JP2021506611A - 外骨格構造 - Google Patents

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Abstract

本発明は、外骨格構造であって、−ユーザの脚に固定されることを意図された脚部(35)と、−ユーザの足に固定されることを意図された足部(37)と、−脚部(35)を足部(37)に連結する機械的連結アセンブリ(36)であって、ユーザの足が脚に対して内転/外転の動作を行うときに、第1の回動軸線(X1)のまわりで脚部(35)に対して、足部(37)の回動を可能とする第1の枢動軸(361)と、ユーザの足が脚に対して外返し/内返しの動作を行うときに、第2の回動軸線(X2)のまわりで脚部(35)に対して足部(37)を回動させるのを可能とする第2の枢動軸(365)と、を含む機械的連結アセンブリ(36)と、を備え、第1の枢動軸(361、461)は、ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに地面から20センチメートル以上の高さに配置され、第1の回動軸線(X1)と第2の回動軸線(X2)との間の距離が5センチメートル以下である、外骨格構造、に関する。

Description

本発明は、外骨格構造に関する。
力補助外骨格は、人間の骨格の構造を複製し、人体の身体的能力を改善することを可能にする機械的構造である。
力補助外骨格には、ユーザが実行するタスクに依存するさまざまなタイプがある。各タイプの外骨格は、特定のタスクの実行中にユーザによって供給される力を制限または低減することを可能にする。
しかしながら、外骨格構造の重量が地面に伝達されない場合、ユーザは外骨格構造の重量を支持しなければならず、これは、ユーザの移動の自由を制限し、ユーザの下半身に必然的に伝達される追加の荷重を生成する結果となる。
さらに、ユーザにとって、外骨格構造を装着または除去することは困難であり得る。
本発明の1つの目的は、より快適であり、ユーザの動きをできるだけ妨げない外骨格構造を提案することである。
この目的は、本発明の範囲内で、外骨格構造であって、
− ユーザの脚に固定されることを意図した脚部と、
− ユーザの足に固定されることを意図した足部と、
− 脚部を足部に連結する機械的連結アセンブリであって、ユーザの足の内転/外転の動作中に、第1の回動軸線のまわりで脚部に対して、足部の回動を可能にする第1の枢動軸と、ユーザの足首の回内/回外の動作中に、第2の回動軸線のまわりで脚部に対して、足部の回動を可能にする第2の枢動軸と、を含む機械的連結アセンブリと、を備え、ユーザが基準解剖学的姿勢で地上に立っているときに、第1の枢動軸が脚部の片側に配置されるように、脚部がユーザの矢状面と第1の枢動軸との間に位置されるように、第1の枢動軸が地面から20センチメートル以上の高さに配置されるように、第1の枢動軸が配置され、第1の回動軸線および第2の回動軸線の間の距離が5センチメートル以下であるように、第1の回動軸線は配向されている、外骨格構造によって実施される。
「2つの軸の間の距離」は、2つの軸のそれぞれにそれぞれ位置する2つの点を分離する最小の距離として定義されることを想起されたい。
発明は、第1の枢動軸をユーザの足首から十分に離れた位置(即ち、地上から一定の高さで)に位置付けるとき、足首の実際の回動の中心にできるだけ近づくように、第1の回動軸線を配置することができるという観察に基づいている。特に、第1の回動軸線は、足首の自由度を可能な限り忠実に再現し、したがって、より快適な外骨格構造を得るように、第2の回動軸線に十分に近くなるように(すなわち、軸間の距離が5センチメートル以下になるように)配置される。
さらに、第1の枢動軸は、脚部がユーザの矢状面と第1の枢動軸との間に位置するように、脚部の一方の側に配置される。
第1の枢動軸のこの配置は、ユーザの脛骨の前に位置する空間、ならびに脚の内部空間を自由にすることを可能にする。このようにして、外骨格構造をより容易に着脱することができる。加えて、これは、歩行中に外骨格構造とユーザの他方の足との間の干渉の危険性を制限する。
さらに、この構成は、構造の異なる部分のより軽量でかさばらない設計を可能にする。
本発明の好ましい実施形態では、第1の回動軸線は、第2の回動軸線と交差するように配向される(すなわち、軸間の距離はゼロである)。第1の回動軸線と第2の回動軸線とは、同時に存在し、それらは、足首の自由度を維持することを可能にする。
提案された外骨格構造は、以下の特徴をさらに有することができる。すなわち、
− ユーザが基準解剖学的姿勢で立っているときに、垂直方向に対して第1の非ゼロ角度を形成するように第1の回動軸線は配向され、この第1の角度は、1度〜30度の間、好ましくは10度〜15度の間に含まれ、例えば、12度に等しい、
− ユーザの足首の屈曲/伸展の動作中に、第3の回動軸線のまわりで脚部に対して、足部の回動を可能にする第3の枢動軸を機械的連結アセンブリは備え、
− ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザのくるぶしの高さよりも低い高さに第3の枢動軸は配置される、
− 第3の枢動軸は、ユーザのくるぶしに対してユーザの足の裏に向かって配置される、
− 第1の回動軸線は、第1の回動軸線と第3の回動軸線との間の距離が5センチメートル以下であるように配向される、
− 第3の回動軸線は、第3の回動軸線を横切るように配向される、
− ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザの前頭面と第2の非ゼロ角度を形成するように第3の回動軸線は配向され、この第2の角度は、1度〜15度の間、好ましくは4度〜7度の間に含まれ、例えば、6度に等しい、
− ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザの横断面と第3の非ゼロ角度を形成するように第3の回動軸線は配向され、この角度は、5度〜15度の間、好ましくは6度〜8度の間に含まれ、例えば、8度に等しい、
− 機械的連結アセンブリは、第1の枢動軸を介して脚部に連結された第1の端部と、第3の枢動軸に連結された第2の端部とを有する連結部を備え、連結部は、連結部の長さを調節するように互いに対して摺動するように取り付けられた2つの部分と、長さが調節されると2つの部分を互いに対してロックするロック装置とを備える、
− ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、水平方向に対して第4の非ゼロ角度を形成するように第2の回動軸線は配向され、この角度は、1度〜30度の間、好ましくは15度〜25度の間に含まれ、例えば、18度である、
− ユーザが立っているときにユーザのくるぶしの下を通過するように第2の回動軸線が配向される、
− ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、第2の回動軸線が足の後部からユーザの足の前部に向かって進められるとき、第2の回動軸線は下方に配向される。
他の特徴および利点は、純粋に例示的であり、限定的ではなく、添付の図面を参照して読まれなければならない以下の説明によって明らかになるであろう。
本発明の一実施形態に従う外骨格構造を装備したユーザを正面図で概略的に示す図である。 図1の外骨格構造の一部を背面図で概略的に示す図である。 図1の外骨格構造の一部を背面図で概略的に示す図である。 図1の外骨格構造の一部を上面図で概略的に示す図である。 図1の外骨格構造の一部を側面図で概略的に示す図である。
1つの実施形態の詳細な説明
図1は、解剖学的構造における基準システムに従って、解剖学的基準姿勢(「基準姿勢」または「基準解剖学的姿勢」とも呼ばれる)で、水平な地面上に立っているユーザを概略的に示す。
図1は、さらに、利用者の前頭面F、矢状面S、および横断面Tを示す図を含む。既知の方法では、矢状面Sは、ユーザの身体の右半分から左半分を分離する正中面に平行な面として定義される。前頭面Fまたは冠状面は、正中面に垂直であり、身体を前部または腹部と後部または背部とに分離する平面として定義される。横断面Tまたは横断面は、正中面に垂直であり、かつ、本体を上部(頭部側)および下部(足部側)に分離する面として定義される。
図1において、ユーザは、ユーザの下部部材の動作中にユーザを補助するための力補助外骨格構造1を装備している。
図1に示す外骨格構造1は、ユーザのウエストを取り囲むことができる腰部ベルト2と、第1の下部部材アセンブリ3と、第2の下部部材アセンブリ4とを備える。
腰部ベルト2は、ユーザのウエストのまわりに配置され、ユーザの腰に支持される。腰部ベルト2は、腰部ベルトに固定された電池および制御ユニット(図示せず)を支持することができる。バッテリは、構造の異なるアクチュエータに電気エネルギーを供給することを可能にする。コントロールユニットは、異なるアクチュエータを制御するようにプログラムされている。
第1の下部部材アセンブリ3は、ユーザの第1の下部部材に沿って延在し(図1の例では、第1の下部部材アセンブリは、ユーザの右下部部材に沿って延在する)、第1の股関節枢動軸31(ユーザの右側に位置する)によって腰部ベルト2に連結される。
第1の下部部材アセンブリ3は、第1の股関節枢動軸31と、ユーザの右大腿に沿って延びるのに適した第1の大腿骨部32と、ユーザの右大腿に固定されるのに適した第1の大腿部33と、第1の膝関節枢動軸34と、ユーザの右脚に固定されるのに適した第1の脚部35と、第1の機械的連結アセンブリ36と、ユーザの右足に固定されるのに適した第1の足部37とを備える。
第1の股関節枢動軸31は、骨盤に対するユーザの右大腿部の屈曲/伸展の動作中に、腰ベルト2に対する第1の大腿骨部32の回動を可能にする。
第1の下部部材アセンブリ3は、第1の股関節枢動軸31と一体化された股関節アクチュエータをさらに備えることができる。股関節アクチュエータは、右股関節の屈曲または伸展の動作中に腰部ベルト2に対して脛骨部32を回転駆動するように、ステータと、ステータに対して回転駆動されるのに適したロータとを備える。
第1の膝関節枢動軸34は、第1の大腿骨部32を第1の脚部35に連結する。膝関節枢動軸34は、右膝関節の屈曲/伸展の動作中に、大腿骨部32に対する脚部35の回動を可能にする。
第1の下部部材アセンブリ3は、第1の膝関節枢動軸34と一体化された膝アクチュエータをさらに備えることができる。膝アクチュエータは、右膝関節の屈曲または伸展の動作中に大腿骨部32に対して脚部35を回転駆動するように、ステータと、ステータに対して回転駆動されるのに適したロータとを備える。
図2に示すように、第1の連結アセンブリ36は、枢動軸361と、脛骨部362と、枢動軸363と、中間部364と、枢動軸365とを備えている。
脛骨部362は、脚部35と中間部364との間でユーザのふくらはぎに沿って延びる。脛骨部362は、第1の端部366および第2の端部367を有する。
脚部35は、枢動軸361によって脛骨部362に連結されている。より正確には、脚部35は、枢動軸361によって脛骨部362の第1の端部366に連結される。枢動軸361は、脚に対するユーザの足の内転/外転の動作中に、回動軸線X1のまわりの脚部35に対する脛骨部362の回動を可能にする。
中間部364は、脛骨部362と足部37との間に延在する。中間部364は、枢動軸363によって脛骨部362に連結されている。より正確には、中間部364は、枢動軸363によって脛骨部362の第2の端部367に連結される。枢動軸363は、脚に対するユーザの足の屈曲/伸展の回動動作中に、回動軸線X3のまわりの脛骨部362に対する中間部364の回動を可能にする。
中間部364は、枢動軸365によって足部37に連結されている。枢動軸365は、ユーザの足の後ろ、すなわち踵の後ろに配置される。枢動軸365は、脚に対するユーザの足の外返し/内返しの動作中に、回動軸線X2のまわりの中間部364に対する足部37の回動を可能にする。
足部37は、ユーザの足に固定するのに適している。より正確には、足部37は、外骨格構造1に及ぼされる力を、靴5を介して地面に伝達するように、ユーザの右靴5、例えば靴底に固定されるのに適している。
足部37は、靴5の靴底の両側に延在するのに適した2つの分枝部371及び372を有する。足部37の各分枝部371、372は、例えば、靴底の厚さに貫通する1つ以上の固定ピンによって靴底に固定される。
脛骨部362は、ランナによって互いに対して摺動可能に取り付けられた2つの部分368、369に形成することができる。部分368および369の互いに対する摺動は、脛骨部362の短縮または延長を可能にし、ユーザの形態に応じて脛骨部362の長さの調整を可能にする。脛骨部362はまた、脛骨部を所望の長さにロックすることを可能にするロック装置を備えることができる。
図1に見られるように、枢動軸361は、脚部35がユーザの矢状面Sと枢動軸361との間に位置するように、脚部35の一方の側に配置される。
加えて、枢動軸363は、ユーザの足の一方の側、すなわち、くるぶしの近くに配置される。より正確には、枢動軸363は、中間部364がユーザの矢状面Sと枢動軸363との間に位置決めされるように、中間部364の一方の側に位置決めされる。
その結果、脛骨部362は、ユーザの脚の外側に(脛骨の前ではなく)延在する。これにより、軽量な外骨格構造1を設計することができる。さらに、外骨格構造1は、装着および除去がより容易である。ユーザは、外骨格構造1の存在なしに、通常行うように、靴を着けたり、靴を取り外したりすれば十分である。さらに、これは、2つの脚アセンブリ間の干渉を制限するように、足首を取り囲む空間、特に足首の内側に位置する空間を解放することを可能にする。
図1に示すように、第2の下部部材アセンブリ4は、第1の下部部材アセンブリ3に対して対称である。第2の下部部材アセンブリ4はまた、第1の股関節枢動軸31と対称的な第2の股関節枢動軸41によって腰部ベルト2に連結されている。第2の下部部材アセンブリ4は、ユーザの第2の下部部材に沿って延在する(図1の例では、第2の下部部材アセンブリは、ユーザの左側下部部材に沿って延在する)。
第2の下部部材アセンブリ4は、第1の下部部材アセンブリ3の部品と同一であるが、ユーザの矢状面Sに対して対称に配置された部品を備える。
したがって、第2の下部部材アセンブリ4は、第2の股関節枢動軸41と、ユーザの左大腿に沿って延在するのに適した第2の大腿骨部42と、ユーザの左大腿に固定されるのに適した第2の大腿部43と、第2の膝関節枢動軸44と、ユーザの左脚に固定されるのに適した第2の脚部45と、第2の機械的連結アセンブリ46と、ユーザの左足に固定されるのに適した第2の足部47とを備える。
第2の股関節枢動軸41は、骨盤に対するユーザの左大腿部の屈曲/伸展の動作中に、腰部ベルト2に対する第2の大腿骨部42の回動を可能にする。
第2の下部部材アセンブリ4は、股関節枢動軸41と一体化された股関節アクチュエータをさらに備えることができる。股関節アクチュエータは、股関節の屈曲または伸展の動作中に腰部ベルト2に対して脛骨部42を回転駆動するように、ステータと、ステータに対して回転駆動されるのに適したロータとを備える。
第2の膝関節枢動軸44は、第2の大腿骨部42を第2の脚部45に連結する。膝関節枢動軸44は、大腿部に対するユーザの脚の屈曲/伸展の動作中に、大腿骨部42に対する脚部45の回動を可能にする。
第2の下部部材アセンブリ4は、第2の膝関節枢動軸44と一体化された膝アクチュエータをさらに備えることができる。膝アクチュエータは、膝関節の屈曲または伸展の動作中に大腿骨部42に対して脚部45を回転駆動するように、ステータと、ステータに対して回転駆動されるのに適したロータとを備える。
図3に示すように、第2の連結アセンブリ46は、第1の枢動軸461と、脛骨部462と、第2の枢動軸463と、中間部464と、第3の枢動軸465とを含む。
脛骨部462は、ランナによって互いに対して摺動可能に取り付けられた2つの部分468、469に形成することができる。部分468および469の互いに対する摺動は、脛骨部462の短縮または延長を可能にし、ユーザの形態に応じて脛骨部362の長さを調整することを可能にする。脛骨部462はまた、脛骨部を所望の長さにロックすることを可能にするロック装置を含むことができる。
第2の連結アセンブリ46は、矢状面Sに対して第1の連結アセンブリ36と対称に配置される。
特に、図1に見られるように、第1の枢動軸461は、脚部45がユーザの矢状面Sと第1の枢動軸461との間に位置するように、脚部45の一方の側に配置される。
さらに、第2の枢動軸463は、ユーザの足の片側で、くるぶしの近くに配置される。より正確には、第2の回動軸線463は、中間部464がユーザの矢状面Sと第2の回動軸線463との間に位置するように、中間部464の一方の側に配置される。
その結果、脛骨部462は、ユーザの脚の外側に(脛骨の前ではなく)延在する。
図2に示すように、枢動軸361の回動軸線X1は、ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、垂直方向に対して第1のゼロでない角度αを形成するように配向される。第1の角度αは、1度〜30度の間、好ましくは10度〜15度の間に含まれ、例えば、約12度である。
同様に、枢動軸461の回動軸線X1も、ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、垂直方向に対して第1のゼロでない角度αを形成するように配向される。
さらに、図2および図3に示すように、第1の連結アセンブリ3の枢動軸363および第2の連結アセンブリ46の枢動軸463は、ユーザが立っているときにユーザのくるぶしの高さよりも低い高さに配置される。
回動軸線X3は、ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザの横断面Tとゼロでない角度βを形成するように配向され、この角度は、5度〜15度の間、好ましくは6度〜8度の間に含まれ、例えば、約8度である。
さらに、図4に示されるように、第1の連結アセンブリ36の枢動軸363は、ユーザのくるぶしに対してユーザの足の後方に向かって配置される。この配置は、中間部の寸法を最小にするのを可能とし、その結果、外骨格構造をより軽量にすることを可能にする。
第2の連結アセンブリ46の枢動軸463は、矢状面に対して第1の連結アセンブリ36の枢動軸363の配置と対称の配置を有する。
さらに、回動軸線X3は、ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザの前頭面Fとゼロでない角度γを形成するように配向され、この角度は、1度〜15度の間、好ましくは4度〜7度の間に含まれ、例えば、約6度である。
回動軸線X3は回動軸線X2の上を通り、回動軸線X3とX2の交点はない。
一方、図4に示すように、第1の連結アセンブリ36および第2の連結アセンブリ46の両方において、回動軸線X1は、回動軸線X2と交差している。
図5に示されるように、回動軸線X2は、ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザの横断面Tに対してゼロでない角度δで配向され、この角度は、1度〜30度の間、好ましくは15度〜25度の間に含まれ、例えば、約18度である。
回動軸線X2は、回動軸線X2が足の後部から足の前部に向かって進められるとき、下方に配向される。この構成は、ユーザが不規則な地形、すなわちでこぼこの地面を歩いているときでさえ、外骨格構造1の強化された安定性を得るという利点を有する。実際、ユーザが自分の足を粗い地形上に置く場合、靴6の靴底の粗さによって生成される反力の印加点は、必然的に、外返し/内返しの軸線X2の上方に位置し、その結果生じるモーメントは、ユーザの足首に課される回動を制限する傾向を有する。(反対に、回動軸線X2が靴6の靴底の粗さによって生成される反力の印加点より上に位置する構造では、結果として生じるモーメントが生成され、これは、ユーザの足首に課される回動を強める傾向がある)。

Claims (14)

  1. 外骨格構造(1)であって、
    − ユーザの脚に固定されることを意図した脚部(35、45)と、
    − ユーザの足に固定されることを意図した足部(37、47)と、
    − 脚部(35、45)を足部(37、47)に連結する機械的連結アセンブリ(36、46)であって、ユーザの足の内転/外転の動作中に、第1の回動軸線(X1)のまわりで脚部(35、45)に対して、足部(37、47)の回動を可能にする第1の枢動軸(361、461)と、ユーザの足首の回内/回外の動作中に、第2の回動軸線(X2)のまわりで脚部(35、45)に対して、足部(37、47)の回動を可能にする第2の枢動軸(365、465)と、を含む機械的連結アセンブリ(36、46)と、
    を備え、
    ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、第1の枢動軸(361、461)が脚部(35、45)の片側に配置されるように、脚部(35、45)がユーザの矢状面と第1の枢動軸(361、461)との間に位置されるように、第1の枢動軸(361、461)が地面から20センチメートル以上の高さに配置されるように、第1の枢動軸(361、461)が配置され、第1の回動軸線(X1)および第2の回動軸線(X2)の間の距離が5センチメートル以下であるように、第1の回動軸線(X1)は配向されている、外骨格構造。
  2. 第1の回動軸線(X1)が、第2の回動軸線(X2)と交差するように配向される、請求項1に記載の外骨格構造。
  3. ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、垂直方向に対して第1の非ゼロ角度(α)を形成するように第1の回動軸線(X1)が配向され、この第1の角度が、1度〜30度の間、好ましくは10度〜15度の間に含まれ、例えば、12度に等しい、請求項1および2のいずれか1項に記載の外骨格構造。
  4. ユーザの足首の屈曲/伸展の動作中に、第3の回動軸線(X3)のまわりで脚部(35、45)に対して、足部(37、47)の回動を可能にする第3の枢動軸(363、463)を機械的連結アセンブリ(36、46)が備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  5. ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザのくるぶしの高さよりも低い高さに第3の枢動軸(363、463)が配置される、請求項4に記載の外骨格構造。
  6. 第3の枢動軸(363、463)が、ユーザのくるぶしに対してユーザの足の裏に向かって配置される、請求項4および5のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  7. 第1の回動軸線(X1)が、第1の回動軸線(X1)と第3の回動軸線(X3)との間の距離が5センチメートル以下であるように配向される、請求項4から6のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  8. 第3の回動軸線(X1)が、第3の回動軸線(X3)を横切るように配向される、請求項4から7のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  9. ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザの前頭面と第2の非ゼロ角度(γ)を形成するように第3の回動軸線(X3)が配向され、この第2の角度が、1度〜15度の間、好ましくは4度〜7度の間に含まれ、例えば、6度に等しい、請求項4から8のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  10. ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザの横断面と第3の非ゼロ角度(β)を形成するように第3の回動軸線(X3)が配向され、この角度が、5度〜15度の間、好ましくは6度〜8度の間に含まれ、例えば8度に等しい、請求項4から9のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  11. 機械的連結アセンブリ(36、46)が、第1の枢動軸(361、461)を介して脚部(35、45)に連結された第1の端部(366、466)と、第3の枢動軸(363、463)に連結された第2の端部(367、467)と、を有する連結部(362、462)を備え、連結部(362、462)が、連結部(362、462)の長さを調節するように互いに対して摺動するように取り付けられた2つの部分(368、369、468、469)と、長さが調節されると2つの部分(368、369、468、469)を互いに対してロックするロック装置と、を備える、請求項4から10のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  12. ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、水平方向に対して第4の非ゼロ角度(δ)を形成するように第2の回動軸線(X2)が配向され、この角度が、1度〜30度の間、好ましくは15度〜25度の間に含まれ、例えば18度である、請求項1から11のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  13. ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、ユーザのくるぶしの下を通過するように第2の回動軸線(X2)が配向される、請求項1から12のいずれか一項に記載の外骨格構造。
  14. ユーザが解剖学的基準姿勢で立っているときに、第2の回動軸線(X2)が、足の後部からユーザの足の前部に向かって進められるときに、第2の回動軸線(X2)が、下方に配向される、請求項1から13のいずれか一項に記載の外骨格構造。
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