上記フックに連結され、当該リターンバネの第２の端部から上記第２のリンクに連結される、上記リターンバネとを有し、
上記解放機構が上記第１の動作モードであるときに、上記フックが上記力発生器によって印加される摩擦力によって静止状態に保持され、上記トリガーバネがその第２端部によって引っ張られ、上記フックに引張力を印加し、
上記解放機構が第２の動作モードのときに、上記フックが上記トリガーバネの引張力によって移動させられ、もって、上記フックが上記力発生器の上記第２の端部の動きを阻止しない、請求項１記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項９】
使用者の足部に連結することができる短下肢装具をさらに有する、請求項１記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項１０】
上記短下肢装具は、上記第１のリンクまたは上記第２のリンクに接続可能である、請求項９記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項１１】
上記短下肢装具は、堅固なＡＦＯ、適合的なＡＦＯ、ヒンジ構造のＡＦＯ、非ヒンジ構造のＡＦＯ、底屈曲ストップＡＦＯ、標準後部リーフバネＡＦＯ、エネルギ復元ＡＦＯ、堅固なＡＦＯ、アメリカマツ曲げを具備するＡＦＯ、反斜面（ａｎｔｉ−ｔａｌｕｓ）のＡＦＯ、反斜面（ａｎｔｉ−ｔａｌｕｓ）のＡＦＯ（前面シェルまたは前方にシェルがある）、自由動きくるぶしジョイント付きのＡＦＯ、調整可能な堅固なくるぶしジョイント付きのＡＦＯ、バネ負荷くるぶしジョイント付きのＡＦＯ、および、調整可能なバネ負荷くるぶしジョイント付きのＡＦＯからなるグループから選択された、内部または外部の短下肢装具、あるいは、内部または外部の短下肢装具の組み合わせを有する、請求項９記載の受動的な動力抑制的人口膝。
【請求項１２】
上記使用者の上半身に結合されるように構成可能な外骨格トランクをさらに有し、上記外骨格トランクは、
使用者の胴に結合することができる胴体リンクと、
上記胴体リンクに回転可能に結合されるように構成されたトランク大腿部リンクとを含む請求項１記載の受動的な動力抑制的人口膝。
【請求項１３】
上記トランク大腿部リンクは、上記第１のリンクおよび上記第２のリンクからなるセットから選択されたリンクに結合される請求項１２記載の受動的な動力抑制的人口膝。
【請求項１４】
上記胴体リンクと上記トランク大腿部リンクとの間にトルクを付与することができるアクチュエータをさらに有する請求項１２記載の受動的な動力抑制的人口膝。
【請求項１５】
使用者の足に結合することができる短下肢装具をさらに有する、請求項１２記載の受動的な動力抑制的人口膝。
【請求項１６】
上記短下肢装具が、上記第１のリンクと上記第２のリンクからなるセットから選択されたリンクに連結される、請求項１５記載の外骨格。
【請求項１７】
上記胴体リンクと上記トランク大腿部リンクとの間にトルクを付与することができるアクチュエータをさらに有する請求項１５記載の受動的な動力抑制的人口膝。
【請求項１８】
上記短下肢装具は、堅固なＡＦＯ、適合的なＡＦＯ、ヒンジ構造のＡＦＯ、非ヒンジ構造のＡＦＯ、底屈曲ストップＡＦＯ、標準後部リーフバネＡＦＯ、エネルギ復元ＡＦＯ、堅固なＡＦＯ、アメリカマツ曲げを具備するＡＦＯ、反斜面（ａｎｔｉ−ｔａｌｕｓ）のＡＦＯ、反斜面（ａｎｔｉ−ｔａｌｕｓ）のＡＦＯ（前面シェルまたは前方にシェルがある）、自由動きくるぶしジョイント付きのＡＦＯ、調整可能な堅固なくるぶしジョイント付きのＡＦＯ、バネ負荷くるぶしジョイント付きのＡＦＯ、および、調整可能なバネ負荷くるぶしジョイント付きのＡＦＯからなるグループから選択された、内部または外部の短下肢装具、あるいは、内部または外部の短下肢装具の組み合わせを有する、請求項１５記載の受動的な動力抑制的人口膝。
【請求項１９】
受動的な動力抑制的人工膝において、
大腿部リンクと、
上記大腿部リンクに膝ジョイントにおいて回転可能に連結された脛部リンクと、
受動的な圧縮力発生器であって、当該圧縮力発生器の第１の端部から上記脛部リンクに回転可能に連結され、上記第１の端部と上記圧縮力発生器の第２の端部との間に圧縮力を生成することが可能な、上記受動的な圧縮力発生器と、
上記大腿部リンクに連結された解放機構であって、当該解放機構は、少なくとも第１の動作モードおよび第２の動作モードを具備し、上記第１の動作モードにおいて、上記解放機構は上記圧縮力発生器の上記第２の端部を上記大腿部リンクに連結し、上記第２の動作モードにおいて、上記解放機構は上記圧縮力発生器の上記第２の端部を上記大腿部リンクに連結しない、上記解放機構とを有し、
上記脛部リンクが上記大腿部リンクの方向に屈曲して上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する角度がトグル角度より小さいとき、上記解放機構が上記第１の動作モードに移行し、上記圧縮力発生器が圧縮されるようになり、上記解放機構を上記第１の動作モードにロックし、上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する屈曲に抵抗し、
上記脛部リンクが上記大腿部リンクの方向に屈曲して上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する角度が上記トグル角度より大きいとき、上記解放機構は上記第１の動作モードを維持し、上記圧縮力発生器が非圧縮状態になり上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する屈曲を支援し、
上記圧縮力発生器が実質的に伸長されて上記圧縮力が実質的に小さいときに、上記解放機構は上記第２の動作モードに移行し、
上記解放機構が上記第２の動作モードにあるときに、上記圧縮力発生器が上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する、伸長および屈曲に抵抗したり支援したりしないことを特徴とする受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項２０】
上記解放機構が、
上記大腿部リンクに回転可能に連結された保持ブロックと、
上記保持ブロック内の拘束経路であって、上記力発生器の上記第２の端部が上記保持ブロック内の上記拘束経路にそって移動できるようにする、上記拘束経路と、
上記大腿部リンクのカムスロット内を移動する案内片と、
上記力発生器の上記第２の端部の上記保持ブロック内の動きを阻止できる移動ブロックと、
トリガーバネであって、当該トリガーバネの第１の端部から上記移動ブロックへと連結され、当該トリガーバネの第２の端部から上記大腿部リンクへと連結される、上記トリガーバネとを有し、
上記解放機構が第１の動作モードにあるとき、上記移動ブロックは、上記力発生器の力によってそのスロット内に静止して保持され、上記トリガーバネは、その第２の端部により引っ張られ、上記移動ブロックに引っ張り力を加え、
上記解放機構が第２の動作モードにあるとき、上記移動ブロックおよび上記トリガーバネが、上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する動きにより移動し、上記移動ブロックは上記力発生器の第２の端部の動きを阻止しない、請求項１９記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項２１】
上記解放機構が、
上記大腿部リンクに回転可能に連結されたフックと、
上記大腿部リンク内の拘束経路であって、上記力発生器の上記第２の端部が、上記拘束経路に沿って動くことができるようにする、上記拘束経路と、
トリガーバネであって、当該トリガーバネの第１の端部から上記フックに連結され、当該トリガーバネの第２の端部から上記力発生器に連結される、上記トリガーバネと、
リターンバネであって、当該リターンバネの第１の端部から上記フックに連結され、当該リターンバネの第２の端部から上記大腿部リンクに連結される、上記リターンバネとを有し、
上記解放機構が上記第１の動作モードであるときに、上記フックが上記力発生器によって印加される摩擦力によって静止状態に保持され、上記トリガーバネがその第２端部によって引っ張られ、上記フックに引張力を印加し、
上記解放機構が第２の動作モードのときに、上記フックが上記トリガーバネの引張力によって移動させられ、もって、上記フックが上記力発生器の上記第２の端部の動きを阻止しない、請求項１９記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項２２】
受動的な動力抑制的人工膝において、
大腿部リンクと、
上記大腿部リンクに膝ジョイントにおいて回転可能に連結された脛部リンクと、
受動的な圧縮力発生器であって、当該圧縮力発生器の第１の端部から上記大腿部リンクに回転可能に連結され、上記第１の端部と上記圧縮力発生器の第２の端部との間に圧縮力を生成することが可能な、上記受動的な圧縮力発生器と、
上記脛部リンクに連結された解放機構であって、当該解放機構は、少なくとも第１の動作モードおよび第２の動作モードを具備し、上記第１の動作モードにおいて、上記解放機構は上記圧縮力発生器の上記第２の端部を上記脛部リンクに連結し、上記第２の動作モードにおいて、上記解放機構は上記圧縮力発生器の上記第２の端部を上記脛部リンクに連結しない、上記解放機構とを有し、
上記脛部リンクが上記大腿部リンクの方向に屈曲して上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する角度がトグル角度より小さいとき、上記解放機構が上記第１の動作モードに移行し、上記圧縮力発生器が圧縮されるようになり、上記解放機構を上記第１の動作モードにロックし、上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する屈曲に抵抗し、
上記脛部リンクが上記大腿部リンクの方向に屈曲して上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する角度が上記トグル角度より大きいとき、上記解放機構は上記第１の動作モードを維持し、上記圧縮力発生器が非圧縮状態になり上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する屈曲を支援し、
上記圧縮力発生器が実質的に伸長されて上記圧縮力が実質的に小さいときに、上記解放機構は上記第２の動作モードに移行し、
上記解放機構が上記第２の動作モードにあるときに、上記圧縮力発生器が上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する、伸長および屈曲に抵抗したり支援したりしないことを特徴とする受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項２３】
上記解放機構が、
上記脛部リンクに回転可能に連結された保持ブロックと、
上記保持ブロック内の拘束経路であって、上記力発生器の上記第２の端部が上記保持ブロック内の上記拘束経路にそって移動できるようにする、上記拘束経路と、
上記脛部リンクのカムスロット内を移動する案内片と、
上記力発生器の上記第２の端部の上記保持ブロック内の動きを阻止できる移動ブロックと、
トリガーバネであって、当該トリガーバネの第１の端部から上記移動ブロックへと連結され、当該トリガーバネの第２の端部から上記脛部リンクへと連結される、上記トリガーバネとを有し、
上記解放機構が第１の動作モードにあるとき、上記移動ブロックは、上記力発生器の力によってそのスロット内に静止して保持され、上記トリガーバネは、その第２の端部により引っ張られ、上記移動ブロックに引っ張り力を加え、
上記解放機構が第２の動作モードにあるとき、上記移動ブロックおよび上記トリガーバネが、上記脛部リンクの上記大腿部リンクに対する動きにより移動し、上記移動ブロックは上記力発生器の第２の端部の動きを阻止しない、請求項２２記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【請求項２４】
上記解放機構が、
上記脛部リンクに回転可能に連結されたフックと、
上記脛部リンク内の拘束経路であって、上記力発生器の上記第２の端部が、上記拘束経路に沿って動くことができるようにする、上記拘束経路と、
トリガーバネであって、当該トリガーバネの第１の端部から上記フックに連結され、当該トリガーバネの第２の端部から上記力発生器に連結される、上記トリガーバネと、
リターンバネであって、当該リターンバネの第１の端部から上記フックに連結され、当該リターンバネの第２の端部から上記脛部リンクに連結される、上記リターンバネとを有し、
上記解放機構が上記第１の動作モードであるときに、上記フックが上記力発生器によって印加される摩擦力によって静止状態に保持され、上記トリガーバネがその第２端部によって引っ張られ、上記フックに引張力を印加し、
上記解放機構が第２の動作モードのときに、上記フックが上記トリガーバネの引張力によって移動させられ、もって、上記フックが上記力発生器の上記第２の端部の動きを阻止しない、請求項１９記載の受動的な動力抑制的人工膝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工下肢装具および矯正システムの技術に関し、より詳細には、種々の矯正用途に使用することができる受動的動力抑制的人工膝に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な長下肢装具（ＫＡＦＯ、ｋｎｅｅ−ａｎｋｌｅ−ｆｏｏｔ  ｏｒｔｈｏｓｉｓ）は、歩行の体重を支える段階の間に患者の安定性を高めるために使用される。伝統的なＫＡＦＯは膝を完全に固定し、安定性を提供する。このロックされた姿勢は、患者が偏差をもって歩行することとなり、使い過ぎによる傷害をもたらす。スタンス制御装具（ＳＣＯ）は、歩行サイクルのスイングフェーズ中に使用者の膝が曲がることを可能にし、スタンスフェーズ中の安定性のために膝の屈曲を防止する。スイングフェーズ中に膝が曲がることを可能にすることにより、ＳＣＯはより自然な歩行を可能にし、歩行補償による副次的な合併症を軽減し、使用者がより少ない労力で歩くことを可能にする。
【０００３】
一般的に、スタンス制御装具は知られている。一例として、Ｆｉｌｌａｕｅｒの米国特許出願公開第２００３／０１５３８５４号は、スイングフェーズロック（ＳＰＬ）装具用の重力作動型膝関節固定システムを教示している。スイングフェーズロック装具は、大腿部リンク（使用者の大腿部と一斉に動く部材）に取り付けられた簡単な内部振り子機構を使用する。大腿部リンクが動くと、振り子揺動運動は、大腿部リンクに対して脛部リンク（使用者の脛部と一致して動く部材）をロックし、また、ロック解除する。これにより、歩行サイクルの様々な段階の膝関節のロックおよびロック解除が可能になる。
【０００４】
別の例として、Ｏｔｔｏｂｏｃｋ（ＦｒｅｅＷａｌｋ）によるスタンス制御装具およびＢｅｃｋｅｒ（ＵＴＸ）による長下肢装具（ｋｎｅｅ−ａｎｋｌｅ−ｆｏｏｔ  ｏｒｔｈｏｓｉｓ）は、同様の原理に基づいて動作する。すなわち、スタンスフェーズの終わりに足を背屈（ｄｏｒｓｉｆｌｅｘｉｏｎ）させると、膝関節のロック機構に接続された制御可能なケーブルが引かれる。この引っ張り動作は、ロック機構を解除してスイングを可能にする。ロック機構は、膝が完全に伸長したときにばね負荷され、膝をロックする。
【０００５】
別の例では、Ｏｔｔｏｂｏｃｋ（Ｓｅｎｓｏｒ  Ｗａｌｋ）による装具は、膝関節のロックおよびロック解除のために膝関節にラップバネを使用する。この装具は、２組のセンサを含み、１つは膝の位置のセンサで、膝の角度を測定し、もう一つは足板の位置のセンサで、足と床との間の力を測定する。この装具は、解剖学的膝関節を支持する制動能力を提供するために側方膝関節に取って代わるラップ・バネ・クラッチと；マイクロプロセッサ制御のブレーキ用の開始装置（リリース）と；電子回路と；ウエストパックに収納されたバッテリーパックとをさらに含む。体重が反対側に移されたとき、足板にあるセンサは、ラップ・バネ・クラッチを外し、後期姿勢段階で膝を曲げることを可能にし、片足支持に備える。膝センサは、つま先が離れたのちに膝の伸長を感知し、マイクロプロセッサに信号を送り、これがラップ・バネ・クラッチをそのロック位置に移行させる。
【０００６】
米国特許第６，６３５，０２４号に教示されているホートンスタンスコントロール装具（Ｈｏｒｔｏｎ  Ｓｔａｎｃｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｏｒｔｈｏｓｉｓ）は、プッシュロッドの助けを借りて膝をロックおよびロック解除するロック機構を含む。プッシュロッドは、かかとと膝の間に配置される。プッシュロッドは、ヒールストライクで膝をロックし、スタンスフェーズが終わろうとするときに膝をロック解除する。この装置は、任意の角度で膝をロックする。
【０００７】
上述した装置を考慮すると、簡単かつ経済的に構成され、歩行中に着用者を支援するスタンス制御装具を提供する必要がある。また、センサや電源を必要としない矯正装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１５３８５４号
【特許文献２】米国特許第６，６３５，０２４号
【発明の開示】
【０００９】
この発明は、受動的な動力抑制的（パワーコンサーバティブ）な人工膝に向けられている。とくに、この発明は、人口膝および種々の外骨格システムにおけるその利用を説明し、ここでは、受動的な力発生器（例えばバネアクチュエータ）を用いて初期スタンス（スタンスフェーズの初期の部分）の間に膝屈曲を妨げる。スタンスフェーズの一部の間のエネルギが受動的な力発生器において蓄積され、つぎに後のスタンス（スタンスフェーズの遅い部分）で解放されて、スイング（脚部のスイング）中に十分な屈曲を実現して地面をクリアにする。この装置は、膝ジョイントにおいて相互に回転可能に連結された大腿部リンクおよび脛部リンクを備える。受動的な圧縮力発生器（例えば、気体バネアクチュエータ）が、第１の端部から脛部リンクまたは大腿部リンクのいずれかに回転可能に結合される。スタンス（スタンスフェーズ）中に、脛部リンクが大腿部リンクに向かって屈曲し、大腿部リンクに対する脛部リンクの角度が予め定められたトグル角度よりも小さいとき、力発生器は圧縮され（エネルギが蓄積される）、大腿部リンクに対する脛部の屈曲に抵抗する。脛部リンクが大腿部リンクに向かって屈曲し、大腿部リンクに対する脛部リンクの角度がトグル角度より大きいとき、圧縮力発生器は脱圧縮され（エネルギが解放される）、脛部リンクの大腿部リンクに対する屈曲を支援する。スイングフェーズ中に力発生器が実質的に伸長し、圧縮力が屈曲の終了に向かって実質的に小さいとき、力発生器は、大腿部リンクからの脛部の伸長および屈曲に抵抗したり、支援したりしなくなる。これは、脛部リンクがスイング中に自由に伸びることができることを意味する。本明細書に記載の人工膝は、着用者の膝の上だけでなく、腰、足首または足部の外骨格と併せて装着することもできる。これは、様々な医療、民生および軍事用途での外骨格膝の使用のための大きな柔軟性を与える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の受動的な動力抑制的人工膝の一実施例を示す図である。
【図２】解放機構１０８が第１の動作モードであり、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して軸８０１に沿って脛部リンク１０４にトルクを付与するようになっているこの発明の実施例を示す。
【図３】大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の膝角度１１８を示しており、他の部分は分かりやすくするために除去されている。
【図４】大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の角度がトグル角度１１２と等しく、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して脛部リンク１０４にトルクを与えない、この発明の実施例を示す。
【図５】解放機構１０８が第１の動作モードにあり、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して軸８００に沿って脛部リンク１０４にトルクを付与するようになっている、この発明の実施例を示す。
【図６】解放機構１０８がその第１の動作モードにあり、力発生器１０６がその自然長に達し、力発生器の力がゼロまたはゼロに近いようになっている、この発明の実施例を示す。
【図７】解放機構１０８が第２の動作モードにあり、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に対して方向８００に沿って回転するとき、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して脛部リンク１０４にトルクを付与しないようになっている、この発明の実施例を示す。
【図８】解放機構１０８が第２の動作モードにあり、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に対して方向８０１に沿って回転するとき、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して脛部リンク１０４にトルクを付与しないようになっている、この発明の実施例を示す。
【図９】大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の角度が異なる図８の態様を示す。
【図１０】解放機構１０８がその第２の動作モードから再び第１の動作モードに移行するこの発明の実施例を示す。
【図１１】明確化のために他の部分が除去された第１の動作モードにおける一実施例における解放機構１０８の実施例を示す。
【図１２】明確化のために他の部分が除去された第２の動作モードにおける一実施例の解放機構１０８の実施例を示す。
【図１３】第１の動作モードにあるときの一実施例における解放機構１０８が詳細に示す。
【図１４】第２の動作モードにあるときの一実施例の解放機構１０８の詳細を示す。
【図１５】この発明の他の実施例（第２実施例）を示す。
【図１６】解放機構３０８がその第１の動作モードにあり、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して軸８０１に沿って脛部リンク１０４にトルクを付与するようになっている、この発明の第２の実施例を示す。
【図１７】第２の実施例において明確化のために他の部分が除去されている、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の角度である膝角度１１８を示す。
【図１８】大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の角度がトグル角度１１２に等しく、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して脛部リンク１０４にトルクを与えない、この発明の第２の実施例を示す。
【図１９】解放機構３０８が第１の動作モードにあり、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して軸８００に沿って脛部リンク１０４にトルクを付与するようになっている、この発明の第２の実施例を示す。
【図２０】解放機構３０８がその第１の動作モードにあり、力発生器１０６がその自然長に達し、力発生器１０６の力が小さいかまたはゼロに近いようになっている、この発明の第２の実施例を示す。
【図２１】解放機構３０８が第２の動作モードにあり、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に対して相対的に回転するときに、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して脛部リンク１０４にトルクを供給しないようになっている、この発明の第２の実施例を示す。
【図２２】解放機構３０８が第２の動作モードにあり、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に対して相対的に方向に沿って回転するときに、力発生器１０６が大腿部リンク１０２に対して脛部リンク１０４にトルクを供給しないようになっている、この発明の第２の実施例を示す。
【図２３】脛部リンク１０４の大腿部リンク１０２に対する角度が図２２と違うときの態様を示す。
【図２４】解放機構３０８がその第２の動作モードから再びその第１の動作モードに移行する、この発明の第２の実施例を示す。
【図２５】明確化のために他の部分が除去されている、第１の動作モードにおける解放機構３０８の第２の実施例を示す。
【図２６】明確化のために他の部分が除去されている、第２の動作モードにおける解放機構３０８の第２の実施例を示す。
【図２７】第２の実施例における解放機構３０８が第１の動作モードにあるときをより詳細に示す。
【図２８】第２の実施例における解放機構３０８が第２の動作モードにあるときをより詳細に示している。
【図２９】カムスロット１６８が回転点１７２に沿って異なる角度でどのように異なる半径を有するかを示す。
【図３０】膝角度１１８がトグル角度１１２よりも小さくなるように、解放機構１０８がその第１の動作モードにある場合の実際的な、この発明の実施例を示す。
【図３１】解放機構１０８が第１の動作モードにあり、膝角度１１８がトグル角度１１２よりも大きくなるような、実際的なこの発明の実施例を示す。
【図３２】人２００が着用するこの発明の実施例を示す。
【図３３】実際的な第２の実施例を示す図である。
【図３４】実施的な第２の実施例の分解図を示す。
【図３５】別の外骨格膝設計をさらに有する、この発明を示す。
【図３６】別の外骨格膝設計をさらに有する、この発明の分解図を示す。
【図３７】人２００が着用する、この発明の第２の実施例を示す。
【図３８】短下肢装具４０２をさらに有する、この発明の実施例を示す図である。
【図３９】外骨格トランク４００をさらに有する、この発明の実施例を示す。
【図４０】短下肢装具４０２を含む外骨格トランクをさらに有する、この発明の実施例を示す。
【図４１】人間の関節角度の生体模倣の定義を示す。
【図４２】歩行サイクルにおける歩行フェーズを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、人２００の下肢に結合されるように構成された受動的な動力抑制的人工膝１００の実施例を示す。図１は、人２００（後に図３７〜図４０で示す）を伴わない受動的な動力抑制的人工膝１００を示す。受動的な動力抑制的人工膝１００は、大腿部リンク１０２、脛部リンク１０４、圧縮力発生器１０６、および解放機構１０８を、その他とともに有する。脛部リンク１０４は、膝ジョイント１１４に沿って大腿部リンク１０２に回転可能に連結される。
【００１２】
この発明のいくつかの実施例では、図３２に示すように、大腿部リンク１０２は、使用者の大腿部２０２と一体的に動くように構成される。この発明のいくつかの実施例では、脛部リンク１０４は、使用者の脛部２０４と一体に動くように構成されている。この発明のいくつかの実施例では、外骨格１００は、使用者の大腿部２０２に連結することを可能にする大腿部コネクタ２０６と、使用者の脛部２０４に連結することを可能にする脛部コネクタ２０８とをさらに有する。この発明のいくつかの実施例では、大腿部コネクタ２０６および脛部コネクタ２０８は、ブレースを有する。図３２において、使用者の大腿部２０２および脛部２０４への脛部リンク１０４および大腿部リンク１０２の連結を実証するためにブレースを使用したけれども、当業者は、脛部リンク１０４および大腿部リンク１０２が、使用者の脛部２０４および使用者の大腿部２０２と一致して動くようにする多くの方法および装置を採用できることを理解するであろう。脛部および大腿部ブレースによる結合は、この発明と共に使用するために想定される一体的な運動を可能にする唯一の方法ではない。
【００１３】
図１の実施例において、受動的圧縮力発生器１０６は、ストラット作動装置の形態であり、これは、中空のケースすなわちシリンダ１０５と、そこから延びるロッド１０７と、バネまたは圧縮空気（図示しない）などの、圧縮力を実現するための内部手段とを含む。受動的圧縮力発生器１０６は、その第１の取り付け点すなわち端部２５０から回転可能に大腿部リンク１０２に連結されている。力発生器１０６は、その第１の取り付け端部２５０およびその第２の取り付け点すなわち端部２５１（以降、端部２５０、２５１という）との間に圧縮力を発生することができる。当業者であれば、力発生器１０６の端部２５０、２５１は互いに対して移動可能であること、力発生器１０６は端部２５０、２５１の互いの方への移動に抵抗する手段、例えばバネを含むことを理解するであろう。したがって、力発生器１０６の両端部（２５０、２５１）は、両端部２５０、２５１が互いに向かって押されたときに互いに向かって移動するのに抵抗する（抵抗力を提供する）。第１の端部２５０および第２の端部２５１を互いに離して保持しようとする抵抗力は、圧縮力と呼ばれる。当業者であれば、異なるタイプの受動的圧縮力発生器を、この発明と共に利用することができることを理解するであろう。この発明のいくつかの実施例では、受動的圧縮力発生器１０６は、図１に示すような気体バネである。この発明のいくつかの実施例では、受動的圧縮力発生器１０６は空気バネである。この発明のいくつかの実施例では、受動的圧縮力発生器１０６は、圧縮コイルバネである。受動的圧縮力発生器の全ての実施例の間の共通の特徴は、力発生器１０６の両端部（２５０、２５１）が、両端部２５０、２５１が互いに向かって押されたときに端部の動きが互いに近づくことに抵抗することである。
【００１４】
図１の実施例では、解放機構１０８が脛部リンク１０４に連結されている。解放機構１０８は、少なくとも２つの動作モードを有する。その第１の動作モードでは、解放機構１０８は、力発生器１０６の第２の端部２５１を脛部リンク１０４に回転可能に結合する。この解放機構１０８は、圧縮力が脛部リンク１０４に印加されることを可能にする。第２の動作モードでは、解放機構１０８は、力発生器１０６の第２の端部２５１を脛部リンク１０４に結合しない。これは、この第２の動作モードでは、解放機構１０８が力発生器１０６の圧縮力を脛部リンク１０４に印加することを可能にしないことを意味する。図１の第１の動作モードと第２の動作モードとの間の遷移については、以下でより詳細に説明する。
【００１５】
図３および図１７に示すように、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の角度を表す膝角度１１８は、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって矢印８００に沿ってどれだけ撓んだかを示す。すなわち、膝角度１１８は、大腿部リンク１０２の長さ方向を通る仮想長手線と膝ジョイント１１４のピボット点との間の角度を表し、仮想長手線は、脛部リンク１０４の長さと膝ジョイント１１４のピボット点を通って延びる。
【００１６】
動作を説明すると、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓み（すなわち、図２に示すように矢印８００に沿って移動する）とき、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の角度（膝角度１１８）が予め定められたトグル角度１１２より小さいとき、解放機構１０８はその第１の動作モードにある。これは、図２に示すように、力発生器１０６が圧縮されることを意味し、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の撓み（屈曲）に抵抗することを意味する。脛部リンク１０４が撓み、方向８００に沿って大腿部リンク１０２に向かって移動するとき、力発生器１０６は圧縮され、より短くなる。力発生器１０６は、解放機構１０８を第１の動作モードでロックし、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の屈曲に抵抗する。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって方向８００に沿って撓むと、圧縮力は膝ジョイント１１４を通過し、トグルポイントでの抵抗トルクが生成されない。これは図４に示されている。このトグルポイントにおける大腿部リンク１０２と脛部リンク１０４との間の角度（膝角度１１８）はトグル角度１１２である。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓みを続け、脛部リンク１０４の大腿部リンク１０２に対する角度（膝角度１１８）が、図５に示すように、トグル角度１１２よりも大きくなったとき、解放機構１０８は依然としてその第１の動作モードにあるけれども、圧縮力が、脛部リンク１０４の腿部リンク１０２に対する屈曲を促すトルクを生成する。
【００１７】
言い換えると、脛部リンク１０４が矢印８００に沿って移動するとき、膝角度１１８がトグル角度１１２未満である限り、力発生器１０６の圧縮力は、脛部リンク１０４の大腿部リンク１０２に対する屈曲に抵抗するモーメントを生成する。トグル角度１１２において、力発生器１０６は、その発生トルクの方向を切り替える。脛部リンク１０４がトグルポイントを通過すると、力発生器１０６は、脛部リンク１０４の屈曲を促すトルクを発生し始める。力発生器１０６は最終的に圧縮力がゼロになる最大自然長に達する（図６）。これに関連して、「最大自然長」という用語は、力発生器１０６の圧縮手段（例えば、シリンダ１０５内のばねまたは空気）が圧縮されず、または、伸長されず、圧縮手段からの力がゼロであるときの、力発生器１０６の初期長さ（例えば、ロッド１０７およびシリンダ１０５の長さ）を意味すると理解されるべきである。そのとき、力発生器１０６が力を生じさせず、解放機構１０８はその第２の動作モードに移行する（図７）。これは、解放機構１０８が、力発生器１０６の第２の端部２５１を脛部リンク１０４に結合せず、力発生器１０６が、大腿部リンク１０２からの脛部リンク１０４の伸長および屈曲に抵抗したり、支援したりしないことを意味する。
【００１８】
脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２から伸びている（すなわち、図８のように矢印８０１に沿って動いている）とき、解放機構１０８はその第２の動作モードに留まり、力発生器１０６は脛部リンク１０４と係合しない。このモードでは、力発生器１０６は、大腿部リンク１０２からの脛部リンク１０４の伸長に抵抗することも促進することもない。これは、図８および図９に示すように、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に対して矢印８０１に沿って自由に延びることを意味する。脛部リンク１０４が十分に伸長すると（例えば５度）、解放機構１０８は、図１０に示すように、第１の動作モードに戻ることができる。これにより、力発生器１０６の第２の端部を脛部リンク１０４に結合することができる。脛部リンク１０４が再び大腿部リンク１０２に向かって屈曲し始めると、力発生器１０６の圧縮力は解放機構１０８をその第１の動作モードでロックする。
【００１９】
図１１および図１２は、図１の解放機構１０８の実施例の詳細な概略図を示す。解放機構１０８は、フック１５０を有し、これは、脛部リンク１０４に回転可能に結合され、回転点１７４に沿って回転する。解放機構１０８は、さらに、脛部リンク１０４に拘束経路１１７を有し、これが、力発生器１０６の第２の端部２５１の回転を可能にする。いくつかの実施例では、拘束経路１１７は、脛部リンク１０４に形成されたスロットの形態であって良く、その内部には、第２の端部２５１の一部分が、スロット内で摺動可能に保持される。いくつかの実施例では、拘束経路１１７は、脛部リンク１０４に取り付けられたトラックの形態であって良く、第２の端部２５１の一部は、トラックの長さ方向に沿って摺動可能な態様でトラックに接続されて良い。当業者であれば、脛部リンク１０４に対する力発生器１０６の第２の端部２５１の動きを制限するために、拘束経路の様々な構成を利用することができ、これにより、解放機構１０８は、それが第１の動作モードにおいて、力発生器１０８と連結できることを理解するであろう。換言すると、力発生器１０６の第２の端部２５１は、脛部リンク１０４の中または上の拘束経路１１７に沿って移動するように構成される。フック１５０は、力発生器１０６の第２の端部２５１の拘束経路１１７の中／または上の動きを阻止するように位置付けられる（例えば、拘束経路１１７内の第２の端部２５１の下方への移動は、フック１５０によって阻止される）。トリガーバネ１５４は、その第１の端部２５４からフック１５０に結合され、実施例では、図１３に示すように、第２の端部２５５から力発生器１０６に結合される。当業者であれば、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓むときに、トリガーバネ１５４が伸長する限り、トリガーバネ１５４の第２の端部２５５は、他の箇所（例えば、大腿部リンク１０２上）に接続することができることを理解するであろう。リターンバネ１５２は、第１の端部２５６からフック１５０に連結され、実施例では、第２の端部２５７から脛部リンク１０４に連結され、これは図１３に示すとおりである。当業者であれば、リターンバネ１５２が常にフック１５０を拘束経路（すなわち、方向２７１）に向かって引っ張る限り、リターンバネ１５２は、他の場所（例えば、脛部リンク１０４上）に結合できることを理解するであろう。
【００２０】
動作を説明すると、解放機構１０８がその第１の動作モード（図１３に示す）にあるとき、フック１５０は、力発生器１０６の力によって静止して保持される。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓むと、トリガーバネ１５４はその第２の端部２５５によって引っ張られ、フック１５０に引張力を加える。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓むとき、トリガーバネ１５４は伸びるけれども、フック１５０は、力発生器１０６の力によってその位置に固定されている。図１３に示すように、フック１５０が拘束経路１１７を占有しており、力発生器１０６の第２の端部２５１が拘束経路１１７内で移動するのを阻止され、力発生器１０６の力が解放機構１０８を第１の動作モードにロックする。
【００２１】
力発生器１０６が実質的にその自然長まで伸長し、力発生器１０６の圧縮力が実質的に小さいまたはゼロである場合（図１４）、解放機構１０８はその第２の動作モードに移行する。この発明の文脈において、「実質的に小さい」とは、力発生器１０６の力（力発生器１０６に当接している取り付け端部２５１の摩擦力）から解放機構１０８へのトルクに、リターンバネ１５２からのトルクを加えたものが、トリガーバネ１５４からのトルクよりも小さく、この結果、トリガーバネが解放機構１０８を引いて／押して、これを第２の動作モードに動かすことができることを意味する。解放機構１０８がその第２の動作モードにあるとき、フック１５０は、トリガーバネ１５４の力によって移動させられる。フック１５０は、拘束経路１１７内の力発生器１０６の第２の端部２５１の動きを阻止しない。これは、解放機構１０８が第２の動作モードのときに、力発生器１０６が、脛部リンク１０４の大腿部リンク１０２からの屈曲および伸長を阻止したり、支援したりすることがないことを意味する。換言すると、トリガーバネ１５４によってフック１５０に付与される力が、力発生器１０６により供給される力（摩擦力）に、リターンバネ１５２により供給される力を加えたものを克服するとき、トリガーバネ１５４はフック１５０を拘束経路１１７から引き出す。
【００２２】
図１３に示すように、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓み始めると、トリガーバネ１５４の第１の端部２５４がフック１５０を引っ張っている。フック１５０は力発生器１０６の第２の端部２５１をブロックする。力発生器１０６がその場所にフック１５０を保持しているとき、解放機構１０８はその第１の動作モードに移動する。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓むと、トリガーバネ１５４がさらに伸長する。図１４は、力発生器１０６の力がゼロまたは実質的に小さく、フック１５０がトリガーバネ１５４によって回転される状況を示す。トリガーバネ１５４はフック１５０を方向２７０に沿って回転させ、解放機構１０８を第２の動作モードに切り替える。
【００２３】
図１５は、人２００を伴わない受動的動力抑制的人工膝３００の第２の実施例を示す。受動的動力抑制的人工膝３００は、大腿部リンク１０２、脛部リンク１０４、圧縮力発生器１０６、および、解放機構３０８を、その他とともに有する。脛部リンク１０４は、膝ジョイント１１４に沿って大腿部リンク１０２に回転可能に連結されている。
【００２４】
図１５の実施例では、受動的圧縮力発生器１０６は、その第１の取り付け端部２５０から脛部リンク１０４に回転可能に結合される。力発生器１０６は、その第１の取り付け端部２５０とその第２の取り付け端部と（以下、端部２５０、２５１と呼ぶ）の間に圧縮力を生成することができる。力発生器１０６の両端部２５０、２５１は、当該両端部２５０、２５１が互いに向かって押されるときに、互いに向かって移動するのを阻止する。第１の端部２５０および第２の端部２５１を互いに離して保持しようとする抵抗力は、圧縮力と呼ばれる。この発明のいくつかの実施例において、第２の実施例の受動的圧縮力発生器は、図１５に示すような気体バネである。この発明のいくつかの実施例において、第２の実施例の受動的圧縮力発生器は空気バネである。この発明のいくつかの実施例において、第２の実施例の受動的圧縮力発生器は、圧縮コイルバネである。受動的圧縮力発生器の全ての実施例の間の共通の特徴は、両端部２５０および２５１が互いに向かって押し込まれるときのように、力発生器１０６の両端部２５０および２５１が当該端部２５０および２５１の互いの方へ移動するのに対して抵抗することである。
【００２５】
図１５の実施例では、解放機構３０８が大腿部リンク１０２に連結されている。解放機構３０８は、少なくとも２つの動作モードを有する。その第１の動作モードでは、解放機構３０８は、力発生器１０６の第２の端部２５１を大腿部リンク１０２に回転可能に連結する。これは、解放機構３０８が、圧縮力の大腿部リンク１０２への印加を可能にすることを意味する。第２の動作モードでは、解放機構３０８は、力発生器１０６の第２の端部２５１を大腿部リンク１０２に結合しない。これは、この第２の動作モードにおいて、解放機構３０８が力発生器１０６の圧縮力を大腿部リンク１０２に印加することを可能にしないことを意味する。。
【００２６】
動作を説明すると、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓み（すなわち、図１６に示すように矢印８００に沿って移動する）、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の角度が所定のトグル角度１１２未満であるとき、機構３０８はその第１の動作モードにある。これは、図１６に示すように、力発生器１０６が圧縮されていることを意味し、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の屈曲に抵抗することを意味する。脛部リンク１０４が方向８００に沿って大腿部リンク１０２に向かって屈曲に移動するとき、力発生器１０６は圧縮されて短くなる。力発生器１０６は、解放機構３０８を第１の動作モードでロックし、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の屈曲に抵抗する。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓むと、圧縮力は膝ジョイント１１４を通過し、トグルポイントで抵抗性トルクをゼロにする。これは図１８に示されている。このトグルポイントにおける大腿部リンク１０２と脛部リンク１０４との間の角度は、トグル角度１１２と呼ばれる。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓みを続け、脛部リンク１０４の大腿部リンク１０２に対する角度が、図１９に示すようにトグル角度１１２よりも大きく成長し続けるとき、解放機構３０８はまだその第１の動作モードにあるけれども、圧縮力は大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の屈曲を促すトルクを発生する。
【００２７】
換言すると、脛部リンク１０４が矢印８００に沿って移動するとき、脛部リンク１０４と大腿部リンク１０２との間の角度がトグル角度１１２よりも小さい限り、力発生器１０６の圧縮力は、脛部リンク１０４の大腿部リンク１０２に対する屈曲に抵抗するモーメントを生成する。トグル角度１１２において、力発生器１０６は、その発生トルクの方向を切り替える。脛部リンク１０４がトグルポイントを通過すると、力発生器１０６は、脛部リンク１０４の屈曲を促すトルクを発生し始める。力発生器１０６は、最終的に、圧縮力がゼロになる最大自然長に達する（図２０）。力発生器１０６が力を生成しないその時点で、解放機構３０８はその第２の動作モードに移行する（図２１）。これは、解放機構３０８が、力発生器１０６の第２の端部２５１を大腿部リンク１０２に連結せず、力発生器１０６が、大腿部リンク１０２からの脛部リンク１０４の伸長および屈曲に抵抗したり、支援したりしないことを意味する。
【００２８】
脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２から伸びているとき（すなわち、図２２の矢印８０１に沿って動いているとき）、解放機構３０８はその第２の動作モードに留まり、力発生器１０６は大腿部リンク１０２と係合していない。このモードにおいて、力発生器１０６は、大腿部リンク１０２からの脛部リンク１０４の伸長に抵抗したり支援したりしない。これは、図２２および図２３に示すように、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に対して矢印８０１に沿って自由に延びることを意味する。図２４に示すように、脛部リンク１０４が最大伸長位置に到達するとき、解放機構３０８は第１の動作モードに移行し、力発生器１０６の端部を大腿部リンク１０２に連結する。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓み始めると、力発生器１０６の圧縮力は、解放機構３０８をその第１の動作モードにロックする。
【００２９】
図２７は、解放機構３０８の実施例の詳細な概略図を示す。図２７の解放機構３０８は、保持ブロック１６０を有し、これが、大腿部リンク１０２に回転可能に連結され、回転点１７２に沿って回転する。解放機構３０８は、さらに保持ブロック１６０内に拘束経路１１６を有し、これは、保持ブロック１６０の本体部分により形成され、力発生器１０６の第２の端部２５１が保持ブロック１６０内で動くことを可能にする。換言すると、力発生器１０６の第２の端部２５１は保持ブロック１６０内の拘束経路１１６に沿って移動できる。解放機構３０８は、さらに、移動ブロック１６２を有し、これは保持ブロック１６０内の解放スロット１７０内を移動し、保持ブロック１６０の本体部分によって形成される。解放スロット１７０は、移動ブロック１６２が、拘束経路１１６内の力発生器１０６の第２の端部２５１の動きを阻止することができるように位置付けられる。トリガーバネ１６４は、その第１の端部２５２から移動ブロック１６２に結合され、第２の端部から案内片１６６に連結される。解放機構３０８はさらに案内片１６６を有し、これがトリガーバネ１６４の第２の端部に連結される。案内片１６６は、大腿部リンク１０２上のカムスロット１６８内を移動する。トリガーバネ１６４は、案内片１６６および移動ブロック１６２を一緒にする。図２９に示すように、カムスロット１６８は、回転点１７２に沿って異なる角度で異なる半径を有する。解放機構３０８が（図２５および図２７に示す）第１の動作モードにあるときの動作では、移動ブロック１６２は力発生器１０６の力によって解放スロット１７０内に静止して保持される。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓むと、トリガーバネ１６４は、その第２の端部２５３によって引っ張られ、移動ブロック１６２に引っ張り力を加える。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓むと、トリガーバネ１６２は伸長するけれども、移動ブロック１６２は、力発生器１０６の力によってその場所で静止して保持される。図２７に示すように、移動ブロック１６２は、拘束経路１１６を占有し、力発生器１０６の第２の端部２５１が拘束経路１１６内で移動するのを阻止し、力発生器１０６の力が解放機構３０８を第１の動作モードにロックする。
【００３０】
力発生器１０６がその自然長にまで実質的に伸長し、力発生器１０６の圧縮力が実質的に小さいかまたはゼロ（例えば、膝角度１１８が５５度のとき）（図２６および図２８）であるとき、解放機構３０８は、第２の動作モードに移行する。この発明の文脈において、「実質的に小さい」とは、力発生器１０６の力（力発生器１０６の移動ブロック１６２に当接する取り付け端部２５１の摩擦力）から解放機構３０８へのトルクが、トリガーバネ１６４のトルクが小さく、このため、トリガーバネ１６４が解放機構３０８を引っ張って第２の動作モードに移行させることができることを意味する。解放機構３０８がその第２の動作モードにあるとき、移動ブロック１６２およびトリガーバネ１６４は、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の動きによって移動する。移動ブロック１６２は、力発生器１０６の第２の端部２５１の動きを阻止しない。これは、解放機構３０８が上記第２の動作モードにあるとき、力発生器１０６は、大腿部リンク１０２からの脛部リンク１０４の伸長および屈曲に抵抗したり、支援したりしないことを意味する。
【００３１】
図２７に示すように、脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓み始めると、案内片１６６および移動ブロック１６２が方向２６０に向かって押し込まれる。移動ブロック１６２は、力発生器１０６の第２の端部２５１をブロックする。力発生器１０６が移動ブロック１６２をその場所に保持するとき、第１の動作モードに移行する。脛部リンク１０４が大腿部リンク１０２に向かって撓むと、案内片１６６は回転点１７２に近づき、トリガーバネ１６４を伸ばす。
【００３２】
図２８は、移動ブロック１６２上の力発生器１０６の力（摩擦力）がゼロまたは実質的に小さく、移動ブロック１６２が解放される状況を示す。トリガーバネ１６４は、移動ブロック１６２を方向２６１に向けて引っ張り、解放機構３０８をその第２の動作モードに切り替える。言い換えれば、トリガーバネ１６４によって移動ブロック１６２に供給される力が、力発生器１０６によって移動ブロック１６２に供給される力を克服すると、トリガーバネ１６４は、移動ブロック１６２を拘束経路１１６から引き出す。図３３は実際の実施例を示す。
【００３３】
図３０は、解放機構１０８が、第１の動作モードであり、そのため、膝角度１１８がトグル角度１１２よりも小さく、、力発生器１０６が、脛部リンク１０４の大腿部リンクに対する屈曲に抵抗するトルクを生成する、この発明の実際の実施例を示す。図３１は、解放機構１０８が、第１の動作モードであり、そのため、膝角度１１８がトグル角度１１２より大きく、力発生器１０６が脛部リンク１０４の大腿部リンク１０２に対する屈曲を支援するトルクを生成するよう、この発明の実際の実施例を示す。
【００３４】
図３３は、受動的な動力抑制的人口膝３００の実際の一実施例を示す。図３４は、受動的な動力抑制的人口膝３００の実際の一実施例の分解図を示す。図３５は、他の外骨格膝設計をさらに含む受動的な動力抑制的人工膝３００の一実施例を示す。図３６は、他の外骨格膝設計をさらに含む受動的な動力抑制的人工膝３００の一実施例の分解図を示す。図３７は、人２００が着用している受動的な動力抑制的人工膝３００の一実施例を示す。
【００３５】
図３８は、受動的な動力抑制的人工膝３００がさらに短下肢装具（ａｎｋｌｅ−ｆｏｏｔ  ｏｒｔｈｓｉｓ）４０２を含む、この発明の実施例を示す。図３８に示す実施例のようなこの発明のいくつかの実施例では、短下肢装具４０２は人の足に結合することができる。この発明のいくつかの実施例では、短下肢装具４０２は、脛部リンク１０４に接続可能である。この発明のいくつかの実施例では、受動的動力抑制的人工膝３００は、着用者の靴の外側に装着される短下肢装具をさらに有する。この発明のいくつかの実施例では、受動的動力抑制的人工膝３００は、インソールのように着用者の靴の内側に着用される短下肢装具をさらに含む（着用者の靴は明瞭化のために示されていない）。当業者は、多くの形態の内側及び外側の短下肢装具の形態に想到することができる。
【００３６】
この発明のいくつかの実施例では、受動的動力抑制的人工膝３００は、短下肢装具を有し、これは、固定された（しかし時には調整可能な）ヒンジを有する標準的な短い脚部の短下肢装具（ＡＦＯ）である。このタイプのＡＦＯは比較的軽く、靴にフィットしやすい。このＡＦＯは、足を脛部リンク１０４に対して任意の所望の角度に保つ。さらに、このＡＦＯは足底の屈曲または背屈を可能にしないので、他のブレースほど自然な歩行を提供しない。この発明のいくつかの実施例では、受動的動力抑制的人工膝３００は、短下肢装具を有し、これは、標準的なソリッドの短下肢装具である。このタイプの短下肢装具は、底屈を止め、また、背屈を止めまたは制限する。この発明のいくつかの実施例では、足関節足部装具をさらに含む受動的動力抑制的人工膝３００はさらに短下肢装具を有し、これは、底屈阻止ＡＦＯ（Ｐｌａｎｔａｒｆｌｅｘｉｏｎ  Ｓｔｏｐ  ＡＦＯ）である。このＡＦＯは、足のリンクポイントを下にさせないことによって、底屈を止めるように働く。このタイプのＡＦＯは、通常の足の背屈を可能にするヒンジを具備する。
【００３７】
種々の短下肢装具の特定の例が示されているけれども、この発明で利用できる他の種類の短下肢装具があることを理解されたい。例えば、この発明のいくつかの実施例では、短下肢装具は、背屈補助（Ｄｏｒｓｉｆｌｅｘｉｏｎ  Ａｓｓｉｓｔ）ＡＦＯ（図示せず）である。このタイプのＡＦＯには、足が地面から離れるときに足のリンク（足首を背屈させる）を上げるように働くバネ様のヒンジがある。Ｄｏｒｓｉｆｌｅｘｉｏｎ  Ａｓｓｉｓｔ  ＡＦＯは、より正常な歩行パターンの利点を実現する。この発明のいくつかの実施例では、短下肢装具は、標準的な後葉用（Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ  Ｌｅａｆ  Ｓｐｒｉｎｇ）短下肢装具（図示せず）である。この発明のいくつかの実施例では、短下肢装具は、エネルギーリターン短下肢装具（図示せず）である。このタイプのＡＦＯは、背屈の補助を提供するためにＡＦＯの材料に組み込まれた自然なフレックスを使用する。これらの装置は、多くの場合、カーボングラファイト材料で作られている。一般に、この発明の短下肢装具は、表示された機能を実行することができる任意の装置または内部または外部の短下肢装具の組み合わせを有する。外部または内部の短下肢装具の例は、これに限定されないけれども、可撓性ＡＦＯ、剛性ＡＦＯ、タマラック屈曲を伴うＡＦＯ、抗距骨を伴うＡＦＯ、ＡＦＯ抗距骨（前面の前殻または前甲殻）、ＡＦＯ関節可動式足首関節、調整可能な硬い足首関節を有するＡＦＯ、ばね式足首関節を有するＡＦＯ、調節可能なばね式足首関節を有するＡＦＯ、およびそれらの組み合わせを含む。
【００３８】
図３９は、受動的動力抑制的人工膝３００が外骨格トランク４００をさらに含むこの発明の実施例を示す。外骨格トランク４００は、人の上半身に結合するように構成可能である。この発明のいくつかの実施例では、外骨格トランク４００は、バックパック（図示せず）のように人に結合される。この発明のいくつかの実施例では、例えば、図３９に示されるように、外骨格トランク４００がベルトのように人に結合される。外骨格トランク４００は、人の上半身および胴に結合することができる胴体リンク４０４を含む。この発明のいくつかの実施例では、トランク大腿部リンク４０６は、大腿部リンク１０２に連結される。代替的な実施例では、図示しないけれども、トランク大腿部リンク４０６は、大腿部リンク１０２に連結されない。この発明のいくつかの実施例では外骨格トランク４００は、胴体リンク４０４とトランク大腿部リンク４０６との間でトルクを提供することができるアクチュエータ４０８をさらに有する。アクチュエータのためのコントローラボックス４１０およびバッテリ４１２が図３９に示されている。
【００３９】
図４０は、外骨格トランク４００と短下肢装具（例えば、４０２）の両方を含むこの発明の実施例（受動的動力抑制的人工膝３００）の実施例を示す。図示の実施例では、この発明の短下肢装具４０２は、使用者の足４１４に結合することができ、脛部リンク１０４に接続可能である。代替的には、短下肢装具は、着用者の靴の外側に装着される。この発明のいくつかの実施例では、短下肢装具４０２は、中敷きのように着用者の靴の内側に装着される。当業者は、多くの形態の内側及び外側の短下肢装具に想到することができる。この発明のいくつかの実施例では、受動的動力抑制的人口膝３００は、さらに短下肢装具を有し、これは、固定式（場合によっては調節可能な）ヒンジを備えた標準的な短い脚部の短下肢総部（ＡＦＯ）である。このタイプのＡＦＯは比較的軽く、靴にフィットしやすいです。このＡＦＯは、足を脛部リンク１０４に対して任意の所望の角度に保つ。さらに、このＡＦＯは足底の屈曲または背屈を可能にしないので、他のブレースほど自然な歩行を提供しない。この発明のいくつかの実施例では、受動的動力抑制的人工膝３００は、短下肢装具をさらに有し、これは、標準的なソリッドの短下肢装具である。このタイプの短下肢装具は、底屈を止め、背屈を停止または制限する。この発明のいくつかの実施例では、受動的動力抑制的人工膝３００は短下肢装具をさらに有し、これは、Ｐｌａｎｔａｒｆｌｅｘｉｏｎ  Ｓｔｏｐ  ＡＦＯである。このＡＦＯは、足のリンクポイントを下にさせないことによって底屈を止める働きをする。このタイプのＡＦＯには、通常の足の背屈を可能にするヒンジがある。外骨格トランク４００は、人の上半身に連結されるように構成可能である。この発明のいくつかの実施例では、外骨格トランク４００は、ショルダーストラップを使用してバックパックのように人に結合される。図４０に示すこの発明のいくつかの実施例では、外骨格トランク４００は、ベルトのように人に結合される。
【００４０】
図４１は、股関節屈曲、股関節伸展、膝屈曲、膝伸展、股関節角度および膝角度の生体模倣的定義を示す。図４２は、歩行サイクルにおける歩容位相を示す。スタンスフェーズ９００は、足部衝突から反対の足部衝突までである。スタンス−屈曲９０２は、反対側の足部の衝突からつま先が離れるまでである。スイング−屈曲９０４は、つま先離れから最大膝屈曲までである。スイング伸長９０６は、最大膝屈曲から足部衝突までである。力発生器１０８が大腿部リンク１０２に対して脛部リンク１０４の屈曲に抵抗するトルクを生成する構成は、スタンスフェーズ９００およびスタンス−屈曲フェーズ９０２の一部に依拠するように設計されている。力発生器１０８が、大腿部リンク１０２に対する脛部リンク１０４の屈曲は、スタンス−屈曲フェーズ９０２の一部およびスイング屈曲フェーズ９０４の一部に位置するように設計される。解放機構１０８が第２の動作モードにある構成は、スイング−屈曲フェーズ９０４およびスイング伸長フェーズ９０６のいくつかの部分において依拠するように設計されている。
【符号の説明】
【００４１】
１００    動力抑制的人工膝
１０２    大腿部リンク
１０４    脛部リンク
１０５    シリンダ
１０６    圧縮力発生器
１０７    ロッド
１０８    解放機構
１１２    トグル角度
１１４    膝ジョイント
１１６    拘束経路
１１７    拘束経路
１１８    膝角度
１５０    フック
１５２    リターンバネ
１５４    トリガーバネ
１６０    保持ブロック
１６２    移動ブロック
１６４    トリガーバネ
１６６    案内片
１６８    カムスロット
１７０    解放スロット
３００    受動的動力抑制的人工膝
３０８    解放機構
４００    外骨格トランク
４０２    短下肢装具
４０４    胴体リンク
４０６    トランク大腿部リンク
４０８    アクチュエータ
４１０    コントローラボックス
４１２    バッテリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【国際調査報告】
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