EP2403466A1 - Robot de revalidation - Google Patents

Robot de revalidation

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Publication number
EP2403466A1
EP2403466A1 EP10703270A EP10703270A EP2403466A1 EP 2403466 A1 EP2403466 A1 EP 2403466A1 EP 10703270 A EP10703270 A EP 10703270A EP 10703270 A EP10703270 A EP 10703270A EP 2403466 A1 EP2403466 A1 EP 2403466A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
assembly
patient
male
elbow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10703270A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Marc Florent Victore Dehez
Julien Marielle Daniel Sapin
Pierre Didier
Arnaud Attanasi
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.)
Universite Catholique de Louvain UCL
Original Assignee
Universite Catholique de Louvain UCL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite Catholique de Louvain UCL filed Critical Universite Catholique de Louvain UCL
Publication of EP2403466A1 publication Critical patent/EP2403466A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
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    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5069—Angle sensors

Definitions

  • the invention relates to the field of mobilization and revalidation robots. More particularly, the invention relates to a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient, as well as to a method of assembling such a device.
  • DESCRIPTION OF THE STATE OF THE ART [0002]
  • the loss of mobility of the upper limbs is just as penalizing as that of the lower limbs.
  • the recovery of this motor classically practiced by a therapist, can be accelerated by means of a robotic system as already shown various clinical studies.
  • Forces and movements are transferred through a handle mounted on the robot and gripped by the patient.
  • This device is designed to have, with low inertia and little friction, a reversible behavior at its distal portion.
  • Force and position sensors are used to inform regulators.
  • a module with three degrees of freedom can be mounted on the end of the planar device, thus providing three degrees of freedom active in addition to the wrist.
  • Visual instructions for movement are given through a computer screen.
  • only the patient's hand being mobilized by the device no control of the position of the arm is ensured during the exercises. This results in a significant risk of joint injuries.
  • FIG. 1 represents such an exoskeleton in which the three articular rotations and the two segmental rotations are performed: the articular complex of the shoulder 100, the humeral rotation 200, the articular complex of the elbow 300, the ulnar rotation 400 and the complex wrist joint 500.
  • WO2006 / 058442 discloses a "System and Method for Cooperative Arm Therapy and a Rotation Module Used for this Purpose”.
  • this system comprises an exoskeleton, that is to say an external skeleton accompanying each of the segments of a patient's limb.
  • An exoskeleton makes it possible to mobilize each joint in a defined and controlled manner.
  • the axes of rotation of the exoskeleton and the corresponding physiological axes of rotation of the patient must be exactly superimposed. Indeed, in the opposite case, the robot risks forcing unnecessarily on the articulations of the patient.
  • a succession of actuators and shells or sleeves encompassing a portion of a member of a patient can mobilize each of the patient's joints.
  • WO2006 / 058442 The purpose of this document WO2006 / 058442 is to provide an apparatus in which a greater number of degrees of freedom can be exploited and supported than in previous systems.
  • the device described has 5 motorized degrees of freedom: it allows the bending / extension of the elbow and the movements of the shoulder following three degrees of freedom in rotation.
  • This device however has many disadvantages: in this device, the humeral and ulnar rotations are performed by means of concentric external and internal semi-cylinders in relative rotation (16 and 17 for the humeral rotation, and 20 and 21 for ulnar rotation, respectively) acting by means of rods (18 and 19) on an elbow shell. These mechanisms are heavy and complicated.
  • EP2070492 discloses a "device for assisting movement and a maintenance / management system of the movement aid device".
  • Fig. 1 of this document represents by way of example a device for the rehabilitation of the right arm of a patient. This device has a part
  • the motor recovery rate of the upper limb is variable from the proximal end to the distal end.
  • the proximal joints recover faster than the distal joints. It is therefore interesting to be able to re-educate the entire limb in a first stage of rehabilitation. At a later stage, it may be interesting to target the work on the only joints that still require robotic help, for example on the forearm and finally on the wrist while the patient has already recovered sufficient mobility of the shoulder and elbow.
  • an apparatus for mobilizing a selected number of joints of a patient's limb For other pathologies, such as an elbow trauma, a device ensuring the mobilization of a single movement may be necessary.
  • a revalidation device that allows the therapist the choice of joints that require robotic assistance, and this, depending on the progress of the patient in his rehabilitation and the type of exercise to perform.
  • the weight of the structure can be transferred from the distal portion to the proximal portion and to the fixed frame which supports it at Through the structure itself and its actuators, it is no longer the case if one wishes to be able to select the joints to be mobilized, for example only the distal joints. Indeed, it may be desirable to equip the patient with a mobilization device of a particular joint, for example distal, without it being connected to a fixed frame via a structure that supports the weight. Indeed, in the absence of proximal components to regain the weight of the distal components, they must be supported by the patient himself.
  • the invention relates to a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient that can be constituted by assembling at least two adjacent elements chosen from an assembly comprising a shoulder module (ShouldeRO), an arm module (ROThum), an elbow module (elBOT), a forearm module (ROTuIn), a wrist module (wristIC), a back support device, a elbow shell CC and a hand shell, each of the elements of the assembly being adapted to be secured to at least one other element adjacent to the assembly, at least one assembly of a first element with a second element being feasible by engagement of a male integral part of the first element in an opening of a female part secured to the second element in a direction of engagement that takes no effort when the device is in operation, and locking of said male part in said female part (610) by releasable means under traction in a direction opposite to said engagement direction.
  • an assembly comprising a shoulder module (ShouldeRO), an arm module (ROThum), an elbow module (e
  • the male part comprises a notch and the female part is provided with a spring clip, so that during assembly, the spring clip engages in the notch , the male part being thus held in place but can be released by said traction.
  • the male part comprises a milled groove and the opening is provided with a spring plunger, so that during assembly, the ball of the spring plunger engages in the countersunk groove, the male part being held in place but can be released by said traction.
  • the male piece has at its end a ferromagnetic material, and the bottom of the opening is provided with a magnet, so that the male piece is thus held in place but can be released by said traction.
  • the invention relates to a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient which comprises at least one module selected from the aforementioned set.
  • Each of these modules is adapted to be secured to a portion of the upper limb of the patient and / or at least one other module of the assembly.
  • the shoulder module may comprise a polyarticulate structure comprising a succession of rings, arranged parallel to one another along an axis and articulated to one another by hinges.
  • This polyarticulated structure may comprise cables mechanical circulating in ducts, a pair of cables controlling the rotation of a ring relative to the previous rings in the succession of rings.
  • the arm module may comprise a flexible shaft, the proximal end of the shaft being controlled in rotation and for imposing a rotation at the distal end of the shaft.
  • a slide is arranged at one end of the flexible shaft to adapt the length of the arm module to the position and morphology of a patient.
  • the elbow module elBOT
  • the elbow module may comprise a pivot connection having an upper portion and a lower portion, the lower portion having a slide supporting a shell adapted to be attached to the proximal portion of the forearm of a patient.
  • the forearm module (ROTuIn) may comprise a flexible shaft, the proximal end of the flexible shaft being rotated and for imposing a rotation at the distal end of said shaft.
  • a slide is arranged at one end of the flexible shaft to adapt the length of the forearm module to the position and morphology of a patient.
  • the wrist module may comprise a pivot connection having an upper portion and a lower portion, the lower portion having a slide supporting a hand shell adapted to be attached to the hand of a patient.
  • the invention relates to a method for assembling a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient which comprises at least two elements selected from the group consisting of comprising a shoulder module (ShouldeRO), a humeral rotation module (ROThum), an elbow module (elBOT), a forearm module (ROTuIn) and a wrist module (wristIC).
  • a shoulder module (ShouldeRO), a humeral rotation module (ROThum), an elbow module (elBOT), a forearm module (ROTuIn) and a wrist module (wristIC).
  • Each of the elements of the assembly is adapted to be secured to at least one other element adjacent to the assembly, at least one assembly of a first element with a second element being achievable by engagement of a male part integral with the first element in an opening of a female part secured to the second element in a direction of engagement that does not take any effort when the device is in operation, and locking said male part in an opening of said female part by unlocking means under the effect of traction in a direction opposite to said direction of engagement.
  • the assembly may also include a back support device (107), a DC elbow shell and a hand shell (514).
  • the assembly uses one of the three variants of unlockable means mentioned above.
  • FIG. 1 schematically represents the 3 articular rotations and the 2 segmental rotations in a device for mobilizing and rehabilitating an upper limb of a patient.
  • Fig.2 is an overview of a shoulder module of a mobilization device and rehabilitation according to the invention.
  • Figures 3a, 3b, 3c are respectively a base, a pattern, and an overview of the poly-articulated structure of a shoulder module of a device according to the invention.
  • Fig. 3d represents a mode of action of the cables acting on a pattern.
  • Figures 4 and 4 are respectively a side view of the control mode of the cables acting on a pattern, and a perspective view of a portion of a control device acting on all the cables.
  • Fig.6a shows an arm module
  • FIG. 6b is a view of a back support device.
  • Fig.7 shows a bend module.
  • Fig.8 shows a forearm module.
  • Figures 9a and 9b show a wrist module.
  • 10a, 10b, 10c and 10d schematically show several modes of possible arrangements of several modules.
  • Fig.11a, 11b and 11c show a first method of assembling several modules together by means of a spring clip.
  • Figures 11d and 11e show a second method of assembling several modules together by means of a spring loaded pusher.
  • Fig.11f and 11g represent a third method of assembly several modules together by means of a permanent magnet.
  • Fig.12 shows a mode of arrangement of the arm module, and the forearm module, the elbow module.
  • Fig.13 shows a mode of arrangement of the forearm module wrist module.
  • Figures 14a and 14b respectively show an anterior view and a rear view of the assembly of an arm module on a back module.
  • the mobilization and rehabilitation device of the invention has the general shape of an exoskeleton in the sense that it is placed along the patient's arm, in parallel with its anatomical structure.
  • the device of the invention consists of an assembly made from a set comprising five independent modules and three fixing accessories.
  • the five modules support the movements of the three articular complexes of the shoulder, elbow and wrist, as well as the two segmental rotations of ulnar rotation and humeral rotation.
  • the three attachment accessories are a back support device, an elbow shell, and a hand shell.
  • the shells can be made by molding, for example of reinforced polymer.
  • each of the five modules can be used in isolation or in collaboration with one or more other modules. First of all, each of the five modules is described below, as they can be used in isolation. The modes of joint use of the modules will be described next. Finally, we will describe the various modes of assembly of modules together or with a fixing accessory, which allow the easy assembly / disassembly of a mobilization device specific to a patient and a specific application.
  • the modules used in isolation are described below, as they can be used in isolation.
  • the modes of joint use of the modules will be described next.
  • the shoulder module ShouldeRO
  • the module allowing the antepulsion, retropulsion, abduction and adduction of the arm hereinafter called "shoulder module” (ShouldeRO) 105 shown in Fig.2 is a polyarticulate structure that manages the two degrees of freedom of the articular complex of the shoulder.
  • the mechanical structure of this module 105 includes a base 106 anchored to the torso of the patient, near his shoulder blade. This anchoring can be achieved by means of a back support device 107 discussed below.
  • the base 106 is shown in Fig.3a. It can be attached to the back support device 107 by bolting.
  • a succession of identical patterns, a copy of which is shown in FIG. 3b, are each composed of two rings 108 and 108 '.
  • 109 ' can articulate the ring 108 in rotation about an axis AA' and two hinges 109 "and 109 '" allow to articulate the ring 108' relative to the ring 108 in rotation about an axis BB ' perpendicular to the axis A-A '.
  • Each of the pairs of hinges giving a degree of freedom of about 35 °, it was determined that a device as illustrated in Fig.3c with 3 successive patterns, or six pairs of hinges, allowed to obtain the range of motion desired.
  • the number of mechanical cables for controlling the two degrees of freedom of a pattern is four. For the three successive identical patterns, we thus obtain a total of twelve cables and sheaths to pass through the structure and to operate.
  • a technical solution would consist in providing an actuator for each of the cables, said actuator being controlled according to a law that respects the aforementioned constraints. This solution, however, would require a large number of actuators, which would adversely affect the portability and cost of the device.
  • the Applicant has designed an inverted control mechanism, shown schematically in Fig.4. In it, a control lever 113 and a fixed frame 114 are articulated by hinges to faithfully reproduce the arrangement of the two rings 108, 108 'and hinges 109, 109' to be controlled. The dimensions are identical.
  • the ends of the rods 115 and 115' are attached to the proximal ends of the cable sheaths 112 and 112 '.
  • the proximal ends of the cables 110, 110 ' are fixed to the frame 114, near the crossing points of the rods 155 and 115' in the frame 114.
  • the length of the cable 110 shown in broken lines in the figure, being fixed, and equal to the length of the sheath 112 and the rod 115, shown in dashed line, it is conceivable that during a rotation ⁇ of the control lever 113, the elongation of the bead portion between the control lever 113 and the fixed frame 114 is equal to the elongation of the cable portion 110 between the rings 108 and 108. This also applies, mutatis mutandis, to the cable 110 'and the rod 115'. This mechanism therefore carries out a control respecting the permanent tension stress of the two cables 110 and 110 'by means of a single control member 113.
  • ShouldeRO includes an arm shell 120 that can be attached to the distal end of the patient's arm, above the elbow, via a prismatic linkage (slideway) 121 and a cardan joint 122 to resume operation.
  • the rail 123 of the slideway 121 can be fixed to the shell 120 by screws or bolts, however, as the degree of freedom of translation in the direction indicated by the arrow A does not take up any effort in operation, the fixing can advantageously be achieved by one of the easy assembling modes described below comprising two male parts secured to the rail, and two female parts integral with the shell 120, engaging in the direction of the arrow A or in the opposite direction .
  • a test body 130 At the distal end of the structure is disposed a test body 130 on which two measuring bridges consist of strain gauges are applied.
  • the signals transmitted make it possible to deduce the force along the y-axis (Fy) and the force along the z-axis (Fz). Knowing the geometric model of the robot, we deduce articular couples. These signals are transmitted to a controller who controls and controls the rehabilitation process.
  • the described shoulder module makes it possible to obtain angles of rotation of the polyarticulate structure from + 105 ° to -105 in the two directions of space, while applying a torque of 50 Nm.
  • the arm module ROTh u m
  • the humeral rotation module hereinafter called “arm module” ROThum 205, makes it possible to perform the internal / external rotation movement of the arm, also called humeral rotation.
  • the mechanical structure comprises a flexible shaft 206.
  • a flexible shaft is a transmission shaft capable of transmitting torsional torque while having a flexibility which allows both ends to operate in non-aligned and / or staggered orientations and to take a flat curvature or complex.
  • a flexible shaft most often includes a coil spring. To be able to transmit a torque in both directions of rotation of the shaft, it also comprises a second helical spring, concentric to the first, and not inverted. Finally, a free sheath in relation to the springs protects the whole and its environment.
  • the arm module 205 comprises a base 207 in which the shaft is held with a degree of freedom of rotation.
  • This base 207 can slide in a slideway 212.
  • the slideway 212 can be secured to a back support device by screws or bolts.
  • the attachment can advantageously be achieved by one of the easy assembly modes described below, comprising two parts males secured to the slide 212, and two female parts secured to the back support device 107.
  • a pulley 208 is mounted on the proximal end of the shaft 206.
  • Cables 210 and 210 'circulating in sheaths acting on this pulley 208 allow to print a rotation in both directions at the distal end 209 of the flexible shaft 206.
  • the cables can be controlled by an electric motor installed in the fixed frame 114.
  • the flexible shaft 206 is placed on the along the lower part of the patient's arm.
  • the distal end of the shaft attaches to either the elBOT elbow module or a DC elbow shell, which includes a portion of the patient's arm and forearm, using one of the assembly modes. easy described below, comprising a male part 215 integral with the end of the flexible shaft, and a female part integral with the elBOT elbow module or the elbow shell CC.
  • the assembly is made by engagement in the direction of the arrow C, which does not take any effort in operation. Morphological adaptability from one patient to another is ensured by the linear guiding slide 212 providing adjustment of the anchor point position of the proximal end of the shaft 206 by sliding of the drive block 214 in the slideway 212.
  • This slide could alternatively also be adapted to the distal end of the shaft 206.
  • a rotation of the shaft 206 imposed by the electric motor a humeral rotation is imposed on the arm of the patient.
  • the tree can, thanks to its flexibility, marry the arm of the patient.
  • the slide 212 makes it possible to obtain the necessary length adjustment, both during a rotation applied to a given patient and for adaptation to patients of different sizes.
  • the arm module 205 makes it possible to measure and transmit the torque and the angle of humeral rotation.
  • the torque measurement can be obtained either by measuring the current in the motor or by placing a measuring bridge consisting of strain gauges directly on the flexible shaft to measure the torsional torque transmitted by the flexible shaft or on a body of test carried out in the support of the drive block 214 to measure the reaction torque.
  • the measurement of the angular position of the arm is directly obtained by means of an incremental encoder which is equipped with the motor.
  • the arm module 205 provides angles of rotation of
  • Both the shoulder module 105 and the arm module 205 can be anchored to the torso of the patient by means of a back support device 107 shown in Fig.6b which is worn as a backpack and has a tightening ventral. Straps, not shown in Fig. ⁇ b, are used for ventral clamping and the back support. Plates 140 and 140 'allow the attachment of the base 106 of the shoulder module 105 for both the right arm and the patient's left arm. Similarly, plates 145 and 145 'allow the fixing of the slide 212 of the arm module 205.
  • the elbow module elBOT
  • the pivot connection has an upper portion 306, which can be attached by a shell 320 on the distal portion of the patient's arm articulated to a lower portion 307 which can be secured by a shell 314 to the proximal portion of the forearm of the patient. patient.
  • the hulls 320 and 314 can be fixed almost permanently by screws or bolts, to the upper parts 306 and lower 307, respectively.
  • the attachment can advantageously be achieved by one of the easy assembly modes described below, comprising two parts. males secured to the upper part 306, and two female parts integral with the shell 320.
  • the fixing can advantageously be carried out by one of the easy assembling modes described below, comprising a male part secured to the slide 312 oriented in the direction of the arrow E or in the opposite direction, and a female part integral with the shell 314.
  • a pulley 308, integral with the lower part 307, is rotated by a remote electric motor, driven by cables 310 and 310 'circulating in ducts.
  • the elbow module makes it possible to measure and transmit the torque and the angular position.
  • the torque is obtained by a force sensor consisting of strain gauges placed in half bridge under the rail of the slide.
  • the angular position measurement is obtained by means of an incremental encoder fitted to the motor.
  • the elbow module makes it possible to make the transverse articulation of the elbow flexion / extension movements over an amplitude of 145 ° and this, with a torque of 30 Nm.
  • the ulnar rotation module allowing pronation and supination hereinafter called “forearm module” ROTuIn 405 shown in Fig.8 allows to perform the prognosis movement of the forearm, also called ulnar rotation.
  • the mechanical structure of this module consists, as for the arm module, of a flexible shaft 406 for transmitting torsional forces in both directions. This shaft is placed along the forearm and is actuated by a direct drive electric motor 408. Actuation could however be deported via a transmission by mechanical cables, as for the arm module, or by another flexible shaft.
  • the forearm module 405 used alone is attached at its proximal end to a DC elbow shell or shell 314 placed on the proximal end of the patient's forearm, and at its distal end to a hull 514 (not shown ) attached to the patient's patient's hand. It can also be assembled to the hull 314 of the elBOT module or to the upper part 506 of the pivot connection of the wristIC wrist module.
  • the assembly modes by means of easy fastenings of the ROTuIn module are in all respects similar to those of the ROThum module.
  • a slide 412 placed between the proximal end of the flexible shaft 406 and the elbow shell CC or the shell 314 placed on the proximal end of the forearm of the patient makes it possible to adapt the length of the forearm module to the morphology of the patients, and during the rotation.
  • the front arm module is used to measure and transmit the torque and the segmental angular position. With regard to the torque measurement, this can be obtained either by measuring the current in the motor or by placing a measuring bridge consisting of strain gauges directly on the flexible shaft to measure the torsion torque transmitted by the motor. flexible shaft, or on a test body made in the support of the drive block for measuring the reaction torque.
  • the measurement of the angular position of the arm is directly obtained by means of an incremental encoder which is equipped with the motor.
  • the maximum amplitudes reached amount to 85 ° for pronation and 90 ° for supination and this, ensuring a torque of 5 Nm.
  • Wrist module wristIC
  • Wristic wrist module 505 is shown in Figs.9a and 9b.
  • the pivot connection of this module has an upper portion 506, which includes a shell 513 which can be attached to the distal portion of the forearm of the patient.
  • This shell 513 is fixed by bolting.
  • the upper portion 506 is hinged to a lower portion 507 which includes a slider 512 that can be attached to a hand-held hinge CM 514 attached to the patient's hand.
  • the hand hull 514 can be fixed by the slide 512.
  • the assembly can be achieved by a male integral with the slide 512 s' engaging in a female part integral with the hull 514, in the direction of this arrow, or in the opposite direction.
  • An electric motor 508, secured to the upper part 506 drives a worm 509, itself driving a gear 510 secured to the lower portion 507.
  • the axis of the pivot connection is superimposed on the axis of the transverse joint
  • both translational and rotational movement, both passive must be present to ensure angular movement between the hand and the front. -arms. It is for this reason that a slide 512 provided with a hinged carriage 515 fits into the second part of the hinge.
  • the shell 513 is fixed on the outer face of the distal portion of the forearm of the patient via a system of straps with Velcro® closures.
  • the wrist module is used to measure and transmit the torque and the articular position.
  • the measurement of torque it is obtained via the implementation of a force sensor consisting of strain gauges placed in half-bridge on the rail 507 of the slide 512 placed on the proximal part of the hand.
  • the measurement of the angular position of the wrist is directly obtained by means of an incremental encoder which is equipped with the motor.
  • the wrist module allows flexion / extension movements to be made on the transverse articulation of the wrist over an amplitude of 145 °, with a torque of 3 Nm.
  • the five previously described modules can be used in isolation, one jointly, in all possible combinations.
  • the shoulder module 105 the shoulder module 105
  • the use of this module is then independent.
  • the shoulder module can be assembled to the elbow module or a DC elbow shell, in the absence of the arm module. In this case, however, the internal / external rotation movement of the arm is not possible.
  • the arm module 205 ROThum always attaches to its proximal end on the back support device 107 while at its distal end:
  • the elbow module 305 elBOT receives at its proximal end
  • the 405 ROTuIn forearm module is fixed at its proximal end:
  • Wristic wrist module 505 receives at its proximal end:
  • Fig.iOa schematically shows the arrangement of the five modules used together.
  • the ShouldeRO shoulder module 105 is arranged on the arm shell 120. Variations in which the elBOT module is replaced by a DC elbow shell and / or the wristIC wrist module is replaced by a hand shell CM are also shown. Adjacent modules are connected by a line.
  • Fig.lOb schematically represents the use of the module shouldRO alone.
  • Fig.iOc schematically shows the use of the ROThum module in combination with the elBOT module or the DC elbow shell.
  • Fig.iOd schematically shows the use of the elBOT module or the elbow shell CC in combination with the wristIC module or the hand shell CM. This combination can be used for example at a final stage of rehabilitation or only the forearm and wrist should be exercised.
  • this fixation has, at the end of the race and according to the degree of freedom of engagement, an automatic locking system that can be triggered and triggered by the action of a moderate human force.
  • the blocking of the degrees of freedom to transmit the forces can be obtained by cutting in each of the two parts constituting the fixing two identical volumes defined by the extrusion of any surface in the direction corresponding to the degree of freedom of engagement of the fastener. , one in positive, defining the male part of the fixation, and the other in negative, defining the female part of the fixation. If the extrusion surface is circular, the binding does not constrain / leave free the degree of freedom in rotation about the axis of the cylinder thus formed. In all other cases, the assembly mode blocks all 5 degrees of freedom, which is necessary for example for fixing the proximal end of the ROThum module.
  • an embodiment based on a circular extrusion surface is preferred, not only because the axes and holes resulting from the extrusion can be obtained very easily from the means of conventional manufacturing, but also because the fact of leaving 1 degree of freedom not constrained in rotation is likely to facilitate the engagement of the male part of the fastener in the female part.
  • an extrusion surface is formed formed of two or more circles so that it can be made from simple axes and holes, as the previous fixation .
  • the locking of the attachment can be obtained by active means (pneumatic, hydraulic, electrical, thermal, ...) or passive (mechanical, magnetic, ). Given the forces that must support the attachment in its direction of engagement, it can be perfectly limited to passive means requiring action other than the application of sufficient force in the direction of engagement.
  • the male part 600 is engaged in a direction represented by the arrow G in an opening of the female part 610.
  • the spring clip 620 is a part made of steel sheet with a high elastic limit and profiled in such a way as to be able to engage by deforming elastically on the male part 600 and maintain it by tightening. Mounted inside the female part 620, this clip system can be used to block the part by means of a notch 605 of the male part 600 adapted to the profile of the spring clip 620.
  • the exact shape given to the profile of the male part 600 and the stiffness and profile of the spring clip 620 determine the force required to engage and release the locking system.
  • the second method of assembly shown in figs.
  • the spring pusher 615 is a mechanical component having a ball loaded with a spring.
  • the assembly thus formed is generally placed in a cylindrical chamber designed to hold the ball in abutment and the spring prestressing.
  • This system allows to apply, through the ball, a force on another piece while accepting a certain movement of the ball in the axis of the spring.
  • the desired locking effect can be obtained here by housing the spring plunger in the opening of the female part 610 of the fastener, perpendicular to the direction of engagement represented by the arrow G, and by correctly profiling the male part 600 to first allow the ball to be first pushed against the spring and then released in a notch 605.
  • the exact shape given to the profile of the male piece 600 and the stiffness and the spring preload level determine the force necessary to engage and trigger this blocking system.
  • the third mode of assembly shown in figs. 11 f and 11g, uses permanent magnets. Permanent magnets have the ability to exert a force of attraction on ferromagnetic parts. This force has the particularity of being all the more intense as the magnet and the ferromagnetic part are close to one another. Realizing the male part of the fastener, or at least its end, in a ferromagnetic material 601 and placing, facing it, a permanent magnet 602 fixed on the female part, a holding force will be obtained once the attachment is fully engaged.
  • the magnet 602 may be attached to the end of the male portion 600 and the ferromagnetic material 601 may be disposed in the female portion.
  • the size and shape given to the ferromagnetic piece 601 and the permanent magnet 602, as well as the magnetic characteristics of these materials, will determine the force required to trigger the locking system.
  • a module may comprise a plurality of female parts or openings 610, arranged at various positions, so as to allow a freedom of choice of arrangement.
  • the upper part 306 of the elBOT module comprises several openings 610, as well as the plates 140, 145 of the back support module.
  • the combination of a locking device and a locking device, such as those described in FIG. above, thus makes it possible to obtain quick fastening systems (because they can be engaged and disengaged without tools, by the simple action of a force in the direction of attachment engagement) capable of transmitting the forces required by the two ROThum and ROTuIn modules, both proximal and distal.
  • this support could be a simple elbow or wrist hull, backpack harness, or one of the elBOT and wristIC modules.
  • the manner of securing the male and female parts of the fastener on the modules and the supports is left free. This can, but must not, be final.
  • FIG. 12 represents the arrangement mode of the arm module 205, and of the forearm module 305, with the elbow module 205.
  • the male component 600 of the arm module 205 can be arranged in one of the female parts. or openings 610 made in the upper part 306 of the elBOT elbow module.
  • the male part 600 'of the ROTuIn 405 forearm module can be arranged in one of the openings 610' made in the lower part 307 of the elBOT elbow module.
  • Fig.13 shows the arrangement of the forearm module 405 wrist module 505 wristIC.
  • the male part 600 of the ROTuIn 405 forearm module can fit in the opening 610 made in the upper part 506 of the wrist wrist module 505.
  • the shoulder module ShouldeRO 105 can also be provided with a male part 600 for the arrange for the elbow module 305.
  • Fig.14a and 14b respectively show an anterior view and a rear view of the assembly of an arm module on the back module. As explained above, this assembly requires the blocking of 5 degrees of freedom.
  • the plate 630 may advantageously comprise a plurality of holes 610,
  • the robotic device according to the invention is intended to help hemiplegic patients in their rehabilitation process by allowing them to perform, autonomously, rehabilitation exercises at their upper parts.
  • the modular approach of the device of the invention offers many advantages. The main thing is to let the therapist choose the joints that require robotic assistance, depending on the patient's progress in his rehabilitation and the type of exercise to be performed.
  • the device of the invention has an increased morphological adaptability thanks to:
  • the modular nature it is possible to use the module or modules necessary for the targeted rehabilitation. This reduces the weight to be borne by the patient whose rehabilitation requires only one or a few modules.
  • the method of assembling modules and hulls or other accessories allows quick and easy assembly / disassembly, without the need for a tool.
  • the mechanical design of the modules of the invention makes it possible to obtain modules of acceptable weight by the patient.
  • the terms and descriptions used herein are provided for illustrative purposes only and are not limitations. Those skilled in the art will recognize that many variations are possible within the spirit and scope of the invention as described in the following claims and their equivalents. In these, all terms must be understood in their broadest sense unless otherwise indicated.
  • the force (torque or force) and position measurements described for each of the modules are not limited to those we present here.
  • the arrangement of the male parts on one module and the female parts on another module can be reversed.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d'un membre supérieur d'un patient et procédé d'assemblage d'un tel dispositif. Il peut être constitué par assemblage d'au moins deux éléments adjacents choisis parmi un ensemble comprenant un module épaule (105) (Shoulde RO), un module bras (205) (ROThum), un module coude (305) (el BOT), un module avant-bras (405) (ROTuln), un module poignet (505) (wrist IC), un dispositif de maintien dorsal (107), une coque de coude CC et une coque de main (514). Chacun des éléments (105; 205; 305; 405; 505; 107; CC; 514) de l'ensemble ést adapté pour être solidarisé à au moins un autre élément (105; 205; 305; 405; 505; 107; CC; 514) adjacent de l'ensemble, au moins un assemblage d'un premier élément avec un second élément étant réalisable par engagement d'une pièce mâle (600) solidaire du premier élément dans une pièce femelle (610) solidaire du second élément suivant une direction d'engagement qui ne reprend aucun effort quand le dispositif est en fonctionnement, et verrouillage de ladite pièce mâle (600) dans ladite pièce femelle (610) par des moyens déverrouillables sous l'effet d'une traction suivant une direction opposée à ladite direction d'engagement.

Description

DISPOSITIF DE MOBILISATION ET DE REHABILITATION D ' UN MEMBRE SUPERIEUR D ' UN PATIENT
Domaine technique [0001] L'invention se rapporte au domaine des robots de mobilisation et de revalidation. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d'un membre supérieur d'un patient, ainsi qu'à un procédé d'assemblage d'un tel dispositif. Description de l'état de la technique [0002] Parmi les problèmes moteurs engendrés par l'hémiplégie, la perte de mobilité des membres supérieurs est tout aussi pénalisante que celle des membres inférieurs. Il suffit de penser aux nombreux gestes quotidiens qui font intervenir les deux bras (pour s'habiller, se nourrir, pratiquer divers loisirs, ...). Le recouvrement de cette motricité, classiquement pratiquée par un thérapeute, peut être accéléré par le biais d'un système robotisé comme l'ont déjà montré diverses études cliniques. Toutefois, en plus des performances «robotiques» d'un dispositif donné (c'est-à-dire: espace de travail, mobilité, type de trajectoires, ...), d'autres critères « de plus haut niveau » sont à prendre en considération dans l'élaboration d'un tel dispositif. Ils sont liés aux aspects cliniques bien sûr mais aussi aux côtés pratiques, voire ludiques pour le patient.
[0003] On connaît des systèmes dans lesquels seule la main du patient est contrôlée directement, le bras et l'avant bras n'étant guidés qu'indirectement. Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans US5446213 qui fournit des mouvements suivant deux degrés de liberté à la main du patient.
Forces et mouvements sont transférés au travers d'une poignée montée sur le robot et agrippée par le patient. Ce dispositif est conçu de manière à présenter, grâce à une faible inertie et peu de frottement, un comportement réversible au niveau de sa partie distale. Des capteurs de force et de position sont utilisés pour informer les régulateurs. Un module à trois degrés de liberté peut être monté sur l'extrémité du dispositif plan, fournissant ainsi trois degrés de liberté actifs en plus au poignet. Des instructions visuelles concernant le mouvement sont données au travers d'un écran d'ordinateur. Cependant, seule la main du patient étant mobilisée par le dispositif, aucun contrôle de la position du bras n'est assuré au cours des exercices. Il s'ensuit un risque important de blessures articulaires.
[0004] À la différence des robots externes discutés au paragraphe précédent, on connaît également des exosquelettes, qui permettent de mobiliser spécifiquement chacune des articulations d'un membre du patient. Dans ces dispositifs, il est important d'aligner les axes de rotation du robot et les axes biomécaniques du patient. La Fig.1 représente un tel exosquelette dans lequel les trois rotations articulaires et les deux rotations segmentaires sont réalisées: le complexe articulaire de l'épaule 100, la rotation humérale 200, le complexe articulaire du coude 300, la rotation ulnaire 400 et le complexe articulaire du poignet 500. [0005] On connaît par WO2006/058442 un « Système et un Procédé pour une Thérapie du Bras Coopérative et un Module de Rotation utilisé à cette fin ». A la différence du dispositif décrit dans US5446213, ce système comporte un exosquelette, c'est-à-dire un squelette externe accompagnant chacun des segments d'un membre du patient. Un exosquelette permet de mobiliser chaque articulation de manière définie et contrôlée. Dans un tel exosquelette, les axes de rotation de l'exosquelette et les axes de rotation physiologiques correspondants du patient doivent se superposer exactement. En effet, dans le cas contraire, le robot risque de forcer inutilement sur les articulations du patient. Au départ d'un bâti fixe, une succession d'actionneurs et de coques ou manchettes englobant une portion d'un membre d'un patient permet de mobiliser chacune des articulations du patient. Le but de ce document WO2006/058442 est de fournir un appareil dans lequel un plus grand nombre de degrés de libertés peuvent être exploités et soutenus que dans les systèmes antérieurs. Le dispositif décrit comporte 5 degrés de liberté motorisés : il permet la flexion/extension du coude et les mouvements de l'épaule suivant trois degrés de liberté en rotation. Ce dispositif présente cependant de nombreux inconvénients : dans ce dispositif, les rotations humérales et ulnaires sont réalisées au moyen de demi cylindres externe et interne concentriques en rotation relative (16 et 17 pour la rotation humérale, et 20 et 21 pour la rotation ulnaire, respectivement) agissant au moyen de tringles (18 et 19) sur une coque de coude. Ces mécanismes sont lourds et compliqués. Du plus, ils ne garantissent pas que l'axe de rotation mécanique, défini par l'axe des deux cylindres, coïncide avec l'axe de rotation physiologique du patient. Lors de l'utilisation de ce dispositif, le patient doit se trouver dans une position prédéfinie par rapport au bâti 2 de l'appareil, l'épaule du patient, ou plus précisément le point de rotation de son articulation humérale, doit se trouver sous le premier entraînement 25. Le patient n'a pas de liberté quant à sa position, assise, debout ou couchée. Enfin, ce dispositif ne permet pas les mouvements du poignet. De plus, il est complexe, lourd et difficile à mettre en œuvre.
[0006] On connaît par EP2070492 un « Dispositif d'aide au mouvement et un système de maintenance/gestion du dispositif d'aide au mouvement ». La Fig. 1 de ce document représente à titre exemplatif un dispositif pour la réhabilitation du bras droit d'un patient. Ce dispositif comporte une partie
« épaule » (référence 5 de la fig. 1 de ce document), une partie « bras » (référence 3), une partie « coude » (référence 6) et une partie « avant-bras » (référence 4). Cependant, rien n'est prévu dans ce dispositif pour permettre de réhabiliter tout ou partie du membre supérieur, par exemple l'épaule, le coude ou le poignet. Ce dispositif est en effet conçu comme un dispositif unitaire. Bien qu'il soit en principe possible de désassembler les parties de ce dispositif (voir par exemple la fig. 2 et le paragraphe 26 de ce document), un tel démontage n'est pas aisé. De plus, rien n'est prévu pour assurer la terminaison et la liaison au membre d'une partie ou d'un groupe de parties sélectionnées. [0007] Dans le cas particulier de l'hémiplégie, la vitesse de récupération motrice du membre supérieur est variable de l'extrémité proximale à l'extrémité distale. En effet, les articulations proximales récupèrent plus vite que les articulations distales. Il est donc intéressant de pouvoir d'abord rééduquer le membre en entier dans un premier stade de la rééducation. A un stade ultérieur, il peut être intéressant de cibler le travail sur les seules articulations qui nécessitent encore une aide robotisée, par exemple sur l'avant-bras et enfin sur le poignet alors que le patient a déjà récupéré une mobilité suffisante de l'épaule et du coude. Il existe donc un besoin pour un appareil permettant de mobiliser un nombre sélectionné d'articulations d'un membre du patient. Pour d'autres pathologies, tel un traumatisme du coude, un dispositif assurant la mobilisation d'un seul mouvement peut s'avérer nécessaire. Il existe donc un besoin pour un dispositif de revalidation qui laisse au thérapeute le choix des articulations qui nécessitent une assistance robotisée, et ce, en fonction de l'avancement du patient dans sa rééducation et du type d'exercice à réaliser.
Cependant, la réalisation d'un dispositif présentant ces caractéristiques présente diverses difficultés. Tout d'abord, le problème du poids : alors que dans les exosquelettes connus tel celui décrit dans WO2006/058442, le poids de la structure peut être reporté depuis la partie distale jusqu'à la partie proximale et au bâti fixe qui la supporte au travers de la structure elle-même et de ses actionneurs, il n'en va plus de même si l'on souhaite pouvoir sélectionner les articulations à mobiliser, par exemple uniquement les articulations distales. En effet, il peut être souhaitable de pouvoir équiper le patient avec un dispositif de mobilisation d'une articulation particulière, par exemple distale, sans que celui-ci ne soit relié à un bâti fixe via une structure qui en supporte le poids. En effet, en l'absence de composants proximaux permettant de reprendre le poids des composants distaux, ces derniers doivent être supportés par le patient lui-même. Ensuite, le problème de l'interconnectabilité : pour pouvoir fournir au patient avec une assistance robotisée pour n'importe quelle combinaison de ses articulations, la possibilité d'interconnecter et combiner les divers composants du dispositif devient une question critique, tant du point de vue ergonomique, de facilité d'utilisation, que du point de vue du poids ou de la reprise des diverses forces de réaction [0008] II existe donc un besoin pour un dispositif de mobilisation et de revalidation qui présente une bonne adaptabilité morphologique et qui permette de choisir quelles parties (épaule, coude, poignet) du membre supérieur sont mobilisées
Résumé de l'invention [0009] Suivant un premier aspect, l'invention se rapporte à un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d'un membre supérieur d'un patient qui peut être constitué par assemblage d'au moins deux éléments adjacents choisis parmi un ensemble comprenant un module épaule (ShouldeRO), un module bras (ROThum), un module coude (elBOT), un module avant-bras (ROTuIn), un module poignet (wristIC), un dispositif de maintien dorsal, une coque de coude CC et une coque de main, chacun des éléments de l'ensemble étant adapté pour être solidarisé à au moins un autre élément adjacent de l'ensemble, au moins un assemblage d'un premier élément avec un second élément étant réalisable par engagement d'une pièce mâle solidaire du premier élément dans une ouverture d'une pièce femelle solidaire du second élément suivant une direction d'engagement qui ne reprend aucun effort quand le dispositif est en fonctionnement, et verrouillage de ladite pièce mâle dans ladite pièce femelle (610) par des moyens déverrouillables sous l'effet d'une traction suivant une direction opposée à ladite direction d'engagement. [0010] Dans une première variante des moyens déverrouillables, la pièce mâle comporte une encoche et la pièce femelle est munie d'un clip à ressort, de sorte que lors de l'assemblage, le clip à ressort s'engage dans l'encoche, la pièce mâle étant ainsi maintenue en place mais pouvant être libéré par ladite traction. [0011] Dans une seconde variante des moyens déverrouillables, la pièce mâle comporte une gorge fraisée et l'ouverture est munie d'un poussoir à ressort, de sorte que lors de l'assemblage, la bille du poussoir à ressort s'engage dans la gorge fraisée, la pièce mâle étant ainsi maintenue en place mais pouvant être libérée par ladite traction. [0012] Dans une seconde variante des moyens déverrouillables, la pièce mâle comporte à son extrémité un matériau ferromagnétique, et le fond de I' ouverture est muni d'un aimant, de sorte que la pièce mâle soit ainsi maintenue en place mais puisse être libéré par ladite traction.
[0013] Suivant un second aspect, l'invention se rapporte à un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d'un membre supérieur d'un patient qui comporte au moins un module choisi parmi l'ensemble précité. Chacun de ces modules est adapté pour être solidarisé à une portion du membre supérieur du patient et/ou à au moins un autre module de l'ensemble.
[0014] Le module épaule peut comporter une structure polyarticulée comportant une succession des bagues, agencées parallèlement l'une à l'autre le long d'un axe et articulées l'une à l'autre par des charnières. [0015] Cette structure polyarticulée peut comporter des câbles mécaniques circulant dans des gaines, une paire de câbles commandant la rotation d'une bague par rapport à la bagues précédente dans la succession de bagues.
[0016] Le module bras (ROThum) peut comporter un arbre flexible, l'extrémité proximale de l'arbre étant commandée en rotation et permettant d'imposer une rotation à l'extrémité distale de cet arbre. [0017] De préférence, une glissière est agencée à l'une des extrémités de l'arbre flexible pour adapter la longueur du module bras à la position et à la morphologie d'un patient. [0018] Le module coude (elBOT) peut comporter une liaison pivot comportant une partie supérieure et une partie inférieure, la partie inférieure comportant une glissière supportant une coque apte à être fixée à la partie proximale de l'avant bras d'un patient. [0019] Le module avant-bras (ROTuIn) peut comporter un arbre flexible, l'extrémité proximale de l'arbre flexible étant commandé en rotation et permettant d'imposer une rotation à l'extrémité distale du dit arbre. [0020] De préférence, une glissière est agencée à l'une des extrémités de l'arbre flexible pour adapter la longueur du module avant-bras à la position et à la morphologie d'un patient. [0021] Le module poignet (wristIC) peut comporter une liaison pivot comportant une partie supérieure et une partie inférieure, la partie inférieure comportant une glissière supportant une coque de main apte à être fixée à la main d'un patient. [0022] Suivant un troisième aspect, l'invention se rapporte à un procédé d'assemblage d'un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d'un membre supérieur d'un patient qui comporte d'au moins deux éléments choisis parmi l'ensemble comprenant un module épaule (ShouldeRO), un module de rotation humérale (ROThum), un module de coude (elBOT), un module avant-bras (ROTuIn) et un module de poignet (wristIC). Chacun des éléments de l'ensemble est adapté pour être solidarisé à au moins un autre élément adjacent de l'ensemble, au moins un assemblage d'un premier élément avec un second élément étant réalisable par engagement d'une pièce mâle solidaire du premier élément dans une ouverture d'une pièce femelle solidaire du second élément suivant une direction d'engagement qui ne reprend aucun effort quand le dispositif est en fonctionnement, et verrouillage de ladite pièce mâle dans une ouverture de ladite pièce femelle par des moyens déverrouillables sous l'effet d'une traction suivant une direction opposée à ladite direction d'engagement. L'ensemble peut également comprendre un dispositif de maintien dorsal (107), une coque de coude CC et une coque de main (514).
[0023] De préférence, l'assemblage utilise l'une des trois variantes de moyens déverrouillables précitées.
Brève description des dessins [0024] La Fig.1 représente schématiquement les 3 rotations articulaires et les 2 rotations segmentaires dans un dispositif de mobilisation et de réhabilitation d'un membre supérieur d'un patient.
[0025] La Fig.2 est une vue d'ensemble d'un module épaule d'un dispositif de mobilisation et de réhabilitation suivant l'invention. [0026] Les Fig.3a, 3b, 3c sont respectivement une base, un motif, et une vue d'ensemble de la structure poly-articulée d'un module épaule d'un dispositif suivant l'invention. La Fig. 3d représente un mode d'action des câbles agissant sur un motif.
[0027] Les Fig.4 et 5 sont respectivement une vue latérale du mode de commande des câbles agissant sur un motif, et une vue en perspective d'une partie d'un dispositif de commande agissant sur l'ensemble des câbles.
[0028] La Fig.6a représente un module bras.
[0029] La Fig. 6b est une vue d'un dispositif de maintien dorsal.
[0030] La Fig.7 représente un module coude. [0031] La Fig.8 représente un module avant-bras.
[0032] Les Fig.9a et 9b représentent un module poignet.
[0033] Les Fig.10a, 10b, 10c et 10d représentent schématiquement plusieurs modes d'agencements possibles de plusieurs modules.
[0034] Les Fig.11 a, 11 b et 11 c représentent un premier mode d'assemblage de plusieurs modules entre eux au moyen d'un clip à ressort.
[0035] Les Fig.11d et 11 e représentent un deuxième mode d'assemblage de plusieurs modules entre eux au moyen d'un poussoir à ressort.
[0036] Les Fig.11f et 11g représentent un troisième mode d'assemblage de plusieurs modules entre eux au moyen d'un aimant permanent. [0037] La Fig.12 représente un mode d'agencement du module bras, et du module avant-bras, au module coude.
[0038] La Fig.13 représente un mode d'agencement du module avant- bras au module poignet.
[0039] Les Fig.14a et 14b représentent respectivement une vue antérieure et une vue postérieure de l'assemblage d'un module bras sur un module dorsal.
Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
[0040] Le dispositif de mobilisation et de réhabilitation de l'invention a la forme générale d'un exosquelette au sens où il se place le long du bras du patient, en parallèle avec sa structure anatomique. Contrairement aux exosquelettes classiques, dont la structure se déploie d'un seul tenant depuis le tronc jusqu'à la main du patient, le dispositif de l'invention est constitué par un assemblage réalisé à partir d'un ensemble comportant cinq modules indépendants et de trois accessoires de fixation. Les cinq modules prennent en charge les mouvements des trois complexes articulaires que constituent l'épaule, le coude et le poignet, ainsi que des deux rotations segmentaires que sont la rotation ulnaire et la rotation humérale. Les trois accessoires de fixation sont un dispositif de maintien dorsal, une coque de coude, et une coque de main. Les coques peuvent être réalisées par moulage, par exemple de polymère armé. On peut réaliser un échantillonnage de coques de tailles variées ou réaliser des coques spécifiquement adaptées à un patient. Chacun des cinq modules peut être utilisé isolément ou en collaboration avec un ou plusieurs autres modules. On décrit ci après tout d'abord chacun des cinq modules, tels qu'ils peuvent être utilisés isolément. On décrira ensuite les modes d'utilisation conjointe des modules. On décrira enfin les divers modes d'assemblage de modules entre eux ou avec un accessoire de fixation, qui permettent l'assemblage/désassemblage aisé d'un dispositif de mobilisation spécifique à un patient et une application déterminés. Les modules utilisés isolément
[0041] Chacun des modules décrits ci-dessous peut être utilisé isolément. Le module épaule: ShouldeRO
[0042] Le module permettant l'antépulsion, la rétropulsion, l'abduction et l'adduction du bras, ci après appelé « module épaule » (ShouldeRO) 105 représenté à la Fig.2 est une structure polyarticulée qui gère les deux degrés de liberté du complexe articulaire de l'épaule. La structure mécanique de ce module 105 comporte une base106 ancrée au torse du patient, à proximité de son omoplate. Cet ancrage peut être réalisé au moyen d'un dispositif de maintien dorsal 107 discuté ci-après. La base 106 est représentée à la Fig.3a. Elle peut être fixée au dispositif de maintien dorsal 107 par boulonnage. Une succession de motifs identiques, dont un exemplaire est représenté à la Fig.3b, sont composés chacun de deux bagues 108 et 108'. Deux charnières 109 et
109' permettent d'articuler la bague 108 en rotation autour d'un axe A-A' et deux charnières 109" et 109'" permettent d'articuler la bague 108' par rapport à la bague 108 en rotation autour d'un axe B-B' perpendiculaire à l'axe A-A'. Chacune des paires de charnières donnant un degré de liberté d'environ 35°, on a déterminé qu'un dispositif comme illustré à la Fig.3c comportant 3 motifs successifs, soit six paires de charnières, permettait d'obtenir l'amplitude de mouvement souhaitée. Des câbles mécaniques 110 circulant dans des gaines 112, 112' passent dans des ouvertures 111 pratiquées dans les bagues. Le mouvement entre deux bagues 108, 108' représenté à la Fig.3d est créé en tirant sur l'un de ces câbles 110, le mouvement en sens inverse étant obtenu en tirant sur l'autre câble 110'.
[0043] L'actionnement d'une telle structure pose cependant une série de problèmes particuliers. En se référant à la Fig.3d, on remarquera que pour une rotation d'angle Δθ de la charnière 109, la diminution de longueur ΔLi de la portion de câble 110 entre les bagues 108 et 108' est plus importante que l'allongement correspondant ΔL2 du câble 110'. Les deux allongements ΔLi et ΔL2 évoluent de façon non linéaire en fonction de l'angle de rotation Δθ. Les déplacements à imposer aux deux câbles 110,110' évoluent dans un rapport non constant. Or il est important que dans une paire de câbles correspondants 110, 110', les deux câbles soient en permanence sous tension. Le nombre de câbles mécaniques pour commander les deux degrés de liberté d'un motif est de quatre. Pour les trois motifs identiques successifs, nous obtenons donc un total de douze câbles et gaines à faire passer à l'intérieur de la structure et à actionner. Une solution technique consisterait à prévoir un actionneur pour chacun des câbles, ledit actionneur étant commandé suivant une loi qui respecte les contraintes précitées. Cette solution nécessiterait cependant un grand nombre d'actionneurs, ce qui nuirait à la portabilité et à au coût du dispositif. Pour éviter cela, la demanderesse a conçu un mécanisme de commande inversée, représenté schématiquement à la Fig.4. Dans celui-ci, un levier de commande 113 et un bâti fixe 114 sont articulés par des charnières pour reproduire fidèlement l'agencement des deux bagues 108, 108' et charnières 109, 109'à commander. Les dimensions en sont identiques. Des tringles rigides 115, 115' sont fixées au levier de commande 113 et traversent par glissement le bâti fixe 114. Les extrémités des tringles 115 et 115' sont fixées aux extrémités proximales des gaines des câbles 112 et 112'. Les extrémités proximales des câbles 110, 110' sont fixées au bâti 114, à proximité des points de traversées des tiges 155 et 115' dans le bâti 114. Les gaines 112, 112' sont croisées comme indiqué sur la Fig.4. La longueur du câble 110, représentée en trait interrompu sur la figure, étant fixe, et égale à la longueur de la gaine 112 et de la tringle 115, représentée en trait pointillée, on conçoit que lors d'une rotation Δθ du levier de commande 113, l'allongement de la portion de tringle entre le levier de commande 113 et le bâti fixe 114 est égal à l'allongement de la portion de câble 110 entre les bagues 108 et 108. Ceci vaut également, mutatis mutandis, pour le câble 110' et la tringle 115'. Ce mécanisme réalise donc une commande respectant la contrainte de tension permanente des deux câbles 110 et 110' au moyen d'un seul organe de commande 113. [0044] Pour réaliser l'actionnement des trois motifs successifs de la structure poly-articulée, on peut simplement grouper par trois les câbles agissant dans le même sens suivant le même axe A-A' et B-B' sur deux leviers de commande 113 et 113', comme représenté à la Fig.5. Ces deux leviers de commande 113 et 113' peuvent alors être commandés à leur tour par deux vérins électriques, pneumatiques ou hydrauliques 116 et 116'. Dans cet agencement, un même angle de rotation est imposé à chacun des trois motifs successifs de la structure. La structure prend donc une courbure constante déterminée par la position des vérins 116 et 116'. [0045] En référence à la Fig.2, l'extrémité distale du module épaule 105
ShouldeRO comporte une coque de bras 120 qui peut être fixée à l'extrémité distale du bras du patient, au dessus du coude, par l'intermédiaire d'une liaison prismatique (glissière) 121 et d'un joint de cardan 122 permettant de reprendre la variation de position et d'angle de l'extrémité distale du module épaule 105 en fonction des positions du bras du patient. La rail 123 de la glissière 121 peut être fixé à la coque 120 par des vis ou des boulons, cependant, comme le degré de liberté de translation dans la direction indiquée par la flèche A ne reprend pas d'effort en fonctionnement, la fixation peut avantageusement être réalisée par l'un des modes d'assemblages aisés décrits ci-après comprenant deux pièces mâles solidarisées au rail, et deux pièces femelles solidaires de la coque 120, s'engageant dans le sens de la flèche A ou dans le sens opposé. [0046] À l'extrémité distale de la structure est disposé un corps d'épreuve 130 sur lequel deux ponts de mesures constitués de jauges extensométriques sont appliqués. Les signaux transmis permettent de déduire la force selon l'axe y (Fy) et la force selon l'axe z (Fz). Connaissant le modèle géométrique du robot, on en déduit les couples articulaires. Ces signaux sont transmis à un contrôleur qui commande et contrôle le processus de réhabilitation. Le module épaule décrit permet d'obtenir des angles de rotation de la structure polyarticulée de +105° à -105 dans les deux directions de l'espace, tout en appliquant un couple de 50Nm.
Le module bras: ROTh u m
[0047] En référence à la Fig.6a, le module de rotation humérale, ci après appelé « module bras » ROThum 205 permet d'effectuer le mouvement de rotation interne/externe du bras, encore appelée rotation humérale. La structure mécanique comporte un arbre flexible 206. Un arbre flexible est un arbre de transmission capable de transmettre un couple de torsion tout en présentant une flexibilité qui permet à ses deux extrémités d'opérer dans des orientations non alignées et/ou décalées et de prendre une courbure plane ou complexe. Un arbre flexible comporte le plus souvent un ressort hélicoïdal. Pour pouvoir transmettre un couple dans les deux sens de rotation de l'arbre, il comporte également un second ressort hélicoïdal, concentrique au premier, et de pas inversé. Enfin, une gaine libre par rapport aux ressorts protège l'ensemble et son environnement. Le module bras 205 comporte une base 207 dans laquelle l'arbre est maintenu avec un degré de liberté de rotation. Cette base 207 peut coulisser dans une glissière 212. La glissière 212 peut être solidarisée à un dispositif de maintien dorsal par des vis ou des boulons. Cependant, comme le degré de liberté de translation dans la direction indiquée par la flèche B ne reprend pas d'effort en fonctionnement, la fixation peut avantageusement être réalisée par l'un des modes d'assemblages aisés décrits ci-après, comprenant deux pièces mâles solidarisées à la glissière 212, et deux pièces femelles solidaires du dispositif de maintien dorsal 107. Une poulie 208 est montée sur l'extrémité proximale de l'arbre 206. Des câbles 210 et 210' circulant dans des gaines agissant sur cette poulie 208 permettent d'imprimer une rotation dans les deux sens à l'extrémité distale 209 de l'arbre flexible 206. Les câbles peuvent être commandés par un moteur électrique installé dans le bâti fixe 114. [0048] L'arbre flexible 206 est placé le long de la partie inférieure du bras du patient. L'extrémité distale de l'arbre se fixe soit au module coude elBOT, soit à une coque de coude CC, qui englobe une portion du bras et de l'avant bras du patient, au moyen de l'un des modes d'assemblages aisés décrits ci- après, comprenant une pièce mâle 215 solidaire de l'extrémité de l'arbre flexible, et une pièce femelle solidaire du module coude elBOT ou de la coque de coude CC. L'assemblage est réalisé par engagement dans la direction de la flèche C, qui ne reprend pas d'effort en fonctionnement. L'adaptabilité morphologique d'un patient à l'autre est garantie par la glissière 212 à guidage linéaire assurant un ajustement de la position du point d'ancrage de l'extrémité proximale de l'arbre 206 par glissement du bloc d'entraînement 214 dans la glissière 212. Cette glissière pourrait en variante également être adaptée à l'extrémité distale de l'arbre 206. Lors d'une rotation de l'arbre 206 imposée par le moteur électrique, une rotation humérale est imposée au bras du patient. Lors de cette rotation, l'arbre peut, grâce à sa flexibilité, épouser le bras du patient. La glissière 212 permet d'obtenir l'ajustement en longueur nécessaire, tant lors d'une rotation appliquée à un patient donné que pour l'adaptation à des patients de taille différentes.
[0049] Le module bras 205 permet de mesurer et transmettre le couple et l'angle de rotation humérale. La mesure de couple peut être obtenue soit en mesurant le courant dans le moteur soit en plaçant un pont de mesure constitué de jauges extensométriques directement sur l'arbre flexible pour mesurer le couple de torsion transmis par l'arbre flexible ou sur un corps d'épreuve réalisé dans le support du bloc d'entraînement 214 pour mesurer le couple de réaction. La mesure de la position angulaire du bras est directement obtenue au moyen d'un codeur incrémental dont est équipé le moteur.
[0050] Le module bras 205 permet d'obtenir des angles de rotation de
95° pour la rotation interne et de 90° pour la rotation externe et ce, en assurant un couple de 26 Nm. L'utilisation d'un arbre flexible, en particulier en combinaison avec une glissière, permet de réaliser une rotation segmentaire dans un exosquelette, tout en respectant des contraintes de poids, d'encombrement, et d'adaptabilité à la morphologie du patient. [0051] Tant le module épaule 105 que le module bras 205 peuvent être ancrés au torse du patient au moyen d'un dispositif de maintien dorsal 107 représenté à la Fig.6b qui se porte comme un sac à dos et dispose d'un serrage ventral. Des sangles, non représentées à la Fig.θb, sont utilisées pour le serrage ventral et le support dorsal. Des plaques 140 et 140' permettent la fixation de la base 106 du module épaule 105 tant pour le bras droit que pour le bras gauche du patient. De même, des plaques 145 et 145' permettent la fixation de la glissière 212 du module bras 205.
Le module coude: elBOT
[0052] Le module de flexion et extension du coude, ci après appelé
« module coude » elBOT 305 est représenté à la Fig.7. La liaison pivot comporte une partie supérieure 306, qui peut être fixé par une coque 320 sur la partie distale du bras du patient, articulée à une partie inférieure 307 qui peut être fixée par une coque 314 à la partie proximale de l'avant bras du patient. Les coques 320 et 314 peuvent être fixées de manière quasi-permanente par des vis ou des boulons, aux parties supérieures 306 et inférieures 307, respectivement. Cependant, comme le degré de liberté de translation dans la direction indiquée par la flèche D ne reprend pas d'effort en fonctionnement, la fixation peut avantageusement être réalisée par l'un des modes d'assemblages aisés décrits ci-après, comprenant deux pièces mâles solidarisées à la partie supérieure 306, et deux pièces femelles solidaires de la coque 320. De même, le degré de liberté de translation dans la direction indiquée par la flèche E ne reprenant pas d'effort en fonctionnement, la fixation peut avantageusement être réalisée par l'un des modes d'assemblages aisés décrits ci-après, comprenant une pièce mâle solidarisées à la glissière 312 orientée dans le sens de la flèche E ou dans le sens opposé, et une pièce femelle solidaire de la coque 314.
Une poulie 308, solidaire de la partie inférieure 307, est entraînée en rotation par un moteur électrique déporté, entraîné par des câbles 310 et 310' circulant dans des gaines. Une glissière 312, placée entre la partie inférieure 307 du module coude 305 elBOT et la coque 314 fixée à la partie proximale de l'avant bras du patient, permet de reprendre les défauts de coaxialité entre l'axe de la liaison pivot du module coude et l'axe de l'articulation du coude du patient. [0053] Le module coude permet de mesurer et transmettre le couple et la position angulaire. Le couple est obtenu par un capteur de force constitué de jauges extensométriques placées en demi-pont sous le rail de la glissière. La mesure de position angulaire est obtenue au moyen d'un codeur incrémental équipant le moteur. Le module coude permet de faire faire à l'articulation transversale du coude des mouvements de flexion/extension sur une amplitude de 145° et ce, avec un couple de 30 Nm.
Rotation ulnaire: ROTuIn
[0054] Le module de rotation ulnaire permettant la pronation et la supination ci après appelé « module avant-bras » ROTuIn 405 représenté à la Fig.8 permet d'effectuer le mouvement de pronosupination de l'avant-bras, encore appelée rotation ulnaire. La structure mécanique de ce module est constituée, comme pour le module bras, d'un arbre flexible 406 permettant de transmettre des efforts de torsion dans les deux directions. Cet arbre vient se placer le long de l'avant-bras et est actionné par un moteur électrique 408 en prise directe. L'actionnement pourrait cependant être déporté via une transmission par câbles mécaniques, comme pour le module bras, ou encore, par un autre arbre flexible. Le module avant-bras 405 utilisé seul est fixé à son extrémité proximale à une coque de coude CC ou une coque 314 placée sur l'extrémité proximale de l'avant bras du patient, et à son extrémité distale à une coque 514 (non représentée) fixée sur la main du patient du patient. Il peut également être assemblé à la coque 314 du module elBOT ou à la partie supérieure 506 de la liaison pivot du module poignet wristIC Les modes d'assemblage au moyen de fixations aisées du module ROTuIn sont en tous points semblables à ceux du module ROThum. Une glissière 412 placée entre l'extrémité proximale de l'arbre flexible 406 et la coque de coude CC ou la coque 314 placée sur l'extrémité proximale de l'avant bras du patient permet d'adapter la longueur du module avant-bras à la morphologie des patients, et lors de la rotation. [0055] Le module avant bras permet de mesurer et transmettre le couple et la position angulaire segmentaire. En ce qui concerne la mesure de couple, celle-ci peut être obtenue soit en mesurant le courant dans le moteur soit en plaçant un pont de mesure constitué de jauges extensométriques directement sur l'arbre flexible pour mesurer le couple de torsion transmis par l'arbre flexible, ou sur un corps d'épreuve réalisé dans le support du bloc d'entraînement pour mesurer le couple de réaction. La mesure de la position angulaire du bras est directement obtenue au moyen d'un codeur incrémental dont est équipé le moteur.
[0056] Les amplitudes maximales atteintes s'élèvent à 85° pour la pronation et 90° pour la supination et ce, en assurant un couple de 5 Nm.
Module poignet: wristIC
[0057] Le module poignet wristIC 505 est représenté aux Figs.9a et 9b.
La liaison pivot de ce module comporte une partie supérieure 506, qui comporte une coque 513 qui peut être fixée sur la partie distale de l'avant-bras du patient. Cette coque 513 est fixée par boulonnage.
La partie supérieure 506 est articulée à une partie inférieure 507 qui comporte une glissière 512 qui peut être fixée à une coque de main CM 514 fixée à la main du patient. La coque de main 514 peut être fixée par à la glissière 512. Cependant, comme le degré de liberté dans le sens de la flèche F ne reprend aucun effort, l'assemblage peut être réalisé par une pièce mâle solidaire de la glissière 512 s'engageant dans une pièce femelle solidaire de la coque 514, dans le sens de cette flèche, ou dans le sens opposé.
Un moteur électrique 508, solidaire de la partie supérieure 506 entraîne une vis sans fin 509, elle-même entraînant une roue dentée 510 solidaire du partie inférieure 507. L'axe de la liaison pivot se superpose à l'axe de l'articulation transversale du poignet Au vu du bras de levier apparent entre l'articulation biomécanique et le module poignet 505 wristIC, un mouvement de translation et un mouvement de rotation, tous deux passifs, doivent exister pour pouvoir garantir un déplacement angulaire entre la main et l'avant-bras. C'est pour cette raison qu'une glissière 512 munie d'un chariot à charnière 515 s'insère dans la seconde partie de la charnière. La coque 513 se fixe sur la face externe de la partie distale de l'avant-bras du patient par l'intermédiaire d'un système de sangles avec fermetures scratch (Velcro®). [0058] Le module poignet permet de mesurer et transmettre le couple et la position articulaire. En ce qui concerne la mesure de couple, elle est obtenue via la mise en oeuvre d'un capteur de force constitué de jauges extensométriques placée en demi-pont sur le rail 507 de la glissière 512 placée sur la partie proximale de la main. La mesure de la position angulaire du poignet est directement obtenue au moyen d'un codeur incrémental dont est équipé le moteur. Le module poignet permet de faire faire à l'articulation transversale du poignet des mouvements de flexion/extension sur une amplitude de 145° et ce, avec un couple de 3 Nm.
Les modules utilisés conjointement
[0059] Les cinq modules précédemment décrits peuvent être utilisés isolément, on conjointement, selon toutes les combinaisons possibles. [0060] Dans chacune de ces combinaisons, le module épaule 105
ShouldeRO se fixe à son extrémité proximale sur le dispositif de maintien dorsal 107 et à son extrémité distale sur la coque 120 sur la partie distale du bras du patient. L'utilisation de ce module est donc alors indépendante. En variante, le module épaule peut être assemblé au module coude ou à une coque de coude CC, en l'absence du module bras. Dans ce cas cependant, le mouvement de rotation interne/externe du bras n'est pas possible. [0061] Dans chacune de ces combinaisons également, le module bras 205 ROThum se fixe toujours à son extrémité proximale sur le dispositif de maintien dorsal 107 tandis qu'à son extrémité distale :
• s'il est utilisé avec le module coude 305 elBOT, il se fixe sur ce dernier;
• s'il est utilisé avec le module avant-bras 405 ROTuIn sans le module coude 305 elBOT, il se fixe sur une coque de coude (CC) qui englobe tout le coude.
En dehors de cela, son utilisation est indépendante. [0062] Le module coude 305 elBOT reçoit à son extrémité proximale,
• s'il est utilisé avec le module épaule 105 ShouldeRO sans le module bras 205 ROThum, il reçoit la fixation du module épaule 105
ShouldeRO;
• s'il est utilisé avec le module bras 205 ROThum avec ou sans le module épaule 105 ShouldeRO, il reçoit la fixation du module bras 205 ROThum; • Sinon, son utilisation est indépendante.
Tandis qu'à son extrémité distale il reçoit:
• s'il est utilisé avec le module avant-bras 505 ROTuIn, la fixation de ce dernier;
• sinon, son utilisation est indépendante. [0063] Le module avant-bras 405 ROTuIn se fixe à son extrémité proximale:
• s'il est utilisé avec le module coude 305 elBOT, il se fixe sur ce dernier;
• sinon, son utilisation est indépendante. Tandis qu'à son extrémité distale:
• s'il est utilisé avec le module poignet 505 wristIC, il se fixe sur ce dernier;
• sinon, son utilisation est indépendante. [0064] Le module poignet 505 wristIC reçoit à son extrémité proximale:
• si utilisé avec ROTuIn, il reçoit la fixation de ce dernier;
• sinon, son utilisation est indépendante.
On décrit ci-après quelques modes de combinaisons préférés.
[0065] La Fig.iOa représente schématiquement l'agencement des cinq modules utilisés conjointement. Le module épaule 105 ShouldeRO est agencé à la coque de bras 120. Des variantes dans lesquelles le module elBOT est remplacé par une coque de coude CC et/ou le module poignet wristIC est remplacé par une coque de main CM sont également représentées. Les modules adjacents sont reliés par un trait.
[0066] La Fig.lOb représente schématiquement l'utilisation du module shouldRO isolément. [0067] La Fig.iOc représente schématiquement l'utilisation du module ROThum en combinaison avec le module elBOT ou la coque de coude CC.
[0068] La Fig.iOd représente schématiquement l'utilisation du module elBOT ou de la coque de coude CC en combinaison avec le module wristIC ou la coque de main CM. Cette combinaison peut être utilisée par exemple à un stade final de la rééducation ou seuls l'avant-bras et le poignet doivent être exercés.
Les modes d'assemblage des modules et des coques
[0069] Comme exposé ci-dessus, certains assemblages ne doivent pas reprendre d'efforts suivant les 6 degrés de liberté. De plus, les coques ou autres supports, tel que le module de support dorsal, sur lesquels ils viennent se fixer ne sont pas propres à ces modules. Il est donc possible et avantageux d'utiliser un dispositif de fixation permettant de solidariser ou désolidariser les modules et les accessoires de fixation. En effet, dans presque tous les cas, il subsiste, au niveau de la fixation, au moins un degré de liberté en translation qui ne reprend aucun effort en fonctionnement. Ce dernier est alors utilisé pour engager ou désengager, à la main, une fixation bloquant tout ou partie des 5 degrés de liberté restant. Afin d'éviter qu'elle ne se désengage suite aux mouvements effectués durant les exercices ou sous l'effet de la gravité, cette fixation possède, en fin de course et suivant le degré de liberté d'engagement, un système de verrouillage automatique pouvant être enclenché et déclenché par l'action d'une force humaine modérée.
Le blocage des degrés de liberté devant transmettre les efforts peut être obtenu en taillant dans chacune des deux pièces constituant la fixation deux volumes identiques définis par l'extrusion d'une surface quelconque dans la direction correspondant au degré de liberté d'engagement de la fixation, l'un en positif, définissant la partie mâle de la fixation, et l'autre en négatif, définissant la partie femelle de la fixation. Si la surface d'extrusion est circulaire, la fixation ne contraint pas/laisse libre le degré de liberté en rotation autour de l'axe du cylindre ainsi formé. Dans tous les autres cas, le mode d'assemblage bloque l'ensemble des 5 degré de libertés, ce qui est nécessaire par exemple pour la fixation de l'extrémité proximale du module ROThum. Pour toutes les fixations, hormis la fixation proximale du module ROThum, on préfère une réalisation basée sur une surface d'extrusion circulaire, non seulement parce que les axes et les trous résultants de l'extrusion peuvent être obtenus très facilement à partir des moyens de fabrication conventionnels, mais aussi parce que le fait de laisser 1 degré de liberté non contraint en rotation est de nature à faciliter l'engagement de la partie mâle de la fixation dans la partie femelle.
Pour la fixation proximale du module ROThum, qui nécessite de bloquer 5 degré de libertés, on réalise une surface d'extrusion formée de deux ou plusieurs cercles de sorte qu'elle puisse être réalisée à partir de simples axes et trous, comme la fixation précédente. Dans tous les cas, il est avantageux de profiler l'extrémité de la partie mâle et l'entrée de la partie femelle afin de faciliter l'engagement de l'un dans l'autre. [0070] Le verrouillage de la fixation peut être obtenu par des moyens actifs (pneumatiques, hydrauliques, électriques, thermiques, ...) ou passifs (mécaniques, magnétiques, ...). Etant donné les forces que doit supporter la fixation dans sa direction d'engagement, on peut parfaitement se limiter à des moyens passifs ne nécessitant d'autre action que l'application d'une force suffisante dans la direction d'engagement.
[0071] Parmi les nombreux modes d'assemblages possibles, trois modes de réalisation préférés sont décrits ci-après.
[0072] Le premier mode d'assemblage, représenté aux figs. 11 a, 11 b, et
11 c, utilise un système de clip à ressort. La pièce mâle 600 est engagée dans une direction représentée par la flèche G dans une ouverture de la pièce femelle 610. Le clip à ressort 620 est une pièce réalisée dans de la tôle d'acier à haute limite élastique et profilée de telle manière à pouvoir s'engager en se déformant de manière élastique sur la pièce mâle 600 et à maintenir celle-ci par serrage. Monté à l'intérieur de la pièce femelle 620, ce système de clip peut servir à bloquer la pièce moyennant une encoche 605 de la pièce mâle 600 adaptée au profil du clip à ressort 620. La forme exacte donnée au profil de la pièce mâle 600 ainsi que la raideur et le profil du clip à ressort 620 déterminent la force nécessaire à l'enclenchement et au déclenchement du système de blocage. [0073] Le second mode d'assemblage, représenté aux figs. 11 d et 11e, utilise un système de poussoir à ressort 615. Le poussoir à ressort 615 est un composant mécanique comportant une bille mise en charge à l'aide d'un ressort. L'ensemble ainsi formé est généralement placé dans une enceinte de forme cylindrique destinée à maintenir la bille en butée et le ressort en précontrainte. Ce système permet d'appliquer, au travers de la bille, une force sur une autre pièce tout en acceptant un certain débattement de la bille dans l'axe du ressort. L'effet de blocage recherché peut ici être obtenu en logeant le poussoir à ressort dans l'ouverture de la pièce femelle 610 de la fixation, perpendiculairement à la direction d'engagement représentée par la flèche G, et en profilant correctement la pièce mâle 600 pour d'abord permettre à la bille d'être d'abord repoussée contre le ressort et ensuite relâchée dans une encoche 605. La forme exacte donnée au profil de la pièce mâle 600 ainsi que la raideur et le niveau de précontrainte du ressort déterminent la force nécessaire à l'enclenchement et au déclenchement de ce système de blocage. [0074] Le troisième mode d'assemblage, représenté aux figs. 11 f et 11g, utilise des aimants permanents. Les aimants permanents ont la faculté d'exercer une force d'attraction sur des pièces ferromagnétiques. Cette force a la particularité d'être d'autant plus intense que l'aimant et la pièce ferromagnétique sont proches l'un de l'autre. En réalisant la partie mâle de la fixation, ou à tout le moins son extrémité, dans un matériau ferromagnétique 601 et en plaçant, face à celle-ci, un aimant permanent 602 fixé sur la partie femelle, une force de maintien sera obtenue une fois la fixation complètement engagée. Inversement, l'aimant 602 peut être fixé à l'extrémité de la partie mâle 600 et le matériau ferromagnétique 601 peut être disposé dans la partie femelle. La taille et la forme donnée à la pièce ferromagnétique 601 et à l'aimant permanent 602, ainsi que les caractéristiques magnétiques de ces matériaux, détermineront la force nécessaire au déclenchement du système de blocage.
[0075] Un module peut comporter plusieurs pièces femelles ou ouvertures 610, disposées à diverses positions, de manière à permettre une liberté de choix d'agencement. Par exemple la partie supérieure 306 du module elBOT comporte plusieurs ouvertures 610, de même que les plaques 140, 145 du module de maintien dorsal [0076] La combinaison d'un dispositif de blocage et d'un dispositif de verrouillage, tels que ceux décrits ci-dessus, permet donc d'obtenir des systèmes de fixation rapides (car pouvant être engagées et désengagées sans outils, par la simple action d'une force dans le sens d'engagement de la fixation) capables de transmettre les efforts requis par les deux modules ROThum et ROTuIn, tant au niveau proximal qu'au niveau distal. En pratique, une partie de la fixation sera solidarisée à une extrémité d'un module alors que l'autre partie sera solidarisée sur le support auquel devra se fixer l'extrémité du module. Le choix de placer la partie mâle de la fixation sur le module et la partie femelle sur le support ou l'inverse est laissé ouvert. En fonction du module, ROThum et ROTuIn, et des autres modules utilisés en combinaison, ce support pourra être une simple coque de coude ou de poignet, le harnachement dorsal, ou encore, l'un des modules elBOT et wristIC . La manière de solidariser les parties mâles et femelles de la fixation sur les modules et les supports est laissée libre. Celle-ci peut, mais ne doit pas, être définitive. La manière d'orienter les parties mâle et femelle de la fixation sur les modules et les supports est importante car le degré de liberté d'engagement ne doit pas correspondre à l'un des degrés de libertés suivant lequel doit être transmis un effort. Sur ce point, les figures 12 et 13 respectent cette contrainte. Si cette condition n'était pas respectée, la fixation pourrait se désengager en cours de fonctionnement. [0077] La Fig.12 représente le mode d'agencement du module bras 205, et du module avant-bras 305, au module coude 205. La pièce mâle 600 du module bras 205 peut s'agencer dans l'une des pièces femelle ou ouvertures 610 pratiquées dans la partie supérieure 306 du module coude elBOT. La pièce mâle 600' du module avant-bras ROTuIn 405 peut s'agencer dans l'une des ouvertures 610' pratiquées dans la partie inférieure 307 du module coude elBOT.
[0078] La Fig.13 représente le mode d'agencement du module avant- bras 405 au module poignet 505 wristIC. La pièce mâle 600 du module avant- bras ROTuIn 405 peut s'agencer dans l'ouverture 610 pratiquée dans la partie supérieure 506 du module poignet wristIC 505. Le module épaule ShouldeRO 105 peut également être muni d'une pièce mâle 600 pour l'agencer au module de coude 305. [0079] Les Fig.14a et 14b représentent respectivement une vue antérieure et une vue postérieure de l'assemblage d'un module bras sur le module dorsal. Comme exposé ci-dessus, cet assemblage nécessite le blocage de 5 degrés de liberté. Deux pièces mâles 600, 600' sont insérés dans une paire d'ouvertures 610, 610' pratiquées dans une plaque 140 du module dorsal. La plaque 630 peut avantageusement comporter une pluralité de trous 610,
610', permettant un choix approprié en fonction de la taille de l'utilisateur. [0080] Le dispositif robotisé suivant l'invention est destiné à aider les patients hémiplégiques dans leur processus de réhabilitation en leur permettant de réaliser, de manière autonome, des exercices de rééducation au niveau de leurs parties supérieures. L'approche modulaire du dispositif de l'invention offre de nombreux avantages. Le principal est de laisser au thérapeute le choix des articulations qui nécessitent une assistance robotisée, et ce, en fonction de l'avancement du patient dans sa rééducation et du type d'exercice à réaliser. Par ailleurs, le dispositif de l'invention présente une adaptabilité morphologique accrue grâce à :
• L'aspect modulaire de l'exosquelette où chaque module se fixe autour d'une articulation particulière indépendamment du reste du membre;
• l'approche biomécanique des différents modules pour lesquelles l'idée n'est pas de reproduire telle quelle l'articulation du patient mais bien de s'appuyer sur celle-ci en générant des efforts sur les parties du membre liées à cette dernière.
Grâce au caractère modulaire, on peut utiliser le ou les modules nécessaires à la rééducation visée. On réduit ainsi le poids à supporter par le patient dont la rééducation ne requiert que un ou quelques modules. Le mode d'assemblage des modules et des coques ou autres accessoires permet un assemblage/désassemblage aisé et rapide, sans devoir recourir à un outil. La conception mécanique des modules de l'invention permet d'obtenir des modules de poids acceptable par le patient. [0081] Les termes et descriptions utilisés ici sont proposés à titre d'illustration seulement et ne constituent pas des limitations. L'homme du métier reconnaîtra que de nombreuses variations sont possibles dans l'esprit et la portée de l'invention telle que décrite dans les revendications qui suivent et leurs équivalents. Dans celles-ci, tous les termes doivent être compris dans leur acception la plus large à moins que cela ne soit indiqué autrement. En particulier, les mesures d'efforts (couples ou forces) et de position décrits pour chacun des modules ne sont pas limités à ceux que nous présentons ici. La disposition des pièces mâles sur un module et des pièces femelle sur un autre module peut être intervertie.

Claims

Revendications
1. Dispositif de mobilisation et de réhabilitation d'un membre supérieur d'un patient caractérisé en ce qu'il peut être constitué par assemblage d'au moins deux éléments adjacents choisis parmi un ensemble comprenant un module épaule (105) (ShouldeRO), un module bras (205) (ROThum), un module coude (305) (elBOT), un module avant-bras (405) (ROTuIn), un module poignet (505) (wristIC), un dispositif de maintien dorsal (107), une coque de coude CC et une coque de main (514), chacun des éléments (105 ; 205 ; 305 ; 405 ; 505 ; 107 ; CC ; 514) de l'ensemble étant adapté pour être solidarisé à au moins un autre élément (105 ; 205 ; 305 ; 405 ; 505 ; 107 ; CC ; 514) adjacent de l'ensemble, au moins un assemblage d'un premier élément avec un second élément étant réalisable par engagement d'une pièce mâle (600) solidaire du premier élément dans une ouverture d'une pièce femelle (610) solidaire du second élément suivant une direction d'engagement qui ne reprend aucun effort quand le dispositif est en fonctionnement, et verrouillage de ladite pièce mâle (600) dans ladite pièce femelle (610) par des moyens déverrouillables sous l'effet d'une traction suivant une direction opposée à ladite direction d'engagement.
2. Le dispositif suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans lesdits moyens déverrouillables, ladite pièce mâle (600) comporte une encoche et ladite pièce femelle (600) est munie d'un clip à ressort (620), de sorte que lors de l'assemblage, le clip à ressort (620) s'engage dans l'encoche, la pièce mâle (600) étant ainsi maintenue en place mais pouvant être libéré par ladite traction.
3. Le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans lesdits moyens déverrouillables, ladite pièce mâle (600) comporte une gorge fraisée (605) et ladite ouverture est munie d'un poussoir à ressort (615), de sorte que lors de l'assemblage, la bille du poussoir à ressort (615) s'engage dans la gorge fraisée (615), la pièce mâle (600) étant ainsi maintenue en place mais pouvant être libérée par ladite traction.
4. Le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans lesdits moyens déverrouillables, ladite pièce mâle (600) comporte à son extrémité un matériau ferromagnétique, et le fond de ladite ouverture est muni d'un aimant, de sorte que la pièce mâle (600) soit ainsi maintenue en place mais puisse être libéré par ladite traction.
5. Le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module épaule (105) (ShouldeRO) comporte une structure polyarticulée comportant une succession des bagues (108, 108') articulées l'une à l'autre par des charnières (109, 109', 109", 109'").
6. Le dispositif suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la structure polyarticulée comporte des câbles (110) mécaniques circulant dans des gaines, une paire de câbles (110, 110') commandant la rotation d'une bague (108') par rapport à la bagues (108) précédente dans la succession de bagues (108, 108').
7. Le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module bras (205) (ROThum) comporte un arbre flexible (206), l'extrémité proximale de l'arbre (206) étant commandée en rotation et permettant d'imposer une rotation à l'extrémité distale du dit arbre.
8. Le dispositif suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'une glissière (212) est agencée à l'une des extrémités de l'arbre flexible (206) pour adapter la longueur du module bras (205) à la position et à la morphologie d'un patient.
9. Le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module coude (305) (elBOT) comporte une liaison pivot comportant une partie supérieure (306) et une partie inférieure (307), la partie inférieure (307) comportant une glissière (312) supportant une coque (314) apte à être fixée à la partie proximale de l'avant bras d'un patient.
10. Le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module avant-bras (405) (ROTuIn) comporte un arbre flexible (406), l'extrémité proximale de l'arbre flexible (406) étant commandé en rotation et permettant d'imposer une rotation à l'extrémité distale du dit arbre.
11. Le dispositif suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'une glissière (412) est agencée à l'une des extrémités de l'arbre flexible (406) pour adapter la longueur du module avant-bras (205) à la position et à la morphologie d'un patient.
12. Le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module poignet (505) (wristIC) comporte une liaison pivot comportant une partie supérieure (506) et une partie inférieure (507), la partie inférieure comportant une glissière (512) supportant une coque de main (514) apte à être fixée à la main d'un patient.
13. Procédé d'assemblage d'un dispositif de mobilisation et de réhabilitationd'un membre supérieur d'un patient caractérisé en ce qu'il comporte l'assemblage d'au moins deux éléments choisis parmi l'ensemble comprenant un module épaule (105) (ShouldeRO), un module de rotation humérale (205) (ROThum), un module de coude (305) (elBOT), un module avant-bras (405) (ROTuIn), un module de poignet (505) (wristIC), un dispositif de maintien dorsal (107), une coque de coude CC et une coque de main (514), chacun des éléments (105 ; 205 ; 305 ;
405 ; 505 ; 107 ; CC ; 514) de l'ensemble étant adapté pour être solidarisé à au moins un autre élément (105 ; 205 ; 305 ; 405 ; 505 ; 107 ; CC ; 514) adjacent de l'ensemble, au moins un assemblage d'un premier élément avec un second élément étant réalisable par engagement d'une pièce mâle (600) solidaire du premier élément dans une ouverture d'une pièce femelle (610) solidaire du second élément suivant une direction d'engagement qui ne reprend aucun effort quand le dispositif est en fonctionnement, et verrouillage de ladite pièce mâle (600) dans une ouverture de ladite pièce femelle (610) par des moyens déverrouillables sous l'effet d'une traction suivant une direction opposée à ladite direction d'engagement.
14. Procédé suivant la revendication 13 caractérisé en ce que ledit assemblage est réalisé par engagement de ladite pièce mâle (600) comportant une encoche dans ladite ouverture de la pièce femelle (610) munie d'un clip à ressort (620), de sorte que le clip à ressort (620) s'engage dans l'encoche, la pièce mâle (600) étant ainsi maintenue en place mais pouvant être libéré par ladite traction.
15. Procédé suvant l'une quelconque des revendication 13 à 14 caractérisé en ce que ledit assemblage est réalisé par engagement de ladite pièce mâle (600) comportant une gorge fraisée (605) dans une ouverture de ladite pièce femelle (610) munie d'un poussoir à ressort (615), de sorte que la bille du poussoir à ressort (615) s'engage dans la gorge fraisée (615), la pièce mâle (600) étant ainsi maintenue en place mais pouvant être libérée par ladite traction.
16. Procédé suvant l'une quelconque des revendication 13 à 15 caractérisé en ce que ledit assemblage est réalisé par engagement de ladite pièce mâle (600) comportant à son extrémité un matériau ferromagnétique, dans une ouverture de ladite pièce femelle, le fond de ladite ouverture étant muni d'un aimant, de sorte que la pièce mâle (600) soit ainsi maintenu en place mais puisse être libérée par une traction. l'assemblage d'un module.
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