FR3110389A1 - DEFORMABLE ARTICULATION MOVEMENT ASSISTANCE STRUCTURE AND CORRESPONDING PROCESS - Google Patents
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Abstract
Il s’agit d’une structure, d’un dispositif ou exosquelette et d’un procédé d’utilisation par un utilisateur d’un exosquelette comprenant au moins une structure (1) déformable d’aide au mouvement d’articulation d’un élément du corps de l’utilisateur. La structure comprend une chaîne longiligne (2) d’éléments (3) identiques ou sensiblement identiques fixés rigidement d’un côté (4) sur un support flexible (5) et reliés entre eux de l’autre côté de façon glissante par un câble (6), ledit câble étant fixé à une de ses extrémités à un élément distal (8) de la chaîne et agencé pour être fixé à son autre extrémité (9) à des moyens de tractions sur le câble, ladite structure comprenant de plus des moyens de fixation du support flexible de part et d’autre de l’articulation dudit élément. Figure pour l’abrégé : Fig. 2This is a structure, a device or exoskeleton and a method of use by a user of an exoskeleton comprising at least one deformable structure (1) to aid in the articulation movement of a user body element. The structure comprises an elongated chain (2) of identical or substantially identical elements (3) rigidly fixed on one side (4) on a flexible support (5) and linked together on the other side in a sliding manner by a cable. (6), said cable being fixed at one of its ends to a distal element (8) of the chain and arranged to be fixed at its other end (9) to means for pulling on the cable, said structure further comprising means for fixing the flexible support on either side of the articulation of said element. Figure for the abstract: Fig. 2
Description
La présente invention concerne les structures déformables et plus particulièrement celles utilisables dans le domaine des exosquelettes, permettant d’aider au mouvement d’articulation d’un élément du corps d’un utilisateur en autorisant le soulagement des contraintes subies par cet élément (son genou, son cou, sa colonne vertébrale, ...), par exemple lors de déplacement de charges par l’utilisateur.The present invention relates to deformable structures and more particularly those usable in the field of exoskeletons, making it possible to aid the articulation movement of an element of the body of a user by allowing the relief of the stresses undergone by this element (his knee , his neck, his spine, etc.), for example when the user moves loads.
Il s’agit de systèmes mécatroniques dont les mouvements sont pilotés par ceux de l’utilisateur et qui permettent de limiter les efforts exercés sur lesdites articulations, comme par exemple celles des vertèbres notamment les vertèbres lombaires de l’utilisateur.These are mechatronic systems whose movements are controlled by those of the user and which make it possible to limit the forces exerted on said joints, such as those of the vertebrae, in particular the lumbar vertebrae of the user.
Ils peuvent être utilisés seuls ou en combinaison avec des structures exosquelettes complémentaires plus complètes permettant de manipuler des pièces pesantes ou encore pour assister le geste d’un opérateur lors d’une tâche pénible et répétitive, nécessitant une flexion au moins partielle et répétée du dos et/ou des genoux et/ou de ses chevilles etc.They can be used alone or in combination with more complete complementary exoskeleton structures making it possible to handle heavy parts or even to assist the gesture of an operator during a painful and repetitive task, requiring at least partial and repeated bending of the back. and/or knees and/or ankles etc.
Elle concerne également un exosquelette mettant en œuvre une ou plusieurs structures déformables de ce type.It also relates to an exoskeleton implementing one or more deformable structures of this type.
Elle concerne aussi un procédé d’utilisation de tels exosquelettes.It also relates to a method of using such exoskeletons.
On connait des dispositifs actionneurs à déformation basés sur des polymères déformables. On exerce une pression qui va déformer un côté du dispositif plutôt que l’autre, provoquant une courbure de l’actionneur sous l’effet de la pression.Deformation actuator devices based on deformable polymers are known. Pressure is exerted which will deform one side of the device rather than the other, causing the actuator to bend under the effect of the pressure.
Cette solution présente des inconvénients. En effet si elle permet d’être moteur dans le sens de la position fléchie (courbe) vers la position droite (plat), elle ne permet pas l’assistance dans l’autre sens. Or, il est souvent nécessaire de pouvoir également être moteur dans l’autre sens.This solution has drawbacks. Indeed if it allows to be motor in the direction of the bent position (curved) towards the straight position (flat), it does not allow assistance in the other direction. However, it is often necessary to be able to be a motor in the other direction as well.
Pour le genou par exemple le poids pour s’assoir est aussi une contrainte à gérer. Si on veut assister le mouvement en soulageant l’utilisateur lorsqu’il s’assied il faudra donc freiner le mouvement de l’articulation et être moteur dans le sens du plat vers le courbe.For the knee, for example, the weight to sit on is also a constraint to be managed. If we want to assist the movement by relieving the user when he sits down, we will therefore have to slow down the movement of the joint and be a motor in the direction of the flat towards the curve.
Pour la cheville, dans le cadre de la marche ou de la course, il convient de donner une impulsion contre la gravité qui va être, ici encore, du courbe vers le plat, mais aussi du plat vers le courbe.For the ankle, in the context of walking or running, it is necessary to give an impulse against gravity which will be, here again, from the curve towards the flat, but also from the flat towards the curve.
On connaît également des exosquelettes munis de moyens moteurs aidant la rotation de l’articulation par entrainement rotatif dans un sens ou de freinage dans l’autre.There are also known exoskeletons provided with motor means helping the rotation of the joint by rotary drive in one direction or braking in the other.
Mais cela nécessite des moteurs coûteux et complexes à commander, en complète synchronisation avec les mouvements de l’utilisateur, moteurs qui peuvent même parfois être contre productifs car pouvant être à même de contrecarrer les mouvements de ce dernier si celui-ci est trop brusque dans son déplacement.But this requires expensive and complex motors to control, in complete synchronization with the movements of the user, motors which can even sometimes be counterproductive because they can be able to thwart the movements of the latter if it is too abrupt in his move.
L’invention a pour objet de pallier ces inconvénients en fournissant une structure déformable, un exosquelette comportant une telle structure et un procédé d’utilisation d’un tel exosquelette répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique notamment en permettant d’apporter efficacement une assistance aux efforts de mise en tension/relâchement et/ou d’extension/pliage d’une articulation d’un utilisateur, tout en étant robuste et d’un coût raisonnable.The object of the invention is to overcome these drawbacks by providing a deformable structure, an exoskeleton comprising such a structure and a method of using such an exoskeleton that responds better than those previously known to the requirements of practice, in particular by making it possible to provide effectively assisting with tensioning/relaxation and/or extension/bending efforts of a user's joint, while being robust and of reasonable cost.
La structure selon l’invention va permettre d’assurer efficacement l’aide au fonctionnement d’une articulation, tout en s’adaptant facilement et/ou automatiquement à toutes les morphologies et à toutes les positions de celui-ci. L’utilisateur a une excellente sensation de confort tout en minimisant les risques de troubles musculo squelettiques et de fatigue.The structure according to the invention will make it possible to effectively provide assistance in the operation of a joint, while adapting easily and/or automatically to all morphologies and to all positions thereof. The user has an excellent feeling of comfort while minimizing the risk of musculoskeletal disorders and fatigue.
Dans ce but la présente invention propose notamment une structure déformable d’aide au mouvement d’articulation d’un élément du corps d’un utilisateur, comprenant une chaîne longiligne d’éléments identiques fixés rigidement d’un côté sur un support flexible et reliés entre eux de l’autre côté de façon glissante par un câble, ledit câble étant fixé à une de ses extrémités à un élément distal de ladite chaîne et agencé pour être fixé à son autre extrémité à des moyens de tractions sur ledit câble, ladite structure comprenant de plus des moyens de fixation du support flexible de part et d’autre de l’articulation dudit élément.For this purpose, the present invention proposes in particular a deformable structure for assisting the movement of articulation of an element of the body of a user, comprising a slender chain of identical elements rigidly fixed on one side to a flexible support and connected between them on the other side in a sliding manner by a cable, said cable being fixed at one of its ends to a distal element of said chain and arranged to be fixed at its other end to traction means on said cable, said structure further comprising means for fixing the flexible support on either side of the articulation of said element.
Dans des modes de réalisation avantageux, on a par ailleurs et/ou de plus recours à l’une et/ou à l’autre des dispositions suivantes :
- les éléments identiques de la chaine sont des pièces en forme de T dont les pieds sont fixés sur le support flexible et dont les barres sont tubulaires et agencées pour laisser passer le câble, de façon glissante ;
- le support flexible est une bande de largeur comprise entre 2 cm et 10 cm ;
- le support flexible et les éléments sont en matière plastique souple (par exemple en PTFE de faible épaisseur, < 1mmn voire 0.5 mm).In advantageous embodiments, one and/or the other of the following provisions is also and/or additionally used:
- the identical elements of the chain are T-shaped parts whose feet are fixed on the flexible support and whose bars are tubular and arranged to allow the cable to pass, in a sliding manner;
- the flexible support is a strip with a width of between 2 cm and 10 cm;
- the flexible support and the elements are made of flexible plastic material (for example in thin PTFE, < 1mmn or even 0.5 mm).
L’invention propose également un exosquelette comprenant au moins une structure déformable telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de traction sur le câble, des moyens de détection des mouvements de l’articulation et des moyens de commande de la traction ou du relâchement sur le câble en fonction du pliage ou du redressement de ladite articulation.The invention also proposes an exoskeleton comprising at least one deformable structure as described above, characterized in that it comprises traction means on the cable, means for detecting the movements of the joint and control means traction or relaxation on the cable depending on the bending or straightening of said joint.
Avantageusement les moyens de traction du câble comprennent un vérin ou un moteur rotatif.Advantageously, the cable traction means comprise a cylinder or a rotary motor.
Dans un mode de réalisation avantageux l’élément du corps de l’utilisateur est le genou de l’utilisateur, la structure déformable étant agencée pour être actionnée ou relâchée par la traction différentielle du câble pour aider au redressement ou au pliage du genou.In an advantageous embodiment, the element of the user's body is the user's knee, the deformable structure being arranged to be actuated or released by the differential traction of the cable to help straighten or bend the knee.
Également avantageusement l’élément du corps de l’utilisateur est la nuque de l’utilisateur, la structure déformable étant agencée pour être actionnée ou relâchée par la traction différentielle du câble pour aider au redressement de la tête.Also advantageously, the element of the user's body is the user's neck, the deformable structure being arranged to be actuated or released by the differential traction of the cable to help straighten the head.
Encore avantageusement l’élément du corps de l’utilisateur est la colonne vertébrale de l’utilisateur, la structure déformable étant agencée pour être actionnée ou relâchée par la traction différentielle du câble pour aider au redressement du dos.Again advantageously, the element of the user's body is the user's spine, the deformable structure being arranged to be actuated or released by the differential traction of the cable to help straighten the back.
Avantageusement des moyens de détection de l’intention de mouvement de l’utilisateur sont prévus.Advantageously means for detecting the intention of movement of the user are provided.
Les moyens de détection sont par exemple formés par un capteur à jauge de contraintes de type connu, convenablement installé et/ou programmé de façon connue en elle-même.The detection means are for example formed by a strain gauge sensor of known type, suitably installed and/or programmed in a manner known per se.
Des valeurs seuils peuvent être également prévues pour éviter les faux ordres et/ou erreurs de manipulation du fait de mouvements trop brusques de l’utilisateur.Threshold values can also be provided to avoid false orders and/or handling errors due to excessively sudden movements by the user.
L’invention propose également un procédé de mise en œuvre de l’exosquelette, tel que décrit ci-dessus.The invention also proposes a method for implementing the exoskeleton, as described above.
Elle propose aussi un procédé d’utilisation par un utilisateur, d’un exosquelette d’aide à l’articulation d’un élément du corps dudit utilisateur, comprenant :
- une étape de fixation de façon amovible de l’exosquelette sur l’élément du corps de l’utilisateur par attache de part et d’autre de l’articulation de l’élément du corps de l’utilisateur, d’une structure déformable d’aide au mouvement de ladite articulation, ladite structure comprenant une chaîne longiligne d’éléments identiques fixés rigidement d’un côté sur un support flexible et reliés entre eux de l’autre côté de façon glissante par un câble, ledit câble étant fixé à une de ses extrémités à un élément distal de ladite chaîne et fixé à son autre extrémité à des moyens de tractions sur ledit câble,
- une étape de flexion de ladite articulation de l’utilisateur et/ou une étape de dépliement de ladite articulation de façon assistée, par actionnement simultanée à la flexion ou au dépliement de l’actionneur en traction sur le câble, avec transmission de la tension par ledit câble pour rigidifier ou relâcher la chaine d’éléments identiques.It also proposes a method of use by a user of an exoskeleton to aid in the articulation of an element of the body of said user, comprising:
- a step of removably attaching the exoskeleton to the element of the user's body by attaching, on either side of the articulation of the element of the user's body, a deformable structure for assisting the movement of said articulation, said structure comprising an elongated chain of identical elements fixed rigidly on one side to a flexible support and interconnected on the other side in a sliding manner by a cable, said cable being fixed to one of its ends to a distal element of said chain and fixed at its other end to traction means on said cable,
- a step of bending said joint of the user and/or a step of unfolding said joint in an assisted manner, by simultaneous actuation with bending or unfolding of the actuator in traction on the cable, with transmission of the tension by said cable to stiffen or loosen the chain of identical elements.
Avantageusement, on détecte l’intention de mouvement de l’utilisateur par exemple par un capteur à jauge de contraintes de type connu, convenablement installé et/ou programmé, de façon à actionner le câble ou le relâcher en anticipation du mouvement.Advantageously, the intention of movement of the user is detected, for example by a strain gauge sensor of known type, suitably installed and/or programmed, so as to actuate the cable or release it in anticipation of the movement.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d’exemples non limitatifs et qui sera faite au regard des dessins qui l’accompagnent dans lesquels ::The invention will be better understood on reading the following description of embodiments given below by way of non-limiting examples and which will be made with regard to the accompanying drawings in which:
La figure 1 montre le principe d’une structure déformable 1 selon un mode de réalisation de l’invention. Cette structure peut être prévue seule ou en combinaison avec tout autre élément d’exosquelette permettant l’aide au mouvement d’un opérateur amené à se baisser et se relever régulièrement avec une charge, par exemple un exosquelette comprenant une structure dorsale comme celle qui sera décrite ci- après en référence à la figure 6.Figure 1 shows the principle of a deformable structure 1 according to one embodiment of the invention. This structure can be provided alone or in combination with any other exoskeleton element allowing movement assistance for an operator who has to bend down and get up regularly with a load, for example an exoskeleton comprising a dorsal structure like the one that will be described below with reference to Figure 6.
Le principe consiste à utiliser une chaîne longiligne 2 d’éléments identiques 3 ou sensiblement identiques (voir pour l’un ou plusieurs d’entre eux différents mais présentant néanmoins les mêmes caractéristiques fonctionnelles) fixés rigidement d’un côté 4 sur un support flexible 5 et reliés entre eux de l’autre côté de façon glissante par un câble 6 passant au travers d’un canal 7 situé dans la partie supérieure des éléments identiques du côté opposé au support.The principle consists in using a slender chain 2 of identical or substantially identical elements 3 (see for one or more of them different but nevertheless having the same functional characteristics) rigidly fixed on one side 4 to a flexible support 5 and interconnected on the other side in a sliding manner by a cable 6 passing through a channel 7 located in the upper part of the identical elements on the side opposite the support.
Le câble 6 est fixé d’un coté à un élément distal 8 de la chaîne et est agencé pour être fixé de l’autre côté 9 à des moyens de traction (non représentés) de types connus en eux même (piston ou vis différentielle par exemple).The cable 6 is fixed on one side to a distal element 8 of the chain and is arranged to be fixed on the other side 9 to traction means (not shown) of types known per se (piston or differential screw by example).
Lorsque l’on tire sur le câble les extrémités en vis-à-vis des éléments sont agencées pour venir en butée l’une contre l’autre et bloquer rigidement la chaîne par contact en compression les uns contre les autres, ce qui rend la chaîne rigide et à même de reprendre les contraintes.When the cable is pulled, the ends facing the elements are arranged to come into abutment against each other and rigidly block the chain by contact in compression against each other, which makes the Rigid chain capable of absorbing the stresses.
Un tel dispositif permet donc d’apporter efficacement une assistance aux efforts de mise en tension relâchement et/ou d’extension/pliage d’une articulation d’un utilisateur, tout en étant robuste et d’un coût raisonnable.Such a device therefore makes it possible to effectively provide assistance with tensioning, releasing and/or extending/bending efforts of a user's joint, while being robust and at a reasonable cost.
La souplesse du support et la simplicité d’utilisation de la structure permettent une excellente adaptation, facile et automatique à toutes les morphologies et toutes les positions de l’opérateur.The flexibility of the support and the ease of use of the structure allow excellent, easy and automatic adaptation to all body shapes and all operator positions.
Ici les éléments identiques 3 de la chaîne 2 sont des pièces en forme de T dont les pieds 10 sont fixés sur le support flexible 5 et dont les autres extrémités 11 (les barres des T) sont en forme de barre tubulaire évidée par un alésage central longitudinal (dans le sens de la barre) agencé pour laisser passer le câble de façon glissante.Here the identical elements 3 of the chain 2 are T-shaped parts whose feet 10 are fixed on the flexible support 5 and whose other ends 11 (the bars of the Ts) are in the form of a tubular bar hollowed out by a central bore longitudinal (in the direction of the bar) arranged to allow the cable to pass in a slippery manner.
Lors de la traction, les extrémités des barres du T adjacentes viennent en butée l’une contre l’autre ce qui rend la chaîne de la structure rigide.During traction, the ends of the adjacent T bars come into abutment against each other, which makes the chain of the structure rigid.
Le support flexible, par exemple une bande de largeur comprise entre 2 cm et 10 cm, en matériau souple et flexible, est quant à lui agencé pour s’adapter au mouvement de l’articulation, et est par exemple en matière plastique de faible épaisseur e (e < 1mm) du type PTFE, ou en caoutchouc ou équivalent.The flexible support, for example a strip of width between 2 cm and 10 cm, made of soft and flexible material, is itself arranged to adapt to the movement of the joint, and is for example made of thin plastic material. e (e < 1mm) of the PTFE type, or rubber or equivalent.
La figure 2 montre un dispositif ou exosquelette 12 sur le genou G d’un utilisateur et/ou opérateur U, comprenant une structure 13 mettant en œuvre le principe ci-dessus décrit, comprenant une bande support 14, la chaîne 15, le câble 16 passant au travers des parties supérieures 17 en forme de barre de T et des moyens de traction 18 comprenant un moteur rotatif 19 et une vis 20.FIG. 2 shows a device or exoskeleton 12 on the knee G of a user and/or operator U, comprising a structure 13 implementing the principle described above, comprising a support strip 14, the chain 15, the cable 16 passing through upper parts 17 in the form of a T bar and traction means 18 comprising a rotary motor 19 and a screw 20.
Le moteur est commandé par des moyens de détection 21 des mouvements de l’articulation et des intentions de mouvement de l’opérateur.The motor is controlled by means 21 for detecting the movements of the joint and the movement intentions of the operator.
Le dispositif comporte également des moyens de fixation sur la cuisse et la cheville de l’utilisateur, de façon connue en soi, par exemple par des bandes souples respectivement 22 et 23.The device also comprises means of attachment to the user's thigh and ankle, in a manner known per se, for example by flexible bands 22 and 23 respectively.
Les figures 3 et 4 montrent schématiquement l’application du principe ci-dessus aux vertèbres lombaires d’un utilisateur 24.Figures 3 and 4 schematically show the application of the above principle to the lumbar vertebrae of a user 24.
Dans ce mode de réalisation non limitatif et de façon à permettre la sollicitation équilibrée des lombaires lors des mouvements de l’utilisateur, il est prévu deux chaînes symétriques 25 et 26 écartées l’une de l’autre pour permettre une attache d’un coté au corps de l’utilisateur en partie haute au-dessus de chacune des fesses, et une attache de l’autre coté en partie basse sous chaque cuisse de l’utilisateur.In this non-limiting embodiment and so as to allow balanced stress on the lower back during the user's movements, two symmetrical chains 25 and 26 are provided spaced apart from each other to allow attachment on one side. to the body of the user in the upper part above each of the buttocks, and a clip on the other side in the lower part under each thigh of the user.
Dans ce mode de réalisation les deux structures utilisent le même câble 27, dont la boucle centrale passe par la poulie P, ce qui permet d’exercer des contraintes équilibrées sur les cuisses en tenant compte des torsions éventuelles du torse et/ou du dos de l’utilisateur, l’autorisant à se saisir de charges décalées par rapport à son axe de travail.In this embodiment, the two structures use the same cable 27, the central loop of which passes through the pulley P, which makes it possible to exert balanced stresses on the thighs, taking into account any torsion of the torso and/or the back of the the user, allowing him to pick up loads that are offset from his work axis.
Lorsqu’il est tiré sur le câble 27, de façon symétrique ou dissymétrique en 28 et 29, on rigidifie ou on soulage les chaînes 25 et 26, ce qui a pour effet de faire redresser le dos (flèche 30), redresser les cuisses (flèche 31), et ce faisant aider au redressement sans effort du dos de l’utilisateur, notamment lors du soulèvement du charge par ce dernier.When it is pulled on the cable 27, symmetrically or asymmetrically at 28 and 29, the chains 25 and 26 are stiffened or relieved, which has the effect of straightening the back (arrow 30), straightening the thighs ( arrow 31), and in doing so assist in the effortless recovery of the user's back, in particular when lifting the load by the latter.
Des moyens 32 et 33, de fixation des chaînes respectivement sur le dos et sur les cuisses de l’utilisateur sont prévus de façon connue en elle-même.Means 32 and 33, for fixing the chains respectively on the back and on the thighs of the user are provided in a manner known per se.
On a représenté sur la figure 5, l’application de telles chaînes aux différentes articulations d’un même utilisateur, qui va pouvoir ainsi soulager ses articulations au niveau des vertèbres cervicales (34), des vertèbres lombaires (35), des articulations des genoux (36) et/ou des chevilles(37), et ce avec des moyens actionneurs en traction formés par exemple par des petits moteurs électriques rotatifs (38) entrainant en rotation une vis à billes 39 avec écrou 40 engendrant une force de traction longitudinale T, ce qui évite ainsi un actionneur type piston plus encombrant.There is shown in Figure 5, the application of such chains to the different joints of the same user, who will thus be able to relieve his joints at the level of the cervical vertebrae (34), the lumbar vertebrae (35), the knee joints (36) and/or pins (37), and this with traction actuator means formed for example by small rotary electric motors (38) driving in rotation a ball screw 39 with nut 40 generating a longitudinal traction force T , thus avoiding a more bulky piston-type actuator.
Un système de traction par déplacement d’un chariot tracteur comme décrit en référence à la figure 7 est par exemple utilisable et/ou tel que décrit dans le document US 2016288319, avec dispositif anti rotation.A traction system by displacement of a tractor carriage as described with reference to FIG. 7 is for example usable and/or as described in document US 2016288319, with anti-rotation device.
La figure 6 montre un exosquelette 41 comprenant une structure dorsale 42 axiale (en traits interrompus) fixable de façon amovible aux épaules 43 d’un opérateur 44, de façon connue en elle-même par des bretelles 45.Figure 6 shows an exoskeleton 41 comprising an axial dorsal structure 42 (in broken lines) removably attachable to the shoulders 43 of an operator 44, in a manner known per se by straps 45.
La structure dorsale 42, axiale ou allongée autour d’un axe 42’, est équipée d’un actionneur 46, par exemple un piston vertical 47 électrique agencé pour exercer une traction verticale (flèche 48) sur une poulie centrale P via un câble 49, par exemple métallique, de liaison et de mise en tension différentielle des deux équipements latéraux 50 et 51, symétriques par rapport à la structure dorsale axiale 42.The back structure 42, axial or elongated around an axis 42 ', is equipped with an actuator 46, for example an electric vertical piston 47 arranged to exert a vertical traction (arrow 48) on a central pulley P via a cable 49 , for example metallic, for connection and differential tensioning of the two side equipment 50 and 51, symmetrical with respect to the axial back structure 42.
Chaque équipement latéral 50 et 51 est respectivement muni de moyens 52 de fixation amovible aux cuisses 53 de l’utilisateur ou opérateur 44.Each side equipment 50 and 51 is respectively provided with means 52 for removable attachment to the thighs 53 of the user or operator 44.
Ces moyens sont formés de pièces ou sangles en forme de crochet, propres à s’appuyer sur l’arrière et sur l’avant de la cuisse, avec laquelle elles sont rendues solidaires par exemple par une sangle frontale, permettant une fixation réglable et ajustée au volume de la cuisse.These means are formed of parts or straps in the form of a hook, suitable for resting on the back and on the front of the thigh, with which they are made integral for example by a frontal strap, allowing an adjustable and adjusted fixing to the volume of the thigh.
Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, la structure dorsale axiale 42 comprend de plus une partie inférieure en forme de bande élargie 54, ajustable à la taille de l’opérateur par le biais d’un ceinturon 55 de rattachement des extrémités des bretelles.In the embodiment more particularly described here, the axial dorsal structure 42 further comprises a lower part in the form of a widened strip 54, adjustable to the size of the operator by means of a belt 55 for attaching the ends of the shoulder straps .
La structure dorsale et les équipements latéraux 50 et 51 sont par ailleurs reliés entre eux par le biais du câble 49 via une pèce intermédiaire (non représentée) de liaison agencée pour être maintenue à distance des lombaires de l’utilisateur, par exemple grâce à un décalage latéral et/ou à une forme adaptée, en excroissance par rapport à au dos de l’utilisateur, et par la partie haute de la structure dorsale, par exemple recourbée vers les épaules 43 de l’utilisateur.The back structure and the side equipment 50 and 51 are also interconnected by means of the cable 49 via an intermediate connecting piece (not shown) arranged to be kept at a distance from the user's lower back, for example thanks to a lateral offset and/or in a suitable shape, protruding from the back of the user, and by the upper part of the back structure, for example curved towards the shoulders 43 of the user.
Dans le mode de réalisation de la figure 6, l’effort de traction du câble 49, est exercé par le déplacement de la poulie centrale P mobile en translation vis-à-vis de la structure dorsale 42 et les équipements latéraux 50 et 51.In the embodiment of Figure 6, the pulling force of the cable 49, is exerted by the movement of the central pulley P movable in translation vis-à-vis the back structure 42 and the side equipment 50 and 51.
La poulie P est agencée pour transmettre la tension différentielle (flèche 56) aux équipements latéraux par le câble 49, pour tirer ou relâcher de façon équilibrée sur les cuisses de l’utilisateur via les moyens 52 de fixation aux cuisses.The pulley P is arranged to transmit the differential tension (arrow 56) to the side equipment by the cable 49, to pull or release in a balanced manner on the thighs of the user via the means 52 for fixing to the thighs.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 l’exosquelette 41 comprend de plus deux structures déformables 57 (schématiquement représentée), du type décrit en référence à la figure 2, actionnée ou relâchée par la traction différentielle d’un câble 58, d’aide au redressement du genou, à l’aide d’un actionneur 59.In the embodiment of Figure 1 the exoskeleton 41 further comprises two deformable structures 57 (schematically shown), of the type described with reference to Figure 2, actuated or released by the differential traction of a cable 58, aid in straightening the knee, using an actuator 59.
On a représenté en référence à la figure 7 un autre mode de réalisation d’actionnement de la poulie centrale au niveau de la boucle centrale B du câble de de mise en tension différentielle.There is shown with reference to Figure 7 another embodiment of actuation of the central pulley at the level of the central loop B of the differential tensioning cable.
Ici le système comporte un chariot 60 différentiel qui se déplace verticalement (flèche 61) le long de d’un axe 42’’, parallèle à l’axe 42’ de la structure dorsale 42, la poulie centrale P étant d’axe vertical 42’’.Here the system comprises a differential carriage 60 which moves vertically (arrow 61) along an axis 42'', parallel to the axis 42' of the back structure 42, the central pulley P being of vertical axis 42 ''.
La poulie comprend un écrou 62 monté sur roulement à billes 63 qui tourne autour d’une vis (non représentée) actionnée en rotation par un moteur rotatif (non représenté) de façon connue en elle-même, permettant le mouvement vertical du chariot 60.The pulley comprises a nut 62 mounted on a ball bearing 63 which rotates around a screw (not shown) actuated in rotation by a rotary motor (not shown) in a manner known per se, allowing the vertical movement of the carriage 60.
Deux poulies latérales 64 renvoient le câble verticalement vers les structures 50 et 51.Two side pulleys 64 return the cable vertically to structures 50 and 51.
Enfin, la ou les structures déformables comprennent seules ou en combinaison des moyens détecteurs 80 fixés à la structure etou une structure adjacente pour détecter le mouvement de tangage par rapport à la gravité lors du redressement ou de l’annonce du redressement vertical de la structure par l’opérateur.Finally, the deformable structure or structures comprise, alone or in combination, detector means 80 fixed to the structure and/or an adjacent structure to detect the pitching movement with respect to gravity during the recovery or the announcement of the vertical recovery of the structure by the operator.
Dans le cas de l’exosquelette comprenant deux structures reliées entre elle par le même câble pour soulager les vertèbres lombaires, elle comporte aussi avantageusement des moyens de calcul 65 du couple moteur de l’actionneur en fonction du sinus de l’angle de tangage issu de moyens détecteurs 66.In the case of the exoskeleton comprising two structures interconnected by the same cable to relieve the lumbar vertebrae, it also advantageously comprises means 65 for calculating the motor torque of the actuator as a function of the sine of the pitch angle resulting detector means 66.
Ces moyens comprennent par exemple un accéléromètre et des potentiomètres 67 chacun associée à une hanche de l’opérateur et agencés pour être activés en même temps pour renseigner les moyens de calcul sur l’angle de tangage issu des moyens détecteurs.These means comprise for example an accelerometer and potentiometers 67 each associated with a hip of the operator and arranged to be activated at the same time to inform the calculation means of the pitch angle from the detector means.
Avantageusement l’exosquelette comporte de plus des moyens 68 de détection de l’intention et/ou du mouvement de l’opérateur comprenant un capteur à jauges de contrainte de type connu, convenablement installé et/ou programmé, par exemple communiquant en wi-fi avec les moyens de calcul et placé sur les cuisses et où les pieds de l’opérateur (non représentés).Advantageously, the exoskeleton further comprises means 68 for detecting the intention and/or the movement of the operator comprising a strain gauge sensor of known type, suitably installed and/or programmed, for example communicating via wi-fi with the means of calculation and placed on the thighs and where the feet of the operator (not shown).
On va maintenant décrire le fonctionnement des structures de l’exosquelette par un utilisateur en référence à la figure 6, appliquées au dos et aux deux genoux.We will now describe the operation of the structures of the exoskeleton by a user with reference to FIG. 6, applied to the back and to the two knees.
Mais il va de soi, que l’installation et le fonctionnement se dérouleront de façon similaire dans le cas des autres applications envisagées.But it goes without saying that the installation and operation will take place in a similar way in the case of the other applications envisaged.
L’opérateur 4 met tout d’abord en place les deux structures sur ses cuisses et ses chevilles correspondantes, et fixe les lanières. Il met ensuite en place le reste de l’exosquelette sur ses épaules et fixe les bretelles et la ceinture.Operator 4 first puts the two structures in place on his thighs and his corresponding ankles, and attaches the straps. He then puts the rest of the exoskeleton on his shoulders and attaches the straps and the belt.
Il initialise ensuite le calculateur et la centrale inertielle puis se positionne pour déplacer la charge et/ou effectuer la tâche qui lui est assignée et qui nécessite le renforcement.He then initializes the computer and the inertial unit and then positions himself to move the load and/or perform the task assigned to him and which requires the reinforcement.
Pour ce faire il plie les genoux et/ou se penche en avant, par exemple pour saisir une charge. Dès qu’il plie les genoux (utilisation des potentiomètres sur les hanches et/ou plie le thorax (utilisation d’une centrale inertielle, pour récupérer le tangage la centrale étant agencée de façon connue en elle-même pour transmettre son orientation par rapport à la direction de la gravité terrestre à travers une matrice de rotation), la structure d’aide se met en œuvre.To do this, he bends his knees and/or leans forward, for example to grab a load. As soon as he bends his knees (use of the potentiometers on the hips and/or bends the thorax (use of an inertial unit, to recover the pitch, the unit being arranged in a way known in itself to transmit its orientation with respect to the direction of earth's gravity through a rotation matrix), the help structure comes into play.
En effet dès qu’ils commencent à bouger ne serait-ce que de quelques millimètres, pour changer son assiette, et/ou pour se baisser et prendre l’objet, l’exosquelette relâche le câble pour lui donner la souplesse nécessaire, la charge est alors saisie puis alors que l’opérateur amorce le mouvement de remontée l’exosquelette réagit et en faisant remonter le point central de la boucle mais en tension la poulie P, et les câbles des genoux pour aider et soulager le redressement des articulations.In fact, as soon as they begin to move even a few millimeters, to change their attitude, and/or to bend down and pick up the object, the exoskeleton releases the cable to give it the necessary flexibility, the load is then gripped then as the operator initiates the ascent movement the exoskeleton reacts and by making the central point of the loop go up but in tension the pulley P, and the cables of the knees to help and relieve the straightening of the joints.
La centrale inertielle et/ou les potentiomètres, sont informés du tangage et adaptent les efforts de traction sur les câbles pour permettre à l’opérateur de se relever sans effort avec la charge.The inertial unit and/or the potentiometers are informed of the pitch and adapt the pulling forces on the cables to allow the operator to stand up effortlessly with the load.
Il peut ensuite se déplacer sans difficulté et notamment sans être encombré, pour replacer la charge à l’endroit de sa destination en utilisant l’exosquelette de façon symétrique pour limiter cette fois-ci les efforts sur ces lombaires et les articulations de ses hanches et/ou de ses genoux comme décrit ci-avant.He can then move without difficulty and in particular without being encumbered, to replace the load at the place of his destination by using the exoskeleton in a symmetrical way to limit this time the efforts on these lumbar and the joints of his hips and /or his knees as described above.
Comme il va de soi et comme il résulte d’ailleurs de ce qui précède la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation plus particulièrement décrits mais en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où le reste de l’exosquelette associés aux structures déformables selon l’invention sont de compositions différentes, connues de l’homme du métier.As goes without saying and as results moreover from the foregoing, the present invention is not limited to the embodiments more particularly described but on the contrary embraces all the variants thereof and in particular those where the rest of the exoskeleton associated with the deformable structures according to the invention are of different compositions, known to those skilled in the art.
Claims (11)
- une étape de fixation de façon amovible de l’exosquelette sur l’élément du corps de l’utilisateur par attache de part et d’autre de l’articulation de l’élément du corps de l’utilisateur, d’une structure déformable d’aide au mouvement de ladite articulation, comprenant une chaîne longiligne d’éléments identiques fixés rigidement d’un côté sur un support flexible et reliés entre eux de l’autre côté de façon glissante par un câble, ledit câble étant fixé à une de ses extrémités à un élément distal de ladite chaîne et fixé à son autre extrémité à des moyens de tractions sur ledit câble,
- une étape de flexion de ladite articulation de l’utilisateur et/ou une étape de dépliement de ladite articulation de façon assistée, par actionnement simultanée à la flexion ou au dépliement de l’actionneur en traction sur le câble, avec transmission de la tension par ledit câble pour rigidifier ou relâcher la chaine d’éléments identiques.Method of use by a user of an exoskeleton for assisting the articulation of an element of the body of said user, comprising
- a step of removably attaching the exoskeleton to the element of the user's body by attaching, on either side of the articulation of the element of the user's body, a deformable structure movement aid for said articulation, comprising a longilinear chain of identical elements fixed rigidly on one side to a flexible support and interconnected on the other side in a sliding manner by a cable, said cable being fixed to one of its ends to a distal element of said chain and fixed at its other end to traction means on said cable,
- a step of bending said joint of the user and/or a step of unfolding said joint in an assisted manner, by simultaneous actuation with bending or unfolding of the actuator in traction on the cable, with transmission of the tension by said cable to stiffen or loosen the chain of identical elements.
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