JP2017514640A - 足構造を有するエクソスケルトン - Google Patents

Abstract

本発明は、足が平らである場合に、エクソスケルトンを着用する人の足が載ることができる支持面（３１０）を足構造（３０８）が有するエクソスケルトンに関する。支持面は、前台（９０３）及び後台（９０４）を有する。足回動連結部（９０５）は、前台を後台に接続する。

Description

本発明の一つの態様は、足構造を有するエクソスケルトンに関する。

国際公開ＷＯ２０１１／００２３０６号は、使用者に着用されるエクソスケルトンを制御し、使用者の体の一部分にそれぞれ対応する当該エクソスケルトンの様々な体部材に関連付けられる一つ又はそれ以上のアクチュエータを有する制御システムを記載する。

そのエクソスケルトンは、使用者の足に対して固定されるべき足構造を有する。その足構造は、脚構造の下方の要素の端に回動可能に接続される。使用者が中に足を置くことができる靴が、解放可能に足構造と係合させられる。

国際公開ＷＯ２０１１／００２３０６号

相対的に信頼性が高くエネルギー効率が良い、人間の歩行機能を再生するエクソスケルトンを作るための解決策の必要性が存在する。

本発明の第一の態様によれば、エクソスケルトンは：
‐足を平らに置いたときに、エクソスケルトンを着用する人の足が支持されることができる支持面を有する足構造であり、支持面は：
‐前台及び後台、並びに
‐前台及び後台を接続する足回動連結部、を有する、足構造、
を有する。

そのようなエクソスケルトンにおいて、足回動連結部（liaison pivot）は支持面内の折れ目（cassure）を構成し、上記の特許公開公報において提案されるような折れ目の無い単一部品における支持面に比べて、ぎくしゃくしていない、より自然且つより速い、より滑らかな歩行動作を可能にする。歩行過程の間に、折れ目の無い単一部品における支持面は、地面に平行に若しくは一方の端が離れることのいずれかで、又は直線的な支持によって地面から離れることになり、制御することが難しい。足回動連結部は、これらの制限を克服し、従ってエクソスケルトンを着用する人が喪失した歩行機能をより密接に再生することに貢献する。これはまた、それを着用する人によるエクソスケルトンのより容易な受け入れ、並びにより容易且つより速い順応に貢献する。

足回動連結部の他の利点は、前台（plate-forme avant）が地面に支持され続けたまま後台が地面から離れるときの前方推進効果から成る。足回動連結部によって形成される折れ目は、制御された落下運動のための回転の軸を構成する。この回転の軸は、制御された落下運動に前方への並進成分を加える。この前方推進効果は、人類の動的な歩行において重要である。この効果は、エネルギー効率が良いやり方で一歩を長くする。

本発明の一つの実施形態は、以下の段落において規定されるような追加的な以下の特徴の一つ又はそれ以上を有してもよい。

足回動連結部は、前台が後台に対して折り曲げられるときにエネルギーを蓄えるように配置された弾性的に変形可能な部材を有してもよい。弾性的に変形可能な部材は、制御された前方落下によって特徴付けられる歩行の過程における一つの相の間に解放されるポテンシャルエネルギーのいくらかを回収する。弾性的に変形可能な部材はこのエネルギーを蓄え、他の相において、例えば、足構造が一つのステップの完了時に地面から離れるときに、それを戻す（restituer）。

足構造の支持面は、地面に接触するように適合させられた柔軟な底を有してもよい。

足構造の支持面は、地面に接触するように適合させられた面を有し、面の少なくとも一部分は、丸みを帯びた縁によって範囲を定められていてもよい。そのような丸みを帯びた縁は、前方への動きをより一層滑らかにする。底の側方の丸みは、特に、止められるときに、横方向の余剰動きを釣り合わせるために骨盤に横方向の振動が生み出される場合、特に直立位において、足をその側方でわずかに揺れさせる。

足回動連結部は、エクソスケルトンを着用する人の正中矢状面（coupe sagittale mediane）及び脚を通過する前頭面（coupe frontale）によって範囲を定められる象限内に位置してもよい。足回動連結部は、この同じ象限内に直角三角形を規定し且つ正中矢状面に対して４５°から９０°までの範囲内、好ましくは５０°と８５°との間、例えば６０°と６５°との間、典型的にはほぼ６３°、の角度を有する回動軸を有してもよい。

エクソスケルトンが安静位（position de repos）にある場合に、支持面の正中長手軸が、正中矢状面に対して０°と４５°との間、好ましくは５°と３５°との間、例えば１５°と２０°との間の角度を示すように、後台は、前台よりも正中矢状面に近くてもよい。人間の足もこのように方向付けられているので、外側に向かうこの方向付けは、人間の歩行を最も良く再生する。また、一歩進むときに、押し出し相の間に、この方向付けは、押し出しを最も良く指導する。よって、押し出しは、一つの支持足から受ける足へエクソスケルトンを着用する人の体を推進するための側面側‐正中側への成分を有する。

第二の態様によれば、エクソスケルトンは、エクソスケルトンを着用する人の脚に隣接するように配置された脚構造を有してもよい。足首回動連結部は、足構造を脚構造に接続してもよい。足首回動連結部は回動軸を有してもよく、その回動軸は：
‐足構造の支持面に対して０°から３０°までの範囲内のゼロでない角度、好ましくは５°と３０°との間の角度、及び
‐支持面の正中長手軸に直角な平面に対して０°から４５°までの範囲内のゼロでない角度、
を有する。

そのようなエクソスケルトンにおいて、足首回動連結部の回動軸は、特定の方向を有する：回動軸は、如何なる基準面：前頭、矢状又は水平、にも包含されない。斜めの、この特定の回動軸は、自然な動き、特にこのレベルにおいて最も頻繁且つ最も大きな動きに類似する足首における動きを、エクソスケルトンに生み出させる。したがって、単一の回動連結部及び単一のアクチュエータが、足首において十分である。対照として、上記の特許公開公報において提示されるエクソスケルトンは、首における動きを生み出すための二つの回動連結部及び二つのアクチュエータを有する。したがって、本発明によるエクソスケルトンは、より単純で、より軽く、かさばらず且つエネルギー集約的でない構造を有し得る。

一つの好ましいが非限定的な特徴によれば、エクソスケルトンは、足首回動連結部の回動軸に沿って脚構造に対する足構造の回動を生じさせるように、脚構造と足構造との間に配置された作動装置を更に有してもよい。

任意的に、作動装置は：
‐カルダン継手、玉継手連結部、及び該カルダン継手と該玉継手連結部との間に配置されたアクチュエータ、典型的にはリニアアクチュエータ、又は
‐二つのカルダン継手、及び該カルダン継手の間に配置された回転止めのないアクチュエータ、典型的にはリニアアクチュエータ、
を有する。
これらの要素は、三次元での動きを描くことができる運動学的ループを可能にする。これらの動きの間に、アクチュエータは、脚構造の下方区分に沿ったままである。これは、この組立体の最小の大きさを可能にし、アクチュエータとエクソスケルトンを着用する人の関連する脚との間の干渉を回避する。

脚構造は、エクソスケルトンを着用する人の膝より上に位置する脚の上部に隣接するように配置された上脚区分、膝より下に位置する脚の下部に隣接するように配置された下脚区分、及び、下脚区分を上脚区分に接続する、膝回動連結部、を有してもよい。上脚区分の上端が、エクソスケルトンを着用する人の正中矢状面から下端よりも更に離れるように、エクソスケルトンが安静位にある場合に、上脚区分は、下脚区分に対して０°から３０°までの、好ましくは０°から２０°までの範囲内のゼロでない傾きを有してもよい。この傾きは、エクソスケルトンに、そのような傾きの無い構造に比べて、より迅速に且つよりエネルギーにおいて経済的に、足への重量移動を実行させる。傾きは、重心が支持足の上に位置するために必要な重心の変位を減らす。

エクソスケルトンは、エクソスケルトンを着用する人の骨盤に取り付けられるように配置された骨盤構造、及び、骨盤構造と脚構造との間に配置された脚方向回動連結部であり、該脚方向回動連結部は、エクソスケルトンが安静位にある場合に垂直方向の回動軸を有する、脚方向回動連結部、を有してもよい。これは、脚に、安定化過程及び歩行過程において起こり得る垂直方向の回転を実行させる。これらの垂直方向の回転は、これらの過程が有効であること、及びエクソスケルトンを着用する人によって自然であると知覚されることに貢献する。

エクソスケルトンは、エクソスケルトンに含まれる少なくとも一つのアクチュエータを制御することができる制御装置を有してもよい。

制御装置は、エクソスケルトンを着用する人の胴体の少なくとも一部分の少なくとも一つの動的パラメータを検出することができる、検出器、及び、検出されたパラメータの関数として、制御信号をアクチュエータに適用することができる、プロセッサ、を有してもよい。これは、エクソスケルトンの直観的な命令を許容する：命令は忘れられ、エクソスケルトンは自然に使用されることができる。この態様は、先に記述された態様に依存しないことが留意されるべきである。例えば、命令の態様は、エクソスケルトンが先に規定された斜めの回動軸によって特徴付けられる足首回動連結部を有すること無く実装されてもよい。

検出器は、少なくとも一つの慣性センサを有してもよい。

プロセッサは、以下を含むいくつかの制御モードを実行するように構成されていてもよい：プロセッサは、エクソスケルトンを着用する人を安静位に保つように少なくとも一つのアクチュエータを制御する、安定化制御モード、及び、プロセッサは、エクソスケルトンを着用する人が歩くことを補助するように少なくとも一つのアクチュエータを制御する、歩行制御モード。

プロセッサは、エクソスケルトンを着用する人の少なくとも一つの体の部分の重心の位置を決定し、且つ、重心の位置の関数として、一つの制御モードを適用する、ように構成されていてもよい。

プロセッサは、異なる制御モードを、重心が投影される平面内の異なる区域とそれぞれ組み合わせるように構成されていてもよく、それ故にプロセッサは、重心を包含する区域と関連する制御モードを適用することができる。

例示として、本発明のいくつかの実施形態の詳細な記述は、添付の図面を参照して以下に提示される。

エクソスケルトンを着用することが可能な人の模式的な正面図である。 人の模式的な側面図である。 下方の部材を有するエクソスケルトンの一部分の透視図である。 エクソスケルトンの骨盤構造の後面図である。 安静の状態にあるエクソスケルトンの模式的な図解である。 骨盤構造において作動状態にあるエクソスケルトンの模式的な図解である。 骨盤構造において他の作動状態にあるエクソスケルトンの模式的な図解である。 安静の状態にあるエクソスケルトンの単純化された模式的な図解である。 エクソスケルトンの二つの足構造の平面図である。 エクソスケルトンの左の足構造の支持面の底面図である。 左の足構造の単純化された模式的な図解である。 足首回動連結部を有するエクソスケルトンの左の下方部分の透視図である。 足首回動連結部の回動軸を表示する模式的な図解である。 制御モード選択のための投影平面を表示する模式的な図解である。

図１及び図２は、エクソスケルトン３００を着用することができる人を示す。図１は、模式的な正面図を提供する。図２は、人の模式的な側面図を提供する。人は二本の脚、左脚１０１及び右脚１０２を有し、それぞれ左膝１０３及び右膝１０４を有する。人は二つの足首、左足首１０５及び右足首１０６、並びに二つの足、左足１０７及び右足１０８を有する。人はまた胴体１０９、骨盤１１０、股関節部１１１，１１２及び腰（reins）を有し、後者の器官は簡潔さ及び利便性の理由から図１及び図２に示されていない。

図１及び図２はまた、人の正中矢状面１１３を示す。この面は、人が典型的に歩き得る向きに対応する軸１１４を有する。この軸は、以下“歩行の向き”と呼ばれるであろう。図１及び図２は、二本の脚１０１，１０２を通過する前頭面１１５を更に示す。図１は、二つの方向：正中（１１３に向かう）及び側方１１７（１１５の反対向き）を示す。図２は、二つの他の方向：腹側１１８（又は前方）及び背側１１９（又は後方）を示す。

図３は、図１及び図２に示される人が着用することができるエクソスケルトン３００を示す。図３は、エクソスケルトン３００の透視図を提供する。エクソスケルトン３００は、エクソスケルトン３００を着用している場合に人の腰の後ろに位置する骨盤構造３０１を有する。骨盤構造３０１は、図１に示される骨盤１１０に取り付けられることができる。この取り付けは、例えば、ハーネス又は一つ若しくはそれ以上のストラップ、又はそのような要素の組み合わせを用いた、柔軟なものであってもよい。これらの要素は、簡潔さ及び利便性の理由から図３に示されていない。

エクソスケルトン３００は、二つの脚構造：左脚構造３０２及び右脚構造３０３を更に有する。左脚構造３０２は、図１及び図２に示される人の左脚１０１に隣接するように配置されている。右脚構造３０３は、この人の右脚１０２に隣接するように配置されている。

更に詳細に、左脚構造３０２は、上脚区分３０４及び下脚区分３０５を有する。上脚区分３０４は、図１及び図２に示される人の左膝１０３より上に位置する左脚１０１の上部に隣接するように配置されている。下脚区分３０５は、左膝１０３より下に位置する左脚１０１の下部に隣接するように配置されている。同様に、右脚構造３０３もまた、図３に示される上脚区分３０６及び下脚区分３０７を有する。

エクソスケルトン３００は、二つの足構造：左足構造３０８及び右足構造３０９を有する。左足構造３０８は、左足１０７を平らに置いたときに、図１及び図２に示される人の左足１０７が支持されることができる支持面３１０を有する。同様に、右足構造３０９は、右足１０８を平らに置いたときに、右足１０８が支持されることができる支持面３１１を有する。

エクソスケルトン３００は、二つの股関節部構造：人の左股関節部１１１に隣接するように配置された左股関節部構造３１４、及び図１及び図２に示される人の右股関節部１１２に隣接するように配置された右股関節部構造３１５、を有する。

エクソスケルトン３００は、いくつかの回動連結部：股関節部に一対、膝に一対、及び足首に一対、を有する。

より詳細に、股関節部の一対の回動連結部は、左股関節部回動連結部３１２及び右股関節部回動連結部３１３を含む。左股関節部回動連結部３１２は、左脚構造３０２を左股関節部構造３１４に回転可能に接続する。同様に、右股関節部回動連結部３１３は、右脚構造３０３を右股関節部構造３１５に接続する。

膝の一対の回動連結部は、左膝回動連結部３１６及び右膝回動連結部３１７を含む。左膝回動連結部３１６は、左脚構造３０２の下脚区分３０５をこの構造の上脚区分３０４に接続する。同様に、右膝回動連結部３１７は、右脚構造３０３の下脚区分３０７をこの構造の上脚区分３０６に接続する。

足首の一対の回動連結部は、左足首回動連結部３１８及び右足首回動連結部３１９を含む。左足首回動連結部３１８は、左足構造３０８を左脚構造３０２に接続する。同様に、右足首回動連結部３１９は、右足構造３０９を右脚構造３０３に接続する。

エクソスケルトン３００は、より多くの回動連結部を有する。これらの他の回動連結部は、以下で提示及び記述されるであろう。

エクソスケルトン３００は、いくつかの作動装置３２０‐３２５を有する。一つの作動装置は、先に述べられた一つの回動連結部に関連付けられる。作動装置は、当の回動連結部によって接続される複数の要素に、互いに対して回転運動を行わせる。このように、エクソスケルトン３００は、左膝作動装置３２０、右膝作動装置３２１、左股関節部作動装置３２２、右股関節部作動装置３２３、左足首作動装置３２４及び右足首作動装置３２５を有する。

左膝回動連結部３１６に関連付けられる左膝作動装置３２０は、例として、より詳細に記述される。左膝作動装置３２０は、アクチュエータ３２６及び二つの回転式接続部材３２７，３２８を有する。一つの回転式接続部材３２７は、左膝回動連結部３１６から比較的遠く離れた接続点において、アクチュエータ３２６の一端を上脚区分３０４に接続する。他の回転式接続部材３２８は、左膝回動連結部３１６に比較的近く、後者のすぐ下の接続点において、アクチュエータ３２６の他端を下脚区分３０５に接続する。

アクチュエータ３２６は、その両端の間の直線的な動きを描くことができる。この直線的な動きは、上脚区分３０４に対する下脚区分３０５の回転運動に変換される。回転式接続部材３２７は、カルダン継手を有してもよい。他の回転式接続部材３２８は、玉継手を有してもよい。図３はこの構成を示しており、それは逆にされてもよい。そのような構成は、左膝作動装置３２０並びに脚区分、上方３０４及び下方３０５に、三次元での有用な動きを描かせる。先に述べられた接続点は、それぞれ上脚区分３０４に対して及び下脚区分３０５に対して固定されたままである。

左膝回動連結部３１６に関連付けられた作動装置３２０は、実際には可変の長さを有する区分を有する四辺形を構成する。この区分はアクチュエータ３２６であり、アクチュエータ３２６はジャッキの形であってもよい。このジャッキは、例えば、電動式、液圧式、空気圧式ジャッキ又は任意の他の種類のリニアアクチュエータであってもよい。ジャッキは、ジャッキに適用される制御信号を用いて調整可能な長さを有してもよい。左膝回動連結部３１６に関連付けられたアクチュエータ３２６は、明確性及び利便性の理由から、以下“左膝アクチュエータ３２６”によって指示されるであろう。

先に述べられた他の作動装置３２１‐３２５は、同様な構造を有し、従って同様な機能を有する。これらの作動装置はまた、図３に示されるアクチュエータ３２９‐３３３を有する。これらのアクチュエータは、明確性及び利便性の理由から、以下“右膝アクチュエータ３２９”、“左股関節部アクチュエータ３３０”、“右股関節部アクチュエータ３３１”、“左足首アクチュエータ３３２”及び“右足首アクチュエータ３３３”によってそれぞれ指示されるであろう。そのような指示の形容詞は、そのアクチュエータが関連付けられる回動連結部を示す。

図４は、エクソスケルトン３００の骨盤構造３０１をより詳細に示す。この図は、骨盤構造３０１の後面図を提供する。骨盤構造３０１は、図１及び図２に示される人の骨盤１１０に取り付けられるように配置された中央骨盤区分４０１を有する。したがって、中央骨盤区分４０１は、先に述べられたようにハーネス又は一つ若しくはそれ以上のストラップのような一つ又はそれ以上の締結部材を有してもよい。

骨盤構造３０１は、一対の周辺骨盤区分：左周辺骨盤区分４０２及び右周辺骨盤区分４０３を有する。

骨盤構造３０１は、一対の回動連結部：左骨盤回動連結部４０４及び右骨盤回動連結部４０５を有する。左骨盤回動連結部４０４は、左周辺骨盤区分４０２を中央骨盤区分４０１に接続する。右骨盤回動連結部４０５は、右周辺骨盤区分４０３を中央骨盤区分４０１に接続する。これらの、左４０４及び右４０５は、エクソスケルトン３００が安静位にある場合に、水平方向の回動軸をそれぞれ提示する。

骨盤構造３０１は、一対の脚方向回動連結部：左脚方向回動連結部４１０及び右脚方向回動連結部４１１を更に有する。左脚方向回動連結部４１０は、左周辺骨盤区分４０２を左股関節部構造３１４に接続する。右脚方向回動連結部４１１は、右周辺骨盤区分４０３を右股関節部構造３１５に接続する。脚方向回動連結部、左４１０及び右４１１は、エクソスケルトン３００が安静位にある場合に、垂直方向の回動軸を提示する。

作動装置４０６は、一対の骨盤回動連結部４０４，４０５に関連付けられている。この装置は、アクチュエータ４０７及び二つの関節を有する。左の関節は、アクチュエータ４０７の左端を、左周辺骨盤区分４０２の接続棒に接続する。右の関節は、アクチュエータ４０７の右端を、右周辺骨盤区分４０３の接続棒に接続する。アクチュエータ４０７は、ジャッキの形であってもよい。このジャッキは、例えば、電動式、液圧式、空気圧式ジャッキ又は任意の他の種類のリニアアクチュエータであってもよい。このアクチュエータは、明確性及び利便性の理由から、以下“骨盤アクチュエータ４０７”によって指示されるであろう。骨盤アクチュエータ４０７は、骨盤アクチュエータ４０７に適用される制御信号を用いて調整可能な長さを有してもよい。

左阻止装置４０８は、左骨盤回動連結部４０４に関連付けられている。左阻止装置４０８は、ロック解除状態とロック状態との間で切換え可能である。ロック解除状態において、左阻止装置４０８は、中央骨盤区分４０１に対する左周辺骨盤区分４０２の回動を可能にする。この回動には、左骨盤回動連結部４０４を用いることが可能である。しかしロック状態において、左阻止装置４０８は、そのような回動を防止する。この状態において、左周辺骨盤区分４０２は、中央骨盤区分４０１に堅く接続される。

同様に、右阻止装置４０９は、右骨盤回動連結部４０５に関連付けられている。右阻止装置４０９もまた、中央骨盤区分４０１に対する右周辺骨盤区分４０３の回動をそれぞれ許容及び防止する、ロック解除状態とロック状態との間で切換え可能である。

骨盤構造３０１のこの構成は、骨盤１１０における横方向の回転運動を可能にする。そのような回転運動は、所与の時点において、骨盤構造３０１の左側又は右側のいずれへも行われる。これは、それぞれ右骨盤回動連結部４０５又は左骨盤回動連結部４０４の阻止の機能としてのものである。これらの横方向の回転運動は、エクソスケルトンを着用する人の安定化過程において、この人が直立している場合及び止められた場合に起こってもよい。この過程は、以下でより詳細に記述されるであろう。

横方向の回転運動はまた、歩行過程：エクソスケルトンを着用する人が真っ直ぐな線を歩く過程、において有利に起こってもよい。これらの運動は左側及び右側で交互に行われ、歩行過程の間に骨盤１１０に左‐右のパルスを供給する、規則的なやり方であってもよい。これらの運動は、前方への歩行運動の動的平衡に貢献する。実際に、歩行過程は、概して地面上の支持の非均整によって特徴付けられる：左足１０７、次いで右足１０８。横方向の回転運動、及び左‐右の交代は、この非均整を動的に相殺することに貢献する。

左骨盤回動連結部４０４は、弾性的に変形可能な部材を有してもよい。右骨盤回動連結部４０５もまた、弾性的に変形可能な部材を有してもよい。これらの弾性的に変形可能な部材は、例えば、一つ又はそれ以上のねじりバネを含んでもよい。それらは、利便性の理由から、以下“左骨盤バネ”及び“右骨盤バネ”によってそれぞれ指示されるであろう。

左骨盤バネは、左周辺骨盤区分４０２が、中央骨盤区分４０１に対して安静位から回動を実行するときに運動エネルギーを蓄えることができる。このエネルギーは、左周辺骨盤区分４０２が逆の回動を実行するときに再び導入されてもよい。これは、骨盤アクチュエータ４０７によって消費される力を減らす；左骨盤バネは、骨盤アクチュエータ４０７が逆の回動を実行することを補助することができる。同じ指摘が、右周辺骨盤区分４０３が回動を実行するときに運動エネルギーを蓄えることができる右骨盤バネに当てはまる。

図４に示され、先に記述された骨盤構造３０１は、人間の歩行の人工的な再生に特に適合させられている。骨盤１１０の落ち込み過程が、前方への一歩を行う揺脚の側に、人間の歩行において起こる。前方及び推進の‐切換え相の間に、支持として働く他方の脚の足は曲がり、足首は足底の屈曲に向かって動く。骨盤１１０の落ち込みが無ければ、人間の体の重心は機械的に上がる傾向を持つことになり、それは余計であると共にエネルギーを消費するものである。

骨盤構造３０１は、揺脚の側に横方向に落ち込むように適合させられている。この落ち込みは、この側にある質量を利用することによって起こってもよい。これは、骨盤構造３０１によって、特に骨盤アクチュエータ４０７によって制御された、重力による局所的な落下を結果として生じさせる。これの効果は、骨盤１１０の落ち込みが無ければ起こるかも知れない、重心の全体の高さを低減することである。また、重力による局所的な落下はエネルギーを解放し、そのうちのいくらかは、自由なままである骨盤回動連結部内の骨盤バネに蓄えられる。

次いで、一歩の終わりに揺脚が地面に接触するときに、骨盤構造３０１の落ち込んでいた側は上げられる。そのとき、バネに蓄えられたエネルギーが活用されてもよい。ちょうど地面と接触した揺脚に関連付けられたエクソスケルトン３００のアクチュエータもまた、骨盤１１０を持ち上げることを助ける。したがって、その上に働き始める骨盤アクチュエータ４０７は、作用する唯一のものではない。骨盤アクチュエータ４０７について、骨盤構造３０１を持ち上げるために必要なエネルギーのいくらかだけを供給すれば十分である。骨盤アクチュエータ４０７は、比較的低い動力を有してそれに応じて比較的小さな寸法を有する装置であってもよい。これは、骨盤構造３０１のコンパクトな構成を可能にする。

脚方向回動連結部４１０，４１１は、作動させられる。アクチュエータ４１２は、左脚方向回動連結部４１０に関連付けられる。同様に、アクチュエータ４１３は、右脚方向回動連結部４１１に関連付けられる。これらのアクチュエータ４１２，４１３はそれぞれ、電気モータ及び一つ又はそれ以上の減速段階を有する、電気的に運転される歯車付きモータの形であってもよい。これらの減速段階は、電気モータを、関連する脚方向回動連結部につなぐ。減速段階は、例えば一つ又はそれ以上の歯車装置（ギアリング）、一つ又はそれ以上のウォーム・アンド・ホイール減速機）、一つ又はそれ以上の遊星減速歯車、並びに任意の他の機械的な減速器を含んでもよい。アクチュエータ４１２，４１３は、明確性及び利便性の理由から、以下“左脚方向アクチュエータ４１２”及び“右脚方向アクチュエータ４１３”によってそれぞれ指示されるであろう。

したがって、左脚方向回動連結部４１０は、中央骨盤区分４０１に対する左脚構造３０２のモータによる垂直方向の回転を可能にする。同様に、右脚方向回動連結部４１１は、中央骨盤区分４０１に対する右脚構造３０３のモータによる垂直方向の回転を可能にする。これらの垂直方向の回転は、安定化過程において及び歩行過程において起こり得る。垂直方向の回転は、これらの過程が有効であること、及びエクソスケルトンを着用する人によって自然であると知覚されることに貢献する。

例えば、左脚構造３０２の垂直方向の回転は、左に曲がるために左足構造３０８を適切に方向付ける。同様に、右脚構造３０３の垂直方向の回転は、右へ角を曲がることに貢献することができる。他の場合において、脚方向回動連結部４１０，４１１は、骨盤構造３０１を脚に対して回動させる。これは、左又は右への重量移動を可能にする。この重量移動は、一歩の動作を初期化するために有利に介在してもよい；重量は支持脚に移動させられる。直立位で均衡を保つこともまた典型的に重量移動を伴い、その重量移動において、脚方向回動連結部４１０，４１１は役割を担い得る。脚方向回動連結部４１０，４１１はまた、歩行過程にも介在し得る。支持脚に対する骨盤構造３０１の垂直方向の回転は、一歩を長くし、その結果として歩行過程をより効率的にする。

図５は、安静位のエクソスケルトン３００を示す。エクソスケルトン３００は、模式的な図表によって示されている。先に提示された要素を同一又は類似の要素は、同一の参照符号によって標識されている。

エクソスケルトン３００は、様々なアクチュエータ：骨盤アクチュエータ４０７、左脚方向アクチュエータ４１２、右脚方向アクチュエータ４１３、左膝アクチュエータ３２６、右膝アクチュエータ３２９、左股関節部アクチュエータ３３０、右股関節部アクチュエータ３３１、左足首アクチュエータ３３２、右足首アクチュエータ３３３、を制御することができる制御装置５０１を有する。制御装置５０１はまた、図４に示され、左骨盤回動連結部４０４及び右骨盤回動連結部４０５とそれぞれ関連付けられる左阻止装置４０８及び右阻止装置４０９を制御することができる。制御装置５０１は、関連する要素に送信される制御信号を用いて、上記の要素のいずれも制御することができる。この送信は、有線又は無線によって行われてもよい。

制御装置５０１は、エクソスケルトンを着用する人の体の一部分の動的パラメータを検出することができる、検出器５１０、を有する。この体の部分は、好ましくはエクソスケルトン３００から自由である；すなわち、後者に接続されていない。この体の部分は、例えば図１に示されるエクソスケルトンを着用する人の胴体１０９であってもよい。この場合において、動的パラメータは、胴体１０９の位置若しくは姿勢（position）、胴体１０９の変位速度、又は胴体１０９の加速度を含んでもよい。

検出器５１０は、慣性センサ５１１，５１２，５１３の配列を有してもよい。例えば、二つの慣性センサ５１１，５１２は、エクソスケルトンを着用する人の胸に位置してもよい。他の慣性センサ５１３は、へそに位置してもよい。この場所は、人間の自然な重心に対応する。慣性センサ５１１，５１２，５１３の配列は、実際に三角形を規定する。この配置は、脚１０１，１０２に対する、従ってエクソスケルトン３００に対する、胴体１０９の多くの位置若しくは姿勢、多くの動きを検出する。例えば、慣性センサ５１１，５１２，５１３の配列は、胴体１０９の以下の位置若しくは姿勢を検出することができる：前への傾き、後への傾き、右側への傾き及び左側への傾き。慣性センサ５１１，５１２，５１３の配列はまた、歩行過程の間の骨盤１１０の均衡の状態を、又は更に胴体１０９の回転を検出してもよい。

制御装置５０１は、検出器５１０の一つ又はそれ以上の検出信号を受信するプロセッサ５１４を有する。これらの検出信号は、胴体１０９の位置若しくは姿勢又は動きを示す。プロセッサ５１４は、エクソスケルトンを着用する人の胴体１０９の位置若しくは姿勢又は動きの関数として、制御信号を、先に述べられたアクチュエータ４０７，４１２，４１３，３２６，３２９‐３３３のうちの一つ又はそれ以上に適用する（appliquer）ことができる。

また、プロセッサ５１４はまた、アクチュエータに由来する、後者に関する情報を与える信号を受信してもよい。プロセッサ５１４はまた、制御信号を設定するためにこれらの信号を考慮に入れてもよい。この過程においてプロセッサ５１４は、アクチュエータについて制御ループを実行してもよい。プロセッサ５１４は、検出器５１０に由来する検出信号から、この制御ループについて、従って当のアクチュエータについて定点値を決定してもよい。

より具体的に、プロセッサ５１４は、胴体１０９の位置若しくは姿勢又は動きに、エクソスケルトン３００の運転の一つの特定のモードを加えてもよい。そのときプロセッサ５１４は、一つ又はそれ以上のアクチュエータのために適切な一つ又はそれ以上の制御信号を生成してもよい。例えば、プロセッサ５１４は、位置若しくは姿勢“前への傾き”を前方へ動くことを望んでいるものとして解釈してもよい。この場合において、プロセッサ５１４は、前方への動きがもたらされるように、エクソスケルトン３００のアクチュエータを制御する。これは、運転の“前方歩行”モードに対応してもよい。プロセッサ５１４はまた、この歩行の間に骨盤構造３０１の均衡を生み出すために検出信号を利用してもよい。プロセッサ５１４は、エクソスケルトンを着用する人を彼の前方歩行において安定化し、もし修正が必要であればエクソスケルトン３００に作用してもよい。他の実施例において、プロセッサ５１４は、比較的突然の動きの検出を、エクソスケルトン３００を再均衡する必要性として解釈してもよい。

そのような制御装置５０１は、いくつかの利点を有する。人は、エクソスケルトン３００を直感的に制御することができる。この命令は忘れられる；エクソスケルトン３００は、それ自体を自然に使用されるようにする。エクソスケルトン３００及びその命令は、人間の歩行の特徴である、“支えられる落下（chute rattrapee）”の機構を再生する。これはまた、エネルギーの次元の利点を与える：エクソスケルトン３００は、歩行過程における前方落下によって生み出されるエネルギーを有効に使用することができる。これは、この過程を実行するための電力への需要を減らす。

図６は、骨盤構造３０１において作動状態にあるエクソスケルトン３００を示す。エクソスケルトン３００は、図５のものに類似する模式的な図解によって示されている。図６に示される作動状態において、右脚構造３０３は、わずかに横方向に傾いている。これが起こるために、右骨盤回動連結部４０５はロック解除状態にあり、同時に左骨盤回動連結部４０４はロック状態にある。骨盤アクチュエータ４０７は、プロセッサ５１４の制御下で長くなる。骨盤アクチュエータ４０７の両端は、離れるように動き、中央骨盤区分４０１に対する右周辺骨盤区分４０３の回動を引き起こす。

図７は、骨盤構造３０１において他の作動状態にあるエクソスケルトン３００を示す。エクソスケルトン３００は、図５及び図６のものに類似する模式的な図解によって示されている。図６に示されるものの反対のものと考えることができる、図７に示される作動状態において、わずかに横方向に傾いているのは、左脚構造３０２である。これが起こるために、左骨盤回動連結部４０４はロック解除状態にあり、同時に右骨盤回動連結部４０５はロック状態にある。ここでもまた、骨盤アクチュエータ４０７は、プロセッサ５１４の制御下で長くなる。骨盤アクチュエータ４０７の両端は、離れるように動き、この場合においては中央骨盤区分４０１に対する左周辺骨盤区分４０２の回動を生じさせる。

図６及び図７に示される作動状態は、例えば、エクソスケルトンを着用する人が直立位で、静止した位置若しくは姿勢にある安定化過程の間、又は歩行過程の間に起こり得る。これらの過程は、多数の動きを含み得る。足首における特に横方向の動きは、体の上端を方向付ける。この動きは、骨盤構造３０１における動きと典型的に組み合わせられるが、骨盤構造の動きは図６及び図７に示されるものに必ずしも限定されない。

安定化過程又は歩行過程は、エクソスケルトンを着用する人の体の重量移動を典型的に伴う。例えば、左へ又は必要であれば右への体の重量の移動は、歩行過程を初期化するために重要である。左脚方向回動連結部４１０又は必要であれば右脚方向回動連結部４１１は、この重量移動に介在する。これらの脚方向回動連結部４１０，４１１は、骨盤構造３０１に支持脚に対する回転運動を実行させ、重量移動を生じさせる。体の重量の足への移動において、他方の足は、解放されて今や地面を離れることができる。重量移動はまた、外部の攪乱に反応して、直立位で再均衡するために、安定化過程においても起こり得る。

重量移動の間に、エクソスケルトン３００は、エクソスケルトンを着用する人の骨盤１１０におけるいくつかの種類の回転を実行することを強制されてもよい。各脚に対して３つの回転が存在する。垂直方向の軸に従う回転は、左脚方向回動連結部４１０及び右脚方向回動連結部４１１を用いてなされてもよい。図１及び図２に示される前頭面１１５に直角な、水平方向の軸に従う回転は、左骨盤回動連結部４０４及び右骨盤回動連結部４０５を用いて行われてもよい。図１及び図２に示される正中矢状面１１３に直角な、水平方向の軸に従う回転は、左股関節部回動連結部３１２及び右股関節部回動連結部３１３を用いて行われてもよい。

図８は、安静の状態にあるエクソスケルトン３００を更に示す。図８は、図５に比べて単純化された模式的な図解である。図８は、エクソスケルトン３００が安静の状態にある場合に、左脚構造３０２の上脚区分３０４が下脚区分３０５に対して傾き８０１を有することを示す。左の上脚区分３０４の上端８０２が、エクソスケルトンを着用する人の正中矢状面から下端８０３よりも更に離れるように、この傾き８０１はゼロではない。傾き８０１は、０°から３０°までの、好ましくは０°から２０°までの範囲内であってもよい。同じ指摘が、下脚区分３０７に対して傾き８０４を有する右脚構造３０３の上脚区分３０６に当てはまる。

上脚区分、左３０４及び右３０６の傾き８０１，８０４は、自然な傾きを再生する。人間の大腿部は、人間が通常の直立位にある場合に、垂直に対して典型的に傾いている。この傾きを再生することによって、エクソスケルトン３００は、そのような傾きの無い構造に比べて、より迅速に且つよりエネルギー効率良く足への重量移動を実行することができる。傾きは、重心が支持足の上にあるために必要な重心の変位を減らす。

図９は、エクソスケルトン３００の二つの足構造３０８，３０９をより詳細に示す。図９は、これらの二つの足構造：左足構造３０８及び右足構造３０９の平面図を提供する。左足構造３０８の支持面３１０は、図９に示される正中長手軸９０１を有する。同様に、右足構造３０９の支持面３１１は、同じくこの図に示される正中長手軸９０２を有する。

正中長手軸９０１（それぞれ９０２）は、以下で、使用者が左足構造３０８（それぞれ右３０９）に足を置く場合に、使用者の足の第二の放射状部（rayon）に面して延びる、支持面３１１内の、左足構造３０８（それぞれ右３０９）の軸を意味する。

左足構造３０８の支持面３１０は、前台９０３及び後台９０４を有する。したがって、正中長手軸９０１（それぞれ９０２）は、実質的に左足構造３０８（それぞれ右３０９）の踵及び前台９０３の縁１００４に対応する区域の間に延びる。

回動軸１１０１に沿って延びる足回動連結部９０５は、前台９０３を後台９０４に接続する。後台９０４は、左足首回動連結部３１８に接続される。足回動連結部９０５は弾性的に変形可能な部材９０６を有し、部材９０６はねじりバネの形であってもよい。この弾性的に変形可能な部材は、利便性の理由から、以下“ねじりバネ９０６”と称されるであろう。ねじりバネ９０６は、前台９０３が後台９０４に対して折り曲げられるときにポテンシャルの形でエネルギーを蓄えることができる。右足構造３０９の支持面３１１は、同様の構造を持ち、前台９０７、後台９０８及び足回動連結部９０９を有する。

足回動連結部９０５は支持面３１０内の折れ目を構成し、折れ目の無い単一部品における支持面に比べて、ぎくしゃくしていない、より自然且つより速い、より滑らかな歩行動作を可能にする。歩行過程の間に、折れ目の無い単一部品における支持面は、地面に平行に若しくは一方の端が離れることのいずれかで、又は直線的な支持によって地面から離れることになり、制御することが難しい。したがって、足回動連結部９０５は、エクソスケルトンを着用する人が喪失した歩行機能をより正確に再生することに貢献する。これはまた、それを着用する人によるエクソスケルトン３００のより大きな受け入れ、並びにより容易且つより速い順応に貢献する。

足回動連結部９０５の他の利点は、前台９０３が地面に支持され続けたまま後台９０４が地面から離れるときの前方推進効果から成る。足回動連結部９０５によって形成される折れ目は、制御された落下運動のための回転の軸を構成する。この回転の軸は、制御された落下運動に前方への並進成分を加える。この前方推進効果は、人類の動的な歩行において重要である。この効果は、エネルギー効率が良いやり方で一歩を長くする。

ねじりバネ９０６は、前方落下の間に解放されるポテンシャルエネルギーのいくらかを回収する。実際に、ねじりバネ９０６は、前方落下によって制御される剛性を有する。ねじりバネ９０６はこのエネルギーを蓄え、その後、一歩の終わりに左足構造３０８が地面から離れるときに、それを戻す。以上の左足構造３０８に関する記述は、変更すべきところは変更して、右足構造３０９に当てはまる。

正中長手軸９０１（それぞれ９０２）、回動軸１１０１及び正中矢状面が三角形を形成することは明白であり、その三角形において、回動軸１１０１と正中長手軸９０１（それぞれ９０２）との間の角度は、好ましくは約６０°と１２５°との間、例えば９５°と１０５°との間である。

図１０は、左足構造３０８の他の態様を示し、それはまた右足構造３０９にも当てはまる。図１０は、この足構造の支持面３１０の底面図及び透視図を提供する。支持面３１０は、地面に接触するように適合させられた柔軟な底１００１を有する。この柔軟な底１００１は堅い枠の下にあり、その枠は、足回動連結部９０５によって互いに接続された二つの金属板１００２，１００３の形であってもよい。

柔軟な底１００１は、地面に接触するように適合させられた面を有する。この面は、図１０に明りょうに示される丸みを帯びた縁１００４によって範囲を定められている。柔軟な底１００１のこれらの丸み１００４は、足の端及び側方に特に位置する。丸み１００４は、前方への動きを更に滑らかにする。その側方にある底の丸み１００４は、特に、止められるときに、横方向の余剰動きを釣り合わせるために骨盤構造３０１が横方向の振動を生み出す場合に、直立位において、足をこれらの側方でわずかに揺れさせる。

図１１もまた、左足構造３０８を示す。図１１は、図９に比べて単純化された模式的な図解である。図１１は、足回動連結部９０５の回動軸１１０１がエクソスケルトンを着用する人の正中矢状面１１３及び脚を通過する前頭面１１５によって範囲を定められる象限内に位置することを示す。図１１は、後台９０４が、前台９０３よりも正中矢状面１１３に近いことを更に示す。エクソスケルトン３００が安静位にある場合に、支持面３１０の正中長手軸９０１は、正中矢状面１１３に対して０°と４５°との間のゼロでない角度１１０３を有する。この角度の範囲はまた、例えば１又は数度だけ、より高い下限を有してもよい。

したがって、エクソスケルトン３００の左足構造３０８は、矢状方向内に真っ直ぐ方向付けられるのではなく、矢状方向に対してある角度の外側に方向付けられ、その角度は１５°であってもよい。

一つの実施形態において、支持面３１０の正中長手軸９０１は、エクソスケルトン３００が安静位にある場合に、正中矢状面１１３に対して５°と３５°との間の角度１１０３を有する。この角度範囲は、歩行中のエクソスケルトンの動きを最適化する。１５°と２０°との間の角度は、角度のこの範囲が、歩行の間、彼の正中矢状面に対する人間の足の平均角度に対応する限度で、特に満足な結果を与える。

エクソスケルトン３００が安静位にある場合に正中矢状面１１３に対して５°と３５°との間、例えば１５°と２０°との間の角度１１０３を有する、足構造３０８，３０９のこの方向付けは、エクソスケルトンの構造及び動きが、その正中長手軸が正中矢状面に対して平行な（角度１１０３がゼロである場合に対応する）エクソスケルトンよりも、より人間の生体機構（biomecanique）に近いエクソスケルトンを生み出す。その結果として、そのようなエクソスケルトンは、使用者にとってより快適であり、人間の歩行をより信頼性高く再生する。

したがって、人間の足もこのように方向付けられているので、外側へのこの方向付けは、人間の歩行を最も良く再生する。また、一歩の間、押し出し相の間に、足のこの方向付けは、一つの支持足から受ける足へエクソスケルトンを着用する人の体を推進する側面側‐正中側への成分を導入することによって、押し出しを最も良く指導する。

足構造３０８，３０９のこの角度方向付けは、地面に対する足構造３０８，３０９の引き上げ多角形（すなわち、地面と接触しているそれらの支持する面）を更に拡大する。実際において、本発明のエクソスケルトン（人類に関するかぎり）において、足構造３０８，３０９の後台９０２（並びに足首及び脛骨区分）は両股関節部よりも近く、エクソスケルトンの歩行の間に必要なエネルギーを減らす。それは、引き上げ多角形を減らす傾向があり、従って使用者が直立しており両足が地面上にある場合に使用者の良好な安定性に反する。（ゼロでない角度１１０３を形成する）足構造３０８，３０９の外側への方向付けの事実は、この引き上げ多角形の面を拡大し、従って使用者が足を地面に置いて直立している場合に使用者の安定性を改善する。

一つの実施形態において、足回動連結部９０５は、エクソスケルトンを着用する人の正中矢状面１１３及び脚を通過する前頭面１１５によって範囲を定められる象限内に直角三角形を規定する回動軸１１０１を有してもよい。回動軸１１０１は、正中矢状面１１３に対して４５°から９０°までの範囲内、好ましくは５０°と８５°との間、例えばほぼ６０°から６５°まで、の角度１１０２を特に有してもよい。

正中長手軸が、エクソスケルトン３００が安静位にあるときに正中矢状面１１３と５°と３５°との間の角度１１０３を形成する場合、正中矢状面に対して６０°と６５°との間の回動軸１１０１の角度１１０２は、第１中足骨関節及び第５中足骨関節によって形成される平均角度に実質的に対応する。

足回動連結部９０５の回動軸１１０１のそのような方向付けは、中足骨関節における足の折れ目の方向を所与として、エクソスケルトンの足構造３０８，３０９を人間の足の構造に適合させる。それは、使用者の快適性及び安全性を強化する。それはまた、推進力の伝達を実行し、使用者及びエクソスケルトンの安定性を確かにする。

また、歩行動作の間に、５０°と８５°との間の足回動連結部９０５の回動軸１１０１の方向付けは、後台が回動連結部９０５の回りを回動する場合（すなわち、足構造３０８，３０９が“折られている”場合）に、足首、脛及び膝の良好な空間的配置を確かにする。

図１１は、左足構造３０８の折れ目を形成する足回動連結部９０５が、矢状面に対して実質的に直角に、すなわち歩行の軸に対して実質的に直角になるように、方向付けられていることを示す。したがって、本実施例において、足回動連結部９０５は、左足構造３０８の支持面３１０の正中長手軸９０１に対して直角ではない。足回動連結部９０５のこの方向付けは、エクソスケルトン３００及びそれを着用する人の、歩行の方向における前方への傾動を可能にする。左足首回動連結部３１８はまた、腹側‐正中側の方向を有するこの傾動において役割を担う。これは、以下に記述されるであろう。

図１２は、左足首回動連結部３１８を有するエクソスケルトン３００の左の下方部分を示す。図１２は、エクソスケルトン３００の左の下方部の透視図を提供する。図１２は、左足首回動連結部３１８が特定の方向を有する回動軸１２０１を持つことを示す。回動軸１２０１は、如何なる基準面：前頭、矢状又は水平、にも包含されないので、斜めであるとの条件を満たし得る。しかし、回動軸１２０１は以下のように方向付けられる：側面側‐正中側（latero-medial）、背側‐腹側（postero-anterieur）、背部側‐足底側（dorso-plantaire）。しかしながら、回動軸１２０１は、図９に示される、左足構造３０８の支持面３１０の正中長手軸９０１に直角な主成分を有する。

図１２はまた、左足首回動連結部３１８に関連付けられる左足首作動装置３２４をより詳細に示す。この装置の左足首アクチュエータ３３２は、図１２がその下脚区分３０５を示す左脚構造３０２と、左足構造３０８との間に配置される。左足首作動装置３２４は、左足首回動連結部３１８の回動軸１２０１に沿って左脚構造３０２に対する左足構造３０８の回動を生じさせ得る。

左足首作動装置３２４は、左足首アクチュエータ３３２に加えてカルダン継手１２０２及び玉継手連結部１２０３を有する。カルダン継手１２０２は、左足首アクチュエータ３３２の一端を左足構造３０８に、より正確には後者の後台９０４に接続する。玉継手連結部１２０３は、左足構造３０８から遠く離れた接続点において左足首アクチュエータ３３２の他端を下脚区分３０５に接続する。左足首アクチュエータ３３２は、先に述べられたように、ジャッキの形であってもよい。左足首アクチュエータ３３２は、下脚区分３０５の後側に位置し、それがヒラメ筋であるかのように関係付けられる。

一つの変形例として、左足首アクチュエータが回転止めのないリニアアクチュエータ（例えば、ジャッキの棒がその軸の回りを回動可能な、ジャッキ）を有する場合には、左足首作動装置３２４はまた、左足首アクチュエータに加えて二つのカルダン継手を有してもよい。この場合において、第１のカルダン継手が、左足首アクチュエータの一端を左足構造３０８に、より正確には後者の後台９０４に接続し、同時に、第２のカルダン継手が、左足構造３０８から遠く離れた接続点において左足首アクチュエータ３３２の他端を下脚区分３０５に接続してもよい。

左足首作動装置３２４、左足首回動連結部３１８、下脚区分３０５及び左足構造３０８は、運動学的ループを形成する。この運動学的ループは、三次元での動きを作ることができ、従ってそれは基準面内に留まらない。これらの動きの間、左足首アクチュエータ３３２は、エクソスケルトン３００の下脚区分３０５に沿ったままである。これは、この組立体に低い嵩を与え、左足首アクチュエータ３３２とエクソスケルトン３００を着用する人の左脚１０１との間の干渉を回避する。

図１３は、足首回動連結部３１８の回動軸１２０１を模式的に示す。図１３は、回動軸１２０１の模式的な図解を示す。左足構造３０８の支持面３１０は、この図において模式的に示されている。支持面３１０の正中長手軸９０１に直角な平面１２０２も示されている。矢印は、歩行の方向を表示する。

左足首回動連結部３１８の回動軸１２０１は、足構造の支持面３１０に対して０°から３０°までの範囲内の、好ましくは５°と３０°との間の、ゼロでない角度βを有する。回動軸１２０１は、支持面３１０の正中長手軸９０１に直角な平面１２０２に対して０°から４５°までの範囲内のゼロでない角度αを有する。角度の一方及び他方の範囲はまた、例えば１度又は数度の、より高い下限を有してもよい。例えば、足首回動連結部の回動軸１２０１の位置若しくは姿勢及び最も正確な人間の動きを最適化するために、ほぼ１６°（１度を除く（a 1 degre pres））の角度βについて、角度αはほぼ３°（１度を除く）であってもよい。それもまた、エネルギー消費を減らす。

斜めのこの回動軸１２０１を有することによって、左足首回動連結部３１８は、エクソスケルトン３００に、人間の足首における自然な動き、特により頻繁且つ重要な動きに近い動きを生み出させる。人間の足首及び後足は、比較的実質的な複雑性の生体機構を構成する。これらの生体機構は、いくつかの自由度、特に脛‐足根関節、距骨下関節及びショパール関節を有する。これらの自由度は、人類の運動及び均衡の過程において重要な役割を担う。

回動軸１２０１の特定の方向付けは、背側‐腹側方向における左脚構造３０２の傾きにおいて正中側‐側面側方向のずれを加え、逆もまた同様である。より具体的には、“正の”前方向における左脚構造３０２の傾きは、左足構造３０８の正中長手軸９０１に対するこの構造の比較的わずかな横方向のずれを伴う。したがって、このずれは、外側に方向付けられる。逆に、後方への“負の”方向における左脚構造３０２の傾きは、左足構造３０８の正中長手軸に対する内側へのずれを伴う。内側に方向付けられるこのずれは、外側に方向付けられるずれよりも大きくてもよい。

左足首回動連結部３１８の回動軸１２０１の特定の方向付けによって、正中側‐側面側方向におけるずれは、支持足への体の重量の移動を可能にする。これは、先に記述された骨盤構造３０１の動きに結び付けられ、骨盤構造３０１の動きもこの重量移動に貢献することができる。重量移動は、一歩が開始されるときに起こるが、進行中の歩行の間並びに直立位での安定化においても起こる。また、歩行の間、推進の間に、左足首回動連結部３１８が足底の屈曲状態にあり、足構造が足回動連結部９０５で二つに折り曲げられる相がある。回動軸１２０１の特定の方向付けによって、重心の横方向の移動は、一方の足から他方の足へ行われ得る。

したがって、左足首回動連結部３１８は、人間の足首及び人間の後足の比較的複雑な生体機構を有効に代替する。左足首回動連結部３１８は、比較的単純な、かさばらず且つ信頼性の高いシステムを構成する。しかしながら、このシステムは、歩行過程の間又は安定化過程の間に生体機構が実行する実質的な動きに近い動きを可能にする。以上の左足首回動連結部３１８の記述は、変更すべきところは変更して、右足首回動連結部３１９に当てはまる。

再び図５を参照して、エクソスケルトン３００のプロセッサ５１４は、いくつかの制御モードをもたらすようにプログラムされてもよい。すなわち、プロセッサ５１４は、プログラム、即ちいくつかの制御モードを定義する実行可能な指令の組を有してもよい。例えば、安定化制御モードは、エクソスケルトンを着用する人を安静位に保つように設けられてもよい。歩行制御モードは、エクソスケルトンを着用する人が歩くことを補助するように設けられてもよい。他の制御モードは、例えば段を上るように、段を下りるように、椅子に座るように及び椅子から立ち上がるように、設けられてもよい。全てのこれらの制御モードにおいて、プロセッサ５１４は、先に記述されたアクチュエータの少なくとも一部を制御し、エクソスケルトン３００の動きを生じさせる。

プログラムはまた、検出器５１０に由来する、より具体的には慣性センサ５１１，５１２，５１３に由来する検出信号の関数として、プロセッサ５１４に制御モードを選択させ、それを実行させてもよい。エクソスケルトン３００には、選択された制御モードを実行するために有用な情報をプロセッサ５１４に送信することができる他のセンサが備えてもよい。例えば、障害物を検出することができる一つ又はそれ以上のセンサが左足構造３０８及び右足構造３０９に設けられてもよい。これらのセンサは、光学的なものであってもよく、例えば一つの段又は階段を検出することができる。そのようなセンサはまた、障害物に対する距離を検出してこの情報をプロセッサ５１４に通信してもよい。

制御モードの選択及びその実行は、図１に示される、エクソスケルトンを着用する人の胴体１０９の動的パラメータに基づいてもよい。慣性センサは、そのようなパラメータを検出して、当のパラメータに関する情報をプロセッサ５１４に通信してもよい。このようにプロセッサ５１４は、測定された胴体１０９の変位速度から又は胴体１０９の加速度から、制御モードを選択しそれを実行してもよい。他の実施形態において、プロセッサ５１４は、慣性センサに由来する検出信号から重心の位置を決定してもよい。プロセッサ５１４は、この重心から、制御モードを選択してそれを実行する。

図１４は、制御モード選択のための投影平面１４００を示す。プロセッサ５１４は、検出器５１０に由来する情報から設定されたように、重心Ｇをこの平面１４００上に投影する。投影平面１４００は、異なる区域１４０１乃至１４１０を有する。異なる制御モードは、異なる区域１４０１乃至１４１０とそれぞれ関連付けられる。プロセッサ５１４は、重心Ｇを包含する区域と関連付けられた制御モードを適用する。

投影平面１４００は、中心区域１４０１を有する。この中心区域１４０１は、静的安定化モードと関連付けられている。このモードにおいて、プロセッサ５１４は、二つの足構造３０８，３０９を地面上に保つことによって、エクソスケルトン３００を静的に安定化する。プロセッサ５１４は、強制的にエクソスケルトン３００に一つ又はそれ以上の適切な、相殺する動きを行わせることによって、胴体１０９における攪乱に応答する。例えば、もしエクソスケルトンを着用する人がわずかに後方に傾くならば、プロセッサ５１４は、重心Ｇを引き上げ多角形の中心に向かって前方に向かわせるように、膝回動連結部３１６，３１７におけるエクソスケルトン３００の屈曲を生じさせ得る。

投影平面１４００は、通常の歩行モードと関連付けられる歩行区域１４０２を有する。通常の歩行モードを始動させるために、エクソスケルトンを着用する人は、それによって重心Ｇが中心区域１４０１から出て通常の歩行区域１４０２に入るために十分に前方に傾かなければならない。エクソスケルトン３００は前方に歩き始め、人が直立して立つと停止する。

平面はまた、緊急安定化区域を有する。もし使用者が前方に遠く傾き過ぎると、重心は腹側の緊急安定化区域１４０３に入る。プロセッサ５１４は、安定化するように前方へ大きな一歩をとるようにエクソスケルトン３００に指示する。左の横方向緊急安定化区域１４０４は、左側への不均衡のために設けられている。プロセッサ５１４は、その左側への横方向の一歩をとるようにエクソスケルトン３００に指示する。同様に、右横方向緊急安定化区域１４０５は、右側への不均衡のために設けられている。プロセッサ５１４は、その右側への横方向の一歩をとるようにエクソスケルトン３００に指示する。最後に、背側の緊急安定化区域１４０６は、後ろへの不均衡のために設けられている。プロセッサ５１４は、その均衡を再び得るために、その後方への一歩をとるようにエクソスケルトン３００に指示する。

平面はまた、特に歩行過程の間に、曲がるための区域：左に曲がるための区域１４０７及び右に曲がるための区域１４０８、を有する。平面はまた、離れるための区域：左に離れるための区域１４０９及び右に離れるための区域１４１０を有してもよい。

注記
図面を参照してなされてきた詳細な説明は、本発明のいくつかの実施形態の単なる一つの例示である。本発明は、多くの異なるやり方で実行されてもよい。これを説明するために、いくつかの代替が要約して概説される。

本発明は、多くの種類のエクソスケルトンに適用されてもよい。例えば、本発明は、単一の脚構造のみを有するエクソスケルトンに適用されてもよい。

本発明によるエクソスケルトンは、図面を参照して詳細に記述された実施形態におけるアクチュエータの数よりも、より小さい又はより大きいアクチュエータの数を有してもよい。例えば、一つの回動連結部と関連付けられる一つの作動装置を省略することによって、他の実施形態が得られ得る。すなわち、回動連結部は必ずしも作動される必要はなく、自由であってもよい。また、他の実施形態は、回動連結部若しくは他の要素を省略すること又は追加することによって、得られ得る。一つの代替的な実施形態は、実施例を用いて先に記述されたものよりも、より単純であってもよく、又はより手の込んだものであってもよい。

本発明による骨盤構造は、異なるやり方で作られてもよい。本明細書における詳細な記述は、骨盤構造３０１が阻止する装置４０８，４０９を備えた単一のアクチュエータ４０７のみを有する、一つの例を提示する。他の実施形態において、骨盤構造は二つのアクチュエータ：左骨盤回動連結部のための一つのアクチュエータ及び右骨盤回動連結部のための他のアクチュエータ、を有してもよい。そのような骨盤構造は、阻止する装置を必要としない。

本発明によるエクソスケルトンの制御は、多くの異なるやり方で実現されてもよい。例えば、制御が重心の決定を伴う場合には、制御は、三次元空間、体積における重心の位置の関数として変化してもよい。命令はまた、重心の変位の速度又は加速度に基づいてもよい。

用語“プロセッサ”は、広く解釈されなければならない。この用語は、特に制御機能を実行するために、一つ又はそれ以上の入力信号から一つ又はそれ以上の出力信号を生成することができる如何なる種類の装置も包含する。用語“回動連結部”は、固体力学で定義されるように広がることができる。

先行する指摘は、図面を参照した詳細な説明は、それを限定するよりも、本発明を例示することを示す。参照符号は、何ら限定的な特徴を有しない。動詞“有する”及び“含む”は、請求の範囲に列挙されたもの以外の他の要素又は他のステップの存在を排除しない。ある要素又はあるステップに先行する単語“一つの”若しくは“ある”又は数を記載しない場合は、複数のそのような要素又はそのようなステップの存在を排除しない。

Claims (20)

1. エクソスケルトンであって：
   ‐足を平らに置いたときに、当該エクソスケルトンを着用する人の脚の足が支持されることができる支持面を有する足構造であり、前記支持面は：
   ‐前台及び後台、並びに
   ‐前記前台及び前記後台を接続する足回動連結部、
   を有する、足構造、
   を有し、
   前記足回動連結部は、当該エクソスケルトンを着用する人の正中矢状面及び脚を通過する前頭面によって範囲を定められる象限内に位置し、
   当該エクソスケルトンが安静位にある場合に、前記支持面の正中長手軸が、正中矢状面に対して０°と４５°との間のゼロでない角度を有するように、前記後台は、前記前台よりも前記正中矢状面に近い、
   エクソスケルトン。
2. 前記正中矢状面との、前記支持面の正中長手軸の角度は、５°と３５°との間であり、好ましくは１５°と２０°との間である、請求項１に記載のエクソスケルトン。
3. 前記足回動連結部は、前記前台が前記後台に対して折り曲げられるときにエネルギーを蓄えるように配置された弾性的に変形可能な部材を有する、請求項１又は請求項２に記載のエクソスケルトン。
4. 前記足構造の前記支持面は、地面に接触するように適合させられた柔軟な底を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエクソスケルトン。
5. 前記足構造の前記支持面は、地面に接触するように適合させられた面を有し、該面の少なくとも一部分は、丸みを帯びた縁によって範囲を定められている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエクソスケルトン。
6. 前記足回動連結部は、前記象限内に直角三角形を規定し且つ前記正中矢状面に対して４５°から９０°までの範囲内の角度を有する回動軸を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエクソスケルトン。
7. 前記回動軸の角度は、前記正中矢状面に対して５０°から８５°まで、好ましくは６０°から６５°までの範囲内である、請求項６に記載のエクソスケルトン。
8. ‐当該エクソスケルトンを着用する人の脚に隣接するように配置された脚構造、並びに
   ‐前記足構造を前記脚構造に接続する足首回動連結部であり、該足首回動連結部は回動軸を有し、該回動軸は：
   ‐前記足構造の前記支持面に対して０°から３０°までの範囲内のゼロでない角度、及び
   ‐前記支持面の前記正中長手軸に直角な平面に対して０°から４５°までの範囲内のゼロでない角度、
   を有する、足首回動連結部、
   を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエクソスケルトン。
9. 前記回動軸は、前記足構造の前記支持面に対して５°から３０°までの範囲内の角度を有する、請求項８に記載のエクソスケルトン。
10. 前記回動軸は、前記足構造の前記支持面に対して１６°の角度及び前記支持面の前記正中長手軸に直角な平面に対して３°の角度を有する、請求項７又は請求項８に記載のエクソスケルトン。
11. 足首回動連結部の回動軸に沿って脚構造に対する前記足構造の回動を生じさせるように、前記脚構造と前記足構造との間に配置された作動装置を有する、請求項７乃至９のいずれか一項に記載のエクソスケルトン。
12. 前記作動装置は：
    ‐カルダン継手、玉継手連結部、及び該カルダン継手と該玉継手連結部との間に配置されたアクチュエータ、典型的にはリニアアクチュエータ、又は
    ‐二つのカルダン継手、及び該カルダン継手の間に配置された回転止めのないリニアアクチュエータ、典型的にはリニアアクチュエータ、
    を有する、請求項１１に記載のエクソスケルトン。
13. 脚構造は：
    ‐当該エクソスケルトンを着用する人の膝より上に位置する脚の上部に隣接するように配置された上脚区分、
    ‐膝より下に位置する脚の下部に隣接するように配置された下脚区分、及び
    ‐前記下脚区分を前記上脚区分に接続する、膝回動連結部、
    を有し、
    前記上脚区分の上端が、当該エクソスケルトンを着用する人の正中矢状面から下端よりも更に離れるように、当該エクソスケルトンが安静位にある場合に、前記上脚区分は、前記下脚区分に対して０°から３０°までの、好ましくは０°から２０°までの範囲内のゼロでない傾きを有する、
    請求項７乃至１２のいずれか一項に記載のエクソスケルトン。
14. ‐当該エクソスケルトンを着用する人の骨盤に取り付けられるように配置された骨盤構造、及び
    ‐前記骨盤構造と脚構造との間に配置された脚方向回動連結部であり、該脚方向回動連結部は、当該エクソスケルトンが安静位にある場合に垂直方向の回動軸を有する、脚方向回動連結部、
    を有する、請求項８乃至１３のいずれか一項に記載のエクソスケルトン。
15. 当該エクソスケルトンに含まれる少なくとも一つのアクチュエータを制御することができる制御装置、を有する、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のエクソスケルトン。
16. 前記制御装置は：
    ‐当該エクソスケルトンを着用する人の胴体の少なくとも一部分の少なくとも一つの動的パラメータを検出することができる、検出器、及び
    ‐検出されたパラメータの関数として、制御信号を前記アクチュエータに適用することができる、プロセッサ、
    を有する、請求項１５に記載のエクソスケルトン。
17. 前記検出器は、少なくとも一つの慣性センサを有する、請求項１６に記載のエクソスケルトン。
18. 前記プロセッサは：
    ‐当該エクソスケルトンを着用する人を安静位に保つように少なくとも一つのアクチュエータを制御し、且つ
    ‐当該エクソスケルトンを着用する人が歩くことを補助するように少なくとも一つのアクチュエータを制御する、
    ように構成されている、請求項１６又は請求項１７に記載のエクソスケルトン。
19. 前記プロセッサは、当該エクソスケルトンを着用する人の体の少なくとも一部分の重心の位置を決定し、且つ、前記重心の前記位置の関数として、当該エクソスケルトンを着用する人が歩くことを補助するように前記アクチュエータを制御する、ように構成されている、請求項１８に記載のエクソスケルトン。
20. 前記プロセッサは、前記重心の投影を包含する平面内の区域の関数として、当該エクソスケルトンを着用する人を安静位に保つように又は当該エクソスケルトンを着用する人が歩くことを補助するように、前記アクチュエータを制御する、ように構成されている、請求項１９に記載の方法。
    
    
    
    

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