JP7450895B2 - 足首補助外骨格装置 - Google Patents

Description

本発明は、着用可能な装置の技術分野に関し、具体的に、使用者の足首に補助力を提供して日常的に使用される足首補助外骨格装置に関する。

現在、異なる目的で下肢用の着用可能な装置を設計し、その中、人体の力を増強させる着用可能な装置、リハビリ用の着用可能な装置、移動効率を向上させ、人体のエネルギー消耗を減少させる着用可能な装置が含まれている。人体の力の向上およびリハビリテーションの目的で、着用可能な下肢装置または外骨格は、通常、全脚剛性金属構造に依存して外部身体支持を提供する。これらの下肢外骨格システムは、健康な人や体が不自由な人に自分の力ではできない任務を遂行させることを可能にする。しかし、従来の剛性着用可能な装置は、人体行動の合わせや、移動効率の向上において、（１）装置関節と人体関節とが動く間に位置ずれることにより、装置と生体関節との間の干渉が発生する、（２）装置の自由度が人体の下肢関節の自由度よりも低いため、生体関節の運動自由度が制限される、（３）装置自体によって完全に制御・補償されていない大きな重量及び慣性により、使用者が装置を着用する際に余分なエネルギーを消耗して、装置の一部を動かせる必要がある、というような欠陥がある。また、重くて大きな装置構造により、このような全脚剛性の外骨格装置が日常生活で使用しにくくなる。

現在、いくつかの可撓性外骨格装置は、生体関節への制約を低減し、関節アシストを提供するように、軽量な可撓性材料を利用して製造される。このような装置は、関節をアシストする、より軽量化されたソリューションを提供する。しかし、これらの可撓性外骨格装置は、使用者の皮膚表面に依存して、関節を補助する反力として接線力を提供する。つまり、これらの装置は、一方側で使用者の体肢関節に補助力を提供し、他方側で使用者の皮膚表面に、皮膚表面に接する接線力を付与し、これらの接線力により、使用者の皮膚表面が揉まれ、圧迫されることで、使用者に不快感を与えてしまう。さらに、使用者の皮膚のたるみや筋肉の剛性が不十分で、補助力の反力として十分に大きな接線力を提供することが困難である場合、これらの装置は十分な補助力を提供することができなくなる。

そこで、使用者の日常的な行動能力および行動効率を向上させるために、容易に着用でき、使用者の関節に制約を与えず、下肢の補助を提供するとともに使用者の皮膚表面による接線力に依存しない着用可能な補助装置が必要とされる。

上述した従来技術に存在する欠点の少なくとも１つを解決するために、本発明は、
使用者の体の重心付近の部位（例えば、腰部の後方）に着用するように配置されたアクチュエータと、
下肢ブラケットと、
アクチュエータの駆動で下肢ブラケットに引張力を制御可能に付与するように配置された引っ張りワイヤーと、を含み、ここで、
前記下肢ブラケットは、
使用者の下脚を取り囲むように配置された下脚リングと、
下脚リングに取り付けられ下へ延びるリンクアセンブリと、
リンクアセンブリの下端にヒンジ接続され、前記引っ張りワイヤーの足部ブラケットに接続された足部ブラケットと、含み、足部ブラケットは、使用者の足裏に付与された上向きの引張力によって、使用者の足部に足首関節を中心に回動させるように配置されている足首補助外骨格装置を提出する。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、前記足部ブラケットの前方端部は、鉛直方向に使用者の足部を挟持するように配置されており、足部ブラケットの後方端部は、使用者の踵の後にあり、引っ張りワイヤーに接続されるように配置されており、前記下肢ブラケットは、足部ブラケットにその前方端部を上へ持ち上げるトルクを付与するように配置された、リンクアセンブリの下端と足部ブラケットの間に設けられたねじりばねと、使用者の足裏を引っ張るように配置され、足部ブラケットの前方端部と後方端部の間に足部ブラケットにヒンジ接続された足裏引っ張りリングと、をさらに含む。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、足部ブラケットは、後方端部と前方端部とを左右両側で接続する一対のブラケットアームを含み、前方端部は、前記一対のブラケットアームのブラケットアーム前方端部と、それに取り付けられた足の甲テープとで構成されており、足の甲テープは、使用者の足の甲を部分的に覆うように配置されている。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、リンクアセンブリは、足部ブラケットの左右両側に設けられた一対のリンクを含み、前記一対のリンクの各々の上端は、それぞれ、下脚リングの左右両側に取り付けられ、前記一対のリンクの各々の下端は、それぞれ、足部ブラケットにヒンジ接続されている。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、リンクアセンブリは、リンクアセンブリの一部の高さで前記一対のリンクを接続する支持ブロックを含む。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、前記足首補助外骨格装置は、引っ張りワイヤーの外部を囲んで設けるスリーブをさらに含み、ここで、引っ張りワイヤーはスリーブ中で摺動可能であり、スリーブの上端はアクチュエータに固定され、スリーブの下端は下肢ブラケットに接続されている。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、リンクアセンブリは、リンクアセンブリの一部の高さで前記一対のリンクを接続する支持ブロックを含み、下肢ブラケットは、支持ブロックにヒンジ接続されたスリーブホルダをさらに含み、ここで、スリーブの下端がスリーブホルダに固定されている。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、前記足首補助外骨格装置は、使用者の生体信号、及び引っ張りワイヤーにより足部ブラケットに付与する引張力をリアルタイムに検出するように配置された１つ又は複数のセンサをさらに含み、前記足首補助外骨格装置は、センサからの検出データを利用して引っ張りワイヤーにより足部ブラケットに付与する引張力をリアルタイムに制御するように配置されたコントローラをさらに含む。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、アクチュエータには、引っ張りワイヤーが巻回されるローラと、ローラの回転を駆動するためのモータと、モータとローラとの間で動力を伝達する変速機とが設けられているとともに、前記足首補助外骨格装置は、使用者の腰部の前方に着用されて各電力消耗デバイスへ給電するように配置された電源をさらに含む。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、前記足首補助外骨格装置は、１つのアクチュエータと、使用者の左右脚にそれぞれ着用されるように配置され、互いに個別な２つの下肢ブラケットと、前記２つの下肢ブラケットのそれぞれに対応する２本の引っ張りワイヤーと、を含む。

本発明は、図面における例示的な実施形態として具現化することができる。しかしながら、図面は単に模式的なものであり、本発明の教示の下で想定される任意の変更は、本発明の範囲内に含まれるものとみなされるべきであり、また、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲によってのみ限定されていることに留意されたい。

図面には、本発明の例示的な実施形態を示す。これらの図面は、本発明の範囲を必然的に限定するものとして解釈されるべきではない。同一の数字及び／又は類似の符号は、同一の要素及び／又は類似の要素を示すことが可能であり、ここでは、
図１は、本発明の1つの実行可能な実施形態に係る使用者の下肢に着用された足首補助外骨格装置の模式的な斜視図である。 図２は、図１に示される使用者の下肢に着用された足首補助外骨格装置の模式的な部分拡大図である。 図３は、図１～図２に示される足首補助外骨格装置の下肢ブラケットの模式的な分解斜視図である。 図４は、図１～図３に示される足首補助外骨格装置の下肢ブラケットの力を受ける状況での模式図である。 図５は、図１～図３に示される足首補助外骨格装置の下肢ブラケットの足部ブラケットの模式的な分解斜視図； 図６は、図１～図３に示される足首補助外骨格装置におけるセンサ及びマイクロプロセッサの配置を示している。

以下、本発明の例示的な実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で実施することができ、本明細書に開示された例示的な実施形態に必然的に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、単に本発明を説明し、また、当業者に本発明の趣旨を伝えるためだけに提供される。

図１は、本発明の1つの実行可能な実施形態に係る使用者の下肢に着用された足首補助外骨格装置の模式的な斜視図である。図２は、図１に示される使用者の下肢に着用された足首補助外骨格装置の模式的な部分拡大図である。図３は、図１～図２に示される足首補助外骨格装置の下肢ブラケットの模式的な分解斜視図である。図４は、図１～図３に示される足首補助外骨格装置の下肢ブラケットの力を受ける状況での示意図である。図５は、図１～図３に示される足首補助外骨格装置の下肢ブラケットの足部ブラケットの模式的な分解斜視図である。図６は、図１～図３に示される足首補助外骨格装置におけるセンサ及びマイクロプロセッサの配置を示している。本発明の実行可能な実施形態の以下の説明をより容易に理解できるために、各図において、鉛直方向を矢印ＺＺ’で示し、前後方向を矢印ＹＹ’で示し、横方向を矢印ＸＸ’で示している。前後方向ＹＹ’とは、本足首補助外骨格装置を着用する使用者の前後方向であると理解されてよく、使用者が向いている方向である前方Ｙと、使用者が背向している方向である後方Ｙ’とを包含する。鉛直方向ＺＺ’とは、本足首補助外骨格装置を着用する使用者の身長方向であると理解されてよく、上方Ｚおよび下方Ｚ’を包含する。横方向ＸＸ’とは、本足首補助外骨格装置を着用する使用者の左右方向であると理解されてよく、当該使用者の左手側である左側方向Ｘと、当該使用者の右手側である右方向Ｘ’とを包含する。また、鉛直方向ＺＺ’に垂直な任意の方向は水平方向であると理解されてよい。なお、上述した方位に関する定義は、本発明の技術案をよりよく説明するためのものに過ぎず、本発明を何ら限定するものと解釈されるべきではない。

図１～図３を参照すると、本発明に係る足首補助外骨格装置は、使用者の腰部の後方に着用されるように配置されたアクチュエータ１００、下肢ブラケット２００と、アクチュエータ１００の駆動で下肢ブラケット２００に引張力を制御可能に付与するように配置された引っ張りワイヤー３００と、を含む。さらには、前記下肢ブラケット２００は、使用者の下脚を取り囲むように配置された下脚リング（例えば、編地からなる）２１０と、その前方端部２３２が鉛直方向に使用者の足部を挟持するように配置され、その後方端部２３１が使用者の踵の後にあって、後方端部２３１が引っ張りワイヤー３００に接続されるように配置された足部ブラケット２３０と、その上端が（例えば、取り外し可能なフック、マジックテープなどにより）下脚リング２１０に取り付けられ、その下端が足部ブラケット２３０の前方端部２３２と後方端部２３１との間で足部ブラケット２３０にヒンジ接続された（足部ブラケット２３０がリンクアセンブリ２２０に対して横軸周りに回転できるように）、下脚リング２１０と足部ブラケット２３０との間に設けられたリンクアセンブリ２２０と、足部ブラケット２３０にその前方端部２３２を上へ持ち上げるトルクを付与するように配置された、リンクアセンブリ２２０の下端と足部ブラケット２３０との間に設けられたねじりばね２６０と、使用者の足裏（例えば、踵）を引っ張る（又は、引っ掛ける）ように配置された、足部ブラケット２３０の前方端部２３２と後方端部２３１との間で足部ブラケット２３０にヒンジ接続された（足裏引っ張りリング２５０が足部ブラケット２３０に対して横軸周りに回転できるように）足裏引っ張りリング２５０と、を含む。

上述した本発明の技術案によれば、使用者が本発明に係る足首補助外骨格装置を着用する際に、使用者の体肢（特に、関節）の小さい部分（体肢の表面積の２５％以下）のみを覆うため、使用者の関節の動きに何ら制限を与えることもない。特に、下脚リング２１０は、膝関節ではなく、使用者の下脚を取り囲むように配置されているため、本足首補助外骨格装置は、単にそのアシストする足首関節を部分的に覆うだけであり、そのアシストしていない他の関節（例えば、膝関節）に対していかなる制限や障害を生じていない。さらに、図４を参照すると、本足首補助外骨格装置の作動時、アクチュエータ１００は、引っ張りワイヤー３００を介して足部ブラケット２３０の後方端部２３１に引張力Ｆを付与し、引張力Ｆは、足部ブラケット２３０の後方端部２３１を上向きにし、足部ブラケット２３０の前方端部２３２を下向きにするような引っ張りワイヤートルクを足部ブラケット２３０に付与する。引っ張りワイヤートルクがねじりばね２６０により付与されたばねトルクよりも大きい場合、後方端部２３１は、足裏引っ張りリング２５０を介して足裏（特に、踵）に上向きの引張力Ｆ２（足裏の皮膚表面に垂直する法線力）を付与して、足首が底屈（plantar flexion）運動を行うことを補助する。特に、底屈運動を行う際に、使用者の前足裏が地面に当接するため、引張力Ｆ２による作用で、前方端部２３２は地面に付勢力Ｆ３を付与し、使用者の足の甲に大きな圧力を付与しないことで、使用者に不快感をもたらすことがない。引っ張りワイヤートルクがねじりばね２６０により付与されたばねトルクよりも小さい場合、足部ブラケット２３０の前方端部２３２は、足裏に上向きの足裏表面に垂直する法線力Ｆ３’を付与して、足首が背屈（dorsiflexion）運動を行うことを補助する。いずれにしても、リンクアセンブリ２２０は、それにブラケット２３０を中心に回転させるトルクのみを受けるので、リンクアセンブリ２２０は、下脚リング２１０を介して使用者の下脚に下脚の皮膚表面に垂直する法線力Ｆ１、Ｆ１’を付与するだけであり、これにより、下脚リング２１０は、下脚をしっかりと包む必要がなく、下脚と部分的に接触するだけでよいので、使用者の快適性が向上される。従って、本足首補助外骨格装置は、作動中に、接触している使用者の皮膚表面との間に皮膚表面に垂直する法線力（Ｆ１、Ｆ１’、Ｆ２、Ｆ３’）のみを発生させるが、接触している使用者の皮膚表面にそれと接する接線力を付与することはない。そのため、本足首補助外骨格装置は、皮膚の摩擦と接線方向の圧迫を引き起こして使用者に不快感を与えることがないとともに、使用者の皮膚のたるみや筋肉の強さからの影響を受けずに十分な補助力を提供することができる。また、法線力Ｆ１、Ｆ１’のモーメントアームＳ１が大きくて、補助力Ｆ３’のモーメントアームＳ３が小さいので、法線力Ｆ１、Ｆ１’が小さく、補助力Ｆ３’が大きい。従って、使用者の下脚が受けた反力が小さいが、足部が受けた補助力が大きく、これにより、使用者が本足首補助外骨格装置により足首補助を行う際の快適性と有効性がさらに向上される。

図１～図３及び図５を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、足部ブラケット２３０と足裏引っ張りリング２５０とがヒンジ接続された位置は、足部ブラケット２３０とリンクアセンブリ２２０とがヒンジ接続された位置と後方端部２３１との間にある。

図１～図３及び図５を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、足部ブラケット２３０は、後方端部２３１と前方端部２３２とを左右両側で接続する一対のブラケットアーム２３３、２３４（すなわち、左側ブラケットアーム２３３と右側ブラケットアーム２３４）を含み、前方端部２３２は、前記一対のブラケットアーム２３３、２３４のブラケットアーム前方端部２３３１、２３４１と、（例えば、取り外し可能なフック、マジックテープなどにより）それに取り付けられた足の甲テープ２３５とで構成され、足の甲テープ２３５は使用者の足の甲を部分的に覆うように配置されている。

従って、図４を参照すると、上述した実施形態によれば、引っ張りワイヤー３００により付与された引っ張りワイヤートルクがねじりばね２６０により付与されたばねトルクよりも小さい場合、ブラケットアーム前方端部２３３１、２３４１は、足裏に対して足裏表面に垂直する上向きの法線力Ｆ３’を付与して、足首が背屈運動を行うことを補助する。

図５を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、前記一対のブラケットアーム２３３、２３４のブラケットアーム前方端部２３３１、２３４１は、その底部に、互いに向かって延びる突出部２３３２、２３４２を含む。

従って、図４を参照すると、上述した実施形態によれば、引っ張りワイヤー３００により付与された引っ張りワイヤートルクがねじりばね２６０により付与されたばねトルクよりも小さい場合、突出部２３３２、２３４２は、足裏に対して足裏表面に垂直する上向きの法線力Ｆ３’を付与して、足首が背屈（dorsiflexion）運動を行うことを補助し、また、突出部２３３２、２３４２と使用者の足裏とが面接続するので、力Ｆ３’が大きくなったときにも使用者の足裏の不快を引き起こすことはない。

図１～図３及び図５を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、前記一対のブラケットアーム２３３、２３４は後方端部２３１と共にＵ形となり、かつ、水平方向に使用者の足部を（少なくとも部分的に）取り囲むように配置されている。

図５を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、前記一対のブラケットアーム２３３、２３４は、複数組のヒンジ孔を含み、各組のヒンジ孔は、前記一対のブラケットアーム２３３、２３４上に横方向に対向して設けられた２つのヒンジ孔２３３３、２３４３を含み、足裏引っ張りリング２５０が前記複数のグループのヒンジ孔のうちの１グループのヒンジ孔で前記一対のブラケットアーム２３３、２３４にヒンジ接続されている。

従って、上述した実施形態によれば、足裏引っ張りリング２５０が足部ブラケット２３０にヒンジ接続される位置は、使用者の足部をより良好に合わせて、本足首補助外骨格装置がより効率的に、より確実に、使用者に補助力を提供するように、多くの選択肢を有している。

さらに図５を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、前記一対のブラケットアーム２３３、２３４は少なくとも３組のヒンジ孔を含む。

図１～図３を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、リンクアセンブリ２２０は、足部ブラケット２３０の左右両側に設けられた一対のリンク２２１、２２２（すなわち、左側リンク２２１と右側リンク２２２）を含み、前記一対のリンク２２１、２２２の各々の上端は、それぞれ、下脚リング２１０の左右両側に取り付けられており、前記一対のリンク２２１、２２２の各々の下端は、それぞれ、足部ブラケット２３０にヒンジ接続されている。具体的に、左側リンク２２１が左側ブラケットアーム２３３にヒンジ接続され、右側リンク２２２が右側ブラケットアーム２３４にヒンジ接続されている。

従って、上述した実施形態によれば、下脚リング２１０と足部ブラケット２３０とは、一対のリンク２２１、２２２だけで接続されており、下肢ブラケット２００の重量が大幅に軽減され、使用者の体肢の被覆された面積がさらに低減されて、使用者が本足首補助外骨格装置を着用する際の体力消耗が最小限に抑えられ、快適性をさらに向上させるようになる。

図１～図３を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、リンクアセンブリ２２０は、リンクアセンブリ２２０の一部の高さで前記一対のリンク２２１、２２２を接続する支持ブロック２２３を含む。支持ブロック２２３がリンクアセンブリ２２０の鉛直方向における中央で前記一対のリンク２２１、２２２を接続することが図示されている。しかし、支持ブロック２２３の高さ位置は可変であり、例えば、リンクアセンブリ２２０の鉛直方向における中央の上方又は下方にあってもよく、そのため、支持ブロック２２３の任意の高さ位置は、本発明の範囲内に含まれるとみなされるべきであると理解されても良い。

従って、上述した実施形態によれば、支持ブロック２２３の存在により、リンクアセンブリ２２０の構造がより安定するので、下肢ブラケット２００をより確実に支持することができ、また、支持ブロック２２３はリンクアセンブリ２２０の一部の高さでのみ存在するので、支持ブロック２２３はリンクアセンブリ２２０の重量を著しく増加させていない。

図２及び図３を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、本足首補助外骨格装置は、さらに、引っ張りワイヤー３００外部を囲んで設けるスリーブ４００を含み、ここで、引っ張りワイヤー３００はスリーブ４００の中で摺動可能であり、スリーブ４００の上端はアクチュエータ１００に固定され、スリーブ４００の下端は下肢ブラケット２００に接続されている。特に、引っ張りワイヤー３００とスリーブ４００とは、ボーデンケーブル（Bowden cable）を構成する。

従って、上述した実施形態によれば、スリーブ４００を利用してアクチュエータ１００と下肢ブラケット２００との間で引っ張りワイヤー３００をガイドすることができ、これにより、アクチュエータ１００は、より効率的に、より確実に、引っ張りワイヤー３００を介して下肢ブラケット２００に引張力を付与することができ、これにより、本足首補助外骨格装置は、より効率的に、より確実に、使用者に補助力を提供することができる。

図２及び図３を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、下肢ブラケット２００は、さらに、（スリーブホルダ２７０が支持ブロック２２３に対して横軸周りに回転できるように）支持ブロック２２３にヒンジ接続されたスリーブホルダ２７０を含み、ここで、スリーブ４００の下端はスリーブホルダ２７０に固定されている。

従って、上述した実施形態によれば、スリーブ４００の下端は、スリーブホルダ２７０と共に支持ブロック２２３に対して回転することができ、これにより、スリーブ４００の下端の角度位置は使用者足部の動きに応じて変化することができ、引っ張りワイヤー３００がスリーブ４００の下端から出る方向が常にそれによって引っ張られる足部ブラケット２３０の後方端部２３１に向かうようにする。言い換えると、スリーブ４００の下端は、常に、足部ブラケット２３０の後方端部２３１に向かって引っ張りワイヤー３００をガイドし、引っ張りワイヤー３００の延在方向に対する横方向に障害を加えることがなく、アクチュエータ１００は、より効率的に、より確実に、引っ張りワイヤー３００を介して下肢ブラケット２００に引張力を付与することができ、これにより、本足首補助外骨格装置は、より効率的に、より確実に、使用者に補助力を提供することができる。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、本足首補助外骨格装置は、さらに、１つ又は複数のセンサ（例えば、ＩＭＵ（慣性計測ユニット）センサ、ＥＭＧ（筋電図）センサ、力センサなど）を含み、使用者の生体信号（例えば、足部の動き、足部の角度、足部の加速度、脚部の動き、脚部の角度、脚部の加速度、筋肉の動きなど）、及び引っ張りワイヤー３００により足部ブラケット２００に付与する引張力、をリアルタイムに検出するように配置されており、本足首補助外骨格装置は、さらに、センサからの検出データを用いて引っ張りワイヤー３００により足部ブラケット２００に付与する引張力をリアルタイムに制御するように配置されたコントローラ（例えば、マイクロプロセッサ）を含む。

従って、上述した実施形態によれば、本足首補助外骨格装置は、センサを利用して使用者の生体信号（例えば、足部の動き、足部の角度、足部の加速度、脚部の動き、脚部の角度、脚部の加速度、筋肉の動きなど）をリアルタイムに検出し、その後、コントローラは、検出されたデータにより、使用者が行っている運動パターンと行おうとする運動パターン（例えば、使用者は、立ち止まろうか、歩行しようか、走ろうか）、及び使用者の足部が行っている運動と行おうとする運動（例えば、屈曲運動、底屈運動）を判断し、その後、コントローラは、さらに検出された引っ張りワイヤー３００により足部ブラケット２００に付与する引張力を利用し、この引張力を閉ループ制御して、リアルタイムに、高精度に、見込みのあるように使用者の足首を補助する。従って、使用者が行っている運動パターンと行おうとする運動パターン（例えば、使用者は、立ち止まろうか、歩行しようか、走ろうか）に関わらず、使用者の足部が行っている運動と行おうとする運動（例えば、屈曲運動、底屈運動）に関わらず、本足首補助外骨格装置は、リアルタイムに、高精度に、見込みのあるように使用者の足首を補助することができる。

図６を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、本足首補助外骨格装置は、下脚リング２１０の后部に設けられたＥＭＧセンサ６１０、支持ブロック２２３に設けられたＩＭＵセンサ６２０とマイクロプロセッサ６３０、スリーブホルダ２７０に設けられた力センサ６４０、及び足部ブラケット２３０に設けられたＩＭＵセンサ６５０を含む。また、本足首補助外骨格装置は、さらに、アクチュエータ１００と各センサ及びマイクロプロセッサとの間でデータと電力を伝達するように配置された回路信号線５００を含む。

従って、上述した実施形態によれば、回路信号線５００を介してアクチュエータ１００から電力が得られた場合、まず、ＥＭＧセンサ６１０により、使用者の下脚の生体信号を測定し、ＩＭＵセンサ６２０により、使用者の下脚の慣性信号を測定し、ＩＭＵセンサ６５０により、使用者足部の慣性信号を測定し、力センサ６４０により、引っ張りワイヤー３００の引張力を測定し、そして、マイクロプロセッサ６３０は、上述した各センサが出力したデータを利用して使用者の動作を予測して引っ張りワイヤー３００の引張力をさらに閉ループ制御して、リアルタイムに、高精度に、見込みのあるように使用者の足首を補助することができる。しかしながら、上述した各センサ及びマイクロプロセッサの位置は、単に例示的なものだけであり、その機能に影響がなければ、その具体的な位置が可変であることに留意されたい。例えば、マイクロプロセッサ６３０はアクチュエータ１００に設けられてもよく、ＥＭＧセンサ６１０はリンクアセンブリ２２０に設けられてもよい。

本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、アクチュエータ１００には、引っ張りワイヤー３００が巻回されるローラと、ローラの回転を駆動してコントローラによって制御されるように配置されたモータと、モータとローラとの間で動力を伝達する変速機とが設けられており、また、本足首補助外骨格装置は、さらに、使用者の腰部の前方に着用されて各電力消耗デバイスへ給電するように配置された電源を含む。

従って、上述した実施形態によれば、本足首補助外骨格装置の重い部材（例えば、モータ、電源、変速機など）は何れも使用者の腰部に設けられている。つまり、本足首補助外骨格装置の重量の大部分は、使用者の下肢ではなく、使用者の腰部に集中しており、これにより、使用者が本足首補助外骨格装置を着用する際の体力消耗がさらに低減されて、使用者の着用の快適性を向上させ、使用者が長時間にわたって本足首補助外骨格装置を着用して足首の運動を補助することができるようになる。また、電源が腰部の前方にあり、モータ、変速機などが腰部の後方にあるため、電源とモータ、変速機などは互いのカウンターウエイトとなり、使用者が本足首補助外骨格装置を着用する際の快適性がさらに改善される。

図１及び図２を参照すると、本発明の１つの実行可能な実施形態によれば、本足首補助外骨格装置は、１つのアクチュエータ１００、使用者の左右脚上にそれぞれ着用されるように配置された、互いに独立した２つの下肢ブラケット２００と、前記２つの下肢ブラケット２００にそれぞれ対応する２本の引っ張りワイヤー３００と、を含む。

従って、上述した実施形態によれば、使用者の１つの足首が補助を必要とする場合、使用者は１つの下肢ブラケット２００のみを着用して当該足首の運動を補助することができる。使用者の２つの足首が全て補助を必要とする場合、使用者は、互いに個別な２つの下肢ブラケット２００を用いて２つの足首の運動を同時に補助することができ、これにより、本足首補助外骨格装置の使用の柔軟性が大幅に向上される。

以上、図面を参照して、本発明に係る足首補助外骨格装置の好ましい実施形態について詳細に説明したが、これに限定されるものではない。当業者にとって、以下の請求項に記載された本開示の範囲および本質から逸脱することなく、技術および構造についての補正および補足がいずれも本発明の範囲内に含まれるとみなされるべきである。従って、本発明の教示の下で想定できるこれらの補正および補足は、本開示の一部とみなされるべきである。本開示の範囲は、以下に添付された請求項によって限定されているとともに、本開示の出願日に既知の等価技術および予見されていない等価技術を含む。

Claims (10)

1. 使用者の腰部の後方に着用するように配置されたアクチュエータ（１００）と、
   下肢ブラケット（２００）と、
   アクチュエータ（１００）の駆動で下肢ブラケット（２００）に引張力を制御可能に付与するように配置された引っ張りワイヤー（３００）と、を含み、
   前記下肢ブラケット（２００）は、
   使用者の下脚を取り囲むように配置された下脚リング（２１０）と、
   下脚リング（２１０）に取り付けられ下へ延びるリンクアセンブリ（２２０）と、
   リンクアセンブリ（２２０）の下端にヒンジ接続され、引っ張りワイヤー（３００）に接続された足部ブラケット（２３０）と、を含み、
   足部ブラケット（２３０）は、使用者の足裏に付与された上向きの引張力によって、使用者の足部に足首関節を中心に回動させるように配置されており、
   前記リンクアセンブリ（２２０）は、足部ブラケット（２３０）の左右両側に設けられた一対のリンク（２２１，２２２）と、前記一対のリンク（２２１，２２２）に接続されて独立して設けられた支持ブロック（２２３）と、を含み、前記支持ブロック（２２３）の高さ位置は可変であり、前記一対のリンク（２２１，２２２）は前記支持ブロック（２２３）に向かって曲げて前記支持ブロックに連結されるように、後方かつ互いに接近する方向に曲げる一対の弓形構造に形成されている
   ことを特徴とする足首補助外骨格装置。
2. 前記足部ブラケット（２３０）の前方端部（２３２）は、鉛直方向に使用者の足部を挟持するように配置されており、足部ブラケット（２３０）の後方端部（２３１）は、使用者の踵の後にあると共に、引っ張りワイヤー（３００）に接続されるように配置されており、
   前記下肢ブラケット（２００）は、
   足部ブラケット（２３０）にその前方端部（２３２）を上へ持ち上げるトルクを付与するように配置され、リンクアセンブリ（２２０）の下端と足部ブラケット（２３０）の間に設けられたねじりばね（２６０）と、
   使用者の足裏を引っ張るように配置され、リンクアセンブリ（２２０）と足部ブラケット（２３０）とのヒンジ部よりも後方に足部ブラケット（２３０）にヒンジ接続された足裏引っ張りリング（２５０）と、をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の足首補助外骨格装置。
3. 足部ブラケット（２３０）は、後方端部（２３１）と前方端部（２３２）とを左右両側で接続する一対のブラケットアーム（２３３，２３４）を含み、前記一対のブラケットアーム（２３３，２３４）のそれぞれは、複数組のヒンジ孔を含み、前記足裏引っ張りリング（２５０）は前記複数組のヒンジ孔のうちの１組のヒンジ孔で一対のブラケットアーム（２３３，２３４）にヒンジ接続されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の足首補助外骨格装置。
4. 足部ブラケット（２３０）は、後方端部（２３１）と前方端部（２３２）とを左右両側で接続する一対のブラケットアーム（２３３，２３４）を含み、前方端部（２３２）は、前記一対のブラケットアーム（２３３，２３４）のブラケットアーム前方端部（２３３１，２３４１）と、それに取り付けられた足の甲テープ（２３５）とで構成されており、足の甲テープ（２３５）は、使用者の足の甲を部分的に覆うように配置されており、前記ブラケットアームの前方端部（２３３１，２３４１）の底部には、互いに向かって延びる突出部（２３３２，２３４２）が形成されており、前記突出部（２３３２，２３４２）及び前記足裏引っ張りリング（２５０）を除いて、使用者の足裏は地面に接触することができる
   ことを特徴とする請求項２に記載の足首補助外骨格装置。
5. 前記一対のリンク（２２１，２２２）の各々の上端は、それぞれ、下脚リング（２１０）の左右両側に取り付けられ、前記一対のリンク（２２１，２２２）の各々の下端は、それぞれ、足部ブラケット（２３０）にヒンジ接続されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の足首補助外骨格装置。
6. 引っ張りワイヤー（３００）の外部を囲んで設けるスリーブ（４００）をさらに含み、引っ張りワイヤー（３００）はスリーブ（４００）中で摺動可能であり、スリーブ（４００）の上端はアクチュエータ（１００）に固定され、スリーブ（４００）の下端は下肢ブラケット（２００）に接続されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の足首補助外骨格装置。
7. 下肢ブラケット（２００）は、支持ブロック（２２３）にヒンジ接続されたスリーブホルダ（２７０）をさらに含み、ここで、スリーブ（４００）の下端がスリーブホルダ（２７０）に固定されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の足首補助外骨格装置。
8. 使用者の生体信号及び引っ張りワイヤー（３００）により足部ブラケット（２００）に付与する引張力をリアルタイムに検出するように配置された複数のセンサをさらに含み、
   前記複数のセンサからの検出データを利用して引っ張りワイヤー（３００）により足部ブラケット（２００）に付与する引張力をリアルタイムに制御するように配置されたコントローラをさらに含み、
   前記複数のセンサは、
   使用者の下脚の生体信号を測定するためのものであって、下脚リング（２１０）の后部に設けられたＥＭＧセンサ（６１０）と、
   使用者の下脚の慣性信号を測定するためのものであって、支持ブロック（２２３）に設けられたＩＭＵセンサ（６２０）と、
   引っ張りワイヤー（３００）の引張力を測定するためのものであり、スリーブホルダ（２７０）に設けられた力センサ（６４０）と、
   使用者の足部の慣性信号を測定するためのものであって、足部ブラケット（２３０）に設けられたＩＭＵセンサ（６５０）と、を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の足首補助外骨格装置。
9. アクチュエータ（１００）には、引っ張りワイヤー（３００）が巻回されるローラと、ローラの回転を駆動するためのモータと、モータとローラとの間で動力を伝達する変速機とが設けられており、
   使用者の腰部の前方に着用された電源をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の足首補助外骨格装置。
10. １つのアクチュエータ（１００）と、使用者の左右脚にそれぞれ着用されるように配置された、互いに個別な２つの下肢ブラケット（２００）と、前記２つの下肢ブラケット（２００）のそれぞれに対応する２本の引っ張りワイヤー（３００）と、を含む
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の足首補助外骨格装置。

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