EP1091706A1 - Dispositif de telecommande de mouvement notamment d'organes de prehension - Google Patents

Dispositif de telecommande de mouvement notamment d'organes de prehension

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Publication number
EP1091706A1
EP1091706A1 EP00922762A EP00922762A EP1091706A1 EP 1091706 A1 EP1091706 A1 EP 1091706A1 EP 00922762 A EP00922762 A EP 00922762A EP 00922762 A EP00922762 A EP 00922762A EP 1091706 A1 EP1091706 A1 EP 1091706A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
disc
pulley
secondary pulley
teeth
drive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00922762A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Charles De Montalembert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Generale De Participation Sa (cgp) Cie
Original Assignee
Generale De Participation Sa (cgp) Cie
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Filing date
Publication date
Application filed by Generale De Participation Sa (cgp) Cie filed Critical Generale De Participation Sa (cgp) Cie
Publication of EP1091706A1 publication Critical patent/EP1091706A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61F2220/00—Fixations or connections for prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2220/0025—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements

Definitions

  • the present invention relates to the field of motion remote control devices. More particularly, the invention relates to a single remote control device for organs, in particular for gripping members such as jaws or fingers articulated and able to converge on the object to be grasped.
  • the invention is particularly applicable to the control of a member to be successively placed in the active position, position in which the member is blocked, then released from this blocked active position, the cycle control being permitted from a single transmission means movement, linear or angular unidirectional action.
  • the same maneuver of the transmission means makes it possible, when the controlled member is inactive, to bring it towards its locked active position, and when the controlled member is in the locked active position, a new maneuver identical to the previous brings it back to its inactive starting position.
  • the invention is particularly applicable to the control of organs for gripping and moving objects, forming an artificial hand usable for remote manipulation of objects in aggressive or dangerous environments; the invention will also be more particularly applicable to the production of a manual prosthesis controlled by cable, for example from a scapular or dorsal harness and transmitting to the articulated fingers a tensile force bringing the fingers to their gripping position.
  • a manual prosthesis controlled by cable for example from a scapular or dorsal harness and transmitting to the articulated fingers a tensile force bringing the fingers to their gripping position.
  • French patents N ° 73 25 719, 83 15 850 and 90 10 455 thus know a manual prosthesis constituted by a rigid plate forming a palm supporting articulated elements forming the phalanges, the latter being provided with an internal spring made of material. elastically deformable and recalling the corresponding finger in the extended position, a terminal cable connected to the end of each finger being capable of causing the angular closing movement of the finger; the terminal cables are connected to a common beam or spreader distributing the traction carried successively on each of the terminal cables, this traction coming from a single cable controlled by the user, for example from a back harness.
  • This mechanical structure is completed by a surfacing or covering both facing and functional, either a rigid or semi-rigid dorsal shell and a covering of flexible material, in particular cellular on the palm side.
  • the invention relates to a device for transmission and control of the tensile force operating from the single cable and driving cables.
  • terminals for individual control of the fingers belonging to a manual prosthesis in particular of the type provided by the cited patents; These patents are expressly referred to for a more complete description of the organs ensuring functionality as well as the aesthetically satisfactory appearance of the prosthesis.
  • a traction locking device is provided, leading to the balancing and distribution beam on the terminal cables.
  • the devices provided according to these titles are intended to allow the gripping members to be blocked, in particular the fingers once closed on the object grasped; this blockage allows comfort in use in that it allows a relaxation of the traction force having controlled the retraction of the fingers and the gripping of the object. The user can thus, without maintaining his effort, keep in the manual holding position the object seized and then able to be moved or modified in its positioning in space. It is in fact understood that it is particularly painful and difficult for the user to ensure at the same time the maintenance of a traction ensuring the stability of the grip and in parallel a manipulation or a maneuver of the object held in hand.
  • the mechanical locking devices according to the cited patents implement members acting on the traction cable, either directly by pinching or braking, or by means associated with the cable and subjected to a locking cleat. An immobilization of the cable is thus obtained in the position of the fingers closed and in abutment on the object, despite the stopping of any traction voluntarily controlled by the user on the cable.
  • a first object of the invention is to provide a system for locking the hand in the position of the fingers closed on the apprehended object, locking intervening automatically at the end of the closing phase, the fingers having arrived in the stop position on the object apprehended; this system allows a relaxation of the voluntary traction force, while ensuring the maintenance of the acquired gripping position.
  • a second object of the invention is to allow unlocking occurring at the will of the user, therefore at the right time, by the sole operation of the traction cable, and this while allowing the user to find at the time of the release of the fingers, control of the previously frozen gripping position. More specifically according to this object of the invention, after a period of rest of the traction cable, the maintained grip no longer being under the voluntary control of the user, the latter may by one and the same maneuver return to the position of gripping voluntarily controlled by the traction cable passing through an autonomous action of unlocking the gripping members, by means of a single subsequent action on the single cable.
  • Another object of the invention is to introduce into the operation of the artificial hand a comfort and a convenience of control as a precision of the gesture, by an effect of reduction of the movement between the control movement and movement of remote-controlled components.
  • an essential object of the invention is to allow the use of a single movement control means, for example a linear traction means, to bring a bistable member successively to an active position, stable and locked position therefore allowing the release of the force, then later by the same maneuver as the previous one, to release the organ from this active position and control the progressive and controlled return of the organ to its inactive and stable starting position.
  • a single movement control means for example a linear traction means
  • the invention relates to a device for the remote control by a single operation of at least one member such as a gripping member formed of articulated elements and able to close by converging towards the object.
  • the device ensuring a blocking of said members in their active position, while allowing in this stable position a relaxation of control maneuver, characterized in that it comprises: a) A rotary member such as a connected primary pulley a control means such as a cable wound and driven in rotation by the pulling of said cable; b) a spring returning the pulley to its initial position against the action of said cable; c) a secondary pulley connected to the end of an output cable, the latter terminating at its end opposite to the gripping members; d) disengageable mechanical drive means transmitting the torque from the primary pulley to the secondary pulley; e) blocking means of the secondary pulley able to immobilize the secondary pulley for a predetermined value of said torque, corresponding to the active position.
  • the primary pulley and the secondary pulley are arranged on a common axis
  • the disengageable drive means consist of two discs, either a motor disc integral in rotation with the primary pulley and a driven disc integral in rotation with the secondary pulley, the discs having surface unevenness on each of their faces, capable of ensuring, when the two discs come into contact with their opposite faces, the drive of the disc driven by the drive disc.
  • the opposite faces of the respectively motor and driven discs have asymmetrical teeth conforming on one side of the tooth an inclined plane forming a cam, the teeth being distributed regularly around the periphery of each disc. and being separated by recessed recesses of complementary profile, allowing the engagement of the teeth from a disc in the recesses of the opposite disc in the engaged position of the two discs, the slope of said inclined planes being such that for values of torque applied to the drive disc below a determined threshold value, the two discs, motor and driven, are integral in rotation, while for a torque reaching this critical value, following the resistance opposed by the gripping members arrived in support position on the object, resistance transmitted by the output cable and the second pulley area, the teeth of the drive disc slide freely on the teeth, then immobilized, of the drive disc, by their inclined planes opposite, which causes, by cam effect, the axial translation of the secondary disc thus pushed back by the drive disc towards the disengaged position of the drive means.
  • the inclined planes of the teeth of the driving disc are descending in the direction of rotation of the driving disc in action for the gripping maneuver, while the inclined planes of the teeth of the driven disc are ascending in the direction of this same rotation, all these inclined planes being of the same angle and facing each other and thus being in contact from one disc to another, in the engaged position of the drive means.
  • the teeth of the discs have at their top a flat, defining for each tooth a flat face parallel to the mean plane of the discs and forming a rest base for the flat of the tooth located opposite, in the disengaged position of the training means.
  • each tooth opposite the inclined plane is orthogonal to the plane of the disc, each tooth thus having a rectangular trapezoidal profile.
  • the secondary pulley and the driven disc form a one-piece assembly, the driven disc being formed by a cheek of the secondary pulley, oriented towards the drive disc, facing it.
  • the secondary pulley is associated with a return spring, such as a helical spring surrounding said axis and capable of returning the secondary pulley to its support position, by its cheek forming a driven disc, on the drive disc.
  • the blocking member of the secondary pulley in the gripping position of the gripping members is in particular constituted by a ring facing the cheek of the secondary pulley opposite the cheek in contact with the drive disc.
  • This locking ring on the one hand and the cheek opposite the secondary pulley on the other hand have surfaces provided with inequalities cooperating with each other from one face to the other to ensure the blocking in position of the pulley, when the latter is brought into contact with said ring by the axial thrust undergone from the drive disc during the sliding phase of the teeth of the drive disc moving up and pushing back the inclined planes of the driven disc secured to the secondary pulley; for this purpose the locking ring is provided at a distance from the secondary pulley equal to or less than the height of the trapezoid formed by each of the teeth of the drive disc, height corresponding to the axial travel of translation of the secondary pulley, under the thrust of the teeth forming cams of the motor disc, to come into contact with the locking ring.
  • the flats located at the top of the teeth have, at least on the driven disc, and preferably near the right angle initiating the orthogonal side of the tooth, a protruding boss forming a stop for the opposite tooth coming from the drive disc, this stop making it possible to mark and sensitize for the user the mutual positioning of the teeth in the disengaged position of the drive and blocking of the secondary pulley, this boss being furthermore of profile and height allowing the tooth coming from the drive disc to overcome it and to override it, to fall back into the next housing of the driven disc, when the torque exerted by the drive disc has exceeded said critical threshold.
  • the mechanical transmission between the primary pulley and the drive disk is effected by means of a hub mounted in unidirectional rotation on the axis of the device by means of a ratchet wheel and pawl assembly of the so-called “wheel” type. free “, capable of ensuring the driving disc rotation by the primary pulley in the direction of rotation corresponding to the transmission of the traction force on the traction cable, the driving disc being separated from the primary pulley during the return back of the latter under the action of its return spring, ensuring the rewinding of the primary cable on its primary receiving pulley, without action on the motor disc.
  • the blocking ring of the secondary pulley is also mounted in unidirectional rotation by a ratchet and ratchet assembly of the "freewheel” type, allowing rotation of the ring with the secondary pulley in the direction of winding of the output cable and opposing any reverse rotation with backward movement of the output cable and the gripping members.
  • the latter are thus blocked in this fixed equilibrium position, by pressing the secondary pulley on the locking ring, until a new traction from the cable generates the excess rotation of the motor disc, beyond this equilibrium position, and causes the teeth of the motor disc to return to the next housings of the driven disc.
  • the primary pulley prefferably has a recessed portion on its periphery according to a ring segment substantially in a semicircle, the non-recessed sector bearing on its periphery, substantially in a semicircle, the winding groove of the traction cable , the central crown of the pulley comprising a plurality of housings regularly distributed to receive the engagement of the end of a return spring working at torsion, the suitable choice of the accommodation possibly being able to calibrate the return force exerted on the primary pulley.
  • a housing provided with openings respectively for the traction and output cables
  • the housing is mounted integral with a plate forming the framework of an artificial hand , the output cable leading, in a manner known per se, to a single beam for distributing the traction on the terminal cables each serving a finger, each finger being able to be brought into the folded position against the action of a spring, the cable traction device connected upstream to an operating harness worn by the user.
  • Figure 1 is an exploded view of the various members involved in the production of the mechanism according to the invention.
  • Figure 2 is a sectional view of the device, along the line II-II of Figure 5, in the engaged position of the drive disc on the driven disc.
  • Figure 3 shows the same view as Figure 2 in the disengaged position of said transmission.
  • Figure 4 is a sectional view of the device of Figures 2 and 3, along the line IV-IV of said figures.
  • FIG. 5 is a front elevation view of the device seen according to arrow V in FIG. 2.
  • Figure 6 is a side elevational view of the device contained in its housing.
  • FIGS. 7A, 7B and 7C are exploded perspective views showing the members making up the device of the invention respectively in the initial position, the transmission to the output cable being engaged (7A); in the intermediate position, the secondary pulley being translated towards its disengaged position (7B); and finally in the disengaged position of the secondary pulley, then in the locked position by engagement on the locking ring (7C).
  • Figure 8 is an elevational view of the device of the invention positioned on a receiving plate conforming to the basic structure of an artificial hand.
  • the movement transmission device consists of a fixed shaft 1 enclosed in a casing 2 consisting of a blind cylindrical body closed at one end by a bottom 2a and at the opposite end by the circular cup 2b bolted to the cylindrical body 2.
  • a pulley called primary pulley 3, provided with a groove 3a to receive the cable 4 forming cable traction and driven by the user from a scapular or back harness (not shown) in a manner known per se.
  • the casing includes lights or outlet holes 2c respectively for the entry of the traction cable 4 and 2d for the outlet of the outlet cable 10 (FIG. 6).
  • the pulley 3 is largely hollowed out according to a peripheral ring segment as seen in FIG. 1; the remaining central part 3b is provided with housings 3c distributed over this ring and capable of receiving the bearing end 5a of the helical spring 5 working at torsion.
  • the opposite end 5b of said spring is immobilized on a fixed support (not shown) provided on the internal face of the cup 2b.
  • This helical spring constitutes a return spring bringing the primary pulley 3 and the cable 4 back to the rest position, the cable then not undergoing any traction force on the part of the user.
  • the part of the shaft 1 close to the cup 2b comprises means allowing the free rotation of the primary pulley in the direction of traction and in the direction of its recall under the action of the spring; these means consist in particular of needle stops 6 ( Figure 2).
  • the primary pulley is engaged on the hub 7 itself rotatably mounted on the sleeve 8a coming from the drive disk 8 journalled on the shaft 1;
  • the hub 7 constitutes a unidirectional drive interface between the pulley 2 and the drive disk 8 and for this purpose it comprises an assembly of known type consisting of a pawl recalled against a ratchet wheel of the "free wheel” type, such as in the driving direction of the pulley 2 actuated by the pulling cable (arrow F1, figure 1) the operation is transmitted to the motor disc 8. While in the opposite direction, the pulley is returned by the spring 5, the disc 8 remains in its position, no longer being kinetically integral with the pulley.
  • the drive disc 8 carries on its face 8a, opposite the primary pulley 2, reliefs cooperating with reliefs coming from the face 9a of the driven disc, here shaped by the cheek of the secondary pulley 9, cheek disposed opposite the drive disc 8.
  • these reliefs consist of teeth 8b (on the drive disk) and 9b respectively (on the cheek 9a of the secondary pulley 9), see FIGS. 7A, 7B and 7C.
  • the teeth are distributed over the peripheral periphery of each of the faces 8a and 9a, the teeth being oriented point to point from one face 8a to the other 9a.
  • each tooth follows a rectangular trapezoidal profile, the large base of which is formed by the line of contact of the tooth with its support disc; one side is in inclined plane 8c, 9c, and the opposite side 8d, 9d, is orthogonal to the plane of the support disc, the small base of the trapezium located at the top of the tooth conforms to a flat 8 th, 9 th.
  • These teeth are identical in shape on the drive disk 8 and the cheek 9a, however the slopes of the inclined planes 8c, 9c are reversed between the drive disk 8 and the cheek 9a of the secondary pulley, acting as a driven disk.
  • the slope of the inclined plane 8c descends in the direction of the drive of the drive disc from the primary pulley 3; the slope of the inclined plane 9c is ascending in the same direction (arrow F2, fig.1).
  • the interval or vacuum 8d, 9d, (fig. 1 ) between two teeth of a disc is complementary to the tooth located opposite and facing the opposite disc.
  • the teeth of the motor and driven discs respectively can interpenetrate, each tooth being placed in the receiving housing which constitutes the gap between two teeth of the opposite disc.
  • the secondary pulley 9 On its peripheral circumference, the secondary pulley 9 comprises a groove 9f receiving an output cable 10; the latter, as described and shown in more detail in the French patents cited above, results in a flail 11 for distributing the tensile force retransmitted to the terminal cables 12 each controlling the operation of an individual finger (FIG. 8).
  • the cheek 9g of the secondary pulley 9, opposite the cheek 9a faces a ring 13 ensuring intermittent blocking of the pulley 9; for the purposes of the blocking maneuver, the facing faces of the ring 13 and of the cheek 9a have reliefs or surface unevenness, cooperating from one face to the other to ensure this blocking effect when the two faces are brought into contact, under the conditions described below.
  • these surface inequalities advantageously consist of teeth 13a and 9h arranged in a crown and head-to-head on one side relative to the other, the teeth thus being able to come into position. mutual commitment (Fig. 7A, 7B and 7C).
  • the ring 13 is itself secured to a sleeve 13 b extending along the shaft 1 in the direction opposite to the face of the ring carrying the teeth 13a and this sleeve is locked inside a bearing carrier 14, itself mounted inside the walls of the casing 2 and immobilized by its outer ring; this bearing 14 comprises a ratchet assembly bearing on a ratchet wheel, of the "freewheel” type with unidirectional rotation.
  • the ring 13 is thus free to rotate in the motor direction of the secondary pulley 9 (arrow F2, FIG.
  • the user exerts from a harness, of known type, traction on the traction cable 4, which rotates the primary pulley 3 against the 'action of the spring 5; this movement is communicated by the freewheel hub 7 to the drive disc 8, then in the dog clutch position on the secondary pulley 9.
  • the latter is thus in turn driven in rotation which allows the initial traction force exerted on the cable 4 to the output cable 10.
  • the latter can thus exert a linear traction on the whole of the distribution beam from which the traction is reflected on the terminal cables, causing the successive folding of the fingers as exposed in the French patents cited above.
  • FIGS. 7A and 7B In which, for clarity of the drawings, a single tooth 8b has appeared from the drive disc.
  • FIGS. 7C The position of the teeth resting against each other by their respective flats is illustrated in Figure 7C. For clarity of the drawings, these FIGS.
  • FIG. 3 only represents two teeth of the motor disc in opposition on two teeth of the driven disc; it will be noted that the teeth seen in FIGS. 2 and 3 belonging to the concave or rear part of the crown of the teeth, since these figures are sectional views, therefore in which the teeth situated on the side of the reader, above the figure, are not visible.
  • the secondary pulley 9 In this position (flat against flat) of said teeth, the secondary pulley 9 has moved axially by a distance corresponding to the height of the trapezoidal teeth, that is to say that the secondary pulley has traveled exactly the distance which separated it from the locking ring 13.
  • the teeth respectively of the locking ring and the facing cheek 9g of the secondary pulley are then brought into the engagement position and the ring, being mounted in unidirectional rotation, opposes any backward movement of the pulley then locked in position.
  • the limited rotation of the motor disc 8 can continue for a few degrees, always under the voluntary control of the user, the teeth sliding one on the other by their flats in contact, until the tooth of the motor disc come to bear on a boss 9i forming a stop disposed on the flat 9th of the tooth 9h opposite, coming from the cheek 9a of the secondary pulley (fig.7C) near the right angle formed between the flat 9e and the side 9d orthogonal of the tooth.
  • This stop marks, for the user and by the increase in resistance encountered, the halting of the traction maneuver, corresponding to an equilibrium position of the assembly; the stop therefore makes it easier for the user to obtain this position of equilibrium by absorbing the inertia of the parts hitherto in motion, as by sensitizing the position.
  • the subsequent rotation of the drive disc brings the teeth of the disc to the right of the housings provided on the cheek opposite the secondary pulley, housings formed by the intervals between the teeth of this cheek, and these housings being, as previously described, in shape complementary to the teeth situated opposite, these teeth are capable of being positioned in these intervals.
  • the spring 15 pushes the cheek 9g of the secondary pulley against the drive disc, the teeth of which fit into the receiving intervals between the teeth of the cheek 9g.
  • the teeth thus find themselves in their position of mutual engagement or interconnection, such as at the start of the maneuver, after angular displacement of a few degrees, corresponding to the length of the large base of the trapezoidal tooth.
  • the system optionally allows the user, changing his mind, to find, by continued traction on the cable 4, the blocking position of the artificial hand on the object, under the conditions described above.
  • the artificial hand using the means of the invention also comprises, in addition to the four fingers (index, middle, annular and auricular) controlled by the terminal cables, a mobile thumb with autonomous maneuver and functioning for example as described in the certificate of addition 74 23 597 to the aforementioned French patent 73 25 719.
  • the invention thus allows the control of the maneuver of an artificial hand, from a back harness in particular, with the possibility of achieving, after obtaining the gripping position, the automatic locking of the system in this position, allowing a relaxation of the traction effort, releasing the activity of the subject, the object remaining held in hand.
  • the unlocking can be obtained autonomously by the same voluntary control of the single traction cable; the latter operated by harness therefore allows successively, and without further intervention, to control the locking in the gripping position, then the unlocking; the latter being carried out while the user recovers at the same time the voluntary control of the grip and can gradually loosen his grip.
  • the artificial hand using the device of the invention remains of a non-handicapping weight.
  • Various arrangements can be introduced, including in particular the motorization of the traction cable control with myoelectronic control.
  • the linear drive traction cable could be replaced by an angular control by rotary shaft meshing directly on the primary pulley 3.
  • the transmission, control, locking and reduction system of the invention can be applied to various operating devices, remote control, including tele manipulation.
  • the invention will be particularly applicable when there is a single control means and active unidirectional maneuver, having to bring a body or bistable system, successively in two positions, by a single command.
  • a first command brings the system gradually, and under control, to an active position (for example gripping) in which it is locked and stabilized no longer requiring voluntary intervention.
  • the repetition of the same command identical to the previous one, unlocks the system while keeping it in its active position and places it under voluntary control allowing its gradual return to the first position.
  • control, object of the invention is thus double-acting and therefore exploitable when one can only have, in particular for constructive or ergonomic reasons, a single control with mono directional action to obtain from a system its successive setting. according to two stable positions, according to a cycle with two alternating phases and comprising:

Abstract

L'invention concerne le domaine de télécommande par transmission mécanique, et plus spécialement la commande à distance par un moyen d'action mono directionnel d'au moins un organe de préhension comportant des éléments articulés et aptes à se refermer en convergeant vers l'objet à appréhender, et aptes à être bloqués dans leur position active au contat dudit objet, permettant dans cette position de préhension un relâchement du moyen de commande, le dispositif comportant (a) une poulie primaire (3) raccordée à un câble (4) de commande; (b) un ressort (5) rappelant angulairement la poulie primaire vers sa position initiale contre l'action dudit câble; (c) un poulie secondaire (9) raccordée à l'extrémité d'un câble de sortie (10) aboutissant aux organes à commander; (d) un disque (8) d'entraînement mécanique débrayable, apte, pour une valeur de couple excédant un seuil déterminé, à déplacer la poulie secondaire (9) en position débrayée; (e) une bague de blocage (13) de la poulie secondaire dans sa position débrayée, (f) des dents trapézoïdales (8b, 9b) en opposition sur les faces en regard du disque (8) et de la poulie secondaire (9) et permettant alternativement l'entraînement par crabotage de la poulie (9) par le disque (8) et à partir d'un couple déterminé le désengagement des dents par effet de came. Application à la commande de la manoeuvre de préhension par une prothèse manuelle à partir d'un câble de traction unique venue notamment d'un harnais dorsal.

Description

DISPOSITIF DE TELECOMMANDE DE MOUVEMENT NOTAMMMENT D'ORGANES DE PREHENSION
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de télécommande de mouvement. Plus particulièrement, l'invention intéresse un dispositif de télécommande unique d'organes, notamment d'organes de préhension tels que mâchoires ou doigts articulés et aptes à converger vers l'objet à appréhender.
L'invention est notamment applicable à la commande d'un organe devant être mis successivement en position active, position dans laquelle l'organe est bloqué, puis dégagé de cette position active bloquée, la commande du cycle étant permise depuis un seul moyen de transmission de mouvement, à action linéaire ou angulaire unidirectionnelle. La même manœuvre du moyen de transmission permet, lorsque l'organe commandé est inactif, de l'amener vers sa position active bloquée, et lorsque l'organe commandé est en position active bloquée, une nouvelle manœuvre identique à la précédente le ramène vers sa position inactive de départ.
L'invention est particulièrement applicable à la commande d'organes de préhension et de déplacement d'objets, formant une main artificielle utilisable pour la manipulation à distance d'objet en milieu agressif ou dangereux ; l'invention sera aussi plus particulièrement applicable à la réalisation d'une prothèse manuelle commandée par câble, par exemple depuis un harnais scapulaire ou dorsal et transmettant aux doigts articulés un effort de traction amenant les doigts vers leur position de préhension. C'est en rapport avec cette dernière application que l'invention sera ci- après décrite, bien que celle-ci ne constitue pas le cadre limitatif d'application du dispositif ici décrit et revendiqué. Ce dernier peut en effet être adapté à la commande de nombreux systèmes bistables évoluant entre deux positions de repos, la même manœuvre unidirectionnelle d'un moyen de transmission unique opérant le passage d'une position à l'autre.
On connaît de nombreux systèmes de prothèses manuelles visant à permettre aux personnes ayant subi une amputation de la main d'accomplir certains gestes ou certaines fonctions élémentaires de la vie courante, tant personnelle que sociale, et notamment et surtout la préhension bi ou pluridigitale d'objets, ceci dans des conditions reproduisant de façon plus ou moins fidèle les fonctions préhensiles de la main naturelle.
On connaît ainsi par les brevets français N° 73 25 719, 83 15 850 et 90 10 455 une prothèse manuelle constituée d'une plaque rigide formant paume supportant des éléments articulés formant les phalanges, ces dernières étant pourvues d'un ressort interne en matériau élastiquement déformable et rappelant le doigt correspondant en position d'extension, un câble terminal raccordé à l'extrémité de chaque doigt étant apte à provoquer le mouvement de fermeture angulaire du doigt ; les câbles terminaux sont reliés à un fléau ou palonnier commun répartissant la traction reportée successivement sur chacun des câbles terminaux, cette traction provenant d'un câble unique commandé par l'utilisateur, par exemple depuis un harnais dorsal. Cette structure mécanique est complétée par un surfaçage ou habillage à la fois de parement et fonctionnel, soit une coque dorsale rigide ou semi-rigide et un revêtement en matériau souple, notamment alvéolaire sur la face palmaire.
L'invention concerne un dispositif de transmission et de contrôle de l'effort de traction opérant depuis le câble unique et entraînant des câbles terminaux de commande individuelle des doigts appartenant à une prothèse manuelle, notamment du type tel prévu par les brevets cités ; il est fait expressément référence à ces brevets pour une description plus complète des organes assurant la fonctionnalité comme l'aspect esthétiquement satisfaisant de la prothèse.
Selon les brevets 83 15 850 et 90 19 455, on a prévu un dispositif de verrouillage de la traction aboutissant au fléau d'équilibrage et de répartition sur les câbles terminaux. Les dispositifs prévus selon ces titres ont pour objet de permettre de bloquer les organes de préhension, notamment les doigts une fois refermés sur l'objet saisi ; ce blocage permet un confort d'utilisation en ce qu'il autorise un relâchement de l'effort de traction ayant commandé la rétraction des doigts et la préhension de l'objet. L'usager peut ainsi, sans maintenir son effort, conserver en position de tenue manuelle l'objet saisi et apte alors à être déplacé ou modifié dans son positionnement dans l'espace. On comprend en effet qu'il soit particulièrement pénible et difficile pour l'utilisateur d'assurer en même temps le maintien d'une traction assurant la stabilité de la préhension et parallèlement une manipulation ou une manœuvre de l'objet maintenu en main.
Les dispositifs de blocage mécanique selon les brevets cités mettent en œuvre des organes agissant sur le câble de traction, soit directement par pincement ou freinage, soit par l'intermédiaire de moyens associés au câble et soumis à un taquet de verrouillage. On obtient ainsi une immobilisation du câble dans la position des doigts refermés et en butée sur l'objet, malgré l'arrêt de toute traction commandée volontairement par l'utilisateur sur le câble. Ces dispositifs connus malgré leur intérêt et leur efficacité, restent imparfaits. En effet, si leur mise en action vers la position de blocage peut être commandée automatiquement, par exemple par un ressort de rappel commandant le déplacement vers sa position active du taquet de verrouillage constitué d'un cliquet associé à une crémaillère ou roue à rochet, le déblocage du système de verrouillage exige une manœuvre spécifique et une intervention de l'autre main, ce qui handicape et ralentit la conduite d'ensemble de la manipulation en cours.
Un premier objet de l'invention est de prévoir un système de verrouillage de la main en position des doigts refermes sur l'objet appréhendé, verrouillage intervenant automatiquement en fin de la phase de fermeture, les doigts étant arrivés en position de butée sur l'objet appréhendé ; ce système permet un relâchement de l'effort de traction volontaire, tout en assurant le maintien de la position de préhension acquise.
Un second objet de l'invention est de permettre un déverrouillage intervenant à la volonté de l'utilisateur, donc au moment opportun, par la seule manœuvre du câble de traction, et ceci tout en permettant à l'utilisateur de retrouver au moment de la libération des doigts, le contrôle de la position de préhension précédemment figée. Plus spécialement selon cet objet de l'invention, après une période de repos du câble de traction, la préhension maintenue n'étant plus sous la commande volontaire de l'utilisateur, ce dernier pourra par une seule et même manœuvre revenir à la position de préhension volontairement commandée par le câble de traction en passant par une action autonome de déverrouillage des organes de préhension, au moyen d'une seule action ultérieure sur le câble unique.
Un autre objet de l'invention est d'introduire dans le fonctionnement de la main artificielle un confort et une commodité de contrôle comme une précision du geste, par un effet de démultiplication du mouvement entre le mouvement de commande et le déplacement des organes télécommandés.
Enfin, un objet essentiel de l'invention est de permettre l'utilisation d'un moyen de commande de mouvement unique, par exemple un moyen de traction linéaire, pour amener un organe bistable successivement vers une position active, position stable et bloquée permettant donc le relâchement de l'effort, puis ultérieurement par la même manœuvre que la précédente, pour dégager l'organe de cette position active et commander le retour progressif et contrôlé de l'organe vers sa position inactive et stable de départ.
A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour la commande à distance par une manœuvre unique d'au moins un d'organe tel qu'un organe de préhension formé d'éléments articulés et aptes à se refermer en convergeant vers l'objet à appréhender, le dispositif assurant un blocage des dits organes dans leur position active, tout en permettant dans cette position stable un relâchement de manœuvre de commande, caractérisé en ce qu'il comporte : a) Un organe rotatif tel qu'une poulie primaire raccordée à un moyen de commande tel qu'un câble enroulé et entraîné en rotation par la traction du dit câble ; b) un ressort rappelant la poulie vers sa position initiale contre l'action du dit câble ; c) une poulie secondaire raccordée à l'extrémité d'un câble de sortie, ce dernier aboutissant par son extrémité opposée aux organes de préhension ; d) des moyens débrayables d'entraînement mécanique transmettant le couple de rotation depuis la poulie primaire vers la poulie secondaire ; e) des moyens de blocage de la poulie secondaire aptes à immobiliser la poulie secondaire pour une valeur prédéterminée du dit couple, correspondant à la position active.
Selon une forme plus particulière de réalisation, la poulie primaire et la poulie secondaire sont disposées sur un axe commun, et les moyens débrayables d'entraînement sont constitués de deux disques, soit un disque moteur solidaire en rotation de la poulie primaire et un disque entraîné solidaire en rotation de la poulie secondaire, les disques présentant sur chacune de leur face en regard des inégalités de surface, aptes à assurer, lors du contact des deux disques par leurs faces en regard, l'entraînement du disque entraîné par le disque moteur.
Plus spécialement, dans le cadre de cette forme de réalisation, les faces en regard des disques respectivement moteur et entraîné comportent des dents asymétriques conformant sur un coté de la dent un plan incliné formant came, les dents étant reparties régulièrement sur le pourtour de chaque disque et étant séparées par des logements en creux de profil complémentaire, permettant l'engagement des dents venues d'un disque dans les logements du disque opposé dans la position embrayée des deux disques, la pente des dits plans inclinés étant telle que pour des valeurs du couple de rotation appliqué au disque moteur inférieures à une valeur de seuil déterminée, les deux disques, moteur et entraîné, sont solidaires en rotation, tandis que pour un couple de rotation atteignant cette valeur critique, suite à la résistance opposée par les organes de préhension arrivés en position d'appui sur l'objet, résistance transmise par le câble de sortie et la poulie secondaire, les dents du disque moteur coulissent librement sur les dents, alors immobilisées, du disque entraîné, par leurs plans inclinés en regard, ce qui provoque, par effet de came, la translation axiale du disque secondaire ainsi repoussé par le disque moteur vers la position débrayée des moyens d'entraînement. Notamment, les plans inclinés des dents du disque moteur sont en pente descendante dans le sens de la rotation du disque moteur en action pour la manœuvre de préhension, tandis que les plans inclinés des dents du disque entraîné sont en pente ascendante dans le sens de cette même rotation, tous ces plans inclinés étant de même angle et se faisant face et étant ainsi en contact d'un disque à l'autre, dans la position embrayée des moyens d'entraînement.
Selon une autre caractéristique, les dents des disques comportent en leur sommet un méplat, définissant pour chaque dent une face plane parallèle au plan moyen des disques et formant une assise de repos pour le méplat de la dent située en regard, dans la position débrayée des moyens d'entraînement.
Avantageusement, le coté de chaque dent opposé au plan incliné est orthogonal par rapport au plan du disque, chaque dent ayant ainsi un profil trapézoïdal rectangle.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la poulie secondaire et le disque entraîné forment un ensemble mono pièce, le disque entraîné étant formé par une joue de la poulie secondaire, orientée vers le disque moteur, en lui faisant face.
Egalement, la poulie secondaire est associée à un ressort de rappel, tel qu'un ressort hélicoïdal entourant le dit axe et apte à rappeler la poulie secondaire vers sa position d'appui, par sa joue formant disque entraîné, sur le disque moteur. L'organe de blocage de la poulie secondaire dans la position de préhension des organes de préhension est notamment constitué par une bague faisant face à la joue de la poulie secondaire opposée à la joue de contact avec le disque moteur. Cette bague de blocage d'une part et la joue en regard de la poulie secondaire d'autre part comportent des surfaces pourvues d'inégalités coopérant entre elles d'une face à l'autre pour assurer le blocage en position de la poulie, lorsque celle-ci est amenée en contact de la dite bague par la poussée axiale subie depuis le disque moteur lors de la phase de coulissement des dents du disque moteur remontant et repoussant les plans inclinés du disque entraîné solidaire de la poulie secondaire ; à cet effet la bague de blocage est prévue à une distance de la poulie secondaire égale ou inférieure à la hauteur du trapèze formé par chacune des dents du disque moteur, hauteur correspondant à la course axiale de translation de la poulie secondaire, sous la poussée des dents formant cames du disque moteur, pour venir au contact de la bague de blocage.
Les méplats situés au sommet des dents comportent, au moins sur le disque entraîné, et de préférence à proximité de l'angle droit amorçant le coté orthogonal de la dent, un bossage en saillie formant butée d'arrêt pour la dent en regard venue du disque moteur, cette butée permettant de marquer et sensibiliser pour l'utilisateur le positionnement mutuel des dents en position débrayée de l'entraînement et de blocage de la poulie secondaire, ce bossage étant en outre de profil et de hauteur permettant à la dent venue du disque moteur de le surmonter et de passer outre, pour retomber dans le logement suivant du disque entraîné, lorsque le couple de rotation exercé par le disque moteur a dépassé le dit seuil critique. La transmission mécanique entre la poulie primaire et le disque moteur s'effectue par l'intermédiaire d'un moyeu monté à rotation unidirectionnelle sur l'axe du dispositif par l'intermédiaire d'un ensemble roue à rochet et cliquet du type dit "roue libre", apte à assurer l'entraînement en rotation du disque moteur par la poulie primaire dans le sens de la rotation correspondant à la transmission de l'effort de traction sur le câble de traction, le disque moteur étant désolidarisé de la poulie primaire lors du retour en arrière de cette dernière sous l'action de son ressort de rappel, en assurant le rembobinage du câble primaire sur sa poulie primaire réceptrice, sans action sur le disque moteur.
La bague de blocage de la poulie secondaire est également montée à rotation unidirectionnelle par un ensemble à rochet et cliquet du type "roue libre", permettant une rotation de la bague avec la poulie secondaire dans le sens de l'enroulement du câble de sortie et s'opposant à toute rotation inverse avec retour en arrière du câble de sortie et des organes de préhension. Ces derniers sont ainsi bloqués dans cette position d'équilibre figée, par appui de la poulie secondaire sur la bague de blocage, jusqu'à ce qu'une nouvelle traction depuis le câble engendre la rotation excédentaire du disque moteur, au-delà de cette position d'équilibre, et provoque le retour des dents du disque moteur dans les prochains logements du disque entraîné. Ce nouvel engagement mutuel des dents sur les deux disques provoquant la translation axiale de la poulie secondaire sous la poussée de son ressort de rappel, ladite poulie retrouvant sa position initiale d'embrayage sur le disque moteur par l'intermédiaire de sa joue formant disque entraîné, et en même temps la poulie secondaire s'échappe alors de son engagement sur la bague de blocage. La gorge d'enroulement du câble de traction sur la poulie primaire est prévue avec un rayon supérieur à celui de la gorge d'enroulement du câble de sortie sur la poulie secondaire, autorisant ainsi une démultiplication entre la course du câble de traction et celle du câble de sortie, l'ensemble constituant un moufle permettant une plus grande précision dans la commande de la manœuvre comme un meilleur rendement de l'effort dans la manœuvre de préhension.
On peut encore prévoir que la poulie primaire comporte une partie évidée sur sa périphérie selon un segment de couronne sensiblement en demi- cercle, le secteur non évidé portant sur son pourtour, sensiblement en demi-cercle, la gorge d'enroulement du câble de traction, la couronne centrale de la poulie comportant une pluralité de logements régulièrement repartis pour recevoir l'engagement de l'extrémité d'un ressort de rappel travaillant à la torsion, le choix convenable du logement pouvant éventuellement permettre de calibrer la force de rappel exercée sur la poulie primaire.
Selon la mise en œuvre préférée ci-dessus, est inséré et renfermé dans un carter pourvu d'ouvertures respectivement pour les câbles de traction et de sortie, et le carter est monté solidaire d'une plaque formant l'ossature d'une main artificielle, le câble de sortie aboutissant, de façon connue en soi, à un fléau unique de répartition de la traction sur les câbles terminaux desservant chacun un doigt, chaque doigt pouvant être amené en position repliée contre l'action d'un ressort, le câble de traction étant relié en amont à un harnais de manœuvre porté par l'utilisateur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue éclatée des divers organes entrant dans la réalisation du mécanisme selon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe du dispositif, selon la ligne ll-ll de la figure 5, dans la position embrayée du disque moteur sur le disque entraîné.
La figure 3 représente la même vue que la figure 2 dans la position débrayée de la dite transmission.
La figure 4 est une vue en coupe du dispositif des figures 2 et 3, selon la ligne IV-IV des dites figures.
La figure 5 est une vue en élévation frontale du dispositif vu selon la flèche V de la figure 2.
La figure 6 est une vue en élévation latérale du dispositif contenu dans son carter.
Les figures 7A, 7B et 7C sont des vues en perspective éclatée montrant les organes composant le dispositif de l'invention respectivement en position initiale la transmission vers le câble de sortie étant embrayée (7A) ; dans la position intermédiaire, la poulie secondaire étant en cours de translation vers sa position débrayée (7B) ; et enfin dans la position débrayée de la poulie secondaire, alors en position verrouillée par engagement sur la bague de blocage (7C). La figure 8 est une vue en élévation du dispositif de l'invention positionné sur une plaque réceptrice conformant la structure de base d'une main artificielle.
Selon l'ensemble des figures, notamment figure 1 et 2, on voit que le dispositif de transmission de mouvement selon l'invention se compose d'un arbre fixe 1 enfermé dans un carter 2 constitué d'un corps cylindrique borgne obturé à une extrémité par un fond 2a et à l'extrémité opposée par la coupelle circulaire 2b boulonnée sur le corps cylindrique 2. Sur cet arbre 1 est montée une poulie, dite poulie primaire 3, pourvue d'une gorge 3a pour recevoir le câble 4 formant câble de traction et mu par l'utilisateur depuis un harnais scapulaire ou dorsal (non représenté) de façon connue en soi.
Le carter comporte des lumières ou orifices de sortie respectivement 2c pour l'entrée du câble de traction 4 et 2d pour la sortie du câble de sortie 10 (figure 6).
Avantageusement, la poulie 3 est largement évidée selon un segment de couronne périphérique comme vu à la figure 1 ; la partie centrale subsistant 3b est prévue avec des logements 3c repartis sur cette couronne et aptes à recevoir l'extrémité d'appui 5a du ressort hélicoïdal 5 travaillant à la torsion. L'extrémité opposée 5b du dit ressort est immobilisée sur un appui fixe (non représenté) prévu sur la face interne de la coupelle 2b. Ce ressort hélicoïdal constitue ressort de rappel ramenant la poulie primaire 3 et le câble 4 vers la position de repos, le câble ne subissant alors aucun effort de traction de la part de l'utilisateur.
La partie de l'arbre 1 proche de la coupelle 2b comporte des moyens permettant la libre rotation de la poulie primaire dans le sens de la traction et dans le sens de son rappel sous l'action du ressort ; ces moyens sont notamment constitués des butées à aiguilles 6 (figure 2).
La poulie primaire est engagée sur le moyeu 7 lui-même monté à rotation sur le manchon 8a venu du disque moteur 8 tourillonné sur l'arbre 1 ; le moyeu 7 constitue une interface d'entraînement unidirectionnel entre la poulie 2 et le disque moteur 8 et il comporte à cet effet un ensemble de type connu constitué d'un cliquet rappelé contre une roue à rochet du type "roue libre", tel que dans le sens d'entraînement de la poulie 2 actionnée par le câble de traction (flèche F1 , figure 1) la manœuvre est transmise au disque moteur 8. Tandis que dans le sens inverse, la poulie étant rappelée par le ressort 5, le disque 8 reste dans sa position, n'étant plus cinétiquement solidaire de la poulie.
Le disque moteur 8 porte sur sa face 8a, opposée à la poulie primaire 2, des reliefs coopérant avec des reliefs venus de la face 9a du disque entraîné, ici conformé par la joue de la poulie secondaire 9, joue disposée en regard du disque moteur 8. Dans la réalisation représentée et décrite, ces reliefs sont constitués de dents respectivement 8b (sur le disque moteur) et 9b (sur la joue 9a de la poulie secondaire 9), voir figures 7A, 7B et 7C. Les dents sont reparties sur le pourtour périphérique de chacune des faces 8a et 9a, les dents étant orientées pointe à pointe d'une face 8a à l'autre 9a. Comme développé à la figure 7C, chaque dent épouse un profil trapézoïdal rectangle dont la grande base est constituée par la ligne de contact de la dent avec son disque support ; un coté est en plan incliné 8c, 9c, et le coté opposé 8d, 9d, est orthogonal au plan du disque support, la petite base du trapèze située au sommet de la dent conforme un méplat 8 e, 9 e. Ces dents sont de formes identiques sur le disque moteur 8 et la joue 9a, toutefois les pentes des plans inclinés 8c, 9c, sont inversées entre le disque moteur 8 et la joue 9a de la poulie secondaire, faisant fonction de disque entraîné. La pente du plan incliné 8c est descendante dans le sens de l'entraînement du disque moteur depuis la poulie primaire 3 ; la pente du plan incliné 9c est ascendante dans cette même direction (flèche F2, fig.1).
Comme les dents sont disposées sur leurs disques support, étant espacées d'un intervalle ou pas correspondant à la grande base de chaque dent, et compte tenu de l'inversion des pentes, l'intervalle ou vide 8j, 9j, (fig. 1) entre deux dents d'un disque est complémentaire de la dent située en regard sur le disque opposé et lui faisant face. Ainsi les dents des disques respectivement moteur et entraîné peuvent s'interpénétrer, chaque dent se plaçant dans le logement récepteur que constitue l'intervalle entre deux dents du disque opposé. L'ensemble formant ainsi un entraînement du type crabotage.
Sur sa circonférence périphérique, la poulie secondaire 9 comporte une gorge 9f réceptrice d'un câble de sortie 10 ; ce dernier, ainsi que relaté et représenté plus en détail dans les brevets français précédemment cités aboutit à un fléau 11 de répartition de l'effort de traction retransmis aux câbles terminaux 12 commandant chacun la manœuvre d'un doigt individuel (fig. 8).
La joue 9g de la poulie secondaire 9, opposée à la joue 9a (Fig. 1) fait face à une bague 13 assurant un blocage intermittent de la poulie 9 ; aux fins de la manœuvre de blocage les faces en regard de la bague 13 et de la joue 9a comportent des reliefs ou inégalités de surface, coopérant d'une face à l'autre pour assurer cet effet de blocage lorsque les deux faces sont amenées en contact, dans les conditions décrites ci-après. Dans l'exemple décrit et représenté ces inégalités de surface sont avantageusement constituées de dents 13a et 9h disposées en couronne et tête-à-tête d'une face par rapport à l'autre, les dents étant ainsi aptes à venir en position d'engagement mutuel (Fig. 7A, 7B et 7C).
La bague 13 est elle-même solidaire d'un manchon 13 b s'étendant le long de l'arbre 1 en direction opposée à la face de la bague porteuse des dents 13a et ce manchon est bloqué à l'intérieur d'un roulement porteur 14, lui-même monté à l'intérieur des parois du carter 2 et immobilisé par son anneau extérieur ; ce roulement 14 comporte un ensemble cliquet portant sur une roue à rochet, du type "roue libre" à rotation unidirectionnelle. La bague 13 est ainsi libre en rotation dans le sens moteur de la poulie secondaire 9 (flèche F2, figure 1), entraînée elle- même depuis le disque moteur 8, mais le sens inverse reste interdit à la bague ; ainsi la bague de blocage 13 est apte, lorsqu'elle est en position d'engagement par sa face dentée 13a sur la face dentée 9g de la poulie secondaire, à accompagner librement la rotation de la poulie secondaire; tandis que le retour arrière de la bague depuis ce mouvement n'est pas autorisé par le roulement unidirectionnel ou "roue libre" 14 ; de sorte que la poulie 9 ayant effectué un mouvement angulaire, avec traction transmise au câble de sortie, et étant alors en contact d'engagement avec la bague 13, se trouve bien bloquée dans cette position sans retour en arrière, cette position d'équilibre acquise étant maintenue tant que poulie 9 et bague 13 restent en contact, leur dégagement comme leur engagement s'opérant ainsi que décrit ci-après.
Un ressort 15 du type hélicoïdal, prenant appui d'un coté sur le fond 2a du carter 2 et de l'autre sur la joue 9g de la poulie secondaire 9, tend à repousser élastiquement la poulie secondaire 9, le long de l'arbre 1 , vers la position d'appui de la poulie secondaire 9 sur le disque moteur 8.
Le fonctionnement de l'ensemble ainsi décrit peut être exposé comme suit.
Dans la position de repos initial, aucun effort de traction n'étant encore exercé sur le câble de traction 4, les organes décrits sont dans la position représentée aux figures 2 et 7A; la poulie primaire est dans sa position de repos en butée sur son siège, le ressort 5 étant sous tension faible ; le disque moteur 8 est en position d'engagement par ses dents trapézoïdales dans les logements constitués par les intervalles entre les dents de la joue en regard appartenant à la poulie secondaire 9. Cette poulie est elle-même, sous l'action du ressort 15, plaquée contre le disque moteur dans la position d'engagement des dents, et maintenue éloignée de sa position de contact et d'engagement avec la bague de blocage 13, alors inactive.
En début de manœuvre en vue d'une opération de préhension d'un objet quelconque, l'utilisateur exerce depuis un harnais, de type connu, une traction sur le câble de traction 4, ce qui entraîne en rotation la poulie primaire 3 contre l'action du ressort 5 ; ce mouvement est communiqué par le moyeu à roue libre 7 au disque moteur 8, alors en position de crabotage sur la poulie secondaire 9. Cette dernière se trouve ainsi entraînée à son tour en rotation ce qui permet de transmettre la force de traction initiale exercée sur le câble 4 jusqu'au câble de sortie 10. Celui-ci peut ainsi exercer une traction linéaire sur l'ensemble du fléau de répartition d'où la traction se répercute sur les câbles terminaux, provoquant le repli successif des doigts comme exposé dans les brevets français précités. Ce repli des doigts convergents vers l'objet à saisir aboutit à leur position d'appui sur les parois de cet objet, position dans laquelle les doigts étant en butée sur cet objet résistent à la poursuite du mouvement ; cette force de réaction est alors transmise par les câbles terminaux et le câble de sortie 4 jusqu'à la poulie secondaire 9, alors empêchée de poursuivre son mouvement et résistant au couple de rotation provenant du disque moteur.
L'utilisateur poursuivant son effort de traction sur le câble 4, maintient le couple de rotation sur le disque moteur 8 en appui sur la face 9a de la poulie 9, celle-ci restant cependant en position d'immobilisation. Dans cette opération combinée d'action rotative sur le disque moteur et de réaction correspondante de la joue en regard de la poulie secondaire, les plans inclinés des dents respectivement du disque moteur 8 et de la joue 9a de la poulie secondaire jouent le rôle de came et permettent par coulissement mutuel, pente contre pente, d'une dent sur la dent en regard, une poursuite limitée de la rotation du disque moteur, s'accompagnant d'une poussée axiale exercée par le disque moteur 8 contre la poulie secondaire 9, laquelle est repoussée en direction de la bague de blocage 13, contre l'action du ressort 15, jusqu'à ce que les méplats 8e au sommet des dents du disque moteur viennent reposer sur les méplats 9e en regard des dents de la joue 9a de la roue secondaire. Cette manœuvre de coulissement des dents l'une sur l'autre est représentée aux figures 7A et 7B dans lesquelles, pour la clarté des dessins on a figuré une seule dent 8b venue du disque moteur. La position des dents reposant l'une contre l'autre par leurs méplats respectifs est illustrée à la figure 7C. Pour la clarté des dessins, ces figures 7A, 7B et 7C n'ont représenté qu'une seule dent 8a venue du disque moteur 8. La figure 3 ne représente quant à elle que deux dents du disque moteur en opposition sur deux dents du disque entraîné ; on notera que les dents vues sur les figures 2 et 3 appartenant à la partie concave ou arrière de la couronne des dents, puisque ces figures sont des vues en coupe, donc dans lesquelles les dents situées du coté du lecteur, au-dessus de la figure, ne sont pas visibles.
Dans cette position (méplat contre méplat) des dites dents, la poulie secondaire 9 s'est déplacée axialement d'une distance correspondant à la hauteur des dents trapézoïdales, c'est-à-dire que la poulie secondaire a parcouru exactement la distance qui la séparait de la bague de blocage 13. Les dentures respectivement de la bague de blocage et de la joue en regard 9g de la poulie secondaire sont alors amenées en position d'engagement et la bague, étant montée à rotation unidirectionnelle, s'oppose à tout retour en arrière de la poulie alors bloquée en position.
La rotation limitée du disque moteur 8 peut se poursuivre sur quelques degrés, toujours sous la commande volontaire de l'utilisateur, les dents coulissants l'une sur l'autre par leurs méplats en contact, jusqu'à ce que la dent du disque moteur vienne porter sur un bossage 9i formant butée disposé sur le méplat 9e de la dent 9h en regard, venue de la joue 9a de la poulie secondaire (fig.7C) à proximité de l'angle droit formé entre le méplat 9e et le coté 9d orthogonal de la dent. Cette butée marque, pour l'utilisateur et par l'accroissement de la résistance rencontrée, l'arrêt de la manœuvre de traction, correspondant à une position d'équilibre de l'ensemble ; la butée facilite donc pour l'utilisateur l'obtention de cette position d'équilibre en absorbant l'inertie des pièces jusqu'alors en mouvement, comme en sensibilisant la position .
Dans la position d'équilibre ainsi atteinte, la manœuvre de préhension par les doigts est bloquée et l'objet saisi est maintenu par la main artificielle ; la bague de blocage empêche en effet une rotation arrière de la poulie secondaire et par conséquent un relâchement sur le câble de sortie et donc sur les câbles terminaux desservant chacun des doigts. La position étant donc bloquée, l'utilisateur peut relâcher son effort de traction et consacrer son attention et sa motricité à la manœuvre de déplacement ou d'utilisation de l'objet saisi.
Lors du relâchement de l'effort de traction, le ressort 5 ramène la poulie primaire 2 dans sa position de départ, l'extrémité du câble 5 proche de la poulie se rembobinant sur cette dernière. Cependant, ce retour en arrière de la poulie 2 se fait sans entraînement correspondant du disque moteur resté bloqué par contact, dents contre dents et méplats contre méplats, sur la joue en regard de la poulie secondaire, elle-même repoussée contre le disque moteur par son ressort de rappel 15. Comme précédemment exposé, le moyeu à roue libre 7 permet cette rotation arrière de la poulie primaire, sans en affecter le disque moteur.
Ensuite de cette manœuvre et lorsque l'objet doit être relâché pour être reposé, l'utilisateur exerce une traction sur le câble 4, engendrant au niveau du disque moteur un couple de rotation d'une valeur suffisante pour permettre à chaque dent 8b du disque moteur de sauter le bossage 9i précédemment décrit et constituant butée d'arrêt pour la position d'équilibre, l'objet étant alors en position de préhension. A cet effet, l'angle obtus 8i de la dent du disque moteur venant en regard est prévu avec un léger arrondi au sommet, facilitant le passage (fig. 7C).
La rotation subséquente du disque moteur amène les dents du disque au droit des logements prévus sur la joue en regard de la poulie secondaire, logements constitués par les intervalles entre les dents de cette joue, et ces logements étant, comme précédemment décrit, de forme complémentaire des dents situées en regard, ces dents sont aptes à se positionner dans ces intervalles. Le ressort 15 repousse la joue 9g de la poulie secondaire contre le disque moteur, dont les dents viennent s'emboîter dans les intervalles récepteurs entre les dents de la joue 9g. Les dents se retrouvent ainsi dans leur position d'enclenchement ou de crabotage mutuel, tel qu'au début de la manœuvre, après déplacement angulaire de quelques degrés, correspondant à la longueur de la grande base de la dent trapézoïdale. Cette manœuvre de réengagement mutuel des dents, vers la position de crabotage est alors obtenue par translation axiale de la poulie secondaire, sous la poussée de son ressort de rappel 15, dès que le coté orthogonal de la dent motrice se positionne au-delà du coté orthogonal de la dent située en regard, supprimant l'appui antérieur méplat contre méplat.
Le retour de la poulie secondaire 9 vers le disque moteur 8 dégage cette dernière de sa position d'engagement sur la bague de blocage ; l'objet reste cependant tenu en main puisque la traction volontaire depuis le câble 4 est transmise par le système jusqu'aux câbles terminaux ; l'utilisateur peut alors à volonté maintenir ou relâcher son effort pour desserrer l'étreinte et abandonner l'objet dans la position voulue.
Le système permet éventuellement à l'utilisateur, se ravisant, de retrouver, par une traction poursuivie sur le câble 4 la position de blocage de la main artificielle sur l'objet, dans les conditions précédemment exposées.
Le rayon de la gorge d'enroulement 3A du câble 4 de traction sur la poulie
3 est supérieur au rayon de la gorge de la poulie secondaire 9, réceptrice du câble de sortie 10, de sorte que la transmission de la force de traction se fait avec un effet de démultiplication, autorisant une meilleure précision dans la commande gestuelle ou digitale et un meilleur rendement de l'effort exercé par l'utilisateur.
La main artificielle utilisant les moyens de l'invention comprend également, outre les quatre doigts (index, majeur, annulaire et auriculaire) commandés par les câbles terminaux, un pouce mobile à manœuvre autonome et fonctionnant par exemple comme exposé dans le certificat d'addition 74 23 597 au brevet français 73 25 719 précité.
L'invention permet ainsi la commande de la manœuvre d'une main artificielle, depuis un harnais dorsal notamment, avec possibilité de réaliser, après obtention de la position de préhension, le verrouillage automatique du système dans cette position, autorisant un relâchement de l'effort de traction, libérant l'activité du sujet, l'objet restant maintenu en main. Par la suite, le déverrouillage peut être obtenu de façon autonome par la même commande volontaire du seul câble de traction ; ce dernier manœuvré par harnais permet donc successivement, et sans autre intervention, de commander le verrouillage en position de préhension, puis le déverrouillage ; ce dernier s'effectuant alors que l'utilisateur récupère en même temps le contrôle volontaire de la préhension et peut desserrer graduellement son étreinte.
Cette autonomie de la main artificielle autorisant de façon reproductible les cycles de saisie en main, blocage de la saisie maintenue avec libération de l'effort, puis reprise de la manœuvre de saisie volontaire, constitue un progrès considérable par rapport aux systèmes antérieurs, ne connaissant un blocage de la position de préhension que par intervention extérieure. L'innovation objet de la présente description apporte donc une fonctionnalité considérablement améliorée, autorisant des manœuvres plus rapides, plus sures et moins pénibles dans les opérations courantes de préhension appliquée à des objets de formes et configurations diverses.
Elle apporte un confort d'utilisation considérable à l'utilisateur, tant sur le plan pratique que sur le plan moral par réduction du sentiment d'anormalité grâce à une esthétique proche de la main naturelle. Utilisant des matériaux légers, notamment synthétiques, composites ou alliages légers, la main artificielle utilisant le dispositif de l'invention reste d'un poids non handicapant. Divers aménagements peuvent être introduits, dont notamment la motorisation de la commande du câble de traction avec commande myoélectronique. Le câble de traction à manœuvre linéaire pourrait être remplacé par une commande angulaire par arbre rotatif engrenant directement sur la poulie primaire 3.
La description qui précède n'a été donnée qu'à titre illustratif et sans caractère limitatif, étant rappelé que le système de transmission, de commande, de verrouillage, et démultiplication de l'invention peut être appliqué à divers organes de manœuvre, télécommande, notamment télé manipulation. L'invention sera notamment d'application lorsque l'on dispose d'un moyen de commande unique et à manœuvre active unidirectionnelle, devant amener un organe ou système bistable, successivement dans deux positions, par une seule et même commande. Une première commande amène progressivement, et sous contrôle, le système vers une position active (par exemple préhension) dans laquelle il est verrouillé et stabilisé ne nécessitant plus une intervention volontaire. Dans un second temps, la répétition de la même commande, identique à la précédente, déverrouille le système tout en le maintenant dans sa position active et le replace sous contrôle volontaire permettant son retour progressif à la position première. La commande, objet de l'invention est ainsi à double effet et donc exploitable lorsque l'on ne peut disposer, notamment pour des raisons constructives ou ergonomiques que d'une seule commande à action mono directionnelle pour obtenir d'un système sa mise successive selon deux positions stables, selon un cycle à deux phases alternées et comportant :
- la montée progressive vers une position active avec verrouillage automatique final dans cette position acquise et figée ; - le déverrouillage avec maintien de cette position active permettant le retour progressif et contrôlé vers la position inactive initiale ; chacune des phases étant commandée individuellement par la même manœuvre d'un même moyen de commande unique et mono directionnel, prenant en charge le système dans l'état où il se trouve et l'amenant sous contrôle volontaire dans l'état alternatif.

Claims

REVENDICATIONS
1- Dispositif pour la commande à distance par un moyen d'action mono directionnel d'au moins organe, tel qu'un organe de préhension comportant des éléments articulés et aptes à se refermer en convergeant vers l'objet à appréhender, le dispositif étant apte à assurer un blocage des dits éléments dans leur position active au contact du dit objet, permettant, dans cette position de préhension, un relâchement du moyen dé commande, caractérisé en ce qu'il comporte a) un organe rotatif tel qu'une poulie primaire (3) raccordée à un moyen de commande tel qu'un câble (4) de commande, et entraînée en rotation par la traction du dit câble ; b) un ressort (5) rappelant angulairement la poulie vers sa position initiale contre l'action du dit câble ; c) une poulie secondaire (9) raccordée à l'extrémité d'un câble de sortie (10), ce dernier aboutissant par son extrémité opposée aux organes de préhension ; d) des moyens débrayables (8, 9) d'entraînement mécanique transmettant le couple de rotation depuis la poulie primaire vers la poulie secondaire ; et e) des moyens de blocage (13) de la poulie secondaire aptes à immobiliser cette dernière pour une valeur prédéterminée du dit couple, correspondant à la position de préhension.
2 - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la poulie primaire (3) et la poulie secondaire (9) sont disposées sur un axe commun (1), et les moyens débrayables d'entraînement sont constitués de deux disques, soit un disque moteur (8) solidaire en rotation de la poulie primaire (3) et un disque entraîné (9a) solidaire en rotation de la poulie secondaire (9), les disques présentant sur chacune de leur face en regard des inégalités de surface (8b, 9b), aptes à assurer, lors du contact des deux disques par leurs faces en regard, l'entraînement du disque entraîné par le disque moteur.
3- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les faces en regard des disques respectivement moteur (8) et entraîné (9a) comportent des dents (8b, 9b) asymétriques conformant sur un coté de la dent un plan incliné formant came (8c, 9c), les dents étant reparties régulièrement sur le pourtour de chaque disque et étant séparées par des logements (8j, 9j) en creux de profil complémentaire, permettant l'engagement des dents venues d'un disque dans les logements du disque opposé dans la position embrayée des deux disques, la pente des dits plans inclinés étant telle que pour des valeurs du couple de rotation, appliqué au disque moteur, inférieures à une valeur de seuil déterminée, les deux disques, moteur et entraîné, sont solidaires en rotation, tandis que pour un couple de rotation atteignant cette valeur, suite à la résistance opposée par les organes de préhension arrivés en position d'appui sur l'objet, résistance transmise par le câble de sortie et la poulie secondaire, les dents (8b) du disque moteur coulissent librement sur les dents (9b), alors immobilisées, du disque entraîné, par leurs plans inclinés (8c, 9c) en regard, ce qui provoque, par effet de came, la translation axiale du disque secondaire ainsi repoussé par le disque moteur vers la position débrayée des moyens d'entraînement.
4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plans inclinés (8c) des dents du disque moteur (8) sont en pente descendante dans le sens de la rotation du disque moteur en action pour la manœuvre de préhension, tandis que les plans inclinés (9c) des dents du disque entraîné sont en pente ascendante dans le sens de cette même rotation, tous ces plans inclinés étant de même angle et se faisant face et étant ainsi en contact d'un disque à l'autre, dans la position embrayée des moyens d'entraînement.
5- Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les dents des disques comportent en leur sommet un méplat (8 e, 9 e) définissant pour chaque dent une face plane parallèle au plan moyen des disques et formant une assise de repos pour le méplat de la dent située en regard, dans la position débrayée des moyens d'entraînement.
6- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le coté (8d, 9d) de chaque dent opposé au plan incliné est orthogonal par rapport au plan du disque, chaque dent ayant ainsi un profil trapézoïdal rectangle.
7- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la poulie secondaire (9) et le disque entraîné forment un ensemble mono pièce, le disque entraîné étant formé par une joue (9a) de la poulie secondaire (9), orientée vers le disque moteur (8), en lui faisant face.
8- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la poulie secondaire (9) est associée à un ressort de rappel (15), tel qu'un ressort hélicoïdal entourant le dit axe (1) et apte à rappeler la poulie secondaire vers sa position d'appui, par sa joue formant disque entraîné (9a), sur le disque moteur (8).
9- Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'organe de blocage de la poulie secondaire dans la position de préhension des organes de préhension est constitué par une bague (13) faisant face à une joue (9g) de la poulie secondaire, cette bague de blocage d'une part et la joue en regard de la poulie secondaire d'autre part comportant des surfaces pourvues d'inégalités coopérant entre elles d'une face à l'autre pour assurer le blocage en position de la poulie lorsque celle-ci est amenée en contact de la dite bague par la poussée axiale subie depuis le disque moteur lors de la phase de coulissement des dents du disque moteur remontant et repoussant les plans inclinés du disque entraîné solidaire de la poulie secondaire, et à cet effet la bague de blocage est prévue à une distance de la poulie secondaire égale ou inférieure à la hauteur du trapèze formé par chacune des dents du disque moteur, hauteur correspondant à la course axiale de translation de la poulie secondaire, sous la poussée des dents formant cames du disque moteur, pour venir au contact de la bague de blocage.
10- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les méplats (9 e) situés au sommet des dents (9b) du disque entraîné (9a), et de préférence à proximité de l'angle droit amorçant le coté orthogonal (9d) de la dent, un bossage (9i) en saillie formant butée d'arrêt pour la dent en regard venue du disque moteur, cette butée permettant de marquer et sensibiliser pour l'utilisateur le positionnement mutuel des dents en position débrayée de l'entraînement et de blocage de la poulie secondaire, ce bossage étant en outre de profil et de hauteur permettant à la dent venue du disque moteur de le surmonter et de passer outre, pour retomber dans le logement suivant du disque entraîné, lorsque le couple de rotation exercé par le disque moteur a dépassé le dit seuil, et à cet effet l'angle obtus (8i) formé sur chaque dent (8b) du disque moteur est arrondi en son sommet, pour faciliter ce passage.
11- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la liaison mécanique entre la poulie primaire et le disque moteur s'effectue par l'intermédiaire d'un moyeu (7) monté à rotation unidirectionnelle sur l'axe (1) du dispositif par l'intermédiaire d'un ensemble roue à rochet et cliquet du type dit "roue libre", apte à assurer l'entraînement en rotation du disque moteur par la poulie primaire dans le sens de la rotation correspondant à la transmission de l'effort de traction sur le câble de traction, le disque moteur étant désolidarisé de la poulie primaire lors du retour en arrière de cette dernière sous l'action de son ressort de rappel, en assurant le rembobinage du câble primaire sur sa poulie primaire réceptrice, sans action sur le disque moteur.
12- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la bague de blocage (13) de la poulie secondaire (9) est montée à rotation unidirectionnelle par un ensemble à rochet et cliquet du type "roue libre" (14), permettant une rotation de la bague avec la poulie secondaire dans le sens de l'enroulement du câble de sortie et s'opposant à toute rotation inverse avec retour en arrière du câble de sortie et des organes de préhension, ainsi bloqués dans cette position d'équilibre acquis et fixé par appui de la poulie secondaire sur la bague de blocage, jusqu'à ce que la rotation excédentaire du disque moteur, au-delà de cette position d'équilibre, provoque le retour des dents du disque moteur dans les prochains logements du disque entraîné, le nouvel engagement mutuel des dents sur les deux disques étant provoqué par la translation axiale de la poulie secondaire (9)sous la poussée de son ressort de rappel (15), la dite poulie retrouvant sa position initiale d'embrayage sur le disque moteur par l'intermédiaire de sa joue (9a) formant disque entraîné, et la poulie secondaire s'échappant alors de son engagement sur la bague de blocage (13).
13- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la gorge (3a) d'enroulement du câble de traction (4) sur la poulie primaire (3) est prévue avec un rayon supérieur à celui de la gorge (9f) d'enroulement du câble de sortie (10) sur la poulie secondaire (9), autorisant ainsi une démultiplication entre la course du câble de traction et celle du câble de sortie, l'ensemble constituant un moufle permettant une plus grande précision dans la commande de la manœuvre comme un meilleur rendement de l'effort dans la manœuvre de préhension.
14- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la poulie primaire (3) comporte une partie évidée sur sa périphérie selon un segment de couronne sensiblement en demi-cercle, le secteur non évidé portant sur son pourtour sensiblement en demi-cercle la gorge d'enroulement (3a) du câble de traction.
15- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il est inséré et renfermé dans un carter (2) pourvu d'ouvertures (2c, 2d) respectivement pour les câbles de traction et de sortie, et le carter est monté solidaire d'une plaque formant l'ossature d'une main artificielle, le câble de sortie aboutissant, de façon connue en soi, à un fléau unique de répartition de la traction sur les câbles terminaux desservant chacun un doigt, amené en position repliée contre l'action d'un ressort, le câble de traction étant relié en amont à un harnais de manœuvre porté par l'utilisateur.
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