JP2023528603A - 移動ロボットに対するユーザインタフェース並びにフィードバックシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

外骨格システムは、ユーザの脚部に結合されるように構成された少なくとも１つの脚部アクチュエータユニットを含み、脚部アクチュエータユニットは、間接を介して回転可能に結合された上腕及び下腕を含み、間接は、膝の上側でユーザの上腿部の周りに結合された上腕及び膝の下側でユーザの下脚部の周りに結合された下腕を有するユーザの膝に位置付けられ、脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースは、複数の入力及びフィードバック要素、並びに上腕と下腕との間に伸長するアクチュエータを含む。【選択図】図１０

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年５月２７日出願され、「ＰＯＷＥＲＥＤ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＵＳＥＲ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＡＮＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ」と題された、代理人整理番号０１１０４９６－０１０ＰＲ０に関する米国仮特許出願第６３／０３０，５８６号の非仮特許出願であり、その優先権を主張するものである。本出願は、その全体が、全ての目的のために、参照により本明細書に組み込まれるものとする。

本出願は、２０２０年７月３０日出願され、「ＰＯＷＥＲＥＤ ＤＥＶＩＣＥ ＴＯ ＢＥＮＥＦＩＴ Ａ ＷＥＡＲＥＲ ＤＵＲＩＮＧ ＴＡＣＴＩＣＡＬ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」と題された、代理人整理番号０１１０４９６－０１１ＰＲ０に関する米国仮特許出願第６３／０５８，８２５号の非仮特許出願であり、その優先権を主張するものである。本出願は、その全体が、全ての目的のために、参照により本明細書に組み込まれるものとする。

また、本出願は、本出願と同日に出願された、弁理士整理番号０１１０４９６－０１０ＵＳ０、０１１０４９６－０１２ＵＳ０、０１１０４９６－０１３ＵＳ０、０１１０４９６－０１４ＵＳ０、０１１０４９６－０１６ＵＳ０、０１１０４９６－０１７ＵＳ０、それぞれ「ＰＯＷＥＲＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＵＳＥＲ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＡＮＤ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ」、「ＦＩＴ ＡＮＤ ＳＵＳＰＥＮＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ Ａ ＭＯＢＩＬＥ ＲＯＢＯＴ」、「ＢＡＴＴＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ Ａ ＭＯＢＩＬＥ ＲＯＢＯＴ」、「ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ Ａ ＭＯＢＩＬＥ ＲＯＢＯＴ」、「ＤＡＴＡ ＬＯＧＧＩＮＧ ＡＮＤ ＴＨＩＲＤ－ＰＡＲＴＹ ＡＤＭＩＮＩＳＴＲＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＭＯＢＩＬＥ ＲＯＢＯＴ」、及び「ＭＯＤＵＬＡＲ ＥＸＯＳＫＥＬＥＴＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」と題され、それぞれ出願番号ＸＸ／ＹＹＹ，ＺＺＺ、ＸＸ／ＹＹＹ，ＺＺＺ、ＸＸ／ＹＹＹ，ＺＺＺ、ＸＸ／ＹＹＹ，ＺＺＺ、ＸＸ／ＹＹＹ，ＺＺＺ及びＸＸ／ＹＹＹ，ＺＺＺを含む米国非仮出願に関する。これらの出願は、それらの全体が、全ての目的のために参照により本明細書に援用されている。

ユーザが装着している外骨格システムの実施形態の例示的な図解である。 ユーザの１本の脚に結合された脚部アクチュエータユニットの一実施形態の正面図である。 ユーザの脚に結合された図３の脚部アクチュエータユニットの側面図である。 図３及び４の脚部アクチュエータユニットの斜視図である。 外骨格システムの例示的な実施形態を示すブロック図である。 外骨格システムを含む外骨格ネットワークの一実施形態を示し、外骨格システムは、外部デバイスに直接接続を介して及び／またはネットワークを介して操作可能に結合され、外骨格サーバ及び管理デバイスにネットワークを介して操作可能に結合される。 ユニタリ機能ボタン及び選択インジケータボタンを含むバックパックのストラップ上に配置されたユーザインタフェースの実施例を例示する。 脚部アクチュエータユニットの上腕の筐体上に配置されたユニタリ機能ボタンを含む脚部アクチュエータユニットを例示する。 脚部アクチュエータユニットの上腕に統合された５個のライトから構成されたユーザインタフェースの実施例を例示する。 それぞれのラインを介して左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットに動作可能に結合された、外骨格デバイス及び空圧システムを有する外骨格パックを含む外骨格システムの実施例の実施形態のブロック図である。 複数のシステム状態及びシステム状態の間の遷移を含む外骨格システムの実施例の状態機械を例示する。 図１１の状態機械のコンテキストにおいて例示される完全教師あり意図認識方法の実施例及び第１のボタンを有するユーザインタフェースである。 図１１の状態機械のコンテキストにおいて例示される完全教師あり意図認識方法の別の実施例並びに第１のボタン及び第２のボタンを有するユーザインタフェースである。 図１１の状態機械のコンテキストにおいて例示される完全教師あり意図認識方法のさらなる実施例並びに第１のボタンを有するユーザインタフェースである。 １つの実施形態に従った、教師なし意図認識方法の実施例を例示する。 半教師あり意図認識方法の実施例の実施形態を例示する。 立っている状態が８個のそれぞれの状態への８個のとり得る遷移を有する教師あり意図認識方法における実施例の状態機械並びに単一の遷移及び状態のペアにマッピングされたボタンを例示する。 立っている状態が８個のそれぞれの状態への８個のとり得る遷移を有する教師あり意図認識方法における実施例の状態機械並びに単一の遷移及び状態のペアにそれぞれマッピングされた４個のボタンを例示する。 図１７及び１８に示されたような状態機械を有する半教師あり意図認識方法の実施例並びに状態遷移を行う意図を示すための単一のボタンを有するユーザインタフェースを例示する。 １つの実施形態に従った、半教師あり意図認識方法のブロック図である。 一実施形態による、圧縮構成の空圧アクチュエータの側面図を示す。 膨張構成での図２１ａの空圧アクチュエータの側面図を示す。 別の実施形態による圧縮構成での空圧アクチュエータの側断面図を示す。 膨張構成での図２２ａの空圧アクチュエータの側断面図を示す。 別の実施形態による圧縮構成での空圧アクチュエータの上面図を示す。 膨張構成での図２３ａの空圧アクチュエータの上面図を示す。 一実施形態による空圧アクチュエータの拘束リブの上面図を示す。 別の実施形態による空圧アクチュエータのベローズの断面図を示す。 図２５ａの断面を示す膨張構成での図２５ａの空圧アクチュエータの側面図を示す。 平坦な材料の１つ以上の平面軸に沿って実質的に非伸長性であり、一方で他の方向には可撓性である、例示的な平坦な材料を示す。

図は縮尺通りに描かれていないことと、類似する構造または機能の要素は、一般に、全図を通して説明する目的のために同様の参照番号によって表されることとに留意されたい。また、図は、好ましい実施形態の説明を容易にすることだけを意図していることにも留意されたい。図は、説明される実施形態の全ての態様を示すものではなく、本開示の範囲を限定するものではない。

以下の本開示は、新規の外骨格デバイスの設計の例示的な実施形態も含む。様々な好ましい実施形態は、作動が統合されている脚装具、モバイル電源、及びリアルタイムにデバイスの出力挙動を決定する制御ユニットを含む。

様々な実施形態で存在する外骨格システムの構成要素は、トルクをユーザに伝える能力を組み込む、装着式の下肢装具である。この構成要素の好ましい一実施形態は、ユーザの膝を支持するように構成される脚装具であり、この脚装具は、伸展方向内に補助トルクを与える膝関節全体での作動を有する。この実施形態は、一連のアタッチメントを介してユーザに連結することができ、これら一連のアタッチメントはユーザの靴の上のもの、膝より下のもの、及び大腿に沿ったものを含むことができる。この好ましい実施形態は、このタイプの脚装具をユーザの両脚の上に含むことができる。

本開示は、１つ以上の調節可能な流体アクチュエータを含む流体外骨格システムの例示的な実施形態を教示する。いくつかの好ましい実施形態は、人体の関節に適応させることができる構成で、多大なストロークの長さで様々な圧力レベルで動作できる流体アクチュエータを含む。

移動ロボット及びロボット外骨格などをガイドするソフトウェアの１つの態様は、ユーザまたはその他の人間もしくはデバイスからの入力を取得し、ユーザまたはその他の人間もしくはデバイスにフィードバックを提供するようにシステムを構成する対話型ソフトウェアであることができる。例えば、そのような対話型ソフトウェアのいくつかの実施形態は、外骨格システムへの入力（例えば、ユーザ、管理者、デバイス、またはシステムからの）を許可し、及び受け付けることと、状態、動作における変化、または通信などを示すフィードバックを外骨格システムが伝える（例えば、ユーザ、管理者、デバイス、またはシステムに）ことを可能にすることと、を含むことができる２つの担当を有することができる。さらなる実施形態は、それらの担当の１つのみ、またはいずれかの追加の適切な担当を含むことができる。

いくつかの実施形態では、対話ソフトウェアの入力態様は、情報に基づいた決定をより良好に行うために外骨格システム及び／またはユーザによって使用することができる、外骨格システムへの情報の取り入れに専用であることができる。これは、様々な実施形態では、様々なアクションに対するニーズを示すように、本明細書で議論されるような様々な入力デバイスまたは方法を通じて達成されてもよく、様々なユーザによって提供されてもよい。

対話ソフトウェアの入力機能は、様々な実施形態では、システムまたは外部のコンポーネントのいずれかと直接統合され、システムと電子的に接続された様々な入力デバイスを通じて達成されてもよい。対話ソフトウェアの入力担当は、いくつかの実施例では、ユーザから意図を集めることに専用であることができる。１つの実施形態では、入力担当は、外骨格システムの１つ以上のアクチュエータユニットに直接統合されたボタンを通じて説明される。そのような単一のボタンは、ユーザが本明細書で議論されるような様々な入力を指示することを可能にすることができる。別の実施形態では、入力は、電力供給装置、空圧システム、または外骨格システムの外骨格デバイス部分と統合された入力デバイスを通じて提供されるように構成される。そのような入力要素は、単一のボタンが設けられてもよく、単一のボタンは、いくつかの実施例では、専用有効化及び無効化機能性、ユーザの所望の動力レベルに専用の選択インジケータ、及び制御ソフトウェアに統合する予測的意図の量に専用のセレクタスイッチなどを有する。そのような実施形態は、外骨格システムの動作の機能に対応するインジケータの組をユーザに提供するために、１つ以上の機能的ロック式ボタンを使用することができる。さらなる実施形態は、本明細書で議論されるような外骨格デバイス上の様々な適切な位置に様々な適切な入力要素を含むことができる。

本明細書で論じられるように、外骨格システム１００は、様々な適切な使用のために構成され得る。例えば、図１～３は、ユーザにより使用されている外骨格システム１００を示している。図１に示されているように、ユーザ１０１は両脚１０２の上に外骨格システム１００を装着することができる。図２及び３は、ユーザ１０１の片脚１０２に結合されたアクチュエータユニット１１０の正面図及び側面図を示し、図４は、ユーザ１０１が装着していないアクチュエータユニット１１０の側面図を示す。

図１の実施例に示されるように、外骨格システム１００は、ユーザの左脚１０２Ｌ及び右脚１０２Ｒにそれぞれが結合された左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒを含むことができる。様々な実施形態では、左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒは、相互に実質的に鏡像であることができる。

図１～４に示されているように、脚部アクチュエータユニット１１０は、継手１２５を介して回転可能に結合される上部アーム１１５及び下部アーム１２０を含むことができる。ベローズアクチュエータ１３０は、上部アーム１１５と下部アーム１２０との間に延在する。本明細書で論じられるように、１セット以上の空圧ライン１４５をベローズアクチュエータ１３０に結合して、ベローズアクチュエータ１３０から流体を注入すると、及び／または除去すると、ベローズアクチュエータ１３０が膨張して収縮し、硬直して柔軟になることができる。バックパック１５５は、ユーザ１０１によって装着されることができ、流体源、制御系、電源などのような外骨格システム１００の様々な構成要素を保持することができる。

図１～３に示されているように、脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒは、それぞれユーザ１０１の脚１０２Ｌ、１０２Ｒの周りで、ユーザ１０１の膝１０３Ｌ、１０３Ｒに位置決めされている継手１２５を用いて結合されることができ、脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒの上部アーム１１５は、１つ以上のカプラ１５０（例えば、脚１０２を囲むストラップ）を介して、ユーザ１０１の大腿部１０４Ｌ、１０４Ｒの周りに結合されることができる。脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒの下部アーム１２０は、１つまたは複数のカプラ１５０を介して、ユーザ１０１の下腿部１０５Ｌ、１０５Ｒの周りに結合されることができる。

脚部アクチュエータユニット１１０の上部アーム１１５及び下部アーム１２０は、様々な適切な方法でユーザ１０１の脚１０２の周りに結合されることができる。例えば、図１～３は、脚部アクチュエータユニット１１０の上部アーム１１５及び下部アーム１２０及び継手１２５が、脚１０２の頂部１０４及び底部１０５の外側面（側面）に沿って結合される一例を示す。図１～３の例に示されるように、上部アーム１１５は２つのカプラ１５０を介して膝１０３より上の脚１０２の大腿部１０４に結合されることができ、下部アーム１２０は２つのカプラ１５０を介して膝１０３より下の脚１０２の下腿部１０５に結合されることができる。

具体的には、上部アーム１１５は、膝１０３より上の脚１０２の大腿部１０４に、第一カプラ１５０Ａ及び第二カプラ１５０Ｂを含む第一セットのカプラ２５０Ａを介して結合されることができる。第一カプラ１５０Ａ及び第二カプラ１５０Ｂのストラップ１５１が脚１０２の大腿部１０４の周りに延在している状態で、第一カプラ１５０Ａ及び第二カプラ１５０Ｂは、脚１０２の大腿部１０４の外側の上に配置された剛性プレートアセンブリ２１５によって接合されることができる。上部アーム１１５は脚１０２の大腿部１０４の外側の上でプレートアセンブリ２１５に結合されることができることで、上部アーム１１５が発生した力が脚１０２の大腿部１０４に伝達されることができる。

下部アーム１２０は、第三カプラ１５０Ｃ及び第四カプラ１５０Ｄを含む第二セットのカプラ２５０Ｂを介して、膝１０３より下の脚１０２の下腿部１０５に結合されることができる。カップリングブランチユニット２２０は、下部アーム１２０の遠位端部から延出してもよく、またはその遠位端部によって画定されてもよい。カップリングブランチユニット２２０は、第一ブランチ２２１を含むことができる。第一ブランチは、脚１０２の下腿部１０５上の外側位置から延出し、第一アタッチメント２２２が第三カプラ１５０Ｃとカップリングブランチユニット２２０の第一ブランチ２２１とに接合している状態で、膝１０３より下の下腿部１０５の前側（前方）の上にある第一アタッチメント２２２に対して、上向きで、かつ下腿部１０５の前側に向けて湾曲する。カップリングブランチユニット２２０は、第二ブランチ２２３を含むことができる。第二ブランチは、脚１０２の下腿部１０５上の外側位置から延出し、第二アタッチメント２２４が第四カプラ１５０Ｄとカップリングブランチユニット２２０の第二ブランチ２２３とを接合している状態で、膝１０３より下の下腿部１０５の後側（後方）の上にある第二アタッチメント２２４に対して、下向きで、かつ下腿部１０５の後側に湾曲する。

図１～３の例に示されているように、第四カプラ１５０Ｄは、ユーザの靴１９１を囲み、係合するように構成されることができる。例えば、第四カプラ１５０Ｄのストラップ１５１は、脚１０２単独の下腿部１０５と比較して直径が大きい靴１９１を第四カプラ１５０Ｄが囲むことを可能にするサイズのものであることができる。また、下部アーム１２０及び／またはカップリングブランチユニット２２０の長さは、脚部アクチュエータユニット１１０がユーザによって装着されるときに、第四カプラ１５０Ｄが脚１０２の下腿部１０５のセクションを囲むように、第四カプラ１５０Ｄが靴１９１の上に位置決めされるのに、短い長さのものではなく、十分な長さのものであることができる。

靴１９１への付装は、様々な実施形態にわたり変化することができる。一実施形態では、この付装は、可撓性ストラップによって達成されることができる。脚部アクチュエータユニット１１０とストラップとの間に所望の相対運動量で、可撓性ストラップが靴１９１の外周に巻装されることで、脚部アクチュエータユニット１１０が靴１９１に添着される。他の実施形態は、様々な自由度を制限するように機能することができるが、他の自由度では、脚部アクチュエータユニット１１０と靴１９１との間の所望の相対運動量を可能にする。そのような一実施形態は、靴１９１の背側に連結することで、デバイスと靴１９１との間の特異的な機械的連結を提供することができる機械的なクリップの使用を含むことができる。様々な実施形態は、機械的ねじ連結、剛性ストラップ、磁気結合、電磁結合、電気機械的結合、ユーザの靴内への挿入、剛性もしくは可撓性ケーブル、または１９２への直接結合という先に列挙された設計を含むことができるがこれらに限定されない。

外骨格システム１００の別の態様は、外骨格システム１００をユーザ１０１に固定するために使用されている適合部品であることができる。外骨格システム１００が身体１０１で著しくドリフトすることまたは不快感を生じさせることなく、ユーザ１０１と外骨格システム１００との間に力を効率的に伝える外骨格システム１００の適合に、様々な実施形態での外骨格システム１００の機能が大きく依存し得ることから、いくつかの実施形態では、外骨格システム１００の適合を向上させること、及び経時的にユーザへの外骨格システム１００の適合を監視することは、外骨格システム１００の機能全体に望ましいことがある。

様々な例では、異なるカプラ１５０は、異なる目的のために構成されることができ、主に力の伝達のためのカプラ１５０もあれば、外骨格システム１００のアタッチメントを身体１０１に固定するように構成されるカプラもあることができる。単一の膝系のための好ましい一実施形態では、ユーザ１０１の下腿１０５上に位置するカプラ１５０（例えば、カプラ１５０Ｃ、１５０Ｄの一方または両方）は、身体適合を対象とすることを意図するものであることができ、その結果、ユーザ１０１の身体に適合するように可撓性で、かつ柔軟なままであることができる。代替に、この実施形態では、脚１０２の大腿部１０４上のユーザの大腿の前面に添着するカプラ１５０（例えば、カプラ１５０Ａ、１５０Ｂの一方または両方）は、伝動装置の必要性を対象とすることを意図するものであることができ、残りのカプラ１５０（例えば、カプラ１５０Ｃ、１５０Ｄのうちの一方または両方）よりも身体への堅い付装を有することができる。様々な実施形態は、様々なストラップまたはカップリング構成を用いることができ、これらの実施形態は、任意の様々な適したストラップ、カップリングなどを含むまで拡大させることができ、カップリング構成の類似した２セットは、これらの異なる必要性を満たすことを意図するものである。

場合によっては、継手１２５の設計は、ユーザ上での外骨格システム１００の適合度を向上させることができる。一実施形態では、片膝の脚部アクチュエータユニット１１０の継手１２５は、膝関節の生理機能に関する一部の逸脱を有する単軸継手を使用するように設計されることができる。別の実施形態は、ヒトの膝関節の運動により良く適合する多軸膝継手を使用して、いくつかの例では、非常に良く適合した脚部アクチュエータユニット１１０と望ましく対にされることができる。継手１２５の様々な実施形態は、ボールアンドソケット継手、四節リンク機構などの上記で列挙された例示的な要素を含むことができるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態は、下腿１０５での内反または外反の角度内の解剖学的な多様性に適合した調節を含むことができる。好ましい一実施形態は、ユーザ１０１の膝１０３の関節にまたがるクロスストラップの形態で脚部アクチュエータユニット１１０に組み込まれている調節を含み、クロスストラップが締着されることができると、前頭面内の膝関節にわたり、公称静止角度を変えるモーメントが与えられることができる。様々な実施形態は、以下の、継手１２５の動作角度を変えるように継手１２５にまたがるストラップ、継手１２５の角度を変えるように調節されることができるねじを含む機械的アセンブリ、ユーザ１０１のために継手１２５のデフォルト角度を慎重に変えるように脚部アクチュエータユニット１１０に追加され得る機械的インサートなどを含むことができるが、これらに限定されない。

様々な実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０は、脚１０２上で垂下したままであり、膝１０３の関節と適切に位置決めされたままであるように構成されることができる。一実施形態では、靴１９１に関連するカプラ１５０（例えば、カプラ１５０Ｄ）は、脚部アクチュエータユニット１１０に垂直方向の保定力を与えることができる。別の実施形態は、ユーザ１０１の下腿１０５上に位置決めされているカプラ１５０（例えば、カプラ１５０Ｃ、１５０Ｄの一方または両方）を使用して、ユーザ１０１の腓腹上で反発させることによって、脚部アクチュエータユニット１１０上に垂直方向の力を与える。様々な実施形態は、以下の、カプラ１５０（例えば、カプラ１５０Ｄ）を介して靴上に、または前述された別の実施形態の靴アタッチメント上に伝達される支持力、電子及び／または流体ケーブルアセンブリを介して伝達される支持力、腰ベルトへの連結を介して伝達される支持力、バックパック１５５、または外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０（図５を参照）用の他のハウジングを介して伝達される支持力、ストラップまたはハーネスを介してユーザ１０１の肩に伝達される支持力などを含むことができるが、これらに限定されない。

様々な実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０は、脚１０２に限られた数のアタッチメントを用いて、ユーザの脚１０２から離隔されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０は、ユーザ１０１の脚１０２に対して３つのアタッチメントからなること、またはそれらから本質的になることができる（つまり、第一及び第二アタッチメント２２２、２２４及び２１５を介して）。様々な実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０の下腿部１０５への結合は、下腿部１０５の前側及び後側にある第一及び第二アタッチメントからなること、またはそれから本質的になることができる。様々な実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０の大腿部１０４への結合は、単一外側カップリングからなること、またはそれから本質的になることができ、この単一外側カップリングは、１つ以上のカプラ１５０（例えば、図１～４に示されるような２つのカプラ１５０Ａ、１５０Ｂ）に関連付けられることができる。様々な実施形態では、そのような構成は、被験体の活動中の使用に特異的な力伝達に基づいていることが望ましい場合がある。したがって、様々な実施形態でのユーザ１０１の脚１０２へのアタッチメントまたはカップリングの数及び位置は、単一設計の選択ではなく、１つ以上の選択された標的のユーザ活動に対して特異的に選択されることができる。

カプラ１５０の特異的な実施形態が本明細書に示されているが、さらなる実施形態では、本明細書で論じられるそれらのような構成要素は、同じ機能を生成する代替構造体によって動作可能に置き換えられることができる。例えば、ストラップ、バックル、パッドなどが様々な例で示されているが、さらなる実施形態は、様々な適したタイプのもので、かつ様々な適した要素を備えたカプラ１５０を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態は、Ｖｅｌｃｒｏフックアンドループストラップなどを含むことができる。

図１～３は、継手１２５の回転軸が膝１０３の回転軸に平行して配置される状態で、継手１２５が膝１０３の側方に隣接して配置される外骨格システム１００の一例を示す。いくつかの実施形態では、継手１２５の回転軸は、膝１０３の回転軸と一致していることができる。いくつかの実施形態では、継手は、膝１０３の前側、膝１０３の後側、膝１０３の内側などに配置されることができる。

様々な実施形態において、継手構造１２５は、ベローズアクチュエータ１３０内のアクチュエータ流圧によって発生する力が、瞬間中心（空間に固定されていても固定されていなくてもよい）の周りに向けられることができるように、ベローズアクチュエータ１３０を拘束することができる。外旋もしくは回転式継手、または曲面上で摺動する本体の場合によっては、この瞬間中心は、継手１２５の瞬間回転中心または曲面と一致していることができる。脚部アクチュエータユニット１１０によって回転式継手１２５の周りに発生する力を使用して、瞬間中心の周りにモーメントを加えることができるだけでなく、さらにその力を使用して、指向性の力を加えることができる。直動関節または線形継手（レール上のスライドなど）の一部の場合には、瞬間中心は運動学的に無限大にあるとみなすことができ、その場合、この無限の瞬間中心に向けられた力を、直動関節の運動軸に沿って向けられた力とみなすことができる。様々な実施形態において、回転式継手１２５が機械的ピボット機構から構築されることは十分であり得る。そのような実施形態では、継手１２５は、画定するのが容易であり得る固定の回転の中心を有することができ、ベローズアクチュエータ１３０は、継手１２５に対して移動することができる。さらなる実施形態では、継手１２５が、単一の固定の回転の中心を備えていない複雑なリンク機構を含むことは、有益であり得る。さらに別の実施形態では、継手１２５は、固定継手ピボットを備えていない屈曲設計を含むことができる。またさらなる実施形態では、継手１２５は、人間の関節、ロボットの継手などの構造を含むことができる。

様々な実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０（例えば、ベローズアクチュエータ１３０、継手構造１２５などを含む）をシステムに統合して、脚部アクチュエータユニット１１０の生成された指向力を使用して、様々なタスクを達成することができる。いくつかの例で、脚部アクチュエータユニット１１０が人体を支えるように構成されるか、動力付き外骨格システム１００に含まれる場合、脚部アクチュエータユニット１１０は、１つまたは複数の独自の利点を有することができる。例示的な実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０は、ユーザの膝関節１０３の周りの人間のユーザの動きを助けるように構成することができる。これを行うために、いくつかの例では、脚部アクチュエータユニット１１０の瞬間中心は、ユーザ１０１の膝１０３の瞬間回転中心と一致またはほぼ一致するように設計することができる。例示的な一構成では、脚部アクチュエータユニット１１０は、図１～３に示すように膝関節１０３の外側に配置することができる。様々な例では、人間の膝関節１０３は、脚部アクチュエータユニット１１０の継手１２５として（例えば、それに加えて、またはその代わりに）機能することができる。

明確にするために、本明細書で説明される例示的な実施形態は、本開示内で説明される脚部アクチュエータユニット１１０の潜在的な用途を制限するものとみなされるべきではない。脚部アクチュエータユニット１１０は、１つ以上の肘、１つ以上の殿部、１本以上の指、１つ以上の足首、脊椎、または首を含むがこれらに限定されない身体の他の関節上で使用されることができる。いくつかの実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０は、人体上ではない用途に、例えば、ロボット工学、汎用作動、動物外骨格などに使用されることができる。

また、実施形態は、様々な適した用途、例えば、戦術用途、医療用途、または労働用途などに使用される、または適合されることができる。それらのような用途の例は、参照により本明細書に援用されている、２０１７年１１月２７日に出願され、「ＰＮＥＵＭＡＴＩＣ ＥＸＯＭＵＳＣＬＥ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」と題された、代理人整理番号０１１０４９６－００２ＵＳ１を有する米国特許出願第１５／８２３，５２３号、及び２０１８年４月１３日に出願され、「ＬＥＧ ＥＸＯＳＫＥＬＥＴＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」と題された、代理人整理番号０１１０４９６－００４ＵＳ０を有する米国特許出願第１５／９５３，２９６号で見いだされることができる。

いくつかの実施形態は、本明細書で説明されるように、直線作動で適用するために、脚部アクチュエータユニット１１０の構成を適用することができる。例示的な実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は、２層不浸透性／非伸張性構造を含むことができ、１つ以上の拘束リブの一端は、所定の位置でベローズアクチュエータ１３０に固定されることができる。種々の実施形態における継手構造１２５は、一対の直線ガイドレールの一連のスライドとして構成することができ、１つ以上の拘束リブの残りの端部はスライドに接続される。したがって、流体アクチュエータの動きと力は、直線レールに沿って拘束され、方向付けられる。

図５は、空圧システム５２０に動作可能に接続される外骨格デバイス５１０を含む外骨格システム１００の例示的な実施形態のブロック図である。空圧システム５２０が図５の例に使用されているが、さらなる実施形態は任意の適切な流体システムを含んでもよく、または外骨格システム１００が電動機などによって作動するようないくつかの実施形態では、空圧システム５２０は存在しなくてもよい。

この例での外骨格デバイス５１０は、プロセッサ５１１、メモリ５１２、１つまたは複数のセンサ５１３、通信ユニット５１４、ユーザインタフェース５１５、及び電源５１６を備える。複数のアクチュエータ１３０は、それぞれの空圧ライン１４５を介して空圧システム５２０に動作可能に結合される。複数のアクチュエータ１３０は、本体１００の左側と右側に位置決めされる一対の膝用アクチュエータ１３０Ｌ及び１３０Ｒを含む。例えば、上述されているように、図５に示されている例示的な外骨格システム１００は、外骨格デバイス５１０及び空圧システム５２０の一方もしくは両方、またはそれらの１つ以上の構成要素がバックパック１５５（図１を参照）内にもしくはその周りに格納されている、またはその他の方法でユーザ１０１によって取り付けられている、装着されているもしくは保持されている状態で、左右の脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒを、図１及び２に示されるように身体１０１のそれぞれの側面上に含むことができる。

したがって、様々な実施形態では、外骨格システム１００は、様々なユーザの活動中に外部電源なしで長期間電力を供給されて動作するように構成される、完全に移動式で自立型のシステムであることができる。したがって、アクチュエータユニット（複数可）１１０、外骨格デバイス５１０及び空圧システム５２０のサイズ、重量及び構成は、様々な実施形態では、そのような移動式で自立型の動作のために構成されることができる。

様々な実施形態において、例示的なシステム１００は、外骨格システム１００を着用しているユーザ１０１の動きを移動及び／または強化するように構成することができる。例えば、外骨格デバイス５１０は、空圧システム５２０に命令を提供することができ、それにより空圧ライン１４５を介してベローズアクチュエータ１３０を選択的に膨張及び／または収縮させることができる。ベローズアクチュエータ１３０のこのような選択的膨張及び／または収縮は、一方または両方の脚１０２を動かして及び／またはサポートして、身体の動き、例えば歩行、走行、ジャンプ、登ること、持ち上げること、投げること、しゃがむこと、スキーすることなどを生じさせる及び／または増強することができる。

場合によっては、外骨格システム１００は、モジュラ構成での複数の構成をサポートするように設計されることができる。例えば、一実施形態は、ユーザ１０１が着用しているアクチュエータユニット１１０の数に応じて片膝構成か両膝構成かいずれかで動作するように設計されるモジュラ構成である。例えば、外骨格デバイス５１０は、空圧システム５２０及び／または外骨格デバイス５１０に結合されるアクチュエータユニット１１０の数（例えば、１つまたは２つのアクチュエータユニット１１０）を決定することができ、外骨格デバイス５１０は、検出されたアクチュエータユニット１１０の数に基づいて動作能力を変えることができる。

さらなる実施形態では、空圧システム５２０は、手動で制御する、一定の圧力を加えるように構成する、または他の任意の適切な方法で動作させることができる。一部の実施形態では、そのような動きは、外骨格システム１００を着用しているユーザ１０１、または別の人物によって、制御及び／またはプログラムすることができる。一部の実施形態では、外骨格システム１００は、ユーザ１０１の動きによって制御することができる。例えば、外骨格デバイス５１０は、ユーザが歩行して荷物を運んでいることを感知でき、アクチュエータ１３０を介してユーザに電動アシストをもたらして、荷及び歩行に関連する運動を軽減することができる。同様に、ユーザ１０１が外骨格システム１００を着用する場合、外骨格システム１００はユーザ１０１の動きを感知することができ、アクチュエータ１３０を介してユーザへの電動アシストをもたらして、スキー中のユーザへの支えを増強または提供することができる。

したがって、様々な実施形態において、外骨格システム１３０は、直接的なユーザとのインタラクションなしで自動的に反応することができる。さらなる実施形態では、コントローラ、ジョイスティック、音声制御、または思考の制御などのユーザインタフェース５１５により、動きをリアルタイムで制御することができる。さらに、一部の動作は、完全に制御されるのではなく、先に事前のプログラムをして、選択的にトリガ（例えば、前方に歩く、座る、しゃがむ）することができる。いくつかの実施形態において、動きは一般化された命令によって制御され得る（例えば、Ａ地点からＢ地点まで歩いて、棚Ａから箱を取り出して、棚Ｂまで移す）。

ユーザインタフェース５１５は、外骨格システム１００の電源のオンとオフ、外骨格システム１００の動きの制御、外骨格システム１００のセッティングの構成などを含む外骨格システム１００の様々な態様をユーザ１０１が制御することを可能にし得る。ユーザインタフェース５１５は、タッチスクリーン、１つ以上のボタン、オーディオ入力などのような様々な適した入力要素を含むことができる。ユーザインタフェース５１５は、外骨格システム１００の周りの様々な適した位置にあることができる。例えば、一実施形態では、ユーザインタフェース５１５は、バックパック１５５（例えば、図７を参照）のストラップなどの上に配置されることができる。いくつかの実施形態では、ユーザインタフェースは、スマートフォン、スマートウォッチ、ウェアラブルデバイスなどのユーザデバイスによって定義されることができる。

様々な実施形態では、電源５１６は、外骨格システム１００に動作電力を供給するモバイル電源であることができる。好ましい一実施形態では、パワーパックユニットは、脚部アクチュエータユニット１１０の空圧作動の連続動作に必要な空圧システム５２０（例えば、コンプレッサ）及び／または電源（例えば、バッテリ）の一部または全てを含む。そのようなパワーパックユニットの内容は、特異的な実施形態に使用されるように構成される特異的な作動アプローチに相関されることができる。いくつかの実施形態では、パワーパックユニットのみがバッテリを含み、電気機械的に作動したシステム、または空圧システム５２０及び電源５１６が分離しているシステムでの場合にそうであり得る。パワーパックユニットの様々な実施形態は、次の物品、空圧コンプレッサ、バッテリ、高圧格納型空圧チャンバ、油圧ポンプ、空圧セーフティコンポーネント、電動機、電動機ドライバ、マイクロプロセッサなどのうちの１つ以上の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。したがって、パワーパックユニットの様々な実施形態は、外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０の要素のうちの１つ以上を含むことができる。

それらのような構成要素は、様々な適した方法でユーザ１０１の身体の上に構成されることができる。好ましい一実施形態は、実質的な機械力を脚部アクチュエータユニット１１０に伝えるいかなる方法でも脚部アクチュエータユニット１１０に動作可能に結合されない、胴体に装着したパック内にパワーパックユニットを含むことである。別の実施形態は、パワーパックユニットまたはその構成要素を脚部アクチュエータユニット１１０自体に統合することを含む。様々な実施形態は、以下の構成、胴体のバックパック内への取り付け、胴体のメッセンジャーバッグ内への取り付け、殿部のバッグへの取り付け、脚への取り付け、装具の構成要素への統合などを含むことができるが、これらに限定されない。さらなる実施形態は、パワーパックユニットの構成要素を分離させ、それらをユーザ１０１上の様々な構成に分散させることができる。そのような実施形態は、空圧コンプレッサをユーザ１０１の胴体上に構成してから、バッテリを外骨格システム１００の脚部アクチュエータユニット１１０内に統合してもよい。

様々な実施形態での電源５１６の一態様は、動作のために装具に操作可能なシステム電源を渡すような方法で装具の構成要素に接続される必要があることである。好ましい一実施形態は、電源５１６及び脚部アクチュエータユニット１１０を接続するために電気ケーブルを使用することである。他の実施形態は、電気ケーブル及び空圧ライン１４５を使用して、電力及び空圧を脚部アクチュエータユニット１１０に送達することができる。様々な実施形態は、以下の接続、空圧ホース、油圧ホース、電気ケーブル、無線通信、無線給電などのいずれかの構成を含むことができるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態では、脚部アクチュエータユニット１１０及び電源５１６及び／または空圧システム５２０の間にケーブル接続（例えば、空圧ライン１４５及び／または電力ライン）の機能を拡張する二次的な特徴を含むことが望ましい場合がある。好ましい一実施形態は引き込み式ケーブルを含み、この引き込み式ケーブルは、ケーブルに残るゆるみを少なくした状態でユーザに対して張設するようにケーブルを維持する機械的保定力が小さいように構成される。様々な実施形態は、以下の二次的な特徴、引き込み式ケーブル、流体と電力との両方を含む単一ケーブル、磁気で接続された電気ケーブル、機械的なクイックリリース、指定された引張力で解放するように設計されたブレーカウェイコネクション、ユーザの衣類上の機械的保定特徴への統合などの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。さらに別の実施形態は、ユーザ１０１とケーブル長との間の幾何学的差異を最小にするような方法でケーブルを配線することを含むことができる。胴体電源を備えた両膝構成におけるそのような一実施形態は、ユーザの胴体下部に沿ってケーブルを配線し、電源バッグの右側をユーザの左膝に接続することができる。そのような配線により、ユーザの通常の可動域全体で長さの幾何学的差異を許容することができる。

いくつかの実施形態において懸念となり得る１つの特異的な追加の特徴は、外骨格システム１００の適切な熱管理の必要性である。その結果、熱を制御するという利点のために特異的に統合されることができる様々な特徴がある。好ましい一実施形態は、露出型ヒートシンクを環境に統合することで、外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０の要素は、周囲気流を使用した自然な冷却によって熱を環境に直接消散させることが可能になる。別の実施形態は、バックパック１５５または他のハウジング内の内部エアチャネルを介して周囲空気を送ることで、内部冷却が可能になる。さらに別の実施形態は、バックパック１５５または他のハウジングにスクープを導入することで、内部チャネルを介した気流が可能になることによって、この機能を拡張することができる。様々な実施形態は、以下の、高熱構成要素に直接連結される露出型ヒートシンク、水冷または流体冷却の熱管理システム、電動ファンまたはブロワの導入による強制空冷、ユーザに直接接触させないように外部シールドされたヒートシンクなどを含むことができるが、これらに限定されない。

場合によっては、追加の特徴をバックパック１５５または他のハウジングの構造に統合して、外骨格システム１００に追加の特徴を提供することが有益であることがある。好ましい一実施形態は、小型パッケージ内の外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０に加えて脚部アクチュエータユニット１１０の格納をサポートするための機械的アタッチメントの統合である。そのような実施形態は、アクチュエータユニット１１０の上部または下部アーム１１５、１２０をバックパック１５５に保持する機械式クラスプと共に、バックパック１５５に対して脚部アクチュエータユニット１１０を固定することができる展開可能なポーチを含むことができる。別の実施形態は、ユーザ１０１が水筒、食品、個人用電子機器、及び他の私物などの追加の物品を保持することができるように、バックパック１５５に収納容量を含めることである。様々な実施形態は、以下の、外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０からの熱気流によって加熱される加温ポケット、バックパック１５５の内部の追加の気流を促進するエアスクープ、バックパック１５５をユーザにより密着してフィットさせるためのストラップ、防水保管、温度調節保管などのような他の追加の特徴を含むことができるが、これらに限定されない。

モジュラ構成では、いくつかの実施形態で外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０が、外骨格システムの様々な可能な構成の動力、流体、感知及び制御の要件及び機能をサポートするように構成されることができることが必要とされる場合がある。好ましい一実施形態は、両膝構成または片膝構成（すなわち、ユーザ１０１上の１つまたは２つの脚部アクチュエータユニット１１０を備えた）に動力を供給するタスクを課され得る、外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０を含むことができる。そのような外骨格システム１００は、両方の構成の要件をサポートしてから、所望の動作構成の決定または指示に基づいて、動力、流体、感知及び制御を適切に構成することができる。複数のバッテリなどの潜在的なモジュラシステム構成のアレイをサポートするために、様々な実施形態が存在する。

様々な実施形態において、外骨格デバイス１００は、以下により詳細に、または参照により本明細書に組み込まれる関連出願に記載される方法または方法の一部を実行するように動作可能であってよい。例えば、メモリ５１２は、プロセッサ５１１によって実行される場合、外骨格システム１００に、本明細書、または参照により本明細書に組み込まれる関連出願に記載された方法または方法の一部を実行させることができる非一時的なコンピュータ可読命令（例えば、ソフトウェア）を含むことができる。

このソフトウェアは、センサ５１３または他のソースからの信号を解釈して、ユーザに所望の利益を提供するためにどのように外骨格システム１００を操作したら最適かを決定する様々な方法を具現化することができる。以下に記載の特異的な実施形態は、そのような外骨格システム１００またはセンサデータのソースに適用されることができるセンサ５１３に対する制限を黙示するために使用されるべきではない。いくつかの例示的な実施形態は、決定を導くために特異的な情報を必要とし得るが、外骨格システム１００が必要とするであろうセンサ５１３の明示的なセットを作成せず、さらなる実施形態は、センサ５１３の様々な適切なセットを含み得る。さらに、センサ５１３は、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０、１つまたは複数の流体アクチュエータ１３０などのうちの一部として含む、外骨格システム１００上の様々な適切な位置にあることができる。したがって、図５の例示的な図解は、センサ５１３が外骨格デバイス５１０またはその一部に排他的に配置されることを黙示すると解釈されるべきではなく、そのような図解は単純化及び明確化のために提供されているにすぎない。

制御ソフトウェアの一態様は、所望の応答を提供する、脚部アクチュエータユニット１１０、外骨格デバイス５１０、及び空圧システム５２０の動作制御であることができる。動作制御ソフトウェアには、様々な適切な応答性があり得る。例えば、以下でより詳細に説明されるように、１つは、脚部アクチュエータユニット１１０、外骨格デバイス５１０、及び空圧システム５２０の動作のためのベースラインフィードバックを開発することに応答可能であり得る低レベル制御であり得る。もう１つは、センサ５１３からのデータに基づいてユーザ１０１の意図した操作を識別することで、１つ以上の識別された意図した操作に基づいて外骨格システム１００を動作させることに応答可能であり得る意図認識であり得る。さらなる例は、ユーザ１０１を最良に支援するために外骨格システム１００が発生する必要がある所望のトルクを選択することを含むことができる基準生成を含むことができる。動作制御ソフトウェアの応答性を説明するためのこの例示的なアーキテクチャが、単に説明を目的としたものであり、外骨格システム１００のさらなる実施形態に展開されることができる多種多様なソフトウェアアプローチを決して限定しないことに留意されたい。

制御ソフトウェアによって実装される１つの方法は、外骨格システム１００の低レベル制御及び通信のためのものであり得る。これは、特異的な継手及びユーザのニーズによって要求される通りに様々な方法を介して達成されることができる。好ましい実施形態では、動作制御は、ユーザの関節で脚部アクチュエータユニット１１０によって所望のトルクを与えるように構成される。そのような場合、外骨格システム１００は、外骨格システム１００のセンサ５１３からのフィードバックに応じて、脚部アクチュエータユニット１１０によって所望の継手トルクを達成するために、低レベルのフィードバックを生成することができる。例えば、そのような方法は、１つ以上のセンサ５１３からセンサデータを取得することと、脚部アクチュエータユニット１１０によるトルクにおける変化が必要かどうかを決定することと、そうである場合、脚部アクチュエータユニット１１０によって標的継手トルクを達成するように空圧システム５２０に脚部アクチュエータユニット１１０の流体状態を変化させることとを含むことができる。様々な実施形態は、以下の、現在のフィードバック、記録された挙動再生、位置に基づいたフィードバック、速度に基づいたフィードバック、フィードフォワード応答、所望の流量をアクチュエータ１３０に注入するように流体システム５２０を制御するボリュームフィードバックなどを含むことができるが、これらに限定されない。

動作制御ソフトウェアによって実装される別の方法は、ユーザの意図した挙動の意図認識のためのものであることができる。動作制御ソフトウェアのこの部分は、いくつかの実施形態では、システム１００が考慮するように構成される許容可能な挙動の任意のアレイを指示することができる。好ましい一実施形態では、動作制御ソフトウェアは、２つの特異的な状態、すなわち、歩行中及び非歩行中を識別するように構成される。そのような実施形態では、意図認識を完了するために、外骨格システム１００は、ユーザ入力及び／またはセンサ読み出し値を使用して、歩行中に支援動作を提供することが安全である場合、望ましい場合、または適切である場合を識別することができる。例えば、いくつかの実施形態では、意図認識は、ユーザインタフェース５１５を介して受信した入力に基づいていることができ、その入力は歩行中及び非歩行中という入力を含むことができる。したがって、いくつかの例では、ユーザインタフェースは、歩行中及び非歩行中からなるバイナリ入力用に構成されることができる。

いくつかの実施形態では、意図認識の方法は、外骨格デバイス５１０がセンサ５１３からデータを取得することと、取得されたデータの少なくとも一部に基づいて、データが歩行中及び非歩行中のユーザ状態に対応するかどうかを決定することとを含むことができる。状態における変化が識別された場合、外骨格システム１００は、現在の状態で動作するように再構成されることができる。例えば、外骨格デバイス５１０は、ユーザ１０１が座っているなどの非歩行中の状態にあると決定することができ、非歩行中構成で動作するように外骨格システム１００を構成することができる。例えば、そのような非歩行中構成は、歩行中構成と比較して、より広い可動域を与えること、脚部アクチュエータユニット１１０にトルクを与えない、または最小限のトルクを与えることと、処理と流体操作を最小にすることにより、動力と流体を節約することと、より多種多様なスキー以外の動きをサポートするためにシステムにアラートを出させることとができる。

外骨格デバイス５１０は、ユーザ１０１の活動を監視することができ、ユーザが歩行中である、または歩こうとしていることを（例えば、センサデータ及び／またはユーザ入力に基づいて）決定することができ、次いで、外骨格システム１００が歩行中構成で動作するように構成することができる。例えば、そのような歩行中構成により、非歩行中構成と比較して、スキー中に存在する可動域をより制限する（非歩行中の動きとは対照的に）ことが可能になることと、スキーをサポートするために外骨格システム１００の処理及び流体応答を増加させることによって、高いまたは最大のパフォーマンスを提供することなどができる。ユーザ１０１が歩行セッションを終了し、休んでいると識別されるときなどに、外骨格システム１００は、ユーザが歩行中でなくなると決定することができ（例えば、センサデータ及び／またはユーザ入力に基づいて）、次いで、外骨格システム１００が非歩行中構成で動作するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、困難な歩行中、適度な歩行中、軽い歩行中、下り坂、上り坂、ジャンプ、レクリエーション、スポーツ、ランニングなどを含む、外骨格システム１００によって（例えば、センサデータ及び／またはユーザ入力に基づいて）決定されることができる複数の歩行中状態または歩行中サブ状態があることができる。それらのような状態は、歩行の難易度、ユーザの能力、地形、気象条件、標高、歩行面の角度、所望のパフォーマンスレベル、省電力などに基づき得る。したがって、様々な実施形態では、外骨格システム１００は、多種多様な要因に基づいて様々な特異的なタイプの歩行または動きに適合することができる。

動作制御ソフトウェアによって実装される別の方法は、支援を提供する特異的な継手の所望の基準挙動の開発であることができる。制御ソフトウェアのこの部分は、識別された操作をレベル制御と結びつけることができる。例えば、外骨格システム１００が意図されたユーザ操作を識別するとき、ソフトウェアは、脚部アクチュエータユニット１１０内のアクチュエータ１３０によって望まれるトルクまたは位置を規定する基準挙動を生成することができる。一実施形態では、動作制御ソフトウェアは、構成アクチュエータ１３０を介して脚部アクチュエータユニット１１０に膝１０３での機械的ばねをシミュレートさせるための基準を生成する。動作制御ソフトウェアは、膝関節角度の線形関数である膝関節でのトルク基準を生成することができる。別の実施形態では、動作制御ソフトウェアは、一定の標準的な空気量を空圧アクチュエータ１３０に提供するための基準量を生成する。これにより、空圧アクチュエータ１３０は、１つ以上のセンサ５１３からのフィードバックを通じて識別されることができる膝の角度に関係なく、アクチュエータ１３０内に一定の空気量を維持することによって、機械的ばねのように動作することが可能になる。

別の実施形態では、動作制御ソフトウェアによって実装される方法は、歩行中、動作中、起立中、またはランニング中にユーザ１０１のバランスを評価することと、ユーザの現在のバランスプロファイル外にある脚１０２への膝補助を指示することによってユーザ１０１がバランスを保ったままであるように促すような方法でトルクを送ることとを含むことができる。したがって、外骨格システム１００を操作する方法は、左右の脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒ、及び／または位置センサ、加速度計などの環境センサの構成に基づいて、ユーザ１０１のバランスプロファイルを示すセンサデータを外骨格デバイス５１０がセンサ５１０から取得することを含むことができる。さらに、方法は、取得されたデータに基づいて、外側及び内側の脚を含むバランスプロファイルを決定することと、次いで、外側の脚として識別された脚１０２に関連付けられたアクチュエータユニット１１０へのトルクを増加させることとをさらに含むことができる。

様々な実施形態は、体位の運動学的推定値、関節運動プロファイル推定値、及び身体の姿勢の観測推定値を使用することができるが、これらに限定されない。２本の脚１０２を協調させてトルクを発生する方法には、最大に屈曲した脚にトルクをガイドすること、両脚にわたる膝の角度の平均量に基づいてトルクをガイドすること、トルクを速度または加速度に応じてスケールすることなどを含むがこれらに限定されない、様々な他の実施形態が存在する。さらに別の実施形態が、線形の組み合わせ、操作の特異的な組み合わせ、または非線形の組み合わせを含むがこれらに限定されない、様々な事項での様々な個別の基準生成方法の組み合わせを含むことができることにも留意されたい。

別の実施形態では、動作制御方法は、２つの主な基準生成技術、すなわち、１つは静的支援に焦点を当てた基準と、もう１つはユーザ１０１を自分の今後の挙動に導くことに焦点を当てた基準とを組み合わせることができる。いくつかの例では、ユーザ１０１は、外骨格システム１００を使用している間に望ましい予測支援の程度を選択することができる。例えば、ユーザ１０１が予測支援量を多くするように指示することで、外骨格システム１００は、非常に応答性が高くなるように構成されることができ、困難な地形にいる熟練したオペレータのために適切に構成され得る。また、ユーザ１０１が予測支援量をごくわずかにしたいと指示することができると、システムパフォーマンスは、遅くなることができ、学習中のユーザまたはあまり困難でない地形に対してより適切に合わされてもよい。

様々な実施形態は、様々な方法でユーザの意図を取り込むことができ、上記に提示された例示的な実施形態は、決して限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、外骨格システム１００の決定及び操作方法は、参照により本明細書に援用されている、２０１８年２月２日に出願された「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＵＳＥＲ ＩＮＴＥＮＴ ＲＥＣＯＧＮＩＴＩＯＮ」と題された、代理人整理番号０１１０４９６－００３ＵＳ０を有する米国特許出願第１５／８８７，８６６号のシステム及び方法を含むことができる。また、様々な実施形態は、連続的なユニットとして、またはわずかな指示値のみを伴う個別のセッティングとして含む様々な方法にユーザの意図を使用することができる。

時には、デバイスパフォーマンスまたはユーザエクスペリエンスを最大にするために、動作制御ソフトウェアがその制御を、二次的または追加の目的を考慮するように操作することが有益な場合がある。一実施形態では、外骨格システム１００は、異なる標高での空気密度の変化を考慮するための標高認識制御を中央コンプレッサ、または空圧システム５２０の他の構成要素を介して提供することができる。例えば、動作制御ソフトウェアは、システムがセンサ５１３などからのデータに基づいてより高い標高で動作していることを識別し、コンプレッサによって消費される電力を維持するために、より多くの電流をコンプレッサに供給することができる。したがって、空圧外骨格システム１００を動作させる方法は、空圧外骨格システム１００が動作している空気密度を示すデータ（例えば、標高データ）を取得することと、取得されたデータに基づいて空圧システム５２０の最適な動作パラメータを決定することと、決定された最適な動作パラメータに基づいて動作を構成することとを含むことができる。さらなる実施形態では、空気量に影響する可能性がある環境温度に基づいて、動作量などの空圧外骨格システム１００の動作を調整することができる。

別の実施形態では、外骨格システム１００は、周囲の可聴ノイズレベルを監視し、システムのノイズプロファイルを低減させるように外骨格システム１００の制御挙動を変えることができる。例えば、ユーザ１０１が静かな公共の場所にいる、または静かに一人で、もしくは他の人と一緒に、ある場所を楽しんでいる場合、脚部アクチュエータユニット１１０の作動に関連するノイズ（例えば、コンプレッサを作動させるノイズ、またはアクチュエータ１３０を膨張させる、もしくは収縮させるノイズ）は望ましくない可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、センサ５１３は、周囲のノイズレベルを検出するマイクロフォンを含むことができ、ある一定の閾値を周囲のノイズ量が下回る場合に静音モードで動作するように外骨格システム１００を構成することができる。そのような静音モードは、空圧システム５２０もしくはアクチュエータ１３０の要素をより静かに動作させるように構成してもよく、またはそれらのような要素によって生じるノイズの頻度を遅延させてもよい、もしくは低減させてもよい。

モジュラシステムの場合、様々な実施形態では、外骨格システム１００内で動作する脚部アクチュエータユニット１１０の数に基づいて異なるように動作制御ソフトウェアが操作することが望ましいことがある。例えば、いくつかの実施形態では、モジュラ両膝外骨格システム１００（例えば、図１及び２を参照）は、２つの脚部アクチュエータユニット１１０のうちの１つだけがユーザ１０１によって装着されている片膝構成でも動作することができ（例えば、図３及び４を参照）、外骨格システム１００は、両脚構成の場合に片脚構成と比較して異なる基準を生成することができる。そのような実施形態は、外骨格システム１００が両方の脚部アクチュエータユニット１１０からの入力を使用して、所望の動作を決定する場合の基準を生成するための協調制御アプローチを使用することができる。ただし、片脚構成では、利用可能なセンサ情報が変わっている可能性があるため、様々な実施形態では、外骨格システム１００は異なる制御方法を実装することができる。様々な実施形態では、これは、所与の構成について外骨格システム１００のパフォーマンスを最大にするように、または外骨格システム１００で動作する１つもしくは２つの脚部アクチュエータユニット１１０が存在することに基づいて利用可能なセンサ情報での差異を考慮するように、行われることができる。

したがって、外骨格システム１００を動作させる方法は、外骨格システム１００で動作している脚部アクチュエータユニット１１０が１つか２つかを外骨格デバイス５１０が決定することと、外骨格システム１００で動作しているアクチュエータユニット１１０の数に基づいて制御方法を決定することと、選択された制御方法を用いて外骨格システム１００を実装して操作することと、というスタートアップシーケンスを含むことができる。外骨格システム１００を動作させるさらなる方法は、外骨格システム１００で動作しているアクチュエータユニット１１０を外骨格デバイス５１０によって監視することと、外骨格システム１００で動作しているアクチュエータユニット１１０の数における変化を決定することと、次いで、外骨格システム１００で動作しているアクチュエータユニット１１０の新しい数に基づいて制御方法を決定して変更することとを含むことができる。

例えば、外骨格システム１００は、２つのアクチュエータユニット１１０で、かつ第一制御方法で動作していることができる。ユーザ１０１は、アクチュエータユニット１１０のうちの１つを係脱することができ、外骨格デバイス５１０は、アクチュエータユニット１１０のうちの１つの喪失を識別することができ、外骨格デバイス５１０は、アクチュエータユニット１１０のうちの１つの喪失に適応する、新しい第二制御方法を決定して実装することができる。いくつかの例では、アクティブなアクチュエータユニット１１０の数に適合することにより、アクチュエータユニット１１０のうちの１つが使用中に破損する、または遮断される場合でも、外骨格システム１００が自動的に適合することができるので、外骨格システム１００がアクティブなアクチュエータユニット１１０を１つしか有していないにもかかわらず、中断することなく、ユーザ１０１が作業または移動をさらに続けることができるという利益がもたらされることができる。

様々な実施形態では、動作制御ソフトウェアは、個々のアクチュエータユニット１１０または脚１０２の間でユーザのニーズが異なる制御方法を適合することができる。そのような実施形態では、外骨格システム１００が各アクチュエータユニット１１０で生成されるトルク基準を変更して、ユーザ１０１のエクスペリエンスに合わせることが有益であり得る。一例は、ユーザ１０１が片方の脚１０２に重大な脱力の問題を抱えているが、他方の脚１０２にはわずかな脱力の問題しかない両膝外骨格システム１００（例えば、図１を参照）のものである。この例では、外骨格システム１００は、ユーザ１０１のニーズを最もよく満たすために、影響の大きい肢と比較して、影響の少ない肢での出力トルクをスケールダウンするように構成されることができる。

肢の強さの差異に基づいたそのような構成は、外骨格システム１００によって自動的に行われてもよく、及び／またはユーザインタフェース５１６などを介して構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ユーザ１０１が外骨格システム１００を使用している間に、ユーザ１０１の両脚１０２での相対的な強さまたは弱さをテストすることができる較正テストを実行することができ、両脚１０２で識別された強さまたは弱さに基づいて外骨格システム１００を構成することができる。そのようなテストは、両脚１０２の全体的な強さもしくは弱さを識別してもよく、または四頭筋、ふくらはぎ、大腿屈筋、殿筋、腓腹筋、大腿部、縫工筋、ヒラメ筋などの特異的な筋肉もしくは筋群の強さもしくは弱さを識別してもよい。

外骨格システム１００を操作する方法の別の態様は、外骨格システム１００を監視する制御ソフトウェアを含むことができる。そのようなソフトウェアの監視の態様は、いくつかの例では、ユーザの理解及びデバイスパフォーマンスを促進するために、外骨格システム１００に状況認識及びセンサ情報の理解を提供する試みの中で通常動作の間、外骨格システム１００及びユーザ１０１の状態を監視することに焦点を当てることができる。そのような監視ソフトウェアの一態様は、所望のパフォーマンス能力を達成するためのデバイスの理解を提供するために、外骨格システム１００の状態を監視することであり得る。これの一部は、身体姿勢を推定するシステムの開発であり得る。一実施形態では、外骨格デバイス５１０は、オンボードセンサ５１３を使用して、ユーザの姿勢のリアルタイムの理解を高める。換言すれば、センサ５１３からのデータは、アクチュエータユニット１１０の構成を決定するために使用されることができ、この構成は、他のセンサデータと共に、アクチュエータユニット１１０を装着しているユーザ１０１のユーザの姿勢または身体構成の推定を推測するために使用されることができる。

時には、いくつかの実施形態では、感知モダリティが存在しない、またはハードウェアに実際に統合されることができないため、外骨格システム１００がシステムの姿勢の全ての重要な態様を直接感知することは非現実的または不可能であることがある。結果として、いくつかの例での外骨格システム１００は、ユーザの身体の基礎となるモデルと、ユーザが装着している外骨格システム１００とに基づいたセンサ情報の融合された理解に依存することができる。両脚膝補助用外骨格システム１００の一実施形態では、外骨格デバイス５１０は、ユーザの下肢及び胴体セグメントの基礎となるモデルを使用して、本来であれば遮断されているセンサ５１３間の関係制約を強化することができる。そのようなモデルにより、外骨格システム１００は、身体によって作成されるユーザの運動連鎖を通じて２本の脚１０２が機械的に連結されているという点で、これら２本の脚の制約された動きを理解することが可能になる。このアプローチは、膝の向きの推定値が適切に制約され、生体力学的に妥当であることを確保するために使用されることができる。様々な実施形態では、外骨格システム１００は、外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０に埋め込まれたセンサ５１３を含み、システムの姿勢のさらなる全体像を提供することができる。さらに別の実施形態では、外骨格システム１００は、姿勢推定の動作に追加の制約を提供する試みの中でアプリケーションにユニークな論理制約を含むことができる。これは、いくつかの実施形態では、外骨格システム１００が外部からのＧＰＳ信号を拒否する、または地磁気が歪んでいる場合、高度に動的なアクションなどに、グラウンドトゥルース情報が利用できない状況では望ましいことがある。

いくつかの実施形態では、外骨格システム１００に基づいた位置及び／または位置属性の構成での変更は、自動的に、及び／またはユーザ１０１からの入力によって実行されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、位置及び／または位置属性に基づいた構成での変更について１つ以上の提案を提供することができ、ユーザ１０１はそれらのような提案を受け入れることを選択することができる。さらなる実施形態では、外骨格システム１００に基づいた位置及び／または位置属性の一部または全ての構成は、ユーザインタラクションなしで自動的に発生することができる。

様々な実施形態は、動作全体を通して外骨格システム１００からのデータの収集及びストレージを含むことができる。一実施形態では、これは、外骨格デバイス５１０上で収集されたデータを、利用可能な無線通信プロトコルによって通信ユニット（複数可）５１４を介してクラウドストレージ位置にライブストリーミングすること、またはそのようなデータを外骨格デバイス５１０のメモリ５１２に格納することを含むことができ、そのようなデータは、通信ユニット（複数可）５１４を介して別の位置にアップロードされてもよい。例えば、外骨格システム１００がネットワーク接続を取得すると、記録されたデータは、利用可能なデータ接続によってサポートされる通信速度でクラウドにアップロードされることができる。様々な実施形態は、これの変形形態を含むことができるが、このような外骨格システム１００用に後で取得するために、外骨格システム１００に関するデータをローカル及び／またはリモートに収集して格納するための監視ソフトウェアの使用は、様々な実施形態に含まれ得る。

いくつかの実施形態では、そのようなデータが記録されていると、そのデータを様々な異なる用途に使用することが望ましい場合がある。そのような１つの用途は、注目すべきデバイスシステムの問題を識別する試みの中で、外骨格システム１００でのさらなる監督機能を開発するためのデータの使用であることができる。一実施形態は、様々な用途にわたってパフォーマンスが有意に変化した複数の中から、特異的な外骨格システム１００または脚部アクチュエータユニット１１０を識別するためのデータの使用であることができる。データの別の使用は、ユーザ１０１がどのようにスキーをするかのより良い理解を得るために、それをユーザ１０１に返すことであり得る。これの一実施形態は、ユーザ１０１がモバイルデバイス上で自分の使用をレビューすることを可能にするモバイルアプリケーションを介して、ユーザ１０１にデータを返すことであり得る。そのようなデバイスデータのさらに別の使用は、データの再生を外部データストリームと同期させて、追加のコンテキストを提供することであり得る。一実施形態は、コンパニオンスマートフォンからのＧＰＳデータを、デバイスにネイティブに格納されたデータに組み込むシステムである。別の実施形態は、記録されたビデオと、デバイス１００から取得された格納されているデータとの時間同期を含むことができる。様々な実施形態は、これらの方法を使用して、ユーザが自分自身のパフォーマンスを評価するためにデータを即時に使用すること、ユーザが過去から挙動を理解するため、ユーザが他のユーザと直接またはオンラインプロファイルを介して比較するため、開発者がシステムのさらなる開発のために後で取得することなどができる。

外骨格システム１００を操作する方法の別の態様は、ユーザ固有の特徴を識別するように構成された監視ソフトウェアを含むことができる。例えば、外骨格システム１００は、特定のスキーヤー１０１が外骨格システム１００でどのように動作するかの認識を提供することができ、経時的に、そのユーザのデバイスパフォーマンスを最大にする試みの中でユーザ固有の特徴のプロファイルを開発することができる。一実施形態は、特定のユーザの使用スタイルまたはスキルレベルを識別する試みの中でユーザ固有の使用タイプを識別する外骨格システム１００を含むことができる。様々な活動中のユーザのフォーム及び安定性の評価を通じて（例えば、センサ５１３などから得られたデータの分析を介して）、いくつかの例では、外骨格デバイス５１０は、ユーザが高度な熟練者、新参者、または初心者であるかどうかを識別することができる。このスキルレベルまたはスタイルの理解により、外骨格システム１００は、特定のユーザに制御基準をより良く合わせることができる。

さらなる実施形態では、外骨格システム１００は、所与のユーザに関する個別化された情報を使用して、外骨格システム１００に対するユーザの生体力学的応答のプロファイルを構築することもできる。一実施形態は、外骨格システム１００が、ユーザに関するデータを収集して、使用中にユーザが自分の脚１０２にかかった負荷をユーザが理解するのを支援する試みの中で、個々のユーザの膝の緊張の推定値を生じることを含むことができる。これにより、外骨格システム１００は、ユーザが履歴でかなりの量の膝の緊張に達した場合にユーザに警告し、ユーザが潜在的な痛みまたは不快感を受けないために止めたほうがよいとユーザに警告することができる。

個別化された生体力学的応答の別の実施形態は、ユーザ専用に個別化されたシステムモデルを開発するために、ユーザに関するデータを収集するシステムであり得る。そのような実施形態では、個別化されたモデルは、基礎となるシステムモデルを用いてシステムパフォーマンスを評価するシステムＩＤ（識別）方法を通じて開発されることができ、特定のユーザに適合する最良のモデルパラメータを識別することができる。そのような実施形態におけるシステムＩＤは、セグメントの長さ及び質量（例えば、脚１０２または脚１０２の一部の）を推定して、動的ユーザモデルをより適切に定義するように動作することができる。別の実施形態では、これらの個別化されたモデルパラメータを使用して、ユーザ固有の質量及びセグメントの長さに応じてユーザ固有の制御応答を送達することができる。動的モデルのいくつかの例では、これは非常に困難な活動中の動的な力を考慮するデバイスの機能に有意に役立つことができる。

通信ユニット５１４は、外骨格システム１００がユーザデバイス、分類サーバ、他の外骨格システム１００などを含む他のデバイスと直接またはネットワークを介して通信できるようにするハードウェア及び／またはソフトウェアを含むことができる。例えば、外骨格システム１００は、ユーザデバイスと接続するように構成されることができ、このユーザデバイスを使用して、外骨格システム１００を制御し、外骨格システム１００からパフォーマンスデータを受信し、外骨格システムへの更新を容易にすることなどができる。そのような通信は、有線及び／または無線通信であることができる。

いくつかの実施形態では、センサ５１３は、任意の適切なタイプのセンサを含むことができ、センサ５１３は、中央の位置に配置するか、外骨格システム１００の周りに分散させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、アーム１１５、１２０、継手１２５、アクチュエータ１３０または任意の他の場所を含む様々な適切な位置に、複数の加速度計、力センサ、位置センサなどを備えることができる。したがって、いくつかの例では、センサデータは、１つまたは複数のアクチュエータ１３０の物理的な状態、外骨格システム１００の一部の物理的な状態、外骨格システム１００の物理的な状態などに一般に対応し得る。一部の実施形態では、外骨格システム１００は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、カメラ、測距感知システム、環境センサ、標高センサ、マイクロフォン、温度計などを含むことができる。いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、スマートフォンなどのユーザデバイスからセンサデータを取得することができる。

場合によっては、外骨格デバイス１００を装着しているユーザ１０１の理解、外骨格システム１００の環境及び／または動作の理解を、様々な適切なセンサ５１５を外骨格システム１００に統合することによって外骨格システム１００が生成する、または拡張することが有益であり得る。一実施形態は、体温、心拍数、呼吸数、血圧、血中酸素飽和度、呼気ＣＯ₂、血糖値、足どり速度、及び発汗量など、ユーザ１０１の様々な適切な態様（例えば、疲労及び／または体の生命機能に対応する）を観察するための生物学的インジケータを測定及び追跡するためのセンサ５１５を含むことができる。

いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、それらのようなセンサ５１５とユーザ１０１の身体との比較的密接で信頼できる接続性を利用して、システムバイタルを記録し、それらをアクセス可能なフォーマットで（例えば、外骨格デバイス、リモートデバイス、リモートサーバなどに）格納することができる。別の実施形態は、温度、湿度、照明レベル、気圧、放射能、サウンドレベル、毒物、汚染物質などの様々な環境条件について、外骨格システム１００の周囲の環境を連続的または定期的に測定することができる環境センサ５１５を含むことができる。いくつかの例では、様々なセンサ５１５は、外骨格システム１００の動作に必要でなくてよく、または動作制御ソフトウェアによって直接使用されなくてもよいが、ユーザ１０１に報告するために（例えば、インタフェース５１５を介して）、またはリモートデバイス、リモートサーバなどに送信するために格納されることができる。

空圧システム５２０は、アクチュエータ１３０を個別にまたはグループとして膨張及び／または収縮させるように動作可能な任意の適切なデバイスまたはシステムを含むことができる。例えば、一実施形態では、空圧システムは、２０１４年１２月１９日に出願された関連特許出願第１４／５７７，８１７号に開示されているダイアフラムコンプレッサ、または本明細書に説明されるような空圧伝動装置を含むことができる。

様々な実施形態では、外骨格システム１００は、外骨格システム１００からローカルまたはリモートであってもよい、ユーザ１０１及び／またはその他の人間もしくはデバイスに様々なタイプのユーザインタラクション、外部インタラクション、及びフィードバックを提供することができる。例えば、そのようなインタラクションは、外骨格システム１００への必要に応じたユーザ１０１からの入力、並びに外骨格システム１００が外骨格システム１００の動作における変化及び外骨格システム１００の状態などを示すフィードバックをユーザ１０１に提供することを含むことができる。本明細書で議論されるように、ユーザ入力及び／またはユーザ１０１へのフィードバックは、外骨格デバイス５１０の１つ以上のユーザインタフェース５１５を介して提供されてもよく、あるいは様々な他のインタフェースもしくはスマートフォンユーザデバイスなどのデバイス、及び／または外骨格デバイス１００のいずれかの適切な位置に配置されたインタフェース５１５を含むことができる。例えば、１つ以上のユーザインタフェース５１５またはデバイスは、外部デバイス（例えば、図６を参照）、バックパック１５５（例えば、図１及び７を参照）、脚部アクチュエータユニット１１０（例えば、図８を参照）、または空圧システム５２０など、様々な適切な位置に位置することができる。

図６を参照すると、外骨格ネットワーク６００の一実施形態は、外骨格システム１００を含むように示されており、外骨格システムは、外部デバイス６１０に直接接続を介して及び／またはネットワーク６２０を介して操作可能に結合される。また、外骨格システム１００は、図６の例に示されるように、外骨格サーバ６３０及び管理デバイス６４０に操作可能に結合され得る。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０（図５も参照）の一部または全ては、ユーザ１０１が装着するように構成されたバックパック１５５内に配置されることができ、外骨格デバイスは、外部デバイス６１０及び／またはネットワークに外骨格デバイス５１０の通信ユニット５１４（図５を参照）を介して操作可能に接続されることができる。それらのような１つ以上の接続は、様々な適切なタイプの無線及び／または有線接続、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＲＦＩＤ、Ｗｉ－Ｆｉ、セルラー接続、無線接続、マイクロ波接続、衛星接続などであり得る。

いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、外部デバイス６１０を介してネットワーク（及びサーバ６３０及び／または管理デバイス６４０）に操作可能に接続され得る。例えば、外骨格デバイス５１０は、ネットワーク６２０への直接の操作可能な接続を有していなくてもよく、代わりに、外部デバイス６１０への直接接続を有することができ、外部デバイス６１０はネットワーク６２０への操作可能な接続を有することで、外骨格システム１００は、外部デバイス６１０を介してネットワーク（及びサーバ６３０及び／または管理デバイス６４０）と通信することが可能になる。

ネットワーク６２０は、任意の適切な有線及び／または無線ネットワーク、例えば、インターネット、衛星ネットワーク、セルラーネットワーク、軍事ネットワーク、マイクロ波ネットワーク、Ｗｉ－Ｆｉネットワーク、ラージエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）などを含むことができる。さらに、図６の例は、限定的であると解釈されるべきではなく、図示された要素のいずれも、さらなる実施形態では、具体的に存在しなくてもよく、または任意の適切な複数で存在してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、複数の外骨格システム１００をネットワーク６２０に接続することができることにより、複数の外骨格システム１００の間で、またはそれらの中で通信が可能になる。

図６の例での外部デバイス６１０は、スマートフォンを含むものとして示されているが、さらなる実施形態では、タブレットコンピュータ、ヘッドセットデバイス、スマートウォッチ、組み込みシステムなどを含む、様々な他の適切な外部デバイスが使用されることができる。様々な例では、外部デバイス６１０は、本明細書で説明されるように、入力及び／またはフィードバックを可能にするユーザインタフェース５１５を提示することができる。ただし、外部デバイス６１０のユーザインタフェース５１５が存在すると、１つ以上の追加のユーザインタフェース５１５が外骨格ネットワーク６００または外骨格システム１００上に、または中に存在しないことを意味することに留意されたい。例えば、本明細書で説明されるように、１つ以上のユーザインタフェース５１５は、バックパック１５５（例えば、図１及び７を参照）の上、中、またはその周り、１つ以上の脚部アクチュエータユニット１１０（例えば、図８を参照）に、空圧ライン１４５になど、様々な適切な位置にあることができる。

例えば、外骨格システム１００は、様々な適切な方法で、ユーザ１０１または他の人（複数可）から意図または他の入力を取得するように構成されることができる。これは、外骨格システム１００の構成要素（例えば、１つ以上のユーザインタフェース５１５）と直接統合されるか、外骨格システム１００に外部（例えば、スマートフォン６１０、リモートサーバ６３０、管理デバイス６４０など）から操作可能に接続されるかいずれかである様々な入力デバイスによって達成されることができる。

１つの実施形態では、ユーザインタフェース５１５は、ラペル入力デバイス及び／または外骨格システム１００の脚部アクチュエータユニット１１０の１つもしくは両方に直接統合された単一の機能ボタンを含むことができ、それらから構成されてもよく、またはそれらから必然的に構成されてもよい。例えば、図７は、ユニタリ機能ボタン７５０を含むバックパック１５５のストラップ上に配置されたユーザインタフェース５１５の実施例を例示し、図８は、脚部アクチュエータユニット１１０の上腕１１５の筐体上に配置されたユニタリ機能ボタン７５０を含む脚部アクチュエータユニット１１０を例示する。様々な実施形態では、そのような単一の機能ボタンは、機能性を有効化及び無効化することなどを可能にするための、例えば、教師なし意図認識、教師あり意図認識、または半教師あり意図認識のための入力を含む様々な入力をユーザ１０１が指示することを可能にする。例えば、いくつかの実施形態は、弁理士整理番号０１１０４９６－００６ＵＳ０を有する、「ＳＥＭＩ－ＳＵＰＥＲＶＩＳＥＤ ＩＮＴＥＮＴ ＲＥＣＯＧＮＩＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」と題する、２０１８年８月２９日に出願された米国特許出願第１６／１１６，２４６号において説明され、及び示されるシステム及び方法を含むことができる。本出願は、その全体が、全ての目的のために、参照により本明細書に組み込まれるものとする。

様々な実施例では、ユーザインタフェース５１５は、ユーザの所望の動力レベル（例えば、脚部アクチュエータユニット１１０によって加えられる力の最大量または範囲）、外骨格システム１００の制御に統合する予測的意図の量、空圧システム５２０などのシステムコンポーネントに対する出力レベル、及び音声フィードバックまたは触覚フィードバックに対する出力ボリュームなど、様々な機能性に対する範囲内での区画を示すための選択インジケータボタンを含むことができる。例えば、図７は、選択インジケータボタン７６０を含むユーザインタフェース５１５の実施例を例示し、選択インジケータボタン７６０は、ユーザ１０１が、設定を増大させるように選択インジケータボタン７６０のトップエンド７６１を押下し、もしくは設定を減少させるように選択インジケータボタン７６０のボトムエンド７６２を押下することによって、またはトップエンド７６１もしくはボトムエンド７６２を押下することにより設定のグループを通じて上に循環もしくは下に循環させることによって、１つ以上の設定を増大もしくは減少させ、または設定のグループを通じて（線形的にまたは循環的に）循環させることを可能にする。

様々な実施形態は、容量性ボタン、トグルボタンもしくはスイッチ、瞬間ボタン、非瞬間ボタン、ダイヤル、レバー、スライダ、タッチスクリーン、デバイスへの音声入力、中間デバイスへの音声入力、カメラ、及び近距離無線通信要素など、いずれかの適切なインタフェース要素、入力要素、またはフィードバック要素を有する１つ以上のユーザインタフェース５１５を含むことができる。また、用語「ボタン」は、本明細書で使用されるように、スライダ、ロッカスイッチ、トグル、ダイヤル、レバー、及びタッチスクリーンなどの広範囲の様々な入力要素を網羅すると解釈されるべきである。

ユーザインタフェース５１５は、単一の機能インタフェースに何ら限定されず、いくつかの実施形態では、１つ以上の機能を制御することができ、及び／またはユーザへのフィードバックの１つ以上の方法を提供することができる。様々な実施形態では、ユーザインタフェース５１５は、一連のそれらの同一のボタンが押圧された後に、その機能及び触覚フィードバックが変化する、タッチスクリーン及び複数のグラフィカルユーザインタフェースまたはボタンのグループのように、機能の１つの組を制御し、次いで、異なるインタフェースを有するように変更し、並びに／または機能の異なる組を制御し、及び／もしくはフィードバックの１つの組を提供し、次いで、フィードバックの異なる組を提供するように変更する１つのインタフェースを有してもよい。いくつかの実施形態では、第１のユーザインタフェース５１５自体は、物理的に及び／またはソフトウェアを通じてのいずれかで、ユニタリ機能ボタン７５０の意図しない活性化を防止するロックボタンなどにより、第２のユーザインタフェース５１５または他の入力によって可能または不可能にレンダリングされてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザインタフェース５１５は、ユーザまたは修理技術士などに状態フィードバックまたは誤りフィードバックを提供する外骨格システム１００のいずれかの内部電子装置上のライトの形式であることができる。いくつかの実施形態では、ユーザインタフェース５１５は、システムソフトウェア構成またはハードウェア構成を変更することができる、ポテンショメータ、ジャンパ、加算レジスタまたは減算レジスタ、内部スイッチ、及びボタンなど、内部電子装置への他のユーザ入力の形態であることができる。

いくつかの実施形態では、入力は、１つ以上のセンサ５１３からのデータに基づいて取得されてもよく、ユーザ１０１による意図的な入力の動き（例えば、つま先タップ）、外骨格システム１００の位置上のタップの振動検知、または外部デバイス６１０からのアルゴリズム的に解釈された意図などに基づいたユーザ１０１からの入力の識別を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、ユーザは、入力として外骨格システム１００によって識別及び解釈することができる（例えば、外骨格デバイス５１０が体の動きまたは体のジェスチャなどに対応することができる１つ以上のアクチュエータユニット１１０の動きを示す１つ以上のセンサ５１３からのデータを取得することによって）、１つ以上の体の動きまたは体のジェスチャなどによって外骨格デバイス１１０への入力を制御、構成、またはそうでなければ提供することができる。いくつかの実施例では、外骨格システム１００は、ユーザ入力に対応する１つ以上の体の動きもしくは体のジェスチャを継続的に監視することができ、またはインタフェース５１５（例えば、そのような入力が行われようとしていることを示すために使用されるボタン）を介したユーザ入力に基づいて、ユーザ入力に対応する１つ以上の体の動きもしくは体のジェスチャを監視することができる。そのような体の動きまたは体のジェスチャの入力は、ユーザ１０１の１つ以上の脚部に関連することができ、さらなる実施例は、入力またはその他のものを表す頭のうなずきとの組み合わせたつま先タップなど、腕、手、手首、足、または頭、及びそれらのいずれかの組み合わせなど、体のいずれかの他の部分に関連することができる。

いくつかの実施形態は、システム動作での離散点における意図を識別するための入力センサ５１３またはユーザインタフェース５１５を含むことができる。１つのそのような実施形態では、外骨格システム１００は、外骨格システム１００を使用することを意図しているユーザ１０１を識別する離散的始動識別工程を引き起こすための指紋リーダを含むことができる。例えば、様々な実施形態では、１つ以上のユーザ識別子（例えば、指紋、ユーザ名、またはパスワードなど）は、ユーザ１０１によって入力されてもよく、それらは、特定のユーザ１０１によって定義され、または特定のユーザ１０１と関連付けられた１つ以上の設定により外骨格システム１００を使用及び構成するなどのために外骨格システム１００をロックまたはアンロックするために使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、外骨格の１つ以上のアクチュエータユニット１１０を装着しているユーザでない、ユーザ、管理者、レスポンダ、またはコマンダなどと関連付けられた１つ以上のユーザ識別子は、入力として使用されてもよい。例えば、そのようなユーザ識別子は、そのような非装着者が、外骨格システム１００を構成すること、または外骨格システム１００に対する管理者制御を得ることなどを可能にすることができる。

また、様々なユーザインタフェース５１５が外骨格システム１００上で構成または配置されてもよく、その結果、外骨格システム１００を装着しているユーザ１０１が、そのようなユーザインタフェース５１５とインタラクトすることができると共に、いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、外骨格システム１００上で構成または配置された１つ以上のユーザインタフェース５１５を含むことができ、その結果、外骨格システム１００を装着しているユーザ１０１が、そのようなユーザインタフェース５１５とインタラクトすることができず、または容易にインタラクトすることができないが、別のユーザ、管理者、レスポンダ、またはコマンダなどによって容易にインタラクトすることができる。例えば、１つの実施形態は、戦術的用途において望ましい場合がある、発話することなく、チームメンバがシステム及び／またはユーザに入力を提供することを可能にするために、便宜的用途において使用されるなど、ユーザが到達することが不可能であり、または容易に到達することが可能ではないが、別の人間によって容易にアクセスすることができる、外骨格システム１００のバックパック１５５上でのタッチ感知インタフェース５１５を含むことができる。

様々な実施形態では、入力要素は、特有の挙動、機能、または応答などに固定されることが望ましい場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、図７の実施例を参照すると、ボタン７５０は、応答を非活性化するように固定することができるユーザのラペル上に配置されたインタフェース５１５に含まれてもよい。１つの実施形態では、外骨格デバイス１００の状態及び外骨格デバイス５１０によって実行される動作的制御ソフトウェアの現在の構成にも関わらず、この専用ボタン７５０を押下することは、外骨格システム１００を非活性化し、いずれかの正のトルク伝達を即時に停止し、全ての可視光を遮断する。この実施例の特徴は、敵の環境内での直接関与による戦略的ミッションシナリオの間に望ましい場合があり、敵の環境では、外骨格デバイス１００によって生じる音または光は、ユーザの位置を明かすことによってユーザを危険に晒す。いくつかまたは全ての他の入力を無効にする専用入力の周りで中心に置くことができるこの特徴の様々な潜在的な構成が存在し、そのような実施例が、上記に提示された実施例だけには限定されない。

いくつかの実施例では、（例えば、戦略的シナリオにおいて）、外骨格システム１００のユーザが外骨格システム１００を迅速に脱ぐこと（例えば、そのようなアクチュエータが損傷し、動力が不足し、ミッションにおいてもはや必要とされず、機能せず、またはそうでなければユーザの安全性もしくは快適性に影響を及ぼす場合、１つまたは両方の脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒを迅速に除去すること）が可能であることが望ましい場合がある。いくつかの実施形態は、外骨格システム１００またはその一部を迅速に退避させる試みにおいて、ユーザが外骨格システム１００の１つ以上の部分またはその全体を迅速に除去することを可能にすることができる、迅速脱衣特徴を含むことができる。

例えば、１つの実施形態は、単一のレバーを引くこともしくはボタン（例えば、図８のボタン７５０）を押すことにより、脚部１０２に脚部アクチュエータユニット１１０を結合する全てのストラップまたはコネクタなどが解放される、外骨格システム１００の脚部アクチュエータユニット１１０の迅速脱衣特徴を含むことができ、脚部アクチュエータユニット１１０は、地面に落ちることができ、またはそうでなければユーザによって迅速に除去されてもよい。別の実施形態は、ユーザが胴体搭載動力パックまたは背中搭載動力パックを落下させ、ユーザの体に付着された１つ以上のアクチュエータユニット１１０を維持することを可能にする、外骨格システム１００の動力パック部分（例えば、バックパック１５５上または周りのインタフェース５１５のボタン７５０）上にまたは周りに迅速脱衣特徴を含むことができる。

いくつかの実施形態では、迅速脱衣特徴は、電子要素またはコンピュータ要素なしに１つ以上の結合器を物理的に解放する純粋な機械的要素であることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、迅速脱衣特徴は、１つ以上のユーザインタフェース５１５などを介してなどで、電子的に動作する及び／またはコンピュータで動作することができる。例えば、１つの実施形態では、外骨格デバイス５１０は、外骨格システム１００の一部または全ての部分の１つ以上の結合器（例えば、１つ以上の脚部アクチュエータユニット１１０またはバックパック１１５などの結合器）を解放するようにトリガすることができる。様々な適切な結合器は、脚部アクチュエータユニット１１０またはライン結合器などの１つ以上の結合器１５０など、１つ以上の迅速脱衣特徴を介して解放されるように構成されてもよい。

１つ以上の迅速脱衣特徴は、外骨格システム１００の全体がユーザから解放されることを可能にし、または外骨格システム１００の１つ以上の部分がユーザから解放されることを可能にするように構成されてもよい。例えば、１つの実施形態では、左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌは、左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌがユーザから解放されることを可能にする第１の迅速脱衣特徴を含むことができ、右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒは、右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒがユーザから解放されることを可能にする第２の迅速脱衣特徴を含むことができ、バックパック１５５は、バックパック１５５がユーザから解放されることを可能にする第３の迅速脱衣特徴を含むことができる。いくつかの実施形態は、左側脚部アクチュエータ１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータ１１０Ｒ並びにバックパック１５５が全て一度に解放されることを可能にする第４の迅速脱衣特徴（第１、第２、及び第３に加えて）を含むことができる。

様々な実施形態は、上記にリスト化された実施例及びその組み合わせを含むことができる。脱衣特徴についての様々なシステム及び方法は、本開示の範囲及び精神の中にあり、よって、本明細書における実施例は、限定すると解釈されるべきではない。それらは、それらに限定されないが、除去することができる脚部アクチュエータユニット１１０のストラップを通じて織られたケーブル機構、単一のレバーに全てが係合する一連の締め金、引き出されるときに結合器を解放しまたは構造から離脱するように様々な位置においてシステムに対して力を及ぼすケーブルアセンブリ、及び引き離す磁石または解放する電気磁石などのメカトロニクスリリースまたは機械的リリースを作動させる電気ボタンまたはスイッチなどを含むことができる。そのようなリリースは、複数の結合器を実質的に同時に物理的に解放させることができ、または即時に連続して、１つ以上の脚部アクチュエータユニット１１０がユーザから物理的に解放することを可能にすることができる。

いくつかの実施形態では、外骨格システム１００を装着しているユーザ１０１から直接的にだけでなく、入力は、外部ソースから外骨格システム１００に提供されてもよい。そのような構成は、例えば、外部の当事者に利用可能である情報のサブセットまたは異なる組によりユーザ１０１が動作している状況において望ましい場合があり、外部の当事者が所望の応答または外骨格システム１００の構成などを実施またはガイドする入力を外骨格システム１００に提供することが望ましい。これは、様々なアクションに対するニーズを示し、構成を生成し、または警告を提供するなどの入力を外骨格システム１００に提供するために、様々な外部入力デバイスまたは方法を通じて（例えば、外部デバイス６１０、外骨格サーバ１３０、または管理デバイス６４０を介して）様々な実施形態で達成されてもよい。

外骨格システム１００への入力は、外部であり、外骨格システム１００のすぐ近くに位置せず、または別の当事者によって操作される様々なソースから来てもよい。例えば、１つの実施形態では、入力データは、車が車両ＡＰＩを介して外骨格システム１００に情報を送信するなど、外部デバイスから外骨格システムに送信されてもよい。別の実施形態では、外骨格システム１００は、所与の位置またはエリアなどと関連付けられた特有の入力データと共に、高度、地形、または位置などのＧＰＳデータを受信してもよい。別の実施形態では、外骨格システム１００のユーザは、外骨格システム１００の使用の間に外骨格システム１００の動作及びユーザを監督している（例えば、１つ以上のリモート管理デバイス６４０、または同様のものを介して）監督チームを有してもよい。例えば、監督チームは、外骨格システム１００を装着しているユーザ１０１によって観察可能でない物理的態様及び環境的態様を観察してもよく、それらの入力を外骨格システム１００及び／またはユーザ１０１に提供してもよい。監督チームはまた、外骨格システム１００とは別個になること、または物理的に不可能であることなどに起因して、ユーザが外骨格システム１００にアクセスすることが不可能であるときでさえ、外骨格システム１００にアクセスし、外骨格システム１００を構成してもよい。さらなる実施形態では、データは、リモートデバイス（例えば、外骨格サーバ６３０または管理デバイス６４０など）によって取得されてもよく、そのようなデータは、外骨格システム１００を装着しているユーザの位置への援助もしくは支援を送るために使用されること、または同様のことなど、様々な適切な様式において使用されてもよい。

１つ以上のユーザインタフェース５１５は、ユーザが外骨格システム１００を適切に使用し、動作させることを可能にするための情報をユーザ１０１に提供することができる。そのようなフィードバックは、アクチュエータユニット１１０の１つまたは両方上で直接統合されたフィードバック機構、アクチュエータユニット１１０の動作または作動を通じたフィードバック、及び外骨格システム１００と統合されていない外部デバイスまたはシステム（例えば、移動デバイス）を通じたフィードバックなどを含むことができる、視覚フィードバック、触覚フィードバック、及び／または音声フィードバックのうちの１つ以上を介してであってもよい。様々な実施形態では、１つ以上のユーザインタフェース５１５は、バッテリレベル、性能レベル、天候情報、環境情報、広告、動作的誤り、動力状態、流体貯蔵状態、システム始動、システムパワーダウン、適切な装着、不適切な装着、外部デバイス６１０の接続、外部デバイス６１０の切断、メッセージの受信、及びシステム機能不良などを含む、様々なタイプの情報を提示することができる。

いくつかの実施形態は、アクチュエータユニット１１０内で、バックパック１５５上でまたは周りで、及び外部デバイス上などでのフィードバックライトの統合を含むことができる。図９の実施例に示されるようなものなど、１つのそのような実施形態では、ユーザインタフェース５１５は、脚部アクチュエータユニット１１０の上腕１１５または外骨格デバイス１００の他の適切な位置に統合する５個のライト９５０を含むことができ、その結果、ユーザ１０１は、ライト９５０を見ることができる。そのようなライト９５０は、白黒または多色であることができ、システム誤りのフィードバック、デバイス動力、及びデバイスの動作の成功など、様々なタイプの情報を示すために使用されてもよい。

１つの実施形態では、点灯するライト９５０の数は、バッテリレベルを示すことができ、点灯するライト９５０の色は、外骨格システム１００の動作の現在設定されているモードを示すことができ、ライト９５０は、誤りまたは障害が検出されるときに赤に変わることができる。図９の特有の実施形態は、限定するとして解釈されるべきではなく、ＯＬＥＤスクリーンまたは点滅するライトなどを含む、ライト９５０または他の視覚インジケータの多種多様な他の構成が存在することができる。様々な実施形態では、そのようなライト９５０またはスクリーンなどは、タッチまたは押下などを介してなどで、インタラクションを可能にするように構成されてもよい。

様々な実施形態では、外骨格システム１００は、情報の特有の部分を示す制御型フィードバックをユーザに提供することができる。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、外骨格システム１０１を装着しているユーザ１０１に情報を運ぶ様式において１つ以上のアクチュエータユニット１１０を脈動させることによって、１つ以上のアクチュエータユニット１１０を作動させることによって、１つ以上のアクチュエータユニット１１０を振動させることによって、または他の方法で１つ以上のアクチュエータユニット１１０を構成することなどによって、を含む、様々な適切な様式においてユーザ１０１への触覚フィードバックを生成することができる。１つの特有の実施例は、ユーザが最大の許容可能トルクの現在の設定を物理的に感じることが出来るような使用に、トルク設定の触覚インジケータを提供することができる最大の許容可能なユーザ所望トルクを（例えば、選択インジケータボタン７６０を介して）ユーザが変更するとき、１つ以上の脚部アクチュエータユニット１１０に対する間接トルクを最大の許容可能トルクまで脈動させることを含むことができる。

別の実施形態では、ユーザ１０１は、設定のグループを通じて循環することができ、現在の設定のインジケーションは、現在の設定が何であるかをユーザに示すことができる固有の触覚識別子など、１つ以上の脚部アクチュエータユニット１１０によって生成された触覚フィードバックによって生成されてもよい。例えば、設定のグループが第１の設定、第２の設定、及び第３の設定を含む場合、１つ以上の脚部アクチュエータユニット１１０は、第１の設定を示すために１回パルスを発することができ、第２の設定を示すために２回パルスを発することができ、第３の設定を示すために３回パルスを発することができる。パルスの持続時間、パルスの数、パルスの周波数、パルスの振幅、左側アクチュエータユニットまたは右側アクチュエータユニット１１０のパルス、及びモールスコードなどのコードなどに基づくことができる、様々な適切な固有の触覚インジケータが使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、触覚フィードバックは、動作的誤り、動力状態、流体貯蔵状態、システム始動、システムパワーダウン、適切な装着、不適切な装着、外部デバイス６１０の接続、外部デバイス６１０の切断、及びメッセージの受信など、外骨格システム情報に関する警告通知または状態通知を提供することができる。別の実施形態では、外骨格システム１００を観察している（例えば、リモート管理デバイス６４０を介して）第三者またはチームは、外骨格システム１００に警告通知を送信することができ、警告通知は、１つ以上のユーザインタフェース５１５を介して、外骨格システム１００の作動と関連付けられた触覚フィードバックを介して、などにより提示されてもよい。さらなる別の実施形態は、可聴フィードバック及び触知フィードバックを提供するように構成された１つ以上の脚部アクチュエータユニット１１０にディスプレイスクリーンを組み込む。

いくつかの実施形態では、触覚フィードバックは、ユーザへの通信のために使用されてもよい。例えば、それぞれの外骨格システム１００を装着している複数のオペレータによる戦略的用途では、ローカルスコードリーダまたはリモートコマンダ（例えば、管理デバイス６４０を介した）は、ドアを破る、前進する、後退する、停止する、脱出地点で合流する、再編成する、発砲する、発砲停止する、人を倒すなど、外骨格デバイス１００のうちの１つ以上によって受信することができる命令を発行することができる。

様々な実施例では、そのような通信は、様々な因子に基づいて所与のユーザに合わせられてもよい。例えば、特有の位置に移動するそれぞれの外骨格デバイス１００を装着している複数のユーザは、左に動くことを指示する左側外骨格デバイス１１０Ｌに対するパルスもしくは他のインジケータまたは右に動くことを指示する右側外骨格デバイス１１０Ｌに対するパルスもしくは他のインジケータなどの触覚フィードバックに基づいて指揮されてもよい。

外骨格システム１００または外部デバイス５１０によって生成された音声フィードバックは、同様に使用されてもよい。例えば、スピーカによって生成される音声フィードバックに加えて、いくつかの実施形態では、空圧システム５２０、アクチュエータユニット１１０、または流体アクチュエータ１３０などによって音が選択的に生成されてもよく、音は、警告を提供し、またはユーザに通信する際に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、アクチュエータ１３０に流体を導入する音、流体をリリースする音、アクチュエータユニット１１０を構成する音、または弁を開放もしくは閉鎖する音などが圧縮器によって選択的に生成されてもよく、音は、警告を提供し、またはユーザに通信する際に使用されてもよい。

また、いくつかの実施例は、外骨格システム１００の１つ以上の部分によって触覚フィードバック及び／または音声フィードバックを生成することを含むことができると共に、さらなる実施形態は、ウェブインタフェース、ＳＭＳテキストもしくは電子メール、振動、またはスピーカを介した音などを介したなどの、外部デバイス６１０を介した触覚フィードバック、音声フィードバック、または視覚フィードバックを含むことができる。

図１０に目を向けると、外骨格デバイス５１０及び空圧システム５２０を有する外骨格パック１５５を含む外骨格システム１００の実施例の実施形態のブロック図が例示され、これらはそれぞれのライン１４５を介して左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒに動作可能に結合される。左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒはそれぞれ、左側脚部アクチュエータ１３０Ｌ及び右側脚部アクチュエータ１３０Ｒを含む。外骨格システム１００はさらに、第１のユーザインタフェース、第２のユーザインタフェース、及び第３のユーザインタフェース５１５を含む。特に、外骨格パック１５５はさらに、１つ以上のパックユーザインタフェース５１５Ｐを含み、左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌはさらに、左側脚部アクチュエータユニットインタフェース５１５Ｌを含み、右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒはさらに、右側脚部アクチュエータユニットインタフェース５１５Ｒを含む。

様々な実施形態では、第１のユーザインタフェース、第２のユーザインタフェース、及び第３のユーザインタフェース５１５は、同一であってもよく、または異なってもよい。加えて、いくつかの実施形態では、第１のユーザインタフェース、第２のユーザインタフェース、及び第３のユーザインタフェース５１５のうちの１つ以上は、同一且つ冗長である、入力要素（例えば、ボタン）またはフィードバック要素（例えば、ライトもしくはスクリーン）を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒは、冗長入力要素及び／または出力要素を有する同一のユーザインタフェース５１５を有することができる。

１つの特有の実施形態では、左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒの両方は、図８に示されたような単一の入力ボタン７５０及び図９に示されたようなフィードバックライト９５０の組を含む、同一のユーザインタフェース５１５Ｌ、５１５Ｒを有することができる。それらの同一のユーザインタフェース５１５Ｌ、５１５Ｒのボタン７５０は、同一の機能と関連付けられてもよく、その結果、いずれかを押下することは、同一の機能をトリガする。同様に、フィードバックライト９５０は、同一のフィードバック出力を提示することができる。

左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒのユーザインタフェース５１５Ｌ、５１５Ｒが同一且つ冗長であるそのような実施形態が望ましい場合があり、その結果、ユーザの手の１つが１つの側のボタン７５０を作動させるのに利用可能でないケースでは、またはライト９５０の組の１つしかユーザ１０１にとって視認可能でない位置にユーザ１０１がいる場合、ユーザ１０１は、左側及び右側の両方でインタフェース５１５にアクセスすることができる。左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒのユーザインタフェース５１５Ｌ、５１５Ｒが同一且つ冗長であるそのような実施形態は、外骨格システム１００がモジュラである場合にも望ましい場合があり、その結果、外骨格システム１００は、両脚構成または片脚構成において動作することができる。例えば、左側脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ及び右側脚部アクチュエータユニット１１０Ｒのユーザインタフェース５１５Ｌ、５１５Ｒが同一であることは、アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒの１つしか外骨格システム１００に動作可能に結合されていないとき、ユーザが外骨格システム１００を動作させることを可能にすることができる。それらの実施例の実施形態は、外骨格システム１００の様々なコンポーネント上に存在することができるユーザインタフェースの様々な組み合わせ及び数を何ら限定せず、それらは、冗長且つ固有のユーザインタフェースの組み合わせ及び数をも限定しない。

様々な実施形態では、１つ以上の外骨格システム１００は、外部の第三者によって直接制御されてもよい（例えば、図６に示されるような管理デバイス６４０を介して）。そのような実施形態の１つの実施例では、ユーザ１０１は、外骨格システム１００を落下させ、外骨格システム１００をそのままにすることが強制される場合があり、それによって、外骨格システム１００の制御を失い、誰かがそれを拾い上げ、及びそれを使用することを試みている場合でさえ、監督チームは、外骨格システム１００を無効化または構成するための外骨格システム１００への入力を発行することができる。

別の実施形態では、外骨格システム１００は、アクションがユーザによって実行される確率が増大することに基づいて、そのようなアクションが実行されるために自動で準備することができる。所与のアクションが実行されるそのような確率を判定することは（例えば、外骨格デバイス５１０によって）、過去のユーザアクション、前に知られた地形、同様の状況下の挙動、ＧＰＳ位置、及び天候などに基づいてもよい。１つの特有の実施形態では、外骨格システム１００は、無線接続を通じてＧＰＳ情報を受信し（例えば、ネットワーク６２０を介して）、受信されたＧＰＳ情報は、外骨格システム１００が多くの高度変化を有する山道で動作していることを示すことができる。そのような実施形態では、外骨格システム１００は、通常のケースよりも可能性が高いイベントであること基づいて、ユーザ１０１が斜面を上がっておりまたは下がっていることを識別するように、より可能性が高くなるように自身を構成することができる。

さらなる実施形態では、環境及び地形を既に経験した同一のエリア内の第２の外骨格システム１００は、まだその地形に入っていない第１の外骨格システム１００に情報を直接または間接的に送信してもよく、第１の外骨格システム１００は、外骨格システム１００の構成を変更することになどによって、これから来る特徴に備えるために情報を使用することができる。この１つの特有の実施形態は、ダウンヒルスキーのために使用される外骨格システム１００を伴うことができる。例えば、第１の外骨格システム１００が落下またはケガについての高いリスクを生じさせる雪の区画に遭遇する場合、外骨格システム１００は、位置及び条件をそれらに通知するように、１つ以上の近くの外骨格システム１００に警告を送信することができる。１つ以上の受信する外骨格システム１００は、警告エリアをユーザに通知し、（例えば、１つ以上のユーザインタフェース５１５を介して）、警告エリアから離れるようユーザをガイドすることを試み（例えば、１つ以上のユーザインタフェース５１５を介してまたは外骨格システム１００を構成することを介して）、次いで、警告エリアに遭遇するときに警告を通じてユーザを保護するために、情報を使用することができる。いくつかの実施例では、複数の外骨格システム１００は、直接通信することができ、ネットワーク６２０を介して通信することができ、または外骨格サーバ６３０を介して通信することができる、などである。様々な実施形態は、上記にリスト化されたオプション、またはその組み合わせ及び変形を使用することができるが、アクション及びアイテムの明確に述べられた組み合わせに何ら限定されない。

本明細書で議論されるように、様々な実施形態は、外骨格システム１００などのウェアラブルデバイスに対する半教師あり意図認識の方法に関連する。様々な実施形態の半教師あり意図認識方法は、以下でさらに詳細に説明されるような完全教師あり意図認識方法及び教師なし意図認識方法と区別することができる。

図１１に目を向けると、複数のシステム状態及びシステム状態の間の遷移を含む、外骨格システム１００に対する実施例の状態機械１１００が例示される。より具体的に、座っている状態１１０５を含む状態機械１１００が示され、座っている状態１１０５から、外骨格システム１００は、座っている－立つ遷移１１１０を介して、立つ状態１１１５に遷移することができる。外骨格システム１００は、立つ－立っている遷移１１２０を介して、立つ状態１１１５から立っている状態１１２５に遷移することができる。外骨格システム１００は、立っている－座る遷移１１３０を介して、立っている状態１１２５から座る状態１１３５に遷移することができる。外骨格システム１００は、座る－座っている遷移１１４０を介して、座る状態１１３５から座っている状態１１０５に遷移することができる。

例えば、ユーザ１０１が椅子に座っている場合、外骨格システム１００は、座っている状態１１０５にあることができ、ユーザ１０１が起立することを望むとき、外骨格システム１００は、立つ状態１１１５を介して、座っていること１１０５から立っていること１１２０に移動することができ、それは、ユーザ１０１を座っている位置から立っている位置に移動させる。ユーザ１０１が椅子のそばで立っている場合、外骨格システム１００は、立っている状態１１２５にあることができ、ユーザ１０１が椅子に座ることを望むとき、外骨格システム１００は、座る状態１１３５を介して、立っていること１１２５から座っていること１１０５に移動することができ、それは、ユーザ１０１を立っている位置から座っている位置に移動させる。

また、状態機械１１００に示されるように、外骨格システム１００は、立っている－歩く遷移１１４５を介して、立っている状態１１２５から歩いている状態１１５０に移動することができる。外骨格システム１００は、歩く－立っている遷移１１５５を介して、歩いている状態１１５０から立っている状態１１２５に移動することができる。例えば、ユーザ１０１が立っている１１２５の場合、ユーザ１０１は、歩くこと１１５０を選ぶことができ、歩くこと１１５０を停止し、立っていること１１２０に戻ることを選ぶことができる。

実施例の状態機械１１００は、例示のみを目的に本明細書で使用され、本開示の範囲及び精神の中にある外骨格システム２００に対する多種多様な状態機械に対して限定すると解釈されるべきではない。例えば、いくつかの実施形態は、立っている状態１１２５及び歩いている状態１１５０のみを有するより単純な状態機械を含むことができる。さらなる実施形態は、歩いている状態１１５０から走っている状態、または同様のものなどの追加の状態を含むことができる。

図１２に目を向けると、図１１の状態機械１１００のコンテキストにおける完全教師あり意図認識方法１２００の実施例及びＡ－ボタン１２１０を有するユーザインタフェース５１５（図５を参照）が例示される。様々な実施例の完全教師あり状態機械では、ユーザ１０１は、１つの状態から別の状態への単一の固有の遷移の開始を指図する直接手動入力をインタフェース５２５に提供し、単一の固有の遷移が開始すると、外骨格システム１００は、その遷移を開始するようにスレーブされる。この実施例では、その手動入力は、Ａ－ボタン１２１０のボタン押下によって表される。立っている状態１１２５から歩く状態１１５０への単一の遷移（すなわち、立っている－歩く遷移１１４５）にマッピングされたＡ－ボタン１２１０が示される。ボタンＡが押下され、ユーザ１０１が歩いていること１１５０への遷移を開始するための安全な構成にあることを外骨格システム１００が検出する場合、外骨格システム１００は、立っている状態１１２５から歩く状態１１５０への遷移１１４５を開始する。言い換えると、この実施例では、ボタンＡは、立っている状態１１２５から歩いている状態１１５０への座っている－歩く遷移１１４５のみをトリガすることができ、全ての他の遷移（すなわち、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５５）は、Ａ－ボタン１２１０のボタン押下を介して利用可能でない。

図１３に目を向けると、図１１の状態機械１１００のコンテキストにおける完全教師あり意図認識方法１３００の実施例並びに第１のボタン１２１０及び第２のボタン１２２０を有するユーザインタフェース５１５が例示される。より具体的に、図１２の実施例に対して拡張することは、完全教師あり意図認識システムにおける複数の遷移を扱うために、ボタンＡは、上記議論されたような立っている状態１１２５から歩く状態１１５０への単一の遷移１１４５にマッピングされる。加えて、座っている状態１１０５から立つ状態１１１５への単一の遷移（すなわち、座っている－立つ遷移１１１０）にマッピングされたＢ－ボタン１２２０が示される。

本明細書で議論されるように、Ａ－ボタン１２１０が押下され、ユーザ１０１が安全である場合、外骨格システム１００は、立っていること１１２５から歩くこと１１５０への遷移を開始する。Ｂ－ボタン１２２０が押下される場合、外骨格システム１００は、遷移１１１０（すなわち、ユーザ１０１を座っていることから起立させる、座っていること１１０５から立つこと１１１０への座っている－立つ遷移１１１０）を開始する。それから、外骨格システムは次いで、ユーザ１０１が立つ状態１１１０にそれを完全に行ったかどうかを解釈することができ、そうでない場合、安全性測定として、座る－立つ遷移１１１０を中断することができる。言い換えると、インタフェース５１５上でＢ－ボタン１２２０を押下することは、座っていること１１０５から立っている操縦状態１１１５への座っている－立つ遷移１１１０をトリガすることができ、外骨格デバイス１００は次いで、誤りが発生しない限り、立っている状態１１２５に遷移する（１１２０）。

したがって、Ａ－ボタン１２１０は、立っている状態１１２５から歩いている状態１１５０への立っている－歩く遷移１１４５のみをトリガすることができ、Ｂ－ボタン１２２０は、座っている状態１１０５から立っている状態１１１５への座っている－立つ遷移１１１０のみをトリガすることができると共に、全ての他の遷移（すなわち、１１２０、１１３０、１１４０、１１５５）は、Ａ－ボタン１２１０またはＢ－ボタン１２２０のボタン押下を介して利用可能でない。

図１４に目を向けると、図１１の状態機械１１００のコンテキストにおける完全教師あり意図認識方法１４００の別の実施例及びＡ－ボタン１２１０を有するユーザインタフェース５１５（図５を参照）が例示される。特に、図１３は、完全教師あり状態機械１４００の別の変形例を例示し、この別の変形例では、外骨格システム１００が立っている状態１１２５にあり、ユーザ１０１が安全である場合、Ａ－ボタン１２１０を押下することは、外骨格システム１００に歩く状態１１５０への立っている－歩く遷移１１４５を開始させ、外骨格システム１００が座っている状態１１０５にあり、ユーザ１０１が安全である場合、外骨格システム１００は、立つ状態１１１５への座っている－立つ遷移１１１０を開始し、その後、外骨格システム１００は次いで、立っている状態１１２５への遷移１１２０が成功したかどうかを解釈し、それにしたがって振る舞うように、Ａ－ボタン１２１０がマッピングされる。この実施例のボタン構成は、同一のボタン１２１０が１つの遷移ではなく２つの特有の遷移１１１０、１１４５にそれぞれマッピングされることを除き、二重ボタンＡ １２１０及びＢ １２２０を有する図８の前の実施例と同様である。

上記議論されたような完全教師あり意図認識方法は、教師なし意図認識方法と区別することができる。例えば、図１５は、教師なし意図認識方法の実施例を例示する。より具体的に、図１５は、ユーザ１０１が外骨格システム１００の意図認識に直接の手動入力を提供しない、教師なし状態機械１５００を例示する。代わりに、外骨格システム１００は、継続して、センサ入力を監視しており、外骨格システム１００が現在どの状態にあるか、及びユーザ１０１がどの遷移を開始することを試みているかを解釈している。センサデータに基づいて（例えば、センサ５１３からの）現在検出されている状態からのとり得る遷移に対する閾値に到達し、ユーザ１０１が安全な構成にあると解釈されると、外骨格システム１００は次いで、解釈された遷移を開始することができる。

図１２～１４において議論された完全教師あり意図認識方法とは対照的に、図１５に示される遷移１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１４５、１１５５の各々は、外骨格システム１００が現在の状態（すなわち、座っていること１１０５、立つこと１１１５、立っていること１１２５、座ること１１３５、及び歩くこと１１５０）を判定し、もしあれば、ユーザがどの遷移を開始することを試みているかを判定する、デバイスにより解釈される遷移である。したがって、図１５の実施例のユーザインタフェース５１５は、ユーザ１０１が１つ以上の特有の遷移を開始することを可能にするボタンまたは他の要素もしく機構を有さない（ただし、ユーザインタフェース５１５が他の適切な機能性を有することができる）。言い換えると、図１５の教師なし方法は、ユーザ１０１が遷移を行うこと、または遷移を開始することの要望を指示するための入力を提供することを可能としないのに対し、図１２～１４において議論された教師あり意図認識方法は、ユーザ１０１が一部または全ての状態への遷移を開始することを可能にする。

本明細書で議論されるように、完全教師あり意図認識方法及び教師なし意図認識方法は、以下でさらに詳細に説明されるような半教師あり意図認識方法と区別することができる。例えば、図１６は、半教師あり意図認識方法の実施例の実施形態を例示する。特に、図１６は、半教師あり状態機械１６００を例示し、半教師あり状態機械１６００では、ユーザ１０１は、外骨格システム１００が現在の状態からの状態遷移を予期するべきであることを示す直接の手動入力を外骨格システム１００の意図認識に提供し、現在の状態は、ユーザ１０１による手動入力の時に外骨格システム１００に知られ、または外骨格システム１００によって判定される。

状態遷移のそのような増大した観察は、遷移が発生しているかどうかを解釈するための１つ以上の閾値を低くすることなどによって、様々な適切な様式において達成されてもよく、これにより、遷移がセンサ入力から（例えば、センサ５１３から受信されたセンサデータ）観察される機会を増大させることができる。

手動入力（例えば、この実施例では、ボタンＸ １２３０が押下される）の後、状態遷移が検出される場合、外骨格システム１００は次いで、検出された状態遷移を続けて開始する。しかしながら、状態遷移が検出されない場合、外骨格システム１００は、アクションを取らず、予め定義されたタイムアウトの後、外骨格システム１００は、遷移を予期することを停止し、次の手動入力に備えて、外骨格システム１００を標準状態に戻す。

言い換えると、様々な実施形態では、外骨格システム１００は、状態遷移の識別が１つ以上の閾値または基準などの第１の組と関連付けられている状態で、様々な状態遷移（例えば、図１１の実施例に示されるようないずれかのとり得る状態遷移）を識別及び開始することを含む、標準動作状態におけるユーザ１０１の移動を監視することができ、及びユーザ１０１の移動に応答することができる。ユーザからの入力（例えば、単一のボタンＸ １２３０を押下すること）に応答して、外骨格システム１００は、１つ以上の閾値または基準などの第２の組にしたがってではあるが、ユーザ１０１の移動をなおも監視することができ、及びユーザ１０１の移動に応答することができ、その結果、状態遷移を識別することは、第１の組の下での標準動作と比較してより容易である。

より具体的に、センサデータのいくつかの組について、外骨格システム１００が第１の組の下で動作しているとき、所与の状態遷移は、存在するとして識別されないが、１つ以上の閾値または基準などの第２の組の下では存在するとして識別される。したがって、様々な実施形態では、ユーザ１０１が所与の入力（例えば、単一のボタンＸ １２３０を押下すること）を提供することによって、外骨格システム１００は、状態遷移を識別することにより敏感になることができる。

様々な実施形態では、ユーザ１０１によって開始される状態遷移への感知性は、ユーザ１０１及び外骨格システム１００が現在ある状態を仮定して、とり得る状態遷移に基づくことができる。したがって、様々な実施形態では、状態変更を行う意図のインジケーションが受信された後（例えば、ユーザ１０１がＸ－ボタン１２３０を押下することを介して）、ユーザ１０１及び外骨格システム１００が現在どの状態にあるかについての判定が行われてもよく、ユーザ１０１によって変更された潜在的な状態への感知性は、判定された現在の状態に基づいて調整されてもよい。

例えば、図１６を参照すると、ユーザが座っている状態１１０５にあるとの判定が行われる場合、立つ状態１１１５への遷移を識別することへの感知性は、より敏感になるように調整されてもよい一方で、座っている状態から直接到達可能でない他の状態（例えば、歩く状態１１５０または座る状態１１３５）は、検出または識別することができる潜在的な状態として排除されてもよい。加えて、所与の状態からの複数の状態遷移が可能である場合、それらの複数の潜在的な状態遷移に対して感知性が調整されてもよい。例えば、図１６を参照すると、ユーザが立っている状態１１２５にあるとの判定が行われる場合、座る状態１１３５または歩く状態１１５０への遷移を識別することへの感知性は、より敏感になるように調整されてもよい一方で、座っている状態から直接到達可能でない他の状態（例えば、立つこと１１１５）は、検出または識別することができる潜在的な状態として排除されてもよい。

ユーザ１０１からの入力に応答して外骨格システム１００を状態遷移により敏感にさせることは、外骨格システム１００を装着しているユーザの経験を改善するために望ましい場合がある。例えば、標準動作の間、状態遷移を識別し、及び状態遷移に応答するための閾値は、状態遷移の偽陽性を防止するために高くてもよいと共に、状態遷移が発生する必要がある場合、外骨格システム１００が応答することをも可能にする。

しかしながら、ユーザが状態遷移を開始することを意図する場合（例えば、座っている位置から立っている位置に移動すること、立っている位置から座っている位置に移動すること、または立っている位置から歩いている位置に移動することなど）、ユーザ１０１は、状態遷移を開始する意図を示す入力を提供することができ、外骨格システム１００は、ユーザ１０１が意図した状態遷移を行うことを予期して、状態遷移により敏感になることができる。そのような感知性を増大させることは、ユーザ１０１によって開始される状態遷移を識別するための偽陰性または失敗を防止するために望ましい場合がある。

また、異なる特有の状態遷移にマッピングされた複数のボタンを有する完全教師ありシステムまたは全ての状態遷移よりも少ない状態遷移に単一のボタンがマッピングされたシステム（例えば、図１２～１４に示されたような）と比較して、そのような外骨格システム１００の動作をより単純且つユーザフレンドリにすることを理由に、状態遷移を行う意図を示す単一の入力をユーザ１０１に提供することが望ましい場合がある。状態遷移が発生する尤度が増大することと関連付けることができる、状態遷移を行うユーザ意図または要望に基づいて、状態遷移への可変の感知性をもたらすことによって、状態遷移を行う意図を示す能力をユーザ１０１に提供することが、状態遷移に対する偽陽性及び偽陰性を防止することを助けることを理由に、状態遷移を行う意図を示す単一の入力をユーザ１０１に提供することが教師なし方法よりも望ましい場合がある。

図７～９の完全教師あり意図認識方法と図１６の半教師あり方法との間の差をさらに例示するために、ユーザが所与の状態からの状態遷移を行うための複数のオプションを有する実施例に焦点を当てることが有益である場合がある。例えば、図１６の状態図１６００に示されるように、立っている状態１１２５にあるユーザは、座る操縦状態１１３５を介して座っている状態１１０５に遷移するオプション、または歩く状態１１５０に遷移するオプションを有する。図１６の実施例に示されるように、ユーザ１０１がボタン１２３０を押下する場合、ユーザ１０１は、立っている－座る遷移１１３０または立っている－歩く遷移１１４５を開始するオプションを有し、外骨格システム１００は、両方の潜在的な遷移１１３０、１１４５により敏感になることができ、ユーザ１０１がいずれかの潜在的な遷移１１３０、１１４５を開始することに応答することができる。

対照的に、図１２～１４の実施例に示されるように、Ａ－ボタン１２１０が押下される場合、ユーザ１０１は、立っている－歩く遷移１１４５に強制され、または最低限、立っている－座る遷移１１３０のオプションを有さず、立っている－座る遷移１１３０は利用可能でないアクションである。したがって、完全教師あり方法は、ユーザ１０１の移動のオプションを制限することがあると共に、半教師あり方法（例えば、図１６に示されるような）は、１つ以上の特有の状態遷移を明示的または暗示的に規定することなく、ユーザが状態遷移を行う意図を示すことを可能にすることができる。別の言い方をすると、完全教師あり方法は、ユーザ１０１の移動のオプションを制限することがある一方で、様々な実施形態の半教師あり方法は、ユーザ１０１の移動のオプションを制限せず、制限なしに、外骨格システム１００がユーザ１０１の移動に適合することを可能にする。

１つの状態がより多数のとり得る状態遷移を有する状態機械を検証するときの、完全教師あり意図認識と半教師あり意図認識との間の差も例示することができる。例えば、図１７は、立っている状態１１２５が８個の異なるシステム状態１１３５、１１５０、１７１０、１７２０、１７３０、１７４０、１７５０、１７６０への８個のとり得る遷移１１３０、１１４５、１７０５、１７１５、１７２５、１７３５、１７４５、１７５５を有する、教師あり意図認識方法１７０１における実施例の状態機械１７００を例示する。

より具体的に、外骨格システム１００のユーザ１０１は、立っている－座る遷移１１３０を介して立っている状態１１２５から座る状態１１３５に、立っている－歩く遷移１１４５を介して歩く状態１１５０に、立っている－ジャンプする遷移１７０５を介してジャンプする状態１７１０に、立っている－突っ込む遷移１７１５を介して突っ込む状態１７２０に、立っている－かがむ遷移１７２５を介してかがむ状態１７３０に、立っている－飛び込む遷移１７３５を介して飛び込む状態１７４０に、立っている－ダッシュする遷移１７４５を介してダッシュする状態１７５０に、及び立っている－ジョギングする遷移１７５５を介してジョギングする状態１７５０に、遷移するオプションを有する。

図１７の実施例に示されるように、ユーザインタフェース５１５は、立っている－座る遷移１１３０及び／または座る状態１１３５にマッピングされたＡ－ボタン１２１０を有することができる。この実施例では、Ａ－ボタン１２１０が押下されるとき、外骨格システム１００は、立っている－座る遷移１１３０を介して座る状態１１３５に遷移することを開始することができると共に、Ａ－ボタンが押されるときに他の状態及び遷移が利用可能でない。

同様の実施例では、図１８は、立っている状態１１２５が８個のそれぞれの状態への８個のとり得る遷移を有し、４個の１２１０、１２２０、１２４０、１２５０が単一の遷移及び状態のペアにそれぞれマッピングされた、教師あり意図認識方法１８００における状態機械１７００を例示する。より具体的に、Ａ－ボタン１２１０は、座る状態１１３５及び立っている－座る遷移１１３０にマッピングされ、Ｂ－ボタン１２２０は、ジャンプする状態１７１０及び立っている－ジャンプする遷移１７０５にマッピングされ、Ｃ－ボタン１２４０は、突っ込む状態１７２０及び立っている－突っ込む遷移１７１５にマッピングされ、Ｄ－ボタン１２５０は、かがむ状態１７３０及び立っている－かがむ遷移１７２５にマッピングされる。

図１７の実施例と同様に、図１８の方法１８００は、ボタン１２１０、１２２０、１２４０、１２５０の各々が、押下されるとき、所与のボタンがマッピングされた状態への遷移をトリガすると共に、別のボタンが押下されない限り他の遷移及び状態を利用可能にさせないことを例示する。図１８の実施例が、４個のそれぞれの状態及び遷移のペアにマッピングされた４個のボタンのみを例示するが、さらなる実施形態では、状態の各々は、それぞれのボタンにマッピングされてもよい。言い換えると、図１７及び１８の実施例の状態機械１７００について、さらなる実施形態では、８個の状態－遷移ペアの各々は、それぞれのボタンにマッピングされてもよい。したがって、ユーザ１０１が立っている状態１１２５から別の状態への遷移を望む場合、ユーザ１０１は、所望の状態への遷移を開始するために、所与の状態または状態遷移と関連付けられた特定のボタンを押下する必要がある。

対照的に、図１９は、図１７及び１８に示されたような状態機械１７００を有する半教師あり意図認識方法１９００の実施例並びに状態遷移を行う意図を示すための単一のボタン１２３０を有するユーザインタフェース５１５を例示する。図１４に示されるように、ユーザ１０１は、立っている状態１１２５にあることができ、状態遷移を行う意図または要望を示すためにＸ－ボタン１２３０を押下することができ、外骨格システム１００は、状態遷移を識別することにより敏感になることができると共に、ユーザ１０１が図１９の実施例に示される８個のとり得る状態遷移のいずれかを開始すること、または状態遷移を開始しないことを選ぶことを可能にする。

言い換えると、図１９の半教師あり意図認識方法１９００では、手動入力（Ｘ－ボタン１２３０）が、外骨格システム１００が現在の状態からいずれかのとり得る遷移を検出することにより敏感になる（例えば、とり得る挙動への遷移閾値を低くすることによって）ことを示すにすぎないことを理由に、全てのとり得る状態遷移が可能なままである。

また、遷移も可能でなく、ユーザ１０１は、状態遷移を行うことを強制されず、または必要とされない。しかしながら、図１８の完全教師ありの実施例では、Ｂ－ボタン１２２０が押下され、現在の立っている構成の状態１１２５がユーザ１０１にとって遷移しても安全であるとみなされる場合、外骨格システム１００は、立っている－ジャンプする遷移１７０５を開始する。一方、図１９の実施例では、Ｘ－ボタン１２３０が押下され、ユーザ１０１が遷移が発生するべきであること、遷移が発生しようとしていること、または遷移が発生していることを示すことを何も行わない場合、遷移は発生しない。

加えて、単一のボタン（例えば、Ｘ－ボタン１２３０）を有する半教師あり意図認識方法の様々な実施形態が議論されると共に、様々な実施形態が、単一の入力タイプに対する１つ以上の入力方法と共に、単一の入力タイプを含むことができることが明白であるはずである。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、外骨格システム１００の左側アクチュエータユニット１１０Ａ及び右側アクチュエータユニット１１０Ｂにそれぞれ配置された第１のＸ－ボタン及び第２のＸ－ボタン１２３０を含むことができ、ユーザ１０１は、状態遷移を識別することに外骨格システム１００をより敏感または応答的にさせるために、ボタン１２３０のいずれかを押下することができる。また、単一の入力タイプは、いくつかの実施形態における複数の入力方法と関連付けられてもよい。例えば、ユーザ１０１は、状態遷移を識別することに外骨格システム１００をより敏感または応答的にさせるために、Ｘ－ボタン１２３０を押下することができ、外骨格システム１００の本体をノックオンすることができ、または音声コマンドを提供することができる。

完全教師あり方法と半教師あり方法との間の差を数学的に説明する１つの方法は、所与の開始状態からとり得る状態遷移の確率を検証することである。様々な状態機械（例えば、図１１の状態機械１１００または図１７の状態機械１７００）に対する完全教師あり方法では、立っていること１１２５から歩くこと１１５０に遷移する確率は、Ｎ：Ｐ（歩いていること／座っていること）＝Ｎに等しいことができる。次いで、立っていること１１２５から立っていること１１２５に遷移する確率は１－Ｎ：Ｐ（立っていること／座っていること）＝１－Ｎであり、そのケースでは、外骨格システム１００は、（例えば、安全性特徴に起因して）、遷移が発生することを可能にしない。立っていること１１２５から座ること１１３５に遷移する確率は、様々な完全教師あり方法では、手動入力が単一の開始状態からの単一の所望の遷移をマッピングすることができるにすぎないことを理由に、０：Ｐ（座ること／立っていること）＝０に等しい。

そのような同一の状態機械（例えば、図１１の状態機械１１００または図１７の状態機械１７００）に対する半教師あり方法では、立っていること１１２５から歩くこと１１５０に遷移する確率は、Ａ：Ｐ（歩いていること／立っていること）＝Ａである。立っていること１１２５から立っていること１１２５に遷移する確率は、Ｂ：Ｐ（立っていること／立っていること）＝Ｂである。立っていること１１２５から座ること１１３５に遷移する確率は、１－Ａ－Ｂ：Ｐ（座ること／立っていること）＝１－Ａ－Ｂである。これは、半教師あり意図認識方法のいくつかの実施形態では、外骨格システム１００が所与の開始状態から所望の状態遷移を解釈することに任せられ、外骨格システム１００が座ること１１３５、歩くこと１１５０、または立ったままであること１１２５の間で決定することを可能にすることが理由である場合がある。

図２０に目を向けると、１つの実施形態に従った、半教師あり意図認識方法２０００が例示され、半教師あり意図認識方法２０００は、様々な実施例では、外骨格システム１００の外骨格デバイス５１０（図５を参照）によって実装されてもよい。方法２０００は、２００５において開始し、外骨格システム１００は第１の感知性レベルにおいて状態遷移を検出するための感知性により第１のモードにおいて動作する。２０１０において、状態遷移が識別されるかどうかの判定が行われ、そうである場合、外骨格デバイスは、２０１５において、識別された状態遷移を促進し、方法２０００は、２００５に戻って循環し、外骨格システム１００は、第１の感知性レベルにおいて状態遷移を検出するための感知性により第１のモードにおいて動作する。しかしながら、２０１０において、状態遷移が識別されない場合、２０２０において、状態遷移意図入力が受信されるかどうかの判定が行われ、そうでない場合、方法２０００は、２００５に戻って循環し、外骨格システム１００は、第１の感知性レベルにおいて状態遷移を検出するための感知性により第１のモードにおいて動作する。

例えば、外骨格１００は、標準感知性モード（例えば、第１のモード）において動作することができ、ユーザ１０１によって開始され、または行われる１つ以上の状態遷移を識別することができ、必要に応じてそのような識別された１つ以上の状態遷移によりユーザを支持するようにそれにしたがって作用することができる。また、外骨格システム１００は、受信されることになる状態遷移意図入力を監視または待機することができ、状態遷移意図入力は、本明細書で議論されるように、ユーザインタフェース５１５上のボタンを押下することを介して、触覚入力を介して、または音声入力などを介して、様々な適切な様式において受信されてもよい。

様々な実施形態では、外骨格システム１００は、状態遷移意図入力がこれまでに受信されることなく、所与の動作セッションの間にいくつかまたは全ての利用可能な状態を通じてユーザ１０１を動作または遷移させることができる。例えば、外骨格システム１００は、パワーアップされて、様々な位置状態において動作することができ、次いで、状態遷移意図入力が受信されることなく、パワーオフされてもよい。言い換えると、様々な実施形態では、外骨格システム１００は、完全に機能的であることができ、状態遷移意図入力がこれまでに受信されることなく、全ての利用可能な位置状態及び遷移を通じて移動する能力を有することができる。

方法２０００に戻り、状態遷移意図入力が２０２０において受信される場合、方法２０００は、２０２５に続き、外骨格システム１００は、第２の感知性レベルにおいて状態遷移を検出するための感知性により第２のモードにおいて動作する。２０３０において、状態遷移が識別されるかどうかの判定が行われ、そうである場合、２０３５において、外骨格システム１００は、識別された状態遷移を促進し、方法２０００は、２０２５に戻って循環し、外骨格システム１００は、第２の感知性レベルにおいて状態遷移を検出するための感知性により第２のモードにおいて動作する。

しかしながら、状態遷移が２０３０において識別されない場合、方法２０００は、２０４０に続き、第２のモードのタイムアウトが発生したかどうかの判定が行われる。そうでない場合、方法２０００は、２０２５に戻って循環し、外骨格システム１００は、第２の感知性レベルにおいて状態遷移を検出するための感知性により第２のモードにおいて動作する。しかしながら、第２のモードのタイムアウトが判定される場合、方法２０００は、２００５に戻って循環し、外骨格システム１００は、第１の感知性レベルにおいて状態遷移を検出するための感知性により第１のモードにおいて動作する。

例えば、状態遷移意図入力が外骨格システム１００によって受信される場合、外骨格システム１００は、第１のモードにおける第１の感知性レベルにおいて状態遷移を検出することから、第２のモードにおける第２の感知性レベルにおいて状態遷移を検出することに切り替えることができ、第１の感知性レベル及び第２の感知性レベルは異なる。外骨格システム１００は、状態遷移を監視することができ、第２のモードにおいて動作するためのタイムアウトが発生するまで識別された１つ以上の状態遷移を促進することができる。しかしながら、第２のモードのタイムアウトが発生する前に第２のモードにおいて動作する間、状態遷移がこれまで識別及び／または促進される必要はない。

本明細書で議論されるように、様々な実施例では、第２のモードの第２の感知性レベルは、第１のモードの第１の感知性レベルと比較して、状態遷移を検出または識別することにより敏感であることができる。１つ以上の状態遷移を識別することと関連付けられた１つ以上の閾値を低くすること、または１つ以上の状態遷移を識別するための基準を削除もしくは修正することなどを含む、様々な適切な様式において第２の感知性レベルのより高い感知性を達成することができる。しかしながら、様々な実施形態では、基準ニーズの組の閾値及び／または基準のサブセットは、変更、削除、または修正されない。また、いくつかの実施形態では、第１の感知性レベルからの第２の感知性レベルの間の差の全体的な効果が第２の感知性レベルのより高い全体的な感知性を結果としてもたらす場合、１つ以上の閾値が増大することができる。さらなる実施形態では、第１のモード及び第２のモードはいずれかの適切な様式において異なることができ、その結果、センサデータのいくつかの組について、所与の状態遷移は、外骨格システム１００が第１のモードにおいて動作しているときに存在するとして識別されないが、外骨格システム１００が第２のモードにおいて動作しているときに存在するとして識別される。

第２のモードのタイムアウトは、様々な適切な様式において生成または実装されてもよい。いくつかの実施形態では、第２のモードのタイムアウトは、所与の第２のモードセッションがアクティブであった時間（例えば、第１のモードから第２のモードへの切り替えが発生するときからの時間量）に対応するタイマを含むことができ、第２のモードのタイムアウトは、タイマが定義されたタイムアウト閾値に到達するか、または定義されたタイムアウト閾値を上回るときに発生することができる。例えば、タイムアウト閾値は、１秒、５秒、１０秒、２０秒、３０秒、４５秒、６０秒、９０秒、２分、３分、または５分などを含む、秒数または分数などであることができる。

そのようなタイムアウト閾値は、静的または可変であってもよい。いくつかの実施形態では、第２のモードセッションは、定義された時間量を持続することができる。さらなる実施形態では、第２のモードセッションは、デフォルトの定義された時間量を持続することができるが、いずれかの適切な基準、条件、またはセンサデータなどに基づいて延長または短縮することができる。例えば、いくつかの実施形態では、第２のモードセッションは、状態遷移が識別された後、及び／または識別された状態遷移が促進された後に終わることができる。

意図認識方法が様々な適切な用途において使用されてもよい。１つの実施例の実施形態は、下肢外骨格システム１００が高齢者のコミュニティの移動性を支援するための意図認識方法を含む。外骨格システム１００は、座位と立っている位置との間の遷移、階段を上がること、及び階段を下がることを支援すると共に、歩く操縦の間に支援をもたらすように設計されてもよい。この実施例では、ユーザは、外骨格システム１００の外部上で２回ノックまたはタップする形式において外骨格システム１００への単一の入力が提供される。ユーザ１０１によるこの手動インタラクションは、外骨格システム１００の統合された加速度計または他のセンサ５１３を監視することを通じて検知されてもよい。外骨格システム１００は、挙動における変化が起こることのインジケーションとして、ユーザ１０１からの入力を解釈することができる。外骨格システム１００は、ユーザの挙動における変化を観察して意図を識別するように、デバイスセンサ５１３を監視する教師なし意図認識方法を利用することができるが、意図の誤ったインジケーションを回避するように、特定の方法が非常に退嬰的であるように調整されてもよい。ユーザ１０１からの意図が示されるとき、方法に対する必要とされる信頼度閾値は、より低くてもよく、外骨格システム１００がはるかに敏感で積極的であることを可能にし、トリガされた動きとしてそれが解釈するものに応答する。

そのような実施例では、対象は、座位から外骨格システム１００を着用していた場合があり、デバイスへの唯一の利用可能な状態遷移は、起立することである。ユーザ１０１が外骨格システム１００を２回タップするとき、外骨格システム１００は、固定された期間の間に立つ挙動に対する閾値要件を緩和することができ、その期間は、この実施例の目的のために５秒に設定されてもよい。ユーザ１０１が立つ挙動を開始しようとしない場合、意図インジケーションは、単純にタイムアウトし、退嬰的な閾値を戻す。ユーザ１０１が立つ挙動を開始しようとする場合、外骨格システム１００は、動きを理解し、それにしたがって支援により応答する。立っている位置にあると、ユーザ１０１は、歩くこと、座ることへの遷移、階段を上がること、または階段を下がることを含む、様々なアクションを行うことができる。このケースでは、ユーザ１０１は、機械をタップしないと決定することができ、歩くことを始めることができる。このポイントにおいて、デバイスは、挙動になおも応答することができるが、ターゲットとされた挙動のはるかに信頼できる識別を必要とする場合がある。

歩くことを停止した後、ユーザ１０１は、階段を上がることを意図する。ユーザ１０１は、意図した挙動における起こる変化を示すために、デバイスを２回タップし、次いで、動きを完了することを始める。ここで、ユーザの示された意図は、外骨格システム１００に対し、ユーザ１０１がどの挙動に遷移することを意図するかを規定せず、近い将来に遷移が発生する可能性が高いことを規定するにすぎない。外骨格システム１００は、ユーザ１０１が立っていることを観察し、より敏感な遷移閾値を使用して、外骨格システム１００は、挙動モードにおける遷移が発生することを可能にする。

図２１ａ、図２１ｂ、図２２ａ及び図２２ｂを参照すると、脚部アクチュエータユニット１１０の例は、継手１２５、ベローズアクチュエータ１３０、拘束リブ１３５、及びベースプレート１４０を含むことができる。より具体的には、図２１ａは、圧縮構成にある脚部アクチュエータユニット１１０の側面図を示し、図２１ｂは、膨張構成にある図１４ａの脚部アクチュエータユニット１１０の側面図を示す。図２２ａは、圧縮構成の脚部アクチュエータユニット１１０の側断面図を示し、図２２ｂは、膨張構成の図２２ａの脚部アクチュエータユニット１１０の側断面図を示す。

図２１ａ、図２１ｂ、図２２ａ及び図２２ｂに示されるように、継手１２５は、継手１２５から延びるまたはそれに連結する複数の拘束リブ１３５を有することができ、それはベローズアクチュエータ１３０の一部を包囲または当接する。例えば、いくつかの実施形態では、拘束リブ１３５はベローズアクチュエータ１３０の端部１３２に当接でき、ベローズアクチュエータ１３０の端部１３２が押し付けることができるベースプレート１４０の一部または全てを画定することができる。しかし、いくつかの例では、ベースプレート１４０は、拘束リブ１３５とは別個の及び／または異なる要素とすることができる（例えば、図１に示すように）。さらに、１つ以上の拘束リブ１３５をベローズアクチュエータ１３０の端部１３２間に配置することができる。例えば、図２１ａ、２１ｂ、２２ａ及び２２ｂは、ベローズアクチュエータ１３０の端部１３２間に配置された１つの拘束リブ１３５を示すが、さらなる実施形態は、ベローズアクチュエータ１３０の端部間に配置される任意の適切な数の拘束リブ１３５を含むことができ、その数は１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、５０、１００などを含む。いくつかの実施形態では、拘束リブは存在しなくてもよい。

図２２ａ及び図２２ｂの断面に示されるように、ベローズアクチュエータ１３０は、流体（例えば、空気）で満たされ得るキャビティ１３１を画定し得、ベローズアクチュエータ１３０を拡張し、これにより、図２１ｂ及び図２２ｂに示されるようにＢ軸に沿ってベローズを伸長させ得る。例えば、図２１ａに示されるベローズアクチュエータ１３０での流圧及び／または流体率を増加させると、ベローズアクチュエータ１３０が図２１ｂに示される構成に膨張し得る。同様に、図２２ａに示されるベローズアクチュエータ１３０での流圧及び／または流体率を増加させると、ベローズアクチュエータ１３０が図２２ｂに示される構成に膨張し得る。明確にするために、「ベローズ」という用語を使用することは、説明されたアクチュエータユニット１１０の構成要素を説明するためであり、構成要素のジオメトリを制限することを意図していない。ベローズアクチュエータ１３０は、一定の円筒管、断面積が多様な円筒、規定された円弧の形状に膨張する３次元の織物形状などを含むがそれらに限定されない様々な形状で構築することができる。「ベローズ」という用語は、畳み込みを有する構造を含む必要があると解釈されるべきではない。

あるいは、図２１ｂに示されるベローズアクチュエータ１３０の流圧及び／または流体率を減少させると、ベローズアクチュエータ１３０が図２１ａに示される構成に収縮し得る。同様に、図２２ｂに示されるベローズアクチュエータ１３０の流圧及び／または流体率を減少させると、ベローズアクチュエータ１３０が図２２ａに示される構成に収縮し得る。ベローズアクチュエータ１３０の流圧または流体率のこのような増加または減少は、外骨格デバイス５１０（図５参照）によって制御可能な外骨格システム１００の空圧システム５２０及び空圧ライン１４５によって実行することができる。

好ましい一実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は空気で膨張させることができる。しかし、さらなる実施形態では、任意の適切な流体を使用してベローズアクチュエータ１３０を膨張させることができる。例えば、酸素、ヘリウム、窒素、及び／またはアルゴンなどを含むガスを使用してベローズアクチュエータ１３０を膨張及び／または収縮させることができる。さらなる実施形態では、水、油などの液体を使用してベローズアクチュエータ１３０を膨張させることができる。さらに、本明細書で説明するいくつかの例は、ベローズアクチュエータ１３０内の圧力を変えるベローズアクチュエータ１３０への流体の導入及び除去に関し、さらなる例は、ベローズアクチュエータ１３０内の圧力を修正するために流体を加熱及び／または冷却することを含むことができる。

図２１ａ、図２１ｂ、図２２ａ及び図２２ｂに示されるように、拘束リブ１３５は、ベローズアクチュエータ１３０を支持及び拘束することができる。例えば、ベローズアクチュエータ１３０を膨張させると、ベローズアクチュエータ１３０はベローズアクチュエータ１３０の長さに沿って拡張し、ベローズアクチュエータ１３０はまた半径方向に拡張する。拘束リブ１３５は、ベローズアクチュエータ１３０の一部の半径方向の膨張を拘束することができる。さらに、本明細書で説明するように、ベローズアクチュエータ１３０は、１つ以上の方向に柔軟な材料を含み、拘束リブ１３５は、ベローズアクチュエータ１３０の直線の膨張方向を制御することができる。例えば、いくつかの実施形態では、拘束リブ１３５または他の拘束構造がないと、ベローズアクチュエータ１３０は、制御不能に突き出したり軸から曲がったりして、適合する力がベースプレート１４０に加えられないようになり、アーム１１５、１２０が適合して、または制御可能に作動しないようになる。したがって、様々な実施形態において、拘束リブ１３５は、ベローズアクチュエータ１３０が膨張及び／または収縮する際に、ベローズアクチュエータ１３０に対して一貫した制御可能な拡張軸Ｂを生成することが望ましい場合がある。

いくつかの例では、収縮構成のベローズアクチュエータ１３０は、拘束リブ１３５の半径方向縁部を実質的に越えて延びることができ、膨張中に収縮して、拘束リブ１３５の半径方向縁部をより少なく越えて延びる、または拘束リブ１３５の半径方向縁部をより少なく延びないようにすることができる。例えば、図２２ａは、ベローズアクチュエータ１３０が圧縮リブ１３５の半径方向縁部を実質的に越えて延びるベローズアクチュエータ１３０の圧縮構成を示し、図２２ｂは、膨張中に収縮して、ベローズアクチュエータ１３０の膨張構成で拘束リブ１３５の半径方向縁部をより少なく越えて延びるベローズアクチュエータ１３０を示している。

同様に、図２３ａは、ベローズアクチュエータ１３０が拘束リブ１３５の半径方向縁部を実質的に越えて延びるベローズアクチュエータ１３０の圧縮構成の上面図を示し、図２３ｂは、膨張中に収縮して、ベローズアクチュエータ１３０の膨張構成で拘束リブ１３５の半径方向縁部をより少なく越えて延びるベローズアクチュエータ１３０の上面図を示す。

拘束リブ１３５は、様々な適切な方法で構成することができる。例えば、図２３ａ、図２３ｂ、及び図２４は、拘束リブ１３５の例示的実施形態の上面図を示しており、それは継手構造体１２５から延び、リブキャビティ１３８を画定する円形リブリング１３７と連結する一対のリブアーム１３６を有し、リブキャビティ１３８を画定し、それを通してベローズアクチュエータ１３０の一部は（例えば、図２２ａ、図２２ｂ、図２３ａ及び図２３ｂに示されるように）延びることができる。様々な例において、１つ以上の拘束リブ１３５は、リブアーム１３６及びリブリング１３７が共通の平面内に配置された実質的に平面の要素であり得る。

さらなる実施形態では、１つ以上の拘束リブ１３５は、任意の他の適切な構成を有することができる。例えば、いくつかの実施形態は、１つ、２つ、３つ、４つ、５つなどを含む任意の適切な数のリブアーム１３６を有することができる。加えて、リブリング１３７は、リブキャビティ１３８を画定する内側縁部またはリブリング１３７の外側縁部の一方または両方を含めて、様々な適切な形状を有することができ、円形である必要はない。

様々な実施形態において、拘束リブ１３５は、ベローズアクチュエータ１３０の運動をある瞬間的な中心（空間に固定されていても固定されていなくてもよい）の周りの掃引経路に向け、及び／または面外の座屈などの望ましくない方向でのベローズアクチュエータ１３０の運動を防止するように構成することができる。結果として、いくつかの実施形態に含まれる拘束リブ１３５の数は、脚部アクチュエータユニット１１０の特定の幾何学的形状及び負荷に応じて変わり得る。例は、１つの拘束リブ１３５から任意の適切な数の拘束リブ１３５までの範囲であり得る。したがって、拘束リブ１３５の数は、本発明の適用可能性を制限するものと解されるべきではない。さらに、いくつかの実施形態では、拘束リブ１３５がなくてもよい。

１つ以上の拘束リブ１３５は、様々な方法で構築することができる。例えば、１つ以上の拘束リブ１３５は、所与の脚部アクチュエータユニット１１０上の構造が異なっていてもよく、及び／または継手構造体１２５への取り付けを必要とする場合と必要としない場合がある。様々な実施形態で、拘束リブ１３５は、中央回転式継手構造体１２５の一体部品として構築することができる。そのような構造の例示的な実施形態は、機械の回転式のピン継手を含むことができ、拘束リブ１３５は、継手構造体１２５の一端で継手１２５に接続され、継手１２５の周りで旋回することができ、他端にあるベローズアクチュエータ１３０の延びない外側の層に取り付けられる。実施形態の別のセットでは、拘束リブ１３５は、脚部アクチュエータユニット１１０の可動域全体にわたってベローズアクチュエータ１３０の運動を方向付ける単一の屈曲構造の形態で構築することができる。別の例示的な実施形態は、継手構造１２５に一体的に接続されるのではなく、代わりに予め組み立てられた継手構造１２５に外部から取り付けられる、屈曲する拘束リブ１３５を使用する。別の例示的な実施形態は、ベローズアクチュエータ１３０の周りに巻き付けられて継手構造１２５に取り付けられた布片から構成される拘束リブ１３５を備えることができ、それはハンモックのように作用して、ベローズアクチュエータ１３０の動きを制限及び／または案内する。追加の実施形態で使用することができる、拘束リブ１３５を構築するために利用可能な追加の方法があり、継手構造体１２５の周りなどに接続されるリンク機構、回転的屈曲が含まれるがこれらに限定されない。

いくつかの例において、拘束リブ１３５の設計上の考慮事項は、１つ以上の拘束リブ１３５がベローズアクチュエータ１３０と相互作用してベローズアクチュエータ１３０の経路を案内する方法であり得る。様々な実施形態において、拘束リブ１３５はベローズアクチュエータ１３０の長さに沿った所定の位置でベローズアクチュエータ１３０に固定できる。１つ以上の拘束リブ１３５は、これらに限定されないが、縫製、機械的クランプ、幾何学的干渉、直接的な統合などを含む様々な適切な方法で、ベローズアクチュエータ１３０に連結され得る。他の実施形態では、拘束リブ１３５は、拘束リブ１３５がベローズアクチュエータ１３０の長さに沿って浮遊し、所定の接続箇所でベローズアクチュエータ１３０に固定されないように構成することができる。いくつかの実施形態では、拘束リブ１３５は、ベローズアクチュエータ１３０の断面積を制限するように構成することができる。例示的な実施形態は、楕円形の断面を有する拘束リブ１３５に取り付けられた管状ベローズアクチュエータ１３０を含むことができ、いくつかの例で、ベローズアクチュエータ１３０が膨張したときにその位置でベローズアクチュエータ１３０の幅を縮小する構成であってよい。

ベローズアクチュエータ１３０は、脚部アクチュエータユニット１１０の作動流体を収容すること、脚部アクチュエータユニット１１０の作動圧力に関連する力に抵抗することなどを含め、いくつかの実施形態において様々な機能を有することができる。様々な例において、脚部アクチュエータユニット１１０は、周囲圧力を上回る、下回る、またはほぼ周囲圧力で、流体の圧力にて作動することができる。様々な実施形態において、ベローズアクチュエータ１３０は、周囲圧力を超えるよう加圧されたときに所望されるものを超える、ベローズアクチュエータ１３０の膨張（例えば、力の付与または運動の意図された方向以外の方向で望まれるものを超えるもの）に抵抗するために、１つ以上の可撓性であるが非伸張性または実質的に非伸張性の材料を含むことができる。加えて、ベローズアクチュエータ１３０は、アクチュエータ流体を収容するために不浸透性または半不浸透性の材料を含むことができる。

例えば、いくつかの実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は、織られたナイロン、ゴム、ポリクロロプレン、プラスチック、ラテックス、布地などの可撓性シート材料を含むことができる。したがって、いくつかの実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は、平坦な材料の１つまたは複数の平面軸に沿って実質的に非伸長性であり、一方で他の方向に柔軟である平坦な材料で作ることができる。例えば、図２６は、平面材料２６００（例えば布地）の側面図を示し、この平面材料２６００は、この材料の平面と一致する軸Ｘに沿って実質的に非伸長性であるが、軸Ｚを含む他の方向には可撓性である。図２６の例では、材料２６００は、Ｚ軸に沿って上向き及び下向きに屈曲するが、Ｘ軸に沿って非伸長性であることが示されている。様々な実施形態では、軸Ｘのように材料２６００の平面とも一致しており、軸Ｘに垂直である軸Ｙ（図示せず）にも沿って材料２６００が非伸長性であり得る。

いくつかの実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は、材料の１つまたは複数の軸に沿って非伸長性である非平面の織布材料で作製されることができる。例えば、一実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は、織布製チューブを含むことができる。織布材料は、ベローズアクチュエータ１３０の長さに沿って円周方向に伸張性を提供することができる。そのような実施形態は、依然として、ユーザ１０１の身体に沿って、身体１０１の所望の関節（例えば、膝１０３）の軸と整列するように構成することができる。

様々な実施形態において、ベローズアクチュエータ１３０は、互いに拘束された距離である拘束された内面の長さ及び／または外面の長さを使用することにより、結果として生じる力を発生させることができる（例えば、上記の非伸張性材料による）。いくつかの例では、そのような設計により、アクチュエータはベローズアクチュエータ１３０で収縮することができるが、特定のしきい値まで加圧されると、ベローズアクチュエータ１３０は脚アクチュエータユニット１１０のプレート１４０を押すことにより、軸方向に力を向けることができ、その理由はベローズアクチュエータ１３０の本体によって規定される最大の長さを超えてその長さを伸ばすことができないため、ベローズアクチュエータ１３０はさらに体積部を拡張することができないからである。

換言すれば、ベローズアクチュエータ１３０は、チャンバを画定する実質的に非伸長性の織物製エンベロープを含むことができ、このチャンバは、実質的に非伸長性の織物製エンベロープ内に含まれる流体不透過性ブラダ、及び／または実質的に非伸長性の織物製エンベロープ内に組み込まれた流体不透過性構造体によって流体不透過性になる。実質的に非伸長性の織物製エンベロープは、実質的に非伸長性の織物製アクチュエータの過度の変位を防止するために、所定の幾何学的形状と、チャンバの加圧時に機械的停止を提供する変位での非線形平衡状態とを有することができる。

いくつかの実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０はエンベロープを含むことができ、このエンベロープは、本明細書で論じられるような様々な適切な動きを規定することができる非伸長性織物（例えば、非伸長性の編物、織布、不織布など）からなる、または本質的にそれらからなる。非伸長性の織物製ベローズアクチュエータ１３０は、特定の平衡状態（例えば、圧力の増加にもかかわらず安定している最終状態または形状）、圧力／剛性比、及び運動経路で設計されることができる。いくつかの例での非伸長性の織物製ベローズアクチュエータ１３０は、非伸長性材料が力の方向性をより最適に制御することを可能にするため、大きい力を正確に伝えるように構成されることができる。

したがって、非伸長性の織物製ベローズアクチュエータ１３０のいくつかの実施形態は、所定の幾何学的形状を有することができ、この所定の幾何学的形状は、チャンバ内側の圧力が相対的に上昇している間の織物製エンベロープの伸縮を介してではなく、織物製エンベロープの変位が原因で、非膨張形状とその平衡状態の所定の幾何学的形状（例えば、完全膨張形状）との間の幾何学的形状における変化を主に介して変位を生じる。様々な実施形態では、これは、ベローズアクチュエータ１３０のエンベロープの構造に非伸長性材料を使用することで達成されることができる。本明細書で説明されるように、いくつかの例では、「非伸長性」または「実質的に非伸長性」は、１つ以上の方向での１０％以下、５％以下、または１％以下までの膨張として定義されることができる。

図２５ａは、別の実施形態によるベローズアクチュエータ１３０を含む空圧アクチュエータユニット１１０の断面図を示し、図２５ｂは、図２５ａの断面を示す膨張構成における図２５ａの空圧アクチュエータユニット１１０の側面図を示す。図２５ａに示すように、ベローズアクチュエータ１３０は、ベローズキャビティ１３１を画定する内側第一層１３２を含むことができ、第一層１３２と第二層１３３の間に配置された第三層１３４を有する外側第二層１３３を含むことができる。この記載全体にわたって、ベローズアクチュエータ１３０の構造を説明するための「層」という用語の使用は、設計を制限するものとみなされるべきではない。「層」の使用は、平坦な材料シート、ウェットフィルム、ドライフィルム、ゴム引きコーティング、共成形構造などを含むがこれらに限定されない様々な設計を示し得る。

いくつかの例では、内側第一層１３２は、アクチュエータ流体（例えば、空気）に対して不透過性または半透過性の材料を含むことができ、外側第二層１３３は、本明細書で説明する非伸張性材料を含むことができる。例えば、本明細書で議論されるように、不浸透性層は不浸透性または半浸透性層を示し、非伸張性層は非伸張性または実質的に非伸張性の層を示し得る。

２つ以上の層を含むいくつかの実施形態では、内側層１３２は、内部の力を高強度の非伸張性の外側第二層１３３に伝達できるように、非伸張性の外側第二層１３３に比べてわずかに大きくすることができる。一実施形態は、不透過性ポリウレタンポリマーフィルム内側第一層１３２、及び外側第二層１３３として織られたナイロンブレードを有するベローズアクチュエータ１３０を含む。

ベローズアクチュエータ１３０は、さらなる実施形態において様々な適切な方法で構成することができ、これは、流体不透過性を付与し、十分に非伸張性である材料で構成される単一層設計を含むことができる。他の例には、単一構造に共に固定された複数の積層層を含む複合式ベローズアセンブリが含まれる。いくつかの例では、脚部アクチュエータユニット１１０の動作範囲を最大化するために、ベローズアクチュエータ１３０の収縮したスタックの高さを制限する必要があり得る。そのような例では、ベローズアクチュエータ１３０の他の能力の必要性を満たす、厚さの薄い織布を選択することが望ましい場合がある。

さらに別の実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０の様々な層間の摩擦を低減することが望ましい場合がある。一実施形態では、これは、第一層１３２と第二層１３３の間の耐摩耗及び／または低摩擦中間層として作用する第三層１３４を統合することを含むことができる。他の実施形態は、湿式潤滑剤、乾式潤滑剤、または低摩擦材料の複数層の使用を含むがこれらに限定されない代替または追加の方法で、第一層１３２と第二層１３３との間の摩擦を減少させることができる。したがって、図２３ａの例は、３層１３２、１３３、１３４を含むベローズアクチュエータ１３０の一例を示しているが、さらなる実施形態は、１、２、３、４、５、１０、１５、２５などを含む、任意の適切な数の層を有するベローズアクチュエータ１３０を含むことができる。そのような１つ以上の層は、隣接する面に沿って部分的または全体的に連結することができ、いくつかの例は層間に１つ以上のキャビティを画定する。そのような例では、潤滑剤または他の適切な流体などの材料をそのようなキャビティに配置することができ、またはそのようなキャビティを効果的に空にすることができる。加えて、本明細書に記載されるように、１つ以上の層（例えば、第三層１３４）は、いくつかの例に示されるようなシートまたは平坦な材料層である必要はなく、代わりに流体によって画定される層を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、第三層１３４は、湿式潤滑剤、乾式潤滑剤などによって画定され得る。

ベローズアクチュエータ１３０の膨張した形状は、いくつかの実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０及び／または脚部アクチュエータユニット１１０の動作にとって重要であり得る。例えば、ベローズアクチュエータ１３０の膨張形状は、ベローズアクチュエータ１３０の不浸透性及び非伸張性部分（例えば、第一層１３２及び第二層１３３）の両方の設計により影響を受ける可能性がある。様々な実施形態では、収縮構成では直観的ではない可能性がある様々な二次元パネルから、ベローズアクチュエータ１３０の層１３２、１３３、１３４の１つ以上を構築することが望ましい場合がある。

いくつかの実施形態では、ベローズキャビティ１３１内に１つまたは複数の不透過性層を配置することができ、及び／またはベローズアクチュエータ１３０は、所望の流体を保持できる材料（例えば、本明細書で議論した流体不透過性の第一内側層１３２）を含むことができる。ベローズアクチュエータ１３０は、本明細書に記載のようにベローズアクチュエータ１３０が膨張または収縮したときに膨張及び収縮するように動作可能な、可撓性、弾性、または変形可能な材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は、収縮構成に向かって付勢することができ、ベローズアクチュエータ１３０が弾性的で、膨張していないときに収縮構成に戻る傾向がある。さらに、本明細書に示されるベローズアクチュエータ１３０は、流体で膨張すると膨張及び／または伸長するように構成されるが、いくつかの実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は、いくつかの例で流体にて膨張するとき短縮及び／または収縮するように構成できる。また、本明細書で使用される「ベローズ」という用語は、決して限定的なものと解釈されるべきではない。例えば、本明細書で使用される「ベローズ」という用語は、畳み込みまたは他のそのような特徴などの要素を必要とするように解釈されるべきではない（いくつかの実施形態では畳み込みベローズアクチュエータ１３０が存在し得るが）。本明細書で説明するように、ベローズアクチュエータ１３０は、様々な適切な形状、サイズ、比率などを取ることができる。

ベローズアクチュエータ１３０は、様々な実施形態にわたって大幅に変わることができるため、本例は限定的であると解釈されるべきではない。ベローズアクチュエータ１３０の好ましい一実施形態は、本明細書で説明される膝伸展トルクを提供するように構成された布ベースの空圧アクチュエータを含む。この実施形態の変形は、均一な断面ではない布製アクチュエータなどのアクチュエータの所望のパフォーマンス特性を提供するようにアクチュエータを合わせるために存在することができる。他の実施形態は、電気機械式アクチュエータを使用することができ、この電気機械式アクチュエータは、流体ベローズアクチュエータ１３０の代わりに、またはそれに加えて、膝に屈曲及び伸展トルクを与えるように構成されることができる。様々な実施形態は、下肢関節の伸展または屈曲の正のパワーまたは負のパワーの補助のために、電気機械、油圧、空圧、電磁気、または静電の組み合わせを組み込む設計を含むことができるが、これらに限定されない。

また、アクチュエータのベローズアクチュエータ１３０は、特定の設計により必要に応じて様々な位置にあることができる。一実施形態は、膝関節の軸に沿って位置しており、関節自体と平行に位置決めされている、動力膝部装具構成要素のベローズアクチュエータ１３０を配置する。様々な実施形態は、関節と直列に構成されたアクチュエータ、関節の前側に構成されたアクチュエータ、及び関節の周りに静止するように構成されたアクチュエータを含むが、これらに限定されない。

ベローズアクチュエータ１３０の様々な実施形態は、作動の動作を拡張する二次的特徴を含むことができる。そのような一実施形態は、ベローズアクチュエータ１３０に対して許容可能な可動域を制限するために、ユーザが調整可能な機械式ハードエンドストップを含むものである。様々な実施形態は、以下の伸展特徴、すなわち、可撓性エンドストップの包含、電気機械式ブレーキの包含、電磁ブレーキの包含、磁気ブレーキの包含、継手をアクチュエータから機械的に切り離すために機械的に係脱するスイッチの包含、またはアクチュエータ構成要素の迅速な交換を可能にするクイックリリースの包含を含むことができるが、これらに限定されない。

様々な実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０は、米国特許第９，８２１，４７５号として発行された２０１３年１０月２５日に出願された関連する米国特許出願公開第１４／０６４，０７１号に記載されているような、２０１３年１０月２５日に出願された米国特許出願公開第１４／０６４，０７２号に記載されているような、２０１７年１１月２７日に出願された米国特許出願公開第１５／８２３，５２３号に記載されているような、または２０１７年３月２９日に出願された米国特許出願公開第１５／４７２，７４０号に記載されているような、ベローズ及び／またはベローズシステムを含むことができる。

一部の用途において、流体アクチュエータユニット１１０の設計は、その能力を拡張するために調整され得る。このような修正の一例は、トルクが継手構造１２５の角度に応じて変化するように、流体アクチュエータユニット１１０の回転構成のトルクプロファイルを調整するために行うことができる。これを達成するために、いくつかの例で、ベローズアクチュエータ１３０の断面を操作して、全体的な流体アクチュエータユニット１１０の所望のトルクプロファイルを強制することができる。一実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０の直径をベローズアクチュエータ１３０の長手方向中心で小さくして、ベローズアクチュエータ１３０の完全な伸長時に、全体的な力の能力を低下させることができる。さらに別の実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０の断面積を変更して、ベローズアクチュエータ１３０が望ましくない構成にならないように所望の座屈挙動を誘発することができる。例示的な実施形態において、回転構成のベローズアクチュエータ１３０の端部構成は、アクチュエータユニット１１０の所定の継手の角度を越えて延びるまで荷重下で座屈するベローズアクチュエータ１３０の端部を設けるために、名目上の直径からわずかに減少した端部の面積を有することができ、この箇所で、ベローズアクチュエータ１３０のより短い径の端部が膨張し始める。

他の実施形態では、この同じ能力は、拘束リブ１３５の挙動を修正することにより発展させることができる。例示的実施形態として、前の実施形態で説明したベローズアクチュエータ１３０と同じ例を使用して、２つの拘束リブ１３５を、ベローズアクチュエータ１３０の長さに沿って、均等に分布する場所で、そのようなベローズアクチュエータ１３０に固定することができる。いくつかの例では、部分的に膨張した座屈に抵抗するという目標は、アクチュエータユニット１１０が閉じるときにベローズアクチュエータ１３０を制御された方法で閉じることにより、対処することができる。拘束リブ１３５は、継手構造１２５に近づくが、継手構造１２５に対して底に達するまで互いに近づくことはできない。これにより、ベローズアクチュエータ１３０の中央部分が完全に膨張した状態にとどまることができ、いくつかの例では、ベローズアクチュエータ１３０の最も強い構成になり得る。

さらなる実施形態では、ベローズアクチュエータ１３０の特定の能力特性を調整するために、ベローズアクチュエータ１３０の個々の編組または織りの繊維の角度を最適化することが望ましい場合がある（例えば、ベローズアクチュエータ１３０が編組または織布により付与される非伸縮性を含む例において）。他の実施形態では、アクチュエータユニット１１０のベローズアクチュエータ１３０の形状を操作して、ロボット外骨格システム１００が異なる特性で動作できるようにすることができる。そのような修正のための例示的な方法は、以下を含むことができるが、これらに限定されない。すなわち、ベローズアクチュエータ１３０上のスマート材料を使用して、コマンドでベローズアクチュエータ１３０の機械的挙動を操作すること、または、ベローズアクチュエータ１３０の作動長さを短くする、及び／または断面積を減らすなどの手段によるベローズアクチュエータ１３０の幾何学的形状の機械的修正をすることである。

さらなる例では、流体アクチュエータユニット１１０は単一のベローズアクチュエータ１３０または複数のベローズアクチュエータ１３０の組み合わせを含むことができ、それぞれが独自の組成、構造、及び幾何形状を有する。例えば、いくつかの実施形態は、必要に応じて係合することができる同じ継手アセンブリ１２５に平行または同心円状に配置された複数のベローズアクチュエータ１３０を含むことができる。例示的な一実施形態では、継手アセンブリ１２５は、互いに直接隣接して平行に配置された２つのベローズアクチュエータ１３０を有するように構成することができる。外骨格システム１００は、所望の機械的構成で同じ流体アクチュエータユニット１１０によって様々な量の力が出力されることを可能にするために、必要に応じて各ベローズアクチュエータ１３０と係合することを選択的に選択できる。

さらなる実施形態では、流体アクチュエータユニット１１０は、ベローズアクチュエータ１３０または流体アクチュエータユニット１１０の他の部分の圧力、力、またはひずみを直接的または間接的に推定するために使用できる、ベローズアクチュエータ１３０または流体アクチュエータユニット１１０の他の部分の機械的特性を測定するための様々な適切なセンサを含むことができる。いくつかの実施形態には特定のセンサを望ましい機械的構成に統合することに関連する困難性があるが、他のものはより適切なものがあるということにより、いくつかの例は、流体アクチュエータユニット１１０に配置されたセンサが望ましい場合がある。流体アクチュエータユニット１１０のそのようなセンサは、外骨格デバイス６１０に動作可能に接続することができ（図７参照）、外骨格デバイス６１０は、流体アクチュエータユニット１１０のそのようなセンサからのデータを使用して外骨格システム１００を制御することができる。

本明細書で説明するように、様々な適切な外骨格システム１００は、様々な適切な方法で、様々な適切な用途に使用することができる。しかし、そのような例は、本開示の範囲及び精神内にある多種多様な外骨格システム１００またはその一部を制限するものと解釈されるべきではない。したがって、図１～５の例よりも多少複雑な外骨格システム１００は、本開示の範囲内である。

さらに、様々な例は、ユーザの脚または下半身に関連する外骨格システム１００に関するが、さらなる例は、胴体、腕、頭、脚などを含むユーザの身体のいずれかの適切な部分に関連し得る。また、様々な例が外骨格に関係しているが、本開示が人工装具、体内移植片、ロボットなどを含む他の類似のタイプの技術に適用できることは、明らかであるはずである。さらに、いくつかの例は人間のユーザに関連する可能性があるが、他の例は動物のユーザ、ロボットのユーザ、様々な形態の機械などに関連し得る。

以下の条項に鑑みて、開示の実施形態の説明することができる。
１．外骨格システムであって、
ユーザの左脚及び右脚にそれぞれ結合されるように構成された左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットであって、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットは各々、
間接を介して回転可能に結合された上腕及び下腕であって、前記間接は、膝の上側で前記ユーザの上腿部の周りに結合された前記上腕と、前記膝の下側で前記ユーザの下脚部の周りに結合された前記下腕とを有する前記ユーザの前記膝に位置付けられる、前記上腕及び下腕と、
複数の入力及びフィードバック要素を含む脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースと、
前記上腕と前記下腕との間で伸長するベローズアクチュエータと、
前記ベローズアクチュエータに流体を導入して、前記ベローズアクチュエータを膨張させ、前記上腕及び前記下腕を移動させるように、前記ベローズアクチュエータに結合された流体ラインの１つ以上の組と、を含む、
前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットと、
前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記流体ラインの１つ以上の組を介して、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに動作可能に結合され、前記ベローズアクチュエータに流体を導入するように構成された空圧システムと、
プロセッサ及びメモリを含む外骨格デバイスであって、前記メモリは、前記プロセッサによって実行されるとき、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに流体を導入するように前記空圧システムを制御するように構成された命令を格納する、前記外骨格デバイスと、
前記空圧システム及び前記外骨格デバイスの少なくとも一部を収納する肩搭載バックパックであって、前記肩搭載バックパックは、それと関連付けられたパックユーザインタフェースを更に含み、前記パックユーザインタフェースは、入力要素及びフィードバック要素の組を含む、前記肩搭載バックパックと、
を備える、前記外骨格システム。

２．スマートフォンを含む外部デバイスが、直接または間接有線通信チャネルまたは無線通信チャネルを介して前記外骨格システムに動作可能に結合され、
前記外部デバイスは、前記左側脚部アクチュエータユニットまたは右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースとは別個であり、前記肩搭載バックパックと関連付けられた前記パックユーザインタフェースとは別個である、外部デバイスユーザインタフェースを提示する、条項１に記載の外骨格システム。

３．前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースは、冗長入力要素及び冗長フィードバック要素の同一の組を有し、
前記冗長入力要素は、同一の機能と関連付けられ、前記冗長フィードバック要素は、同一のフィードバックを提示する、条項１または２に記載の外骨格システム。

４．前記外骨格システムは、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの両方が前記外骨格システムに動作可能に結合される両脚構成において動作するように構成され、前記外骨格システムは、入力を取得し、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースの両方、並びに／または前記パックユーザインタフェースを介してフィードバックを提示するように構成され、
前記外骨格システムは、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの１つのみが前記外骨格システムに動作可能に結合される片脚構成において動作するように構成され、前記外骨格システムは、入力を取得し、前記外骨格システムに動作可能に結合された前記左側脚部アクチュエータユニットもしくは右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース並びに／または前記パックユーザインタフェースを介してフィードバックを提示するように構成される、
条項３に記載の外骨格システム。

５．前記左側脚部アクチュエータユニットまたは右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース並びに前記肩搭載バックパックと関連付けられた前記パックユーザインタフェースの各々は、
複数のライトを含む第１のフィードバック要素であって、前記複数のライトの点灯するライトの数は、前記外骨格システムの１つ以上のバッテリのバッテリレベルまたは前記外骨格システムの支援レベルを示し、前記複数のライトの点灯するライトの色は、前記外骨格システムの動作の現在設定されているモードを示し、前記複数のライトの組は、誤りまたは障害が存在することを示す点灯する赤である、前記第１のフィードバック要素と、
スクリーンを含む第２のフィードバック要素と、
音声スピーカまたは雑音メーカを含む第３のフィードバック要素と、
モータまたはピエゾなどの振動要素を含む第４のフィードバック要素と、
状態遷移を行う意図を示すための単一のボタンを含む第１の入力要素と、
単一の遷移及び状態ペアにマッピングされたボタンを含む第２の入力要素と、
前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットへの正のトルク伝達を即時に停止する専用ボタンを含む第３の入力要素と、
前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットのうちの少なくとも１つの複数の結合器を離脱させ、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットのうちの少なくとも１つを前記ユーザから離脱させる、迅速脱衣特徴と関連付けられたボタンを含む第４の入力要素と、
１つ以上の設定を増大もしくは減少させ、または線型にもしくは環状に設定のグループを通じて循環するように構成された選択インジケータボタンを含む第５の入力要素と、
タッチスクリーンを含む第６の入力要素と、
前記システムへの電力を切断するボタンを含む第７の入力要素と、
前記パックと前記脚部アクチュエータユニットのいずれかまたは両方との間の空気圧式動力を切断するボタンを含む第８の入力要素と、
前記外骨格システムの全ての可視光を遮断するボタンを含む第９の入力要素と、
のうちの１つ以上を含む、条項１～４のいずれかに記載の外骨格システム。

６．前記パックユーザインタフェースは、前記肩搭載バックパックを装着しているユーザがタッチ検知インタフェースに到達することが不可能であるが、前記外骨格システムを装着しているユーザとは別個である別の人間によって容易にアクセスすることができ、物理的にアクセスすることができるように、前記肩搭載バックパック上または前記肩搭載バックパックの周りに配置された前記タッチ検知インタフェースを含む、条項１～５のいずれかに記載の外骨格システム。

７．外骨格システムであって、
ユーザの脚部に結合されるように構成された少なくとも１つの脚部アクチュエータユニットを備え、
前記脚部アクチュエータユニットは、
間接を介して回転可能に結合された上腕及び下腕であって、前記間接は、膝の上側で前記ユーザの上腿部の周りに結合された前記上腕及び前記膝の下側で前記ユーザの下脚部の周りに結合された前記下腕を有する前記ユーザの前記膝に位置付けられる、前記上腕及び下腕と、
複数の入力及びフィードバック要素を含む脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースと、
前記上腕と前記下腕との間で伸長するアクチュエータと、を含む、
前記外骨格システム。

８．前記外骨格システムの少なくとも一部を収納するパックを更に備え、
前記パックは、それと関連付けられたパックユーザインタフェースを含み、前記パックユーザインタフェースは、入力要素及びフィードバック要素の組を含み、前記パックユーザインタフェースは、前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースとは別個である、条項７に記載の外骨格システム。

９．前記パックユーザインタフェースは、前記パックを装着しているユーザがタッチ感知インタフェースに到達することが不可能であり、またはタッチ感知インタフェースに容易に到達することが可能でないが、前記外骨格システムを装着しているユーザとは別個の別の人間によって容易に物理的にアクセスすることができるように、前記パック上または前記パックの周りに配置された第１のユーザインタフェース部分を含む、条項８に記載の外骨格システム。

１０．外部デバイスが、直接または間接有線通信チャネルまたは無線通信チャネルを介して前記外骨格システムに動作可能に結合され、
前記外部デバイスは、前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースとは別個である外部デバイスユーザインタフェースを含む、条項７～９のいずれかに記載の外骨格システム。

１１．前記外骨格システムは、左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットが前記外骨格システムに動作可能に結合される両脚構成において動作するように構成され、前記外骨格システムは、入力を取得し、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの第１の脚部アクチュエータユニットインタフェース及び第２の脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースの両方、並びに／または前記パックユーザインタフェースを介してフィードバックを提示するように構成され、
前記外骨格システムは、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの１つのみが前記外骨格システムに動作可能に結合される片脚構成において動作するように構成され、前記外骨格システムは、入力を取得し、前記外骨格システムに動作可能に結合された前記左側脚部アクチュエータユニットもしくは右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース並びに／または前記パックユーザインタフェースを介してフィードバックを提示するように構成される、
条項７～１０のいずれかに記載の外骨格システム。

１２．前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースは、冗長入力要素及び冗長フィードバック要素の同一の組を有し、
前記冗長入力要素は、同一の機能と、同一のフィードバックを提示する冗長フィードバック要素とに関連付けられる、条項１１に記載の外骨格システム。

１３．前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、複数のライトを含むフィードバック要素を含み、
前記複数のライトの点灯するライトの数は、前記外骨格システムの１つ以上のバッテリのバッテリレベルを示し、及び／支援レベルを示し、前記複数のライトの点灯するライトの色は、前記外骨格システムの動作の現在設定されているモードを示し、前記複数のライトのライトの組は、定義された色を点灯し、及び／または誤りもしくは障害が存在することを示す、強さにおいて変化する、条項７～１２のいずれかに記載の外骨格システム。

１４．前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、タッチスクリーンを含むフィードバック要素を含む、条項７～１３のいずれかに記載の外骨格システム。

１５．前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、状態遷移を行う意図を示すための単一のボタンを含む入力要素を含む、条項７～１４のいずれかに記載の外骨格システム。

１６．前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、単一の遷移及び状態のペアにマッピングされたボタンを含む入力要素を含む、条項７～１５のいずれかに記載の外骨格システム。

１７．前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、少なくとも、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットへの正のトルク伝達を停止し、及び／または前記外骨格システムの全ての可視光を遮断するボタンを含む入力要素を含む、条項７～１６のいずれかに記載の外骨格システム。

１８．前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、前記脚部アクチュエータユニットの複数の結合器を離脱させ、前記脚部アクチュエータユニットを前記ユーザから離脱させる、迅速脱衣特徴と関連付けられたボタンを含む入力要素を含む、条項７～１７のいずれかに記載の外骨格システム。

１９．前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、１つ以上の設定を増大もしくは減少させ、または線型にもしくは環状に設定のグループを通じて循環するように構成された選択インジケータボタンを含む、条項７～１８のいずれかに記載の外骨格システム。

説明される実施形態は、様々な修正及び代替形態が可能であり、その具体例は、図面に例として示されており、本明細書で詳細に説明されている。しかしながら、説明される実施形態は、開示される特定の形態または方法に限定されるべきではなく、逆に、本開示は、全ての修正、均等物、及び代替物を含むことを理解されたい。さらに、所与の実施形態の要素は、その例示的な実施形態のみに適用可能であると解釈されるべきではなく、したがって、例示的な一実施形態の要素は他の実施形態に適用可能である。さらに、例示的な実施形態に具体的に示される要素は、それらのような要素を含む、それらから本質的になる、もしくはそれらからなる実施形態を含めると解釈されるべきであり、またはそれらのような要素は、さらなる実施形態に明示的に存在しなくてもよい。したがって、一例に存在する要素の記載は、そのような要素が明示的に存在しないいくつかの実施形態を支持すると解釈されるべきである。

Claims (19)

1. 外骨格システムであって、
   ユーザの左脚及び右脚にそれぞれ結合されるように構成された左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットであって、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットは各々、
   間接を介して回転可能に結合された上腕及び下腕であって、前記間接は、膝の上側で前記ユーザの上腿部の周りに結合された前記上腕と、前記膝の下側で前記ユーザの下脚部の周りに結合された前記下腕とを有する前記ユーザの前記膝に位置付けられる、前記上腕及び下腕と、
   複数の入力及びフィードバック要素を含む脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースと、
   前記上腕と前記下腕との間で伸長するベローズアクチュエータと、
   前記ベローズアクチュエータに流体を導入して、前記ベローズアクチュエータを膨張させ、前記上腕及び下腕を移動させるように、前記ベローズアクチュエータに結合された流体ラインの１つ以上の組と、を含む、
   前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットと、
   前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記流体ラインの１つ以上の組を介して、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに動作可能に結合され、前記ベローズアクチュエータに流体を導入するように構成された空圧システムと、
   プロセッサ及びメモリを含む外骨格デバイスであって、前記メモリは、前記プロセッサによって実行されるとき、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに流体を導入するように前記空圧システムを制御するように構成された命令を格納する、前記外骨格デバイスと、
   前記空圧システム及び前記外骨格デバイスの少なくとも一部を収納する肩搭載バックパックであって、前記肩搭載バックパックは、それと関連付けられたパックユーザインタフェースを更に含み、前記パックユーザインタフェースは、入力要素及びフィードバック要素の組を含む、前記肩搭載バックパックと、
   を備える、前記外骨格システム。
2. スマートフォンを含む外部デバイスが、直接または間接有線通信チャネルまたは無線通信チャネルを介して前記外骨格システムに動作可能に結合され、
   前記外部デバイスは、前記左側脚部アクチュエータユニットまたは右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースとは別個であり、前記肩搭載バックパックと関連付けられた前記パックユーザインタフェースとは別個である、外部デバイスユーザインタフェースを提示する、請求項１に記載の外骨格システム。
3. 前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースは、冗長入力要素及び冗長フィードバック要素の同一の組を有し、
   前記冗長入力要素は、同一の機能と関連付けられ、前記冗長フィードバック要素は、同一のフィードバックを提示する、請求項１に記載の外骨格システム。
4. 前記外骨格システムは、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの両方が前記外骨格システムに動作可能に結合される両脚構成において動作するように構成され、前記外骨格システムは、入力を取得し、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースの両方、並びに／または前記パックユーザインタフェースを介してフィードバックを提示するように構成され、
   前記外骨格システムは、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの１つのみが前記外骨格システムに動作可能に結合される片脚構成において動作するように構成され、前記外骨格システムは、入力を取得し、前記外骨格システムに動作可能に結合された前記左側脚部アクチュエータユニットもしくは右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース並びに／または前記パックユーザインタフェースを介してフィードバックを提示するように構成される、
   請求項３に記載の外骨格システム。
5. 前記左側脚部アクチュエータユニットまたは右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース並びに前記肩搭載バックパックと関連付けられた前記パックユーザインタフェースの各々は、
   複数のライトを含む第１のフィードバック要素であって、前記複数のライトの点灯するライトの数は、前記外骨格システムの１つ以上のバッテリのバッテリレベルまたは前記外骨格システムの支援レベルを示し、前記複数のライトの点灯するライトの色は、前記外骨格システムの動作の現在設定されているモードを示し、前記複数のライトの組は、誤りまたは障害が存在することを示す点灯する赤である、前記第１のフィードバック要素と、
   スクリーンを含む第２のフィードバック要素と、
   音声スピーカまたは雑音メーカを含む第３のフィードバック要素と、
   モータまたはピエゾなどの振動要素を含む第４のフィードバック要素と、
   状態遷移を行う意図を示すための単一のボタンを含む第１の入力要素と、
   単一の遷移及び状態ペアにマッピングされたボタンを含む第２の入力要素と、
   前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットへの正のトルク伝達を即時に停止する専用ボタンを含む第３の入力要素と、
   前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットのうちの少なくとも１つの複数の結合器を離脱させ、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットのうちの少なくとも１つを前記ユーザから離脱させる、迅速脱衣特徴と関連付けられたボタンを含む第４の入力要素と、
   １つ以上の設定を増大もしくは減少させ、または線型にもしくは環状に設定のグループを通じて循環するように構成された選択インジケータボタンを含む第５の入力要素と、
   タッチスクリーンを含む第６の入力要素と、
   前記システムへの電力を切断するボタンを含む第７の入力要素と、
   前記パックと前記脚部アクチュエータユニットのいずれかまたは両方との間の空気圧式動力を切断するボタンを含む第８の入力要素と、
   前記外骨格システムの全ての可視光を遮断するボタンを含む第９の入力要素と、
   のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の外骨格システム。
6. 前記パックユーザインタフェースは、前記肩搭載バックパックを装着しているユーザがタッチ検知インタフェースに到達することが不可能であるが、前記外骨格システムを装着しているユーザとは別個である別の人間によって容易にアクセスすることができ、物理的にアクセスすることができるように、前記肩搭載バックパック上または前記肩搭載バックパックの周りに配置された前記タッチ検知インタフェースを含む、請求項１に記載の外骨格システム。
7. 外骨格システムであって、
   ユーザの脚部に結合されるように構成された少なくとも１つの脚部アクチュエータユニットを備え、
   前記脚部アクチュエータユニットは、
   間接を介して回転可能に結合された上腕及び下腕であって、前記間接は、膝の上側で前記ユーザの上腿部の周りに結合された前記上腕及び前記膝の下側で前記ユーザの下脚部の周りに結合された前記下腕を有する前記ユーザの前記膝に位置付けられる、前記上腕及び下腕と、
   複数の入力及びフィードバック要素を含む脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースと、
   前記上腕と前記下腕との間で伸長するアクチュエータと、を含む、
   前記外骨格システム。
8. 前記外骨格システムの少なくとも一部を収納するパックを更に備え、
   前記パックは、それと関連付けられたパックユーザインタフェースを含み、前記パックユーザインタフェースは、入力要素及びフィードバック要素の組を含み、前記パックユーザインタフェースは、前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースとは別個である、請求項７に記載の外骨格システム。
9. 前記パックユーザインタフェースは、前記パックを装着しているユーザがタッチ感知インタフェースに到達することが不可能であり、またはタッチ感知インタフェースに容易に到達することが可能でないが、前記外骨格システムを装着しているユーザとは別個の別の人間によって容易に物理的にアクセスすることができるように、前記パック上または前記パックの周りに配置された第１のユーザインタフェース部分を含む、請求項８に記載の外骨格システム。
10. 外部デバイスが、直接または間接有線通信チャネルまたは無線通信チャネルを介して前記外骨格システムに動作可能に結合され、
    前記外部デバイスは、前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースとは別個である外部デバイスユーザインタフェースを含む、請求項７に記載の外骨格システム。
11. 前記外骨格システムは、左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットが前記外骨格システムに動作可能に結合される両脚構成において動作するように構成され、前記外骨格システムは、入力を取得し、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの第１の脚部アクチュエータユニットインタフェース及び第２の脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースの両方、並びに／または前記パックユーザインタフェースを介してフィードバックを提示するように構成され、
    前記外骨格システムは、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの１つのみが前記外骨格システムに動作可能に結合される片脚構成において動作するように構成され、前記外骨格システムは、入力を取得し、前記外骨格システムに動作可能に結合された前記左側脚部アクチュエータユニットもしくは右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース並びに／または前記パックユーザインタフェースを介してフィードバックを提示するように構成される、
    請求項７に記載の外骨格システム。
12. 前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットの前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェースは、冗長入力要素及び冗長フィードバック要素の同一の組を有し、
    前記冗長入力要素は、同一の機能と、同一のフィードバックを提示する冗長フィードバック要素とに関連付けられる、請求項１１に記載の外骨格システム。
13. 前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、複数のライトを含むフィードバック要素を含み、
    前記複数のライトの点灯するライトの数は、前記外骨格システムの１つ以上のバッテリのバッテリレベルを示し、及び／支援レベルを示し、前記複数のライトの点灯するライトの色は、前記外骨格システムの動作の現在設定されているモードを示し、前記複数のライトのライトの組は、定義された色を点灯し、及び／または誤りもしくは障害が存在することを示す、強さにおいて変化する、請求項７に記載の外骨格システム。
14. 前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、タッチスクリーンを含むフィードバック要素を含む、請求項７に記載の外骨格システム。
15. 前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、状態遷移を行う意図を示すための単一のボタンを含む入力要素を含む、請求項７に記載の外骨格システム。
16. 前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、単一の遷移及び状態のペアにマッピングされたボタンを含む入力要素を含む、請求項７に記載の外骨格システム。
17. 前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、少なくとも、前記左側脚部アクチュエータユニット及び右側脚部アクチュエータユニットへの正のトルク伝達を停止し、及び／または前記外骨格システムの全ての可視光を遮断するボタンを含む入力要素を含む、請求項７に記載の外骨格システム。
18. 前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、前記脚部アクチュエータユニットの複数の結合器を離脱させ、前記脚部アクチュエータユニットを前記ユーザから離脱させる、迅速脱衣特徴と関連付けられたボタンを含む入力要素を含む、請求項７に記載の外骨格システム。
19. 前記脚部アクチュエータユニットユーザインタフェース及び／または前記パックユーザインタフェースは、１つ以上の設定を増大もしくは減少させ、または線型にもしくは環状に設定のグループを通じて循環するように構成された選択インジケータボタンを含む、請求項７に記載の外骨格システム。

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