JP6887570B2 - 外骨格構造体 - Google Patents

Description

本発明は、外骨格構造体に関する。

従来技術の状況
軍事分野では、一般的に、歩兵は装備品を輸送できるバックパックを装備している。歩兵が長期に亘る任務を遂行する場合、バックパックの重量は５０キログラムに達することがある。バックパックの重量は、歩兵の移動性を大幅に低下させ、より高い代謝消費を生じさせ得る。

加えて、バックパックは、一般に、使用者の肩または腰の上に静止し、これは、肩の筋骨格障害、皮膚圧迫、または神経圧迫（刺痛）によって末梢神経症状を引き起こすことさえある。

現在の解決策は、サスペンダーを使用して肩に、および腰ベルトを使用して腰にバックパックの重量を分配することにある。しかし、これらの解決策は、使用者を完全に緩和するわけではない。

力補助型の外骨格は、人間の骨格の構造を２倍にし、人体の物理的能力の向上に役立つ機械的な構造体である。

バックパックの重量を地面に負荷させることを可能にする、いくつかの外骨格構造体が提案されている。

しかしながら、公知の外骨格構造体（「ウォーキングロボット」と呼ばれることもある）は、非常に大きな体積を生成し、使用者の移動性を低下させる。

発明の概要
本発明の目的は、歩行または走行中に使用者の肩、胴および骨盤の可動性を低下させることなく、使用者がバックパックの重量の大部分を軽減することを可能にする解決策を提供することである。

この目的は、本発明の文脈において、以下を具備する外骨格構造体によって達成される。
使用者の骨盤に取り付けるための、使用者の骨盤を取り囲むことができるベルトを備える骨盤組立体と、
使用者の第１の下肢に固定可能な第１の下肢組立体と、
第１の下肢組立体を骨盤組立体に接続する第１のピボットリンクであって、第１の下肢の外転運動または内転運動中に、骨盤組立体に対する第１の下肢組立体の回転を許容する第１のピボットリンクと、
使用者の第２の下肢に固定可能な第２の下肢組立体と、
第２の下肢組立体を骨盤組立体に接続する第２のピボットリンクであって、第２の下肢の外転運動または内転運動中に、骨盤組立体に対する第２の下肢組立体の回転を許容する第２のピボットリンクと、
使用者の胸部に取り付け可能なハーネスを備える背部組立体と、
背部組立体を骨盤組立体と連結する脊柱機構と、
脊柱機構を骨盤組立体に接続する第３のピボットリンクであって、使用者の骨盤に対する、使用者の脊椎の横方向傾斜の相対運動中に、背部組立体に対する骨盤組立体の回転を許容する第３のピボットリンクと、
骨盤に対する脊椎の横方向傾斜の相対運動中に、背部組立体に対する骨盤組立体の回転に抗しようとする第３のトルクを発生可能な第３の下肢組立体と、
を備え、
脊柱機構が、脊椎のねじれ運動中に、骨盤組立体に対する背部組立体の回転を許容する第４のピボットリンクを備える。

提案された外骨格構造体は、歩行中または走行中に応力を受ける骨盤、脊椎（すなわち、脊柱）および肩の自由度に適合しながら、背部組立体に及ぼされる負荷が、第１の下肢組立体および第２の下肢組立体に伝達されることを可能にする。

第１のピボットリンク、第２のピボットリンクおよび第３のピボットリンクによって提供される移動度は、歩行中または走行中に、負荷が使用者の第１の下肢に、次いで使用者の第２の下肢に交互に伝達される構造を設計することを可能にする。

特に、第３のピボットリンクは、脊柱機構が骨盤組立体に対して揺動する（歩行中または走行中に自然に生じる揺動運動）ことを可能にし、一方、第３の部材は、第３のピボットリンクの存在によって、負荷によって発生し、かつ背部組立体に及ぼされるトルクに対抗する。したがって、第３の部材は、このトルクが使用者の脊椎に伝達されることを防止することを可能にする。

さらに、第４のピボットリンクは、骨盤に対する背中の動きに伴う脊椎の交互のねじり運動を可能にする。

提案された外骨格構造体は、以下の特徴をさらに有することができる：
外骨格構造体は、第１の下肢組立体の内転運動中に骨盤組立体に対する第１の下肢組立体の回転に抗しようとする第１のトルクを発生させることができる第１の部材を備え、
外骨格構造体は、第２の下肢組立体の内転運動中に骨盤組立体に対する第２の下肢組立体の回転に抗しようとする第２のトルクを発生させることができる第２の部材を備え、
第１の部材または第２の部材または第３の部材は、第１の下肢組立体または第２の下肢組立体または背部組立体と骨盤との間に弾性復帰部材を備え、弾性復帰部材は、骨盤組立体に対する第１の下肢組立体または第２の下肢組立体または背部組立体の回転に抗しようとする復帰力を発生させ、
弾性復帰部材は、骨盤組立体に連結された第１の端部と、第１の端部と反対側の第２の端部とを有する螺旋形状部分を備え、螺旋形状部分は、第１の下肢組立体または第２の下肢組立体または背部組立体が骨盤組立体に対して回転するときに、第１の下肢組立体または第２の下肢組立体または背部組立体によって応力を受けることができ、
外骨格構造体は、第１の当接部を備え、第１の当接部は、骨盤組立体に対する第１の下肢組立体または第２の下肢組立体の回転の第１の角度範囲において、弾性復帰部材が第１の当接部に当接し、第１の当接部を介して第１の下肢組立体または第２の下肢組立体へ、下肢の内転運動に抗しようとする復帰力を加え、また、第２の角度範囲において、弾性復帰部材が第１の当接部にもはや当接せず、また下肢組立体にもはや復帰力を加えないように、骨盤組立体に締結され、
外骨格構造体は、骨盤組立体に対する第１の当接部の位置を調節し、第１の角度範囲と第２の角度範囲との間の移行角度の調節を可能とするための手段を備え、
第１の当接部の位置を調節するための手段は、開口部と、この開口部の内側に摺動可能に取り付けられたピンとを備え、
外骨格構造体、下肢組立体に固定され、弾性復帰部材に弾性予荷重を加えるように、該弾性復帰部材に応力を加えることができる第２の当接部、
外骨格構造体は、下肢組立体に対する第２の当接部の位置をするための手段を備え、
脊柱機構は、第３のピボットリンクを介して骨盤組立体に連結される脊柱下部と、第５のボールジョイント接続を介して背部組立体に連結された脊柱上部とを備え、これにより、側方傾斜運動中および使用者の脊椎の屈曲／伸張運動中に、背柱機構に対する背部組立体の回転を可能にし、
脊柱上部は、脊柱下部に対して長手方向に摺動することができ、脊柱機構は、使用者の脊椎の垂直圧縮中に、脊柱上部が脊柱下部に対して摺動することに抗しようとする弾性復帰力を発生することができる弾性復帰部材をさらに備え、
減衰装置は、シリンダおよび、このシリンダ内部を摺動可能なピストンを備え、ピストンおよびシリンダの内の一方は、脊柱上部に対して静止して取り付けられ、ピストンおよびシリンダの内の他方は、脊柱下部に対して静止して取り付けられ、
脊柱上部は、第４のピボットリンクによって脊柱下部に連結され、第４のピボットリンクは、使用者の脊椎のねじれ運動の間、脊柱機構の長手方向軸線周りの脊柱下部に対する脊柱上部の回転を可能にし、
外骨格構造体は、第１のピボットリンクと第２のピボットリンクとの間の距離の調節を可能にする調節手段を備え、
調節手段は、１つ以上の開口部と、これら開口部の内側に摺動可能に取り付けられた１以上のピンとを備える。

図面の表示
本発明の他の特徴および利点は、純粋に例示的であり、限定的ではなく、添付の図面を参照して読まれるべきである以下の説明から明らかになるであろう。

本発明の一実施形態に係る外骨格構造体を概略的に示す正面図である。 図１の外骨格構造体の後部を概略的に示す図である。 外骨格構造体の第１のピボットリンク、第２のピボットリンクおよび第３のピボットリンクを概略的に示す図である。 外骨格構造体の第１のピボットリンク、第２のピボットリンクおよび第３のピボットリンクを概略的に示す図である。 外骨格構造体の、第３のピボットリンクが初期位置にあるときの、第１のピボットリンク、第２のピボットリンクおよび第３のピボットリンクを概略的に示す図である。 外骨格構造体の、第３のピボットリンクが傾斜位置にあるときの、第１のピボットリンク、第２のピボットリンクおよび第３のピボットリンクを概略的に示す図である。 第１のピボットリンク、第１のトルク発生部材、予荷重調節機構、および関連する当接位置調節機構を概略的に示す図である。 第１のピボットリンク、第１のトルク発生部材、予荷重調節機構、および関連する当接位置調節機構を概略的に示す図である。 第１のピボットリンク、第１のトルク発生部材、予荷重調節機構、および関連する当接位置調節機構を概略的に示す図である。 図１０は、第１のピボットリンクと第２のピボットリンクとの間の距離を調節するための手段を概略的に示す図である。

実施例の詳細な説明
図１において、図示される外骨格構造体１は、骨盤組立体２と、第１の下肢組立体３と、第２の下肢組立体４と、背部組立体５と、第１の上肢組立体６と、第２の上肢組立体７とを備える。

骨盤組立体２は、使用者の骨盤を取り囲んで骨盤組立体を使用者の骨盤に取り付けることができる腰部ベルト２１を備える。骨盤組立体２は、制御ユニット２２と、腰部ベルト２１に固定されたバッテリ２３とをさらに備えることができる。制御ユニット２２は、外骨格構造体１の異なるアクチュエータを制御するように構成される。バッテリ２３は、種々のアクチュエータに電気エネルギーを供給することができる。

第１の下肢組立体３は、使用者の第１の下肢、例えば右下肢（または右脚）に固定することができる。第１の下肢組立体３は、第１の下肢組立体３を第１の下肢に締結するための締結ストラップを備えてもよい。

第２の下肢組立体４は、使用者の第２の下肢、例えば左下肢（または左脚）に固定することができる。第２の下肢組立体４は、第２の下肢組立体４を第２の下肢に締結するための締結ストラップを備えることができる。第２の下肢組立体４は、使用者が解剖学的基準位置にあるとき、使用者の矢状面Ｓに対して第１の下肢組立体３と対称である。

「解剖学的基準位置」は、使用者が水平な地面上に立っているときの使用者の位置を意味し、腕は、解剖学的基準システムに従って、身体、前腕、および仰向けの手に沿ってぶら下がっている。矢状面Ｓは、身体の右半分から左半分を分離する面である。

第１の上肢組立体６は、使用者の第１の上肢、例えば右上肢（または右腕）に固定することができる。第１の上肢組立体６は、第１の上肢組立体６を第１の上肢に固定するための固定ストラップを備える。

第２の上肢組立体７は、使用者の第２の上肢、例えば左上肢（または左腕）に固定することができる。第２の上肢組立体６は、第２の上肢組立体６を第２の上肢に固定するための固定ストラップを備える。

背部組立体５は、使用者の胸部に取り付けることができるハーネス５３を備える。この目的のために、ハーネス５３は、背部組立体５を胸部に取り付けることを可能にする１組のストラップを備えてもよい。

外骨格構造体１は、第１の下肢組立体３を骨盤組立体２に連結する第１の股関節８と、第２の下肢組立体４を骨盤組立体２に連結する第２の股関節９とをさらに備える。

外骨格構造体１は、第１の上肢組立体６を背部組立体５に連結する第１の肩関節１０と、第２の上肢組立体７を背部組立体５に連結する第２の肩関節１１とをさらに備える。

図２に示すように、外骨格構造体１は、使用者の脊椎に沿って延在する脊柱機構１９をさらに備える。脊柱機構１９は、背部組立体５を骨盤組立体２に連結する。脊柱機構１９は、背部組立体５に作用する荷重、例えばバックパックの重量を骨盤組立体２に伝達することを可能にする。

骨盤組立体２は、第１の腰部２４と、第２の腰部２５と、骨盤部２６と、第１のピボットリンク２７と、第２のピボットリンク２８と、第３のピボットリンク２９とを備える。

骨盤部２６は、腰部ベルト２１に固定されている。

第１の腰部２４は、その一端が第１の股関節８を介して第１の下肢組立体３に接続され、他端が第１のピボットリンク２７を介して骨盤部２６に接続されている。第１のピボットリンク２７は、第１の下肢の外転または内転運動時に、骨盤組立体２に対する第１の下肢組立体３の回転を可能にする。この目的のために、第１のピボットリンク２７は、使用者が解剖学的基準位置にあるときに、使用者の矢状面に対して水平かつ平行である第１の回転軸Ｘ１の周りの骨盤部分２６に対する第１の腰部２４の回転を可能にする。

第２の腰部２５は、その一端が第２股関節９を介して第２の下肢組立体４に接続され、他端が第２のピボットリンク２８を介して骨盤部２６に接続されている。第２のピボットリンク２８は、第２の下肢の外転または内転運動中に、骨盤組立体２に対する第２の下肢組立体４の回転を可能にする。この目的のために、第２のピボットリンク２８は、使用者が解剖学的基準位置にあるときに、使用者の矢状面に対して水平かつ平行である第２の回転軸Ｘ２の周りの骨盤部２６に対する第２の腰部２５の回転を可能にする。第２の回転軸Ｘ２は、第１の回転軸Ｘ１と平行である。

脊柱機構１９は、脊柱下部１９１と、脊柱上部１９２と、第４のピボットリンク１９３とを備える。

脊柱下部１９１は、第３のピボットリンク２９を介して骨盤組立体２に連結されている。第３のピボットリンク２９は、使用者の脊椎に対する使用者の骨盤の横方向傾斜運動中に、背部組立体５に対する骨盤組立体２の回転を可能にする。この目的のために、第３のピボットリンク２９は、使用者が解剖学的基準位置にあるときに、使用者の矢状面に対して水平かつ平行である第３の回転軸Ｘ３の周りの脊柱下部１９１に対する骨盤部２６の回転を可能にする。第３の回転軸Ｘ３は、第１の回転軸Ｘ１および第２の回転軸Ｘ２に平行である。

脊柱上部１９２は、脊柱機構１９の縦軸Ｘ４に沿って脊柱下部１９１に対して摺動可能に取り付けられる。さらに、第４のピボットリンク１９３は、使用者の脊椎のねじり運動中に、骨盤組立体２に対する背部組立体５の回転を可能にする。この目的のために、第４のピボットリンク１９３は、縦軸Ｘ４の周りの脊柱下部１９１に対する脊柱１９２の上部の回転を可能にする。

脊柱機構１９は、脊柱下部１９１に対する脊柱上部１９２の摺動に対抗する弾性復帰力を発生することができる弾性復帰部材をさらに備える。より具体的には、弾性復帰部材は、脊柱の軸方向圧縮中に、脊柱上部１９２の脊柱下部１９１に対する相対変位に比例する復帰力を脊柱上部１９２に及ぼすことができる。弾性復帰部材は、シリンダと、シリンダ内を摺動可能なピストンとを備えてもよく、ピストンとシリンダの一方は、脊柱上部１９２に対して静止して取り付けられ、ピストンとシリンダの他方は、脊柱下部１９１に対して静止して取り付けられる。ピストンおよびシリンダは、加圧空気（つまり、圧力が大気圧より高い）を含むチャンバを区切る。脊柱上部１９２が脊柱１９１の下部に対して軸方向に変位して脊椎を圧縮しようとするとき、チャンバ内に含まれる空気はピストンによって圧縮される。その結果、圧縮空気は、脊椎の圧縮に抗しようとする復帰力をピストンに作用する。弾性復帰部材の剛性は、チャンバ内に存在する空気の量および／またはチャンバの体積を変化させることによって調節することができる。それはまた、使用者の大きさに基づいて脊柱機構の長さを調節することを可能にする。

背部組立体５は、例えばバックパックのような搬送される負荷を固定することができる支持部品５１と、第５のボールジョイント接続部５２とを備える。

脊柱上部１９２は、第５のボールジョイント連結部５２を介して支持部５１に連結されている。第５のボールジョイント接続部５２は、一方では、使用者の脊椎に対する肩の横方向傾斜運動中に、骨盤組立体２に対する背部組立体５の回転を許容する。この目的のために、第５のボールジョイント連結部５２は、脊柱１９２の上部に対する支持部５１の第５の回転軸Ｘ５周りの回転を許容する。第５の回転軸Ｘ５は、使用者が解剖学的基準位置にあるとき水平であり、かつ使用者の矢状面に平行である。したがって、第５の回転軸Ｘ５は、使用者が解剖学的基準位置にあるとき、第３の回転軸Ｘ３に平行である。

第５のボールジョイント連結部５２はまた、使用者の脊椎の屈曲／伸張運動中に、骨盤組立体２に対する背部組立体５の回転を許容する。この目的のために、第５のボールジョイント連結部５２は、第６の回転軸Ｘ６の周りの脊柱上部１９２に対する支持部５１の回転を許容する。第６の回転軸Ｘ６は、使用者が解剖学的基準位置にあるとき、水平であり、かつ使用者の矢状面に垂直である。

図３および図４は、第１のピボットリンク２７、第２のピボットリンク２８および第３のピボットリンク２９をより詳細に示す。

第１のピボットリンク２７は、第１のロータ２７１と第１のステータ２７２とを備える。第１のロータ２７１は、第１の腰部２４に固定して取り付けられている。第１のステータ２７２は、骨盤部２６に固定的に取り付けられている。

第２のピボットリンク２８は、第２のロータ２８１と第２のステータ２８２とを備える。第２のロータ２８１は、第２の腰部２５に固定して取り付けられている。第２のステータ２８２は、骨盤部２６に固定的に取り付けられている。

第３のピボットリンク２９は、第３のロータ２９１と第３のステータ２９２とを備える。第３のロータ２９１は、脊柱下部１９１に固定して取り付けられる。第２ステータ２９２は、骨盤部２６に固定的に取り付けられている。

さらに、外骨格構造体１は、第１の下肢の外転または内転運動中に、第１のステータ２７２に対する第１のロータ２７１の回転に抗しようとする第１のトルクを発生させることができる第１の部材１２を備える。

外骨格構造体１はまた、第２の下肢の外転または内転運動中に、第２のステータ２８２に対する第２のロータ２８１の回転に抗しようとする第２のトルクを発生させることができる第２の部材１３を備える。

外骨格構造体はまた、骨盤の横方向傾斜運動中に第３のステータ２９２に対する第３のロータ２９１の回転に抗しようとする第３のトルクを発生させることができる第３の部材１４を備える。

第１の部材１２、第２の部材１３または第の３部材１４は、能動部材（例えば、電動モータ等の、第１のトルクを発生させるために電気エネルギー供給を必要とするアクチュエータ）や受動部材（例えばばね等の、電気エネルギー供給を必要としないもの）であってもよい。

図４〜図６に示す例では、第３の部材１４は、背部組立体５を骨盤組立体に連結する１つ以上の弾性復帰部材１４１を備える。背部組立体５に対する骨盤組立体２の回転は、弾性復帰部材１４１の変形をもたらし、この変形は、弾性復帰部材１４１が、この回転に抗しようとする復帰トルクを発生させる効果を有する。

図４〜図６に示す例では、弾性復帰部材１４１は螺旋形状部分１４０を備え、この螺旋形状部分１４０は、骨盤組立体２に連結された（螺旋の中心にある）第１の端部１４２および、脊柱機構１９に連結された、第１の端部１４２の反対側の（螺旋の中心から離れた）第２の端部１４３を有する。より具体的には、第１の端部１４２は第３のステータ２９２に締結され、第２の端部１４３は第３のロータ２９１に締結される。

図５は、使用者が解剖学的基準位置にあるときの弾性復帰部材１４１を示す。この位置では、弾性復帰部材１４１はトルクを作用しない。

図６は、使用者が骨盤に対して脊椎を横方向に傾斜させたときの弾性復帰部材１４１を示す。螺旋形状部分１４０は、骨盤組立体２に対する背部組立体５の第１の方向（矢印Ａ）への回転によって螺旋形状部分１４０が巻かれ、骨盤組立体２に対する背部組立体５の第１の方向とは反対の第２の方向（矢印Ｂ）への回転によって螺旋形状部分１４０が巻き戻されるように配置される。

図７〜図９は、第１のピボットリンク２７をより詳細に示している。

図７〜図９に示す例では、第１の部材１２は、第１の下肢組立体３を骨盤組立体２に連結する弾性復帰部材１２１を備える。骨盤組立体２に対する第１の下肢組立体３の回転は、弾性復帰部材１２１の変形をもたらし、この変形は、弾性復帰部材１２１がこの回転に抗しようとする復帰トルクを発生させる効果を有する。

図７〜図９に示す例では、弾性復帰部材１２１は、骨盤組立体２に接続された（螺旋の中心にある）第１の端部１２２と、第１の端部１２２とは反対側の（螺旋の中心から離れた）第２の端部１２３とを有し、第１の下肢組立体３に対する骨盤組立体２の相対回転中に第１の下肢組立体３によって応力を受けることができる螺旋形状部分１２０を備える。より具体的には、第１の端部１２２は、第１の腰部２４と一体となっている第１のロータ２７１に締結されている。

図７は、使用者が解剖学的基準位置にあるときの弾性復帰部材１２１を示す。この位置では、弾性復帰部材１２１はトルクを作用しない。

第１の下肢の外転または内転運動の間、第１の下肢組立体３は骨盤組立体２に対して回転駆動される。これは、弾性復帰部材１２１が、この回転に抗しようとする戻りトルクを発生させるように、弾性復帰部材１２１を変形させる効果を有する。

螺旋形状部分１２０は、内転運動（矢印Ｃ）に対応する第１の回転方向への骨盤組立体２に対する下肢組立体３の回転が螺旋形状部分１２０を巻き上げ、第１の方向とは反対の外転運動（矢印Ｄ）に対応する第２の方向への骨盤組立体２に対する下肢組立体３の回転が螺旋形状部分１２０を巻き戻すように配置される。

さらに、外骨格構造体１は、骨盤組立体２に締結され得る第１の当接部１５を備え、
骨盤組立体２に対する第１の下肢組立体３の第１の回転角度範囲では、弾性復帰部材１２１は、第１の当接部１５に当接し、第１の当接部１５を介して、第１の下肢組立体３に、下肢の内転運動に抗しようとする復帰力を及ぼし、
第２の角度範囲では、弾性復帰部材１２１は、もはや第１の当接部１５に当接せず、もはや下肢組立体に復帰力を及ぼさない。

第１の当接部１５は、骨盤部２６に締結されたねじ１５１を備え、ねじ１５１の端部が、第１の角度範囲においてのみ螺旋形状部分１２０の第２の端部１２３に応力を加えるようにしてもよい。

外骨格構造体１は、骨盤組立体２に対する第１の当接部１５の位置を調節することを可能にする調節手段１６をさらに備える。調節手段１６は、骨盤部２６に対して静止する１つ以上の開口部１６１および、開口部１６１の内側に摺動可能に取り付けられる一つ以上のピン１６２を備える。より具体的には、調節手段１６は、雌ねじを有する貫通オリフィスを有する第１の調節部１６３を備える。ねじ１５１はオリフィスにねじ込まれる。ピン１６２は、第１の調節部１６３に固定的に取り付けられている。第１の調節部１６３の位置は、開口部１６１内のピン１６２をスライドさせることによって修正することができる。開口部１６１は、第１ピボットリンク２７のステータ２７２内に形成することができる。図７〜図９に示す例では、調節手段１６は、２つの開口部１６１と、開口部１６１の内側に摺動可能に取り付けられた３本のピン１６２とを備え、骨盤部２６に対する第１の調節部１６３の変位を案内する。ピン１６２は、ねじによって構成することができる。

図９に図示されるように、調節手段１６は、骨盤組立体２に対する調節部品１６３の位置を調節することによって、および、ねじ付きオリフィス内のねじ１５１の位置を調節することによって、第１の角度範囲と第２の角度範囲との間の限度を修正することを可能にする。

外骨格構造体１は、第１の下肢組立体３に締結され、弾性復帰部材１２１に弾性予荷重を加えるように、弾性復帰部材１２１に応力を加えることができる第２の当接部１７をさらに備える。第２の当接部１７は、ねじ１７１の端部が螺旋形状部分１２０の第２の端部１２３に永久的に応力を加えるように、腰部２４に締結されたねじ１７１を備えることができる。

外骨格構造体１は、第１の下肢組立体３に対する第２の当接部１７の位置を調節するための手段１８をさらに備える。調節手段１８は、第１の腰部２４に固定して取り付けられた第２の調節部１８３を含む。第２の調整部１８３は、雌ねじを有する貫通オリフィスを有する。ねじ１７１はオリフィスにねじ込まれる。

図８に図示するように、調節手段１８は、ねじ付きオリフィス内のねじ１７１の位置を調節することによって、弾性復帰部材１２１に加えられる予荷重を修正することを可能にする。

第２のピボットリンク２８は、第１のピボットリンク２７の部分と同様の部分を備え、第２のピボットリンク２８の部分は、使用者の矢状面に対して第１のピボットリンク２７の部分と対称に配置されることに留意されたい。具体的には、外骨格構造体１は、第１の弾性復帰部材１２１と対称に配置された第２の弾性復帰部材１３１、ならびに第１の当接部および第２の当接部を備える。

弾性復帰部材１３１は螺旋形状部分１３０を備え、螺旋形状部分１３０は、骨盤組立体２に接続された（螺旋の中心にある）第１の端部１３２と、第１の端部１３２の反対側の（螺旋の中心から離れた）第２の端部１３３とを有し、第２の下肢組立体４に対する骨盤組立体２の相対回転中に第２の下肢組立体４によって応力を受けることができる。より具体的には、第１の端部１３２は、第２の腰部２５と一体となっている第２のロータ２８１に締結される。

図１０に示すように、外骨格構造体１は、第１の回転軸Ｘ１と第２の回転軸Ｘ２との間の距離の調節を可能にする調節手段３０をさらに備える。

図１０に示す例では、調節手段３０は、第１のピボットリンク２７のステータ２７２に対して１つ以上の開口部３１を備え、第２のピボットリンク２８のステータ２８２に対して１つ以上の開口部３２を備え、１つ以上のピン３３は、骨盤部２６に対して静止して取り付けられる。ピン３３は、開口部３１、３２の内部に摺動可能に取り付けられている。より具体的には、調節手段３０は、第１のステータ２７２に締結された第１の調節部３４を備える。第１の調節部３４は、２つの水平開口部３１を有する。同様に、調節手段３０は、第２のステータ２８２に締結された第２の調節部３５を備える。また、第２の調節部３５は、２つの水平開口部３２を有する。調節手段３０は、骨盤部２６に固定された２つの第１のピン３３を備え、第１のピンの各々は、それぞれの第１の開口部３１内を摺動して、第１のピボットリンク２７を骨盤組立体２に対して軸Ｘ１およびＸ２に垂直な方向に変位させることができる。調節手段３０は、骨盤部２６に固定された２つの第２のピン３３を備え、第２のピンの各々は、それぞれの第２の開口部３２内で摺動して、軸Ｘ１およびＸ２に垂直な方向に骨盤組立体２に対して第２のピボットリンク２８を変位させることができる。

したがって、調節手段３０は、回転軸Ｘ１とＸ２との間の間隔を調節することを可能にし、その結果、これらの軸は、使用者の股関節の外転／内転の軸に対応するように、使用者の大腿骨頭と位置合わせされる。

最後に、外骨格構造体１は、ピボットリンク２７、２８、２９、１９３およびボールジョイント接続部５２と平行に配置されて、互いに異なる部分の動きを減衰させる減衰装置を含むこともできる。部材１２、１３、１４が、例えば電気モータのような能動部材である場合には、これらの部材はピボットリンク２７、２８、２９の減衰装置として作用することができる。

動作中、使用者が歩いているとき、使用者は、第１の下肢（右脚）と第２の下肢（左脚）とを交互に傾け、骨盤組立体２に対する脊柱機構１９のわずかな揺動を引き起こす。

歩行サイクルの第１の段階の間、使用者が第１の下肢（右脚）にもたれると、バックパックの重量によって発生する荷重は、骨盤の左側を下げる効果を有する。その結果、脊柱下部１９１は、第３の回転軸Ｘ３の周りを第１の回転方向（矢印Ａ）に骨盤部２６に対して旋回しようとする。

脊柱１９１の下部を第１の方向に回転させることは、第３の弾性復帰部材１４１を変形させる効果を有し、これは、骨盤組立体２を第１の下肢組立体３に対して（矢印Ｃの方向に）かつ第２の下肢組立体４に対して回転させようとするトルクを発生させる。

第１の弾性復帰部材１２１および第２の弾性復帰部材１３１の作用は、バック組立体５に作用するバックパックの重量によって生じる荷重の全体または一部が、第１の弾性復帰部材１２１によって、第１の腰部２４および第１の股関節８を介して第１の下肢組立体３に伝達されるという効果を有する。

逆に、第２の下肢組立体４に伝達される荷重の割合は大幅に低減され、これにより、使用者は、過剰な力を及ぼすことなく、自分の第２の下肢を地面から持ち上げることができる。

歩行サイクルの第２の段階の間、使用者が第２の下肢（左脚）にもたれると、バックパックの重量によって発生する荷重は、骨盤の右側を下げる効果を有する。脊柱下部１９１は、第３の回転軸Ｘ３の周りで、第１の回転方向とは反対の第２の回転方向（矢印Ｂ）に骨盤部２６に対して旋回しようとする。

第２の方向における脊柱下部１９１の回転は、第３の弾性復帰部材１２１を変形させる効果を有し、これは、骨盤組立体２を第１の下肢組立体３に対して（矢印Ｄの方向に）および第２の下肢組立体４に対して反対方向に回転させる傾向があるトルクを発生させる。

第１の弾性復帰部材１２１および第２の弾性復帰部材１３１の作用は、背部組立体５に作用するバックパックの重量によって生じる荷重全体または荷重の一部が、第２の弾性復帰部材１３１によって、第２の腰部２５および第２の股関節９を介して第２の下肢組立体４に伝達されるという効果を有する。

逆に、第１の下肢組立体３に伝達される荷重の割合は大幅に低減され、これにより、使用者は、過剰な力を及ぼすことなく、第１の下肢を地面から持ち上げることができる。

したがって、歩行サイクル中、荷重は、使用者の骨盤を通過することなく、第１の下肢組立体３および第２の下肢組立体４に交互に伝達される。弾性復帰部材１２１および１３１の変形から生じるトルクにより、反対側は荷重から解放されるが、荷重を地面接触の側に支持することができる。

３つのピボットリンクおよび弾性復帰部材の配置のおかげで、荷重は、常に、地面と接触している下肢組立体に伝達される。他方の下肢組立体は、使用者が対応する下肢を容易に持ち上げることができるように、荷重のほんのわずかな部分しか支持しない。

さらに、使用者が静止しているとき、解剖学的基準位置において、外骨格構造体１の第１の下肢組立体３および第２の下肢組立体４は、同時に地面と接触する。この位置では、提案された外骨格構造体１は、バックパックの重量によって発生する荷重が、２つの下肢組立体に亘って等しく分配されることによって共有されることを可能にする。

Claims (15)

1. 外骨格構造体（１）であって、
   使用者の骨盤に取り付けるための、使用者の骨盤を取り囲むことができるベルト（２１）を具備する骨盤組立体（２）と、
   使用者の第１の下肢に固定可能な第１の下肢組立体（３）と、
   第１の下肢組立体（３）を骨盤組立体（２）に接続する第１のピボットリンク（２７）であって、第１の下肢の外転運動または内転運動中に、骨盤組立体（２）に対する第１の下肢組立体（３）の回転を許容する第１のピボットリンク（２７）と、
   第１の下肢の内転運動中に骨盤組立体（２）に対する第１の下肢組立体（３）の回転に抗しようとする第１のトルクを発生させることができる第１の部材（１２）であって、第１の部材（１２）が、第１の下肢組立体（３）と骨盤組立体（２）との間に第１の弾性復帰部材（１２１）を備え、第１の弾性復帰部材（１２１）が、骨盤組立体（２）に対する第１の下肢組立体（３）の回転に抗しようとする第１の復帰力を発生させる、当該第１の部材（１２）と、
   第１の当接部（１５）であって、骨盤組立体（２）に対する第１の下肢組立体（３）の第１の角度範囲の回転において、第１の弾性復帰部材（１２１）が該第１の当接部に当接し、該第１の当接部を介して第１の下肢組立体（３）に、下肢の内転運動に抗しようとする第１の復帰力を及ぼし、第２の角度範囲において、弾性復帰部材（１２１）がもはや第１の当接部に当接せず、また下肢組立体（３）に復帰力を及ぼさないように、骨盤組立体（２）に固定され得る、第１の当接部（１５）と、
   骨盤組立体（２）に対する第１の当接部（１５）の位置を調節する手段（１６）を備え、該手段が第１の角度範囲と第２の角度範囲との間の移行角度を調節することを可能にし、前記第１の当接部の位置を調節する手段（１６）が、開口部（１６１）と、前記開口部の内側に摺動可能に取り付けられたピン（１６２）とを備える、当該位置を調節する手段（１６）と、
   使用者の第２の下肢に固定可能な第２の下肢組立体（４）と、
   第２の下肢組立体（４）を骨盤組立体（２）に接続する第２のピボットリンク（２８）であって、第２の下肢の外転運動または内転運動中に、骨盤組立体（２）に対する第２の下肢組立体（４）の回転を許容する第２のピボットリンク（２８）と、
   使用者の胸部に取り付け可能なハーネス（５３）を具備する背部組立体（５）と、
   背部組立体（５）を骨盤組立体（２）に連結する脊柱機構（１９）と、
   脊柱機構（１９）を骨盤組立体（２）に連結する第３のピボットリンク（２９）であって、使用者の骨盤に対する、使用者の脊椎の横方向の傾斜の相対運動中に、背部組立体（５）に対する骨盤組立体（２）の回転を許容する第３のピボットリンク（２９）と、
   骨盤に対する脊椎の横方向の傾斜の相対運動中に、背部組立体（５）に対する骨盤組立体の回転に抗しようとする第３のトルクを発生可能な第３の部材（１４）と、を備え、
   脊柱機構（１９）が、脊椎のねじれ運動中に、骨盤組立体（２）に対する背部組立体（５）の回転を許容する第４のピボットリンク（１９３）を備える、外骨格構造体。
2. 前記の第１の弾性復帰部材（１２１）は、前記骨盤組立体（２）に連結された第１の端部（１２２）と、前記第１の端部とは反対側の第２の端部（１２３）とを有する螺旋形状部分（１２０）を備え、前記螺旋形状部分は、前記第１の下肢組立体（３）が前記骨盤組立体（２）に対して回転するときに、前記第１の下肢組立体（３）によって応力を受けることができる、請求項１に記載の外骨格構造体。
3. 第２の下肢の内転運動中に骨盤組立体（２）に対する第２の下肢組立体（４）の回転に抗しようとする第２のトルクを発生させることができる第２の部材（１３）を備える、請求項１または２に記載の外骨格構造体。
4. 第２の部材（１３）が、第２の下肢組立体（４）と骨盤組立体（２）との間に第２の弾性復帰部材（１３１）を備え、第２の弾性復帰部材（１３１）が、骨盤組立体（２）に対する第２の下肢組立体（４）の回転に抗しようとする第２の復帰力を発生させる、請求項２に記載の外骨格構造体。
5. 前記の第２の弾性復帰部材（１３１）は、前記骨盤組立体（２）に連結された第１の端部（１３２）と、前記第１の端部とは反対側の第２の端部（１３３）とを有する螺旋形状部分（１３０）を備え、前記螺旋形状部分は、前記第２の下肢組立体（４）が前記骨盤組立体（２）に対して回転するときに、前記第２の下肢組立体（４）によって応力を受けることができる、請求項４に記載の外骨格構造体。
6. 第３の部材（１４）が、背部組立体（５）と骨盤組立体（２）との間に第３の弾性復帰部材（１４１）を備え、第３の弾性復帰部材（１４１）が、骨盤組立体（２）に対する背部組立体（５）の回転に抗しようとする第３の復帰力を発生させる、請求項３〜５のいずれか１項に記載の外骨格構造体。
7. 前記の第３の弾性復帰部材（１４１）は、前記骨盤組立体（２）に連結された第１の端部（１４２）と、前記第１の端部とは反対側の第２の端部（１４３）とを有する螺旋形状部分（１４０）を備え、前記螺旋形状部分は、前記背部組立体（５）が前記骨盤組立体（２）に対して回転するときに、前記背部組立体（５）によって応力を受けることができる、請求項６に記載の外骨格構造体。
8. 第１の下肢組立体（３）に固定され、第１の弾性復帰部材（１２１）に第１の弾性予荷重を加えるように、該第１の弾性復帰部材に応力を加えることができる第２の当接部（１７）を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の外骨格構造体。
9. 第１の下肢組立体（３）に対する第２の当接部の位置を調節する手段（１８）を備える、請求項８に記載の外骨格構造体。
10. 前記脊柱機構（１９）が、前記第３のピボットリンク（２９）を介して前記骨盤組立体に連結された脊柱下部（１９１）と、前記背部組立体（５）に第５のボールジョイント接続を介して連結された脊柱上部（１９２）とを備え、横方向傾斜運動中および前記使用者の脊椎の屈曲／伸張運動中に前記脊柱機構（１９）に対する前記背部組立体（５）の回転を可能にする、請求項１〜９のいずれか１項に欄の外骨格構造体。
11. 前記脊柱上部（１９２）は、前記脊柱下部（１９１）に対して長手方向に摺動することができ、前記脊柱機構（１９）は、前記使用者の脊椎の垂直圧縮中に、前記脊柱下部（１９１）に対する前記脊柱上部（１９２）の摺動に抗しようとする弾性復帰力を発生させることができる弾性復帰部材をさらに備える、請求項１０に記載の外骨格構造体。
12. 前記弾性復帰部材は、シリンダと、前記シリンダ内を摺動可能なピストンとを備え、前記ピストンおよび前記シリンダの一方は、前記脊柱上部（１９２）に対して静止して取り付けられ、前記ピストンおよび前記シリンダの他方は、前記脊柱下部（１９１）に対して静止して取り付けられる、請求項１１に記載の外骨格構造体。
13. 前記脊柱上部（１９２）は、第４のピボットリンク（１９３）によって前記脊柱下部（１９１）に連結されており、前記使用者の脊椎のねじれ運動中に、前記脊柱機構（１９）の長手方向軸線を中心とした前記脊柱下部（１９１）に対する前記脊柱上部（１９２）の回転を可能にすることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の外骨格構造体。
14. 前記第１のピボットリンク（２７）と前記第２のピボットリンク（２８）との間の間隔の調節を可能にする調節手段（３０）を備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の外骨格構造体。
15. 前記調節手段（３０）が、１つ以上の開口部（３１、３２）と、前記開口部（３１、３２）の内側に摺動可能に取り付けられた１つ以上のピン（３３）とを備える、請求項１４に記載の外骨格構造体。

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