JP2002346960A - イグゾスケルトン装置、イグゾスケルトンサイボーグ装置及び、イグゾスケルトンサイボーグシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 手や足等について運動学的及び生物学的な身
体機能の代替を行う。 【解決手段】 エンドスケルトン部１０は、イグゾスケ
ルトン装置１００が内包するスケルトンであって、例え
ば、人間の腕手、脚足等の各部に対応している。また、
エンドスケルトン部１０は、例えば、エンドスケルトン
部１０の中心軸周りの回り対偶３と、横曲げ軸周りの回
り対偶１と、縦曲げ軸周りの回り対偶２とにより、３自
由度で連結される。インターフェース（Ｉ／Ｆ）２０
は、力センサ５−１〜３、変位センサ６−１〜３からデ
ータを検出し、処理装置３０にそのデータを伝送し、一
方、処理装置３０の指示により、駆動装置７−１〜３、
保持部駆動装置８−１を駆動する。処理装置３０は、ベ
クトル量子化データ入出力装置を備え、各種処理を実行
する。入力部４０は、変位センサ６−１〜３、力センサ
５−１〜３等による測定値等について所定の目標値等を
入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イグゾスケルトン
装置（外骨格装置）及びイグゾスケルトンサイボーグ
（外骨格付き有機人体）装置及びイグゾスケルトンサイ
ボーグシステムに係り、特に、腕、手、脚、足、首、頭
等の人体の骨格・関節について運動学的及び生物学的な
身体機能を代替又はアシストするイグゾスケルトン装置
及びイグゾスケルトンサイボーグ装置及びイグゾスケル
トンサイボーグシステムに関する。一般に、骨格として
は、内骨格（endo skelton,エンドスケルトン）と、そ
れに対して、カキの殻、エビやカニの角皮・爪等の外骨
格（exo skelton,イグゾスケルトン）とがある。本実施
の形態におけるイグゾスケルトンは、腕手、脚足、首頭
等の人体の各内骨格を有する部位又は義手、義足等の人
体を模擬した各内骨格を有する部位を内部に含包して、
連動して動作するものである。これらエンドスケルトン
及びイグゾスケルトンを備えた構成を、ここでは、イグ
ゾスケルトンサイボーグ装置と呼ぶ。有機体（人間）が
装着されるための外骨格装置ということでサイボーグと
いう言葉を用いている。

【０００２】本発明は、重労働作業、建設作業、原子力
発電所等における保守等の危険作業、劣悪な環境におけ
る作業を要する産業分野、リハビリ、遠隔作業、医療福
祉分野、災害救助など公共事業に応用可能である。

【０００３】

【従来の技術】近年、事故、老齢化、病気など種々の原
因により身体能力の衰えている人々を、介護するための
介護サービスが、複数の民間会社によって行われてい
る。この介護サービスは、例えば、介護士によって行わ
れるが、歩行困難なお年寄りなどの介護は、大変な重労
働である。また、人が現在の場所にいたまま、遠隔操作
で所定の行動を行うようにする。いわゆるテレイグジス
タンス技術やテレモーション技術の検討が行われてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、事故、
老い、病気など種々の原因により身体能力の衰えている
人々にとって、例えば、ベッドからの起立、排泄や入浴
等のための床移動、階段等の回避などに関しての空間移
動、自動車等への移乗、会社へ移転しての手作業等を、
十分に行うことは困難であり、この低下した又は失われ
た身体能力を補ってくれるパワーアシストが必要である
ことが想定される。なお、本明細書中、移動とは、同じ
座標系で行動すること、移乗とは、別の座標系に移行す
ること、移転とは、新しい座標系に転向することをい
う。

【０００５】また、従来は、人間の動きを遠隔の人間模
型に伝える円滑且つ効率的な手法は十分には開発されて
いない。本発明は、以上の点に鑑み、手や足等について
運動学的及び生物学的な身体機能の代替を行うことがで
き、総合的な福祉ロボット等に応用可能なイグゾスケル
トン装置及びイグゾスケルトンサイボーグ及びそのシス
テムを提供することを目的とする。また、本発明は、人
間の動きを相似形の遠隔ロボットに円滑且つ効率的に伝
えることを目的とする。また、本発明は各部位が倍力、
高速、精密等の動作を可能とすることを目的とする。さ
らに、本発明は、ベッドからの起立、排泄や入浴等のた
めの床移動、階段等の回避などに関しての空間移動、自
動車等への移乗、会社へ移転しての手作業などに対する
パワーアシストを行うことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の解決手段
によると、内骨格を有する部位を内包するための外骨格
構造を備えたイグゾスケルトン装置であって、外骨格関
節位置での横曲げ軸周りに動く第１回り対偶と、前記第
１回り対偶と直交する外骨格関節位置での縦曲げ軸周り
に動く第２回り対偶と、内骨格軸周りに動く第３回り対
偶と、前記第１又は第２回り対偶による運動に対して滑
り方向に弾性機能を有する滑り対偶と、前記第１乃至第
３回り対偶及び前記滑り対偶が配置されるフレームと、
内骨格を有する部位に前記フレームを保持する保持部
と、隣接するフレームと結合するための結合部と、内骨
格を有する部位への前記保持部の装着を調整する保持駆
動部と、各々の前記第１乃至第３回り対偶をそれぞれ回
転駆動する第１乃至第３駆動部と、前記第１乃至第３回
り対偶の回転角度を検出する第１乃至第３変位センサ
と、前記フレームに対して、横曲げ、縦曲げ、内骨格軸
の捩り方向に加わる力を検出する第１乃至第３力センサ
と、前記第１乃至第３変位センサから各対偶の角度信号
を入力し、前記第１乃至第３力センサから各方向の力信
号を入力し、角度信号及び力信号に従い、予め定められ
た目標値になるように前記第１乃至第３駆動部及び前記
保持駆動部を駆動する駆動信号を出力する処理部とを備
えたイグゾスケルトン装置が提供される。

【０００７】本発明の第２の解決手段によると、前記イ
グゾスケルトン装置が、肩部、肘部及び手首部にそれぞ
れ対応して複数配置され、それら複数の前記イグゾスケ
ルトン装置が結合手段により連結され、腕部位に対応す
る内骨格を含む部位が装着されるための腕保持用のイグ
ゾスケルトンサイボーグ装置であって、各イグゾスケル
トン装置の処理部を制御するための中央処理部を備え、
前記中央処理部により、肩部の第１のイグゾスケルトン
装置は、少なくとも３つの回り対偶及び２つの滑り対偶
が機能し、肘部の第２のイグゾスケルトン装置は、少な
くとも１つの回り対偶及び１つの滑り対偶が機能し、前
腕部の第３のイグゾスケルトン装置は、少なくとも１つ
の回り対偶が機能し、手首部の第４のイグゾスケルトン
装置は、少なくとも２つの回り対偶及び１つの滑り対偶
が機能するように、左右の各腕部が少なくとも７自由度
で状態検出及び駆動制御されることを特徴とするイグゾ
スケルトンサイボーグ装置が提供される。

【０００８】本発明の第３の解決手段によると、前記イ
グゾスケルトン装置が、親指部及び各他の指部の関節部
分にそれぞれ対応して複数配置され、それら複数の前記
イグゾスケルトン装置が結合手段により連結され、手部
位に対応する内骨格を含む部位が装着されるための手保
持用のイグゾスケルトンサイボーグ装置であって、手部
の前記イグゾスケルトン装置を保持する手甲保持部と、
各イグゾスケルトン装置の処理装置を制御するための中
央処理装置を備え、前記中央処理装置により、手部の親
指部の少なくとも３つのイグゾスケルトン装置は、少な
くとも５つの回り対偶及び２つの滑り対偶が機能し、手
部の各他の指部の少なくとも３つのイグゾスケルトン装
置は、それぞれ少なくとも４つの回り対偶及び３つの滑
り対偶が機能するように機能し、左右の各手部が少なく
とも２１自由度で状態検出及び駆動制御されることを特
徴とする手保持用のイグゾスケルトンサイボーグ装置が
提供される。

【０００９】本発明の第４の解決手段によると、前記イ
グゾスケルトン装置が、股関節部、脚部及び足部にそれ
ぞれ対応して複数配置され、それら複数の前記イグゾス
ケルトン装置が結合手段により連結され、脚足部位に対
応する内骨格を含む部位が装着されるための脚足保持用
のイグゾスケルトンサイボーグ装置であって、各イグゾ
スケルトン装置の処理部を制御するための中央処理装置
を備え、前記中央処理装置により、股関節部の第１のイ
グゾスケルトン装置は、少なくとも３つの回り対偶及び
２つの滑り対偶が機能し、膝部の第２のイグゾスケルト
ン装置は、少なくとも１つの回り対偶及び１つの滑り対
偶が機能し、下腿部の第３のイグゾスケルトン装置は、
少なくとも１つの回り対偶が機能し、足部の第４のイグ
ゾスケルトン装置は、少なくとも２つの回り対偶及び１
つの滑り対偶が機能するように、左右の各脚足部が少な
くとも７自由度で状態検出及び駆動制御されることを特
徴とする脚足保持用のイグゾスケルトンサイボーグ装置
が提供される。

【００１０】本発明の第５の解決手段によると、前記イ
グゾスケルトン装置を、左右の各腕部を少なくとも７自
由度及び手部を少なくとも２１自由度のリンクを有し、
腕手部に対応する内骨格を含む部位が装着されるための
腕手保持装置と、左右の各脚足部を少なくとも７自由度
のリンクを有し、脚足部位に対応する内骨格を含む部位
が装着されるための脚足保持装置と、首部を少なくとも
３自由度及び下顎部を少なくとも４自由度のリンクを含
み、首頭部に対応する内骨格を含む部位が装着されるた
めの首頭保持装置として、少なくとも合計７７のリンク
に対して各ひとつずつ用いられるように構成し、股可動
枠、脇可動枠、肩可動枠、各保持装置を有し、前記腕手
保持装置、前記脚足保持装置及び前記首頭保持装置を保
持するための、身体部に対応する内骨格を含む部位が装
着されるための身体保持装置と、前記腕手保持装置、前
記脚足保持装置及び前記首頭保持装置を、それぞれ前記
身体保持装置に結合するための支持部と、前記腕手保持
装置、前記脚足保持装置及び前記首頭保持装置から角度
信号及び力信号を入力し、各々の前記保持装置を駆動す
るための中央処理部とを備えたイグゾスケルトンサイボ
ーグ装置が提供される。

【００１１】本発明の第６の解決手段によると、上述の
ような第１及び第２のイグゾスケルトンサイボーグ装置
と、第１のイグゾスケルトンサイボーグ装置の変位セン
サにより検出された角度信号及び力センサにより検出さ
れた力信号を、所定のベクトル量子化データに変換して
出力し、及び、伝送されたベクトル量子化データを入力
し、前記第１及び第２のイグゾスケルトンサイボーグ装
置のそれぞれの中央処理装置部と信号を送受信するため
の第１及び第２の通信用インターフェイスと、前記第１
及び第２の通信用インターフェイス間を接続する通信回
線とを備え、前記第１のイグゾスケルトンサイボーグ装
置の動作又は位置を表すベクトル量子化データを、前記
第２のイグゾスケルトンサイボーグ装置に伝送し、前記
第２のイグゾスケルトンサイボーグ装置が、伝送された
ベクトル量子化データを受信し、前記第１のイグゾスケ
ルトンサイボーグ装置の動作又は位置に対応した動作又
は位置制御を実行するようにしたことを特徴とするイグ
ゾスケルトンサイボーグシステムが提供される。

【００１２】本発明のイグゾスケルトンサイボーグは、
例えば、骨格的身体機能のポーズ制御によるパワーアシ
ストとしては、例えば、身体骨格全体（胴体、腕、手、
脚、足、首、頭など；最大約７７自由度）及びその一部
の骨格的身体機能のポーズ制御によるパワーアシストを
行うことができる。本発明のイグゾスケルトンサイボー
グは、例えば、外骨格型通信式人間機能制御システムで
あって、身体保持装置、排泄処理装置、モジュール型イ
グゾスケルトン式パワーアシスト装置（最大で約７７自
由度外骨格型マニピュレータ）、ドライバ付きフレキシ
ブルワイヤ式駆動装置（ワイヤ駆動式モータ）、対向二
輪式揺動型四軸独立懸架全方向移動台車、吊り上げ引き
込み式ホイストと、３点支持式６自由度移乗用車椅子、
空中軌道走行台車（ケーブルカー）、又は、これらの通
信式制御装置（コンピュータ、通信装置）をそれぞれ必
要に応じて備えることができる。

【００１３】本発明の特徴のひとつとしては、例えば、
モジュール型イグゾスケルトン式パワーアシスト装置の
保持と駆動は、骨格中心軸周りの回り対偶と、外骨格位
置で直交する２軸周りの回り対偶と、バネ力可変型のバ
ネで連結された滑り対偶との組み合わせにより得られる
最大３自由度のイグゾスケルトン装置を、駆動を要求さ
れる骨格（内骨格）を有する部位に着脱を簡単にして保
持して、ドライバ付きフレキシブルワイヤ式モータ駆動
装置によって駆動する。ただし、フレキシブルワイヤを
使用しないで、直接、駆動装置で駆動することも可能で
ある。

【００１４】本発明の他の特徴としては、例えば、運動
学的身体機能の代替として、腕、手、脚、足、首、頭等
を損傷した場合に、人工の身体全体（胴体、腕、手、
脚、足、首、頭など；最大約７７自由度）及びその一部
を、人工骨格、イグゾスケルトン及び軟質材を含む人工
器官を用いて、運動学的身体機能の代替を行うことがで
きる。

【００１５】本発明の他の特徴としては、例えば、イグ
ゾスケルトン装置としての身体保持装置に人工の腕、
手、脚、足等を取り付けることができる。そして、この
イグゾスケルトン装置に対する複雑な動作データについ
ては、イグゾスケルトンのポーズデータを予め記憶し、
指（ジョイスティック、押しボタン）、筋電位、音声、
アイコンタクト等の制御信号でコンピュータ制御（ポー
ズエージェント）して駆動することでイグゾスケルトン
サイボーグを構成することができる。

【００１６】本発明の他の特徴としては、例えば、ベッ
ド上に仰臥する人の胴体を、イグゾスケルトン装置によ
る身体保持装置で保持し、さらに、対向二輪式揺動型四
軸独立懸架全方向移動台車付き吊り上げ引き込み式ホイ
ストで、抱き上げることにより、トイレの便座位置への
移動や歩行訓練を容易に行うことができる。また、腕、
手、脚、足、首、頭にモジュール型イグゾスケルトン式
パワーアシスト装置を装着することにより、物を掴んだ
り文字を書くなどの手作業を行う際のパワーアシスト機
能を実現することができる。

【００１７】本発明の他の特徴としては、例えば、身体
保持装置を着装した人のポーズを、３点支持型６自由度
移乗用車椅子を操作して自動車や風呂浴槽等に移乗させ
ることができ、また、身体保持装置を装着した人を、空
中軌道走行台車（ケーブルカー）で移動させることがで
きる。さらに、複雑な動作データについては、イグゾス
ケルトン装置のポーズデータを予め記憶し、指（ジョイ
スティック、押しボタン）、筋電位、音声、アイコンタ
クト等の制御信号を用いて復元し、コンピュータ制御
（ポーズエージェント）することにより、パワーアシス
トを行う。

【００１８】本発明の他の特徴としては、例えば、生物
学的身体機能の代替としては、身体保持装置に各種の人
工身体器官（肛門、膀胱等）を保持させ、生物学的身体
機能の代替を行うことができる。この場合、例えば、排
泄物処理については、膀胱や直腸から直接または間接的
に排泄物を導いて処理する人工の排泄器を、身体保持装
置の股サポーターに取り付ける。この人工の排泄器は、
小便吸収材部と大便付着材部とを備える。膀胱や直腸あ
るいは性器や肛門から柔らかい管を用いて排泄物を排泄
器に導く。また、排泄物は、排泄器に一定量が溜まれば
外部へ廃棄される。

【００１９】本発明の他の特徴としては、例えば、身体
動作の伝送・保存・拡大・縮小としては、人間の身体、
イグゾスケルトン装置及びこれとほぼ相似形の人工身体
を互いに通信装置で接続し、身体動作の伝送・保存・拡
大・縮小を行うことができる。

【００２０】そして、例えば、人間の身体全体に沿った
イグゾスケルトン装置の約７７自由度の全部またはその
一部に、ポテンショメータ等の検出器を取り付けてお
き、そのデータをコンピュータ等で採取し、受信側の人
工身体に沿わせたイグゾスケルトン装置に送信して、イ
グゾスケルトン装置をドライバ付きフレキシブルワイヤ
式モータ駆動装置で駆動することにより、身体の動作の
伝送・保存・拡大・縮小等を行うことができる。ただ
し、フレキシブルワイヤを使用しないで、直接、駆動装
置で駆動することも可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、イグゾスケルトン装
置の概略構成図である。イグゾスケルトン（外骨格）装
置１００は、例えば、モジュール型イグゾスケルトンで
あって、回り対偶１〜３、滑り対偶４、力センサ５―１
〜３、変位センサ６―１〜３、駆動装置７―１〜３、保
持部駆動装置８―１、保持部８―２、モジュール結合部
９、エンドスケルトン（内骨格）部１０、関節１２、１
４、フレーム１５、１６、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）
２０、処理装置３０、入力部４０を備える。なお、各駆
動部で必要とされる軸受けは、適宜記載を省略してあ
る。イグゾスケルトン装置１００は、例えば、使用形態
としてはエンドスケルトン部１０を連結して用いられ
る。

【００２２】回り対偶１は、横曲げ軸周りの回り対偶で
ある。回り対偶２は、縦曲げ軸回りの回り対偶である。
回り対偶３は、骨格軸周りの回り対偶である。また、こ
れらの回り対偶１〜３は、例えば、ウオームギヤ等を用
いて駆動される。滑り対偶４は、補助駆動装置としても
機能する滑り対偶であって、例えば、バネ、歯車、油
圧、空気圧等によって補助駆動される。力センサ５―１
〜３は、例えば、歪センサー等である。変位センサ６―
１〜３は、例えば、ポテンショメータ、エンコーダ、視
覚センサ等を適宜備える。駆動装置７―１〜３は、例え
ば、フレキシブルワイヤ、モータ、ドライバ等を適宜備
える。保持部駆動装置８―１は、保持部８−２をその駆
動軸の回りに駆動するもので、例えば、フレキシブルワ
イヤ、モータ、ドライバ等を適宜備える。保持部８―２
は、エンドスケルトン部１０にイグゾスケルトン装置１
００を保持する。モジュール結合部９は、隣接する他の
イグゾスケルトン装置のフレーム１６等を結合するため
のものである。フレーム１５，１６は、各対偶保持装置
等を結合して外骨格を形成するためのものである。

【００２３】エンドスケルトン部１０は、イグゾスケル
トン装置１００が内包するスケルトンであって、例え
ば、人間の腕、足等の各部に対応している。エンドスケ
ルトン部１０は、人体の各内骨格を有する部位、人体を
模擬した各内骨格を有する部位、又は、一部に人体の内
骨格を有し他部に人体を模擬した内骨格を有する部位等
である。また、エンドスケルトン部１０は、例えば、エ
ンドスケルトン部１０の中心軸周りの回り対偶３と、横
曲げ軸周りの回り対偶１と、縦曲げ軸周りの回り対偶２
とにより、３自由度で連結される。また、関節１２は、
０〜１自由度の関節であって、エンドスケルトン部１０
軸周りの回り対偶である。関節１４は、１〜２自由度の
関節であって、横曲げ軸周りの周り対偶と縦曲げ軸周り
の回り対偶とによって、エンドスケルトン部１０を連結
する対偶である。

【００２４】インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２０は、入力
データと出力データのチューニングを行うセンサ情報入
力部、増幅部を備え、センサ、アンプ、ブリッジ、ドラ
イバ、モータ、フレキシブルワイヤ等が接続される。イ
ンターフェース（Ｉ／Ｆ）２０は、力センサ５−１〜
３、変位センサ６−１〜３からデータを検出し、処理装
置３０にそのデータを伝送し、一方、処理装置３０の指
示により、駆動装置７−１〜３、保持部駆動装置８−１
を駆動する。処理装置３０は、ベクトル量子化データ入
出力装置を備え、各種処理を実行する。入力部４０は、
変位センサ６−１〜３、力センサ５−１〜３等による測
定値等について所定の目標値等を入力する。

【００２５】図２は、本発明に関するモジュール型イグ
ゾスケルトン装置のフローチャートである。ここでは、
一例として、モジュール型イグゾスケルトン装置による
パワーアシストを行う場合について説明する。なお、こ
こでは、モジュール型イグゾスケルトン装置は、視覚セ
ンサも含めて、変位センサで目標値を決めることによ
り、エンドスケルトン部１０に対して、この目標値まで
移動するためのパワーアシストを行う。

【００２６】なお、イグゾスケルトン装置を、モジュー
ル型イグゾスケルトン式パワーアシスト装置に応用する
場合、モジュール型イグゾスケルトン式パワーアシスト
装置の保持及び駆動は、例えば、骨格中心軸周りの回り
対偶３と、外骨格位置で直交する２軸周りの回り対偶
１，２と、バネ力可変型のバネで連結された滑り対偶４
との組み合わせによる最大３自由度のイグゾスケルトン
を、駆動を要求された骨格に着脱可能として保持し、ド
ライバ付きフレキシブルワイヤ式モータ駆動装置によっ
て駆動する。ただし、フレキシブルワイヤを使用しない
で直接、駆動装置で駆動することも可能である。

【００２７】まず、モジュール型イグゾスケルトン装置
は、例えば、利用者などにより変位センサ６―１〜３の
センサ値に対して、所定の目標値が入力される（Ｓ１０
１）。なお、力センサ５−１〜３の最大値又は最小値等
の許容値を予め入力して、その範囲内で、パワーアシス
トするようにしてもよい。モジュール型イグゾスケルト
ン装置は、ステップＳ１０１により入力された目標値に
対して、人体等による実際のエンドスケルトン部１０
（例えば、腕、足等）の運動により発生する力センサ５
及び変位センサ５の値を計測する（Ｓ１０３）。つぎ
に、モジュール型イグゾスケルトン装置では、計測値が
インターフェース（Ｉ／Ｆ）２０を介して処理装置３０
に入力される。処理装置３０は、駆動装置７−１〜３、
保持部駆動装置８−１の制御量を計算すると共に（Ｓ１
０５）、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２０の増幅部でス
テップＳ１０５で計算された制御量に対応する所定の値
に増幅処理を行う（Ｓ１０７）。

【００２８】つぎに、モジュール型イグゾスケルトン装
置は、ステップＳ１０７で増幅された制御量を、駆動装
置７−１〜３、保持部駆動装置８−１に出力する（Ｓ１
０９）。モジュール型イグゾスケルトン装置は、ステッ
プＳ１０９での駆動装置７−１〜３等により駆動された
量を変位センサ６−１〜３、力センサ５−１〜３により
計測して、ステップＳ１０１で予め設定された目標値と
比較する（Ｓ１１１）。モジュール型イグゾスケルトン
装置は、ステップＳ１１１で計測された変位センサ６−
１〜３、力センサ５−１〜３の測定値と、目標値との差
が許容範囲内か否かを判定する（Ｓ１１３）。ここで、
測定値と目標値との差が許容範囲外であれば、再び、ス
テップＳ１０３に戻る。一方、測定値と目標値との差が
許容範囲内であれば、モジュール型イグゾスケルトン装
置は、上述のパワーアシストが所定の各回り対偶１〜
３、滑り対偶４、保持部駆動装置８−１等に対して実行
されたか否かを判定し、所定の部分に対して実行された
場合は、パワーアシスト処理を終了する（Ｓ１１５）。
なお、モジュール型イグゾスケルトン装置は、ステップ
Ｓ１１５において、パワーアシスト処理が所定部分に対
して完了してない場合は、再び、ステップＳ１０１に戻
り、改めて各変位センサ６−１〜３又は力センサ５−１
〜３に対する目標値が利用者などにより入力され、設定
される。

【００２９】図３は、イグゾスケルトンサイボーグ装置
の内骨格リンク機構の概略構成図である。なお、肩から
指先までを腕手、股から足先までを脚足とする。エンド
スケルトン部１０は、例えば、胴体をベースとして５７
個のリンク（ＬＩＮＫ）を備える。エンドスケルトン部
１０の自由度は、例えば、左腕７＋左手２１、右腕７＋
右手２１、左足７、右足７、首３＋下顎４の合計７７で
ある。左腕手のエンドスケルトン２１０は、例えば、Ｌ
ＩＮＫ１１〜３１を備える。右腕手のスケルトン２２０
は、例えば、ＬＩＮＫ３２〜５２を備える。右脚足のエ
ンドスケルトン２３０は、例えば、ＬＩＮＫ６〜１０を
備える。また、左脚足のエンドスケルトン２１０は、例
えば、ＬＩＮＫ１〜５を備える。首頭のエンドスケルト
ン２５０は、例えば、ＬＩＮＫ５３、５４を備える。下
顎のエンドスケルトン２６０は、例えば、ＬＩＮＫ５５
〜５７を備える。このような各リンクに対応して、それ
ぞれイグゾスケルトン装置が配備される。また、各イグ
ゾスケルトン装置は、適宣のフレーム等の結合手段によ
り結合される。

【００３０】図４に、外骨格型７自由度アームの保持装
置の構成図を示す。この図には、腕部位に対応する内骨
格を含む部位が装着されるための腕保持用のイグゾスケ
ルトンサイボーグ装置が示され、上述のようなイグゾス
ケルトン装置が、肩部、肘部及び手首部の自由度にそれ
ぞれ対応して複数配置され、それら複数のイグゾスケル
トン装置が結合手段により連結されている。腕には、肩
部に３自由度、肘部に１自由度，前腕部に１自
由度、手首部に２自由度の回り対偶が備えられ、
さらに肩に２つ（８）（９）、肘に１つ（１０）、手首
に１つ（１１）の滑り対偶が備えられる。肩、上腕、前
腕、手の甲の各部にそれぞれイグゾスケルトンが配備さ
れる。滑り対偶は、アームが外骨格であることから、人
間の腕の屈曲連動により、リンク間距離が変化するの
で、それと対応するものである。これを含めると１１自
由度となるが、実際の装着では、７自由度の機構とな
る。

【００３１】各イグゾスケルトン装置の処理装置を制御
するための中央処理装置により、肩部の第１のイグゾス
ケルトン装置は、少なくとも３つの回り対偶及び２つの
滑り対偶が機能し、肘部の第２のイグゾスケルトン装置
は、少なくとも２つの回り対偶及び１つの滑り対偶が機
能し、前腕部の第３のイグゾスケルトン装置は、少なく
とも１つの回り対偶が機能し、手首部の第４のイグゾス
ケルトン装置は、少なくとも１つの回り対偶及び１つの
滑り対偶が機能するように、左右の各腕部が少なくとも
７自由度で状態検出及び駆動制御される。

【００３２】図５に、外骨格型２１自由度ハンドの保持
装置構成図を示す。手では、手甲部を支持部材として、
各指関節部にそれぞれイグゾスケルトンが配備される。
この図には、手部位に対応する内骨格を含む部位が装着
されるための手保持用のイグゾスケルトンサイボーグ装
置が示され、上述のようなイグゾスケルトン装置が、親
指部及び各他の指部の関節部分にそれぞれ対応して複数
配置され、それらの前記イグゾスケルトン装置が結合手
段により連結されている。

【００３３】このイグゾスケルトンサイボーグ装置は、
手部の前記イグゾスケルトン装置を保持する手甲保持部
と、各イグゾスケルトン装置の処理部を制御するための
中央処理部を備える。中央処理部により、手部の親指部
の少なくとも３つのイグゾスケルトン装置は、少なくと
も５つの回り対偶及び２つの滑り対偶が機能し、手部の
各他の指部の少なくとも３つのイグゾスケルトン装置
は、それぞれ少なくとも４つの回り対偶及び３つの滑り
対偶が機能するようにし、左右の各手部が少なくとも２
１自由度で状態検出及び駆動制御される。

【００３４】図６は、イグゾスケルトンサイボーグのベ
ースとなる身体保持装置の構成図である。身体保持装置
３００は、イグゾスケルトンサイボーグの合体時のボデ
ィーのベースであって、例えば、股可動枠３０５、脇可
動枠３１０、台枠３２０、ロック機構３３０、頭部可動
枠３４０、吊り具兼開閉ハンドル（ヨーク）３５０、肩
可動枠３６０と、さらに、左脚合体装置３７０、右脚合
体装置３７２、左腕手合体装置３７４、右腕手合体装置
３７６、頭合体装置３７８とを備える。なお、ここでの
合体とは、身体保持装置３００内に形成される空間に、
身体が装着されている状態をいう。また、股可動枠３０
５は、身体における股の位置に対応しており、股の駆動
を補助するための可動枠である。脇可動枠３１０は、身
体における脇位置に対応しており、脇の駆動を補助する
ための可動枠である。頭部可動枠３４０は、身体におけ
る頭部の位置に対応しており、頭部の駆動を補助するた
めの可動枠である。肩可動枠３６０は、身体における肩
の位置に対応しており、肩の駆動を補助するための可動
枠である。また、吊り具兼開閉用ハンドル（ヨーク）３
５０は、例えば、股可動枠３０５、脇可動枠３１０、肩
可動枠３６０、頭部可動枠３４０を開いた状態から、閉
じた状態に変化させて身体にこれらの可動枠を装着させ
かつロック機構３３０で、上述の各部材が固定されるよ
うにロックして吊り上げることができるものである。

【００３５】また、左脚足合体装置３７０、右脚足合体
装置３７２、左腕手合体装置３７４、右腕手合体装置３
７６及び首頭合体装置３７８は、それぞれ身体保持装置
３００と左脚足、右脚足、左腕手、右腕手及び首頭の保
持装置とを合体させるためのものである。なお、上述の
複数の各部材は、身体の部位にそれぞれ対応している。
なお、身体保持装置３００の股可動枠５０５に、排泄処
理装置を設けるようにしてもよい。

【００３６】図７は、イグゾスケルトンサイボーグ装置
５００の概略構成図である。人間を模擬したイグゾスケ
ルトンサイボーグ装置５００は、例えば、身体保持装置
３００、合体装置５１０−１〜５、インターフェース
（Ｉ／Ｆ）２０−１〜５、処理装置３０−１〜５、腕手
保持装置（左右）５２０、５３０、脚足保持装置５４
０、５５０、首頭保持装置５６０及び中央装置（ベクト
ル量子化データ入出力装置）７９５を備える。なお、中
央処理装置７９５には、視覚センサ等により人間と同様
な起動が行える指令部を備える。各保持装置に、腕手、
脚足、首頭等に対応するエンドスケルトン部が内含され
る。

【００３７】また、イグゾスケルトンサイボーグ装置５
００は、身体保持装置３００に脚足保持装置５４０、５
５０を合体させ、且つ、中央装置７９５の入力部（操作
卓）を押して起動され、必要に応じて、腕手保持装置５
２０、５３０、首頭保持装置５６０を合体させて動作す
る。

【００３８】図８は、３点支持式合体装置の概略構成図
である。３点支持式合体装置６００は、身体保持装置３
００と、首頭保持装置５６０、腕手保持装置５２０、５
３０、脚保持装置５４０、５５０とを連結し、それらを
支持するものである。３点支持式合体装置６００は３点
支持されており、例えば、合体用軸受け６１０、押さえ
具６２０、固定用軸６３０及び当たり用具６４０を備え
る。合体用軸受け６１０は、３点支持式合体装置６００
の雌側に配置され、この合体用軸受け６１０の端部に
は、押さえ具６２０が置かれている。（図中、合体装置
雌側参照）固定用軸６３０は、例えば、３点支持式合体
装置６００の雄側に配置され、円筒棒の両側を半分削っ
て作成されたものであり、また、当たり用具６４０は、
支持合体装置６００の雄側に配置されている（図中、合
体装置雄側参照）。合体時では、当たり用具６４０は、
合体用軸受け６１０の側面に取り付けられ、押さえ具６
２０は、固定用軸６３０を介して合体用軸受け６１０の
端部に取り付けられる（図中、合体時参照）。また、支
持合体装置６００は、図示のように、３点支持の変更時
おける持ち替えのための空隙（スペース）を含む。

【００３９】図９は、イグゾスケルトンサイボーグ装置
のコクピット兼格納装置であるホイスト装置の概略構成
図である。ホイスト装置（コクピット兼格納装置）４０
０は、例えば、身体保持装置３００を吊り上げて合体さ
せてコクピットとなる全方向移動台車付き吊り上げ引き
込み式ホイストであり、ホイスト装置を操作及び制御す
るための操作制御部４９０を含む。ホイスト装置４００
は、例えば、身体保持装置３００、腕手保持装置５２
０、５３０、脚足保持装置５４０、５５０、首頭保持装
置５６０を格納するためのものであって、全方向移動車
輪４１０、台枠４２０、モータ駆動装置４３０、４４
０、イグゾスケルトン格納装置４５０、ホイストアーム
４６０及びボールネジ４７０を備える。

【００４０】ここで、身体保持装置３００とホイスト装
置４００との動作を概略的に説明する。イグゾスケルト
ンサイボーグ装置を使用しない場合、ホイスト装置４０
０に身体、右腕手、左腕手、右脚足、左脚足、首頭の各
イグゾスケルトン装置（保持装置）と、処理装置（ベク
トル量子化データ入出力装置）を格納し、一方、それを
使用する場合には、胴体を保持した身体保持装置３００
に各イグゾスケルトン装置を結合すると共に、処理装置
のコネクタも結合して合体を完了する。具体的には、身
体保持装置３００では、各合体装置３７０〜３７４に右
腕手、左腕手、右脚足、左脚足、首頭の各イグゾスケル
トン装置（保持装置）を合体させる。

【００４１】ホイスト装置４００は、例えば、胴体を保
持する身体保持装置３００とホイストアーム４６０とが
合体している状態で、処理装置に備えられた入力部（操
作卓）におけるホイストアーム４６０の上昇・下降及び
全方向移動台車４１０のポジション・姿勢角と、身体保
持装置３００に備えられた回転等のための各指令部を操
作することにより、利用者は、例えば、胴体のベッドか
らの起立、胴体のベッドへの仰臥を行うことができる。
また、健常者が使用する場合などは、基本の状態でも胴
体を保持する身体保持装置３００の着脱を容易に行うこ
とができる。

【００４２】このように、ホイスト装置４００によれ
ば、ホイストアーム４６０と胴体を保持する身体保持装
置３００が合体している状態を基本として、操作処理部
４９０の操作卓でホイストアーム４６０の上昇・下降及
び全方向移動台車４１０のポジション・姿勢角、身体保
持装置３００の回転の各指令部を押すシーケンスで、ホ
イストアーム４６０で寝かせる、ホイストアーム４６０
を起こす、身体保持装置３００の装着を実行することが
できる。

【００４３】ここで、ホイスト装置４００に含まれる吊
り上げ引き込み式のホイストアーム４６０の動作原理を
説明する。まず、ホイストアーム４６０に身体保持装置
３００を装着した利用者を固定する場合について説明す
る。特に、内骨格として人間がイグゾスケルトンサイボ
ーグ装置５００に入る場合（パワーアシスト時）の動作
を説明する。

【００４４】まず、コクピット兼格納装置に相当するホ
イスト４００は、例えば、身体、右腕手、左腕手、右脚
足、左脚足、首頭の６個の各イグゾスケルトン装置（保
持装置３００、５２０、５３０、５４０、５５０、５６
０）と、処理装置（ベクトル量子化データ入出力装置）
を格納する。このため、イグゾスケルトンサイボーグ装
置は、例えば、８個の要素を含むことになる。

【００４５】ここで、ホイスト装置４００と胴体を保持
するイグゾスケルトンサイボーグ装置５００（ここで
は、身体保持装置３００に対応）が合体している状態を
基本とすると、例えば、ベッドから胴体を起立させる動
作は、胴体がイグゾスケルトンサイボーグ装置５００に
入る場合になる。また、胴体をベッドに仰臥させる動作
は、胴体がイグゾスケルトンサイボーグ装置５００（身
体保持装置）から出る場合になる。なお、健常者が使用
する場合は、基本の状態で胴体を保持するイグゾスケル
トンサイボーグ装置５００に入ったり出たりして使用す
ることになる。

【００４６】ホイスト装置４００と胴体を保持したイグ
ゾスケルトンサイボーグ装置５００が合体している状態
で、ホイスト装置４００に格納された５個のイグゾスケ
ルトン（右腕手、左腕手、右脚足、左脚足、首頭の各保
持装置）を必要に応じて結合した後に、処理装置の信号
線のコネクタを結合することにより、合体が完成され、
合体完成後は、処理装置の入力部（操作卓）の指令部を
押すことで、イグゾスケルトンサイボーグ装置５００を
動作させる。これにより、合体とは、ここでは、信号系
と機構系の両方を結合することをいう。

【００４７】このイグゾスケルトンサイボーグ装置５０
０は、例えば、ホイスト装置４００と合体したままで動
作させる場合と、ホイスト装置４００から離れて動作さ
せる場合（競歩型歩行）がある。この競歩型歩行では、
状況に応じて腕手と首頭の各イグゾスケルトン装置を使
用する。なお、このイグゾスケルトンサイボーグ装置５
００における競歩型歩行は、例えば、自動車のように安
定であるので、二足歩行のロボットのような転倒を防止
する安定化制御は必要ない。

【００４８】つぎに、イグゾスケルトンサイボーグ装置
５００に関して、エンドスケルトンとして義手・義足等
の人体を模擬した内骨格が用いられる場合について説明
すると、実際の身体と義手・義足との連結は、モジュー
ル型エンドスケルトン（内骨格）によって行われる。モ
ジュール型エンドスケルトンは、例えば、横曲げ軸周り
の回り対偶、縦曲げ軸周りの回り対偶、骨格中心軸周り
の回り対偶等の各対偶で結合されており、結合後、パワ
ーアシストにより実際の身体と同様に扱えることが期待
される。

【００４９】図１０は、イグゾスケルトンサイボーグ装
置の正面図である。イグゾスケルトンサイボーグ装置
は、例えば、全方向移動車輪７１０、７１５、脚足保持
装置のセンサと増幅装置を含むインターフェース（Ｉ／
Ｆ）７２０、７３０、脚足保持装置７３２、７３４、身
体保持装置と脚足保持装置の合体装置７３６、７３８、
身体保持装置３００、腕手保持装置７５２、７５４、身
体保持装置と腕手保持装置の合体装置７６０、７６２、
腕手保持装置のセンサと増幅装置を含むインターフェー
ス（Ｉ／Ｆ）７６４，７６６、首頭保持装置７７０、下
顎保持装置７８０、首頭保持装置のセンサと増幅装置を
含むインターフェース（Ｉ／Ｆ）７９０、及び、ベクト
ル量子化データ入出力装置を含む処理装置７９５を備え
る。

【００５０】身体保持装置３００と腕手保持装置の合体
装置７６０、７６２によって、左腕手及び右腕手を身体
保持装置３００に独立に合体させることができ、腕手保
持装置のインターフェース（Ｉ／Ｆ）７６４，７６６を
それぞれ腕手保持装置７５２、７５４にそれぞれを接続
して取り付ける。また、身体保持装置と脚足保持装置の
合体装置７３６、７３８によって、左脚足及び右脚足を
身体保持装置３００に独立に合体させることができるた
め、脚足保持装置のインターフェース（Ｉ／Ｆ）７２
０，７３０をそれぞれ脚足保持装置７３２、７３４にそ
れぞれ接続して取り付ける。また、脚の最先端リンクに
は、車輪を左右に各４輪取り付けることにより、全方向
移動を行うことができる。さらに、首頭部には、中央処
理装置７９５が取り付けられる。なお、図中、矩形はド
ライバを示す。

【００５１】ここで、イグゾスケルトンサイボーグ装置
における、仰臥、起立、移動に伴う動作について説明す
ると、仰臥では、例えば、ホイスト装置４００に身体保
持装置３００以外の脚足、腕手及び首頭保持装置を格納
し、身体保持装置３００のみでホイストアーム４６０を
ベッド上に下げて、身体をベッド上に仰臥させる。起立
では、例えば、身体保持装置３００でベッド上に仰臥し
ている身体を保持して吊り上げ引き込み、さらに、身体
保持装置３００に脚足部、腕手、首頭の各保持装置及び
処理装置７９５を合体させる。移動では、例えば、ホイ
スト装置４００を切り離して移動する。これにより、イ
グゾスケルトンサイボーグ装置では、仰臥、起立、移動
を行うことができる。

【００５２】また、イグゾスケルトンサイボーグ装置が
搭載される、対向二輪式揺動型の四軸独立懸架全方向移
動車輪７１０、７１５は、例えば、対向二輪をモータで
駆動して操舵するが、床面に両輪が常に接触するように
揺動型とし、さらに、この組を４軸使用してスプリング
を使用して独立に懸架する。また、この台車は、ポーズ
制御法によって４軸を操舵するが、操舵時に４軸の回転
中心が瞬時に一致しないことによる干渉を考慮して、こ
の干渉が実用上の許容範囲内になるまで操舵を待って進
行する。

【００５３】また、イグゾスケルトンサイボーグ装置に
おける、合体の状態を説明すると、この際、イグゾスケ
ルトンサイボーグ装置は、コクピット兼格納装置に相当
するホイスト装置４００から離れて動作しており、例え
ば、身体、右腕手、左腕手、右脚足、左脚足、首頭の各
イグゾスケルトン装置（保持装置）と、中央処理装置７
９５をフル装備した状態となる。なお、ここでの動作
は、上述のフローチャート（図２参照）と同様である。

【００５４】図１１は、競歩型歩行時のパワーアシスト
の一例を示す説明図である。競歩型歩行時のパワーアシ
ストでは、処理装置により例えば、脚足保持装置（右
足）７３４をブレーキして、脚足保持装置（左足）７３
２をブレーキ解除して、身体を前に倒し、さらに、両足
が十分開いたときに、左脚足車輪をブレーキする。これ
により、イグゾスケルトンサイボーグ装置では、競歩型
歩行時に、力及び変位センサからのデータを有効に処理
することで、例えば、膝伸、膝折、膝伸、引き寄せ、膝
折、膝伸を繰り返して歩行すると共に、この歩行時のパ
ワーをアシストすることができる。なお、ここでは、身
体保持装置３００が図中、破線で示した箇所において、
位置のエネルギーと運動エネルギーを交換するので、バ
ネなどの補助駆動装置を用いることで、更に性能を向上
させることができる。

【００５５】また、イグゾスケルトンサイボーグ装置に
おける競歩型歩行時のパワーアシストの動作処理は、図
２に示すフローチャートと対応しており、例えば、ここ
での「前に倒す」動作は、ステップＳ１０１の「変位セ
ンサ６の値に対する目標値入力」に対応し、「ブレー
キ、ブレーキ解除、膝折、膝伸、ひき寄せ」動作は、ス
テップＳ１０９での「駆動装置７へ出力」に対応する。

【００５６】図１２は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２
０及び処理装置３０の信号伝達についての説明図であ
る。インターフェース（Ｉ／Ｆ）２０及び処理装置３０
は、例えば、信号伝達を統一的に行うためものであっ
て、図中、複数のマトリクス状の区分は、ベクトルの標
準化を示している。処理装置（ベクトル量子化データ入
出力装置）は、ここでは、画像データを含む全てのデー
タを、ベクトル量子化して統一的に扱う。このため、ス
カラ量は一旦ベクトルに拡大したのち量子化する。具体
的には、ＬＩＮＫの角度や力及び画像データ（画像濃
度）を全て量子化することになる。この量子化では、前
提として、画素（又は、メモリ）８１０、４×４程度の
ベクトル８２０、量子化したスカラ量８３０及び必要に
応じてベクトルを復元する場合のコードブック８４０の
対応関係を一定とする。位置については、例えば、ｘ、
ｙ、ｚ、座標で表現でき、姿勢については各ｘ、ｙ、ｚ
軸の回りの回転角ロール、ピッチ、ヨー角で表現するこ
とができる。そして、４×４変換行列を用いるとＤＨ法
（Deravit Harterbag 法）等により、リンクエレメント
の直鎖として表現されたイグゾスケルトンサイボーグ装
置（マニピュレータ）を目標位置及び目標姿勢に制御可
能である。（ロボットの力学と制御、有本卓、朝倉書房
参考）

【００５７】また、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２０で
は、センサ及び増幅で数式（１）が成立するようにチュ
ーニングを行う。 Ｍ＝｛（Ｐ−Ｐｓ）（Ｍｅ−Ｍｓ）／（Ｐｅ−Ｐｓ）｝＋Ｍｓ （１） 但し、Ｍ：出力データ、Ｍｓ：最小出力値の指令値、Ｍ
ｅ：最大出力値の指令値、Ｐ：入力データ、Ｐｓ：最小
入力値の指令値、Ｐｅ：最大入力値の指令値とする。

【００５８】図１３は、本発明に関するイグゾスケルト
ンサイボーグ装置でのデータ転送の説明図である。な
お、通常は、脚足、腕手、首頭部及び身体保持装置に分
離して、これらがホイストに格納されているが、これら
は、必要に応じて、身体保持装置と合体して使用され
る。

【００５９】イグゾスケルトンサイボーグ装置間におけ
るデータ転送では、例えば、ベクトル量子化データ入出
力装置を含む処置装置８００、インターフェース（Ｉ／
Ｆ）９００、イグゾスケルトンサイボーグ装置５００及
びホイスト装置４００が関与している。また、イグゾス
ケルトンサイボーグ装置のデータは、通信回線を介して
転送が可能な環境で、動作について保存、拡大、縮小を
行うことができる。一方のイグゾスケルトンサイボーグ
装置は人間が装着し、他方のそれは内骨格を持つロボッ
ト・人体模型が装着するようにしてもよいし、両方とも
人間またはロボット・人体模型としてもよい。

【００６０】ここで、イグゾスケルトンサイボーグ装置
による身体動作の伝送・保存・拡大・縮小としては、例
えば、データの伝送だけ利用して別物のロボットを操作
したり、データの保存で繰り返し作業を行ったり、デー
タの拡大で強力な力を出力したり、データの縮小でミク
ロな作業を行う等ができる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によると、以上のように、腕手や
脚足等について運動学的及び生物学的な身体機能の代替
を行うことができ、総合的な福祉ロボット等に応用可能
なイグゾスケルトン装置及びイグゾスケルトンサイボー
グ装置及びそのシステムを提供することができる。ま
た、本発明によると、人間の動きを相似形の遠隔ロボッ
トに円滑且つ効率的に伝えることができる。また、本発
明によると、各部位が倍力、高速、精密等の動作を可能
とすることができる。さらに、本発明によると、ベッド
からの起立、排泄や入浴等のための床移動、階段等の回
避などに関しての空間移動、自動車等への移乗、会社へ
移転しての手作業などに対するパワーアシストを行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】イグゾスケルトン装置の概略構成図。

【図２】本発明に関するモジュール型イグゾスケルトン
装置のフローチャート。

【図３】イグゾスケルトンサイボーグ装置のエンドスケ
ルトン部１０の概略構成図。

【図４】外骨格型７自由度腕（アーム）の構成図。

【図５】外骨格型２１自由度手（ハンド）の概略構成
図。

【図６】イグゾスケルトンサイボーグ装置のベースとな
る身体保持装置の概略構成図。

【図７】イグゾスケルトンサイボーグ装置５００の概略
構成図。

【図８】３点支持式合体装置の概略構成図。

【図９】ホイスト装置の概略構成図。

【図１０】イグゾスケルトンサイボーグ装置の正面図。

【図１１】競歩型歩行時のパワーアシストの一例を示す
説明図。

【図１２】インターフェース（Ｉ／Ｆ）及び処理装置３
０の信号伝達についての説明図。

【図１３】本発明に関するイグゾスケルトンサイボーグ
システムでのデータ転送の説明図。

【符号の説明】

１〜３ 回り対偶 ４ 滑り対偶 ５―１〜３ 力センサ ６―１〜３ 変位センサ ７―１〜３ 駆動装置 ８―１ 保持部駆動装置 ８―２ 保持部 ９ モジュール結合部 １０ エンドスケルトン部 １２、１４ 関節 ２０ インターフェイス（Ｉ／Ｆ） ３０ 処理装置 １００ イグゾスケルトン装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２５Ｊ 3/00 Ｂ２５Ｊ 3/00 Ｚ 5/00 5/00 Ｆ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内骨格を有する部位を内包するための外骨
   格構造を備えたイグゾスケルトン装置であって、 外骨格関節位置での横曲げ軸周りに動く第１回り対偶
   と、 前記第１回り対偶と直交する外骨格関節位置での縦曲げ
   軸周りに動く第２回り対偶と、 内骨格軸周りに動く第３回り対偶と、 前記第１又は第２回り対偶による運動に対して滑り方向
   に弾性機能を有する滑り対偶と、 前記第１乃至第３回り対偶及び前記滑り対偶が配置され
   るフレームと、 内骨格を有する部位に前記フレームを保持する保持部
   と、 隣接するフレームと結合するための結合部と、 内骨格を有する部位への前記保持部の装着を調整する保
   持部駆動装置と、 各々の前記第１乃至第３回り対偶をそれぞれ回転駆動す
   る第１乃至第３駆動装置と、 前記第１乃至第３回り対偶の回転角度を検出する第１乃
   至第３変位センサと、 前記フレームに対して、横曲げ、縦曲げ、内骨格軸の捩
   り方向に加わる力を検出する第１乃至第３力センサと、 前記第１乃至第３変位センサから各対偶の角度信号を入
   力し、前記第１乃至第３力センサから各方向の力信号を
   入力し、角度信号及び力信号に従い、予め定められた目
   標値になるように前記第１乃至第３駆動部及び前記保持
   部駆動装置を駆動する駆動信号を出力する処理装置とを
   備えたイグゾスケルトン装置。
2. 【請求項２】所定の状態に対する目標値が入力される入
   力部と、 前記処理装置からの駆動信号を、最小及び最大駆動信号
   に応じて各々の前記第１乃至第３駆動装置に供給すべき
   最小及び最大出力信号の範囲内の出力データに変換する
   増幅回路を有し、その出力信号を出力するとともに、前
   記第１乃至第３変位センサ部及び前記第１乃至第３力セ
   ンサ部からの検出信号を、所定の範囲内の検出データに
   変換し、前記処理装置へ出力するインターフェイスとを
   さらに備え、 前記処理装置は、 前記第１乃至第３変位センサにより検出された各対偶の
   回転角度を前記インターフェイスを介して検出し、 検出された角度に対応する角度信号と、前記入力部によ
   り設定された目標値とを比較し、 前記第１乃至第３力センサが所定の負荷の範囲内で、前
   記第１乃至第３変位センサからの角度信号が前記目標値
   になるように、前記インターフェイスを介して前記第１
   乃至第３駆動装置を駆動することを特徴とする請求項１
   に記載のイグゾスケルトン装置。
3. 【請求項３】前記イグゾスケルトン装置は、人間の各部
   位を内含し、中央処理装置によりパワーアシストする動
   作を行うことを特徴とする請求項２に記載のイグゾスケ
   ルトン装置。
4. 【請求項４】駆動信号、角度信号、力信号及び各リンク
   の位置と姿勢情報は、統一されたベクトル量子化データ
   により表現されることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかに記載されたイグゾスケルトン装置。
5. 【請求項５】前記保持部により、人体の内骨格を有する
   部位、人体を模擬した内骨格を有する部位、又は、一部
   に人体の内骨格を有し他部に人体を模擬した内骨格を有
   する部位が内含され得ることを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれかに記載されたイグゾスケルトン装置。
6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載された前
   記イグゾスケルトン装置が、肩部、肘部及び手首部にそ
   れぞれ対応して複数配置され、それら複数の前記イグゾ
   スケルトン装置が結合手段により連結され、腕部位に対
   応する内骨格を含む部位が装着されるための腕保持用の
   イグゾスケルトンサイボーグ装置であって、 各イグゾスケルトン装置の処理部を制御するための中央
   処理装置を備え、 前記中央処理装置により、 肩部の第１のイグゾスケルトン装置は、少なくとも３つ
   の回り対偶及び２つの滑り対偶が機能し、 肘部の第２のイグゾスケルトン装置は、少なくとも１つ
   の回り対偶及び１つの滑り対偶が機能し、 前腕部の第３のイグゾスケルトン装置は、少なくとも１
   つの回り対偶が機能し、 手首部の第３のイグゾスケルトン装置は、少なくとも２
   つの回り対偶及び１つの滑り対偶が機能するように、左
   右の各腕部が少なくとも７自由度で状態検出及び駆動制
   御されることを特徴とするイグゾスケルトンサイボーグ
   装置。
7. 【請求項７】請求項１乃至５のいずれかに記載された前
   記イグゾスケルトン装置が、親指部及び各他の指部の関
   節部分にそれぞれ対応して複数配置され、それら複数の
   前記イグゾスケルトン装置が結合手段により連結され、
   手部位に対応する内骨格を含む部位が装着されるための
   手保持用のイグゾスケルトンサイボーグ装置であって、 手部の前記イグゾスケルトン装置を保持する手甲保持部
   と、 各イグゾスケルトン装置の処理部を制御するための中央
   処理装置を備え、 前記中央処理部により、 手部の親指部の少なくとも３つのイグゾスケルトン装置
   は、少なくとも５つの回り対偶及び２つの滑り対偶が機
   能し、 手部の各他の指部の少なくとも３つのイグゾスケルトン
   装置は、それぞれ少なくとも４つの回り対偶及び３つの
   滑り対偶が機能するように機能し、左右の各手部が少な
   くとも２１自由度で状態検出及び駆動制御されることを
   特徴とする手保持用のイグゾスケルトンサイボーグ装
   置。
8. 【請求項８】請求項１乃至４のいずれかに記載された前
   記イグゾスケルトン装置が、股関節部、脚部及び足部に
   それぞれ対応して複数配置され、それら複数の前記イグ
   ゾスケルトン装置が結合手段により連結され、脚足部位
   に対応する内骨格を含む部位が装着されるための脚足保
   持用のイグゾスケルトンサイボーグ装置であって、 各イグゾスケルトン装置の処理部を制御するための中央
   処理装置を備え、 前記中央処理部により、 股関節部の第１のイグゾスケルトン装置は、少なくとも
   ３つの回り対偶及び２つの滑り対偶が機能し、 膝部の第２のイグゾスケルトン装置は、少なくとも１つ
   の回り対偶及び１つの滑り対偶が機能し、 下腿部の第３のイグゾスケルトン装置は、少なくとも１
   つの回り対偶が機能し、 足部の第４のイグゾスケルトン装置は、少なくとも２つ
   の回り対偶及び１つの滑り対偶が機能するように、左右
   の各脚足部が少なくとも７自由度で状態検出及び駆動制
   御されることを特徴とする脚足保持用のイグゾスケルト
   ンサイボーグ装置。
9. 【請求項９】請求項１乃至４のいずれかに記載された前
   記イグゾスケルトン装置を、 左右の各腕部を少なくとも７自由度及び手部を少なくと
   も２１自由度のリンクを有し、腕手部に対応する内骨格
   を含む部位が装着されるための腕手保持装置と、 左右の各脚足部を少なくとも７自由度のリンクを有し、
   脚足部位に対応する内骨格を含む部位が装着されるため
   の脚足保持装置と、 首部を少なくとも３自由度及び下顎部を少なくとも４自
   由度のリンクを含み、首頭部に対応する内骨格を含む部
   位が装着されるための首頭保持装置として、少なくとも
   合計７７のリンクに対して各ひとつずつ用いられるよう
   に構成し、股可動枠、脇可動枠、肩可動枠、各保持装置
   を有し、前記腕手保持装置、前記脚足保持装置及び前記
   首頭保持装置を保持するための、身体部に対応する内骨
   格を含む部位が装着されるための身体保持装置と、 前記腕手保持装置、前記脚足保持装置及び前記首頭保持
   装置を、それぞれ前記身体保持装置に結合するための支
   持部と、 前記腕手保持装置、前記脚足保持装置及び前記首頭保持
   装置から角度信号及び力信号を入力し、各々の前記保持
   装置を駆動するための中央処理装置とを備えたイグゾス
   ケルトンサイボーグ装置。
10. 【請求項１０】前記腕手保持装置として、 請求項６に記載された腕保持用の前記イグゾスケルトン
    サイボーグ装置と、 請求項７に記載された手保持用の前記イグゾスケルトン
    サイボーグ装置とで構成し、 前記脚足保持装置として、請求項８に記載された脚足保
    持用の前記イグゾスケルトンサイボーグ装置とで構成し
    たことを特徴とする請求項９に記載のイグゾスケルトン
    サイボーグ装置。
11. 【請求項１１】前記身体保持装置、前記腕手保持装置、
    前記脚足保持装置及び前記頭保持装置を格納するための
    格納装置と、 前記身体保持装置を上下方向及び全方向に移動するため
    の、操作部により制御されるホイストとをさらに備えた
    請求項９又は１０に記載されたイグゾスケルトンサイボ
    ーグ装置。
12. 【請求項１２】請求項６乃至１１のいずれかに記載され
    た第１及び第２のイグゾスケルトンサイボーグ装置と、 第１のイグゾスケルトンサイボーグ装置の変位センサに
    より検出された角度信号及び力センサにより検出された
    力信号を、所定のベクトル量子化データに変換して出力
    し、及び、伝送されたベクトル量子化データを入力し、
    前記第１及び第２のイグゾスケルトンサイボーグ装置の
    それぞれの中央処理装置と信号を送受信するための第１
    及び第２の通信用インターフェイスと、 前記第１及び第２の通信用インターフェイス間を接続す
    る通信回線とを備え、 前記第１のイグゾスケルトンサイボーグ装置の動作又は
    位置を表すベクトル量子化データを、前記第２のイグゾ
    スケルトンサイボーグ装置に伝送し、前記第２のイグゾ
    スケルトンサイボーグ装置が、伝送されたベクトル量子
    化データを受信し、前記第１のイグゾスケルトンサイボ
    ーグ装置の動作又は位置に対応した動作又は位置制御を
    実行するようにしたことを特徴とするイグゾスケルトン
    サイボーグシステム。
13. 【請求項１３】前記第１のイグゾスケルトンサイボーグ
    装置に対して、前記第２のイグゾスケルトンサイボーグ
    装置は、身体動作の伝送、保存、拡大又は縮小、高速又
    は低速動作のいずれかの動作又は位置制御を行うことを
    特徴とする請求項１２に記載のイグゾスケルトンサイボ
    ーグシステム。