BE1018313A5

BE1018313A5 - REVALIDATION ROBOT.

Info

Publication number: BE1018313A5
Application number: BE2009/0073A
Authority: BE
Inventors: Julien Marielle Daniel Sapin; Bruno Marc Florent Victore Dehez; Pierre Didier; Arnaud Attanasi
Original assignee: Univ Louvain
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-03
Also published as: EP2403466A1; WO2010092089A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d'un membre supérieur d'un patient comportant au moins deux modules choisis parmi l'ensemble comprenant un module épaule (105) (ShouldeRO), un module bras (205) (ROThum), un module coude (305) (elBOT), un module avant-bras (405 (ROTuln) et un module poignet (505) (wristlC). Chacun de ces modules sont adaptés pour être solidarisés soit à une portion dudit membre supérieur soit à au moins un autre module de l'ensemble.The invention relates to a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient comprising at least two modules chosen from the group comprising a shoulder module (105) (ShouldeRO), an arm module (205) (ROThum) , an elbow module (305) (elBOT), a forearm module (405 (ROTuln) and a wrist module (505) (wristlC). Each of these modules are adapted to be secured to either a portion of said upper limb or to at least one other module of the set.

Description

Robot de revalidationRobot revalidation

Domaine techniqueTechnical area

[0001] L’invention se rapporte au domaine des robots de mobilisation et de revalidation. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d’un membre supérieur d’un patient, ainsi qu’à un procédé d’assemblage d’un tel dispositif.The invention relates to the field of mobilization robots and revalidation. More particularly, the invention relates to a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient, as well as to a method of assembling such a device.

Description de l’état de la techniqueDescription of the state of the art

[0002] Parmi les problèmes moteurs engendrés par l’hémiplégie, la perte de mobilité des membres supérieurs est tout aussi pénalisante que celle des membres inférieurs. Il suffit de penser aux nombreux gestes quotidiens qui font intervenir les deux bras (pour s’habiller, se nourrir, pratiquer divers loisirs, ...). Le recouvrement de cette motricité, classiquement pratiquée par un thérapeute, peut être accéléré par le biais d’un système robotisé comme l’ont déjà montré diverses études cliniques. Toutefois, en plus des performances « robotiques » d’un dispositif donné (c’est-à-dire: espace de travail, mobilité, type de trajectoires, ...), d’autres critères « de plus haut niveau » sont à prendre en considération dans l’élaboration d’un tel dispositif. Ils sont liés aux aspects cliniques bien sûr mais aussi aux côtés pratiques, voire ludiques pour le patient.[0002] Among the motor problems caused by hemiplegia, the loss of mobility of the upper limbs is just as penalizing as that of the lower limbs. Just think of the many daily actions that involve both arms (to dress, feed, practice various hobbies, ...). The recovery of this motor, classically practiced by a therapist, can be accelerated by means of a robotic system as already shown various clinical studies. However, in addition to the "robotic" performances of a given device (that is to say: workspace, mobility, type of trajectories, etc.), other "higher level" criteria are take into account in the development of such a device. They are linked to the clinical aspects of course but also to the practical side, even playful for the patient.

[0003] On connaît des systèmes dans lesquels seule la main du patient est contrôlée directement, le bras et l’avant bras n’étant guidés qu’indirectement. Un exemple d’un tel dispositif est décrit dans US5446213 qui fournit des mouvements suivant deux degrés de liberté à la main du patient. Forces et mouvements sont transférés au travers d’une poignée montée sur le robot et agrippée par le patient. Ce dispositif est conçu de manière à présenter, grâce à une faible inertie et peu de frottement, un comportement réversible au niveau de sa partie distale. Des capteurs de force et de position sont utilisés pour informer les régulateurs. Un module à trois degrés de liberté peut être monté sur l’extrémité du dispositif plan, fournissant ainsi trois degrés de liberté actifs en plus au poignet. Des instructions visuelles concernant le mouvement sont données au travers d’un écran d’ordinateur. Cependant, seule la main du patient étant mobilisée par le dispositif, aucun contrôle de la position du bras n’est assuré au cours des exercices. Il s’ensuit un risque important de blessures articulaires.Systems are known in which only the patient's hand is directly controlled, the arm and forearm being guided only indirectly. An example of such a device is described in US5446213 which provides movements following two degrees of freedom to the patient's hand. Forces and movements are transferred through a handle mounted on the robot and gripped by the patient. This device is designed to have, with low inertia and little friction, a reversible behavior at its distal portion. Force and position sensors are used to inform regulators. A module with three degrees of freedom can be mounted on the end of the planar device, thus providing three degrees of freedom active in addition to the wrist. Visual instructions for movement are given through a computer screen. However, only the patient's hand being mobilized by the device, no control of the position of the arm is ensured during the exercises. This results in a significant risk of joint injuries.

[0004] À la différence des robots externes discutés au paragraphe précédent, on connaît également des exosquelettes, qui permettent de mobiliser spécifiquement chacune des articulations d’un membre du patient. Dans ces dispositifs, il est important d’aligner les axes de rotation du robot et les axes biomécaniques du patient. La Fig. 1 représente un tel exosquelette dans lequel les trois rotations articulaires et les deux rotations segmentaires sont réalisées: le complexe articulaire de l’épaule 100, la rotation humérale 200, le complexe articulaire du coude 300, la rotation ulnaire 400 et le complexe articulaire du poignet 500.[0004] Unlike the external robots discussed in the previous paragraph, exoskeletons are also known, which make it possible to specifically mobilize each of the joints of a patient's limb. In these devices, it is important to align the rotation axes of the robot and the biomechanical axes of the patient. Fig. 1 represents such an exoskeleton in which the three articular rotations and the two segmental rotations are performed: the articular complex of the shoulder 100, the humeral rotation 200, the articular complex of the elbow 300, the ulnar rotation 400 and the articular complex of the wrist 500.

[0005] On connaît par W02006/058442 un « Système et un Procédé pour une Thérapie du Bras Coopérative et un Module de Rotation utilisé à cette fin ». A la différence du dispositif décrit dans US5446213, ce système comporte un exosquelette, c’est-à-dire un squelette externe accompagnant chacun des segments d’un membre du patient. Un exosquelette permet de mobiliser chaque articulation de manière définie et contrôlée. Dans un tel exosquelette, les axes de rotation de l’exosquelette et les axes de rotation physiologiques correspondants du patient doivent se superposer exactement. En effet, dans le cas contraire, le robot risque de forcer inutilement sur les articulations du patient. Au départ d’un bâti fixe, une succession d’actionneurs et de coques ou manchettes englobant une portion d’un membre d’un patient permet de mobiliser chacune des articulations du patient. Le but de ce document est de fournir un appareil dans lequel un plus grand nombre de degrés de libertés peuvent être exploités et soutenus que dans les systèmes antérieurs. Le dispositif décrit comporte 5 degrés de liberté motorisés : il permet la flexion/extension du coude et les mouvements de l’épaule suivant trois degrés de liberté en rotation. Ce dispositif présente cependant de nombreux inconvénients : dans ce dispositif, les rotations humérales et ulnaires sont réalisées au moyen de demi cylindres externe et interne concentriques en rotation relative (16 et 17 pour la rotation humérale, et 20 et 21 pour la rotation ulnaire, respectivement) agissant au moyen de tringles (18 et 19) sur une coque de coude. Ces mécanismes sont lourds et compliqués. Du plus, ils ne garantissent pas que l’axe de rotation mécanique, défini par l’axe des deux cylindres, coïncide avec l’axe de rotation physiologique du patient. Lors de l’utilisation de ce dispositif, le patient doit se trouver dans une position prédéfinie par rapport au bâti 2 de l’appareil, l’épaule du patient, ou plus précisément le point de rotation de son articulation humérale, doit se trouver sous le premier entraînement 25. Le patient n’a pas de degré de liberté quant à sa position, assise, debout ou couchée. Enfin, ce dispositif ne permet pas les mouvements du poignet. De plus, il est complexe, lourd et difficile à mettre en œuvre.[0005] WO2006 / 058442 discloses a "System and a Method for Cooperative Arm Therapy and a Rotation Module Used for this Purpose". Unlike the device described in US5446213, this system comprises an exoskeleton, that is to say an external skeleton accompanying each of the segments of a patient's limb. An exoskeleton makes it possible to mobilize each joint in a defined and controlled manner. In such an exoskeleton, the axes of rotation of the exoskeleton and the corresponding physiological axes of rotation of the patient must be exactly superimposed. Indeed, in the opposite case, the robot risks forcing unnecessarily on the articulations of the patient. Starting from a fixed frame, a succession of actuators and shells or sleeves encompassing a portion of a member of a patient can mobilize each of the patient's joints. The purpose of this document is to provide a device in which a greater number of degrees of freedom can be exploited and supported than in previous systems. The device described has 5 motorized degrees of freedom: it allows the bending / extension of the elbow and the movements of the shoulder following three degrees of freedom in rotation. This device however has many disadvantages: in this device, the humeral and ulnar rotations are performed by means of concentric outer and inner semi-cylinders in relative rotation (16 and 17 for the humeral rotation, and 20 and 21 for the ulnar rotation, respectively ) acting by means of rods (18 and 19) on an elbow shell. These mechanisms are heavy and complicated. In addition, they do not guarantee that the axis of mechanical rotation, defined by the axis of the two cylinders, coincides with the physiological axis of rotation of the patient. When using this device, the patient must be in a predefined position relative to the frame 2 of the device, the shoulder of the patient, or more precisely the point of rotation of his humeral joint, must be under the first training 25. The patient has no degree of freedom as to his position, sitting, standing or lying down. Finally, this device does not allow wrist movements. In addition, it is complex, cumbersome and difficult to implement.

[0006] Dans le cas particulier de l’hémiplégie, la vitesse de récupération motrice du membre supérieur est variable de l’extrémité proximale à l’extrémité distale. En effet, les articulations proximales récupèrent plus vite que les articulations distales. Il est donc intéressant de pouvoir d’abord rééduquer le membre en entier dans un premier stade de la rééducation. A un stade ultérieur, il peut être intéressant de cibler le travail sur les seules articulations qui nécessitent encore une aide robotisée, par exemple sur l’avant-bras et enfin sur le poignet alors que le patient a déjà récupéré une mobilité suffisante de l’épaule et du coude. Il existe donc un besoin pour un appareil permettant de mobiliser un nombre sélectionné d’articulations d’un membre du patient. Pour d’autres pathologies, tel un traumatisme du coude, un dispositif assurant la mobilisation d’un seul mouvement peut s’avérer nécessaire. Il existe donc un besoin pour un dispositif de revalidation qui laisse au thérapeute le choix des articulations qui nécessitent une assistance robotisée, et ce, en fonction de l’avancement du patient dans sa rééducation et du type d’exercice à réaliser. Cependant, la réalisation d’un dispositif présentant ces caractéristiques présente diverses difficultés. Tout d’abord, le problème du poids : alors que dans les exosquelettes connus tel celui décrit dans W02006/058442, le poids de la structure peut être reporté depuis la partie distale jusqu’à la partie proximale et au bâti fixe qui la supporte au travers de la structure elle-même et de ses actionneurs, il n’en va plus de même si l’on souhaite pouvoir sélectionner les articulations à mobiliser, par exemple uniquement les articulations distales. En effet, il peut être souhaitable de pouvoir équiper le patient avec un dispositif de mobilisation d’une articulation particulière, par exemple distale, sans que celui-ci ne soit relié à un bâti fixe via une structure qui en supporte le poids. En effet, en l’absence de composants proximaux permettant de reprendre le poids des composants distaux, ces derniers doivent être supportés par le patient lui-même. Ensuite, le problème de l’interconnectabilité : pour pouvoir fournir au patient avec une assistance robotisée pour n’importe quelle combinaison de ses articulations, la possibilité d’interconnecter et combiner les divers composants du dispositif devient une question critique, tant du point de vue ergonomique, que du point de vue du poids ou de la reprise des diverses forces de réaction.In the particular case of hemiplegia, the motor recovery rate of the upper limb is variable from the proximal end to the distal end. In fact, the proximal joints recover faster than the distal joints. It is therefore interesting to be able to re-educate the entire limb in a first stage of rehabilitation. At a later stage, it may be interesting to target the work on the only joints that still require robotic help, for example on the forearm and finally on the wrist while the patient has already recovered sufficient mobility of the shoulder and elbow. There is therefore a need for an apparatus for mobilizing a selected number of joints of a patient's limb. For other pathologies, such as an elbow trauma, a device ensuring the mobilization of a single movement may be necessary. There is therefore a need for a revalidation device that allows the therapist the choice of joints that require robotic assistance, and this, depending on the progress of the patient in his rehabilitation and the type of exercise to perform. However, the realization of a device having these characteristics presents various difficulties. First of all, the problem of weight: whereas in known exoskeletons such as that described in WO2006 / 058442, the weight of the structure can be transferred from the distal portion to the proximal portion and to the fixed frame which supports it at Through the structure itself and its actuators, it is no longer the case if one wishes to be able to select the joints to be mobilized, for example only the distal joints. Indeed, it may be desirable to equip the patient with a mobilization device of a particular joint, for example distal, without it being connected to a fixed frame via a structure that supports the weight. Indeed, in the absence of proximal components to regain the weight of the distal components, they must be supported by the patient himself. Then, the problem of interconnectability: to be able to provide the patient with robotic assistance for any combination of its joints, the possibility of interconnecting and combining the various components of the device becomes a critical issue, both from the point of view ergonomic, only from the point of view of the weight or the recovery of the various reaction forces.

[0007] Il existe donc un besoin pour un dispositif de mobilisation et de revalidation qui présente une bonne adaptabilité morphologique, et une inertie, des forces de frottement, un encombrement et un poids minimaux. Dans d’autres applications, il est également souhaitable de pouvoir choisir quels degrés de liberté d’un membre sont mobilisés : dans la réalité virtuelle augmentée et la télémanipulation avec retour d’efforts de robots, par exemple dans des applications chirurgicales ou spatiales.There is therefore a need for a mobilization device and revalidation which has good morphological adaptability, and inertia, friction forces, a size and a minimum weight. In other applications, it is also desirable to be able to choose which degrees of freedom of a member are mobilized: in augmented virtual reality and telemanipulation with feedback from robots, for example in surgical or space applications.

Résumé de l’inventionSummary of the invention

[0008] Suivant un premier aspect, l’invention se rapporte à un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d’un membre supérieur d’un patient qui comporte au moins un module choisi parmi l’ensemble comprenant un module épaule, un module bras, un module coude, un module avant-bras et un module poignet. Chacun de ces modules est adapté pour être solidarisé à une portion du membre supérieur du patient et/ou à au moins un autre module de l’ensemble.According to a first aspect, the invention relates to a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient which comprises at least one module selected from the group comprising a shoulder module, an arm module, an elbow module, a forearm module and a wrist module. Each of these modules is adapted to be secured to a portion of the upper limb of the patient and / or at least one other module of the assembly.

[0009] De préférence, le dispositif est constitué d’au moins deux modules choisis parmi ledit ensemble, ces modules étant assemblés par des moyens démontables.Preferably, the device consists of at least two modules selected from said set, these modules being assembled by dismountable means.

[0010] Le module épaule peut comporter une structure polyarticulée comportant une succession des bagues, agencées parallèlement l’une à l’autre le long d’un axe et articulées l’une à l’autre par des charnières.The shoulder module may comprise a polyarticulate structure comprising a succession of rings, arranged parallel to one another along an axis and articulated to one another by hinges.

[0011] Cette structure polyarticulée peut comporter des câbles mécaniques circulant dans des gaines, une paire de câbles commandant la rotation d’une bague par rapport à la bagues précédente dans la succession de bagues.This polyarticulate structure may comprise mechanical cables circulating in ducts, a pair of cables controlling the rotation of a ring relative to the previous rings in the succession of rings.

[0012] Le module bras (ROThum) peut comporter un arbre flexible, l’extrémité proximale de l’arbre étant commandée en rotation et permettant d’imposer une rotation à l’extrémité distale de cet arbre.The arm module (ROThum) may comprise a flexible shaft, the proximal end of the shaft being rotated and for imposing a rotation at the distal end of the shaft.

[0013] De préférence, une glissière est agencée à l’une des extrémités de l’arbre flexible pour adapter la longueur du module bras à la position et à la morphologie d’un patient.Preferably, a slide is arranged at one end of the flexible shaft to adapt the length of the arm module to the position and morphology of a patient.

[0014] Le module coude (elBOT) peut comporter une liaison pivot comportant une partie supérieure et une partie inférieure, la partie inférieure comportant une glissière supportant une coque apte à être fixée à la partie proximale de l’avant bras d’un patient. CetteThe elbow module (elBOT) may comprise a pivot connection having an upper portion and a lower portion, the lower portion having a slide supporting a shell adapted to be attached to the proximal portion of the forearm of a patient. This

[0015] Le module avant-bras (ROTuIn) peut comporter un arbre flexible, l’extrémité proximale de l’arbre flexible étant commandé en rotation et permettant d’imposer une rotation à l’extrémité distale du dit arbre.The forearm module (ROTuIn) may comprise a flexible shaft, the proximal end of the flexible shaft being rotated and for imposing a rotation at the distal end of said shaft.

[0016] De préférence, une glissière est agencée à l’une des extrémités de l’arbre flexible pour adapter la longueur du module avant-bras à la position et à la morphologie d’un patient.Preferably, a slide is arranged at one end of the flexible shaft to adapt the length of the forearm module to the position and morphology of a patient.

[0017] Le module poignet (wristIC) peut comporter une liaison pivot comportant une partie supérieure et une partie inférieure, la partie inférieure comportant une glissière supportant une coque de main apte à être fixée à la main d’un patient.The wrist module (wristIC) may comprise a pivot connection having an upper portion and a lower portion, the lower portion having a slide supporting a hand shell adapted to be attached to the hand of a patient.

[0018] Suivant un second aspect, l’invention se rapporte à un procédé d’assemblage d’un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d’un membre supérieur d’un patient qui comporte l’assemblage d’au moins deux modules choisis parmi l’ensemble comprenant un module épaule (ShouldeRO), un module bras (ROThum), un module coude (elBOT), un module avant-bras (ROTuIn) et un module poignet (wristIC).According to a second aspect, the invention relates to a method of assembling a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient which comprises the assembly of at least two modules chosen from the assembly comprising a shoulder module (ShouldeRO), an arm module (ROThum), an elbow module (elBOT), a forearm module (ROTuIn) and a wrist module (wristIC).

[0019] De préférence, l’assemblage d’un module est réalisé par insertion d’un téton comportant une gorge fraisée dans une ouverture munie d’un poussoir à ressort.Preferably, the assembly of a module is made by inserting a stud having a countersunk groove in an opening provided with a spring loaded pusher.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

[0020] La Fig. 1 représente schématiquement les 3 rotations articulaires et les 2 rotations segmentaires dans un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d’un membre supérieur d’un patient.[0020] FIG. 1 schematically represents the 3 articular rotations and the 2 segmental rotations in a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient.

[0021] La Fig.2 est une vue d’ensemble d’un module épaule d’un dispositif de mobilisation et de réhabilitation suivant l’invention.Fig.2 is an overview of a shoulder module of a mobilization and rehabilitation device according to the invention.

[0022] Les Fig.3a, 3b, 3c sont respectivement une base, un motif, et une vue d’ensemble de la structure poly-articulée d’un module épaule d’un dispositif suivant l’invention. La Fig. 3d représente un mode d’action des câbles agissant sur un motif.Figures 3a, 3b, 3c are respectively a base, a pattern, and an overview of the poly-articulated structure of a shoulder module of a device according to the invention. Fig. 3d represents a mode of action of the cables acting on a pattern.

[0023] Les Fig.4 et 5 sont respectivement une vue latérale du mode de commande des câbles agissant sur un motif, et une vue en perspective d’une partie d'un dispositif de commande agissant sur l’ensemble des câbles.Figures 4 and 4 are respectively a side view of the control mode of the cables acting on a pattern, and a perspective view of a portion of a control device acting on all the cables.

[0024] La Fig.6a représente un module bras.Fig.6a shows an arm module.

[0025] La Fig. 6b est une vue d’un dispositif de maintien dorsal.[0025] FIG. 6b is a view of a back support device.

[0026] La Fig.7 représente un module coude.Fig.7 shows a bend module.

[0027] La Fig.8 représente un module avant-bras.Fig.8 shows a forearm module.

[0028] Les Fig.9a et 9b représentent un module poignet.Figures 9a and 9b show a wrist module.

[0029] Les Fig. 10a, 10b et 10c représentent schématiquement plusieurs modes d’agencements possibles de plusieurs modules.[0029] Figs. 10a, 10b and 10c schematically show several modes of possible arrangements of several modules.

[0030] Les Fig. 11 a et 11 b représentent un mode de fixation de plusieurs modules entre eux au moyen d’un poussoir à ressort.Figs. 11a and 11b show a way of fixing several modules together by means of a spring plunger.

[0031] La Fig. 12 représente un mode d’agencement du module bras, et du module avant-bras, au module coude.[0031] FIG. 12 shows a mode of arrangement of the arm module, and of the forearm module, the elbow module.

[0032] La Fig. 13 représente un mode d’agencement du module avant-bras au module poignet.[0032] FIG. 13 shows a mode of arrangement of the forearm module to the wrist module.

Description détaillée d’un mode de réalisation de l’inventionDetailed description of an embodiment of the invention

[0033] Le dispositif de mobilisation et de réhabilitation de l’invention a la forme générale d’un exosquelette au sens où il se place le long du bras du patient, en parallèle avec sa structure anatomique. Contrairement aux exosquelettes classiques, dont la structure se déploie d’un seul tenant depuis le tronc jusqu’à la main du patient, le dispositif de l’invention est formé de cinq modules indépendants prenant en charge les mouvements des trois complexes articulaires que constituent l’épaule, le coude et le poignet, ainsi que des deux rotations segmentaires que sont la rotation ulnaire et la rotation humérale.The mobilization and rehabilitation device of the invention has the general shape of an exoskeleton in the sense that it is placed along the patient's arm, in parallel with its anatomical structure. Unlike conventional exoskeletons, whose structure unfolds in a single piece from the trunk to the patient's hand, the device of the invention is formed of five independent modules supporting the movements of the three joint complexes that constitute the shoulder, elbow and wrist, as well as two segmental rotations of ulnar rotation and humeral rotation.

Chacun de ces cinq modules peut être utilisé isolément ou en collaboration avec un ou plusieurs autres modules. On décrit ci après tout d’abord chacun des cinq modules, tels qu’ils peuvent être utilisés isolément. On décrira ensuit les modes d’utilisation conjointe des modules.Each of these five modules can be used in isolation or in collaboration with one or more other modules. First of all, each of the five modules is described below, as they can be used in isolation. The modes of joint use of the modules will be described next.

Les modules utilisés isolément Le module épaule: ShouldeROThe modules used in isolation The shoulder module: ShouldeRO

[0034] Le module permettant l’antépulsion, la rétropulsion, l’abduction et l’adduction du bras, ci après appelé « module épaule » (ShouldeRO) 105 représenté à la Fig.2 est une structure polyarticulée qui gère les deux degrés de liberté du complexe articulaire de l’épaule. La structure mécanique de ce module 105 comporte une base106 ancrée au torse du patient, à proximité de son omoplate. Cet ancrage peut être réalisé au moyen d’un dispositif de maintien dorsal 107 discuté ci-après. La base 106 est représentée à la Fig.3a. Une succession de motifs identiques, dont un exemplaire est représenté à la Fig.3b, sont composés chacun de deux bagues 108 et 108’. Deux charnières 109 et 109’ permettent d’articuler la bague 108 en rotation autour d’un axe A-A’ et deux charnières 109” et 109”’ permettent d’articuler la bague 108’ par rapport à la bague 108 en rotation autour d’un axe B-B’ perpendiculaire à l’axe A-A’. Chacune des paires de charnières donnant un degré de liberté d’environ 35°, on a déterminé qu’un dispositif comme illustré à la Fig.3c comportant 3 motifs successifs, soit six paires de charnières, permettait d’obtenir l’amplitude de mouvement souhaitée. Des câbles mécaniques 110 circulant dans des gaines 112, 112’ passent dans des ouvertures 111 pratiquées dans les bagues. Le mouvement entre deux bagues 108, 108’ représenté à la Fig.3d est créé en tirant sur l’un de ces câbles 110, le mouvement en sens inverse étant obtenu en tirant sur l’autre câble 110’.The module allowing the antepulsion, retropulsion, abduction and adduction of the arm, hereinafter referred to as "shoulder module" (ShouldeRO) 105 shown in FIG. 2 is a polyarticulate structure which manages the two degrees of freedom of the articular complex of the shoulder. The mechanical structure of this module 105 includes a base 106 anchored to the torso of the patient, near his shoulder blade. This anchoring can be achieved by means of a back support device 107 discussed below. The base 106 is shown in Fig.3a. A succession of identical patterns, a copy of which is shown in FIG. 3b, are each composed of two rings 108 and 108 '. Two hinges 109 and 109 'make it possible to articulate the ring 108 in rotation about an axis A-A' and two hinges 109 "and 109" 'make it possible to articulate the ring 108' with respect to the ring 108 in rotation around an axis B-B 'perpendicular to the axis A-A'. Each of the pairs of hinges giving a degree of freedom of about 35 °, it was determined that a device as illustrated in Fig.3c with 3 successive patterns, or six pairs of hinges, allowed to obtain the range of motion desired. Mechanical cables 110 circulating in sheaths 112, 112 'pass through openings 111 made in the rings. The movement between two rings 108, 108 'shown in Fig.3d is created by pulling on one of these cables 110, the movement in the opposite direction being obtained by pulling on the other cable 110'.

[0035] L’actionnement d’une telle structure pose cependant une série de problèmes particuliers. En se référant à la Fig.3d, on remarquera que pour une rotation d’angle ΔΘ de la charnière 109, la diminution de longueur AL! de la portion de câble 110 entre les bagues 108 et 108’ est plus importante que l’allongement correspondant AL2 du câble 110’. Les deux allongements ALi et AL2 évoluent de façon non linéaire en fonction de l’angle de rotation ΔΘ. Les déplacements à imposer aux deux câbles 110,110’ évoluent dans un rapport non constant. Or il est important que dans une paire de câbles correspondants 110,110’, les deux câbles soient en permanence sous tension. Le nombre de câbles mécaniques pour commander les deux degrés de liberté d’un motif est de quatre. Pour les trois motifs identiques successifs, nous obtenons donc un total de douze câbles et gaines à faire passer à l’intérieur de la structure et à actionner. Une solution technique consisterait à prévoir un actionneur pour chacun des câbles, ledit actionneur étant commandé suivant une loi qui respecte les contraintes précitées. Cette solution nécessiterait cependant un grand nombre d’actionneurs, ce qui nuirait à la portabilité et à au coût du dispositif. Pour éviter cela, la demanderesse a conçu un mécanisme de commande inversée, représenté schématiquement à la Fig.4. Dans celui-ci, un levier de commande 113 et un bâti fixe 114 sont articulés par des charnières pour reproduire fidèlement l’agencement des deux bagues 108, 108’ et charnières 109, 109’à commander. Les dimensions en sont identiques. Des tringles rigides 115, 115’ sont fixées au levier de commande 113 et traversent par glissement le bâti fixe 114. Les extrémités des tringles 115 et 115’ sont fixées aux extrémités proximales des gaines des câbles 112 et 112’. Les extrémités proximales des câbles 110, 110’ sont fixées au bâti 114, à proximité des points de traversées des tiges 155 et 115’ dans le bâti 114. Les gaines 112,112’ sont croisées comme indiqué sur la Fig.4. La longueur du câble 110, représentée en trait interrompu sur la figure, étant fixe, et égale à la longueur de la gaine 112 et de la tringle 115, représentée en trait pointillée, on conçoit que lors d’une rotation ΔΘ du levier de commande 113, l’allongement de la portion de tringle entre le levier de commande 113 et le bâti fixe 114 est égal à l’allongement de la portion de câble 110 entre les bagues 108 et 108. Ceci vaut également, mutatis mutandis, pour le câble 110’ et la tringle 115’. Ce mécanisme réalise donc une commande respectant la contrainte de tension permanente des deux câbles 110 et 110’ au moyen d’un seul organe de commande 113.The actuation of such a structure, however, poses a series of particular problems. Referring to Fig.3d, it will be noted that for an angle rotation ΔΘ of the hinge 109, the decrease in length AL! of the cable portion 110 between the rings 108 and 108 'is larger than the corresponding elongation AL2 of the cable 110'. The two elongations AL1 and AL2 evolve non-linearly as a function of the angle of rotation ΔΘ. The displacements to be imposed on the two cables 110, 110 'evolve in a non-constant ratio. However, it is important that in a pair of corresponding cables 110, 110 ', the two cables are permanently live. The number of mechanical cables for controlling the two degrees of freedom of a pattern is four. For the three successive identical patterns, we thus obtain a total of twelve cables and sheaths to pass through the structure and to operate. A technical solution would consist in providing an actuator for each of the cables, said actuator being controlled according to a law that respects the aforementioned constraints. This solution, however, would require a large number of actuators, which would adversely affect the portability and cost of the device. To avoid this, the Applicant has designed an inverted control mechanism, shown schematically in Fig.4. In it, a control lever 113 and a fixed frame 114 are articulated by hinges to faithfully reproduce the arrangement of the two rings 108, 108 'and hinges 109, 109' to be controlled. The dimensions are identical. Rigid rods 115, 115 'are attached to the control lever 113 and slide through the fixed frame 114. The ends of the rods 115 and 115' are attached to the proximal ends of the cable sheaths 112 and 112 '. The proximal ends of the cables 110, 110 'are fixed to the frame 114, near the crossing points of the rods 155 and 115' in the frame 114. The sheaths 112, 112 'are crossed as shown in FIG. The length of the cable 110, shown in broken lines in the figure, being fixed, and equal to the length of the sheath 112 and the rod 115, shown in dotted line, it is conceivable that during a rotation ΔΘ of the control lever 113, the elongation of the bead portion between the control lever 113 and the fixed frame 114 is equal to the elongation of the cable portion 110 between the rings 108 and 108. This also applies, mutatis mutandis, to the cable 110 'and the rod 115'. This mechanism therefore carries out a command respecting the permanent tension stress of the two cables 110 and 110 'by means of a single control member 113.

[0036] Pour réaliser l’actionnement des trois motifs successifs de la structure poly-articulée, on peut simplement grouper par trois les câbles agissant dans le même sens suivant le même axe A-A’ et B-B’ sur deux leviers de commande 113 et 113’, comme représenté à la Fig.5. Ces deux leviers de commande 113 et 113’ peuvent alors être commandés à leur tour par deux vérins électriques, pneumatiques ou hydrauliques 116 et 116’. Dans cet agencement, un même angle de rotation est imposé à chacun des trois motifs successifs de la structure. La structure prend donc une courbure constante déterminée par la position des vérins 116 et 116’.To achieve the actuation of the three successive patterns of the poly-articulated structure, one can simply group by three the cables acting in the same direction along the same axis A-A 'and B-B' on two control levers 113 and 113 ', as shown in Fig.5. These two control levers 113 and 113 'can then be controlled in turn by two electric, pneumatic or hydraulic cylinders 116 and 116'. In this arrangement, the same angle of rotation is imposed on each of the three successive patterns of the structure. The structure thus takes a constant curvature determined by the position of the cylinders 116 and 116 '.

[0037] En référence à la Fig.2, l’extrémité distale du module épaule 105 ShouldeRO se fixe à une coque de bras 120 fixée à l’extrémité distale du bras du patient, au dessus du coude, par l’intermédiaire d’une liaison prismatique (glissière) 121 et d’un joint de cardan 122 permettant de reprendre la variation de position et d’angle de l’extrémité distale du module épaule 105 en fonction des positions du bras du patient.With reference to FIG. 2, the distal end of the shoulder module 105 ShouldeRO is fixed to an arm shell 120 attached to the distal end of the patient's arm, above the elbow, via a prismatic connection (slide) 121 and a cardan joint 122 for taking up the variation of position and angle of the distal end of the shoulder module 105 as a function of the positions of the patient's arm.

[0038] À l’extrémité distale de la structure est disposé un corps d’épreuve 130 sur lequel deux ponts de mesures constitués de jauges extensométriques sont appliqués. Les signaux transmis permettent de déduire la force selon l’axe y (Fy) et la force selon l’axe z (Fz). Connaissant le modèle géométrique du robot, on en déduit les couples articulaires. Ces signaux sont transmis à un contrôleur qui commande et contrôle le processus de réhabilitation. Le module épaule décrit permet d’obtenir des angles de rotation de la structure polyarticulée de +105° à -105 dans les deux directions de l’espace, tout en appliquant un couple de 50Nm.At the distal end of the structure is disposed a test body 130 on which two measuring bridges consist of strain gauges are applied. The signals transmitted make it possible to deduce the force along the y-axis (Fy) and the force along the z-axis (Fz). Knowing the geometric model of the robot, we deduce articular couples. These signals are transmitted to a controller who controls and controls the rehabilitation process. The described shoulder module makes it possible to obtain angles of rotation of the polyarticulate structure from + 105 ° to -105 in the two directions of space, while applying a torque of 50 Nm.

Le module bras: ROThumThe arm module: ROThum

[0039] En référence à la Fig.6a, le module de rotation humérale, ci après appelé « module bras » ROThum 205 permet d’effectuer le mouvement de rotation interne/externe du bras, encore appelée rotation humérale. La structure mécanique comporte un arbre flexible 206. Un arbre flexible est un arbre de transmission capable de transmettre un couple de torsion tout en présentant une flexibilité qui permet à ses deux extrémités d’opérer dans des orientations non alignées et/ou décalées et de prendre une courbure plane ou complexe. Un arbre flexible comporte le plus souvent un ressort hélicoïdal. Pour pouvoir transmettre un couple dans les deux sens de rotation de l’arbre, il comporte également un second ressort hélicoïdal, concentrique au premier, et de pas inversé. Enfin, une gaine libre par rapport aux ressorts protège l’ensemble et son environnement. Le module bras 205 comporte une base 207 dans laquelle l’arbre est maintenu avec un degré de liberté de rotation. Cette base 207 peut coulisser dans une glissière 212. La glissière 212 peut être solidarisée à un dispositif de maintien dorsal comme décrit ci-après. Une poulie 208 est montée sur l’extrémité proximale de l’arbre 206. Des câbles 210 et 210’ circulant dans des gaines agissant sur cette poulie 208 permettent d’imprimer une rotation dans les deux sens à l’extrémité distale 209 de l’arbre flexible 206. Les câbles peuvent être commandés par un moteur électrique installé dans le bâti fixe 114.Referring to Figure 6a, the humeral rotation module, hereinafter called "arm module" ROThum 205 allows to perform the internal / external rotation movement of the arm, also called humeral rotation. The mechanical structure comprises a flexible shaft 206. A flexible shaft is a transmission shaft capable of transmitting torsional torque while having a flexibility which allows both ends to operate in non-aligned and / or staggered orientations and to take a flat or complex curvature. A flexible shaft most often includes a coil spring. To be able to transmit a torque in both directions of rotation of the shaft, it also comprises a second helical spring, concentric to the first, and not inverted. Finally, a free sheath in relation to the springs protects the whole and its environment. The arm module 205 comprises a base 207 in which the shaft is held with a degree of freedom of rotation. This base 207 can slide in a slide 212. The slide 212 can be secured to a back support device as described below. A pulley 208 is mounted on the proximal end of the shaft 206. Cables 210 and 210 'circulating in sheaths acting on this pulley 208 enable a two-way rotation to be printed at the distal end 209 of the pulley 208. flexible shaft 206. The cables can be controlled by an electric motor installed in the fixed frame 114.

[0040] L’arbre flexible 206 est placé le long de la partie inférieure du bras du patient. L’extrémité distale de l’arbre se fixe à une coque 120 fixée à l’extrémité distale du bras du patient, au dessus du coude. L’adaptabilité morphologique d’un patient à l’autre est garantie par la glissière 212 à guidage linéaire assurant un ajustement de la position du point d’ancrage de l’extrémité proximale de l’arbre 206 par glissement du bloc d’entraînement 214 dans la glissière 212. Cette glissière pourrait en variante également être adaptée à l’extrémité distale de l’arbre 206. Lors d’une rotation de l’arbre 206 imposée par le moteur électrique, une rotation humérale est imposée au bras du patient.The flexible shaft 206 is placed along the lower part of the patient's arm. The distal end of the shaft attaches to a shell 120 attached to the distal end of the patient's arm, above the elbow. Morphological adaptability from one patient to another is ensured by the linear guiding slide 212 providing adjustment of the anchor point position of the proximal end of the shaft 206 by sliding of the drive block 214 in the slideway 212. This slide could alternatively also be adapted to the distal end of the shaft 206. During a rotation of the shaft 206 imposed by the electric motor, a humeral rotation is imposed on the arm of the patient.

Lors de cette rotation, l’arbre peut, grâce à sa flexibilité, épouser le bras du patient. La glissière 212 permet d’obtenir l’ajustement en longueur nécessaire, tant lors d’une rotation appliquée à un patient donné que pour l’adaptation à des patients de taille différentes.During this rotation, the tree can, thanks to its flexibility, marry the arm of the patient. The slide 212 makes it possible to obtain the necessary length adjustment, both during a rotation applied to a given patient and for adaptation to patients of different sizes.

[0041] Le module bras 205 permet de mesurer et transmettre le couple et l'angle de rotation humérale. La mesure de couple peut être obtenue soit en mesurant le courant dans le moteur soit en plaçant un pont de mesure constitué de jauges extensométriques directement sur l’arbre flexible pour mesurer le couple de torsion transmis par l’arbre flexible ou sur un corps d’épreuve réalisé dans le support du bloc d’entraînement 214 pour mesurer le couple de réaction. La mesure de la position angulaire du bras est directement obtenue au moyen d’un codeur incrémental dont est équipé le moteur.The arm module 205 makes it possible to measure and transmit the torque and the angle of humeral rotation. The torque measurement can be obtained either by measuring the current in the motor or by placing a measuring bridge consisting of strain gauges directly on the flexible shaft to measure the torsional torque transmitted by the flexible shaft or on a body of test carried out in the support of the drive block 214 to measure the reaction torque. The measurement of the angular position of the arm is directly obtained by means of an incremental encoder which is equipped with the motor.

[0042] Le module bras 205 permet d’obtenir des angles de rotation de 95° pour la rotation interne et de 90° pour la rotation externe et ce, en assurant un couple de 26 Nm. L’utilisation d’un arbre flexible, en particulier en combinaison avec une glissière, permet de réaliser une rotation segmentaire dans un exosquelette, tout en respectant des contraintes de poids, d’encombrement, et d’adaptabilité à la morphologie du patient.The arm module 205 provides angles of rotation of 95 ° for the internal rotation and 90 ° for external rotation and this, ensuring a torque of 26 Nm. The use of a flexible shaft, in particular in combination with a slide, makes it possible to perform a segmental rotation in an exoskeleton, while respecting constraints of weight, bulk, and adaptability to the morphology of the patient.

[0043] Tant le module épaule 105 que le module bras 205 peuvent être ancrés au torse du patient au moyen d’un dispositif de maintien dorsal 107 représenté à la Fig.6b qui se porte comme un sac à dos et dispose d’un serrage ventral. Des sangles, non représentées à la Fig.6b, sont utilisées pour le serrage ventral et le support dorsal. Des plaques 140 et 140’ permettent la fixation de la base 106 du module épaule 105 tant pour le bras droit que pour le bras gauche du patient. De même, des plaques 145 et 145’ permettent la fixation de la glissière 212 du module bras 205.Both the shoulder module 105 and the arm module 205 can be anchored to the torso of the patient by means of a back support device 107 shown in Fig.6b which is worn as a backpack and has a tightening ventral. Straps, not shown in Fig.6b, are used for ventral clamping and back support. Plates 140 and 140 'allow the attachment of the base 106 of the shoulder module 105 for both the right arm and the patient's left arm. Similarly, plates 145 and 145 'allow the fixing of the slide 212 of the arm module 205.

Le module coude: elBOTThe elbow module: elBOT

[0044] Le module de flexion et extension du coude, ci après appelé « module coude » elBOT 305 est représenté à la Fig.7. La liaison pivot comporte une partie supérieure 306, qui peut être fixé à une coque 320 sur la partie distale du bras du patient, articulé à une partie inférieure 307 qui peut être fixé à une coque 314 fixée à la partie proximale de l’avant bras du patient. Une poulie 308, solidaire de la partie inférieure 307, est entraînée en rotation par un moteur électrique déporté, entraîné par des câbles 310 et 310’ circulant dans des gaines. Une glissière 312, placée entre la partie inférieure 307 du module coude 305 elBOT et la coque 314 fixée à la partie proximale de l’avant bras du patient, permet de reprendre les défauts de coaxialité entre l’axe de la liaison pivot du module coude et l’axe de l’articulation du coude du patient.The flexural modulus and extension of the elbow, hereinafter referred to as elBOT 305 elbow module, is shown in FIG. 7. The pivot connection has an upper portion 306, which can be attached to a shell 320 on the distal portion of the patient's arm, articulated to a lower portion 307 that can be attached to a shell 314 attached to the proximal portion of the forearm. of the patient. A pulley 308, integral with the lower part 307, is rotated by a remote electric motor, driven by cables 310 and 310 'circulating in ducts. A slideway 312, placed between the lower part 307 of the elbow module 305 elBOT and the shell 314 attached to the proximal portion of the patient's forearm, makes it possible to take up the coaxiality defects between the axis of the pivot connection of the elbow module. and the axis of the elbow joint of the patient.

[0045] Le module coude permet de mesurer et transmettre le couple et la position angulaire. Le couple est obtenu par un capteur de force constitué de jauges extensométriques placées en demi-pont sous le rail de la glissière. La mesure de position angulaire est obtenue au moyen d’un codeur incrémental équipant le moteur. Le module coude permet de faire faire à l’articulation transversale du coude des mouvements de flexion/extension sur une amplitude de 145° et ce, avec un couple de 30 Nm.The elbow module makes it possible to measure and transmit the torque and the angular position. The torque is obtained by a force sensor consisting of strain gauges placed in half bridge under the rail of the slide. The angular position measurement is obtained by means of an incremental encoder fitted to the motor. The elbow module makes it possible to make the transverse articulation of the elbow flexion / extension movements over an amplitude of 145 ° and this, with a torque of 30 Nm.

Rotation ulnaire: ROTuInUlnar rotation: ROTuIn

[0046] Le module de rotation ulnaire permettant la pronation et la supination ci après appelé « module avant-bras » ROTuIn 405 représenté à laThe ulnar rotation module allowing pronation and supination hereinafter called "forearm module" ROTuIn 405 shown in FIG.

Fig.8 permet d’effectuer le mouvement de pronosupination de l’avant-bras, encore appelée rotation ulnaire. La structure mécanique de ce module est constituée, comme pour le module bras, d’un arbre flexible 406 permettant de transmettre des efforts de torsion dans les deux directions. Cet arbre vient se placer le long de l’avant-bras et est actionné par un moteur électrique 408 en prise directe. L’actionnement pourrait cependant être déporté via une transmission par câbles mécaniques, comme pour le module bras, ou encore, par un autre arbre flexible. Le module avant-bras 405 utilisé seul est fixé à son extrémité proximale à une coque 314 placée sur l’extrémité proximale de l’avant bras du patient, et à son extrémité distale à une coque 514 (non représentée) fixée sur la main du patient du patient. Une glissière 412 placée entre l’extrémité proximale de l’arbre flexible 406 et la coque 314 placée sur l’extrémité proximale de l’avant bras du patient permet d’adapter la longueur du module avant-bras à la morphologie des patients, et lors de la rotation.Fig.8 makes it possible to perform the pronosupination movement of the forearm, also called ulnar rotation. The mechanical structure of this module consists, as for the arm module, of a flexible shaft 406 for transmitting torsional forces in both directions. This shaft is placed along the forearm and is actuated by a direct drive electric motor 408. The actuation could however be deported via a transmission by mechanical cables, as for the arm module, or alternatively by another flexible shaft. The forearm module 405 used alone is attached at its proximal end to a shell 314 placed on the proximal end of the patient's forearm, and at its distal end to a hull 514 (not shown) attached to the hand of the patient. patient's patient. A slide 412 placed between the proximal end of the flexible shaft 406 and the shell 314 placed on the proximal end of the forearm of the patient makes it possible to adapt the length of the forearm module to the morphology of the patients, and during the rotation.

[0047] Le module avant bras permet de mesurer et transmettre le couple et la position angulaire segmentaire. En ce qui concerne la mesure de couple, celle-ci peut être obtenue soit en mesurant le courant dans le moteur soit en plaçant un pont de mesure constitué de jauges extensométriques directement sur l’arbre flexible pour mesurer le couple de torsion transmis par l’arbre flexible, ou sur un corps d’épreuve réalisé dans le support du bloc d’entraînement pour mesurer le couple de réaction. La mesure de la position angulaire du bras est directement obtenue au moyen d’un codeur incrémental dont est équipé le moteur.The front arm module is used to measure and transmit the torque and the segmental angular position. With regard to the torque measurement, this can be obtained either by measuring the current in the motor or by placing a measuring bridge consisting of strain gauges directly on the flexible shaft to measure the torsion torque transmitted by the motor. flexible shaft, or on a test body made in the support of the drive block for measuring the reaction torque. The measurement of the angular position of the arm is directly obtained by means of an incremental encoder which is equipped with the motor.

[0048] Les amplitudes maximales atteintes s’élèvent à 85° pour la pronation et 90° pour la supination et ce, en assurant un couple de 5 Nm.The maximum amplitudes reached amount to 85 ° for pronation and 90 ° for supination and this, ensuring a torque of 5 Nm.

Module poignet: wristICWrist module: wristIC

[0049] Le module poignet wristIC 505 est représenté aux Figs.9a et 9b. La liaison pivot de ce module comporte une partie supérieure 506, qui peut être fixé à une coque 513 sur la partie distale de l’avant-bras du patient, articulé à une partie inférieure 507 qui comporte une glissière 512 qui peut être fixée à une coque 514 fixée à la main du patient. Un moteur électrique 508, solidaire de la partie supérieure 506 entraîne une vis sans fin 509, elle-même entraînant une roue dentée 510 solidaire du partie inférieure 507. L’axe de la liaison pivot se superpose à l’axe de l’articulation transversale du poignet Au vu du bras de levier apparent entre l’articulation biomécanique et le module poignet 505 wristlC, un mouvement de translation et un mouvement de rotation, tous deux passifs, doivent exister pour pouvoir garantir un déplacement angulaire entre la main et l’avant-bras. C’est pour cette raison qu’une glissière 512 munie d’un chariot à charnière 515 s’insère dans la seconde partie de la charnière. La coque 513 se fixe sur la face externe de la partie distale de l’avant-bras du patient par l’intermédiaire d’un système de sangles avec fermetures scratch (Velcro®).The wrist wrist module 505 is shown in Figs.9a and 9b. The pivot connection of this module comprises an upper portion 506, which can be attached to a shell 513 on the distal portion of the forearm of the patient, articulated to a lower portion 507 which includes a slide 512 which can be attached to a hull 514 attached to the patient's hand. An electric motor 508, secured to the upper part 506 drives a worm 509, itself driving a gear 510 secured to the lower portion 507. The axis of the pivot connection is superimposed on the axis of the transverse joint In view of the apparent lever arm between the biomechanical joint and the wrist module 505 wristlC, a translational movement and a rotational movement, both passive, must exist to be able to guarantee an angular displacement between the hand and the front. -arms. It is for this reason that a slide 512 provided with a hinged carriage 515 fits into the second part of the hinge. The shell 513 is fixed on the outer face of the distal portion of the forearm of the patient via a system of straps with Velcro® closures.

[0050] Le module poignet permet de mesurer et transmettre le couple et la position articulaire. En ce qui concerne la mesure de couple, elle est obtenue via la mise en oeuvre d’un capteur de force constitué de jauges extensométriques placée en demi-pont sur le rail 507 de la glissière 512 placée sur la partie proximale de la main. La mesure de la position angulaire du poignet est directement obtenue au moyen d’un codeur incrémental dont est équipé le moteur. Le module poignet permet de faire faire à l’articulation transversale du poignet des mouvements de flexion/extension sur une amplitude de 145° et ce, avec un couple de 3 Nm.The wrist module is used to measure and transmit the torque and the articular position. As regards the measurement of torque, it is obtained via the implementation of a force sensor consisting of strain gauges placed in half-bridge on the rail 507 of the slide 512 placed on the proximal part of the hand. The measurement of the angular position of the wrist is directly obtained by means of an incremental encoder which is equipped with the motor. The wrist module allows flexion / extension movements to be made on the transverse articulation of the wrist over an amplitude of 145 °, with a torque of 3 Nm.

Les modules utilisés conjointementThe modules used together

[0051] Les cinq modules précédemment décrits peuvent être utilisés isolément, on conjointement, selon toutes les combinaisons possibles.The five previously described modules can be used in isolation, one jointly, in all possible combinations.

[0052] Dans chacune de ces combinaisons, le module épaule 105 ShouldeRO se fixe de préférence à son extrémité proximale sur le dispositif de maintien dorsal 107 et à son extrémité distale sur la coque 120 sur la partie distale du bras du patient. L’utilisation de ce module est donc alors indépendante. En variante, le module épaule peut être assemblé au module coude ou à une coque de coude CC, en l’absence du module bras. Dans ce cas cependant, le mouvement de rotation interne/externe du bras n’est pas possible.In each of these combinations, the shoulder module 105 ShouldeRO is preferably fixed at its proximal end on the back support device 107 and at its distal end on the shell 120 on the distal portion of the patient's arm. The use of this module is then independent. Alternatively, the shoulder module can be assembled to the elbow module or a DC elbow shell, in the absence of the arm module. In this case, however, the internal / external rotation movement of the arm is not possible.

[0053] Dans chacune de ces combinaisons également, le module bras 205 ROThum se fixe toujours à son extrémité proximale sur le dispositif de maintien dorsal 107 tandis qu’à son extrémité distale : • s’il est utilisé avec le module coude 305 elBOT, il se fixe sur ce dernier; • s’il est utilisé avec le module avant-bras 405 ROTuIn sans le module coude 305 elBOT, il se fixe sur une coque de coude (CC) qui englobe tout le coude.In each of these combinations also, the arm module 205 ROThum always attaches to its proximal end on the back support device 107 while at its distal end: • if it is used with the elbow module 305 elBOT, he fixes himself on the latter; • If used with the 405 ROTuIn forearm module without the 305 elBOT elbow module, it attaches to an elbow shell (CC) that encompasses the entire elbow.

En dehors de cela, son utilisation est indépendante.Apart from this, its use is independent.

[0054] Le module coude 305 elBOT reçoit à son extrémité proximale, • s’il est utilisé avec le module épaule 105 ShouldeRO sans le module bras 205 ROThum, il reçoit la fixation du module épaule 105 ShouldeRO; • s’il est utilisé avec le module bras 205 ROThum avec ou sans le module épaule 105 ShouldeRO, il reçoit la fixation du module bras 205 ROThum; • Sinon, son utilisation est indépendante.The elbow module 305 elBOT receives at its proximal end, • if it is used with shoulder module 105 ShouldeRO without the arm module 205 ROThum, it receives the fixation of shoulder module 105 ShouldeRO; • If it is used with the 205 ROThum arm module with or without the 105 ShouldeRO shoulder module, it receives the attachment of the 205 ROThum arm module; • Otherwise, its use is independent.

Tandis qu’à son extrémité distale il reçoit: • s’il est utilisé avec le module avant-bras 505 ROTuIn, la fixation de ce dernier; • sinon, son utilisation est indépendante.While at its distal end it receives: • if it is used with the 505 ROTuIn forearm module, the fixation of the latter; • otherwise, its use is independent.

[0055] Le module avant-bras 405 ROTuIn se fixe à son extrémité proximale: • s’il est utilisé avec le module coude 305 elBOT, il se fixe sur ce dernier; • sinon, son utilisation est indépendante.The 405 ROTuIn forearm module is fixed at its proximal end: • if it is used with the 305 elBOT elbow module, it is fixed on the latter; • otherwise, its use is independent.

Tandis qu’à son extrémité distale: • s’il est utilisé avec le module poignet 505 wristIC, il se fixe sur ce dernier; • sinon, son utilisation est indépendante.While at its distal end: • If it is used with the WristIC 505 wrist module, it attaches to it; • otherwise, its use is independent.

[0056] Le module poignet 505 wristIC reçoit à son extrémité proximale: • si utilisé avec ROTuIn, il reçoit la fixation de ce dernier; • sinon, son utilisation est indépendante.The wrist module 505 wristIC receives at its proximal end: • if used with ROTuIn, it receives the fixation of the latter; • otherwise, its use is independent.

On décrit ci-après quelques modes de combinaisons préférés.Some modes of preferred combinations are described below.

[0057] La Fig. 10a représente schématiquement l’agencement des cinq modules utilisés conjointement. Le module épaule 105 ShouldeRO est agencé à la coque de bras 120. Le module bras 205 ROThum est agencé directement au module coude 305 elBOT[0057] FIG. 10a schematically represents the arrangement of the five modules used together. The 105 ShouldeRO shoulder module is arranged on the arm shell 120. The arm module 205 ROThum is arranged directly to the elbow module 305 elBOT

[0058] La Fig.10b représente schématiquement l’agencement des mêmes modules à l’exclusion du module coude elBOT. Dans ce cas, l’extrémité distale du module bras 205 ROThum et l’extrémité proximale du module avant-bras 405 ROTuIn sont fixés à une coque de coude CC, qui englobe la partie distale du bras et la partie proximale de l’avant bras du patient.Figure 10b shows schematically the arrangement of the same modules excluding elBOT elbow module. In this case, the distal end of the ROThum arm module 205 and the proximal end of the ROTuIn 405 forearm module are attached to a DC elbow shell, which encompasses the distal portion of the arm and the proximal portion of the forearm. of the patient.

[0059] La Fig. 10c représente schématiquement l’agencement des mêmes cinq modules à l’exclusion du module bras 205 ROThum. Dans ce cas, l’extrémité distale du module épaule 105 ShouldeRO peut être solidarisé soit à l’extrémité proximale du module coude 305 elBOT soit à une coque de coude (CC).[0059] FIG. 10c schematically shows the arrangement of the same five modules excluding the arm module 205 ROThum. In this case, the distal end of ShouldeRO Shoulder Module 105 can be secured either to the proximal end of the elbow 305 elbow module or to an elbow shell (CC).

[0060] Les Fig. 11 a et 11 b représentent le mode de fixation de d’un module à un autre module du dispositif de l’invention. L’un des modules comporte un téton 600, comportant une gorge fraisée 605. Le téton 600 est inséré dans une ouverture 610 pratiquée dans l’autre module à assembler.Figs. 11a and 11b show the mode of attachment of a module to another module of the device of the invention. One of the modules comprises a stud 600, having a milled groove 605. The stud 600 is inserted into an opening 610 made in the other module to be assembled.

Dans cette ouverture est disposé un poussoir à ressort 615. Lorsqu’on insère le téton 600 dans l’ouverture 610, la bille du poussoir à ressort s’engage dans la gorge 605. Le téton 600 est ainsi maintenu en place mais peut être libéré facilement par une traction dans l’axe de l’ouverture 610. Les ouvertures 610 sont orientées dans des directions différant des efforts de travail du dispositif. Un module peut comporter plusieurs ouvertures 610 et poussoirs à ressorts 615, de manière à permettre une liberté de choix d’agencement.In this opening is disposed a spring loaded plunger 615. When the stud 600 is inserted into the opening 610, the ball of the spring plunger engages in the groove 605. The stud 600 is thus held in place but can be released. easily by pulling in the axis of the opening 610. The openings 610 are oriented in directions different from the working forces of the device. A module may comprise a plurality of openings 610 and spring loaded push-buttons 615, so as to allow a freedom of choice of arrangement.

[0061] La Fig. 12 représente le mode d’agencement du module bras 205, et du module avant-bras 305, au module coude 205. Le téton 600 du module bras 205 peut s’agencer dans l’une des ouvertures 610 pratiquées dans la partie supérieure 306 du module coude elBOT. Le téton 600’ du module avant-bras ROTuIn 405 peut s’agencer dans l’une des ouvertures 610’ pratiquées dans la partie inférieure 307 du module coude elBOT.[0061] FIG. 12 shows the mode of arrangement of the arm module 205, and the forearm module 305, the elbow module 205. The stud 600 of the arm module 205 can be arranged in one of the openings 610 made in the upper part 306 of the elBOT elbow module. The pin 600 'of the ROTuIn 405 forearm module can be arranged in one of the openings 610' made in the lower part 307 of the elBOT elbow module.

[0062] La Fig.13 représente le mode d’agencement du module avant-bras 405 au module poignet 505 wristIC. Le téton 600 du module avant-bras ROTuln 405 peut s’agencer dans l’ouverture 610 pratiquée dans la partie supérieure 506 du module poignet wristlC 505. Le module épaule ShouldeRO 105 peut également être muni d’un téton 600 pour l’agencer au module de coude 305..Fig.13 shows the mode of arrangement of the forearm module 405 wrist module 505 wristIC. The nipple 600 of the ROTuln 405 forearm module can be arranged in the opening 610 made in the upper part 506 of the wristlC 505 wrist module. The shoulder module ShouldeRO 105 can also be provided with a nipple 600 for arranging it. elbow module 305 ..

[0063] Le dispositif robotisé suivant l’invention est destiné à aider les patients hémiplégiques dans leur processus de réhabilitation en leur permettant de réaliser, de manière autonome, des exercices de rééducation au niveau de leurs parties supérieures. L’approche modulaire du dispositif de l’invention offre de nombreux avantages. Le principal est de laisser au thérapeute le choix des articulations qui nécessitent une assistance robotisée, et ce, en fonction de l’avancement du patient dans sa rééducation et du type d’exercice à réaliser. Par ailleurs, le dispositif de l’invention présente une adaptabilité morphologique accrue grâce à : • L’aspect modulaire de l’exosquelette où chaque module se fixe autour d’une articulation particulière indépendamment du reste du membre; • l’approche biomécanique des différents modules pour lesquelles l’idée n’est pas de reproduire telle quelle l’articulation du patient mais bien de s’appuyer sur celle-ci en générant des efforts sur les parties du membre liées à cette dernière.The robotic device according to the invention is intended to help hemiplegic patients in their rehabilitation process by allowing them to perform, autonomously, rehabilitation exercises at their upper parts. The modular approach of the device of the invention offers many advantages. The main thing is to let the therapist choose the joints that require robotic assistance, depending on the patient's progress in his rehabilitation and the type of exercise to be performed. Furthermore, the device of the invention has an increased morphological adaptability through: • The modular aspect of the exoskeleton where each module is fixed around a particular joint independently of the rest of the limb; • the biomechanical approach of the different modules for which the idea is not to reproduce the patient's articulation as such but to rely on it by generating efforts on the parts of the member related to the latter.

Grâce au caractère modulaire, on peut utiliser le ou les modules nécessaires à la rééducation visée. On réduit ainsi le poids à supporter par le patient dont la rééducation ne requiert que un ou quelques modules. La conception mécanique des modules de l’invention permet d’obtenir des modules de poids acceptable par le patient.Thanks to the modular nature, it is possible to use the module or modules necessary for the targeted rehabilitation. This reduces the weight to be borne by the patient whose rehabilitation requires only one or a few modules. The mechanical design of the modules of the invention makes it possible to obtain modules of acceptable weight by the patient.

[0064] Les termes et descriptions utilisés ici sont proposés à titre d’illustration seulement et ne constituent pas des limitations. L’homme du métier reconnaîtra que de nombreuses variations sont possibles dans l’esprit et la portée de l’invention telle que décrite dans les revendications qui suivent et leurs équivalents. Dans celles-ci, tous les termes doivent être compris dans leur acception la plus large à moins que cela ne soit indiqué autrement. En particulier, les mesures d’efforts (couples ou forces) et de position décrits pour chacun des modules ne sont pas limités à ceux que nous présentons ici.The terms and descriptions used herein are provided for illustrative purposes only and do not constitute limitations. Those skilled in the art will recognize that many variations are possible within the spirit and scope of the invention as described in the following claims and their equivalents. In these, all terms must be understood in their broadest sense unless otherwise indicated. In particular, the force (torque or force) and position measurements described for each of the modules are not limited to those we present here.

Claims

1. Dispositif de mobilisation et de réhabilitation d’un membre supérieur d’un nattent caractérisé μ ce ou’U comporte au moins deux modulée choisi VWi WtV**W “·» W llw W V^WIlifVHW W tMVn·» DWIIM *“*»lF«Pw*fW WWIW parmi l’ensemble comprenant un module épaule (105) (ShouldeRO), un module bras (205) (ROThum), un module coude (305) (elBOT), un module aventuras (405) (ROTuIn) et un module poignet (505) (wristIC), chacun des au moine un module (105 ; 205 ; 305 ; 405 ; 505) étant adapté pour être solidarisé à une portion dudit membre supérieur et/Cu assemblé à au moine un autre module (105 ; 205 ; 305 ; 405 ; 505) de l'ensemble, l’assemblage d'un module étant réalisé par insertion d’un téton (600) comportant une goige fraisée (605) de ce module dans une ouverture (600) munie d’un poussoir à ressort (615) d’un autre module à assembler, de sorte que la biHe du poussoir à ressort (615) s'engage dans la gorge fraisée (615), le téton (600) étant ainsi maintenu en place mais pouvant être libéré par une traction.A device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a mattress characterized by the fact that it comprises at least two selected moduli WKH WKH WKH WKH WKH WKH WKH Among the package comprising a Shoulder module (105) (ShouldeRO), an arm module (205) (ROThum), an elbow module (305) (elBOT), an aventuras module (405) (ROTuIn). ) and a wrist module (505) (wristIC), each one at least one module (105; 205; 305; 405; 505) being adapted to be secured to a portion of said upper member and / Cu assembled to at least one other module (105; 205; 305; 405; 505) of the assembly, the assembly of a module being made by inserting a stud (600) having a milled goige (605) of this module into an opening (600) provided with a spring plunger (615) of another module to be assembled, so that the biHe of the spring plunger (615) engages in the milled groove (615), the stud (600) etan t kept in place but can be released by traction.

2. Le dispositif suivant la revendication 1. caractérisée en ce eue module épaule (105) (ShouldeRO) comporte une structure polyarticulée comportant une succession des bagues (106,106’) articuléee fune à fautre par des charnières (109,109’, 109”, 109’”).2. The device according to claim 1, characterized in that a shoulder module (105) (ShouldeRO) comprises a polyarticulated structure comprising a succession of rings (106, 106 ') hinged to one another by hinges (109, 109', 109 ', 109'). ").

3. Le dispositif suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la structure potyarticulée comporte des câbles (110) mécaniques circulant dans des gaines, une paire de câbles (110,110’) commandant la rotation d’une bague (108’) par rapport à la bagues (106) précédente dans la succession de bagues (108,106*).3. The device according to claim 2, characterized in that the potyarticulée structure comprises cables (110) mechanical circulating in ducts, a pair of cables (110, 110 ') controlling the rotation of a ring (108') relative to the rings (106) preceding in the succession of rings (108,106 *).

4. Le dispositif suivant fune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module bras (205) (ROThum) comporte un arbre flexible (206), l’extrémité proximale de f arbre (206) étant commandée en rotation et oermettant d’imposer une rotation à l'extrémité WVffViinsvv%lW asa " I ap® SPWvvruiwSUV« a^ ™a a æ®pap papaa^^pappp aa ™ ap^^ap^ppp®#^^p distale du dit arbre.4. The device according to any one of the preceding claims, characterized in that said arm module (205) (ROThum) comprises a flexible shaft (206), the proximal end of the shaft (206) being rotatably controlled and enabling Rotate at the end of the WVHVVHWWHUHWWHUHWWHUHWWHUHWWHUHWHUHWHGHWHGHWHGHWHGHWHGHWHHWHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH.

5. LedieposHif suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu’une glissière (212) est agencée à l'une des extrémités de l'arbre flexible (206) pour adapter la longueur du module bras (205) à la position et à la morphologie d’un patient.5. LedieposHif according to claim 4, characterized in that a slide (212) is arranged at one end of the flexible shaft (206) to adapt the length of the arm module (205) to the position and to the morphology of a patient.

6. Le dispositif suivant Tune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module coude (306) (elBOT) comporte une Saison pivot comportant une partie supérieure (306) et une partie inférieure (307), la partie inférieure (307) comportant une glissière (312) supportant une coque apte à être fixée à la partie proximale de l'avant bras d'un patient.6. The device according to any one of the preceding claims, characterized in that said elbow module (306) (elBOT) comprises a pivoting season comprising an upper part (306) and a lower part (307), the lower part (307) comprising a slide (312) supporting a shell adapted to be attached to the proximal portion of the forearm of a patient.

7. Le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module avant-bras (405) (ROTuIn) comporte un arbre flexible (406), l’extrémité proximale de l'arbre flexible (406) étant commandé en rotation et permettent d’imposer une rotation à l’extrémité distale du dH arbre.7. The device according to any one of the preceding claims, characterized in that said forearm module (405) (ROTuIn) comprises a flexible shaft (406), the proximal end of the flexible shaft (406) being controlled in rotation and make it possible to impose a rotation at the distal end of the dH shaft.

8. Le dispositif suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu’une glissière (412) est agencée à l'une des extrémités de l’arbre flexible (406) pour adapter la longueur du module avant-bras (205) à la position et à la morphologie d’un patient.8. The device according to claim 7, characterized in that a slide (412) is arranged at one end of the flexible shaft (406) to adapt the length of the forearm module (205) to the position and the morphology of a patient.

8. LedieposHif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module poignet (505) (wristiC) comporte une liaison pivot comportant une partie supérieure (506) et une parée inférieure (507), la partie inférieure comportant une glissière (512) supportant une coque de main (514) apte à être fixée à la main d’un patient.8. LedieposHif according to any one of the preceding claims, characterized in that said wrist module (505) (wristiC) comprises a pivot connection having an upper portion (506) and a lower edge (507), the lower portion having a slide (512) supporting a hand shell (514) adapted to be attached to the hand of a patient.

10. Procédé d’assemblage d’un dispositif de mobilisation et de réhabilitationd’un membre supérieur d'un patiënt caractérisé en ce qu’il comporte l’assemblage «Tau moins deux modules choisie parmi l’ensemble comprenant un module épaule (105) (8houldeRO), un module de rotation humérale (205) (ROThum), un module de coude (305) (elBOT), un module avant-bras (405) (ROTuIn) et un module de poignet (505) (wristIC). f assemblage d’un module étant réalisé par insertion d’un téton (600) comportant une gorge fraisée (605) de ce module dans une ouverture (600) munie d’un poussoir à ressort (615) d’un autre module à assembler, de sorte que la bitte du poussoir à ressort (615) s’engage dans la gorge fraisée (615), le téton (600) étant ainsi maintenu en place mais pouvant être libéré par une traction..10. A method of assembling a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient characterized in that it comprises the assembly "Tau least two modules selected from the group comprising a shoulder module (105). (8houldeRO), a humeral rotation module (205) (ROThum), an elbow module (305) (elBOT), a forearm module (405) (ROTuIn) and a wrist module (505) (wristIC). f assembling a module being made by inserting a stud (600) having a milled groove (605) of this module in an opening (600) provided with a spring plunger (615) of another module to be assembled , so that the spring pusher bite (615) engages in the milled groove (615), the stud (600) thus being held in place but can be released by pulling.