(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023067977
(43)【公開日】2023-05-16
(54)【発明の名称】脚用外骨格システム及び方法
(51)【国際特許分類】
B25J 11/00 20060101AFI20230509BHJP
A61F 2/64 20060101ALI20230509BHJP
A61F 2/70 20060101ALI20230509BHJP
A61F 2/74 20060101ALI20230509BHJP
【FI】
B25J11/00 Z
A61F2/64
A61F2/70
A61F2/74
【審査請求】有
【請求項の数】38
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023034202
(22)【出願日】2023-03-07
(62)【分割の表示】P 2019554877の分割
【原出願日】2018-04-13
(31)【優先権主張番号】62/485,279
(32)【優先日】2017-04-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】519282708
【氏名又は名称】ローム ロボティクス インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(74)【代理人】
【識別番号】100123630
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(72)【発明者】
【氏名】ラム カラム ラッセル
(72)【発明者】
【氏名】ヌッチ ジャンカルロ シーグルド サンテ
(72)【発明者】
【氏名】ラムソン カイル アレン
(72)【発明者】
【氏名】スウィフト ティモシー アラン
(72)【発明者】
【氏名】ピアシー ブレントン
(72)【発明者】
【氏名】リン ピーター スタート
(57)【要約】
【課題】流体外骨格システムを提供する。
【解決手段】このシステムは、ジョイント、ジョイントに連結された第1及び第2のアーム、ジョイントに対応付けられた第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する、膨張可能なベローズアクチュエータであって、ベローズ空洞に流体を導入することにより、膨張するとベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、膨張可能なベローズアクチュエータ、及びジョイント及びベローズアクチュエータの周囲部分からベローズアクチュエータの長さに沿って延びる1つまたは複数の拘束リブを有する1つ以上の流体アクチュエータユニットを含むことができる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
着用可能な空気圧式外骨格システムであって、
前記空気圧式外骨格システムを装着した使用者の左右の脚にそれぞれ対応付けられるように構成された左右の空気圧式脚部アクチュエータユニットであって、
前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の膝の回転軸と整列するように構成された回転可能なジョイント、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アーム、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アーム、
前記回転可能なジョイントから延びる第1及び第2のプレート、
前記第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する膨張可能なベローズアクチュエータであって、空気圧式流体を前記ベローズ空洞に導入することにより、空気圧で膨張すると、前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って、前記ベローズアクチュエータの前記回転可能なジョイント及び包囲部分から延びる複数の拘束リブ
をそれぞれ含む、
前記左右の空気圧式脚部アクチュエータユニットと、
前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに空気圧式流体を導入して、前記ベローズアクチュエータを独立して作動させるように構成された空気圧式システムと、
外骨格コンピューティングデバイスであって、
複数のセンサ、
少なくとも制御プログラムを保存するメモリ、及び
前記複数のセンサから取得されたセンサデータを含む前記外骨格コンピューティングデバイスによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記空気圧式システムを制御するために前記制御プログラムを実行するプロセッサ
を含む
前記外骨格コンピューティングデバイスと
を含む、前記着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項2】
前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記下側アームの遠位端が、スキーブーツ及びスキーを含むスキーアセンブリの前記スキーブーツにそれぞれ連結される、請求項1に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項3】
前記ベローズアクチュエータの各々がさらに、
前記ベローズ空洞を画定する内側第1層であって、前記空気圧式流体に対して実質的に不浸透性である前記内側第1層、及び
平坦な材料の平面軸に沿って実質的に非伸張性であるが、他の方向には柔軟である非伸張性の前記平坦な材料を含む外側第2層
を含む、請求項1に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項4】
前記ベローズアクチュエータはそれぞれ、前記第1層と前記第2層との間に配置され、前記第1層と第2層との間の耐摩耗及び/または低摩擦中間層として作用する第3層をさらに含む、請求項3に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項5】
前記ベローズアクチュエータの各々がさらに、
電気インパルスに応答して剛性を変化させる1つ以上の埋め込まれた形状記憶合金セグメント、及び
前記それぞれの埋め込まれた形状記憶合金セグメントに電気インパルスを与えて前記それぞれのベローズアクチュエータの前記剛性を変更する前記ベローズアクチュエータに連結された電気インパルスユニットであって、前記外骨格コンピューティングデバイスに動作可能に連結されて前記それぞれのベローズアクチュエータの前記剛性を前記外骨格コンピューティングデバイスが選択的に制御できる、前記電気インパルスユニット
を含む、請求項1に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項6】
前記拘束リブは、前記回転可能なジョイントから延在し、前記それぞれのベローズアクチュエータの一部が延在するリブ空洞を画定する円形リブリングと連結する一対のリブアームを備える、請求項1に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項7】
着用可能な外骨格システムであって、
前記外骨格システムを装着している使用者の脚に装着されるように構成された脚部アクチュエータユニットを備え、
前記脚部アクチュエータユニットは、
前記外骨格システムを着用している前記使用者の膝と整列するように構成されたジョイント、
前記ジョイントに連結され、前記外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アーム、
前記ジョイントに連結され、前記外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アーム、
前記ジョイントから延びる第1及び第2のプレート、
前記第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する膨張可能なベローズアクチュエータであって、前記ベローズ空洞に流体を導入することにより、膨張すると前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ジョイント及び前記ベローズアクチュエータの周囲部分から前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って延びる1つまたは複数の拘束リブ
を含む、前記着用可能な外骨格システム。
【請求項8】
前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記下側アームの遠位端が、スキーブーツ及びスキーを含むスキーアセンブリの前記スキーブーツにそれぞれ連結される、請求項7に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項9】
前記ベローズアクチュエータが、
前記ベローズ空洞を画定する内側第1層であって、前記ベローズアクチュエータを膨張させるために使用される前記流体に対して実質的に不浸透性である、前記内側第1層、
平坦な材料の1つ以上の平面軸に沿って実質的に非伸張性であるが、他の方向には柔軟である非伸張性の前記平坦な材料を含む外側第2層、及び
前記第1層と前記第2層との間に配置され、前記第1層と前記第2層との間の耐摩耗及び/または低摩擦中間層として作用する第3層
をさらに備える、請求項7に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項10】
流体アクチュエータユニットであって、
ジョイント、
前記ジョイントに連結された第1のアーム、
前記ジョイントに連結された第2のアーム、
前記ジョイントに対応付けられた第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する、膨張可能なベローズアクチュエータであって、前記ベローズ空洞に流体を導入することにより、膨張すると前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ジョイント及び前記ベローズアクチュエータの周囲部分から前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って延びる1つまたは複数の拘束リブ
を含む、前記流体アクチュエータユニット。
【請求項11】
前記流体アクチュエータユニットが、使用者の身体のジョイントの周りに装着されるように構成される、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項12】
前記ジョイントは、前記流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の膝と整列するように構成される、請求項11に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項13】
前記第1のアームは、流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びるように構成され、
前記第2のアームは、前記流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びるように構成される、請求項11に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項14】
前記第1のプレート及び前記第2のプレートは、前記ジョイントから延びる、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項15】
前記第2のアームの遠位端が、1つ以上のスキーを含むスキーアセンブリのスキーブーツに連結されるように構成される、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項16】
前記ベローズアクチュエータは、前記ベローズ空洞を画定する層を備え、
前記層は、前記ベローズを膨張させるために使用される流体に対して実質的に不浸透性である、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項17】
前記ベローズアクチュエータは、平坦な材料の1つ以上の平面軸に沿って実質的に非伸長性であり、一方で他の方向に可撓性である、非伸長性の前記平坦な材料を含む層を備える、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項18】
前記ベローズアクチュエータは、前記ベローズの第1層と第2層との間に配置された第3層を備え、
前記第3層は、前記第1層と前記第2層との間の耐摩耗性及び/または低摩擦中間層である、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項19】
前記1つ以上の拘束リブは、前記ジョイントから延在し、前記ベローズアクチュエータの一部が延在するリブ空洞を画定するリブリングと連結する1つ以上のリブアームを備える、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本願は、「ADJUSTABLE FLUIDIC ACTUATOR SYSTEM AND METHOD」と題する2017年4月13日に出願された米国仮出願第62/485,279号の利益を主張し、その出願は参照によりその全体が、あらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【0002】
本願はまた、「SYSTEM AND METHOD FOR USER INTENT RECOGNITION」と題する、2018年2月2日に出願された米国特許出願第15/887,866号に関連し、「PNEUMATIC EXOSKELETON SYSTEM AND METHOD」と題する、2017年11月27日に出願された米国特許出願第15/823,523号に関連し、「LOWER-LEG EXOSKELETON SYSTEM AND METHOD」と題する、2016年3月28日に出願された米国特許出願第15/082,824号に関連する。その出願はまた、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本開示は、1つ以上の調節可能な流体アクチュエータを含む流体外骨格システムの例示的な実施形態を教示する。いくつかの好ましい実施形態は、人体の関節に適応させることができる構成で、多大なストロークの長さで様々な圧力レベルで動作できる流体アクチュエータを含む。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【
図1】使用者が装着している外骨格システムの実施形態の例示的な図解である。
【
図2】スキー中に使用者によって装着されている外骨格システムの別の実施形態の例示的な図解である。
【
図3】スキー中に使用者によって装着されている外骨格システムのさらなる実施形態の例示的な図解である。
【
図4】
図4a及び
図4bは、使用者の脚に装着されている外骨格システムのさらに別の実施形態の例示的な図解である。
【
図5】外骨格システムの実施形態を示すブロック図である。
【
図6】
図6aは、一実施形態による、圧縮構成の空気圧式アクチュエータの側面図を示す。
図6bは、拡張構成における
図6aの空気圧式アクチュエータの側面図を示す。
【
図7】
図7aは、別の実施形態による圧縮構成の空気圧式アクチュエータの断面側面図を示す。
図7bは、拡張構成における
図7aの空気圧式アクチュエータの断面側面図を示す。
【
図8】
図8aは、別の実施形態による圧縮構成の空気圧式アクチュエータの上面図を示す。
図8bは、拡張構成にある
図8aの空気圧式アクチュエータの上部を示している。
【
図9】実施形態による空気圧式アクチュエータ拘束リブの上面図を示す。
【
図10】
図10aは、別の実施形態による空気圧式アクチュエータベローズの断面図を示す。
図10bは、
図10aの断面を示す拡張構成の
図10aの空気圧式アクチュエータの側面図を示す。
【
図11】平坦な材料の1つ以上の平面軸に沿って実質的に非伸長性であり、一方で他の方向には可撓性である、例示的な平坦な材料を示す。
【
図12】リブのピボットとして屈曲を使用するアクチュエータシステムアーキテクチャであり、壁の内部の歪みを測定する、アクチュエータ位置を測定するなどのために使用できるセンサが埋め込まれたスマート材料を含む様々な直径のアクチュエータの別の実施形態の例示的な図解である。
【発明を実施するための形態】
【0005】
図面は縮尺通りに描かれておらず、同様の構造または機能の要素は概して、図面全体を通して例示目的のために同様の参照番号によって表されていることに留意されたい。また、図面は、好ましい実施形態の説明を容易にすることのみを目的としていることにも留意されたい。図面は、説明された実施形態のあらゆる側面を例示するものではなく、本開示の範囲を限定するものではない。
【0006】
図1を参照すると、人間の使用者101によって着用されている外骨格システム100の実施形態の例が示されている。この例に示すように、外骨格システム100は、使用者の左右の脚102L、102Rにそれぞれ連結された左右の脚部アクチュエータユニット110L、110Rを含む。この例示的な例では、右脚部アクチュエータユニット110Rの数か所が、右脚102Rによって隠されている。しかし、様々な実施形態において、左右の脚部アクチュエータユニット110L、110Rが互いに実質的に鏡像であり得ることは明らかなはずである。
【0007】
脚部アクチュエータユニット110は、ジョイント125を介して回転可能に連結される上側アーム115及び下側アーム120を含むことができる。ベローズアクチュエータ130は、上側アーム115及び下側アーム120のそれぞれの端部で連結されるプレート140間に延び、プレート140はジョイント125の別々の回転可能な部分に連結されている。本明細書でより詳細に説明するように、複数の拘束リブ135がジョイント125から延びて、ベローズアクチュエータ130の一部を取り囲んでいる。空気圧式ライン145の1つ以上のセットをベローズアクチュエータ130に連結して、ベローズアクチュエータ130から流体を導入及び/または除去し、本明細書で論じるようにベローズアクチュエータ130を伸縮させることができる。
【0008】
脚部アクチュエータユニット110L、110Rは、それぞれ、使用者101の脚102L、102Rの周りに、使用者101の膝103L、103Rに位置するジョイント125と連結することができ、脚部アクチュエータユニット110L、110Rの上側アーム115が、1つ以上のカプラ150(例えば、脚部104を囲むストラップ)を介して、使用者101の上側脚部104L、104Rの周りに連結されている。脚部アクチュエータユニット110L、110Rの下側アーム120は、1つまたは複数のカプラ150を介して、使用者101の下側脚部105L、105Rの周りに連結することができる。
図1の例に示すように、上側アーム115は2つのカプラ150を介して膝103の上方の脚102の上側脚部104に連結させてもよく、下側アーム120は2つのカプラ150を介して膝103の下方の脚102の下側脚部105に連結させてもよい。これらの構成要素のいくつかは、特定の実施形態では省略でき、そのいくつかは内部で説明されていることに留意することが重要である。加えて、さらなる実施形態では、本明細書で論じられる構成要素の1つまたは複数は、同じ機能を生成するために代替構造によって動作可能に置き換えることができる。
【0009】
本明細書で論じられるように、外骨格システム100は、様々な適切な使用のために構成され得る。例えば、
図2及び
図3は、スキー中に使用者により使用されている外骨格システム100を示している。
図2及び
図3に示すように、使用者は外骨格システム100と、一対のスキーブーツ210及び一対のスキー220を含むスキーアセンブリ200とを着用することができる。様々な実施形態において、脚部アクチュエータユニット110の下側アーム120は、カプラ150を介してスキーブーツ210に取り外し可能に連結できる。このような実施形態は、脚部アクチュエータユニット110からスキーアセンブリに力を向けるために望ましい可能性がある。例えば、
図2及び
図3に示すように、下側アーム120の遠位端のカプラ150は、脚部アクチュエータユニット110をスキーブーツ210に連結でき、上側アーム115の遠位端のカプラ150は、脚部アクチュエータユニット110を使用者101の上側脚部104に連結できる。
【0010】
脚部アクチュエータユニット110の上側アーム115及び下側アーム120は、様々な適切な方法で使用者101の脚部102に連結することができる。例えば、
図1は、脚部アクチュエータユニット110の上側アーム115及び下側アーム120及びジョイント125が、脚部102の上部104及び底部105の側面に沿って連結される例を示している。
図4a及び
図4bは、ジョイント125が膝103の側方に隣接して配置され、ジョイント125の回転軸Kが膝103の回転軸と一致して配置される外骨格システム100の別の例を示す。上側アーム115は、ジョイント125から、上部脚104の側面に沿って、上部脚104の前面へと延びることができる。上部脚104の前面の上側アーム115の部分は、U軸に沿って延びることができる。下側アーム120は、ジョイント125の内側の位置から下部脚105の下端の後方の位置まで、下部脚105の側面に沿ってジョイント125から延びることができ、一部分はK軸に垂直なL軸に沿って延びる。
【0011】
様々な実施形態において、ジョイント構造125は、ベローズアクチュエータ130内のアクチュエータ流体圧力によって生成される力が、瞬間的な中心(空間に固定されていても固定されていなくてもよい)の周りに向けられるように、ベローズアクチュエータ130を拘束することができる。外旋または回転式ジョイント、または曲面で滑る物体の場合には、この瞬間的な中心は、ジョイント125の瞬間的な回転の中心または曲面と一致させ得る。脚部アクチュエータユニット110によって回転式ジョイント125の周りに生成される力は、瞬間的な中心の周りにモーメントを加えるために使用することができ、さらに依然として有向な力を加えるために使用することができる。角柱または線形ジョイント(レール上のスライドなど)の一部の場合には、瞬間的な中心は運動学的に無限大にあるとみなすことができ、その場合、この無限の瞬間的な中心に向けられた力を、角柱ジョイントの運動軸に沿って向けられた力として考慮することができる。様々な実施形態において、回転式ジョイント125が機械的ピボット機構から構成されることは十分であり得る。そのような実施形態では、ジョイント125は、画定するのが容易であり得る固定の回転の中心を有することができ、ベローズアクチュエータ130は、ジョイント125に対して移動することができる。さらなる実施形態では、ジョイント125が、単一の固定の回転の中心を備えていない複雑なリンケージを含むことは、有益であり得る。さらに別の実施形態では、ジョイント125は、固定ジョイントピボットを備えていない屈曲設計を含むことができる。またさらなる実施形態では、ジョイント125は、人間の関節、ロボットのジョイントなどの構造を含むことができる。
【0012】
様々な実施形態では、脚部アクチュエータユニット110(例えば、ベローズアクチュエータ130、ジョイント構造125、拘束リブ135などを含む)をシステムに統合して、脚部アクチュエータユニット110の生成された指向力を使用して、様々なタスクを達成することができる。いくつかの例で、脚部アクチュエータユニット110が人体を支えるように構成されるか、動力付き外骨格システム100に含まれる場合、脚部アクチュエータユニット110は、1つまたは複数の独自の利点を有することができる。例示的な実施形態では、脚部アクチュエータユニット110は、使用者の膝関節103の周りの人間の使用者の動きを助けるように構成することができる。これを行うために、いくつかの例では、脚部アクチュエータユニット110の瞬間的な中心は、膝の瞬間的な回転の中心と一致またはほぼ一致するように設計することができる(例えば、
図4aに示すように共通軸Kに沿って整列)。例示的な一構成では、脚部アクチュエータユニット110は、
図1、
図2、
図3、及び
図4aに示すように膝関節103の外側に配置することができる(前または後ろと、反対側に)。別の例示的な構成では、脚部アクチュエータユニット110は、膝103の後ろ、膝103の前、膝103の内側などに配置することができる。様々な例では、人間の膝関節103は、脚部アクチュエータユニット110のジョイント125として(例えば、それに加えて、またはその代わりに)機能することができる。
【0013】
明確にするために、本明細書で説明される例示的な実施形態は、本開示内で説明される脚部アクチュエータユニット110の潜在的な用途を制限するものとみなされるべきではない。脚部アクチュエータユニット110は、肘、腰、指、脊椎、または首を含むがこれらに限定されない身体の他の関節で使用でき、いくつかの実施形態では、脚部アクチュエータユニット110は、全般的な目的の作動などで、人体ではない用途、例えばロボットで使用できる。
【0014】
いくつかの実施形態は、本明細書で説明されるように、直線作動で適用するために、脚部アクチュエータユニット110の構成を適用することができる。例示的な実施形態では、ベローズ130は、2層不浸透性/非伸張性構造を含むことができ、拘束リブ135の一端は、所定の位置でベローズ135に固定することができる。種々の実施形態におけるジョイント構造125は、一対の直線ガイドレールの一連のスライドとして構成することができ、各拘束リブ135の残りの端部はスライドに接続される。したがって、流体アクチュエータの動きと力は、直線レールに沿って拘束され、方向付けられる。
【0015】
図5は、空気圧式システム520に動作可能に接続される外骨格デバイス510を含む外骨格システム100の例示的な実施形態のブロック図である。外骨格デバイス510は、プロセッサ511、メモリ512、1つまたは複数のセンサ513、及び通信ユニット514を備える。複数のアクチュエータ130は、それぞれの空気圧式ライン145を介して空気圧式システム520に動作可能に連結される。複数のアクチュエータ130は、本体100の左側と右側に配置される一対の膝用アクチュエータ130L、130Rを含む。例えば、上述のように、
図5に示される外骨格システム100の例は、
図1~
図3に示されているように、本体101のそれぞれの側に、左右の脚部アクチュエータユニット110L、110Rを備えることができる。
【0016】
様々な実施形態において、例示的なシステム100は、外骨格システム110Dを着用している使用者の動きを移動及び/または強化するように構成することができる。例えば、外骨格デバイス510は、空気圧式システム520に指示を与えることができ、それにより空気圧式ライン145を介してベローズアクチュエータ130を選択的に膨張及び/または収縮させることができる。ベローズアクチュエータ130のこのような選択的膨張及び/または収縮は、一方または両方の脚102を動かして、身体の動き、例えば歩行、走行、ジャンプ、登ること、持ち上げること、投げること、しゃがむこと、スキーすることなどを生じさせる及び/または増強することができる。さらなる実施形態では、空気圧式システム520は、手動で制御する、一定の圧力を加えるように構成する、または他の任意の適切な方法で動作させることができる。
【0017】
一部の実施形態では、そのような動きは、外骨格システム100を着用している使用者101、または別の人物によって、制御及び/またはプログラムすることができる。一部の実施形態では、外骨格システム100は、使用者の動きによって制御することができる。例えば、外骨格デバイス510は、使用者が歩行して荷物を運んでいることを感知でき、アクチュエータ130を介して使用者に電動アシストをもたらして、荷及び歩行に関連する運動を軽減することができる。同様に、使用者101がスキー中に外骨格システム100を着用する場合、外骨格システム100は使用者101の動きを感知することができ(例えば、地形などに応じて使用者101により生じる)、アクチュエータ130を介して使用者への電動アシストをもたらして、スキー中の使用者への支えを増強または提供することができる。
【0018】
したがって、様々な実施形態において、外骨格システム130は、直接的な使用者との対話なしで自動的に反応することができる。さらなる実施形態では、コントローラ、ジョイスティック、または思考の制御により、動きをリアルタイムで制御することができる。さらに、一部の動作は、完全に制御されるのではなく、先に事前のプログラムをして、選択的にトリガ(例えば、前方に歩く、座る、しゃがむ)することができる。いくつかの実施形態において、動きは一般化された指示によって制御され得る(例えば、A地点からB地点まで歩いて、棚Aから箱を取り出して、棚Bまで移す)。
【0019】
様々な実施形態において、外骨格デバイス100は、以下により詳細に、または参照により本明細書に組み込まれる関連出願に記載される方法または方法の一部を実行するように動作可能であってよい。例えば、メモリ512は、プロセッサ511によって実行される場合、外骨格システム100に、本明細書、または参照により本明細書に組み込まれる関連出願に記載された方法または方法の一部を実行させることができる非一時的なコンピュータ可読命令を含むことができる。通信ユニット514は、外骨格システム100が使用者デバイス、分類サーバ、他の外骨格システムなどを含む他のデバイスと直接またはネットワークを介して通信できるようにするハードウェア及び/またはソフトウェアを含むことができる。
【0020】
いくつかの実施形態では、センサ513は、任意の適切なタイプのセンサを含むことができ、センサ513は、中央の位置に配置するか、外骨格システム100の周りに分散させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、外骨格システム100は、アーム115、120、ジョイント125、アクチュエータ130または任意の他の場所を含む様々な適切な位置に、複数の加速度計、力センサ、位置センサなどを備えることができる。したがって、いくつかの例では、センサデータは、1つまたは複数のアクチュエータ130の物理的な状態、外骨格システム100の一部の物理的な状態、外骨格システム100の物理的な状態などに一般に対応し得る。一部の実施形態では、外骨格システム100は、全地球測位システム(GPS)、カメラ、範囲感知システム、環境センサなどを含むことができる。
【0021】
空気圧式システム520は、アクチュエータ130を個別にまたはグループとして膨張及び/または収縮させるように動作可能な任意の適切なデバイスまたはシステムを含むことができる。例えば、一実施形態では、空気圧式システムは、2014年12月19日に出願された関連特許出願第14/577,817号に開示されているダイアフラム圧縮機を含むことができる。
【0022】
本明細書で説明するように、様々な適切な外骨格システム100は、様々な適切な方法で、様々な適切な用途に使用することができる。しかし、そのような例は、本開示の範囲及び精神内にある多種多様な外骨格システム100またはその一部を制限するものと解釈されるべきではない。したがって、
図1、
図2、
図3、
図4a、
図4b及び
図5の例よりも多少複雑な外骨格システム100は、本開示の範囲内である。
【0023】
さらに、様々な例は、使用者の脚または下半身に関連する外骨格システム100に関するが、さらなる例は、胴体、腕、頭、脚などを含む使用者の身体のいずれかの適切な部分に関連し得る。また、様々な例が外骨格に関係しているが、本開示が人工装具、体内移植片、ロボットなどを含む他の類似のタイプの技術に適用できることは、明らかであるはずである。さらに、いくつかの例は人間の使用者に関連する可能性があるが、他の例は動物の使用者、ロボットの使用者、様々な形態の機械などに関連し得る。
【0024】
図6a、
図6b、
図7a及び
図7bに移ると、ジョイント125、ベローズ130、拘束リブ135、及びベースプレート140を含む脚部アクチュエータユニット110の例である。より具体的には、
図6aは、圧縮構成にある脚部アクチュエータユニット110の側面図を示し、
図6bは、拡張構成にある
図6aの脚部アクチュエータユニット110の側面図を示している。
図7aは、圧縮構成の脚部アクチュエータユニット110の断面の側面図を示し、
図7bは、拡張構成の
図7aの脚部アクチュエータユニット110の断面の側面図を示す。
【0025】
図6a、
図6b、
図7a及び
図7bに示されるように、ジョイント125は、ジョイント125から延びるまたはそれに連結する複数の拘束リブ135を有することができ、それはベローズ130の一部を包囲または一部に当接する。例えば、いくつかの実施形態では、拘束リブ135はベローズ130の端部132に当接でき、ベローズ130の端部132が押し付けることができるベースプレート140の一部またはすべてを画定することができる。しかし、いくつかの例では、ベースプレート140は、拘束リブ135とは別個の及び/または異なる要素とすることができる(例えば、
図1に示すように)。さらに、1つ以上の拘束リブ135をベローズ130の端部132間に配置することができる。例えば、
図6a、
図6b、
図7a及び
図7bは、ベローズ130の端部132間に配置された1つの拘束リブ135を示し、
図1は、ベローズ130の端部132間に配置された4つの拘束リブ135を示す。さらなる実施形態は、ベローズ130の端部間に配置される任意の適切な数の拘束リブ135を含むことができ、その数は1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、50、100などを含む。
【0026】
図7a及び
図7bに示されるように、ベローズ130は、流体(例えば、空気)で満たされ得る空洞131を画定し得、ベローズ130を拡張し、これにより、
図6b及び
図7bに示されるようにB軸に沿ってベローズを伸長させ得る。例えば、
図6aに示されるベローズ130の流体の圧力及び/または体積を増加させると、ベローズ130が
図6bに示される構成に拡張し得る。同様に、
図7aに示されるベローズ130の流体の圧力及び/または体積を増加させると、ベローズ130が
図7bに示される構成に拡張し得る。明確にするために、「ベローズ」という用語を使用することは、説明されたアクチュエータユニット110の構成要素を説明するためであり、構成要素のジオメトリを制限することを意図していない。ベローズ130は、一定の円筒管、断面積が多様な円筒、規定された円弧の形状に膨張する3次元の織物形状などを含むがそれらに限定されない様々な形状で構築することができる。
【0027】
あるいは、
図6bに示されるベローズ130の流体の圧力及び/または体積を減少させると、ベローズ130が
図6aに示される構成に収縮し得る。同様に、
図7bに示されるベローズ130の流体の圧力及び/または体積を減少させると、ベローズ130が
図7aに示される構成に収縮し得る。ベローズ130の流体の圧力または体積のこのような増加または減少は、外骨格デバイス510(
図5参照)によって制御可能な外骨格システム100の空気圧式システム520及び空気圧式ライン145によって実行することができる。
【0028】
好ましい一実施形態では、ベローズ130は空気で膨張させることができる。しかし、さらなる実施形態では、任意の適切な流体を使用してベローズ130を膨張させることができる。例えば、酸素、ヘリウム、窒素、及び/またはアルゴンなどを含むガスを使用してベローズ130を膨張及び/または収縮させることができる。さらなる実施形態では、水、油などの液体を使用してベローズ130を膨張させることができる。さらに、本明細書で説明するいくつかの例は、ベローズ130内の圧力を変えるベローズ130への流体の導入及び除去に関し、さらなる例は、ベローズ130内の圧力を修正するために流体を加熱及び/または冷却することを含むことができる。
【0029】
図6a、
図6b、
図7a及び
図7bに示すように、拘束リブ135は、ベローズ130を支持及び拘束することができる。例えば、ベローズ130を膨張させると、ベローズ130はベローズ130の長さに沿って拡張し、ベローズ130はまた半径方向に拡張する。拘束リブ135は、ベローズ130の一部の半径方向の膨張を拘束することができる。さらに、本明細書で説明するように、ベローズ130は、1つ以上の方向に柔軟な材料を含み、拘束リブ135は、ベローズ130の直線の膨張方向を制御することができる。例えば、いくつかの実施形態では、拘束リブ135または他の拘束構造がないと、ベローズ130は、制御不能に突き出したり軸から曲がったりして、適合する力がベースプレート140に加えられないようになり、アーム115、120が適合して、または制御可能に作動しないようになる。したがって、様々な実施形態において、拘束リブ135は、ベローズ130が膨張及び/または収縮する際に、ベローズ130に対して一貫した制御可能な拡張軸Bを生成することが望ましい場合がある。
【0030】
いくつかの例では、収縮構成のベローズ130は、拘束リブ135の半径方向縁部を実質的に越えて延びることができ、膨張中に収縮して、拘束リブ135の半径方向縁部をより少なく越えて延びる、または拘束リブ135の半径方向縁部をより少なく延びないようにすることができる。例えば、
図7aは、ベローズ130が圧縮リブ135の半径方向縁部を実質的に越えて延びるベローズ130の圧縮構成を示し、
図7bは、膨張中に収縮して、ベローズ130の膨張構成で拘束リブ135の半径方向縁部をより少なく越えて延びるベローズ130を示している。
【0031】
同様に、
図8aは、ベローズ130が拘束リブ135の半径方向縁部を実質的に越えて延びるベローズ130の圧縮構成の上面図を示し、
図8bは、膨張中に収縮して、ベローズ130の膨張構成で拘束リブ135の半径方向縁部をより少なく越えて延びるベローズ130の上面図を示す。
【0032】
拘束リブ135は、様々な適切な方法で構成することができる。例えば、
図8a、
図8b、及び
図9は、拘束リブ135の例示的実施形態の上面図を示しており、それはジョイント125から延び、リブ空洞138を画定する円形リブリング137と連結する一対のリブアーム136を有し、リブ空洞138を画定し、それを通してベローズ130の一部は(例えば、
図7a、
図7b、
図8a及び
図8bに示されるように)延びることができる。様々な例において、1つ以上の拘束リブ135は、リブアーム136及びリブリング137が共通の平面内に配置された実質的に平面の要素であり得る。
【0033】
さらなる実施形態では、1つ以上の拘束リブ135は、任意の他の適切な構成を有することができる。例えば、いくつかの実施形態は、1つ、2つ、3つ、4つ、5つなどを含む任意の適切な数のリブアーム136を有することができる。加えて、リブリング137は、リブ空洞138を画定する内側縁部またはリブリング137の外側縁部の一方または両方を含めて、様々な適切な形状を有することができ、円形である必要はない。
【0034】
様々な実施形態において、拘束リブ135は、ベローズ130の運動をある瞬間的な中心(空間に固定されていても固定されていなくてもよい)の周りの掃引経路に向け、及び/または面外の座屈などの望ましくない方向でのベローズ130の運動を防止するように構成することができる。結果として、いくつかの実施形態に含まれる拘束リブ135の数は、脚部アクチュエータユニット110の特定の幾何学的形状及び負荷に応じて変わり得る。例は、1つの拘束リブ135から任意の適切な数の拘束リブ135までの範囲であり得る。したがって、拘束リブ135の数は、本発明の適用可能性を制限するものと解されるべきではない。
【0035】
1つ以上の拘束リブ135は、様々な方法で構築することができる。例えば、1つ以上の拘束リブ135は、所与の脚部アクチュエータユニット110上の構造が異なっていてもよく、及び/またはジョイント構造125への取り付けを必要とする場合と必要としない場合がある。様々な実施形態で、拘束リブ135は、中央回転式ジョイント構造125の一体部品として構築することができる。そのような構造の例示的な実施形態は、機械の回転式のピンジョイントを含むことができ、拘束リブ135は、ジョイント125の一端でジョイント125に接続され、ジョイント125の周りで旋回することができ、他端にあるベローズ130の延びない外側の層に取り付けられる。実施形態の別のセットでは、拘束リブ135は、脚部アクチュエータユニット110の運動範囲全体にわたってベローズ130の運動を方向付ける単一の屈曲構造の形態で構築することができる。別の例示的な実施形態は、ジョイント構造125に一体的に接続されるのではなく、代わりに予め組み立てられたジョイント構造125に外部から取り付けられる、屈曲する拘束リブ135を使用する。別の例示的な実施形態は、ベローズ130の周りに巻き付けられてジョイント構造125に取り付けられた布片から構成される拘束リブ125を備えることができ、それはハンモックのように作用して、ベローズ130の動きを制限及び/または案内する。追加の実施形態で使用することができる、拘束リブ135を構築するために利用可能な追加の方法があり、ジョイント125の周りなどに接続されるリンケージ、回転的屈曲が含まれるがこれらに限定されない。
【0036】
いくつかの例において、拘束リブ135の設計上の考慮事項は、1つ以上の拘束リブ125がベローズ130と相互作用してベローズ130の経路を案内する方法であり得る。様々な実施形態において、拘束リブ135はベローズ130の長さに沿った所定の位置でベローズ130に固定できる。1つ以上の拘束リブ135は、これらに限定されないが、縫製、機械的クランプ、幾何学的干渉、直接的な統合などを含む様々な適切な方法で、ベローズ130に連結され得る。他の実施形態では、拘束リブ135は、拘束リブ135がベローズ130の長さに沿って浮遊し、所定の接続箇所でベローズ130に固定されないように構成することができる。いくつかの実施形態では、拘束リブ135は、ベローズ130の断面積を制限するように構成することができる。例示的な実施形態は、楕円形の断面を有する拘束リブ135に取り付けられた管状ベローズ130を含むことができ、いくつかの例で、ベローズ130が膨張したときにその位置でベローズ130の幅を縮小する構成であってよい。
【0037】
ベローズ130は、脚部アクチュエータユニット110の作動流体を収容すること、脚部アクチュエータユニット110の作動圧力に関連する力に抵抗することなどを含め、いくつかの実施形態において様々な機能を有することができる。様々な例において、脚部アクチュエータユニット110は、周囲圧力を上回る、下回る、またはほぼ周囲圧力で、流体の圧力にて作動することができる。様々な実施形態において、ベローズ130は、周囲圧力を超えるよう加圧されたときに所望されるものを超える、ベローズ130の膨張(例えば、力の付与または運動の意図された方向以外の方向で望まれるものを超えるもの)に抵抗するために、1つ以上の可撓性であるが非伸張性または実質的に非伸張性の材料を含むことができる。加えて、ベローズ130は、アクチュエータ流体を収容するために不浸透性または半不浸透性の材料を含むことができる。
【0038】
例えば、いくつかの実施形態では、ベローズ130は、織られたナイロン、ゴム、ポリクロロプレン、プラスチック、ラテックス、布地などの可撓性シート材料を含むことができる。したがって、いくつかの実施形態では、ベローズ130は、平坦な材料の1つまたは複数の平面軸に沿って実質的に非伸長性であり、一方で他の方向に柔軟である平坦な材料で作ることができる。例えば、
図11は、材料1100の平面と一致するX軸に沿って実質的に非伸長性であるが、Z軸を含む他の方向に柔軟な平坦な材料1100(例えば、布地)の側面図を示す。
図11の例では、材料1100は、X軸に沿って非伸縮性でありながらZ軸に沿って上下に曲がっていることを示している。様々な実施形態において、材料1100はまた、Y軸(図示せず)に沿って非伸縮性であり得、またX軸のような、またX軸に垂直な材料1100の平面と一致する。
【0039】
いくつかの実施形態では、ベローズ130は、材料の1つまたは複数の軸に沿って非伸張性である非平面の織布材料で作製することができる。例えば、一実施形態では、ベローズ130は織布チューブを含むことができる。織布材料は、ベローズ130の長さに沿って円周方向に伸張性を提供することができる。そのような実施形態は、依然として、使用者101の身体に沿って、身体101の所望の関節(例えば、膝103)の軸と整列するように構成することができる。
【0040】
様々な実施形態において、ベローズ130は、互いに拘束された距離である拘束された内面の長さ及び/または外面の長さを使用することにより、結果として生じる力を発生させることができる(例えば、上記の非伸張性材料による)。いくつかの例では、そのような設計により、アクチュエータはベローズ130で収縮することができるが、特定のしきい値まで加圧されると、ベローズ130は脚アクチュエータユニット110のプレート140を押すことにより、軸方向に力を向けることができ、その理由はベローズ130の本体によって規定される最大の長さを超えてその長さを伸ばすことができないため、ベローズ130はさらに体積部を拡張することができないからである。
【0041】
図10aは、別の実施形態によるベローズ130を含む空気圧式アクチュエータユニット110の断面図を示し、
図10bは、
図10aの断面を示す拡張構成における
図10aの空気圧式アクチュエータユニット110の側面図を示す。
図10aに示すように、ベローズ130は、ベローズ空洞131を画定する内側第1層132を含むことができ、第1層132と第2層133の間に配置された第3層134を有する外側第2層133を含むことができる。この記載全体に亘って、ベローズ130の構造を説明するための「層」という用語の使用は、設計を制限するものとみなされるべきではない。「層」の使用は、平坦な材料シート、ウェットフィルム、ドライフィルム、ゴム引きコーティング、共成形構造などを含むがこれらに限定されない様々な設計を示し得る。
【0042】
いくつかの例では、内側第1層132は、アクチュエータ流体(例えば、空気)に対して不透過性または半透過性の材料を含むことができ、外側第2層133は、本明細書で説明する非伸張性材料を含むことができる。例えば、本明細書で議論されるように、不浸透性層は不浸透性または半浸透性層を示し、非伸張性層は非伸張性または実質的に非伸張性の層を示し得る。
【0043】
2つ以上の層を含むいくつかの実施形態では、内側層132は、内部の力を高強度の非伸張性の外側第2層133に伝達できるように、非伸張性の外側第2層133に比べてわずかに大きくすることができる。一実施形態は、不透過性ポリウレタンポリマーフィルム内側第1層132、及び外側第2層133として織られたナイロンブレードを有するベローズ130を含む。
【0044】
ベローズ130は、さらなる実施形態において様々な適切な方法で構成することができ、これは、流体不透過性を付与し、十分に非伸張性である材料で構成される単一層設計を含むことができる。他の例には、単一構造に共に固定された複数の積層層を含む複合式ベローズアセンブリが含まれる。いくつかの例では、脚部アクチュエータユニット110の動作範囲を最大化するために、ベローズ130の収縮したスタックの高さを制限する必要があり得る。そのような例では、ベローズ130の他の能力の必要性を満たす、厚さの薄い織布を選択することが望ましい場合がある。
【0045】
さらに別の実施形態では、ベローズ130の様々な層間の摩擦を低減することが望ましい場合がある。一実施形態では、これは、第1層132と第2層133の間の耐摩耗及び/または低摩擦中間層として作用する第3層134を統合することを含むことができる。他の実施形態は、湿潤潤滑剤、乾燥潤滑剤、または多層の低摩擦材料の使用を含むがこれらに限定されない、代替または追加の方法で、第1層132と第2層133の間の摩擦を低減することができる。したがって、
図10aの例は3つの層132、133、134を備えるベローズ130の例を示しているが、さらなる実施形態は、1、2、3、4、5、10、15、25などを含む任意の適切な数の層を有するベローズ130を含むことができる。そのような1つ以上の層は、隣接する面に沿って部分的または全体的に一緒に連結することができ、いくつかの例は層間に1つ以上の空洞を画定する。そのような例では、潤滑剤または他の適切な流体などの材料をそのような空洞に配置することができ、またはそのような空洞を効果的に空にすることができる。加えて、本明細書に記載されるように、1つ以上の層(例えば、第3層134)は、いくつかの例に示されるようなシートまたは平坦な材料層である必要はなく、代わりに流体によって画定される層を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、第3層134は、湿潤潤滑剤、乾燥潤滑剤などによって画定され得る。
【0046】
ベローズ130の膨張した形状は、いくつかの実施形態では、ベローズ130及び/または脚部アクチュエータユニット110の動作にとって重要であり得る。例えば、ベローズ130の膨張形状は、ベローズ130の不浸透性及び非伸張性部分(例えば、第1層132及び第2層133)の両方の設計により影響を受ける可能性がある。様々な実施形態では、収縮構成では直観的ではない可能性がある様々な二次元パネルから、ベローズ130の層132、133、134の1つ以上を構築することが望ましい場合がある。
【0047】
いくつかの実施形態では、ベローズ空洞131内に1つまたは複数の不透過性層を配置することができ、及び/またはベローズ130は、所望の流体を保持できる材料(例えば、本明細書で議論した流体不透過性の第1内側層132)を含むことができる。ベローズ130は、本明細書に記載のようにベローズ130が膨張または収縮したときに膨張及び収縮するように動作可能な、可撓性、弾性、または変形可能な材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベローズ130は、収縮構成に向かって付勢することができ、ベローズ130が弾性的で、膨張していないときに収縮構成に戻る傾向がある。さらに、本明細書に示されるベローズ130は、流体で膨張すると膨張及び/または伸長するように構成されるが、いくつかの実施形態では、ベローズ130は、いくつかの例で流体にて膨張するとき短縮及び/または収縮するように構成できる。また、本明細書で使用される「ベローズ」という用語は、決して限定的なものと解釈されるべきではない。例えば、本明細書で使用される「ベローズ」という用語は、畳み込みまたは他のそのような特徴などの要素を必要とするように解釈されるべきではない(いくつかの実施形態では畳み込みベローズ130が存在し得るが)。本明細書で説明するように、ベローズ130は、様々な適切な形状、サイズ、比率などをとることができる。
【0048】
様々な実施形態では、ベローズ130は、米国特許第9,821,475号として発行された2013年10月25日に出願された関連する米国特許出願第14/064,071号に記載されているような、2013年10月25日に出願された米国特許出願第14/064,072号に記載されているような、2017年11月27日に出願された米国特許出願第15/823,523号に記載されているような、または2017年3月29日に出願された米国特許出願第15/472,740号に記載されているような、ベローズ及び/またはベローズシステムを含むことができる。
【0049】
一部の用途において、流体アクチュエータユニット110の設計は、その能力を拡張するために調整され得る。このような修正の一例は、トルクがジョイント構造125の角度の関数として変化するように、流体アクチュエータユニット110の回転構成のトルクプロファイルを調整するために行うことができる。これを達成するために、いくつかの例で、ベローズ130の断面を操作して、全体的な流体アクチュエータユニット110の所望のトルクプロファイルを強制することができる。一実施形態では、ベローズ130の直径をベローズ130の長手方向中心で小さくして、ベローズ130の完全な伸長時に、全体的な力の能力を低下させることができる。さらに別の実施形態では、ベローズ130の断面積を変更して、ベローズ130が望ましくない構成にならないように所望の座屈挙動を誘発することができる。例示的な実施形態において、回転構成のベローズ130の端部構成は、アクチュエータユニット110の所定のジョイントの角度を越えて延びるまで荷重下で座屈するベローズ130の端部を設けるために、名目上の直径からわずかに減少した端部の面積を有することができ、この箇所で、ベローズ130のより短い径の端部が膨張し始める。
【0050】
他の実施形態では、この同じ能力は、拘束リブ135の挙動を修正することにより発展させることができる。例示的実施形態として、前の実施形態で説明したベローズ130と同じ例を使用して、2つの拘束リブ135を、ベローズ130の長さに沿って、均等に分布する場所で、そのようなベローズ130に固定することができる。いくつかの例では、部分的に膨張した座屈に抵抗するという目標は、アクチュエータユニット110が閉じるときにベローズ130を制御された方法で閉じることにより、対処することができる。拘束リブ135は、ジョイント構造125に近づくが、ジョイント構造125に対して底に達するまで互いに近づくことはできない。これにより、ベローズ130の中央部分が完全に膨張した状態にとどまることができ、いくつかの例では、ベローズ130の最も強い構成になり得る。
【0051】
さらなる実施形態では、ベローズ130の特定の能力特性を調整するために、ベローズ130の個々の編組または織りの繊維の角度を最適化することが望ましい場合がある(例えば、ベローズ130が編組または織布により付与される非伸縮性を含む例において)。他の実施形態では、アクチュエータユニット110のベローズ130の形状を操作して、ロボット外骨格システム100が異なる特性で動作できるようにすることができる。そのような修正のための例示的な方法は、以下を含むことができるが、これらに限定されない。すなわち、ベローズ130上のスマート材料を使用して、コマンドでベローズ130の機械的挙動を操作すること、または、ベローズ130の作動長さを短くする、及び/または断面積を減らすなどの手段によるベローズ130の幾何学的形状の機械的修正をすることである。
【0052】
この例示的な実施形態は、埋め込まれた形状記憶合金セグメントを有する非伸張性層を有するベローズ130を含み、これは埋め込まれた形状記憶合金セグメントが電気インパルスにさらされるとき、埋め込まれた形状記憶合金セグメントの剛性が変化して、圧力下または他の条件に置かれた場合、ベローズ130が異なる動作をするようにする。例えば、
図12は、ベローズ130に連結された電気インパルスユニット1200を備えたベローズ130を有するアクチュエータユニット110の例を示し、電気インパルスまたは他の電気信号を、ライン1205を介してベローズ130に提供することができ、一部の例は、外骨格デバイス510に動作可能に連結することができる(
図5を参照)。したがって、いくつかの実施形態では、外骨格デバイス510は、電気インパルスユニット1200を介して、1つまたは複数のアクチュエータユニット110の1つまたは複数のベローズ130の剛性、形状、または他の適切な構成を制御できる。そのような制御は、外骨格デバイス510のセンサ513から受信したデータに基づいて行うことができ、これは、使用者101によって実行されている活動(例えば、歩いている、立っている、走っている、ジャンプしている、しゃがんでいる、階段を上る、階段を下る、着陸する、回転する、座る、つかむ、スキーをする、手を伸ばすなど)、アクチュエータユニット110の1つ以上の部分の状態(例えば、アーム115、120、ジョイント125、ベローズ130、リブ135など)、環境条件データ、などを示すデータを含むことができる。言い換えれば、1つ以上のベローズ130の構成は、外骨格デバイス510によって取得されたデータに基づいて外骨格デバイス510によって決定され得る様々な状態に基づいて、外骨格デバイス510によってリアルタイムで選択的に構成され得る。
【0053】
さらなる例では、流体アクチュエータユニット110は単一のベローズ130または複数のベローズ130の組み合わせを含むことができ、それぞれが独自の組成、構造、及び幾何形状を有する。例えば、いくつかの実施形態は、必要に応じて係合することができる同じジョイントアセンブリ125に平行または同心円状に配置された複数のベローズ130を含むことができる。例示的な一実施形態では、ジョイントアセンブリ125は、互いに直接隣接して平行に配置された2つのベローズ130を有するように構成することができる。システム100は、所望の機械的構成で同じ流体アクチュエータユニット110によって様々な量の力が出力されることを可能にするために、必要に応じて各ベローズ130と係合することを選択的に決定できる。
【0054】
さらなる実施形態では、流体アクチュエータユニット110は、ベローズ130または流体アクチュエータユニット110の他の部分の圧力、力、またはひずみを直接的または間接的に推定するために使用できる、ベローズ130または流体アクチュエータユニット110の他の部分の機械的特性を測定するための様々な適切なセンサを含むことができる。いくつかの実施形態には特定のセンサを望ましい機械的構成に統合することに関連する困難性があるが、他のものはより適切なものがあるということにより、いくつかの例は、流体アクチュエータユニット110に配置されたセンサが望ましい場合がある。流体アクチュエータユニット110のそのようなセンサは、外骨格デバイス510に動作可能に接続することができ(
図5参照)、外骨格デバイス510は、流体アクチュエータユニット110のそのようなセンサからのデータを使用して外骨格システム100を制御することができる。
【0055】
本開示の実施形態は、以下の条項を考慮して説明することができる。
【0056】
1. 着用可能な空気圧式外骨格システムであって、
前記空気圧式外骨格システムを装着した使用者の左右の脚にそれぞれ対応付けられるように構成された左右の空気圧式脚部アクチュエータユニットであって、
前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の膝の回転軸と整列するように構成された回転可能なジョイント、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アーム、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アーム、
前記回転可能なジョイントから延びる第1及び第2のプレート、
前記第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する膨張可能なベローズアクチュエータであって、空気圧式流体を前記ベローズ空洞に導入することにより、空気圧で膨張すると、前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って、前記ベローズアクチュエータの前記回転可能なジョイント及び包囲部分から延びる複数の拘束リブ
をそれぞれ含む、
前記左右の空気圧式脚部アクチュエータユニット、
前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに空気圧式流体を導入して、前記ベローズアクチュエータを独立して作動させるように構成された空気圧式システムと、
外骨格コンピューティングデバイスであって、
複数のセンサ、
少なくとも制御プログラムを保存するメモリ、及び
前記複数のセンサから取得されたセンサデータを含む前記外骨格コンピューティングデバイスによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記空気圧式システムを制御するために前記制御プログラムを実行するプロセッサ
を含む
前記外骨格コンピューティングデバイスと
を含む、前記着用可能な空気圧式外骨格システム。
【0057】
2. 前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記下側アームの遠位端が、スキーブーツ及びスキーを含むスキーアセンブリの前記スキーブーツにそれぞれ連結される、条項1の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【0058】
3. 前記ベローズアクチュエータの各々がさらに、
前記ベローズ空洞を画定する内側第1層であって、前記空気圧式流体に対して実質的に不浸透性である前記内側第1層、及び
平坦な材料の平面軸に沿って実質的に非伸張性であるが、他の方向には柔軟である非伸張性の前記平坦な材料を含む外側第2層
を含む、条項1~2の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【0059】
4. 前記ベローズアクチュエータはそれぞれ、前記第1層と前記第2層との間に配置され、前記第1層と第2層との間の耐摩耗及び/または低摩擦中間層として作用する第3層をさらに含む、条項3の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【0060】
5. 前記ベローズアクチュエータの各々がさらに、
電気インパルスに応答して剛性を変化させる1つ以上の埋め込まれた形状記憶合金セグメント、及び
前記それぞれの埋め込まれた形状記憶合金セグメントに電気インパルスを与えて前記それぞれのベローズアクチュエータの前記剛性を変更する前記ベローズアクチュエータに連結された電気インパルスユニットであって、前記外骨格コンピューティングデバイスに動作可能に連結されて前記それぞれのベローズアクチュエータの前記剛性を前記外骨格コンピューティングデバイスが選択的に制御できる、前記電気インパルスユニット
を含む、条項1~4のいずれかの着用可能な空気圧式外骨格システム。
【0061】
6. 前記拘束リブは、前記回転可能なジョイントから延在し、前記それぞれのベローズアクチュエータの一部が延在するリブ空洞を画定する円形リブリングと連結する一対のリブアームを備える、条項1~5のいずれかの着用可能な空気圧式外骨格システム。
【0062】
7. 着用可能な外骨格システムであって、
前記外骨格システムを装着している使用者の脚に装着されるように構成された脚部アクチュエータユニットを備え、
前記脚部アクチュエータユニットは、
前記外骨格システムを着用している前記使用者の膝と整列するように構成されたジョイント、
前記ジョイントに連結され、前記外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アーム、
前記ジョイントに連結され、前記外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アーム、
前記ジョイントから延びる第1及び第2のプレート、
前記第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する膨張可能なベローズアクチュエータであって、前記ベローズ空洞に流体を導入することにより、膨張すると前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ジョイント及び前記ベローズアクチュエータの周囲部分から前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って延びる1つまたは複数の拘束リブ
を含む前記脚部アクチュエータユニット
を含む、前記着用可能な外骨格システム。
【0063】
8. 前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記下側アームの遠位端が、スキーブーツ及びスキーを含むスキーアセンブリの前記スキーブーツにそれぞれ連結される、条項7の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【0064】
9. 前記ベローズアクチュエータが、
前記ベローズ空洞を画定する内側第1層であって、前記ベローズアクチュエータを膨張させるために使用される前記流体に対して実質的に不浸透性である、前記内側第1層、
平坦な材料の1つ以上の平面軸に沿って実質的に非伸張性であるが、他の方向には柔軟である非伸張性の前記平坦な材料を含む外側第2層、及び
前記第1層と前記第2層との間に配置され、前記第1層と前記第2層との間の耐摩耗及び/または低摩擦中間層として作用する第3層
をさらに備える、条項7または8の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【0065】
10. 流体アクチュエータユニットであって、
ジョイント、
前記ジョイントに連結された第1のアーム、
前記ジョイントに連結された第2のアーム、
前記ジョイントに対応付けられた第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する、膨張可能なベローズアクチュエータであって、前記ベローズ空洞に流体を導入することにより、膨張すると前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ジョイント及び前記ベローズアクチュエータの周囲部分から前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って延びる1つまたは複数の拘束リブ
を含む、前記流体アクチュエータユニット。
【0066】
11. 前記流体アクチュエータユニットが、使用者の身体のジョイントの周りに装着されるように構成される、条項10の流体アクチュエータユニット。
【0067】
12. 前記ジョイントは、前記流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の膝と整列するように構成される、条項11の流体アクチュエータユニット。
【0068】
13. 前記第1のアームは、流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びるように構成され、
前記第2のアームは、前記流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びるように構成される、条項11の流体アクチュエータユニット。
【0069】
14. 前記第1のプレート及び前記第2のプレートは、前記ジョイントから延びる、条項10~13のいずれかの流体アクチュエータユニット。
【0070】
15. 前記第2のアームの遠位端が、1つ以上のスキーを含むスキーアセンブリのスキーブーツに連結されるように構成される、条項10~14のいずれかの流体アクチュエータユニット。
【0071】
16. 前記ベローズアクチュエータは、前記ベローズ空洞を画定する層を備え、
前記層は、前記ベローズを膨張させるために使用される流体に対して実質的に不浸透性である、条項10~15のいずれかの流体アクチュエータユニット。
【0072】
17. 前記ベローズアクチュエータは、平坦な材料の1つ以上の平面軸に沿って実質的に非伸長性であり、一方で他の方向に可撓性である、非伸長性の前記平坦な材料を含む層を備える、条項10~16のいずれかの流体アクチュエータユニット。
【0073】
18. 前記ベローズアクチュエータは、前記ベローズの第1層と第2層との間に配置された第3層を備え、
前記第3層は、前記第1層と前記第2層との間の耐摩耗性及び/または低摩擦中間層である、条項10~17のいずれかの流体アクチュエータユニット。
【0074】
19. 前記1つ以上の拘束リブは、前記ジョイントから延在し、前記ベローズアクチュエータの一部が延在するリブ空洞を画定するリブリングと連結する1つ以上のリブアームを備える、条項10~18のいずれかの流体アクチュエータユニット。
【0075】
説明された実施形態は、様々な修正及び代替形態の影響を受けやすく、その特定の例は、図面に例として示されており、本明細書で詳細に説明されている。しかし、説明された実施形態は、開示された特定の形態または方法に限定されるものではなく、反対に、本開示は、すべての修正、均等物、及び代替物を網羅するものであることを理解されたい。
【手続補正書】
【提出日】2023-04-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
着用可能な空気圧式外骨格システムであって、
前記空気圧式外骨格システムを装着した使用者の左右の脚にそれぞれ対応付けられるように構成された左右の空気圧式脚部アクチュエータユニットであって、
前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の膝の回転軸と整列するように構成された回転可能なジョイント、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アーム、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記空気圧式外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アーム、
前記回転可能なジョイントから延びる第1及び第2のプレート、
前記第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する膨張可能なベローズアクチュエータであって、空気圧式流体を前記ベローズ空洞に導入することにより、空気圧で膨張すると、前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って、前記ベローズアクチュエータの前記回転可能なジョイント及び包囲部分から延びる複数の拘束リブ
をそれぞれ含む、
前記左右の空気圧式脚部アクチュエータユニットと、
前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記ベローズアクチュエータに空気圧式流体を導入して、前記ベローズアクチュエータを独立して作動させるように構成された空気圧式システムと、
外骨格コンピューティングデバイスであって、
複数のセンサ、
少なくとも制御プログラムを保存するメモリ、及び
前記複数のセンサから取得されたセンサデータを含む前記外骨格コンピューティングデバイスによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記空気圧式システムを制御するために前記制御プログラムを実行するプロセッサ
を含む
前記外骨格コンピューティングデバイスと
を含む、前記着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項2】
前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記下側アームの遠位端が、スキーブーツ及びスキーを含むスキーアセンブリの前記スキーブーツにそれぞれ連結される、請求項1に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項3】
前記ベローズアクチュエータの各々がさらに、
前記ベローズ空洞を画定する内側第1層であって、前記空気圧式流体に対して実質的に不浸透性である前記内側第1層、及び
平坦な材料の平面軸に沿って実質的に非伸張性であるが、他の方向には柔軟である非伸張性の前記平坦な材料を含む外側第2層
を含む、請求項1に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項4】
前記ベローズアクチュエータはそれぞれ、前記第1層と前記第2層との間に配置され、前記第1層と第2層との間の耐摩耗及び/または低摩擦中間層として作用する第3層をさらに含む、請求項3に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項5】
前記ベローズアクチュエータの各々がさらに、
電気インパルスに応答して剛性を変化させる1つ以上の埋め込まれた形状記憶合金セグメント、及び
前記それぞれの埋め込まれた形状記憶合金セグメントに電気インパルスを与えて前記それぞれのベローズアクチュエータの前記剛性を変更する前記ベローズアクチュエータに連結された電気インパルスユニットであって、前記外骨格コンピューティングデバイスに動作可能に連結されて前記それぞれのベローズアクチュエータの前記剛性を前記外骨格コンピューティングデバイスが選択的に制御できる、前記電気インパルスユニット
を含む、請求項1に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項6】
前記拘束リブは、前記回転可能なジョイントから延在し、前記それぞれのベローズアクチュエータの一部が延在するリブ空洞を画定する円形リブリングと連結する一対のリブアームを備える、請求項1に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項7】
着用可能な外骨格システムであって、
前記外骨格システムを装着している使用者の脚に装着されるように構成された脚部アクチュエータユニットを備え、
前記脚部アクチュエータユニットは、
前記外骨格システムを着用している前記使用者の膝と整列するように構成されたジョイント、
前記ジョイントに連結され、前記外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アーム、
前記ジョイントに連結され、前記外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アーム、
前記ジョイントから延びる第1及び第2のプレート、
前記第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する膨張可能なベローズアクチュエータであって、前記ベローズ空洞に流体を導入することにより、膨張すると前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ジョイント及び前記ベローズアクチュエータの周囲部分から前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って延びる1つまたは複数の拘束リブ
を含む、前記着用可能な外骨格システム。
【請求項8】
前記空気圧式脚部アクチュエータユニットの前記下側アームの遠位端が、スキーブーツ及びスキーを含むスキーアセンブリの前記スキーブーツにそれぞれ連結される、請求項7に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項9】
前記ベローズアクチュエータが、
前記ベローズ空洞を画定する内側第1層であって、前記ベローズアクチュエータを膨張させるために使用される前記流体に対して実質的に不浸透性である、前記内側第1層、
平坦な材料の1つ以上の平面軸に沿って実質的に非伸張性であるが、他の方向には柔軟である非伸張性の前記平坦な材料を含む外側第2層、及び
前記第1層と前記第2層との間に配置され、前記第1層と前記第2層との間の耐摩耗及び/または低摩擦中間層として作用する第3層
をさらに備える、請求項7に記載の着用可能な空気圧式外骨格システム。
【請求項10】
流体アクチュエータユニットであって、
ジョイント、
前記ジョイントに連結された第1のアーム、
前記ジョイントに連結された第2のアーム、
前記ジョイントに対応付けられた第1及び第2のプレートの間に延び、ベローズ空洞を画定する、膨張可能なベローズアクチュエータであって、前記ベローズ空洞に流体を導入することにより、膨張すると前記ベローズアクチュエータの長さに沿って延びるように構成される、前記膨張可能なベローズアクチュエータ、及び
前記ジョイント及び前記ベローズアクチュエータの周囲部分から前記ベローズアクチュエータの前記長さに沿って延びる1つまたは複数の拘束リブ
を含む、前記流体アクチュエータユニット。
【請求項11】
前記流体アクチュエータユニットが、使用者の身体のジョイントの周りに装着されるように構成される、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項12】
前記ジョイントは、前記流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の膝と整列するように構成される、請求項11に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項13】
前記第1のアームは、流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びるように構成され、
前記第2のアームは、前記流体アクチュエータユニットを装着している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びるように構成される、請求項11に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項14】
前記第1のプレート及び前記第2のプレートは、前記ジョイントから延びる、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項15】
前記第2のアームの遠位端が、1つ以上のスキーを含むスキーアセンブリのスキーブーツに連結されるように構成される、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項16】
前記ベローズアクチュエータは、前記ベローズ空洞を画定する層を備え、
前記層は、前記ベローズを膨張させるために使用される流体に対して実質的に不浸透性である、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項17】
前記ベローズアクチュエータは、平坦な材料の1つ以上の平面軸に沿って実質的に非伸長性であり、一方で他の方向に可撓性である、非伸長性の前記平坦な材料を含む層を備える、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項18】
前記ベローズアクチュエータは、前記ベローズの第1層と第2層との間に配置された第3層を備え、
前記第3層は、前記第1層と前記第2層との間の耐摩耗性及び/または低摩擦中間層である、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項19】
前記1つ以上の拘束リブは、前記ジョイントから延在し、前記ベローズアクチュエータの一部が延在するリブ空洞を画定するリブリングと連結する1つ以上のリブアームを備える、請求項10に記載の流体アクチュエータユニット。
【請求項20】
流体外骨格システムであって、
前記流体外骨格システムを装着した使用者の左右の脚にそれぞれ対応付けられるように構成された左右の流体脚部アクチュエータユニットであって、
前記左右の流体脚部アクチュエータユニットは、各々、
前記使用者の膝の横方向に、隣接して配置された回転可能なジョイントであって、前記回転可能なジョイントの回転ジョイント軸が、前記流体外骨格システムを着用している前記使用者の膝の回転軸と整列するように配置された前記回転可能なジョイントと、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記流体外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アームと、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記流体外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アームと、
前記回転可能なジョイントから延びる第1及び第2のプレートと、
前記第1及び第2のプレートの間に延びる膨張アクチュエータと、を有し、
前記膨張アクチュエータは、
流体不透過性チューブであって、織布材料を含み、前記第1のプレートから前記第2のプレートへの第1の長さに沿って非伸張性であり、且つ前記流体不透過性チューブの周りの円周方向に非伸張性な前記流体不透過性チューブと、
前記流体不透過性チューブによって画定される空洞と、を有し、前記流体不透過性チューブは、前記空洞の中に流体が導入されることにより前記流体不透過性チューブが流体で膨張されたとき、前記流体不透過性チューブの前記第1の長さに沿って拡張されるように構成され、前記流体不透過性チューブは、前記第1及び第2のプレートを押すことにより拡張し、軸方向に力を差し向けるように構成され、さらに、前記流体不透過性チューブは、前記第1の長さに沿った前記流体不透過性チューブの非伸張性によって規定される最大長さまで伸びるように構成され、
前記膨張アクチュエータを独立して作動させるように、前記流体脚部アクチュエータユニットの前記膨張アクチュエータの前記空洞に前記流体を導入するように構成された流体システムを有し、
外骨格コンピューティングデバイスを有し、前記外骨格コンピューティングデバイスは、
複数のセンサと、
少なくとも制御プログラムを保存するメモリと、
前記複数のセンサから取得されたセンサデータを含む前記外骨格コンピューティングデバイスによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記流体システムを制御するために前記制御プログラムを実行するプロセッサと、を含む、
前記流体外骨格システム。
【請求項21】
前記流体不透過性チューブは、不透過性ポリウレタンポリマーフィルム内側第1層を有し、前記織布材料は、外側第2層として織られたナイロンブレードを有する、請求項20記載の流体外骨格システム。
【請求項22】
前記流体不透過性チューブは可撓性であり、前記流体不透過性チューブが収縮構成にあるとき、折り畳まれ、半径方向に膨らむように構成されている、請求項20記載の流体外骨格システム。
【請求項23】
流体外骨格システムであって、
前記流体外骨格システムを着用している使用者の脚に対応付けられるように構成された流体脚部アクチュエータユニットを有し、前記流体脚部アクチュエータユニットは、
前記使用者の膝の横方向に、隣接して配置された回転可能なジョイントであって、前記回転可能なジョイントの回転ジョイント軸が、前記流体外骨格システムを着用している前記使用者の膝の回転軸と整列するように配置された前記回転可能なジョイントと、
前記回転可能なジョイントから延びる第1及び第2のプレートと、
前記第1及び第2のプレートの間に延びる膨張アクチュエータと、を有し、
前記膨張アクチュエータは、
前記第1のプレートから前記第2のプレートへの第1の長さに沿って非伸張性な流体不透過性チューブと、
前記流体不透過性チューブによって画定された空洞と、を有し、前記流体不透過性チューブは、前記空洞の中に流体が導入されることにより前記流体不透過性チューブが流体で膨張されたとき、前記流体不透過性チューブの前記第1の長さに沿って拡張されるように構成され、前記流体不透過性チューブは、前記第1及び第2のプレートを押すことにより拡張し、軸方向に力を差し向けるように構成され、さらに、前記流体不透過性チューブは、前記第1の長さに沿った前記流体不透過性チューブの非伸張性によって規定される最大長さまで伸びるように構成されている、前記流体外骨格システム。
【請求項24】
さらに、前記膨張アクチュエータを作動させるために、前記流体脚部アクチュエータユニットの前記膨張アクチュエータの前記空洞に流体を導入するように構成された流体システムを有する、請求項23記載の流体外骨格システム。
【請求項25】
さらに、外骨格コンピューティングデバイスを有し、前記外骨格コンピューティングデバイスは、
1又は複数のセンサと、
少なくとも制御プログラムを保存するメモリと、
前記1又は複数のセンサから取得されたセンサデータを含む前記外骨格コンピューティングデバイスによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、流体システムを制御するために前記制御プログラムを実行するプロセッサと、を含む、
請求項23記載の流体外骨格システム。
【請求項26】
前記流体不透過性チューブは、織布材料を有する、請求項23記載の流体外骨格システム。
【請求項27】
さらに、前記回転可能なジョイントに連結され、前記流体外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アームと、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記流体外骨格システムを着用している前記使用者の前記膝の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アームと、を有する、
請求項23記載の流体外骨格システム。
【請求項28】
流体外骨格システムであって、
前記流体外骨格システムを着用している使用者に対応付けられるように構成された流体アクチュエータユニットを有し、前記流体アクチュエータユニットは、
回転可能なジョイントと、
前記回転可能なジョイントに結合された第1及び第2のプレートと、
前記第1及び第2のプレートの間に延びる膨張アクチュエータと、
を有する流体外骨格システム。
【請求項29】
前記回転可能なジョイントは、前記使用者の関節の横に、隣接して配置されている、請求項28記載の流体外骨格システム。
【請求項30】
前記回転可能なジョイントの回転可能なジョイント軸は、前記流体外骨格システムを着用している使用者の前記関節の回転軸と整合するように配置されている、請求項28記載の流体外骨格システム。
【請求項31】
前記流体アクチュエータユニットは、前記流体外骨格システムを着用している使用者の手足に対応付けられるように構成されている、請求項28記載の流体外骨格システム。
【請求項32】
前記膨張アクチュエータは、前記第1のプレートから前記第2のプレートへの第1の長さに沿って非伸張性な流体不透過性部材を含む、請求項28記載の流体外骨格システム。
【請求項33】
前記流体不透過性部材は、流体不透過性チューブを構成する流体不透過性シートを有する、請求項32記載の流体外骨格システム。
【請求項34】
前記流体不透過性部材は、前記第1の長さに沿った前記流体不透過性部材の非伸張性によって規定される最大長さまで伸びるように構成されている、請求項32記載の流体外骨格システム。
【請求項35】
前記膨張アクチュエータは流体空洞を画定し、前記膨張アクチュエータは、前記流体空洞の中に流体が導入されることにより前記膨張アクチュエータが流体で膨張されたとき、前記膨張アクチュエータの第1の長さに沿って拡張されるように構成されている、請求項28記載の流体外骨格システム。
【請求項36】
前記膨張アクチュエータは、前記第1及び第2のプレートを押すことにより拡張し、軸方向に力を差し向けるように構成されている、請求項35記載の流体外骨格システム。
【請求項37】
さらに、前記回転可能なジョイントに連結され、前記流体外骨格システムを着用している前記使用者の関節の上の上側脚部分の長さに沿って延びる上側アームと、
前記回転可能なジョイントに連結され、前記流体外骨格システムを着用している前記使用者の前記関節の下の下側脚部分の長さに沿って延びる下側アームと、を有する、請求項28記載の流体外骨格システム。
【請求項38】
さらに、外骨格コンピューティングデバイスを有し、前記外骨格コンピューティングデバイスは、
1又は複数のセンサと、
少なくとも制御プログラムを保存するメモリと、
前記1又は複数のセンサから取得されたセンサデータを含む前記外骨格コンピューティングデバイスによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、流体システムを制御するために前記制御プログラムを実行するプロセッサと、を含む、
請求項28記載の流体外骨格システム。