JP7196309B2 - 頭上外骨格 - Google Patents

Description

本発明は、使用者の少なくとも一方の腕を支持するための外骨格に関する。

市販されており、且つ使用者の四肢、特に腕の受動的及び／又は能動的支持に利用可能な外骨格は、通常、腰部締結具と、第１及び第２の支柱と、第１及び第２の腕支持具とを備える。第１及び第２の支柱は、腰部締結具の左側及び右側にそれぞれ垂直に固定される。第１の支柱の上端には、第１の腕支持具がピボット軸受を介して回転可能に締結される。同様に、第２の支柱の上端には、第２の腕支柱が更なるピボット軸受を介して回転可能に締結される。腕支持具は、使用者の腕を展開された腕支持具上に載せて休ませることができるように、支柱に対して異なる角度位置に固定され得る。ばねの助けにより、腕支持具は使用者の腕を上方に押し上げることができ、その結果、かなりの負荷（すなわち、重量の大きい負荷）を持ち上げることが容易になる。

人体肩部の解剖学的構造に起因して、図１ａに概略的に示されているように、腕を持ち上げると肩の関節も同時に持ち上がる。しかしながら、従来技術による外骨格では、上部支持支柱と腕支持具との間のピボット軸受は１つの位置に留まり、人体肩部の関節が持ち上がっても追従しない。これにより、外骨格と腕との間において厄介な相対運動がもたらされることになり得る。このため、腕が使用者の望まない運動経路に押し込まれるか、外骨格と人体との間の取付点が外れるかのいずれかになる。結果として、動きが制限され、装着時の快適さが損なわれる。先行技術によるこの種の外骨格は、例えば、特許文献１及び特許文献２に示されている。

米国特許第９，２０５，０１７号明細書 米国特許第９，７３７，３７４号明細書

本発明の目的は、上述の課題を解決することであり、特に、使用者の少なくとも一方の腕を支持するための改良された外骨格を提供することである。

上記の目的は、使用者の少なくとも一方の腕を支持するための外骨格によって達成される。

本発明によれば、外骨格は、外骨格を使用者の胴部に解放可能に接続するための胴部取付装置と、胴部取付装置に接続可能である少なくとも１つのブラケットと、少なくとも１つのブラケットによって胴部取付装置に接続可能であり、且つブラケットに対して第１及び第２の方向に反転可能に移動可能である押し上げ棒と、使用者の腕に解放可能に接続可能である、使用者の腕を支持するための片持ち梁と、片持ち梁及び押し上げ棒に力をかけるためのばね要素とを備える。この結果、使用者の腕を載せて休ませる可能性を可能にし、腕が持ち上げられたときに人体肩部の関節が持ち上がることに適応した外骨格が提供される。この、使用者の腕を人間工学的又は解剖学的に正しく載せて休ませる可能性の結果として、重い負荷を保持するときに使用者により良好な支持を実現できる。

本発明の有利な態様によれば、第１及び第２の端部の缶を有する連結棒であって、上記連結棒が、第１の端部によって片持ち梁に、また第２の端部によって補償機構を介して押し上げ棒にそれぞれ回転可能に接続される、連結棒。連結棒によって、押し上げ棒に対する片持ち梁の動きが案内且つ支持される。その結果、押し上げ棒及び／又はブラケットに対する片持ち梁の望ましくない横方向の動き、又は片持ち梁のひねり若しくはねじれを防ぐことができる。

本発明の有利な態様によれば、補償機構が、連結棒の第２の端部におけるスロットと、押し上げ棒上のピボット軸受との形態で構成され、ピボット軸受がスロットに配置され得る。その結果、補償機構は簡素に実施され得る。更に、スロットが連結棒の端部にあるおかげで、片持ち梁は、他の構成要素に力をかけることなく下げる（つまり下方に動かす）ことができる。

本発明の有利な態様によれば、補償機構が、連結棒の第２の端部と押し上げ棒との間におけるスロット付きガイドの形態で構成され得る。これにより、連結棒の第２の端部の確実な案内が確保される。

本発明の有利な態様によれば、補償機構が、扇形歯車とラックとの形態で構成され、扇形歯車が、扇形歯車の歯がラックの歯と噛み合うように押し上げ棒に回転可能に接続され得る。扇形歯車は部分歯車とも呼ばれることもある。その結果、押し上げ棒及び／又はブラケットに対する片持ち梁の望ましくない横方向の動き、又は片持ち梁のひねり若しくはねじれを回避するための有効な案内が簡素に実現され得る。スロットが連結棒の端部にあるおかげで、片持ち梁は、扇形歯車に力をかけることなく下げる（つまり下方に動かす）ことができる。

本発明の有利な態様によれば、片持ち梁と押し上げ棒との間の関節接続は、片持ち梁を上方に動かすために補償機構ではなくスピンドル又はアクチュエータによって具体化され得る。押し上げ棒に対する腕支柱の角度位置又は角度は、片持ち梁が持ち上げられた高さを正しく判定するために、片持ち梁と押し上げ棒との間の機械的結合ではなく、センサを介して判定されてもよい。

本発明の有利な態様によれば、押し上げ棒及びラックは、ピストン－シリンダユニットとして構成され得る。これにより、押し上げ棒及びラックのブラケットへの取り付けが省スペースで実施され得る。

更なる利点は、以下の図の説明から明らかになる。各図は、本発明の様々な例示的な実施例を示している。図、詳細な説明、及び特許請求の範囲は、多数の特徴を組み合わせて含む。当業者もまた、有用な更なる組み合わせを想起するために、適宜、特徴を個別に検討し、それらを組み合わせるはずである。

図では、同一及び類似の構成要素は同じ参照符号で示されている。

いくつかの概略的に描かれた関節部位を含む人体胴部の正面図である。 いくつかの概略的に描かれた関節部位を含む人体胴部の更なる正面図である。 使用者の腕を第１及び第２の位置において支持するための本発明による外骨格の構成要素の概略側面図である。 使用者の２本の腕を支持するための本発明による外骨格の概略図である。 第１の設定にある本発明による外骨格の片持ち梁、ブラケット、ばね要素、及び押し上げ棒の斜視図である。 第１の設定にある本発明による外骨格の片持ち梁、ブラケット、ばね要素、及び押し上げ棒の側面図である。 第２の設定にある本発明による外骨格の片持ち梁、ブラケット、ばね要素、及び押し上げ棒の斜視図である。 第２の設定にある本発明による外骨格の片持ち梁、ブラケット、ばね要素、及び押し上げ棒の側面図である。 第３の設定にある本発明による外骨格の片持ち梁、ブラケット、ばね要素、及び押し上げ棒の斜視図である。 第３の設定にある本発明による外骨格の片持ち梁、ブラケット、ばね要素、及び押し上げ棒の側面図である。

図３は、使用者ＡＷの腕２０を支持するため、又は使用者ＡＷの腕２０の作業能力を向上させるための外骨格１０が配置されている、使用者ＡＷの人体上半身ＯＫの正面図を示している。

外骨格１０は、胴部取付装置３０と、ブラケット９と、押し上げ棒７と、片持ち梁４と、ばね要素６０とを実質的に備える。

図示のように、接合要素１は、片持ち梁４と押し上げ棒７とを一緒に旋回可能に接続するために、片持ち梁４と押し上げ棒７との間に設けられ得る。

胴部取付装置３０は、外骨格１０を使用者ＡＷの胴部（すなわち、上半身ＯＫ）に解放可能に接続するように働く（図３参照）。胴部取付装置３０は、この場合、ハードシェル、可撓性チェストストラップ、又はベルトの形態で構成され得る。更に、胴部取付装置３０は、使用者ＡＷの胸部の中央に配置された留め具ＶＳを備え、留め具により、例えばチェストストラップとして構成された胴部取付装置３０を開閉できる。留め具ＶＳは、例えば面ファスナとして又はベルトバックルとして構成され得る。

本発明による外骨格１０の代替的な実施例（図示せず）によれば、胴部取付装置３０はまた、腰部ベルトの形態で構成され、その結果、使用者ＡＷの腰部又は骨盤上に配置され得る。加えて、１本又は２本のストラップが、胴部取付装置３０を使用者ＡＷの肩部４０に固定するために、又は胴部取付装置３０が矢印の方向Ｂに外れないようにするために締結され得る。これらのストラップ（図示せず）は、チェストストラップ又はベルトとして構成された胴部取付装置３０の前面から、使用者ＡＷの肩部４０を越えて（すなわち、サスペンダと同様に）、胴部取付装置３０の後面まで案内され得る。

図４～図９に示されるように、ブラケット９は、４つの円形の切り欠き１１並びに第１のすべり軸受８ａ及び第２のすべり軸受８ｂを備えた平坦な金属シートとして実質的に構成される。４つの切り欠き１１はねじボスとも呼ばれ、ブラケット９を胴部取付装置３０に横方向に取り付けるように働き得る。この目的のために、胴部取付装置３０への締結のために、４本のねじ又はリベットが、ブラケット９にある４本の切り欠き１１を通して打ち込まれ得る。更に、ブラケット９の第１及び第２のすべり軸受８ａ、８ｂは、ブラケット９において押し上げ棒７を受け入れ、且つ案内するように働く。ねじ及びリベットは、この図に示されていない。

図２には第１のすべり軸受８ａのみが示されている。

すべり軸受８ａ、８ｂのそれぞれが円形の開口部を備える。この場合では、第１のすべり軸受８ａがブラケット９の第１の端部９ａの近くに配置され、第２のすべり軸受８ｂがブラケット９の第２の端部９ｂの近くに配置されて、押し上げ棒７がすべり軸受８ａ、８ｂのそれぞれの円形の開口部を通して案内されることにより矢印の方向Ａ及びＢに移動可能且つ反転可能にブラケット９に接続されるようにする。更に、ブラケット９は第２の端部９ｂに支持プレート１２を備える。図４に示されるように、押し上げ棒７がブラケット９に配置される場合、押し上げ棒７は支持プレート１２上に回転可能に取り付けられる。或いは、支持プレート１２は、押し上げ棒７に向けられた凹状又は湾曲した形状を有することもできる。

有利な実施例によれば、押し上げ棒７は、図４～図８に示されるように、第１の端部７ａと第２の端部７ｂとを備えたチューブとして実質的に構成される。押し上げ棒７のこの構成は、パイプ又はスリーブと呼ばれることもある。特に図４から明らかなように、押し上げ棒７の第１の端部７ａは、矢印の方向Ａにブラケット９の第１の端部９ａを超えて延びる。図２から、チューブとして構成された押し上げ棒７が、第２の端部７ｂから押し上げ棒７の略中央７ｃまで延びる空洞ＨＲを備えることがわかる。空洞ＨＲは、止まり穴又は切り欠きと呼ばれることもある。

有利な実施例によれば、支持要素６が押し上げ棒７の空洞ＨＲに導入され得る。支持要素６は円筒形に構成され、その形状を押し上げ棒７の空洞ＨＲに適合され得る。押し上げ棒７と支持要素６とは、矢印の方向Ａ及びＢに互いに対して反転可能に移動可能である。支持要素６は、押し上げ棒７を支持し、押し上げ棒７がブラケット９に対して動かされたときの安定性を高めるように実質的に働く。後述のように、支持要素６はまた、歯を備えて、したがってラックの形態で構成され得る。

既に上述したように、押し上げ棒７は、押し上げ棒７が第１及び第２のすべり軸受８ａ、８ｂの開口部を通して延びるようにブラケット９に接続される。その結果、押し上げ棒７は、ブラケット９に対して、第１の矢印の方向Ａ及び第２の矢印の方向Ｂに反転可能に移動可能である。換言すれば、押し上げ棒７は、ブラケット９に対して矢印の方向Ａ及び矢印の方向Ｂに動かされ得る。更に、押し上げ棒７は、第１及び第２のすべり軸受８ａ、８ｂによって、ブラケット９に対して回転方向Ｃ又はＤに回転軸Ｒを中心として回転され得る。

片持ち梁４は、第１の端部４ａと第２の端部４ｂとを備えた棒として実質的に構成される。棒はまた、アーム、支持体、バー、又はレバーと呼ばれることもある。図４～図９に示されるように、アームレスト５が片持ち梁４上に配置される。アームレスト５は、使用者ＡＷの上腕を受け入れて保持するように働く。アームレスト５に腕を一時的に固定するために、留め具を有するアームストラップが設けられる。アームストラップ及び留め具は図３に示されている。留め具は、この場合、例えば面ファスナとして構成される。

図２～図９に示されるように、ばね要素６０は、第１の脚部６０ａと第２の脚部６０ｂとを備えたねじりコイルばね（ｌｅｇ ｓｐｒｉｎｇ）として構成される。ばね要素６０は、この場合、第１の脚部６０ａが押し上げ棒７を支承し、第２の脚部６０ｂが片持ち梁４を支承するように、片持ち梁４と押し上げ棒７との間に配置される。よって、ねじりコイルばねとして構成されたばね要素６０のばね力は、片持ち梁４と押し上げ棒７とが互いに回転方向Ｅに押しやられるという効果を有する。図示のように、ばね要素６０は接合要素１を中心として配置される。

ばね要素６０のばね力は、片持ち梁４を回転方向Ｅに、したがって押し上げ棒７から離れるように継続的に押しやるため、ばね要素６０は、アームレスト５を介して片持ち梁４に接続された使用者ＡＷの腕を回転方向Ｅに支持する又は押す。その結果、腕は支持され、負荷、例えば腕で持つ動力工具が上方に矢印の方向Ａに押される。その結果、負荷はより軽く感じられ、使用者ＡＷは負荷をより長く保持することができる。その結果、負荷（例えば、動力工具）の重量からの力は、腕を介して片持ち梁４、押し上げ棒７、ブラケット９、そして最後に胴部取付装置３０に消散される。動力工具は図示されていない。

更なる有利な構成によれば、外骨格１０は連結棒２を更に備え、連結棒２は、第１の端部２ａと第２の端部２ｂとを備えたバーとして実質的に構成される（図４～図９を参照）。連結棒２は、第１の端部２ａによって片持ち梁４に回転可能に接続され、第２の端部２ｂによって補償機構５０を介して押し上げ棒７にこれも回転可能に接続される。連結棒２は、片持ち梁４が押し上げ棒７に対して動く際に支持するもの及び案内するものとして実質的に働く。

本発明による外骨格１０の有利な実施例（図示せず）によれば、補償機構５０が、連結棒２の第２の端部におけるスロット５１と、押し上げ棒７上のピボット軸受との形態で構成され得る。ピボット軸受は、この場合、スロット５１に配置され、スロット５１に沿って、且つスロット５１によって案内されて移動可能である。スロット及びピボット軸受として構成された補償機構５０の助けにより、片持ち梁４が押し上げ棒７に対して回転されたときの連結棒２の動きが補償され得る。

図４～図９に示される本発明による外骨格１０の更なる実施例によれば、補償機構５０が、連結棒２の第２の端部２ｂにおけるスロット５１と、扇形歯車３と、ラック１３と、ピボット軸受１４との形態で構成され得る。

任意の支持要素６は、図４～図９に示される本発明による外骨格１０の実施例によるラック１３の形態で構成される。本発明による外骨格１０の有利な実施例によれば、支持要素６とラック１３との両方を支持プレート１２上に互いに並べて配置させることも可能である。

円筒状に構成されたラック１３は、ラック１３の長手方向の範囲と押し上げ棒７の長手方向の範囲とが互いに平行に向くように、押し上げ棒７の内部に突出する。

特に図４から明らかなように、押し上げ棒７は、ラック１３の歯へのアクセスを提供する切り欠き７ｄを有する。ラック１３は、ピボット軸受（図示せず）により、回転方向Ｃ又はＤに回転軸Ｒを中心として回転可能であるように、押し上げ棒７の第２の端部７ｂに接続され、特に押し上げ棒７の第２の端部７ｂにおいて支持プレート１２に接続される。この場合では、ラック１３は、ラック１３が矢印の方向Ａ又はＢブラケットに動くことができないように支持プレート１２に接続される。このため、ラック１３とブラケット９との間における相対運動はない。

ラック１３と押し上げ棒７とが矢印の方向Ａ又はＢに互いに対して動くことができる可能性に起因して、またラック１３が押し上げ棒７の内部に導入されるため、ラック１３と押し上げ棒７との組み合わせ又は協働は、ピストン－シリンダユニットと呼ばれることがある。この場合では、ラック１３はピストンとして実施され、押し上げ棒７、特に押し上げ棒７の空洞ＨＲは、ラックとして構成されたピストンを受け入れるためのシリンダとして実施される。

更に、押し上げ棒７は、扇形歯車３を受け入れて保持するように働くピボットピン１６を有する保持装置１５を備える。保持装置１５がピボットピン１６を有することにより、扇形歯車３の歯３ａがラック１３の歯１３と噛み合うことができるように、扇形歯車３が押し上げ棒７に対して回転され得る。扇形歯車３はレバー要素３ｂを更に備え、レバー要素３ｂの自由端にピボット軸受１４が配置される。ピボット軸受１４は、スロット５１に配置され、スロット５１に沿って自由に移動可能であり、且つスロット５１に沿って案内される。

片持ち梁４は、ブラケット９に対する枢着点ＤＰにおける回転取り付けの結果として、第１、第２、又は第３の位置に反転可能に持ち込まれ得る。

図４及び図５は、片持ち梁４が第１の位置にある状態での外骨格１０を示している。

図６及び図７は、片持ち梁４が第２の位置にある状態を示している。

図８及び図９は、片持ち梁４が第３の位置にある状態を示している。

第１の位置では、片持ち梁４の第２の端部４ｂが矢印の方向Ｂに下方に傾斜している。

第２の位置では、片持ち梁４の第２の端部４ｂは略水平である。

第３の位置では、片持ち梁４の第１の端部４ａが矢印の方向Ａに上方を向いている。

使用者ＡＷが片持ち梁４に接続されている腕を矢印の方向Ａに上方に動かすと、押し上げ棒７も同様に接合要素１を介して矢印の方向Ａに上方に引き上げられる。押し上げ棒７は、ブラケット９に対して矢印の方向Ａ又はＢに移動可能であるように取り付けられているため、枢着点ＤＰは、腕を持ち上げる際の人体肩部４０の解剖学的運動を補償するために移動量Δｙを補償することができる。このような補償は、負荷を持ち上げながら外骨格を実際の解剖学的構造及び人間の使用者ＡＷの動きの実際のシーケンスにより良く適合させ、外骨格の装着の快適さを高める。

１ 接合要素
２ 連結棒
２ａ 連結棒の第１の端部
２ｂ 連結棒の第２の端部
３ 扇形歯車
３ａ 扇形歯車の歯
３ｂ レバー要素
４ 片持ち梁
４ａ 片持ち梁の第１の端部
４ｂ 片持ち梁の第２の端部
５ アームレスト
６ 支持要素
７ 押し上げ棒
７ａ 押し上げ棒の第１の端部
７ｂ 押し上げ棒の第２の端部
７ｃ 押し上げ棒の中央
７ｄ 押し上げ棒の切り欠き
８ａ 第１のすべり軸受
８ｂ 第２のすべり軸受
９ ブラケット
９ａ ブラケットの第１の端部
９ｂ ブラケットの第２の端部
１０ 外骨格
１１ ブラケットの切り欠き
１２ 支持プレート
１３ ラック
１３ａ ラックの歯
１４ ピボット軸受
１５ 保持装置
１６ 保持装置のピボットピン
２０ 使用者の腕
３０ 胴部取付装置
４０ 使用者の肩部
５０ 補償機構
５１ スロット
６０ ばね要素
６０ａ ばね要素の第１の脚部
６０ｂ ばね要素の第２の脚部
ＨＲ 押し上げ棒の空洞
ＤＰ 枢着点
ＯＫ 上半身
ＡＷ 使用者
ＶＳ 留め具
Ｒ 押し上げ棒の回転軸
Ｃ、Ｄ 押し上げ棒の回転方向
Ｓ 片持ち梁の回転軸
Ｅ、Ｆ 片持ち梁の回転方向

Claims (5)

1. 使用者（ＡＷ）の少なくとも一方の腕（２０）を支持するための外骨格（１０）であって、
   前記外骨格（１０）を使用者（ＡＷ）の胴部に解放可能に接続するための胴部取付装置（３０）と、
   前記胴部取付装置（３０）に接続可能な少なくとも１つのブラケット（９）と、
   前記少なくとも１つのブラケット（９）によって前記胴部取付装置（３０）に接続可能であり、前記ブラケット（９）に対して第１及び第２の方向（Ａ、Ｂ）に反転可能に移動可能である、押し上げ棒（７）と、
   使用者（ＡＷ）の前記腕（２０）に解放可能に接続可能である、使用者（ＡＷ）の前記腕（２０）を支持するための片持ち梁（４）と、
   前記片持ち梁（４）及び前記押し上げ棒（７）に力をかけるばね要素（６０）と、
   第１の端部（２ａ）及び第２の端部（２ｂ）を有する連結棒（２）であって、前記第１の端部（２ａ）によって前記片持ち梁（４）に、及び前記第２の端部（２ｂ）によって補償機構（５０）を介して前記押し上げ棒（７）に、それぞれ回転可能に接続される前記連結棒（２）と
   からなる、ことを特徴とする、外骨格。
2. 前記補償機構（５０）は、前記連結棒（２）の前記第２の端部（２ｂ）におけるスロット（５１）と、前記押し上げ棒（７）上のピボット軸受（１４）として構成され、前記ピボット軸受（１４）は前記スロット（５１）に配置される、ことを特徴とする、請求項１に記載の外骨格。
3. 前記補償機構（５０）は、前記連結棒（２）の前記第２の端部（２ｂ）と前記押し上げ棒（７）との間においてスロット付きガイドとして構成される、ことを特徴とする、請求項１に記載の外骨格。
4. 前記補償機構（５０）は、扇形歯車（３）とラック（１３）として構成され、前記扇形歯車（３）は、前記扇形歯車（３）の歯（３ａ）が前記ラック（１３）の歯（１３ａ）と噛み合うように前記押し上げ棒（７）に回転可能に接続される、ことを特徴とする、請求項１に記載の外骨格。
5. 前記押し上げ棒（７）及び前記ラック（１３）は、ピストン－シリンダユニットとして構成される、ことを特徴とする、請求項４に記載の外骨格。

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