JP2020518295A - 柔軟な装着型筋肉補助装置 - Google Patents
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-
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-
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-
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Abstract
Description
11 股関節
12 膝
13 足首
14 大腿
15 脛
19 地面
20 腕
21 肩
22 肘
23 手首
24 胴
25 上腕
26 前腕
31 上側関節
32 下側関節
34 上半身
35 上肢部分
36 下肢部分
100 ガーメント層
101 ヒップガーメント層
102 大腿ガーメント層
103 脛ガーメント層
111 テンショニングケーブル
112 テンショニングケーブル
121 半剛性プレート
200 受動層
201 ヒップ−大腿受動層
202 大腿−脛受動層
203 脛−足先受動層
204 肩−上腕受動層
205 上腕−前腕受動層
206 前腕−手受動層
300 パワー層
301 パワー層伝達腱
302 方向変化箇所
303 ケーブルヒップ案内部
304 ヒップ取付け箇所
310 パワー層ユニット
311 パワー層パス
312 カバーされたパス
313 シリコーンチューブ
321 ヒップパワー層伝達腱
400 サポート補助制御ユニット
401 IMU
402 加速度計
403 ロードセル
404 腱長さ評価装置/エンコーダカウンタ
405 モータ
411 角度計算ユニット
412 角度計算ユニット
414 関節モデルユニット
415 加算ユニット
416 体幹EC補償ユニット
417 圧縮および補償ユニット
418 スケーリングサポート値ユニット
419 最小力ユニット
420 力評価ユニット
421 動き検出器
422 加算ユニット
425 PI制御ユニット
501 重力
502 装置力
601 胴ハーネス
602 肘パッド
603 手首
621 剛性適応入口
701 肩ストレッチバンド
703 手首ばね
801 前腕ケーブルガイド
802 肘ケーブルガイド
803 肩ケーブルガード
810 ケーブルアクチュエータ
811 クラッチ機構
901 身体ガーメント
902 上肢部分ガーメント
903 下肢部分ガーメント
1001 第1の受動エレメント
1001A 第2の受動エレメント
1002 第1の受動層
1002A 第2の受動層
1100 第1の腱
1100A 第2の腱
1102 第1の腱の方向変化
1102 第2の腱の方向変化
1110 第1のアクチュエータ
1110A 第2のアクチュエータ
Claims (37)
- 柔軟な装着型筋肉補助装置であって、
少なくとも装着型ボディインターフェースを有し、該ボディインターフェースには能動的構成部材および受動的構成部材のエレメントが取り付けられており、該エレメントは、使用者が、第2の身体部分に連結された第1の身体部分の位置を変化させるかまたは維持することを一緒に補助するように適応されており、前記装着型ボディインターフェースは、さらに、少なくとも2つのガーメント部分を有し、
前記能動的構成部材および前記受動的構成部材は、少なくとも1つの能動的に動力が与えられるエレメントを有し、
前記受動的構成部材は、少なくとも第1の受動的構成部材および第2の受動的構成部材を有し、両受動的構成部材は、少なくとも2つのガーメント構成部材の間に延びており、前記使用者によってかつ/または前記少なくとも1つの能動的に動力が与えられるエレメントによって提供されるエネルギを蓄えるための弾性材料を含む、柔軟な装着型筋肉補助装置において、
前記第1および第2の受動的構成部材は、身体の関節の互いに反対側に配置されていることを特徴とする、柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 前記使用者が、関節において連結された四肢の位置を変化させるかまたは維持することを補助するように適応されており、
前記少なくとも2つのガーメント部分は、使用時の少なくとも1つの他方の前記ガーメント部分が前記関節の非遠位位置に設けられている一方で、使用時に、前記関節の概して遠位の位置にある少なくとも1つのガーメント部分を有する、請求項1記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 前記第1の受動的構成部材は、可能な関節角度の少なくとも第1の部分において、前記関節にトルクを加えるように適応されており、
前記第2の受動的構成部材は、可能な関節角度の少なくとも第2の部分において、前記関節にトルクを加えるように適応されており、
前記可能な関節角度の第2の部分の少なくともある部分において、前記第1の受動的構成部材の前記トルクは、ゼロであるまたは前記第2の受動的構成部材の前記トルクに反作用し、
前記第1および第2の受動的構成部材のトルクの合計は、一緒に、非ゼロトルクを前記関節に提供する、請求項1または2記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 前記第1および第2の受動的構成部材のトルクの合計は、一緒に、正味関節曲げ補助を提供する、請求項3記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 少なくとも1つの前記能動的構成部材は、少なくとも、案内された腱およびアクチュエータを有し、
この少なくとも1つの能動的構成部材は、関節の伸びを補助するように適応されている、請求項1から4までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 少なくとも1つのアクチュエータは、関節の伸びを補助するように適応されており、少なくとも1つの前記能動的構成部材によって提供される関節の伸びの補助に対して拮抗する力を提供するように適応された受動的構成部材が設けられている、請求項1から5までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 少なくとも1つの前記能動的構成部材は、少なくとも、
案内された腱と、アクチュエータとを有し、前記案内された腱および前記アクチュエータは、一緒に、
重力に逆らって前記第1の身体部分の位置を変化させることまたは
重力に逆らって前記第1の身体部分の位置を維持するように該第1の身体部分を支持すること
を補助するように適応されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 少なくとも1つの前記能動的構成部材の前記アクチュエータは、前記案内された腱を巻き上げるように適応されており、
前記腱は、該腱の巻上げが前記第1および第2の身体部分の間の少なくとも1つの関節を伸ばすように案内されている、請求項7記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 前記関節の曲げのために前記腱を繰り出しかつ
連結された前記身体部分の重量によっておよび/または前記第1および第2の受動的構成部材によって一緒に関節に提供されるトルクの非ゼロ合計によって、前記腱に張力を加えるように適応されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 少なくとも1つの前記能動的構成部材は、少なくとも、前記ボディインターフェースに取り付けられた複数の腱端部に枝分かれした案内された腱を含む、請求項1から9までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 補助される前記身体部分が足であり、前記腱は、概して膝の前側であるが、概してヒップの後側の背後で案内され、その際、受動的エレメントとしてのストレッチバンドが膝の背後に設けられており、大腿のための受動的エレメントとしてのストレッチバンドが人間の前側に設けられている、請求項1から10までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記腱は、対応する四肢部分の長手方向軸線の主方向の方向に滑る、請求項1から11までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 少なくとも1つの前記能動的構成部材は、その矢状面に関して身体の一方の側において案内され、次いで、関連する前記関節の前額面の反対側へ案内される2つの部分に分離した少なくとも1つの腱を含み、該腱は、前記矢状面の反対側において1つの腱に再統合されている、請求項1から12までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記第1および第2の受動的構成部材のうちの少なくとも一方が、ストレッチバンドおよび/またはばねを含む、柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記少なくとも2つのガーメント部分のうちの少なくとも一方は、四肢部分を完全にまたは部分的に包囲するように配置されており、
前記少なくとも2つのガーメント部分のうちの少なくとも一方を収縮させるための収縮エレメントが設けられている、請求項1から14までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 前記収縮エレメントは、
前記ガーメント部分に埋め込まれている、
受動力構成部材、特に該受動力構成部材の端部に取外し可能にまたは固定して接続されている、
前記能動的構成部材の能動的腱形成部分に接続されている、のうちの少なくとも1つである、請求項1から15までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 前記第1の身体部分が、長手方向軸線を有する四肢であるように適応されており、
前記収縮エレメントは、前記四肢の前記長手方向軸線に対して概して垂直に向けられており、前記収縮エレメントは、使用時に前記ガーメント部分の位置を維持するように適応されている、請求項16記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 身体と腱との間に滑りプレートが設けられている、請求項1から17までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 使用者の身体と収縮エレメントとの間に設けられた剛性誘発プレートおよび/または滑りプレートを備える、請求項1から18までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記腱を、方向を変化させるアクチュエータまで案内するための、方向変化案内エレメントが設けられている、請求項1から19までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記腱は、十字形パターンおよび/またはジグザグパターンで案内されている、請求項1から20までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記ボディインターフェースは、前記柔軟な装着型筋肉補助装置の一部の全体的剛性を変化させるようにかつ/または筋肉活性化中の筋肉体積の変化を補償するように適応された複数の層を有し、
かつ/または、前記ボディインターフェースの複数の層は、層ジャミングのために適応されており、好ましくは層ジャミングのための入口を有し、
かつ/または、前記ボディインターフェースは、自動的に締め付けるように適応された、好ましくは能動的構成部材の腱に対して概して垂直な、複数の収縮エレメントを有し、
かつ/または、前記ボディインターフェースは、せん断力を法線力に変換するために、半剛性異方性プレートを有する、請求項1から21までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 前記受動的構成部材は、股関節、膝、足首関節、肩、肘および手首関節のうちの少なくとも1つの近くに配置された弾性材料を含み、該弾性材料は、その動きの間に、関連する足または腕の重量を補償するために解放させることができる関連する関節エネルギを蓄えるように適応されている、請求項1から22までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 少なくとも幾つかの前記能動的構成部材は、前記身体部分の自重に逆らって該身体部分を動かすまたは維持する筋肉を補助するように配置されている、請求項1から23までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記装着型筋肉補助装置は、少なくとも2つの関節を介して前記第2の身体部分に連結された前記第1の身体部分の位置を変化させるまたは維持する際に使用されるように適応されており、前記能動的構成部材は、これらの2つの関節の両方の角度位置を変化させるまたは維持するように適応されており、前記能動的構成部材には、両関節の角度位置を変化させるまたは維持するための1つのアクチュエータのみが設けられている、請求項1から24までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記腱は、低摩擦シース内に案内されており、該低摩擦シースのうちの少なくとも幾つかは、前記ガーメント部分のうちの少なくとも1つに部分的に取り付けられている、請求項1から25までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記腱は、たるんだシース内に案内されており、該たるんだシースのうちの少なくとも幾つかは、好ましくは、前記ガーメント部分のうちの少なくとも1つに少なくとも部分的に取り付けられている、請求項1から26までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 剛性のキャリヤプレートを有し、該剛性のキャリヤプレートに、少なくとも1つのアクチュエータおよび/または該少なくとも1つのアクチュエータのための電池が取り付けられている、請求項1から27までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 前記剛性のキャリヤプレートは、前記第1の身体部分と前記第2の身体部分との間の1つまたは全ての関節から離隔している、請求項1から28までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- アクチュエータとしてギヤレスモータが設けられている、請求項1から29までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- アクチュエータ制御装置が設けられており、
前記第1の身体部分と前記第2の身体部分との間に存在する関節の角度、
前記第1および第2の身体部分の間に存在する関節の角度の変化、
前記第1の身体部分の絶対的な動き、
前記第2の身体部分に対する前記第1の身体部分の動き、
前記第1の身体部分の位置および
前記第1の身体部分の動きおよび/または位置に対する身体の一部にかかる圧力
のうちの少なくとも1つを示す信号を生成するように構成されたセンサ配列が設けられており、
前記アクチュエータ制御装置は、前記センサ配列によって生成された信号に応答してアクチュエータを作動させるように配置されている、請求項1から30までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 前記制御装置は、関節のための許容された所定の上側および下側角度を記憶するように適応されており、関節角度または関節変化角度を示すセンサ情報を前記記憶された上側および下側の値と比較し、角度の値が、前記上側および下側の許容された値の間のインターバルから外れている場合、引張力アクチュエータをブロックするように適応されている、請求項1から31までのいずれか1項記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 柔軟な装着型筋肉補助装置であって、
使用者が、
少なくとも一方の足または一方の足の一部を動かすことと、
歩行する、
立っている、
座った位置から立ち上がるおよび座る、
階段を上がる、
階段を下りる、のうちの少なくとも1つと、を補助するように適応されており、
使用者の各足のために、
第1の身体部分と第2の身体部分との間に存在する関節の角度または前記第1および第2の身体部分の間に存在する関節の角度の変化、または
前記第1の身体部分の絶対的な動きおよび/または
前記第2の身体部分に対する前記第1の身体部分の動き、
前記第1の身体部分の位置および/または
前記第1の身体部分の動きおよび/または位置に対する身体の一部にかかる圧力
のうちの少なくとも1つを示す少なくとも1つの信号を生成するように構成されたセンサ配列が設けられており、
前記アクチュエータ制御装置は、第1および第2の足の両方から導き出された信号に応答して一方の足のためのアクチュエータを作動させるように配置されている、柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 使用者が、
歩行する、
座った位置から立ち上がりかつ座る、
階段を上がる、
階段を下りる、
のうちの少なくとも1つにおいて、少なくとも一方の足または一方の足の一部を動かすことを補助するように適応されており、
前記センサ配列は、信号情報の少なくとも5つの値を提供するように適応されており、該5つの値は、少なくとも5msだけ離されており、好ましくは、少なくとも10個の値はそれぞれ、少なくとも10msだけ離されており、
前記アクチュエータ制御装置は、スイングサイクル、立ち上がり期間または座る期間のうちの少なくとも1つの少なくとも30%、好ましくは少なくとも40%、特に好ましくは少なくとも50%の間に電力がアクチュエータに提供されるような形式でアクチュエータを制御するように適応されている、請求項33記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 第1および第2の受動エレメントは、靭帯状形式で関節の互いに反対側に配置されている、請求項33または34記載の柔軟な装着型筋肉補助装置。
- 柔軟な装着型筋肉補助装置であって、
使用者が、第2の身体部分に連結された第1の身体部分の位置を変化させるまたは維持することを一緒に補助するように適応された、ベース層と、能動的構成部材と、受動的構成部材とを少なくとも有し、
前記ベース層は、少なくとも2つのガーメントエレメントを有するガーメント状の層であり、
前記能動的および受動的構成部材は、前記ベース層に取り付けられたエレメントを有し、
前記能動的構成部材は、少なくともその長さの一部のために前記ベース層に取り付けられたシース内に案内された少なくとも1つの腱を有し、前記シースは、たるんでおり、
受動層は、
少なくとも2つの前記ガーメントエレメントを接続しかつ使用者によっておよび/または能動的構成部材によって提供されたエネルギの一部を蓄えるための弾性材料を有する受動エレメントを少なくとも含み、
前記能動的および受動的エレメントは、関節の互いに反対側に配置されており、関節を靭帯状形式で安定化させかつ拮抗する形式で作用する、柔軟な装着型筋肉補助装置。 - 柔軟な装着型筋肉補助装置であって、
使用者に対する補助の間に電気信号を介して制御可能な少なくとも1つのエレメントと、
補助のための使用者の要求を示す信号を提供するように適応されたセンサ構成部材と、
前記センサ構成部材によって提供されかつ補助のための使用者の要求を示す信号に応答して、補助の間に電気信号を提供するように適応された制御装置と、を有する柔軟な装着型筋肉補助装置において、
前記センサ構成部材は、
少なくとも第1および第2のセンサを有し、両センサは、
四肢または四肢の一部の絶対的な向き、
身体の別の部分に対する四肢または四肢の一部の向き、
関節角度、
身体部分の位置、速度または加速度
のうちの少なくとも1つを示すセンサ信号を提供するように適応されており、
前記第1および第2のセンサは互いに離隔しており、これにより、使用時に、少なくとも1つの関節が第1および第2のセンサの間に存在するまたは第1および第2のセンサは、隣接する関節に提供され、
信号調整回路が設けられており、該信号調整回路は、それぞれのセンサ信号の少なくとも2つの流れを前記制御装置へ入力するように配置されており、
前記センサ信号の第1の流れは、身体部分の動きの1つのサイクルの間に、前記第1のセンサからのセンサ信号に応答してセンサ信号の少なくとも10の異なる値を一時的に提供し、前記センサ信号の第2の流れは、身体部分の動きの1つのサイクルの間に、前記第2のセンサからのセンサ信号に応答してセンサ信号の少なくとも10の異なる離れた値を提供し、
前記制御装置は、周期的動きの間に両流れからの複数の値を評価することによって前記センサ信号の少なくとも2つの流れに応答して補助のための現在の要求を特定しかつ、
動きサイクル時間の少なくとも10%の間に筋肉補助アクチュエータのための活性化信号を生成するおよび/または活性化および/または補助の少なくとも2つ、好ましくは4つの異なるレベルを有するように、適応されていることを特徴とする、柔軟な装着型筋肉補助装置。
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