(57)【要約】  外骨格型システムについての半教師あり意図認識のコンピュータにより実施される方法である。１つの態様では、方法は、状態遷移意図入力に応答して、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作することから、第１の感度レベルよりも敏感である第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作することに外骨格型システムを変更することと、第２のモードにおいて動作し、第２の感度レベルを使用している間に状態遷移を識別することと、外骨格型システムを作動させることによって識別された状態遷移を促進することと、を含む。【選択図】図１
2020532362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半教師あり意図認識制御プログラムを実行するように構成されたウェアラブル空気式外骨格型システムであって、前記外骨格型システムは、
前記外骨格型システムを着用しているユーザの左脚及び右脚とそれぞれ関連付けられるように構成され、少なくとも立っている状態、座っている状態、及び歩いている状態を含む複数の物理状態の間を推定及び遷移するように構成された左及び右空気式脚アクチュエータユニットであって、前記左及び右空気式アクチュエータユニットは各々、
前記外骨格型システムを着用している前記ユーザの膝の回転軸と位置合わせされるように構成された回転可能接合部と、
前記回転可能接合部に結合され、前記外骨格型システムを着用している前記ユーザの前記膝の上の太腿部の長さに沿って延在する上腕と、
前記回転可能接合部に結合され、前記外骨格型システムを着用している前記ユーザの前記膝の下の下肢部の長さに沿って延在する前腕と、
ベローズキャビティに空気流体を導入することによって空気式に膨張するときに、ベローズアクチュエータが前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延在することによって前記上腕及び前腕を作動させるように構成された膨張可能ベローズアクチュエータと、を含む、前記左及び右空気式脚アクチュエータユニットと、
前記空気式脚アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに空気流体を導入して、前記ベローズアクチュエータを独立して作動させるように構成された空気式システムと、
外骨格コンピューティングデバイスであって、
複数のセンサと、
状態遷移意図入力ボタンを有するユーザ入力と、
少なくとも半教師あり意図認識制御プログラムを記憶したメモリと、
前記複数のセンサから取得されたセンサデータを含む前記外骨格コンピューティングデバイスによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記空気式システムを制御するように前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行するプロセッサと、を含む、前記外骨格コンピューティングデバイスと、
を含み、前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行することによって、前記外骨格型システムは、
第１の感度レベルにおいて前記外骨格型システムの状態遷移を識別する感度により第１のモードにおいて動作し、
前記第１のモードにおいて動作し、前記第１の感度レベルを使用している間に第１の状態遷移を識別し、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された第１の状態遷移を促進し、
ユーザが前記状態遷移意図入力ボタンを押下することによって状態遷移意図入力を受信し、それに応答して、前記第１の感度レベルよりも敏感である第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作するように前記外骨格型システムを変更し、
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に第２の状態遷移を識別し、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された第２の状態遷移を促進し、
第２のモードのタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作することに再度切り替え、前記第１の感度レベルを使用する、
前記ウェアラブル空気式外骨格型システム。
【請求項２】
前記第２の感度レベルにおいて前記第２の状態遷移を識別することは、前記外骨格コンピューティングデバイスの前記複数のセンサの少なくともいくつかから取得されたセンサデータのセットに少なくとも部分的に基づいており、センサデータの前記セットは、前記第１の感度レベルが前記第２の感度レベルと比較して敏感でないことに起因して、前記第２の感度レベルにおいて前記第２の状態遷移を識別するが、前記第１のモードの前記第１の感度レベルにおいて前記第２の状態遷移を識別しない、請求項１に記載のウェアラブル空気式外骨格型システム。
【請求項３】
前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行することによって、前記外骨格型システムは更に、
前記第１のモードにおいて動作することに再度切り替えた後、第２の状態遷移意図入力を受信し、それに応答して、前記第１の感度レベルよりも敏感である前記第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により前記第２のモードにおいて動作するように前記外骨格型システムを変更し、
更なる第２のモードタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作すること、及び前記第１の感度レベルを使用することに再度切り替え、前記第１のモードにおいて動作することに前記更に切り替えることは、前記第２の状態遷移意図入力を受信した後に前記第２のモードにおいて動作している間、前記外骨格型システムによって、状態遷移を識別することまたは状態遷移を促進することなく行われる、
請求項１に記載のウェアラブル空気式外骨格型システム。
【請求項４】
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に前記第２の状態遷移を識別することは、
前記外骨格が立っている状態にあると判定することであって、前記外骨格は、前記第２のモードにおいて動作している間、及び前記状態遷移意図入力を受信した後、前記立っている状態から座り状態または歩く状態のいずれかに遷移するオプションを有する、前記判定することと、
前記座り状態または歩く状態のいずれかへの状態遷移を含む状態遷移を監視することと、
前記第２の感度レベルを使用して前記第２の状態遷移を識別し、前記第２の状態遷移は、前記座り状態または歩く状態のうちの１つであり、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって、前記座り状態または歩く状態のうちの１つへの前記遷移を促進することと、
を含む、請求項１に記載のウェアラブル空気式外骨格型システム。
【請求項５】
状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムによる状態遷移をトリガせず、状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムの実行可能な物理状態遷移オプションを制限しない、請求項１に記載のウェアラブル空気式外骨格型システム。
【請求項６】
半教師あり意図認識制御プログラムを実行するように構成された外骨格型システムであって、
アクチュエータユニットであって、
前記脚アクチュエータユニットを着用しているユーザの膝と位置合わせされるように構成された接合部と、
前記接合部に結合され、前記脚アクチュエータユニットを着用している前記ユーザの前記膝の上の太腿部の長さに沿って延在する上腕と、
前記接合部に結合され、前記脚アクチュエータユニットを着用している前記ユーザの前記膝の下の下肢部の長さに沿って延在する前腕と、
前記上腕及び前腕を作動させ、前記脚アクチュエータユニットを複数の異なる位置状態に移動させるように構成されたアクチュエータと、を含む前記アクチュエータユニットを備え、
前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行することによって、前記外骨格型システムは、
状態遷移意図入力を受信し、それに応答して、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作することから、前記第１の感度レベルよりも敏感である第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作することに前記外骨格型システムを変更し、
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に状態遷移を識別し、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された状態遷移を促進する、
外骨格型システム。
【請求項７】
前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行することによって、前記外骨格型システムは更に、第２のモードタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作すること、及び状態遷移を識別するための前記第１の感度レベルを使用することに再度切り替える、請求項６に記載の外骨格型システム。
【請求項８】
前記第２の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別することは、前記外骨格型システムの１つ以上のセンサから取得されたセンサデータのセットに少なくとも部分的に基づいており、センサデータの前記セットは、前記第２の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別するが、前記第１のモードの前記第１の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別しない、請求項６に記載の外骨格型システム。
【請求項９】
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に前記状態遷移を識別することは、
前記外骨格型システムが立っている状態にあると判定することであって、前記外骨格型システムは、前記第２のモードにおいて動作している間、及び前記状態遷移意図入力を受信した後、前記立っている状態から座り状態または歩く状態のいずれかに遷移するオプションを有する、前記判定することと、
前記座り状態または歩く状態のいずれかへの状態遷移を含む状態遷移を監視することと、
前記第２の感度レベルを使用して前記状態遷移を識別し、前記状態遷移は、前記座り状態または歩く状態のうちの１つであり、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって、前記座り状態または歩く状態のうちの１つへの前記遷移を促進することと、
を含む、請求項６に記載の外骨格型システム。
【請求項１０】
状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムによる状態遷移をトリガせず、状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムの状態遷移オプションを制限しない、請求項６に記載の外骨格型システム。
【請求項１１】
外骨格型システムについての半教師あり意図認識のコンピュータにより実施される方法であって、
状態遷移意図入力に応答して、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作することから、前記第１の感度レベルよりも敏感である第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作することに前記外骨格型システムを変更することと、
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に状態遷移を識別することと、
前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された状態遷移を促進することと、
を備える、前記コンピュータにより実施される方法。
【請求項１２】
第２のモードタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作すること、及び前記第１の感度レベルを使用することに切り替えることを更に備える、請求項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
【請求項１３】
前記第２の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別することは、前記第２の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別するが、前記第１のモードの前記第１の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別しない、センサデータに少なくとも部分的に基づいている、請求項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
【請求項１４】
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に前記状態遷移を識別することは、
前記外骨格型システムが第１の物理状態にあると判定することであって、前記外骨格型システムは、前記第２のモードにおいて動作している間、及び前記状態遷移意図入力を受信した後、前記第１の物理状態から複数の物理状態に遷移するオプションを有する、前記判定することと、
前記第２の感度レベルを使用して前記状態遷移を識別し、前記状態遷移は、前記複数の物理状態のうちの１つであり、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって、前記複数の物理状態のうちの１つへの前記遷移を促進することと、
を含む、請求項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
【請求項１５】
前記第１の物理状態は、立っている状態であり、前記複数の利用可能な物理状態遷移のうちの１つは、座り状態への遷移であり、前記複数の物理状態遷移のうちのもう１つは、歩いている状態への遷移である、請求項１４に記載のコンピュータにより実施される方法。
【請求項１６】
状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムによる状態遷移をトリガしない、請求項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
【請求項１７】
状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムの状態遷移オプションを制限しない、請求項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
【請求項１８】
前記外骨格型システムに、前記第１の感度レベルにおいて前記外骨格型システムの状態遷移を識別する感度により前記第１のモードにおいて動作させることと、
前記第１のモードにおいて動作し、前記第１の感度レベルを使用している間に第２の状態遷移を識別し、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された第２の状態遷移を促進することと、
を更に備える、請求項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
【請求項１９】
前記第２のモードから前記第１のモードにおいて動作することに再度切り替えた後に第２の状態遷移意図入力を受信することと、
前記第２の状態遷移意図入力に応答して、前記第２の感度レベルにおいて状態遷移を識別する感度により第２のモードにおいて動作するように前記外骨格型システムを変更することと、
更なる第２のモードタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作し、前記第１の感度レベルを使用することに再度切り替えることであって、前記第１のモードにおいて動作することに前記再度切り替えることは、前記第２のモードにおいて動作している間、及び前記第２の状態遷移意図入力を受信した後、前記外骨格型システムによって、状態遷移を識別することまたは状態遷移を促進することなく行われる、前記再度切り替えることと、
を更に備える、請求項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その全体を参照することによって、及び全ての目的のためにその出願が本明細書で以下に組み込まれる、２０１７年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／５５１，６９６号の利益を主張する。
【０００２】
本出願はまた、その全体を参照することによって、及び全ての目的のためにその出願も本明細書で以下に組み込まれる、２０１８年４月１３に出願された米国特許出願第１５／９５３，２９６号に関連し，２０１８年２月２日に出願された米国特許出願第１５／８８７，８６６号に関連し、２０１７年１１月２７日に出願された米国特許出願第１５／８２３，５２３号に関連し、２０１６年３月２８日に出願された米国特許出願第１５／０８２，８２４号に関連する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】ユーザによって着用された外骨格型システムの実施形態の実施例の例示である。
【図２】スキーをしている間のユーザによって着用された外骨格型システムの別の実施形態の実施例の例示である。
【図３】スキーをしている間のユーザによって着用された外骨格型システムの更なる実施形態の実施例の例示である。
【図４】ユーザの脚に着用された外骨格型システムのまた更なる実施形態の実施例の例示である。
【図５】外骨格型システムの実施形態を例示するブロック図である。
【図６】複数のシステム状態及びシステム状態の間の遷移を含む外骨格型システムについての実施例の状態機械を例示する。
【図７】図６の状態機械及び第１のボタンを有するユーザインタフェースのコンテキストにおいて例示された完全教師あり意図認識方法の実施例である。
【図８】図６の状態機械並びに第１及び第２のボタンを有するユーザインタフェースのコンテキストにおいて例示された完全教師あり意図認識方法の別の実施例である。
【図９】図６の状態機械及び第１のボタンを有するユーザインタフェースのコンテキストにおいて例示された完全教師あり意図認識方法の更なる実施例である。
【図１０】一実施形態に従った教師なし意図認識方法の実施例を例示する。
【図１１】半教師あり意図認識方法の実施例の実施形態を例示する。
【図１２】立っている状態が８個のそれぞれの状態への８個のあり得る遷移を有し、ボタンが単一の遷移及び状態ペアにマッピングされた教師あり意図認識方法における実施例の状態機械を例示する。
【図１３】立っている状態が８個のそれぞれの状態への８個のあり得る遷移を有し、４つのボタンがそれぞれ単一の遷移及び状態ペアにマッピングされた教師あり意図認識方法における実施例の状態機械を例示する。
【図１４】図１２及び１３に示された状態機械、並びに状態遷移を行う意図を示すための単一のボタンを有するユーザインタフェースを有する半教師あり意図認識方法の実施例を例示する。
【図１５】一実施形態に従った半教師あり意図認識方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
図面は同一縮尺で描かれないこと、及び類似の構造または機能の要素が図面全体を通じて例示の目的のために同一の参照符号によって全体的に表されることに留意されるべきである。また、図面は、好ましい実施形態の説明を促進することを意図しているにすぎないことに留意されるべきである。図面は、説明される実施形態のあらゆる態様を例示しておらず、本開示の範囲を限定するものではない。
【０００５】
本出願は、強化外骨格のユーザの意図の認識のための新規なシステム及び方法の設計及び実施態様に関する実施例の実施形態を開示する。様々な実施形態では、それらの最も簡易な形式にある外骨格型デバイスにおける意図認識のための方法は、ユーザが、手動入力（例えば、ボタンを使用することによって）を通じてそれらの意図の直接指示を提供することを可能にすることができると共に、他の方法は、標準動作のための直接対話への依存を除去するように設計されることができる。本開示は、様々な実施例では、ユーザが、デバイスがユーザコマンドに従属することなく、デバイスの意図認識の精度を改善し得る入力を提供することを可能にするシステム及び方法を説明する。
【０００６】
本明細書で説明される実施形態は、外骨格における意図認識の代替的な方法を通じた相当な改善をもたらす。例えば、外骨格型デバイスにおける意図認識のための１つの代替的な方法は、ユーザまたはデバイスプロクタ（例えば、物理セラピスト）にユーザの意図された行動における所望の変化を直接示す能力を提供する完全教師ありアプローチである。それらの方法は、デバイスの状態行動におけるトリガを手動入力に直接結びつけることができるが、これは、ユーザが、座っていること、立っていること、階段を登っていることまたは降りていること、歩いていること、及び走っていることなどの多種多様な行動を示すことを必要とする。
【０００７】
デバイスの行動へのユーザの直接の関与を削減するための取り組みでは、オペレータからの直接対話なしに、ユーザの意図された機動を自動で判定するためにデバイスセンサを使用する別の代替的な教師なし方法が開発されてきた。これは、ユーザに対する負荷を削減し、デバイスが認識することができる動作モードの数を増大させる潜在性を提示するが、それは、誤った意図認識のリスクをもたらす。自動化された識別及び直接識別の組み合わせを使用するいくつかの方法が開発されてきたが、それらはなお、同一の課題を提示する。本明細書で説明される様々なシステム及び方法は、外骨格の動作状態をオペレータが直接操作する入力なしに、オペレータが、情報をデバイスに直接提供することを可能にする。
【０００８】
本開示は、半教師あり意図認識方法の様々な実施形態を開発する方法を教示する。このアプローチは、オペレータが、デバイスの行動を操作するためにデバイスが使用することができる追加の情報をデバイスに提供することを可能にすることができる。それらの実施形態では、ユーザは、行われることになる決定を直接指示することなく、その意思決定能力を向上させるために機械に直接入力を提供することができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、ユーザによって提供される直接入力は、特定の機動（例えば、措置を講じること）と直接相関付けられない。別の実施形態は、ボタンの起点を通じた直接意図の指示の単一の入力のみをユーザに提供する。この実施形態では、このボタンは、歩いていること、走っていること、または立っていることなどの特定の機動と相関しない。代わりに、ボタンは、行動を変化させるユーザの要望または意図を示すにすぎない。一実施例では、オペレータが歩いており、立っていることまたは走っていることに遷移するつもりである場合、ユーザは、潜在的な決定を予想するようにデバイスに警告するために、状態遷移意図ボタンをプッシュすることだけが必要である。そのような実施形態では、デバイスの行動は、完全教師ありではなく、またはユーザの示された意図によって直接操作されない。代わりに、ユーザが、意図における変化が起こる可能性があることを指定するとき、デバイスは、ユーザ行動に応答することにより敏感になり、次いで、ユーザが歩いていることから走っていることもしくは立っていることに物理的に遷移することを支援すること、または何もしないことなど、それに従って応答をする方法を実装することができる。
【００１０】
更なる実施形態では、ユーザによって提供される直接入力は、特定の機動と直接相関付けられることができるが、デバイスはなお、示された意図によって直接操作されない。実施形態は、座位にあるユーザがデバイスを着用しており、デバイスが単一のボタンを有することを含むことができる。この位置では、示された行動における変化を表すためにボタンが典型的には使用される場合でさえ、座位からのこの実施形態におけるこのデバイスについての行動における有効な唯一の変化は、立ち上がることである。結果として、単一のボタン押下は、座ることから立つことへの遷移など、単一の機動と直接相関付けられることができる。しかしながら、この実施形態では、デバイスは、ユーザの示された意図によって直接監督されなくてもよい。結果として、デバイスは、ボタンの押下に対して即時に、またはボタンの押下への直接の反応として行動を変化させないが、代わりに、ユーザによって開始された座ることから立つことへの遷移を検出することにより敏感になる。
【００１１】
外骨格型システムは、様々な方式においてオペレータの半教師あり意図に応答することができる。一実施形態では、外骨格型デバイスは、デバイスセンサを監視することを開始して、行動における変化を探索するために、オペレータからの意図の指示を使用することができる。別の実施形態では、示された意図は、既に稼働している教師なし意図認識方法のセットの敏感性を増大させるために使用されることができる。これは、外骨格型デバイスが、意図された機動における変化を開始するように必要とされた信頼を低下させることを可能にすることによって行われることができる。更なる別の実施形態では、示された意図は、まさに別のセンサ入力として扱われることができる。デバイスは次いで、従来の教師なし意図認識方法に、デバイスセンサに従ったユーザの示された意図を提供することができる。これは、意図における変化の適切なポイントを推測するために機械学習アルゴリズムを利用するデータ駆動型意図認識アルゴリズムを使用するケースにおいて望ましいことがある。前に説明された実施形態は、説明的であるが、ユーザ意図の半教師ありインジケーションを利用することができる全ての潜在的な追加の実施形態を包括せず、したがって、限定するものと解釈されてはならないことに留意することが重要である。
【００１２】
様々な実施形態では、ユーザは、様々な入力方法を通じて意図の半教師あり手動インジケーションを外骨格型デバイスに提供することができる。入力方法の起点が、ユーザの意図された行動のより良好な推定を形成するために半教師あり入力を組み込むことになるときの開示されるシステム及び方法の適用を制限または制約しない。潜在的な入力方法のいくつかは、それに限定されないが、デバイスに付された物理ボタン、一意なボタン押下（例えば、ダブルクリックまたは長押し）、個別ジェスチャ（例えば、腕を振る、足踏みする）、発話コマンド、モバイルデバイスインタフェース、及び別のセンサ入力を通じた解釈された手動入力（例えば、ＩＭＵ信号を観察することを通じてデバイスをノックオンすることを推論する）などを含む。
【００１３】
明確にすることを目的に、骨格型システム（例えば、図１に示される）の設計及び実施態様のコンテキストにおいて実施例の実施形態が議論されるが、本明細書で説明され、示されるシステム及び方法は、デバイスがユーザの意図された行動を認識することを目的としてオンボードセンサを使用している多種多様な着用されたデバイスへの適用を有することができる。この特定の実施例は、フットウェアであり、特に、アクティブフットウェアであり、そこでは、デバイスは、ユーザに対して統計を報告することができ、性能特性に適合することができるように、オペレータの意図された行動を判定するために含まれたセンサを使用する。それらの適用では、設計者は、完全教師あり意図認識器の安定性を教師なしオプションの可用性とバランスをとることを取り巻く同一の問題により満たされる。本明細書において開示されるような半教師あり方法の適用は、他の強化着用デバイスにおけるそれらの必要性のバランスをもとることへの解決策であることができる。
【００１４】
図１に目を向けると、人間ユーザ１０１によって着用された外骨格型システム１００の実施形態の実施例が例示される。この実施例に示されるように、外骨格型システム１００は、ユーザの左脚及び右脚１０２Ｌ、１０２Ｒにそれぞれ結合された左脚及び右脚アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒを備える。この実施例の例示では、右脚アクチュエータユニット１１０Ｒの一部は、右脚１０２Ｒによって覆い隠されるが、様々な実施形態では、左脚及び右脚アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒは、実質的に相互の左右対称の像であることができることが明確であるはずである。
【００１５】
脚アクチュエータユニット１１０は、接合部１２５を介して回転可能に結合された上腕１１５及び前腕１２０を含むことができる。ベローズアクチュエータ１３０は、上腕１１５及び前腕１２０のそれぞれの端において結合されたプレート１４０の間で延在し、プレート１４０は、接合部１２５の別個の回転可能な部分に結合される。複数の制約リブ１３５は、本明細書で更に詳細に説明されるように、接合部１２５から延在し、ベローズアクチュエータ１３０の一部を取り囲む。空気配管１４５の１つ以上のセットは、本明細書で議論されるように、ベローズアクチュエータ１３０から液体を導入及び／または除去して、ベローズアクチュエータ１３０に拡張及び縮小させるようにベローズアクチュエータ１３０に結合されることができる。
【００１６】
脚アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒは、ユーザ１０１の脚１０２Ｌ、１０２Ｒの周りで、１つ以上のカプラ１５０（例えば、脚１０４を囲むストラップ）を介して、ユーザ１０１の太腿部１０４Ｌ、１０４Ｒの周りで結合された脚アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒの上腕１１５と共にユーザ１０１の膝１０３Ｌ、１０３Ｒに位置付けられた接合部１２５とそれぞれ結合されることができる。脚アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒの前腕１２０は、１つ以上のカプラ１５０を介して、ユーザ１０１の下肢部１０５Ｌ、１０５Ｒの周りで結合されることができる。図１の実施例に示されるように、上腕１１５は、２つのカプラ１５０を介して、膝１０３の上で脚１０２の太腿部１０４に結合されることができ、前腕１２０は、２つのカプラ１５０を介して、膝１０３の下で脚１０２の下肢部１０５に結合されることができる。それらの構成要素のいくつかは、そのいくつかがこの中で議論される、特定の実施形態において省略されることができることに留意することが重要である。加えて、更なる実施形態では、本明細書で議論される構成要素のうちの１つ以上は、同一の機能性を生じさせるように代替的な構造と動作可能に置き換えられることができる。
【００１７】
本明細書で議論されるように、外骨格型システム１００は、様々な適切な使用のために構成されることができる。例えば、図２及び３は、スキーをしている間にユーザによって使用される外骨格型システム１００を例示する。図２及び３に示されるように、ユーザは、外骨格型システム１００、並びにスキーブーツ２１０のペア及びスキー２２０のペアを含むスキーアセンブリ２００を着用することができる。様々な実施形態では、脚アクチュエータユニット１１０の前腕１２０は、カプラ１５０を介して、スキーブーツ２１０に取り外し可能に結合されることができる。そのような実施形態は、脚アクチュエータユニット１１０からスキーアセンブリまで力を向けるために望ましいことがある。例えば、図２及び３に示されるように、前腕１２０の遠心端におけるカプラ１５０は、脚アクチュエータユニット１１０をスキーブーツ２１０に結合することができ、上腕１１５の遠心端におけるカプラ１５０は、脚アクチュエータユニット１１０をユーザ１０１の太腿１０４に結合することができる。
【００１８】
脚アクチュエータユニット１１０の上腕及び前腕１１５、１２０は、様々な適切な方式においてユーザ１０１の脚１０２に結合されることができる。例えば、図１は、脚アクチュエータユニット１１０の上腕及び前腕１１５、１２０、並びに接合部１２５が脚１０２の上端部及び底部１０４、１０５の側面に沿って結合される実施例を例示する。図４ａ及び４ｂは、膝１０３の回転軸と一致して配置された接合部１２５の回転軸Ｋと共に、接合部１２５が横方向に配置され、膝１０３に隣接する外骨格型システム１００の別の実施例を例示する。上腕１１５は、接合部１２５から太腿１０４の前面に太腿１０４の側面に沿って延在することができる。太腿１０４の前面上の上腕１１５の一部は、軸Ｕに沿って延在することができる。前腕１２０は、軸Ｋに垂直な軸Ｌに沿って延在する部分と共に、接合部１２５から下肢１０５の底端における後位置に、接合部１２５における中間位置からの下肢１０５の側面に沿って延在することができる。
【００１９】
様々な実施形態では、接合部構造１２５は、ベローズアクチュエータ１３０内のアクチュエータの流体圧力によって生じる力が瞬間中心（空間において固定されてもよく、または固定されなくてもよい）の周りに向けられることができるように、ベローズアクチュエータ１３０を制約することができる。外巻もしくは回転式接合部１２５、または曲面上でスライドする体のいくつかのケースでは、この瞬間中心は、接合部１２５または曲面の回転の瞬間中心と一致することができる。回転式接合部１２５の周りで脚アクチュエータユニット１１０によって生じる力は、瞬間中心の周りでモーメントを加えるために使用されることができると共に、向けられた力を加えるためにも使用されることができる。角柱または線形接合部（例えば、レール上のスライドなど）のいくつかのケースでは、瞬間中心は、無限に位置すると運動学的に考えられることができ、そのケースでは、この無限の瞬間中心の周りで向けられた力は、角柱接合部の動きの軸に沿って向けられた力として考えられることができる。様々な実施形態では、回転式接合部１２５が、機械旋回機構から構築されることが十分となることができる。そのような実施形態では、接合部１２５は、定義するのが容易であることができる回転の固定中心を有することができ、ベローズアクチュエータ１３０は、接合部１２５に対して移動することができる。更なる実施形態では、接合部１２５が、回転の単一の固定中心を有さない複合リンケージを含むことが利点となることができる。更なる別の実施形態では、接合部１２５は、固定接合旋回部を有さない湾曲設計を備えることができる。また更なる実施形態では、接合部１２５は、人間接合部またはロボット接合部などの構造を備えることができる。
【００２０】
様々な実施形態では、脚アクチュエータユニット１１０（例えば、ベローズアクチュエータ１３０、接合部構造１２５、及び制約リブ１３５などを備える）は、様々なタスクを達成するために、脚アクチュエータユニット１１０の生じた向けられた力を使用するようにシステムに統合されることができる。いくつかの実施例では、脚アクチュエータユニット１１０は、脚アクチュエータユニット１１０が人間の体を支援するように構成され、または強化外骨格型システム１００に含まれるときに１つ以上の優れた利点を有することができる。実施例の実施形態では、脚アクチュエータユニット１１０は、ユーザの膝接合部１０３の周りで人間ユーザの動きを支援するように構成されることができる。それを行うために、いくつかの実施例では、脚アクチュエータユニット１１０の瞬間中心は、膝の回転の瞬間中心と一致またはほぼ一致するように設計されることができる（例えば、図４ａに示されるように共通軸Ｋに沿って位置合わせされる）。一実施例の構成では、脚アクチュエータユニット１１０は、図１、２、３、及び４ａに示されるように、膝接合部１０３に対して横方向に位置付けられることができる（前方または後方とは反対に）。別の実施例の構成では、脚アクチュエータユニット１１０は、膝１０３の後方で、膝１０３の前方で、または膝１０３の内部でなどに位置付けられることができる。様々な実施例では、人間膝接合部１０３は、脚アクチュエータユニット１１０の接合部１２５（それに加えてまたはそれに代えて）として機能することができる。
【００２１】
明確にするために、本明細書で議論される実施例の実施形態は、本開示内で説明される脚アクチュエータユニット１１０の潜在的な適用の限定として見なされるべきではない。脚アクチュエータユニット１１０は、それに限定されないが、肘、尻、指、背骨、または首を含む体の他の接合部上で使用されることができ、いくつかの実施形態では、脚アクチュエータユニット１１０は、汎用アクチュエーションのためのロボットにおいてなど、人間の体上ではない適用において使用されることができる。
【００２２】
いくつかの実施形態は、線形アクチュエーションの適用のために本明細書で説明されるような脚アクチュエータユニット１１０の構成を適用することができる。実施例の実施形態では、ベローズ１３０は、２つの層の不浸透／拡張不可構造を備えることができ、制約リブ１３５の一端は、予め定められた位置においてベローズ１３０に固定されることができる。様々な実施形態における接合部構造１２５は、線形ガイドレールのペア上で一連のスライドとして構成されることができ、各々の制約リブ１３５の残りの端は、スライドに接続される。したがって、流体アクチュエータの動き及び力は、線形レールに沿って制約され、及び向けられることができる。
【００２３】
図５は、空気式システム５２０に動作可能に接続された外骨格型デバイス５１０を含む外骨格型システム１００の実施例の実施形態のブロック図である。外骨格型デバイス５１０は、プロセッサ５１１、メモリ５１２、１つ以上のセンサ５１３、通信ユニット５１４、及びユーザインタフェース５１５を備える。複数のアクチュエータ１３０は、それぞれの空気配管１４５を介して空気式システム５２０に動作可能に結合される。複数のアクチュエータ１３０は、体１００の右側面及び左側面上に位置付けられた膝アクチュエータ１３０Ｌ、１３０Ｒのペアを含む。例えば、上記議論されたように、図５に示される実施例の外骨格型システム１００は、図１〜３に示されたような体１０１のそれぞれの側面上の左脚及び右脚アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒを備えることができる。
【００２４】
様々な実施形態では、実施例のシステム１００は、外骨格型システム１１０を着用したユーザを移動させ、及び／または外骨格型システム１１０を着用したユーザの移動を増進されるように構成されることができる。例えば、外骨格型デバイス５１０は、命令を空気式システム５２０に提供することができ、空気式システム５２０は、空気配管１４５を介してベローズアクチュエータ１３０を選択的に膨張及び／または収縮させることができる。ベローズアクチュエータ１３０のそのような選択的な膨張及び／または収縮は、歩いていること、走っていること、ジャンプしていること、登っていること、持ち上げていること、投げていること、スクワットしていること、またはスキーしていることなどの体の動きを生じさせ、及び／または増補するように片脚または両脚１０２を移動させることができる。更なる実施形態では、空気式システム５２０は、手動で制御されることができ、一定の圧力を加えるように構成されることができ、またはいずれかの他の適切な方式において動作することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、そのような移動は、外骨格型システム１００を着用しているユーザ１０１によって、または別の人間によって制御及び／またはプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、外骨格型システム１００は、ユーザの移動によって制御されることができる。例えば、外骨格型デバイス５１０は、ユーザが歩いていること及び負荷を運んでいることを検知することができ、負荷及び歩いていることと関連付けられた仕事を削減するように、アクチュエータ１３０を介してユーザに強化支援を提供することができる。同様に、ユーザ１０１がスキーをしている間に外骨格型システム１００を着用する場合、外骨格型システム１００は、ユーザ１０１の移動（例えば、ユーザ１０１によって行われ、または地形に応答してなど）を検知することができ、スキーをしている間にユーザへの支援を増進または提供するように、アクチュエータ１３０を介してユーザに強化支援を提供することができる。
【００２６】
したがって、様々な実施形態では、外骨格型システム１３０は、直接のユーザ対話なしに自動で反応することができる。更なる実施形態では、移動は、コントローラ、ジョイスティックによって、または制御を通じてリアルタイムで制御されることができる。加えて、いくつかの移動は、完全に制御される代わりに、事前にプログラムされることができ、及び選択的にトリガされることができる（例えば、前に歩く、座る、かがむ）。いくつかの実施形態では、移動は、一般化された命令によって制御されることができる（例えば、ポイントＡからポイントＢに歩く、棚Ａから箱を拾い上げ、棚Ｂに移動させる）。
【００２７】
様々な実施形態では、外骨格型デバイス１００は、以下で更に詳細に説明され、または参照によって本明細書に組み込まれる関連出願において説明される方法または方法の一部を実行するように動作可能となることができる。例えば、メモリ５１２は、プロセッサ５１１によって実行される場合、外骨格型システム１００に、本明細書で説明され、または参照によって本明細書に組み込まれる関連出願において説明される方法または方法の一部を実行させることができる、非永続的コンピュータ可読命令を含むことができる。通信ユニット５１４は、外骨格型システム１００が、ユーザデバイス、分類サーバ、または他の外骨格型システムなどを含む他のデバイスと直接またはネットワークを介して通信することを可能にする、ハードウェア及び／またはソフトウェアを含むことができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、センサ５１３は、いずれかの適切なタイプのセンサを含むことができ、センサ５１３は、中心位置に位置することができ、または外骨格型システム１００の周りで分散されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格型システム１００は、腕１１５、１２０、接合部１２５、アクチュエータ１３０、またはいずれかの他の位置を含む様々な適切な位置において、複数の加速度計、力センサ、位置センサ、及び圧力センサなどを備えることができる。したがって、いくつかの実施例では、センサデータは、１つ以上のアクチュエータ１３０の物理状態、外骨格型システム１００の一部の物理状態、及び外骨格型システム１００の物理状態などに全体的に対応することができる。いくつかの実施形態では、外骨格型システム１００は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）、カメラ、範囲検知システム、または環境センサを含むことができる。
【００２９】
ユーザインタフェース５１５は、物理ボタン、タッチスクリーン、スマートフォン、タブレットコンピュータ、及びウェアラブルデバイスなどのうちの１つ以上を含む様々な適切なタイプのユーザインタフェースを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格型システム１００は、有線または無線通信ネットワーク（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、またはインターネットなど）を介して別個のデバイス（例えば、スマートフォン）に動作可能に接続されることができる、ユーザインタフェース５１５または外骨格型デバイス５１０を含む組み込みシステムを備えることができる。
【００３０】
空気式システム５２０は、アクチュエータ１３０を個々にまたはグループとして膨張及び／または収縮させるように動作可能ないずれかの適切なデバイスまたはシステムを備えることができる。例えば、一実施形態では、空気式システムは、２０１４年１２月１９日に出願された関連特許出願第１４／５７７，８１７号において開示されるようなダイヤフラムコンプレッサ、及び／または米国特許第９，９９５，３２１号として発行された、２０１６年３月２８日に出願された米国特許出願第１５／０８３，０１５号において説明されるようなポペット弁システムを備えることができる。
【００３１】
本明細書で議論されるように、様々な適切な外骨格型システム１００は、様々な適切な方式において、及び様々な適切な適用のために使用されることができる。しかしながら、そのような実施例は、本開示の範囲及び精神内にある多種多様な外骨格型システム１００またはその一部を限定するものと解釈されるべきではない。したがって、図１、２、３、４ａ、４ｂ、及び５の実施例よりも更に複合的であり、またはあまり複合的でない外骨格型システム１００は、本開示の範囲内にある。
【００３２】
加えて、様々な実施例が、ユーザの脚または下半身と関連付けられた外骨格型システム１００に関連すると共に、更なる実施例は、胴、腕、頭、または脚などを含むユーザの体のいずれかの適切な部分に関連することができる。また、様々な実施例が外骨格に関連すると共に、本開示が、人工装具、ボディインプラント、またはロボットなどを含む、他の同様のタイプの技術に適用されることができることが明確であるはずである。更に、いくつかの実施例は、人間ユーザに関連することができると共に、他の実施例は、動物ユーザ、ロボットユーザ、または様々な形式の機械装置に関連することができる。
【００３３】
本明細書で議論されるように、様々な実施形態は、外骨格型システム１００などのウェアラブルデバイスについての半教師あり意図認識の方法に関連する。様々な実施形態の半教師あり意図認識方法は、以下で更に詳細に説明されるように、完全教師あり意図認識方法及び教師なし意図認識方法とは区別されることができる。
【００３４】
図６に目を向けると、複数のシステム状態及びシステム状態の間の遷移を含む、外骨格型システム１００についての実施例の状態機械６００が例示される。より詳細には、座っている状態６０５を備える状態機械６００が示され、座っている状態６０５から、外骨格型システム１００は、座っていることから立つことへの遷移６１０を介して立ち状態６１５に遷移することができる。外骨格型システム１００は、立つことから立っていることへの遷移６２０を介して立ち状態６１５から立っている状態６２５に遷移することができる。外骨格型システム１００は、立っていることから座ることへの遷移６３０を介して立っている状態６２５から座り状態６３５に遷移することができる。外骨格型システム１００は、座ることから座っていることへの遷移６４０を介して座り状態６３５から座っている状態６０５に遷移することができる。
【００３５】
例えば、ユーザ１０１が椅子に座っている場合、外骨格型システム１００は、座っている状態６０５にあり、ユーザ１０１が立ち上がることを望むとき、外骨格型システム１００は、立ち状態６１５を介して座っていること６０５から立っていること６２０に移動することができ、それは、ユーザ１０１を座位から立位に移動させる。ユーザ１０１が椅子の側に立っている場合、外骨格型システム１００は、立っている状態６２５にあり、ユーザ１０１は椅子に座ることを望むとき、外骨格型システム１００は、座り状態６３５を介して立っていること６２５から座っていること６０５に移動することができ、それは、ユーザ１０１を立位から座位に移動させる。
【００３６】
また、状態機械６００に示されるように、外骨格型システム１００は、立っていることから歩くことへの遷移６４５を介して立っている状態６２５から歩く状態６５０に移動することができる。外骨格型システム１００は、歩くことから立っていることへの遷移６５５を介して歩く状態６５０から立っている状態６２５に移動することができる。例えば、ユーザ１０１が立っている（６２５）場合、ユーザ１０１は、歩くこと６５０を選択することができ、歩いていること６５０を停止し、立っていること６２５に戻ることを選択することができる。
【００３７】
実施例の状態機械６００は、例示のみを目的として本明細書で使用され、本開示の範囲及び精神内にある外骨格型システム２００についての多種多様な状態機械を限定するものと解釈されるべきではない。例えば、いくつかの実施形態は、立っている状態及び歩いている状態６２５、６５０のみを有するより単純な状態機械を含むことができる。更なる実施形態は、歩いている状態６５０からの走っている状態などの追加の状態を含むことができる。
【００３８】
図７に目を向けると、図６の状態機械６００及びＡボタン７１０を有するユーザインタフェース５１５（図５を参照）のコンテキストにおいて完全教師あり意図認識方法７００の実施例が例示される。様々な実施例の完全教師あり状態機械では、ユーザ１０１は、１つの状態から別の状態への単一の一意な遷移の開始を命令する直接手動入力をインタフェース５１５に提供し、遷移があると、外骨格型システム１００は、その遷移を開始するように従属される。この実施例では、その手動入力は、Ａボタン７１０のボタン押下によって表される。立っている状態６２５から歩く状態６５０への単一の遷移（すなわち、立っていることから歩くことへの遷移６４５）にマッピングされたＡボタン７１０が示される。ボタンＡが押下され、外骨格型システム１００が、ユーザ１０１が歩いていること６５０への遷移を開始するように安定構成にあることを検出する場合、外骨格型システム１００は、立っている状態６２５から歩く状態６５０への遷移６４５を開始する。言い換えると、この実施例では、ボタンＡは、立っている状態６２５から歩いている状態６５０への立っていることから歩くことへの遷移６４５のみをトリガすることができ、全ての他の遷移（すなわち、６１０、６２０、６３０、６４０、６５５）は、Ａボタン７１０のボタン押下を介して利用可能でない。この遷移は、成功して完了される場合、この実施例における立っていることから歩いていることに物理的に遷移するデバイス着用者をもたらす。
【００３９】
図８に目を向けると、図６の状態機械６００、並びに第１のボタン及び第２のボタン７１０、７２０を有するユーザインタフェース５１５のコンテキストにおいて完全教師あり意図認識方法８００の実施例が例示される。より詳細には、完全教師あり意図認識システムにおける複数の遷移に対処するように図７の実施例に拡張すると、ボタンＡは、上記議論されたように、立っている状態６２５から歩く状態６５０への単一の遷移６４５にマッピングされる。加えて、座っている状態６０５から立ち状態６１５への単一の遷移（すなわち、座っていることから立つことへの遷移６１０）にマッピングされたＢボタン７２０が示される。
【００４０】
本明細書で議論されるように、Ａボタン７１０が押下され、ユーザ１０１が安定している場合、外骨格型システム１００は、立っていること６２５から歩くこと６５０への遷移を開始する。Ｂボタン７２０が押下される場合、外骨格型システム１００は、座っていること６０５から立つこと６１５への座っていることから立つことへの遷移６１０を開始し、ユーザ１０１に、座っていることから立ち上がらせる。そこから、外骨格型システムは次いで、ユーザ１０１が、デバイスが解釈した立つことから立っていることへの遷移６２０を通じて立ち状態６１５から立っている状態６２５に完全にするかどうかを解釈することができ、そうでない場合、安定測定値として座っていることから立つことへの遷移６１０を中断することができ、ユーザを座っていることに戻すことができる。言い換えると、インタフェース５１５上でＢボタン７２０を押下することは、座っていること６０５から立ち状態６１５への座っていることから立つことへの遷移６１０をトリガすることができ、外骨格型デバイス１００は次いで、誤りが発生しない限り、立っている状態６２５に遷移６２０し、そのケースでは、デバイスは、座っている状態６０５に戻る。
【００４１】
したがって、Ａボタン７１０は、立っている状態６２５から歩いている状態６５０への立っていることから歩くことへの遷移６４５のみをトリガすることができ、Ｂボタン７２０は、座っている状態６０５から立っている状態６１５への座っていることから立つことへの遷移６１０のみをトリガすることができ、全ての他の遷移（すなわち、６２０、６３０、６４０、６５５）は、Ａボタン７１０またはＢボタン７２０のボタン押下を介して利用可能でない。
【００４２】
図９に目を向けると、図６の状態機械６００及びＡボタン７１０を有するユーザインタフェース５１５（図５を参照）のコンテキストにおいて完全教師あり意図認識方法９００の別の実施例が例示される。特に、図９は、外骨格型システム１００が立っている状態６２５にあり、ユーザ１０１が安定している場合、Ａボタン７１０を押下することは、外骨格型システム１００に、歩く状態６５０への立っていることから歩くことへの遷移６４５を開始させ、外骨格型システム１００が座っている状態６０５にあり、ユーザ１０１が安定している場合、外骨格型システム１００は、立ち状態６１５への座っていることから立つことへの遷移６１０を開始し、立ち状態６１５の後、外骨格型システム１００は次いで、立っている状態６２５への成功した遷移６２０が行われたかどうかを解釈し、それに従って動くように、Ａボタン７１０がマッピングされた完全教師あり状態機械９００の別の変形を例示する。この実施例のボタン構成は、同一のボタン７１０が１つの遷移の代わりに２つの特定の遷移６１０、６４５にそれぞれマッピングされることを除き、両ボタンＡ及びＢ７１０、７２０を有する図８の前の実施例と同様である。そのようにして、完全教師あり意図認識方法のこの実施例では、単一のボタン押下は、１つ、２つ、または複数のボタンがそのボタン押下を示すために使用されるかに関わらず、１つの遷移及び１つの遷移のみにマッピングされる。
【００４３】
上記議論されたような完全教師あり意図認識方法は、教師なし意図認識方法とは区別されることができる。例えば、図１０は、教師なし意図認識方法の実施例を例示する。より詳細には、図１０は、ユーザ１０１が外骨格型システム１００の意図認識に直接手動入力を提供しない、教師なし状態機械１０００を例示する。代わりに、外骨格型システム１００は、継続して、センサ入力を監視しており、外骨格型システム１００が現在どの状態にあり、ユーザ１０１がどの遷移を開始することを試みているかを解釈している。現在検出されている状態からのあり得る遷移についての閾値がセンサデータ（例えば、センサ５１３からの）に基づいて到達し、ユーザ１０１が安定構成にあると解釈されると、外骨格型システム１００は次いで、解釈された遷移を開始することができる。
【００４４】
図７〜９において議論された完全教師あり意図認識方法とは対照的に、図１０に示される遷移６１０、６２０、６３０、６４０、６４５、６５５の各々は、デバイスが解釈した遷移であり、外骨格型システム１００は、現在の状態（すなわち、座っていること６０５、立つこと６１５、立っていること６２５、座ること６３５、及び歩くこと６５０）を判定し、遷移がある場合、ユーザがどの遷移を開始することを試みているかを判定する。したがって、図１０の実施例のユーザインタフェース５１５は、ユーザ１０１が１つ以上の特定の遷移を開始することを可能にするボタン、または他の要素もしくは機構を有さない（ユーザインタフェース５１５が他の適切な機能性を有することができるが）。言い換えると、図１０の教師なし方法は、ユーザ１０１が、遷移を行いまたは遷移を開始することの要望を示す入力を提供することを可能にせず、図７〜９において議論された教師あり意図認識方法は、ユーザ１０１が、ユーザインタフェース５１５を通じていくつかまたは全ての状態への遷移を開始することを可能にする。
【００４５】
本明細書で議論されるように、完全教師あり意図認識方法及び教師なし意図認識方法は、以下で更に詳細に説明される半教師あり意図認識方法とは区別されることができる。例えば、図１１は、半教師あり意図認識方法の実施例の実施形態を例示する。特に、図１１は、ユーザ１０１が、外骨格型システム１００が現在の状態からの状態遷移を探索するべきことを示す直接手動入力を外骨格型システム１００の意図認識に提供する半教師あり状態機械１１００を例示し、現在の状態は、ユーザ１０１による手動入力の時に外骨格型システム１００に既知であり、または外骨格型システム１００によって判定される。
【００４６】
状態遷移のそのような増大した観察は、遷移が発生しているかどうかを解釈するための１つ以上の閾値を低下させることによってなどの様々な適切な方式において達成されることができ、それは、遷移がセンサ入力（例えば、センサ５１３から受信されたセンサデータからの）から観察される可能性を増大させることができる。
【００４７】
手動入力（例えば、この実施例では、ボタンＸ  １１３０が押下されること）の後、状態遷移が検出される場合、外骨格型システム１００は次いで、検出された状態遷移を開始することを続行する。しかしながら、状態遷移が検出されない場合、外骨格型システム１００は、アクションを行わず、予め定義されたタイムアウトの後、外骨格型システム１００は、遷移を探索することを停止し、次の手動入力に対して待機する標準状態に外骨格型システム１００を戻す。
【００４８】
言い換えると、様々な実施形態では、外骨格型システム１００は、１つ以上の閾値または基準などの第１のセットと関連付けられた状態遷移を識別することと共に、様々な状態遷移（例えば、図１１の実施例に示されるようないずれかのあり得る状態遷移）を識別すること及び開始することを含む標準動作状態にあるユーザ１０１の移動を監視することができ、及び移動に応答することができる。ユーザからの入力（例えば、単一のボタンＸ  １１３０を押下すること）に応答して、外骨格型システム１００はなお、状態遷移を識別することが第１のセットの下の標準動作と比較してより容易に行われるように、１つ以上の閾値または基準などの第２のセットに従ってであるが、ユーザ１０１の移動を監視することができ、及び移動に応答することができる。
【００４９】
より詳細には、センサデータのいくつかのセットについて、所与の状態遷移は、外骨格型システム１００が第１のセットの下に動作しているときに存在するとして識別されないが、１つ以上の閾値または基準などの第２のセットの下に存在するとして識別される。したがって、様々な実施形態では、ユーザ１０１が所与の入力（例えば、単一のボタンＸ  １１３０を押下すること）を提供することによって、外骨格型システム１００は、状態遷移を識別することにより敏感になることができる。
【００５０】
様々な実施形態では、ユーザ１０１によって開始された状態遷移への感度は、ユーザ１０１及び外骨格型システム１００が現在ある状態を仮定すると、あり得る状態遷移に基づくことができる。したがって、様々な実施形態では、状態変化を行う意図の指示が受信された後（例えば、ユーザ１０１がＸボタン１１３０を押下することを介して）、ユーザ１０１及び外骨格型システム１００が現在どの状態にあるかについての判定が行われることができ、ユーザ１０１による潜在的な状態変化への感度は、判定された現在の状態に基づいて調整されることができる。
【００５１】
例えば、図１１を参照して、ユーザが座っている状態６０５にあるとの判定が行われる場合、立ち状態６１５への遷移を識別することへの感度は、より敏感になるように調整されることができ、座っている状態から直接到達可能でない他の状態（例えば、歩く状態６５０または座り状態６３５）は、検出または識別されてもよい潜在的な状態として排除されることができる。加えて、複数の状態遷移が所与の状態から可能である場合、感度は、それらの複数の潜在的な状態遷移に対して調整されることができる。例えば、図１１を参照して、ユーザが立っている状態６２５にあるとの判定が行われる場合、座る状態または歩く状態６３５、６５０への遷移を識別することへの感度は、より敏感になるように調整されることができ、座っている状態から直接到達可能でない他の状態（例えば、立つこと６１５）は、検出または識別されてもよい潜在的な状態として排除されることができる。
【００５２】
ユーザ１０１からの入力に応答して外骨格型システム１００を状態遷移により敏感にすることは、外骨格型システム１００を着用しているユーザの経験を改善するために望ましいことがある。例えば、標準動作の間、状態遷移を識別し、状態遷移に応答するための閾値は、状態遷移のフォールスポジティブを防止するために高くなることができ、外骨格型システム１００が、状態遷移が発生することが必要な場合に応答することを可能にすることもできる。
【００５３】
しかしながら、ユーザが状態遷移（例えば、座っていることから立位に移動すること、立位から座位に移動すること、または立位から歩いていることに移動することなど）を開始することを意図している場合、ユーザ１０１は、状態遷移を開始する意図を示す入力を提供することができ、外骨格型システム１００は、ユーザ１０１が意図された状態遷移を行うことを予期して状態遷移により敏感になることができる。そのような増大した感度は、ユーザ１０１によって開始された状態遷移を識別するフォールスネガティブまたは失敗を防止するために望ましいことがある。
【００５４】
また、状態遷移を行う意図を示す単一の入力をユーザ１０１に提供することは、単一のボタンが全ての状態遷移（例えば、図７〜９に示されるような）よりも少ない遷移にマッピングされた、異なる特定の状態遷移またはシステムにマッピングされた複数のボタンを有する完全教師ありシステムと比較して、そのような外骨格型システム１００の動作をはるかに単純にし、ユーザフレンドリーにすることを理由に望ましいことがある。状態遷移を行う意図を示す単一の入力をユーザ１０１に提供することは、状態遷移を行う意図を示す能力をユーザ１０１に提供することが、状態遷移が発生する増大した尤度と関連付けられることがある、状態遷移を行うユーザ意図または要望に基づいて、状態遷移への可変の感度を提供することによって状態遷移のためのフォールスポジティブ及びフォールスネガティブを防止することを助けることを理由に、教師なし方法よりも望ましいことがある。
【００５５】
図７〜９の完全教師あり意図認識方法と図１１の半教師あり方法との間の差を更に例示するために、ユーザが所与の状態からの状態遷移を行うための複数のオプションを有する実施例に焦点を当てることが有益であることがある。例えば、図１１の状態図１１００に示されるように、立っている状態６２５にあるユーザは、座ることの機動状態６３５を介して座っている状態６０５に遷移するオプションまたは歩く状態６５０に遷移するオプションを有する。図１１の実施例に示されるように、ユーザ１０１がボタン１１３０を押下する場合、ユーザ１０１は、立っていることから座ることへの遷移６３０または立っていることから歩くことへの遷移６４５を開始するオプションを有し、外骨格型システム１００は、潜在的な遷移６３０、６４５の両方により敏感になることができ、ユーザ１０１が潜在的な遷移６３０、６４５のいずれかを開始することに応答することができる。
【００５６】
対照的に、図７〜９の実施例に示されるように、Ａボタン７１０が押下される場合、ユーザ１０１は、立っていることから歩くことへの遷移６４５に強制され、または最低限、立っていることから座ることへの遷移６３０のオプションを有さず、立っていることから座ることへの遷移６３０は、利用可能でないアクションである。したがって、完全教師あり方法は、ユーザ１０１の移動のオプションを制限することがあり、半教師あり方法（例えば、図１１に示されるような）は、ユーザが、１つ以上の特定の状態遷移を明確にまたは暗黙的に指定することなく、状態遷移を行う意図を示すことを可能にすることができる。別の方式を述べると、完全教師あり方法は、ユーザ１０１の移動のオプションを制限することがあり、様々な実施形態の半教師あり方法は、ユーザ１０１の移動のオプションを制限せず、外骨格型システム１００が制限なくユーザ１０１の移動に適合することを可能にする。
【００５７】
完全教師あり意図認識と半教師あり意図認識との間の差も、１つの状態がより多くの数のあり得る状態遷移を有する状態機械を検査するときに例示されることができる。例えば、図１２は、立っている状態６２５が８個の異なるシステム状態６３５、６５０、１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、１２５０、１２６０への８個のあり得る遷移６３０、６４５、１２０５、１２１５、１２２５、１２３５、１２４５、１２５５を有する、完全教師あり意図認識方法１２０１における実施例の状態機械１２００を例示する。
【００５８】
より詳細には、外骨格型システム１００のユーザ１０１は、立っていることから座ることへの遷移６３０を介して立っている状態６２５から座り状態６３５に、立っていることから歩くことへの遷移６４５を介して歩く状態６５０に、立っていることからジャンプすることへの遷移１２０５を介してジャンプする状態１２１０に、立っていることから突進することへの遷移１２１５を介して突進する状態１２２０に、立っていることからかがむことへの遷移１２２５を介してかがむ状態１２３０に、立っていることから飛び込むことへの遷移１２３５を介して飛び込む状態１２４０に、立っていることから全力疾走することへの遷移１２４５を介して全力疾走する状態１２５０に、及び立っていることからジョギングすることへの遷移１２５５を介してジョギングする状態１２６０に遷移するオプションを有する。
【００５９】
図１２の実施例に示されるように、ユーザインタフェース５１５は、立っていることから座ることへの遷移６３０にマッピングされたＡボタン７１０を有することができる。この実施例においてＡボタン７１０が押下されるとき、外骨格型システム１００は、立っていることから座ることへの遷移６３０を介して座り状態６３５に遷移することを開始することができ、他の状態及び遷移は、Ａボタンが押下されるときに利用可能でない。
【００６０】
同様の実施例では、図１３は、立っている状態６２５が８個のそれぞれの状態への８個のあり得る遷移を有し、４つのボタン７１０、７２０、７４０、７５０が単一の遷移及び状態ペアにそれぞれマッピングされた教師あり意図認識方法１３００における状態機械１２００を例示する。より詳細には、Ａボタン７１０は、立っていることから座ることへの遷移６３０にマッピングされ、Ｂボタン７２０は、立っていることからジャンプすることへの遷移１２０５にマッピングされ、Ｃボタン７４０は、立っていることから突進することへの遷移１２１５にマッピングされ、Ｄボタン７５０は、立っていることからかがむことへの遷移１２２５にマッピングされる。
【００６１】
図１２の実施例と同様に、図１３の方法１３００は、ボタン７１０、７２０、７４０、７５０の各々が、押下されるとき、所与のボタンがマッピングされた状態への遷移をトリガし、他の遷移及び状態を利用可能にしないことを例示する。この実施例では、他の状態遷移は、元の状態からそれらのそれぞれの関連するボタンを押下するときのみ利用可能である。図１３の実施例は４つのそれぞれの状態及び遷移のペアにマッピングされた４つのボタンのみを例示するが、更なる実施形態では、状態の各々は、それぞれのボタンにマッピングされることができる。言い換えると、更なる実施形態における図１２及び１３の実施例の状態機械１２００について、８個の状態−遷移ペアの各々は、それぞれのボタンにマッピングされることができる。したがって、ユーザ１０１が立っている状態６２５から別の状態に遷移することを望む場合、ユーザ１０１は、所望の状態への遷移を開始するように、所与の状態または状態遷移と関連付けられた特定のボタンを押下する必要がある。
【００６２】
対照的に、図１４は、図１２及び１３に示されたような状態機械１２００を有する半教師あり意図認識方法１４００、並びに状態遷移を行う意図を示すための単一のボタン７３０を有するユーザインタフェース５１５の実施例を例示する。図１４に示されるように、ユーザ１０１は、立っている状態６２５にあることができ、状態遷移を行う意図または要望を示すようにＸボタン７３０を押下することができ、外骨格型システム１００は、状態遷移を識別することにより敏感になることができ、外骨格型システム１００が、状態遷移がユーザの行動から検出されるかどうかに基づいて、図１４の実施例に示される８個のあり得る状態遷移のいずれかを開始すること、または代わりに、何も検出されない場合、状態遷移を開始しないことを選択することを可能にする。
【００６３】
言い換えると、図１４の半教師あり意図認識方法１４００では、手動入力（Ｘボタン７３０）が、外骨格型システム１００が現在の状態からのいずれかのあり得る遷移を検出する（例えば、あり得る行動への遷移閾値を低下させることによって）ことにより敏感になることのみを示すことを理由に、全てのあり得る状態遷移が可能なままでいる。
【００６４】
また、遷移が可能でもなく、ユーザ１０１が状態遷移を行うことを強制されず、または必要とされない。しかしながら、図１３の完全教師ありの実施例では、Ｂボタン７２０が押下され、現在の立っている構成状態６２５が遷移するユーザ１０１に対して安定していると考えられる場合、外骨格型システム１００は、立っていることからジャンプすることへの遷移１２０５を開始する。図１４の実施例では、Ｘボタン７３０が押下され、ユーザ１０１が、遷移が発生するべき、発生しようとしている、または発生しているのを示すことを何もしていない場合、遷移は発生しない。
【００６５】
加えて、単一のボタン（例えば、Ｘボタン７３０）を有する半教師あり意図認識方法の様々な実施形態が議論され、様々な実施形態は、単一の入力タイプについての１つ以上の入力方法を有する、単一の入力タイプを備えることができることが明確であるはずである。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格型システム１００は、外骨格型システム１００の左及び右アクチュエータユニット１１０Ａ、１１０Ｂ上にそれぞれ配置された第１及び第２のＸボタン７３０を備えることができ、ユーザ１０１は、外骨格型システム１００を、状態遷移を識別することにより敏感にまたはより応答させるように、ボタン７３０のいずれかを押下することができる。また、単一の入力タイプは、いくつかの実施形態における複数の入力方法と関連付けられることができる。例えば、ユーザ１０１は、外骨格型システム１００を、状態遷移を識別することにより敏感にまたはより応答させるように、Ｘボタン７３０を押下することができ、外骨格型システム１００の体をたたくことができ、または音声コマンドを提供することができる。
【００６６】
完全教師あり方法と半教師あり方法との間の差を数学的に説明する１つの方式は、所与の開始状態からのあり得る状態遷移の確率を検査することである。様々な状態機械（例えば、図６の状態機械６００）についての完全教師あり方法では、立っていること６２５から歩くこと６５０に遷移する確率は、Ｎ（すなわち、Ｐ（歩くこと／立っていること）＝Ｎ）に等しくあることができる。立っていること６２５から立っていること６２５に遷移する確率は次いで、１−Ｎ（すなわち、Ｐ（立っていること／立っていること）＝１−Ｎ）であり、そのケースでは、外骨格型システム１００は（例えば、安定性機能に起因して）、立っていることから歩くことへの遷移が発生することを可能にしていない。様々な完全教師あり方法では、手動入力が、単一の開始状態から単一の所望の遷移のみをマッピングすることができることを理由に、立っていること６２５から座ること６３５に遷移する確率は、０（すなわち、Ｐ（座ること／立っていること）＝０）、に等しい。
【００６７】
そのような同一の状態機械（例えば、図６の状態機械６００）についての半教師あり方法では、立っていること６２５から歩くこと６５０に遷移する確率は、Ａ（すなわち、Ｐ（歩くこと／立っていること）＝Ａ）に等しくあることができる。立っていること６２５から立っていること６２５に遷移する確率は、Ｂ（すなわち、Ｐ（立っていること／立っていること）＝Ｂ）である。立っていること６２５から座ること６３５に遷移する確率は、１−Ａ−Ｂ（すなわち、Ｐ（座ること／立っていること）＝１−Ａ−Ｂ）である。これは、半教師あり意図認識方法のいくつかの実施形態では、外骨格型システム１００は、所与の開始状態からの所望の状態遷移を解釈したままであり、外骨格型システム１００が、座ること６３５、歩くこと６５０、または残りの立っていること６２５の間で決定することを可能にすることを理由にすることがある。
【００６８】
図１５に目を向けると、様々な実施例では、外骨格型システム１００の外骨格型デバイス５１０（図５を参照）によって実装されることができる、一実施形態に従った半教師あり意図認識方法１５００が例示される。方法１５００は、外骨格型システム１００が、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作する、１５０５において開始する。１５１０において、状態遷移が識別されるかどうかの判定が行われ、そうである場合、１５１５において、外骨格型デバイスは、識別された状態遷移を促進し、方法１５００は、外骨格型システム１００が、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作する、１５０５へ戻ることを繰り返す。しかしながら、１５１０において、状態遷移が識別されない場合、次いで、１５２０において、状態遷移意図入力が受信されるかどうかの判定が行われ、そうでない場合、方法１５００は、外骨格型システム１００が、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作する、１５０５へ戻ることを繰り返す。
【００６９】
例えば、外骨格１００は、標準感度モード（例えば、第１のモード）において動作することができ、ユーザ１０１によって開始または行われた１つ以上の状態遷移を識別することができ、したがって、そのような識別された１つ以上の状態遷移を必要としてユーザをサポートするように作動することができる。また、外骨格型システム１００は、本明細書で議論されるように、ユーザインタフェース５１５上でボタンを押下することを介して、触覚入力を介して、または音声入力を介してなどの様々な適切な方式において受信されることができる、受信されることになる状態遷移意図入力を監視または待機することができる。
【００７０】
様々な実施形態では、外骨格型システム１００は、状態遷移意図入力がこれまで受信されることなく、所与の動作セッションの間、いくつかまたは全ての利用可能な状態を通じて動作することができ、ユーザ１０１を遷移させることができる。例えば、外骨格型システム１００は、状態遷移意図入力が受信されることなく、パワーアップされることができ、様々な位置状態において動作することができ、次いで、パワーオフされることができる。言い換えると、様々な実施形態では、外骨格型システム１００は、状態遷移意図入力がこれまで受信されることなく、全ての利用可能な位置状態及び遷移を通じて完全に機能するようになり、移動する能力を有することができる。
【００７１】
方法１５００に戻ると、１５２０において、状態遷移意図入力が受信される場合、方法１５００は次いで、外骨格型システム１００が、第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作する、１５２５に進む。１５３０において、状態遷移が識別されるかどうかの判定が行われ、そうである場合、１５３５において、外骨格型システム１００は、識別された状態遷移を促進し、方法１５００は、外骨格型システム１００が、第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作する、１５２５へ戻って繰り返す。
【００７２】
しかしながら、１５３０において、状態遷移が識別されない場合、方法１５００は、第２のモードタイムアウトが発生したかどうかの判定が行われる１５４０に進む。そうでない場合、方法１５００は、外骨格型システム１００が、第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作する、１５２５へ戻って繰り返す。しかしながら、第２のモードのタイムアウトが判定される場合、方法１５００は次いで、外骨格型システム１００が、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作する、１５０５へ戻って繰り返す。
【００７３】
例えば、状態遷移意図入力が外骨格型システム１００によって受信される場合、外骨格型システム１００は、第１のモードにおける第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出することから、第２のモードにおける第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出することに切り替えることができ、第１の感度レベル及び第２の感度レベルは異なる。外骨格型システム１００は、第２のモードにおいて動作するためのタイムアウトが発生するまで、状態遷移を監視することができ、識別された１つ以上の状態遷移を促進することができる。しかしながら、第２のモードのタイムアウトが発生する前に第２のモードにおいて動作する間、状態遷移がこれまで識別及び／または促進される必要はない。
【００７４】
本明細書で議論されるように、様々な実施例では、第２のモードの第２の感度レベルは、第１のモードの第１の感度レベルと比較して、状態遷移を検出または識別することにより敏感になることができる。１つ以上の状態遷移を識別することと関連付けられた１つ以上の閾値を低下させること、または１つ以上の状態遷移を識別するための基準を除去もしくは修正することなどを含む、様々な適切な方式において、第２の感度レベルのより高い感度が達成されることができる。しかしながら、様々な実施形態では、基準のセットの閾値及び／または基準のサブセットは、変更、除去、または修正される必要はない。また、いくつかの実施形態では、第２の感度レベルと第１の感度レベルとの間の差の全体的な効果が第２の感度レベルのより高い全体的な感度をもたらす場合、１つ以上の閾値が増大することができる。更なる実施形態では、第１のモード及び第２のモードは、センサデータのいくつかのセットについて、所与の状態遷移が、外骨格型システム１００が第１のモードにおいて動作しているときに存在するものとして識別されないが、外骨格型システム１００が第２のモードにおいて動作しているときに存在するものとして識別されるようないずれかの適切な方式において異なることがある。
【００７５】
第２のモードタイムアウトは、様々な適切な方式において生成または実装されることができる。いくつかの実施形態では、第２のモードタイムアウトは、所与の第２のモードセッションがアクティブになった時間（例えば、第１のモードから第２のモードへの切り替えが発生するときからの時間量）に対応するタイマを備えることができ、第２のモードタイムアウトは、タイマが定義されたタイムアウト閾値に到達し、またはタイムアウト閾値を上回るときに発生することができる。例えば、タイムアウト閾値は、１秒、５秒、１０秒、２０秒、３０秒、４５秒、６０秒、９０秒、２分、３分、または５分などを含む、数秒または数分などとすることができる。
【００７６】
そのようなタイムアウト閾値は、静的または可変とすることができる。いくつかの実施形態では、第２のモードセッションは、定義された時間量を継続することができる。更なる実施形態では、第２のモードセッションは、デフォルトで定義された時間量を継続することができるが、いずれかの適切な基準、状態、またはセンサデータなどに基づいて延長または短縮されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、第２のモードセッションは、状態遷移が識別され、及び／または識別された状態遷移が促進された後に終了することができる。
【００７７】
意図認識方法は、様々な適切な適用において使用されることができる。一実施例の実施形態は、老人の地域社会での移動性を支援するための下肢外骨格型システム１００についての意図認識方法を含む。外骨格型システム１００は、着座位置と立位との間の遷移、階段の上り下りを支援するように設計されることができると共に、歩く操作をしている間の支援を提供する。この実施例では、ユーザは、外骨格型システム１００の外部上で２回ノックするまたはタップする形式において外骨格型システム１００への単一の入力が提供される。ユーザ１０１によるこの手動の相互作用は、外骨格型システム１００の統合された加速度計または他のセンサ５１３を監視することを通じて検知されることができる。外骨格型システム１００は、ユーザ１０１からの入力を、行動における変化が起こっていることの指示として解釈することができる。外骨格型システム１００は、デバイスセンサ５１３を監視して、意図を識別するようにユーザの行動における変化を観察する教師なし意図認識方法を利用することができるが、特定の方法は、意図の誤った指示を回避するように、非常に保守的であるように調整されることができる。意図がユーザ１０１から示されるとき、方法についての必要とされる信頼閾値は、より低くすることができ、外骨格型システム１００が、何をトリガされた動きとして解釈することにはるかに敏感になり、前向きに応答するようになることを可能にする。
【００７８】
そのような実施例では、対象者は、着座位置から外骨格型システム１００を身に着けていた場合があり、デバイスへの唯一の利用可能な状態遷移は、その次に立ち上がることへの遷移である。ユーザ１０１が外骨格型システム１００を２回タップするとき、外骨格型システム１００は、固定された期間の間に立つ行動のための閾値要件を緩和させることができ、この実施例の目的のために５秒に設定されることができる。ユーザ１０１が立つ行動を開始しようとしていない場合、意図の指示は単純にタイムアウトし、保守的閾値を戻す。ユーザ１０１が立つ行動を開始することを試みている場合、外骨格型システム１００は、動きを把握し、それに従って支援に応答する。立位にあると、ユーザ１０１は、歩いていること、座ることへの遷移、階段を上ること、または階段を下りることを含む様々なアクションを行うことができる。このケースでは、ユーザ１０１は、機械をタップせず、歩くことを開始することを決定することができる。このポイントにおいて、デバイスはなお、行動に応答することができるが、目標とされた行動のはるかに信頼できる識別を必要とする場合がある。
【００７９】
歩いていることを停止した後、ユーザ１０１は、階段を上ることを意図する。ユーザ１０１は、意図された行動における起こっている変化を示すようにデバイスを２回タップし、次いで、動きを完了することを開始する。ここで、ユーザの示された意図は、外骨格型システム１００に対してユーザ１０１が遷移するためにどの行動を意図しているかを指定せず、単に、遷移が近い将来発生する可能性が高いことを指定する。外骨格型システム１００は、ユーザ１０１が立っていることを観察し、より敏感な遷移閾値を使用して、外骨格型システム１００は、行動モードにある遷移が発生することを可能にする。
【００８０】
本開示の実施形態は、以下の条項を考慮して説明されることができる。
１．半教師あり意図認識制御プログラムを実行するように構成されたウェアラブル空気式外骨格型システムであって、前記外骨格型システムは、
前記外骨格型システムを着用しているユーザの左脚及び右脚とそれぞれ関連付けられるように構成され、少なくとも立っている状態、座っている状態、及び歩いている状態を含む複数の物理状態の間を推定及び遷移するように構成された左及び右空気式脚アクチュエータユニットであって、前記左及び右空気式アクチュエータユニットは各々、
前記外骨格型システムを着用している前記ユーザの膝の回転軸と位置合わせされるように構成された回転可能接合部と、
前記回転可能接合部に結合され、前記外骨格型システムを着用している前記ユーザの前記膝の上の太腿部の長さに沿って延在する上腕と、
前記回転可能接合部に結合され、前記外骨格型システムを着用している前記ユーザの前記膝の下の下肢部の長さに沿って延在する前腕と、
ベローズキャビティに空気流体を導入することによって空気式に膨張するときに、ベローズアクチュエータが前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延在することによって前記上腕及び前腕を作動させるように構成された膨張可能ベローズアクチュエータと、を含む、前記左及び右空気式脚アクチュエータユニットと、
前記空気式脚アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに空気流体を導入して、前記ベローズアクチュエータを独立して作動させるように構成された空気式システムと、
外骨格コンピューティングデバイスであって、
複数のセンサと、
状態遷移意図入力ボタンを有するユーザ入力と、
少なくとも半教師あり意図認識制御プログラムを記憶したメモリと、
前記複数のセンサから取得されたセンサデータを含む前記外骨格コンピューティングデバイスによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記空気式システムを制御するように前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行するプロセッサと、を含む、前記外骨格コンピューティングデバイスと、
を含み、前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行することによって、前記外骨格型システムは、
第１の感度レベルにおいて前記外骨格型システムの状態遷移を識別する感度により第１のモードにおいて動作し、
前記第１のモードにおいて動作し、前記第１の感度レベルを使用している間に第１の状態遷移を識別し、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された第１の状態遷移を促進し、
ユーザが前記状態遷移意図入力ボタンを押下することによって状態遷移意図入力を受信し、それに応答して、前記第１の感度レベルよりも敏感である第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作するように前記外骨格型システムを変更し、
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に第２の状態遷移を識別し、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された第２の状態遷移を促進し、
第２のモードのタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作することに再度切り替え、前記第１の感度レベルを使用する、
前記ウェアラブル空気式外骨格型システム。
２．前記第２の感度レベルにおいて前記第２の状態遷移を識別することは、前記外骨格コンピューティングデバイスの前記複数のセンサの少なくともいくつかから取得されたセンサデータのセットに少なくとも部分的に基づいており、センサデータの前記セットは、前記第１の感度レベルが前記第２の感度レベルと比較して敏感でないことに起因して、前記第２の感度レベルにおいて前記第２の状態遷移を識別するが、前記第１のモードの前記第１の感度レベルにおいて前記第２の状態遷移を識別しない、条項１に記載のウェアラブル空気式外骨格型システム。
３．前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行することによって、前記外骨格型システムは更に、
前記第１のモードにおいて動作することに再度切り替えた後、第２の状態遷移意図入力を受信し、それに応答して、前記第１の感度レベルよりも敏感である前記第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により前記第２のモードにおいて動作するように前記外骨格型システムを変更し、
更なる第２のモードタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作すること、及び前記第１の感度レベルを使用することに再度切り替え、前記第１のモードにおいて動作することに前記再度切り替えることは、前記第２の状態遷移意図入力を受信した後に前記第２のモードにおいて動作している間、前記外骨格型システムによって、状態遷移を識別することまたは状態遷移を促進することなく行われる、
条項１または２に記載のウェアラブル空気式外骨格型システム。
４．前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に前記第２の状態遷移を識別することは、
前記外骨格が立っている状態にあると判定することであって、前記外骨格は、前記第２のモードにおいて動作している間、及び前記状態遷移意図入力を受信した後、前記立っている状態から座り状態または歩く状態のいずれかに遷移するオプションを有する、前記判定することと、
前記座り状態または歩く状態のいずれかへの状態遷移を含む状態遷移を監視することと、
前記第２の感度レベルを使用して前記第２の状態遷移を識別し、前記第２の状態遷移は、前記座り状態または歩く状態のうちの１つであり、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって、前記座り状態または歩く状態のうちの１つへの前記遷移を促進することと、
を含む、条項１から３のいずれかに記載のウェアラブル空気式外骨格型システム。
５．状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムによる状態遷移をトリガせず、状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムの実行可能な物理状態遷移オプションを制限しない、条項１から４のいずれかに記載のウェアラブル空気式外骨格型システム。
６．半教師あり意図認識制御プログラムを実行するように構成された外骨格型システムであって、
アクチュエータユニットであって、
前記脚アクチュエータユニットを着用しているユーザの膝と位置合わせされるように構成された接合部と、
前記接合部に結合され、前記脚アクチュエータユニットを着用している前記ユーザの前記膝の上の太腿部の長さに沿って延在する上腕と、
前記接合部に結合され、前記脚アクチュエータユニットを着用している前記ユーザの前記膝の下の下肢部の長さに沿って延在する前腕と、
前記上腕及び前腕を作動させ、前記脚アクチュエータユニットを複数の異なる位置状態に移動させるように構成されたアクチュエータと、を含む前記アクチュエータユニットを備え、
前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行することによって、前記外骨格型システムは、
状態遷移意図入力を受信し、それに応答して、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作することから、前記第１の感度レベルよりも敏感である第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作することに前記外骨格型システムを変更し、
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に第２の状態遷移を識別し、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された状態遷移を促進する、
外骨格型システム。
７．前記半教師あり意図認識制御プログラムを実行することによって、前記外骨格型システムは更に、第２のモードタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作すること、及び状態遷移を識別するための前記第１の感度レベルを使用することに再度切り替える、条項６に記載の外骨格型システム。
８．前記第２の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別することは、前記外骨格型システムの１つ以上のセンサから取得されたセンサデータのセットに少なくとも部分的に基づいており、センサデータの前記セットは、前記第２の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別するが、前記第１のモードの前記第１の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別しない、条項６または７に記載の外骨格型システム。
９．前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に前記状態遷移を識別することは、
前記外骨格型システムが立っている状態にあると判定することであって、前記外骨格型システムは、前記第２のモードにおいて動作している間、及び前記状態遷移意図入力を受信した後、前記立っている状態から座り状態または歩く状態のいずれかに遷移するオプションを有する、前記判定することと、
前記座り状態または歩く状態のいずれかへの状態遷移を含む状態遷移を監視することと、
前記第２の感度レベルを使用して前記状態遷移を識別し、前記状態遷移は、前記座り状態または歩く状態のうちの１つであり、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって、前記座り状態または歩く状態のうちの１つへの前記遷移を促進することと、
を含む、条項６から８のいずれかに記載の外骨格型システム。
１０．状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムによる状態遷移をトリガせず、状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムの状態遷移オプションを制限しない、条項６から９のいずれかに記載の外骨格型システム。
１１．外骨格型システムについての半教師あり意図認識のコンピュータにより実施される方法であって、
状態遷移意図入力に応答して、第１の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第１のモードにおいて動作することから、前記第１の感度レベルよりも敏感である第２の感度レベルにおいて状態遷移を検出する感度により第２のモードにおいて動作することに前記外骨格型システムを変更することと、
前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に状態遷移を識別することと、
前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された状態遷移を促進することと、
を備える、前記コンピュータにより実施される方法。
１２．第２のモードタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作すること、及び前記第１の感度レベルを使用することに切り替えることを更に備える、条項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
１３．前記第２の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別することは、前記第２の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別するが、前記第１のモードの前記第１の感度レベルにおいて前記状態遷移を識別しない、センサデータに少なくとも部分的に基づいている、条項１１または１２に記載のコンピュータにより実施される方法。
１４．前記第２のモードにおいて動作し、前記第２の感度レベルを使用している間に前記状態遷移を識別することは、
前記外骨格型システムが第１の物理状態にあると判定することであって、前記外骨格型システムは、前記第２のモードにおいて動作している間、及び前記状態遷移意図入力を受信した後、前記第１の物理状態から複数の物理状態に遷移するオプションを有する、前記判定することと、
前記第２の感度レベルを使用して前記状態遷移を識別し、前記状態遷移は、前記複数の物理状態のうちの１つであり、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって、前記複数の物理状態のうちの前記１つへの前記遷移を促進することと、
を含む、条項１１から１３のいずれかに記載のコンピュータにより実施される方法。
１５．前記第１の物理状態は、立っている状態であり、前記複数の利用可能な物理状態遷移のうちの１つは、座り状態への遷移であり、前記複数の物理状態遷移のうちのもう１つは、歩いている状態への遷移である、条項１４に記載のコンピュータにより実施される方法。
１６．状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムによる状態遷移をトリガしない、条項１１から１５のいずれかに記載のコンピュータにより実施される方法。
１７．状態遷移意図入力を受信することは、前記外骨格型システムの状態遷移オプションを制限しない、条項１１から１６のいずれかに記載のコンピュータにより実施される方法。
１８．前記外骨格型システムに、前記第１の感度レベルにおいて前記外骨格型システムの状態遷移を識別する感度により前記第１のモードにおいて動作させることと、
前記第１のモードにおいて動作し、前記第１の感度レベルを使用している間に第２の状態遷移を識別し、それに応答して、前記外骨格型システムを作動させることによって前記識別された第２の状態遷移を促進することと、
を更に備える、条項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
１９．前記第２のモードから前記第１のモードにおいて動作することに再度切り替えた後に第２の状態遷移意図入力を受信することと、
前記第２の状態遷移意図入力に応答して、前記第２の感度レベルにおいて状態遷移を識別する感度により第２のモードにおいて動作するように前記外骨格型システムを変更することと、
更なる第２のモードタイムアウトに応答して、前記第１のモードにおいて動作し、前記第１の感度レベルを使用することに再度切り替えることであって、前記第１のモードにおいて動作することに再度切り替えることは、前記第２のモードにおいて動作している間、及び前記第２の状態遷移意図入力を受信した後、前記外骨格型システムによって、状態遷移を識別することまたは状態遷移を促進することなく行われる、前記再度切り替えることと、
を更に備える、条項１１に記載のコンピュータにより実施される方法。
【００８１】
説明された実施形態は、様々な修正及び代替的な形式の影響を受け、その特定の実施形態は、図面において例として示されており、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、説明された実施形態は、開示される特定の形式または方法に限定されないが、逆に、本開示は、全ての修正物、同等物、及び代替物を網羅することを理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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【国際調査報告】
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