JP2020522651A - 織物アクチュエータ - Google Patents

Abstract

使用者によって装着される織物アクチュエータは、織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ及び／又は織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造によって流体不透過性となる室を画定する織物エンベロープを備える。織物エンベロープは、１８０°でない角度変位で平衡状態をもたらす所定の幾何学形状であって、室の加圧時に更なる変位を停止して関節の過伸展を防止する所定の幾何学形状を有する。織物エンベロープの伸び又は収縮によってではなく織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張状態から所定の幾何学形状に移行することによって織物エンベロープを変位させるために室の内外に流体が送られる。作動させたときに、織物アクチュエータ（ａ）は、使用者の身体部位を変位させ、且つ／又は（ｂ）使用者の身体部位を支持して適所に保持する。【選択図】図４７

Description

政府支援
本発明は、アメリカ国立科学財団（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ）により与えられた助成番号１４５４４７２及び１３１７７４４に基づく政府支援によりなされたものである。米国政府は、本発明において一定の権利を保有する。

近年、軟質流体アクチュエータには、旧来の電磁作動技術の代案として、大きな関心が寄せられている。電磁アクチュエータ又は硬質の油圧アクチュエータなどの旧来のアクチュエータと比較して、軟質流体アクチュエータには、重量、柔軟性、及び製作コストの点において潜在的な利点がある。追加的に、軟質流体アクチュエータは、ＰＣＴ出願公開番号国際公開第２０１５／０６６１４３Ａ１号パンフレット、ＰＣＴ出願公開番号国際公開第２０１５／０５０８５２Ａ１号パンフレット、及びＰＣＴ出願公開番号国際公開第２０１５／１０２７２３Ａ２号パンフレットで説明されているように、加圧ガス又は加圧液体などの、単一入力のみを使用して複雑な動作を生じさせるように機械的にプログラムすることができる。

おそらく、軟質流体アクチュエータの最も広く利用されている例は、マッキベン型アクチュエータである。マッキベン型アクチュエータは、圧力変化に応じた線形収縮を呈する。マッキベン型アクチュエータは、編組外皮の内側に配置されたバルーン又はブラダから本質的になる。つまり、これらの構成要素、ひいては全体構造が極めて軽量である。編組外皮は、バルーンの拡張を拘束するように機能し、結果的に、アクチュエータの特徴的な動作をもたらす。

本明細書では、軟質装着型ロボットとしての役割を果たす織物アクチュエータと、織物アクチュエータの製作及び使用方法とを説明し、装置及び方法の種々の実施形態は、以下に説明する要素、特徴、及びステップのいくつか又は全てを含み得る。

使用者によって装着される織物アクチュエータは、織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ及び／又は織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造によって流体不透過性となる室を画定する織物エンベロープを備える。織物エンベロープは、所定の幾何学形状と、関節を過伸展させるほどの織物アクチュエータの過剰な変位を防止する機械的停止を加圧時にもたらす変位での非線形平衡状態とを有する。織物エンベロープの伸び又は収縮によってではなく織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張状態から所定の幾何学形状に移行することによって織物エンベロープを変位させるために流体が室の内外に送られる。作動させたときに、織物アクチュエータ（ａ）は、使用者の身体部位を変位させ、且つ／又は（ｂ）使用者の身体部位を支持して適所に保持する。

装着者の肩用の軟質装着型ロボットは、ベストと、腕巻き付け部と、片側がベストに且つ別の側が腕巻き付け部に取り付けられた外転アクチュエータと、１対の水平伸展／屈曲アクチュエータとを含む。前部水平伸展／屈曲アクチュエータは、片側が外転アクチュエータの第１の側でベストに且つ別の側が外転アクチュエータに取り付けられ、その一方で、後部水平伸展／屈曲アクチュエータは、片側が外転アクチュエータの第２の側でベストに且つ別の側が前部水平伸展／屈曲アクチュエータと拮抗的構成で外転アクチュエータに取り付けられる。外転アクチュエータ並びに前部水平伸展／屈曲アクチュエータ及び後部水平伸展／屈曲アクチュエータは各々、実質的に非伸長性の織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ及び／又は実質的に非伸長性の織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造よって流体不透過性となる室を画定する実質的に非伸長性の織物エンベロープを備える。実質的に非伸長性の織物エンベロープは、所定の幾何学形状と、実質的に非伸長性の織物アクチュエータの過度な変位を防止するために室の加圧時に機械的停止をもたらす変位での非線形平衡状態とを有する。

この織物をベースにした手法の利点は、ロボットが、軽量、薄型、快適で且つ装着者の動きを制限せず、並びに衣料品のように容易に着用できることである。不使用時に折り畳めるアクチュエータの能力は、ロボットが衣服の下でほとんど目に見えなくなることを可能にし、使用者が公共の場での補助装置の使用に伴う偏見を避けることを潜在的に可能にする。

図１は、非伸長性アクチュエータの形状（断面）（図３及び図４）が伸長性アクチュエータ（図１及び図２）よりも変形（径方向に拡張）しないことが分かる、力板１４及び非伸長性アクチュエータ１０（図３及び図４）に対する異なる荷重力（流体送給用の導管１３を介してアクチュエータ１０に結合された圧縮機１２によって提供される）に関しての、また力板１４に対する異なる荷重力に関しての伸長性アクチュエータ１０（図１及び図２）の側面図の比較を示す。 図２は、非伸長性アクチュエータの形状（断面）（図３及び図４）が伸長性アクチュエータ（図１及び図２）よりも変形（径方向に拡張）しないことが分かる、力板１４及び非伸長性アクチュエータ１０（図３及び図４）に対する異なる荷重力（流体送給用の導管１３を介してアクチュエータ１０に結合された圧縮機１２によって提供される）に関しての、また力板１４に対する異なる荷重力に関しての伸長性アクチュエータ１０（図１及び図２）の側面図の比較を示す。 図３は、非伸長性アクチュエータの形状（断面）（図３及び図４）が伸長性アクチュエータ（図１及び図２）よりも変形（径方向に拡張）しないことが分かる、力板１４及び非伸長性アクチュエータ１０（図３及び図４）に対する異なる荷重力（流体送給用の導管１３を介してアクチュエータ１０に結合された圧縮機１２によって提供される）に関しての、また力板１４に対する異なる荷重力に関しての伸長性アクチュエータ１０（図１及び図２）の側面図の比較を示す。 図４は、非伸長性アクチュエータの形状（断面）（図３及び図４）が伸長性アクチュエータ（図１及び図２）よりも変形（径方向に拡張）しないことが分かる、力板１４及び非伸長性アクチュエータ１０（図３及び図４）に対する異なる荷重力（流体送給用の導管１３を介してアクチュエータ１０に結合された圧縮機１２によって提供される）に関しての、また力板１４に対する異なる荷重力に関しての伸長性アクチュエータ１０（図１及び図２）の側面図の比較を示す。 図５は、軟質織物アクチュエータ（外転アクチュエータ１８及び水平伸展／屈曲アクチュエータ２０）と装着者２４（図５）を検知するための軟質センサ２２とを備えた軟質装着型ロボット１６を示す。 図６は、軟質織物アクチュエータ（外転アクチュエータ１８及び水平伸展／屈曲アクチュエータ２０）とアクチュエータ１８及び２０（図６）を検知するための軟質センサ２２とを備えた軟質装着型ロボット１６を示す。 図７は、歩行補助（図７）を提供するための、使用者２４によって装着された軟質織物アクチュエータ１０を示す。 図８は、工具支持（図８）を提供するための、使用者２４によって装着された軟質織物アクチュエータ１０を示す。 図９は、しゃがみ支持（図９）を提供するための、使用者２４によって装着された軟質織物アクチュエータ１０を示す。 図１０は、上肢補助（図１０）を提供するための、使用者によって装着された軟質織物アクチュエータの追加の実施形態を示す。 図１１は、歩行補助（図１１）を提供するための、使用者によって装着された軟質織物アクチュエータの追加の実施形態を示す。 図１２は、膝安定化（図１２）を提供するための、使用者によって装着された軟質織物アクチュエータの追加の実施形態を示す。 図１３は、織物エンベロープ２６を形成するために織物パターン片を裁断して縫製すること（図１３）を含む、軟質織物アクチュエータを製作するための製作工程におけるステップを示す。 図１４は、ブラダ用の流体不透過層と織物エンベロープとを接合することによって複合構造２８を形成すること（図１４）を含む、軟質織物アクチュエータを製作するための製作工程におけるステップを示す。 図１５は、軟質織物アクチュエータ１０を形成するために層を積層すること（図１５）を含む、軟質織物アクチュエータを製作するための製作工程におけるステップを示す。 図１６は、非膨張状態３２にある、流体供給ラインを備えた、ブラダのないアクチュエータ１０’（図１６及び図１７）の実施形態を示す。 図１７は、膨張状態３４にある、流体供給ラインを備えた、ブラダのないアクチュエータ１０’（図１６及び図１７）の実施形態を示す。 図１８は、非膨張状態３２にある別個のブラダ３０及びエンベロープ２６を備えたアクチュエータ（図１８）の実施形態を示す。 図１９は、膨張状態３４にある別個のブラダ３０及びエンベロープ２６を備えたアクチュエータ（図１９）の実施形態を示す。 図２０は、非膨張状態３２（図２０）にある軟質織物アクチュエータ１０を示す。 図２１は、曲がって所定の作動型平衡幾何学形状を確立する膨張状態３４（図２１）にある軟質織物アクチュエータ１０を示す。 図２２は、非膨張状態３２及び膨張状態３４にある軟質織物アクチュエータの断面図を示す。 図２３は、非膨張状態３２及び膨張状態３４にある軟質織物アクチュエータの断面図を示す。 図２４は、非膨張状態３２及び膨張状態３４にある軟質織物アクチュエータの断面図を示す。 図２５は、膝補助用軟質織物アクチュエータ１０の側面図を示す。 図２６は、非膨張状態３２及び膨張状態３４にある折り曲げ式軟質織物アクチュエータ１０を示す。 図２７は、非膨張状態３２及び膨張状態３４にある捻れ織物アクチュエータ１０を示す。 図２８は、膝補助作動をもたらす伸展中の織物アクチュエータ１０を示す。 図２９は、荷重をずらすために非膨張状態３２から膨張状態３４への作動を行う展開中の織物製外転アクチュエータ１８を示す。 図３０は、作動時にさせたときに長さが短くなる（径方向の拡張及び軸方向の収縮による）短縮する織物アクチュエータ１０を示す。作動時の平衡状態での所定の円形断面を備えた、左側のアクチュエータ１０は、直径が５７％増加し、その一方で、作動時の平衡状態での所定の楕円形断面を備えた、右側のアクチュエータ１０は、直径が２６０％増加する。 図３１は、作動に伴って実質的に変形しない半硬質／剛性板３６であって、作動時のアクチュエータ１８の位置合わせを確実にするためのヒンジを作り出す半硬質／剛性板３６を含む外転織物アクチュエータ１８を示す。 図３２は、作動に伴って実質的に変形しない半硬質／剛性板３６であって、作動時のアクチュエータ１８の位置合わせを確実にするためのヒンジを作り出す半硬質／剛性板３６を含む外転織物アクチュエータ１８を示す。外転アクチュエータ１８はまた、織物エンベロープ２６（縫目３８で接合されたパネルの形態）とブラダ３０を含む。 図３３は、リンク機構を作り出すことによって動作経路を規定するための半硬質板３６の形態の剛性内包物を含む水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０を示す。 図３４は、リンク機構を作り出すことによって動作経路を規定するための半硬質板３６の形態の剛性内包物を含む水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０を示す。 図３５は、リンク機構を作り出すことによって動作経路を規定するための半硬質板３６の形態の剛性内包物を含む水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０を示す。 図３６は、織物アクチュエータ１８が、図３７に示すように、そのセグメント化構造の経路長さによって、織物アクチュエータ１８の作動を通じて１６５°のみの可動域を有するように設計される、肩補助装置用の外転織物アクチュエータ１８の写真画像を含む。 図３７は、織物アクチュエータ１８が、図３７に示すように、そのセグメント化構造の経路長さによって、織物アクチュエータ１８の作動を通じて１６５°のみの可動域を有するように設計される、肩補助装置用の外転織物アクチュエータ１８の写真画像を含む。 図３８は、セグメント化された織物製外転アクチュエータ１８（図３８）を使用した肩の作動の図を提供する。図示のように、セグメント化は、アクチュエータ内の圧力レベルとアクチュエータの変位角度との間にその圧力によってほぼ線形の関係をもたらす。 図３９は、セグメント化されていない織物製外転アクチュエータ１８（図３９）を使用した肩の作動の図を提供する。 図４０は、アクチュエータの特定の「しわ発生圧力」がアクチュエータ１０内の所望の圧力の維持を可能にし、剛性の低下が、歩行の遊脚及び立脚期（左から最初の３つの画像）で柔軟性アクチュエータ１０を維持するためのてこである、非線形の圧力・剛性プロファイルを有する軟質織物アクチュエータ１０を示す。次に、作動及び剛性が必要である、足趾離地（最後の、最も右端の画像）中に、圧力の僅かな上昇によって、しわ発生圧力を超えたときに剛性が急上昇する。 図４１は、工具／金型４０とクランプ／工具ガイド４２とダイ４４とを使用した織物アクチュエータの製作を示す。 図４２は、工具／金型４０とクランプ／工具ガイド４２とダイ４４とを使用した織物アクチュエータの製作を示す。 図４３は、真空４６が金型４０とダイ４２とに適用される、真空成形工程による織物アクチュエータ１０の製作を示す。 図４４は、真空４６が金型４０とダイ４２とに適用される、真空成形工程による織物アクチュエータ１０の製作を示す。 図４５は、複合構造２８用の積層材料４８及び４９の積層による織物アクチュエータ１０の製作を示す。 図４６は、複合構造２８用の積層材料４８及び４９の積層による織物アクチュエータ１０の製作を示す。 図４７は、次の解剖学的動作、すなわち、外転（ＡＢ）、内転（ＡＤ）、水平屈曲（ＨＦ）及び水平伸展（ＨＥ）を含む、装着者の動きを補助するためにベスト５０と腕帯部５２とに取り付けられた軟質織物アクチュエータ１８及び２０を組み込んだ、軟質の流体駆動式装着型ロボット（肩アクチュエータとしての役割を果たす）を示す。 図４８は、軟質十字リンク機構（ＳＣＬ）５４と、ベスト５０に接続するためのストラップ５６を備えた腕巻き付け部５２と、外転アクチュエータ１８及び水平伸展／屈曲アクチュエータ２０と、軟質十字リンク機構及び水平伸展／屈曲アクチュエータ２０が取り付けられるベスト５０に取り付けられた可撓性板５８とを含む、最終的なロボットの分解図である。 図４９は、水平屈曲（ＨＦ）及び水平伸展（ＨＦ）を達成するように働く軟質十字リンク機構（ＳＣＬ）１８の俯瞰図である。 図５０は、中間室６０と遠位室６２とを含む、外転アクチュエータ（ＡＢＡ）１８の分解図である。 図５１は、外転アクチュエータ（ＡＢＡ）１８の示力図、及び肩の回転中心（ＣＯＲ）６６との接触域６４の可視化である。Ｘ_１，２は、内部圧力Ｐを使用してＦ_１，２を算出するために使用される、ＣＯＲ ６６から圧力中心Ａ_１，２までの距離である。 図５２は、Ｐ_１＞Ｐ_２である場合に加わる同一のモーメントでのしわ６８の影響を示す。Ｐ_２は、座屈を防止するのに不十分な引張予荷重をもたらす。 図５３は、固定角度（図には度で表す）でのモーメント出力の実験結果を描いた図であり、ここで、網掛け部分は標準偏差を表す。 図５４は、一定荷重下での圧力と角度との関係の実験結果（データ７０及び適合７２）を描いた図であり、ここで、Ｐ_ｍａｘは、記録された最大圧力である。 図５５は、外転アクチュエータ（ＡＢＡ）１８及び水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０の運動学モデルである。 図５６は、地面が胴体７４である、外転アクチュエータ（ＡＢＡ）１８に取り付けられた水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０の俯瞰示力図である。 図５７は、水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０のための試験用治具である。試験用治具は、力センサ７６と、クランプ７８と、割り出し部８０とを含む。 図５８は、モデルが実線で表され且つ実験データがアスタリスクで表される、ｘにおける実験的力及び数値モデルについての比較を提供するプロットを含む。 図５９は、ｙにおける実験的力及び数値モデルについての比較を提供するプロットを含む。 図６０は、サンプルの５セグメントの、１８０°のパターン角度のアクチュエータの膨張の段階を示す画像ｉ〜ｖを含む。十字線はＦＭＯＡの重心を表す。画像ｖｉでは、５セグメントのアクチュエータの構成要素にラベルが付けられ、交差する体積部が示されている。 図６１は、異なる角度でのアクチュエータについての変化するパターン角度及び平衡効果を示すプロットを含む。 図６２は、線形性及びＲＯＭに対するアクチュエータのセグメント化効果を示すプロットを含む。 図６３は、糸配向の異なる角度での伸び対引張力を描いた図である。 図６４は、胴体の側面及び腕９８の下の内側に取り付けられた外転アクチュエータ１８を示す。 図６５は、外転アクチュエータ１８が腕９８を外転させ、その長手方向軸線を中心に生地「ヒンジ」９９によって前方屈曲位置まで回転することができることを示す。 図６６は、外転アクチュエータ１８が腕９８に取り付けられる場所に応じて、外転アクチュエータ１８は、画像Ａに示すように、外回転（前方に取り付けられた）を生じさせる、画像Ｂに示すように、回転を生じさせない、又は画像Ｃに示すように、内回転（後方に取り付けられた）を生じさせることを図示する。 図６７は、共に膨張／収縮して腕の角度を調整する下部伸展アクチュエータ（ＬＥＡ）１００及び下部伸展アクチュエータ（ＬＦＡ）１０２によって移動させた外転アクチュエータ１８及び装着者の腕９８を示す。 図６８は、腕９８を押圧して水平屈曲させる水平屈曲アクチュエータ（ＨＦＡ）２０を示す。これらの力は、肩ハーネスと腕帯部５２とによって反作用を受ける。 図６９は、肘関節及び手首関節を制御する２つの拮抗対のアクチュエータを備えた腕９８に対するアクチュエータ構成を示す。アクチュエータは、それぞれの関節のための屈曲アクチュエータ１０６及び１１０並びに伸長アクチュエータ１０４及び１０８を含む。これらのアクチュエータ１０４、１０６、１０８、及び１１０によって生じる力は、腕帯部５２によって反作用を受ける。 図７０は、非伸長性織布１１２と、伸縮性生地１１４と、後部交差ストラップ１１６と、前部胸骨ストラップ１１８とを使用したアクチュエータ止着原理を示す。 図７１は、肩を取り囲む衣服の非伸縮部１１２と肋骨を横切るストラップ１１８とによって達成される垂直荷重及び捻り荷重を生じさせる外転アクチュエータ１８を示す。 図７２は、反作用する軸方向力及び捻り力を補助する、直径が調整可能であり且つ滑り止め材１２０を内側に含む腕帯部５２を備えたアクチュエータシステムを装着している使用者の写真画像を含む。 図７３は、アクチュエータ１２４の配列と、衣服ベース１２８と、一体型止着具１２２と、分散型検知器１２６とを含む、分散型作動を示す。 図７４は、頭上作業を補助するためのアクチュエータ１８を備えた軟質装着型ロボットの実施形態を示す。 図７５は、伸縮性生地で形成された衣服上の非伸長性生地のハーネスシステムを示す。ハーネスシステムは、アクチュエータからの水平力に反作用するための水平ストラップ１３０を含む。 図７６は、外転アクチュエータと、水平伸展アクチュエータと、水平屈曲アクチュエータとを含む肩部作動システムを示す。 図７７は、外転アクチュエータと、水平屈曲アクチュエータと、下部伸展アクチュエータと、下部屈曲アクチュエータとを含む肩部作動システムを示す。 図７８は、セグメント化アクチュエータ用の織物エンベロープのパターン片を示す。

添付の図面では、類似の参照文字は、異なる図を通じて同じ又は同様の部分を指し、同じ参照符号を共有する同じ物品又は異なる実施形態の物品の複数の実例を区別するためにアポストロフィが使用される。図面は、必ずしも原寸に比例したものではなく、その代わりに、以下に述べる例示で特定の原理を説明することに重点が置かれている。テキスト（単語、参照文字、及び／又は数字）を含む図面については、テキストなしの図面の代替的なバージョンは、本開示の一部であるものとして理解されるべきであり、そのようなテキストなしの正式な差し替え図面を代わりに使用してもよい。

本発明の種々の態様の前述及び他の特徴及び利点は、以下の、本発明のより広い範囲内の種々の概念及び具体的な実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。上記で導入され、以下により詳細に述べる主題の種々の態様は、その主題がいかなる特定の実施方式にも限定されないので、数多くの方法の何れかで実施され得る。具体的な実施及び適用の例は、主に例示目的で提供される。

別途本明細書で定義され、使用され、又は特徴付けられない限り、（技術的及び科学的用語を含む）本明細書で使用される用語は、関連技術の文脈における通義と矛盾しない意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明確に定義されない限り、理想化された意味又は過度に形式的な意味に解釈されるべきではない。例えば、特定の組成について言及する場合、その組成は、実際上、（完全ではないが）実質的に純粋なものであってもよく、また、現実に不完全なものが適用されてもよく、例えば、少なくとも微量不純物（例えば、１又は２％未満）が存在し得ることを、本説明の適用範囲内にあるとして理解することができる。同様に、特定の形状について言及する場合、形状は、例えば製造上の公差に起因する、理想的な形状からの不完全なばらつきを含むように意図されている。本明細書中に表される比率又は濃度は、重量又は体積によるものである可能性がある。以下に説明する工程、手順、及び現象は、別途明記されない限り、周囲圧力（例えば、約５０〜１２０ｋＰａ、すなわち、例えば、約９０〜１１０ｋＰａ）及び温度（例えば、−２０〜５０℃、すなわち、例えば、約１０〜３５℃）で生じ得る。

第１の、第２の、第３のなどの用語は、本明細書において種々の要素を説明するために使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるものではない。これらの用語は、単に、１つの要素を別の要素から区別するために使用される。したがって、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、以下に述べる第１の要素を第２の要素と呼ぶことができる。

「上に」「下に」「左に」「右に」「前に」「後ろに」などの空間的な相対用語は、図に図示する、１つの要素と別の要素との関係を説明する記述を容易にするために本明細書で使用されることがある。空間的な相対用語及び図示の構成は、本明細書で説明し且つ図に描かれている向きに加えて、使用時又は動作時の装置の異なる向きを包含するように意図されていることが理解されるであろう。例えば、図の装置が反転された場合、他の要素又は特徴の「下に」又は「真下に」と説明された要素は、他の要素又は特徴の「上に」配置される。したがって、「上に」という例示的な用語は、上の向きと下の向きの両方を包含することがある。装置は、それ以外の向きに配置され（例えば、９０度又は他の向きに回転させ）てもよく、本明細書で使用される空間的相対記述子は適宜解釈される。「約」という用語は、列挙された値から±１０％を意味する。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の各部分範囲及び各個々の値が考慮され、ひいては開示される。

更にまた、本開示では、要素が別の要素に「接する」、「接続される」、「結合される」、「接触する」などと表現された場合には、別途明記されない限り、要素が、他の要素に直接接する、接続される、結合される、若しくは接触することがあり、又は介在する要素が存在することがある。

本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものであり、例示的な実施形態を限定するようには意図されていない。本明細書で使用される場合、「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」などの単数形は、文脈からそうでないと分かる場合を除き、複数形も含むように意図されている。追加的に、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、及び「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、記載した特徴又はステップの存在を明示するが、１つ若しくは複数の他の要素又はステップの存在又は追加を排除するものではない。

追加的に、本明細書で特定される種々の構成要素を、組み立てられ完成された形で提供することができ、又は、構成要素のいくつか若しくは全てを、共にパッケージ化し、完成品を作製する顧客による組み立て及び／若しくは修正のための説明書（例えば、文書、動画、又は音声形式の）と共にキットとして市販することができる。

曲げ、捻れ、及び伸展などの、種々のタイプの動作を規定するための軟質アクチュエータは、特徴的な動作を生み出すように弾性体に成形されるか又は巻き付けられた非伸長性材料（アラミド繊維、紙、織布）によって拘束される伸長性材料（エラストマー、伸長性編物）に大きく依存している。本明細書では、室内の圧力の相対的上昇中における織物エンベロープの伸びによってではなく織物エンベロープの変位に起因して、主に非膨張形状と平衡状態（すなわち、完全に膨張した状態）の所定の幾何学形状との間の幾何学形状の変化によって変位をもたらすように構成されるアクチュエータについて説明する。

特定の実施形態では、アクチュエータは、上記で列挙したものと同じ動作を規定できる非伸長性織物（例えば、非伸長性編物、織布、不織布など）からだけで又は本質的になるエンベロープを含むことができる。非伸長性織物アクチュエータ（ＩＴＡ）は、特定の平衡状態（圧力上昇にもかかわらず安定している最終状態又は形状）、圧力／剛性比、及び動作経路を有するように設計することができる。ＩＴＡは、非伸長性材料が力の方向性のより優れた制御を可能にするので、大きな力を正確に伝えるのに特にかなり好適である。例えば、ＩＴＡが及ぼす圧力は、内圧が上昇するにつれて、不具合が生じるまで上昇し続け、それに対して、伸長性アクチュエータが及ぼす圧力は、伸長性材料が拡張／変形することを選ぶ限界に達する。圧縮機１２と、アクチュエータ１０と、圧縮機１２とアクチュエータ１０との間に流体連通をもたらす導管と、力板１４とを示す、図１〜図４の例は、２つのタイプのアクチュエータ間で同じ量の力出力を示すが、伸長性アクチュエータ１０（図１及び図２）がある特定の閾値で拡張し、これによって、その接触域及び直径を大きく拡張する。代替的な実施形態では、エンベロープを形成する織物は、ＩＴＡのように、室内の圧力の相対的上昇中における織物エンベロープの伸びによってではなく主に織物エンベロープの変位に起因して、非膨張形状と平衡状態（すなわち、完全に膨張した状態）の所定の幾何学形状との間の幾何学形状に変化をもたらす所定の幾何学形状を有するが、ある程度の伸縮性を有し得る。

本明細書において、本発明者らは、装着者の動きを補助するために所定の幾何学形状を備えたアクチュエータを組み込んだ、軟質の流体駆動式装着型ロボットを作り出すための方法も説明する。これらの装着型ロボットは、使用者２４とアクチュエータ１８及び２０との間の境界をなして力を快適且つ効率的に伝達する織物から構築される（図４７及び４８を参照）。これらの装置は、制御された補助が適切な振幅及びタイミングで異なる身体部位に与えられることを可能にすることができる。織物／生地構造及び空圧作動は、両方とも柔軟且つ軽量であり、それゆえ、快適であり且つ不使用時には操作者にとって「透明」になる（つまり、非駆動時に最小限の拘束をもたらす）ので、装着型ロボット用途に有利である。この柔軟性はまた、アクチュエータと関節との間の大きな位置決め公差を可能にし、装置の着脱をより容易にする。更に、織物技術では、構築のために市販の材料及び工具を利用し、それゆえ、容易に製造可能となる。これらの装置は、任意の作業に最も効果的な構成を提供するようにモジュール式に設計することができ、且つ本発明者らは、異なる身体部位及び作業に合わせて構成要素及びそれらの性能をカスタマイズする方法を提示している。これらの装置は、様々な神経筋症状又は筋力低下に苦しむ個人を補助装置又はリハビリテーション装置として補助するために、且つ筋肉に過度な負担がかかるか又は筋肉が疲労する活動を健常者が行うのを補助するために使用することができる。多くの実施形態が上肢及び下肢のために提示されている。

センサの組み入れ
ロボット装置として、作動型軟質ウェアラブルは、制御を達成するとともにできるだけ役立つようにフィードバックを利用することができる。このロボットのフィードバックはセンサによって提供することができる。作動型軟質装置を監視する際に、これらのアクチュエータ１８及び２０に対応する１つ又は複数のセンサ２２（図５及び図６を参照）（例えば、圧力センサ、慣性計測ユニットなどの、エラストマー若しくは生地又は小型センサで作られた軟質センサ）をウェアラブルに組み込むこと或いはアクチュエータ及び衣服が人体に適合するのを妨げないように使用者の身体にセンサを取り付けることが役立つ。軟質装着型ロボットの検知、すなわち、アクチュエータ１８／２０の検知（図６を参照）と装着者２４の検知（図５を参照）とが役立つ２つの主な様式がある。

アクチュエータの検知
アクチュエータ１０／１８／２０の検知によって、アクチュエータの状態、すなわち、圧力、接触力、加わるトルク／力、変位、曲率、変形、動きなどに関するフィードバックが可能となる。アクチュエータの状態のこの知識は、アクチュエータの制御に有用である。これらのセンサ２２は、アクチュエータ１０／１８／２０が正常に動作しているかどうか、又は撓んでいるか、過荷重を受けているか又は損傷しているかどうかを制御装置（例えば、センサ２２と電子通信するコンピュータ）に知らせることができる。センサ２２はまた、アクチュエータ１０／１８／２０がその圧縮／変形形状と膨張形状との間のどの状態にあるかを制御装置に知らせることができる。

装着者の検知
第２の検知様式は、装着者／使用者２４の検知である（図５を参照）。軟質材料（例えば、織物又はエラストマー）を用いてセンサ２２を作製することの利益は、実際に軟質センサ２２が本質的に柔軟であり、それゆえ、軟質アクチュエータ１８及び２０と身体との間の衣服又は境界面との一体化に理想的に好適であり得ることである。そのようなセンサ２２は、関節角度、呼吸、接触力、及び他の生理学的現象を測定してもよい。生理学的情報のこれらの測定値は、装着型システムの活動追跡又は制御のために使用されてもよい。制御装置が、所望の結果が達成されたかどうかと次に何を行うべきかを判断できるように、関節角度をアクチュエータデータと比較することができる。

２つの様式の生地をベースにしたセンサ２２の有用性の例は、例えば、図５及び図６に示すように、肩補助装置に見出すことができる。使用者２４が腕を水平方向に９０度屈曲させ（すなわち、横断面上で腕を前方に回転させ）ようとした場合に、装置は、本明細書で説明する水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０を作動させる。軟質接触センサ２２は、ＨＥＦＡ ２０の下に適用することができ、その一方で、伸縮センサが実際の関節の角度を測定するように伸縮センサを補助装置に適用することができる。この状況では、制御装置は、腕が９０度をなすことを伸縮センサ２２が表すまでＨＥＦＡ ２０を動作させ、その読取値は、更なる膨張を停止するためにアクチュエータ２０に送信される通信を生成するために処理される。作動中に接触センサ２２にかかる圧力が大きくなりすぎた場合に、制御装置は、使用者２４又は装置の損傷を防ぐために膨張を停止することができる。

アクチュエータ１８及び２０での検知及びアクチュエータ１８及び２０の検知は、厳密に軟質センサ２２に限定されるものではない。装着者２４の肢及び／又は胴の位置を追跡するために、慣性計測ユニット（ＩＭＵ）、ジャイロスコープ、ストリングポテンショメータなどの、一般的に使用される一連の「硬質」センサタイプを使用することができる。これらの硬質センサは、典型的には、筐体内に収容されることが多い、硬質構成要素からなる。装置を制御するために、コンピュータによる視覚追跡又は電磁追跡などの、外部方法も使用してよい。膨張圧力（例えば、室と流体連通するポンプ又は加圧容器を通じて与えられる）は、より旧来の圧力変換器によって測定されてもよく、且つ接触力もまた、同様の方法で捕捉されてもよい。これらの一般的に使用される「硬質」センサ及び軟質センサの融合が、システムの最適な制御を達成するために開発される場合がある。例えば、身体に対する肢の動作を追跡するためにＩＭＵ使用することができ、その一方で、軟質センサがアクチュエータの相互作用力と内圧とを測定する。

軟質装着型ロボットの応用分野及び需要
全体的な説明
軟質装着型ロボットは、関節（例えば、足首、肩、膝など）に適用してその関節の力出力を増加させることができる。この力出力の増加は、より強靭な肢、更なる安定性、可動域の増大、又は動作の代謝コストの低下などの、人間の能力に影響を及ぼす可能性がある。これらのタイプのロボットは、人体が筋肉によって生じる力又は動作の補助を必要とするときにいつでも利用することができる。

硬質の同等のロボットに優る軟質装着型ロボットの２つの利点は、以下を含む。第１に、軟質性及び可撓性によって、軟質装着型ロボットは柔らかい人体と共に且つ人体に対して機能するのにかなり好適である。第２に、劣作動性は、簡易機構からの複雑な動きを可能にする。特に興味深い応用分野は、工業製造及び作業、建設、救助、軍事などの、健常者向けの用途と、神経学的機能障害に対するリハビリテーション及び／又は補助、整形外科的機能障害に対するリハビリテーション及び／又は補助、高齢者に対する補助、及びレクリエーションスポーツなどの、障害者向けの用途とを含む。

健常者の強化
健常者向けの軟質ロボット補助のいくつかの例が以下で与えられ、且つ歩行補助（図７）、工具支持（図８）、及びしゃがみ支持（図９）を示す、図７〜図９に示されている。

第１に、本明細書で説明する、軟質装着型ロボットは、兵士が重い荷物を運ぶのを補助することができる。この状況では、ロボットは、歩行サイクル中のある時点で脚関節に少量の力を加え（図７を参照）、これによって、歩行に必要なエネルギー量（又は代謝コスト）が低減される。このスーツは、快適さのために軽量且つ柔軟であるとともに、通常の歩行力学を妨げない。

第２に、軟質装着型ロボットは、長時間にわたって重い工具を支えて扱う必要がある場合（例えば、工具を頭上で保持するとき）に、製造及び建設のための上肢補助装置としての役割を果たすことができる（図８を参照）。ＥｋｓｏＢｉｏｎｉｃｓ、Ｌｏｃｋｈｅｅｄ Ｍａｒｔｉｎ、及びＲｏｂｏｍａｔｅなどの企業は、これらの状況で作業者を補助するのに好適な硬質スーツを開発している。しかしながら、軟質装着型ロボットには、いくつかの明らかな利点がある。ここでの価値ある提案は、長期間の機械作業中に受ける疲労を最小限に抑えることであるので、快適さが極めて有利である。また、多くの建設及び製造業は、硬質ロボットを扱い難い狭い空間又は居心地の悪い空間（造船用の乾ドックなど）に関わる。しかしながら、軟質ロボットは、使用者の腋の下と肘の屈曲線内とに収まることができ、使用者が妨げられずに任意の角度で動作することができる。また、前述の硬質ロボット型では、頭上での作業が非常に困難になる可能性がある一方で、軟質ロボットは、腕の任意の角度で支持を提供することができる。

第３に、軟質ロボットウェアラブルは、産業環境で使用者の脚を安定させるために使用することができる（図９を参照）。Ｎｏｏｎｅｅ及びＡｒｃｈｅｌｉｓなどの企業は、作業場でのしゃがみ姿勢を支持するための複雑な硬質ウェアラブルを製造している。この種の硬質ウェアラブルは、例えば、不使用時には薄型、軽量で且つ透明である（動作を制限しない）軟質ロボットに置き換えることができる。

障害を持つ患者の補助
緊急の臨床的必要性は、日常生活動作（ＡＤＬ）の補助に見られる。脳卒中、脊髄損傷（ＳＣＩ）、筋ジストロフィー（ＭＤ）、筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ、ルー・ゲーリッグ病としても知られる）などの、いくつかの神経筋症状の結果として、ＡＤＬを行う能力が制限され、最終的に自立性の喪失につながる。ＡＤＬを行う能力が制限されることは、死亡リスクの増加と平均寿命の最大１０年の短縮との両方に関連付けられる。この程度まで、上肢を動かして環境と相互作用する患者の能力は、多くの場合、その人がＡＤＬを行う能力を維持する上で重要であると見なされる。

軟質装着型ロボットは、これらの症状を患っている人々を多くの方法（数例が以下で与えられ且つ図１０〜図１２に示されている）で補助することができる。まず、腕を持ち上げるのを補助する装置（図１０を参照）は、ＡＬＳ、ＭＤなどの人が手を伸ばす動作を行うのを、ひいては、自分の手を洗う、食器棚から物品を取り出す、食事をするなどの自身の能力を維持するのを助けることができる。軟質装着型ロボットは、可動性を高め且つ地域社会との交流とを深める目的で、安定性と持久力とをもたらす脚関節の強度を補助するために高齢患者の下肢で使用することができる（図１１を参照）。変形性関節症（ＯＡ）患者向けの同様のロボットは、歩行サイクル中に膝を安定させるために膝に配置することができ（図１２を参照）、これによって、安定性をもたらすのに必要な痛みを伴う筋肉収縮の必要性を最小限に抑え、これによって、使用者が歩行するときに受ける痛みを軽減する。

アクチュエータ設計
大まかに言えば、本明細書で説明するような、ＩＴＡ及び他の軟質装着型ロボットは、空圧ネットワーク、繊維強化アクチュエータ、軟質生地アクチュエータなどの、多くの他の軟質流体アクチュエータと同じ機能、特に、流体作動を通じて曲がり、伸展し、捻れ、且つ収縮する能力を有する。軟質流体アクチュエータは、少ない安価な部品で複雑な動作を生み出し、身体に安全に配置することができる。これらの機能は、紙又は紐によって補強されたゴム、異方性伸縮特性を備えた織物組立体、又は、本明細書で説明するロボット／アクチュエータの場合には、特定の幾何学形状を備えた織物組立体などの、異なるタイプの材料に固有の特定の特性を使用することによって達成することができる。これらのアクチュエータと他の軟質流体アクチュエータとの明確な違いは、これらのアクチュエータが、室内の圧力の相対的上昇中における織物エンベロープの伸びによってではなく織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張形状と平衡状態の所定の幾何学形状との間の幾何学形状（すなわち、完全に膨張した形状）の変化によって変位をもたらす所定の幾何学形状を有することである。特定の実施形態では、この効果は、エンベロープの構築において非伸長性材料を使用することによって達成することができる。背景技術で引用された上記で参照した特許公報は全て、非伸長性材料によって拘束される伸長性材料の使用に依存している。

ＩＴＡは、形状を画定する実質的に非伸長性の外皮（エンベロープ）（ここで「非伸長性」又は「実質的に非伸長性」についての言及は、任意の方向への１０％以下、５％以下、又は１％以下の伸長を可能にする場合がある）と、アクチュエータを加圧するための気密性内容積部と、流体用の入口とを含む。本明細書で説明するＩＴＡ及び他のアクチュエータは、裁断及び縫製パターン形成、形成、積層などを通じて所定の幾何学形状を作り出すために織物を使用する。幾何学形状は、ある特定の動作／力／剛性プロファイルと最終平衡状態とを生じさせるために異なる領域に異なる幾何学的特徴を含むことができる。これらの幾何学形状は、動作の種類（例えば、曲げ、伸展、捻れなど）と、可動域（例えば、３インチ、１８０度など）と、圧力と剛性の関係（例えば、線形、非線形、指数関数など）とを含む、アクチュエータの多くの属性を制御する。エンベロープの幾何学形状は、流体作動時の実質的に全ての変位を決定付けるように構成することができ、且つ流体の入力／出力を除き、隙間のない連続したものとすることができる。アクチュエータはまた、所与の作業のために必要に応じて動作を修正又は拘束するために剛性内包物を組み込むことができる。

アクチュエータは、上述のように、多くの方法で作製することができる。これらの方法の全ては、種々の種類の織物を利用することができる。リップストップ、タフタ、オックスフォードなどの、目の詰まった織布はすぐに利用可能である。これらの織布は、経糸又は緯糸に伸びがほとんど／全くない傾向にあり、且つそれ自体がほとんど伸びない素材で作られている。しかしながら、織布は、バイアス（すなわち、経糸と緯糸の間の４５度の角度）にある程度の伸びがある。不織布又は積層織物は、経糸／緯糸／バイアスがなく、それゆえ、更により安定している傾向にあり、それゆえ、ＩＴＡを作製するのにかなり好適である。しかしながら、不織布は、織布よりも頑丈でない傾向にある。別の選択肢は、経編地などの、伸びがほとんど又は全くない編地である。これらの材料の全てにおいて、合成繊維が有利である。ナイロン及びポリエステルなどの、合成繊維は、綿、麻及び羊毛などの、短繊維を有する有機繊維よりも微細で且つ安定している傾向にある。合成繊維はまた、より安価である傾向にある。

これらの材料は、多くの方法で組み立てることができる。織物エンベロープの組み立ての目的は、アクチュエータの所望の属性を確保するために所望の幾何学形状を正確に作り出すことである。裁断及び縫製パターン形成は、ほとんどの衣類の大きさ及び形状を画定するために使用されるのと同じ方法である。所望の幾何学形状は、平らな材料片から切り抜いて、縫製によって組み立てることができる「パターン片」に分割される。同様の方法は、縫製ではなく生地溶着技術と共に使用することができる。これらの方法のいくつかは、インパルスシール、加熱したダイ／金型及び／又は熱プレス、高周波（ＲＦ）及び超音波溶接機、接合、及び接着を含む。

織物エンベロープのための複雑な幾何学形状をパターン形成するために、所望の平衡状態のモデルを作成することで始めることが役立つ。次いで、生地又は紙は、パターン片を作成するために、この型にもたせかけて印を付けることができる。形状は、生地を膨張中に展開させるか又は別様に伸展させたときに現れる所定の幾何学形状をアクチュエータに与えるためにダーツ又はギャザーが作られた個々の形状片又は単一の生地片によって画定することができる。よって、曲げ及び折り曲げなどの変位は、エンベロープの異なる側における経路長さの差によって達成することができる。裁断及び縫製又は裁断及び溶着方法でのパターン片はまた、縫い代、すなわち、隣接する部片への取り付けを可能にするためのパターン片の外周の余分な生地を含む。図４７及び４８に見られるように、外転アクチュエータ（ＡＢＡ）１８及び水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０の複雑な幾何学形状を作り出すために、裁断及び縫製方法が使用されてきた。

成形、積層、及び３次元製織／編組などの、他の技術は、縫目を使用せずにエンベロープ幾何学形状を作り出すために使用することができる。成形は、熱可塑性合成材料（この場合もまた、ナイロン、ポリエステルなど）及び羊毛などの一部の有機材料を用いて達成することができる。エンベロープの成形は、図４１及び図４２に示すように、工具の形状をとるように生地が金型、型若しくはダイに押し当てられるか又は金型、型若しくはダイに押し込まれる、金型４０及びダイ４４などの、工具の使用によって達成することができる。熱、時間、及び／又は圧力（例えば、図４３及び４６に示すように、適用される真空４６）は、必要に応じて、より大きな／より深い形状を達成するために増加させることができる。つまり、この工程において合成繊維を塑性変形させることができる。図４３及び図４４に示すように、成形によって、所望の幾何学形状が作り出されるが、ほとんどの場合、工具４０が入る、幾何学形状の片側が開いたままにもなる。開放側では、成形は、幾何学形状を閉鎖するために別の材料片の取り付けのためのフランジ又は縫い代を作成するように設計することもできる。積層は、図４５及び図４６に示すように、材料４８及び４９のいくつかの層が工具上で成形され、次いで、一緒にプレスされて、所望の幾何学形状を備えた均一な材料片を作り出す、この場合も、熱／時間／圧力を理想的な結果のために調整することができる、金型４０及びダイ４４などの、工具を使用して同様の方法で行うことができる。

積層はまた、金型及びダイなどの、工具を用いて且つ熱／時間／圧力の補助によって行うこともできる。この工程では、層が工具上で成形され、次いで、プレスされて１つの均一な材料片となる。成形及びプレス加工は、別々に又は同時に行うことができる（図１３〜図１５を参照）。

上記で説明したように、アクチュエータは、幾何学形状を作り出すための外皮（エンベロープ）と、気密状態を維持するための内部ブラダとの両方を含むことができる。織物アクチュエータのエンベロープ２６の特定の幾何学形状は、限定されるものではないが、裁断及び縫製パターン形成（図１３を参照）、形成又は成形（図１４を参照）、積層（図１５を参照）、フェルティング、３次元（３Ｄ）編組又は製織、電界紡糸などを含む、多くの方法で作り出すことができる。これらの全ての方法をブラダに対して使用するか、或いは空気又は別のガス若しくは液体を保持するためのブラダを必要としない方法で作製することができる。

エンベロープ２６自体が気密である場合、エンベロープ２６は別体のブラダを必要としない。これらはブラダレスアクチュエータ１０’（図１６及び１７を参照）と呼ばれ、別体のブラダ３０を含むアクチュエータ１０（図１８及び図１９を参照）とは対照的であり得る。ブラダレスアクチュエータ１０’は、気密材料を成形若しくは積層することによって、又は構築中若しくは後に他の材料を封止することによって作り出すことができる。封止するいくつかの方法は、封止すること（例えば、接合又は溶着による）若しくは縫着縫目にテープ若しくは接着剤を適用すること、アクチュエータに空気不透過性塗料を噴霧すること、多孔質材料を熱硬化させて細孔を閉鎖すること、又はアクチュエータを空気不透過性塗料に浸漬すること若しくはアクチュエータに空気不透過性塗料を噴霧することを含む。追加の実施形態は、幾何学形状又は封止と成形との組み合わせを作り出すための成形材料を含む。

ブラダレスアクチュエータは、例えば、熱、熱可塑性材料（例えば、繊維、織物、又はフィルム）、及び、金型、型、又はダイなどの、工具を伴う、多くの方法で成形又は形作ることができる。材料が工具の形状に変形できるように、材料に熱が加えられる。また、金型上／内に材料を押しやるために、真空若しくは空気圧を用いて大気の作用によって又は工具を用いて直接力を加えることができる。更に、この工程は、複数の層を用いて行うことができ、この工程では、いくつかの層が共に同時に成形されるか、又は段階的に金型に加えられる。

成形工程の例
図４１及び図４２に示す、第１の例では、アクチュエータは、工具４０及びダイ４４を使用して形成される。第１に、１つ又は複数の材料（例えば、ブラダ３０及びエンベロープ２６用の材料）片がダイ４４の開口部の上にクランプされる。工具４０は、材料が工具４０とダイ４４の間に位置するようにダイ４４の上部に載置される。材料が加熱され、材料が高温である間、工具４０に力が加えられ、工具４０と加熱された材料がダイ４４に押し込まれる。ダイ４４の外側に面する材料の側には、接着剤が塗布される（例えば、予め塗布されるか、成形後に塗布されるか、又はその両方である）。別の材料（例えば、ブラダ３０及びエンベロープ２６用の材料）片は、成形されているか、平らであるか、又はその他であるかにかかわらず、接着剤の上に載置され、接着剤に沿って層を接合するために熱及び／又は圧力が加えられる。ここで封止されたアクチュエータ１０がダイ４４から取り外され、余分な生地／材料が切り取られて、ここで完成したアクチュエータ１０が得られる。

図４３及び図４４に示す、第２の例では、アクチュエータ１０が真空成形される。まず、材料（例えば、ブラダ３０及びエンベロープ２６用の材料）が、真空成形機のフレーム内にクランプされて、加熱される。次いで、金型４０が、加熱された軟質材料に押し付けられ、金型４０の周囲で材料２６及び３０を成形するために真空４６が引かれ、この真空成形は、ダイ４４を用いて補助されてもよい。その後、材料が金型４０から取り出され、接着剤（材料に予め塗布されるか、若しくは成形後に加えられるか、又はその両方であるかにかかわらず）側がダイ４４の外側に面する状態でダイ４４内に置かれる。第２の材料（例えば、ブラダ３０及びエンベロープ２６用の材料）片は、成形されるか、平らであるか、又はその他であるかにかかわらず、接着剤の上に載置され、接着剤に沿って層を接合するために熱及び／又は圧力が加えられる。ここで封止されたアクチュエータ１０がダイ４４から取り外され、余分な生地／材料が切り取られて、ここで完成したアクチュエータ１０が得られる。

第３の例では、アクチュエータ１０は、図４５及び図４６に示すように、積層によって形成される。まず、外層４８’（例えば、合成フィルム）が、（例えば、上記で説明した工程を使用して）型４０の上又は型４０内に形成される。次いで、中間層４９（例えば、繊維）が外層４８’上に加えられて加熱され且つ／又は形成される。その後、内層４８’’（例えば、別の合成フィルム）が中間層４９及び外層４８’上に加えられて加熱され且つ／又は形成される。次いで、この積層複合層は、接着剤（材料に予め塗布されるか、成形後に加えられるか、又はその両方であるかにかかわらず）側がダイ４０の外側に面する状態でダイ４４内に載置される。別の材料片（成形されるか、平らであるか、又はその他であるかにかかわらず）は、接着剤の上に載置され、接着剤に沿って層を接合するために熱及び／又は圧力が加えられる。ここで封止されたアクチュエータ１０がダイ４４から取り外され、余分な生地が切り取られて、ここで完成したアクチュエータ１０が得られる。

ａ．動作の生成
アクチュエータは、流体作動を通じて変化する、幾何学形状によって動作を生み出す。これらの動作は、アクチュエータでの選択された幾何学形状に基づく曲げ／折り曲げ、捻れ、伸展若しくは収縮、又はこれらの動作の任意の組み合わせとすることができる。動作は、非膨張形状と、特定の「予め決定された」（「予めプログラムされた」とも称される）平衡状態／形状との違いによって生じる。動作を生み出すために、膨張前形状は、荷重によって変形させているので、又はアクチュエータの非膨張形状がその平衡形状と意図的に異なるように設計されたので、平衡状態にない。加圧流体がアクチュエータ内に導入されたときに、アクチュエータは、その平衡形状に向かって拡張し始め、これによって、動作とポテンシャル力とを生み出す。以下に列挙する動作を生じさせるモードは、背景技術で先述した特許公報で利用されているモードと同様である。しかしながら、これらの概念を活用する手段は、室内の圧力の相対的上昇中における織物エンベロープの伸びによってではなく織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張形状と平衡状態の所定の幾何学形状との間の幾何学形状の変化によって変位をもたらす（例えば、ひだ、折り目、若しくはギャザー、又は裁断及び縫製パターン形成の形態の）所定の幾何学形状をアクチュエータが有するという点で根本的に異なる。特定の実施形態では、アクチュエータは、非弾性材料のみを使用するＩＴＡである（本明細書で使用される場合、「非弾性」とは、最小限の弾性、例えば、動作圧力下での任意の方向への１０％未満、５％未満、又は１％未満の伸びを含むことができる）。この非弾性の利点は、より正確で且つ一貫した力の印加（上記で簡潔に説明し、且つ図３及び図４に示すような）並びに以下のセクションｂ、ｃ、及びｄで説明するような、出力を制御するより優れた能力である。

曲げアクチュエータ
曲げアクチュエータは、膨張前状態と平衡状態の間で生み出される動作の良い例である。曲げアクチュエータ１０は、エンベロープの別の側と比較してエンベロープの片側により長い「経路長さ」（すなわち、より大きな織物）を指定することによって作り出すことができる（図２０（非膨張状態３２）及び図２１（膨張状態３４）を参照）。この経路長さの差は、エンベロープをセグメント化することによって（非膨張状態及び膨張状態にあるセグメントを示す、図２２〜図２４）、又はエンベロープをその平衡状態の正確な形状にパターン形成若しくは形成することによって生み出すことができる。曲げアクチュエータ１０を作り出す他の方法は、限定されるものではないが、生地のひだ付け及びギャザー付けを伴うエンベロープの使用を含む。

膨張前状態３２では、アクチュエータ１０に、図２０に見られるように、ギャザーが作られる／しわが付けられてもよい。アクチュエータ１０を膨張させたときに、アクチュエータ１０の全ての部分が、拡張する、伸展するなどし、緊張し、しわが除去される。より短い経路長さを有するアクチュエータ１０の部分は、より迅速に緊張し、アクチュエータ１０は、より長い経路長さが拡張し続けるときに、曲がる、折り曲がるなどし始める。この長い／短いの差がアクチュエータ１０の互いに反対側（例えば、上部及び底部）にあるように設計される場合、この差が曲げ動作を生じさせる。平衡状態３４は、長い経路長さと短い経路長さの両方が等しい圧力／張力下にある状態であり、この場合、アクチュエータ１０が「曲がっている」（図２５を参照、アクチュエータ１０が非膨張状態３２及び膨張状態３４で示されている）。曲げの量は、所与の断面積でのアクチュエータ１０の互いに反対側のエンベロープの経路長さの比率（例えば、上部対底部）に応じて、アクチュエータ１０に沿って変化し得る。これらの比率の変更は、曲げ半径に影響を及ぼし、所与の用途に適合するように制御することができる。例えば、手首の曲げは、膝の曲げとは異なる半径を含む。アクチュエータ１０の作動を繰り返すために、エンベロープ内の圧力は、エンベロープのしわ発生圧力を上回る（作動する）ように且つ下回る（作動解除する）ように変動させることができる。

折り曲げ
この半径は、折り曲げアクチュエータを作り出すために、単一の箇所に仕上げることさえできる。これらのアクチュエータは、アクチュエータ自体に位置する回転中心を有する（アクチュエータ１０を非膨張状態３２及び膨張状態３４で示す、図２６を参照）。

捻れアクチュエータ
捻れアクチュエータは、アクチュエータの両側のエンベロープの経路長さの差に依存する同様の概念である。捻れ動作は、セグメントの本体が互いに対してある角度なすように設定されるセグメント化方法によって容易に達成することができる。アクチュエータ１０のセグメントを膨張させたときに、最も幅広の部分のオフセットによって、螺旋状曲げ形状が作り出される（図２７を参照）。

伸展アクチュエータ
伸展動作は、大きな力で荷物を押し出すのに特に効果的である。例えば、膝を伸展させるために、筒状アクチュエータは、膝の後ろに配置することができる。歩行サイクル中に、膝が屈曲して（曲がって）、アクチュエータをしわの寄った非平衡状態にする。アクチュエータ１０を作動させると、アクチュエータ１０は、筒状である、アクチュエータ１０の平衡状態に向かって動こうとし、それと共に下腿を押す（図２８参照）。伸展アクチュエータは、伸展アクチュエータをその膨張前形状に変形させるのに荷重に依存することができ、又は伸展アクチュエータが膨張前に変形形状に戻ることを確実にするために、弾性などの、いくつかの他の機構を組み込むことができる。

展開アクチュエータ
伸展アクチュエータの特に有用な形態は、本発明者らの補助肩装置で使用されるＡＢＡなどの、展開アクチュエータである。これらのアクチュエータは、荷重によって変形させたときに、横方向に半分に折り曲がるように設計される。膨張時に、展開アクチュエータ１０は、その折り曲げ線を中心に回転し、荷重を地面から切り離す（左側の非膨張状態３２から右側の完全膨張状態３４に膨張が進行する、図２９を参照）。

短縮アクチュエータ
短縮アクチュエータもまた、膨張平衡状態が張力の付与された（完全に伸びた）非膨張形状よりも短い、幾何学形状を作り出すことによって作製することができる。張力の付与された非膨張のアクチュエータが加圧されたときに、アクチュエータは、拡張して、圧力が均等に分散される平衡状態に戻ろうとし、これによって、径方向の拡張を軸方向の収縮に変換する。所定の幾何学形状を有するエンベロープを備えたアクチュエータは、既存の伸長性短縮アクチュエータとは異なり、膨張前形状と膨張形状との間のΔを最大化する幾何学形状で設計することができる。例えば、円形断面を有する平衡形状を備えたアクチュエータの実施形態は、直径の５７％のΔしか達成することができない。しかしながら、長軸線が荷重軸線に直交する、楕円形断面を備えたアクチュエータ１０の実施形態は、直径の２６０％のΔを合理的に達成することができる（図３０を参照）。

ｂ．半拘束動作
特定の領域での動作を制限し且つ他の領域での動作を促進するために、硬質、剛性、又は可撓性の内包物３６をアクチュエータに一体化させることができ（図３１を参照）、その他の劣作動システムにおいて極めて重要な拘束を可能にする。この設計は、拘束システムと劣駆動システムの両方の利益をもたらす。（作動での変形に実質的に抗する）厳選した剛性包含物を使用することによって、アクチュエータ１０は、剪断力に抗し、動作を順序付けし、作動経路を制御し、位置合わせを確実にし、且つ／又は最大接触力を確保若しくは防止し、その一方で、依然として使用者に対して柔軟性及び透明性（動きを制限しない）を保つ。

これらの内包物３６は、限定されるものではないが、縫製、フック・ループ取付具、紐、接着、熱接合、又は予め作製されたポケットへの嵌め込みを含む数多くの方法によって軟質ロボット及び／又はそのアクチュエータに取り付けることができる。特定の一実施形態では、剛性内包物３６は、内包物３６間の隙間が所望の回転面に直交するヒンジを作り出すように曲げ又は伸展アクチュエータ１０に適用することができる。このヒンジは、膨張サイクル全体を通しての、特にアクチュエータ１０がそれ自体の上に折り曲げられるサイクルの開始時の、位置合わせを確実にする（図３２を参照）。別の実施形態では、剛性内包物３６は、剪断力によって生じる予想されるしわを防止するために、張力と剪断力の両方で引っ張られる生地に、外転アクチュエータ（ＡＢＡ）１８をヒューマンインターフェースに取り付ける軟質十字靭帯５４などに、組み込むことができる。第３の実施形態では、剛性内包物３６は、ＡＢＡ １８を押して回転させる、ＨＥＦＡ ２０などにおける、特定の経路を規定し且つ特定の一連の室作動を確保するために、多室型伸展アクチュエータ１０の室の間に組み込むことができる。ここで、剛性内包物３６はまた、図３５に示すように、リンク機構を作り出すことによって動作経路を規定するので、ＨＥＦＡ ２０とＡＢＡ １８との間の力の効率的な伝達を確実にする（図３３〜図３５を参照）。

ｃ．平衡状態及び可動域
アクチュエータの幾何学形状は、アクチュエータの圧力上昇にもかかわらずアクチュエータの可動域を任意に制限できるように、特定の平衡形状に設計するか又は「プログラムする」ことができる。この機能は、安全のために機械的な制限が必要であるか又は特定の最終状態が劣作動システムにおいて望ましい用途において特に有用である。

安全性のための平衡状態の例は、肩補助装置の外転アクチュエータ（ＡＢＡ）に見出すことができる。このアクチュエータ１８の最初の試作品は、３００度の回転動作範囲を有していた。この動作範囲は、人間の腕が外転できる範囲よりもはるかに大きいので、１６５度のみ可動域を有するようにアクチュエータ１８を設計した（図３６及び図３７を参照）。この平衡状態をＡＢＡ １８のセグメント化された幾何学形状によって生み出した。アクチュエータ１８の両側に沿ったエンベロープの経路長さは、ＡＢＡ１８が膨張時に１６５度で静止するような長さであった。アクチュエータ１８の角度が平衡角度に近づくにつれて、正味の外力が減少する。平衡角度に達した時点で、全ての内力の均衡が保たれ、正味のゼロ出力が得られる。

同様の適用は、制御された最終状態で使用することができ、例えば、制限するストラップ又は角度を確保するいくつかの他の手段に依存するのではなく、膝を７度に曲げる必要のある産業用途では、アクチュエータ１８は、７度の平衡点を有するように設計することができる。

ｄ．特定の圧力／剛性関係の幾何学的設計
多くの場合、制御及び作動の観点から、入力と出力との関係を調整することが望ましい。しかしながら、軟質流体アクチュエータでは、圧入力と力出力との関係は、しわの影響に起因して膨張の間中に劇的に変化する可能性がある。しわによって、膨張した本体の剛性と力を加える能力とが劇的に低下する。織物が圧縮応力下で座屈する際に織物における局所応力が圧縮応力になると、しわが発生する。この現象は、膨張可能な梁及び膨張可能な錐体のしわの核形成基準を調べる研究で調査され、実験的に検証されている。所望の圧力／剛性の関係が線形又は非線形かにかかわらず、関係のパラメータを指定できることが役立つ。

線形の圧力／剛性関係
アクチュエータでのしわの発生を防止する１つの方法は、（例えば、エンベロープの長さに沿った周期的間隔での裁断及び縫製パターン形成によって形成された小さな節部によって）アクチュエータエンベロープをセグメント化することである。このセグメント化は、しわの影響を離隔する役割を果たす。つまり、１つのセグメントにしわが発生したとしても、セグメント化されていない体積部の場合であれば座屈するが、アクチュエータ全体が座屈しない。アクチュエータ内部の圧力が上昇し続けると、屈曲したセグメントでしわ発生圧力が達成され、そして、しわのない状態に戻る。それゆえ、セグメントの数、大きさ、又は形状を変更することによって、圧力としわとの関係、ひいては、圧力と剛性との関係を変更することができる。実験的に、セグメント化によって、一定荷重下での入力圧力と出力角度θとの線形関係（Ｒ２＝０．９８）が達成される。先述したように、セグメント化はまた、経路長さを増加させて動作の可能性をもたらすために使用することもできる（例えば、曲げ及び折り曲げアクチュエータ）（画像が、左側では圧力０％、中央では圧力５０％、右側では圧力１００％のアクチュエータ１８を示し、圧力の関数としてのアクチュエータの角度のプロットが後に続く、図３８（セグメント化アクチュエータ１８）及び３９（非セグメント化アクチュエータ１８）を参照）。

一実施形態では、肩補助装置のＡＢＡ１８における剛性を線形化するためにセグメント化が行われる。このアクチュエータ１８は、０〜９０度の任意の所望の程度まで腕を外転させる役割を果たす。このアクチュエータ１８でのしわの発生は、圧力レベルがしわの発生を克服するまで「潰れた状態の」アクチュエータをもたらし、克服した時点で、アクチュエータ１８の剛性が非常に高くなる。しわの影響を低減することによって、剛性の急上昇をなくすことができ、それによって、全ての圧力と０〜９０°の全ての角度において腕がより正確に制御される。

非線形プロファイルの可能性
また、剛性としわとの特定の非線形関係を作り出すことが時として有効である場合がある。この実用性の例は、図４０に示すように、低圧システムでの歩行サイクル中に足首を作動させる際のものである。足首は、作動のために大きな力を必要とする。それゆえ、低圧作動システムには体積の大きなアクチュエータが必要となる。通常の歩行サイクルが比較的高い頻度（１秒当たり１．７ステップ）であり、且つ作動時間が１ステップのごく一部である場合には、アクチュエータ１０は、比較的迅速にサイクルを行う必要がある。特定の「しわ発生圧力」を有するようにアクチュエータ１０を設計することによって、そのアクチュエータの圧力を維持し、剛性の低下を活用して、歩行の遊脚及び立脚期で柔軟性アクチュエータ１０を維持することができる。次に、作動及び剛性が必要である、足趾離地中に、圧力の僅かな上昇によって、しわ発生圧力を超えたときにアクチュエータ１０の剛性が急上昇する（図４０を参照）。

アクチュエータ制御モード
以下のアクチュエータ制御モードは、制御装置によって実行することができる。
・連続的受動動作モードは、全可動域にわたって指定の速度で関節を変位させるために、設定された回数で繰り返すことができる関節の予め設定された軌道を可能にする。このモードは、一部の患者にとって最も有用であり得ると想定される。例えば、動作プロファイルは、療法士から記録して、このモードで再生することができる。
・機能補助モードは、装着者の意図又は何らかの意思的な動作／活動を検出することによって使用者の所望の動作を予測し、次いで、その動作を療法士によって指定された安全なレベルまで増幅させることによって補助する。脳卒中及び患者集団は、多くの場合、後遺症後もある程度の動作を行えるが、有用な作業を機能的に行うのに必要な強度又は持続的な調整を欠くことがある。このモードでは、システムが、患者の関節の位置を連続的に監視し、且つ、ある特定の閾値を超える動きが検出された場合に、アクチュエータが、その患者に対して予めプログラムされた時間にわたって加圧される。そのようなモデルは、ロボットの柔軟性によって可能である。このモードは、補助に先立って追加の動作を促すように最小閾値を修正できるので、回復による適用を可能にする。

肩用の軟質装着型ロボット
肩の筋肉を使用して活動を行う際に個人を補助するために軟質アクチュエータの構成が使用される実施形態の追加の考察が以下に提供される。肩用の軟質装着型ロボットは、肩の外転（ＡＢ）／内転（ＡＤ）及び肩の水平屈曲（ＨＦ）／伸展（ＨＥ）を補助する（図４７）。

別個の装着型ロボットを実現するために、アクチュエータの外形を縮小し、理想的にはアクチュエータを人間の腕の裏側に再配置するという目標を設定した。この再配置は、日常生活での使用者や地域社会による受容性を高めるために重要である。ロボットのプロファイルを低減する際の重要な要素は、依然として必要な出力及びモーメントを提供する一方でアクチュエータの体積を低減することであった。アクチュエータのプロファイルを低減する更なる結果は、利用可能なモーメントアームも低減されたことである。所与の大きさの空気圧アクチュエータによって生じ得る総モーメント／合力は、供給圧力の関数であり、これは、多くの小型電動圧縮機の圧力限界であるので、２００ｋＰａ（２９ＰＳＩ）に制限することを選択した。この圧力限界の結果として、アクチュエータの大きさと所望の出力モーメント／力との間でのトレードオフとなる。腕を外転させるために、１５〜２０Ｎｍ程度のモーメント（擬人化データを使用して算出される）が、腕の重量と使用者が保持する最大１ｋｇの追加荷重を克服するために生成される。

装着型ロボットは、この実施形態では、２種類の織物をベースにしたアクチュエータ１８及び２０が取り付けられるベスト５０を含む（図４８）。ベスト５０は、ポリクロロプレン（Ｓｅａｔｔｌｅ Ｆａｂｒｉｃｓ，ＵＳＡ）としても知られる、ネオプレンで構築され、且つ軟質十字リンク機構（ＳＣＬ）５４及び水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０を確実に止着するために装着者の腋の下の可撓性板５８で補強される。外転アクチュエータ（ＡＢＡ）１８は、個々の使用者２４に合わせた調整を可能にするために面ファスナ（例えば、Ｖｅｌｃｒｏ ＣｏｍｐａｎｉｅｓのＶＥＬＣＲＯ ｆａｓｔｅｎｅｒ）を有するパッド付き腕巻き付け部５２を介して上腕に結合される。巻き付け部５２が滑るのを防止するために、巻き付け部５２は、ストラップ５６を介してベスト５０に繋ぎ留められる。ＨＥＦＡ２０は、ＡＢＡ１８の縁部とベスト５０における可撓性板５８とに縫い付けられ、その一方で、ＳＣＬ５４は、ＡＢＡ１８をベスト５０における可撓性板５８に接続するために使用される。

軟質十字リンク機構（ＳＣＬ）
図４８及び図４９に図示するように（線１８を介して）ＡＢＡ１８をベスト５０に接続するために、十字靭帯を模した、４節リンク機構システム（軟質十字リンク機構）５４が開発された。リンク機構５４は、垂直軸線を中心とするＡＢＡ１８の回転を可能にし、その一方で、水平変位と垂直変位とを最小限に抑える。水平伸展（ＨＥ）を抑制しつつ最大の水平屈曲（ＨＦ）を可能にするために４節リンク機構１８の非対称配置（図４９の下部分に描かれている）を選択した。リンク機構５４のこれらの実施形態を作製するために、アラミド繊維（ＤｕＰｏｎｔのＫＥＶＬＡＲ ｆｉｂｅｒ）で補強された帆布（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ＵＳＡ）を使用した。４節リンク機構については、以下で更に説明する。

外転アクチュエータ（ＡＢＡ）
先述したＡＢＡ １８は、可撓性ヒンジを介して接続された２つの可撓性板３６を含む背部に取り付けられた非伸長性織物（Ｗｅａｔｈｅｒｍａｘ，ＵＳＡ）で作製されたセグメント化室を備えることができる（図５０）。可撓性板３６は、セグメント６０、６２間の位置ずれに抗するのに役立ち、且つ２つの織物層２６間の分割縫目がヒンジとして働く２つの織物層２６間に位置する。熱封止された熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）で作製された特大のブラダ３０（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｔ，ＵＳＡ）は、膨張可能な気密容積部を形成するために織物製構成要素に挿入される。ブラダ３０は、その機能が単に空気などの流体を保持することのみであるので過大であり、その一方で、生地構造は、加圧による応力を吸収し且つ分散させるように設計される。ロボットは当初、直立した（すなわち、横たわっていない）使用者を対象とするように意図されていたので、肩の内転（すなわち、重力によって補助される動作）が作動されない。肩の内転は、制御様式でＡＢＡ １８を簡単に収縮させることによって達成される。

アクチュエータ１８の主室は、しわの影響を抑制するために５つの副室６０、６２に分割されている。しわによって、アクチュエータの剛性と荷重を支持する能力とが劇的に低下する。織物が圧縮応力下で座屈する際に織物における局所応力が圧縮応力になると、しわが発生する。この現象は、膨張可能な梁及び膨張可能な錐体のしわの核形成基準を調べる研究で調査され、実験的に検証されている。アクチュエータ１８の膨張は、存在する圧縮応力を克服するために織物に予め付与される引張応力を生じさせる。そして、この効果は、より大きな圧力Ｐ_１（Ｐ_１＞Ｐ_２）が、加わるモーメント（σ_ＭＡ）からの圧縮応力を超えるのに十分な引張応力（σ_Ｐ１）を梁全体に生じさせ、これによって、しわの形成を防止する（σ_ＦＡ＞０）、図５２に図示されている。１つのセグメントにしわ６８が発生したとしても、単一セグメントのアクチュエータの場合であれば座屈するが、アクチュエータ１８全体が座屈しない。しわの発生圧力を低減すること（すなわち、しわの発生を防ぐための最小圧力）によって、所与の角度に対する圧力と出力モーメントとのより正確な関係を達成できると想定することが妥当である。

アクチュエータ１８によって生じる総モーメントは、図５０及び図５１における３つの中間室６０間のモーメントのほぼ合計である。２つの遠位室６２（図５０）は、それらのモーメントアームが低減された場合にモーメント生成にごく僅かに寄与する。アクチュエータ１８の理論上の回転中心（ＣＯＲ）６６は、肩関節と同じ場所に位置するのではなく、２つの可撓性板の関節に位置する。硬質フレームシステムでは、直動関節は、回転時に腕巻き付け部の平行移動を可能にするために使用される。しかしながら、板３６の可撓性及び織物要素の柔軟性のため、アクチュエータは、使用者を過度に拘束することなく人体に直接結合されてもよい。

外転アクチュエータを評価して特性付けるために、加わるモーメントを記録するための６軸ロードセル（Ｇａｍｍａ １５−５０，ＡＴＩ−ＩＡ，ＵＳＡ）と作動角度を記録するための１０２４カウント直交エンコーダ（Ｅ６Ｂ２，Ｓｐａｒｋｆｕｎ，ＵＳＡ）とを備える、試験用治具を開発した。７００ｋＰａの圧力変換器（１００ＰＡＡＡ５，Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ，ＵＳＡ）を用いて圧力を監視した。ＮＩ ＰＣＩｅ ６２５９ データ取得（ＤＡＱ）システム（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＵＳＡ）及びＳＩＭＵＬＩＮＫｓｏｆｔｗａｒｅ（Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ，ＵＳＡ）を使用して全てのデータを５００Ｈｚで取り込んだ。作動角度は、固定するか又は自由に回転させることができる。圧力に対するアクチュエータのモーメント出力を評価するために多数の別個の角度でアクチュエータを係止することによって静的モーメント試験を行った。追加的に、本発明者らは、自由回転を可能にして、アクチュエータを膨張させたときに一定荷重を加えることによって、圧力に対するセグメント化アクチュエータの出力動作の線形性を検証しようとした。

図５３及び図５４は、ＡＢＡ １８の本発明者らの実験的評価の結果を報告している。図５３では、多数の固定角度での圧力と出力モーメントとの関係が提示されている。２つの異なる領域が存在し、これらの領域のうちの第１の領域は、内圧の上昇と比較的一定である接触域とに起因してしわが発生しないと本発明者らが想定する線形領域が後に続く、しわに起因する室間の接触域の変化に起因すると本発明者らが考える、標準偏差（ＳＤ）の増加によって表すように、より大きな可変性を有する領域である。接触域の変化は、折り目内にあるのでもはや接触域の一部ではない、一部の織物を含むしわの折り目に起因する。図５３では、角度θが増加するにつれて発生モーメントが減少することも明らかである。これは、θの値が小さい場合に、予想される挙動であり、モーメント生成とモーメントアームの有効面積を増加させて、（図５１に図示する接触域６４において）結果として加わるモーメントを増加させる、追加の接触域がアクチュエータ１８のサブ室間に生じる。モーメント生成のための領域は、各セグメントが略球形平衡状態に向かう傾向にあるので、アクチュエータの角度θの増加に伴って減少し続ける。図５４では、一定荷重下での入力圧力と出力角度θの線形関係（Ｒ２＝０．９８）が明らかである。圧力と外転角度とのこの線形関係は、アクチュエータ１８の開ループ制御を大幅に簡素化するので理想的である。

水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）
肩の第２の自由度（ＤｏＦ）（すなわち、水平伸展／屈曲動作）を作動させるために、水平伸展／屈曲アクチュエータ（ＨＥＦＡ）２０を開発した（図３３及び図３４を参照）。水平伸展／屈曲から外転動作を切り離すために、ＡＢＡ １８に回転運動を付与するようにＨＥＦＡ ２０を設計した（図５５）。内転の場合には重力を利用できないので、伸展と屈曲の両方を達成するために、拮抗対のアクチュエータ２０が利用される。

各ＨＥＦＡ ２０は、ＳＣＬ ５４と組み合わされた場合、図５６に表すように、ＨＥＦＡ ２０を膨張させたときにＡＢＡ １８に圧縮力を伝達する４節リンク機構をもたらす、共通の空気供給部と直列に２つの楔形室を含む。ＡＢＡ １８と同様に、ＨＥＦＡ ２０は、内部の気密性ＴＰＵブラダ３０を備えた非伸長性の織物エンベロープ２６で構築される。ＨＥＦＡ ２０とＡＢＡ １８との間の境界点の軌跡（点Ｂ、図５６）は、ＡＢＡ １８の縁部が対向する縁部を中心に回転するときにＡＢＡ １８の縁部によって描かれる円弧である。非膨張時に、ＨＥＦＡ ２０は、折り畳まってαとφが０度に等しくなる。可撓性板の長さ、幅ｗ、及び円弧ａを変えることによって（図５６）、異なるストローク及び力のプロファイルを達成することが可能である。上部の可撓性板は、底部室によって生じるモーメントから力を伝達すると同時に、上部室の膨張からモーメントを生じさせる。底部室はベストの可撓性板に取り付けられるので、底部室の下に可撓性板は必要ない。本発明者らは、あらゆる圧力で角度αが一貫して角度φよりも小さくなることを観察した。本発明者らは、この効果は底部板に対する上部の可撓性板のより大きな変形に起因するものであると理論付けている。

次式は、アクチュエータの単一の室によって生じる力を説明している。図５６に描かれている自由体図から導き出されるように、

である。

Ｆ_２は、αがα_平衡に近づくにつれて減少する。α_平衡は、加圧された上部室によって達成可能である最大α角度であり、且つ、織物の円弧長さａと、アクチュエータの半径である、ｒとに基づいて算出される。α_平衡に達した時点で、可撓性板に加わる圧力は、織物における応力によって均衡が保たれ、Ｆ_２が０に低減される。この効果は、平衡状態に近いことを示す、実験的に決定された関数ｋによって得られる。
Ｋ（ｉ）≒（１−ｅ^{−３（ｉ−１）}） （４）
ここで、

ＨＥＦＡ ２０がＡＢＡ １８に伝達する、点Ｂにおけるｘ及びｙ方向に沿った合力は、２つの寄与の合計である。
Ｆ_Ｂｘ＝Ｆ_ｘ１＋Ｆ_ｘ２ （６）

Ｆ_ＢＹ＝Ｆ_ｙ２ （８）

ＨＥＦＡ ２０の性能を実験的に評価するために、多数の別個の角度での力出力を測定するための試験用治具（図５７）を開発した。加わる力を測定するために小型６軸ロードセル７６（Ｎａｎｏ１７，ＡＴＩ−ＩＡ，ＵＳＡ）を使用した。７００ｋＰａの圧力変換器（１００ＰＡＡＡ５，Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ，ＵＳＡ）を用いて圧力を監視し、ＮＩ ＰＣＩｅ ６２５９ ＤＡＱ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＵＳＡ）によって全てのデータを５００Ｈｚで取得して、ＳＩＭＵＬＩＮＫ ｓｏｆｔｗａｒｅ（Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ，ＵＳＡ）で処理した。

推定される力の大きさは、図５８及び図５９で観察できるように、記録された実験データと良好に相関する。ｘ方向の力は０．９４の平均Ｒ_２値を有し、その一方で、ｙ方向の力は０．７１の平均Ｒ_２値を有する。

装着型肩作動ロボットの例証に関する結論
ここで説明する試作品は、３つの個々のアクチュエータ、すなわち、肩の外転用の１つのアクチュエータ１８と、水平屈曲及び伸展の双方向制御用の２つのアクチュエータ２０とを備える。装着された構成要素全体は、この実施形態では、０．４８ｋｇの重さがあり、折り畳まって、非駆動時に使用者の動作を制限しない。事前結果は、対象とする筋肉の筋肉運動の大幅な低下を示し、そのような肩用の軟質装着型ロボットの実現可能性と有効性とを明示している。

これらの結果は、コスト、可搬性、保守点検の容易さ、及び形状因子の低減が最重要である状況での自立性を促進するために、家庭及び地域社会での使用などの、これらの軟質装着型ロボットの使用への道を開く。本明細書に開示した装着型ロボットを製作するために利用される技術は、アパレル産業による大量生産のために高度に拡張可能である。

アクチュエータの装着者への止着は、非伸長性の織物製構成要素と滑り止め材の使用によって改善されてもよい。種々の構成要素間の角度を測定するための軟質センサの一体化は、制御のための有益な情報を提供することができる。この試作品については、オフボード圧縮機によって圧力を供給したが、統合制御とパワーエレクトロニクスとを備えた可搬型システムは、完全な可動性に関する解決策を提供することができる。

例示的な筒形状アクチュエータでのアクチュエータ機能
図６０のアクチュエータを２つに折り曲げて膨張させる場合に、変化する断面積（ＣＳＡ）及びモーメントアームを有するベローズと見なすことができる。この面積とモーメントアームとの積は、断面１次モーメント（ＦＭＯＡ）８１を形成する。次いで、アクチュエータのトルク出力が、ＦＭＯＡ ８１とアクチュエータの内圧との積として算出され得る。ＣＳＡは、（セグメント８２と腹部８４と背部８６とを備えたアクチュエータ９４の交差面８８での撓み角度φが示されている、図６０の画像ｖｉに見られるように）曲がって変形したアクチュエータを２等分する平面に交差する変形したアクチュエータの面積であると推定される。この領域は、アクチュエータ９４の腹部８４とアクチュエータ９４自体との接触を含む。

このベローズの両側には、力伝達と力分散とを補助する膨張可能な梁がある。アクチュエータが膨張展開し続けると、アクチュエータの腹部８４間の自己接触が減少し、結果として、ＦＭＯＡ ８１が減少し、その一方で、膨張可能な梁の有効長さが増大する。筒状梁の場合、ＦＭＯＡ ８１は、アクチュエータ９４が展開するにつれて単調に減少する。アクチュエータが（図６０の画像ｉｉｉに見られるように）その平衡形状に達したときに、アクチュエータによって生じる正味モーメントはゼロになる。

図６０の画像ｉｉｉに示すアクチュエータは、約９０°で平衡に達するようにパターン形成される。パターン角度は、アクチュエータのＲＯＭを制御することができ、関節の過剰な作動を防止する。アクチュエータがそのパターン形成された平衡角度に近づくにつれて、織物における応力が、ＦＭＯＡモーメントに反作用するカウンタモーメントを生じさせ始め、アクチュエータのモーメント出力が低減される。アクチュエータのパターン角度において、アクチュエータのＦＭＯＡによって生じるモーメントは、織物における応力誘起のカウンタモーメントによって均衡が保たれ、結果として、回転中心の周りの正味トルク出力がゼロになる。

図６１は、半径は等しいが、１３６ｋＰａ（２０ｐｓｉ）の圧力でのパターン角度（すなわち、９０°、１２０°、１５０°、及び１８０°−各々に角度が示されている）が異なる、様々な筒状アクチュエータについてのトルクプロファイルを図示している。小さな角度では、アクチュエータが更に折り曲げられたときに、ＦＭＯＡ ８１の増大によって、典型的には、アクチュエータによって生じるトルクが大きくなる。アクチュエータのトルク応答は、アクチュエータの同等の半径に起因してアクチュエータ間で一貫している。この特定の試験では、作動角度がパターン角度の約８０％に近づくと、平衡カウンタモーメントが大きくなるにつれてトルク応答が低下し始める。

アクチュエータの所要のＲＯＭを超える過剰なパターン形成の結果として、アクチュエータ内に追加の材料が存在する。この材料は、アクチュエータＲＯＭの大部分で応力を受けない状態であり、織物の曲げ剛性が本質的に不足していることによって、応力を受けない状態で自由に動くことができる。この自由な動作によって、アクチュエータの交差域に柔軟性が追加され、アクチュエータがより低い角度でより容易に位置ずれするようになり、これによって、アクチュエータのトルク出力が低減される。

図６０の画像ｉｖ内のアクチュエータは、９０°のベースパターン角度を有するが、５つのセグメント８２に分割される。アクチュエータが、パターン角度によって画定された公称平衡角度に達した時点で、セグメントの端部が丸みを帯びて押し離され、アクチュエータのＲＯＭを増加させる。２等分されたアクチュエータのＦＭＯＡ ８１は、一定のままであり（図６０の画像ｉｖを参照）、その一方で、丸みを帯びたセグメント端部８３間の接触域の変化率（図６０の画像ｖ）は、平衡効果の変化率よりも急激ではなく、トルクのより緩やかな減少をもたらし、より線形のトルク対角度応答につながる。セグメントによって作り出された３次元（３Ｄ）構造は、交差域での織物の自由な動作を制限し、追加の材料によって導入される追加の柔軟性を制限する。

図６２は、ＲＯＭと一定圧力でのトルク対角度の関係の線形性との両方におけるセグメント化の効果を図示している。１５０°の非セグメント化アクチュエータ９２は、比較のための基準となる。１５０°のベースパターンを備えた５セグメントのアクチュエータ９４に分割されたときに、アクチュエータのＲＯＭは、約６０°〜約２１０°だけ増加する。セグメント化アクチュエータ９４が、同等のパターン角度（２１０°）を備えた非セグメント化アクチュエータ９２と比較されたときに、セグメント化アクチュエータ９４は、非セグメント化バージョン９２における平衡に起因したトルクの比較的急激な低下と比較してより線形のトルク対角度の関係を有する。セグメント化されたベース角度９６も描かれている。

高剛性織物は、アクチュエータの最終的な膨張幾何学形状を拘束するために使用される。高剛性織物の使用によって、アクチュエータの弾性変形が低減され、弾性アクチュエータとは異なり、内圧が変化しても比較的に一定のままであるアクチュエータ幾何学形状がもたらされる。

剛性織物は、４５０ニュートンの一軸引張荷重下で７０ｍｍのサンプル幅及び１１０ｍｍの長さを有する糸群の向きの何れかに沿って２５％以下伸びる織物として定義されてもよい。試験は一定の伸展率で実行される。試験体は、それぞれ３５ｍｍの深さで試験片の幅全体に係合するのに十分に幅広である波形グリップによってクランプされる。伸びは、試験用の試験体の元のゲージ長さ４０ｍｍに対するゲージ長さの変化として定義される。織物の糸群の向きは、限定されるものではないが、織物の経糸、緯糸、コース又はウェールの方向を含み得る。

図６３のグラフで特徴付けられた織物について、織物（織布）の糸群の向きは、経糸方向及び緯糸方向であり、このプロットでは０°及び９０°に相当する（角度が度で表されて描かれている）。好ましい方向ではない、４５°では、織物の剛性は、糸群の向きの何れかにおける剛性よりも大幅に低い。

種々の糸群の方向における剛性は、糸群のある向きでは他の向きと比較して極めて剛性が高くなる２方向伸縮織物と同様に、等しい必要はない。最終的な試験体サイズは、７０ｍｍ×（３５＋４０＋３５）ｍｍである。

医療用腕補助装置
本明細書では、リハビリテーション運動のツールとしても使用され得る、肩、肘、手首、及び手を含む腕の衰弱又は麻痺に苦しむ使用者を補助するように設計された装置について説明する。いくつかの実施形態では、装置は、１つの関節に対する１つのアクチュエータ、１つの関節に対する複数のアクチュエータ、又は複数の関節に対する複数のアクチュエータからなってもよい。使用者は、脳卒中を発症している若しくは脊髄に損傷がある場合があるか、又は筋ジストロフィー、ＡＬＳ、又は他の神経学的疾患又は整形外科的疾患がある場合がある。腕を動かすことは、さもなければ困難又は不可能であり得る、日常生活動作（ＡＤＬ）を行う上で極めて重要な要素である。ＡＤＬを行う能力は、健康と平均寿命とに関連があり、障害のある人々の生活の質を大きく向上させることが示されている。

装置に関して考慮される特定の懸念事項には、（ａ）装着者にとっての快適さ、（ｂ）目立たないように装着できること、（ｃ）不使用時に邪魔にならないこと、及び（ｄ）介護者の補助による着脱の容易さが含まれる。本明細書で説明するアクチュエータは、アクチュエータによって生じる特定の動きが装置上の一体型アクチュエータの位置、向き、及び取り付けの関数である状態で、肩の動きを補助するために装置に一体化される。

作動
外転アクチュエータ（ＡＢＡ）１８は、図６４に示すように、前頭面で又は前頭面のすぐ前方で、腕９８の下の、身体の側部に取り付けられ、且つ腋にわたって延びて腕９８の内側に取り付けられる。ＡＢＡの自然な動きは、図６５に見られるように、外転、屈曲、又はこれらのいくつかの組み合わせによって、重力に抗して腕を持ち上げる。アクチュエータ１８は、軟質ヒンジ９９（例えば、単一の縫目）によって胴体に取り付けられて、長手方向軸線を中心とした回転を可能にする。ＡＢＡ１８は、加圧されて腕９８を持ち上げるときにトルクを生じさせることによって動作を生み出す。ＡＢＡ １８は、ユーザインターフェース及びアクチュエータ材料における柔軟性を考慮に入れて、所望の角度（例えば９０度）よりも大きな角度（例えば１３５度）でパターン形成される、膨張形状を有するように設計される。角度付けされるようにアクチュエータ１８をパターン形成することによって、アクチュエータ１８が腋に近接して適合することが可能となり、装置の可視輪郭が低減される（図６４）。

腕９８の内回転及び外回転もまた、ＡＢＡ１８によって制御されてもよい。回転制御は、ＡＢＡ １８の取付具を上腕に対して付勢することによって受動的に達成することができる。図６６の画像Ａに示すように、取付具が腕９８の前方に向けて付勢される場合には、外転中に外回転が生じ、且つ図６６の画像Ｃに示すように、付勢が腕９８の後方に向かう場合には、内回転が生じる。回転はまた、アクチュエータ１８の一方の腕が前方に位置し且つ他方の腕が後方に位置する分岐ＡＢＡ １８の膨張差によって能動的に制御することもできる。

下部伸展アクチュエータ（ＬＥＡ）１００及び下部屈曲アクチュエータ（ＬＦＡ）１０２は、図６７に示すように、ヒンジ縫目の周囲のＡＢＡの回転度を決定する。これらのアクチュエータは、ＡＢＡ １８の両側に位置し、且つ共に膨張してＡＢＡ １８を位置決めする拮抗対であり、前頭面と矢状面との間のＡＢＡ １８の回転度を決定する。それゆえ、ＬＥＡ １００は、ＡＢＡ １８の前方に位置し、且つＬＦＡ １０２は後方に位置する。ＬＥＡ １００及びＬＦＡ １０２は、胴体と膨張したＡＢＡ １８との間で拡張して、ＡＢＡのヒンジを中心に回転するようにＡＢＡ １８（ひいては使用者の腕９８）を押圧することによって、動作を生み出す。

水平屈曲アクチュエータ（ＨＦＡ）２０は、図６８に示すように、腕９８を部分的又は完全に外転させた時点で腕を前方に押圧して水平屈曲させる。ＨＦＡ ２０は、使用者の背中（肩甲骨の上）から肩を横切って腕９８の後側に伸展する。腕９８を外転させたときに横断面に平行となる。ＨＦＡ２０は、膨張時に曲がりと伸展の両方を行い、それによって、腕９８を前方に押し出して（伸展して）、腕９８が屈曲する（曲がる）ときの肩の湾曲に対応するようにパターン形成される。伸縮性の低い織物で作製された、アクチュエータが、重要な拡張特性を有することを可能にするために、伸縮性のある織物下地層に縫い付けられているときに、アクチュエータにギャザーが作られる。

単一自由度を有する、肘は、肘の屈曲角度、すなわち、肘伸展アクチュエータ（ＥＥＡ）１０４及び肘屈曲アクチュエータ（ＥＦＡ）１０６を制御するために共に膨張できる拮抗対のアクチュエータ１０４及び１０６を必要とする（図６９）。ＥＥＡ １０４は、肘関節にわたって腕９８の前側に位置する伸展アクチュエータからなる。ＥＦＡ １０６は、肘関節にわたって腕９８の後側に位置する伸展アクチュエータからなる。

手首の周囲のアクチュエータは、２つの拮抗対（図６９）を使用して動作を生み出し、１対は屈曲１１０及び伸展１０８のためのものであり、別の対は橈側／尺側偏位のためのものである。そのような全てのアクチュエータは、屈曲又は屈曲／伸展動作を通じて手に力を加える。伸展アクチュエータ１０８及び屈曲アクチュエータ１１０は、手首関節にわたってそれぞれ前側及び後側に位置する。撓側及び尺側偏位アクチュエータは、内側と外側とにそれぞれ取り付けられる。

止着
これらのアクチュエータは腕に力を加え、この力は、身体において必ず反作用を受け、それによって、止着システムが必要となる。

肩に対する止着原理は以下の通りである。肩の周囲に位置決めされた２つの安定したハーネス（ベスト５０としての役割を果たす）が主な止着点を与える。肩は、荷重に耐えることができ且つ周縁が大幅に変化しない点において理想的な止着点である。背部交差ストラップ１１６及び前部胸骨ストラップ１１８は、非伸長性織布１１２と比較的伸縮性のある生地１４とで形成されたハーネスを示す、図７０に示すように、２つの肩ハーネスを連結する。これらのストラップ１１６及び１１８は、ハーネスを更に安定させて、ストラップ１１６と１１８の両方にわたって力を分散させるのに役立つ。

図７１に示すように、腕９８の重量を支持するＡＢＡ １８の位置によって、反作用を受ける必要がある２つの主な力、垂直力と水平力が生み出される。垂直力は、肩ハーネスに直接縫合された半硬質プラスチックで補強された非伸長性生地の当て布にアクチュエータ１８を縫い付けることによって反作用を受ける。それゆえ、垂直力は、この肩ハーネスと、異なるストラップを通じて他のハーネスとに分散される。水平力は、半硬質当て布の基部における水平ストラップ１３０によって反作用を受ける。上腕にかかる外転力は、図７２に示すように、主に腕帯部（巻き付け部）５２を通じて反作用を受ける。比較的特徴のない上腕に取り付けられる、腕帯部５２は、直径を調整可能な帯部５２の内側の滑り止め材１２０を利用する。外転中に、この帯部５２は、ＡＢＡ １８が腕９８に対して安定した状態にあることと、腕の重量がアクチュエータ１８の上部に残ることを確実にする。回転も制御するためにＡＢＡ １８が使用される場合、帯部５２はまた、ＡＢＡ１８からの上向き外転力を回転力に変換する役割も果たす。

図６８に示すように、ＨＦＡ ２０によって生じる力は、肩ハーネスと腕帯部とによって反作用を受ける。この場合、帯部は、ＨＦＡ ２０によって生じる軸方向伸展力を腕９８の上部分にかかる剪断力に変換する。

ＬＦＡ １０２及びＬＥＡ １００は、ＡＢＡ １８も取り付けられる同じ半硬質板に直接取り付けられる。力は、その板から反作用を受け、この板は、図６７に示すように、胴体に支えられる。

肘アクチュエータ１０４及び１０６は、肘の上下に取り付けられた２つの調整可能な滑り止め帯部５２を使用して上腕帯部５２と同様の方式で身体に止着される。これらの帯部５２は、図６９に示すように、回転トルクを上腕部及び前腕部にかかる剪断力に変換する。

この場合も、手首アクチュエータ１０８及び１１０は、図６９に示すように、前腕部の遠位端部の周囲に巻き付く帯部５２と、手の周囲に巻き付く手袋又は帯部５２とに依存する。

分散型作動
硬質装着型ロボットと軟質装着型ロボットの両方は、典型的には、単一のアクチュエータ又は１対の拮抗アクチュエータを使用して、関節における単一自由度を制御する。この目立たない作動の方式は、筋肉の連続的に可変する組み合わせを使用して滑らかで且つ制御された動きを生み出す、実際の人間の動きに密接に関係しないという点において限定的なものである。更に、軟質装置では、目立たないシステムの位置合わせがその性能に極めて重要になり、使用時に不適切に装着されるか又は「ドリフトする」リスクが常にある。アクチュエータ１２４の分散配列を備えた衣服１２８は、図７３に示すように、任意の１つのアクチュエータの正確な配置又は位置合わせに依存せず、これによって、身体上の装置のいかなる位置ずれにも対応するとともに、腕の動作の滑らかな可変制御を可能にする。以下に、アクチュエータの選択的加圧によって肩関節、肘関節、及び手首関節の動作を制御するための分散型作動装置について説明する。

分散型作動装置は、広い可動域と複数の自由度とを有する、肩関節と手首関節に特に有用である。肩用の装置は、種々のタイプの動作を生じさせ、アクチュエータの相対位置に応じて関節の周りに種々の力を加える、複数のアクチュエータからなってもよい。

例えば、腕の下の胴体上に横方向に位置するアクチュエータ１２４の配列は、加圧されたときに腕を展開させて持ち上げるようにパターン化されてもよい。腕の前又は後ろのアクチュエータ１２４の配列は、アクチュエータ１２４が入力圧力に応じて拡張又は収縮し得るように、且つ腕の上部のアクチュエータ１２４の配列が更なる持ち上げ力を生じさせ得るように設計されてもよい。そして、これらの力は、医療及び産業用途の説明に記載したものと同様のハーネスシステムによって反作用を受け、伸縮性生地で作製されたシャツ状の衣服１２８は、装着者の背中、胸骨及び肋骨にわたって、肩の周りに確実に取り付けられるより剛性の高い織物で構築されたハーネスシステムに一体化される。そのような止着システム１２２は、腕の動きを生み出すためにアクチュエータ１２４から腕及び胴体に力を伝達する。

そのような装置は、限定されるものではないが、使用者と衣服との間における内部アクチュエータ圧力と接触圧力の両方のための圧力センサ、アクチュエータ及び装着者の幾何学的変化を決定するための歪センサ、又は関節部位の角度を決定するためのＩＭＵを含む、様々な分散型センサ１２６を装備してもよい。これらのセンサ１２６は、装置の使用を追跡するために又は装置の制御を補助するために利用され得るデータを提供してもよい。このような検知システムはまた、システムドリフト及び位置合わせの問題を制御アルゴリズムに警告してこれらの問題を自動的に解消するように機能してもよい。

産業用肩補助
産業用外骨格スーツは、長時間続く頭上作業を行う作業者の肩の疲労を軽減する。そのような作業は、工場の組立ラインでよく見られ、また、何時間も続けて周期的に繰り返され、作業者が疲労するにつれて負傷のリスクが高まる。ある特定の製造業者の人間工学規則では、６０°超、更には９０°超の屈曲をなす状態に腕を維持することがリスク要因であると見なされる。また、人間工学規則によって、肩の屈曲は１０秒の持続時間に制限される。屈曲角度及び持続時間に関するこれらの人間工学規則の両方は、多くの場合、効率を高めるために製造現場で破られており、それによって作業者を疲労及び負傷のリスクの増加にさらす。

産業用外骨格スーツは、以下の基準（快適に一日中装着できる、非駆動時に自由な可動域を可能にする、駆動時に作業を行うのに十分な可動域を可能にする、十分に軟質の遠位側構成要素を含む、小型の近位側電源を含む、シフトによる最小限の管理しか必要としない、素早く着脱できる）を満たすことができる。

産業用肩装置は、準能動的補助方式を備えた、図７４に示すような押し出しアーキテクチャと、膨張式アクチュエータ１８とからなる。

準能動的補助とは、装置が、腕が持ち上げ位置に達するのを能動的に助けるのではなく、腕が持ち上げられた後になって初めて腕を支持することを意味する。製造及び他の用途に必要とされる長時間の連続した肩屈曲のため、そのような補助は、自身の腕を持ち上げる使用者と腕を支持する装置との間に時間差があるとしても、非常に有益である可能性がある。

アクチュエータは、図６４及び図６５に示すように、ヒンジ縫目を介して取り付けて、図７０及び７１に示すように止着することができる。図７５は、衣服上に一体化された肩ハーネスであって、アクチュエータの水平力に反作用する水平ストラップ１３０を含む肩ハーネスの止着システムを示す。

この装置用のアクチュエータは、製造作業に必要な全可動域内、例えば６０〜１５０度で腕を支持することができる。上記で説明したように、装置及びアクチュエータは、限定されるものではないが、使用者と衣服との間の内部アクチュエータ圧力と接触圧力の両方のための圧力センサ、アクチュエータ及び装着者の幾何学的変化を決定するための歪センサ、又は関節部位の角度を決定するためのＩＭＵを含む、様々なセンサを装備することができる。これらのセンサは、装置の使用を追跡するために又は装置の制御を補助するために利用され得るデータを提供してもよい。制御システムが、使用者の腕又は両腕が持ち上げられたことを表す任意の数のセンサからのセンサ信号を検出したときに、システムは、アクチュエータを膨張させて頭上作業を支持するように自動的に反応してもよい。システムはまた、使用者が、身の腕又は両腕を下げたいと望む任意のセンサ信号を検出して、使用者の自然な動作がごく僅かしか妨げられないように十分に素早く収縮してもよい。

本教示と一貫する追加の例は、以下の番号付き条項に記載する。
１．
織物アクチュエータにおいて
（ａ）織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び
（ｂ）織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造
のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する織物エンベロープを備え、
織物エンベロープが、室内の圧力の相対的上昇中における織物エンベロープの伸びによってではなく織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張形状と膨張後の平衡状態の所定の幾何学形状との間の幾何学形状の変化によって変位をもたらすように構成される、織物エンベロープの平衡状態における所定の幾何学形状を有する
ことを特徴とする織物アクチュエータ。

２．
条項１に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープが実質的に非伸長性であることを特徴とする織物アクチュエータ。

３．
条項２に記載の織物アクチュエータにおいて、実質的に非伸長性の織物エンベロープが、室に対する流体流入及び除去のための流入口及び流出口を除き、完全に密封された閉鎖容積部であることを特徴とする織物アクチュエータ。

４．
条項２に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープが複数の糸群を含み、且つ実質的に非伸長性とは、織物エンベロープが４５０ニュートンの一軸引張荷重下で７０ｍｍのサンプル幅及び４０ｍｍのゲージ長さ当たりの糸群の向きに沿って２５％未満伸びることを意味することを特徴とする織物アクチュエータ。

５．
条項２に記載の織物アクチュエータにおいて、実質的に非伸長性とは、織物が少なくとも１８０ＭＰａのヤング率を有することを意味することを特徴とする織物アクチュエータ。

６．
条項１乃至５の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープが複数の糸群を含み、且つ織物エンベロープは、流体が室内に圧送されたときに主たる繊維方向（すなわち、糸群を形成する繊維の最長寸法に平行な方向）に１０％以下だけ、追加の実施形態では、４５０ニュートンの一軸引張荷重下で７０ｍｍのサンプル幅及び１１０ｍｍの長さ当たりの主たる繊維方向に沿って５％以下又は更には１％以下だけ伸びることを特徴とする織物アクチュエータ。

７．
条項１乃至６の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープがセグメント化構造を有することを特徴とする織物アクチュエータ。

８．
条項７に記載の織物アクチュエータにおいて、セグメント化構造が、流体接続する複数の室を備えることを特徴とする織物アクチュエータ。

９．
条項８に記載の織物アクチュエータにおいて、セグメント化構造が、織物エンベロープに沿ってしわの核形成をセグメント境界で離隔することを特徴とする織物アクチュエータ。

１０．
条項９に記載の織物アクチュエータにおいて、複数の室の少なくとも２つが、異なる速度で膨張するように構成されることを特徴とする織物アクチュエータ。

１１．
条項１０に記載の織物アクチュエータにおいて、経路伸長特徴部の多い室が経路伸長特徴部の少ない室よりも先に膨張するか又は部分的に膨張することを特徴とする織物アクチュエータ。

１２．
条項１乃至１１の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープが流体不透過性ブラダとは別個のものであることを特徴とする織物アクチュエータ。

１３．
条項１乃至１１の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープが流体不透過性であることを特徴とする織物アクチュエータ。

１４．
条項１乃至１３の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープの所定の幾何学形状が複数の経路伸長織物特徴部を含み、織物アクチュエータが、室内の圧力の相対的上昇によって作動させたときに織物エンベロープの経路伸長織物特徴部の伸展によって変位の大部分をもたらすように構成されることを特徴とする織物アクチュエータ。

１５．
条項１４に記載の織物アクチュエータにおいて、経路伸長織物特徴部が、パターン形成された幾何学形状の形態であることを特徴とする織物アクチュエータ。

１６．
条項１５に記載の織物アクチュエータにおいて、パターン形成された幾何学形状が、ギャザー、ひだ、折り目、及びダーツから選択される少なくとも１つの特徴部を含むことを特徴とする織物アクチュエータ。

１７．
条項１乃至１６の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、歪、変位、力、及び圧力のうちの少なくとも１つを検知するように構成されたセンサを更に備え、センサが、アクチュエータに若しくは織物アクチュエータによる変位のために位置決めされた物体に取り付けられるか、又はアクチュエータと若しくは織物アクチュエータによる変位のために位置決めされた物体と一体化されることを特徴とする織物アクチュエータ。

１８．
条項１乃至１７の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープの幾何学形状が生じさせるように予め決定される変位が、曲げ、回転、曲げ戻し、折り曲げ、展開、伸展、又は収縮を含むことを特徴とする織物アクチュエータ。

１９．
条項１８に記載の織物アクチュエータにおいて、変位が曲げ又は展開を含み、且つ曲げが、織物エンベロープにおける非対称性によって予めプログラムされることを特徴とする織物アクチュエータ。

２０．
条項１８に記載の織物アクチュエータにおいて、変位が回転を含み、且つ回転が、織物エンベロープにおける非対称性によって予めプログラムされることを特徴とする織物アクチュエータ。

２１．
条項１乃至２０の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたって室内の圧力とアクチュエータの剛性との間に実質的に線形の関係をもたらすように設計されることを特徴とする織物アクチュエータ。

２２．
条項１乃至２０の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたって室内の圧力とアクチュエータの剛性との間に非線形関係をもたらすように設計されることを特徴とする織物アクチュエータ。

２３．
条項１２に記載の織物アクチュエータにおいて、幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたってアクチュエータのトルクとアクチュエータの変位との間に非線形関係をもたらすように設計されることを特徴とする織物アクチュエータ。

２４．
条項１乃至２３の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、織物エンベロープが、織物アクチュエータに沿ってしわを離隔するセグメント化構造を有することを特徴とする織物アクチュエータ。

２５．
条項１乃至２４の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、室と流体連通する流体ポンプ又は圧縮流体用リザーバであって、室に流体を供給するように構成された流体ポンプ又は圧縮流体用リザーバを更に備えることを特徴とする織物アクチュエータ。

２６．
条項１乃至２５の何れか一項に記載の織物アクチュエータにおいて、織物アクチュエータは、織物エンベロープが構成される織物よりも実質的に剛性の高い少なくとも１つの包含物であって、織物アクチュエータの変位を拘束するように構成される少なくとも１つの包含物を含むことを特徴とする織物アクチュエータ。

２７．
アクチュエータによって動作を容易にする方法において、
使用者によって装着される織物アクチュエータを利用するとともに、
（ａ）織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び
（ｂ）織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造
のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する織物エンベロープを備えることであって、織物エンベロープが所定の幾何学形状を有する、備えることと、
織物エンベロープの伸び又は収縮によってではなく織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張状態から所定の幾何学形状に移行することによって織物エンベロープを変位させるために室の内外に流体を送ることと、
（ａ）織物アクチュエータの変位によって使用者の身体部位を変位させることと、（ｂ）織物エンベロープが完全に加圧された補剛状態で、使用者の身体部位を支持して適所に保持することとのうちの少なくとも一方と
を含むことを特徴とする方法。

２８．
条項２７に記載の方法において、使用者が身体部位を支持が必要となる所望の位置に動かした後に流体がアクチュエータに送られることを特徴とする方法。

２９．
条項２７又は２８に記載の方法において、身体部位が、人間の肢又は使用者の肢の構成要素であることを特徴とする方法。

３０．
条項２９に記載の方法において、使用者が織物アクチュエータを使用者の肢の関節に沿って装着することを特徴とする方法。

３１．
条項３０に記載の方法において、アクチュエータをその平衡状態に達するように作動させることによって１８０°でない角度をなすように肢を変位させ、方法が、機械的停止を使用して平衡状態において達した角度を超える肢の更なる変位を停止することを更に含むことを特徴とする方法。

３２．
条項３０に記載の方法において、使用者が、腕の動きを作動させるために腋の下に複数の織物アクチュエータを装着し、複数の織物アクチュエータが、
片側が使用者の胴体の側部に沿って且つ別の側が装着者の腕の上部分に沿って取り付けられた外転アクチュエータと、
片側が外転アクチュエータの前の使用者の胴体に沿って且つ別の側が外転アクチュエータに取り付けられた前部水平伸展／屈曲アクチュエータと、
片側が外転アクチュエータの後ろの使用者の胴体に沿って且つ別の側が前部水平伸展／屈曲アクチュエータと拮抗的構成で外転アクチュエータに取り付けられた後部水平伸展／屈曲アクチュエータと
を含み、
腕を上方に回転させるために、流体が外転アクチュエータ内に送られ、且つ
腕を前方又は後方に水平回転させるために、流体が前部水平伸展／屈曲アクチュエータ及び後部水平伸展／屈曲アクチュエータの内外に送られる
ことを特徴とする方法。

３３．
条項３２に記載の方法において、アクチュエータが、使用者によって装着されたベストに取り付けられることを特徴とする方法。

３４．
条項３３に記載の方法において、外転アクチュエータが、使用者の腕の上部分を取り囲む巻き付け部を介して使用者の腕の上部分に沿って取り付けられることを特徴とする方法。

３５．
条項３３又は３４に記載の方法において、リンク機構が、外転アクチュエータの変位を拘束するためにベストと外転アクチュエータとに取り付けられることを特徴とする方法。

３６．
条項３２乃至３５の何れか一項に記載の方法において、外転アクチュエータの室がセグメント化され、且つ外転アクチュエータが、室セグメントの位置ずれに抗するのに役立つ少なくとも２つの板と、ヒンジとして働くように板を収容して板の間に延びる織物とを含む背部を備えることを特徴とする方法。

３７．
条項３２乃至３７の何れか一項に記載の方法において、水平伸展／屈曲アクチュエータが各々、
流体供給部と直列に流体連通する２つの楔形室と、
２つの楔形室の間及び周りに位置決めされた複数の板と
を備え、
楔形室と板と外転アクチュエータに取り付けられたリンク機構とが、水平伸展／屈曲アクチュエータを膨張させたときに外転アクチュエータに圧縮力を伝達する４節リンク機構を形成する
ことを特徴とする方法。

３８．
条項２７乃至３７の何れか一項に記載の方法において、織物エンベロープが、加圧時に機械的停止をもたらす変位での平衡状態を有し、機械的停止が、関節を過伸展させるほどの織物アクチュエータの過剰な変位を防止することを特徴とする方法。

３９．
条項２７乃至３８の何れか一項に記載の方法において、複数の織物アクチュエータを使用することを更に含み、異なる織物アクチュエータが肢の異なる変位を生じさせることを特徴とする方法。

４０．
条項２７乃至３９の何れか一項に記載の方法において、織物アクチュエータの作動及び作動解除のための特定の剛性特性を活用するために生地エンベロープのしわ発生圧力の上下に広がる圧力範囲にわたって流体圧力を変動させることを更に含むことを特徴とする方法。

４１．
条項２７乃至４０の何れか一項に記載の方法において、織物アクチュエータが、条項１乃至２６の何れか一項に記載の織物アクチュエータであることを特徴とする方法。

４２．
条項２７乃至４１の何れか一項に記載の方法において、センサを使用して織物アクチュエータ又は使用者を検知することと、センサの読取値を使用して織物アクチュエータの加圧を制御することとを更に含むことを特徴とする方法。

４３．
条項２７乃至４２の何れか一項に記載の方法において、実質的に非伸長性とは、織物エンベロープが４５０ニュートンの一軸引張荷重下で７０ｍｍのサンプル幅及び１１０ｍｍの長さ当たりの糸群の向きに沿って２５％未満伸びることを意味することを特徴とする方法。

４４．
条項２７乃至４３の何れか一項に記載の方法において、実質的に非伸長性とは、織物が少なくとも１８０ＭＰａのヤング率を有することを意味することを特徴とする方法。

４５．
条項２７乃至４４の何れか一項に記載の方法において、織物エンベロープは、流体が室内に圧送されたときに主たる繊維方向（すなわち、糸群を形成する繊維の最長寸法に平行な方向）に１０％以下だけ、追加の実施形態では、５％以下又は更には１％以下だけ伸びることを特徴とする方法。

４６．
条項２７乃至４５の何れか一項に記載の方法において、所定の幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたって室内の圧力とアクチュエータの剛性度との間に実質的に線形の関係を呈することを特徴とする方法。

４７．
条項２７乃至４６の何れか一項に記載の方法において、幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたってアクチュエータのトルクとアクチュエータの変位との間に非線形関係をもたらすように設計されることを特徴とする方法。

４８．
条項２７乃至４７の何れか一項に記載の方法において、アクチュエータが身体部位を曲げ、回転、曲げ戻し、折り曲げ、展開、伸展、又は収縮によって変位させることを特徴とする方法。

４９．
条項２７乃至４８の何れか一項に記載の方法において、織物アクチュエータが、変位をプログラムするために織物アクチュエータの互いに反対側に異なる経路長さを有することを特徴とする方法。

５０．
条項２７乃至４９の何れか一項に記載の方法において、所定の幾何学形状が、機械的停止部としての役割を果たす、ギャザー、ひだ、折り目、及びダーツから選択される少なくとも１つの特徴部を含むことを特徴とする方法。

５１．
条項２７乃至５０の何れか一項に記載の方法において、複数の織物アクチュエータを使用することを更に含み、異なる織物アクチュエータが肢の異なる変位を生じさせることを特徴とする方法。

５２．
条項２７乃至５１の何れか一項に記載の方法において、織物アクチュエータの作動及び作動解除のための特定の剛性特性を活用するために生地エンベロープのしわ発生圧力の上下に広がる圧力範囲にわたって流体圧力を変動させることを更に含むことを特徴とする方法。

５３．
条項２７乃至５２の何れか一項に記載の方法において、織物エンベロープは、流体が室内に圧送されたときに主たる繊維方向（すなわち、糸群を形成する繊維の最長寸法に平行な方向）に２％以下だけ伸びることを特徴とする方法。

５４．
条項２７乃至５３の何れか一項に記載の方法において、アクチュエータが身体部位をアクチュエータの径方向の拡張に起因する軸方向の収縮によって変位させることを特徴とする方法。

５５．
条項２７乃至５４の何れか一項に記載の方法において、室が、織物エンベロープ内に収納された流体不透過性ブラダによって流体不透過性となり、且つ流体不透過性ブラダが、弾性変形し得る前に織物エンベロープによって拘束されるような大きさとされることを特徴とする方法。

５６．
身体的作業を補助するための方法において、
使用者によって装着される少なくとも１つの織物アクチュエータを利用するとともに、（ａ）織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び（ｂ）織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する織物エンベロープを備えることであって、織物エンベロープが所定の幾何学形状を有する、備えることと、
織物エンベロープの伸び又は収縮によってではなく織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張状態から所定の幾何学形状に又は所定の幾何学形状に向かって移行することによって織物エンベロープを変位させるために室の内外に流体を送ることと、
（ａ）織物アクチュエータの変位によって使用者の身体部位を変位させることと、（ｂ）完全に又は部分的に加圧された状態にある織物エンベロープを用いて使用者の身体部位の完全な又は部分的な支持を与えることとのうちの少なくとも一方と
を含むことを特徴とする方法。

５７．
条項５６に記載の方法において、室を部分的に加圧し、それによって室を部分的に補剛するために、流体が室内に送られることを特徴とする方法。

５８．
条項５６又は５７に記載の方法において、室を完全に加圧し、それによって室を完全に補剛するために、流体が室内に送られることを特徴とする方法。

５９．
条項５６乃至５８の何れか一項に記載の方法において、流体ポンプ又は圧縮流体用リザーバも使用者によって装着されることを特徴とする方法。

６０．
条項５６乃至５９の何れか一項に記載の方法において、織物アクチュエータが、織物アクチュエータから装着者に力を伝達するための特徴部を含むベストを介して装着者に取り付けられることを特徴とする方法。

６１．
条項５６乃至６０の何れか一項に記載の方法において、センサを使用して織物アクチュエータ又は使用者を検知することと、センサの読取値を使用して織物アクチュエータの加圧を制御することとを更に含むことを特徴とする方法。

６２．
条項５６乃至６１の何れか一項に記載の方法において、使用者が身体部位を支持が必要となる位置に動かした後に流体が織物アクチュエータに送られることを特徴とする方法。

６３．
条項５６乃至６２の何れか一項に記載の方法において、織物アクチュエータに送られた流体は、使用者が身体部位を所望の位置に動かすのを補助することを特徴とする方法。

６４．
装着者の肩用の軟質装着型ロボットにおいて、
ベストと、
腕巻き付け部と、
片側がベストに且つ別の側が腕巻き付け部に取り付けられた外転アクチュエータと
を備え、
外転アクチュエータが、（ａ）実質的に非伸長性の織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び（ｂ）実質的に非伸長性の織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する実質的に非伸長性の織物エンベロープを備え、実質的に非伸長性の織物エンベロープが、１８０°でない角度変位で平衡状態をもたらす所定の幾何学形状であって、室の加圧時に更なる変位を停止する所定の幾何学形状を有する
ことを特徴とする軟質装着型ロボット。

６５．
条項６４に記載の軟質装着型ロボットにおいて、
片側が外転アクチュエータの第１の側でベストに且つ別の側が外転アクチュエータに取り付けられた前部水平伸展／屈曲アクチュエータと、
片側が外転アクチュエータの第２の側でベストに且つ別の側が前部水平伸展／屈曲アクチュエータと拮抗的構成で外転アクチュエータに取り付けられた後部水平伸展／屈曲アクチュエータと
を更に備え、
外転アクチュエータが、（ａ）実質的に非伸長性の織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び（ｂ）実質的に非伸長性の織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する実質的に非伸長性の織物エンベロープを備え、実質的に非伸長性の織物エンベロープが、１８０°でない角度変位で平衡状態をもたらす所定の幾何学形状であって、室の加圧時に更なる変位を停止する所定の幾何学形状を有する
ことを特徴とする軟質装着型ロボット。

６６．
条項６４又は６５に記載の軟質装着型ロボットにおいて、外転アクチュエータの室と流体連通する流体源であって、外転アクチュエータを作動させるために室内に流体を圧送するように構成された流体源を更に備えることを特徴とする軟質装着型ロボット。

６７．
条項６４乃至６６の何れか一項に記載の軟質装着型ロボットにおいて、ベストが、少なくとも１つのアクチュエータからベストの装着者に力を伝達するための特徴部を含むことを特徴とする軟質装着型ロボット。

６８．
条項６４乃至６７の何れか一項に記載の軟質装着型ロボットにおいて、
少なくとも１つのアクチュエータ又はベストの装着者を検知するように位置決めされて構成されたセンサと、
センサから読取値を受信し、センサからの読取値に応答して外転アクチュエータの内外に流体を圧送するように流体源に指令するために流体源と通信するように構成された制御装置と
を更に備えることを特徴とする軟質装着型ロボット。

６９．
条項１乃至２６の何れか一項に記載の織物アクチュエータを使用する方法において、方法が、織物アクチュエータを人に取り付けることと、人の解剖学的部位を支持するように織物アクチュエータを少なくとも部分的に膨張させることとを含むことを特徴とする方法。

７０．
条項６９に記載の方法において、織物アクチュエータが、人の腕と胴体との間の角度で配置されることを特徴とする方法。

７１．
肢を動かす方法において、方法が、条項１乃至２６の何れか一項に記載の織物アクチュエータを人の肢に取り付けることと、肢の動きをもたらすように織物アクチュエータを少なくとも部分的に膨張させることとを含むことを特徴とする方法。

本発明の実施形態の説明する際に、明確にするために特定の専門用語が使用される。説明の目的で、特定の用語は、同様の結果を実現するために同じように動作する技術的及び機能的等価物を少なくとも含むように意図されている。追加的に、本発明の特定の実施形態が複数のシステム要素又は方法ステップを含むいくつかの例では、これらの要素又はステップが単一の要素又はステップに置き換えられてもよい。同様に、単一の要素又はステップが、同じ目的を果たす複数の要素又はステップに置き換えられてもよい。更に、本発明の実施形態に関して種々の特性についてのパラメータ又は他の値が本明細書に規定されている場合、別途明記されない限り、それらのパラメータ又は値を、１００分の１、５０分の１、２０分の１、１０分の１、５分の１、３分の１、２分の１、２分の３、４分の３、５分の４、１０分の９、２０分の１９、５０分の４９、１００分の９９などだけ上方若しくは下方に（又は１、２、３、４、５、６、８、１０、２０、５０、１００倍などだけ上方に）、又は四捨五入したそれらの近似値によって調整することができる。その上、本発明についてその特定の実施形態を参照して示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、形態と細部における種々の置換及び変更を施してもよいことを理解するであろう。更にまた、他の態様、機能、及び利点も本発明の範囲内にあり、且つ、本発明の全ての実施形態は、必ずしも上記で説明した利点の全てを達成する必要はないし、上記で説明した特徴の全てを有する必要もない。追加的に、一実施形態に関連して本明細書で述べたステップ、要素及び特徴を、他の実施形態と併せて同様に使用することができる。本文の全体を通じて引用された参考文献のテキスト、雑誌論文、特許、特許出願などを含む、参考文献の内容は、その全体が参照によってあらゆる目的で本明細書に組み込まれ、且つこれらの参考文献からの実施形態、特徴、特性、及び方法の全ての適切な組み合わせ並びに本開示が、本発明の実施形態に含まれてもよい。また更に、「背景技術」の項で特定された構成要素及びステップは、本開示に不可欠なものであり、本発明の範囲内における本開示の別の箇所で説明された構成要素及びステップとの関連で又はそれらの代わりに使用することができる。方法請求項（又は方法が別の箇所に列挙される場合）において、段階が特定の順序で列挙される場合には（参照を容易にするために加えられた順序付け先頭文字の有無にかかわらず）、それら段階は、用語及び語句によって別途明記又は暗示されない限り、列挙される順序に時間的に限定されるものと解釈されるべきではない。

Claims (69)

1. 織物アクチュエータにおいて、
   （ａ）前記織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び
   （ｂ）前記織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造
   のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する織物エンベロープを備え、
   前記織物エンベロープが、前記室内の圧力の相対的上昇中における前記織物エンベロープの伸びによってではなく前記織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張形状と膨張後の平衡状態の所定の幾何学形状との間の幾何学形状の変化によって変位をもたらすように構成される、前記織物エンベロープの平衡状態における前記所定の幾何学形状を有する
   ことを特徴とする織物アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープが実質的に非伸長性であることを特徴とする織物アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の織物アクチュエータにおいて、前記実質的に非伸長性の織物エンベロープが、前記室に対する流体流入及び除去のための流入口及び流出口を除き、完全に密封された閉鎖容積部であることを特徴とする織物アクチュエータ。
4. 請求項２に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープが複数の糸群を含み、且つ実質的に非伸長性とは、前記織物エンベロープが４５０ニュートンの一軸引張荷重下で７０ｍｍのサンプル幅及び４０ｍｍのゲージ長さ当たりの糸群の向きに沿って２５％未満伸びることを意味することを特徴とする織物アクチュエータ。
5. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープが複数の糸群を含み、且つ前記織物エンベロープは、前記流体が前記室内に圧送されたときに主たる繊維方向に１０％以下だけ、追加の実施形態では、４５０ニュートンの一軸引張荷重下で７０ｍｍのサンプル幅及び１１０ｍｍの長さ当たりの糸群の向きに沿って５％以下又は更には１％以下だけ伸びることを特徴とする織物アクチュエータ。
6. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープがセグメント化構造を有することを特徴とする織物アクチュエータ。
7. 請求項６に記載の織物アクチュエータにおいて、前記セグメント化構造が、流体接続する複数の室を備えることを特徴とする織物アクチュエータ。
8. 請求項７に記載の織物アクチュエータにおいて、前記セグメント化構造が、前記織物エンベロープに沿ってしわの核形成をセグメント境界で離隔することを特徴とする織物アクチュエータ。
9. 請求項８に記載の織物アクチュエータにおいて、前記複数の室の少なくとも２つが、異なる速度で膨張するように構成されることを特徴とする織物アクチュエータ。
10. 請求項９に記載の織物アクチュエータにおいて、経路伸長特徴部の多い室が経路伸長特徴部の少ない室よりも先に膨張するか又は部分的に膨張することを特徴とする織物アクチュエータ。
11. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープが前記流体不透過性ブラダとは別個のものであることを特徴とする織物アクチュエータ。
12. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープが流体不透過性であることを特徴とする織物アクチュエータ。
13. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープの前記所定の幾何学形状が複数の経路伸長織物特徴部を含み、前記織物アクチュエータが、前記室内の圧力の前記相対的上昇によって作動させたときに前記織物エンベロープの前記経路伸長織物特徴部の伸展によって前記変位の大部分をもたらすように構成されることを特徴とする織物アクチュエータ。
14. 請求項１３に記載の織物アクチュエータにおいて、前記経路伸長織物特徴部が、パターン形成された幾何学形状の形態であることを特徴とする織物アクチュエータ。
15. 請求項１４に記載の織物アクチュエータにおいて、前記パターン形成された幾何学形状が、ギャザー、ひだ、折り目、及びダーツから選択される少なくとも１つの特徴部を含むことを特徴とする織物アクチュエータ。
16. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、歪、変位、力、及び圧力のうちの少なくとも１つを検知するように構成されたセンサを更に備え、前記センサが、前記アクチュエータに若しくは前記織物アクチュエータによる変位のために位置決めされた物体に取り付けられるか、又は前記アクチュエータと若しくは前記織物アクチュエータによる変位のために位置決めされた物体と一体化されることを特徴とする織物アクチュエータ。
17. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープの前記幾何学形状が生じさせるように予め決定される前記変位が、曲げ、回転、曲げ戻し、折り曲げ、展開、伸展、又は収縮を含むことを特徴とする織物アクチュエータ。
18. 請求項１７に記載の織物アクチュエータにおいて、前記変位が曲げ又は展開を含み、且つ前記曲げが、前記織物エンベロープにおける非対称性によって予めプログラムされることを特徴とする織物アクチュエータ。
19. 請求項１７に記載の織物アクチュエータにおいて、前記変位が回転を含み、且つ前記回転が、前記織物エンベロープにおける非対称性によって予めプログラムされることを特徴とする織物アクチュエータ。
20. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたって前記室内の圧力と前記アクチュエータの剛性との間に実質的に線形の関係をもたらすように設計されることを特徴とする織物アクチュエータ。
21. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたって前記室内の圧力と前記アクチュエータの剛性との間に非線形関係をもたらすように設計されることを特徴とする織物アクチュエータ。
22. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたって前記アクチュエータのトルクと前記アクチュエータの前記変位との間に非線形関係をもたらすように設計されることを特徴とする織物アクチュエータ。
23. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物エンベロープが、前記織物エンベロープに沿ってしわを離隔するセグメント化構造を有することを特徴とする織物アクチュエータ。
24. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記室と流体連通する流体ポンプ又は圧縮流体用リザーバであって、前記室に流体を供給するように構成された流体ポンプ又は圧縮流体用リザーバを更に備えることを特徴とする織物アクチュエータ。
25. 請求項１に記載の織物アクチュエータにおいて、前記織物アクチュエータは、前記織物エンベロープが構成される織物よりも実質的に剛性の高い少なくとも１つの包含物であって、前記織物アクチュエータの変位を拘束するように構成される少なくとも１つの包含物を含むことを特徴とする織物アクチュエータ。
26. アクチュエータによって動作を容易にする方法において、
    使用者によって装着される織物アクチュエータを利用するとともに、
    （ａ）前記織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び
    （ｂ）前記織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造
    のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する織物エンベロープを備えることであって、前記織物エンベロープが所定の幾何学形状を有する、備えることと、
    前記織物エンベロープの伸び又は収縮によってではなく前記織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張状態から前記所定の幾何学形状に移行することによって前記織物エンベロープを変位させるために前記室の内外に流体を送ることと、
    （ａ）前記織物アクチュエータの前記変位によって前記使用者の身体部位を変位させることと、（ｂ）前記織物エンベロープが完全に加圧された補剛状態で、前記使用者の前記身体部位を支持して適所に保持することとのうちの少なくとも一方と
    を含むことを特徴とする方法。
27. 請求項２６に記載の方法において、前記使用者が前記身体部位を支持が必要となる所望の位置に動かした後に前記流体が前記アクチュエータに送られることを特徴とする方法。
28. 請求項２６に記載の方法において、前記身体部位が、人間の肢又は前記使用者の肢の構成要素であることを特徴とする方法。
29. 請求項２８に記載の方法において、前記使用者が前記織物アクチュエータを前記使用者の肢の関節に沿って装着することを特徴とする方法。
30. 請求項２９に記載の方法において、前記アクチュエータをその平衡状態に達するように作動させることによって特定の１８０°でない角度をなすように前記肢を変位させ、前記方法が、前記織物エンベロープの前記所定の幾何学形状によって前記特定の角度を超える前記肢の更なる変位を停止することを更に含むことを特徴とする方法。
31. 請求項２９に記載の方法において、前記使用者が、腕の動きを作動させるために腋の下に複数の前記織物アクチュエータを装着し、前記複数の織物アクチュエータが、
    片側が使用者の胴体の側部に沿って且つ別の側が前記装着者の腕の上部分に沿って取り付けられた外転アクチュエータと、
    片側が前記外転アクチュエータの前の前記使用者の胴体に沿って且つ別の側が前記外転アクチュエータに取り付けられた前部水平伸展／屈曲アクチュエータと、
    片側が前記外転アクチュエータの後ろの前記使用者の胴体に沿って且つ別の側が前記前部水平伸展／屈曲アクチュエータと拮抗的構成で前記外転アクチュエータに取り付けられた後部水平伸展／屈曲アクチュエータと
    を含み、
    前記腕を上方に回転させるために、前記流体が前記外転アクチュエータ内に送られ、且つ
    前記腕を前方又は後方に水平回転させるために、前記流体が前記前部水平伸展／屈曲アクチュエータ及び後部水平伸展／屈曲アクチュエータの内外に送られる
    ことを特徴とする方法。
32. 請求項３１に記載の方法において、前記アクチュエータが、前記使用者によって装着されたベストに取り付けられることを特徴とする方法。
33. 請求項３２に記載の方法において、前記外転アクチュエータが、前記使用者の腕の前記上部分を取り囲む巻き付け部を介して前記使用者の腕の前記上部分に沿って取り付けられることを特徴とする方法。
34. 請求項３２に記載の方法において、リンク機構が、前記外転アクチュエータの変位を拘束するために前記ベストと前記外転アクチュエータとに取り付けられることを特徴とする方法。
35. 請求項３２に記載の方法において、前記外転アクチュエータの前記室がセグメント化され、且つ前記外転アクチュエータが、前記室セグメントの位置ずれに抗するのに役立つ少なくとも２つの板と、ヒンジとして働くように前記板を収容して前記板の間に延びる織物とを含む背部を備えることを特徴とする方法。
36. 請求項３２に記載の方法において、前記水平伸展／屈曲アクチュエータが各々、
    流体供給部と直列に流体連通する２つの楔形室と、
    前記２つの楔形室の間及び周りに位置決めされた複数の板と
    を備え、
    前記楔形室と前記板と前記外転アクチュエータに取り付けられたリンク機構とが、前記水平伸展／屈曲アクチュエータを膨張させたときに前記外転アクチュエータに圧縮力を伝達する４節リンク機構を形成する
    ことを特徴とする方法。
37. 請求項２６に記載の方法において、前記アクチュエータをその平衡状態に達するように作動させることによって特定の角度をなすように前記身体部位を変位させ、前記方法が、前記身体部位又は前記身体部位によって形成された関節を過伸展させるほどの前記織物アクチュエータの過剰な変位を防止するために、前記織物エンベロープの前記所定の幾何学形状によって前記特定の角度を超える前記身体部位の更なる変位を停止することを更に含むことを特徴とする方法。
38. 請求項２６に記載の方法において、複数の前記織物アクチュエータを使用することを更に含み、異なる織物アクチュエータが前記肢の異なる変位を生じさせることを特徴とする方法。
39. 請求項２６に記載の方法において、前記織物アクチュエータの作動及び作動解除のための特定の剛性特性を活用するために前記生地エンベロープのしわ発生圧力の上下に広がる圧力範囲にわたって流体圧力を変動させることを更に含むことを特徴とする方法。
40. 請求項２６に記載の方法において、前記織物アクチュエータが、請求項１乃至２５の何れか一項に記載の織物アクチュエータであることを特徴とする方法。
41. 請求項２６に記載の方法において、センサを使用して前記織物アクチュエータ又は前記使用者を検知することと、前記センサの読取値を使用して前記織物アクチュエータの加圧を制御することとを更に含むことを特徴とする方法。
42. 請求項２６に記載の方法において、実質的に非伸長性とは、前記織物エンベロープが４５０ニュートンの一軸引張荷重下で７０ｍｍのサンプル幅及び１１０ｍｍの長さ当たりの糸群の向きに沿って２５％未満伸びることを意味することを特徴とする方法。
43. 請求項２６に記載の方法において、前記織物エンベロープは、前記流体が前記室内に圧送されたときに主たる繊維方向に１０％以下だけ、追加の実施形態では、５％以下又は更には１％以下だけ伸びることを特徴とする方法。
44. 請求項２６に記載の方法において、前記所定の幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたって前記室内の圧力と前記アクチュエータの剛性度との間に実質的に線形の関係を呈することを特徴とする方法。
45. 請求項２６に記載の方法において、前記幾何学形状が、変位の範囲の大部分にわたって前記アクチュエータのトルクと前記アクチュエータの前記変位との間に非線形関係をもたらすように設計されることを特徴とする方法。
46. 請求項２６に記載の方法において、前記アクチュエータが前記身体部位を曲げ、回転、曲げ戻し、折り曲げ、展開、伸展、又は収縮によって変位させることを特徴とする方法。
47. 請求項２６に記載の方法において、前記織物アクチュエータが、前記変位をプログラムするために前記織物アクチュエータの互いに反対側に異なる経路長さを有することを特徴とする方法。
48. 請求項２６に記載の方法において、前記所定の幾何学形状が、機械的停止部としての役割を果たす、ギャザー、ひだ、折り目、及びダーツから選択される少なくとも１つの特徴部を含むことを特徴とする方法。
49. 請求項２６に記載の方法において、複数の前記織物アクチュエータを使用することを更に含み、異なる織物アクチュエータが前記肢の異なる変位を生じさせることを特徴とする方法。
50. 請求項２６に記載の方法において、前記織物アクチュエータの作動及び作動解除のための特定の剛性特性を活用するために前記生地エンベロープのしわ発生圧力の上下に広がる圧力範囲にわたって流体圧力を変動させることを更に含むことを特徴とする方法。
51. 請求項２６に記載の方法において、前記織物エンベロープは、前記流体が前記室内に圧送されたときに主たる繊維方向に２％以下だけ伸びることを特徴とする方法。
52. 請求項２６に記載の方法において、前記アクチュエータが前記身体部位を前記アクチュエータの径方向の拡張に起因する軸方向の収縮によって変位させることを特徴とする方法。
53. 請求項２６に記載の方法において、前記室が、前記織物エンベロープ内に収納された前記流体不透過性ブラダによって流体不透過性となり、且つ前記流体不透過性ブラダが、弾性変形し得る前に前記織物エンベロープによって拘束されるような大きさとされることを特徴とする方法。
54. 身体的作業を補助するための方法において、
    使用者によって装着される少なくとも１つの織物アクチュエータを利用するとともに、（ａ）前記織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び（ｂ）前記織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する織物エンベロープを備えることであって、前記織物エンベロープが所定の幾何学形状を有する、備えることと、
    前記織物エンベロープの伸び又は収縮によってではなく前記織物エンベロープの変位に起因して主に非膨張状態から前記所定の幾何学形状に又は前記所定の幾何学形状に向かって移行することによって前記織物エンベロープを変位させるために前記室の内外に流体を送ることと、
    （ａ）前記織物アクチュエータの前記変位によって前記使用者の身体部位を変位させることと、（ｂ）完全に又は部分的に加圧された状態にある前記織物エンベロープを用いて前記使用者の前記身体部位の完全な又は部分的な支持を与えることとのうちの少なくとも一方と
    を含むことを特徴とする方法。
55. 請求項５４に記載の方法において、前記室を部分的に加圧し、それによって前記室を部分的に補剛するために、流体が前記室内に送られることを特徴とする方法。
56. 請求項５４に記載の方法において、前記室を完全に加圧し、それによって前記室を完全に補剛するために、流体が前記室内に送られることを特徴とする方法。
57. 請求項５４に記載の方法において、流体ポンプ又は圧縮流体用リザーバも前記使用者によって装着されることを特徴とする方法。
58. 請求項５４に記載の方法において、前記織物アクチュエータが、前記織物アクチュエータから前記装着者に力を伝達するための特徴部を含むベストを介して前記装着者に取り付けられることを特徴とする方法。
59. 請求項５４に記載の方法において、センサを使用して前記織物アクチュエータ又は前記使用者を検知することと、前記センサの読取値を使用して前記織物アクチュエータの加圧を制御することとを更に含むことを特徴とする方法。
60. 請求項５４に記載の方法において、前記使用者が前記身体部位を支持が必要となる位置に動かした後に前記流体が前記織物アクチュエータに送られることを特徴とする方法。
61. 請求項５４に記載の方法において、前記織物アクチュエータに送られた前記流体は、前記使用者が前記身体部位を所望の位置に動かすのを補助することを特徴とする方法。
62. 装着者の肩用の軟質装着型ロボットにおいて、
    ベストと、
    腕巻き付け部と、
    片側が前記ベストに且つ別の側が前記腕巻き付け部に取り付けられた外転アクチュエータと
    を備え、
    前記外転アクチュエータが、（ａ）前記実質的に非伸長性の織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び（ｂ）前記実質的に非伸長性の織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する実質的に非伸長性の織物エンベロープを備え、前記実質的に非伸長性の織物エンベロープが、１８０°でない角度変位で平衡状態をもたらす所定の幾何学形状であって、前記室の加圧時に更なる変位を停止する所定の幾何学形状を有する
    ことを特徴とする軟質装着型ロボット。
63. 請求項６２に記載の軟質装着型ロボットにおいて、
    片側が前記外転アクチュエータの第１の側で前記ベストに且つ別の側が前記外転アクチュエータに取り付けられた前部水平伸展／屈曲アクチュエータと、
    片側が前記外転アクチュエータの第２の側で前記ベストに且つ別の側が前記前部水平伸展／屈曲アクチュエータと拮抗的構成で前記外転アクチュエータに取り付けられた後部水平伸展／屈曲アクチュエータと
    を更に備え、
    前記前部水平伸展／屈曲アクチュエータ及び前記後部水平伸展／屈曲アクチュエータが各々、（ａ）前記実質的に非伸長性の織物エンベロープ内に収容された流体不透過性ブラダ、及び（ｂ）前記実質的に非伸長性の織物エンベロープに組み込まれた流体不透過性構造のうちの少なくとも１つによって流体不透過性となる室を画定する実質的に非伸長性の織物エンベロープを備え、前記実質的に非伸長性の織物エンベロープが、１８０°でない角度変位で平衡状態をもたらす所定の幾何学形状であって、前記室の加圧時に更なる変位を停止する所定の幾何学形状を有する
    ことを特徴とする軟質装着型ロボット。
64. 請求項６２に記載の軟質装着型ロボットにおいて、前記外転アクチュエータの前記室と流体連通する流体源であって、前記外転アクチュエータを作動させるために前記室内に流体を圧送するように構成された流体源を更に備えることを特徴とする軟質装着型ロボット。
65. 請求項６２又は６３に記載の軟質装着型ロボットにおいて、前記ベストが、少なくとも１つのアクチュエータから前記ベストの装着者に力を伝達するための特徴部を含むことを特徴とする軟質装着型ロボット。
66. 請求項６２又は６３に記載の軟質装着型ロボットにおいて、
    少なくとも１つのアクチュエータ又は前記ベストの装着者を検知するように位置決めされて構成されたセンサと、
    前記センサから読取値を受信し、前記センサからの読取値に応答して外転アクチュエータの内外に流体を圧送するように流体源に指令するために前記流体源と通信するように構成された制御装置と
    を更に備えることを特徴とする軟質装着型ロボット。
67. 請求項１乃至２５の何れか一項に記載の織物アクチュエータを使用する方法において、前記方法が、前記織物アクチュエータを人に取り付けることと、前記人の解剖学的部位を支持するように前記織物アクチュエータを少なくとも部分的に膨張させることとを含むことを特徴とする方法。
68. 請求項６７に記載の方法において、前記織物アクチュエータが、前記人の腕と胴体との間の角度で配置されることを特徴とする方法。
69. 肢を動かす方法において、前記方法が、請求項１乃至２５の何れか一項に記載の織物アクチュエータを人の肢に取り付けることと、前記肢の動きをもたらすように前記織物アクチュエータを少なくとも部分的に膨張させることとを含むことを特徴とする方法。

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