JP6889187B2

JP6889187B2 - 人間動作を補助するための軟性外骨格スーツ

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Publication number: JP6889187B2
Application number: JP2019000257A
Authority: JP
Inventors: アスベック，アラン・トマス; ガリアナ・ブジャンダ，イグナシオ; ディン，イエ; ダイアー，ロバート・ジョセフ; ラルソン，アーナー・フレイル; クインリバン，ブレンダン・トマス; シュミット，カイ; ワーグナー，ダイアナ; ウォルシュ，コナー; ウェーナー，マイケル
Original assignee: Harvard College
Current assignee: Harvard College
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: US20150173993A1; US20160220438A1; US20240225940A1; WO2014109799A1; CN104869969B; KR20150077413A; CN104869969A; EP2895133B1; US11464700B2; EP3791834A2; JP2019077037A; EP2895133A1; US9351900B2; EP2895133A4; JP2015529574A; US20150321339A1; CA2885228C; EP3791834A3; CA2885228A1; US10427293B2

Description

関連出願との相互参照
本願は、２０１２年９月１７日に出願された「下肢生体力学測定のための軟性ウェアラブル動作検知スーツ（Soft Wearable Motion Sensing Suit for Lower Limb Biomechanis
Measurements）」と題された米国仮特許出願連続番号第６１／７０１，９７０号、２０
１３年５月３１日に出願された「補助動作のための方法およびシステム（Method and System for Assisted Motion）」と題された米国仮特許出願連続番号第６１／８２９，６８
６号、ならびに２０１３年９月４日に出願された「人間動作を補助するための軟性外骨格スーツ（Soft Exosuit for Assistance with Human Motion）」と題された米国仮特許出
願連続番号第６１/８７３，４３３号の優先権を主張し、これらの米国仮特許出願の全文
を引用により援用する。

連邦政府による資金提供を受けた研究に関する陳述
本開示のいくつかの局面は、助成番号Ｗ９１１ＱＸ−１２−Ｃ−００８４における米国陸軍からの政府補助を受けてなされたものであり、政府は本開示のそのような局面に対する権利を共有する。

本開示のいくつかの局面は、国立科学財団（ＮＳＦ）助成番号ＣＮＳ−０９３２０１５におけるＮＳＦからの政府補助を受けてなされたものであり、政府は本開示のそのような局面に対する権利を共有する。

発明の技術分野
本概念は概して、人間の補助動作のための方法およびシステムに向けられ、より特定的には、１つ以上の動きに補助エネルギを受動的におよび／または能動的に加えることによって動作の補助を提供し、動作（たとえば歩行）中のエネルギ消費を減少させるための方法およびシステムに向けられる。

発明の背景
補助動作のための先行技術のシステムは、ユーザの体に取付けられる剛体構成要素（たとえばリンク機構）および関節（たとえばピン継手）を含む外骨格を利用しており、外骨格関節（１つまたは複数）は、隣接関節（１つまたは複数）の自然な回転軸と理想的には共線的な回転軸を有するように配置される。例示的な先行技術の外骨格は米国特許出願公開番号第２００７／０１２３９９７号および第２０１１／００４０２１６号（双方ともHerr et al.）に示されており、この双方は全文が引用により本明細書中に援用される。そ
のような剛体外骨格は、失われた、または酷く損なわれた人間の動きに取って代わる能力を提供し、それに応じてユーザの安定、平衡および安全を高めるように設計される。他の剛体外骨格は、理学療法診療所内などの臨床環境において理学療法セッションを提供するためのプラットフォームの役割を果たすか、または健常ユーザが作業をより容易にまたはより長い持続期間実行するのを補助する役割を果たす。

しかし、これらの剛体外骨格は、パッド、ストラップ、または他のインターフェイス技術を介して体の選択場所に結合されるリンク機構の剛体フレームワークに依存する。ユーザが自身の肢を屈伸すると、これらの剛体リンクが肢と平行に動き、運動に多大な慣性を加え、これはモータによってまたはユーザによって克服されなければならない。これらの
装置の重量およびプロファイルを減少させるための多大な努力がなされてきたが、それらは依然としてユーザの動作に対する多大な制限の原因となっており、特に、歩容の自然力学および運動学に多大なインピーダンスを加える。歩行の正常運動学に対するこの変化が、これらの外骨格システムが移動に必要な代謝パワーを減少させない理由の１つである。外骨格のピン継手は、複雑な三次元経路を通って動く人間関節の軸と的確に一致しないため、剛体リンクはさらに、特に動作の両極端で困難を引起こす。これによって、正常運動時に最大１０ｃｍの位置ずれが生じ、ユーザに痛みおよび負傷さえももたらす。１つの解決策は、冗長で受動的な自由度を含めることによって外骨格が着用者の動作の重要な区域内で進んで変形できるようにすることであるが、これはシステムにさらなる重量を追加する。

発明の概要
本概念は、ユーザの動きを補助するように構成される方法、システム、および装置に向けられ、より特定的には、複数のアンカー点またはアンカー区域（たとえば腸骨稜、肩、大腿、足関節、脹脛等）同士の間に配置される複数の非伸長性または半伸長性要素可撓性接続要素（たとえばウェビング、ストラップ、コード、機能性テキスタイル、ワイヤ、ケーブル、複合物またはそれらの組合せ等）と、特定の肢または身体部分に伝達される力がその特定の肢または身体部分の動きに有益であるような時に、選択された可撓性部材の内部に選択的に張力を生じるように適合される１つ以上のアクチュエータとを含む軟性外骨格に関する方法、システム、および装置に向けられる。本明細書中に説明される軟性外骨格スーツは概して、可撓性接続要素を利用して少なくとも１本の肢（たとえば脚）または肢の一部（たとえば足）に補助力を提供するウェアラブルデバイスに言及し、かつこれを含む。いくつかの局面において、軟性外骨格スーツは、可撓性接続要素を利用して、複数の肢（たとえば２本の脚）または１本以上の肢の複数の部分（たとえば２本の足）に補助力を提供する。少なくともいくつかの局面において、肢が異なる時間に異なる方向に動く（たとえば歩行）動作を容易にするために反対側の脚または反対側の腕の１つ以上の関節を作動させることとは別に、本概念は一度に１本以上の肢を作動させることをさらに含み、たとえば、脚を互いに結合して、脚および腕運動を結合して（同じ側もしくは反対側）、腕運動を結合して、または他の身体運動を結合して、潜在的な共同運動を利用することを含む。

先行技術の剛体外骨格と比べて、軟性外骨格スーツは、動作を有益に補助することが可能な力またはトルクを伝達可能でありながら、より軽量であり、より快適に着用でき、より完全な、かつより自然な関節（１つまたは複数）動作（１つまたは複数）の範囲を可能にする。本概念に従うと、可撓性接続要素は任意に剛体または半剛体接続要素と組合せて使用可能であり、すべての接続要素が可撓性を有する必要はない。

本概念の少なくともいくつかの局面において、ウェアラブルな軟性外骨格スーツは、ウェアラブルな軟性外骨格スーツを着用している人の第１の身体部分にまたはその近くに位置決めされるように構成される第１のアンカー要素と、ウェアラブルな軟性外骨格スーツを着用している人の第２の身体部分にまたはその近くに位置決めされるように構成される第２のアンカー要素とを含む。軟性外骨格スーツはさらに、第１のアンカー要素と第２のアンカー要素との間に伸びる複数の接続要素を含み、複数の接続要素の少なくとも１つは、第１のアンカー要素と第２のアンカー要素との間に配置される少なくとも１つの関節に跨っており、軟性外骨格スーツはさらに、少なくとも１つのアクチュエータと、少なくとも１つの関節の運動時の予め定められた時間に少なくとも１つのアクチュエータを作動させて少なくとも１つの関節の周りに有益なモーメントを発生するように構成される少なくとも１つのコントローラとを含む。

本概念の少なくともいくつかの他の局面において、１つ以上の関節の周りに力を発生するためのシステムは、複数のアンカー要素と、複数のアンカー要素同士の間に配置される複数の接続要素とを含む軟性外骨格スーツと、複数の接続要素の少なくとも１つまたは複数のアンカー要素の少なくとも１つの内部の力を求め、力に関する信号を出力する少なくとも１つのセンサと、軟性外骨格スーツの内部の張力を変化させるように構成される少なくとも１つのアクチュエータと、少なくとも１つのセンサから出力される信号を受信し、受信した信号に応答して少なくとも１つのアクチュエータを作動させるように構成される少なくとも１つのコントローラとを含む。

少なくともいくつかの局面において、軟性外骨格スーツ接続要素は、複数の接続要素が相互接続される複数のノード、点または領域を規定するウェアラブルマトリックスに配置され、複数のアンカー点に直接的にまたは間接的に接続される。ノードに対する力は、接続要素の構成（たとえばノードで相互接続される接続要素の数、ノードで相互接続される接続要素の各々の相対角度等）およびそれらの構成接続要素の各々に沿って印加される力によって一部制御される。動作時、軟性外骨格スーツアクチュエータ（１つまたは複数）は、接続要素に沿って選択ノード（１つまたは複数）および／またはアンカー点（１つまたは複数）に引張力を選択的に印加する。印加張力の結果、１つ以上の関節の内部にモーメント力が生じる。これらのモーメントが、筋組織によって生じる自然なモーメントと同一方向にある場合、これらのモーメントは有益なモーメントであると考えられ、動作を補助（および／またはパワーを吸収）し、ユーザから必要なエネルギがより少なくて済み、動作の代謝コストを減少させる。

アクチュエータ（１つまたは複数）および各関節における関連の接続要素によって印加されるモーメントの大きさおよび方向は、関節の回転軸に対する接続要素の場所に基づいて求められる。モーメントの大きさは、関節の回転軸に対する緊張力のオフセットに基づいて求めることができ、そのようなオフセットは、ユーザの自然な身体構造（たとえば筋肉、脂肪等）、衣類（たとえばブーツ）、および媒介要素（たとえばアンカー点を接続要素に接続するアンカー要素）に影響される。軟性外骨格スーツは、少なくともいくつかの局面において、接続要素を関節の両側を対称的に通るように配置することによって実質的に平衡した力を関節の両側に印加することによって、有益でないモーメントを有利に減少させるように構成される。軟性外骨格スーツはさらに、軟性外骨格スーツ可撓性要素が関節の回転軸に重ならないとしてもできるだけ近くを通るように構成することによって、望ましくないモーメントを減少させ得る。伸長に抵抗する軟性外骨格スーツの要素は、軟性外骨格スーツ上の点（たとえばノードまたは別の点）が、当該要素を伸長させることになる方向に動くことを防止し得る。いくつかのそのような要素を軟性外骨格スーツ上の点（たとえばノード）の周りに配置することによって、当該点（たとえばノード）が、自身に作用する多数の異なる力ベクトルにもかかわらず動かないように抑制することができ、それによって体に対する当該点の動きを制限することができる。

少なくともいくつかの局面において、軟性外骨格スーツは、１つ以上のパラメータ（たとえば軟性外骨格スーツの結果的な剛性、関節角度、ヒールストライク等）および好ましくは複数のパラメータを監視し、１つ以上のアクチュエータからの力の印加を選択された可撓性接続要素に導くように構成される制御システムを含む。印加力は、補助すべき運動、必要な力のレベル、快適さおよび／または性能に対して間欠的に適宜印加され得る。

少なくともいくつかの局面において、軟性外骨格スーツの剛性、およびしたがって結果的な張力変化を生成する軟性外骨格スーツの能力は、たとえば、ユーザの解剖学的構造に対する軟性外骨格スーツの適合度（たとえば関節に対するノードの配置等）、軟性外骨格スーツ材料（１つまたは複数）、軟性外骨格スーツ要素構成剛性（たとえばノードおよびアンカー点の配置）、およびユーザの身体剛性（たとえばユーザの筋肉が弛緩しておらず
緊張している方がユーザの身体剛性は高い）などであるがこれらに限定されない多くの異なる要因に影響される変数である。一例として、軟性外骨格スーツの剛性は、関節を横切って非伸長性または半伸長性要素（１つまたは複数）を用いることによって選択的に高められ得る。さらなる例として、少なくとも一局面において、関節を横切って非伸長性または半伸長性要素（１つまたは複数）を用いることによる剛性のそのような高まりは好ましくは、関節がその最大屈曲または伸展の点にある時、結果として、軟性外骨格スーツが身体構成の結果としてより緊張するが、関節がその最大屈曲または伸展の点にない他の構成時には弛むように、関節の両側ではなく関節の片側のみにおけるものである。さらに他の局面において、軟性外骨格スーツは、複数の関節の動作の組合せによってそれらの関節を横切って張力を生じるように構成される多関節系を用いて張力を印加される。スーツ事前張力は、システム全体の結果的な緊張力を増加させるために用いられ得、たとえば、ノードおよび／またはアンカー点同士の間（たとえば股関節／地面と大腿円錐部分との間）の軟性外骨格スーツ接続要素に張力を印加する（たとえば使用前および／または使用中に受動的または能動的に長さを変える）ことによって、またはノードおよび／またはアンカー点同士の間の接続要素の全長を減少させることによって達成され得る。

本概念の少なくともいくつかの局面に従うと、アクチュエータ（１つまたは複数）は、作動（１つまたは複数）時に軟性外骨格スーツおよび体位と共に所望の張力、剛性およびモーメントを１つまたは複数の選択関節の周りに提供する位置または力プロファイルを提供し得る。制御システムは、アクチュエータ（１つまたは複数）を用いて、ノードおよび接続部材などの軟性外骨格スーツの構成部分に選択的に張力を印加するように構成される。一局面において、この張力印加を用いて、１つ以上の関節を横切ってシステムの張力が動的におよび即座に変更される。一局面において、この張力印加を適用して（たとえば自動張力機能）、アクチュエータユニット（１つまたは複数）の力および変位を測定し、歩容（たとえば歩行または走行時）または立脚（たとえば起立）における特定のモーメントおよび／または特定の点における最も効果的な外骨格スーツ剛性を特定することによって、軟性外骨格スーツの性能、快適さおよびフィット性が調節され得る。

一般に、開示される軟性外骨格スーツは、ユーザの動作に補助を提供するように構成される。この動作に基づく補助は、本明細書中に説明される実施形態に主に取上げられているような歩行または走行に限定されない。むしろ、本明細書中に開示される動作に基づく補助は、任意の動きに基づく補助に広範に関し、これは、たとえば、１本の肢のみ（たとえば胴に対する１本の腕、股関節に対する１本の脚、または対応する脚に対する１本の足）、複数の肢（たとえば胴に対する２本の腕、股関節に対する２本の脚、胴に対する１本の腕および股関節に対する１本の脚等）、頭および／または胴の動作を含む、体の一部に対する任意の１つ以上の別の体の部分の動作の補助をたとえば含み得る。一例として、軟性外骨格スーツの上半身の実施形態は、車椅子に乗っている個人によって有利に利用されて移動を補助し得る。

一具体化では、軟性外骨格スーツは有荷重または無荷重で歩行している人の動作を補助するために用いられ得、そのような補助は、ユーザによるエネルギの代謝消費の有益な減少を提供し、関節を横切る軟組織（たとえば靭帯、筋肉および腱）に対する荷重を減少させ、ゆえに負傷および／または既存の負傷もしくは先在する病状の悪化のリスクも減少させる。これは、有荷重で歩行している兵士に特に有利であり得る。さらに別の具体化では、本明細書中に開示される軟性外骨格スーツは、負傷した、障害のある、または高齢の人々によって用いられ、移動度を増加および／または疲労を低減させ得る（たとえば歩行、上半身移動度、回転運動、旋回運動等）。

本概念の少なくともいくつかの局面において、軟性外骨格スーツは受動的（passive）
であり、アクチュエータを用いずに１つ以上の関節（たとえば股関節等）の周りに力を発
生するように構成される。そのような受動的な軟性外骨格スーツでは、軟性外骨格スーツは、上部アンカー要素と、複数の下部アンカー要素と、上部アンカー要素と複数の下部アンカー要素との間に配置され、かつ力を伝達する経路に沿って配置される複数の少なくとも実質的に非伸長性の接続要素とを含み、接続要素は、股関節に回復トルクを与えて大腿を中立位置に向けて付勢するように構成される。スーツは筋肉と平行に作用して、体が必要とする伸展トルクを減少させる。

動作に基づく補助に加えて、軟性外骨格スーツはさらに、補助の代わりに抵抗を提供することによって（たとえば筋肉を増強させるため、不適切な動きに対して負のフィードバックを提供するため等）、または訓練（たとえばゴルフスイング訓練、テニス訓練等）を補助する矯正的な補助を必要な時に提供することなどによって、動作アセスメント、リハビリまたは歩容補助活動、および運動訓練のために利用され得る。

さらに、軟性外骨格スーツは、個人活動（たとえばハイキング、登山、サイクリング、ウォーキング、カヤック乗り、カヌー乗り、スキー等）または作業活動（たとえば建設作業、塵収集、貨物取扱い、芝刈り、緊急救援者等）を含む、動作に基づく補助が望まれる活動に従事する健康な人々によって用いられ得る。さらに、活動に依存して、アクチュエータおよび／またはパワー供給部の重量および位置決め、ならびにパワー供給部の種類も、変化する設計包絡線に従って変化し得る。

軟性外骨格スーツのこれらおよび他の能力は以下により完全に説明される。

本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの第１の例を示す図である。図１の軟性外骨格スーツの一部についての例示的な力ベクトルを示す図である。図１の軟性外骨格スーツについての歩容周期に関する運動学的テストデータを示し、歩容周期の異なる点で作動する、平均プラスマイナス１標準偏差を示す図である。図１（ａ）の軟性外骨格スーツについて、歩容周期中の６個の異なるアクチュエータターンオン時間の平均代謝パワーを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うマッキベン型アクチュエータを利用する空気圧系統についての軟性外骨格スーツ制御およびパワーシステムの例を示す図である。アクチュエータを有しない軟性外骨格スーツコネクタマトリックスを示す図１の軟性外骨格スーツの例を示す図である。アクチュエータを有する軟性外骨格スーツコネクタマトリックスを示す図１の軟性外骨格スーツの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの第２の例の正面図である。歩容周期のパーセントとして発生する股関節、膝関節および足関節モーメントを示す（左側）、ならびに歩容周期のパーセントに対して発生する股関節、膝関節および足関節の可動域を示す（右側）プロットを示す図である。一歩または一歩容周期にわたる足関節、膝関節および股関節の関節モーメントのグラフを示す図である。歩容周期中に大腿と踵との間に伸びるストラップの動きの表現を示す図である。股関節角度の変化に応答する、歩容周期中の図７の軟性外骨格スーツの体に沿った経路長の変化の表現を示す図である。長さｓ１、ｓ２およびｓ３の組合せとしての２つのアンカー点（図示される例では股関節および踵）同士の間の経路長の表現を示す図である。股関節、膝関節、および足関節のモーメントを表わすのに用いられる慣例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの側面図の表現を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの斜視図の表現を示す図である。軟性外骨格スーツ（Ｖ５）の主な構成要素を示す、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの側面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ（Ｖ５）の平坦パターンレイアウトの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ（Ｖ５）の腰ベルトを示す図である。その上部が図１３に示される、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ（Ｖ５）の正面図である。その上部が図１３に示される、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ（Ｖ５）の背面図である。骨盤の可動域のグラフを示す図である。発明に係る軟性外骨格スーツ（Ｖ５）および個別の要素上に伝達される力を示す図である。腰ベルトおよびノード１の位置決めを示す、骨格に被せられた図１６の軟性外骨格スーツを示す図である。大腿ブレースに対する回転力をもたらすノード１の水平方向の位置ずれの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ（Ｖ５）の大腿ブレースの位置決めを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ（Ｖ５）の脹脛ストラップの角度を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの大腿ブレースに沿った力の表現を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る接続要素が大腿ブレースを出る（１）位置および（２）角度に加えられ得る調節を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの下部のＴ接続部を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係るブーツを軟性外骨格スーツの脹脛ストラップに接続するアタッチメント部材（Ｔコネクタ）の背面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの膝関節の軸に対する脹脛ストラップの位置決めを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの膝関節の軸に対する脹脛ストラップの位置決めを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツにおける歩容周期にわたるパワー要求グラフを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツにおける歩容周期にわたるパワー要求グラフを示す図である。図１９の軟性外骨格スーツの脹脛ストラップ内に作用する力の表現を示す図である。図１９の軟性外骨格スーツの脹脛ストラップ内に作用する力の表現を示す図である。図１９の軟性外骨格スーツの脹脛ストラップ内に作用する力の表現を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの一実施形態を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの一実施形態を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの一実施形態を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの一実施形態を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの他の実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの他の実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの他の実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの一実施形態の詳細図である。Ａは、側面からブーツ上の力経路を示す、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの一実施形態の詳細図である。Ｂは、底部からブーツ上の力経路を示す、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメントの一実施形態の詳細図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツのドライブボックスおよびプーリモジュールを示す、作動システムの一実施形態の例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの作動システムの一実施形態の例のブロック図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの検知構成要素の接続を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツのアナログおよびデジタルＩ／Ｏを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの作動システムのモータコントローラアセンブリを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツにおける歩容周期の一部の間の軟性外骨格スーツの制御された作動の表現を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツにおける歩容周期にわたるモータへのパワー入力の近似を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツにおける時間の関数としてのケーブル変位のプロットの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツアクチュエータアタッチメントのボーデンケーブル端部フィッティングを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係るプーリモデルにおけるロードセル配列と、軟性外骨格スーツにおける理論上の入力−出力のグラフとを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツにおけるケーブル張力印加のための並列および直列配列の例と、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツにおけるケーブル張力を測定するためのたわみアイドラプーリの図とを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツにおけるユーザの履物の足関節における直列ロードセルの場所を示す図である。股関節の両側（前部／後部）に選択的に力が印加され得る本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの例を示す図である。足関節に選択的に力が印加され得る本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うアクチュエータの一例の構成要素およびシステムの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うアクチュエータの一例の構成要素およびシステムの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うアクチュエータの一例の構成要素およびシステムの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うアクチュエータの一例の構成要素およびシステムの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うアクチュエータの一例の構成要素およびシステムの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うアクチュエータの一例の構成要素およびシステムの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うアクチュエータの一例の構成要素およびシステムの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツのタイミングプーリ構成の例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツに利用されるウェビング用のアイドラ構成の例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ３．２）の正面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ３．２）の背面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ３．２）の側面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ４）の正面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ４）の背面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ４）の側面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ４）の側面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うユーザによって着用された軟性外骨格スーツの例の正面図写真を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うユーザによって着用された軟性外骨格スーツの例の背面図写真を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの初期の実施形態の進化を示す統計の比較を表わす図である。発明者らが軟性外骨格スーツ（Ｖ１）から軟性外骨格スーツ（Ｖ３）に技術を開発および改良した際の本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの重量の減少を示すバーチャートを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う図４６Ａ〜図４６Ｂに示される軟性外骨格スーツの運動学的結果を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う図４６Ａ〜図４６Ｂに示される軟性外骨格スーツについての足関節作動性能の力対時間曲線を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う図４６Ａ〜図４６Ｂに示される軟性外骨格スーツを利用する異なる被験者の代謝結果を示す図である。Ａは、生物学的代謝パワーパイチャートを示す図である。Ｂは、スーツ代謝有益パイチャートを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う異なるバージョンの軟性外骨格スーツ（Ｖ３〜Ｖ７）同士の間の軟性外骨格スーツ剛性の進化を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ７）の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ７）の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ７）の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ７）の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ７）の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの腰ベルトの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの腰ベルトの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの別の腰ベルト（Ｖ５）の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのさらに別の腰ベルト（Ｖ５）の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのさらに別の腰ベルト（Ｖ７．１）の局面を示す図である。図５９の腰ベルト（Ｖ７．１）の局面を示す図である。図５９の腰ベルト（Ｖ７．１）の付加的な局面を示す図である。多関節を作動させるように構成される本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツを示す図である。多関節を作動させるように構成される本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの例を示す図である。多関節を作動させるように構成される本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う多関節を作動させるように構成される軟性外骨格スーツのマルチプーリを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う多関節を作動させるように構成される軟性外骨格スーツのマルチプーリを示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの大腿ブレースの背面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのボーデンケーブル終端点を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのアクチュエータの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのアクチュエータの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのアクチュエータの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのアクチュエータの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの制御スキームの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの制御スキームの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの制御スキームの局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態の局面を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う（ａ）股関節屈曲を助ける受動的な股関節システムの正面図および背面図、ならびに（ｂ）前面に弾性材料が追加された同一システムの正面図および背面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う（ａ）股関節伸展を支持する受動的な股関節システムの正面図および背面図、ならびに（ｂ）股関節屈曲および股関節伸展の双方を支持する衣服の正面図および背面図である。本概念の少なくともいくつかの局面に従うスーツの前部に弾性要素を有する締結システムを示す図であり、下の図は上の図の破線に沿ったスーツの断面である。水平歩行時の股関節トルクを示す図である。地表面歩行時のプロファイル、モータ位置およびフットスイッチ信号を示す図である。歩容周期中の軟性外骨格スーツの作動のタイミング、およびケーブル位置に対する対応のスーツ力を示すグラフの図である。歩容周期中の軟性外骨格スーツの作動のタイミング、およびケーブル位置に対する対応のスーツ力を示す別のグラフの図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係るユーザフィードバックを提供するためのハプティックアクチュエータを含む軟性外骨格スーツ構成要素（ここでは履物アタッチメント要素）の例を示す図である。本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ構成要素の例を示す図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、アクチュエータシステムと組合わせて用いられ、歩行、走行、昇り降り等の自然動作に能動的な補助を提供し得る軟性外骨格スーツシステムに向けられる。

先行技術の剛体外骨格とは異なり、本概念に従う軟性外骨格スーツは、可撓性材料およびアクチュエータを利用して外骨格装置に関連するヒューマンファクタ課題に特に対処し、耐荷重外骨格を有さず、むしろユーザの生物学的骨格に依存して力の印加および荷重の伝達を補助する。

軟性外骨格スーツは、剛体構成要素を有する旧来の外骨格と比べて機械インピーダンスおよび運動学的制限を大きく減少させ、ユーザの自由度を大幅に拘束または制限しない。そのようなシステムによって、肢位置（１つまたは複数）を直接制御するのではなく、（たとえば歩容周期の重要な部分の間に）制御されたエネルギのインパルスを加えることによって、移動に補助を提供し、運動（たとえば歩行／荷重支持）を大幅に拘束することなく運動の代謝コストを減少させることが可能である。

初期の設計パラメータは５０パーセンタイルの男性のデータを利用し、軟性外骨格スーツは正常歩行の力および可動域をエミュレート可能でなければならないという仕様であった。トルクおよび回転運動を、図１〜図６Ｂに示される軟性外骨格スーツ１０に用いられるマッキベン型空気圧アクチュエータ１５（作動時に２５％収縮することが既知である）の線形値に変換するため、関節毎に身体測定値を求めてモーメントアームおよび必要な全動程を推定した。関節中心に対する位置を推定することによって、モーメントアームを推定し、可動域が既知であるため、必要な力および変位を求めた。これらの初期パラメータに対して装置仕様を発展させ、これは、質量７９ｋｇ、身長１．７５ｍの５０％男性の正常歩行時の範囲、モーメント、およびパワーを示す以下の表１に示される。

図１〜図６Ｂに示される軟性外骨格スーツ１０の実施形態において、動作を補助するのに選択したアクチュエータは、マッキベン型空気圧アクチュエータ１５であった。空気圧アクチュエータ１５に圧縮空気をポンプで注入すると、アクチュエータは径方向に膨張して長さが短くなり、それによって作動を提供する。印加力は、入力圧力を変更することによって変更され得る。ストローク長はアクチュエータ長に基づいて決定される。２００ｍｍの有効長（フィッティングおよび鋼ループなどの端部ハードウェア除く）を有する空気圧アクチュエータ１５をプロトタイプとし、１から５バール（１４．７から７３．５ｐｓｉ）入力圧力について力対変位データをインストロン５５４４荷重フレームシステムに記録した。このプロトタイプについて、４バール（５８．８ｐｓｉ）を運転圧力として選択して実質的な作動力を提供したが、さらなる安全対策を提供するために、５バールの設計圧力よりも４０％低い力を提供した。図５に示されるように、圧力源１６からレギュレータ１７を介して空気圧アクチュエータ１５に与えられる空気流はインラインソレノイドバルブ１８によって制御され、空気は３／８インチＯＤ（１／４ＩＤ）管類を用いてコンプレッサからシステムに供給され、各アクチュエータへの個々の１/４インチＯＤ（１／８
ＩＤ）管を用いてバルブからアクチュエータに分散された。

アクチュエータは瞬時に膨張および収縮しないため、歩容の補助など動的動作を適切に補助するためには、各空気圧アクチュエータ１５の膨張および収縮回数を考慮する必要が
ある。ゆえに、運動時の力の印加の正確な点（たとえば歩容周期のどのパーセンテージで）は、膨張時に力が関節に適切に印加されることを確実にするように、かつ収縮が関節動作を制限しないよう十分迅速に起こることを確実にするように、理解および規定される必要がある。一例として、図１の軟性外骨格スーツ１０に利用されるマッキベン型空気圧アクチュエータ１５の動的性能を評価する際、膨張および収縮時に力対時間を４バールで記録し、力対時間曲線は全体的にＳ字状であり、膨張について、最大力（２３５Ｎ）の９０％が圧力を印加してから０．３１６秒後に得られ、収縮について、力は０．０９８秒で最大力から最大力の１０％に低下することが判明した。この空気圧アクチュエータ１５を用いて、上記の表１に列挙される力およびパワー要件は、自由度毎に適切な数のアクチュエータを選択することによって満たすことができた。たとえば、４つのアクチュエータを各足関節において並列に構成して足関節足底屈を補助することができた。

作動毎に０．６０グラム（０．０２１モル）の空気を消費するための、ゲージ圧４．０バールにおけるテスト空気圧アクチュエータ１５の空気消費量を求めた。

主に軟性構成要素からなる軟性外骨格スーツ（たとえば１０、図１）を開発するために、本発明者らは、ユーザの骨格構造に依存してシステム内に必要な任意の圧縮、曲げ、または剪断荷重を発生させる、張力を用いてユーザに荷重を加え、選択時間に選択筋肉を増強する方法の開発に取りかかった。初期のヒューマンファクタ設計仕様は、（１）軽量であり、正常な歩容力学を混乱させる可能性がある最小の慣性が加えられており、（２）すべての体平面内の自然な関節運動学を混乱させないように非制限的であり、かつ（３）快適な、軟性外骨格スーツを提供することであった。

トルクを（たとえば関節の）第１の場所に印加するためには、アクチュエータ（１つまたは複数）（たとえば図１〜図６Ｂの例における空気圧アクチュエータ１５）は、ユーザの体の１つ以上の他の部分に反力を印加する必要がある。上記の表１に見られるように、運動時に関節に印加される力は非常に高い（たとえば２５°の足関節足底屈に対して１８６７Ｎ）場合がある。したがって、ウェアラブルデバイスの位置を維持するためにきついストラップまたは皮膚接着剤を用いることもできるが、きついストラップまたは皮膚接着剤は、肢を作動させるために必要な力を印加するために用いられるウェアラブルデバイスの位置を維持するのに望ましい手段ではない。代わりに、きついストラップまたは皮膚接着剤は、肢作動力を印加するためではなく、構成要素の重量などの小荷重を支持するためにのみ用いられることが本願では好ましい。さらに、皮膚と平行な力は、ずれ、擦れ、不快感の原因となり、変形および／または滑りの可能性が高くなり、作動が無効になってしまう。

軟性外骨格スーツ１０（たとえば図１）の文脈において、反力は、肩、股関節の腸骨稜、および脚の足底面などであるがこれらに限定されない、荷重を容易に支持することが分かっているアンカー点１２に有利に導かれ得ることが判明した。これらのアンカー点は、皮膚の表面近くの大きい骨のランドマークによって特徴付けられ、印加される大きい垂直のまたはほぼ垂直の反力に耐えることができる（たとえば股関節では、腸骨稜領域の上部で支えられる下向きの荷重が、股関節の側部に沿って支えられる剪断力よりも好ましい）。発明者らは、さらに、関節動作時、皮膚表面上のいくつかの経路は互いに実質的に長さが変化する（高歪み経路）のに対し、皮膚表面上の他の経路は相対運動をほとんど示さない（低歪み経路または非伸長線）ことを観察した。

股関節、膝関節および／または足関節の１つ以上の周りにモーメントを印加するという１つの設計目標に再び戻って、軟性外骨格スーツを介した動作時、発明者らは、所望の作動からの反力は、所望の作動点からコネクタのマトリックスを介して非伸長線に沿ってアンカー点の１つ以上に再び導かれ、当該力をアンカー点の１つ以上で終端させるように再
び導きつつ、他のコネクタと共に三角形をなして正常な可動域の間の安定性を維持すべきである（たとえば図１参照）と判断した。軟性外骨格スーツのこの構成は所望の作動点をロバストに拘束し、可動域に対するゆがみおよび効果を最小にし、反力を、そのような力を受けるようによりよく適合されたユーザの体の部分に伝達する。これらの概念と一致して、軟性外骨格スーツ（たとえば図１の１０）は、股関節屈曲および伸展、膝関節屈曲、ならびに足関節背屈および足底屈について非伸展の線に沿って選択された三角経路を形成する接続要素２０を有利に利用する。図１の例では、軟性外骨格スーツ１０は空気圧アクチュエータ１５の遠端を足関節に接続し、空気圧アクチュエータの近端は中間ノード３０および接続要素２０を介して股関節および／または肩に接続され、力をできる限り広く分散させ、皮膚に対して少なくとも実質的に垂直の力を維持する。

上記の概念を示すため、図２Ａ〜図２Ｄは、膝関節の作動に係わる力の例を示す。図２Ａは、左膝関節の両側の第１のノードＮ１および第２のノードＮ２を示す。これら２つのノード同士の間に印加される張力は、伸展時の膝関節を作動させる（またはその作動を補助する）ことができる。本概念に従うと、ノードＮ１およびＮ２は下にある肢に対して動かないことが望ましく、したがって、かなりの力に抵抗するのに十分な剛性で剛体的に拘束またはアンカー固定される（たとえば上記の表１参照）。図２Ｂの正面図からノードＮ１を見ると、安定化のため、足関節のアンカー点への対側の経路に沿って付加的な接続が必要であることが分かる。平衡を維持してアンカー変位を回避するために、Ｆ１はＦ２−１およびＦ２−２コネクタ同士の間の角度内にあり続ける必要がある。腰ベルトおよび／または肩ハーネス（設けられる場合）に反力を伝達し、股関節の腸骨稜に沿って（および／または肩に）力を分散させる空気圧アクチュエータの近端のアンカー点にも、同様の分析が当てはまる。

図１の軟性外骨格スーツ１０は図６Ａ〜図６Ｂに示される。構成時、三角形の織込リンク（クイックリンク）を含むノード３０を、ナイロンストラップ材料で形成される接続要素２０のマトリックスに縫付け、ノードを１つ以上のアンカー点１５および／または他のノード（１つまたは複数）に取付けた。軟性外骨格スーツの脱ぎ着を容易にするため、カラビナ、スクイーズリリースバックル、および楕円形のクイックリンクをコネクタストラップの部分同士の間に必要に応じて用いた。アクチュエータの量および長さは、歩容を補助するように設計された股関節、膝関節および足関節の作動を用いる軟性外骨格スーツの関連自由度に必要な所望の力および範囲を達成するように選択される。このため、図６Ｂの軟性外骨格スーツ１０は、ウェビングを含む非剛体接続要素２０のネットワークを介してノード３０およびアンカー点１２に取付けられる１２個のマッキベン型空気圧アクチュエータ１５を有し、非伸長線を活用する。

図３Ａ〜図６Ｂに表わされるプロトタイプ軟性外骨格スーツ１０では、空気圧バルブ１８およびコントローラ２０を後部装着アセンブリに収容した。コントローラ２０からの信号がリレーボード２３に出力され、リレーボードは次に、空気圧アクチュエータ１８を動作するソレノイドバルブ１８を制御した。コントローラ２０への入力は、チューニングボックス２１およびフットスイッチ２２を含んでいた。チューニングボックス２１は手首に装着され、ユーザが開始遅延および作動持続期間のリアルタイムのオンザフライ調節を実行できるようにした。ヒールストライクは、フットスイッチ機器を備えたインソール（B&L Engineering社）を介して検知され、Arduino Mega 2560マイクロコントローラ（http://arduino.cc/en/）に信号を送信した。ヒールストライクを検知すると、コントローラ２
０は、その肢に対して３自由度を作動させるためのタイミングシーケンスを開始するように構成された。各自由度は、プログラム可能なターンオン時間（ヒールストライク後のアクチュエータターンオン時間）および作動持続期間を有した。ヒールストライクは両脚について検知され、遅延および作動を独立して開始するために用いられた。タイミングシーケンスは対称性を維持するため両脚とも同じであったが、歩容における任意のユーザの非
対称を担うことが望まれるのであれば独立して調節可能であった。テスト時、静止／トレッドミルテストのために中心圧縮空気（工場空気（shop air））またはローカルコンプレッサを介して圧縮空気を供給可能であったが、軟性外骨格スーツ１０は代替的に、３０６バール（４５００ｐｓｉ）で１つ以上の後部装着圧縮空気タンク（１つまたは複数）によって供給される圧縮空気も利用可能であった。

図６Ｂの軟性外骨格スーツ１０の全質量は、コンプレッサに繋がれる場合は７１４４グラムであり、１人のユーザが支える圧縮空気タンクを用いる場合は９１２１グラムである。軟性外骨格スーツ１０自体の質量はわずか３５００グラム（スーツ、パンツ、靴、アクチュエータ、支持ストラップ）であり、代謝コストにより大きい影響を有することが分かっている遠位の質量を最小にする。バルブボックスおよびバッテリの質量は３２８０グラムであり、チューニングボックス２１を含む制御モジュールは３６４グラムであった。軟性外骨格スーツ１０は歩容周期毎に０．１６６モル（４．８グラム）の空気を消費し、１Ｈｚのストライド周波数と仮定すると、１分当たり９．９４モル消費することになる。これらの仮定の下では、６４ｉｎ^３、４５００ｐｓｉ圧縮空気タンクには４１．３モル（４１５グラム）の空気が入り、一定歩行の４．１５分間持続することになる。

図６Ｂの軟性外骨格スーツ１０を用いた試験的研究によって、空気圧アクチュエータ１５を用いてプッシュオフ時の足関節トルクを高めることによって歩容を補助する際の軟性外骨格スーツ１０の性能を調べた。図６Ｂの軟性外骨格スーツ１０のすべての他のアクチュエータは、それらが力を発生しないように作動持続期間がゼロミリ秒に調節された。軟性外骨格スーツの有効性を定量化するためにWyss InstituteのMotion Capture Laboratoryで運動学的および代謝データを収集し、関節運動学的および代謝パワーに対する外側腓
腹筋アクチュエータの係合タイミングの影響を、歩容周期内でアクチュエータターンオン時間を変化させることによって調査した。歩容周期の１０％から歩容周期の６０％まで１０％刻みで、６個のアクチュエータターンオン時間を調査した。対象群として、完全に受動的な非パワードモードの軟性外骨格スーツ１０を用いて、かつ被験者が軟性外骨格スーツを着用していない状態で、関節運動学的および代謝パワーも調査した。同側脚のヒールストライクを歩容周期の０％と定義した。

８個の赤外線カメラを有するVicon（登録商標）動作分析システム（Oxford Metrics社
、英国オックスフォード）を用いて、年齢４２歳、６５ｋｇおよび身長１．７３ｍの１人の健康な男性被験者の運動学を得た。参加者は、１０メートルの平坦な地面歩道に沿って１．５ｍ／ｓで歩行した。３つの許容可能な歩容試行が得られるまで、１．５ｍ／ｓの±５％よりも大きい歩行スピードの試行は除外した。１２０Ｈｚのサンプルレートでモーションキャプチャデータを収集した。修正したCleveland Clinicマーカセットに基づいて、計４４個のマーカを参加者に取付けた。下半身マーカを、以下の解剖学的ランドマーク、すなわち、両側の上前腸骨棘、腸骨稜の両側の頂点、Ｌ５仙骨界面の背側面、外側および内側大腿顆、外果および内果、踵骨隆起ならびに第一および第五中足指節関節の上面に配置した。三つ組マーカクラスタを大腿骨および脛骨に配置した。上半身マーカを、額、左右こめかみ、第七頸椎、胸骨、肩峰突起の先端の先、上腕骨外側上顆、ならびに橈骨および尺骨茎状突起の中点に配置した。

Opensim 3.0を用いて逆運動学的分析を行なった。頭、胴および下肢モデルのOpensimの２３自由度を、１４個の擬人化測定値に基づいて被験者に対してスケーリングした。一般的モデルをスケーリングした後、三次元のマーカ軌道に基づいて解剖学的関節角度を計算した。歩容周期に対する足関節、膝関節および股関節角度の平均および標準偏差を演算した。図３Ａ〜図３Ｂに示されるように、矢状面股関節および膝関節角度は、軟性外骨格スーツ１０なし、受動的な軟性外骨格スーツ（作動なし）、および作動させた軟性外骨格スーツの条件同士の間で同様のままであった。すべてのテスト条件について、股関節は、ヒ
ールストライクでの最初の屈曲、立脚相の間中の伸展、およびその後の遊脚期中の屈曲を有する典型的な矢状面挙動を有した（図３Ａ）。受動的な、かつ作動されたテストケースの双方についての矢状面膝関節角度も、膝関節が最初にヒールストライクから荷重反応期にかけて屈曲し、立脚中期からヒールライズにかけて伸展し、ヒールライズからトゥオフにかけて屈曲し、最後に遊脚時に伸展する典型的なパターンを有した（図３Ｂ）。しかし、矢状面足関節運動学は、作動された軟性外骨格スーツ１０の影響を受けた（図３Ｃ）。立脚相の間にマッキベン型空気圧アクチュエータ１５を介して足関節に付加的な関節トルクを与えると、足関節が荷重反応期にさらに背屈し、立脚終期の終わりから遊脚前期の始まりにかけてさらに底屈した。歩容周期の１０％および６０％でアクチュエータをオンにする条件によって、軟性外骨格スーツ１０を着用しないベースライン歩行から最大約１５°の偏差を有する足関節運動学の最大変化が生じた。対照的に、外側腓腹筋アクチュエータを歩容周期の３０％でオンにすると、矢状面足関節運動学は軟性外骨格スーツを着用しないベースライン歩行と同様のままであり、作動されない受動的なスーツを着用した時の矢状面足関節運動学と同様であった（図３Ｃ）。

上記のテストに従い、被験者の代謝パワーを以下の８個のテスト条件、すなわち、１）静止起立、２）軟性外骨格スーツ１０を着用しない歩行、３）非パワード（受動的な）軟性外骨格スーツを着用した歩行、および４〜８）アクチュエータターンオン時間が１０％から６０％まで１０％刻みで調節された軟性外骨格スーツを着用した歩行、について測定した。各テストケースについて、同一被験者が水平なトレッドミル上を１．５ｍ／ｓで８から１０分間歩行した。Cosmed K4b2心肺運動負荷試験装置（COSMED USA社、カリフォル
ニア州コンコード）を用いてテスト時の肺ガス交換（ＶＯ₂、ＶＣＯ₂）を測定した。４分定常状態間隔にわたる平均代謝パワーを計算し、呼吸間変動に従って代謝パワーの標準偏差を計算した。

図４に示されるように、パワード軟性外骨格スーツ１０条件についての平均代謝パワーは、外側腓腹筋アクチュエータを歩容周期の３０％でオンした時に最小になった。このアクチュエータタイミングを用いて、歩行時の平均代謝パワー（±１標準偏差）は３８６．７±４．４Ｗであり、軟性外骨格スーツを全く着用していない時の平均パワー（３８１．８±６．０Ｗ）とほぼ同じであり、受動的な非パワード軟性外骨格スーツを着用した歩行（４３０．６±８．６Ｗ）よりもはるかに小さかった。最適にチューニングされたパワード軟性外骨格スーツを受動的な非パワード軟性外骨格スーツと比べると、平均代謝パワーは４３．９Ｗすなわち１０．２％減少した。最高平均代謝パワー（４３８．８±３．４Ｗ）は、空気圧アクチュエータを歩容周期の２０％で起動した時に生じた。

アクチュエータターンオン時間の適切なチューニングによって、軟性外骨格スーツ１０は、代謝パワーを最小にしつつユーザの運動学を相乗効果的に（かつ快適に）高めることが判明した。さらに、不適切に提供されるパワード関節トルク補助は歩容運動学を不利に変化させ、代謝パワーを不利に増加させることも判明した。本明細書中に開示される軟性のコンプライアントな外骨格スーツシステムは、張力を用いる動作の受動的補助、および受動的動作を用いて発生する上記の付加的な力発生を提供し得るアクチュエータシステムを用いる動作の能動的補助を容易にしながら、下にあるユーザの骨構造を構造的支持部として利用することができる。

上記に開示されて本明細書中に開示される本概念に係る軟性外骨格スーツは、旧来の剛体ロボット外骨格に対して多数の利点を提供する。本願に開示される軟性外骨格スーツは、たとえばファブリック、コード、ワイヤ、ケーブル、ウェブ、機能性テキスタイル、およびストラップであるがこれらに限定されない可撓性材料で容易に構成され得る。発明の少なくともいくつかの実施形態に従うと、可撓性材料を用いて、張力を受けても実質的に非弾性の（たとえば張力下の剛性を与えるため）、弾性の（たとえばエネルギを吸収して
ユーザにエネルギを戻すため）、ならびに／または非弾性および弾性可撓性材料の組合せである接続要素を形成する。可撓性材料で形成される接続要素は従来の外骨格剛体要素よりもはるかに軽量であり、運ぶ、および動かすために必要なエネルギが少なくて済む（たとえば低い慣性衝突）。さらに、これらの可撓性接続要素は、ユーザの自然動作および運動学を収容するのに、かつ剛体外骨格系システムに典型的に見られる関節の位置ずれに関連する問題を回避するのに十分快適である。

アンカー点１２または支持特徴は、軟性外骨格スーツが皮膚（たとえば寛骨の腸骨稜、肩等）に押付けられると低変位および最小コンプライアンスを提供し得る、比較的薄い皮膚層で覆われる体の骨性および突起部分を含むがこれに限定されない。上述のように、接続要素２０（たとえば可撓性ストラップまたはウェビング）を用いて選択ノード３０および／またはアンカー点１２に（たとえば関連のアンカー要素を介して）力を伝達する。アンカー点１２への直接経路および／または間接経路内の接続要素２０を、張力が（たとえばアクチュエータ（１つまたは複数）によって）印加され得る点（たとえばノード３０）に位置合わせすることによって、より高レベルの軟性外骨格スーツ剛性が達成され得る。たとえば、発明のいくつかの実施形態に従うと、接続要素は、軟性外骨格スーツ内に生じる張力の結果として生じる力ベクトルと位置合わせされ得る。代替的に、接続要素２０および／またはノード３０は、軟性外骨格スーツ１０に導入される張力の結果として生じる力ベクトルを張力と位置合わせされない関節に印加することができるような角度および位置に配置されてもよい。

図７は、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ１０の実施形態を示す。上述のように、軟性外骨格スーツ１００は、１つ以上の接続要素（たとえば１０２〜１０５，１０７）を用いて１つ以上の関節（たとえば図７に示されるような股関節および足関節）にモーメントを印加するように構成される。これらの接続要素は、張力が関節に補助モーメントを課すように関節を横切って事前に張力を印加され得る。少なくともいくつかの実施形態に従うと、ユーザは軟性外骨格スーツ内の事前張力を選択的に増加または減少させ得る。このユーザ選択的な事前張力修正の特徴は、（たとえば１つ以上の接続要素の機能的長さを調節することによって）チャネルに沿って張力を調節するように構成される機械または電子機械張力印加装置によって制御される１つ以上の独立チャネル（たとえばスーツ全体ならびに／または左／右および／もしくは前／後の独立制御部）を含み得る。事前張力印加はさらに任意に、許容可能な事前張力の快適さに関してコントローラにフィードバックを提供するユーザ入力を用いてまたは用いずに、軟性外骨格スーツコントローラによって調節および／または最適化され得る。さらに他の局面では、ユーザは、（たとえばバックルにウェビングをループに通してループ状にすることによって、かつ取付用ベルクロ領域を用いることによって）１つ以上の接続要素またはアンカー要素の長さを調節することによって、１つ以上の接続要素またはアンカー要素内の張力を有利に調節し得る。

図７は、腰ベルト１１０、ノード１１５、大腿ブレース１２０、および腰ベルトと大腿ブレースとを接続する接続要素１０２，１０３を含む軟性外骨格スーツ１００を示す。腰ベルト１１０は腰を取囲み、支持部材として腸骨稜に係合する。腰ベルト１１０に加えて、または腰ベルト１１０の代わりに、１つ以上の付加的な支持要素（たとえば肩ストラップ（図示せず））を利用してもよい。腰ベルト１１０を腰の細い部分で体にきつく合わせることによって、自然な身体特徴が腰ベルトを所定位置に維持するのを助ける。大腿ブレース１２０は、接続要素１０２，１０３を股関節上で大腿に沿って案内および位置合わせするための大腿上の支持点またはノードを提供し、大腿のテーパ形状のおかげで、大腿は大腿ブレースに印加される上向き張力に抵抗する支持点として用いられ得る。腰ベルト１１０と大腿ブレース１２０との間に張力を印加すると、腰ベルト１１０のみを用いて達成されるよりも高い初期張力の生成が可能になる。

図８は、歩容周期のパーセントとして発生する股関節、膝関節および足関節モーメントを示す（左側）、ならびに歩容周期のパーセントに関して発生する股関節、膝関節および足関節可動域を示す（右側）プロットを示す。接続要素１０２，１０３は、歩行時、接続要素１０２，１０３内の張力が、股関節が伸展した時に股関節の屈曲を助長するモーメントを印加するように、張力を印加され得る。プッシュオフ直前の歩容周期の部分（３０〜５０％）の間、股関節はパワーを吸収する。軟性外骨格スーツは、股関節伸展に抵抗することによってこの時のエネルギ吸収を助け得る。この直後、歩容周期の５０〜７０％で、股関節は正のパワーを提供する。軟性外骨格スーツは、股関節に相補モーメントを印加することによってこのパワー生成も助け得る。さらに、接続要素１０２，１０３は、膝関節の周りを下方に伸び、脹脛の下の脚後部で出合う脹脛接続要素１０７に（たとえば直接的にまたは大腿ブレース１２０を介して間接的に）接続され得る。

たとえば図１０Ａに示されるように、足の後部において、脹脛接続要素１０７は、少なくともいくつかの実施形態において、足（たとえば上向き張力に抵抗するアンカー点）に直接的に（たとえばユーザの履物の内部で、ソックスまたは裏地とユーザの履物の内面との間で）または間接的に（履物を介して）係合する踵アタッチメントまたアンカー要素に接続される。接続要素１０７は、さらに、または代替的に、履物（たとえばブーツ）の外側に位置する点に直接的にまたは間接的に（たとえば媒介アンカー要素を介して）取付けられ得る。ゆえに、本概念のいくつかの局面において、軟性外骨格スーツはユーザの足（片足または両足）で終端し、下位の（下方の）アンカー点は、ユーザの足（片足もしくは両足）またはユーザの履物に係合するアンカー部材を含む。

ユーザの片足もしくは両足に、またはその近くに軟性外骨格スーツをアンカー固定する上記構成の各々において、接続要素はしっかり固定されて張力を印加され、軟性外骨格スーツの剛性を推進し、かつ踵に力を効果的に印加して足底屈に必要なモーメントを発生する（または足底屈を補助する、これはケース毎に異なり得る）。

接続要素１０７からの力がユーザの足または履物に印加される実施形態では、力は、たとえば、踵を包囲するファブリックを介して、ユーザの足の下もしくは足にしっかり固定されるインソールインサートを介して、またはソックス状のウェビング構造を介して、踵骨（踵）に印加され得る。力は、踵自体（または履物の踵部分）に印加されて背屈を補助し得るか、または接続要素、ファブリック、もしくはウェビング等（たとえば印加に適切なワイヤ、ケーブル、ギア、ギアトレイン、レバー等）を介して踵から足の上面（または履物の上部）に再び導かれてそれに下向きの力を印加して足底屈を補助し得る。

インソールインサートは、たとえば、踵接続要素を介して剛体または半剛体要素の後部に力を印加可能な剛体または半剛体要素を含み得る。接続要素１０２〜１０５からの張力は次に、脹脛接続要素１０７に、インソールインサートに取付けられたヒール接続要素（または代替的に履物の踵もしくは後部に、または足上に配置されたソックス状構造もしくはウェビング構造の踵または後部に）印加され得る。踵接続要素は、踵接続要素に印加される張力が足関節の足底屈（たとえば足のプッシュオフ動作）をもたらすように、踵の下を足裏に沿って伸び、足の上面を取囲む１つ以上の接続要素に結合し得る。

発明のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツは、特定の生体力学活動（たとえば歩行等）用に構成、設計および最適化される。体が歩行などの正常な非補助動作を実行すると、筋組織は代謝エネルギを消費して体の骨を動かし、体重を片足から他方の足に伝達し、前方推進力のための、かつ重力に抵抗するためのエネルギを提供する。筋肉は特定の関節セットにモーメントを印加し、これによって、足関節、膝関節および股関節の歩容パーセンテージの関数として表わされる関節モーメント（Ｎｍ／ｋｇ）によって、図９
Ａに表わされるように時間が図られた調和した態様で関節が伸展および屈曲して一歩ずつ進む。発明のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツは、関節にモーメントまたはトルクを印加して、当該関節に対する体の動きを補助または抑制するように構成され得る。モーメントが有益であり動作を補助するか、または有害であり動作に反対するかにかかわらず、動作は、適用される動作のタイミングおよび外骨格スーツの接続要素の構成の関数であり得る。動作は普通、関節の周りの身体部分の反復動作を含み、適切な時間に特定の方向に外部モーメントを印加すると、筋肉が及ぼす力を補って動作を補助し得る。関節が反対方向に関節接合している時に印加される同じモーメントは、筋肉が及ぼす力に反対し、動作に対する抵抗を提示し得る。

軟性外骨格スーツの接続部材は、自然な身体構造によって関節の回転中心から自然にオフセットしている（たとえば脚の径が大きくなるほど軟性外骨格スーツが回転中心から遠くに変位する）。本概念の少なくともいくつかの局面において、この距離を、スペーサ（たとえばファブリック、フォーム要素、パッド等）などの受動的要素、またはアクチュエータなどの能動的要素を用いて増加させ、軟性外骨格スーツと着用者の体との間の距離を増加させるか、またはそのような能動的要素の場合は軟性外骨格スーツと着用者の体との間の距離を動的に増加させることができる。さらに、関節が互いに動くと、１つ以上の軟性外骨格スーツ接続部材の作用線が関節に対して変化し、その接続部材に沿って力が印加される場合はモーメントが変化し得る。さらに、ノードおよび／またはアンカー要素を印加力に応答して軟性外骨格スーツの動作時に動かして、１つ以上の軟性外骨格スーツ接続部材の作用線も変化させることもできる。関節の運動時に軟性外骨格スーツ接続部材の作用線を変化させる例が図９Ｂに表わされており、この図は、歩容周期の３０〜７０％で脚が動くと、大腿ブレース１２０と履物接続要素１３０との間に伸びる接続部材１０７（図７〜図８も参照）の位置が膝関節の回転軸″Ａ″に対して変化し得ることを示す。接続部材１０７の位置の相対変化によって、それらの運動時期の間に軟性外骨格スーツが膝関節にまたは膝関節を横切って印加し得るモーメントが変化する。ゆえに、歩容周期の３０〜７０％で接続部材１０７に張力が印加される場合、接続部材１０７は歩容周期の３０〜４０％で膝関節を伸ばす小さいモーメントを提供し、歩容周期の５０％で膝関節にモーメントを提供せず、歩容周期の６０〜７０％でより大きいモーメントを提供する。

本概念の少なくともいくつかの局面において、脹脛接続要素１０７は互いにやや非対称に配置され、外側（外部）脹脛接続要素１０７（たとえば図９Ｂ参照）が膝関節回転軸Ａのやや後ろに配置され、内側脹脛接続要素１０７が外側（外部）脹脛接続要素のやや前方に、または膝関節回転軸のやや前方に配置される。この構成によって、膝関節回転中心を厳密に通る引張力を導くことが常に容易になる。動的に、歩容の初期段階では、内側脹脛接続要素１０７は膝関節回転中心のやや前にあり、外側脹脛接続要素１０７は当該中心を通るか当該中心のやや後ろにあり、歩容のより後の段階では、これによって膝関節の周りの有効モーメントアーム（およびモーメント）が減少する。

図９Ｃは、歩行周期の異なる部分にわたって動く人を示す。歩行周期にわたる股関節角度のグラフも示される。この例に見られるように、股関節角度は歩行周期の０％および１００％で最大であり、歩行周期の５０％で最小である。股関節の角度変化および身体構造のため、ベルト１１０と大腿ブレース１２０の上部との間の経路長Ｓは、体が歩行周期中に動くにつれて変化する。したがって、軟性外骨格スーツは、運動時に異なる程度に張力を印加されることになる。経路長Ｓに対応する接続要素が設けられる場合、そのような接続要素は運動の何らかの点（たとえば歩容周期の５０％）で張りつめ、運動の別の点（たとえば歩容周期の０％）で弛むことになる。接続要素のこの自然な（非作動）状態の程度は、もちろん、たとえば事前張力印加および材料選択に影響される。

図９Ｄは同様に、多関節を横切って伸び、腰ベルト１００（または同等の腰に位置決め
される接続部材）を介して股関節に、かつ履物接続要素１３０を介して踵にアンカー固定されている軟性外骨格スーツの例を示す。本明細書中に定義されるように、履物接続要素１３０は、着用履物の外側に取付けられる（たとえば図２１〜２２、図２６Ａ〜図２６Ｃ）、ユーザの足に取付けられる（たとえば図２６Ｄ、および／または着用履物の中に配置される（たとえば図２６Ｅ〜図２６Ｆ）任意の接続要素を含む。軟性外骨格スーツ１００構造は、この例では、腰ベルト１１０と大腿ブレース１１０との間の長さ（経路Ｓ１）を有する第１のコネクタ要素１０４を含み、大腿ブレースはそれ自体が長さＳ２を有するとして示されている。長さ（経路Ｓ３）を有する第２のコネクタ要素１０７が大腿ブレース１１０の底部に取付けられ、外側腓腹筋に沿って走り、履物接続要素１３０に接続される。第１のコネクタ要素１０４（Ｓ１）は、運動時の股関節角度の変化に従って変化する。大腿ブレース１１０の長さ（Ｓ２）は、関節をまったく横切らない体の区分上を大腿ブレースが伸びるため、一般に固定される。第２のコネクタ要素１０７の長さ（Ｓ３）は、膝関節角度と足関節角度との相対変化に基づいて変化する。全体として、２つのアンカー点（股関節および足関節）同士の間の距離は長さＳ１、Ｓ２、およびＳ３の組合せであり、軟性外骨格スーツの選択的な張力印加は望ましくは多関節の複合効果を考慮する。

発明に従うと、その関節セットに印加されるモーメントのタイミングを理解することによって、軟性外骨格スーツは、時間が図られた調和した態様でその関節セットのいくつかまたはすべてにモーメントを印加し、自然な筋肉運動によって生じるモーメントを補い、筋機能が低下した人々については消費する代謝エネルギを減らすか移動度を回復しつつ同じレートで体を動かすことができるように構成され得る。これらのモーメントは、受動的または能動的な態様で生じ得る。受動的な構成では、自然動作によって、軟性外骨格スーツの支持特徴と接続要素との間で軟性外骨格スーツ内に張力が生じ、動作周期の特定の時間に特定の関節にモーメントを生じることができる。能動的な構成では、パワードであるか否かにかかわらず１つ以上のアクチュエータを用いて軟性外骨格スーツ内に張力を生じることができ、これが動作周期中の特定の時間に特定の関節にモーメントを発生する。発明のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツは、筋組織が発生する力を補う力を体に対して能動的および受動的に発生して体が行う仕事を減らし、所与の動作の代謝コストを当該動作の非補助実行と比べて減らすことができるように構成され得る。これは、自然な体の動きを用いて張力を受動的に生成し得る軟性外骨格スーツ構成を、軟性外骨格スーツに張力を能動的に印加する１つ以上のアクチュエータと組合わせて、調和した態様で用いることによって達成され得る。

本開示の少なくともいくつかの局面において、軟性外骨格スーツは、ユーザの筋肉がユーザの動作からエネルギを吸収する態様と同様に、ユーザの動作からエネルギを吸収するように構成される。たとえば、歩行周期中のさまざまな時間において、筋肉は、たとえば胴が重力の影響下で前のめりになると胴の動作を阻止するために、または立脚に備えて脚を減速するために、パワーを吸収する。これらおよび他の時間中にパワーを吸収するために、筋肉は偏心収縮し、力を印加しつつ印加された外力の下で伸び得る。これらの状況において（または筋肉が等尺性収縮している時にパワーが筋肉／腱によって吸収される状況において）筋肉が印加しなければならない力の量を減少させるため、および／または軟組織損傷の確率を低くするため、軟性外骨格スーツは、いかなる時でも活動筋と平行な力を印加して、そうでなければ潜在的に有害または最小限に有益であり得る体からのパワーを吸収し得る。この吸収パワーは次にエネルギ貯蔵装置（たとえばばねシステム、弾力性部材等）を介してハーベストされ、後の何らかの時点（たとえば歩容周期中の後の点）で体に戻され得る。一例として、吸収パワーはばねを圧縮することによってハーベストされ得、ばねはその後、印加圧縮力の減少に応答して膨張する。圧縮したばねはラッチまたは何らかの他のメカニズムを用いて任意に一時的に保持またはロックされて、エネルギが軟性外骨格スーツシステム内に戻される時までばねを圧縮状態に保ち得る。別の例では、吸収パワーは、それを電気エネルギに変換してエネルギをバッテリに貯蔵することによってハ
ーベストされ得る。潜在的に、エネルギは、所与の設計包絡線に適切な油圧、空気圧、または化学エネルギ貯蔵などであるがこれらに限定されない他の手段を介して貯蔵され得る。パワー吸収からのエネルギ貯蔵は、スーツの受動および能動モードの双方で起こり得る。受動モードでは、エネルギ貯蔵は受動メカニズム（たとえばクラッチスプリング等）を用い得、能動モードでは、軟性外骨格スーツは、これらのスキーム、またはアクチュエータを直接引張って貯蔵エネルギを発生し、たとえば他の時間に軟性外骨格スーツを作動させるために用いられるのと同じ電気モータを逆駆動するスキームを付加的に用い得る。

たとえば図１０Ａおよび図２５Ａに示されるように、脹脛接続要素１０７は、足に係合する履物接続要素１３０に張力を印加する。膝関節に対する脹脛接続要素１０７の位置に依存して、脹脛接続要素１０７内の張力は膝関節にモーメントを印加し得る。脹脛接続要素１０７を膝関節の軸の前方に位置決めすることによって、脹脛接続要素１０７内の張力は膝関節の伸展を助長し得、脹脛接続要素１０７を膝関節の軸の後ろに位置決めすることによって、脹脛接続要素１０７内の張力は膝関節の屈曲を助長し得る。脹脛接続要素１０７を膝関節の軸を通るように位置合わせすることを用いて、膝関節にモーメント（有益または有害）を生じることなく張力を伝達することができる。

発明の受動的な構成の実施形態に従うと、脹脛接続要素１０７は、正常歩行時に、軟性外骨格スーツ内に生じる張力によって適切な時間に脚関節の１つ以上（たとえば股関節、膝関節および／または足関節）に有益なモーメントが印加されて自然な筋肉運動を補うように、非弾性部材（たとえばケーブル、ストラップ等）または弾性部材によって踵接続要素に接続され得る。たとえば、正常歩行歩容では、歩容周期中の約半分（５０％）で脚が後方に伸展する。この結果、腰ベルト１１０から大腿前部の接続要素１０２〜１０５を下方に、脹脛接続要素１０７に沿って、膝関節の周りに、かつ脚後部を下方に踵ストラップへ伸びる張力が軟性外骨格スーツ内に生じる。張力は股関節内に有益なモーメントを生じ、１つ以上のアクチュエータからの能動的な力に加えてこの張力によって貯蔵されるエネルギが潜在的に放出されると、股関節伸展を補助し、その後股関節が屈曲するのを補助し、足を前進させ得る。張力はさらに、足関節内に有益なモーメントを生じ得、１つ以上のアクチュエータによって印加される能動的な力に加えて背屈を補助し、その後足関節の足底屈を補助することによって、足を前方向にプッシュオフさせる。

発明の能動構成の実施形態に従うと、ユーザの動作は、適切な時間に踵接続要素を能動的に引張って足のプッシュオフエネルギを増加させる１つ以上の能動構成要素を追加することによってさらに補助され得る。この実施形態では、踵接続要素は、予め定められた時間に踵接続要素を引張って踵の周りに有益なモーメントを印加する作動ケーブルまたは他の作動部材に接続され得る。作動ケーブルまたは他の作動部材は、直接的にまたは媒介パワートレインを介して、所定の時間に特定のモーメントを生じる力を印加するようにコントローラによって制御されるモータまたは他のアクチュエータに接続される。一例では、脹脛接続要素１０７を脚後部の１つ以上の履物接続要素１３０に接続するためのケーブル（たとえば実質的に非圧縮性のシースを含むボーデンケーブル）が設けられる。足関節のプッシュオフを補助するために印加されるそのような力は、股関節の屈曲も補助し得る。

発明のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツは、アンカー点に配置される複数のアンカー要素を提供し、アンカー点として良好に作用する体の自然な特徴に軟性外骨格スーツが係合できるように構成される。しかし、本概念の他の局面に従うと、体のそのような自然な特徴がなく、荷重を加えると普通は望ましくない結果がもたらされる場所にアンカー点または支持点を確立することが望ましい場合がある。これらの実施形態に従うと、１つ以上の接続要素または支柱を用いて、所望の場所に配置された支持点から体の異なる場所、たとえば体の自然な特徴（たとえば肩、腸骨稜等）に対応する１つ以上のアンカー点に力を伝達することができる。

たとえば、上記の図１０Ａに示されるボーデンケーブルの実施形態では、ボーデンケーブルシースは、ユーザのバックパック上の点から脚の側部に沿って下方に脹脛の後ろの場所まで伸び得る。ゆえに、ボーデンケーブルは、脹脛接続要素１０７同士が脹脛の下の足の後部で出会う点で脹脛接続要素に締結され得、ケーブルシースの近端はアクチュエータのハウジング（たとえばドライブモータおよびプーリシステムを含む肩掛バックパック）に結合されて外骨格スーツ内の張力を維持するのを助ける。同様に、本明細書中の他の所に記載されるように、他のケーブル種類または作動要素（たとえばリボン、ファブリック等）を用いて、アクチュエータ（１つまたは複数）から、力の印加が望まれる特定の場所まで（たとえば軟性外骨格スーツのファブリックまたはスーツ内のチャネルを介して）ルーティングしてもよい。

そして、ボーデンケーブルシース１４４が軟性外骨格スーツに取付けられる点と中心ケーブル１４２が軟性外骨格スーツ１００に取付けられる点との間に力が生じ得る。この結果、軟性外骨格スーツ１００内の、腰ベルト１１０と、脚後部の足関節コネクタ要素１３０に接合するボーデンケーブルシース１４４の端における支持点との間に張力が生じ得る。この張力は、ユーザが歩くとバックパックが下肢と同様に動き、ボーデンケーブルシース１４４の近端と、軟性外骨格スーツの下部接続部材のための接続点１１３を提供するボーデンケーブルシースの遠端との間の距離が変化するという意味で、動的であり得る。さらに、股関節も動き、股関節上のアンカー点と、使用時に軟性外骨格スーツ内の張力に影響を与え得る下脚のアンカー点との間の距離が変化する。

ゆえに、軟性外骨格スーツの有益なモーメントは、有益なモーメントを生じて筋作用を補い得る力を印加する受動および／または能動構成要素によって高められ得る。補助すべき自然動作、および動作の実行時に各関節が消費するパワーの生体力学を分析することによって、補足モーメントを特定して所望レベルの補助を受けることができる。

たとえば、正常歩行時、体を前進させる過程で体が片脚から他方の脚に支持を移すとパワーが消費される。このパワーの大部分は股関節および足関節によって与えられる。図９Ａは、一歩または一歩容周期にわたる足関節、膝関節および股関節の関節モーメントのグラフを示す。グラフは、足関節が歩容周期の約５０％または半ばで大きい正モーメントを有することを示す（図４６も参照）。発明のいくつかの実施形態によると、歩容周期の約３５％から６０％で足関節に正モーメントを印加することによって歩行補助が提供され得る。

発明のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツ１００は、１つ以上の関節（たとえば足関節）に印加される正モーメントが有益であり得る時にさらに離れているかさらに離れる支持点を特定することによって、体のさまざまな部分の自然動作を利用するように設計され得る。軟性外骨格スーツ１００は、関節の周りに伸びて１つ以上のノードまたはアンカー点を用いて張力を確立して関節の軸の周りに有益なモーメントを生じる接続要素を有して構成され得る。たとえば図１０Ａの例では、軟性外骨格スーツ１００は、（腰ベルト１１０を介した）股関節と履物接続要素１３０との間に張力を印加され、歩容周期中の適切な時間に足関節に有益な足底屈モーメントを生じ得る。さらに、軟性外骨格スーツ内の張力は、モーメントが股関節および／または膝関節動作に有益である歩容周期内の点（１つまたは複数）の各々または双方で、股関節上に案内されて股関節屈曲を助長する有益なモーメントを印加し得、および／または膝関節上に案内されて膝関節伸展を助長する有益なモーメントを印加し得る。

軟性外骨格スーツ１００内に増加したまたは付加的な張力を生じて増加したおよび／または付加的な有益なモーメントを提供し得る１つ以上のアクチュエータを設けることによ
って、付加的な代謝エネルギが保存され得る。たとえば、図１０Ａに示される軟性外骨格スーツ１００では、アクチュエータケーブル１４２を用いて、足関節軸から数センチメートル変位している踵を引張ることによって、足関節に正モーメントを印加することができる。上述のように、本概念の一実施形態では、ケーブルは、実質的に非圧縮性のシースを含むボーデンケーブルである。別の実施形態では、シース自体が、たとえばエネルギを貯蔵および放出する弾力性シースを有することによって、またはばね要素をシースに組込むことによって、動的特性を提供するように構成される。

上述のように、アクチュエータケーブル１４２の遠端は、図１０Ａの例に示されるように、踵から足の下に伸びてから足の甲に巻付くアンカー要素に直接的にまたは間接的に（たとえば接続要素を介して）取付けられる。ドライブモータおよびプーリシステムが、オンボードコントローラ（たとえばコンピュータ）によって制御されるアクチュエータケーブル１４２の近端またはドライブモータに結合され、所望の期間中（たとえば歩容周期の３５％から６０％）にアクチュエータケーブルを作動させて動作補助を提供し得る。センサ（たとえばフットストライクセンサ、関節角度センサ等）を有利に用いて、アクチュエータケーブル１４２のケーブル作動をユーザの歩容周期と同期させる。一例として、１つ以上のコネクタ要素、ノードまたはアンカー要素内の力センサによって引張力が検知され、これらの力が（たとえばいくつかの運動周期にわたって）コントローラによって監視および評価されて歩容周期が推定され、その後、コントローラは、２、３以上の運動周期にわたって、または作動を可能にするユーザによる指示の後に、アクチュエータ（１つまたは複数）に漸進的に係合する。代替的に、コントローラは、ユーザからの、またはストラップ内の力センサによって検知された引張力からの手入力などの、他のフィードバックによってユーザの歩容を推測し（たとえばコントローラはいくつかの運動周期にわたってストラップ内の力を監視し得る）、その後、さらにいくつかの運動周期にわたって、または作動を可能にするユーザによる指示の後に、作動が漸進的にランプアップしてもよい。

上述のように、本明細書中の軟性外骨格スーツの概念を展開させて、活動の特定の点で補助を提供することによって、歩行などのさまざまな活動の代謝コストを減少させ、関節を横切る軟組織（筋肉、腱および靭帯）に対する荷重を減少させることができる。ユーザが活動（たとえば歩行）時に消費するエネルギが減少すると、ユーザは補助がない場合よりも疲労が小さい。疲労は最終的にパフォーマンスの劣化（たとえば歩容の破綻）につながり、負傷のリスクを高め得る。代謝コストの減少は、疲労に関連する負傷のリスクを減少させ得る。本概念の少なくともいくつかの局面に従うと、軟性外骨格スーツシステムは、軟性外骨格スーツを着用せずに活動（たとえば歩行）を行っている時にユーザが経験するレベルよりも低くユーザの代謝を減少させることができる。軟性外骨格スーツはさらに、各関節において力のいくらかを軟性外骨格スーツに支えさせることによって、軟性外骨格スーツに対する応力も減少させることができる。

図１０Ａに示される軟性外骨格スーツ１００は、一例として、衣類の下または上に着用される布、テキスタイル、またはウェビング（たとえば合成および／または天然繊維、ケブラー等）を含む複数の接続要素を含む。アクチュエータユニット２００は背中に（たとえば肩掛バックパック内に、肩掛フレームに取付けられて等）、腰に（たとえば腰ベルトに取付けられて等）、またはユーザが使用する装置（たとえばバイク、車椅子、カヤックまたはカヌー、歩行器等）の内部または上に着用され得る。図１０Ａでは、ボーデンケーブルユニット１４０がアクチュエータユニット２００から伸び、軟性外骨格スーツ１００を履物接続要素１３０に接続する。アクチュエータユニット２００がユーザが使用する装置の内部にまたは装置によって支えられる構成では、ボーデンケーブルシース１４４は（たとえば腰ベルト１１０上の）固定アンカー点に有利に取付けられ得、その後、シースおよびボーデンケーブル１４２が下降して履物接続要素１３０に取付けられる。上述のように、軟性外骨格スーツ１００は、ユーザの体に沿った、体への、かつ体からの力の伝達を
制御するための１つ以上の接続要素（たとえば１０２〜１０５，１０７）、ノード（たとえば１１３）およびアンカー点を含む。軟性外骨格スーツシステム１００はさらに任意に、歩行時に足に印加される力を検知するための、またはそうでなければヒールストライクに対応する実質的に最大の力の点で作動させる（オンオフを切替える）ためのフットセンサ１５０または作動可能スイッチを含む。歩容の判断を補助するために使用可能なセンサは、たとえば、フットスイッチ、慣性計測装置（ＩＭＵ）、加速度計、筋電図（ＥＭＧ）センサ、選択場所のユーザの皮膚の歪みを検出するための歪みセンサ、スーツ内の引張力および／または剪断力を検出するための軟性外骨格スーツに内蔵されたセンサ、アクチュエータ位置を検出するためのモータまたは他のアクチュエータ内のセンサ、ケーブル内の力を検出するためのボーデンケーブルまたはボーデンケーブルシースの一部と直列のセンサ、または他のセンサを含むがこれらに限定されない。

発明のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツ１００は、ボーデンケーブルユニット１４０のケーブル１４２の遠端をシース１４４内に後退させる１つ以上のアクチュエータユニット２００（たとえば図１０Ａ〜図１０Ｂ参照）を含み得る。ケーブル１４２の遠端は履物接続要素１３０に接続され得、ボーデンケーブルシース１４４の遠端は脹脛後部で軟性外骨格スーツ１００に接続され得る。ケーブル１４２が後退すると、ケーブル１４２は履物接続要素１３０を上向きに引張り、シース１４４は軟性外骨格スーツ１００を脹脛後部の取付点から押下げる。そして、軟性外骨格スーツ１００は、接続要素（たとえば図７参照）を通り腰ベルト１１０を介してユーザの骨盤に上向きに力を伝達する。そして、ユーザの骨構造は、力を下方に足関節へ、かつ足を介して地面へ伝達し返す。

軟性外骨格スーツ１００によって発生する力は、ユーザの筋組織と平行に作用することによってユーザの筋組織を補完するように有利に構成される。これは、接続要素（たとえば図７〜図８の１０２〜１０５）およびノード（たとえばノード１、図７）を体に沿った所定場所に沿って伸びるように構成することによって達成される。そのように構成される場合、軟性外骨格スーツが移動に必要な残りの力を提供するため、ユーザの筋肉は歩容周期の一定部分の間、より少なく活性化され得る。この筋活動の減少を用いて、ユーザの代謝率を低下させ、時間と共に経験する疲労レベルを減少させることができる。

発明のいくつかの実施形態に従うと、代謝減少は、筋肉がパワーを発生するのと同時に体にパワーを加えることによって、かつ筋肉がパワーを吸収する間に体からパワーを吸収することによって達成される。足関節は、歩容周期中の約４０〜６０％で大パルスのパワーを発生し、これは１つのヒールストライクから次のヒールストライクに及ぶ。脚が体を地面からプッシュオフする時に起こる踵におけるこのパワー入力は、歩行周期全体にわたって任意の関節の最大パワーバーストである。発明のいくつかの実施形態に従うと、筋組織がそれらのパワースパイクを発生する動作周期中の点で最大パワースパイクを経験する関節に補助力またはモーメントが印加され、代謝減少が効果的に達成され得る。たとえば、関節パワーの評価に基づいて、発明に従うと、軟性外骨格スーツ１００は、歩容周期の約４０〜６０％の間のこの時点の間に足関節に補助力を印加するように構成され得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツ１００は足関節から上方に骨盤まで伸び得、付加的にまたは代替的に、膝関節および股関節および足関節にモーメントを生じ得る。多関節系では、印加される力は関節の各々に有益に影響を与え、それによって、より効果的な補助を提供し得る。これらの局面に従うと、軟性外骨格スーツ１００は、そのようなモーメントがこれらの関節に有益に影響を与える歩行周期中の時に膝関節および／または股関節にモーメントを生じることができる。１つの場所／関節で軟性外骨格スーツの張力または変位を発生する自然な動きおよび／またはアクチュエータは、したがって、１つよりも多い場所／関節に有益であり得る。

発明のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツ１００は多数の機能を提供し得る。軟性外骨格スーツ（たとえば１００）は、たとえば股関節および／または足関節を通る精密制御された有益なモーメントを生じ得る。上述のように、モーメントは、それが自然な筋組織を補助する場合は有益であると考えられる。開示される軟性外骨格スーツのアーキテクチャおよび接続要素のトポロジは望ましくは、ユーザの筋肉が提供する力に近づく力ベクトルをできる限り最良に模倣するように構成される。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツは剛性を最大にするように最適化される（たとえばそれを体のアンカー部分のアンカー要素にストラップでしっかり固定する）。足関節外骨格における下部直列ばね剛性について、必要なパワーは１／ｋとして増加する。したがって、軟性外骨格スーツをできる限り剛性として、着用者に補助力を印加する際により高いパワー効率を提供することが望ましい。さらに、高い外骨格スーツ剛性は、運動時および／または作動時にユーザの体に対する軟性外骨格スーツの変位を減少させ、ノードおよび接続要素の位置ずれのリスクを減少させて擦れを減少させる。しかし、さまざまな用途によって、最小剛性および／または（たとえば補助が不要な時は剛性を最小にして透過度を高め、補助が必要な時は剛性を最大にするために）ユーザの活動に基づいて剛性を変えることができる可変剛性（たとえばコントローラまたは手動制御によって自動的に変わる）が好まれると考えられる。

軟性外骨格スーツ１００のフィット性およびその剛性の双方は、外骨格スーツの張力および位置合わせに影響され得る。軟性外骨格スーツが、初期の設定によってにせよ、または使用時の軟性外骨格スーツ１００の動きによってにせよ、不適切に位置合わせされると、生じるモーメントは最適ではなく、より重要なことに、モーメントは必要に応じて生じるのが停止するため、モーメントは気が散るか、または時間と共に有害にすらなり得る。軟性外骨格スーツの機能性または効率が悪影響を受けないように、軟性外骨格スーツ１００は、ユーザが動いたり軟性外骨格スーツが作動されたとしても体上の正確な場所にあり続けることが望ましい。使用時に軟性外骨格スーツ１００を適切な配置に保つことを容易にするため、軟性外骨格スーツの着用後に軟性外骨格スーツ（たとえばアクチュエータケーブル（１つまたは複数）、接続要素等）に事前に張力を印加することが有利である。軟性外骨格スーツ内の初期張力は、手動で（たとえば同時に複数の構成要素内の張力を調節するストラップ、バックル、フィッティング、ケーブル、制御部等を調節することによって）、または１つ以上のアクチュエータ（たとえばモータ駆動メカニズム）を用いて自動で調節され得る。

図７〜図８および図１０の例では、ユーザによる軟性外骨格スーツ１００の着用時、ユーザは接続要素を締めて軟性外骨格スーツを快適にぴったりと合わせることができる。コネクタ１１３（次にアンカー部材１３０に取付けられる）に取付けられるケーブル１４２は次にシース１４４内に後退し、軟性外骨格スーツ１００を引下げてアンカー部材１３０を引上げ、ケーブル１４２のすべての弛みを無くし、システム内に少量の張力を生じる。本概念のいくつかの実施形態に従うと、ユーザは、運動（たとえば歩行）時に外骨格スーツの存在をほとんど検出しないように張力を設定し得る。そして、システム張力のその点から軟性外骨格スーツ１００に対して作動が適用され得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、ボーデンケーブルなどのアクチュエータ作動部材（１つまたは複数）を用いて、作動システム２００（図１０Ａ）の質量を、作動中の足および足関節から離して位置決めする。そのような作動部材（１つまたは複数）を用いて、作動システム２００はユーザの腰に取付けられるか、またはバックパック内に運ばれ得る。少なくともいくつかの局面に従うと、ボーデンケーブルを利用する作動システム２００は、ユーザの動作に悪影響を与えない経路に沿ってケーブルシースをルーティングすることができる。ボーデンケーブルのシース１４４が軟性外骨格スーツに取付けられ得る多
くの方法がある。一例として、１つのシース用取付スキームは、軟性外骨格スーツの１つ以上の点に配置されるオス／メスコネクタと、ケーブルシースの適切な箇所に沿って配置される対応するオス／メスコネクタ（１つまたは複数）とを含む。別の構成では、ケーブルシース１４４は軟性外骨格スーツに固定して取付けられ（たとえば縫付、結合剤、接着剤等）、軟性外骨格スーツに形成されたチャネルを通ってルーティングされ、ベルクロ取付部材を用いて軟性外骨格スーツに取付けられるか、または１つ以上の結束部材を用いて軟性外骨格スーツに取付けられ得る。

たとえば作動システム２００がボーデンケーブルを利用する場合、小型のギア式モータを設けてプーリを駆動するか、または代替的に、図１０Ａの例に示されるように、プーリを直接駆動する大型モータを用いてケーブル１４２を引張り、踵に補助力を印加してもよい。たとえばリニアモータおよび油圧／空気圧アクチュエータなどであるがこれらに限定されない他の駆動メカニズムも、もちろん使用可能である。利用する作動システム２００の態様は、補助すべき動作、およびそのような補助動作についての具体的な重量および性能要件に一部依存する。歩行の補助に向けられたいくつかの局面に従うと、アクチュエータシステム２００は、１００Ｗ未満の平均出力を提供するように構成される１つまたは複数のバッテリを利用し、これは、代謝利点を保ちつつ軟性外骨格スーツ１００作動システム２００の重量を最小にする。たとえば、ユーザが運ぶ付加的な質量は、ユーザの代謝の対応する予測可能な増加（たとえば背中上に１キログラム追加されるごとに約０．９％の割合で）をもたらすため、ユーザが支える場合に作動システム２００の重量を最小にすることは一般に有益である。

図１１は、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ１００の例を示す。軟性外骨格スーツ１００は、示されるように、接続要素１０２，１０３によってノード１を通って接続要素１０４，１０５に接続される腰ベルト１１０を含み、接続要素は次に大腿ブレース１２０に接続される。大腿ブレース１２０は、脹脛ストラップ１０７によってＴ−コネクタ１１３に接続される。軟性外骨格スーツ１００は、ユーザの自然動作に対応するように、かつ作動システム２００およびケーブル１４２（たとえば図１０Ａ参照）によって発生する力を自然動作の力と調和させるように調節可能にされ得る。ユーザが歩くと、作動システムによって発生してケーブルに伝達される力はユーザの踵に印加され、歩行時のユーザの筋組織の仕事が減少する。

歩行および走行時、脚の筋肉は、人の質量中心を前進させ、重力に抵抗して直立姿勢を維持するため、歩容周期中に股関節、膝関節および足関節にモーメント（モーメント力）を発生する。これらのモーメントは、人をヒールストライクおよび体重受容から立脚を介してプッシュオフおよび遊脚に案内するためにこれらの関節の周りに筋肉によって発生するため、時間と共に大きさおよび方向が変化する。上述のように、本概念の局面に従う軟性外骨格スーツシステム１００は、作動システム２００およびケーブル１４２によって発生する力の時間を計って足関節における自然なモーメントを補い、代謝負担を減少させて移動度を向上させることが望ましい。いくつかの局面において、軟性外骨格スーツ１００構造は股関節および膝関節の周りにも伸び、歩容周期中に股関節および膝関節に有益なモーメントを提供する。作動システム２００がケーブル１４２を後退させてユーザの足に力を印加すると、シース１４４はさらにＴ−コネクタ１１３および軟性外骨格スーツ１００に下向きの力を印加し、これによって次に歩容周期中に股関節および膝関節に有益なモーメントが印加され得る。

いくつかの局面に従うと、軟性外骨格スーツ１００のＴ−コネクタ１１３に印加される力によって、軟性外骨格スーツにおいてＴ−コネクタ１１３と腰ベルト１１０との間に張力が生じる。ノード１および大腿ブレース１２０は、張力を膝関節および股関節上に位置合わせして各関節に有益なモーメントを提供することを助ける。成人健常者にとって、平
地を自己選択したスピードで歩行するパワーは、大部分が股関節および足関節で発生し、膝関節で消散する。次に、筋肉が代謝エネルギを消費してこれらのモーメントを発生する。上述のように、本明細書中に開示される軟性外骨格スーツの局面の利点の１つは、足関節にエネルギを加えてプッシュオフ時の足底屈を補助し、立脚後期に股関節のエネルギを吸収するのを補助し、立脚のさらに後の部分でエネルギを加えることによって、歩行の代謝コストを減少させることである。足関節にエネルギを加えると、プッシュオフ時に必要な大きい足関節モーメントおよびパワーを発生するのに必要な筋活動を減少させることができ、それによって必要な代謝コストを減少させることができる。歩行の代謝コストを減少させるため、本明細書中に開示される軟性外骨格スーツは自然な歩容力学を有利に可能にする。軟性外骨格スーツのいくつかの局面において、足関節に印加されるエネルギは、踵を引上げて足底伸展を推進および／または引起こすケーブルによって提供される。ケーブルシース１４４からの力は、軟性外骨格スーツ１００の接続要素を介して上方に分散される（たとえば図１０Ａ参照）。

図１１に見られるような軟性外骨格スーツ１００アーキテクチャは、腰ベルト１１０を（ユーザの下腿にしっかり固定される）大腿ブレース１２０に接続し、大腿ブレースは履物（たとえばブーツ、靴等）接続要素１３０に接続される。腰ベルト１１０および大腿ブレース１２０は、ユーザの大腿の前方中間部でノード１と相互作用する接続要素１０２，１０３によって接続される。大腿ブレース１２０および履物接続要素１３０は、接続要素１０７と、足関節にアクチュエータ力を印加するケーブル１４２とによって接続される。腰ベルトとノード１との間の接続要素１０２，１０３、およびノード１と大腿ブレース１２０との間の接続要素１０４，１０５は、たとえば、効率的な動作の妨げとなるシステム内のいかなる弛みも取除くために、両側を共に引張ってそれらを所望の位置でベルクロで接続することによって、または一方側でスライドもしくはバックルを通る他方側を引張ることによって、事前に張力を印加され得る。接続要素１０４，１０５における事前張力印加は、たとえば、ノード１が所定位置にしっかり固定されて大腿ブレースがユーザの大腿の周りに位置決めされ締付けられた後に行われ得る。したがって、軟性外骨格スーツ１００は、双方とも円錐形状であり、ゆえに印加される事前張力に対する抵抗を提供する大腿（大腿ブレース１２０）と骨盤（腰ベルト１１０）との間で事前に張力を印加される。

たとえば図１０〜図１１に示される軟性外骨格スーツ１００によって足関節に力が印加されると、張力はさらに膝関節および股関節を横切って軟性外骨格スーツを上方に骨盤まで再び導かれる。接続要素に（さらに）張力が印加されると、それらは股関節、膝関節および足関節の周りにモーメントを、ならびに軟性外骨格スーツ−ユーザ接触のさまざまな点においてユーザに対する垂直力を生じる。いくつかの局面に従うと、軟性外骨格スーツ１００は、これらのモーメントおよび力がユーザの自然な歩容に悪影響を与えてユーザが付加的な代謝エネルギを消費しないように、ユーザに有利にフィットして位置合わせされる。接続要素、ノードおよびアンカー点の配置および向きは、外骨格スーツのさまざまな要素に張力がかけられると１つまたは複数の対象関節（たとえば股関節、膝関節および／または足関節）の周りに有益なモーメントを生じるように選択される。

軟性外骨格スーツ１００の剛性が増加するにつれ、軟性外骨格スーツは、所望の補助レベル、および軟性外骨格スーツの構成要素（たとえばノード、接続要素等）の最小変位の双方が提供される態様で、ユーザに作動力をより良く伝達可能である。上述のように、軟性外骨格スーツ１００は、たとえば腰ベルト１１０を腸骨稜の上に配置することによって骨盤が力を支えることができるようにすることによって、１つ以上のアンカー点（たとえば骨盤、肩等）に有利に依存して外骨格スーツ剛性を高めることができ、これによって下位のおよび内側／外側の力を分散させるための解剖学的レッジが与えられる。図７の例に示されるように、軟性外骨格スーツ１００は、脚に発生した力を、双方がノード１から始まる接続要素１０２，１０３を介して骨盤の両側に伝達する。（たとえば各脚の）ノード
１からの力を骨盤の両側に分散させる接続要素１０２，１０３を設けると、作動力全体が同じ側の骨盤骨上にアンカー固定されるのとは対照的に、作動からの力を骨盤の両側に分散させることができ、それぞれの腸骨稜に対するピーク点の力が減少し、使用時の軟性外骨格スーツの快適さが高まる。さらに、ノード１を反対側の股関節に接続する接続要素（たとえば図７の１０３）を用いると、軟性外骨格スーツは、それが反対側の股関節に取付けられる角度のために反対側の腸骨稜に対して水平力および鉛直力を生じ得る。この水平力は、腰ベルト１１０を腸骨稜の上部に接して付勢するのを助けるため、腰ベルトが滑り落ちないようにするのを助ける。

図１６に示されるように、接続要素１（腰バンド）に対する力は体の周りをほぼ水平に進むが、接続要素３に対する力は下向きに角度が付いている。共に作用するこれら２つの接続要素からの合力ベクトルはそれら２つのベクトル同士の間にあり、体の矢状面内に観察されるようにこの区域において丸まっている骨盤に対してほぼ垂直である。体に対して垂直に引くと、大荷重を印加しつつ接続要素を所定位置に残すことができ、不快感を生じ得る接線方向の動作が回避される。

図１６におけるノード１の位置によって、足関節から上がってくる力をそれぞれの脚上の一点にルーティングすることができ、力はその後、骨盤の両側に再び導かれる。本概念のいくつかの局面に従うと、ノード１を腰ベルト１１０に接続する接続要素を調節して力の方向を腰ベルトに向けて調節することによって、ノード１は、軟性外骨格スーツ１００がさまざまな関節上に発生するモーメントの制御を可能にする。

大腿ブレース１２０は、膝関節の回転中心に対する脹脛接続要素１０７（たとえば図７参照）の位置に対応するために脹脛接続要素にやや角度を付けることによって、軟性外骨格スーツ１００内の張力を維持するように構成され得る。脹脛接続要素１０７は、アクチュエータケーブル１４２を介して履物接続要素１３０に接続され得る。履物接続要素１３０は、履物（たとえばブーツ、靴等）の踵の周りのハーネスとして作用し得る１つ以上の要素（たとえばストラップ（１つまたは複数）等）を含み得る。履物接続要素１３０はユーザの足との剛性接続を提供し、履物上に力を分散させ得る。たとえば、アクチュエータケーブル１４２が履物接続要素１３０に上向きの力を及ぼすと、当該力は接続要素または材料のシステムを介して足裏および足の前部に伝達され、上向きの力が踵後部に及ぼされ、下向きの力が前足の甲に及ぼされる。履物接続要素１３０は、アクチュエータケーブル１４２に踵の剛性取付点を提供し、足関節に効果的に力を印加する。履物接続要素１３０はさらに、上向きの作動力を踵後部に、さらに足の甲に伝達して足の甲に下向きの力を印加することによって足関節の両側の足底屈を補助する力を印加することによって、プッシュオフ時の足底屈モーメントを補助する。

少なくともいくつかの局面において、軟性外骨格スーツ１００は、所定サイズに切出されるかまたはそうでなければ形成されて互いに縫付けられる平坦な材料（たとえばウェビング、ファブリック等）で構成される。図１２は、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツの平坦パターンレイアウトの一例を示す。腰ベルト１１０は複数の区分に分けられて形成され得、これらを従来のベルト固定装置と同様に重ね合わせすかしっかり固定して、腰ベルトをさまざまな腰寸法の人々に対して調節することができる。一例として、図１２に示される区分またはパネルは、リップストップナイロンおよび融着芯地層の１つ以上の層で、またはリップストップナイロンの１つ以上の層およびフォームパディングの一層（たとえば厚みが１／１６″から１／２″のポリウレタンまたはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ））で構成され得る。接続要素は、たとえば、１／２″〜３″のポリエステルウェビングで構成され得る。一局面において、接続要素１０２，１０３は幅が２″のポリエステルウェビングで形成されるが、残りの接続要素の残余は幅が１″のポリエステルウェビングで形成される。いくつかの接続要素（たとえば脹脛接続要素１０
７の遠端）は縫付けられてループを形成し、他の接続要素または構造との接続を容易にし得る。バックル（たとえばプラスチックバックル）を用いて接続要素を締結して締付けることができる。大腿ブレース１２０は一片または二片を含み得、少なくともいくつかの局面において、フックおよびループファスナ（たとえばベルクロ（登録商標））が片側に縫付けられた伸縮性綾織材料（たとえばポリエステル綿混紡）で構成される。

図１３は、本概念の少なくともいくつかの実施形態に係る軟性外骨格スーツの接続要素がどのように配置および構成され得るかの説明的な例を提供する。図１３では、軟性外骨格スーツの異なる接続要素はストラップを含み、以下の表２において番号および名前が付けられる。

図１３では、腰ベルトは平らにされ、ユーザと反対方向を向く側を提示するように示されている。この図は、腰ベルトおよびそれに直接取付けられた接続要素の概観を提供する。発明のいくつかの実施形態に従うと、腰ベルトは、端において接続要素およびバックルに接合され得る上部ベルト接続要素および底部ベルト接続要素を含み、接続要素およびバックルによって、腰ベルトと体上の任意の接触点（たとえば腸骨稜）との間に配置されるフォームまたは他のパディングを用いて腰ベルトをユーザの腰の周りに締結することができる。図１３の接続要素２および３は、図１３および図１４Ｂに示されるように、腰ベルト１１０から垂れ下がり、ノード１の上部に接続する。図１３の接続要素４および５はノード１の底部から垂れ下がり、大腿ブレース２００の上部に接続する。図１４Ａ〜図１４Ｂでは、図１３に一部が示される軟性外骨格スーツは説明のためマネキンに着せて示されている。

腰ベルト１１０は、軟性外骨格スーツが鉛直力の下で引下げられないように、または大腿ブレースを外骨格スーツの骨盤部分に取付ける接続要素の角度の結果である水平力によって腸骨稜上を滑らないようにする。ベルトはさらに、腰ベルト接続要素を締付けることによって、骨盤の周りに配置される張力によって滑り落ちることが防止される。ベルトは、ベルトの一部が寛骨の腸骨稜の上を通る骨盤の周りに張力を生じることによってこれを達成する。骨盤は、足関節のＴ−コネクタ１１３から軟性外骨格スーツ１００の接続要素を通って上方に腰ベルト１１２まで伝達される力の支持部またはアンカー点として作用する。

いくつかの実施形態に従うと、骨盤は、膝関節および肩などの他の骨のランドマークと比べて、歩容周期全体にわたって比較的小さい可動域を有する。骨盤は、歩容周期全体にわたって合計約１２°回転する横断面内にその最大の動きを有する。比較して、膝関節は
矢状面内に約５０°動き、肩の動きは常時ユーザの姿勢に大きく依存する。したがって、本概念に従うと、骨盤の使用は、主に歩容補助に向けられる本概念に従う軟性外骨格スーツ１１０の実施形態にとって好ましい。骨盤の可動域および歩容周期全体にわたるさまざまな脚の区分の位置の周期性によって、骨盤とさまざまな脚の区分との間の距離が歩容周期全体にわたって十分予測可能になり、これは、歩容周期中の特定の時間に軟性外骨格スーツ１００の張力を維持可能な適切なアンカー点の選択を通知するのに役立つ。さらに、骨盤構造はレッジを規定し、これに腰ベルト１１０を効果的に取付けて鉛直力および水平力の双方をアンカー固定することができる。

軟性外骨格スーツ１００の剛性は、ユーザ−軟性外骨格スーツインターフェイスのコンプライアンスによって一部決定される。ユーザと軟性外骨格スーツ１００との間のインターフェイスのコンプライアンスが低いほど、動作時の軟性外骨格スーツの剛性は高くなる。安定した低コンプライアンス特徴にアンカー固定することによって、軟性外骨格スーツはユーザの体により高い力を伝達することができる。さらに、骨盤の対称性は、荷重をユーザの体上に均一に分散させることを可能にする。体の両側に作動力を分散させることによって、任意の一点において軟性外骨格スーツから体に作用する垂直力を減少させることができ、褥瘡、摩擦およびラビングの形成を最小にするのを助け、それによって外骨格スーツの知覚される快適さを増大することができる。上述のように、本概念の少なくともいくつかの局面において、作動力はさらに、または代替的に、体上の１つ以上の他の場所（たとえば胴、肩等）に分散され得る。

少なくとも一局面において、腰ベルト１１０は上部ベルト接続要素および底部ベルト接続要素を含み、上部ベルト接続要素は（それが腸骨稜上で静止する場所で上部ベルト接続要素上に設けられたフォームパディングを任意に用いて）寛骨の上に配置され、底部ベルト接続要素は腸骨稜の直下にあるように配置される。これら２つの接続要素は、組合わされて、安定した取付プラットフォームを提供する。

腸骨稜にある骨盤は、軟性外骨格スーツのコンプライアンスを最小にするための好適なアンカー点を提供する。上述のように、軟性外骨格スーツは、腰ベルトがその上に静止し得る腸骨稜におけるレッジを提供する骨盤のジオメトリを活用する。これによって、鉛直力および水平力の双方をアンカー固定することができる。水平力は、骨盤の側部を囲む接続要素（たとえば下部ベルトストラップ）によっても抵抗され得る。コンプライアンスを減少させるとより剛性の軟性外骨格スーツが可能になり、これはスーツおよび着用者に効果的に力を印加するのに有用であり得る。軟性外骨格スーツが一定の剛性レベルに達すると、軟性外骨格スーツを介してユーザに伝達される力からユーザを保護するのに有用であり得る。多層ファブリックまたはフォームパディングなどのパディングを用いて、これらの力をユーザ上のより広い表面積全体に広げ、さらに、これらの力の衝撃を減少させる減衰媒体を提供することができる。しかし、このパディングはシステムのコンプライアンスを増加させ得、ゆえに、コンプライアンスおよび剛性を最適化して効率と快適さとのバランスを達成するための、制御すべき別の変数を提示する。

少なくともいくつかの局面において、ノード１（たとえば図７、図１３、図１４Ｂ参照）は、それぞれの脚に対する足関節作動に起因する力が集中し、その後、分割されて、ユーザの骨盤の両側に分散される接合部として構成され得る。ユーザの大腿上のノード１の位置を調節することは、力平衡および軟性外骨格スーツ１００張力を維持するのに有用であり得る。力は、大腿ブレース１２０を軟性外骨格スーツの腰ベルト１１０に取付ける１つ以上のストラップを介して分散され得る。

図７および図１４Ｂ、図１６に一例として示されるように、ノード（たとえば図１４Ｂのノード１）は、本概念の少なくともいくつかの局面に従って大腿の前額面の中央に配置
され、図１４Ａに示されるように接続要素２および接続要素３によって調節され得る。大腿上のノード１の鉛直方向の配置は、ユーザのサイズおよびノードから大腿の上部までの距離に従って調節され得、これらはユーザ毎に異なるが、股関節屈曲に干渉しないように一般に十分下方に離れている。適切な鉛直方向の配置は、ノード位置が設定された後に軟性外骨格スーツを着用しているユーザに股関節を屈曲させて、それが股関節屈曲に干渉するか否かを確かめることによって確認することができる。ノードの配置を用いて軟性外骨格スーツ１００内の力経路を最適に位置合わせおよび調節することができ、これによって、本概念のいくつかの局面に従うと、力不均衡のために回転する大腿ブレース１２０に関連する問題を防止または減少させることができる。不適切に位置合わせされた力経路は股関節および膝関節に望ましくないモーメントを生じ得、不自然な動作、筋疲労および痛みを引起こし得る。ノード１（たとえば図１３、図１４Ｂ、図１６）を用いることによって、足関節作動に起因する力が足関節から大腿前部に制御された直線経路で伝達され、骨盤の両側にさらに分散され得る。このように１つの接合部（ノード）に入る接続要素を用いると、接続要素を外骨格スーツ上に締付ける、緩めるまたは再び位置決めすることによって、股関節および膝関節の周りの張力経路をよりコヒーレントに調節することができる。これによって、歩容周期全体にわたって軟性外骨格スーツが股関節および膝関節に発生するモーメントのより良い制御および微調節が可能になる。

発明のいくつかの実施形態に従うと、ノード１を利用する軟性外骨格スーツの特定の構成は、よりはるかに高い外骨格スーツ剛性を達成可能な骨盤の両側に力経路をアンカー固定するため、他の方法で達成可能であるよりもはるかに高い外骨格スーツ剛性を達成するのを助ける。ノード１を使用すると、軟性外骨格スーツ１００は、腰ベルトの剛性がより大きい骨盤上に力を分散させることができ、この結果、軟性外骨格スーツは変位にほとんど悩まされずにより高い力を維持することができる。ノード１を腰ベルト１１０に接続する接続要素は、内側、外側および鉛直方向に拘束される際にノードの位置にしっかり固定され得る。接続要素４および５（たとえば図１６参照）に張力を印加して腰ベルト１１０と大腿ブレース１２０との間の軟性外骨格スーツ内に事前張力を確立することができ、これによって、骨盤に接して下向きにかつ大腿に接して上向きに軟性外骨格スーツに事前張力を印加することによって軟性外骨格スーツ剛性が増加する。接続要素４および５の張力印加に起因する正確な前負荷は、ユーザ毎に異なり得るユーザの快適さに従って調節可能な大腿前部を横切る心地よい張力を定性的に生じることによって達成され得る。

本概念の少なくともいくつかの局面に従うと、腰ベルト１１０（たとえば図７参照）は、腰ベルト内に張力が維持されている時に最適に機能する。腰ベルト１１０に適切に張力が印加されなければ、軟性外骨格スーツ１００は作動が適用されるとたるむ。

腰ベルト１１０の適切な鉛直方向の配置は、適切な軟性外骨格スーツ剛性を維持するために望ましい。本概念のいくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツ１００は、ユーザに作用する力の大部分に対するアンカーとして骨盤上の腸骨稜を利用する。腰ベルト１１０が腸骨稜によって支持されていない場合は、軟性外骨格スーツ１００は、それが体の他の特徴によって支持されない限り、初期の剛性と同じ剛性を提供できない場合がある。腰ベルト１１０の設定位置が低過ぎると、または位置が使用時に低くなり過ぎると、ベルトがユーザの股関節動作に干渉して不快感（たとえば股関節屈筋の痛み）を引起こし、軟性外骨格スーツの機能性を低下させ得る。

軟性外骨格スーツの局面を評価する際、立脚初期から中期に股関節を横切って生じる張力は股関節屈筋および中臀筋の筋疲労につながり得ることが発明者らによって判明した。立脚初期から中期では、股関節が屈曲し、ゆえに、この屈曲に抵抗するモーメントを生じるためには、張力が股関節の回転中心の後ろからその下に、かつ大腿前部まで進むことが必要である。ゆえに、図１３および図１４Ｂの接続要素２が股関節の回転中心の下に進む
と、そのようなモーメントを生じ得る。これらのモーメントを生じる接続要素２をもたらし得る可能性のある方法は２つある。第１は、ノード１が大腿上であまりにも低く位置決めされることである。第２は、接続要素２が腰ベルトのさらに後ろに取付けられることである。接続要素２は、ノード１（図１３または図１４Ｂ参照）が大腿中心に対して正確に位置決めされると、（たとえばベルクロ（登録商標）を介して）腰ベルトに直接取付けられ得る。ノード１が正確に配置されると、接続要素２をノード１から腰ベルトに一直線に伸ばして（すなわち接続要素が滑らかで着用者と面一であり続けることを確認して）、接続要素２が腰ベルトに対して適切な取付角度を確実に有するようにすることによって接続要素２を腰ベルト１１０に取付けることによって、ノード１がしっかり固定され得る。一般に、ノード１は、大腿中心に、骨盤（すなわち腸骨稜）の約１０ｃｍ内側に、膝蓋骨の真上に横方向に位置決めされ得、大腿と胴との間のしわの真下に鉛直方向に位置決めされ得る。接続要素２および３の各々は、それぞれ体の同じ側および反対側で、この点から骨盤の側部（腸骨稜の側部）まで上向きに角度を付けて伸び得る。外側接続要素２は水平に対して約４０〜６５°の角度を付けられ得、接続要素３は水平に対して対応するより小さい角度を有し得る。

ノード１が不正確な水平場所に配置されると、外骨格スーツの不利な回転が起こる。図１７Ｂに示されるように、ノード１が大腿中心の左または右に配置されると、軟性外骨格スーツ内の張力は脚の対称性に対して不均衡になる。この場合、ノード１は接続要素２および３によって拘束され、ゆえにその位置にしっかり固定されることになる。接続要素４および５は、軟性外骨格スーツ１００が作動されると大腿ブレースに回転力を及ぼし始める。力経路が、脚の対称線と一直線にあるのとは対照的に、脚の対称線の一方側または他方側に導かれるためである。回転は、軟性外骨格スーツ１００が作動されると大腿ブレース１２０が不均衡が生じているいずれかの側に引張られることによって生じる。軟性外骨格スーツ１００の張力が作動後に解放されると、大腿ブレース１２０はユーザ上に再び落着くが、今や不均衡に向かう方向にやや並進しているため、その元の位置には戻らない。これは、接続要素４および５がノード１に対する対称性を回復するまで作動周期毎に繰返される。その点において、大腿ブレース１２０は、脹脛接続要素１０７がもはや膝関節の回転中心と正確に位置合わせされないようにすでに回転しているため、軟性外骨格スーツは今やユーザに対して不正確なモーメントを生じる。

本概念の少なくともいくつかの局面において、ノード１は、図１７Ａに一例として示されるように、大腿の屈曲点の数センチメートル下で大腿中心に直接配置される。このおおよその鉛直方向の配置は、ノードが位置決めされた後に着用者に股関節を屈曲させて、ノード１がその股関節屈曲に干渉するか否かを確かめることによって決定され得る。名目上、ノード１は屈曲点の近くに配置されるが、股関節屈曲に干渉するほど近くはない。ノード１は、水平方向の位置ずれによって軟性外骨格スーツが望ましくないように回転し得るため、大腿中心に水平方向に位置決めされるべきである。ノード１が大腿に対して正確に位置決めされると、ノード１はまず、ノード１から腰ベルトに接続部材２を伸ばして接続部材２を腰ベルトに取付けることによってしっかり固定され、これによって接続部材２は腰ベルトに対して適切な取付角度を確実に有し、第２の接続部材３はノード１バックルを通ってループ状にされ、接続部材３をしっかり固定する際にノード中心位置が移動しないように注意しながら取付けられる。ノード１の鉛直方向の配置は、水平方向の配置ほど軟性外骨格スーツの機能にとって重要ではない。ノード１が大腿上であまりにも高く位置決めされると、ノード１はユーザの股関節屈曲に干渉し、明白になる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、大腿ブレース１２０は下腿に巻付き得る。一局面において、大腿ブレース１２０は互いに接合される二片、すなわち、ユーザの方向を向くフックおよびループファスナ（たとえばベルクロ（登録商標））を有し得る前片と、ユーザと反対方向を向くフックおよびループファスナ（たとえばベルクロ（登録商標））を
有し得る後片とを含む。脹脛接続要素１０７は二層同士の間に挟まれ、フックおよびループファスナ（たとえばベルクロ（登録商標））によって所定位置にしっかり固定され得る。

本概念の少なくともいくつかの実施形態に従うと、図１８に示されるように、大腿ブレース１２０の底部は膝蓋骨の上部の約３〜６センチメートル（好ましくは約４〜５ｃｍ）上に配置されるが、この距離はユーザの生理機能に依存して変化し得る。好ましくは、大腿ブレース１２０は、脹脛接続要素１０７のより広い調節可能範囲を可能にするようにさらに高く位置決めされる。筋肉量が少量から中程度のやせ形から標準サイズのユーザについては、大腿ブレース１２０は膝蓋骨の４センチメートル上に位置決めされ得る。大腿径がより大きいユーザについては、大腿ブレース１２０は膝蓋骨の５または６センチメートル上に位置決めされて脹脛接続要素１０７の正確な位置決めを可能にし得る。ゆえに、膝上の大腿ブレース１２０の位置は、大腿ブレース１２０に取付けられる脹脛接続要素１０７の適切な配置を提供するように、かつ脹脛接続要素１０７が膝関節の可動域に干渉しないことを確実にするように選択され得る。さらに、大腿は典型的に脚を上がるにつれて径が大きくなるため、これによって脹脛接続要素が膝関節区域に接触することを回避することができ、それによって膝関節区域内の擦れを回避することができる。

図１９に示されるように、脹脛接続要素１０７が大腿ブレース１２０を出る場所および角度は調節可能である。この調節可能性によって、ユーザは、脹脛接続要素１０７を膝関節の回転中心に対して適切に位置決めしつつ、ユーザの特定の生理機能および筋組織に対応するように軟性外骨格スーツを調節することができる。膝関節の回転中心に対する脹脛接続要素１０７の配置の調節を用いて、膝関節に正確なモーメントが確実に生成される。

発明のいくつかの実施形態に従うと、大腿ブレース１２０は、軟性外骨格スーツに張力が印加されると水平荷重を平衡させることによって外骨格スーツ剛性に寄与し得る。この水平荷重は、たとえば図１９および図２０Ａ〜図２０Ｂに示されるように、軟性外骨格スーツの荷重経路が、足関節から骨盤へ上向きに進む際にやや角度を付けられていることに起因し得る。膝関節の回転中心に対する脹脛接続要素１０７の正確な配置に対応するため、大腿ブレース１２０において方向転換が起こる。脹脛接続要素１０７の正確な配置は、軟性外骨格スーツが作動されると張力が膝関節を横切って生じるため、望ましい。脹脛接続要素１０７が膝関節の回転中心に対してどこに位置決めされるかに依存して、この張力に応答して発生するモーメントはユーザを助け得るか、または邪魔し得る。軟性外骨格スーツ張力がユーザの自然な膝関節モーメントに悪影響を与えないようにするため、張力は作動時に膝関節の回転中心と一直線に、またはそのやや前にあり得る。大腿ブレース１２０上の脹脛接続要素１０７の位置、および脹脛接続要素１０７が大腿ブレース１２０を出る角度は、張力が膝関節の回転中心と一直線に、またはその前にあるように調節され得る。

図１９は、Ｔ−コネクタに力が印加される際の外側脹脛接続要素１０７内の張力を示し、当該印加は脚の他方側の外側脹脛接続要素１０７にも起こっている（図示せず）。図２０Ａ〜図２０Ｂは、内側および外側脹脛接続要素１０７上の力が大腿ブレース１２０で集中する様子を示す。脹脛接続要素１０７の各々は、固定アタッチメント（たとえばベルクロ（登録商標））を介して大腿ブレース１２０に結合される。脹脛接続要素１０７に作用する力の方向は、脹脛接続要素１０７を互いに引離すように作用し、大腿ブレース１２０への２つの脹脛接続要素１０７取付点同士の間のファブリックに張力をかける。結果的な張力プロファイルは、図１６Ａの水平ベクトルによって図２０Ａに示されており、大腿ブレース１２０内の最高張力（最大ベクトル）は大腿ブレース１２０の底部の大腿ブレース１２０内にあり、大腿ブレースの底部からの高さが増加すると張力が減少する（より小さいベクトル）。力プロファイルは、印加される力の方向、および脹脛接続要素１０７が大
腿ブレース１２０に対してどのように角度を付けられるかの双方に依存するため、ユーザによっては、水平力は大腿ブレース１２０の上部で符号が反対になる。

脹脛接続要素１０７は大腿ブレース１２０に取付けられ、脹脛筋肉の大部分の下の脛の後部で互いに接合し得る。２本のストラップが脹脛筋肉の大部分の下で出会う接合部は、ボーデンケーブルシース１４４が軟性外骨格スーツ１００に取付けられ得る点である。上述のように、本概念の少なくともいくつかの局面において、脹脛接続要素１０７の長さ、角度、および大腿ブレース１２０への接続場所はすべて、生理機能が異なるユーザに対応するように調節可能である。いくつかの実施形態では、脹脛接続要素１０７の正確な配置を提供する調節要因は４つあり、これらの変数の各々についての重要な目的は、脹脛接続要素１０７をユーザの膝関節の回転中心に対して正確に位置決めすることである。第１の要因は脹脛接続要素１０７が大腿ブレース１２０を出る場所（図２０Ｂ）であり、第２は脹脛接続要素１０７が大腿ブレース１２０を出る角度（図１９）であり、第３は膝蓋骨の上の大腿ブレースの鉛直方向の位置（図１８）であり、第４は脛に対するボーデンケーブルＴ−アタッチメントの鉛直方向の場所（図２１）である。

上述の要因は、ユーザの大腿周囲および大腿長に対して調節可能である。本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの実施形態がそれらの要因の１つ以上におけるそのような変動性を可能にする場合（たとえば、特定のユーザに設計されるかフィットするスーツでは、軟性外骨格スーツはそのような後の調節可能性を提供しなくてもよい場合がある）、脹脛接続要素１０７の最適配置は、脹脛接続要素１０７に張力が印加されると、脹脛接続要素１０７はユーザの自然な歩容周期に悪影響を与えることになるモーメントを膝関節において生じないようなものである。脹脛接続要素１０７がユーザの自然な歩容周期に悪影響を与えることになるモーメントを膝関節において生じないことを確実にするための１つの方法は、張力を膝関節の回転中心に通すことによって軟性外骨格スーツが膝関節にモーメントを生じないことを確実にすることである。しかし、膝関節は歩容周期全体にわたって広い可動域全体で屈曲および伸展し、瞬間回転中心が絶えず変化するため、この手法は実現が困難である。この目的を達成するための別のより実際的な方法は、ユーザの自然な歩容に悪影響を与えないモーメントの生成を可能にすることである。

正確な脹脛接続要素１０７の配置をさらに示すため、膝関節および足関節力学の理解が役立つ。本概念の少なくともいくつかの局面において、歩行運動を補助するように構成される軟性外骨格スーツは、歩容周期の約３０％から歩容周期の６２％にかけて起こる立脚終期および前遊脚期の間に作動される。立脚終期の開始時（３０％歩容周期）、腓腹筋（腓筋）およびヒラメ筋（内腓筋）はそれらの収縮を徐々に増加させて、増加する足底前足屈筋モーメントに対抗し、筋および腱組織に弾性エネルギを貯蔵し、体が前のめりになると起こるヒールリフト／プッシュオフ時に反跳する。この活動は、踵が上がって枢軸点が前足に移動した時に足関節が足底屈し始めると増加する。さらにこれが起こる際に、膝関節屈曲がその最低点（４０％で約５°）に達する。この屈曲減少は、体重が今や前足上に前のめりになっており、落下する体の力ベクトルを膝関節の回転中心の前に置かれて膝関節の受動的な伸展が生じると起こる。しかし、この伸展は後筋動作、すなわち、膝関節および足関節の行動によってすでに緊張している腓腹筋、ならびに膝関節を横切る膝窩筋によって抵抗される。最小屈曲角度に達する（４０％歩容周期）と、その点で膝関節はヒールライズのために体ベクトルの前にすでに移動しているため、膝関節は即座に屈曲し始める。この点において、膝関節伸展に抵抗するように作用していた後筋は、今や股関節屈曲と、今や膝関節の回転中心の後ろにありしたがって股関節屈曲を受動的に推進している体ベクトルとを推進している。立脚終期は、対側肢の最初のコンタクト（５０％歩容周期）で終了する。前遊脚期の開始（５０％歩容周期）と共に体重が他方の足に移動し、膝関節が自由に屈曲できるようになる結果、アキレス腱の弾性収縮力、後筋の活動および膝関節の回転中心の後部にある体ベクトルの受動的活動が起こる。しかし、股関節屈曲があまり
にも迅速に起こると、大腿直筋が膝関節を減速させるため、膝関節に伸展モーメントが生じ、ゆえに前遊脚期中の伸展モーメントは常に存在するとは限らず、脚がどの程度迅速に屈曲するかに依存する。

上記の説明から、作動期中の膝関節を横切る軟性外骨格スーツの張力について三点指摘される。第一に、歩容周期の３０から４０％の間にそのような張力が膝関節の回転中心の前に存在する場合、張力によって後筋（腓腹筋および膝窩筋）は屈曲の減少を低下させるためにさらに働くことになる。これは、外骨格スーツを着用している人々に「過度の張力」という感覚を引起こし、これは、脹脛接続要素１０７を大腿ブレース１２０上のより後部の位置に動かすことによって矯正することができる。第二に、歩容周期の４０から５０％の間に張力が膝関節の前にある場合、張力は、その点で、体ベクトルが回転中心の後ろにあるために受動的にかつ後筋のために能動的に起こっている股関節屈曲に抵抗することになる。この点において、脹脛接続要素１０７を膝関節の回転中心の前に配置すると後筋を酷使する可能性が高いため、脹脛接続要素を膝関節の回転中心と一直線に、またはその後ろに配置することが有益であろう。第三に、歩容周期の５０から６２％の間に張力が膝関節の前にある場合、張力は、アキレス腱の反跳のために受動的に起こっている膝関節屈曲動作、および後筋の直接的な筋作用に抵抗することになる。膝関節の屈曲モーメントは前遊脚期中に大腿直筋によって抵抗されることもあるが、常にそうであるとは限らず、歩容周期のこの部分から予想され得る伸展モーメントは常に起こるとは限らない。

モーメントおよび対応する膝関節の動きを観察し、軟性外骨格スーツの異なる構成の詳しい研究室試験の結果を分析することによって、本発明者らは、広範なユーザ生理機能についてユーザの自然な歩行周期を妨害しないモーメントを生じるように張力を印加されるか印加され得る脹脛接続要素１０７の構成を開発した。適切な軟性外骨格スーツ接続要素の位置決めを決定する（たとえば数例を挙げれば、体重、パワー、代謝効果、快適さ、および異なる生理機能の変動性の最適なバランスを達成するために）ための第１の試練は、単に人毎に異なる大きな寸法上の分散であった。第２の試練は、作動期の終わりに近いプッシュオフ（５０％歩容周期）のあたりで膝関節が伸展から屈曲に変わるレートであった。ストラップが膝関節の回転中心の後ろに移るのが早すぎると、ユーザの自然な歩容を妨害する望ましくない屈曲モーメントが生じる。この点において、脹脛接続要素１０７を膝関節の回転中心と一直線にまたはその後ろに移してユーザに悪影響を与えるのを回避することが有益であり得る。

いくつかの実施形態に従うと、脹脛接続要素１０７の所望の配置が図２３Ａ〜図２３Ｂに示されており、これは、着用者が直立起立位にある時にそれらの作用線が膝関節の有効回転中心を通過することによって上記の問題を回避する。この位置は、脛骨の両側の大腿骨と脛骨との接合部を見つけ、表面の解剖学的構造を観察することによって決定され得、適切な位置はそれぞれ大腿骨および脛骨上の骨突起によって特定され、これら同士の間に前後方向に走る「谷」すなわち窪みがある。横から膝関節を見た場合、脹脛接続要素１０７が正常に通過する場所は、膝関節の後側（後部）から約３０％〜４０％の距離である。これがまさに当てはまる人々もいる。他の人々（たとえば大柄の人、筋肉質の人）にとっては、正確な配置は、近似および試行錯誤手法を用いて個別的に決定される。

図２４Ａ〜図２４Ｂは、本概念の局面に従う軟性外骨格スーツ１００の一実施形態についての一歩容周期の作動期を示す。作動期１９０は、膝関節モーメント（図２４Ａ）および可動域（図２４Ｂ）グラフの双方でハイライト表示されている。左部分１９１は軟性外骨格スーツ１００が膝関節の周りに伸展モーメントを生じる時を表わし、右部分１９２は膝関節が膝関節の周りに屈曲モーメントを生じる時を表わす。望ましくは、軟性外骨格スーツが着用者に加えるモーメントは、着用者によって自然に生じるモーメント（すなわち、動作時の自然な生物学的モーメントにできる限り等しい関節（１つまたは複数）の周り
のモーメント）を反映する。軟性外骨格スーツ１００からの関節モーメントが所与の時間における動きの自然なモーメントと逆になり得る状況では、軟性外骨格スーツ１００は望ましくは、（たとえば接続要素１０７を膝関節の回転中心を通過させることによって膝関節モーメントをできる限り小さくするために）関節の周りのモーメントアームを最小にする。

図２５Ａに示されるように、脹脛接続要素１０７は、ボーデンケーブルシース１４４（図示せず）が軟性外骨格スーツに接続するＴ−コネクタ１１３で終端する。いくつかの実施形態に従うと、Ｔ−コネクタ１１３は腓筋の大部分の下に位置決めされる。腓筋はコンプライアントであり突出しており、したがって、Ｔ−コネクタ１１３が作動時にその上に配置されると、筋肉に食込み、それによってシステムのコンプライアンスを増加させてユーザの不快感を引起こす。腓筋の下の空間はコンプライアンス度がはるかに低く、脹脛接続要素１０７が腓筋の大部分を収容するためにより深く角度を付けられているのとは対照的により直線的な経路で脛を下降することも可能にする。脹脛接続要素１０７が鉛直に対してより大きい角度で脛を下降する場合、軟性外骨格スーツは張力を印加されると今やまっすぐになろうとするため、軟性外骨格スーツの力経路の効率が低下する。

図２５Ａは、本概念のいくつかの実施形態に係る側面図からの脹脛接続要素１０７に作用する力を示す。点線ベクトル２００（上および下矢印）は作動力経路を表わし、実線ベクトル２０１は脹脛接続要素１０７およびＴ−コネクタの底部の、ならびにそれらが大腿ブレース１２０を出る上部の反分力を表わす。脹脛接続要素１０７に沿って作用する点線ベクトル２０２は、作動に起因する図示される脹脛接続要素１０７内の張力を表わす。ユーザに作用する水平分力２０３も示される。

図２５Ｂは、着用者の脹脛に対するＴ−コネクタ配置を示す。図２５Ｃは、鉛直方向の配置（１）および（２）に対する角度差を示す。配置（１）に起因するより大きな角度はより大きな水平力成分を作り出す効果を有し、これによってＴ−コネクタが着用者の脹脛に押込まれる。脹脛接続要素１０７の正確な位置決めは、腓筋の大部分を迂回することによってシステムの全体的なコンプライアンスに寄与する。腓筋の下の区域は主に皮膚と骨であり、ゆえに比較的低いコンプライアンスを提供する。腓筋を迂回することによってさらに、脹脛接続要素１０７が鉛直に対してより直線的に脛を下降することができる。脹脛接続要素１０７が脹脛の上で終端する場合、２つの悪影響が生じることになる。第一に、脹脛接続要素１０７は鉛直に対してより大きい角度で脛を下降し、軟性外骨格スーツは張力を印加されるとまっすぐになろうとするため、軟性外骨格スーツの力経路の効率が低下する。第二に、脹脛のコンプライアンスのため、鉛直に対してまっすぐになる脹脛ストラップの傾向によってＴ−コネクタ１１３が脹脛に食込み、これによって、アクチュエータはこの付加的な変位を補償しなければならないため軟性外骨格スーツの剛性が低下する。脹脛接続要素１０７の端のＴ−コネクタ１１３は、Ｔ−コネクタ１１３を踵の中心線と直接的に一直線に位置決めすることによって、水平に対して正確に位置決めされ得る。脹脛接続要素１０７を鉛直に対して正確に位置決めするために、接続要素は、Ｔ−アタッチメントが履物（着用している場合）の上に位置決めされるように、または名目上Ｔ−コネクタ１１３が腓筋の大部分の下に位置するように調節され、これによって脹脛ストラップが脹脛のマッシーな（mushy）大部分をうまく迂回することができる。いくつかの実施形態
に従うと、より剛体の構成要素のいくつかは、より軟性の、かつよりコンプライアントな構成要素に置換えられ得る。

履物接続要素１３０は、ユーザの足に剛性インターフェイスを提供する。少なくともいくつかの局面において、履物接続要素１３０は、図２６Ａ〜図２６Ｃに一例として示されるように、ブーツの周りに配置されたハーネスの形態を取り、これらの図はそのようなブーツの側面図、背面図および底面図をそれぞれ示す。図２７（側面図）は、示される例示
的な履物接続要素１３０上に設けられる３つの調節点を示し、調節点１〜３は白破線で囲まれている。以下の表３は、各調節点の機能を示す。履物接続要素１３０は、踵における作動に起因する上向きの力を足の前部に中継し、そこで図２８Ａに見られるように下向きの力を加える。このように上向きの水平力を足の前部に伝達することは、発生する相補的なモーメントのおかげで足関節足底屈を推進することを助ける。図２８Ｂは、ブーツの底の履物接続要素１３０上の力経路を示す。

接続部材の位置決めについて、図２６Ａ〜図２６Ｃの接続部材１は示されるように履物の中央に巻付く。これは、踵と前足との間の溝内に配置されるべきである。接続部材１は、ずれを防ぐために取付メカニズム（たとえばベルクロ（登録商標））によってしっかり固定される必要がある。接続部材２は示される例では幅広部分を含み、足の甲で接続部材１の中心部に接続される。接続部材３は示されるように足関節に巻付き、履物接続要素１３０が踵から滑り落ちないように拘束し、より高い剛性を提供するために上向きに張力を印加されている。接続部材４は、履物接続要素１３０が内側および外側に滑らないように拘束する。接続部材４の底縁は、後部のブーツの端縁の周り約０．５ｃｍに有利に配置され得る。接続部材４のこの位置決めは、ノード２の正確な位置決めをもたらす。接続部材５はアクチュエータケーブル取付点であり、接続部材６は踵に作動力を伝達する。ノード２は望ましくは、鉛直方向において踵の裏のできる限り近くに、かつ内側−外側方向において踵の中央に直接的に配置される。ノード３は足底中心のやや後ろに配置され、その位置はノード２の配置によって決定される。

ブーツアタッチメントを正確に着用する方法の一例では、まずノード２が踵上に配置され、次に図２６Ａ〜図２６Ｃに示される接続部材１および６が、示されるようにそれらの正確な位置でブーツの下に配置される。この点において、着用者がブーツを履いて起立して接続部材１および６を所定位置にしっかり固定することがおそらく効果的である。これらの接続部材がそれらの名目位置に保持されると、接続部材１が必要に応じて調節され（たとえば張力を印加され／緩められ）、その後接続部材３が必要に応じて調節され（たとえば張力を印加され／緩められ）、最後に接続部材４が必要に応じて調節され（たとえば張力を印加され／緩められ）、この順序で行われる。

別の実施形態では、履物接続要素１３０は、まるでソックスのように履くことができるソックス状構造を含み得る（たとえば図２６Ｄ、図７９参照）。任意に、履物接続要素１３０は、履物接続要素を着用者の足の周りにしっかり固定するように（たとえばベルクロ（登録商標）等）を用いるなどして締付けるか締めることによって）調節され得る１つ以上のファスナを含む。さらに代替的に、履物接続要素１３０は足を踏み入れる構造を含んでもよく、これは次に折重ねられて足を包み、この位置で１つ以上のファスナが締付けられるか締められて（たとえばベルクロ（登録商標）等）履物接続要素１３０を着用者の足の周りにしっかり固定する。そのような履物接続要素１３０の例は図２６Ｄのパネルに示されており、この図は足へのブーツ内アタッチメントの図を示しており、足が中立位置にある場合（左）、アタッチメントが足に接してピンと張られて足が足底屈している場合（中央）、およびアタッチメントが弛んで足が背屈している場合（右）が示されており、さらに下にはその構成を示す足アタッチメントが示される。図２６Ｄの履物接続要素１３０は単純なテキスタイル系構造であり、ウェビングが着用者の踵の下および前足の上に伸びる。示されるように、ウェビングは前足上にベルクロ（登録商標）で取付けられるが、これは一片に縫込まれてもよい。図２６Ｄの履物接続要素１３０は、履物接続要素を所定位置に保持するために用いられ得る着用者の踵の周りに接続するように構成される接続要素を含む。

図２６Ｅ〜図２６Ｇは、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ履物アタッチメント１３０の別の実施形態の局面を示す。図２６Ａ〜図２６Ｃに示される設計では、ボーデンケーブル１４２アクチュエータへの接続点を提供するブーツまたは靴上に配置されるハーネスの形態の履物接続要素１３０に注目した。これらの解決策は「ブーツ外」解決策であり、ケーブル１４２を引張り踵に対して上向きにブーツ踵上に力を生じる。「ブーツ内」力アクチュエータを利用する履物接続要素１３０（たとえば図２６Ｅ〜図２６Ｇに示される）が足関節の周りにモーメントを生じるためには、２つの部分、すなわちケーブル取付インソールおよびケーブルガードが利用される。着用者に力を印加するために、ケーブルは、たとえば図２６Ｅに示されるように、一端が靴の外部のアクチュエータに固定され（Ａ）、他端が着用者の足インソールの下の靴の内部の物体に付けられた（Ｂ）状態で、着用者の靴またはブーツ内に伸びる必要がある。

別の局面において、プラスチックまたはフォーム要素１３１が前足上のウェビング１３３と着用者の足との間に任意に挿入され、図２６Ｇ（ａ）に一例として示されるように、ウェビングが分離して用いられるよりもより均一に足の甲に圧力を分散させる。別の局面において、足の甲および／または足関節上でミッドソール１３２がウェビング（および任意に上述のようなフォームまたはプラスチック）と組合わされて、図２６Ｇ（ｂ）に示されるように、足に伝達すべきトルクのための付加的な経路を提供し得る。

たとえば図２６Ｅ〜図２６Ｆに示されるようにケーブルまたはウェビングをインソール要素１３０の後部に取付けると、ケーブルまたはウェビング上の点に印加される力が矢状面内の足関節に近接した着用者の踵に伝達され、これによって関節の周りにトルクが生じるように点Ｂを固定する方法が提供される。このインソールは、部分的なインソールであってもよいし、完全なインソールであってもよい。インソールは、荷重を踵に分散させるためにカーボンファイバなどのいくつかの剛性要素を有することが望ましい場合がある。剛性要素が用いられる場合、インソールは有利に区分に分けられて母指球上の最大可動域を可能にし得る。下肢の後部にケーブルガードが設けられる（たとえば図２６Ｆ参照）。作動のため、ケーブルは後退する必要がある。ケーブルがブーツと着用者の足との間で圧縮される状況では、ケーブル着用者とブーツとの間の摩擦のために擦傷および効率低下が生じ得る。ゆえに、ケーブルが自由に動くための開放チャネルを提供するシステムが望ましい。

ソックス状履物接続要素１３０は、着用者の足にしっかり固定されると、次に、ソックス状構造の上部に取付けられて脹脛接続要素１０７の底部から直接上方に進む接続要素（たとえばウェビング）を介して軟性外骨格スーツ１００に接続される。さらに別の実施形態では、履物接続要素１３０は、踵（たとえば着用者の踵、履物の踵）に巻付くように構成されるヒールカップを含む。さらに別の実施形態では、履物接続要素１３０は、着用者の足（たとえば踵）の一部または足全体の下の履物に入るインソールインサートを含み、そのようなインソールインサート、または上述のヒールカップは、後部および／または後外側部で、履物を出て軟性外骨格スーツアクチュエータケーブルに取付けられる接続部材（たとえばウェビング）に取付けられる。望ましくは、履物の内部に配置される任意の接続部材は、着用者との摩擦を最小にするための低摩擦シース、低摩擦コーティング、または低摩擦材料を含む。さらに別の局面において、履物接続要素１３０は、履物のソールの一部（たとえば踵のみ）または履物のソール全体の下に入るソールインサートを含む。接続部材（たとえばウェビング、ケーブル等）がソールインサートの後部および／または後外側部に設けられ、軟性外骨格スーツアクチュエータケーブルに取付けられる接続部材に接続される。

発明のいくつかの実施形態に従うと、アクチュエータ２００をさらに用いて、本概念に
従う軟性外骨格スーツ１００の着用時の歩行（または他の運動または活動）の代謝コストを減少させることができる。アクチュエータ２００を用いて所望のモーメントの力を補い、たとえば（歩行については）、足関節筋が最大パワーを生成している歩容周期のトゥプッシュオフ部分の間に足関節の周りの力を補う。この行動を行うため、一例として、モータを用いてボーデンケーブル１４２に対して必要な力／変位を生じることができ、センサ１５０を用いて関節位置を検知して作動タイミングを決定することができる。

アクチュエータ２００は、ケーブルを用いてユーザの履物（たとえばブーツ）に伝達されてユーザのブーツ上の点と軟性外骨格スーツの底部との間の距離を変化させ得る力を発生する（たとえば図２１〜図２２参照）。最小伸長性の軟性外骨格スーツでは、この縮小距離によって軟性外骨格スーツ１００、履物接続要素（たとえばブーツアタッチメント）、およびケーブル１４２内に引張力が発生する。この引張力は、足関節の軸からオフセットした位置に印加されて関節の周りにモーメントを生じ得る。

一例として、可撓性ボーデンケーブル１４２がシステム１００によって用いられ、アクチュエータユニット２００内のアクチュエータ（１つまたは複数）から軟性外骨格スーツ１００に力が伝達され得る。たとえば図１０Ａに示されるように、剛体のおよび／またはより重いアクチュエータ（１つまたは複数）２００が遠くにまたは遠位に（たとえば下半身から離れたバックパック上に）装着され得る。

本概念の少なくともいくつかの局面において、各肢（たとえば脚）は、１つ以上のアクチュエータを含み得る自身のアクチュエータユニット２００によって駆動され得る。本概念のさらに他の局面において、各関節は、１つ以上のアクチュエータを含み得る自身のアクチュエータユニット２００によって別個に駆動され得る。本概念のさらに他の局面において、複数の関節が、１つ以上のアクチュエータを含み得るアクチュエータユニット２００によって駆動され得る。

本概念に従う一実施形態では、たとえば図２９に示されるように、各アクチュエータユニット２００はドライブモータ２２２およびプーリモジュール２２４を含む。アクチュエータユニット２００を用いてボーデンケーブル１４２を駆動し、ヒールストライクコンタクトを測定する（フットスイッチ参照、図３０）ことによってユーザの歩容を検知する。ボーデンケーブル１４２はプーリモジュール２２４内のプーリホイール２２５に取付けられ、プーリホイール１２５の回転によって伸びて後退する。いくつかの実施形態に従うと、ドライブモータ２２２は、プーリモジュール２２４に結合される出力軸の駆動トルクを増加させてボーデンケーブル１４２を駆動し、ユーザの動作に補助を提供するギアリング（たとえば図２９に示されるギアボックス）を含む。他の局面において、モータ２２２は中間ギアリングなしでプーリモジュール２２４に直接接続される。

ドライブモータ２２２は、モータ出力軸の回転位置を示すように構成されるエンコーダ（図示せず）または他の位置センサを有利に含む。ドライブモータ２２２（および設けられる場合はエンコーダ）は、ドライブモータ２２２のパワー、スピードおよび方向を制御するために用いられるモータコントローラ２２８に接続される。本概念のいくつかの局面に従うと、１つよりも多いモータを制御するための集中型モータコントローラが設けられる。代替的に、各アクチュエータユニット２００は、センサ入力を受信し、モータコントローラ２２８と通信してそのアクチュエータユニットのドライブモータ２２２の動作を制御するように構成される、自身の常駐システムコントローラ２２６を含む。システムコントローラ２２６（または任意に集中型モータコントローラ）は、たとえばＰＣ／１０４標準に基づいたシステムであるがこれらに限定されない、コンピュータまたはマイクロプロセッサベースシステムを含み得る。ドライブモータ２２２は、ボーデンケーブル１４２の近端に係合するプーリホイール２２５を含むプーリモジュール２２４に直接的にまたは間
接的に（たとえばギアトレインを介して）結合される。

プーリモジュール２２４はハウジング２３０を含み、ハウジング２３０は、プーリホイール２２５が第１の方向に回転すると、ボーデンケーブル１４２がプーリに巻付くことによってボーデンケーブル１４２の遠端がボーデンケーブルシース１４４の遠端内に後退し、プーリが第２の方向に回転すると、ボーデンケーブルがプーリから解かれることによってボーデンケーブル１４２の遠端がボーデンケーブルシース１４４から伸びるようにボーデンケーブルシース１４４に係合するように適合される。少なくともいくつかの実施形態では、プーリ２２５は、自身が第２の方向に回転するとケーブル１４２が駆動され伸長力を印加し得るように、ハウジング２３０に収納される。

上述のように、本概念の少なくともいくつかの局面において、１つのアクチュエータユニット２００を用いて１本以上の肢および／または１つ以上の関節にエネルギを提供することができる。一例として、別個の肢への交流電力送電は、反対の肢の位相がずれた動き（たとえば脚は歩行時に典型的に位相がずれる）を利用する、肢同士の間のクラッチ切換送電を介して達成され得る。

制御システム２２６は、ユーザの歩容を検知または判断し、ドライブモータ２２２を作動させて歩容周期の特定の時間中にボーデンケーブルを引張るように、または歩容周期（もしくは他の動き）の特定の時間に力を導入するように構成される別の作動システムを作動させるように構成される。歩容周期中の所定の点でドライブモータ２２２を作動させると軟性外骨格スーツ１００内に所定の張力を生じることができ、これによって足関節の周りに力が印加されて歩行を助ける。ユーザが着用する１つ以上のセンサ（たとえば１つ以上のフットスイッチ、１つ以上の関節角度センサ等）を設けて信号を制御システム２２６に送信し、制御システム２２６はモータ作動をユーザの歩容周期（または他の動き）と同期させることができる。発明のさまざまな実施形態に従うと、センサは、特定の関節の角度位置を検知するセンサを含む、多くの形態を取り得る。たとえば、その全内容が引用により本明細書に援用される、共同所有されている国際公開第２０１３／０４４２２６号参照。いくつかの局面に従うと、センサは、歩容周期、たとえばヒールストライク時に足の圧力を検知する圧力センサまたは単純なオン／オフスイッチを含む。

本概念の他の局面に従うと、１つ以上のセンサは、特定の場所の筋活動を検知するＥＭＧセンサの形態を取り得る。これらの活動のパターンおよびスケールは、歩容周期（パターン）または必要な補助量（スケールに基づく）を決定し得る。地面に対するまたは着用者の点に対する、相対的または絶対的な関節位置を検出する他のセンサが歩容パターンを求めるために用いられ得、したがって、アクチュエータ起動を制御するために用いられ得る。他のセンサは、超弾性歪みセンサ、加速度計、慣性計測装置、内部計測装置（ＩＭＵ）および／またはゴニオメータセンサを含み得るが、これらに限定されない。これらのセンサ、または他のセンサは、単独でまたは組合わされて、体位を示す動作を検出し得る。用いるセンサ（１つまたは複数）に依存して、そのシステムに特有のヒューリスティクスを展開して、体の筋肉が関節（たとえば足関節、膝関節、または股関節）に力を印加する時を求めることができ、それによって軟性外骨格スーツ１００は次に、適切な時間に、推定筋力に比例して力を印加するように構成され得る。たとえば、１つの可能性のあるスキームは、各関節の速度を推定し、着用者の近似剛体身体モデルを用いて各関節のトルクを推定することによってユーザの体の力学を推定することであり、そこから結果的な有益なトルクを生成するための適切な張力が求められる。

代替スキームは、訓練期にＥＭＧ測定およびセンサを同時に記録することを含む。このデータを収集した後、機械学習アルゴリズムを用いて、いつ筋肉が収縮するかをセンサ入力の関数として予測する。その後、実際にはＥＭＧセンサは用いられず、代わりに訓練ア
ルゴリズムがセンサに基づいて筋活動を予測し、適切な筋肉が活性化されると軟性外骨格スーツに張力を印加する。

別のスキームは、ＥＭＧ、筋肉径を検出するセンサ、または何らかの他の手段を用いて筋活動を直接測定することを含む。そして、軟性外骨格スーツ１００は、一定の筋肉または筋肉の組合わせの活性化に比例してに張力を印加され得る。

発明のいくつかの実施形態に従うと、足とブーツのソールとの間に１つ以上のフットスイッチを位置決めしてヒールストライクを検知し、ユーザの歩容周期のレートの測定を提供する。フットスイッチまたはセンサを用いて、各足の踵が歩容周期中に最初に地面に触れる瞬間を検出し、制御システム２２６はフットスイッチからの信号を用いて歩容期間を計算する。歩容周期中の任意の点における足関節の位置は、（平地および名目歩容であると仮定して）既知の足関節位置対時間曲線に基づいて推定され得る。推定した足関節位置を用いて、ボーデンケーブル１４２を後退させて軟性外骨格スーツ１００に張力を印加すべき時を決定することができる。張力を印加された軟性外骨格スーツ１００は、歩容周期のトゥプッシュオフ部分の間に足関節の周りにモーメントを提供し、筋肉が供給する力を補い、ユーザによる消費エネルギを減少させ得る。

いくつかの局面において、軟性外骨格スーツ１００が所望の張力まで手動で引張られた後、ベルクロ（登録商標）または何らかの他の取付メカニズムを用いて軟性外骨格スーツ１００の一部を別の部分に接続する。たとえば、ノード１（たとえば図７参照）は、ベルクロ（登録商標）ファスナを有する接続要素を用いて腰ベルト１１０および大腿ブレース１２０に接続され得る。たとえば、図１６では、接続要素４および５は大腿ブレース１２０の底部でバックルを通ってループ状になってから、ベルクロ（登録商標）または他の締結構成要素（１つまたは複数）によって自身の上に締結され得る。代替的に、接続要素２および３の各々は、ベルクロ（登録商標）を用いて直接、バックルを通ってループ状にならずに、または別の締結部材もしくは要素によって、腰ベルト１１０においてしっかり固定され得る。別の選択肢は、貫通バックルを通過するウェビング片を用いて、ウェビングに張力が印加された後にウェビングが後退して出ることを防止し、ウェビングの突出端を手動でピンと張ることである。

いくつかの局面に従うと、各ボーデンケーブル１４２内の張力を連続的に測定するための力センサが用いられる。アイドラプーリ２３２（たとえば図２９、図３０、図３４参照）はボーデンケーブル１４２に接して付勢され、ケーブル１４２張力を検知するためのロードセル２３４（たとえば図２９参照）が用いられ得る。これらの測定値はログ記録され、軟性外骨格スーツに適切なレベルまで自動的に張力を印加するために用いられる。いくつかの局面に従うと、軟性外骨格スーツコントローラ（１つまたは複数）（たとえばシステムコントローラ２２６）は、自然な身体動作による軟性外骨格スーツの張力の増加を検出し、この信号に基づいて作動を適用する。一局面において、軟性外骨格スーツコントローラ（１つまたは複数）は外骨格スーツ内の力を連続的に監視する。軟性外骨格スーツが、ユーザの位置のジオメトリ変化のために少量の張力を印加されると、コントローラ（１つまたは複数）はその（小さい）力を検知し、軟性外骨格スーツを作動させて張力を適宜増減させ得る。歩行については、軟性外骨格スーツの張力印加は、たとえば、制御システム２２６（たとえばＰＣ／１０４）からモータ位置信号に一定のオフセットを適用することによって達成され得る。

いくつかの局面において、アクチュエータユニット２００は、イーサネット（登録商標）（たとえば有線もしくは無線−ＷｉＦｉ）、ブルートゥース（登録商標）、Ｉ２Ｃなどの通信チャネル、または他のオープンなもしくは登録商標を持つ通信チャネル上でローカルまたはリモート外部コンピュータ（たとえばデスクトップまたはラップトップコンピュ
ータ、タブレットまたはスマートフォン）と通信するように構成される。外部コンピュータは、たとえば、最初のパワーアップ時にアクチュエータシステム制御プログラムをブートアップし、外骨格スーツ張力などの制御パラメータを調節し、診断チェックを実行し、ソフトウェアを送信し、またはさらにはアクチュエータユニット２００を遠隔操作するために用いられ得る。少なくともいくつかの局面において、制御システム２２６はパワーアップ時に自動でブートし、アクチュエータユニット２００の外部上の、またはハンドヘルド有線もしくは無線リモートコントロールもしくは電子装置上の（たとえばスマートフォンアプリ）スイッチから制御入力を受信する。他の局面において、制御システムは、ユーザの意図または行動を検出または予期して適切な補助を適用する予めプログラムされたアルゴリズムに基づいて自律的に動作する。

少なくともいくつかの局面において、図２９〜図３０の例に示されるように、アクチュエータユニット２００は、Diamond Systems社のMM-32DX-ATアナログおよびデジタルＩ／
Ｏ拡張ボードに接続されるＰＣ／１０４フォームファクタ内のDiamond Systems社のAuroraシングルボードコンピュータ２５０によって制御される。ＰＣ／１０４コンピュータ２
５０は、Diamond Systems社のJupiterパワー調節ボードを介して４セル（１４．８〜１６．８Ｖ）リチウムポリマーバッテリからパワー供給され得る。もちろん、技術が改良されるにつれ、改良されたプロセッサ（たとえばより高速、より小型等）、およびより高いパワー密度を有するより小型かつ軽量のバッテリ（１つまたは複数）を利用することも予想される。図２９〜図３０は、本概念の一局面に従う、プーリモジュール２２４およびドライブボックス２２３の例を示す。ボーデンケーブル１４２内の張力は、プーリモジュール２２４内のアイドラプーリ２３２に接して装着された５０ｋｇのビーム型ロードセル２３４（Phidgets、製品コード３１３５）を用いて検知され得る。ロードセル２３４上のフルブリッジ歪みゲージが、電気インターフェイス（たとえばポゴピン）を介して信号増幅器２４２（たとえばFutek社のCSG110）に接続される。増幅器／ロードセルの各対は、ロー
ドセル２３４に既知の荷重を印加しつつ増幅器２４２の出力を調節することによって較正される。増幅器２４２は、ロードセル２３４上の力に対応する０〜１０ＶのＤＣ電圧を出力する。この電圧は、MM-32DX-ATのアナログ入力ピンによって読出される。増幅器２４２は、自身のオンボードパワーレギュレータを介してＰＣ／１０４の１４．８Ｖバッテリによってパワー供給され得る。

本概念のいくつかの局面に従うと、ヒールストライクは、B&L Engineering社のフット
スイッチ（製品コードＦＳＷ）などのフットスイッチ１５０（図３０）で検知され得る。フットスイッチ１５０は足底形状の力感知抵抗であってもよい。各フットスイッチ１５０の踵部分の末端は、図３１に示されるように、それぞれ接地およびMM-32DX-ATのデジタル入力ピンに接続される。各フットスイッチデジタル入力と＋５Ｖレールとの間の並列の１ｋΩおよび１０ｋΩ抵抗がデジタルピンを引上げ得る。ヒールストライクが起こると、フットスイッチ１５０の２つの端子同士の間の抵抗が低下し、デジタルピンの電圧がほぼゼロに減少し、この状態変化はMM-32DX-AT Ｉ／Ｏボードによって読出され得る。フットスイッチ１５０は、ステレオケーブルに差込む３．５ｍｍオーディオジャックに、およびプーリモジュール２２４内の対応する３．５ｍｍオーディオジャックに配線され得る。フットスイッチ１５０への電気的接続は、ポゴピンインターフェイスを通ってＰＣ／１０４コンピュータ２５０に伝えられ得る。オーディオジャックによってフットスイッチを外骨格スーツの残りから容易に切離すことができ、軟性外骨格スーツ１００の脱ぎ着が容易になる。

図３２は、発明のいくつかの実施形態に係るＰＣ／１０４コンピュータ２５０およびMM-32DX-AT Ｉ／Ｏボードへの接続を示す。ＰＣ／１０４コンピュータ２５０は、ドライブボックス２２３の外部の制御スイッチに接続される。ＰＣ／１０４の正電圧線およびモータコントローラバッテリを切断するための電源スイッチがドライブボックス毎に設けられ
る。２つの瞬間トグルスイッチおよびロッカースイッチが、ユーザ入力を、ＰＣ／１０４コンピュータ２５０で実行する制御アルゴリズムに提供する。ロッカースイッチを用いて制御アルゴリズムの歩行モードに従事することができ、瞬間トグルスイッチを用いて左または右モータを回転させて歩行前に軟性外骨格スーツに張力を印加することができる。これら３つのインターフェイススイッチは、１０ｋΩプルアップ抵抗を有するMM-32DX-AT上のデジタル入力ピンに接続され、ＰＣ／１０４と共通の接地を共有する。各スイッチを起動すると、デジタル入力が接地に接続され、ピンが下に引かれる。ボックス装着スイッチに加えて、またはその代わりに、小型ハンドヘルド有線または無線リモート（図示せず）が設けられてもよい。リモートのスイッチはボックスのスイッチと並列接続されて二重機能性を提供し得る。ユーザ入力スイッチに加えて、またその代わりに、音声制御、タッチスクリーン、ウェアラブルコンピュータ、またはヘッドアップ装置（たとえばGoogle Glassもしくは網膜検知もしくは他の入力を有するウェアラブルディスプレイ、たとえば無線接続トラックパッドもしくはソフトキー）を含む他のユーザインターフェイスシステムが軟性外骨格スーツに組込まれてもよい。

いくつかの実施形態に従うと、モータ２４６、モータエンコーダ２４８、およびモータコントローラアセンブリが図３３に示される。Maxon motor社のEC-4 pole 30 ２４６の
各々がCopley Controls社のAccelnet Panel ACPモータコントローラ２６０に接続される
。ＲＳ−４２２デジタルシグナリングを用いて５００カウント／回転を有するHEDL 5540
３チャネルエンコーダがフィードバック用に用いられる。各モータコントローラ２６０は、一例として、合計＋２９．６〜３３．６Ｖ用の直列の２つの４セル（＋１４．８〜１６．８Ｖ）リチウムポリマーバッテリによってパワー供給され得る。モータコントローラ２６０は、示される例では、モータに最大で＋２４Ｖを供給する。Accelnet Panelモータコントローラ２６０は−１０から１０ＶのＤＣ電圧を受付けてプーリの角度方向を変え、ケーブル１４２に張力を印加するかケーブル１４２を弛ませ得る。−１０Ｖの信号は、パワーアップ時にプーリを開始点から動かして反時計回りに１回完全回転させることができ、＋１０Ｖの信号は、プーリを時計回りに１回完全回転させることができる。いくつかの局面に従うと、動作時、モータコントローラ２６０がパワーオンされるのはケーブル１４２ができる限り伸びた時だけなので、負電圧は用いられない。ソフトウェアでは、制御信号は正であるように限定され、モータを物理的な停止に追込むことによってシステムを損傷することが防止され得る。

制御電圧は、MM-32DX-ATのアナログ出力ピンの１つから発生し得る。スムーズなモータ動作を保証するため、電圧信号はローパスフィルタを介して送られる。このフィルタは、Ｒ＝６８ΩおよびＣ＝４７μＦのＲＣ単極構成を含み、４８．９Ｈｚの遮断周波数を提供し得る。信号はさらに、アナログ入力で動作するデジタルフィルタを実現するモータコントローラによってフィルタリングされ得る。

本概念のいくつかの局面に従うと、各プーリモジュール２２４は、照明されてシステムステータスのさまざまな状態を示す青色、緑色および／または赤色ＬＥＤ（たとえばプーリモジュールがドライブボックス２２３に正確に接続されている場合は緑色の照明）などの１つ以上のインジケータを含む。ＬＥＤ（１つまたは複数）のパワーおよび接地は、ＰＣ／１０４のバッテリからポゴピンインターフェイスに通され得る。１ｋΩ抵抗を用いて、電圧をバッテリから好適な駆動電流に下げることができる。

本概念のいくつかの局面に従うと、ボーデンケーブル１４２は、内部の回路構成の接地として作用する金属プーリボックス２２４およびドライブボックス２２３シェルを介して接地される。ボーデンケーブル１４２を接地させると、ボーデンケーブルがアンテナのように作用して電気ノイズをロードセルおよびシステムの他の構成要素に伝達することが有利に防止される。

本概念のいくつかの局面に従うと、アクチュエータユニット２００は、（減少したデューティサイクルで動作する）２００Ｗのブラシレスモータ２２２を用いてプーリ２２５およびケーブル１４２を補助軌道を通るように動かす。プーリ２２５は、モータトルクおよび回転速度を、ケーブルを介して足関節に印加され得る力および変位に変換する（図３４）。

アクチュエータユニットによって提供される補助は、たとえば、テスト時の軟性外骨格スーツでは１００Ｗであったが機能的限定ではないモータ供給パワーによって制限され得る。テストした軟性外骨格スーツでは、モータ２４６のデューティサイクルは周期の一部に最大で約２００Ｗを提供した後、テスト用に選択された運転１００Ｗ要件以下の平均パワー消費量を維持しつつ、周期の残りの部分では低電力消費に戻った（図３５）。

本概念のいくつかの局面に従うと、高パワー−重量比およびコンパクトサイズを提供する高効率モータであるため、Maxon Motors社のEC-4 pole 30ブラシレスモータ２４６が用いられ得る。システムの性能要件に依存して、他のモータを用いてもよい。さまざまな上記の例において回転モータを用いたが、電気機械アクチュエータ（たとえばモータ、ソレノイド等）、空気圧アクチュエータ（たとえば空気圧シリンダ、マッキベン型アクチュエータ等）、および油圧アクチュエータ（たとえば油圧シリンダ等）を含むがこれらに限定されない他のアクチュエータを用いてもよい。本概念のさらに他の局面において、ギアヘッドを必要とせず、その結果として重量減少、ノイズ減少および効率改善を提供する異なる種類のモータを利用してもよい（たとえば高トルクおよび低スピード）。

さらに、先の例ではケーブルアクチュエータ１４２システムがボーデンケーブルの動きを制御するプーリシステム２２４を含むとして開示されるが、軟性外骨格スーツと共に他のアクチュエータを有利に用いてもよい。一例として、シースを有する（ボーデンケーブル）または有しない（上述のようなフリーケーブル）二点同士の間に接続されたケーブルまたはコードの長さを減少可能な任意のアクチュエータを用いてもよい。これらのアクチュエータは、補助すべき動き、そのような動作の文脈、禁忌、および代替の作動配置の利用可能性に依存して、人の上またはそれ以外のどこにでも配置され得る。アクチュエータ（１つまたは複数）は遠位に配置され（たとえばユーザの肩が支えるバックパックの中に）、アクチュエータ送電要素（たとえばケーブル）の近端が上述のように軟性外骨格スーツ（たとえば履物アタッチメント要素１３０）の好適な場所に取付けられてもよい。代替的に、１つ以上のアクチュエータがアンカー点、接続要素および／もしくはノード同士の間に、またはケーブルの末端同士の間の長さの一部上に配置されてもよい。他の種類のアクチュエータの例は、空気圧または油圧リニアアクチュエータ、空気圧または油圧回転アクチュエータ、ボールまたはリードスクリューアクチュエータ、ベルトまたはケーブル駆動アクチュエータの１つ以上を含み得る。

本概念の他の局面に従うと、末端同士の間の長さを減少させるアクチュエータが用いられ、当該アクチュエータは、磁気または機械クラッチなどの１つ以上の半受動的なアクチュエータを含む。これらのアクチュエータは、補助を与えるべき時（たとえば膝関節が曲がった時）よりも点同士の間の長さが短い歩容の点で従事する。ケーブルが最小の張力レベルを有するようなケーブルの後退可能長さと共に、クラッチは、脚が自然に伸びると軟性外骨格スーツおよびケーブルの伸びによって力が生じるように、長さをより短い状態にロックする。これは半受動的システムに分類され、能動的システムよりも必要なエネルギレベルが低くて済むと予想される。

本概念の他の局面に従うと、軟性外骨格スーツ内の張力を調節するためのさまざまなメカニズムが用いられ得る。いくつかの実施形態では、軟性外骨格スーツを作動させるのと
同一のメカニズムを用いて軟性外骨格スーツ内の張力を調節することもできる。他の実施形態では、軟性外骨格スーツに張力を印加するための別個のメカニズムが、単独でまたはアクチュエータと共に用いられ得る。スーツ上の二点同士の間の距離を減少させるアクチュエータを用いて軟性外骨格スーツ能動的に短くすることができる。これを達成し得る１つのメカニズムは、ボーデンケーブルを引張るモータであり、そのシースは軟性外骨格スーツ上の一点に接続され、その中心はスーツ上の異なる点に接続される。これは、機械空気圧、油圧、または他のアクチュエータを用いて達成され得る。

もちろん、上述のように、張力は、接続要素、アンカー点、およびノードの相対位置を物理的に調節する（たとえばバックルおよび／またはベルクロ（登録商標）を用いてストラップを調節し、引き紐、ワイヤまたはケーブルに張力を印加し、それを所定位置にロックする等）ことによって１つ以上の点において手動で調節され得る。別の例として、着用者はロックバックルを通るウェビングストラップを引張ってもよく、これによってウェビングストラップが解放後にしっかり固定される。別の例では、着用者はウェビング片（たとえば接続要素）を引張り、ベルクロ（登録商標）を用いてウェビングをスーツの一部にしっかり固定し得る。

着用者はさらに、ラチェットメカニズム（たとえば腰ベルト１１０上に配置されるBoa Technology Inc.社が製造するような回転ラチェットメカニズム）を通るケーブル、また
はケーブルを所定位置に設定張力でしっかり固定するように構成されるロック可能スプールを引張るか、または他の方法で張力を印加し得る。ラチェットメカニズムまたはスプールは、ボーデンケーブルの一端に（たとえばラチェットメカニズムが股関節に装着される場合はケーブルの上部に）に取付けられ、その他端は軟性外骨格スーツ上の２つの場所に接続され、それら同士の間の距離を減少させ、相互作用要素（たとえば歯止め要素、ラチェット要素）は解放可能な固定を提供する。着用者はさらに、ケーブルが巻付いている中心ハブを回転させることによってラチェットメカニズムを前進させるか、またはねじ機構を用いて軟性外骨格スーツに張力を印加し得、ねじ機構は次に最終位置にロックされる。張力は、ボタンを押してラチェットメカニズムの相互作用要素を解放する（たとえばレバーをラチェットギア歯から遠ざける）ことによって解放され得る。ラチェットメカニズムまたはスプールは、軟性外骨格スーツ着用者によって、またはアクチュエータ、たとえばギア式モータによって、（張力を印加するか解放するように）手動で回され得る。軟性外骨格スーツが補助システムとして作動されていない場合でも、軟性外骨格スーツは依然として張力印加モードで着用され得る。さまざまな構成において、ラチェットメカニズムは、着用者の腰もしくは股関節に（歩行または走行時の調節を容易にするために）、足関節の近くに、または潜在的に着用者の胴上またはその周りの他の場所に位置し得る。

いくつかの実施形態に従うと、軟性外骨格スーツに張力を印加するためのメカニズムは、ねじ要素を含み得る。一局面において、キャリッジ要素がボーデンケーブルの端に接続され、内部にねじ要素が配置されるねじ山部によって昇降するように構成される。支持構造がキャリッジ要素をケーブルシースに対して所定位置に保持し、ねじを回転させることができるようにねじの上部がユーザに露出する。ねじを回転させるとキャリッジおよび取付けられたボーデンケーブル端が直線運動し、それによって軟性外骨格スーツ内の張力をそれぞれ増減する。設定の緩みの可能性を最小にするための任意のロック要素が設けられる。一局面において、ねじはねじ山を回転させるように小型モータまたは他のアクチュエータによって制御され得、その場合、ロック要素は不要である。

上述のように、軟性外骨格スーツは任意に、軟性外骨格スーツのユーザが動くとプログラムに従って能動的に張力を印加され得る（たとえばケーブルが短くまたは長くなり得る）。代替的に、他の局面において、軟性外骨格スーツは１つ以上のアクチュエータを用いて自動的に張力を印加され、１つ以上の設定張力（たとえば固定値、固定値範囲、異なる
移動部分についての異なる値または値の範囲、名目平均値、名目ピーク値等）で維持され、その設定点（１つまたは複数）はユーザによって調節され得る。この点において、システムは、軟性外骨格スーツ内の張力を検知して、張力を制御するコントローラに適切な入力を提供するように構成される。

これらのメカニズムのすべてを用いて、軟性外骨格スーツは、たとえば軟性外骨格スーツを脱ぐの容易にするように、これらの張力印加メカニズムを解放することによって着用者にゆったりとフィットするようにされてもよい。そのような張力印加（または張力解放）装置によって、ユーザはたとえば、軟性外骨格スーツ上の一定点同士の間の第１の張力レベルおよび第２の張力レベル（第１の張力レベルよりも高いまたは低い）を保つことができる。軟性外骨格スーツは、同時に動作可能な多数の張力印加メカニズムを有利に含む。

歩容周期中に、モータ（１つまたは複数）２４６は、所望のケーブル１４２軌道を達成するためのさまざまなトルクおよびスピードで動作し得る。より高いモータ効率は高速および低トルクで生じるため、発明のいくつかの実施形態は、歩容周期中にモータを最大効率のできる限り近くで動作させ続けるプーリおよびギアボックスを有するモータを含む組合わせを選択し得る。

いくつかの実施形態に従うと、Maxon社のEC-4 pole 30は１５，９００ＲＰＭの名目連
続スピードを有する。しかし、この実施形態については、モータはエンコーダの最大スピードである１２，０００ＲＰＭによって制限される。アクチュエータシステムで使用可能な代替エンコーダ（MR、ML型、500 CPT、３チャネル、Maxon社のLine Driver #225778使
用）は最大モータスピードを増加させる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、このシステムのより良いモータは、高トルクに対して低名目連続スピードを有する。動作スピードが低下するとギアボックス内の必要なステージ数が減り、より高い全体効率につながる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、プーリ２２５およびギアボックス２４４は、モータの高速回転をプーリホイール２２５のケーブル１４２の長くなるおよび短くなる移動に変換する。プーリホイール２２５およびギアボックス２４４は共に、所与の荷重状態についての最大ケーブル動程および最大ケーブルスピードを決定する。プーリホイール２２５径およびギア減速は、必要な最小ケーブル動程、ならびに必要な生体力学および外骨格スーツ剛性を満たすのに必要な最大ケーブルスピードから逆算することによって決定され得る。全補助量は、これら２つの限定およびパワー予算によって決定された。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、プーリホイール２２５はシングルラップ設計であってもよいが、他の実施形態ではプーリはマルチラップ設計であってもよい。シングラップ設計を用いる場合、プーリホイール２２５円周はケーブル動程距離未満であってはならない。いくつかの実施形態に従うと、ケーブル動程は、軟性外骨格スーツ１００アーキテクチャおよびユーザの歩行の生体力学に基づき得る。いくつかの実施形態に従うと、ケーブル動程は３つの長さ、すなわちケーブル引長さ、外骨格スーツ張力長さ、およびボトムアウトを防止するための安全のマージンを含み得る。いくつかの実施形態に従うと、ケーブル動程には、設計パラメータおよびユーザ変動性の不確実性のため、十分な安全長さが与えられた。ケーブル引長さおよびケーブル張力長さは、参加者の身長が５′８″から６′５″の範囲の軟性外骨格スーツおよび前のアクチュエータシステムから測定された。これら３つの長さおよび計算したプーリ径は、表４に見ることができる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、シングルラッププーリを使用すると、３４０°（０．９４ｒｅｖ）の使用可能角度が得られた。約７０ｍｍの選択プーリ径は、適切なケーブル長を提供した。一般に、プーリおよび曲げ半径が大きくなるにつれ、摩耗およびケーブル応力が減少する。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、ギアボックス２４４は、足関節を補助する時のケーブルの引きおよび解放時に必要な最大スピードを満たすように選択される。図３６に見られるように、最大補助ケースについてのケーブル変位は、周期の能動部分にわたって動作する三角形として処理され得る。先行する線は、センチメートル単位の命令モータ位置信号であり、それに続く線は，ＣＭＥ−２モータコントローラソフトウェア範囲によって測定される結果的なモータ位置である。正の変位はケーブルの後退に対応し、信号命令とモータ運動との間の遅延はモータコントローラ加速度制限に由来する。

本概念の少なくともいくつかの局面に従うギア減速計算を示す表５に見られるように、所与のプーリ径（７０ｍｍ）および最大モータスピードについての最大ケーブルスピードは３７ｃｍ／ｓｅｃであることが分かった。最大ケーブルスピードから、必要なギア減速は１０７：１であることがわかり、減速が１１１：１のギアボックスが選択された。

モータはそのスピード−トルク曲線内で動作し、高速引き時に印加されるその力はモータの寿命を保護するためにモータの限界を超えないことが望ましい。

本開示のいくつかの実施形態に従うと、非伸長性シースの内部で並進する非伸長性ケーブルを含むボーデンケーブルが利用される。ボーデンケーブル１４２は、アクチュエータユニット２００から足関節に（履物接続要素１３０に伝達される力を介して）力を伝達する。ボーデンケーブルシース１４４は軟性外骨格スーツおよびアクチュエータユニット２００に取付けられ、ケーブル１４２は履物接続要素１３０にアンカー固定される（図２１〜図２２）。他の実施形態では、ウェビングまたはケーブルがファブリック内のガイドを通ってルーティングされ得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、多くの種類のボーデンケーブルがシステムに用いられ得る。標準のボーデンケーブルに加えて、Nokon（登録商標）ブランドのケーブル
などの非標準かつ同様の動作ケーブルが用いられ得る。Nokon（登録商標）ケーブルは、
旧来のボーデンケーブルに対して効率を高め得る。より効率的なケーブルによって、所与の入力パワー当たりより多くのパワーを足関節に送ることができる。これは、パワー予算が限られたシステムにとって有利であり得る。Nokon（登録商標）システムの巻付ワイヤ
ケーブルは径が１．５ｍｍであり、最大引張強度は２２００Ｎである。

図３７は、ボーデンケーブル１４４上の端部フィッティングを示す。これらのフェルール端部フィッティング１４６は、アクチュエータユニット２００および軟性外骨格スーツの双方に組込まれ得る。脹脛ストラップおよびブーツアタッチメントにおける縫付ループを通って軟性外骨格スーツとインターフェイスするＴコネクタが作られ得る。他の実施形態では、Ｔコネクタの代替はベルクロアタッチメント、バックルであり得る。いくつかの実施形態では、Ｔコネクタが除去され、調節可能なスライダを有する連続的なウェビングがその代わりに用いられ得る。ケーブルの端のフェルールは、プーリに係合し、かつケーブルを下部Ｔコネクタにしっかり固定し得る。これらのフェルールは機械ヒューズの役割も果たし得、所定の力（たとえば６００〜６５０Ｎ）がＴコネクタに印加されるとケーブルから外れ、システムがユーザに印加可能な力を制限する安全特徴を提供する。近端において、Nokon（登録商標）ケーブルは、プーリモジュールの穴に嵌合して１組のねじによ
ってしっかり固定され得る拡張アルミハウジングを含み得る。ボーデンケーブル用の他の端部フィッティングは、たとえばボタンタブを含み得る。いくつかの実施形態では、外側シースを抑制しつつケーブルの通過を可能にするリベットまたはグロメットがウェビング
内に設けられ得る。いくつかの実施形態では、圧縮フィッティングが外側シースをウェビングにクランプ留めする。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、ケーブル内の現在のシステム張力は、データログ記録のため、および歩行前に軟性外骨格スーツに事前に張力を印加するために、制御システムに入力され得る。ケーブル内の張力の検知は、歩容制御アルゴリズムでも用いられ得る。プーリモジュールのロードセルは、ケーブルがボックスの外側からプーリに入る際にケーブルを小角度だけたわませる小型アイドラホイールに装着され得る。一般に、ケーブルを８°ケーブル角度だけたわませるのに必要な力は、図３８の参照番号１６７によって示されるように、ケーブル内の張力と共に直線的に増加する。プーリシステム２２４の現在の実施形態における一般的なシステム張力範囲は、約１５０Ｎのロードセル力および約５００Ｎのケーブル張力を示す操作包絡線１６６によって表わされる。５０ｋｇのビームロードセルを８°の曲げ角度と共に用いて、システムで可能なケーブル張力に対する全範囲が測定され得る。参照番号１６８はケーブル破壊強度を表わす。

本概念の代替実施形態に従うと、図３９〜図４０は、直列装着および並列装着された力センサとハイブリッド組合せとの差を示す。アイドラホイールはケーブル動程を制限しないため、インライン力センサ機構（図３９および図４０の直列力センサ２７５参照）の代わりにたわみアイドラホイール２３２ジオメトリが用いられ得る。しかし、インライン直列センサ２７５は力の直接測定を提供可能であり、足関節にまたはその近くに配置可能であり、ボーデンケーブル１４２内の摩擦による測定誤差が取除かれる。別の実施形態は、力センサ（たとえば２７５）をボーデンケーブルシースおよび接続要素に取付けられたボーデンケーブルシース１４４の遠端に配置することである。これによって、センサが遠位に配置されるため、無制限のケーブル動程および優れた測定が可能になる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、B&L Engineering社のフットスイッチがブーツ
内に装着され得、平均成人に対する正しい感度が提供される（フットスイッチはユーザの体重または動作体重範囲について任意に最適化され得る）。圧縮されない場合、フットスイッチは数百メガオームの名目抵抗を有し、有効閉回路を形成する。抵抗はヒールストライク時（力の約３００ｌｂｓ）に１４Ωに低下し、この値は９０９Ωプルアップ抵抗（１０ｋΩと並列の１ｋΩ）よりもはるかに小さく、ＰＣ／１０４デジタルピンを引下げる。１ｋΩ抵抗を１０ｋΩ抵抗に並列に追加して、たとえばヒールストライク時および踵のリフトアップ時などの移行動作時のオン／オフトグルを最小にした。

軟性外骨格スーツのテスト構成において構成されるように、１．６ＧＨｚのIntel Atom
CPU、ＲＡＭの２ＧＢを有するDiamond Systems社のAurora ＰＣ／１０４コンピュータ
２５０を使用し、４ＧＢＳＳＤディスクからのリアルタイムカーネルを用いてＭＳ−ＤＯＳをブートした。ＭＳ−ＤＯＳインストレーションは、スタートアップ時に実行可能なxPC Targetバイナリを開始するように構成され得る。xPC Targetアプリケーションはホストコンピュータからの接続を待ち、ホストコンピュータ上のMATLAB/Simulinkからコンパ
イルプログラムを受信してプログラムを実行する。Aurora ＰＣ／１０４はDiamond Systems社のMM-32DX-AT Ｉ／Ｏ拡張ボードとペアリングされて３２個のアナログ入力、４個
のアナログ出力、および入力または出力として割当て可能な２４個のデジタルピンを提供し得る。本概念のいくつかの実施形態に従うと、ＰＣ／１０４ xPC Targetの組合せは、有用な量の処理能力およ柔軟性を提供した。ＰＣ／１０４は、48.2 FLOPSおよびＲＡＭの２ＧＢが可能なデスクトップＣＰＵを有し、スピードまたはメモリを心配することなく制御アルゴリズムを展開して発明で使用することができる。小型サイズおよび低消費電力のため、ＰＣ／１０４はポータブルシステムでの使用に好適である。本概念のいくつかの実施形態に従うと、Copley Controls社のAccelnet Panel ACPモータコントローラが、速度
制御および位置制御可能な高機能コントローラである。これは多数のコマンド入力（ＲＳ
２３２直列、ＣＡＮ、ＰＷＭ、アナログ電圧）を有する。Copley Controls社のソフトウ
ェアによって、コントローラゲインの基本的な自己調整および計算が可能になる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、フルブリッジ歪みゲージ用の汎用増幅器としてFutek社のCSG110を用いた。Futek社のCSG110は、励起電圧およびｍＶ／Ｖセンサ範囲を設定するためのＤＩＰスイッチ、ならびにゼロ点および各特定のロードセルへのＤＣ電圧出力のスパンを較正するための回転ポテンショメータを有する。Futek社のCSG110増幅器に
よって、ロードセルがＰＣ／１０４とインターフェイスすることができる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、５個のバッテリを用いてこのシステムにパワーを供給した。４個のGens Ace社の14.8V 4S1P 5000mAh 40Cリチウムポリマーバッテリを用いて、ドライブボックス毎に２つのモータコントローラおよびモータ（肢毎に１つのドライブボックス）にパワーを供給した。バッテリの各対は、モータコントローラに２９．６ＶのＤＣを供給するために直列配線される。５個目のバッテリは、各ドライブボックス内のＰＣ／１０４コンピュータ、双方のFutek社の増幅器、プーリモジュールＬＥＤ、およ
び冷却ファンにパワー供給するために用いられるリチウムポリマーのGens Ace社の14.8V 2S1P 4000mAh 25Cである。ＰＣ／１０４バッテリは、モータコントロールバッテリ対およびシステム内のすべての構成要素と共通の接地を共有し得る。発明のいくつかの実施形態に従うバッテリは、システムへのアタッチメントであり得る。これらのバッテリはハウジングに収容されてもよく、端子コネクタは、２００Ｗよりも大きいパワーを搬送可能な少なくとも２つの電気コネクタブレードに接触している。これらのブレードはモータハウジング内の噛合コネクタとインターフェイスして、モータにパワー供給可能なパワー接続を形成し得る。バッテリハウジングおよびモータハウジングは、ハウジングをしっかり固定するためのラッチなどの噛合保持特徴を有し、クイックリリース交換可能システムを形成し得る。

リチウムポリマーバッテリを選択した理由は、それらが本願において許容可能な性能を提供するからである。リチウムポリマー化学構造は、最高のエネルギ貯蔵−重量比の１つを提供し、リチウムイオンよりもロバストかつ安全である。発明の他の実施形態では、軟性外骨格スーツは（たとえば太陽、風、自然な身体動作、体温、振動、充電ステーションとの誘導結合、コード付Ｌｉバッテリ充電ポート等からの）エネルギハーベスト要素を含み、スーツにパワー供給するのに必要な全体的なバッテリサイズを減少させ得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、図２９に示されるプーリモジュールは５個の部品からなり得る。プーリハウジング２３０は、プーリモジュール２２４を支持するための機械構造を提供し得、内側シェル（たとえばデルリン）および外側シェル（たとえばデルリン）を有するプーリハウジング（たとえばアルミニウム）を含む。プーリハウジング２３０は、ボーデンケーブル上のプーリによって生じる荷重に抵抗し、モータシャフトに付加的な支持を提供し、プーリシステムを位置合わせしてドライブボックスに取付け、プーリシステムの目視検査および動きを可能にするウインドウを任意に含み、ケーブルを筐体内に保ちケーブル作動のプッシュプルを可能にするガイドスロットまたはチャンネルを任意に含み、プーリの過度回転または逆向き回転を防止するための止めを任意に提供し、ドライブボックスを２つのねじによって任意に取付けて、プーリモジュールサブシステムの「クイックリリース」取外しを可能にし、プーリモジュールがドライブボックスから外れるとプーリ用の二次ベアリング面を提供する。一次ベアリング面はモータシャフトによって提供され、プーリモジュールがドライブボックスから外れると、プーリフランジが噛合ハウジング面によって支持され得る。別の例では、ベアリングがプーリケーブル溝の下に中心配置され、回転軸に垂直なモーメント力を減少させ得る。この中心配置されるベアリングは、カンチレバー面を介してプーリハウジングに固定される。この構成によって、最少の横力がモータベアリングに作用することが可能になる。さらに、プーリモジュールは
、ラッチを用いてそれをモータハウジングにしっかり固定してクイックリリースメカニズムを提供し得る。

プーリホイール２２５はケーブル１４２を案内し、以下の付加的な特徴、すなわち、１）トラブルシューティングのためにビューウインドウ内に絶対位置を与えるための番号／色マーキング、２）軽量設計を提供してプーリ慣性を減少させる軽量化ウェビング、３）プッシュおよびプル作動時にケーブルを所定位置に保つフェルール捕獲ねじ、および４）プーリハウジングと相互作用してプーリ動程を制限する停止ピン、のいくつかまたはすべてを含み得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、モータマウントは、プーリモジュールの一部と考えられるが、ドライブボックス内に配置されて、ドライブボックス上の所定位置でモータにしっかり固定されるプーリモジュールの配置および締結点を提供し得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、制御スキームは、センサからの入力に基づいてモータをどのように動かすかを決定する処理を含み得る。制御スキームは、ＰＣ／１０４埋込コンピュータで実行されるコードで実現され得る。いくつかの実施形態に従うと、制御スキームはSimulinkブロックおよびMATLABコードで書かれ得る。MM-32DX-ATアナログ拡張ボード用のSimulinkブロックは、入出力（たとえばＩ／Ｏ）を処理し得る。１つのSimulinkブロックを用いてすべてのセンサについての値を読出すことができ、別のSimulinkブロックを用いてモータコントローラに位置値を送信することができる。付加的なSimulinkブロックを用いてデータを捕捉してＰＣ／１０４のディスクに保存するか、保存またはデバッキングのためにホストコンピュータに送信することができる。処理の大部分は、Simulinkブロックに埋込まれたMATLABスクリプトによって達成され得る。このMATLABスクリプトは、フットスイッチ状態、ユーザインターフェイスボタン、および現在のタイムステップを用いて所望のモータ位置を計算し得る。発明のいくつかの実施形態に従うと、Simulinkブロック図は、ＰＣ／１０４上で０．００１秒（１ミリ秒）の固定タイムステップで実行され得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、脚毎のモータ２４６出力は、ランタイム前に発生する台形軌道から計算され得る。この軌道は、所望の作動レベルに対応する単位幅および可変ピーク高さ（たとえば４ｃｍ振幅のパルス、６ｃｍ振幅のパルス）を有する。ユーザの歩容の歩行率は、多数のヒールストライク同士の間のタイミングから計算され得る。特に、歩容期間は、所定の歩数、たとえば先の２０歩について記録されて平均が取られ得る。ローパスフィルタには２０歩の移動平均が十分であることが分かった。この平均歩容期間を用いて、脚毎の１つの完全な歩容周期全体にわたって台形軌道をスケーリングすることができる。各脚は独立して取扱われ得、脚毎の波形は独立して計算され得る。いくつかの実施形態では、両脚が同一に取扱われ、計算された同一波形が各脚に用いられ得る。

ヒールストライク時、制御スキームはルックアップテーブルを用いて必要なモータプルを発生し得る。歩容周期（ＧＣ）の０〜４０％の平坦軌道は遅延として作用し、足が地面に置かれてユーザの股関節が足上の位置に旋回すると、軟性外骨格スーツを弛んだ状態で保つ。４０％で始まり、モータはケーブルを引込み、トゥオフが起こる６２．５％ＧＣで軟性外骨格スーツに最大レベルまで張力を印加する。保持期間後、モータは次に８３％ＧＣでケーブルをゼロまで解き、新たな周期用にリセットする。

軌道は、モータ２４６、ギアボックス２４４、およびボーデンケーブル１４２の物理的性能によって制限され得る。軌道の下方勾配は、モータの最大スルーレートによって制約され得る。さらに、モータコントローラは、モータの最大加速度を２５００回転／２秒およびモータの最大速度を１１５００ｒｐｍに制限し、台形軌道の鋭利な角部を効果的に丸
めてやや（〜３％）右にずらし得る。最後に、この軌道は、踵が最初に地面に触れた時に始まる足首位置対時間チャートに基づいて発生し得る。本システムで用いられるフットスイッチはトリガするために大量の圧力が必要であり、ゆえに、踵が地面上にありユーザの体重が足に荷重を加え始めるまでヒールストライクは検知されない。これは正常な歩容周期の２〜６％、最も多くは２〜３％のどこかで起こる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、ユーザインターフェイススイッチは、ドライブボックス２２３の外側に、ハンドヘルドリモート上に、または無線装置を介して設けられ、制御スキームが機能する態様を修正する。歩行スイッチの係合が外れると、制御スキームは任意に実行し続けてもよいが、ヒールストライク後はパルス信号を出力しない。各張力トグルは、台形軌道から調べられるモータ位置に対してオフセットを加減算する。オフセットは、張力トグルがどれほど長く押下げられるかに依存して、大きさが増加する。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、力センサの値はデータログ記録され、台形軌道の大きさを調節するために用いられ得るが、所望のモータ位置を計算するためには用いられない。発明のいくつかの実施形態に従うと、力センサはフィードバックループに組込まれて、所望のモータ位置の代わりに、歩容周期の間中、所望の力軌道に従い得る。

本概念のいくつかの局面に従うと、ボーデンケーブルの代わりにダイレクトラインケーブルが用いられ得る。ダイレクトラインケーブルは、アクチュエータから作動点までのフリーケーブル含み得る。これによって、２つの端点同士の間にケーブルと一直線の力が生じる。本概念の他の局面に従うと、マルチポイントケーブルシステムが用いられる。たとえば、マルチポイントケーブルシステムは、角度移行点を通って経路に沿って遠端に移動し、端を含む移行点のいくつかまたはすべてを通ってその長さに沿って力および変位を伝達する、アクチュエータ１２０からのフリーケーブルを含み得る。ケーブルの端同士の間の各関節の周りのモーメントは、フリーケーブルの移行点に対するそれらの場所に依存する。ケーブルまたはウェビングは、ケーブルが端を出るまでシールドされるボーデンケーブルとは異なり、移行点および着用者に対して摺動するように構成され得る。マルチポイントケーブルおよび／またはダイレクトケーブルは、ワイヤおよびフィラメントロープ、ウェビング、たとえば軟性外骨格スーツ材料、弾性要素（たとえばゴム）または任意の他の可撓性力伝達要素の１つ以上を含み得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、ボーデンケーブル１４２システムは、遠隔に（たとえばユーザが支えるバックパック内に）または局所的に（たとえば、膝関節もしくは足関節にエネルギを加えるために用いられる大腿に基づくアクチュエータまたは足関節にエネルギを加えるための腓腹筋に基づくアクチュエータ等、補助される肢上に）配置されるソレノイドまたは他の種類のアクチュエータで置換えられてもよい。いくつかの実施形態に従うと、油圧ピストントランスデューサを用いてもよい。この実施形態では、リニアピストンがボーデンケーブルの下部に取って代わり、油圧管類を介して油圧およびフローのソースに接続され得る。トランスデューサは、その長さを減少させて外骨格スーツを作動させるシリンダおよびピストンを含む。代替実施形態では、マッキンベン型アクチュエータなどの空気圧トランスデューサがボーデンケーブルの下部に取って代わり、空気圧管類を介して空気圧およびフローのソースに接続され得る。トランスデューサは、膨張するとその長さを減少させるシリンダおよびピストンまたは膨張性チューブを含み得る。

説明されるケーブルアクチュエータは、ボーデンケーブルに接続するモータ駆動プーリシステムを含む。モータの代わりに他のアクチュエータを用いてもよい。代替アクチュエータは、シースを有する（ボーデンケーブル）またはシースを有さない（フリーケーブル）２点同士の間に接続されたケーブルまたはコードの長さを減少させるために用いられ得るアクチュエータまたはモータを含み得る。これらのアクチュエータは上記のように近端
に、または場合によってはケーブルの末端同士の間の長さの一部上に配置され得る。これらのアクチュエータは、１つ以上の空気圧または油圧リニアアクチュエータ、空気圧または油圧回転アクチュエータ、ボールまたはリードスクリューアクチュエータ、およびベルトまたはケーブル駆動アクチュエータを含み得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、テキスタイル系力センサを用いて、２点ＡとＢとの間の織ファブリックウェビングの直線変位を測定することができる。この直線変位測定は織基板の特性（たとえば弾性特性）と組合されて、力測定が計算され得る。力は、点ＡおよびＢによって形成され、かつファブリックが他のコネクタと出合う当該線の端点で終端する共線に沿って測定され得る。織ウェビングは一般に、典型的にリボン形態（たとえば長さ、幅、および厚み）の強靭な耐久ファブリックを提供する。ファブリックの長さに沿って直線的に力を印加すると、ファブリックに伸び（歪み）が生じる。この伸びを測定すると、ファブリックに印加される力によって特定の歪み測定がもたらされるように、比較的一定であった。この特性を用いて、テキスタイル系力センサは、測定された歪みに基づいて力を計算し得る。これが適切に働くためには、センサは約０．０５〜５％範囲内の歪みを測定可能であり、かつ剛性が非常に低くなければならない。０．０５〜５％範囲の必要性は、ウェビングの材料特性に基づく。低剛性の必要性は、力センサがウェビングの剛性に大きく寄与しないようにするためである。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、テキスタイル系力センサを用いて、１つ以上の外骨格スーツアクチュエータの制御を助けることができる。アクチュエータ位置測定および力変位プロファイルと組合された力測定は制御システムによって用いられ、動作が検出されフィードバックが提供され得る。これは、（剛性測定を介して）スーツ要素の正確な位置を決定することを助ける。

発明のいくつかの実施形態に従うと、テキスタイル系力センサを用いて、任意の活動時に軟性外骨格スーツ要素内の力を再コード化し、軟性外骨格スーツの特定の区域内の力を測定することによって展開を助け、関節角度を測定することによって負傷を検出し、制御またはデータ分析のために関節角度を検出することができる。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、センサは軟性外骨格スーツ上のさまざまな場所に配置され得る。一局面において、表面ベースセンサが、接続要素（たとえば織ウェビングファブリック）または他の要素の長さに沿った２点において当該接続要素または他の要素に付着するか取付けられる。別の局面において、全表面センサが、接続要素（たとえば織ウェビングファブリック）または他の要素の区域上の２点において当該接続要素または他の要素に付着するか取付けられる。別の局面において、接続要素または他の要素にポケットが（織材料に）形成されるか織込まれ、センサがポケットに入れられる（ポケットの材料特性は力を計算する際に用いることが必要となる）。さらに他の局面において、センサがウェビング内に直接構成される。さらに他の局面において、（任意の種類の）１つ以上のセンサ要素を支える接続要素または他の要素は多層材料または複合材料であり、センサ（１つまたは複数）は多層または複合材料の層同士の間に内部配置される。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、直線変位を測定するセンサがシステムで用いられ得る。好ましくは、センサは、現在のウェビングについて約０．０５〜５％の範囲内の歪みを測定可能であり得る。中間歪み範囲を有する旧来の歪みセンサは一般に、０％〜１０％の歪み範囲のセンサを含む。他のセンサは、大きい歪み範囲を有する超弾性センサを含む（たとえばその全内容が引用により本明細書に引用される国際公開第２０１３／０４４２２６号に開示されるような液体金属）。代替的に、低い歪み範囲を有する旧来の歪みセンサは、歪みセンサが取付けられる区域に非常に高い剛性を与えてウェビング歪みを低下させることによって用いられ得る。

図４１Ａ〜図４１Ｂは、アクチュエータ２００が股関節の両側に（図４１Ａ）または足関節に（図４１Ｂ）力を印加する本概念の代替実施形態を示す。アクチュエータは、図４１Ａの大腿の前部および後部に示されるブロックの２つの端を共に動かす任意の装置であり得る。アクチュエータは、たとえば、空間を横切って接続されるボーデンケーブル、ホースによって制御される空気圧アクチュエータ、または変位可能なプランジャを有する電磁アクチュエータを含み得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、作動は、動作、特に歩行、走行およびジャンプを補助するように股関節に提供され得る。また、股関節は胴に近いため、胴装着アクチュエータから股関節自体に力が直接伝達され得る。これは、ケーブル、ウェビング片、リボン等の引張要素を用いて股関節を引張ることによって達成され得る。この引張要素にはシースが不要であるため、摩擦が非常に低くなり、ゆえにシステムの効率が高くなる。股関節が胴の近くに位置している１つの利点は、軟性外骨格スーツの脱ぎ着が容易に達成されることである。ユーザの衣類の上のバックパックまたはファニーパック構造上に位置するアクチュエータ、および引張要素は、体の外側に残り、これも衣類の外側のブレースで大腿にしっかり固定され、ゆえに大腿に対して容易に取付けるおよび取外すことができる低プロファイル装置を提供し得る。

本概念の少なくともいくつかに従う軟性外骨格スーツ１００は、アクチュエータユニットから伸びて股関節に取付けられている引張力を印加するある長さのウェビング、ストラップ、ケーブル、または別の他の手段（以後「リボン」と称する）を有するアクチュエータユニットを含む。動作時、アクチュエータユニット１２０はリボンを後退させて股関節を伸展させる力を生じ、リボンを伸ばしてリボンを弛ませ得る。

本明細書中に説明されるように、アクチュエータユニット１２０は、腰ベルトまたはバックパックなどによって人に取付けられ得る。アクチュエータをユーザに対して（たとえば後側、前側に、または後側および前側の双方の周りに分散させて）しっかり固定するための他の構成要素を用いてもよい。発明のいくつかの実施形態に従うと、アクチュエータは２つのねじによるアタッチメントであってもよく、当該ねじは装置の両側に見ることができ、ユニットをいずれかの方向に向けて取付ける選択肢を与え、すなわちリボンは人に近い装置から、または人からいくらかオフセットして伸び得る。装置はさらに、ユーザの背中のさらに上に装着され、リボンは背中と平行に少し伸びてもよい。いくつかの局面において、アクチュエータユニット１２０から伸びるリボンはユーザの臀部領域に巻付くかその周りに伸びて股関節を横切ってもよい。リボンの下端は大腿の周りのブレースに取付けられ得、これはいくつかの実施形態では膝関節の周りに、および足関節までずっと下方に潜在的に伸びて支持を増加させ得る。

アクチュエータユニット１２０がリボンを後退させると、リボンは、リボンの角度変化のために股関節が屈曲すると、臀部領域に入り込む傾向がある。この構成による不快感を防止するため、いくつかの解決策が可能である。１つは、上記図の左、中央に示されるように、リボンをアクチュエータ端において体からある程度オフセットさせることである。これによって、リボンが臀筋に入り込む前に達することが可能な股関節角度が増加する。別の選択肢は、幅広リボン（たとえば２″）を有して、着用者に対する圧力を最小にすることである。臀部領域に低摩擦材料を着用して摩擦を減少させ、体に接して動くリボンの快適さを増加させてもよい。リボンの長い長さにわたってシースを用いて、すなわちボーデンケーブルを用いて、リボンの動作から体を保護してもよい。体に対する圧力を減少させる代替手段は、大腿アタッチメントにおいてリボンの遠端をオフセットさせることである。これは、大腿ブレースに取付けられる剛体または半剛体構成要素を用いて達成され得、これは「スパー」として後方に伸び、大腿からのリボン接続点のためのオフセットを提
供し得る。たとえば、股関節アタッチメントシステムの一実施形態では、ファブリック片が前部にベルクロを用いて大腿の周りにしっかり固定され得る。アクチュエータは幅２″のリボンを用いてこの大腿ブレースに取付けられ得、このリボンの上部は上向きに引張られ得る。大腿ブレースは、大腿の円錐形状のために、ユーザの脚を上げることが制限される。さらに円錐形状のために、大腿ブレースが下降することを防止するものはほとんどなく、したがって、リボンを上向きに引張るリボンに対する張力がない場合、大腿ブレースは脚を滑り落ちる傾向を有し得る。大腿ブレースは、腰ベルトに接続される他の要素によって、または他の手段によって上向きに保持され得る。

いくつかの局面において、アクチュエータユニット１２０リボン（ウェビング、ケーブル等）はユーザの臀部領域上を下方に伸び、大腿（たとえば大腿ブレース）に係合する軟性要素に直接的にまたは間接的に接続する。一局面において、剛体または半剛体スパーを用いて大腿後部からのオフセットを作り出すことができる。一例では、半剛体要素が大腿後部に接続され、リボンを介して半剛体要素の底部に力が印加されると、当該要素は大腿から外向きに曲がり、大腿からのオフセット（およびモーメント）を増加させる。これは、不使用時に体に接して潰れる低プロファイルスーツを作るのに、かつ大きな力が必要な時により大きいモーメントアームを作るのに有用であり得る。中間の力では、モーメントアームは中間位置にあり得る。軟性、可撓性、剛体、および半剛体要素のさまざまな配置を含む、各々が異なる剛性量を有する要素の多くの他の構成が１つのシステムに用いられ得る。再生目的のシステムの要素として、ばねおよび他の弾性要素が含まれてもよい。

本概念の１つ以上の実施形態に従うと、アクチュエータユニット１２０は、制御システムからの制御信号に応答してリボンに係合して巻付くように適合されるモータ駆動ドライブプーリを含む。ドライブモータは、トランスミッションを用いてドライブプーリに接続され得る。トランスミッションは、ドライブモータからドライブプーリにパワーを伝達するタイミングベルトおよびタイミングギアまたは一組のギアを含み得る。代替実施形態では、ドライブシャフトおよび１つ以上のギアまたはタイミングプーリを用いてドライブモータをドライブプーリに接続し、所定レートでリボンに巻付けてリボンから解いて動作補助を提供してもよい。アクチュエータはさらに、リボンに係合し、アイドラに印加される力を測定するアイドラプーリを含み得る。たとえば１つ以上の歪みゲージによって与えられる力信号は、リボンの作動を制御するアクチュエータコントローラに送信され得る。動作を検出し、アクチュエータを制御して補助を提供するための付加的なセンサがユーザの股関節または他の関節に設けられてもよい。たとえば、股関節の屈曲は、ユーザが動き始めたという指標であり得る。

本概念のいくつかの実施形態に従うと、上述のように、片脚または両脚に制御システムを設けて、アクチュエータを制御してセンサから信号を受信し、動作を検出してアクチュエータ力を調節し、当該力を動作に調和させることができる。

図４２Ａに示される、軽量で小型の簡易組立プロトタイプとして構成される本概念の一実施形態に従うと、すべてのシステム構成要素が２枚のアルミサイドプレート４００同士の間におよび／またはその上に装置され、その位置合わせはダボピンによって実現される。サイドプレート４００は、システム全体を軽量化するおよび／またはシステムの特定部分へのアクセスを提供するカットアウト４０２を含む。示される例では、アクチュエータ２００は、２″ウェビングを駆動してユーザの大腿後部に力を伝達して人の股関節の周りにモーメントを印加するように適合されるプーリ２３５を用い、他の同様に構成される例は、所望であれば幅の異なるウェビングを利用し得る。先の実施形態および例に示されるボーデンケーブルの代わりに幅広リボンを用いると、材料が切断または切開なしでユーザの体に接触することができる。しかし、幅がより小さいウェビングサイズまたはケーブルを強化ファブリック、要素（たとえばパディング、デルリン等）またはガイドと組合わせ
て有利に用い、擦れ、切断または切開するウェビングの能力を同様に減少させることもできる。

股関節システムは、特に人がしゃがむまたは階段を上る等の動作を行うと臀部領域に触れる傾向がある。リボン行程は約２００ｍｍ（８″）であり、これによってしゃがみこみなどの行為が容易になる。幅広ウェビングおよびスプールを用いることによって、付加的な案内特徴を必要とせずにリボンをスプールに複数回巻上げることができる。丸いケーブルを巻上げるためには、スプールは、付加的な溝と、おそらくケーブルを溝内に配置するための何らかの種類のフィーダとを有する必要がある。さらに、ボーデンケーブル損失は、リボンの使用時に経験する損失と比べて高い。幅広ウェビングを有する主な不利点は、股関節が３自由度を有するため、ウェビングが自身の上に折重なり得ることである。折重なりを防止するため、リボンを案内するプーリにフランジが取付けられてもよい。

股関節スピードの初期測定値によって、歩行、ジョギング、ジャンプ、およびしゃがみこみの際に股関節をその最大速度で作動させるために約０．３２５ｍ／ｓの線速度が必要であることが判明した。この線速度は、約８ｃｍの距離である、臀筋の周りの引張要素のオフセットと組合された股関節の角速度に起因する。システムは、２３：１のギア比を有するモータギアボックスおよび３．３３３：１の変速比を有するタイミングベルトを用いる。したがって、全体的なギア比は約７７：１である。スプール径もリボン速度に大きな影響を与え、したがって、システムをリボン速度に関して柔軟に用いることができる。

コンパクトなシステムを設計する際の１つの試練は、着用者の動きを過度に制限しないモータ２４６、ギアボックス２４４およびエンコーダ２４８の最良位置を見つけることである。これらの部品のアセンブリの長さは約１５０ｍｍである。いくつかの局面において、スパーギアまたはベベルギアを用いてドライブユニットを９０°の角度で取付けることができる。タイミングベルト２７０（図４２Ｂ、図４３Ａ参照）は、ドライブユニット２２３（図３０）の位置決めに関して高い軟性を提供する。タイミングベルト２７０は、ドライブユニット２２３の位置を変えることなくタイミングプーリの径を変えることによってシステムトランスミッションの柔軟な適合を可能にする。スパーギアまたはベベルギアを用いると、容易には変更できない固定位置にユニットが設定される。少なくともいくつかの局面において、タイミングベルト２７０の設計は、２つのタイミングプーリ２７１，２７２と、システムに事前張力を印加するアイドラ２７３とを含む。最大ベルト力は約３００Ｎであり、これはギアボックスシャフト上に許容される力と一致する。

図４２Ｆに示されるように、既製のMitsumi部品であるドライブシャフト２６５は、選
択されたタイミングプーリ２７１の１２ｍｍの最小内径にフィットするように選択された、短端（左）の１２ｍｍの径、および長端（右）の１０ｍｍの径を有する。さらに、図４２Ｂ〜図４２Ｃに示される事前張力印加アイドラ２７３のフランジ２７４は、ベルト２７０が滑り落ちるのを防止すべきである。大型タイミングプーリ２７１は、部品の重量を有利に減少させる任意の骸骨構造を含む。図４２Ｅに示されるように、事前張力印加装置は、シャフトと、保持リングによってしっかり固定される２つのベアリングとで構成される。

図４３Ｂの例に示されるように、いくつかのアイドラ２３２および２７５〜２７６を用いて、本概念のいくつかの局面において用いられる幅広ウェビングを案内する。システム内の力を測定するために２つのロードセル２３４が用いられる。リボンに力が印加されると、２つのロードセル２３４が、印加力に比例したロードセルの容量変化ともたらす方向に引張られる。リボンが力測定アイドラ２３２に沿って常に同じ角度を有することを保証するため、１つ以上の付加的なアイドラ（たとえば２７５〜２７６）が用いられる。いくつかの局面において、力を測定すべき角度は約１３°である。図４３Ｂに示されるように
、メカニズムはリボン（図示せず）の動きを制御し、さらに力センサに対する角度を一定に保つ。

ここに説明されるアクチュエータは多くの異なる方法で実現され得る。それはラチェットスプールおよびクラッチを含み、スプールが、クラッチによってロックされていない場合を除いて自由に後退するが伸長に抵抗できるようにし得る。これによって非常に低パワーの解決策が提供され得、アクチュエータはさらなる伸長に抵抗するのみであり、体に印加されるいずれの力も体の以前の動作から保存されている力である。このメカニズムはさらに、リボンと直列のばねを含み、エネルギ貯蔵およびエネルギの戻りを可能にし得る。

代替的に、アクチュエータは、軽い力でウェビングを連続的に後退させるように作用する張力印加ばねによってパワー供給されるメカニズムを含み得る。これは、逆駆動可能なアクチュエータまたはラチェットメカニズムと共に、アクチュエータを用いる必要なしにリボンが股関節の動作を連続的に追跡することを可能にし得る。その後、アクチュエータは、必要な時にリボンに力を印加し得る。

モータは、リボンを一方向に引張る力を印加するのみであるため、ラチェットメカニズムを用いてスプールをモータに接続することができる。これは、スプールを巻上げていた軽量の張力印加ばねと組合わせて用いられ得る。モータが一方向に回転すると、モータはラチェットメカニズムに係合してスプールにトルクを伝達し得る。股関節が伸展するように動くのが早過ぎて、アクチュエータが動作についていけなかった場合、ラチェットメカニズムは、スプールがモータよりも早く動いてリボンを巻上げ続けることを可能にする。股関節が屈曲した場合は、モータはわずかに回転してラチェットの係合を外し得、この点において、股関節は、モータがその動作に抵抗することなく自由に動くようになる。代替的に、小型クラッチメカニズムを用いて、モータをスプールに係合させるかスプールとの係合を外すこともできる。

図４４Ａ〜図４４Ｃは、それぞれ、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ３．２）の正面図、背面図および側面図を示す。接続要素１は腰ベルトの両側を互いに接続し、これによってアンカー点がしっかり固定され、軟性外骨格スーツに下向きの力が印加されてもスーツがたるまない。接続要素２は、腰ベルトと大腿ブレースとの間の張力を維持する。大腿の側部における接続要素２の場所によって、接続要素２は、立脚相の間、一定の張力を維持することができる。接続要素３は、ノード１を下向きの内側方向に拘束する。接続要素４は、接続要素７からの張力に対抗することによって大腿ブレースにおける力の平衡を取るように作用し、さらに、大腿ブレースに鉛直力を与えることによってスーツに事前に張力を印加できるようにする。接続要素５も、ノード１を下向きの外側方向に拘束する。接続要素６は、大腿前部を横切る張力を増加させるために追加された。接続要素７は、大腿ブレースに印加される上向きの力を一定にするために、大腿ブレースの内側に上向きの力を印加する。脹脛接続要素８〜９は、作動時に生じる張力が膝関節の周りに有益なモーメントを生じるように、膝関節の前に取付けられる。

図４５Ａ〜図４５Ｄは、それぞれ、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ４）の正面図、背面図および側面図を示す。図４４Ａ〜図４４Ｃに関して、接続要素４および６が下向きの鉛直内側方向において拘束ノード２に追加され、接続要素８〜９が大腿前部の接続要素に取って代わる（大腿ブレースの回転量を減少させるより良い力分布を可能にするため）ように追加され、接続要素１０が脹脛ストラップ配置の調節可能性を増加させるために追加された。接続要素１２は、接続要素１０の底部に小さい角度を有して取付けられる。そして、接続要素１２が膝関節の回転中心に対して正確に配置されるように、接続要素１０が大腿ブレース層同士の間に位置合わせされて締結される。接続要素４および６のジオメトリはノード２と骨盤との間に非常に高剛性の経路を作り、
その結果としてノード２は高荷重下でほとんどたわまないことが判明した。接続要素８〜９も、ノード２と大腿ブレースとの間に荷重を効果的にかつ均一に分散させ、大腿ブレース回転を無くすことが判明した。

図４６Ａ〜図４６Ｂは、それぞれ、本概念の少なくともいくつかの局面に従うユーザが着用する軟性外骨格スーツの例の正面図および側面図写真を示す。

図４７は、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの初期の実施形態の進化を示す統計の比較を表わす。第１のバージョン（Ｖ１）の軟性外骨格スーツ１００では、最大歩行スピードは１．２５ｍ／ｓ（２．８ｍｐｈ）であり、全電力消費は５９．２Ｗ、バッテリ持続期間は４．１時間（２．５ｋｇのバッテリ）、最大出力は１５０Ｎ、および１００Ｎにおける剛性は３５００Ｎ／ｍであった。第２のバージョン（Ｖ２）の軟性外骨格スーツでは、最大歩行スピードは１．５ｍ／ｓ（３．４ｍｐｈ）であり、全電力消費は５９．２Ｗ、バッテリ持続期間は４．１時間（２．５ｋｇのバッテリ）、最大出力は２００Ｎ、および１００Ｎにおける剛性は４０００Ｎ／ｍであった。第３のバージョン（Ｖ３）の軟性外骨格スーツでは、最大歩行スピードは２．０ｍ／ｓ（４．５ｍｐｈ）であり、全電力消費は５０Ｗ、バッテリ持続期間は５．５時間（２．５ｋｇのバッテリ）、最大出力は２７０Ｎ、および１００Ｎにおける剛性は５０００Ｎ／ｍであった。これらの性能向上はさらに、図４８に示されるように、軟性外骨格スーツ１００（外骨格スーツ、アクチュエータ、電子部品、バッテリ等）の全重量の減少を伴った。図４８は、軟性外骨格スーツＶ１（１２．２ｋｇ）から軟性外骨格スーツＶ２（１０．００ｋｇ）への、および軟性外骨格スーツＶ３（６．５３ｋｇ）への軟性外骨格スーツの重量減少を描くバーチャートを示す。

図４９は、図４６Ａ〜図４６Ｂに示される軟性外骨格スーツ１００の運動学的結果を示す。図４９は、歩容周期のパーセンテージの関数としての右足関節角度（左上）、歩容周期のパーセンテージの関数としての右膝関節角度（右上）、および歩容周期のパーセンテージの関数としての右股関節角度（左下）を示す。これらのグラフの各々において、第１のプロット３０１は、軟性外骨格スーツ１００が運動時に「弛んだ」非作動状態にある時のそれぞれの運動学的角度を示し、第２のプロット３０２は、軟性外骨格スーツ１００が履物接続要素１３０に印加される１５０Ｎの補助力のレベルで運動時に作動される時のそれぞれの運動学的角度を示す。重要なことに、弛み状態と作動状態との間のような関節毎の運動学的角度の接近した一致は、軟性外骨格スーツ１００の動作が歩容に著しくまたは悪い影響を与えないことを証明している。同様に、図５０は、図４６Ａ〜図４６Ｂに示される軟性外骨格スーツ１００の足関節作動性能についての力対時間曲線を示す。データは、軟性外骨格スーツ１００が運動時に「弛んだ」非作動状態にある時の力（グラフ３０１）と比べて、被験者が１．２５ｍ／ｓで歩行している間に記録され、最大で３００Ｎの局所ピーク力がグラフ３０２（作動）に表わされる。ここでも、図５０のグラフ３０１，３０２は、軟性外骨格スーツ１００の弛み状態と作動状態との接近した一致を示す。

図５１は、図４６Ａ〜図４６Ｂに示され４９〜図５０に表わされる軟性外骨格スーツ１００を利用する、同様のテスト条件下の異なる被験者の代謝結果を示す。被験者１について、被験者１は、「弛んだ」非作動状態の軟性外骨格スーツ１００を着用しつつ運動時に７１０Ｗのエネルギを消費したが、軟性外骨格スーツ１００を着用し、運動時に足関節が作動されている間は、同様の運動時に６１１Ｗのエネルギしか消費せず、９９Ｗの消費エネルギの減少（１４％の消費エネルギ減少）であった。被験者２は、「弛んだ」非作動状態の軟性外骨格スーツ１００を着用しつつ運動時に５３０Ｗのエネルギを消費したが、軟性外骨格スーツ１００を着用し、運動時に足関節が作動されている間は、同様の運動時に４６０Ｗのエネルギしか消費せず、７０Ｗの消費エネルギの減少（１３％の消費エネルギ減少）であった。同様の、しかしより小さい利点が被験者３〜５によって実現された。こ
のサンプルに基づいて、消費エネルギの平均減少は５３Ｗであり、９％の消費エネルギ減少であった。

図５２は、１．２５ｍ／ｓの歩行スピードにおける全関節能動パワーは、足関節から４６％の貢献、股関節から４０％の貢献、および膝関節から１４％の貢献を含むことを示す、生物学的代謝パワーパイチャートを示す。軟性外骨格スーツ１００の代謝的利点は、これまでのテストにおいて、最大で股関節における１２％および足関節における１４％の代謝的利点（消費エネルギ減少）を示している。

図５３は、本概念のさまざまな局面に従う異なるバージョンの軟性外骨格スーツ（ｖ３〜ｖ７）同士の間の軟性外骨格スーツ１００剛性の進化を示す。被験者は、Ｖ３、Ｖ３．１、Ｖ３．２（図４４Ａ〜図４４Ｃ参照）、Ｖ５（たとえば図１４Ａ〜図１４Ｂ、図４６Ａ〜図４６Ｂ参照）、およびＶ７（図５４Ａ〜図５４Ｅ参照）を含む多数の異なるバージョンの軟性外骨格スーツ１００を着用した。Ｖ３からＶ７への開示される軟性外骨格スーツ１００の進化を通じて、軟性外骨格スーツ１００の結果として得られる剛性は著しくかつ非直線的に増加した。

図５４Ａ〜図５４Ｅは、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ（Ｖ７）の局面を示す。図５４Ａ〜図５４Ｅの各々において、以下の参照番号、すなわち、（１）ウェビングまたはストラップ材料などの接続要素、（２）非伸長性ファブリック、（３）スーツの腰部分の上に接続されて着用者の腰回りにしっかり固定される１″ウェビング、（４）ケーブルおよび脹脛ストラップウェビングのためのルーティングポケット、（５）ケーブル（たとえばボーデンケーブル）、（６）スパンデックス系材料、ならびに（７）軟性外骨格スーツへのボーデンケーブル接続の摺動可能部分、が用いられる。全体的に、図５４Ａ〜図５４Ｅの軟性外骨格スーツ１００は、２つのレギンス部４００と、腰を取囲む腰アタッチメント３とを含む。腰アタッチメント３は、（たとえば後部、側部または前部で）調節可能であり、より高応力区域のファブリックを強化するウェビングを有するという点で、上述の腰ベルト１１０（たとえば図１３参照）と同様である。

一局面において、腰アタッチメント用のウェビングの第１の片は脚の両側の腸骨稜の上から伸びて反対の脚に移り、ウェビングの第２の片は同じ側で股関節の周りに伸びる。腰アタッチメント３に１″ベルトが設けられる（縫付、ストラップ、ループ、スナップまたは他の固定手段によって任意にしっかり固定される）ことによって、スーツが腰の周りにしっかり固定され得る（たとえば、軟性外骨格スーツの残りの部分が締付けられる間は緩くしっかり固定され、使用時はぴったりとしっかり固定される、等）。一実施形態では、スーツの前部に（たとえば中心にまたは中心からオフセットして）チャック式開口部が設けられ、ここで両側が容易に、しかししっかりと接続される（たとえばベルクロ（登録商標）、ジッパー、ボタン等を介して）か、または分離され得る。ベルクロ（登録商標）を用いたチャック式開口部によって、軟性外骨格スーツ１００をさまざまな生理機能にフィットするようにより良く適合させることができる。腰部分全体は、ベルクロ（登録商標）で強化された主に非伸長性のファブリックで構成される。フォームインサートが望ましくは骨盤の腸骨稜領域上に位置決めされ、快適さのための付加的なパディングを提供する。

図５４Ｃの右下パネルに示されるように、腰アタッチメント３はベルクロ（登録商標）の大きいパッチを介してレギンス部４００に接続し、これは、左脚２の同じ個所がベルクロ（登録商標）の大きいパッチ２によって接続される図５４Ｃの左下パネルと比較され得る。ベルクロ（登録商標）のこのパッチは、大腿前部の非伸長性ファブリック２の大きいパッチの上にある。レギンス部の残りは、伸縮性スパンデックス材料６で構成される。この構成は、スーツに荷重が加えられた時に大腿前部が伸びることを防止する。幅広ファブリック区域は大腿全体に荷重を分散させ、変位および圧力を最小にする。この幅広ファブ
リック区域は、スパンデックスがスーツの後部の周りにある状態で、大腿に密接して保持される。スパンデックスは、伸びて非伸長性ファブリックを大腿に接してきつく引張り、軟性外骨格スーツ動作時にファブリックが動かないようにすべきである。

大腿前部のベルクロ（登録商標）にはさらに、大腿前部から膝関節を通って脹脛後部に伸びる２つの接続要素（たとえばストラップ）（図１４Ａ〜図１４Ｂに示される接続要素１０７と同様）が取付けられる。これらの接続要素の底部は、図５４Ｅの参照番号１として示される。これらの接続要素は、膝関節の真上から脹脛の基部に伸びる、軟性外骨格スーツの両側のスパンデックスポケットを通る。接続要素と皮膚との間のポケットの底のスパンデックスは、皮膚上の接続要素の擦れおよびラビングを防止するのに役立つ。接続要素を取囲むポケットの上のスパンデックスは、接続要素が脚に接して平らになることを防ぐためのものであり、これによって剛性が増加し得、さらに、接続要素がかぎ裂きの危険要因となるのを防止するためのものである。大腿前部のベルクロ（登録商標）アタッチメントによって、スーツを身長の異なる着用者に調節することができ、かつスーツに適切なレベルまで張力を印加するように、接続要素の有効長を変えることができる。この調節は、ストラップおよびバックル、レース、または任意の他の手段によって達成され得る。

別の構成では、図５４Ａ〜図５４Ｅの接続要素１をポケット内に摺動させる代わりに、これらを衣服に縫込んでファブリックの非伸長性部分を作ってもよい。ゆえに一般に、軟性外骨格スーツ１００は、非伸長性ファブリックが縫込まれた領域を有するスパンデックス下層を含み、軟性外骨格スーツが伸びずに力を伝達する経路を作り出す。代替的に、軟性外骨格スーツは、ファブリックに織込まれた非伸長性繊維で強化された領域を有するスパンデックスファブリックを含んでもよい。

一般に、レギンス４００は１つのパンツ構造内に組合わされ得、これは、上部にスパンデックスを加えることによって旧来のパンツ形状に共に縫込まれた２つのレギンスで構成され、これは着用者の前部および股間領域を覆う。このパンツ構造は、腰アタッチメント構造の下に進む。

脹脛後部に進む接続要素１を含むポケットの上にまたはポケットに隣接して、図５４Ｅに示されるように、脹脛後部まで下に進むボーデンケーブルを含む第２のポケットが縫込まれる。

スパンデックスポケットに利用される接続要素は、たとえば、脹脛に接する大きい表面積を提供するため、かつ歪みを最小にするために、上下の幅が２″であり、膝関節の場所に対応する中間部の幅が１″であるウェビングストラップを含み得る。この構成は、幅の異なるウェビングを互いに縫付けることによって本願で達成されるが、そのような構造は代替的に、カスタム織のウェビング片を作ることによって達成され得る。ウェビングはテーパ状であり、膝関節の周りで幅が１″になり、たとえば歩行の遊脚相で起こるように膝関節が曲がった時にウェビングが外向きに大量に突き出ることを防止する。ストラップの幅がずっと下まで２″である場合、ウェビングは１ｃｍを超えて突き出すことはない場合があり、歩行時に反対側の脚に擦り付き得る。

図５４Ｅに示されるように、ボーデンケーブル５は、摺動アタッチメントを介して脚の側面を下方に伸びる接続要素１に取付けられる。接続要素は、脚の片側を下りた後、かつ脚を再び上方に伸びる前に、金属スライド（ウェビングバックル）を通ってループ状なる。これによって、ケーブルに力が印加されると右側および左側の接続要素の長さを等しくすることができる。内側ケーブル５の端は踵後部にしっかり固定されているため、この摺動メカニズムによって、ボーデンケーブル５は、脹脛の中心に存在する傾向がある最小エネルギの位置に達するまで接続要素１に沿って動くことになる。

図５５Ａ〜図５５Ｂは、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ１００の局面を示す。図５５Ａ〜図５５Ｂの軟性外骨格スーツ１００は、ボーデンケーブル作動を用いて股関節屈曲および伸展に付随する平行力を生じることによって、股関節屈曲および伸展に適切な補助を提供し、図４１Ａに示される実施形態と概念は同様である。本概念のこの局面において、軟性外骨格スーツは、腰ベルト（１）、ボーデンケーブルのアンカー点の遠端を保持する大腿ブレース（２）、ボーデンケーブルのアンカー点の近端を形成する接続要素（たとえばウェビングストラップ）（３）、および大腿ブレースの位置が下がらないように保持するための脚の側部上の２つの伸縮性側部接続要素（たとえばウェビングストラップ）（４）を含む。股関節屈曲用の脚の前側のアンカー点は図５５Ａ〜図５５Ｂにおいて点５および７としてラベル付けされており、股関節伸展用のアンカー点は脚の後側の点６および８としてラベル付けされている。それぞれ股関節屈曲および伸展用の近位アンカー点５，６は股関節の真上にあるが、遠位アンカー点７，８は大腿ブレース２の上側にあり、これらはさらにそれぞれ５，６と同じ矢状面内にある。

図５５Ａおよび図５５Ｂの各々はさらに、それに隣接して、ボーデンケーブル１４２およびロードセル４２５アタッチメントを示す詳細図を示す。ボーデンケーブルシース１４４は近端アンカー点５，６に接続され、ロードセル４２５を間に有する内側ケーブル１４２は大腿ブレース１２０上の遠端アンカー点７，８に取付けられる。股関節を補助するため、軟性外骨格スーツ１００は、ボーデンケーブル１４２を作動させてそれらのアンカー点５〜８を互いに近付け、それぞれ股関節屈筋および伸筋に対して上向きの平行力を生じることによって、収縮力を生じる。アンカー点は股関節回転中心から数センチメートル離れているため、ボーデンケーブル１４２が収縮すると股関節屈曲および伸展トルクが生じる。ボーデンケーブル１４２の作動を正しいタイミングで実現することによって、軟性外骨格スーツによって生じるトルクは股筋肉と同期し、歩行（または走行）時の着用者の推進および遊脚を助け、着用者のエネルギ消費を減少させて代謝パワーを向上させる。

図５５Ａ〜図５５Ｂに示される大腿ブレース２は、少なくともいくつかの局面において、大腿に巻付いてベルクロ（登録商標）でしっかり固定される低伸縮性コットンまたは他の低伸縮性材料を含む。４つの低伸縮性ポリエステルウェビングが低伸縮性コットンの外側で整径され、ボーデンケーブル１４２の２つの遠位アンカー点を形成し、スーツが作動されると大腿ブレース２の周りに張力を分散させる。低伸縮性コットンには、２″のポリエステルウェビングの４つのストラップが縫込まれるか、またはそうでなければ組込まれる。股関節伸展を補助する際、これら２本のストラップは大腿ストラップの後部の上から始まり、２本のストラップが交差する前部に対して周りに対角線状に巻付いてから、それらがベルクロ（登録商標）を用いて互いにしっかり固定される後部に戻って巻付く。伸縮性側部ウェビングストラップ４は、両端にベルクロ（登録商標）を有する幅１″、長さ１８″の伸縮性コットンであり、スーツが作動されると大腿ブレースを所定位置に保つために腰ベルト１および大腿ブレース２を接続する。

図５６Ａ〜図５６Ｂは、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの腰ベルト１１０の局面を示す。腰ベルト１１０は、示される例では、バックパッド９、２つのサイドパッド１０、および２つの対角接続要素（たとえばストラップ、ウェビング）１１を含む。腰ベルト１１０は、ボーデンケーブル１４２（図５６Ａ〜図５６Ｂには図示せず）から対角ストラップを通って腸骨稜に、かつ腰の周りに力を分散させるように設計された。ボーデンケーブル１４２が作動されると、腰ベルト１１０に対する下向きの力が股関節の真上の対角接続要素１１で始まる。この構成のおかげで、ボーデンケーブル１４２に対する張力によって生じる垂直力は余分のトルクを追加して所望の屈曲または伸展補助に影響を与えず、下向きの力は幅４″インチの腰ベルト１１０の周りに分散される。

図５７は、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの別の腰ベルト１１０（Ｖ５）の局面を示す。図５７において、ラベルは右脚から骨盤に力を伝達する構成要素を示す。このバージョンでは、脚毎に、１つの接続要素５（たとえばウェビングストラップ）が骨盤の前を横切って骨盤の反対側に取付けられ、１つの接続要素２（たとえばウェビングストラップ）が脚と同じ側で骨盤の側部に巻付く。接続要素５は、骨盤の腸骨稜の上で終端する。接続要素２は、腸骨稜の下で股関節に巻付く。そして、接続要素２，５の双方が、人の後ろに回って背中のくぼみにおよび後ろで骨盤に乗る幅広腰ベルト１１０に接続される（後ろに同様の構成を有する図５８の参照番号９，１０，１１も参照）。この構成によって、（交差ストラップが終端する）骨盤の上が下向きおよび横方向の力に抵抗するレッジとして作用する（挿入写真参照）ため、高い力を腰に伝達することができる。同じ側において、股関節は剛性を有し、股関節の側部に巻付くストラップによって生じる内向きの力に抵抗する。ストラップの下向きの力は、背中のくぼみおよび骨盤の後ろによって抵抗される。

さらに他の局面において、同じ力の下での変位がより小さい接続要素の別のシステムが、図５７と同じ構成要素のナンバリングを有する図５８に示されるトポロジによって達成され得る。図５８は、軟性外骨格スーツのさらに別の腰ベルト（Ｖ５）の局面を示し、右脚に力を印加するための腰ベルトアタッチメントを示し、上の列は腰ベルトの構成要素を示し、下の列は腰ベルトが骨盤の腸骨稜に対してどのように位置決めされるかを示しており、これは写真に描かれた弧によって示される。図５８では、接続要素（たとえばウェビングストラップ）２および５に加えて、Ｖ字を形成する接続要素１および４が、接続要素１および４を接続要素２および５に接続する接続要素６において追加されている。接続要素１は、荷重が加えられるのと同じ骨盤の側（示されるように右側）で腸骨稜よりも上に進む。接続要素４は、骨盤の反対側で腸骨稜よりも上に進む。接続要素１と接続要素４との接合部は次に、接続要素６を介して接続要素２と５との接合部に接続される。この構成では、接続要素１および４はいくらかの荷重を支えるが、接続要素１は高い力の下で腸骨稜の側部を滑る。しかし、接続要素２および５と共に、これを用いて、骨盤に印加可能な最大力が増加させるか、または体へのアタッチメントの剛性（接続要素６の底部を引下げ、印加力対結果として得られる当該点の変位を記録することによって測定される）を増加させることができる。

これらの接続要素同士の間の理想的な荷重共有を達成するため、張力は、接続要素１，２，４，５および６がほぼ等しくなるようにこれら接続要素内に設定されるべきである。代替的に、接続要素２および５は接続要素１および４よりも多く力を取るため、接続要素２および５内の張力は１および４の張力よりも高くてもよいし、または、接続要素２および５が張りつめるためにやや変位する必要があるように、接続要素６がより低い張力を有するようにしてもよい。

さらに図５８では、接続要素１と２との間の隙間が参照番号「３」とラベル付けされている。腸骨稜の大部分はこの隙間に突出する。これは、接続要素１および２を接続するスパンデックス伸縮性材料で覆われるが、これはまったくファブリックを有さずに覆われていなくてもよい。当該材料は、接続要素２の下向きの動作が接続要素１を腸骨稜の縁上に引張らないように、弾性を有する（たとえば、接続要素１および２が鉛直方向において互いに動くことを可能にする）。図５８はさらに、バックル８によって前で接続される腰ベルト７を示す。腰ベルト７は、接続要素が腸骨稜にぴったりと接するように接続要素を引張り、接続要素が締付けられている間に構造全体を支持するのに有用である。

一般に、伸びが約２０％未満のファブリック、理想的には伸びが約５％未満のファブリックが、これらおよび他の図における接続要素のいずれかの代わりに用いられ得る。

図５９は、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのさらに別の腰ベルト１１０（Ｖ７．１）の局面を示す。図５９は、コンプライアントな要素としてファブリックを利用して腰ベルト内の力の平衡を取る腰ベルトアタッチメントを示し、上の列は腰ベルトの構成要素を示し、下の列は腰ベルトが骨盤の腸骨稜に対してどのように位置決めされるかを示しており、これは写真に描かれた弧によって示される。図５９の例では、用いられる参照番号は図５７〜図５８と同じ構成要素を幅広く参照する。ここで、接続要素２および５は図５７〜図５８の接続要素と同様であり、体の両側の腸骨稜の上に、かつ腰ベルトに対して力が下向きに印加されるのと同じ体の側の腸骨稜の下に接続される。ここで、接続要素１，４および６は、図５８でウェビングが覆ったよりも広い表面積で骨盤の前を覆うファブリックで置換えられている。また、ファブリックは接続要素材料よりも伸長性を有する。

図５９のこの例では、ファブリックは、繊維と平行に荷重をかけられると３００Ｎの荷重下で５％伸び、接続要素材料（幅２″のシートベルトウェビング）は３００Ｎの荷重下で０．２％伸びた。したがって、要素６の底部に対して下向きに荷重が加えられると、接続要素２および５は、ファブリック１および４よりも所与の荷重に対する変位が小さくなる。つまり、要素１および４によって支えられる力は、それらの相対的に高いコンプライアンスのため、接続要素２および５によって支えられる力よりも小さくなる。これによってスーツを容易に調節することができるため、スーツは着用者が鉛直方向に起立している時は着用者の前部に平坦に横たわり、力はこれら２つの箇所同士の間に自動的に分散される。一般に、腰ベルトの構成は、ぴったりとフィットするように適切に調節するのがより困難であるという犠牲を払って、同じ種類のファブリックで完全に構成され得る。

図５９の要素３は、スパンデックスファブリックを含む。当該ファブリックは腹部の上部を十分に覆い、腰ベルトを骨盤にしっかり固定するため、この実施形態では腰ベルトがない。腰ベルトを任意に追加してもよい。一般に、図５９に示される要素（接続要素およびファブリック）に加えて、付加的な要素を用いてもよい。骨盤の両側の腸骨稜の下に接続する接続要素またはファブリックを配置することも可能である。たとえば、接続要素５は人の中線を横切った後、２つの区分へと「Ｙ」字状に分岐してもよく、その一方が腸骨稜の上に進み、他方がその下に進む。

図５９の例では、腰ベルトは、腰ベルトの原理が脚毎に別個に維持され得るように構成される。これによって、二片のファブリックを接続するファスナがコンプライアンスまたはヒステリシスを導入する可能性が高いため、高い剛性が可能になる。なお、本明細書中に開示される軟性外骨格スーツの任意の局面において、軟性外骨格スーツはヒステリシスを有するように有利に構成され得る。これは、たとえば、アクチュエータ２００が、高速動作を必要とし得るスーツを引張る時（たとえば歩容周期の４０〜５０％の間）に動いて力を印加することができ、その後、よりゆっくりと動いて元の位置に戻る（たとえば歩容周期の６０〜８０％の間）ことができるため、有用であり得る。

図５９の腰ベルトの着用に関して、図６１が説明的である。図６１の左の２つの画像は右大腿上に座る軟性外骨格スーツの部分であり、右の２つの画像は左大腿上に座る軟性外骨格スーツの部分である。いずれの場合も、画像は、人がスーツを着用している時に人と反対方向を向くスーツの側を示す。軟性外骨格スーツを着用するため、まず、右大腿上の下向きの力を支えるスーツの部分が接続される。接続要素２が、体の左側から左腸骨稜上に伸びる接続要素４の端のスライド（ウェビングバックル）を通って配置される。接続要素２は次に、ベルクロ（登録商標）によって自身の上にしっかり固定される。次に、左脚上の力を支える軟性外骨格スーツの部分が接続される。接続要素３が、体の右側から右腸骨稜上に伸びる接続要素１の端のスライドを通って配置される。接続要素３は次に、自身の上に二つ折りにされ、ベルクロ（登録商標）によってしっかり固定される。このように
、右脚を支える腰ベルト構造は、左脚を支える腰ベルト構造の下にあり、それらは中間で互いに接続されない（しかし腰アタッチメントをさらにしっかり固定するために接続されてもよい）。腰の周りに装置を取付けた後、装置は、体の左側の接続要素７およびベルクロ（登録商標）８、ならびに体の右側の同様のストラップおよびベルクロ（登録商標）アタッチメントを用いてさらに張力が印加される。図６１の接続要素７は、図５９の接続要素２に対応する。

図６０は図５９の腰ベルト（Ｖ７．１）の局面を示し、ファブリックの粒子方向を示す。両方向矢印によって示される方向は、それらのファブリック片が比較的非伸長性である方向である。シームがこれらのファブリック片を接続して、所望の経路を通る力伝達を提供する。粒子方向のこの配列は、最高剛性を提供することが判明している。一般に、織ファブリックは、ファブリックが織機に装着された時の主軸である縦糸および横糸方向を有する。織ファブリックはこれらの軸に沿って比較的非伸長性であり、縦糸および横糸軸から４５°回転した一組の軸に沿って比較的伸長性を有する傾向がある。したがって、腰ベルトファブリック内に高剛性を生成するために、ファブリックは示されるように縫付けられ、ファブリックの３片が、それらの最低伸びの軸（矢印で示される）が、当該ファブリック片が維持することになる力経路と一直線に方向付けられるように、異なる方向に方向付けられる。シームは任意にテープで留められて低伸縮性材料の付加的な線を提供し得る。

図６２は、多関節を作動させるように構成される本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの局面を示す。左の画像では、アクチュエータ２００は、複数組のボーデンケーブル１４２を作動させて異なる関節（たとえば足関節、股関節）に補助力を別個に提供するように構成されるプーリ２２４を有して示される。右の画像では、軟性外骨格スーツは、関節運動学を測定するためのセンサ３５０を組込むように示される。例示的なセンサは、各々の全内容が引用により本明細書に援用される国際公開第２０１３／０４４２２６号、国際公開第２０１２／１０３０７３号、国際公開第２０１２／０５０９３８号、および米国特許第８，３１６，７１９号に開示されている。さらに、本概念の局面のいずれかは、各々の全内容が引用により本明細書に援用されるたとえば国際公開第２０１１／００８９３４号または国際公開第２０１３／０３３６６９号に開示されている材料であるがこれらに限定されない他の能動的に制御される材料をさらに組込んでもよい。一例として、開示される局面のいずれかに従う軟性外骨格スーツは、一例として、足関節、膝関節および股関節の１つ以上に配置されて（すなわちそれぞれの関節の両側に取付けられて）矢状面内の人間の生物学的関節回転を測定する超弾性歪みセンサを含み得る。結果として得られる軟性外骨格スーツは非常に軽量であり、費用効率が高く、容易に脱ぎ着できる。

図６３Ａ〜図６３Ｂは、多関節を作動させるように構成される本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの例を示す。この軟性外骨格スーツは、弾性および非伸長性ファブリックの組合わせ、または下肢の関節を横切る力を印加可能な材料で形成される。図示される例における力は、第１の端が関節の上でスーツに固定され、第２の端が関節の下で固定されるケーブルを収縮することによって生じる。本明細書中に説明されるように、収縮ケーブル（たとえばボーデンケーブル）は、軟性外骨格スーツの非伸長性部材を介してさまざまなアンカー点に力を伝達して荷重を運ぶ。そのように構成される場合、軟性外骨格スーツによって、以下に説明されるマルチプーリおよびドライブボックスを用いて多関節に対して有益な態様で同時に作用することができる。有利には、軟性外骨格スーツは、１つ以上の関節、望ましくは３つの関節（股関節、膝関節、足関節）の関節角度を測定可能なセンサシステムを含む。センサは、図６２に関連して上記に述べたセンサを含み得るがこれに限定されず、関節角度を測定可能な同じ種類または異なる種類の任意のセンサ（１つまたは複数）を含み得る。

図６２Ａおよび図６３Ａ〜図６３Ｂの例は対象活動が歩行または走行である脚に関するが、本概念は、歩行または走行以外の動作、および脚以外の肢（たとえば腕）を含む。対応して、マルチプーリおよびドライブボックスは、さらに（すなわち上記に加えて）、または代替的に（上記とは別個に）腕運動に補助を提供し得る。

図６４Ａ〜図６４Ｂは、本概念の少なくともいくつかの局面に従う多関節を作動させるように構成される軟性外骨格スーツ１００のマルチプーリの例を示す。図６２および図６３Ａ〜図６３Ｂの例を引き続き参照して、１−Ｎ個のプーリ（Ｎは整数）を起動するように構成される１つのドライブユニットによって多関節作動能力が提供される。ドライブユニットは、複数のプーリを直接的にまたは間接的に（たとえば１つ以上のギアを介して）駆動するように適合される１つの入力（たとえばシャフト）を含む。連動して動作する股関節屈曲および足関節屈曲などの関節については、２つのプーリが同時に活動状態になり得る。２つ以上のプーリを起動することは、プーリ同士の間の永久接続、または１つ以上のプーリに同時に係合するセレクタを介して行われ得る。作動点毎のプーリは異なる径を有し得る。プーリ径の比率によって、１つの入力で、異なる力および速度要件を有し得る各関節のアクチュエータを駆動することができる。

図６５は、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツの大腿ブレースの背面図を示す。任意の一体成形構成で示される図示される大腿ブレースは、異なる大腿サイズに対応してタイトフィットを可能にする膝上の調節点を提供するだけでなく、最適な円錐形状一致のための調節を可能にするようにも構成される。大腿後部の外側カットアウトおよび最小高さは、テーパ状端において提供されるベルクロ（登録商標）による十分な固定を提供しつつ、動きおよび快適さを促進する。周方向の調節は、ベルクロ（登録商標）アタッチメントを解放し、大腿ブレースの一端を静止して保持しつつ大腿ブレースに所望通りの張力を印加し、ベルクロ（登録商標）アタッチメントをしっかり固定する単純な事項である。

図６６は、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ１００のボーデンケーブル終端点を示す。上述のように、ボーデンケーブルアクチュエータは、２つの固定点同士の間の距離を減少させることによって作用する。本明細書中で操作される固定点はスーツへの点およびアタッチメントであり、スーツを介して、作用される関節（１つまたは複数）の上下で体に接地される。これらの接地力は、関節の周りにモーメントを生じる。股関節屈曲モーメントは、ボーデンケーブル（１）のスリーブ上部を前額面の前方の腸骨稜の上でスーツに、かつケーブル（２）を腸骨稜の下に接地することによって生じる。軟性外骨格スーツは、このケーブルの収縮が大腿の円錐部分および腰ベルトの周りの非伸長性ファブリックを介して起こる時に生じる力を接地する。股関節伸展モーメントは、ボーデンケーブル（３）のスリーブ上部を前額面の前方の腸骨稜の上で軟性外骨格スーツに、かつケーブル（４）を腸骨稜の下に接地することによって生じる。軟性外骨格スーツは、このケーブルの収縮が大腿の円錐部分および腰ベルトの周りの非伸長性ファブリックを介して起こる時に生じる力を接地する。足関節伸展モーメントは、ボーデンケーブル（５）のスリーブ上部を着用者のブーツの上の脹脛上の点に、かつケーブル（６）を着用者の踵の下に接地することによって生じる。軟性外骨格スーツは、このケーブルの収縮が腰ベルトにおける非伸長性ファブリックを介して起こる時に生じる力を接地する。

図６７Ａ〜図６７Ｄは、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツのアクチュエータ２００の局面を示す。図４６Ａ〜図４６Ｂおよび図６２などに一例として示されるように、バックパックで支えられるアクチュエータは、軟性外骨格スーツ作動システムの１つの有利な実現である。しかし、現在の作動システムのサイズおよび重量のため、着用者がバックパックをすぐに下ろしてそれから離れる必要がある場合は脱ぐのが厄
介であり得る。ボーデンケーブルがパワーおよびドライブユニット、ならびに電気的接続に固定されている場合、これはそのような手順の障害となり得る。したがって、本概念の少なくともいくつかの局面において、アクチュエータ２００は、作動システムを軟性外骨格スーツに繋ぐシステムの一部の迅速な取外しを可能にするクイックリリース特徴を含み得る。一例として、図６７Ａ〜図６７Ｄに示されるように、クイックリリースは、一次ドライブ５００（およびパワーボックス）から小型プーリカセット５１０を迅速に取外すことができるように構成される。プーリカセット５１０は、ボーデンケーブル噛合特徴を有するプーリおよび軟性外骨格スーツ電気的接続で構成される。したがって、着用者がバックパックを排出したい場合、彼または彼女は２つの固定ラッチに取付けられたコードまたはピン／スキューアを引くのみであり、ラッチが開いてカセットをドライブスプラインから排出することができる。一次ドライブ５００にプーリカセット５１０を解放可能に接続するための他の従来のクイックリリースメカニズム（ＱＲＭ）を採用してもよい。

図６７Ａ〜図６７Ｄの例に従うと、開示されるカセットプーリ５１０の容易な取外し可能性は、カセットプーリ上の対応する噛合特徴と噛合するモータユニット５００のスプラインドライブの利用によって容易になる。大型のスリムなベアリング（１つまたは複数）はさらに、ドライブボックス５００のモータとカセットプーリ５１０との間の中心スプライン係合の利用を容易にする。カセットプーリ５１０をドライブボックス５００のモータに保持するクリップは、開くとユニットを解放することができる任意の従来のクリップを含み得る。ばねクリップが本願において好ましいが、必須ではない。さらに、モータトルクに抵抗するキーイングピンもしくは特徴および／または位置合わせ特徴は、ユニットが接続されるとモータパワーをプーリに伝達することができる。

接触スプリングピン（たとえばポゴピン）を用いると、カセットプーリ５１０とドライブボックス５００との間に安定した電気的接続を確立することができ、これによって、永久接続を用いずに軟性外骨格スーツ１００とドライブボックス５００との間の双方向信号および／または双方向送電（たとえば回生送電）が可能になる。カセットプーリ５１０が排出されると、電気的接続は一時的に切断される。クイックコネクトの同様のシステムは、任意のオンボード軟性外骨格スーツシステムについて流体または気体接続を利用する任意の軟性外骨格スーツについて実現され得る（たとえば作動等）。カセットプーリ５１０が排出されると、軟性外骨格スーツの着用者と、アクチュエータ２００および／または関連システムを支えるバックパック（もしくはファニーパック）とを接続するものはなくなり、バックパックは障害なく迅速に取外され得る。カセットプーリ５１０は、手に握られてハングフリーの状態に下ろされてもよいし、または設けられてアクセス可能である場合、着用者の衣類（軟性外骨格スーツが衣類の下に着用される場合）のポーチもしくはポケットまたは軟性外骨格スーツのポーチまたはポケットに迅速に挿入されてもよい。

図６７Ａ〜図６７Ｂのアクチュエータ２００の別の任意の、しかし有利な特徴は、組込まれた高速交換可能なバッテリシステムを含む。これによって、使い切ったまたは充電が不十分なバッテリを迅速に取外すこと、新たなバッテリの交換および／または既存のバッテリをより大型または小型のバッテリに交換して軟性外骨格スーツの操作包絡線を変更する（たとえばバッテリ持続期間を延ばすため、低容量および軽量バッテリが特定のミッションまたは特定のタスク目標を満足する場合にシステム重量を減少させるため、等）ことができる。図６７Ｃ〜図６７Ｄは、ドライブボックス５００からドライブボックス５００の下に取外されたバッテリボックスを示し、ドライブボックスから排出されたカセットプーリ５１０をさらに示す。

示されるように、ドライブボックス５００は受動的な冷却システムを含む（すなわち空却される）。いくつかの局面では、モータを適切な温度動作範囲内に維持するために冷却ファンが好適に用いられるが、いくつかのタスクおよび運転条件は空冷された冷却システ
ムの恩恵を受ける。そのような局面において、モータは、モータの表面（たとえばモータの上半分）に配置された放射フィンシステム（たとえば外向きに突出する複数のフィンを有する導電ベースを含む機械加工されたアルミブロック）によって冷却され、モータから放射フィンシステムの導電ベースおよびフィンへの伝導伝熱が可能になり、これによってフィンから大気に対流的に熱が伝達される）。このフィンシステムは静音冷却という利点を有し、密閉装置を可能にする。空冷システムは有利には静音であり、アクチュエータシステムの全体的なパワー要件を減少させ、他の方法では（省略された）冷却ファンによって廃熱が排出されるアクチュエータシステムの開口部を回避する。

図６８〜図７０は、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツについて実現され得る制御スキームのさまざまな局面を示す。そのような制御スキームは柔軟性があり、特定のスーツおよび用途に所望通りに適合され得る。一例として、図６８の軟性外骨格スーツ１００は、スーツ剛性および圧力を測定するための（国際公開第２０１３／０４４２２６号に開示されるような）複数の超弾性歪みセンサを含む。一例として、そのような超弾性歪みセンサは、非毒性の共晶ガリウムインジウム（ｅＧａＩｎ）の導電液体マイクロチャネルに埋込まれた伸縮性シリコーンゴム（たとえばEcoFlex 0030, SmoothOn; PDMS, Dow Corning社）シートを含み得、チャネルが変形すると、長さの変化に対応す
る電気抵抗の変化が生じる（これは次に関節の回転に関連し得る）。示されるように、超弾性歪みセンサは、監視する関節の角度変化を測定するために足関節、膝関節および股関節を横切って配置される。超弾性歪みセンサは、たとえば図６８に示されるように、リアルタイムのスーツ変形を測定するために能動的なスーツの力経路と平行して配置され得る。

制御システムは、人間動作パターン検出アルゴリズムまたはルックアップテーブルを介して、検知した関節の動き（たとえば角度の絶対変化のみを見て、時間、速度および／または加速度に対する角度変化を見て、等）を、複数の予測行為、たとえば水平面の歩行、上り斜面の歩行、下り斜面の歩行、水平面の走行、上り斜面の走行、下り斜面の走行、階段を歩いて上がること、階段を歩いて下りること、屈みこみ、這い歩き、ジャンプ、跛行、一方の肢を他方の肢よりも好むこと、等の１つと関連付けることができる。この動作データに基づいて、制御システムは、（１）データをローカルな物理的記憶媒体に記憶し、（２）データをオンボード通信システムを介して別のローカルもしくはリモートデバイスに無線送信し、（３）データを有線接続（たとえば通信ケーブル）を介して別のローカルまたはリモートデバイス、オンボード通信システムを介したデバイスに送信し、および／または（４）データを用いてリアルタイムの力補助制御を提供し、スーツを着用者の活動状態および環境にシームレスに適合させ得る。たとえば、軟性外骨格スーツ測定関節変形が、快適さ（たとえばユーザの好み）および／またはスーツの機械的能力考慮事項に基づいて規定される閾値よりも高い場合、制御システムは、これらの変形が所望の運転領域内に再び収まるまで補助レベルを自動的に減少させるように構成され得る。さらに、軟性外骨格スーツは、能動的なウェアラブルな外骨格と組合わせて用いられ得る。そのような実現では、測定データは、無線でまたは有線接続を介して外骨格のコントローラに送信され、外骨格を補助レベルに適合させることができる。さらに、軟性の超弾性センサを用いて着用者と軟性外骨格スーツとの間のインターフェイスの任意の点に対する圧力を測定し、これを用いて、快適さ考慮事項に基づいて補助レベルをオンライン適合させることもできる。

力センサを用いてケーブル内の張力を測定する場合（たとえばインラインセンサ）、付加的な制御スキームが軟性外骨格スーツと共に用いられ得る。軟性外骨格スーツは、歩行の生体力学のため、受動的に張力を生じる。所与の脚について、この張力は、軟性外骨格スーツがどのように調節されるかに依存して歩容周期の約１５〜３５％で発生し始め、脚が地面から蹴出されると上昇する。この上昇力を制御システムへの入力として用いて、い
つおよび／またはどのように（たとえば力プロファイル、力タイミング等）軟性外骨格スーツが作動されるべきであるかについての情報を与えることができる。

この情報からの１つの制御スキームは、まず、水平面歩行時にピーク力が一定の閾値の大きさ（たとえばＦ_peak）である点までスーツに張力を印加することを含む。このようにスーツに事前に張力が印加されると、ケーブル上の力が監視され、ケーブル上の力は歩容周期の同じ点で閾値を予測通りに超えるため、当該力を用いて、ユーザが歩容周期のどこにいるか、またはこれからどこにいることになるのかを予測することができる。これに関して、図７７は、歩容周期中の軟性外骨格スーツ１００の作動のタイミングと、２つの条件下、すなわちスーツに張力を印加した場合８００およびスーツを作動させた場合８１０の対応するスーツ力とを示すグラフを示す。張力印加グラフ８００は、スーツが一定の長さに設定された後、歩容周期の間中その長さが固定維持されることを意味する。作動グラフ８１０は、スーツ内の張力が、足関節においてボーデンケーブル等と共にスーツを引張ることによって変化することを意味する。グラフ８００において、スーツ内の張力は、（図９Ｄに示されるように）関節の異なる動作のため歩容周期の間に変化する。図７８は、作動した場合８１０について、ケーブル位置およびスーツ力の相対タイミングを示し、より特定的には、（歩容周期のパーセンテージとしての）歩容周期中の軟性外骨格スーツの作動のタイミングおよびケーブル位置（グラフ８２０）に対する対応のスーツ力（グラフ８３０）を示すグラフを示す。

図７７のグラフにおいて、張力は歩行周期の４０％で５０Ｎを超え、これは多くの歩にわたって反復可能である。この力は作動が各周期を開始する前に生じ、ゆえにこの情報は、ケーブルが作動されるか否かにかかわらず得ることができる。ゆえに、閾値力Ｆ_threshに接近する（または任意に等しくなるか超える）作動ケーブル内の力を制御システムが測定する図７７の例について、制御システムは、歩容周期中の着用者の位置のこの情報を利用して１つ以上の行動を取る（たとえば即座にまたは遅延後に作動させる）ことができる。たとえば、コントローラは、力が２つの連続する歩について閾値を超える時同士の間の経過時間を見ることによって、またはいくつかの連続する歩に関して平均を取ることによって、人の歩容期間の推定を得ることができる。

さらに、閾値力の大きさを超えることを示す閾値ケーブル力の大きさおよび／またはフラグについてのこの情報から、コントローラは、人がその時に自身の歩容のどこにいるかも知る。たとえば、コントローラは、歩容周期の４０％でケーブルに対する位置制御プルを開始するように設定され得る。この場合、力が歩容周期の４０％に対応する閾値を超えたことをコントローラが検出するたびに、コントローラは即座にプルを開始し得る。または、コントローラが歩容周期の４３％で位置制御プルを開始することになっている場合は、コントローラは、歩容期間を用いて歩容周期の４０％と歩容周期の４３％との間の遅延を演算し、そのコンピュータ遅延後にのみプルを予測通り開始する。

さらに、人が自身の歩容周期のどこにいるかのより正確なアセスメントを得るために、コントローラはさらに経時的に張力を監視し、張力が異なる力閾値を超えるいくつかの点を見てもよい。一般に、力対時間のパターンは、人の歩行スピードに依存して変化することになる。力対時間曲線の勾配を用いて、人の歩行スピード（または歩容期間）を推定することもできる。ピーク張力は人の歩行スピードの関数でもあり、張力は歩行スピードが増加するにつれて減少するため、勾配を用いて、人が歩容周期のどこにいるかを予測することもできる。要約すると、コントローラは、当該推定を行うように構成され得る。

（歩容、歩容期間中の電流％）＝ｆ（ケーブル力（ｔ）、ケーブル力（ｔ−１
）、…、ケーブル力（ｔ−Ｎ）
式中、ｆ（）は関数であり、Ｎは経時的にケーブル力を追跡するために用いられるサン
プルの数である。Ｎは、力センサのサンプルレートに依存して、１まで低くてもよいし（勾配を推定するのに２つのサンプルを使用）、または１００〜１０００まで高くてもよい。勾配の良好な推定を得るため、力は歩容期間の約５〜１０％の期間について推定されるべきである。すなわち、我々の歩容期間が１秒である場合は、勾配を推定するために、コントローラは現在時間から現在時間の０．０５または０．１秒前に戻ってサンプルを用いるべきである。

さらに、ケーブル（たとえばボーデンケーブル１４２）またはケーブル（たとえば多関節起動軟性外骨格スーツ）を位置プロファイル（歩容の％）を用いて引張る（および解放する）代わりに、他の制御選択肢もある。モータは、一定のピーク力に達するまで、何らかの特定の速度で引張ってもよい。モータはさらに、足関節における力が何らかの所定の力軌道に従うように引張ってもよい。モータはさらに、歩行の生体力学によって減少する力をモータが検出するまで何らかの特定の速度で引張ってもよい。歩行の生体力学および軟性外骨格スーツの変化する長さのために歩容周期の１５〜３５％で張力が軟性外骨格スーツおよびケーブル内で増加するのと同様に、軟性外骨格スーツおよびケーブル内の張力はさらに身体構造のために歩容周期の約６０〜６５％で減少し、軟性外骨格スーツが弛む。特に、ケーブルが固定長に保持されているか、または適度なもしくは低いレートでモータによって引張られている（および長さが減少している）としても、歩容周期の約６０〜６５％でリフトアップする足関節および膝関節の屈曲によって軟性外骨格スーツは弛む。生体力学によるこの力の減少は、ケーブルを再び解放して送り出すべき時のトリガとして用いられ得る。その点で、ケーブルは何らかの特定の速度で解放されるか、または一定の力軌道にに従って名目張力印加点に戻るべきである。

一般に、ケーブル（１本または複数）に張力を印加して解放する処理は、力軌道、位置軌道、速度軌道、これらの何らかの組合わせ、または何らかの他のスキームに従って行われ得る。

上述のように、ウェアラブルな歪みセンサ（たとえば液体金属導体、非導電伸縮性ファブリックに組込まれた導電繊維等を含む超弾性歪みセンサ）または他の種類（１つまたは複数）のセンサ（たとえば慣性系、異なる肢部分に取付けられた複数のジャイロスコープ／加速度計から測定される角速度等）を用いる人間生物学的関節角度のリアルタイム測定を用いて、図６９に表わされるように、日常のまたは現場の仕事を行う際に制御システムに軟性外骨格スーツおよび／または補助外骨格を通知することができる。着用者について、または着用者と同様の母集団（たとえば解剖学的に同様）について好適なベースラインが確立されると、これらの歪みセンサ（または位置データもしくはその導関数を提供する他のセンサ）によって提供される情報を用いて、歩行、階段の昇降、上り斜面歩行、屈みこみ、這い歩き、停止、ジャンプ等の異なる人間動作を分類することができる。人間動作のリアルタイム分析は、人が実世界の用途で（すなわち研究所外で）ウェアラブルな外骨格または補助装置を着用している時に極めて重要である。これらのさまざまな活動を行うために必要な補助は完全に異なり、歩行に効く方策は、ユーザが同じ作業（上り斜面歩行）の変形を行うか他の動きを行う場合にユーザに有益とならず、ユーザの動作を不安定にすることすらある。本概念の少なくともいくつかの局面に従うと、軟性外骨格スーツに組込まれるセンサ（たとえば歪みセンサ、圧力センサ、ジャイロスコープセンサ、加速度計等）が用いられて１つ以上の関節回転または肢動作（たとえば股関節、膝関節および／または足関節の回転）が測定されるか、または当該センサが用いられて１つ以上の関節回転または肢動作の判断が可能になり、この情報は、軟性外骨格スーツの着用者についての参照データ（たとえば着用者ベースラインデータ）または同様の特徴を有する母集団についての参照データ（たとえばルックアップテーブル、アルゴリズム等）と比較されて、動作の運動学および／または他の特徴が判断される。判断された動作（１つまたは複数）は次に軟性外骨格スーツ制御システムによって用いられて、オンボードシステム（たとえば１
つの関節種類についての作動時間および／または大きさ、複数の関節種類についての作動時間および／または大きさ等）に影響を与え得るか、またはローカルもしくはリモート外部システム（たとえば着用している外骨格）と通信するおよび／または影響を与え得る。ゆえに、得られた人間動作（１つまたは複数）の分類を用いて、リアルタイムで更新して着用者がどの動作（１つまたは複数）を行っているかについて制御システムに通知する状態機械を規定することができる。

さらに、複数のユーザ（たとえば兵士の分隊）同士の間で複数の軟性外骨格スーツが展開される場合、複数の軟性外骨格スーツからの動作データはリアルタイムで１つ以上のローカルまたはリモート外部システムに通信され、動作データが分析され（単一で、または着用者毎の位置データ、呼吸、心拍数等他の測定データと組合わせされて）、総体として、そのような動作の集団の動作および特徴が判断され、推定値からの偏差の原因が推測され、訂正行為が開始されるか、または動作のそのような特徴に応答して必要と見なされる他のローカルまたはリモートシステムを従事させる。一例として、兵士の分隊が道路に沿って歩行中であると予想され、兵士のＧＰＳデータが兵士が道路の両側に移動していることを示した場合、ＧＰＳデータだけでは兵士が溝に避難しているのか、または単に車に道を開けているのかが示されない。しかし、同じＧＰＳデータが、仮定される腹臥位または半腹臥位と組合わされた各兵士の素早い動作を示す情報と組合わされると、リモート制御システムにリアルタイムで送信されるそのような情報は、分隊が敵に攻撃された可能性があるという警告を自動的に開始することができ、近くの資源に関するデータを遠隔のまたは現場の適切な意思決定者に自動的にルーティングすることができる。ゆえに、軟性外骨格スーツデータは、個々のユーザについて軟性外骨格スーツ制御システムによって利用可能であるだけでなく、１つのチャネル（たとえば１つの軟性外骨格スーツ）または複数のチャネル（たとえば複数の軟性外骨格スーツ）からのデータを制御入力として利用し得る外部（コマンドおよび）制御システムによっても使用可能である。

センサデータの上述の使用に従うと、そのようなセンサデータをさらに用いて、歩容期、スピードおよび振幅などのユーザの歩容についての情報を軟性外骨格スーツ制御システムに提供することができる。これらのパラメータによって、アクチュエータ（１つまたは複数）２００によって歩行時にユーザの生物学的関節に送られる力プロファイルをリアルタイムで適合させることができ、補助の効率向上につながる。一例として、センサデータのそのような利用によって、不要となる上述のフットスイッチセンサなどの他のセンサを無くすことができる。

図７０は、検出された軟性外骨格スーツ着用者動作に基づいて軟性外骨格スーツ補助を変更するように適合される１つの例示的な高度制御アーキテクチャの例を示す。異なる動作を行う間に各関節が必要とする補助力は完全に異なるため、制御システムは、異なると考えられる活動時にユーザに適切な補助力を提供するように構成されるべきである。図７０では、図６８〜図６９に関連して上記に全体的に説明されたような人間動作パターン認識アルゴリズム出力が、制御システムに対して、ユーザに送るべき基準軌道力を決定するように通知する。人間は、傾斜地形の歩行、走行等の異なる動作を行う時に自身の肢の生物学的インピーダンスを適合させる。入力（Ｆ_Ref）として力を用いて位置に基づくアド
ミッタンス制御を実現すると、内側位置制御ループが動的および摩擦成分を補償するという条件で、作動時にユーザが感じる仮想インピーダンス（慣性、減衰および剛性）（Ｆ_suit）を規定することができる。ゆえに、オンボード軟性外骨格スーツセンサを用いると、検知動作をアドミッタンス制御アーキテクチャと組合わせて利用し、図７０に示されるように、ユーザの動きに基づいて軟性外骨格スーツをユーザと働くように適合させ、より自然で効率的な作動を提供することができる。人間動作パターン認識を用いて、能動的な外骨格の補助力を変化させ、ユーザに送る仮想インピーダンスを変化させる。

図７１Ａ〜図７１Ｈは、本概念の少なくともいくつかの局面に従う軟性外骨格スーツ１００の局面を示す。図２９〜図４３Ｂにおいて上記に説明されたアクチュエータシステム２００に関連して、図７１Ａ〜図７１Ｈに示されるアクチュエータシステム２００は、それについての多数の有益な改良（たとえばさらなる軽量化、信頼性の増加等）を示す。一例として、４プレートフレーム５００のより高い剛性によって、壁厚を減少させてより多くの材料を削除することができ、それ自体が１．５ｋｇの重量となる。図７１Ａ〜図７１Ｈに示されるアクチュエータ２００はさらに、下部プーリ５１０の異なる設計を含む。下部プーリの先の設計はケーブルジャムを絶対的に防止しなかったが、図７１Ａ〜図７１Ｈに示される設計ではケーブルジャムが不可能になる。フランジ半径が増大しており、付加的な部品５２０、ガイド構造が、たとえば回転プーリ同士の間のサイドプレートに直接装着されることによって両側に追加され、ウェビングが隣接する回転部品同士の間に詰まらないようにするための小さい公差のみを有する。別の改善として、ロードセル設計は、高品質（たとえば低ノイズ）の市場基盤のロードセルを使用できるようにも変更される。上述のようなビームロードセルの代わりに、図７１Ｃの設計はボタンロードセル５３０を用いる。図７１Ａ〜図７１Ｈはさらに、参照用に、図２９〜図４３Ｂに関して上記に示したタイミングプーリ２７１、プーリホイール２２５、およびカットアウト４０２もさまざまに示す。

図７１Ｄ〜図７１Ｈは、大腿ブレース１２０および接続要素８００を用いて股関節作動を提供するように構成される上述のようなアクチュエータ２００を有する軟性外骨格スーツ１００の画像を示す。示されるように、アクチュエータ２００は２つのアクチュエータを含み、各々が体の特定の側（左／右）を作動させるように構成される。図７１Ｈでは、アクチュエータ２００の左チャネルが取除かれている。

図７２〜図７４は、股関節屈曲および／または股関節伸展を支えるように構成される受動的システムを含む軟性スーツ６００のいくつかの可能な実現を示す。軟性スーツ６００および開示される受動的システムは、本明細書中に説明される軟性外骨格スーツ１００と組合わせて用いられてもよいし、またはスタンドアローン型システムとしてそれらとは完全に別個に用いられてもよい。さらに、軟性スーツ６００は、監視関節（たとえば股関節）の角度変化または軟性スーツ変形の変化を測定するための複数の超弾性歪みセンサ（たとえば国際公開第２０１３／０４４２２６号に開示される）などであるがこれに限定されないセンサを有利に組込み得る。このデータおよび／または他のセンサからの他のセンサデータは、ローカル記憶装置（たとえば固体メモリデバイス）に出力され得、および／またはローカルデバイス（たとえばブルートゥース（登録商標）を介して）またはリモートデバイスに無線送信されて保存および／または処理され得る。

図７２（ａ）を参照して、受動的な軟性スーツ６００は、衣服内の一定の経路が伸長しないようにする材料が追加されたスパンデックスショーツを用いる衣服である。図７２（ａ）において、ラベル１は右脚に力を与える非伸長性ファブリックであり、ラベル２は左脚に力を与える非伸長性ファブリックである。要素３は伸縮性スパンデックス材料であり、非伸長性ファブリックの縁に沿って当該ファブリックに接続される（たとえば縫付けられる）か、またはすべての他の要素の下の下地層として設けられる。任意の要素４は、軟性スーツ６００が腰の周りにぴったりとフィットできるようにするための弾性領域であり、任意の要素５は、軟性スーツが大腿の周りにぴったりとフィットできるようにするための弾性領域である。任意の要素４および任意の要素５の双方とも、スパンデックスを含み得るか、またはスパンデックスとは異なる剛性および／もしくはヒステリシスを有する異なる材料を含み得る。図７２（ａ）の要素４および５が含まれない場合、非伸長性ファブリック１および２はそれらの領域内で互いに接続すべきである。要素４，５は代替的に、スナップ、フック、ベルクロ（登録商標）、ジッパ、靴紐もしくはストリングを用いるレースシステム、またはストラップを用いる張力印加システム、またはさまざまな他の閉鎖
装置を含み得る。重要な局面は、これらの領域によって軟性スーツ６００を腰および脚の周りにぴったりと取付けることができることである。要素４，５は、大腿後部および腰に配置される代わりに、またはそれに加えて、軟性スーツのさまざまな他の場所、たとえばいくつかある場所の中でも特に、（要素４に取って代わるように）腰の両側に、（要素４に取って代わるように）角度が付いたストラップ上の腹部の前部に、非伸長性ファブリックが「Ｘ」を作る大腿前部に、または（要素５に取って代わるように）大腿の両側に配置されてもよい。付加的な腰ベルト６００が軟性スーツ６００の上の周りに任意に追加される。この腰ベルト６００はさらに、弾性素材、ベルクロ、レース、またはさまざまな他の従来の固定方法のいずれかによって中心でしっかり固定され得る。

同様に、非伸長性ファブリック要素１，２は、スパンデックスよりも剛性を有するがやはり伸縮性を有するファブリックを含むさまざまな材料を含み得る。この場合、軟性スーツ６００全体が伸び縮みして着用者にぴったりとフィットするため、要素４，５は不要となる。要素１，２が取る特定の経路は、上述のように、力を伝達する経路のいずれかに従い得る。たとえば、要素１，２は理想的には体の反対側において骨盤の腸骨稜の上を伸びるべきであるが、体の同じ側では、それらは腸骨稜の下で体に巻付いてもよいし、または腸骨稜の下に進む１つの分岐および腸骨稜の上に進む１つの分岐を有してもよい。この軟性スーツ６００は、後向きに伸びると大腿を前方に引張ることによって機能し、それによって股関節の周りにトルクを生じて脚を中立位置に戻すのを助けることができ、中立位置は、軟性スーツ６００の着用時またはその後の軟性スーツの運動時の軟性スーツの位置に影響される。

図７２（ｂ）は、着用者の大腿と腹部との間のしわ上に位置決めされる付加的な要素６を有する、図７２（ａ）の軟性スーツ６００を示す。この要素６は、この場合大部分が非伸長性である要素１，２と共に所与の剛性を提供する弾性材料を含み得る。弾性要素６を追加すると軟性スーツ６００の剛性が低下し、それによって股関節の所与の角変位に対して股関節の周りにより小さいトルクが与えられる。しかし、（ゴム、シリコーン、異なる種類のスパンデックス、スパンデックスのいくつかの層、弾性ストラップ、または他の材料を含み得る）弾性材料を追加するとシステム全体のヒステリシスを減少させることができ、それによって、脚が屈曲時にたわみ、その後再び前進した場合、着用者の脚により多くのエネルギを戻すことができる。

図７３（ａ）は図７２（ｂ）と同様の軟性スーツ６００を示しているが、図７３（ａ）に示される構成は股関節伸展を補助するように設計されている。この場合、着用者が自身の膝関節を前進させると、軟性スーツ６００は大腿前部を引張り大腿を鉛直の向きに戻そうとする。これは、股関節が受けるトルク量が増大する下り坂の歩行時などのいくつかの場合に有用であり得る。軟性スーツ６００は、この場合、筋肉の働きが少なくなるように当該力のいくらかを提供する。軟性スーツ６００の別の可能な使用は、人が重いバックパックを運びながら上り坂を歩行している場合であろう。この場合、人が自身の全体重およびバックパックの質量を片脚で持上げる歩容周期の開始時に、股関節の周りに大きいモーメントがある。ユーザが股関節伸展を補助するように適合される軟性スーツ６００を着用している場合、ユーザは依然としてその脚を持上げながら付加的なエネルギを消費してからその脚を地面に置かなければならないが、この付加的なエネルギはスーツ（たとえば後部および大腿のしわにある伸縮性要素６）を伸ばすことになる。着用者が自身の足を地面に置くと、軟性スーツ６００は次に自身の臀筋と平行な力を加えることができるため、自身の体重およびバックパックの質量を持上げる歩容の部分の間の当該筋肉の働きを少なくすることができる。最後に、図７３（ｂ）は、図７２（ａ）および図７３（ａ）のシステムを組合わせることによって股関節屈曲および股関節伸展の双方を補助するように適合される軟性スーツ６００システムを示す。

図７４は、図７２〜図７３の軟性スーツ６００が大腿前部に弾性要素６を含む別の可能な実現を示し、大腿前部でスーツの長さを調節する方法をさらに示す。この場合、着用者は、（たとえば軟性スーツの前でより高くまたはより低く要素６の上端縁でベルクロ（登録商標）をしっかり固定することによって）軟性スーツ６００を締めるか緩めて自身の好みに合わせることができる。この場合、要素６は、上下に動いて軟性スーツ６００の前でより高くまたはより低くしっかり固定され得るように、下にあるスパンデックスから分離される。要素６の上端縁の非伸長性ファブリックは、要素６を下にしっかり固定する相補手段を有する。たとえば、要素６は、上端縁に下向きのフックベルクロ（登録商標）を有してもよい。下にある非伸長性ファブリックは、要素６の名目位置から少し上または下に上向きのループベルクロ（登録商標）を有してもよい。図７２および図７３の要素４および５もこの構成を有してもよい。

図７２Ａに示される軟性外骨格スーツ６００の実施形態に関して、正常歩行時、歩容周期の約３０〜７０％で股関節が伸展する。当初、股関節は歩容周期の３０〜５０％でパワーを吸収し、その後５０〜７０％でパワーを発生する。図７２Ａ〜図７２Ｂの実施形態の軟性外骨格スーツ６００を着用している場合、軟性外骨格スーツは、この期間中にパワーを吸収および発生する際に筋肉の機能のいくらかを引受ける。図７３Ａの軟性外骨格スーツ６００の実施形態は、上り坂または下り坂の多様な地形（たとえば起伏の激しい領域、登山等）上の運動において特に有益であり得る。上り坂および下り坂の双方の歩行時、股関節は伸展方向において増大したトルクを支える。下り坂歩行については、図７３Ａの軟性外骨格スーツ６００は股関節を受動的に支えて必要な筋活動を減少させる。上り坂歩行については、図７３Ａの軟性外骨格スーツ６００を、足が地面に置かれている時に膝関節を持上げることによって事前に伸ばさなければならない。そして、スーツは筋肉と平行に作用して、体が必要とする伸展トルクを減少させる。

図７２〜図７３の軟性外骨格スーツ６００の主要な機能要素が示されるが、付加的な要素が含まれてもよい。たとえば、機能性ファブリック（たとえば非伸長性ファブリック、伸縮性ファブリック等）が、たとえば脚の側部へ伸びるなど、示される以外の領域に組込まれてもよい。

軟性外骨格スーツ１００の上記の実施形態に再び戻って、そのような実施形態は、医療用途、スポーツもしくは娯楽用途、および／または制御システム入力を含むがこれらに限定されないさまざまな異なる用途に有利に用いられ得る。医療用途については、軟性スーツ１００は、リハビリテーション療法（たとえば脳卒中後のリハビリテーション、身体リハビリテーション等）の間および後の双方において患者の転帰（たとえば可動域）の評価を改善可能な、費用効率が高く、使いやすく（たとえば簡単に脱ぎ着できる）、快適な検知スーツを提供し、診療所、および／または患者の自宅で用いられ得る。検知データ（たとえば関節角度、理学療法の推奨される反復の成果等）は、治療レジメンを変更するための入力として用いる進歩を追跡するために用いられ得るだけでなく、患者が健康であるために自分の責任を確実に果たしていることを望む保険会社などからのコンプライアンスを確実にするためにも用いられ得る（または用いられることが要求され得る）。

軟性スーツ１００の少なくともいくつかの局面に従うと、検知データは有利に、物理メモリデバイス（たとえば固体メモリ）に局所的に保存され得、当該デバイスは次にユーザのホームコンピュータ、無線装置、または自宅用健康監視装置（たとえばデータロガーおよび／もしくは無線通知装置）に挿入されて記録および／または送信され得る。いくつかの局面において、軟性スーツ１００センサは有利に、スマートウォッチ、スマートフォン、またはヘッドアップ表示装置などのユーザの装置に（たとえばブルートゥース（登録商標）または他の周波数ホッピングスペクトラム拡散（ＦＨＳＳ）システムを介して）ネットワーク化される。

軟性外骨格スーツ１００、特に正常なおよび上り坂／下り坂歩行の双方の間に股関節伸展を補助するように構築されるシステム（たとえば図７１Ａ〜図７１Ｈの軟性外骨格スーツ参照）に戻って、図７５は、軟性外骨格スーツが歩容周期の約０％から約２５％の間作動しており、歩容周期の約２５％から約７５％の間は作動しておらず、歩容周期の約７５％から約１００％の間再び作動している水平歩行時の股関節トルクを示す。正トルクは股関節伸展（作動に関連する曲線の部分）に対応し、負のトルクは股関節屈曲（非作動に関連する曲線の部分）に対応する。そのような補助、位置に基づく制御、および力に基づくアドミッタンス制御を提供する際に２つの制御スキームが有用である。

位置に基づく制御に関して、正常歩容時、ヒールストライクが起こる前に股関節伸展が始まる。位置に基づく制御スキームは、そのような特徴を考慮する必要がある。正常歩容時の歩数頻度に関する情報を得るために、フットスイッチを用いてヒールストライクを検出する。前回のヒールストライクの時間から最後のヒールストライクの時間を引くことによって一歩の時間が測定される。この情報は次にバッファに記憶され、これは結果的に歩数頻度を含む。バッファに記憶された歩数データ、またはそこから得られるデータを平均することによって、最後のヒールストライク事象に特定の時間を加算することによって次のヒールストライクが予測され得る。その文脈において、位置制御とは、システム時間が次のヒールストライクの予測時間に達すると固定軌道がリプレイされることを意味する。位置コントローラを異なるスピードに適合させるために、固定軌道の時間スケーリングがなされ、つまり、軌道のピークは決して変化しないが、モータがその最大に達する時間は測定された歩数頻度に依存して変化し得る。

図７６は、力プロファイル、モータ位置およびフットスイッチ信号の曲線を示す、地表面歩行時の記録データの抜粋を示す。曲線７０５から、モータは、曲線７１０によって示されるヒールストライクが起こる前に回り始めることが分かる。スケーリングされたモータ軌道を再生することによって、曲線７１５によって示されるように、対応する力が発生する。なお、当該力はケーブル内の力であり、実際の股関節モーメントではない。そのような位置に基づく制御の主な不利点は、軌道を再生して所望の力を加えるためにシステムに少なくとも少し事前に張力を印加しなければならないことである。そうでなければ、システムは主に弛んだケーブルとなり、印加力が低下してしまう。

力に基づくアドミッタンス制御に関して、力に基づく制御を有利に用いて股関節動作を追跡することができる。ケーブル内に若干の（＜５Ｖ）張力を常に有することによって、コントローラは股関節動作に従うことができ、これによって位置に基づくコントローラの主な不利点が取除かれる。位置に基づく制御は印加モーメントおよびユーザの補助について良好な結果を示したため、システムの高度コントローラとしてアドミッタンス制御が選択された。モータは依然として位置制御され、これが内側制御ループを成形する。効率的な位置コントローラを開発することによって、慣性および摩擦などの物理的なシステム特性を無視することができる。外側アドミッタンス制御ループを追加することによって、システム挙動をシミュレートし、それに応じて物理システムに成形することができる。コントローラ設定点、所望値、および誤差は今や、その特定のケースにおける力である。

股関節伸展の正確なトルクプロファイル（図７５参照）に従うために、最初にフットスイッチを用いてコントローラを同期させる。位置コントローラについての原理とまったく同じ原理が用いられる。アドミッタンスコントローラを用いることによって股関節動作を追跡すると、システムはフットスイッチなしでも働くことができる。フットスイッチは、ヒールストライクが起こる時間のみを提供可能である。同様の情報は、モータエンコーダを読出し、伸展が屈曲に変化する点をマークすることによって得ることができる。その特定の点を知ることによって、フットスイッチを用いるための原理と同じ原理を適用するこ
とができる。上述のように、モータエンコーダ信号を用いて股関節角度を推定する。しかし、コントローラを歩容と同期させるのに必要な唯一の情報は伸展と屈曲との変化であるため、正確な角度を知る必要はない。

軟性外骨格スーツ１００および軟性スーツ６００に関する上記概念は、歩行、走行、またはリハビリテーションなどの活動に一般に適合された地上用途に関して一般に説明されたが、軟性外骨格スーおよび軟性スーツの双方は、活動に適切な好適な材料、筐体、および接続を用いて、湿潤または潜在的な湿潤環境（たとえばクロスカントリースキー、スキューバダイビング等）での利用にも適合可能である。一例として、軟性外骨格スーツ１００および軟性スーツ６００はウェットスーツまたはドライスーツに組込まれ、作動システム２００はダイバーが空気タンク（１つまたは複数）に取付可能な中立の浮力ドライバッグに密封されてもよい。

軟性外骨格スーツ１００または軟性スーツ６００がリモートコンピュータまたはリモート制御システム（および／もしくは命令制御システム）と無線通信することが望ましい用途では、たとえばPharad社（メリーランド州ハノーヴァー）のウェアラブルなアンテナ製品（周波数および用途は活動に応じて適宜選択される）、またはPatria社（フィンランド、ヘルシンキ）のウォッシャブル−ウェアラブルなアンテナなどであるがこれらに限定されないウェアラブルなアンテナが軟性外骨格スーツ１００軟性スーツ６００に有利に組込まれ得る。

他の実施形態も発明の範囲および精神内にある。たとえば、ソフトウェアの性質のため、上記に説明された機能はソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、ハードワイヤ配線、またはこれらのいずれかの組合わせを用いて実現され得る。機能を実現する特徴はさらに、たとえば機能の部分が異なる物理的な位置で実現されるように分散されるなど、さまざまな位置に物理的に配置されてもよい。

本概念の少なくともいくつかの局面に従うと、本明細書中に開示される軟性外骨格スーツは、軟性外骨格スーツを衣服の下に着用することができるように、有利に、十分に可撓性を有して軽量である。少なくともいくつかの局面において、軟性外骨格スーツ接続要素、ノードおよび任意にアンカー要素はウェアラブルな下着に組込まれる。

さらに、本概念の開示された局面のいずれかに従う軟性外骨格スーツ１００はさらに、さまざまな他のユーザデバイスと無線で対話するように、および／またはさまざまな他のユーザデバイスと有線接続を介して対話するように構成され得る。一例として、軟性外骨格スーツ１００は、軟性外骨格スーツ内に取っておく十分なパワーがある場合、必要があれば（たとえばティア１環境における動作）、軟性外骨格スーツからのパワー供給を利用して１つ以上の外部装置（たとえば通信装置、暗視ゴーグル、ＧＰＳ装置等）にパワー供給できるように適合されるポートおよびコネクタを含み得る。同様に、ポートおよびコネクタは、外部電源（たとえば車両バッテリ、据置バッテリ、ポータブル太陽電池、ウェアラブルな太陽電池、送電網電圧／周波数に適したアダプタと組合わされたＡＣコンセント等）から軟性外骨格スーツバッテリシステムを充電できるように提供され得る。

図７９は、本概念の少なくともいくつかの局面に係る、着用者に入力を提供するためのハプティックアクチュエータ（たとえば圧電アクチュエータ、ピエゾファイバ、バイモルフピエゾ、非剛性ピエゾ、電気活性ポリマー等）を含む軟性材料（たとえばネオプレン）からなる軟性外骨格スーツ構成要素（ここでは履物アタッチメント要素）の例を示す。少なくとも一局面において、小型ハプティックアクチュエータが軟性外骨格スーツ１００の１つ以上の区域（たとえば図５４Ａのファブリックで覆われるどこか、接続要素の下、大腿ブレース１２０の下等）に有利に組込まれる。これらのハプティックアクチュエータは
、確率共鳴（ＳＲ）効果のために閾値未満であってもよい（人が振動を感じないように）し、または閾値よりも高く（人が振動を感じるように）、着用者が何かを正確に行なっているか不正確に行なっているか（たとえば運動を正確に行っている、運動を不正確に行っている、事前設定限度に近づいている、事前設定限度を超えている、関節の最小必要動作を行っている等）をユーザに通知可能なユーザ−機械インターフェイスを提供してもよい。図７９の例では、絶縁コーティングを有する圧電アクチュエータが、足関節ブレースの内側のファブリックポケットに埋込まれている。絶縁ケーブルが、密封された電子部品ボックスを圧電アクチュエータに接続する。

そのようなハプティックアクチュエータは、人の平衡のフィードバック制御システムとして作用し得る。このフィードバックループでは、外部刺激が体内受容器、機械的受容器をトリガし、刺激についての情報を中枢神経系に送信し、これは次に筋肉に信号を送る。平衡のための機械的受容器は、皮膚、筋肉、腱、および下肢の他の軟組織に見られる。感覚ニューロンが信号を送信するためには、刺激は、疲労または負傷と共に増加し得る最小感覚閾値を超える必要がある。特定の閾値レベル未満のノイズの存在はこの感覚閾値を効果的に低下させ、信号認識および検出（ＳＲ）を高めるために用いられ得る。ゆえに、ハプティックデバイスは、閾値未満であるか閾値よりも高いかにかかわらず、軟性外骨格スーツ１００の着用者の静的および動的平衡活動のパフォーマンスを高め得る。

本概念の少なくともいくつかの局面において、軟性外骨格スーツ構成要素の１つ以上は、両面接着剤（ナノポリマーピラー配列などであるがこれに限定されないナノスケール表面特徴を含む、たとえば「ヤモリ式」接着剤）を含む内張り（および／または任意に外張り）を含み得る。そのような両面接着剤は、軟性外骨格スーツを体に対して固定位置に保持することを容易にし得る。代替的に、軟性外骨格スーツの内側または外側の表面特徴を向上させるための他の表面処理が選択的に適用されてもよい。

図８０は、本概念の少なくともいくつかの局面に係る軟性外骨格スーツ構成要素の例を示す。示される軟性外骨格スーツ１００は、膝関節の周りの伸展トルク、足関節の周りの足底屈トルク、および股関節への伸展トルクを提供するように構成される。しゃがみこみまたは下り坂歩行時、足関節、膝関節および股関節は、勾配の険しさおよび人の歩容に依存して、歩容周期の１５〜４０％または１５〜６０％にこれらのトルクを有する。図８０（ａ）では、軟性外骨格スーツ１００は、臀部領域上を大腿上部へ伸びるフラップを有する腰ベルト１と、それぞれ大腿前部および脛前部の上のファブリック領域２，３とを含むとして示される。軟性外骨格スーツ１００はさらに、アタッチメントとして足を囲む要素４を含むとして示されており、これは、より大きい足面積と接触して力をより均一に分散させる以外は、図２６Ａ〜図２６Ｆの要素１３０と同様の機能を有する。ファブリック領域２，３は、太線として描かれて脚の外側（外側面）の要素５，６としてラベル付けされている、ボーデンケーブルシースの伸びによって両側で縁取られている。脚の内側（内側面）は要素２，３の端縁に同様のシースを有するが、これらは図８０には示されない。

ケーブル７が腰ベルト１および足アタッチメント４を接続し、脚の内側および外側でこれらのケーブルシース５，６を通っている。第２のケーブル（図示せず）が脚の内側で腰ベルト１から踵に進む。ケーブル７の位置決めが終了し、ファブリック領域２，３の端縁のシース５，６によって、股関節後部、膝関節（図８０で８とラベル付けされる）前部、および足関節の後ろでケーブルが伸びる。したがって、ケーブル７内に張力がある場合は、これらの関節の周りに適切なトルクが生じる。ケーブル７は、ばねまたは他の弾性もしくは伸縮性材料を含み、付加的なエネルギ貯蔵または吸収を可能にし得る。図８０（ａ）では、示されるシステムは、下り坂歩行が開始される前にケーブル７が適切なレベルまで（たとえば手動等で）張力を印加され得る受動的システムである。ケーブル７はその後、上り坂もしくは水平歩行または他の活動のために緩められてもよい。

図８０（ｂ）は図８０（ａ）と同じスーツを示すが、ボーデンケーブルシース９の別の区分、アクチュエータ、クラッチ、またはダンパーユニット１０が追加されている。アクチュエータは、軟性外骨格スーツがこれらの関節の周りに発生するモーメントを増加させるために、または（たとえば加速度計データ、ＧＰＳデータ、ヒールストライク力等を含むがこれらに限定されない、下り坂歩行を示すデータをコントローラに提供する１つ以上のセンサによって）着用者が下り坂を歩行中であることが検出されると張力をベースレベルまで単に増加させるために、歩容周期の適切な点で（たとえば歩行歩容周期では約１５〜４０％の間に）ケーブル７内に張力を生じ得る。代替的に、クラッチユニット（たとえば１０）が（たとえば歩容周期の一部または大部分にわたって低い力で）ケーブル７を巻取ってケーブルを所定位置に保持し、歩容周期の適切な点の間にスーツ内に張力を発生してもよい。他の局面において、そのようなクラッチユニット（たとえば１０）は、軽量ばねでケーブルを連続的に巻取るように構成されてもよく、その後、ケーブル７が歩行の生体力学によって引抜かれると、クラッチユニットがケーブルに減衰力を印加することによってスーツ内に過度的な力が生じてユーザが恩恵を受けることができる。

さらに、上記の説明は発明に言及するが、当該説明は１つよりも多い発明を含み得る。これらの実施形態およびその明白な変形の各々は請求項に記載される発明の精神および範囲内に収まることが意図され、その少なくともいくつかの局面が以下の請求項に記載される。

Claims

ウェアラブル装置であって、
前記ウェアラブル装置を着用している人の第１の身体部分に位置決めするように構成される第１のアンカーと、
前記ウェアラブル装置を着用している人の第２の身体部分に位置決めするように構成される第２のアンカーと、
前記第１のアンカーと前記第２のアンカーとを直接的または間接的に結合する少なくとも１つの可撓性接続と、
前記ウェアラブル装置が着用者の少なくとも１つの関節の周りにモーメントを生成するように、前記少なくとも１つの可撓性接続によって生成される引張力のレベルを制御するように構成された少なくとも１つのアクチュエータとを備え、
前記少なくとも１つの可撓性接続は、複数の身体関節にわたって延伸する、前記人の身体に沿った少なくとも１つの経路を規定し、
前記少なくとも１つの経路は、前記少なくとも１つのアクチュエータにおける特定アクチュエータによって印加された張力を、前記第１の身体部分と前記第２の身体部分との間の前記身体の部分に沿って方向付けて、前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーの内部あるいは前記第１のアンカーと前記第２のアンカーとの間に配置された前記複数の身体関節の少なくとも１つの動きを補助するためのモーメントを生成するように構成される、ウェアラブル装置。
前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーの少なくとも一方は、足アンカー、大腿アンカー、腰アンカー、または肩アンカーを含む、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは、腰ベルト要素、第１非伸長性ファブリック要素、および第２非伸長性ファブリック要素を備える腰アンカーであり、
前記腰ベルト要素は、前記人の骨盤の上方に位置付けられるように構成され、
前記第１非伸長性ファブリック要素は、前記腰ベルト要素の第１側に結合され、前記腰ベルト要素から前記人の大腿の水平方向中央に隣接した位置まで延伸するように構成され、
前記第２非伸長性ファブリック要素は、前記腰ベルト要素の第２側に結合され、前記腰ベルト要素から前記人の大腿の水平方向中央に隣接した位置まで延伸するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つの可撓性接続は、非伸長性あるいは半伸長性である、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つの可撓性接続は、ウェビング、ストラップ、コード、機能性テキスタイル、ファブリック、ワイヤ、ケーブル、または複合材料の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つのアクチュエータは、少なくとも１つのモータ駆動アクチュエータ、少なくとも１つの空気圧アクチュエータ、少なくとも１つの油圧アクチュエータ、または少なくとも１つの電気活性ポリマーを含む、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つのアクチュエータの作動は、前記少なくとも１つの可撓性接続の長さを変化させて、前記ウェアラブル装置において引張力を生成するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記着用者の動作または身体位置によって、前記ウェアラブル装置において生成される引張力のレベルを制御するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記ウェアラブル装置は、前記着用者の複数の関節に跨がるように構成されており、
前記ウェアラブル装置によって生成された引張力は、前記ウェアラブル装置を通して分散される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記着用者の、動作または身体位置の少なくとも一方に関連する情報を測定するように構成された少なくとも１つのセンサをさらに備える、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記動作または身体位置の少なくとも一方に関連する情報に応答して、前記少なくとも１つのアクチュエータを自動的に作動させるように構成された少なくとも１つのコントローラをさらに備える、請求項１０に記載のウェアラブル装置。
前記コントローラは、前記ウェアラブル装置において生成された引張力のレベルを制御して、前記少なくとも１つの関節の周りに有益なモーメントを生成する、請求項１１に記載のウェアラブル装置。
前記有益なモーメントは、前記着用者の前記少なくとも１つの関節への正のパワーを送る、請求項１２に記載のウェアラブル装置。
前記コントローラは、前記ウェアラブル装置において生成された引張力のレベルを制御して、前記ウェアラブル装置によって補助されていない動作の間における前記少なくとも１つの関節の周りの有害なモーメントの生成を回避する、請求項１１に記載のウェアラブル装置。
前記コントローラは、前記少なくとも１つのアクチュエータを自動的に動作させて前記ウェアラブル装置において実質的にゼロの張力を生成し、前記少なくとも１つの関節の周りの有害なモーメントの生成を回避する、請求項１４に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つのアクチュエータが前記有害なモーメントを生成するように作動される場合に、前記ウェアラブル装置は弛むように構成される、請求項１４に記載のウェアラブル装置。
少なくとも１つのコントローラをさらに備え、
前記少なくとも１つのコントローラは、
前記少なくとも１つのセンサによって測定された前記情報を用いて、前記ウェアラブル装置によって補助されるべき動作の開始あるいは開始に近づいていることを検出し、
前記ウェアラブル装置によって補助されるべき動作の間に、前記ウェアラブル装置が前記モーメントを生成するように、前記動作の開始あるいは開始に近づいていることの検出に応答して、前記少なくとも１つのアクチュエータを自動的に作動させるように構成される、請求項１０に記載のウェアラブル装置。
人間動作パターン検出アルゴリズムを用いて前記少なくとも１つのアクチュエータの作動を制御して、前記ウェアラブル装置において生成された引張力のレベルを生成または制御するように構成される少なくとも１つのコントローラをさらに備える、請求項１０に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは足アンカーであり、
前記第２のアンカーは脹脛アンカーであり、
前記ウェアラブル装置は、前記着用者の足関節周りのモーメントを生成するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは上半身アンカーであり、
前記第２のアンカーは下半身アンカーであり、
前記ウェアラブル装置は、前記着用者の少なくとも股関節周りのモーメントを生成するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは肩アンカーであり、
前記第２のアンカーは大腿アンカーであり、
前記ウェアラブル装置は、前記着用者の少なくとも股関節周りのモーメントを生成するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
第３のアンカーおよび第４のアンカーをさらに備え、
前記第３のアンカーは、前記着用者の第１大腿またはその近傍に位置付けるように構成された大腿アンカーであり、
前記第４のアンカーは、前記着用者の第２大腿またはその近傍に位置付けるように構成された大腿アンカーであり、
前記第１のアンカーは、前記着用者の第１の肩に配置された第１肩アンカーであり、
前記第２のアンカーは、前記着用者の第２の肩に配置された第２肩アンカーであり、
前記ウェアラブル装置は、前記着用者の少なくとも股関節周りのモーメントを生成するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記ウェアラブル装置は、前記着用者の胴体の動作を補助する、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーと前記第２のアンカーとの間の経路に沿って結合され、前記着用者の身体動作によって生成されたエネルギを吸収するように構成された少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置をさらに備える、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記ウェアラブル装置によって生成された前記モーメントは、前記着用者の胴体の動作を補助する、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーの少なくとも１つは、
前記人の個々の身体部位に対して位置決めするように構成されたベース材料と、
個々のアンカーにおける前記少なくとも１つのアクチュエータの接続点から、対応する身体部位の骨要素を覆っている個々のアンカーの部分まで延伸する前記ベース材料と統合された少なくとも１つの非伸長性ファブリック要素とを含み、
前記少なくとも１つの非伸長性ファブリック要素は、対応する身体部位の骨要素に作用する前記張力を方向付けるように構成された個々のアンカーにおける前記非伸長性ファブリック要素を通して力経路を提供する、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つの非伸長性ファブリック要素は、ウェビング、ストラップ、コード、機能性テキスタイル、またはそれらの組み合わせを含む、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは、前記少なくとも１つの非伸長性ファブリック要素の１以上と揃った粒子方向を有し、前記第１のアンカーの方向剛性を高めるファブリックをさらに備える、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーの一方または双方は、衣類と統合されている、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記対応する身体部位の骨要素に作用する前記張力を方向付けることは、前記対応するアンカーまたは前記対応する身体部位の動作に抵抗する、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記対応する身体部位の骨要素に作用する前記張力を方向付けることは、前記ウェアラブル装置の剛性を高める、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記対応する身体部位の骨要素に作用する前記張力を方向付けることは、前記対応する身体部位の剪断力を低減することによって、前記ウェアラブル装置の快適性を高める、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは、前記ウェアラブル装置を着用者の腰に位置決めするように構成され、
前記第１のアンカーは、前記腰の骨要素に作用するように印加された前記張力を方向付けるように構成された負荷経路を提供する少なくとも１つの非伸長性ファブリック要素を含み、
前記骨要素は骨盤である、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは、前記骨盤上または前記骨盤の上方の前記人の腰を制限するように構成された腰ベルトを備える、請求項３３に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つの非伸長性ファブリック要素は、前記腰ベルトに結合されており、前記アクチュエータによって印加される前記張力を前記腰ベルトに向けて方向付ける、請求項３４に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは、
前記腰ベルトの第１側に結合され、前記腰ベルトから前記人の大腿の水平中心に隣接した位置まで延伸するように構成された第１非伸長性ファブリック要素と、
前記腰ベルトの第２側に結合され、前記腰ベルトから前記人の大腿の水平中心に隣接した位置まで延伸するように構成された第２非伸長性ファブリック要素とを備える、請求項３４に記載のウェアラブル装置。
前記第２のアンカーは、前記ウェアラブル装置を着用した人の大腿に位置決めするように構成される、請求項３３に記載のウェアラブル装置格。
前記第２のアンカーは実質的に円錐形であり、前記大腿において前記第２のアンカーの上方向動作に抵抗するように前記大腿のテーパ形状に従う、請求項３７に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーの少なくとも一方は、前記対応する身体部位周りに予張力がかけられており、対応するアンカーを対応する身体部位の位置に固定するように構成される、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つの非伸長性ファブリック要素は、前記アクチュエータによる前記張力の印加中に、印加された前記張力を前記対応する身体部位に方向付けてそれぞれのアンカーを圧縮するように構成される、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記負荷経路は、実質的に通常に機能するための前記張力を前記対応する身体部位の前記骨要素に方向付ける、請求項３３に記載のウェアラブル装置。
実質的に通常に機能するための前記張力を前記対応する身体部位の前記骨要素に方向付けることは、前記対応する身体部位に沿った剪断力を最小化して、それによって快適さを改善する、請求項４１に記載のウェアラブル装置。
前記有益なモーメントは、前記ウェアラブル装置を着用している人の股関節、膝関節、足関節のうちの１つ以上の動作を補助する、請求項１２に記載のウェアラブル装置。
前記アクチュエータは、前記ウェアラブル装置を着用している人の脚の１つ以上の関節に直接的には配置されておらず、
前記アクチュエータは、作動部材を介して前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーに前記張力を印加する、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記アクチュエータの位置は、前記ウェアラブル装置を着用している人の脚の正常の歩容力学を潜在的に混乱させる可能性のある追加慣性を最小化する、請求項４４に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは、前記ウェアラブル装置を着用している人の腰に位置付けるように構成され、
前記第１のアンカーは、
前記人の骨盤の上方に位置付けるように構成された腰ベルト要素と、
前記腰ベルト要素の第１側に結合され、前記腰ベルト要素から前記人の大腿の水平中心に隣接する位置まで延伸するように構成された第１非伸長性ファブリック要素と、
前記腰ベルト要素の第２側に結合され、前記腰ベルト要素から前記人の大腿の水平中心に隣接する位置まで延伸するように構成された第２非伸長性ファブリック要素と、
前記人に対抗して位置付けて、前記腰ベルト要素と、第１非伸長性ファブリック要素と、第２非伸長性ファブリック要素とを統合するように構成されたベース材料とを含み、
前記第２のアンカーは、前記ウェアラブル装置を着用している人の大腿に位置付けるように構成され、
前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記第１のアンカーの前記第１非伸長性ファブリック要素および前記第２非伸長性ファブリック要素と、前記第２のアンカーとに結合され、
前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーの内部あるいは前記第１のアンカーと前記第２のアンカーとの間に配置された股関節の動作を補助するための有益なモーメントを生成するために、前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーに張力を印加するように構成され、
前記第１のアンカーの前記第１非伸長性ファブリック要素および前記第２非伸長性ファブリック要素は、前記アクチュエータによって印加された前記張力を、前記腰ベルト要素の前記第１側および前記第２側に方向付けて、前記第１のアンカーによって、前記ウェアラブル装置を着用している人の骨盤を係合させる、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つの非伸長性ファブリック要素は、ウェビング、ストラップ、コード、機能性テキスタイル、またはその組み合わせのうちの１つを含む、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーは、前記第１非伸長性ファブリック要素および前記第２非伸長性ファブリック要素の少なくとも１つまたは双方に揃えられた粒子方向を有し、前記第１のアンカーの方向剛性を高めるファブリックをさらに備える、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーおよび前記第２のアンカーの一方または双方は、衣類と統合されている、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーによる前記骨盤の係合は、前記ウェアラブル装置を着用している人の前記腰における、前記第１のアンカー下向きの動作に抵抗する、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーによる前記骨盤の係合は、前記ウェアラブル装置の剛性を高める、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記第１のアンカーによる前記骨盤の係合は、前記ウェアラブル装置を着用している人の前記腰の剪断力を低減することによって、前記ウェアラブル装置の快適性を高める、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記第１非伸長性ファブリック要素および前記第２非伸長性ファブリック要素の配置は、前記骨盤の第１側および第２側に前記引張力を分配し、それによって快適性を高める、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記第２のアンカーは実質的に円錐形であり、前記大腿における前記第２のアンカーの上方向動作に抵抗するように前記大腿のテーパ形状に従う、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記ベース材料は伸長性である、請求項４６に記載のウェアラブル装置。
前記ベース材料は伸長性である、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記少なくとも１つの可撓性接続の長さをロックし、長さを変化させ、またはインピーダンスを変化させるように構成される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つのアクチュエータは、クラッチを含む、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つのアクチュエータは、ラチェットを含む、請求項１に記載のウェアラブル装置。
前記少なくとも１つのアクチュエータは、ラッチを含む、請求項１に記載のウェアラブル装置。