JP6932831B2 - エクソスケルトンサブアセンブリおよびそのようなサブアセンブリを含むエクソスケルトン構造体 - Google Patents

Description

本発明は、エクソスケルトンサブアセンブリおよびそのようなサブアセンブリを含むエクソスケルトン構造体に関する。

力を補助するエクソスケルトンは、人間の骨格と平行に配置された機械的構造体であり、それによって人体の身体的能力を向上させることを可能にする。

さまざまな種類のエクソスケルトンがあり、その形状と構造は使用者によって行われるべきタスクによって異なる。エクソスケルトンの２つの主な種類は、一方で使用者の動きを補助することを意図したものであり、他方で使用者の力の能力を増大させることを意図したものである。

使用者の動きを補助することを目的としたエクソスケルトンの場合、エクソスケルトンは使用者の身体の上に配置されるため、使用者はエクソスケルトンの構造体を搬送しなければならず、このことは使用者の動きの自由を制限し、追加の負荷を発生させ、そしてそれに関連する疲労をも生じさせることになる。

使用者を楽にさせるために、エクソスケルトン構造体であって、該構造体の質量の一部が使用者の足の下に配置されたプレートを介して地面に伝達され、このプレートが該構造体の残りの部分に接続されるエクソスケルトン構造体が知られている。

このような構造体では、使用者の足は地面と接触しておらず、このことが構造体を使い心地の悪いものにしている。

さらに、プレートが存在するので、使用者の可動性は必然的に低下する。さらに、エクソスケルトンの質量の地面への伝達を確実にするために、こうした構造体は一般に、使用者の足の回転、特に使用者の足の自分の下腿に対する内旋／外旋運動を十分には許容しない。

結果として、このタイプの構造体は、全ての歩行段階において、および／または全てのタイプの地面、特に使用者が傾斜地、または不整地を歩くときに、地面での支援を提供するわけではない。

本発明の目的は、より優れた快適性および可動性を備えつつ、それが、エクソスケルトンの構造自体によって発生した荷重か、エクソスケルトンの構造に対応付けることができる外部要素（例えばバックパック）によって発生した荷重か、または使用者が構造体によって支持されている場合に使用者の体重によって発生した荷重かにかかわらず、使用者が担持する荷重から使用者を楽にさせるための解決策を提案することである。

この目的は、エクソスケルトンサブアセンブリによって、本発明の範囲内で達成され、エクソスケルトンサブアセンブリは、
−使用者の下腿に取り付けるように構成された下腿部分と、
−使用者の靴に取り付けるように構成された足部分と
を備え、
下腿部分は、該下腿部分が下腿に取り付けられるとき、使用者の脛骨に沿って膝の下に延びる脛骨セグメントを備えし、脛骨セグメントは、第１の部分（または上部）と、足部分に接続された第２の部分（または下部）と、第２の部分を第１部分に接続する第１の継手とを備え、第１の継手は、下腿に対する使用者の足の内旋／外旋運動によって引き起こされる第１の部分に対する第２の部分の回転を可能にし、また 足部分は、下腿部分の第２の部分に接続された中間部と、使用者の靴に締結されるように構成された取付部と、中間部を取付部に接続する第３の継手とを有し、第３の継手は、下腿に対する使用者の足の外がえし／内がえし運動によって引き起こされる中間部に対する取付部の回転を可能にする。

本発明は、人体において、足の内旋／外旋運動は単に足首の寄与だけではなく、他の関節、特に膝関節および股関節の寄与にもよるものであるという観察に基づいている。

したがって、提案されるエクソスケルトンサブアセンブリでは、使用者の脛骨に沿って延びる脛骨セグメントは２つの部分で形成され、第１の継手は、これら２つのセグメントの間に配置され、使用者の足の内旋／外旋運動を可能にする。

使用者の膝と足首との間の第１の継手のこのような配置によって、エクソスケルトンサブアセンブリが使用者の足の内旋／外旋運動に適応することが可能になり、それによって使用者の快適性および可動性を改善する。

さらに、第３の継手によって、エクソスケルトンサブアセンブリが使用者の足の外がえし／内がえし運動に適応することが可能になり、これにより許容される自由度が増大し、使用者の快適性および可動性の向上にも貢献する。

サブアセンブリはさらに以下の特徴を有している。すなわち、
−サブアセンブリは、第２の部分を足部分に接続する第２の継手を有し、第２の継手は、使用者の足の屈曲／伸展運動によって引き起こされる下腿部分に対する足部分の回転を可能にし、
−第１の継手は、第１の部分に対する第２の部分の第１の回転軸周りの回転を可能にし、第２の継手は、第２の部分に対する足部分の第２の回転軸周りの回転を可能にし、第１の回転軸と第２の回転軸は互いに直交し、
−取付部は、該取付部を靴に締結させるための２つの締結アームを備え、締結アームは、２つの平行でない折り曲げ線に沿った、靴底の屈曲を可能にし、
−取付部は、取付部を靴に締結させるために締結ピンを挿入することができるスロットを備える。

本発明はまた、上で定義されたような少なくとも１つのエクソスケルトンサブアセンブリを有するエクソスケルトン構造体に関する。

他の特徴および利点は、純粋に例示的で非限定的であり、添付の図面に関連して読まれるべきである以下の説明からより明らかになるであろう。

本発明の一実施形態によるエクソスケルトン構造体を装着した使用者を概略的に示す正面図である。 図１のエクソスケルトン構造体のサブアセンブリを概略的に表す斜視図である。 図１のエクソスケルトン構造体のサブアセンブリを概略的に示す側面図である。 図１のエクソスケルトン構造体のサブアセンブリの取付部の変形例を概略的に示す斜視図である。 取付部分を靴に係止するためのラチェット装置を概略的に表す図である。 取付部分を靴に係止するためのラチェット装置を概略的に表す図である。 取付部分を靴に係止するためのラチェット装置を概略的に表す図である。

図１において、表されているエクソスケルトン構造体１は、腰ベルト２、第１の機械的アセンブリ３および第２の機械的アセンブリ４を備える。

腰ベルト２は、使用者の胴体の底部を取り囲むように構成されている。第１の機械的アセンブリ３は、使用者が歩いているとき、または走っているときに第１の下肢（右下肢）の動きを補助するために、使用者の第１の下肢に接続されるように構成されている。第２の機械的アセンブリ４は、使用者が歩いているとき、または走っているときに第２の下肢（左下肢）の動きを補助するために、使用者の第２の下肢に接続されるように構成されている。第１の機械的アセンブリ３および第２の機械的アセンブリ４はそれぞれ腰ベルト２に接続されている。

第１の機械的アセンブリ３は、第１の大腿部分３１と、第１の下腿部分３２と、第１の足部分３３とを有する。

第１の大腿部分３１は、使用者の第１の大腿部（右大腿部）に沿って延びるように意図された第１の大腿骨セグメント３１１と、大腿骨セグメント３１１を第１の大腿部に締結するために使用者の第１の大腿部を取り囲むように構成された締結ストラップ３１２とを有する。

第１の下腿部分３２は、使用者の第１の下腿部（右下腿部）に沿って延びるように意図された第１の脛骨セグメント３２１と、脛骨セグメント３２１を第１の下腿部に締結するために使用者の第１の下腿部を取り囲むように構成された締結ストラップ３２２とを有する。

第１の足部分３３は、使用者の第１の靴５１、例えば第１の靴５１の靴底５１１に締結される。第１の足部分３３は、ネジまたは他の適切な締結手段によって靴底５１１に締結させることができる。

第１の大腿骨セグメント３１１は、第１の股継手３４を介して腰ベルト２に接続された第１の端部３１３と、第１の膝継手３５を介して第１の脛骨セグメント３２１に接続された第２の端部３１４とを備える。

第１の脛骨セグメント３２１は、第１の膝継手３５によって第１の大腿骨セグメント３１１に接続された第１の端部３２３と、第１の足首継手３６を介して第１の足部分３３に接続された第２の端部３２４とを備える。

図１から分かるように、第１の脛骨セグメント３２１は２つの部分に形成されている。第１の脛骨セグメント３２１は、第１の部分３２５（または上部）、第２の部分３２６（または下部）、および第２の部分３２６を第１の部分３２５に接続する第１の継手３２７を備える。第１の部分３２５は、膝継手３５を介して第１の大腿部分３１に接続されている。第２の部分３２６は、足首継手３６を介して第１の足部分３３に接続されている。第２の部分３２６を第１の部分３２５に接続する第１の継手３２７は、使用者の右下腿部に対する右足の内旋／外旋運動によって引き起こされる第１の部分３２５に対する第２の部分３２６の回転を可能にするように構成される。

第２の機械的アセンブリ４は第１の機械的アセンブリ３と対称的である。

したがって、第２の機械的アセンブリ４もまた、第２の大腿部分４１、第２の下腿部分４２および第２の足部分４３を有する。

第２の大腿部分４１は、使用者の第２の大腿部（左大腿部）に沿って延びるように意図された第２の大腿骨セグメント４１１と、大腿骨セグメント４１１を第２の大腿部に締結するために使用者の第２の大腿部を取り囲むように構成された締結ストラップ４１２とを備える。

第２の下腿部分４２は、使用者の第２の下腿部（左下腿部）に沿って延びるように意図された第２の脛骨セグメント４２１と、脛骨セグメント４２１を第２の脚に締結するために使用者の第２の下腿部を取り囲むように構成された締結ストラップ４２２とを備える。

第２の足部分４３は、使用者の第２の靴５２、例えば靴５２の靴底５２１に締結される。第２の足部分４３は、ネジによって靴底５２１に締結させることができる。

第２の大腿骨セグメント４１１は、第２の股継手４４を介して腰ベルト２に接続された第１の端部４１３と、第２の膝継手４５を介して第２の脛骨セグメント４２１に接続された第２の端部４１４とを備える。

第２の脛骨セグメント４２１は、第２の膝継手４５によって第２の大腿骨セグメント４１１に接続された第１の端部４２３と、第２の足首継手４６を介して第２の足部分４３に接続された第２の端部４２４とを備える。

第１の脛骨セグメント３２１と同様に、第２の脛骨セグメント４２１も２つの部分に形成されている。第２の脛骨セグメント４２１は、第１の部分４２５（または上部）、第２の部分４２６（または下部）、および第２の部分４２６を第１の部分４２５に接続する第１の継手４２７を備える。第１の部分４２５は、膝継手４５を介して第２の大腿部分４１に接続されている。第２の部分４２６は、足首継手４６を介して第２の下腿部分４３に接続されている。第２の部分４２６を第１の部分４２５に接続する第１の継手４２７は、使用者の左下腿部脚に対する左足の内旋／外旋運動によって引き起こされる第１の部分４２５に対する第２の部分４２６の回転を可能にするように構成される。

股継手３４、４４および膝継手３５、４５は、股あるいは膝の屈曲または伸展運動において使用者を補助することを可能にするアクチュエータを備えることができる。

図２および図３は、本発明の一実施形態による、第１の下腿部分３２、第１の足部分３３および第１の足首継手３６を備える第１のエクソスケルトンサブアセンブリ３０をより詳細に表す。

第２の下腿部分４２、第２の足部分４３および第２の足首継手４６を備える第２のエクソスケルトンサブアセンブリ４０は、第１のエクソスケルトンサブアセンブリ３０と対称的であることに留意されたい。したがって、第２のエクソスケルトンサブアセンブリ４０は、第１のエクソスケルトンサブアセンブリ３０の要素と同一または類似の要素から形成され、第１のエクソスケルトンサブアセンブリ３０と同じように動作する。

図２および図３において、第１の足部分３３は、取付部３３１、継手３３２および中間部３３３を有する。

取付部３３１は、使用者の靴５１に締結されるように意図されている。より具体的には、取付部３３１は、靴５１の靴底５１１に締結されるように設けられている。この目的のために、取付部３３１は、靴５１の靴底５１１に沿って、靴５１の一方の側から他方の側へそれぞれ延びるように配置された２つのアーム３３５および３３６を備える。各アーム３３５、３３６は、アーム３３５、３３６を靴底５１１に締結させるために締結部材（例えば、ネジ）を挿入することができる２つの締結孔３３７、３３８を有する。締結孔３３７は、取付部３３１に対する靴底５１１の第１の横方向の折り曲げ線Ｐ１を通る第１の締結点を規定する。同様に、孔３３８は、取付部３３１に対する靴底５１１の第２の横方向の折り曲げ線Ｐ２を通る第２の締結点を規定する。締結点の配置に起因して、アーム３３５および３３６は、互いに対して平行ではない２つの折り曲げ線Ｐ１およびＰ２に従って靴５１の靴底５１１を屈曲させることを可能にする。

また、締結孔３３７に対応する締結点は、第１の折り曲げ線Ｐ１が使用者の踵の下方に延びるように配置されている。締結孔３３８に対応する固定点は、第２の折り曲げ線Ｐ２が使用者のつま先の関節の下方に延びるように配置される。したがって、靴の靴底５１１は、使用者が歩いている間、使用者の足の動きに順応することによって変形する。これにより、使用者の歩行を妨げることを回避することが可能になる。

これに加えて、各アーム３３５、３３６は、締結孔３３７、３３８の下方に延びる突出部分３０７、３０８を有し、各部分３０７、３０８は、アーム３３５および３３６が靴底５１１に締結される個所における靴底５１１の潰れを制限するために地面と接触するように構成されている。

中間部３３３は、継手３３２を介して取付部３３１に接続されている。継手３３２は、使用者の靴５１の後方、すなわち踵の後ろに配置されている。継手３３２は、使用者の下腿部に対する足の外がえし／内がえし運動によって引き起こされる中間部３３２に対する取付部３３１の回転を可能にする。言い換えれば、継手３３２は、脛骨部分３２が下腿に締結され、足部分３３が使用者の足に締結されたとき、使用者の足の外がえし／内がえしの軸と平行な回転軸Ｘの周りでの中間部３３３に対する取付部３３１の回転を可能にする。

継手３３２は、２０１６年７月２８日に出願されたフランス特許出願第１６５７２９５号に記載されているような接続アセンブリで構成されてよい。

図２および図３に示す実施形態では、中間部３３３は略Ｕ字形である。中間部３３３は、特に使用者の靴５１の両側にそれぞれ延びる２本の中間アーム３７５、３７６を備える。

脛骨セグメント３２の第２の部分３２６もまた略Ｕ字形である。第２の部分３２６は特に２つの接続アーム３８５および３８６を備え、各接続アーム３８５、３８６はそれぞれ足首継手３６を介して中間部３３３の中間アーム３７５、３７６のうちの１つに接続されている。

足首継手３６は、下腿に対する足の屈曲／伸展運動によって引き起こされる脛骨セグメント３２の第２の部分３２６に対する中間部３３３の回転を可能にする。言い換えれば、足首継手３６は、脛骨部分３２が下腿に締結され、足部分３３が使用者の靴５１に締結されたときに、使用者の足の屈曲／伸展軸線に平行な回転軸Ｙを中心とした第２の部分３２６に対する中間部３３３の回転を可能にする。

各足首継手３６は、２０１６年７月２８日に出願されたフランス特許出願第１６５７２９５号に記載されているような接続アセンブリで構成されてよい。

第２の部分３２６の各アーム３８５、３８６はそれ自体２つの部分で形成することができ、その一方の部分は他方の部分に対して摺動可能であり、それによって継手３２７の高さおよび深さを足首継手３６に対して調節することができる。これによって、靴５１に取り付けられた足部分３３を残りのエクソスケルトン構造体１から速やかに切り離すことも可能になる。したがって、使用者は、エクソスケルトン構造体の残りの部分を取り外した後も自分の靴５１および５２を保持することができる。

最後に、脛骨セグメント３２の第２の部分３２６は、継手３２７を介して脛骨セグメント３２の第１の部分３２５に接続されている。継手３２７は、脛骨部分３２が下腿に締結され、足部分３３が使用者の靴５１に締結されるとき、使用者の脚の前方に配置される。継手３２７は、使用者の足の内旋／外旋軸（使用者が直立位置にあるときは実質的に垂直方向）に平行な回転軸Ｚを中心とした第１の部分３２５に対する第２の部分３２６の回転を可能にする。

さらに、継手３２７の回転軸Ｚは、足首継手３６の回転軸Ｙと直交している。継手３２７は、回転軸Ｚが足首継手３６の回転軸Ｙと一致するように配向することができる。これは、回転軸Ｚが回転軸Ｙと交差することを意味する。

したがって、図２および図３に示されているサブアセンブリ３０は、３つの自由度で、右脚に対する使用者の右足の回転を可能にする。

回転軸Ｘ、Ｙ、およびＺの配置によって、エクソスケルトンサブアセンブリが使用者の足の動きに適応することが可能になり、それによって使用者の快適さおよび可動性を改善する。

同様に、サブアセンブリ４０は、３つの自由度で、左脚に対する使用者の左足の回転を可能にする。

さらに、使用者の足首の両側にピボット３６を配置することにより、使用者の踵の後ろに位置するピボット３３２にかかる負荷を均衡させることが可能になる。

図４は、取付部３３１の一変形例を概略的に表す。

この実施形態では、靴５１の靴底５１１に締結プレート５４１が設けられている。締結プレート５４１は靴５１の靴底に埋め込むことができる。締結プレート５４１は、プレート５４１の側方縁部から延出して靴底の一方の側から他方の側へ突出する締結ピン５４７、５４８を有する。

取付部３３１の各アーム３３５、３３６は、その中に締結ピン５４７、５４８を垂直に挿入してアーム３３５、３３６を靴底５１１に締結させることができる２つの締結スロット３４７、３４８を有する。

各締結スロット３４７および３４８には、締結ピン５４７、５４８を締結スロット３４７、３４８内に係止するためのラチェット装置を設けることができる。図５Ａから図５Ｃは、締結ピン５４７を締結スロット３４７に係止するための、フックとばねとを有する例示的なラチェット装置を概略的に示す。

締結スロット３４７、３４８および締結ピン５４７、５４８、ならびに可能なラチェット装置によって、靴５１に対する足部分３３の迅速な取り付けおよび取り外しが可能になる。

Claims (5)

1. −使用者の下腿に取り付けるように構成された下腿部分（３２）と、
   −使用者の靴に取り付けるように構成された足部分（３３）と
   を備えるエクソスケルトンサブアセンブリ（３０）であって、
   下腿部分（３２）は、該下腿部分（３２）が下腿に取り付けられるとき、使用者の脛骨に沿って膝の下に延びる脛骨セグメント（３２１）を備え、脛骨セグメント（３２１）は、第１の部分（３２５）と、足部分（３３）に接続された第２の部分（３２６）と、第２の部分（３２６）を第１の部分（３２５）に接続する第１の継手（３２７）とを備え、第１の継手（３２７）は、脚に対する使用者の足の内旋／外旋運動によって引き起こされる第１の部分（３２５）に対する第２の部分（３２６）の回転を可能にし、また
   足部分（３３）は、下腿部分（３２）の第２の部分（３２６）に接続された中間部（３３３）と、使用者の靴（５１）に締結されるように構成された取付部（３３１）と、中間部（３３３）を取付部（３３１）に接続する第３の継手（３３２）とを備え、第３の継手（３３２）は、下腿に対する使用者の足の外がえし／内がえし運動によって引き起こされる中間部（３３３）に対する取付部（３３１）の回転を可能にし、
   取付部（３３１）は、取付部（３３１）を靴（５１）に締結するための２つの締結アーム（３３５、３３６）を備え、締結アーム（３３５、３３６）は、２つの平行でない折り曲げ線（Ｐ１、Ｐ２）に沿った、靴（５１）の靴底（５１１）の屈曲を可能にする、
   エクソスケルトンサブアセンブリ（３０）。
2. 第２の部分（３２６）を足部分（３３）に接続する第２の継手（３６）を備え、第２の継手（３６）は、下腿部に対する使用者の足の屈曲／伸展運動によって引き起こされる下腿部分（３２）に対する足部分（３３）の回転を可能にする、請求項１に記載のサブアセンブリ。
3. 第１の継手（３２７）は、第１の部分（３２５）に対する、第２の部分（３２６）の第１の回転軸（Ｚ）周りの回転を可能にし、第２の継手（３６）は、第２の部分（３２６）に対する、足部分（３３）の第２の回転軸（Ｙ）周りの回転を可能にし、第１の回転軸（Ｚ）と第２の回転軸（Ｙ）は互いに直交している、請求項２に記載のサブアセンブリ。
4. 取付部（３３１）は、取付部（３３１）を靴（５１）に締結するために締結ピン（５４７、５４８）を挿入することができるスロット（３４７、３４８）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の少なくとも１つのエクソスケルトンサブアセンブリ（３０、４０）を備えるエクソスケルトン構造体（１）。

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