BR112019008175B1

BR112019008175B1 - Suporte de equilíbrio de força

Info

Publication number: BR112019008175B1
Application number: BR112019008175-5A
Authority: BR
Inventors: Gaurav Narayan Genani
Original assignee: Skel-Ex Holding B.V
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2022-07-19
Also published as: KR20190110086A; AU2016426610A1; PL3529015T3; BR112019008175A2; DK3529015T3; CN110167726B; CA3041400A1; US20190240102A1; AU2016426610B2; CA3041400C; CN110167726A; JP6883660B2; PT3529015T; ES2882277T3; EP3878610A1; JP2019535546A; EP3529015B1; KR102533007B1; MX2019004640A; EP3529015A1

Abstract

Para suportar um braço móvel (11) ligado a uma base (10) e rotativo em torno de um ponto de rotação móvel (13) em relação à base, um suporte de equilíbrio de força (4) compreende uma ligação de braço (41) conectável ao braço móvel, e pelo menos rotativo em torno de um centro de rotação (43) do qual uma posição é móvel em relação à ligação de base (42). O suporte é ligado à base com uma ligação de base (42) a uma distância a partir da fixação do braço. O suporte tem um mecanismo de engaste (44) que transfere a força exercida sobre a ligação do braço (41) pelo braço móvel (11), quando acoplada ao mesmo, à ligação de base. O mecanismo de engaste possui uma extremidade fixa (45) ligada à ligação de base, e uma extremidade de engaste (44) lateral-braço, livre, móvel, por exemplo, por flexão adequada. A ligação de braço é suspensa em respeito à ligação de base na extremidade livre.

Description

DESCRIÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção se refere a um suporte de equilíbrio de força para um braço móvel. A invenção se refere adicionalmente a um aparelho mecânico e a um dispositivo de suporte vestível usando tal suporte de equilíbrio de força.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Suportes de equilíbrio de força para braços móveis, como de seres humanos, são conhecidos. Tais suportes podem, por exemplo, ser usados em exoesqueletos e órteses para compensar, por exemplo, forças gravitacionais que atuam sobre partes do braço, ou sobre partes do corpo que sustenta o braço, como a parte superior das costas.

[003] Em referência às FIGs. 1 e 2, um usuário humano 1 de um dispositivo de suporte vestível é mostrado realizando uma tarefa física, nesse exemplo usando um equipamento ferramental 2, como uma rebarbadora angular, que envolve um movimento complexo de um ou de ambos os braços humanos 11 em relação ao corpo 10. Conforme ilustrado, a força gravitacional Fg e outras forças, por exemplo, como aquelas exercidas pela ferramenta 2, ilustrada com setas Fx, Fy, Fz, atuam sobre os braços 11 e por conseguinte são transferidas para às partes do corpo 10 mantendo o usuário na vertical. Assim essas forças apresentam uma carga musculoesquelética para, por exemplo, ombros, parte superior e inferior das costas.

[004] Tal carga pode ter um impacto negativo. Especialmente, trabalho prolongado ou repetitivo frontal ou suspenso é um problema comum que muitas vezes leva a queixas e lesões nos ombros ou nas costas. Elementos de equilíbrio de ferramenta suspensos fornecem de fato algum alívio, mas são impraticáveis em muitos cenários, como em espaços restritos. Além disso, trabalhadores ainda terão que manter seus braços para cima enquanto trabalham, o que por si só é complicado e poderia levar a lesões musculoesqueléticas por um período de tempo. Muitos exoesqueletos vestíveis estão sendo desenvolvidos para fornecer um suporte que alivia, mas esses têm ainda várias limitações.

[005] Por exemplo, a partir da publicação de pedido de patente Internacional de número WO2014/200343 um dispositivo é conhecido que fornece uma força de contrabalanço. O dispositivo compreende um quadro rígido ao qual uma montagem de braço é ligada, e que pode ser usado por um usuário para fornecer uma força de equilíbrio aos braços do usuário. O quadro compreende um primeiro ponto de articulação que conecta de modo articulável um primeiro membro de braço rígido da montagem de braço ao quadro. A montagem de braço adicionalmente compreende um segundo membro de braço rígido e um segundo ponto de articulação que conecta o segundo membro de braço ao primeiro membro de braço.

[006] Entretanto, uma desvantagem disso e de outros suportes conhecidos é que os mesmos não fornecem liberdade de movimento suficiente para o braço móvel. Dependendo do tipo de suporte, isso pode ser causado devido a esse movimento ser restringido por motores elétricos ou por outros atuadores ativos que acionam o suporte de equilíbrio de peso e, por exemplo, fornecem a força de contrabalanço.

[007] A ausência de liberdade de movimento para o braço móvel pode ser causada também pela construção mecânica do suporte. Por exemplo, na publicação mencionada acima, embora o segundo ponto de articulação articule quando o primeiro membro de braço gira ao redor do primeiro ponto de articulação, o tipo de movimento é limitado a um movimento de rotação e é restringido ao plano de rotação do primeiro membro de braço, que é definido pelo primeiro ponto de articulação no quadro rígido, paralelo às costas do usuário. Em conformidade, o movimento do braço sustentado pelo dispositivo é limitado também e movimentos complexos como flexão e torsão de torso são complicados, se forem de fato possíveis.

[008] Essa limitação de liberdade de movimento não é apenas problemática no caso de o suporte ser para um braço de um ser humano, mas, mais em geral, para outros tipos de braços móveis, como robôs ou outros aparelhos mecânicos energizados ou não energizados, que precisam ter a capacidade de realizar movimentos complexos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] A presente invenção fornece um suporte de equilíbrio de força, um aparelho mecânico e um dispositivo de suporte vestível conforme descrito nas reivindicações anexas.

[010] Modalidades específicas da invenção são estabelecidas nas reivindicações dependentes.

[011] Esses e outros aspectos da invenção serão evidentes a partir da e elucidados com referência às modalidades descritas doravante no presente documento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] Detalhes, aspectos e modalidades adicionais da invenção serão descritos, apenas por meio de exemplo, com referência aos desenhos. Nos desenhos, números de referência similares são usados para identificar elementos similares ou funcionalmente similares. Elementos nas figuras são ilustrados a título de simplicidade e clareza e não foram desenhados necessariamente em escala.

[013] FIGS. 1 e 2 mostram esquematicamente vistas em perspectiva de um usuário humano vestindo um exemplo de um dispositivo de suporte vestível, ilustrando um movimento de um braço e o uso do dispositivo de suporte vestível.

[014] FIG. 3 mostra esquematicamente uma vista lateral de um torso humano que ilustra o movimento de centro de rotação de um braço como uma função da orientação do braço em relação ao corpo.

[015] FIG. 4 mostra esquematicamente uma vista lateral de um exemplo de uma modalidade de um dispositivo de suporte vestível com um exemplo de uma modalidade de um suporte de equilíbrio de força.

[016] FIG. 5 mostra esquematicamente uma vista traseira do exemplo da FIG. 4.

[017] FIG. 6 mostra esquematicamente uma vista frontal do exemplo das FIGS. 4 e 5.

[018] FIG. 7 mostra uma vista lateral de um segundo exemplo de uma modalidade de um suporte de equilíbrio de força.

[019] FIG. 8 mostra uma vista traseira de um exemplo de um mecanismo de mola de cantiléver distinto adequado para o segundo exemplo.

[020] FIG. 9 mostra uma vista de topo de um usuário humano vestindo um outro exemplo de um dispositivo de suporte vestível.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[021] A seguir, detalhes não serão explicados em qualquer extensão maior que aquela considerada necessária conforme ilustrado acima, para o entendimento e apreciação dos conceitos subjacentes da presente invenção e a fim de não ofuscar ou desviar dos ensinamentos da presente invenção.

[022] Conforme mencionado na seção "Antecedentes da invenção", os dispositivos de suporte vestíveis conhecidos têm uma liberdade de movimento limitada e não têm capacidade de seguir movimentos complexos. Nas FIGs. 1 e 2, por exemplo, ao realizar a tarefa, o braço superior 12 do usuário 1 não somente gira apenas ao redor do seu ponto de rotação 13, isto é da junta de ombro 13, mas o centro de rotação da junta de ombro 13 se move por exemplo em relação aos quadris 17 do usuário através de um movimento complexo dos ombros 14, da parte superior 15 e da parte inferior das costas 16.

[023] Conforme ilustrado em mais detalhe nas FIGs. 4-6, o usuário 1 no exemplo das FIGs. 1 e 2 dotado de um dispositivo de suporte vestível 3 que reduz a carga musculoesquelética em partes do corpo sensível ao desconforto físico. Mais especificamente, o dispositivo de suporte vestível 3 transfere pelo menos uma parte da carga do braço 11 para uma outra parte do corpo 10 enquanto contorna a estrutura musculoesquelética de partes do corpo entre o ponto onde o braço 11 é ligado ao corpo, isto é a junta de ombro, e a outra parte do corpo, nesse exemplo, os quadris 17. Os dispositivos de suporte vestíveis permitem seguir o movimento biológico do ombro humano, que se move para cima à medida que o braço é movido para cima no plano de corpo sagital. Isso não apenas reduz o desconforto durante o uso a longo prazo, mas reduz também a complexidade, tornando o dispositivo mais adequado para comercialização.

[024] Isso será explicado em mais detalhe com referência ao exemplo das FIGs. 4 a 6. O dispositivo de suporte vestível 3 mostrado no mesmo compreende um suporte de equilíbrio de força 4 para um braço móvel. Embora no exemplo das Figuras 1 e 2, o suporte de equilíbrio de força seja usado para um braço humano, será evidente que o suporte de equilíbrio de força pode ser usado com qualquer tipo de braço móvel e é adequado especialmente para um braço móvel ligado a uma base rotativa ao redor de um ponto de rotação móvel (por exemplo, junta de ombro) que é móvel em relação à base (por exemplo, parte inferior do corpo humano). O suporte de equilíbrio de força pode ser assim usado em dispositivos de suporte vestíveis para animais não humanos ou para sustentar um braço móvel em um aparelho mecânico, como um robô. Em particular, uso do suporte 4 é particularmente vantajoso se a posição do ponto de rotação em relação à base for pelo menos acoplada parcialmente a uma orientação do braço móvel em relação à base. FIG. 3 mostra, como um exemplo, como o ponto de rotação 13 do braço humano 11 se move quando o braço é girado para ser orientado por exemplo para cima, em particular quando o braço superior é movido a partir de sua direção descendente (FIG. 3 a) por uma direção horizontal (Figura 3 b), isto é perpendicular para a direção longitudinal a partir da base para o ponto de rotação, direção para cima para uma direção vertical (Figura 3 c), isto é pelo menos orientado parcialmente no alongamento dessa direção longitudinal.

[025] Conforme mostrado nas FIGs. 4-6, o suporte 4 compreende uma ligação de braço 41 conectável ao braço móvel. O suporte 4 compreende uma ligação de base 42 a uma distância a partir da ligação de braço, para ligar o suporte 4 à base. A ligação de braço 41 é pelo menos rotativa ao redor de um centro de rotação 43, cuja posição é móvel em relação à ligação de base 42.

[026] Para fornecer essa mobilidade, o exemplo mostrado de um suporte 4 é fornecido com um mecanismo de mola de cantiléver 44 que, quando em uso, transfere pelo menos parcialmente uma força exercida sobre a ligação de braço 41 pelo braço móvel, quando acoplado ao mesmo, através da ligação de base 42 para a base. A força é transferida através do mecanismo de mola de cantiléver 44 e por conseguinte as partes que conectam o braço móvel à base são contornadas. Assim, a carga naquelas partes é reduzida. Em caso de animais, humanos ou não humanos, isso permite reduzir a carga musculoesquelética e o desconforto físico associado. No caso de por exemplo robôs ou outros aparelhos mecânicos, isso permite uma redução de requisitos de potência mecânica em atuadores ativos, como motores elétricos ou outros motores, que movem ativamente o braço em relação à base.

[027] O mecanismo de mola de cantiléver 44 compreende uma extremidade de cantiléver, de lado de base, fixada 45 e uma extremidade de cantiléver, de lado de braço, livre 46. A extremidade de cantiléver fixada 45 é ligada à ligação de base 42 e sua posição é fixada em relação à ligação de base 42. A extremidade de cantiléver de lado de braço livre 46 é móvel em relação à ligação de base, pelo menos por flexão adequada do mecanismo de mola de cantiléver 4. Conforme mostrado, a ligação de braço 41 é mantida suspensa em relação à ligação de base 42 pela extremidade livre 46. A posição do centro de rotação 43 é pelo menos parcialmente dependente de uma posição da extremidade de cantiléver livre 46 que por sua vez é pelo menos determinada parcialmente por uma posição da ligação de braço 41.

[028] O mecanismo de mola de cantiléver permite seguir um movimento complexo de um braço uma vez que se a ligação de braço 41 for acoplada ao braço móvel, o braço em movimento deslocará a ligação de braço, levando por meio disso a uma alteração em posição da extremidade de cantiléver livre 46 e por conseguinte do centro de rotação 43.

[029] Dito diferentemente o suporte de equilíbrio de força 4 constitui um quadro flexível (ou mola de cantiléver ou mola em formato de corpo), cuja base é passível de ligação a uma “área” mecânica (por exemplo, torso no caso de um humano), e a extremidade livre é conectada a uma montagem de braço através de uma dobradiça rotacional.

[030] Será evidente que o mecanismo de mola de cantiléver 44 não apenas armazena energia, mas permite transferir carga diretamente para a base que contorna a estrutura entre o braço móvel e a base, enquanto segue o movimento do ponto de rotação do braço.

[031] Embora a invenção não seja limitada a isso, isso é particularmente vantajoso no caso de equilíbrio de força de um braço de ser vivo, especialmente um braço humano onde o ombro humano se move para cima à medida que o é movido para cima no plano de corpo sagital conforme ilustrado na FIG. 3. Isso não apenas reduz o desconforto durante o uso a longo prazo, mas reduz também a complexidade.

[032] Uma quantidade de força de compensação exercida pelo mecanismo de mola de cantiléver na ligação de braço é determinada por uma quantidade de flexão do mecanismo de mola de cantiléver. Assim, quando a ligação de braço 41 é deslocada, isto é por uma força que atua sobre a mesma e em conformidade a quantidade de flexão aumenta ou diminui em relação a uma posição neutra, o mecanismo de mola de cantiléver fornecerá uma força de compensação para o centro de rotação e, por conseguinte para o braço que reduz a carga no mesmo.

[033] Será evidente que uma variedade de formatos e implementações do mecanismo de mola de cantiléver é possível. Por instância no exemplo, o mecanismo de mola de cantiléver compreende uma mola de cantiléver contínua que se estende entre extremidade de cantiléver de lado de base 45 e a extremidade de cantiléver livre 46. Nesse exemplo, isso é uma mola de lâmina ou uma mola de chapa, que permite fornecer um suporte compacto com um número limitado de partes mecânicas.

[034] Adicionalmente, isso permite uma modulação das características de mola de mecanismo de mola de cantiléver de uma maneira simples, por exemplo pela variação da espessura da mola de lâmina ao longo de um comprimento da mesma entre a extremidade de cantiléver e a extremidade de cantiléver fixada, para aumentar ou reduzir a rigidez localmente, introduzindo enfraquecimentos locais (por exemplo orifícios ou cavidades) para tornar a mola principal mais fraca e, mais em geral para controlar deslocamento/curvatura na direção fora do eixo de carga ou para curvar a mola ao redor do corpo para um encaixe melhor e características de saída desejáveis.

[035] Entretanto, o mecanismo de mola de cantiléver pode do mesmo modo compreender uma série de elementos de mola de cantiléver distintos, como uma série de feixes ou placas ligados de modo resiliente entre si. Em tal caso, as características de mola podem ser moduladas ao longo do comprimento da mesma pela variação da espessura (os engates entre) dos elementos individuais.

[036] Referindo-se à FIG. 6, o exemplo mostrado na mesma compreende por exemplo uma série de elementos de mola de cantiléver distintos 60, nesse exemplo placas 60 que são conectadas por juntas de articulação 62 a serem rotativas ao redor de um eixo de articulação 63 perpendicular à direção longitudinal do mecanismo de mola de cantiléver, da extremidade fixada 45 até a extremidade livre 46. Conforme mostrado mais claramente na FIG. 8, nesse exemplo, as juntas são fornecidas com uma mola helicoidal que opera como uma mola de torsão e fornecem uma força contrária quando o elemento 60 é articulado em relação ao elemento diretamente adjacente. Será evidente que molas com diferentes constantes de mola podem ser usadas para diferentes juntas para modular a flexão do mecanismo de mola de cantiléver.

[037] Nos exemplos das FIGs. 7 e/ou 8, o suporte de equilíbrio de força 4 é fornecido com uma ligação de braço 41 que pode girar ao redor de um centro de rotação 43. Como o exemplo das FIGs. 4-6, a ligação de braço 41 é ligada à extremidade de cantiléver livre 46 por um braço rígido 48 que se projeta a partir da extremidade de cantiléver livre 46 em direção ao centro de rotação 43.

[038] Conforme mostrado nas FIGs. 4 a 6, a ligação de braço 41 é ligada a um braço de alavanca que se estende para longe da ligação de braço 41, a partir do centro de rotação 43 até uma extremidade de alavanca 53. Através do braço de alavanca, torque pode ser aplicado à ligação de braço 41 por um membro que acopla a extremidade de alavanca 53 à ligação de base. No exemplo mostrado, uma tira 50 é ligada ao braço de alavanca e à ligação de base, mas será evidente que um outro membro flexível elástico ou não elástico, por exemplo uma mola helicoidal, que liga a alavanca à ligação de base ou à base pode ser usada para exercer torque. Mais especificamente, quando o braço móvel 3 se move, isso resultará no centro de rotação articulando ao redor do ponto de articulação onde o braço de alavanca é ligado, e por conseguinte exerce torque sobre a extremidade livre 46, que por sua vez exercerá torque no centro de rotação que compensa, pelo menos parcialmente, as forças exercidas sobre a ligação de braço e por conseguinte o braço móvel.

[039] O braço de alavanca assim fornece um sistema de articulação que permite um movimento complexo de rotação e/ou translação, por exemplo, de componentes lineares. Em particular, a extremidade de alavanca 53 apresenta um ponto de articulação, que combina com o ponto de articulação do centro de rotação para permitir os movimentos complexos da ligação de braço e compensar força. O suporte tem assim uma montagem de braço, formada no exemplo pela ligação de braço 41 e pelo braço de alavanca, com pelo menos duas articulações, cuja articulação é usada para conectar à extremidade livre 46 e uma outra é ligada ao "aterramento" mecânico, por exemplo com o uso da tira, nesse exemplo da ligação de base 42 ou da base.

[040] Em que a tira aplica torque no quadro flexível à medida que a montagem de braço é deslocada da sua posição de repouso, que é definida como a posição na qual a energia armazenada no quadro flexível é mínima.

[041] No exemplo mostrado, o braço de alavanca é acoplado a um ponto 54 da ligação de base, através de uma articulação na extremidade de articulação 53.

[042] Uma corda de pré-carregamento 50 é ligada ao braço rígido e um elemento a uma distância a partir do mesmo para pré-carregar, e por conseguinte flexionar o mecanismo de cantiléver. Será evidente que nesse exemplo a corda de pré-carregamento 50 fixa vantajosamente a distância do centro de rotação 43 até o ponto onde a corda de pré-carregamento 50 é ligada ao elemento, e por conseguinte cria um ponto de dobradiça que permite que o mecanismo de mola de cantiléver exerça torque sobre o centro de rotação, que permite compensar o torque exercido pelo braço móvel.

[043] Conforme mostrado na FIG. 8 com a seta 61, os elementos 60 podem ser articuláveis ao redor de um outro eixo perpendicular à direção longitudinal e ao primeiro eixo de articulação, para adicionar um grau extra de liberdade e fornecer uma adaptabilidade adicional à morfologia e aos movimentos do braço.

[044] Será evidente que o mecanismo de mola de cantiléver pode ter qualquer formato adequado para a implantação específica e que o centro de rotação pode estar em qualquer posição adequada para a implantação específica.

[045] Por exemplo o centro de rotação é móvel em relação à ligação de base em pelo menos uma dentre uma direção longitudinal a partir da ligação de braço até a ligação de base, uma direção lateral perpendicular até uma direção longitudinal, uma direção transversal perpendicular até a direção longitudinal e a direção lateral. Isso permite uma liberdade de movimento que é adequada para movimentos complexos do braço.

[046] Por exemplo, o mecanismo de mola de cantiléver pode ter capacidade de flexionar em pelo menos duas dentre a direção longitudinal, a direção lateral e a direção transversal. Por meio disso a liberdade de movimento pode ser obtida de uma maneira simples e forças de diferentes direções ser transferidas de modo eficaz. Adicionalmente, a extremidade de cantiléver pode ser móvel por torsão adequada do mecanismo de mola de cantiléver. Por exemplo, o mecanismo de mola de cantiléver pode exibir características de mola de torsão e pode ser trançado de modo resiliente. Isso adiciona um grau de liberdade adicional.

[047] No exemplo das FIGs. 4 a 6, o centro de rotação da ligação de braço fica no exterior do mecanismo de mola de cantiléver, isto é isso é um centro de rotação virtual. O centro de rotação 43 da ligação de braço 41 fica a uma distância a partir de uma extremidade de cantiléver de lado de base 45 do mecanismo de mola de cantiléver e a partir da extremidade de cantiléver livre 46. Isso cria um grande grau de liberdade para o movimento do centro de rotação.

[048] Mais especificamente, no exemplo, o mecanismo de mola de cantiléver é curvado ao redor do centro de rotação 43 da ligação de braço 41. Isso permite localizar o centro de rotação 43 de modo que o mecanismo de mola de cantiléver seja separado suficientemente das partes a serem contornadas evitando que o mecanismo de mola de cantiléver entre em contato ou exerça diretamente uma força sobre aquelas partes. De preferência a curvatura é de modo que a junta entre o braço móvel e o corpo encaixe na curvatura. Por meio disso, o mecanismo de mola de cantiléver 44 conserva uma liberdade de movimento significativa para o braço móvel. No exemplo, conforme visto mais claramente nas FIGs. 1 e 2, o ombro humano encaixa no interior dessa curvatura e o centro de rotação do ombro humano se sobrepõe aproximadamente ao centro de curvatura da mola.

[049] Entretanto, será aparente que o centro de rotação pode ser localizado sobre o mecanismo de mola de cantiléver, por exemplo no caso de uma mola de lâmina que em vez de se estender, em uma direção entre a ligação de base 42 e o centro de rotação 43 além do centro de rotação, a mola pode se estender entre a ligação de base 42 e o centro de rotação 43, por exemplo que passa sob a axila de braço no caso de ser usado por um ser humano. A FIG. 9 mostra por exemplo uma implementação na qual o mecanismo de mola de cantiléver 44 não se estende sobre o ressalto 14 do usuário, mas estende-se na parte traseira do corpo de usuário 10, entre a extremidade fixa 45 e a extremidade livre 46 e onde o centro de rotação coincide com a extremidade livre 46. Como mostrado, neste exemplo um movimento do braço 11 levará as duas extremidades 45, 46 uma à outra e aumentará a curva do mecanismo de mola de cantiléver 44. Um pré- tensor 50, por exemplo tira, conecta a extremidade livre 46 à extremidade fixa 45 no lado oposto ao centro de curvatura, e proporciona uma força de pré- carregamento que contraria a força exercida pelo braço 11.

[050] Conforme visto mais claramente nas FIGs. 5 e 6, o centro de rotação da ligação de braço pode ficar no exterior do plano L1 no qual o mecanismo de mola de cantiléver se estende. Por meio disso o espaço é criado no qual a junta entre o braço móvel e o corpo pode ser acomodada e uma boa correspondência entre o movimento do centro de rotação 43 da ligação de braço 41 e o ponto de rotação do braço móvel é obtida.

[051] O mecanismo de mola de cantiléver pode ser acoplado de qualquer maneira adequada para a implantação específica à ligação de base e à ligação de braço, como direta ou indiretamente. No exemplo das FIGs. 4 a 6, por exemplo, o suporte de equilíbrio de força 4 compreende um quadro 47 que acopla a ligação de base 42 ao mecanismo de mola de cantiléver 44. O quadro 47 é mais rígido que o mecanismo de mola de cantiléver. Nesse exemplo, o quadro permite fornecer um alto grau de rigidez, e por conseguinte suporte adicional, para partes do corpo e evitar que o mecanismo de mola de cantiléver, em vez de flexionar livremente, pressione aquelas partes e exerça uma força sobre as mesmas.

[052] Nas FIGs. 4 a 6, a ligação de braço 41 está a uma distância a partir da extremidade de cantiléver livre 46. A ligação de braço 41 é ligada à extremidade de cantiléver livre 46 por um braço rígido 48 que se projeta a partir da extremidade de cantiléver livre 46 em direção ao centro de rotação 43. Por meio disso o centro de rotação, fornecido por uma junta giratória ou articulada entre a ligação de braço 41 e o braço rígido 48 pode ser localizado próximo ao ponto de rotação do braço móvel e por conseguinte uma boa correspondência entre seus movimentos ser obtida. Nesse sentido, o braço direito pode se projetar para fora do plano L1 no qual o mecanismo de mola de cantiléver se estende, conforme visto mais claramente nas FIGs. 5 e 6, o que permite um projeto compacto do suporte.

[053] O mecanismo de mola de cantiléver 44 pode ser pré-carregado. Por meio disso, a posição inicial do centro de rotação pode ser alinhada conforme desejado, por exemplo para se alinhar ao corpo do ombro humano, e por conseguinte aprimorar a correspondência entre o centro ou rotação e o ponto de rotação do braço. Especialmente no caso de um feixe de mola, isso permite uma construção mecanicamente simples que fornece um equilíbrio de força eficaz para movimentos complexos, por exemplo que seguem o movimento natural do ombro humano.

[054] Embora a pré-carregamento possa ser implantada de qualquer maneira adequada, um pré-carregamento simples e eficaz pode ser fornecido por uma tira 50 que é, direta ou indiretamente, ligada ao mecanismo de mola de cantiléver em dois pontos a uma distância um do outro e cuja tira pode ser amarrada para pré-carregar a mola de cantiléver.

[055] A ligação de braço 41 pode ser implantada de qualquer maneira adequada para a implantação específica para ser pelo menos giratória em relação à ligação de base.

[056] No exemplo mostrado nas FIGs. 4 a 6, por exemplo, a ligação de braço compreende um mecanismo de dobradiça 51 no centro de rotação e ligada ao mecanismo de cantiléver (nesse exemplo através do braço rígido 48). Um apoio de braço 49 é conectado ao mesmo através de um membro de braço 52.

[057] O mecanismo de dobradiça 51 tem um ou mais eixos de articulação 71,72 para articular o membro de braço 52. O mecanismo de dobradiça tem um primeiro eixo de articulação 71 e um segundo eixo de articulação 72 em um ângulo, como perpendicular, ao primeiro eixo de articulação, e o braço rígido 48 mantém o mecanismo de dobradiça 51 em posição em relação à extremidade de cantiléver 43 de extremidade livre. Assim o mecanismo de dobradiça fornece dois graus de liberdade para o braço móvel, e no caso de um braço humano permite levantar os braços no plano sagital e no plano transversal com o uso da dobradiça sagital 71 e da dobradiça transversal 72 respectivamente.

[058] A ligação de braço 41 tem adicionalmente um apoio de braço 49 a uma distância do centro de rotação.

[059] A posição do apoio de braço 49 em relação ao eixo de articulação pode ser adaptável. Conforme indicado com a seta 73, o apoio de braço 49 pode ser movido para longe ou mais próximo ao mecanismo de dobradiça 51 para compensar desalinhamentos. Nesse exemplo, o membro de braço 52 é dotado de uma corrediça sobre a qual o apoio de braço 49 pode deslizar para a posição desejada e então a posição pode ser travada. Alternativamente, pode-se permitir que o apoio de braço 49 se mova linearmente durante o uso permitindo por meio disso, uma correção automática do alinhamento no caso por exemplo de uma correspondência insuficiente entre o movimento do centro de rotação e a rotação do braço móvel.

[060] Assim, o suporte 4 compreende um mecanismo que permite rotação assim como translação linear do apoio de braço e por conseguinte uma grande liberdade de movimento quando o “apoio de braço” é conectado ao “braço” externo.

[061] O mecanismo de dobradiça e o apoio de braços em movimento podem ser alimentados passivamente, como com o uso de uma mola ou outro atuador passivo. Por meio disso, um suporte mecanicamente simples e/ou compacto pode ser obtido.

[062] Nos exemplos das FIGs. 1 a 5, o suporte de equilíbrio de força é usado em um dispositivo de suporte vestível 3. O dispositivo de suporte vestível 3 é vestível por um ser humano, entretanto será evidente que o dispositivo de suporte vestível 3 pode ser adaptado para ser vestível por outros tipos de seres vivos, isto é animal não humano por adaptação da dimensão de uma maneira adequada à morfologia das espécies em questão.

[063] Conforme mostrado, o dispositivo vestível 3 compreende um arnês 32 para prender o dispositivo 3 a um corpo do animal e um ou mais suportes 4 para transferir a força exercida por um segmento em formato de braço do animal sobre um ponto de rotação do mesmo para uma outra parte do corpo enquanto contorna as partes do corpo entre o ponto de rotação e a outra parte do corpo.

[064] A outra parte do corpo pode ser uma parte inferior do corpo abaixo de pelo menos um do grupo que consiste em: ombros, peitoral, tórax, umbigo, quadris, pernas. Isso permite contornar as partes do corpo entre o braço e a parte mencionada do corpo e por conseguinte reduz tensão musculoesquelética na parte contornada. É particularmente vantajoso que a outra parte do corpo seja uma parte das costas abaixo de uma vértebra, a vértebra sendo selecionada dentre o grupo que consiste em: C7, T12, T11, T10, T9, T8, T7, T6, T5, T4, T3, T2, T1, L1, L2, L3. Isso permite reduzir a carga em partes selecionadas da coluna vertebral o que é uma causa frequente de queixas físicas.

[065] O dispositivo de suporte vestível pode ser adequado, conforme mostrado, para um animal com um corpo simétrico, por exemplo como o corpo humano. Conforme mostrado, o dispositivo de suporte vestível 3 pode compreender dois suportes, cada um em um respectivo lado de um eixo de simetria do corpo para sustentar uma respectiva ligação de braço conectável ao respectivo membro em formato de braço do mesmo.

[066] No exemplo, o arnês é formado por suportes de equilíbrio de força 4, cada um em um respectivo lado do eixo de simetria do corpo humano e separado para permitir que o pescoço seja posicionado entre os mesmos. Os suportes 4 são ligados por um quadro 47 a uma ligação de base 42 que, em uso, está sobre as costas dos usuários e mais especificamente a ligação de base 42 é ligada à parte inferior das costas com um cinto 32 que se estende quando ligado ao redor dos quadris do usuário. Conforme mostrado, o quadro 47 consiste em faixas alongadas paralelas que se estendem a partir da ligação de base 42 até os suportes 4 e são conectadas entre si em e pela ligação de base 42 e na junta com os suportes 44 por uma faixa de transferência 34. O arnês é dotado de alças 33 que conectam a extremidade de cantiléver livre 46 ao quadro 47. Quando usada, a extremidade de cantiléver estará na frente do torso 10 e o quadro nas costas. As alças 47 permitem assim fixar o arnês sobre o torso enquanto o cinto 32 garante o suporte sobre os quadris.

[067] O suporte pode ser usado para sustentar um braço móvel de um aparelho mecânico, como um robô autônomo ou semiautônomo, por exemplo um humanoide ou não humanoide. O aparelho mecânico pode por exemplo ser um equipamento de fábrica, como um robô industrial. O uso do suporte permite implantar um braço móvel que pode fazer movimentos complexos com atuadores ativos de uma capacidade limitada uma vez que o suporte fornece a um atuador passivo uma liberdade de movimento significativa para braço móvel. Em particular, o suporte pode compensar as forças estáticas e por conseguinte a necessidade de fornecer aos atuadores ativos potência suficiente para compensar tais forças pode ser reduzida se não eliminada.

[068] O aparelho mecânico pode compreender um braço móvel e uma base à qual o braço móvel é ligado. O aparelho pode por exemplo compreender um atuador ativo para mover o braço em relação à base. O braço pode ser rotativa ao redor de um ponto de rotação móvel que é móvel em relação à base. Por exemplo, o braço pode ser ligado a um corpo que pode girar ou mover linearmente em relação à base. O braço pode ser dotado de um suporte que é acoplado ao braço e à base para pelo menos compensar parcialmente uma força exercida pelo braço móvel sobre o ponto de rotação do braço.

[069] No relatório descritivo supracitado, a invenção foi descrita com referência a exemplos específicos de modalidades da invenção. Será, entretanto, evidente que várias modificações e alterações podem ser feitas na mesma sem se afastar do escopo mais amplo da invenção conforme apresentado nas reivindicações anexas.

[070] Por exemplo, embora o exemplo mostrado seja implantado como um “exoesqueleto” , que é um dispositivo que aumenta o desempenho de um usuário fisicamente apto, o dispositivo de suporte vestível pode ser do mesmo modo implantado como uma “órtese”, que é um dispositivo que é usado para auxiliar um usuário com uma patologia de segmento, por exemplo para tratamento curativo, tratamento profilático ou tratamento paliativo como o alívio de sintomas de dor do usuário.

[071] Do mesmo modo, embora os exemplos sejam ilustrados como vestíveis por um ser humano, o dispositivo de suporte vestível pode ser do mesmo modo implantado como um exoesqueleto ou órtese para outras espécies, como em uma órtese ou exoesqueleto veterinário.

[072] Por exemplo, as conexões conforme discutido no presente documento podem ser de qualquer tipo de conexão adequada para transferir forças das ou para as respectivas partes, por exemplo, através de elementos intermediários. Em conformidade, salvo se implícito ou estabelecido de outro modo, as conexões podem ser por exemplo conexões diretas ou conexões indiretas.

[073] Adicionalmente, embora nos exemplos tenha sido mostrado um apoio de braço em formato de copo que acomoda um braço humano superior 12, será evidente que por exemplo uma algema ou outra ligação pode ser dependente do braço para ser acoplado e que o apoio de braço pode ser conectado permanentemente ou de modo liberável ao braço móvel.

[074] Ademais, será evidente que o suporte pode ser implantado para compensar uma força adequada e que essa compensação pode ser parcial ou completa. Por exemplo, o suporte pode equilibrar forças dinâmicas ou estáticas e por exemplo sustentar o peso do braço ou o peso do braço com uma ferramenta por compensação de gravidade.

[075] Entretanto, outras modificações, variações e alternativas são também possíveis. Os relatórios descritivos e desenhos devem, em conformidade, ser considerados em um sentido ilustrativo em vez de restritivo.

[076] Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser interpretados como limitantes da reivindicação. A palavra “compreendendo” não exclui a presença de outros elementos ou etapas além daqueles listados em uma reivindicação. Adicionalmente, os termos "um" ou "uma", conforme usado no presente documento, são definidos como um ou mais que um.

[077] Além disso, os termos "dianteiro", "traseiro", "topo", "fundo", "sobre", "sob" e similares na descrição e nas reivindicações, se houver, são usados para propósitos descritivos e não necessariamente para descrever posições relativas permanentes. Entende-se que os termos assim usados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas de modo que as modalidades da invenção descritas no presente documento sejam, por exemplo, capazes de operação em outras orientações diferentes daquelas ilustradas ou de outro modo descritas no presente documento.

[078] Ademais, o uso de frases introdutórias como "pelo menos um" e "um ou mais" nas reivindicações não deve ser interpretado para implicar que a introdução de um outro elemento de reivindicação pelos artigos indefinidos "um" ou "uma" limita qualquer reivindicação particular que contém tal elemento de reivindicação introduzido a invenções que contém apenas um tal elemento, até mesmo quando a mesma reivindicação inclui as frases introdutórias "um ou mais" ou "pelo menos um" e artigos indefinidos como "um" ou "uma". O mesmo vale para o uso de artigos definidos. Salvo se apresentado de outro modo, os termos como "primeiro" e "segundo" são usados para distinguir arbitrariamente entre os elementos tais elementos descritos. Assim, esses termos não pretendem necessariamente indicar a priorização temporal ou outra priorização de tais elementos O simples fato de que certas medidas são mencionadas em reivindicações mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não pode ser usada como vantagem.

Claims

1. Suporte de equilíbrio de força (4) para um braço móvel, cujo braço móvel é ligado a uma base e rotativo ao redor de um ponto de rotação móvel (43), móvel em relação à base, o suporte (4) compreendendo: uma ligação de braço (41) conectável ao braço móvel; uma ligação de base (42) a uma distância a partir da ligação de braço (41), para ligar o suporte (4) à base; a ligação de braço (41) sendo pelo menos rotativa em relação à ligação de base (42), ao redor de um centro de rotação (43) cuja posição é móvel em relação à ligação de base (42); um mecanismo de mola de cantiléver (44) para pelo menos transferir parcialmente uma força exercida na ligação de braço (41) pelo braço móvel, quando acoplado ao mesmo, através da ligação de base (42) para a base, o mecanismo de mola de cantiléver (44) compreendendo: uma extremidade de cantiléver, de lado de base (45), fixada ligada à ligação de base (42) cuja posição é fixada em relação à ligação de base (42), e uma extremidade de cantiléver, de lado de braço, livre (46) que é móvel com respeito à ligação de base (42) pelo menos por flexão adequada do mecanismo de mola de cantiléver (44) e pela qual a ligação de braço (41) é mantida suspensa com respeito à ligação de base (42), a posição do centro de rotação (43) sendo pelo menos parcialmente dependente em uma posição da extremidade de cantiléver livre (46) que por sua vez é pelo menos parcialmente determinada por uma posição da ligação de braço (41), caracterizado pelo fato de que o suporte de equilíbrio de força (4) compreende uma montagem de braço formada pela ligação de braço (41) e um braço de alavanca, o qual se estende se afastando da ligação de braço (41) a partir do centro de rotação (43) para uma extremidade de alavanca (53), cuja montagem de braço possui pelo menos duas articulações, das quais uma articulação é o centro de rotação (43) que é usado para conectar à extremidade de cantiléver livre (46), e outra articulação (53) é através de um membro (50) ligado à base de ligação (42).

2. Suporte (4), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma quantidade de força de compensação exercida pelo mecanismo de mola de cantiléver (44) na ligação de braço (41) é determinada por uma quantidade de flexão do mecanismo de mola de cantiléver (44).

3. Suporte (4), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o centro de rotação (43) da ligação de braço (41) fica no exterior do mecanismo de mola de cantiléver (44).

4. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o centro de rotação (43) da ligação de braço (41) fica a uma distância a partir de uma extremidade de cantiléver de lado de base (45) do mecanismo de mola de cantiléver (44) e a partir da extremidade de cantiléver livre (46).

5. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de mola de cantiléver (44) é curvada ao redor do centro de rotação (43) da ligação de braço (41).

6. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o centro de rotação (43) da ligação de braço (41) fica no exterior de um plano (L1) no qual o mecanismo de mola de cantiléver (44) se estende.

7. Suporte de equilíbrio de força (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende um quadro (47) que acopla a ligação de base (42) ao mecanismo de mola de cantiléver (44), o quadro (47) sendo mais rígido do que o mecanismo de mola de cantiléver (44).

8. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a ligação de braço (41) está a uma distância da extremidade de cantiléver (46).

9. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de mola de cantiléver (44) compreende uma mola de cantiléver contínua que se estende entre a extremidade de cantiléver de lado de base (45) e a extremidade de cantiléver livre (46), tal como uma mola de lâmina.

10. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de mola de cantiléver (44) é pré- carregado.

11. Suporte (4), de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que compreende uma tira (50), diretamente ou indiretamente, ligada em dois pontos em uma distância um do outro ao mecanismo de mola de cantiléver (44), cuja tira (50) pode ser amarrada para pré-carregar a mola de cantiléver (44).

12. Suporte (4), de acordo com a reivindicação 8 ou 11, caracterizado pelo fato de que a ligação de braço (41) é ligada à extremidade de cantiléver livre (46) por um braço rígido (48).

13. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a ligação de braço (41) compreende: um mecanismo de dobradiça (51) no centro de rotação (43) e ligado ao mecanismo de cantiléver (44); um apoio de braço (49) a uma distância do centro de rotação (43); um membro de braço (52) conectando o apoio de braço (49) ao mecanismo de dobradiça (51); o mecanismo de dobradiça (51) que tem pelo menos um eixo de articulação (71, 72) para articular o membro de braço (52).

14. Suporte (4), de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de dobradiça (51) tem um primeiro eixo de articulação (71) e um segundo eixo de articulação (72) em um ângulo, tal como perpendicular, para o primeiro eixo de articulação (71), e o braço rígido (48) fixa o mecanismo de dobradiça (51) em relação à extremidade de cantiléver de extremidade livre (46).

15. Suporte (4), de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que a posição do apoio de braço (49) em relação ao eixo de articulação (71, 72) é adaptável.

16. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de mola de cantiléver (44) compreende uma série de elementos de mola de cantiléver distintos (60).

17. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de mola de cantiléver (44) tem características de mola que variam por um comprimento do mecanismo de mola de cantiléver (44) entre a extremidade de cantiléver livre (46) e a extremidade de cantiléver fixada (45).

18. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o centro de rotação (43) é móvel em relação à ligação de base (42) em pelo menos um dentre: uma direção longitudinal a partir da ligação de braço para a ligação de base; uma direção lateral perpendicular à dita direção longitudinal; uma direção transversal perpendicular à direção longitudinal e a direção lateral.

19. Suporte (4), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de mola de cantiléver (44) é capaz de flexionar em pelo menos duas dentre a direção longitudinal, direção lateral e direção transversal.

20. Suporte (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que a extremidade de cantiléver livre (46) é ainda móvel por torsão adequada do mecanismo de mola de cantiléver (44).

21. Suporte (4), de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de mola de cantiléver (44) exibe características de mola de torsão e pode ser trançado de modo resiliente.