JP2023528604A - モバイルロボットのバッテリシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

外骨格システムは、外骨格システムに電力を供給する電源システムであって、１つ以上のバッテリスロットを含む、電源システムと、モジュラである１つ以上のバッテリユニットを含むモジュラバッテリセットであって、モジュラであることで、１つ以上のバッテリユニットのいずれかが１つ以上のバッテリスロットのいずれかの内で、容易かつ迅速に取り外され、結合されることができると、外骨格システムに電力が供給される、モジュラバッテリセットと含む。【選択図】図６

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。

本出願は、２０２１年１月４日に出願された「ＢＡＴＴＥＲＹ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ Ａ ＷＥＡＲＡＢＬＥ ＲＯＢＯＴ」と題された、代理人整理番号０１１０４９６－０１３ＰＲ０を有する米国仮特許出願第６３／１３３，６８９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、代理人整理番号０１１０４９６－０１０ＵＳ０、０１１０４９６－０１２ＵＳ０、０１１０４９６－０１４ＵＳ０、０１１０４９６－０１５ＵＳ０、０１１０４９６－０１６ＵＳ０及び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」、「ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ Ａ ＭＯＢＩＬＥ ＲＯＢＯＴ」、「ＵＳＥＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＡＮＤ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ 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作動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の脚部作動ユニットの側面図である。 図３及び４の脚部作動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。 電源システム及びモジュラバッテリセットの実施形態の一例を示す。 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７ａ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８ａ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９ａ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１１ａの断面を示す膨張構成での図１１ａ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すべ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。

本開示は、モバイル電子機器用の新規の電源システム及びバッテリ管理システムならびに関連する方法の例示的な実施形態を提供する。このバッテリ管理システムは、いくつかの例では、身体装着型用途でユニークな利点を有し、さらにより具体的には、外骨格などの装着型ロボットの開発に直接適用することができる。それらのようなシステム及び方法は、レクリエーション、消費者、軍事、ファーストレスポンダ、またはヘルスケアを含む様々な用途分野に特定の利点を与えることができる。これらの用途のそれぞれでは、重量を可能な限り減少させたいというユーザの要望とのバランスを取りながら、システムをオンボードで動作させるのに十分な量の電力を蓄える必要がある。本開示は、そのような電源システム及びバッテリ管理システムの様々な実施形態ならびに様々な例示的なシステムへの統合を説明する。

本開示は、モバイル給電デバイス用に設計された電源システム及びバッテリ管理システムの様々な実施形態の設計、統合、及び操作方法を教示する。１つの好ましい実施形態は、電源システム及びバッテリ管理システムを、ユーザの１つ以上の関節に機械的動力を導入するように設計されているパワードウェアラブルロボットデバイスに統合することである。そのような実施形態は、本来であれば、すべてのバッテリ容量を統合して、ユーザが想定するすべての潜在的な挙動を完了するには不便であることがある、いくつかの例で導入される必要があり得る電力の大きさにより、特異的な興味の対象であることができる。いくつかの特異的な高出力の実施形態が本明細書の様々な例において議論の中心となるが、これが説明のみを目的とするものであることが明らかになるであろう。したがって、電源システムまたはバッテリ管理システムを他のモバイル給電デバイスに適用することに制限はない。

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、装着式の下肢の装具である。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。

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の例に示されているように、外骨格システム１００は、ユーザの左右の脚１０２Ｌ、１０２Ｒにそれぞれ結合されている左右の脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒを含むことができる。様々な実施形態では、左右の脚部アクチュエータユニット１１０Ｌ、１１０Ｒは実質的に互いの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が靴１９１の上の脚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対話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）の一部またはすべてを含む。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と電源５１６及び／または空圧システム５２０と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過ぎない。

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、脚部作動ユニット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、脚部作動ユニット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を介して脚部作動ユニット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、左右の脚部作動ユニット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に関連付けられた作動ユニット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、脚部作動ユニット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内で動作する脚部作動ユニット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つの脚部作動ユニット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が両方の脚部作動ユニット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つの脚部作動ユニット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作動ユニット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で動作している作動ユニット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で動作している作動ユニット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で動作している作動ユニット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で動作している作動ユニット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つの作動ユニット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、作動ユニット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、作動ユニット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、作動ユニット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、アクティブな作動ユニット１１０の数に適合することにより、作動ユニット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がアクティブな作動ユニット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、個々の作動ユニット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が各作動ユニット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、作動ユニット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、作動ユニット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すべ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すべての構成は、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。

様々な実施形態では、外骨格システム１００は、様々なタイプのユーザインタラクション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、必要に応じてユーザ１０１から外骨格システム１００への入力を含むことができ、そして外骨格システム１００は、外骨格システム１００の動作における変化、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に提供することができる。本明細書で説明されるように、ユーザ入力及び／またはユーザへの出力は、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、またはスマートフォンユーザデバイスなどの様々な他のインタフェースもしくはデバイスを含んでもよい。それらのような１つ以上のユーザインタフェース５１５またはデバイスは、バックパック１５５（例えば、図１を参照）、空圧システム５２０、脚部作動ユニット１１０などの上のような、様々な適切な位置にあることができる。

外骨格システム１００は、ユーザ１０１から意図を取得するように構成されることができる。例えば、これは、外骨格システム１００の他の構成要素（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と外部から操作可能に接続されるか（例えば、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、リモートサーバなど）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。一実施形態では、ユーザインタフェース５１５は、外骨格システム１００の脚部作動ユニット１１０の一方または両方に直接統合されるボタンを含むことができる。この単一のボタンにより、ユーザ１０１は様々な入力を示すことができる。別の実施形態では、ユーザインタフェース５１５は、外骨格システム１００の外骨格デバイス５１０及び／または空圧システム５２０と統合されている胴体に取り付けられたラペル入力デバイスによって提供されるように構成されることができる。一例では、そのようなユーザインタフェース５１５は、専用の有効化及び無効化機能を有するボタンと、ユーザの所望の動力源レベル（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量または範囲）に専用の選択インジケータと、外骨格システム１００の制御に統合するための予測意図の量に専用であり得るセレクタスイッチとを含むことができる。ユーザインタフェース５１５のそのような実施形態は、いくつかの例では、一連の機能的にロックされたボタンを使用して、通常動作に必要な場合がある理解されたインジケータのセットをユーザ１０１に提供することができる。さらに別の実施形態は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続、または他の適切な有線もしくは無線接続を介して外骨格システム１００に接続されるモバイルデバイスを含むことができる。ユーザインタフェース５１５としてモバイルデバイスまたはスマートフォンを使用すると、入力方法の柔軟性により、ユーザのデバイスへの入力量をはるかに多くすることができる。様々な実施形態は、上記に列挙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、入力方法及び物品の明示的に述べられた組み合わせに決して限定されない。

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を適切に使用して操作することを可能にする情報をユーザ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、作動ユニット１１０の一方または両方に直接統合されたフィードバックメカニズムと、作動ユニット１１０の動作によるフィードバックと、外骨格システム１００と統合されていない外部アイテム（例えば、モバイルデバイス）を介したフィードバックなどを含むがこれらに限定されない、様々な視覚的、触覚的及び／または聴覚的方法でのものであり得る。いくつかの実施形態は、外骨格システム１００の、作動ユニット１１０におけるフィードバック照明の統合を含むことができる。１つのそのような実施形態では、ユーザ１０１が照明を見ることができるように、５つの多色照明が膝継手１２５または他の適切な位置に統合される。これらの照明は、システムエラー、デバイス電源、デバイスの正常な動作などのフィードバックを提供するために使用されることができる。別の実施形態では、外骨格システム１００は、特定の情報を示すように制御されたフィードバックをユーザに提供することができる。それらのような実施形態では、外骨格システム１００は、最大の許容可能なユーザ所望のトルクをユーザが変更するときに、脚部作動ユニット１１０の一方または両方での関節トルクを最大許容トルクまで脈動させることができることで、トルクセッティングの触覚インジケータを提供することができる。別の実施形態は、動作エラー、設定ステータス、電源ステータスなどのデバイス情報に関するアラート通知を外骨格システム１００が提供することができるモバイルデバイスなどの外部デバイスを使用することができる。フィードバックのタイプは、作動ユニット１１０、空圧システム５２０、バックパック１５５、モバイルデバイス、また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などの他の適切なインタラクション方法を含むものとユーザ１０１がインタラクトすることが期待され得る様々な位置に統合された、光、音、振動、通知、及び操作力を含むことができるが、これらに限定されない。

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、呼気中ＣＯ₂、血糖値、歩行速度、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／または身体の生命機能に対応する）を観察するために生物学的インジケータを測定して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。

様々な実施形態は、電源システム５１６（図５を参照）を含むことができると、この電源システム５１６に任意の適切な数のモジュラバッテリユニットを統合することが可能になる。そのような設計により、外骨格システム１００は、電源システム５１６に任意の適切な数のモジュラバッテリを統合することが可能になる。様々な実施形態は、外骨格システム１００の永久または半永久部品である１つ以上の内蔵型バッテリユニットを有する電源システム５１６を含むことができる。さらに、様々な実施形態は、建物の電源レセプタクルなどの外部電源から電力を取得するように構成された電源システム５１６を含むことができる。

例えば、図６は、電源システム５１６及びモジュラバッテリセット６００の実施形態の一例を示す。電源システム５１６は、第一、第二及び第三バッテリスロット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃを含み、第一バッテリユニット６３０Ａが第一バッテリスロット６１０Ａ内に配置されて示されている。モジュラバッテリセット６００は、第一バッテリユニット６３０Ａ、ならびに第二、第三及び第四バッテリユニット６３０Ｂ、６３０Ｃ、６３０Ｄを含む、複数のモジュラバッテリユニット６３０を備えることができる。また、電源システム５１６は、電源コード６７０に加えて、第一及び第二内蔵型バッテリ６５０Ｘ、６５０Ｙを含むことができる。

様々な実施形態では、バッテリユニット６３０は、バッテリユニット６３０Ａ、６３０Ｂ、６３０Ｃ、６３０Ｄのいずれかがバッテリスロット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃのいずれかの内に結合され得るようにモジュラであることができる。例えば、第一バッテリユニット６３０Ａは、図６に示されるように第一バッテリスロット６１０Ａに結合されてもよく、または第二もしくは第三バッテリスロット６１０Ｂ、６１０Ｃに結合されてもよい。さらに、様々な実施形態では、バッテリスロット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃのうちの１つ以上は、所与の時間にバッテリユニット６３０によってふさがれてもよく、または３つのバッテリスロット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃすべてが空であってもよい。また、様々な実施形態では、バッテリスロット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃの間に順序関係はない。換言すれば、様々な実施形態では、バッテリスロット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃは、ふさがれる必要がなく、またはいずれかの所与の順序でバッテリユニット６３０を取り外す必要がない。

様々な例は、バッテリユニット６３０のセットが複数のスロット６１０のいずれかに交換可能に結合されることができる同じ位置にある、複数のバッテリスロット６１０を含むが、いくつかの実施形態では、特定のバッテリユニット６３０のみが所与のバッテリスロット６１０に結合されることができる、異なる構成のバッテリスロット６１０があることができる。そのような実施形態は、バッテリユニット６３０が異なる特性を有することが望ましく、異なる構成のバッテリスロット６１０を有し、これらのバッテリスロットを使用することで、正しいバッテリユニット６３０が正しい位置に結合されることが可能になることが望ましい場合がある。

また、いくつかの例は、同じサイズ、形状及びバッテリ特性を有する複数のバッテリユニット６３０を有するモジュラバッテリセット６００を含むが、いくつかの実施形態は、異なるサイズ、形状及び／またはバッテリ特性のバッテリユニット６３０を有するモジュラバッテリセット６００を含むことができ、それらのようなバッテリユニット６３０は、交換可能に、またはモジュラで複数のバッテリスロット６１０に結合されることができる。例えば、電力容量が大きいバッテリユニット６３０は、電力容量が小さいバッテリユニット６３０よりも物理的に大きくなることがある。したがって、ユーザ１０１がより少ない重量のバッテリを運びたいと望む場合、または大きくて運びにくいバッテリを避けたいと望む場合、ユーザはより小さいバッテリユニット６３０を外骨格デバイス１００に結合することができるが、バッテリ寿命及び動作時間を代償にする可能性がある。一方、より長いバッテリ寿命が重要であり、バッテリ６３０のサイズまたは重量が問題にならない場合、使用には、より大きいバッテリユニット６３０が外骨格デバイス１００に結合されることができる。

別の例では、異なるバッテリユニット６３０は外骨格デバイス１００の異なるタイプのパフォーマンスのために構成されることができ、バッテリユニット６３０は所期のアクティビティ、ミッション、タスクなどに基づいて選択されることができる。例えば、ユーザ１０１が多くの動的な動きをせずに長時間歩くと予想しており、比較的狭い範囲内の一定の電力出力を概して必要とする場合、長期間の安定した電流出力のために構成されるバッテリユニット６３０が選択されることができる。別の例では、ユーザ１０１が動的な動きをすると予想している場合、またはその他の高電力出力もしくは高電力出力のスパイクを必要とする可能性がある方法で外骨格システム１００を使用すると予想している場合、そのような方法で外骨格システム１００に電力を供給するように構成されるバッテリユニット６３０が選択されることができる。

また、バッテリ（例えば、バッテリユニット６３０及び内蔵型バッテリ６５０）は、充電式バッテリ、セミ充電式バッテリまたは使い切りバッテリを含む様々な適切なタイプのものであることができる。例えば、本明細書で論じられるバッテリは、リチウムイオン電池、アルカリ電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛蓄電池、空気亜鉛電池などを含むことができる。また、本明細書で論じられるバッテリは、単電池及び／または組電池であることができる。さらに、バッテリという用語は、いくつかの実施形態では、コンデンサ、核エネルギー源、化学的エネルギー源、燃焼エネルギー源、機械的エネルギー源などを含むことができる、エネルギーを蓄える、及び／または放出するように構成される任意のシステムを含むと解釈されるべきである。

バッテリユニット６３０は、プラグ、ソケット、スリップ、タング、シュー、レール、ポートなどを介することを含む、様々な適切な方法でバッテリスロット６１０と電気的に結合されることができる。したがって、「スロット」という用語の使用は、バッテリスロット６１０及びバッテリユニット６３０の特定の構造に対する要件を黙示すると解釈されるべきではない。さらに、様々な実施形態では、バッテリユニット６３０は、プラグ、ソケット、スリップ、タング、シュー、レール、ポート、クリップ、ストラップ、クラスプ、摩擦嵌め、ねじ、フックアンドループテープ（例えば、Ｖｅｌｃｒｏ）などを含む、様々な適切な方法でバッテリスロット６１０と物理的に結合されることができる。様々な実施形態では、バッテリユニット６３０とバッテリスロット６１０との間の物理的なカップリングは、バッテリユニット６３０とバッテリスロット６１０との間の電気的カップリングと同じであってもよく、または異なってもよい。

また、図６の例は、電源システム５１６が３つのバッテリスロット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃを含む一実施形態を示しているが、さらなる実施形態が１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１５、２５、５０、１００、２００などの任意の適切な数のバッテリスロット６１０を含むことができることは明らかであろう。いくつかの実施形態では、バッテリスロット６１０は、電源システム５１６または外骨格システム１００に存在しなくてもよい。また、図６の例は、モジュラバッテリセット６００が４つのバッテリユニット６３０Ａ、６３０Ｂ、６３０Ｃ、６３０Ｄを含む一実施形態を示しているが、さらなる実施形態が１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１５、２５、５０、１００、２００などの任意の適切な数のバッテリユニット６３０を含むことができることは明らかであろう。いくつかの実施形態では、バッテリユニット６３０は、電源システム５１６または外骨格システム１００に存在しなくてもよい。

さらに、図６の例は、電源システム５１６または外骨格システム１００の永久または半永久部品であることができる、第一及び第二内蔵型バッテリ６５０Ｘ、６５０Ｙを有する電源システム５１６の実施形態を示す。ユーザ１０１がバッテリスロット６１０に対して容易に取り外して結合させることができるモジュラバッテリユニット６３０の実施形態とは対照的に、様々な例の内蔵型バッテリ６５０は、電源システム５１６または外骨格システム１００に対して容易に取り外されて、結合されることができない。例えば、いくつかの実施形態では、内蔵型バッテリ６５０は、ねじ、ボルト、接着剤を介して電源システム５１６もしくは外骨格システム１００に結合されてもよく、または電源システム５１６もしくは外骨格システム１００の一部と物理的に一体化されてもよい、もしくはその一部内に配置されてもよいので、電源システム５１６または外骨格システム１００への物理的損傷が内蔵型バッテリ６５０を抜き出すために必要となる。

したがって、様々な実施形態の内蔵型バッテリ６５０が、工具の補助、実質的な作業、または電源システム５１６もしくは外骨格システム１００の部分への損傷なしに、容易かつ迅速に取り外し可能であるように構成されていないが、モジュラバッテリユニット６３０の様々な実施形態が、工具の補助、実質的な作業、または電源システム５１６もしくは外骨格システム１００の部分への損傷なしに、バッテリスロット６１０に対して容易かつ迅速に取り外されて結合されることができることは明らかであろう。例えば、いくつかの実施形態では、内蔵型バッテリ６５０が電源システム５１６または外骨格システム１００に結合されている間にのみ放電されて充電されることと、交換されることがない、または内蔵型バッテリ６５０が動かなくなる場合、もしくは適切に充電を保持することができない場合など、ごくまれにしか交換されることがないこととを意図したそれらのような構成要素の構築中に、内蔵型バッテリ６５０は電源システム５１６または外骨格システム１００内に設置されることができる。対照的に、モジュラバッテリユニット６３０の様々な実施形態は、バッテリスロット６１０に結合されている間、またはバッテリスロット６１０から分離されている間に充電されるように構成されてもよく、何度もバッテリスロット６１０に容易かつ迅速に結合され、それらから取り外されるように構成されてもよい。

また、図６の例は、電源システム５１６が２つの内蔵型バッテリ６５０を含む一実施形態を示しているが、さらなる実施形態が１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１５、２５、５０、１００、２００などの任意の適切な数の内蔵型バッテリ６５０を含むことができることは明らかであろう。いくつかの実施形態では、内蔵型バッテリ６５０は、電源システム５１６または外骨格システム１００に存在しなくてもよい。さらに、いくつかの例では、１つ以上の内蔵型バッテリ６５０は、コンデンサを含んでもよく、またはコンデンサによって規定されてもよい。

バッテリ（例えば、バッテリユニット６３０及び内蔵型バッテリ６５０）は、外骨格デバイス１００の様々な適切な位置に配置されることができる、及び／または様々な適切な方法でユーザ１０１によって運ばれることができる。例えば、いくつかの実施形態では、バッテリ及び／またはバッテリスロット６１０は、ベルト（例えば、ユーザ１０１の腰の周りに装着）、バックパック１５５、バックパック１５５のストラップ、弾帯、作動ユニット１１０（例えば、上部アーム１１５及び／または下部アーム１２０上）、ヘルメット、靴またはブーツ、ズボンまたはジャケットなどの衣類、ボディアーマー、ボディパックなどの上または中に配置されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、重量配分、バッテリユニット６３０への容易なアクセス、バッテリの保護、熱放散、電力が供給される要素への近さなどを提供するために、外骨格デバイス１００及び／またはユーザ１０１の身体の周りにバッテリを分散させることが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、重量バランスを提供するようにバッテリがそれぞれの作動ユニット１１０Ｌ、１１０Ｒ上に配置されるため、バッテリの重量がユーザ１０１の代替に外骨格デバイス１００によって運ばれることが望ましい場合がある。

さらに、図６の例に示されるように、電源システム５１６は電源コード６７０を含むことができ、この電源コードはコード６７１及びプラグ６７２を含むことができる。様々な実施形態では、電源コード６７０は、外骨格システム１００の外部の電源と結合するように構成されることができ、この外部の電源は、外骨格システム１００に電力を供給することができるため、この電源を使用して、外骨格システム１００の様々な構成要素に電力を供給すること、１つ以上のモジュラバッテリユニット６３０を充電すること、１つ以上の内蔵型バッテリ６５０を充電することなどができる。例えば、プラグ６７２は、建物、車両または他の外部電源の従来の電源レセプタクルと結合するように構成されることができる。さらなる実施形態は、ポータブル発電機、車両電源、ボート電源、飛行機電源、太陽発電、水力発電、風力発電、燃料電池などから電力を得るように構成されることができる。また、図６の例は、電源システム５１６が１つの電源コード６７０を含む一実施形態を示しているが、さらなる実施形態が任意の適切な数の電源コード６７０を含んでもよく、または電源コード６７０が電源システム５１６もしくは外骨格システム１００になくてもよいことは明らかであろう。

いくつかの例でのそのようなアーキテクチャにより、ユーザ１０１は、持続時間の短いタスクのために１つのバッテリユニット６３０のみが電源システム５１６に接続されている外骨格システム１００で動作した後、持続時間の長い活動を考慮して、追加のバッテリユニット６３０を接続することが可能になる。一実施形態では、パワードウェアラブルロボット膝システム（例えば、外骨格システム１００）のユーザ１０１は、家の周りでの断続的な使用には、追加のバッテリユニット６３０に確実にアクセスできることから、単一のバッテリユニット６３０を接続することができる。次に、家の外にいる間の同じパワードウェアラブルロボット膝システムの使用には、ユーザ１０１は、３つのバッテリユニット６３０を電源システム５１６に接続して、バッテリ容量を３倍にし、ウェアラブルロボット膝システムの動作の持続時間を延長することができる。

例えば、図６の実施形態を参照すると、ユーザ１０１は、図６に示されるように、第一バッテリユニット６３０Ａを電源システム５１６に接続することができ、第一バッテリユニット６３０Ａがシステム１００に電力を供給するのに十分な電力を欠いているときに、第一バッテリユニット６３０Ａを（例えば、第一スロット６１０Ａ内、または第二もしくは第三スロット６１０Ｂ、６１０Ｃ内で）交換するために追加のバッテリユニット６３０Ｂ、６３０Ｃ、６３０Ｄが利用可能である。ただし、ユーザ１０１が、外骨格システム１００に追加のバッテリユニット６３０を交換するまたは追加する必要なく、外骨格システム１００の作業時間をより長くしたい場合、ユーザは、バッテリユニット６３０を３つのバッテリスロット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃのすべてに結合することができる。そのような構成は、ユーザ１０１が、電源システム５１６とインタラクトする必要なく、または追加のバッテリユニット６３０を別々に運ぶ必要なく、外骨格システムを動作させることができる持続時間をより長くしたい場合に望ましいことがある。

いくつかの例では、最小限のバッテリセットが、外骨格システム１００の最小限のパフォーマンス機能セットに電力を供給することができることが望ましい場合がある。図６を一例として使用すると、最小限のバッテリセットは、電源システム５１６に結合されたいかなるバッテリユニット６３０もなく内蔵型バッテリ６５０Ａ、６５０Ｂ、または電源システム５１６に結合された１つのバッテリユニット６３０なしで内蔵型バッテリ６５０Ａ、６５０Ｂなどを含んでもよい。電源システム５１６が内蔵型バッテリ６５０を有していない実施形態では、最小限のバッテリセットは、電源システム５１６に結合された単一のバッテリユニット６３０であり得る。

ただし、外骨格システム１００またはユーザ１０１は、そのような最小限のパフォーマンス機能セットを上回る、追加されたバッテリ電源を様々な方法で使用することを選択することができる。一実施形態では、外骨格システム１００は、そのような追加の内蔵型バッテリ電源を使用して、最小限のパフォーマンス機能セットに関する動作の持続時間をさらなる期間、延長することができる（例えば、追加のバッテリユニットが供給する追加の電力に基づいて、同じ電力量をより長い持続時間にわたり消費することができる）。

別の実施形態では、外骨格システム１００が追加されたバッテリ容量を使用することができることで、外骨格システム１００の使用中に、システム１００が消費するバッテリ容量を多くすることが可能になる。電源システム５１６が内蔵型バッテリ６５０（図６を参照）、及び３つのモジュラバッテリユニット６３０のための３つのスロット６１０を有さない、外骨格システム１００の１つの例示的な実施形態では、外骨格システム１００は、電源システム５１６に結合されたモジュラバッテリユニット６３０の数に基づいて、外骨格システム１００の電動機またはアクチュエータによって導入されることが許容される電力の電力リミットを増加させることができる。例えば、３つのスロット６１０内で３つのバッテリユニット６３０を使用して、システムの電動機に許容可能な最大指令電流を５０％まで増加させ、外骨格システム１００の動作持続時間を２倍にすることができる。

さらに別の実施形態では、外骨格システム１００は、３つのスロット６１０内の３つのバッテリユニット６３０の追加の電力を、１つのスロット６１０内の１つのバッテリユニット６３０のみの低電力構成に利用可能な補助操作のセットと比較して利用可能な補助操作のセットを増加させることによって、使用することができる。そのような実施形態では、１つのバッテリユニット６３０が設置されている場合、外骨格システム１００は、座るから立つ操作での補助を対象にすることができるが、３つのバッテリユニット６３０が設置されている場合、外骨格システム１００は、歩行中及び階段昇段中の立脚期での補助を追加することができる。これらの実施形態は、所望のアクションまたはシステム容量の任意の選択にわたって要望どおり、持続時間の増加及び／または電力容量の増加の任意の組み合わせによって追加の電力を使用することを含むことができるが、これに限定されない。それらのような実施形態は、任意の適切な数のモジュラバッテリユニット６３０及び／または内蔵型バッテリ６５０を含む電源システム５１６に適用されることができる。

また、実施形態は、対象となる挙動がなくなるまで補助操作のセットが削減され、単一のバッテリ（例えば、単一のバッテリユニット６３０または内蔵型バッテリ６５０）が電源システム５１６、外骨格デバイス６１０、またはそれらの一部の動作を維持するためにのみ使用される構成を含むことができる。例えば、単一のバッテリまたは最小限のバッテリセットは、単にシステムに最小限の電力を供給するが、外骨格システム１００は、追加のモジュラバッテリ６３０が電源システム５１６に結合されるまで、ユーザの動きを支援しない。

様々な実施形態では、外骨格システム１００を操作する方法は、外骨格デバイス５１０によって、電源システム５１６に結合されたバッテリ数によって少なくとも部分的に規定される外骨格システム１００の電源構成を決定することと、外骨格システム１００の決定された電源構成に少なくとも部分的に基づいて、外骨格システム１００の動作パラメータを構成することとを含むことができる。外骨格デバイス５１０は、電源システム５１６に結合されたバッテリの構成、及び電源システム５１６に結合されたバッテリの充電容量を監視し、いずれかの変化に基づいて外骨格システム１００の動作パラメータを変更することができる。

例えば、電源構成は、１つ以上のバッテリの充電、１つ以上のバッテリに関連付けられた電圧、１つ以上のバッテリに関連付けられた電流、または電源システム５１６に物理的に結合されたバッテリの数などの様々なデータに基づいて決定されることができる。電源システム５１６に物理的に結合されたバッテリの数は、バッテリと電源システム５１６との間の物理的なカップリング（例えば、バッテリユニット６３０とバッテリスロット６１０との物理的なカップリング）を識別するスイッチ、所与の位置（例えば、１つ以上のバッテリスロット６１０）での非ゼロの電流量を識別するスイッチなど、様々な適切な方法で決定されることができる。電源システム５１６に結合されたバッテリの数を決定することには、モジュラバッテリユニット６３０及び／または内蔵型バッテリ６５０が含まれることができる。さらに、いくつかの実施形態では、外骨格システム１００は、バッテリシリアル番号、バッテリタイプ、バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ最大充電容量、現在のバッテリ充電状態、バッテリの健全性状態（例えば、動作可能か壊れているか）など、物理的または無線通信を介してバッテリに関する様々なタイプのデータを取得するように構成されることができる。

外骨格システム１００の動作パラメータは、電源システム５１６に結合されたモジュラバッテリユニット６３０の数、電源システム５１６に結合された内蔵型バッテリユニット６５０の数、電源システム５１６に結合された１つ以上のバッテリの個々の充電状態、電源システム５１６に結合された１つ以上のバッテリの全体の充電状態などのうちの１つ以上を含む様々な電源状態に基づいて選択されることができる。それらのような電源状態に基づいて構成されることができる外骨格システム１００の動作パラメータは、利用可能な補助操作のセット、利用不可能な補助操作のセット、１つ以上の補助操作の最大電力出力、１つ以上のアクチュエータに電力を供給するかしないか、所与のバッテリから電力を引き込むか引き込まないかなどを含むことができる。

いくつかの例では、電源システム５１６に結合されたバッテリにおける変化に基づいた動作パラメータの変更は、即時に行われてもよく、または遅れて発生してもよい。例えば、下記で論じられるように、ユーザがバッテリをホットスワップしている場合、外骨格デバイス１００は所定の期間、動作パラメータの現在のセットを維持することができることにより、ユーザ１０１は、バッテリユニット６３０などを取り外して交換することが可能になる。

いくつかの例では、バッテリユニット６３０が、外骨格システム１００の電源を切ることなく、ユーザ１０１によって安全に交換されることを可能にすることが有益であり得る。様々な例では、これはバッテリの「ホットスワップ」と呼ばれ、バッテリユニット６３０が電源システム５１６に接続されたままであることで、バッテリユニットに電力が通じたままになると、新しいバッテリユニット６３０が後で、外骨格システム１００の動作を維持しながら接続されることで、新しいバッテリユニットの使用を外骨格システム１００が開始する。

一実施形態では、これは、複数のバッテリユニット６３０のセット（例えば、図６を参照）を用いて外骨格システム１００に電力を供給することによって達成される。そのような実施形態では、電源システム５１６は、システムロジックが動作し続けている間に（例えば、外骨格デバイス５１０が電力を供給され、アクティブになったままである間に）、複数の結合されたバッテリユニット６３０のうちの１つ以上が電源システム５１６から取り外されることを可能にするように構成されることができる。別の実施形態では、複数の結合されたバッテリユニット６３０のうちの１つ以上が電源システム５１６から取り外されるとき、外骨格システム１００が完全に動作したままで（例えば、外骨格デバイス５１０及び空圧システム５２０が電力を供給され、アクティブになったままで）、高出力作動をユーザ１０１に提供することができるように、電源システム５１６が設計される。例えば、ある特定の実施形態では、ウェアラブルロボット外骨格システム１００は電源システム５１６に接続された２つのバッテリユニット６３０を有し、ユーザ１０１は、バッテリユニット６３０のうちの１つを切断した後、外骨格デバイス１００への電源アクセスを中断させることなく、新しいバッテリユニット６３０を再接続することができる。様々な実施形態では、電源へのアクセスを中断しないことは、外骨格システム１００が同じように動作し続けること、または外骨格システム１００が個々のバッテリ構成のそれぞれの内で所定の動作条件を有することを構成することができるが、これらに限定されない。

さらに別の実施形態では、バッテリは、図６の例に示されるように構成されることができ、１つ以上のバッテリユニット６３０はユーザ１０１によってアクセス可能であり、取り外し可能であり、１つ以上の内蔵型バッテリ６５０にはユーザ１０１がアクセスできない。様々な例では、１つ以上のバッテリユニット６３０の一部またはすべてを電源システム５１６から取り外すことができ、１つ以上の内蔵型バッテリ６５０を使用して、外骨格システム１００の動作を一定時間維持することができる。

様々な実施形態では、電源システムに結合されたバッテリのサブセットのみが所与の時間に使用されることができる。いくつかの実施形態では、いくつかのバッテリは、一次電池、二次電池、三次電池、またはバックアップ電池とみなされることができる。例えば、一実施形態では、１つ以上の内蔵型バッテリ６５０は、様々な動作状態での外骨格システム１００に電力を供給するために使用されず、１つ以上のバッテリユニット６３０が取り外されており交換されているとき（例えば、ホットスワップ中）、バッテリユニット６３０が電源システム５１６に結合されていないとき、１つ以上のバッテリユニット６３０が、その電力を使い果たしたとき、動かなくなったとき、または不安定な電力を供給したときなどにのみ、それらのような１つ以上の内蔵型バッテリ６５０から電力が引き込まれる。

例えば、いくつかの実施形態では、バックアップ電力は、デバイスに蓄電され、通常の動作中に消費されないことができる。ただし、別の電源が利用できない、または使用されることが望ましくないときに、外骨格システム１００が動作する非常用ニーズをユーザが示す、または外骨格システム１００が検出する場合、外骨格システム１００のシステムは、この非常用バックアップ電力を利用して限られた時間、完全なまたは限られた動作を提供することができる。そのような実施形態では、外骨格システム１００は、依然として利用可能な非常用バックアップ電力を有するにも関わらず、通常動作のためにその電源を使い果たしたことを示す場合がある。この非常用バックアップ電力を達成するためのシステム及び方法が、有意に異なる可能性があり、中央バッテリの所定のパーセントを蓄えておくこと、または通常の動作中に使い果たされない独立した第二バッテリを有することのうちの一方または両方を含むことができるが、これらに限定されないことに留意されたい。

様々な実施形態では、バッテリユニット６３０及び／または内蔵型バッテリ６５０を様々な方法で外骨格システム１００の機械システムに統合することが有利であり得る。一実施形態では、１つ以上の内蔵型バッテリ６５０は、１つ以上のアクチュエータユニット１１０、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などの構造体内に機械的に統合されるため、それらのような１つ以上の内蔵型バッテリ６５０にユーザ１０１がアクセスできない。いくつかの例では（例えば、図６を参照）、外骨格システム１００の構造体内に統合された２つの内蔵型バッテリ６５０が存在する。別の実施形態は、すべてが外骨格システム１００の構造体の外部にあるバッテリを含むことができる。そのような場合の１つでは、外骨格システム１００の機械システムが封入されることができ、１つ以上の外部に面したバッテリスロット６１０により、ユーザ１０１が対象用途のために選択された数のバッテリユニット６３０を接続することが可能になる。さらに別の実施形態では、外骨格システム１００は、機械的に統合されたバッテリ（例えば、内蔵型バッテリ６５０）と、外部から接続されたバッテリユニット（例えば、バッテリユニット６３０）との組み合わせを含む。様々な実施形態は、本明細書で論じられるように、内部で構成されたバッテリユニットと外部で構成されたバッテリユニットとの任意の組み合わせを含むことができるが、これに限定されない。

いくつかの実施形態では、個々のバッテリが接続するように設計されている様々な特定の構成を有することが有益であり得る。一実施形態では、ウェアラブルロボット外骨格システム１００は、内蔵型バッテリ６５０と、バッテリスロット６１０を介して外骨格システム１００のハードウェアの外部に結合されるバッテリモジュラユニット６３０とを含む。そのような実施形態では、内蔵型バッテリ６５０は、１つのバッテリのみで外骨格システム１００がＦｅｄｅｒａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ（ＦＡＡ）のガイドライン内で動作することができるような、飛行機での旅行のより厳しい要件を満たすように設計されることができる。外部バッテリユニット６３０は、外骨格システム１００が一日中動作することができるように、かなり大きいサイズに作られることができる。その結果、ユーザ１０１は、外部バッテリユニット６３０を切断し、ＦＡＡ規則に基づいて飛行機に乗っている間、動作に必要な仕様内にとどまり、飛行後に外部バッテリユニット６３０を再接続して、通常の補助を一日中行うことができる。

例えば、ＦＡＡ規則は、リチウム金属（非充電式）電池が１つの電池あたり２グラムのリチウムまで制限され、リチウムイオン（充電式）電池が１つの電池あたり１００ワット時（Ｗｈ）の定格値まで制限されることを要求し得る。ただし、搭乗者は、大型のリチウムイオン電池（１０１～１６０Ｗｈ）またはリチウム金属電池（２～８グラム）の予備を２つまで持ち込むこともできる。様々な実施形態では、飛行中または飛行後に外骨格システム１００に追加の容量を提供するためにＦＡＡ規則に従って、外骨格システム１００が飛行中に適切に使用されることができるが、飛行中に追加のバックアップバッテリを携行することもできるように、外骨格電源システム５１６及び／またはバッテリシステムセット６００がＦＡＡ規則に準拠することが望ましい場合がある。

例えば、一実施形態は、１００ワット時（Ｗｈ）の定格値に制限される第一内蔵型及び／または取り外し可能なバッテリ（例えば、内蔵型バッテリ６５０またはバッテリユニット６３０）、及びそれぞれが１０１～１６０Ｗｈの間、１６０Ｗｈ未満などの定格値を有する１つまたは２つの予備バッテリユニット６３０を含むことができる。さらなる実施形態は、それぞれが１０１～１６０Ｗｈの間、１６０Ｗｈ未満などの定格値を有する任意の適切な複数の予備バッテリユニット６３０を含むことができる。

さらなる実施形態は、民間航空会社による旅行、自家用航空路線の旅行、軍用航空路線の運行、航空便のバッテリ及び関連システム、ならびにボート、船、列車、公共交通機関、宇宙旅行などの様々な乗り物による旅行など、様々なシナリオにおけるバッテリの輸送に関する様々な管轄権の１つ以上の適用法に準拠するように構成されることができる。

例えば、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｓａｆｅｔｙ Ａｇｅｎｃｙ（ＥＡＳＡ）により、一次電池（例えば、内蔵型バッテリ６５０またはバッテリユニット６３０）が１００ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値または２グラムのリチウム含有量を超えてはならないことが要求され得る（第一制限が充電式リチウムイオン電池のためのものであり、第二制限が通常充電式ではないリチウム金属電池のものである）。Ｗｈが１００より高いが１６０より高くない場合、ユーザは、バッテリまたはバッテリを含む外骨格システムを携行するために、航空会社の承認が必要になる場合がある。１６０Ｗｈを超えるバッテリを搭載した、いかなる物品の輸送も、ＥＡＳＡ規則により禁止される場合がある。外骨格デバイス１００用の予備のバッテリまたはパワーバンクは許可される場合があるが、ＥＡＳＡ規則では、それらのようなバッテリが決して受託手荷物にないこと、及び／または短絡を防ぐために（例えば、端子をテープで絶縁している状態、各バッテリをビニール袋に入れている状態、またはいずれかの他の適切な方法を使用している状態で）個別に保護されなければならないことが要求される場合がある。ＥＡＳＡ規則によるＷｈ及びリチウム含有量のそれらのような予備バッテリでの制限は、一次電池についての上記と同じであり得る。

様々な実施形態は、現在実施されている、または今後実施される、１セット以上のそれらのようなバッテリ輸送規則に準拠するように構成されることができる。ＦＡＡ、ＥＡＳＡ、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＣＡＣ）、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ Ａｉｒ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ（ＥＵＲＯＣＯＮＴＲＯＬ）、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ（ＩＣＡＯ）Ｊｏｉｎｔ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｕｔｈｏｒｉｔｉｅｓ（ＪＡＡ）と、例えば、その他の関連当局との規則は、本明細書ではすべての目的のために、それらの全体が参照により援用されている。

例えば、いくつかの実施形態は、５０ワット時（Ｗｈ）、６０Ｗｈ、７０Ｗｈ、８０Ｗｈ、９０Ｗｈ、１００Ｗｈ、１１０Ｗｈ、１２０Ｗｈ、１３０Ｗｈ、１４０Ｗｈ、１５０Ｗｈ、１６０Ｗｈ、１７０Ｗｈ、１８０Ｗｈ、１９０Ｗｈ、２００Ｗｈなどのワット時定格値を超えない一次電池（例えば、内蔵型バッテリ６５０またはバッテリユニット６３０）を含むことができる。いくつかの実施形態は、１つより多くない、２つより多くない、３つより多くない、それらのような内蔵型バッテリ６５０またはバッテリユニット６３０を含み得る。さらに、様々な実施形態は、５０ワット時（Ｗｈ）、６０Ｗｈ、７０Ｗｈ、８０Ｗｈ、９０Ｗｈ、１００Ｗｈ、１１０Ｗｈ、１２０Ｗｈ、１３０Ｗｈ、１４０Ｗｈ、１５０Ｗｈ、１６０Ｗｈ、１７０Ｗｈ、１８０Ｗｈ、１９０Ｗｈ、２００Ｗｈなどのワット時定格値を超えない１つ以上の取り外し可能なバッテリユニット６３０を含むことができる。いくつかの実施形態は、１つより多くない、２つより多くない、３つより多くない、それらのようなバッテリユニット６３０を含み得る。さらに、バッテリの容量は、アンペア時（Ａｈ）などによるバッテリ電圧を含む様々な適切な方法で表されることができる。

別の実施形態では、外骨格システム１００は２つのサイズの外部バッテリユニット６３０を有することができ、これら２つのサイズの外部バッテリユニットは、それぞれ４時間及び８時間の通常動作を支援するサイズに作られる。そのような場合、ユーザは、自分の所望の用途の仕様に基づいて、システムに接続したいバッテリユニット６３０を選択することができる。バッテリ及び／または電源システム５１６の構成が、貯蔵エネルギーの総量、バッテリセルの総量、総質量、放電可能な電流の総量、動作の持続時間などを含む様々な適切な要因に基づいて変更されることができることに留意されたい。

場合によっては、バッテリからの電力使用量が特定の方法で想定されることが有益な場合がある。一実施形態では、バッテリ管理システム（例えば、外骨格デバイス５１０または電源システム５１６のもの）は、各バッテリユニット６３０から均等なエネルギー量が引き出されるように、電源システム５１６に結合された複数のバッテリユニット６３０から引き込まれる電力を管理する。そのような実施形態では、２つのバッテリユニット６３０が設置されており、両方とも１００％充電されている外骨格システム１００は、２時間の動作後、両方のバッテリユニット６３０の充電が６０％になるまで、両方のバッテリユニット６３０を均等に消耗させることができる。

別の実施形態では、電源システム５１６は、外骨格システム１００の構造体の内部に統合される１つの内蔵型バッテリ６５０、及びバッテリスロット６１０を介して外骨格システムの外部から取り外し可能に接続されるバッテリユニット６３０で構成されることができる。バッテリ管理システムは、いくつかの例では、最初に外部バッテリユニット６３０から電力が引き込まれるように、内蔵型バッテリ６５０及び取り外し可能な外部バッテリユニット６３０から引き込まれる電力を管理することができる。そのような実施形態では、内蔵型バッテリ６５０及び外部バッテリユニット６３０の両方が最初に１００％充電された状態で、外骨格システム１００は、２時間の動作後、外部バッテリユニット６３０を２０％充電まで放電させることができるが、内部バッテリ６５０は１００％のままである。

さらに別の実施形態では、外骨格システム１００は、１つ以上の内蔵型バッテリ６５０の充電が最大になるように構成されることができる。例えば、バッテリ管理システムは、ハードウェアの内部に設置される内蔵型バッテリ６５０を、内蔵型バッテリ６５０が常に完全に充電されていることを目標とするように充電するという第一または第二の目標を有することができる。そのような実施形態では、外骨格システム１００は、最初に９０％充電されている内蔵型バッテリ６５０、及び最初に１００％充電されている取り外し可能な外部バッテリユニット６３０を有することができる。２時間の動作後、取り外し可能な外部バッテリユニット６３０は１０％充電まで消耗することができ、内蔵型バッテリ６５０は１００％まで充電されることができ、この充電は取り外し可能な外部バッテリユニット６３０からの電力に基づいている。

別の実施形態では、１つ以上のバッテリユニット６３０及び／または１つ以上の内蔵型バッテリ６５０は、限定されないが、電源コード６７０を介して壁のコンセントなどの外部電源によって充電されることができる。これは、１つ以上の別個の充電器を用いて各バッテリを個別に充電することを必要とするのではなく、１回の操作（すなわち、充電器にプラグを差し込むこと）のみを必要とするという利点を提供することができる。そのような実施形態では、１つ以上のバッテリユニット６３０及び１つ以上の内蔵型バッテリ６５０が外部電源から充電されているときに、外骨格システム１００上のバッテリ管理システムは、取り外し可能なバッテリユニット６３０の前に内蔵型バッテリ６５０を充電することを優先させることができる。

電源コード６７０を介して外部電源によって充電される外骨格システム１００の１つ以上のバッテリユニット６３０及び／または１つ以上の内蔵型バッテリ６５０に加えて、いくつかの実施形態では、それらのようなバッテリが充電されてもよく、または外骨格システム１００が外部無線電源システムによって電力を供給されてもよい。例えば、外骨格システム１００が倉庫内のユーザ１０１によって操作されている場合、倉庫は、電磁誘導、磁気共鳴、電界カップリング、無線受信などを介して無線で外骨格システム１００に電力を供給する、倉庫全体でのワイヤレス充電システムを含むことができる。そのような実施形態により、バッテリが交換されるまたは外部電源を介して（例えば、電源コード６７０を介して）充電されることを必要とすることなく、外骨格システム１００が無期限または長期間、動作することが可能になることが望ましい場合がある。

外骨格システム１００のいくつかの実施形態の別の構成要素は、外骨格システム１００の１つ以上の作動ユニット１１０に動作電力を供給するモバイルパワーパックであり得る。１つの好ましい実施形態では、そのようなパワーパックは、システム１００の空圧作動の連続動作に使用されることができるコンプレッサ及びバッテリを含む。いくつかの例では、そのようなパワーパックの内容は、特定の実施形態に使用されるのに専用に構成される作動アプローチに強く相関されることができる。いくつかの実施形態では、パワーパックは、電気機械的に作動したシステムに適していることができるバッテリのみを含むことができる。パワーパック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組み合わせを含むことができるが、これに限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、パワーパックは、外骨格デバイス５１０及び空圧システム５２０の一部またはすべての要素を含むことができる。

パワーパック、外骨格デバイス５１０、電源システム５１６、空圧システム５２０などの構成要素は、様々な適切な方法でユーザ１０１の身体上に構成されることができる。好ましい一実施形態は、実質的な機械力を作動ユニット１１０に伝えるいかなる方法でも作動ユニット１１０に操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、電源システム５１６、またはそれらの一部を含むことである。そのような実施形態では、パワーパック、電源システム５１６、またはそれらの一部は、作動ユニット１１０と実質的に機械的に統合されていない、ユーザが装着するショルダーバッグ内にあるように構成されることができる。別の実施形態は、パワーパック、電源システム５１６、またはそれらの一部を作動ユニット１１０自体内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、１つ以上の作動ユニット１１０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。パワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などの構成要素を分離させ、それらのような構成要素をユーザ１０１及び／または外骨格デバイス１００上の様々な構成または位置に分散させることも可能である。一実施形態は、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１つ以上の作動ユニット１１０内に統合することができる。

様々な例におけるパワーパックの一態様は、パワーパックまたはその一部が、操作可能なシステム動力（例えば、電力及び／または流体力）を操作のために１つ以上の作動ユニット１１０に渡すような方法で、１つ以上の作動ユニット１１０に接続されることができることである。好ましい一実施形態は、電源システム５１６及び１つ以上の作動ユニット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１つ以上の作動ユニット１１０に送達することができる。様々な実施形態は、空圧ホース、油圧ホース、電気ケーブル、無線通信、無線給電などの接続を含むことができる。

いくつかの実施形態では、１つ以上の作動ユニット１１０と、パワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などとの間にケーブル接続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１０１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。胴体パワーパックを備えた両膝構成におけるそのような一実施形態は、ケーブルをユーザ１０１の胴体下部に沿って配線して、パワーパックバッグの右側に左膝用作動ユニット１１０Ｌを接続し、パワーパックバッグの左側に右膝用作動ユニット１１０Ｒを接続することを含むことができる。そのような配線により、外骨格システム１００の使用中に、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。

いくつかの例で懸念となり得る１つの特徴は、パワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０など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、パワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などが、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、パワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などの内に内部空気チャネルを介して周囲空気を向けることで、内部冷却が可能になる。さらに別の実施形態は、内部チャネルを介した気流を可能にする試みの中で、パワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などにスクープを導入することによって、この機能を拡張することができる。様々な実施形態は、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、ユーザにヒートシンクを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。

パワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などの様々な実施形態の別の態様は、外骨格システム１００の動作中のノイズプロファイルである。いくつかの実施形態は、外骨格システム１００の様々な構成要素の音響プロファイルを軽減させるのに専用の設計変更の個々のものまたは組み合わせを含む。一実施形態は、空圧コンプレッサなどのいずれかのノイズの高い構成要素の取り付けでの振動減衰を含むことである。そのような例の場合、コンプレッサは一連のゴム製スタンドオフを備えたパワーパックボックス内に取り付けられることができると、コンプレッサとパワーパック構造体との間に粘弾性スタンドオフが設けられることで、振動及びノイズの伝播が軽減されることができる。別の実施形態は、関心の高い標的周波数のセットを通じて十分な振動抵抗を提供することができる周波数固有の構造体の設計である。さらに別の実施形態は、空圧システム５２０のコンプレッサのポーティングを制御するための内部配線システムを含むことである。そのような実施形態は、空圧システム５２０を介してコンプレッサの排気を指定の排気ポートに向けることと、パワーパックボックス上の専用の吸込ポートから周囲空気を引き込むこととを含むことができる。様々な実施形態は、上記に提示された例の任意の集成物を使用することができるが、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において、単一のパワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などが、外骨格システム１００の様々な可能な構成の動力要件をサポートするように構成されることが必要とされる場合がある。１つの好ましい構成は、パワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などであり、これらは、両膝構成または片膝構成（例えば、１つまたは２つの作動ユニット１１０を有する外骨格システム１００）に動力を供給することを求められることがある。様々な実施形態では、そのようなパワーパック、電源システム５１６、外骨格デバイス５１０、空圧システム５２０などは、両方の構成の動力要件をサポートし、次に、必要な任意の構成で予想どおりに動作するように動力（例えば、流体力及び／または電力）を適切に向ける必要がある。本明細書で論じられるように、複数のバッテリなどの可能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。

図７ａ、図７ｂ、図８ａ及び図８ｂ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７ａ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７ｂは、膨張構成にある図７ａの脚部アクチュエータユニット１１０の側面図を示す。図８ａ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８ｂは、膨張構成の図８ａの脚部アクチュエータユニット１１０の側断面図を示す。

図７ａ、図７ｂ、図８ａ及び図８ｂ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１３０の端部１３２に当接でき、ベローズ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の一部またはすべ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１３０の端部１３２間に配置することができる。例えば、図７ａ、７ｂ、８ａ及び８ｂは、ベローズ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８ａ及び図８ｂの断面に示されるように、ベローズ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１３０を拡張し、これにより、図７ｂ及び図８ｂ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７ａに示されるベローズ１３０での流圧及び／または流体率を増加させると、ベローズ１３０が図７ｂに示される構成に膨張し得る。同様に、図８ａに示されるベローズ１３０での流圧及び／または流体率を増加させると、ベローズ１３０が図８ｂ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７ｂに示されるベローズ１３０の流圧及び／または流体率を減少させると、ベローズ１３０が図７ａに示される構成に収縮し得る。同様に、図８ｂに示されるベローズ１３０の流圧及び／または流体率を減少させると、ベローズ１３０が図８ａに示される構成に収縮し得る。ベローズ１３０の流体の圧力または体積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の空気圧式システム５２０及び空気圧式ライン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１３０内の圧力を変えるベローズ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７ａ、図７ｂ、図８ａ及び図８ｂに示すように、拘束リブ１３５は、ベローズ１３０を支持及び拘束することができる。例えば、ベローズ１３０を膨張させると、ベローズ１３０はベローズ１３０の長さに沿って拡張し、ベローズ１３０はまた半径方向に拡張する。拘束リブ１３５は、ベローズ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１３０が膨張及び／または収縮する際に、ベローズ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８ａは、ベローズ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１３０の圧縮構成を示し、図８ｂは、膨張中に収縮して、ベローズ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１３０を示している。

同様に、図９ａは、ベローズ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１３０の圧縮構成の上面図を示し、図９ｂは、膨張中に収縮して、ベローズ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９ａ、図９ｂ、及び図１０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１３０の一部は（例えば、図８ａ、図８ｂ、図９ａ及び図９ｂ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ジョイントを含むことができ、拘束リブ１３５は、継手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の運動範囲全体にわたってベローズ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１２５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１２５の周りなどに接続されるリンケージ、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１２５がベローズ１３０と相互作用してベローズ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１３０の長さに沿った所定の位置でベローズ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１３０の長さに沿って浮遊し、所定の接続箇所でベローズ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１３０を含むことができ、いくつかの例で、ベローズ１３０が膨張したときにその位置でベローズ１３０の幅を縮小する構成であってよい。

ベローズ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１２は、平面材料１２００（例えば布地）の側面図を示し、この平面材料１２００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１２の例では、材料１２００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１２００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１２００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、使用者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１１ａは、別の実施形態によるベローズ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１１ｂは、図１１ａの断面を示す膨張構成における図１１ａの空圧アクチュエータユニット１１０の側面図を示す。図１１ａに示すように、ベローズ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。この記載全体に亘って、ベローズ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１３０を含む。

ベローズ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９ａの例は、３層１３２、１３３、１３４を含むベローズ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一緒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１３０の膨張した形状は、いくつかの実施形態では、ベローズ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１３０の膨張形状は、ベローズ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１３０は、本明細書に記載のようにベローズ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１３０は、収縮構成に向かって付勢することができ、ベローズ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１３０が存在し得るが）。本明細書で説明するように、ベローズ１３０は、様々な適切な形状、サイズ、比率などをとることができる。

ベローズ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１３０の直径をベローズ１３０の長手方向中心で小さくして、ベローズ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１３０の断面積を変更して、ベローズ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１３０と同じ例を使用して、２つの拘束リブ１３５を、ベローズ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１３０の特定の能力特性を調整するために、ベローズ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１３０上のスマート材料を使用して、コマンドでベローズ１３０の機械的挙動を操作すること、または、ベローズ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１３０または複数のベローズ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１３０を有するように構成することができる。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６参照）、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。

本開示の実施形態は、以下の条項を考慮して説明できる。
条項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る左脚部アクチュエータユニット及び右脚部アクチュエータユニットであって、
継手を介して回転可能に結合される上部アーム及び下部アームであって、前記継手は前記ユーザの膝に、前記上部アームが前記膝より上の前記ユーザの大腿部の周りに結合されている状態で、かつ前記下部アームが前記膝より下の前記ユーザの下腿部の周りに結合されている状態で、位置決めされる、前記上部アーム及び前記下部アーム、
前記上部アームと前記下部アームとの間に延在するベローズアクチュエータ、ならびに
前記ベローズアクチュエータに結合されると、流体を前記ベローズアクチュエータに注入することで、前記ベローズアクチュエータが膨張して前記上部アーム及び前記下部アームを動かす、１セット以上の流体ライン、
をそれぞれが含む、前記左脚部アクチュエータユニット及び前記右脚部アクチュエータユニットと、
前記左脚部アクチュエータユニット及び前記右脚部アクチュエータユニットの前記１セット以上の流体ラインを介して前記左脚部アクチュエータユニット及び前記右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対して、操作可能に結合され、流体を注入するように構成される空圧システムと、
プロセッサ及びメモリを含む外骨格デバイスであって、前記メモリが命令を格納し、前記命令が、前記プロセッサによって実行されたとき、前記左脚部アクチュエータユニット及び前記右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注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に電力を供給する電源システムであって、
第一バッテリスロット、第二バッテリスロット及び第三バッテリスロット、
第一内蔵型バッテリ及び第二内蔵型バッテリであって、前記電源システムに対して容易に取り外されて結合されることができないような、前記電源システムの永久または半永久部品である、前記第一内蔵型バッテリ及び前記第二内蔵型バッテリ、ならびに
建物のレセプタクルに結合して、前記レセプタクルから電力を取得するように構成される電源コード、
を含む、前記電源システムと、
モジュラである第一バッテリユニット、第二バッテリユニット、第三バッテリユニット及び第四バッテリユニットを含むモジュラバッテリセットであって、前記モジュラであることで、前記第一バッテリユニット、前記第二バッテリユニット、前記第三バッテリユニット及び前記第四バッテリユニットのうちのいずれかが前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットのいずれかの内で、容易かつ迅速に取り外され、結合されることができると、前記外骨格システムに電力が供給される、前記モジュラバッテリセットと、
を含む、前記外骨格システム。

条項２．前記空圧システム、前記外骨格デバイス及び前記電源システムは、前記外骨格システムを動作させている間に前記ユーザが装着しているように構成されるバックパック内に配置される、条項１に記載の外骨格システム。

条項３．前記電源システムと、前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットとは、前記第一バッテリユニット、前記第二バッテリユニット、前記第三バッテリユニット及び前記第四バッテリユニットのいずれかがホットスワップされるように構成されることで、
前記外骨格システムの電源を切ることなく、前記外骨格システムの動作を維持しながら、前記第一バッテリユニット、前記第二バッテリユニット、前記第三バッテリユニット及び前記第四バッテリユニットのいずれかが前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットのいずれかから安全に取り外されることができ、
前記外骨格システムの電源を切ることなく、前記外骨格システムの動作を維持しながら、前記第一バッテリユニット、前記第二バッテリユニット、前記第三バッテリユニット及び前記第四バッテリユニットのいずれかが前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットのいずれかに安全に結合されることができる、条項１または２に記載の外骨格システム。

条項４．前記外骨格デバイスは、
バッテリユニットが前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットに結合されているか、いないかを識別し、
前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットに結合されている１つ以上のバッテリユニットの電源状態を識別する、
ように構成され、
前記外骨格デバイスは、前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロットまたは前記第三バッテリスロットを介して前記電源システムに結合されていると識別されたバッテリユニットの数に少なくとも部分的に基づいて、かつ前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットに結合された前記１つ以上のバッテリユニットの前記識別された電源状態に少なくとも部分的に基づいて、前記外骨格システムの動作構成を変えるように構成される、条項１～３のいずれかに記載の外骨格システム。

条項５．外骨格システムであって、ユーザの脚に結合されるように構成される１つ以上の脚部アクチュエータユニットと、
前記１つ以上の脚部アクチュエータユニットに対して、操作可能に結合され、流体を注入するように構成される空圧システムと、
流体を前記１つ以上の脚部アクチュエータユニットに注入するように、前記空圧システムを制御するように構成される外骨格デバイスと、
前記空圧システム及び前記外骨格デバイスに電力を供給する電源システムであって、
複数のバッテリスロット、ならびに
１つ以上の内蔵型バッテリであって、前記電源システムに対して容易に取り外されて結合されることができないような、前記電源システムの永久または半永久部品である、前記１つ以上の内蔵型バッテリ、
を含む、前記電源システムと、
モジュラである複数のバッテリユニットを含むモジュラバッテリセットであって、前記モジュラであることで、前記複数のバッテリユニットのいずれかが前記複数のバッテリスロットのいずれかの内で容易かつ迅速に取り外され、結合されることができると、前記外骨格システムに電力が供給される、前記モジュラバッテリセットと、
を含む、前記外骨格システム。

条項６．前記１つ以上の脚部アクチュエータユニットは、
継手を介して回転可能に結合される上部アーム及び下部アームであって、前記継手は前記ユーザの膝に、前記上部アームが前記膝より上の前記ユーザの大腿部の周りに結合されている状態で、かつ前記下部アームが前記膝より下の前記ユーザの下腿部の周りに結合されている状態で、位置決めされる、前記上部アーム及び前記下部アーム、
前記上部アームと前記下部アームとの間に延在するベローズアクチュエータ、ならびに
前記ベローズアクチュエータに結合されると、流体を前記ベローズアクチュエータに注入することで、前記ベローズアクチュエータが膨張して前記上部アーム及び前記下部アームを動かす、１セット以上の流体ライン、
を含む、条項５に記載の外骨格システム。

条項７．前記電源システムの永久または半永久部品である前記１つ以上の内蔵型バッテリは、１００ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らず、
前記複数のバッテリユニットのそれぞれは、１６０ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らない、条項５または６に記載の外骨格システム。

条項８．前記電源システムは電源コードをさらに含み、前記電源コードは、前記外骨格システムの外部にあるレセプタクルに結合され、前記レセプタクルから電力を取得するように構成される、条項５～７のいずれかに記載の外骨格システム。

条項９．前記複数のバッテリユニットは、第一バッテリユニット、第二バッテリユニット、第三バッテリユニット及び第四バッテリユニットを含む、条項５～８のいずれかに記載の外骨格システム。

条項１０．前記空圧システム、前記外骨格デバイス及び前記電源システムは、前記外骨格システムを動作させている間に前記ユーザが装着しているように構成されるパック内に配置される、条項５～９のいずれかに記載の外骨格システム。

条項１１．前記電源システム及び前記複数のバッテリスロットは、前記複数のバッテリユニットのいずれかがホットスワップされるように構成されることで、
前記外骨格システムの電源を切ることなく、前記外骨格システムの動作を維持しながら、前記複数のバッテリユニットのいずれかが前記複数のバッテリスロットのいずれかから取り外されることができ、
前記外骨格システムの電源を切ることなく、前記外骨格システムの動作を維持しながら、前記複数のバッテリユニットのいずれかが前記複数のバッテリスロットのいずれかに結合されることができる、条項５～１０のいずれかに記載の外骨格システム。

条項１２．前記外骨格デバイスは、
前記複数のバッテリユニットのうちの１つのバッテリユニットが前記複数のバッテリスロットのいずれかに結合されているか、いないかを識別し、
前記バッテリスロットのうちの少なくとも１つに結合されている１つ以上のバッテリユニットの電源状態を識別する、
ように構成され、
前記外骨格デバイスは、前記複数のバッテリスロットのうちの少なくとも１つを介して前記電源システムに結合されていると識別されたバッテリユニットの数に少なくとも部分的に基づいて、かつ前記複数のバッテリスロットのうちの少なくとも１つを介して前記電源システムに結合されていると識別された前記１つ以上のバッテリユニットの前記識別された電源状態に少なくとも部分的に基づいて、前記外骨格システムの動作構成を変えるように構成される、条項５～１１のいずれかに記載の外骨格システム。

条項１３．電源システムを含む外骨格システムであって、
前記電源システムは、前記外骨格システムに電力を供給し、
１つ以上のバッテリスロットと、
モジュラである１つ以上のバッテリユニットを含むモジュラバッテリセットであって、前記モジュラであることで、前記１つ以上のバッテリユニットのいずれかが前記１つ以上のバッテリスロットのいずれかの内で、容易かつ迅速に取り外され、結合されることができると、前記外骨格システムに電力が供給される、前記モジュラバッテリセットと、
を含む、前記外骨格システム。

条項１４．前記外骨格システムは、
ユーザの関節に結合されるように構成される１つ以上の関節部アクチュエータユニットと、
前記１つ以上の関節部アクチュエータユニットに対して、操作可能に結合され、流体を注入するように構成される流体システムと、
流体を前記１つ以上の関節部アクチュエータユニットに注入するように、前記流体システムを制御するように構成される外骨格デバイスと、
をさらに含む、条項１３に記載の外骨格システム。

条項１５．前記電源システムは、１００ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らない１つ以上の内蔵型バッテリをさらに含む、条項１３または１４に記載の外骨格システム。

条項１６．前記１つ以上のバッテリスロットは、第一バッテリスロット、第二バッテリスロット及び第三バッテリスロットを含む、条項１３～１５のいずれかに記載の外骨格システム。

条項１７．前記電源システムは電源コードをさらに含み、前記電源コードは、前記外骨格システムの外部にあるレセプタクルに結合され、前記レセプタクルから電力を取得するように構成される、条項１３～１６のいずれかに記載の外骨格システム。

条項１８．前記１つ以上のバッテリユニットは、少なくとも第一バッテリユニット及び第二バッテリユニットを含み、前記第一バッテリユニットは１００ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らず、前記第二バッテリユニットは１６０ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らない、条項１３～１７のいずれかに記載の外骨格システム。

条項１９．前記電源システム及び前記１つ以上のバッテリスロットは、前記１つ以上のバッテリユニットのいずれかがホットスワップされるように構成されることで、
前記外骨格システムの動作中に、前記１つ以上のバッテリユニットのいずれかが前記１つ以上のバッテリスロットのいずれかから取り外されることができ、
前記外骨格システムの動作中に、前記１つ以上のバッテリユニットのいずれかが前記１つ以上のバッテリスロットのいずれかに結合されることができる、条項１３～１８のいずれかに記載の外骨格システム。

条項２０．前記外骨格システムは、前記１つ以上のバッテリユニットのうちの１つのバッテリユニットが前記１つ以上のバッテリスロットのいずれかに結合されているか、いないかを識別するように構成され、
前記外骨格システムは、前記１つ以上のバッテリスロットのうちの少なくとも１つを介して前記電源システムに結合されていると識別されたバッテリユニットの数に少なくとも部分的に基づいて、前記外骨格システムの動作構成を変えるように構成される、条項１３～１９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 (20)

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る左脚部アクチュエータユニット及び右脚部アクチュエータユニットであって、
   継手を介して回転可能に結合される上部アーム及び下部アームであって、前記継手は前記ユーザの膝に、前記上部アームが前記膝より上の前記ユーザの大腿部の周りに結合されている状態で、かつ前記下部アームが前記膝より下の前記ユーザの下腿部の周りに結合されている状態で、位置決めされる、前記上部アーム及び前記下部アーム、
   前記上部アームと前記下部アームとの間に延在するベローズアクチュエータ、ならびに
   前記ベローズアクチュエータに結合されると、流体を前記ベローズアクチュエータに注入することで、前記ベローズアクチュエータが膨張して前記上部アーム及び前記下部アームを動かす、１セット以上の流体ライン、
   をそれぞれが含む、前記左脚部アクチュエータユニット及び前記右脚部アクチュエータユニットと、
   前記左脚部アクチュエータユニット及び前記右脚部アクチュエータユニットの前記１セット以上の流体ラインを介して前記左脚部アクチュエータユニット及び前記右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対して、操作可能に結合され、流体を注入するように構成される空圧システムと、
   プロセッサ及びメモリを含む外骨格デバイスであって、前記メモリが命令を格納し、前記命令が、前記プロセッサによって実行されたとき、前記左脚部アクチュエータユニット及び前記右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注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に電力を供給する電源システムであって、
   第一バッテリスロット、第二バッテリスロット及び第三バッテリスロット、
   第一内蔵型バッテリ及び第二内蔵型バッテリであって、前記電源システムに対して容易に取り外されて結合されることができないような、前記電源システムの永久または半永久部品である、前記第一内蔵型バッテリ及び前記第二内蔵型バッテリ、ならびに
   建物のレセプタクルに結合して、前記レセプタクルから電力を取得するように構成される電源コード、
   を含む、前記電源システムと、
   モジュラである第一バッテリユニット、第二バッテリユニット、第三バッテリユニット及び第四バッテリユニットを含むモジュラバッテリセットであって、前記モジュラであることで、前記第一バッテリユニット、前記第二バッテリユニット、前記第三バッテリユニット及び前記第四バッテリユニットのうちのいずれかが前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットのいずれかの内で、容易かつ迅速に取り外され、結合されることができると、前記外骨格システムに電力が供給される、前記モジュラバッテリセットと、
   を含む、前記外骨格システム。
2. 前記空圧システム、前記外骨格デバイス及び前記電源システムは、前記外骨格システムを動作させている間に前記ユーザが装着しているように構成されるバックパック内に配置される、請求項１に記載の外骨格システム。
3. 前記電源システムと、前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットとは、前記第一バッテリユニット、前記第二バッテリユニット、前記第三バッテリユニット及び前記第四バッテリユニットのいずれかがホットスワップされるように構成されることで、
   前記外骨格システムの電源を切ることなく、前記外骨格システムの動作を維持しながら、前記第一バッテリユニット、前記第二バッテリユニット、前記第三バッテリユニット及び前記第四バッテリユニットのいずれかが前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットのいずれかから安全に取り外されることができ、
   前記外骨格システムの電源を切ることなく、前記外骨格システムの動作を維持しながら、前記第一バッテリユニット、前記第二バッテリユニット、前記第三バッテリユニット及び前記第四バッテリユニットのいずれかが前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットのいずれかに安全に結合されることができる、請求項１に記載の外骨格システム。
4. 前記外骨格デバイスは、
   バッテリユニットが前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットに結合されているか、いないかを識別し、
   前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットに結合されている１つ以上のバッテリユニットの電源状態を識別する、
   ように構成され、
   前記外骨格デバイスは、前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロットまたは前記第三バッテリスロットを介して前記電源システムに結合されていると識別されたバッテリユニットの数に少なくとも部分的に基づいて、かつ前記第一バッテリスロット、前記第二バッテリスロット及び前記第三バッテリスロットに結合された前記１つ以上のバッテリユニットの前記識別された電源状態に少なくとも部分的に基づいて、前記外骨格システムの動作構成を変えるように構成される、請求項１に記載の外骨格システム。
5. 外骨格システムであって、
   ユーザの脚に結合されるように構成される１つ以上の脚部アクチュエータユニットと、
   前記１つ以上の脚部アクチュエータユニットに対して、操作可能に結合され、流体を注入するように構成される空圧システムと、
   流体を前記１つ以上の脚部アクチュエータユニットに注入するように、前記空圧システムを制御するように構成される外骨格デバイスと、
   前記空圧システム及び前記外骨格デバイスに電力を供給する電源システムであって、
   複数のバッテリスロット、ならびに
   １つ以上の内蔵型バッテリであって、前記電源システムに対して容易に取り外されて結合されることができないような、前記電源システムの永久または半永久部品である、前記１つ以上の内蔵型バッテリ、
   を含む、前記電源システムと、
   モジュラである複数のバッテリユニットを含むモジュラバッテリセットであって、前記モジュラであることで、前記複数のバッテリユニットのいずれかが前記複数のバッテリスロットのいずれかの内で容易かつ迅速に取り外され、結合されることができると、前記外骨格システムに電力が供給される、前記モジュラバッテリセットと、
   を含む、前記外骨格システム。
6. 前記１つ以上の脚部アクチュエータユニットは、
   継手を介して回転可能に結合される上部アーム及び下部アームであって、前記継手は前記ユーザの膝に、前記上部アームが前記膝より上の前記ユーザの大腿部の周りに結合されている状態で、かつ前記下部アームが前記膝より下の前記ユーザの下腿部の周りに結合されている状態で、位置決めされる、前記上部アーム及び前記下部アーム、
   前記上部アームと前記下部アームとの間に延在するベローズアクチュエータ、ならびに
   前記ベローズアクチュエータに結合されると、流体を前記ベローズアクチュエータに注入することで、前記ベローズアクチュエータが膨張して前記上部アーム及び前記下部アームを動かす、１セット以上の流体ライン、
   を含む、請求項５に記載の外骨格システム。
7. 前記電源システムの永久または半永久部品である前記１つ以上の内蔵型バッテリは、１００ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らず、
   前記複数のバッテリユニットのそれぞれは、１６０ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らない、請求項５に記載の外骨格システム。
8. 前記電源システムは電源コードをさらに含み、前記電源コードは、前記外骨格システムの外部にあるレセプタクルに結合され、前記レセプタクルから電力を取得するように構成される、請求項５に記載の外骨格システム。
9. 前記複数のバッテリユニットは、第一バッテリユニット、第二バッテリユニット、第三バッテリユニット及び第四バッテリユニットを含む、請求項５に記載の外骨格システム。
10. 前記空圧システム、前記外骨格デバイス及び前記電源システムは、前記外骨格システムを動作させている間に前記ユーザが装着しているように構成されるパック内に配置される、請求項５に記載の外骨格システム。
11. 前記電源システム及び前記複数のバッテリスロットは、前記複数のバッテリユニットのいずれかがホットスワップされるように構成されることで、
    前記外骨格システムの電源を切ることなく、前記外骨格システムの動作を維持しながら、前記複数のバッテリユニットのいずれかが前記複数のバッテリスロットのいずれかから取り外されることができ、
    前記外骨格システムの電源を切ることなく、前記外骨格システムの動作を維持しながら、前記複数のバッテリユニットのいずれかが前記複数のバッテリスロットのいずれかに結合されることができる、請求項５に記載の外骨格システム。
12. 前記外骨格デバイスは、
    前記複数のバッテリユニットのうちの１つのバッテリユニットが前記複数のバッテリスロットのいずれかに結合されているか、いないかを識別し、
    前記バッテリスロットのうちの少なくとも１つに結合されている１つ以上のバッテリユニットの電源状態を識別する、
    ように構成され、
    前記外骨格デバイスは、前記複数のバッテリスロットのうちの少なくとも１つを介して前記電源システムに結合されていると識別されたバッテリユニットの数に少なくとも部分的に基づいて、かつ前記複数のバッテリスロットのうちの少なくとも１つを介して前記電源システムに結合されていると識別された前記１つ以上のバッテリユニットの前記識別された電源状態に少なくとも部分的に基づいて、前記外骨格システムの動作構成を変えるように構成される、請求項５に記載の外骨格システム。
13. 電源システムを含む外骨格システムであって、
    前記電源システムは、前記外骨格システムに電力を供給し、
    １つ以上のバッテリスロットと、
    モジュラである１つ以上のバッテリユニットを含むモジュラバッテリセットであって、前記モジュラであることで、前記１つ以上のバッテリユニットのいずれかが前記１つ以上のバッテリスロットのいずれかの内で、容易かつ迅速に取り外され、結合されることができると、前記外骨格システムに電力が供給される、前記モジュラバッテリセットと、
    を含む、前記外骨格システム。
14. 前記外骨格システムは、
    ユーザの関節に結合されるように構成される１つ以上の関節部アクチュエータユニットと、
    前記１つ以上の関節部アクチュエータユニットに対して、操作可能に結合され、流体を注入するように構成される流体システムと、
    流体を前記１つ以上の関節部アクチュエータユニットに注入するように、前記流体システムを制御するように構成される外骨格デバイスと、
    をさらに含む、請求項１３に記載の外骨格システム。
15. 前記電源システムは、１００ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らない１つ以上の内蔵型バッテリをさらに含む、請求項１３に記載の外骨格システム。
16. 前記１つ以上のバッテリスロットは、第一バッテリスロット、第二バッテリスロット及び第三バッテリスロットを含む、請求項１３に記載の外骨格システム。
17. 前記電源システムは電源コードをさらに含み、前記電源コードは、前記外骨格システムの外部にあるレセプタクルに結合され、前記レセプタクルから電力を取得するように構成される、請求項１３に記載の外骨格システム。
18. 前記１つ以上のバッテリユニットは、少なくとも第一バッテリユニット及び第二バッテリユニットを含み、前記第一バッテリユニットは１００ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らず、前記第二バッテリユニットは１６０ワット時（Ｗｈ）のワット時定格値を上回らない、請求項１３に記載の外骨格システム。
19. 前記電源システム及び前記１つ以上のバッテリスロットは、前記１つ以上のバッテリユニットのいずれかがホットスワップされるように構成されることで、
    前記外骨格システムの動作中に、前記１つ以上のバッテリユニットのいずれかが前記１つ以上のバッテリスロットのいずれかから取り外されることができ、
    前記外骨格システムの動作中に、前記１つ以上のバッテリユニットのいずれかが前記１つ以上のバッテリスロットのいずれかに結合されることができる、請求項１３に記載の外骨格システム。
20. 前記外骨格システムは、前記１つ以上のバッテリユニットのうちの１つのバッテリユニットが前記１つ以上のバッテリスロットのいずれかに結合されているか、いないかを識別するように構成され、
    前記外骨格システムは、前記１つ以上のバッテリスロットのうちの少なくとも１つを介して前記電源システムに結合されていると識別されたバッテリユニットの数に少なくとも部分的に基づいて、前記外骨格システムの動作構成を変えるように構成される、請求項１３に記載の外骨格システム。

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