(57)【要約】  本発明は、人の大腿部に連結する上部サポート（１０）と、人の脛に連結する下部サポート（２０）と、両サポート（１０，２０）を枢動可能に連結するジョイント（２８）と、サポート（１０，２０）に枢動可能に連結するためのコネクタ（３１ａ，３２ａ）を備えるダンパー（３０）とを具備する、ウェアラブルなメカトロニクス姿勢補助具である。ダンパー（３０）はジョイント（２８）の枢動を線形に減衰するように設計されている。ダンパー（３０）は、ダンパー（３０）のロック状態および駆動状態（１０１，１０３）を可能にする制御手段を具備する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の大腿部に連結するための上部サポート（１０）と、
前記人の脛に連結するための下部サポート（２０）と、
前記上部サポート（１０）と前記下部サポート（２０）とを枢動可能に連結するジョイント（２８）と、
２つの端部（３１，３２）を有しており、上端部（３１）を前記上部サポート（１０）に好ましくは前記ジョイント（２８）もしくはその付近で枢動可能に連結する上部コネクタ（３１ａ）を具備し、さらに下端部（３２）を前記下部サポート（２０）に好ましくは前記下部サポート（２０）の中央三分の一で枢動可能に連結する下部コネクタ（３２）を具備する減衰手段（３０）と、を具備する姿勢補助具であって、
前記減衰手段（３０）はその２つの端部（３１，３２）の間で駆動力を線形に減衰するように設計されており、それにより前記ジョイント（２８）の枢動を減衰し、
前記減衰手段（３０）は制御手段を具備し、前記制御手段は少なくとも前記減衰手段の駆動をロックするロック状態（１０１）と、前記減衰手段（３０）の駆動を可能にする駆動状態（１０３）とを有することを特徴とする、姿勢補助具。
【請求項２】
前記減衰手段（３０）の前記下端部を前記下部サポート（２０）に連結して、前記上部サポート（１０）から前記減衰手段（３０）の前記上端部（３１）に伝わる力を、前記減衰手段（３０）の前記下端部（３２）から前記下部サポート（２０）に向けるようになされている前記下部サポート（２０）の連結手段（２２）を具備することを特徴とする、請求項１に記載の姿勢補助具。
【請求項３】
前記下部サポートは、前記下部サポート（２０）の下側部分を人の踵または人の靴の踵に連結して、前記上部サポート（１０）から前記減衰手段（３０）の前記上端部（３１）に、さらに前記減衰手段（３０）から前記下部サポート（２０）に伝わる力を、人の踵または人の靴の踵の前方に転向する手段（２３）を具備することを特徴とする、請求項１または２に記載の姿勢補助具。
【請求項４】
前記減衰手段（３０）は液体タイプのダンパーまたは粘性タイプのダンパー手段を具備し、前記制御手段は弁を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の姿勢補助具。
【請求項５】
前記制御手段はさらに、前記駆動状態（１０３）よりも小さい動きを有する少なくとも１つの状態（１０２）を可能にすることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の姿勢補助具。
【請求項６】
前記制御手段はさらに、前記ロック状態（１０１）と前記駆動状態（１０３）との間の動きの連続的な制御を可能にすることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の姿勢補助具。
【請求項７】
前記制御手段は前記弁を制御する手動式レバー（３３）を具備することを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の姿勢補助具。
【請求項８】
前記制御手段は電動式弁を具備することを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の姿勢補助具。
【請求項９】
好ましくは面ファスナーによって前記上部サポート（１０）を人の大腿部に連結するための締めひも、および好ましくは面ファスナーによって前記下部サポート（２０）を前記人の脛に連結するための締めひものうちの少なくとも一方を具備することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の姿勢補助具。
【請求項１０】
前記上部サポート（１０）および前記下部サポート（２０）のうちの少なくとも一方は、大腿部および脛の長さが異なる人にそれぞれ快適にフィットするように、長さに関して調整可能であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の姿勢補助具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メカトロニクス姿勢補助具に関する。このような器具は、使用者の体重、下肢重量および／または、持ち運ぶ物も補助するために、ダンパーおよび／またはブレーキ機能を掛けて着用することができる。この器具は通常、どの姿勢でも使用者の筋肉の負担を軽減する。
【背景技術】
【０００２】
様々な目的のために、様々なカテゴリに関する補助具は十分周知である。特許文献１には、各脚に装着するためのユニットを具備して人体の体重を支える装置が開示されている。各ユニットは上部セクションと上部セクションから長手方向に伸長可能な下部セクションとを有する下部バーを含む。上部バーは下部バーの上端にヒンジ連結されている。上部バーから枢動可能なブレース部材は、上部バーと下部バーの下部セクションとの間で選択的に位置付け可能である。装置は人の体重またはその一部を、下側部分の下部セクションが載る地面にかける。この装置は、克服することが本発明の一側面である制約をいくつか有する。装置は能動要素、ブレーキおよびダンパーがないため、自動的な制御が不可能である。また、有利な装置であれば、必ずしも力を地面だけに向ける必要はないであろう。一つだけのごく限られた数の姿勢を支持する場合にも不利である。
【０００３】
特許文献２には、大腿部と脛との間にアクチュエータを具備する膝装具および膝装具を制御する方法が開示されている。この器具は感覚フィードバックに基づいて減衰を制御する。アクチュエータユニットの挙動は、測定された膝のモーメントと膝の角度に依存する。しかし、この膝装具は姿勢サポートがなく、体重を支えるように設計されておらず、ブレーキを持たない。この膝装具は膝のリハビリテーションのためにのみ使用するように設計されている。
【０００４】
特許文献３には、解剖学的に成形された大腿部および脛サポートを有する整形外科用膝関節装具が開示されている。上部または下部カフは、大腿部および脛の部位に対応する形状を有する補強プラスチック製である。しかし、この手段は姿勢サポートがなく、また、膝のリハビリテーションのみのために使用するように設計されている。同様な器具は特許文献４にも開示されている。
【０００５】
特許文献５には、地面を歩く人を補助し、線形ばね成分と減衰成分とを供給する動力付きアクチュエータを具備する動力付きヒューマンオーグメンテーションデバイスとして設計されている地形適応パワー関節装具が開示されている。コントローラは歩行周期を推定して、斜面や階段に合わせて調整する。しかし、この器具は姿勢サポートまたは能動的な歩行サポートを持たない。さらに、サポート用の動力付きアクチュエータは特に脚および膝に外力をかける。同様な電動アクチュエータ器具も周知である。しかし、これらの器具は使用を制限する外部電源を必要とし、追加で重い重量を持ち運ぶことを意味する。
【０００６】
特許文献６には、地面またはスライディングレールに固定されるエルゴノミックチェアを提供する、人体を様々な位置で支える器具が開示されている。しかし、この器具はウェアラブルではなく、この器具を装着して歩くことは不可能である。
【０００７】
特許文献７には、着用者による腰掛けの接地改良サポートに関連するズボンが開示されている。これらのズボンは着用者のズボンを含む衣類の組合せとして設計されており、腰と接合する１対の脚部を有し、脚部のそれぞれがそれに沿って延びている細長いロッド手段を収容する手段を有する。このロッドは歩行中には下半分から別の位置に移されるが、座っているときにはロッドが下半分にスライドして、剛性な垂直構造を作る。ここでも、これらのズボンは力を地面に転向することによって、姿勢のサポートには限定的な可能性しか与えず、減衰は全く与えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４１３８１５６号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第２３８０５２９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／０１８４４７６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／０１８２２５４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２／０２５９４３１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９／００５８１５１号明細書
【特許文献７】米国特許第３５３８５１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、姿勢サポートの可能性を広げ、歩行中にも着用可能な姿勢補助具を提供するという目的を有する。さらに、この器具は少なくともダンパーを含むべきで、この器具は可能な姿勢のうちの所定の姿勢をサポートするように制御されるべきである。また、電力消費量などを増加させることなく、少なくとも起動用のシステムを駆動するために、能動的な動力付きアクチュエータの必要を取り除いて、自然力である重力を使用する器具が提供されるべきである。起動のために重力および体重のみを使用して受動的に掛けられたままの状態になる保持力が、エネルギー消費量を低減する。使用者は器具の操縦者となり、ある所望の期間中姿勢を維持しなければならない場合のみを除き、動きまたは行動を補助されない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、請求項１による姿勢補助具により解決される。姿勢補助具は、人の大腿部に連結する上部サポートと、前記人の脛に連結する下部サポートとを具備する。好ましくは関節式ジョイントとして設計されるジョイントが上部サポートおよび下部サポートを連結し、減衰手段は上端部および下端部の２つの端部と、上端部を上部サポートに好ましくはジョイントもしくはその付近で、またはジョイントが上部サポートに連結される場所で枢動可能に連結する上部コネクタとを備えるとともに、下端部を下部サポートに、好ましくは下部サポートの中央三分の一で、または上端から四分の三で枢動可能に連結する下部コネクタを備える。減衰手段はその２つの端部の間で駆動力を線形に減衰するように設計されており、それによって前記ジョイントの枢動を減衰する。減衰手段は制御手段を具備し、前記制御手段は少なくともダンパーの駆動をロックするロック状態と、弁の「開」状態として設計することのできる駆動状態とを有し、大きな保持力を受動的に掛けることのできる強力であるが軽量の減衰ユニットであるダンパーの駆動を可能にする。減衰ユニットの特性は、手動で、または電気モータを用いたいずれかで制御することができる。
【００１１】
サポート構造は体重とサイズに合わせて最適化され、最終的には着用者の衣類に組み込むことができる。コスト効果の高い設計により、現在の外骨格および他の姿勢サポートよりも幅広い対象グループに手頃な器具を提供することができる。
【００１２】
着用したときにダンパーおよびブレーキ機能を掛けることのできるウェアラブルなメカトロニクス姿勢補助具としての本発明は、使用者の体重、下肢の重量または、持ち運ぶ物も補助する。この器具はどの姿勢でも使用者の筋肉の負担を軽減する。本明細書において「チェアレスチェア」と呼ばれるこの器具は、このような下肢の姿勢サポートの一例である。これはサポート構造とダンパーとからなる。サポート構造自体は上部脚に巻き付けられる上側部分と、使用者の靴のかかとに巻き付けられる下側部分とからなる。現在利用できるほとんどのソリューションよりも、このメカニズムが基本的に有利な点の１つは、エネルギー消費が少ないことである。ロックおよび減衰を受動的に行うことができる。対重量比での非常に高い力と合わせて、器具の総重量を減少させることができ、そのため、この器具を着用する使用者の可動性を可能にする。コスト効果の高い設計により、現在の外骨格および他の姿勢サポートよりも幅広い対象グループに手頃な器具を提供することができる。
【００１３】
この器具は幅広く利用できるため、筋骨格系障害（ＭＳＤ）のリスク、およびそれによる従業員の疾病欠勤日による生産性の損失を低減することができる。このメカニズムは、リハビリテーションでの運動またはホームトレーナーなどのために、他の分野でも使用することができる。
【００１４】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載している。
本発明の有利な実施形態では、下部サポートの連結棒がダンパーの下部コネクタを下部サポートに連結するので、上部サポートから前記ダンパーの上端部および、ダンパーから下部サポートに伝わる力は、基本的に下部サポートに向けられて、人の前方方向に向かう。
【００１５】
下部サポートが前記下部サポートの下側部分を人の踵または人の靴の踵に連結し、上部サポートから前記ダンパーの上端部に、およびダンパーから下部サポートに伝わる力が、人の踵または人の靴の踵の前方に転向される追加の連結手段を具備する場合も有利である。
【００１６】
本発明の一側面によると、減衰手段は液体タイプのダンパーまたは粘性タイプのダンパーを具備する。制御手段は弁を含む。好ましくは、制御手段は駆動状態（開状態）よりも高い抗力に対応する、少ない動きの１つ以上の状態をさらに可能にする。制御手段は前記ロック状態と前記駆動状態（開状態）との間の動きを連続的に制御させることができるであろう。
【００１７】
本発明の基本構成によると、制御手段は弁を制御する手動式レバーを具備する。より高度な構成では、前記制御手段は電動式弁を具備する。当業者は、弁の状態の切り替えに必要な電力は、前述した先行技術による器具によって提供される、姿勢の切り替えのためにアクチュエータを駆動するのに必要な電力とは比較にならないことに注目するであろう。
【００１８】
姿勢補助具は、好ましくは面ファスナーによって、上部サポートを人の大腿部に連結するための締めひもおよび／または下部サポートを人の脛に連結するための締めひもを有することができる。上部サポートおよび下部サポートは、大腿部または脛の裏側が各サポートに快適にフィットするように形成できることに留意するべきである。本発明の有利な実施形態では、上部サポートおよび／または下部サポートは、大腿部および脛の長さが異なる人にそれぞれ快適にフィットするように、長さに関して調整可能である。
【００１９】
本発明により使用される前述の要素および以下の例示的な実施形態で請求・説明されるものは、そのサイズ、形状、材料の使用および技術的な設計に関して除外として何か特定の条件を前提とするものではなく、その結果、それぞれの適用分野で周知の選定基準を制約なく使用することができる。本発明を実施するために使用されるすべての手段は特定の設計に制限されるものではないことは留意されるべきである。本発明のメカニズムは下肢に制限されるものではなく、腕、肩および背中のサポートにも使用することができる。
【００２０】
当業者は、本発明による姿勢補助具の使用法は、作業中、つまり、ベルトコンベヤで労働者および他の人を補助する使用法に制限されるものではないことに注目するであろう。また、姿勢補助具は怪我をした人のリハビリテーションのサポート、または多発性硬化症の人の補助にも使用することができる。１つの主な用途はレクリエーション活動、つまり釣りや狩りの補助とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】人が着用した本発明の好適な実施形態の側面図。
【図２ａ】図１による実施形態の斜視図。
【図２ｂ】別の角度から見た図２ａによる斜視図。
【図３ａ】図１および図２ａ、図２ｂによる減衰手段の基礎構造の主要素の図。
【図３ｂ】図３ａによる減衰手段の図。
【図４】好適な実施形態による弁を、機能が閉状態、減衰状態、および開状態の異なる位置で示した図。
【図５】機能が閉および開の状態の図４による側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書により説明する実施形態は、「チェアレスチェア」と呼ばれる本発明の好適な一実施形態である。
「チェアレスチェア」は、人の大腿部に連結するための上部サポート１０と、人の脛に連結するための下部サポート２０と、減衰手段３０とを備えるサポート構造を具備する。ジョイント２８が上部サポート１０と下部サポート２０とを連結する。上部サポート１０および下部サポート２０を備えるサポート構造は、脚にぴったりフィットするように人間工学的な形状にされて、快適な付け心地を確保するように設計されている。図１にはストラップは図示されていない。ストラップは圧力を十分に分散してサポート構造を脚にしっかりフィットできる柔らかいパッドを具備する。
【００２３】
説明する実施形態によるジョイント２８は、上部サポートと下部サポートとを連結する関節式ジョイントとして設計されている。これは通常のピン穴ジョイントであり、または、代わりに、膝関節の回転中心の自然な動きに追従する自動調整可能なジョイントである。この実施例では、体重の力がサポート構造およびダンパーによって吸収されて、さらに踵コネクタに転向される。
【００２４】
減衰手段３０は油圧可変ダンパーを具備する。これは非常に低い減衰から非常に高い減衰、最終的にはブレーキまで、抵抗を変えることができる。ダンパーは上端部３１および下端部３２の２つの端部と、上端部３１を上部サポート１０に、好ましくはジョイントもしくはその付近で、またはジョイント２８が上部サポート１０に連結される場所で枢動可能に連結される上部コネクタ３１ａを有するとともに、下端部３２を下部サポート２０に、好ましくは下部サポート２０の中央三分の一で、または上端から四分の三で枢動可能に連結する下部コネクタ３２ａを有する。減衰手段３０はその２つ端部３１と３２との間で駆動力を線形に減衰するように設計されており、それによって前記ジョイント２８の枢動を減衰する。減衰手段３０は制御手段を具備し、前記制御手段は少なくともダンパー３０の駆動をロックするロック状態と、２つのディスクバルブの「開」状態として設計することができ、減衰手段３０の駆動を可能にする駆動状態とを有する。ダンパーの手動ハンドル３３は、ロータリー二重ディスクバルブのディスク間の相対的な角度を制御するために使用される。これはモータ、つまり、電気モータに代えることができる。内側軸３４が開口３７を備えるピストンの端部でディスクに連結されるとともに、手動ハンドルに連結される。内側軸３４はハンドルの動きをディスク４１に移動する。カバーナット３５が油圧チューブ３９にガイダーおよびチューブシーリング４０を固定する。線形ガイダーアセンブリ３６はピストンの軸方向への動きを制限し、油圧チューブ３９の上端を封止する。開口を備えるピストンはロータリー二重ディスクバルブの中核要素と考えられる。これはそれぞれ主器具からの減衰力および制動力を吸収する。開口を備えるディスク４１はロータリー二重ディスクバルブの二番目の要素である。このピストンに対する相対的な回転角が減衰量を決定し、ディスク４１が作動油の流れを閉じると、それぞれブレーキが機能する。ロックされたときにブレーキの緊急押し開けを可能にするリリース弁３８が取り付けられている。油圧チューブ３９は作動油を収容し、ピストンの線形の動きを制限する。チューブシーリング４０は油圧チューブ３９の底部を封止する。
【００２５】
「チェアレスチェア」と呼ばれる実施形態による力の転向が、図１の矢印１０４および１０６で示されている。体重１０４は上部サポート１０、弁が閉じた状態のブレーキとしての動作モードにあるときの減衰手段３０、下部サポート２０によって吸収され、さらに矢印１０６に従い人の踵または人の靴のかかとに転向される。サポート構造の形状およびストラップの位置のために、力の方向は垂直方向（下向き）から主に水平方向（前向き）に変わる。転向のメカニズムは、ダンパー３０の下端部を下部サポート２０に連結する下部サポート２０の連結手段２２によってサポートされる。連結手段２２は、応力の成分がサポートから体または装置の一部、例えば靴の踵に転向するように、下部サポートに配置されている。そのために、前記下部サポート２０の下側部分を人の踵または人の靴の踵に連結する手段２３が設けられている。
【００２６】
弁の操作原理
二重ディスクバルブの操作原理を図４に例示し、以下説明する。
弁の２つのディスクが完全に重なるとき（状況１０１）、弁は閉じて、ダンパーはブレーキとして作用する。２つのディスクの穴が完全に整合する場合、弁は開く（状況１０３）。作動油の流れに対する抵抗量は、オリフィスの有効開口面積に依存する。有効オリフィス面積は、一方のディスクを他方に対して回転させる（状況１０２）ことによって変えることができる。そのため、減衰は非常に低い減衰１０３から非常に高い減衰およびブレーキ１０３まで連続的に変えることができる。
【００２７】
安全メカニズム
ブレーキが掛かっているときでもダンパーのロックを解除する可能性を確保するために、弁に安全メカニズムを内蔵した。安全メカニズムの作用原理を図５に示す。回転可能なディスク４１はロック位置にあり、ブレーキが掛かっている。必要な場合、ピストンを反対方向に押すことができる（ダンパーの延伸）。ばね４２はコンプライアンスとして作用し、ディスク４１を圧迫する流体流により、ディスク４１をピストンから離れる方に移動させる。これにより２つのディスクの間に小さなすき間ができるので、弁はもはや閉じられない。小型の止め具４３が、ディスクをその相対的な回転でも整合されることを確保する。そのため、ダンパーの延伸による圧力が低下すると、ディスク４１はばね４２によってピストンディスクに押し戻される。
【符号の説明】
【００２８】
１０  上部サポート
２０  下部サポート
２２  連結手段
２３  前記下部サポートの下側部分を踵に連結する手段
２８  ジョイント
３０  減衰手段
３１  ダンパーの上端部
３１ａ  上部コネクタ
３２  ダンパーの下端部
３２ａ  下部コネクタ
３３  手動ハンドル
３４  内側軸
３５  カバーナット
３６  線形ガイダーアセンブリ
３７  開口を備えるピストン
３８  リリース弁
３９  油圧チューブ
４０  チューブシーリング
４１  開口を備えるディスク
４２  ばね
４３  小型の止め具
１０１  弁が閉じた状況
１０２  弁が一部開いている状況
１０３  弁が完全に開いている状況
１０４  重力／体重
１０６  転向力
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【国際調査報告】
2016528019.tif 000010
2016528019.tif 000011
2016528019.tif 000012