CA3167536A1

CA3167536A1 - Exoskeleton allowing great freedom of movement of the shoulder

Info

Publication number: CA3167536A1
Application number: CA3167536A
Authority: CA
Inventors: Benjamin Doubinsk; Jordane GRENIER
Original assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2022-07-13
Publication date: 2023-01-19
Also published as: FR3125243A1

Abstract

Exosquelette comprenant : une structure dorsale (10) reliée à une structure brachiale (30) par une structure scapulaire (20) comportant un actionneur d'épaule (24) pour déplacer la structure brachiale par rapport à la structure dorsale. La structure scapulaire comprend une première articulation (21) fixée à une partie supérieure (11) de la structure dorsale (10), un chariot (23) relié à une partie de la première articulation (21) pour coulisser par rapport à la première articulation (21) selon une direction sensiblement perpendiculaire au premier axe d'articulation (A1). L'actionneur d'épaule (24) est monté sur le chariot (23) par une deuxième articulation (25) ayant un deuxième axe d'articulation (A2) sensiblement parallèle au premier axe d'articulation (A1). L'exosquelette comprend un premier organe élastique (27) de rappel du chariot vers une position prédéterminée de repos et un deuxième organe élastique (28) pour rappeler le chariot (23) vers la première articulation (21).An exoskeleton comprising: a dorsal structure (10) connected to a brachial structure (30) by a scapular structure (20) having a shoulder actuator (24) for moving the brachial structure relative to the dorsal structure. The scapular structure includes a first joint (21) fixed to an upper part (11) of the dorsal structure (10), a carriage (23) connected to a part of the first joint (21) to slide with respect to the first joint (21) in a direction substantially perpendicular to the first hinge axis (A1). The shoulder actuator (24) is mounted on the carriage (23) by a second hinge (25) having a second hinge axis (A2) substantially parallel to the first hinge axis (A1). The exoskeleton comprises a first elastic member (27) for biasing the carriage towards a predetermined rest position and a second elastic member (28) for biasing the carriage (23) towards the first articulation (21).

Description

EXOSQUELETTE AUTORISANT UNE GRANDE LIBERTE DE MOUVEMENT
DE L'EPAULE
La présente invention concerne le domaine des appareils pourvus d'une motorisation ou d'une assistance et portés par le corps humain pour en améliorer les capacités, et en particulier les exosquelettes.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Il est connu des documents FR-A-3046052 et FR-A-3072598 des exosquelettes comprenant : une structure dorsale ayant une partie supérieure destinée à s'étendre à hauteur des omoplates d'un utilisateur, une structure brachiale pourvue de moyen de sa fixation à un bras de l'utilisateur, et une structure scapulaire reliant la structure brachiale à la partie supérieure de la structure dorsale. La structure scapulaire comporte un actionneur d'épaule pour déplacer la structure brachiale par rapport à la structure dorsale.
Or, l'épaule est un système articulaire complexe autorisant six degrés de liberté par la combinaison des mouvements de l'articulation de l'épaule elle-même et des mouvements de l'omoplate.
Cette complexité autorise une grande liberté de mouvement des bras, avec des mouvements d'abduction / adduction, d'élévation / abaissement, et de rotation.
Idéalement, dans la plupart des applications, l'exosquelette ne doit pas entraver les mouvements du bras tout en maintenant l'actionneur d'épaule proche de l'articulation de celle-ci.
En pratique, l'exosquelette peut se révéler gênant pour les mouvements extrêmes du bras, comme lorsque l'utilisateur veut toucher l'une de ses épaules avec la main opposée ou écarter les bras au maximum en rapprochant les omoplates l'un de l'autre.
OBJET DE L'INVENTION
Date Reçue/Date Received 2022-07-13 EXOSKELETON ALLOWING GREAT FREEDOM OF MOVEMENT
SHOULDER
The present invention relates to the field of apparatus provided with a motorization or assistance and carried by the human body to improve its capacities, and especially exoskeletons.
BACKGROUND OF THE INVENTION
It is known from documents FR-A-3046052 and FR-A-3072598 exoskeletons comprising: a dorsal structure having an upper part intended to extend at the height of the shoulder blades of a user, a brachial structure provided with means for its attachment to an arm of the user, and a scapular structure connecting the brachial structure at the top of the dorsal structure. The scapular structure has a shoulder actuator for move the brachial structure relative to the structure dorsal.
However, the shoulder is a complex articular system allowing six degrees of freedom by the combination of the movements of the shoulder joint itself and movements of the scapula.
This complexity allows great freedom of movement arms, with abduction / adduction movements, raising/lowering, and rotation.
Ideally, in most applications, the exoskeleton must not impede the movements of the arm while holding the shoulder actuator close to its articulation.
In practice, the exoskeleton can be inconvenient for extreme arm movements, such as when the user wants to touch one of his shoulders with the opposite hand or spread the arms as far as possible by bringing shoulder blades apart.
OBJECT OF THE INVENTION
Date Received/Date Received 2022-07-13

2 L'invention a notamment pour but de fournir une architecture d'exosquelette limitant les inconvénients précités.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention un exosquelette comprenant : une structure dorsale ayant une partie supérieure destinée à s'étendre à hauteur des omoplates d'un utilisateur, au moins une structure brachiale pourvue de moyen de sa fixation à un bras de l'utilisateur, et une structure scapulaire reliant la structure brachiale à la partie supérieure de la structure dorsale et comportant un actionneur d'épaule pour déplacer la structure brachiale par rapport à la structure dorsale. La structure scapulaire comprend au moins une première articulation fixée à la partie supérieure de la structure dorsale pour avoir un premier axe d'articulation sensiblement parallèle à un axe spinal local, un chariot relié à une partie de la première articulation pour coulisser par rapport à la première articulation selon une direction sensiblement perpendiculaire au premier axe d'articulation et destinée à être parallèle aux omoplates lors de l'utilisation de l'exosquelette. L'actionneur d'épaule est monté sur le chariot par une deuxième articulation ayant un deuxième axe d'articulation sensiblement parallèle au premier axe d'articulation. L'exosquelette comprend un premier organe élastique de rappel du chariot vers une position prédéterminée de repos et un deuxième organe élastique pour rappeler le chariot vers la première articulation.
Ainsi, la combinaison de mouvements de la première articulation et du chariot coulissant libère l'omoplate en autorisant une grande variété de mouvements et en particulier des mouvements de grande amplitude comme lorsque les bras sont largement écartés, mouvement autorisé
par un rapprochement des omoplates l'un de l'autre, ou au contraire lorsque les bras sont croisés sur le torse, Date Reçue/Date Received 2022-07-13 2 The object of the invention is in particular to provide a exoskeleton architecture limiting the disadvantages aforementioned.
SUMMARY OF THE INVENTION
For this purpose, provision is made, according to the invention, for an exoskeleton comprising: a backbone structure having a portion upper intended to extend at the height of the shoulder blades of a user, at least one brachial structure provided by means of its attachment to an arm of the user, and a scapular structure connecting the brachial structure to the upper part of the dorsal structure and comprising a shoulder actuator to move the brachial structure relative to the dorsal structure. The scapular structure comprises at least a first articulation fixed to the upper part of the dorsal structure to have a first axis of articulation substantially parallel to an axis local spinal, a cart connected to part of the first articulation to slide relative to the first articulation in one direction noticeably perpendicular to the first axis of articulation and intended to be parallel to the shoulder blades when using the exoskeleton. The shoulder actuator is mounted on the carriage by a second articulation having a second axis of articulation substantially parallel to the first axis of articulation. The exoskeleton includes a first organ carriage return elastic to a position predetermined resting position and a second elastic member for return the carriage to the first joint.
Thus, the combination of movements of the first articulation and sliding carriage releases the scapula by allowing a wide variety of movements and particular large amplitude movements such as when the arms are wide apart, movement allowed by bringing the shoulder blades closer to each other, or contrary when the arms are crossed on the torso, Date Received/Date Received 2022-07-13

3 chaque main saisissant l'épaule opposée, mouvement autorisé par un écartement des omoplates.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
La figure 1 est une vue de dos de l'exosquelette selon l'invention ;
La figure 2 est une vue de trois quarts arrière de l'exosquelette selon l'invention ;
La figure 3 est une vue de côté de l'exosquelette selon l'invention ;
La figure 4 est une vue de face de l'exosquelette selon l'invention ;
La figure 5 est une vue de détail de la première articulation se trouvant dans la zone V de la figure 2 ;
La figure 6 est une vue partielle de côté de la partie supérieure de la structure brachiale de l'exosquelette selon l'invention ;
La figure 7 est une vue partielle en perspective de la partie inférieure de la structure brachiale de l'exosquelette selon l'invention ;
La figure 8 est une vue de dessus de l'exosquelette avec la structure brachiale droite en extension maximale vers l'arrière et la structure brachiale gauche le long du corps de l'utilisateur ;
La figure 9 est une vue de détail de la zone IX de la figure 8 ;
Date Reçue/Date Received 2022-07-13 3 each hand grabbing the opposite shoulder, movement authorized by a separation of the shoulder blades.
Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the following description of a particular and non-limiting embodiment of the invention.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Reference will be made to the appended drawings, among which :
Figure 1 is a back view of the exoskeleton according to invention;
Figure 2 is a rear three-quarter view of the exoskeleton according to the invention;
Figure 3 is a side view of the exoskeleton according to invention;
Figure 4 is a front view of the exoskeleton according to invention;
Figure 5 is a detail view of the first articulation located in zone V of FIG. 2;
Figure 6 is a partial side view of the part upper exoskeleton brachial structure according to the invention;
Figure 7 is a partial perspective view of the lower part of the brachial structure of the exoskeleton according to the invention;
Figure 8 is a top view of the exoskeleton with the right brachial structure in maximum extension towards the back and the left brachial structure along the body of the user;
Figure 9 is a detail view of zone IX of the Figure 8;
Date Received/Date Received 2022-07-13

4 La figure 10 est une vue de dessus de la structure scapulaire droite pour une position de la structure brachiale le long du corps de l'utilisateur ;
La figure 11 est une vue de détail en perspective des moyens de rappel du chariot et de la partie inférieure de la structure dorsale de l'exosquelette selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence aux figures, l'exosquelette selon l'invention, portant la référence générale 1, comprend une structure dorsale, généralement désignée en 10, qui est destinée à s'étendre le long du dos d'un utilisateur et qui est reliée par deux structures scapulaires (ou structures d'épaule), généralement désignées en 20, à deux structures brachiales, généralement désignées en 30.
La structure dorsale 10 comprend une plaque en forme de T
et possède une partie supérieure 11 (la barre du T) destinée à s'étendre à hauteur des omoplates d'un utilisateur et une partie inférieure 12 (la jambe du T) reliée à une ceinture ventrale 40 par une platine de liaison 41 réglable en longueur pour permettre un réglage en hauteur de la structure dorsale 10 par rapport à la ceinture ventrale 40. La platine de liaison 41 comprend une plaquette 411, en forme de T à l'envers, solidaire de la ceinture ventrale 40 et pourvue de deux fentes 412 longitudinales, de forme oblongue, et une plaquette 413 qui est recouverte au moins partiellement par la plaquette 411 et qui est solidaire de la partie inférieure 12. La plaquette 413 est en une seule pièce avec la partie inférieure 12 et porte en saillie deux verrous à
excentrique 414. Chaque verrou à excentrique 414 comprend une tige reçue dans l'une desdites fentes 412 et une tête mobile sur la tige au moyen d'un levier à excentrique entre une position serrée dans laquelle la tête prend appui sur la plaquette 411 pour la plaquer contre la plaquette 413 Date Reçue/Date Received 2022-07-13 4 Figure 10 is a top view of the structure right scapular for a position of the structure brachial along the user's body;
Figure 11 is a perspective detail view of the means for recalling the carriage and the lower part of the dorsal structure of the exoskeleton according to the invention.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to the figures, the exoskeleton according to the invention, bearing the general reference 1, comprises a dorsal structure, usually designated as 10, which is intended to extend along the back of a user and which is connected by two scapular structures (or shoulder structures), usually designated as 20, two brachial structures, usually designated as 30.
Backbone 10 includes a T-shaped plate and has an upper part 11 (the bar of the T) intended to extend to the height of the shoulder blades of a user and a lower part 12 (the leg of the T) connected to a waist belt 40 by a plate of link 41 adjustable in length to allow adjustment in height of the back structure 10 relative to the waist belt 40. The connecting plate 41 comprises a plate 411, T-shaped upside down, integral with the waist belt 40 and provided with two slots 412 longitudinal, oblong in shape, and a plate 413 which is covered at least partially by the wafer 411 and which is secured to the lower part 12. The insert 413 is in one piece with the part lower 12 and projecting door two locks with eccentric 414. Each eccentric lock 414 includes a rod received in one of said slots 412 and a head movable on the rod by means of an eccentric lever between a tight position in which the head rests on the wafer 411 to press it against the wafer 413 Date Received/Date Received 2022-07-13

5 de manière à solidariser les plaquettes 411, 413 l'une à
l'autre par friction et une position desserrée dans laquelle la tête est dégagée de la plaquette 411 et autorise le coulissement de la plaquette 411 sur la plaquette 413.
Les structures scapulaires 20 sont identique l'une à
l'autre et relient chacune une des structures brachiales 30 à la partie supérieure 11 de la structure dorsale 10.
Chaque structure scapulaire 20 comprend au moins une première articulation 21 comportant des paliers 211 fixés à la partie supérieure 11 de la structure dorsale 10 et un arbre 212 dont les extrémités sont reçues à pivotement dans les paliers 211 pour constituer un premier axe d'articulation Al sensiblement parallèle à un axe spinal local, c'est-à-dire l'axe général des vertèbres se trouvant entre les omoplates, à savoir un axe incliné de 20 vers l'avant par rapport à la verticale lorsque l'utilisateur se tient debout. En pratique, comme la plaque formant la structure dorsale 10 est conformée pour s'étendre le long de la colonne vertébrale de l'utilisateur, le premier axe d'articulation Al s'étend du bas vers le haut sensiblement parallèlement à la partie supérieure 12. De l'arbre 212 partent deux rails 22, perpendiculaires à l'axe d'articulation Al, sur lesquels est monté pour coulisser un chariot 23 portant un actionneur d'épaule 24 d'axe moteur Ml. Les deux rails 22 ont leurs extrémités opposées à l'arbre 212 reliées l'une à l'autre par une barre 221 formant une butée au coulissement du chariot 23. Le chariot 23 est par exemple pourvu de paliers lisses ou à billes pour faciliter son coulissement sur les rails 22. Le chariot 23 peut ainsi coulisser sur les rails 22 selon une direction sensiblement perpendiculaire au premier axe Date Reçue/Date Received 2022-07-13 5 so as to secure the plates 411, 413 one to the other by friction and a loose position in which the head is disengaged from the wafer 411 and allows sliding of the wafer 411 on the plate 413.
The scapular structures 20 are identical to each other the other and each connect one of the brachial structures 30 to the upper part 11 of the back structure 10.
Each scapular structure 20 comprises at least one first articulation 21 comprising bearings 211 fixed to the upper part 11 of the back structure 10 and a shaft 212 whose ends are pivotally received in the bearings 211 to constitute a first axis of articulation Al substantially parallel to a spinal axis local, that is to say the general axis of the vertebrae located between the shoulder blades, namely an axis inclined 20 towards forward relative to the vertical when the user stands upright. In practice, as the plate forming the backbone 10 is shaped to extend along of the user's spine, the first axis of articulation Al extends from the bottom upwards substantially parallel to the upper part 12. Of the shaft 212 depart two rails 22, perpendicular to the axis of articulation Al, on which is mounted to slide a carriage 23 carrying a shoulder actuator 24 of axis Ml engine. The two rails 22 have their opposite ends to the shaft 212 connected to each other by a bar 221 forming a stop to the sliding of the carriage 23. The carriage 23 is for example provided with plain or ball bearings to facilitate its sliding on the rails 22. The carriage 23 can thus slide on the rails 22 according to a direction substantially perpendicular to the first axis Date Received/Date Received 2022-07-13

6 d'articulation Al et parallèle aux omoplates de l'utilisateur. La course du chariot 23 est par exemple de 60 mm qu'il est possible de modifier en changeant les rails 22. L'actionneur d'épaule 24 est relié au chariot 23 par une deuxième articulation 25 comportant des paliers 251 solidaires d'une bride 26 et un arbre 252 qui est solidaire d'une extension du chariot 23 et qui a des extrémités reçues dans les paliers 251 pour constituer un deuxième axe d'articulation A2 sensiblement parallèle au premier axe d'articulation Al autorisant un débattement angulaire d'environ 65 de l'actionneur par rapport au chariot 23.
La bride 26 relie rigidement un carter de l'actionneur d'épaule 24 aux paliers 251.
La structure scapulaire 20 comprend un premier organe élastique 27 de rappel de la première articulation 21, et donc des rails 22, vers une position prédéterminée neutre ou de repos (qui correspond sensiblement à une position de repos de l'utilisateur debout les bras le long du corps) et un deuxième organe élastique 28 pour rappeler le chariot 23 vers la première articulation 21.
Le premier organe élastique 27 comprend deux ressorts de torsion antagonistes 271, 272 montés entre l'arbre 212 et chacun des paliers 211 pour rappeler l'arbre 212 dans une position neutre ou de repos entre deux positions extrêmes correspondant à un déplacement de la partie distale de l'omoplate vers l'avant (le bras passe devant le torse et la main saisit l'épaule opposée) et un déplacement de la partie distale de l'omoplate vers l'arrière (les bras sont écartés au maximum, voir la structure scapulaire droite sur la figure 8). En position neutre, le chariot 23 se trouve de préférence au voisinage de la partie supérieure Date Reçue/Date Received 2022-07-13 6 of articulation Al and parallel to the shoulder blades of the user. The stroke of the carriage 23 is for example 60 mm that can be modified by changing the rails 22. Shoulder actuator 24 is connected to carriage 23 by a second articulation 25 comprising bearings 251 integral with a flange 26 and a shaft 252 which is integral of an extension of the carriage 23 and which has ends received in the bearings 251 to constitute a second axis of articulation A2 substantially parallel to the first axis of articulation Al allowing an angular deflection approximately 65 of the actuator relative to the carriage 23.
The flange 26 rigidly connects a casing of the actuator shoulder 24 at the bearings 251.
The scapular structure 20 comprises a first organ elastic 27 for recalling the first articulation 21, and therefore rails 22, towards a predetermined neutral position or rest (which substantially corresponds to a position of rest of the user standing with arms along the body) and a second elastic member 28 for biasing the carriage 23 towards the first joint 21.
The first elastic member 27 comprises two springs of torsion antagonists 271, 272 mounted between the shaft 212 and each of the bearings 211 to return the shaft 212 in a neutral position or rest between two extreme positions corresponding to a displacement of the distal part of the scapula forward (the arm passes in front of the torso and the hand grasps the opposite shoulder) and a displacement of the distal part of the scapula backwards (the arms are spread to the maximum, see the right scapular structure in Figure 8). In neutral position, the carriage 23 preferably located near the upper part Date Received/Date Received 2022-07-13

7 11 et les rails s'étendent parallèlement à un plan frontal de l'utilisateur (voir la structure scapulaire gauche sur la figure 8). Dans la première position extrême, les rails 22 font un angle de 50 vers l'avant avec ledit plan et, dans la deuxième position extrême, les rails 22 font un angle de 200 vers l'arrière avec ledit plan.
Le deuxième organe élastique 28 comprend un ressort de traction 281 extensible s'étendant le long de la partie inférieure 12 de la structure dorsale 10 sensiblement selon une direction spinale locale (c'est-à-dire sensiblement verticalement lorsque l'utilisateur est debout) et ayant une extrémité fixée à la partie inférieure 12 et une extrémité opposée reliée à une extrémité d'un câble 282 ayant une extrémité opposée reliée au chariot 23. Le câble 282 passe dans un perçage ménagé dans une partie de la première articulation 21 liée en rotation avec le chariot 23, à savoir l'arbre 212, de telle manière que le tronçon de câble s'étendant entre le chariot 23 et la première articulation 21 soit toujours parallèle aux rails 22 et n'exerce pas de couple de rotation sur l'arbre 212 et le chariot 23. Des illets de guidage du câble 282 sont fixés sur la structure dorsale 10 entre la première articulation 21 et le ressort 281 pour maintenir le câble 282 le long de la structure dorsale 10 sans entraver son déplacement longitudinal du fait des mouvements de l'utilisateur et du rappel exercé par le ressort 281 sur le chariot 23.
L'actionneur d'épaule 24 a un arbre de sortie pourvu d'un levier 241 relié par une troisième articulation 31 à une première extrémité d'un segment de bras 32 de la structure brachiale 30. La troisième articulation 31 comprend des paliers 311 solidaires du levier 241 et un arbre 312 ayant Date Reçue/Date Received 2022-07-13 7 11 and the rails extend parallel to a frontal plane of the user (see the left scapular structure on Figure 8). In the first extreme position, the rails 22 make an angle of 50 forwards with said plane and, in the second extreme position, the rails 22 form a angle of 200 backwards with said plane.
The second elastic member 28 comprises a spring of 281 stretch stretch stretching along the part bottom 12 of the back structure 10 substantially along a local spinal direction (i.e. substantially vertically when the user is standing) and having one end fixed to the lower part 12 and one opposite end connected to one end of a cable 282 having an opposite end connected to the carriage 23. The cable 282 passes through a hole made in part of the first articulation 21 connected in rotation with the carriage 23, namely the shaft 212, in such a way that the section of cable extending between the carriage 23 and the first articulation 21 is always parallel to the rails 22 and does not exert any rotational torque on the shaft 212 and the trolley 23. Cable guide eyes 282 are fixed on the dorsal structure 10 between the first articulation 21 and the spring 281 to hold the cable 282 along of the back structure 10 without impeding its movement longitudinal due to the movements of the user and the return exerted by the spring 281 on the carriage 23.
The shoulder actuator 24 has an output shaft provided with a lever 241 connected by a third articulation 31 to a first end of an arm segment 32 of the structure brachial 30. The third joint 31 comprises bearings 311 integral with lever 241 and a shaft 312 having Date Received/Date Received 2022-07-13

8 des extrémités engagées dans les paliers 311 pour constituer un troisième axe d'articulation A3 sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal du segment de bras 32 et à un axe moteur de l'actionneur d'épaule 24. Le segment de bras 32 a une deuxième extrémité reliée à un actionneur de coude 33 d'axe moteur M2 par une quatrième articulation 34. La quatrième articulation 34 comprend deux paliers 341 solidaires d'une platine de liaison 35 et un arbre dont est solidaire la deuxième extrémité du segment de bras 32 et qui deux extrémités engagées dans les paliers 341 pour constituer un quatrième axe d'articulation A4 sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal du segment de bras 32. Le quatrième axe d'articulation A4 est décalé angulairement par rapport à l'axe moteur M2 de l'actionneur de coude 33. Le décalage est ici de 35 . Le troisième axe d'articulation A3 est décalé angulairement par rapport au quatrième axe d'articulation A4. Le segment de bras 32 s'étend en arrière par rapport à l'actionneur 33.
Le segment de bras 32 a une longueur variable et est rappelé
élastiquement dans un état de plus courte longueur par un troisième organe élastique 36. Le segment de bras 32 comprend un fourreau 321 recevant à coulissement et à
pivotement une tige 322 : le fourreau 321 forme la première extrémité du segment de bras 32 et la tige 322 forme la deuxième extrémité du segment de bras 32. Le troisième organe élastique 36 comprend deux ressorts de traction 361, 362 ayant une extrémité solidaire du fourreau 321 au voisinage de la troisième articulation 31 et une extrémité
solidaire de la tige 322 au voisinage de la quatrième articulation 34 à la fois pour rentrer la tige 322 dans le Date Reçue/Date Received 2022-07-13 8 ends engaged in the bearings 311 to constitute a third axis of articulation A3 substantially perpendicular to a longitudinal axis of the arm segment 32 and to a motor axis of the shoulder actuator 24. The arm segment 32 has a second end connected to a elbow actuator 33 of motor axis M2 by a fourth articulation 34. The fourth articulation 34 comprises two bearings 341 secured to a connecting plate 35 and a shaft to which the second end of the segment is attached arm 32 and which two ends engaged in the bearings 341 to constitute a fourth axis of articulation A4 substantially perpendicular to the longitudinal axis of the arm segment 32. The fourth axis of articulation A4 is angularly offset from the motor axis M2 by the elbow actuator 33. The offset here is 35 . the third axis of articulation A3 is angularly offset relative to the fourth axis of articulation A4. The segment arm 32 extends rearward relative to the actuator 33.
The arm segment 32 has a variable length and is recalled elastically in a state of shorter length by a third elastic member 36. The arm segment 32 comprises a sheath 321 slidably receiving and pivoting a rod 322: the sheath 321 forms the first end of the arm segment 32 and the rod 322 forms the second end of the arm segment 32. The third elastic member 36 comprises two tension springs 361, 362 having one end secured to the sheath 321 at the vicinity of the third articulation 31 and one end integral with the rod 322 in the vicinity of the fourth articulation 34 both to retract rod 322 into the Date Received/Date Received 2022-07-13

9 fourreau 321 et pour la rappeler vers une position angulaire neutre prédéterminée par rapport au fourreau 322.
Le caractère télescopique du segment de bras 32 permet à
celui-ci de s'adapter à la fois à la morphologie de l'utilisateur et à ses mouvements.
La platine de liaison 35 est réglable en longueur et comprend une interface 351 de contact avec le bras de l'utilisateur, portant les paliers 341, et une bride 352 ayant une extrémité solidaire d'un carter de l'actionneur de coude 33 et une extrémité pourvue d'une fente longitudinale 353, de forme oblongue, recevant à
coulissement un tenon de l'interface 351. Un verrou à
levier 354 est engagé dans le tenon de l'interface 351 et a sa tige reçue dans la fente longitudinale 353 et sa tête en appui contre la bride 352 pour immobiliser l'interface 351 en position le long de la bride 352. L'interface 351 de contact avec le bras de l'utilisateur est disposée entre l'actionneur de coude 33 et la quatrième articulation 34.
L'actionneur de coude 33 a un arbre de sortie dont est solidaire un levier 331 relié à un segment d'avant-bras 37 par une cinquième articulation 38 comprenant des paliers 381 solidaires du levier 331 et un arbre 382 ayant des extrémités engagées dans les paliers 381 pour constituer un cinquième axe d'articulation A5 sensiblement perpendiculaire à une direction longitudinale du segment d'avant-bras 37 et à l'axe moteur M2.
L'actionneur de coude 33 est ainsi relié à la quatrième articulation A4 par une première platine de liaison 35 réglable en longueur.
Le segment d'avant-bras 37 comprend une interface proximale 371 de contact avec l'avant-bras de l'utilisateur au Date Reçue/Date Received 2022-07-13 9 sheath 321 and to recall it to a position predetermined neutral angular relative to the sheath 322.
The telescopic nature of the arm segment 32 allows this one to adapt both to the morphology of the user and his movements.
The connecting plate 35 is adjustable in length and comprises an interface 351 for contact with the arm of the user, bearing the bearings 341, and a flange 352 having one end secured to a casing of the actuator of elbow 33 and one end provided with a slot longitudinal 353, oblong in shape, receiving at sliding a tenon of the interface 351. A lock with lever 354 is engaged in the tenon of the interface 351 and has its stem received in the longitudinal slot 353 and its head resting against flange 352 to immobilize the interface 351 in position along flange 352. Interface 351 of contact with the user's arm is arranged between the elbow actuator 33 and the fourth joint 34.
Elbow actuator 33 has an output shaft of which is integral a lever 331 connected to a forearm segment 37 by a fifth articulation 38 comprising bearings 381 secured to the lever 331 and a shaft 382 having ends engaged in the bearings 381 to constitute a fifth axis of articulation A5 substantially perpendicular to a longitudinal direction of the segment of forearm 37 and to the motor axis M2.
The elbow actuator 33 is thus connected to the fourth articulation A4 by a first connecting plate 35 adjustable in length.
The forearm segment 37 includes a proximal interface 371 of contact with the forearm of the user at Date Received/Date Received 2022-07-13

10 voisinage de son coude et une interface distale 372 de contact avec l'avant-bras de l'utilisateur au voisinage de son poignet, le segment d'avant-bras 37 comprend un organe de réglage en position le long du segment d'avant-bras 37 d'au moins l'une de l'interface proximale 371 et de l'interface distale 372. L'interface proximale 371 est solidaire de l'arbre 382 et est pourvue, à l'opposé, d'une platine 3711 qui est montée pour coulisser sur l'interface distale 372 et qui comporte une fente longitudinale 3712.
Un verrou à levier 373 est engagé dans l'interface proximale 372 et a sa tige reçue dans la fente longitudinale 3712 et sa tête en appui contre la platine 3711 pour immobiliser l'interface proximale 372 en position le long de la platine 3711.
Des butées sont aménagées pour limiter certains mouvements, comme par exemple la barre 221 limitant le coulissement du chariot 23. Parmi ces butées, il y a également la surface 232 du chariot 23 qui vient en contact avec la surface 242 de l'actionneur d'épaule 24 lorsque le bras est en extension maximale vers l'arrière (voir la structure scapulaire droite sur la figure 8 et en figure 9) et la surface 233 du chariot 23 qui vient en contact avec la surface 244 de la bride 26 de l'actionneur d'épaule 24 lorsque le bras est ramené devant le torse et la main vient saisir l'épaule opposée. Lorsque la surface 232 du chariot 23 est en contact avec la surface 242 de l'actionneur d'épaule 24, la bride 26 portant l'actionneur d'épaule forme un angle de 160 environ (sens trigonométrique sur la figure 9) avec la direction de guidage du chariot 23 (c'est-à-dire avec la direction longitudinale des rails 22) : l'axe moteur M1 qui s'étend à 90 par rapport à la Date Reçue/Date Received 2022-07-13 10 vicinity of his elbow and a distal interface 372 of contact with the user's forearm in the vicinity of his wrist, the forearm segment 37 comprises an organ adjustment in position along the forearm segment 37 at least one of the proximal interface 371 and of the distal interface 372. The proximal interface 371 is integral with the shaft 382 and is provided, on the contrary, with a plate 3711 which is mounted to slide on the interface distal 372 and which has a longitudinal slot 3712.
A lever lock 373 is engaged in the interface proximal 372 and has its stem received in the slot longitudinal 3712 and its head resting against the plate 3711 to immobilize the proximal interface 372 in position along plate 3711.
Stops are fitted to limit certain movements, such as the bar 221 limiting the sliding of the carriage 23. Among these stops, there is also the surface 232 of the carriage 23 which comes into contact with the surface 242 of the shoulder actuator 24 when the arm is in maximum rearward extension (see structure right scapular in figure 8 and in figure 9) and the surface 233 of the carriage 23 which comes into contact with the surface 244 of flange 26 of shoulder actuator 24 when the arm is brought back in front of the torso and the hand comes grab the opposite shoulder. When the surface 232 of the carriage 23 is in contact with the surface 242 of the actuator shoulder strap 24, the strap 26 carrying the shoulder actuator forms an angle of approximately 160 (counterclockwise on figure 9) with the guide direction of the carriage 23 (i.e. with the longitudinal direction of the rails 22): motor axis M1 which extends 90 with respect to the Date Received/Date Received 2022-07-13

11 bride 26 forme un angle de 65 environ (sens trigonométrique sur la figure 9) avec la direction de guidage du chariot 23. Lorsque la surface 233 du chariot 23 est en contact avec la surface 243 de l'actionneur d'épaule 24, la bride 26 portant l'actionneur d'épaule forme un angle de 225 environ (sens trigonométrique sur la figure 9) avec la direction de guidage du chariot 23 (c'est-à-dire avec la direction longitudinale des rails 22) : l'axe moteur M1 forme un angle de 135 environ (sens trigonométrique sur la figure 9) avec la direction de guidage du chariot 23.
De la même manière, il est possible également de prévoir des butées pour limiter le pivotement des articulations 31, 34 et 38.
La structure dorsale 10, la ceinture ventrale 40 et les interfaces de contact 351, 371, 372 sont pourvues de coussinets pour prendre appui sur le corps de l'utilisateur sans risquer de le blesser. La ceinture ventrale 40 et les interfaces de contact 351, 371, 372 sont en outre pourvues chacune d'une sangle pour entourer la partie du corps de l'utilisateur contre laquelle elle prend appui. Ladite sangle peut être pourvue de moyens auto-agrippant de type boucles et crochets, ou d'une boucle de serrage. Ces sangles constituent des moyens de fixation des différentes structures aux corps de l'utilisateur.
On notera que le coulissement du chariot 23 permet à la fois de s'adapter à la morphologie de l'utilisateur et de suivre ses mouvements. De préférence, les rails 22 sont rapportés de manière démontable sur l'arbre 212 de telle manière que les rails 22 puissent être remplacés par des rails de grande longueur pour un usage par un utilisateur Date Reçue/Date Received 2022-07-13 11 flange 26 forms an angle of approximately 65 (direction trigonometric in figure 9) with the direction of guiding the carriage 23. When the surface 233 of the carriage 23 is in contact with the surface 243 of the actuator shoulder strap 24, the strap 26 carrying the shoulder actuator forms an angle of approximately 225 (counterclockwise on figure 9) with the guide direction of the carriage 23 (i.e. with the longitudinal direction of the rails 22): motor shaft M1 forms an angle of approximately 135 (direction trigonometric in figure 9) with the direction of carriage guide 23.
Similarly, it is also possible to provide stops to limit the pivoting of the joints 31, 34 and 38.
The dorsal structure 10, the ventral belt 40 and the contact interfaces 351, 371, 372 are provided with pads for resting on the body of the user without risking injury. The waist belt 40 and the contact interfaces 351, 371, 372 are additionally provided each with a strap to surround the part of the body of the user against whom it leans. the said strap can be provided with self-gripping means of the type hooks and loops, or a drawstring. Those straps constitute means of fixing the various structures to the user's bodies.
It will be noted that the sliding of the carriage 23 allows the time to adapt to the morphology of the user and to follow his movements. Preferably, the rails 22 are removably attached to the shaft 212 in such a way way that the rails 22 can be replaced by long rails for use by a user Date Received/Date Received 2022-07-13

12 de très large carrure. En effet, le chariot 23 doit permettre à l'actionneur d'épaule de toujours se trouver au voisinage de l'articulation de l'épaule. Plus précisément, le chariot 23 permet d'aligner la projection de l'axe moteur M1 sur le centre de la tête de l'humérus de l'utilisateur ou sur la zone de liaison entre l'humérus et la scapula, zone qui correspond au centre de rotation de l'articulation.
On comprend que les platines 41, 35 et 3711 permettent d'adapter l'exosquelette à la morphologie de l'utilisateur.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, l'exosquelette peut avoir une structure différente de celle représentée.
La première articulation peut ne comprendre qu'un seul ressort. Le premier organe élastique peut avoir une structure différente de celle décrite. Les ressorts de torsion antagonistes du premier organe élastique peuvent être remplacés par des ressorts en spirale ou des ressorts de compression ou d'extension montés entre ergots.
Le deuxième organe élastique de rappel du chariot peut avoir une structure différente et par exemple comprendre des ressorts montés directement entre le chariot et la première articulation, c'est-à-dire un montage sans câble.
Le troisième organe élastique de rappel peut avoir une structure différente de celle décrite et comprendre un ressort de traction et un ressort de tension séparés.
Le segment de bras peut avoir une structure différente de Date Reçue/Date Received 2022-07-13 12 very broad. Indeed, the carriage 23 must allow the shoulder actuator to always be near the shoulder joint. More precisely, the carriage 23 makes it possible to align the projection of the motor axis M1 on the center of the head of the humerus of the user or on the connection area between the humerus and the scapula, area which corresponds to the center of rotation of the joint.
It is understood that the plates 41, 35 and 3711 allow to adapt the exoskeleton to the morphology of the user.
Of course, the invention is not limited to the mode of embodiment described but encompasses any variation falling within the field of the invention as defined by the claims.
In particular, the exoskeleton may have a structure different from that shown.
The first articulation may comprise only one spring. The first elastic member may have a structure different from that described. The springs of torsion antagonists of the first elastic member can be replaced by spiral springs or springs compression or extension mounted between lugs.
The second elastic carriage return member can have a different structure and for example understand springs mounted directly between the carriage and the first articulation, that is to say an assembly without cable.
The third elastic return member may have a structure different from that described and include a separate tension spring and tension spring.
The arm segment may have a different structure from Date Received/Date Received 2022-07-13

13 celle décrite et par exemple être dépourvu de tige emboîtée dans un fourreau et comprendre par exemple deux tringles s'étendant côte à côte et reliées l'une à l'autre par une glissière. Plutôt que d'avoir une liaison pivot-glissant entre la tige et son fourreau, on peut avoir une liaison glissière simple. Le segment de bras peut alors être dépourvu de pivot autour de l'axe longitudinal du segment de bras ou au contraire comprendre une liaison pivot aménagée à l'extrémité de la tige et/ou du fourreau.
L'exosquelette peut être dépourvu d'actionneur de coude et de segment d'avant-bras.
Les moyens de réglage en hauteur de la structure dorsale par rapport à la ceinture lobaire peuvent être différent de ceux décrit et comprendre par exemple une molette montée pour pivoter sur la ceinture lombaire et pourvu d'un maneton décentré engagé dans une rainure horizontale de la structure dorsale.
Par sensiblement parallèles , on entend que les axes sont parallèles entre eux au plus à cinq degrés près. Il en est de même pour sensiblement perpendiculaires .
Les actionneurs peuvent incorporer des moteurs électriques ou des ressorts de torsion.
Les verrous à levier peuvent être remplacés par des vis ou un système à crans et cliquets. Les platines de longueur réglables sont facultatives dans le cas où l'exosquelette est fait sur mesures pour un utilisateur.
Date Reçue/Date Received 2022-07-13 13 that described and for example be devoid of a nested rod in a sheath and comprise for example two rods extending side by side and connected to each other by a slide. Rather than having a pivot-sliding connection between the stem and its sheath, there can be a connection single slide. The arm segment can then be devoid of a pivot around the longitudinal axis of the segment of arms or on the contrary comprise a pivot connection arranged at the end of the rod and/or the sheath.
The exoskeleton may lack an elbow actuator and of forearm segment.
Means of height adjustment of the back structure compared to the lobar belt can be different of those described and include for example a wheel mounted to pivot on the lumbar belt and provided with a off-center crank pin engaged in a horizontal groove of the dorsal structure.
By substantially parallel is meant that the axes are parallel to each other within five degrees. He The same is true for substantially perpendicular.
Actuators can incorporate electric motors or torsion springs.
Lever locks can be replaced with screws or a notch and ratchet system. The length plates adjustable are optional in case the exoskeleton is tailor-made for a user.
Date Received/Date Received 2022-07-13

Claims

14

1. Exoskeleton comprising: a dorsal structure (10) having an upper part (11) intended to extend to height of a user's shoulder blades, at least one brachial structure (30) provided with means for fixing it to a user's arm, and a shoulder structure (20) connecting the brachial structure to the upper part of the back structure and comprising a shoulder actuator (24) to move the brachial structure relative to the dorsal structure, characterized in that the structure scapular comprises at least a first articulation (21) fixed to the upper part (11) of the back structure (10) to have a first axis of articulation (A1) substantially parallel to a local spinal axis, a carriage (23) connected to a part of the first articulation (21) to slide relative to the first articulation (21) in a direction substantially perpendicular to the first axis of articulation (A1) and intended to be parallel to the shoulder blades when using the exoskeleton, the shoulder actuator (24) being mounted on the carriage (23) by a second articulation (25) having a second axis of articulation (A2) substantially parallel to the first axis of articulation (A1), and in that the exoskeleton includes a first elastic member (27) return of the carriage to a predetermined position of rest and a second elastic member (28) to recall the carriage (23) towards the first articulation (21).

2. Exoskeleton according to claim 1, in which the first elastic member (27) comprises two springs of twist (271, 272) antagonists.

3. Exoskeleton according to any one of the claims Date Received/Date Received 2022-07-13 above, in which the second elastic member (28) includes a tension spring (281) extending substantially in a local spinal direction and having one end fixed to the back structure (10) and one opposite end connected to one end of a cable (282) having an opposite end connected to the carriage (23).

4. Exoskeleton according to claim 3, in which the cable (282) passes through a bore made in a part (212) of the first joint (21) linked in rotation with the carriage (23).

5. Exoskeleton according to claim 1, in which the brachial structure (30) includes an elbow actuator (33) connected to the shoulder actuator (24) by a segment of arm (32) which has a variable length and which is recalled elastically in a state of shorter length by a third elastic member (36).

6. Exoskeleton according to claim 5, in which the arm segment (32) comprises a sheath (321) receiving at sliding a rod (322).

7. Exoskeleton according to claim 6, in which the sheath (321) receives the rod (322) also pivoting.

8. Exoskeleton according to claim 7, in which the third elastic member (36) is extensible and has a end secured to the sheath (321) and one end integral with the rod (322) to both retract the rod (322) in the sheath and return it to a position predetermined angular relative to the sleeve (321).

9. Exoskeleton according to any one of the claims 5 to 8, wherein the arm segment (32) has a first end connected to the shoulder actuator (24) by a third joint (31) having a third axis Date Received/Date Received 2022-07-13 of articulation (A3) substantially perpendicular to an axis longitudinal of the arm segment (32) and to a motor axis (M1) of the shoulder actuator (24) and a second end connected to the elbow actuator (33) by a fourth joint (34) having a fourth axis of articulation (A4) substantially perpendicular to an axis longitudinal of the arm segment (32) and to a motor axis (M2) of the elbow actuator (33).

10. Exoskeleton according to claim 9, in which the third axis of articulation (A3) is angularly offset relative to the fourth axis of articulation (A4).

11. Exoskeleton according to claim 9 or 10, in which the elbow actuator (33) is connected to the fourth articulation (A4) by a first connecting plate (35) adjustable in length.

12. Exoskeleton according to any one of the claims 9 to 11, wherein the brachial structure (30) is provided an interface (351) for contact with the arm of the user, arranged between the elbow actuator (33) and the fourth joint (34).

13. Exoskeleton according to any one of the claims 5 to 12, in which the elbow actuator (33) is connected to a forearm segment (37) through a fifth joint (38) having a fifth axis of articulation (A5) substantially perpendicular to a longitudinal direction of the forearm segment (32) and to a motor axis (M2) of elbow actuator (33).

14. Exoskeleton according to claim 13, in which the forearm segment (37) is provided with an interface proximal (371) contact with the user's body near its elbow and a distal interface (372) Date Received/Date Received 2022-07-13 of contact with the body of the user in the vicinity of his wrist, the forearm segment (37) comprises a adjuster in position along the front segment arm (37) of at least one of the proximal interface (371) and the distal interface (372).

15. Exoskeleton according to any one of the claims previous ones, comprising a waist belt (40) connected to the back structure (10) by a second plate of link (41) adjustable in length to allow adjustment in height of the back structure (10) relative to the waist belt (40).
Date Received/Date Received 2022-07-13