WO2019219863A1 - Dispositif support pour bras mecanique d'exosquelette - Google Patents

Dispositif support pour bras mecanique d'exosquelette Download PDF

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WO2019219863A1
WO2019219863A1 PCT/EP2019/062715 EP2019062715W WO2019219863A1 WO 2019219863 A1 WO2019219863 A1 WO 2019219863A1 EP 2019062715 W EP2019062715 W EP 2019062715W WO 2019219863 A1 WO2019219863 A1 WO 2019219863A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
arm
forearm
support
pivot
pivot connection
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/062715
Other languages
English (en)
Inventor
Fabien TOURNEUX
Martin JOUET-PASTRE
Kevin LEBEL
Original Assignee
Ergosante Technologie
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Filing date
Publication date
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Application filed by Ergosante Technologie filed Critical Ergosante Technologie
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure

Definitions

  • the present invention is in the field of assistance to human effort, and in particular in the context of handling assistance for both punctual and repetitive tasks.
  • exoskeletons have been developed to improve the working conditions of a service operator. Exoskeletons find application in a multitude of fields of activity such as industry, mechanical maintenance (automotive, aeronautical, railway, naval etc.), handling, health, building etc.
  • the exoskeleton is a mechanical structure that doubles the structure of the human skeleton and can be used to impart physical abilities that it does not have, or to support the body to reduce fatigue.
  • the exoskeleton may be adapted to equip the lower and / or upper limbs of an operator.
  • the robotic exoskeleton and the passive exoskeleton also referred to as the "ergo skeleton".
  • the passive exoskeleton does not seek to increase the strength of the operator who wears it, but aims to reduce the efforts of the operator.
  • the passive exoskeleton is part of a process of reducing the arduousness when performing repetitive and / or binding work while preventing the occurrence of musculoskeletal disorders (MSD).
  • MSD musculoskeletal disorders
  • the systems proposed in the prior art generally provide a receiving device which includes a receiving structure, generally referred to as a "gutter” in or on which the forearm is , the arm (schematically the brachial biceps) is placed.
  • the receiving device is secured to an exoskeleton arm.
  • Devices of this type are often called "interfaces”.
  • An object of the invention is to provide a support device for an exoskeleton arm for limiting TMS while being effective in several work positions, including arm close to the body, arm raised and arm extended.
  • an upper limb support device for a mechanical arm adapted to support an upper limb of a user, the support device comprising
  • a support base configured to be connected to said mechanical arm
  • a forearm receptacle configured to receive a user's forearm
  • a mechanism of joints configured to articulate the support base and the forearm receptacle so as to allow flexion / extension of the elbow, and an arm receptacle configured to receive a user arm.
  • the support device according to the invention can also be called an "interface”.
  • the hinge mechanism is configured to implement at least one rocking pivot and at least one bending pivot / extension of the bend.
  • the device according to the invention makes it possible to have both a support for the arm and a support for one forearm allowing to benefit from a comfort both in arm close to the body and in arm raised.
  • the device according to the invention comprises a mechanism of joints and a support base for balancing mechanical stresses in a stretched arm.
  • the device according to the invention makes it possible to distribute the force of the mechanical arm on the arm and on the forearm; to bring the effort to the center of a rocker located near the elbow joint; to fix a hinge, preferably in pivot, on each side of the rocker.
  • pivot support, forearm and arm connections are arranged along parallel axes; and or -
  • the connecting piece is in two parts hinged together by an internal pivot connection allowing an internal rotation of the forearm relative to the arm; and or
  • the internal pivot connection is arranged along an axis perpendicular to those of said pivot support, forearm and arm links; and or
  • the support pivot connection is in the middle of the forearm pivot connection and the arm pivot connection;
  • the internal pivot connection or projection thereof is closer to the forearm pivot connection than to the arm pivot connection;
  • At least one of said pivot links is configured to be arranged on an inner or preferably an outer side of the upper limb.
  • the invention furthermore relates to an exoskeleton, in particular a passive exoskeleton, comprising a support device according to the invention and a mechanical arm connected to said support device.
  • Another object of the invention relates to a workstation comprising a support device according to the invention and a mechanical arm connected to said support device.
  • Figure 1A is a diagram of a device according to the prior art with a forearm gutter only;
  • FIG. 1B is a diagram of a device according to the prior art with a gutter only;
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams of a device according to the invention in several use situations;
  • FIG. 3 is a view in the space against the dive and back, a device according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a view in the space against the plunge and from the front of the device of Figure 3;
  • FIG. 5 is a bottom view of the device of Figures 3 and 4;
  • FIG. 6 is a left view of the device of Figures 3 to 5;
  • FIG. 7 is a front view of the device of FIGS. 3 to 6;
  • FIG. 8 is a rear view of the device of FIGS. 3 to 7;
  • FIG. 9 is a perspective view of a second variant of a device according to the invention.
  • the invention relates to a support device 5 for an exoskeleton arm 6. It is more particularly a passive exoskeleton or "ergo skeleton", that is to say a non-robotic system, but allowing mechanically handling assistance for both specific and repetitive tasks, in order to improve the working conditions of a user.
  • the support device 5 is configured to be secured to an exoskeleton mechanical arm 6.
  • the mechanical arm 6 can be connected to a structure of the exoskeleton or to a base on a workstation.
  • the exoskeleton or base is then adapted to support an upper limb of the user via the support device 5.
  • At least one section, in particular one end, of the mechanical arm 6, connected to the support device 5, is configured to be disposed below the upper limb of the user when he is raised, and / or facing the elbow of the user.
  • the support device 5 comprises a support base 7 configured to be connected to said mechanical arm 6.
  • the support base 7 is configured to be secured to the mechanical arm 6 for example by a screw system, rivets or a pivot connection.
  • At least a first pivot connection 8 is provided at the connection of the support base 7 with the mechanical arm 6.
  • the support base 7 comprises a central bore 8a for the pivot connection 8 with the mechanical arm 6 , and two lateral bores 8b, 8c for attachment to the mechanical arm 6.
  • the central bore 8a receives a pin to form the pivot connection 8.
  • the first pivot connection 8 is preferably perpendicular to a longitudinal axis 9 of the device 5. More particularly, the first pivot connection 8 is configured to be perpendicular to a central axis of a stretched arm equipped with the device 5, which is particularly confused. to axis 9.
  • the support base 7 preferably has a flattened bar shape. This arrangement makes it possible to limit the size of this part.
  • the support bar 7 preferably has a curved shape, more preferably about 90 degrees.
  • the curved shape makes it possible to have one end of the support base 7 below the elbow of the user, and another end on one side of the user's elbow, preferably on the outer side. The end disposed on the side, in particular external, makes it possible to arrange the articulations of the device 5 for a better maneuverability without having to duplicate the structure of the device 5.
  • At least one second pivot connection 10 is provided at the connection of the support base 7 with the rest of the device.
  • the support base 7 comprises a bore 10a for the pivot connection 10 with the rest of the device.
  • the bore 10a receives a pin to form the pivot connection 10.
  • the second pivot connection 10 is preferably perpendicular to the longitudinal axis 9 of the device 5 (in extended position as in FIG. 3 for example), and to the axis of the first pivot connection 8.
  • the support base can then be the mechanical part on which the pivot connection 10 is provided.
  • the rest of the support device 5 includes receptacles 11, 12 generally called gutters.
  • the support device 5 includes a forearm receptacle 11 configured to receive a user's forearm.
  • the receptacle (11, 12) comprises at least one rigid structure (11a, 12a), for example steel, supporting the weight of the corresponding section of the upper limb and loads carried in use.
  • the receptacle (11, 12) comprises a flexible structure (11b, 12b), for example fabric or elastomer, configured to allow adjustment of the device 5 to the corresponding section of the upper limb of the user, with a fastening system.
  • the receptacle (11, 12) preferably includes a lateral projection 13 configured to mate, preferably indirectly, with the support base 7.
  • the side projection 13 preferably includes at least one bore 14a, 14b to form a third pivotal connection (15a, 15b).
  • the side projection 13 includes two lateral bores 14a, 14b surrounding a coupling structure forming the pivot connection.
  • a remote bore 14a of the remainder of the receptacle is through and a close bore 14b is blind.
  • a pin is preferably provided between the remote bore 14a, the coupling structure and the close bore 14b.
  • the support device further comprises a hinge mechanism 16 configured to articulate the base support 7 and the forearm receptacle 11 so as to allow flexion and / or extension of the elbow of said upper limb.
  • the articulation mechanism 16 comprises at least two joints by pivot connection which extend along two axes parallel to one another.
  • the axes of the pivot links are preferably perpendicular to the axis 9 of the upper limb supported by the support device 5.
  • the support device further includes an arm receptacle 12 configured to receive a user arm.
  • the term "arm” should be understood literally, that is, the proximal portion of the upper limb including the biceps.
  • the arm receptacle 12 preferably includes the features described below for the forearm receptacle 11.
  • the articulation mechanism 16 is further configured to articulate the support base 7 and the arm receptacle 12 so as to allow said flexion / extension.
  • the hinge mechanism 16 is configured to implement at least one rocker pivot 10 and at least one bending pivot / extension 15a, 15b, preferably a rocker pivot 10 at the bend and a pivot of flexion / extension 15a and / or 15b at each receptacle 11, 12.
  • the device according to the invention makes it possible to have both a support for the arm and a support for one forearm allowing to benefit from a comfort both in arm close to the body and in arm raised.
  • the device 5 according to the invention comprises a hinge mechanism 16 and a support base 7 for balancing the mechanical stresses in a stretched arm.
  • the device according to the invention makes it possible to distribute the force of the mechanical arm 6 on the arm and on the forearm; to bring the effort to the center of a rocker located near the elbow joint; to fix a hinge, preferably in pivot, on each side of the rocker.
  • FIG. 2A illustrates a use of the device 5 according to the invention with the arm in the air. In this configuration, the support of the upper limb is almost done on the arm.
  • Figure 2B illustrates a use of the device 5 according to the invention with the arm forward and slightly bent. In this configuration, the effort is balanced around the elbow.
  • Figure 2C illustrates a use of the device 5 according to the invention with the arm close to the body. In this configuration, support of the upper limb is practically only on the forearm.
  • the device according to the invention makes it possible to have a better comfort of use not only during stains carried out with the arm close to the body of the user, but also during stains carried out with the arms raised by exeirqple with the hands above the level of the head, while significantly limiting the risk of MSDs that could be related for example to a shoulder elevation or mechanical stress on the user's elbow joint.
  • the hinge mechanism comprises a connecting piece 17.
  • the connecting piece allows to provide several joints between the different parts of the device 5, in particular pivot connections.
  • the support base can then be the connecting piece 17.
  • the connecting piece 17 preferably takes the support pivot connection 10 between the connecting piece 17 and the support base 7.
  • This support pivot connection 10 is preferably made on the bore 10a described above, perpendicular to the longitudinal axis 9 passing through the middle of the two receptacles 11, 12 (when aligned), said central axis.
  • This central axis can be defined as an axis of the upper limb when the elbow is stretched.
  • a pin is preferably provided, but it can be consider that the connecting piece 17 or the end of the support base 7 comprises a protuberance configured to form the support pivot connection 10.
  • the connecting piece 17 preferably comprises a forearm pivot connection 15a between the connecting piece 17 and the forearm receptacle 11.
  • This forearm pivot connection 15a is preferably made on the bore 14a, 14b described above, laterally to the axis 9 passing through the middle of the two receptacles 11, 12.
  • a pin is preferably provided, but it is possible to consider that the connecting piece 17 or the lateral projection 13 of the receptacle 11cqqenne a protuberance configured to form the pivot connection 15a.
  • the connecting piece 17 preferably comprises an arm pivot connection 15b between the connecting piece 17 and the arm receptacle 12.
  • This connection 15b is preferably identical to that 15a of the forearm receptacle 11.
  • each of said pivot connection 10, 15a, 15b is in an axis perpendicular to the central axis 9.
  • said pivot links 10, 15a, 15b are in parallel axes between them to allow said bending / extension. More preferably, said pivot links are coplanar.
  • this arrangement makes it possible to optimize the tilting system and the distribution of forces on the arm or on the forearm according to the work situation. This configuration can be clearly illustrated in Figure 8.
  • the support pivot connection 10 is in the middle of the forearm pivot connections 15a and 15b arm. This configuration makes it possible to better balance the forces on the arm or on the forearm by limiting the effects of adverse levers to the comfort of use.
  • the connecting piece 17 is in two parts 17a, 17b hinged together by an internal pivot connection 18 allowing internal rotation of the forearm relative to the arm.
  • a pin is preferably provided to form the pivot connection as illustrated in FIGS. 3 to 8. This configuration makes it possible to improve the comfort of use when the user needs to move his forearms towards each other. other, towards the inside of the body. This is notably due to the addition of an additional degree of freedom. We will talk about handling in a direction transverse to the sagittal plane of the user.
  • the internal pivot connection 18 is arranged along an axis perpendicular to the axes of the support pivot connections 10, forearm 15a and arm 15. More generally, the axis of the internal pivot connection 18 is perpendicular to the central axis 9 of the device 5.
  • the device 5 when the device 5 is unfolded, in particular for a stretched upper limb, more particularly with reference to the internal pivot connection 18, the latter is closer to the forearm pivot link 15a than to the link arm pivot 15b.
  • the projection thereof is closer to the forearm pivot connection 15a than to the arm pivot connection 15b.
  • the internal pivot connection 18 is as close as possible to the elbow in order to prevent slippage of the arm or of the forearm in the corresponding gutter. It is possible to envisage a configuration (not shown) of the device with two internal pivot links on either side of the support pivot connection. This arrangement makes it possible to further improve handling in the horizontal plane.
  • the arm pivot connections 15a and the forearm links 15b are arranged more closely to the central axis 9 than the support pivot link 15.
  • this arrangement makes it possible to significantly limit the sliding of the upper limb in 1 'interface during internal rotation.
  • the connecting piece has a concavity in the direction of the central axis to accentuate this effect.
  • This arrangement can be illustrated by FIGS. 4 and 5.
  • this arrangement makes it possible to provide a clearance to prevent the bend from striking the connecting piece 17 during the internal rotation.
  • the pivot connection 15a connects the connecting piece 17, 17b to the forearm receptacle 11 through an offset segment 19.
  • a first end the offset segment 19 forms the pivot connection 15a with the connecting piece 17, 17b.
  • the second end of the offset segment 19 carries the forearm receptacle 11.
  • the offset segment 19 forms a balance of the forearm receptacle 11.
  • the offset segment 19 connects the forearm receptacle 11 through a pivot connection 20.
  • pivot connection 20 has a rotation axis perpendicular to the axis of rotation of pivot link 15a connecting connecting segment 17, 17b and the segment of deportation 19.
  • the pivot connection 20 improves the tracking of the upper limb support device 5 in the internal rotational movements of the shoulder and / or flexion of the user's elbow.
  • pivot links 15a, 15b are cantilevered with respect to the connecting piece 17, 17a, 17b, so as to reduce the bulk of the upper limb support device 5. This reduction of the bulk contributes to reduce the risk of collision with the user 's environment.
  • An internal upper limb device may be envisioned, for example wherein at least one, or preferably all, of said pivot links 10, 15a and 15b (and preferably 18) are configured to be arranged on an inner side of the upper limb.
  • a device external to the upper limb for example in which at least one, or preferably all, of said pivot links 10, 15a and 15b (and preferably 18) are configured to be arranged on an outer side of the upper limb.
  • the invention furthermore relates to an exoskeleton, in particular a passive exoskeleton, comprising a support device 5 as described above, and a mechanical arm 6 connected to said support device 4.
  • an exoskeleton has the advantages already discussed for the support device 5.
  • Another object of the invention relates to a workstation comprising a support device 5 as described above, and a mechanical arm 6 connected to said support device.
  • An exemplary workstation with an exoskeleton arm is known to those skilled in the art.
  • the invention aims to add a support device according to the invention to the arm 6 of the workstation.
  • Such a workstation has the advantages already discussed for the support device 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif support de membre supérieur (5) pour un bras mécanique (6) adapté à supporter un membre supérieur d'un utilisateur, le dispositif support (5) comprenant : - une base support (7) configurée pour être connectée audit bras mécanique (6), - un réceptacle d'avant-bras (11) configuré pour recevoir un avant-bras d'utilisateur, et - un mécanisme d'articulations (10, 15a, 15b, 17) configuré pour articuler la base support (7) et le réceptacle d'avant-bras (11) de sorte à autoriser une flexion/extension du coude, caractérisé par - un réceptacle de bras (12) configuré pour recevoir un bras d'utilisateur, le mécanisme d'articulations (10, 15a, 15b, 17) étant en outre configuré pour articuler la base support (7) et le réceptacle de bras (12) de sorte à autoriser ladite flexion/extension. L'invention concerne également un exosquelette et un poste de travail correspondants.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Dispositif support pour bras mécanique d' exosquelette
La présente invention entre dans le domaine de l'assistance à l'effort humain, et notamment dans le cadre de l'assistance à la manutention tant pour des tâches ponctuelles que répétitives.
Dans cette optique, des exosquelettes ont été développés pour améliorer les conditions de travail d' un opérateur de service . Les exosquelettes trouvent une application dans une multitude de domaines d'activité tels que l'industrie, la maintenance mécanique (automobile, aéronautique, ferroviaire, navale etc.), la manutention, la santé, le bâtiment etc.
L' exosquelette est une structure mécanique qui double la structure du squelette humain et pouvant être utilisée pour lui conférer des capacités physiques qu'il n'a pas ou plus, ou pour soutenir le corps en vue de limiter la fatigue. L' exosquelette peut être prévu pour équiper les membres inférieurs et/ou supérieurs d'un opérateur .
On peut distinguer principalement deux types d' exosquelette , l' exosquelette robotisé et l' exosquelette passif également désigné sous le terme « ergo squelette ». Contrairement à l' exosquelette robotisé, l' exosquelette passif ne cherche pas à augmenter la force de l'opérateur qui le porte, mais vise à diminuer les efforts de l'opérateur. En effet, l' exosquelette passif s'inscrit dans une démarche de diminution de la pénibilité lors de la réalisation de travaux répétitifs et/ou contraignants tout en prévenant l'apparition de troubles musculosquelettiques (TMS) .
Dans le cadre d'une application d' exosquelette pour membre supérieur, les systèmes proposés dans l'art antérieur prévoient généralement un dispositif de réception qui coirqprend une structure de réception, généralement appelée « gouttière » dans ou sur laquelle soit l'avant-bras, soit le bras (schématiquement le biceps brachial) est posé. Le dispositif de réception est solidarisé à un bras d' exosquelette . Les dispositifs de ce type sont souvent appelés des « interfaces ».
Malheureusement ces systèmes de sont pas suffisamment satisfaisants. En effet, l'utilisation d'une connexion de bras d' exosquelette à un avant-bras uniquement, bien qu'utile lors de taches effectuées avec le bras près du corps de l'utilisateur, lorsque le bras est tendu et qu'une charge lourde 1 est portée, le système 2 a tendance à engendrer une élévation de l'épaule 3. Cette configuration peut être illustrée par la figure IA. Ceci peut aboutir, à termes, à des augmentations de troubles musculosquelettiques (TMS) .
En outre, l'utilisation d'une connexion de bras d' exosquelette à un bras uniquement, bien qu'utile lors de taches effectuées avec les bras levés par exeirqple avec les mains au-dessus du niveau de la tête, lorsque le bras est tendu et qu'une charge lourde 1 est portée, le système 2a engendre une contrainte iirqportante sur l'articulation du coude 4 de l'utilisateur, pouvant là aussi aggraver les TMS. Cette configuration peut être illustrée par la figure IB.
Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif support pour un bras d' exosquelette permettant de limiter les TMS tout en étant efficace dans plusieurs positions de travail, notamment en bras près du corps, en bras levé et en bras tendu.
Pour ce faire est proposé un dispositif support de membre supérieur pour un bras mécanique adapté à supporter un membre supérieur d'un utilisateur, le dispositif support comprenant
- une base support configurée pour être connectée audit bras mécanique ,
- un réceptacle d'avant-bras configuré pour recevoir un avant- bras d'utilisateur,
- un mécanisme d' articulations configuré pour articuler la base support et le réceptacle d' avant-bras de sorte à autoriser une flexion/extension du coude, et un réceptacle de bras configuré pour recevoir un bras d' utilisateur .
Le dispositif support de membre se caractérise en ce que le mécanisme d' articulations comprend une pièce de liaison comportant
- une liaison pivot de support entre la pièce de liaison et la base support ,
- une liaison pivot d'avant-bras entre la pièce de liaison et le réceptacle d' avant-bras , et
- une liaison pivot de bras entre la pièce de liaison et le réceptacle de bras,
lesdites liaisons pivot de support, d'avant-bras et de bras autorisant ladite flexion/extension.
Le dispositif support selon l'invention peut aussi être appelé une « interface » .
En particulier, le mécanisme d'articulation est configuré pour mettre en œuvre au moins un pivot à bascule et au moins un pivot de flexion/extension du coude .
Avantageusement, le dispositif selon l'invention permet d'avoir à la fois un support pour le bras et un support pour 1 ' avant-bras permettant de bénéficier d' un confort à la fois en bras près du corps et en bras levé. En outre, le dispositif selon l'invention comprend un mécanisme d' articulations et une base support permettant d'équilibrer les contraintes mécaniques en bras tendu.
Plus particulièrement, le dispositif selon l'invention permet de répartir l'effort du bras mécanique sur le bras et sur l'avant- bras ; d'amener l'effort au centre d'une bascule située proche de l'articulation du coude ; de fixer une articulation, de préférence en pivot, de chaque côté de la bascule.
Selon d'autres aspects pris isolément ou combinés selon toutes les combinaisons techniquement réalisables :
- lesdites liaisons pivot de support, d'avant-bras et de bras sont agencées suivant des axes parallèles ; et/ou - la pièce de liaison est en deux parties articulées entre elles par une liaison pivot interne autorisant une rotation interne de l'avant-bras par rapport au bras ; et/ou
la liaison pivot interne est agencée suivant un axe perpendiculaire à ceux desdites lesdites liaisons pivot de support, d'avant-bras et de bras ; et/ou
- la liaison pivot de support, ou la projection de celle-ci, est au milieu de la liaison pivot d' avant-bras et la liaison pivot de bras ; et/ou
- la liaison pivot interne ou la projection de celle-ci est plus proche de la liaison pivot d' avant-bras que de la liaison pivot de bras ; et/ou
- au moins une desdites liaisons pivot est configurée pour être agencée d' un côté interne ou de préférence externe du membre supérieur .
Dans le cas d' une liaison pivot interne associée aux liaisons pivot de support, d'avant-bras et de bras, les axes de ces dernières sont agencés parallèlement, lorsque l'articulation de cette première est coirqplètement étendue .
L'invention porte en outre sur un exosquelette , en particulier un exosquelette passif, coirqprenant un dispositif support selon l'invention et un bras mécanique connecté audit dispositif support .
Un autre objet de l'invention concerne un poste de travail comprenant un dispositif support selon l'invention et un bras mécanique connecté audit dispositif support.
D'autres particularités et avantages apparaîtront dans la description détaillée qui suit de modes de réalisations, non limitatifs, de l'invention et des figures placées en annexe et dans lesquelles :
la figure IA est un schéma d'un dispositif selon l'art antérieur avec une gouttière d'avant-bras uniquement ;
la figure IB est un schéma d'un dispositif selon l'art antérieur avec une gouttière de bras uniquement ; - les figures 2A à 2C sont des schémas d'un dispositif selon l'invention dans plusieurs situations d'utilisation ;
- la figure 3 est une vue dans l'espace en contre-plongée et de l'arrière, d'un dispositif selon une variante préférée de l' invention ;
- la figure 4 est une vue dans l'espace en contre-plongée et de l'avant, du dispositif de la figure 3 ;
- la figure 5 est une vue de dessous du dispositif des figures 3 et 4 ;
- la figure 6 est une vue de gauche du dispositif des figures 3 à 5 ;
- la figure 7 est une vue de face du dispositif des figures 3 à 6 ;
- la figure 8 est une vue arrière du dispositif des figures 3 à 7 ; et
- la figure 9 est une vue en perspective d' une seconde variante d'un dispositif selon l'invention.
L'invention se rapporte à un dispositif support 5 pour un bras d' exosquelette 6. Il s'agit plus particulièrement d'un exosquelette passif ou « ergo squelette », c'est-à-dire un système non-robotisé , mais permettant mécaniquement l'assistance à la manutention tant pour des tâches ponctuelles que répétitives, en vue d'améliorer les conditions de travail d'un utilisateur.
Le dispositif support 5 selon l'invention est configuré pour être solidarisé à un bras mécanique d' exosquelette 6. Le bras mécanique 6 peut être connecté à une structure de l' exosquelette ou à une base sur un poste de travail. On peut en outre envisager un bras mécanique sur un vérin de chaise ou une chaise en général . L' exosquelette ou la base est alors adapté à supporter un membre supérieur de l'utilisateur par l'intermédiaire du dispositif support 5.
De préférence , au moins une section , en particulier une extrémité , du bras mécanique 6, connectée au dispositif support 5, est configurée pour être disposée en dessous du membre supérieur de l'utilisateur lorsqu'il est relevé, et/ou en regard du coude de l ' utilisateur .
Le dispositif support 5 comprend une base support 7 configurée pour être connectée audit bras mécanique 6. En particulier, la base support 7 est configurée pour être solidarisée au bras mécanique 6 par exemple par un système vissable, à rivets ou par une liaison pivot.
En particulier, au moins une première liaison pivot 8 est prévue à la connexion de la base support 7 avec le bras mécanique 6. Dans la variante préférée , la base support 7 comprend un alésage central 8a pour la liaison pivot 8 avec le bras mécanique 6, et deux alésages latéraux 8b, 8c pour la fixation au bras mécanique 6. De préférence, l'alésage central 8a reçoit une goupille pour former la liaison pivot 8. Un agacement différent peut être envisagé sans sortir du cadre de l'invention.
La première liaison pivot 8 est de préférence perpendiculaire à un axe longitudinal 9 du dispositif 5. Plus particulièrement, la première liaison pivot 8 est configurée pour être perpendiculaire à un axe central d' un bras tendu équipé du dispositif 5 , qui est en particulier confondu à l'axe 9.
La base support 7 a de préférence une forme de barre aplatie. Cet agencement permet de limiter l'encombrement de cette pièce. En outre, la barre support 7 a de préférence une forme incurvée, plus préférentiellement sur environ 90 degrés. Avantageusement la forme incurvée permet de disposer une extrémité de la base support 7 en dessous du coude de l'utilisateur, et une autre extrémité sur un côté du coude de l'utilisateur, de préférence du coté externe. L'extrémité disposée sur le côté, en particulier externe, permet d'y disposer des articulations du dispositif 5 pour une meilleure maniabilité sans coirqplexifier la structure du dispositif 5.
En particulier, au moins une deuxième liaison pivot 10 est prévue à la connexion de la base support 7 avec le reste du dispositif. Plus particulièrement, la base support 7 comprend un alésage 10a pour la liaison pivot 10 avec le reste du dispositif. De préférence, l'alésage 10a reçoit une goupille pour former la liaison pivot 10.
La deuxième liaison pivot 10 est de préférence perpendiculaire à l'axe longitudinal 9 du dispositif 5 (en position étendue comme en figure 3 par exeirqple) , et à l'axe de la première liaison pivot 8.
Alternativement, on peut envisager une configuration avec un bras mécanique 6 fixé directement au niveau de la liaison pivot 10. Dans ce cas, la base support peut alors être la pièce mécanique sur laquelle est prévue la liaison pivot 10.
Le reste du dispositif support 5 coirqprend des réceptacles 11, 12 généralement appelés gouttières. Ainsi, le dispositif support 5 comprend un réceptacle d'avant-bras 11 configuré pour recevoir un avant-bras d'utilisateur. Le réceptacle (11, 12) comprend au moins une structure rigide (lia, 12a) , par exeirqple en acier, supportant le poids de la section correspondante du membre supérieur et des charges portées en utilisation. En outre, le réceptacle (11, 12) comprend une structure souple (11b, 12b) , par exeirqple en tissus ou en élastomère, configurée pour permettre l'ajustement du dispositif 5 sur la section correspondante du membre supérieur de l'utilisateur, avec un système d'attache.
Le réceptacle (11, 12) coirqprend de préférence une projection latérale 13 configurée pour réaliser un accouplement, de préférence indirect, avec la base support 7. La projection latérale 13 coirqprend de préférence au moins un alésage 14a, 14b pour former une troisième liaison pivot (15a, 15b) . Dans la variante préférée, la projection latérale 13 coirqprend deux alésages latéraux 14a, 14b entourant une structure de couplage formant la liaison pivot. Un alésage éloigné 14a du reste du réceptacle est traversant et un alésage rapproché 14b est borgne . Une goupille est de préférence prévue entre l'alésage éloigné 14a, la structure de couplage et l'alésage rapproché 14b.
Le dispositif support selon l'invention comprend en outre un mécanisme d'articulations 16 configuré pour articuler la base support 7 et le réceptacle d'avant-bras 11 de sorte à autoriser une flexion et/ou une extension du coude dudit membre supérieur. En particulier, le mécanisme d'articulations 16 comprend au moins deux articulations par liaison pivot qui s'étendent selon deux axes parallèles l'un à l'autre. En utilisation, les axes des liaisons pivot sont de préférence perpendiculaires à l'axe 9 du membre supérieur soutenu par le dispositif support 5.
Selon l'invention, le dispositif support coirqprend en outre un réceptacle de bras 12 configuré pour recevoir un bras d'utilisateur. Le terme « bras » doit être entendu au sens littéral, à savoir la partie proximale du membre supérieur incluant le biceps. Le réceptacle de bras 12 comprend de préférence les caractéristiques décrites ci-dessous pour le réceptacle d'avant-bras 11.
En outre, selon l'invention, le mécanisme d'articulations 16 est en outre configuré pour articuler la base support 7 et le réceptacle de bras 12 de sorte à autoriser ladite flexion/extension .
En particulier, le mécanisme d'articulations 16 est configuré pour mettre en œuvre au moins un pivot à bascule 10 et au moins un pivot de flexion/extension 15a, 15b, de préférence un pivot à bascule 10 au niveau du coude et un pivot de flexion/extension 15a et/ou 15b au niveau de chaque réceptacle 11, 12.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention permet d'avoir à la fois un support pour le bras et un support pour 1 ' avant-bras permettant de bénéficier d' un confort à la fois en bras près du corps et en bras levé. En outre, le dispositif 5 selon l'invention comprend un mécanisme d'articulations 16 et une base support 7 permettant d'équilibrer les contraintes mécaniques en bras tendu.
Plus particulièrement, le dispositif selon l'invention permet de répartir l'effort du bras mécanique 6 sur le bras et sur l'avant- bras ; d'amener l'effort au centre d'une bascule située proche de l'articulation du coude ; de fixer une articulation, de préférence en pivot, de chaque côté de la bascule. La figure 2A illustre une utilisation du dispositif 5 selon l'invention avec le bras en l'air. Dans cette configuration, le soutient du membre supérieur ne se fait quasiment que sur le bras .
La figure 2B illustre une utilisation du dispositif 5 selon l'invention avec le bras en avant et légèrement fléchi. Dans cette configuration, l'effort est équilibré autour du coude.
La figure 2C illustre une utilisation du dispositif 5 selon l'invention avec le bras près du corps. Dans cette configuration, le soutient du membre supérieur ne se fait quasiment que sur l ' avant-bras .
Avantageusement, le dispositif selon l'invention permet d'avoir un meilleur confort d' utilisation non seulement lors de taches effectuées avec le bras près du corps de l'utilisateur, mais également lors de taches effectuées avec les bras levés par exeirqple avec les mains au-dessus du niveau de la tête, tout en limitant significativement les risques de TMS qui pourraient être liés par exeirqple à une élévation de l'épaule ou à des contrainte mécaniques sur l'articulation du coude de l'utilisateur.
Selon une variante , le mécanisme d' articulations comprend une pièce de liaison 17. La pièce de liaison permet de prévoir plusieurs articulations entre les différentes parties du dispositif 5, en particulier des liaisons pivot.
Alternativement, on peut envisager une configuration avec un bras mécanique 6 fixé sur le mécanisme d'articulation 16, en particulier directement au niveau de la liaison pivot 10. Dans ce cas , la base support peut alors être la pièce de liaison 17.
La pièce de liaison 17 coirqprend de préférence la liaison pivot de support 10 entre la pièce de liaison 17 et la base support 7.
Cette liaison pivot de support 10 est de préférence réalisée sur l'alésage 10a décrit précédemment, perpendiculaire à l'axe longitudinal 9 passant par le milieu des deux réceptacles 11, 12 (lorsqu'ils sont alignés), dit axe central. Cet axe central peut être défini comme un axe du membre supérieur lorsque le coude tendu. Une goupille est de préférence prévue, mais on peut envisager que la pièce de liaison 17 ou l'extrémité de la base support 7 comprenne une protubérance configurée pour former la liaison pivot de support 10.
La pièce de liaison 17 comprend de préférence une liaison pivot d'avant-bras 15a entre la pièce de liaison 17 et le réceptacle d'avant-bras 11.
Cette liaison pivot d'avant-bras 15a est de préférence réalisée sur l'alésage 14a, 14b décrit précédemment, latéralement à l'axe 9 passant par le milieu des deux réceptacles 11, 12. Une goupille est de préférence prévue, mais on peut envisager que la pièce de liaison 17 ou la projection latérale 13 du réceptacle 11 coirqprenne une protubérance configurée pour former la liaison pivot 15a.
La pièce de liaison 17 comprend de préférence une liaison pivot de bras 15b entre la pièce de liaison 17 et le réceptacle de bras 12. Cette liaison 15b est de préférence identique à celle 15a du réceptacle d'avant-bras 11.
Les liaisons pivot de support 10, d'avant-bras 15a et de bras 15b autorisent ladite flexion/extension. En particulier, chacune desdites liaison pivot 10, 15a, 15b est dans un axe perpendiculaire à l'axe central 9. De préférence, lesdites liaisons pivot 10, 15a, 15b sont dans des axes parallèles entre eux pour autoriser ladite flexion/extension. Plus préférentiellement, lesdites liaisons pivot sont coplanaires. Avantageusement, cet agencement permet d'optimiser le système de bascule et la répartition des forces sur le bras ou sur l'avant- bras suivant la situation de travail . Cette configuration peut être clairement illustrée par la figure 8.
De préférence, la liaison pivot support 10 est au milieu des liaisons pivot d'avant-bras 15a et de bras 15b. Cette configuration permet de mieux équilibrer les efforts sur le bras ou sur l'avant-bras en limitant les effets de leviers défavorables au confort d'utilisation.
L'utilisation de liaisons pivot horizontales permet d'avoir une bonne maniabilité du dispositif dans le plan vertical . Selon une variante, la pièce de liaison 17 est en deux parties 17a, 17b articulées entre elles par une liaison pivot interne 18 autorisant une rotation interne de l ' avant-bras par rapport au bras . Une goupille est de préférence prévue pour former la liaison pivot comme l'illustre les figures 3 à 8. Cette configuration permet d'améliorer le confort d'utilisation lorsque l'utilisateur a besoin de déplacer ses avant-bras l'un vers l'autre, vers l'intérieur du corps. Ceci est notamment dû à l'ajout d'un degré de liberté supplémentaire . On parlera de maniabilité dans une direction transversale au plan sagittal de l'utilisateur. En particulier, la liaison pivot interne 18 est agencée suivant un axe perpendiculaire aux axes des liaisons pivots de support 10, d'avant-bras 15a et de bras 15. Plus généralement, l'axe de la liaison pivot interne 18 est perpendiculaire à l'axe central 9 du dispositif 5.
Dans le cas du mode de réalisation illustré , dans lequel la liaison pivot interne 18 est associée aux liaisons pivots de support 10, d'avant-bras 15a et de bras 15b, les axes de ces dernières (10, 15a, 15b) sont agencés parallèlement, lorsque l'articulation de cette première liaison pivot interne (18) est complètement étendue. Cet agencement peut être illustré par les figures 3 à 8.
Selon une variante, lorsque le dispositif 5 est déplié, en particulier pour un membre supérieur tendu, plus particulièrement en référence à la liaison pivot interne 18, celle-ci est plus proche de la liaison pivot d' avant-bras 15a que de la liaison pivot de bras 15b. Lorsque le dispositif est replié, en particulier en référence à la liaison pivot interne 18, la projection de celle-ci est plus proche de la liaison pivot d'avant-bras 15a que de la liaison pivot de bras 15b. Cette configuration amène un meilleur confort en rotation interne de l ' avant-bras par rapport au bras .
Par ailleurs, il est préférable que la liaison pivot interne 18 soit le plus proche possible du coude afin d' éviter des glissements du bras ou de l'avant-bras dans la gouttière correspondante . On peut envisager une configuration (non représentée) du dispositif avec deux liaisons pivot internes de part et d' autre de la liaison pivot support. Cet agencement permet d'améliorer davantage la maniabilité dans le plan horizontal .
Selon une variante, les liaisons pivot de bras 15a et d'avant- bras 15b sont disposées de manière plus rapprochée de l'axe central 9 que la liaison pivot support 15. Avantageusement, cet agencement permet de limiter significativement les glissements du membre supérieur dans 1 ' interface lors de la rotation interne . De préférence, la pièce de liaison présente une concavité en direction de l'axe central pour accentuer cet effet. Cet agencement peut être illustré par les figures 4 et 5. Avantageusement, cet agencement permet de ménager un dégagement pour éviter que le coude ne vienne taper la pièce de liaison 17 lors de la rotation interne .
Dans la variante de l'invention illustrée à la figure 9, la liaison pivot 15a relie la pièce de liaison 17, 17b au réceptacle d'avant- bras 11 au travers d'un segment de déport 19. Dans cet exemple, une première extrémité du segment de déport 19 forme la liaison pivot 15a avec la pièce de liaison 17, 17b. A l'opposé, la seconde extrémité du segment de déport 19 porte le réceptacle d'avant- bras 11. Le segment de déport 19 forme un balancier du réceptacle d'avant-bras 11. De préférence, le segment de déport 19 relie le réceptacle d'avant-bras 11 au travers d'une liaison pivot 20. Ici, la liaison pivot 20 présente un axe rotation perpendiculaire à l'axe de rotation de la liaison pivot 15a reliant le segment de liaison 17, 17b et le segment de déport 19.
La liaison pivot 20 améliore le suivi du dispositif de support de membre supérieur 5 dans les mouvements de rotation interne de l'épaule et/ou de flexion du coude de l'utilisateur.
Dans l' exemple de la figure 9, les liaisons pivots 15a, 15b sont montées en porte à faux par rapport à la pièce de liaison 17, 17a, 17b, de manière à réduire l'encombrement du dispositif de support de membre supérieur 5. Cette réduction de l'encombrement contribue à réduire le risque de collision avec l'environnement de l ' utilisateur .
On peut envisager un dispositif interne au membre supérieur, par exeirqple dans lequel au moins une, ou de préférence toutes lesdites liaisons pivot 10, 15a et 15b (et de préférence 18) sont configurées pour être agencées d'un côté interne du membre supérieur. Pour limiter l'encombrement et permettre de travailler le long de la ligne médiane, la préférence va à un dispositif 5 externe au membre supérieur , par exeirqple dans lequel au moins une , ou de préférence toutes lesdites liaisons pivot 10, 15a et 15b (et de préférence 18) sont configurées pour être agencées d'un côté externe du membre supérieur.
L'invention concerne en outre un exosquelette , en particulier un exosquelette passif, coirqprenant un dispositif support 5 tel que décrit précédemment, et un bras mécanique 6 connecté audit dispositif support 4. Un tel exosquelette présente les avantages déjà discutés pour le dispositif support 5.
Un autre objet de l'invention concerne un poste de travail comprenant un dispositif support 5 tel que décrit précédemment, et un bras mécanique 6 connecté audit dispositif support. Un exemple de poste de travail avec un bras d' exosquelette est connu de l'homme du métier. L'invention vise à adjoindre un dispositif support selon l'invention au bras 6 du poste de travail. Un tel poste de travail présente les avantages déjà discutés pour le dispositif support 5.

Claims

Revendications
1. Dispositif support de membre supérieur (5) pour un bras mécanique (6) adapté à supporter un membre supérieur d'un utilisateur, le dispositif support (5) comprenant
- une base support (7) configurée pour être connectée audit bras mécanique (6) ,
- un réceptacle d'avant-bras (11) configuré pour recevoir un avant-bras d'utilisateur,
- un mécanisme d'articulations (10, 15a, 15b, 17) configuré pour articuler la base support (7) et le réceptacle d'avant- bras (11) de sorte à autoriser une flexion/extension du coude,
- un réceptacle de bras (12) configuré pour recevoir un bras d' utilisateur,
caractérisé en ce que le mécanisme d'articulations (10, 15a, 15b, 17) comprend une pièce de liaison (17) confortant
- une liaison pivot de support (10) entre la pièce de liaison (17) et la base support (7) ,
- une liaison pivot d'avant-bras entre (15a) la pièce de liaison (17) et le réceptacle d'avant-bras (11), et
- une liaison pivot de bras (15b) entre la pièce de liaison (17) et le réceptacle de bras (12) ,
lesdites liaisons pivot de support (10), d'avant-bras (15a) et de bras (15b) autorisant ladite flexion/extension.
2. Dispositif support (5) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites liaisons pivot de support (10) , d'avant-bras (15a) et de bras (15b) sont agencées suivant des axes parallèles.
3. Dispositif support (5) selon l'une des revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que la pièce de liaison (17) est en deux parties articulées entre elles par une liaison pivot interne (18) autorisant une rotation interne de l'avant-bras par rapport au bras.
4. Dispositif support (5) selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la liaison pivot interne (18) est agencée suivant un axe perpendiculaire à ceux desdites lesdites liaisons pivot de support (10), d'avant-bras (15a) et de bras (15) .
5. Dispositif support (5) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la liaison pivot de support (10) , ou la projection de celle-ci, est au milieu de la liaison pivot d'avant-bras (15a) et la liaison pivot de bras (15b).
6. Dispositif support (5) selon l'une des revendications 1 à 5, dont au moins les revendications 2 et 4 , caractérisé en ce que la liaison pivot interne (18) ou la projection de celle-ci est plus proche de la liaison pivot d'avant-bras (15a) que de la liaison pivot de bras (15b) .
7. Dispositif support (5) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une desdites liaisons pivot est configurée pour être agencée d'un côté interne ou de préférence externe du membre supérieur.
8. Exosquelette , en particulier un exosquelette passif, coirqprenant un dispositif support (5) selon l'une des revendications précédentes, et un bras mécanique (6) connecté audit dispositif support (5) .
9. Poste de travail comprenant un dispositif support (5) selon l'une des revendications 1 à 7, et un bras mécanique (6) connecté audit dispositif support (5) .
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