JP6673940B2 - 腕部支持外骨格 - Google Patents
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Description
以下、ここで説明した技術的特徴を非限定的に列挙する。
[技術的特徴1]
人体に結合されるように構成された腕部支持外骨格において、
人の胴体に結合されるように構成された肩部基部と、
前記肩部基部に連結される腕部リンク機構とを有し、
前記腕部リンク機構は、
前記人が直立しているときに、重力線と実質的に直交する第1回転軸に沿って回転ジョイントの周りに相互に回動するように構成された近位リンクおよび遠位リンクと、
前記人の上腕を前記遠位リンクに結合するように構成された少なくとも1つの腕部連結器と、
引張力発生器であって、当該引張力発生器の第1端部で前記近位リンクに連結され、前記引張力発生器の第2端部で前記遠位リンクに連結された前記引張力発生器と、
前記回転ジョイントに実質的に配置された突起とを有し、
前記遠位リンクがトグル角度を超えて延びるとき、前記突起は前記張力発生器を拘束し、前記張力発生器によって付与されるトルクは実質的に小さいままであり、
前記突起が前記張力発生器を拘束しないとき、前記トルクは、前記遠位リンクを前記近位リンクに対して撓ませる傾向があり、それによって前記人の前記上腕を引き上げるのに必要な前記人の肩の力およびトルクを低減することを特徴とする腕部支持外骨格。
[技術的特徴2]
人体に結合されるように構成された腕部支持外骨格において、
人の胴体に結合されるように構成された肩部基部と、
前記肩部基部に結合される腕部リンク機構とを有し、
前記腕部リンク機構は、
前記人が直立しているときに、重力線と実質的に直交する第1回転軸に沿って回転ジョイントの周りに相互に回動するように構成された近位リンクおよび遠位リンクと、
前記人の上腕を前記遠位リンクに結合するように構成された少なくとも1つの腕部連結器と、
引張力発生器であって当該引張力発生器の第1端部で前記近位リンクに結合され、前記引張力発生器の第2端部で前記遠位リンクに結合された前記引張力発生器とを有し、
前記腕部支持外骨格が前記人体に連結され、前記近位リンクと前記遠位リンクとの間の角度がトグル角度よりも小さいとき、前記トルクは、前記近位リンクに対して前記遠位リンクを撓ませる傾向があり、これによって前記人の上腕を持ち上げるために必要な前記人の肩部の力およびトルクを低減させ、前記肩部基部に反作用力およびトルクを加え、
前記近位リンクと前記遠位リンクとの間の前記角度が前記トグル角度より大きいとき、前記近位リンクと前記遠位リンクとの間に実質的に小さなトルクを付与し、前記人が前記人の前記上腕を自由に動かせるようにすることを特徴とする腕部支持外骨格。
[技術的特徴3]
人体に結合されるように構成された腕部支持外骨格において、
人の胴体に結合されるように構成された肩部基部と、
前記肩部基部に連結される腕部リンク機構とを有し、
前記腕部リンク機構は、
前記人が直立しているときに、重力線と実質的に直交する第1回転軸に沿って回転ジョイントの周りに相互に回動するように構成された近位リンクおよび遠位リンクと、
前記人の上腕を前記遠位リンクに結合するように適合された少なくとも1つの腕部連結器と、
前記近位リンクと前記遠位リンクとの間にトルクを生成するように構成された少なくとも1つのトルク発生器とを有し、
前記腕部支持外骨格が前記人体に連結され、前記近位リンクと前記遠位リンクとの間の角度がトグル角度よりも小さいとき、前記トルクは、前記近位リンクに対して前記遠位リンクを撓ませる傾向があり、これによって前記人の上腕を持ち上げるために必要な前記人の肩部の力およびトルクを低減させ、前記肩部基部に反作用力およびトルクを加え、
前記近位リンクと前記遠位リンクとの間の前記角度が前記トグル角度より大きいとき、前記近位リンクと前記遠位リンクとの間に実質的に小さなトルクを付与し、前記人が前記人の前記上腕を自由に動かせるようにすることを特徴とする腕部支持外骨格。
[技術的特徴4]
技術的特徴3に記載の腕部支持外骨格において、
前記肩部基部は、
前記肩部基部上の前記反作用力およびトルクを支持する、前記腕部リンク機構に結合された荷重担持構造と、
前記肩部基部が前記人の前記胴体胴と一体的に動くように、前記負荷暗示構造を前記人の前記胴体に結合するように構成された連結機構とを有する、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴5]
技術的特徴4に記載の腕部支持外骨格において、
前記荷重担持構造は、
前記腕部リンク機構に連結され、前記腕部リンク機構からの前記反作用力およびトルクの少なくとも一部を支持する背部フレームと、
前記背部フレームに結合された少なくとも1つの腰部装填ベルトであって、前前記背部から前記反力およびトルクの少なくとも一部を前記人の腰部に伝達する、前記腰部装填ベルトとを有する、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴6]
技術的特徴4に記載の腕部支持外骨格において、
前記荷重担持構造は、
前記人の背部の実質的に後方に位置付けられるように構成された背部フレームであって、前記腕部リンク機構に結合され、前記腕部リンク機構からの前記反作用力およびトルクの少なくとも一部を支持する、前記背部フレームと、
前記背部フレームおよび前記人の脚部に結合されるように構成された下肢外骨格であって、前記腕部リンク機構からの前記反作用力およびトルクの少なくとも一部を、前記人が直立している支持表面に伝達する、前記下肢外骨格とを有する、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴7]
技術的特徴5に記載の腕部支持外骨格において、
前記背部フレームは、
前記腕部リンク機構に結合された上側フレームと、
前記腰部装填ベルトに結合された下側フレームと、
脊柱フレームとを有し、
前記脊柱フレームは、当該脊柱フレームの上端で前記上側フレームに結合され、当該脊柱フレームの下端で前記下側フレームに回転可能に結合され、前記上側フレームが前記下側フレームに対して前記人の前面平面において回動可能である、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴8]
技術的特徴5に記載の腕部支持外骨格において、
前記背部フレームは、
前記腕部リンク機構に結合された上側フレームと、
前記腰部装填ベルトに結合された下側フレームと、
脊柱フレームとを有し、
前記脊柱フレームは、当該脊柱フレームの下端で前記下側フレームに結合され、当該脊柱フレームの上端で前記上側フレームに回転可能に結合され、前記上側フレームが前記下側フレームに対して前記脊柱フレームの主軸に沿って回動可能である、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴9]
技術的特徴4に記載の腕部支持外骨格において、
前記連結機構は、
前記人の胸部を少なくとも部分的に包囲するように構成され、前記人の実質的に後方の位置において前記上側フレームに結合される胸部ストラップと、
前記胸部ストラップを前記人の対応する肩部を越えて前記上側フレームに結合するように適合化された第1および第2のアンカーストラップとを有し、
前記胸部ストラップおよび前記第1および第2のアンカーストラップを前記上側フレームに結合することによって前記上側フレームが前記人の前記胸部および前記化t部と一体的に動くことができる、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴10]
技術的特徴4に記載の腕部支持外骨格において、
前記連結機構は、前記肩部基部を前記人に連結させるように適合化された第1および第2の肩部ストラップを有する、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴11]
技術的特徴3に記載の腕部支持外骨格において、
前記トルク発生器は、引張力発生器を有し、当該引張力発生器は、当該引張力発生器の第1端部からの前記近位リンクに結合され、当該引張力発生器の第2端部からの前記遠位リンクに結合され、前記引張力発生器における引張力が、前記遠位リンクを前記近位リンクに対して屈曲させるトルクを形成する、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴12]
技術的特徴11に記載の腕部支持外骨格において、
前記回転ジョイントに実質的に位置付けられる突起をさらに有し、
前記遠位リンクが前記トグル角度を越えて伸びるときに、前記突起が、前記引張力発生器を拘束して、前記引張力発生器による付与されるトルクが実質的に小さなままに維持されるようにする、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴13]
技術的特徴11に記載の腕部支持外骨格において、
前記近位リンクの配位が、前記肩部基部に対して、前記第1回転軸に実質的に平行な軸に沿って、調整され、その位置に維持でき、前記トグル角度の位置を前記肩部基部に対して調整できる、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴14]
技術的特徴11に記載の腕部支持外骨格において、
前記近位リンクは前記引張力発生器に結合された上側ブラケットを有し、前記上側ブラケットの位置が前記近位リンクに沿って調整可能であって前記引張力発生器により付与される前記トルクを調整する、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴15]
技術的特徴11に記載の腕部支持外骨格において、
前記遠位リンクは前記引張力発生器に結合された下側ブラケットを有し、前記下側ブラケットの位置が前記遠位リンクに沿って調整可能であって前記引張力発生器の前置荷重力を調整する、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴16]
技術的特徴3に記載の腕部支持外骨格において、
前記腕部リンク機構は、少なくとも1つの水平回転ジョイントを拘束し、前記水平回転ジョイントは、前記人の肩関節を実質的に通り抜ける、前記第1回転軸と実質的に直行する第2回転軸の周りに、前記近位リンクを、前記肩部基部に対して回動させることができる、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴17]
技術的特徴3に記載の腕部支持外骨格において、
前記肩部基部は、少なくとも1つの肩部ブラケットを有し、前記肩部ブラケットは、前記腕部リンク機構を前記肩部基部に迅速に着脱することができる、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴18]
技術的特徴3に記載の腕部支持外骨格において、
前記肩部基部は、少なくとも1つの肩部ブラケットを有し、前記肩部ブラケットは、前記腕部リンク機構の位置を前記肩部基部に対して調整できる態様で、前記腕部リンク機構を前記肩部基部に結合する、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴19]
技術的特徴3に記載の腕部支持外骨格において、
前記腕部リンク機構は、少なくとも1つの回転ジョイントを拘束し、前記回転ジョイントは、重力繊維実質的に著効する少なくとも1つの肩甲骨回転軸に沿って上記近位リンクを前記肩部基部に対して回動可能にする、前記腕部支持外骨格。
[技術的特徴20]
技術的特徴3に記載の腕部支持外骨格において、
前記肩部基部は、少なくとも1つの肩部ブラケットを有し、前記肩部ブラケットは、前記肩部基部に回転可能に結合され、前記腕部リンクに結合され、前記肩部ブラケット格納軸に沿って回転し、静止状態に維持可能であり、前記人の作業空間の実質的な外部である、前記人の後方に前記腕部リンク機構を収容できる、前記腕部支持外骨格。
102 肩部基部
104 腕部リンク機構
106 腕部連結器
108 トルク発生器
112 荷重担持構造
114 連結機構
115 ベルト取付点
116 ベルト
117 背中中央取付点
118 胸部ストラップ
119 アンカーストラップ
120 肩部ストラップ
121 上方腹側取付点
122 胸骨ストラップ
123 下方背側取付点
124 ベスト
125 ベスト取付点
126 安全ハーネス
127 安全ハーネス取付点
128 ハンモック
130 背部フレーム
131 腰部装填ベルト
134 脊柱フレーム
135 脊柱フレーム軸
136 上側フレーム
138 下側フレーム
140 下側コーナーバー
142 上側中央バー
144 下側中央バー
146 上側コーナーバー
148 上側サイドブラケット
149 下側サイドブラケット
150 近位リンク
152 遠位リンク
153 肩部ブラケット
156 水平回転ジョイント
158 格納ジョイント
159 オフセット調整ジョイント
160 荷重担持連結器
162 腕部連結機構
164 腕部回転ジョイント
165 腕部カフス部回転軸
166 並進ジョイント
167 遠位リンクアタッチメント
168 腕部カフス部
169 ロックピン
171 肩甲骨回転軸
172 内外回転ジョイント
173 内外回転軸
178 引張力発生器
179 接合部
180 コイルバネ要素
182 線条要素
183 プーリ
186 突起
187 上側ブラケットネジ
188 上側ブラケット
189 下側ブラケットネジ
190 下側ブラケット
191 近位リンクオフセット位置
193 第1角度
194 トグル位置
195 トグル角度
197 中立ゾーン
198 腕部重量トルクプロファイル
199 オフセット角度
200 人
202 胴体
204 上腕
206 前腕
207 手
208 重力線
209 水平線
212 支持力
214 反作用力
215 反作用トルク
218 肩関節
220 腰部
221 腰部反作用力
222 胸部
224 肩部
225 肩部反作用力
228 脚部
230 作業空間
232 胴高さ
234 腰幅
236 肩幅
238 腰深さ
250 正面平面
260 中外側屈曲動作
276 引張力発生器有効長
280 印加トルク
302 外骨格
304 下肢外骨格
308 ツール
310 地面
311 地面反作用力
Claims (16)
- 腕部支持外骨格において、
人の上腕に連結されるように構成された腕部リンク機構を有し、
上記腕部リンク機構は、
近位リンクと、
第1回転軸の周りで上記近位リンクに対して回転するように構成される遠位リンクと、
上記遠位リンクに取り付けられ、上記人の上記上腕を上記遠位リンクに連結するように適合化された少なくとも1つの腕部カプラと、
上記近位リンクと上記遠位リンクとに結合され、上記近位リンクと上記遠位リンクとの間にトルクを発生させるように構成された少なくとも1つのトルク発生器と、
実質的に上記第1回転軸の回転ジョイントに位置し、上記少なくとも1つのトルク発生器を拘束するように構成された突起とを有し、
上記近位リンクと上記遠位リンクとの間の角度がトグル角度より小さいとき、上記少なくとも1つのトルク発生器により上記近位リンクと上記遠位リンクとの間に発生させられるトルクが、第1のトルクモードのトルクか、またはそれを越えている状態を維持し、
上記近位リンクと上記遠位リンクとの間の角度がトグル角度より大きいとき、上記少なくとも1つのトルク発生器により上記近位リンクと上記遠位リンクとの間に発生させられるトルクが、第2のトルクモードのトルクか、またはそれを下回っている状態を維持することを特徴とする腕部支持外骨格。 - 上記少なくとも1つのトルク発生器が引張力発生器を有し、上記引張力発生器が、第1端部と第2端部とを有し、上記引張力発生器が当該引張力発生器の上記第1端部において上記近位リンクに結合され、当該引張力発生器の上記第2端部において上記遠位リンクに結合され、
上記引張力発生器における引張力がトルクを発生させて上記遠位リンクを上記近位リンクに対して屈曲させる請求項1記載の腕部支持外骨格。 - 上記引張力発生器は、コイルばね要素と、上記コイルばね要素を上記近位リンクに連結する線要素と、上記遠位リンクに結合されたプーリーとを有し、上記線要素が上記近位リンクに連結される前に、上記線要素は上記プーリーを少なくとも部分的に取り囲む請求項2に記載の腕部支持外骨格。
- 上記近位リンクは、上記少なくとも1つのトルク発生器に連結された上部ブラケットを有し、上記上部ブラケットの位置は、上記少なくとも1つのトルク発生器によって付与されるトルクを調整するために上記近位リンクに沿って調整可能である請求項1に記載の腕部支持外骨格。
- 上記遠位リンクが、上記少なくとも1つのトルク発生器に結合された下部ブラケットを有し、上記下部ブラケットの位置が上記少なくとも1つのトルク発生器によって付与されるトルクを調節するために上記遠位リンクに沿って調節可能である請求項1に記載の腕部支持外骨格。
- 上記少なくとも1つの腕部カプラが、上記遠位リンクに結合され、かつ上記人の上記上腕に上向きの力を加えることができる耐荷重カプラを有する請求項1に記載の腕部支持外骨格。
- 上記腕部リンク機構が上記人の上記上腕に連結されたときに、上記第1回転軸が上記人の関節窩上腕関節をほぼ通る、請求項1に記載の腕部支持外骨格。
- 上記第1回転軸と実質的に直交する第2回転軸の周りに作用する少なくとも1つの水平回転ジョイントをさらに有する請求項1に記載の腕部支持外骨格。
- さらに、上記腕部リンク機構に結合されるように構成され、さらに上記人の体幹に結合されるように構成された肩部基部を有し、上記少なくとも1つのトルク発生器によって発生されたトルクが上記第1のトルクモードまたはそれを上回る状態のままであるとき、上記少なくとも1つの腕部カプラによって上記人の上記上腕に力が加えられ、反力およびトルクが肩部基部に加えられ、これによって、上記人の上記上腕を上げるために必要な人間の肩の力とトルクを減らし、かつ、上記少なくとも1つのトルク発生器によって発生されたトルクが上記第2のトルクモードまたはそれを下回る状態のままであるとき、上記人は自由に上記上腕を動かすことができる請求項1に記載の腕部支持外骨格。
- 上記肩部基部が、上記腕部リンク機構を上記肩部基部に迅速に接続および切断するように動作可能な少なくとも1つの肩部ブラケットをさらに有する、請求項9に記載の腕部支持外骨格。
- 上記肩部基部は、
上記腕部リンク機構に結合されるように構成され、上記肩部基部に加えられる反力およびトルクを支持するようにさらに構成される、耐荷重構造体と、
上記肩部基部が上記人の上記体幹と一致して動くように動作可能であるように、上記耐荷重構造体を上記人の上記体幹に結合するように構成された結合機構とをさらに有する請求項9に記載の腕部支持外骨格。 - 上記耐荷重構造体は、
実質的に上記人の背中の後ろに位置するように構成された背中フレームと、
少なくとも1つの腰部負荷ベルトとを有し、
上記背中フレームは上部フレームと下部フレームとを有し、
さらに、上記上部フレームは上記腕部リンク機構に結合され、上記腕部リンク機構から上記肩部基部に加えられる反力およびトルクの少なくとも一部を支持するように構成され、上記下部フレームは上記上部フレームに結合され、上記上部フレームに加えられる上記反力および上記トルクの少なくとも一部を支持するように構成され、
上記少なくとも1つの腰部負荷ベルトは、上記下部フレームに連結されて、上記少なくとも1つの腰部負荷ベルトは、上記反力および上記トルクの少なくとも一部を上記背中フレームから上記人の腰に伝達するように構成されている請求項11記載の腕部支持外骨格。 - 上記下部フレームに対する上記上部フレームの位置は、上記人の胴の高さに対応するように上記人の背骨に実質的に平行な軸に沿って調整可能である、請求項12に記載の腕部支持外骨格。
- 上記肩部基部が、体幹支持外骨格に結合されるように構成されている、請求項9に記載の腕部支持外骨格。
- 上記肩部基部が、脚部支持外骨格に連結されるように構成されている、請求項9に記載の腕部支持外骨格。
- 少なくとも1つの安全ハーネス取り付け点をさらに含み、上記肩部基部は、上記安全ハーネス取り付け点を使用して、上記人が着用する安全ハーネスに結合するように適合可能である、請求項9に記載の腕部支持外骨格。
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