EP4153385A1 - Exosquelette ameliore pour assistance aux efforts verticaux - Google Patents

Exosquelette ameliore pour assistance aux efforts verticaux

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Publication number
EP4153385A1
EP4153385A1 EP21727138.6A EP21727138A EP4153385A1 EP 4153385 A1 EP4153385 A1 EP 4153385A1 EP 21727138 A EP21727138 A EP 21727138A EP 4153385 A1 EP4153385 A1 EP 4153385A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
user
cable
exoskeleton
pulleys
lateral
Prior art date
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Pending
Application number
EP21727138.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Antoine Perrin
Stéphane CHARMOILLE
Serge Grygorowicz
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.)
ROBOTIQUES 3 DIMENSIONS
Original Assignee
ROBOTIQUES 3 DIMENSIONS
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Filing date
Publication date
Application filed by ROBOTIQUES 3 DIMENSIONS filed Critical ROBOTIQUES 3 DIMENSIONS
Publication of EP4153385A1 publication Critical patent/EP4153385A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

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

Definitions

  • lumbar belts which are flexible or comprising mechanisms improving the stability of the spine by increasing the intra-abdominal pressure due to the compression exerted by the belt is known.
  • Exoskeletons are also known equipped with motor means located on either side of the hips of the body.
  • the operator and arranged to assist the straightening of the operator's back by leaning on one side on the thighs of the latter and helping the rotational movement around the lumbar axis on the other side, thus minimizing the compressive stresses on the intervertebral discs.
  • Also known (DE 102017 129 021) is a method of using an exoskeleton comprising a back structure and implementing several cables and traction means on the cables allowing bending of the bust and its raising.
  • the object of the invention is to overcome these problems
  • the exoskeleton according to the invention will make it possible to efficiently transfer a load located in front of the user, while adapting
  • the operator has an excellent feeling of comfort allowed by a natural release of the back, and the exoskeleton according to the invention, while allowing walking, allows torsional movements of the body.
  • the invention relates to a device of the exoskeleton type intended to assist the vertical forces of an operator, centered or in torsion.
  • It also relates to a method of using such a device.
  • the present invention proposes in particular an exoskeleton comprising an axial dorsal structure, removable in a removable manner to the shoulders.
  • axial back structure is meant a back structure elongated around an axis
  • the cable By differential tensioning, the cable being of constant length and fixed on either side respectively on each of the lateral equipment,
  • actuator in traction of a cable is meant here any device or means of displacement which
  • the 20 provides a tensile work modifying the position of the cable and for example of the central part of the cable. It may in particular be an electric motor, a pneumatic cylinder, but also passive means such as for example a spring.
  • 25 compression for example put into compression in an adjustable manner by means of a thumbwheel, or even a mixed actuation system put active - half passive like a screw motorized by a motor.
  • dorsal structure belonging to the pulley return means comprises a central pulley attacking a central loop formed by the cable, and two first lateral pulleys symmetrical with respect to said dorsal structure, each respectively forming a pivot axis at the level of the
  • said pulley return means furthermore comprise two second adjacent lateral pulleys integral with the lateral equipment, located at a distance from said first pulleys and forming pivot axes at the
  • the pivot axes are mutually parallel and perpendicular or substantially perpendicular to the axis of the axial structure.
  • pivot axes at the lumbar level are integral with the belt and the axes corresponding to the hips are integral with a lateral equipment.
  • the cable passes below the first and second lateral pulleys.
  • the vertical traction actuator comprises a vertical actuator for moving an upper central pulley cooperating with the central portion of the cable, forming a loop, for connecting and for differential tensioning of the two lateral equipment items.
  • the back structure comprises an elongated horizontal element for lateral displacement of the direction of the tensile force of the cable on either side and symmetrically on the lateral equipment.
  • the actuator in vertical traction comprises a ball screw and cable channel comprising a nut and the back structure comprises a differential carriage directly linked to the nut of the ball screw.
  • the exoskeleton comprises means for detecting the user's movement, and means for calculating
  • the pitch is then determined by an inertial unit as a function of the angle formed by the thorax of the user with the vertical.
  • the pitch is deduced from the movement of the hips in which case devices are provided.
  • the means for detecting the movement of the user comprise means for detecting the movement of the user's hips, arranged to detect the pitching movement with respect to the
  • Gravity during the vertical movement of the dorsal structure comprising two potentiometers each associated with a hip and arranged to be activated at the same time as the other to inform the calculation means on said pitch movement;
  • the exoskeleton also comprises two respective actuating motors of the return pulleys at the level of the user's hips. Such an arrangement improves the good transmission of forces;
  • piezometric stress sensors for example piezometric stress sensors
  • the means for detecting intention and / or movement are for example formed by a sensor with
  • strain gauge of known type, suitably installed and / or programmed in a manner known per se.
  • Threshold values can be provided to avoid false orders and / or handling errors
  • -1'exoskeleton furthermore comprises two identical deformable structures respectively of aid to the articulation movement of each of the knees by
  • each deformable structure comprises an elongated chain of identical elements rigidly fixed on one side to a flexible support and linked together on the other side in a sliding manner by a fixed cable
  • the identical elements of the chain are T-shaped pieces whose foot is fixed to the flexible support and whose bar is tubular and arranged to allow the cable to pass, so
  • the invention also provides a method of using the exoskeleton, as described above.
  • said back structure by means of a belt, said back structure being equipped with an actuator in vertical traction of a connecting cable and differential tensioning of said cable fixed on either side to said equipment
  • the traction is transmitted
  • FIG. 1 is a schematic front view of an operator provided with an exoskeleton according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a partial rear perspective view of the exoskeleton according to the embodiment of Figure 1.
  • FIG. 3 is a partial rear view illustrating a second embodiment of the pulley return means according to the invention.
  • FIG. 4 is a partial rear view illustrating a third embodiment of the pulley return means according to the invention.
  • Figure 5 shows a partial rear view illustrating a fourth embodiment of the
  • FIG. 6 schematically shows the principle of operation of the return means of the embodiment of FIG. 5.
  • Figure 7 is a partial rear perspective view of another embodiment of the exoskeleton according to the invention.
  • FIG. 8 is a diagram explaining the controls of an exoskeleton according to one embodiment of the invention.
  • Figure 8A illustrates the pitch angle which is one of the parameters used in connection with the diagram of Figure 8.
  • Figure 9 illustrates another embodiment of the diagram of Figure 8.
  • FIG. 10 illustrates the operating principle of the complementary deformable structure for assisting the movement of a joint, according to another embodiment of the exoskeleton according to the invention.
  • Figure 11 shows such a deformable structure applied to the knee joint.
  • FIG. 1 shows an exoskeleton 1 comprising an axial dorsal structure 2 (in broken lines) removable in a removable manner to the shoulders 3 of an operator 4, in a manner known per se by straps 5.
  • the back structure 2 axial or elongated around an axis 2 ', is equipped with an actuator 6, for example an electric vertical piston 7 arranged to exert a vertical traction (arrow 8). on a cable 9, for example metallic, for connecting and differential tensioning of two lateral equipments 10 and 11, symmetrical with respect to the axial back structure 2.
  • a cable 9 for example metallic, for connecting and differential tensioning of two lateral equipments 10 and 11, symmetrical with respect to the axial back structure 2.
  • Each side piece of equipment 10 and 11 is respectively provided with means 12 for removable attachment to the thighs 13 of the user or operator 4.
  • These means are formed of hook-shaped pieces or straps 14, suitable for resting on the rear and / or the front of the thigh, with which they are made integral, for example by a front strap 15, allowing an adjustable binding adjusted to the volume of the thigh.
  • the axial back structure 2 further comprises a lower part 16, for example in the form of a flexible widened band, adjustable to the size of the operator by means of a belt of 15. reattachment of the ends of the straps.
  • the back structure and the lateral equipment 10 and 11 are moreover interconnected by a connecting piece or belt 17 designed to be kept away from the lumbar region of the user, for example by means of a lateral offset and / or a adapted shape of said belt 17, protruding from the back of the user, and by the upper part 18 of the dorsal structure, for example curved towards the shoulders 3 of the user.
  • a connecting piece or belt 17 designed to be kept away from the lumbar region of the user, for example by means of a lateral offset and / or a adapted shape of said belt 17, protruding from the back of the user, and by the upper part 18 of the dorsal structure, for example curved towards the shoulders 3 of the user.
  • the belt 17 comprises a horizontal tube 17 'fixed on a part or support block 17'', for example partly parallelepiped, itself fixed for example by rivets on the external face. of the lower part 16 of the dorsal structure, tube 17 'at the ends of which the side fittings 10 and 11 are attached.
  • the belt 17 comprises means 19 for returning by pulleys the tensile force of the cable 9, between
  • the return means 19 are arranged to transmit the differential voltage (arrow 22) to the
  • the exoskeleton 1 further comprises a deformable structure 23 (schematically shown), actuated or released by the differential traction of a cable 24, to aid in straightening the knee, with the aid of an actuator 25, and which will notably be
  • the embodiment of the back structure 2 of FIG. 1 will now be described more precisely. It comprises an axial part 26, for example made of fibers reinforced in FIG.
  • the axial part has an upper or upper part 18 in the form of a flared petal 27 curved towards the back of the user, an intermediate vertical part 28 in the form of a rectangle, for supporting the
  • the pulley system 21 includes the pulley
  • the cable 9 then attacks vertically on each side an end pulley 32, of axis 32 ', parallel or coincident with that of the tube 17', and perpendicular to the axis 2 'of the back structure 2.
  • the cable is then returned by the end pulley 32, to a part where the pivot pulleys 33, in the groove of which it is fixed at 34.
  • intermediate pulleys 30 have axes 30 'located in the horizontal plane, but forming an angle
  • the pulleys 32 are of axis 32 'forming in turn a beta angle, for example 30 °, to reorientate the cable 9 then attached at 34 to the pulleys.
  • the dorsal structure 2 is in one piece with the belt 17 for connection with the lateral equipment 10 and 11 arranged to pivot in an assisted manner around it.
  • the cable 9 passes under the pulleys 30, then over the pulleys 32, then is attached under the pulley 33 so that the traction rotates (arrow F) the pulley 33 in the counterclockwise direction.
  • FIG. 4 shows another embodiment of a part of the system 21 of pulleys at the level of the central loop of the cable 9.
  • the system comprises a differential carriage 36
  • the pulley 20 comprises a nut 38 mounted on a ball bearing 39 which revolve around a screw
  • Two side pulleys 39 return the cable vertically towards the intermediate pulleys 30 for redirecting the cable 9 towards the end pulleys 32, in a similar or identical manner to that which is described with reference to FIG. 3.
  • the carriage movement system such as
  • the pulley system comprises two first pulleys 40 forming
  • first and second pulleys are each integral with an elongated part or plate 41 pivoting relative to the belt 17 about the axes 40 '.
  • pivot axes 33 'and 40' are advantageousously, the pivot axes 33 'and 40'
  • a pin 42 allows the cable to pass under the pulley 40 then to return, after passing over the pin 42, under the pivot pulley 33 to which it is
  • the pulleys 33 are rigidly integral in rotation with a rod 43 arranged to be substantially parallel and follow the movements.
  • FIG. 6 shows the principle of operation of this embodiment with double articulations, by idle pivot pulleys at the level of the lumbar region (first pulleys 40) and pulleys fixed to the cable at the level of the other hips.
  • FIG. 7 shows another exemplary embodiment of the exoskeleton according to the invention comprising elements in particular partially described with reference to
  • the exoskeleton 1 comprises an axial dorsal structure 2 in one piece (for its upper part and its lower belt 17), on which the actuator 6, formed here and by
  • the exoskeleton 1 comprises detector means 49
  • These detector means comprise for example an accelerometer and / or two potentiometers 51 each.
  • means 52 for detecting the intention of movement and / or movement of the operator comprising a strain gauge sensor of known type, suitably installed and / or programmed in a manner known per se, with for example setting
  • the exoskeleton also comprises means for motorizing the additional hips, by adding two small electric motors (not shown) known in themselves, to aid in the rotation of the pulleys 33,
  • Figure 8 shows standard operation and Figure 9 shows so-called squat mode operation.
  • the exoskeleton is provided for example in the upper part with calculation means or controller 60, and an inertial unit 61 arranged to transmit its orientation with respect to the direction of terrestrial gravity through a rotation matrix.
  • this axis is arranged to correspond to the axis of the actuator (sin p) as shown in FIG. 8A.
  • the engine torque is thus calculated in such a way that the assistance of the machine is proportional to the effect of gravity on the hips.
  • the amplitude 63 of this sine is determined by a user through a manual adjustment method (block 64) known per se.
  • boost modifies the amplitude of the sine of the standard command from the speed of the righting movement (line 66).
  • This speed is obtained either by derivation in the computer 60 (line 66) of the pitch obtained by the inertial unit 61, and / or by derivation of the angular position obtained by the potentiometers or the encoder of the motor 45 (see below ).
  • the amplitude of the sine is increased so as to increase the assist torque and therefore to help the user to get up, if the speed shows an increase in the incline, l 'amplitude
  • FIG. 9 shows a complementary and / or alternative mode of operation called in
  • the standard control mode does not provide any assistance because the inertial unit does not detect any pitch.
  • This command mode is only used in certain cases, because it can provide assistance not
  • Figure 10 shows the principle of a deformable structure 73 taken in combination with the back structure and the pulley system described above, to form an exoskeleton allowing relief.
  • the principle here is to use in a complementary manner a longilinear chain 74 of identical elements 75 rigidly fixed on one side.
  • the cable is attached to a distal member 79 of the chain and arranged to be attached to the other side 80 to traction means (not shown) of the type described with reference to FIG. 7, for example screw 47.
  • the identical elements 75 of the chain are T-shaped parts whose feet are fixed to the flexible support 77 and whose tubular bars of the T 82 allow the cable to pass.
  • the flexible support is for example a strip of width between 2 cm and 10 cm, flexible and flexible, arranged to be able to adapt to the movement
  • FIG. 11 shows a complementary device 83 comprising a structure 84 implementing the principle described above, comprising a strip
  • the motor is controlled by detection means
  • the device also comprises means for fixing to the thigh and ankle of
  • the operator 4 firstly places the exoskeleton 1 on his shoulders and fixes the shoulder straps 5 and the belt 16, then the deformable structures 23 on his knees. It then initializes the computer, the inertial unit, the
  • the exoskeleton Once the exoskeleton is operational, it positions itself to move the object to be lifted, for example
  • the pitch recovery and / or tracking device As soon as he bends the knees and / or bends the thorax, the pitch recovery and / or tracking device
  • the exoskeleton When picking up the object, the exoskeleton releases the cable (by disengaging the motor or by releasing the piston) to give it the necessary flexibility under the control of the detection means described above.
  • the load is then entered.
  • the exoskeleton reacts by raising the central point of the loop, which causes a tensioning on the pulleys 33 and comes to help and / or relieve the joints of the back and the legs.
  • the inertial unit and / or the potentiometers, and the engine are informed of the pitch and allow the computer to adapt the tensile forces on the cables to allow the operator to get up effortlessly with the load.

Landscapes

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Abstract

Il s'agit d'un exosquelette (1) et d'un procédé d'utilisation d'un exosquelette comprenant une structure dorsale (2) axiale, fixable de façon amovible aux épaules (3) d'un opérateur (4), équipée d'un actionneur (6) en traction verticale d'un câble (9) de liaison et de mise en tension différentielle de deux équipements latéraux (10, 11) symétriques par rapport à ladite structure dorsale (2) et munis chacun respectivement de moyens (12) de fixation de façon amovible aux cuisses (13) de l'opérateur. La structure dorsale (2) et les équipements latéraux (10, 11) sont reliés entre eux par une ceinture (17) de liaison agencée pour être maintenue entièrement à distance des lombaires de l'utilisateur et comprend des moyens (19) de renvoi par poulies de l'effort de traction du câble, entre un système de poulies (21) solidaire de la structure dorsale (2) et les équipements latéraux, de transmission de la tension différentielle par le câble aux équipements latéraux pour tirer ou relâcher de façon équilibrée sur les cuisses de l'utilisateur via les moyens (12) de fixation auxdites cuisses.

Description

EXOSQUELETTE AMELIORE POUR ASSISTANCE AUX EFFORTS VERTICAUX
La présente invention concerne le domaine des
5 exosquelettes et plus particulièrement ceux aptes à collaborer avec un utilisateur (ci-après également un opérateur) permettant de soulager les contraintes subies par sa colonne vertébrale lors de déplacement de charges.
10 Il s'agit de systèmes mécatroniques dont les mouvements sont pilotés par ceux d'un opérateur et qui permettent de limiter les efforts exercés sur les vertèbres notamment les vertèbres lombaires de l'opérateur .
15 Ils sont par exemple utilisés pour manipuler des pièces pesantes ou encore pour assister le geste d'un opérateur lors d'une tâche pénible et répétitive, nécessitant une flexion au moins partielle et répétée du dos.
20 On connait l'utilisation de ceintures lombaires souples ou comprenant des mécanismes améliorant la stabilité de la colonne vertébrale par augmentation de la pression intra-abdominale due à la compression exercée par la ceinture.
25 De tels dispositifs, en général peu encombrants, présentent cependant une gêne certaine à la marche et nécessitent un débrayage pour monter les escaliers.
On connaît aussi des exosquelettes munis de moyens moteurs situés de part et d'autre des hanches de
30 l'opérateur et agencés pour assister le redressement du dos de l'opérateur en s'appuyant d'un coté sur les cuisses de ce dernier et en aidant le mouvement de rotation autour de l'axe lombaire de l'autre côté, minimisant ainsi les contraintes en compression sur les disques intervertébraux.
5 Mais outre le fait que ces dispositifs sont encombrants et n'autorisent pas de réglage de la largeur des hanches, ils sont peu souples dès qu'il y a torsion du buste et nécessitent de garder le dos droit (gène importante en cas de dos rond).
10 On connaît aussi (DE 102017 129 021) un procédé d'utilisation d'un exosquelette comprenant une structure dorsale et mettant en œuvre plusieurs câbles et des moyens de traction sur les câbles permettant une flexion du buste et son relèvement.
15 Mais un tel dispositif est complexe notamment du fait du nombre de câbles, ne permet pas de soulever des charges importantes et ne dégage pas le dos de l'utilisateur.
L'invention a pour objet de pallier ces
20 inconvénients en fournissant un dispositif du type exosquelette et un procédé d'utilisation d'un tel dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique notamment en permettant d'apporter efficacement une assistance aux
25 efforts verticaux d'un opérateur, tout en étant robuste et d'un coût raisonnable.
L'exosquelette selon l'invention va permettre d'assurer efficacement le transfert d'une charge située devant l'utilisateur, tout en s'adaptant
30 facilement et/ou automatiquement à toutes les morphologies et à toutes les positions de celui-ci. L'opérateur a une excellente sensation de confort autorisée par un dégagement naturel du dos, et l'exosquelette selon l'invention, tout en permettant la marche, autorise des mouvements de torsion de la
5 colonne vertébrale en minimisant les risques de troubles musculo squelettiques et de fatigue.
Ainsi, l'invention concerne un dispositif du type exosquelette destiné à assister les efforts verticaux d'un opérateur, centrés ou en torsion.
10 Elle concerne également un procédé d'utilisation d'un tel dispositif.
Dans ce but la présente invention propose notamment un exosquelette comprenant une structure dorsale axiale, fixable de façon amovible aux épaules
15 d'un opérateur, équipée d'un actionneur en traction verticale d'un câble de liaison et de mise en tension différentielle de deux équipements latéraux symétriques par rapport à ladite structure dorsale et munis chacun respectivement de moyens de fixation de
20 façon amovible aux cuisses de l'opérateur, la structure dorsale et les équipements latéraux étant reliés entre eux par une ceinture de liaison agencée pour être maintenue entièrement à distance des lombaires de l'utilisateur et comprenant des
25 moyens de renvoi par poulies de l'effort de traction du câble, entre un système de poulies solidaire de la structure dorsale et lesdits équipements latéraux, lesdits moyens de renvoi étant agencés pour transmettre la tension différentielle par ledit câble
30 auxdits équipements latéraux pour tirer ou relâcher de façon équilibrée sur les cuisses de l'utilisateur via les moyens de fixation auxdites cuisses.
Par structure dorsale axiale, on entend une structure dorsale allongée autour d'un axe
5 sensiblement parallèle à l'axe de la colonne vertébrale .
Par mise en tension différentielle, le câble étant de longueur constante et fixé de part et d'autre respectivement sur chacun des équipements latéraux,
10 via les moyens de renvoi par poulie, on entend une mise en tension équilibrée de chaque côté quel que soit la position relative en hauteur des dits équipements latéraux par rapport à l'horizontal, ce qui permet le soulagement du dos de l'utilisateur (ou
15 opérateur) en cas de torsion du torse et/ou du bas du dos, et ce quel que soit la position de flexion de ce dernier .
Par actionneur en traction d'un câble on entend ici tout dispositif ou moyens de déplacement qui
20 fournit un travail de traction modifiant la position du câble et par exemple de la partie centrale du câble. Il peut notamment s'agir d'un moteur électrique, d'un vérin pneumatique, mais aussi de moyens passifs comme par exemple un ressort de
25 compression par exemple mis en compression de façon réglable par molette, ou encore un système mixte d'actionnement mis actif - mi passif comme une vis motorisée par moteur.
Avantageusement le système de poulies solidaire de la
30 structure dorsale appartenant aux moyens de renvoi par poulies comprend une poulie centrale attaquant une boucle centrale formée par le câble, et deux premières poulies latérales symétriques par rapport à ladite structure dorsale, chacune formant respectivement un axe de pivotement au niveau des
5 lombaires de l'utilisateur, et en ce que lesdits moyens de renvoi par poulies comprennent de plus deux deuxièmes poulies latérales adjacentes solidaires des équipements latéraux, situées à distance des dites premières poulies et formant axes de pivotement au
10 niveau des hanches.
Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit les axes de pivotement sont parallèles entre eux et perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaires à l'axe de la structure axiale
15 dorsale et/ou l'axe de la colonne vertébrale.
Également avantageusement les axes de pivotement au niveau des lombaires sont solidaires de la ceinture et les axes correspondant au niveau des hanches sont solidaires d'un équipement latéral
20 correspondant, lesdits axes étant reliés entre eux par l'intermédiaire d'une pièce allongée.
Avantageusement le câble passe en dessous des premières et deuxièmes poulies latérales.
L'invention peut être utilisée avantageusement
25 dans les secteurs du BTP (Bâtiments et Travaux Publics) et de tout autre type d'industrie nécessitant la manipulation et le transport de charges (10 à 50 kg) situées devant l'utilisateur.
L'exosquelette selon l'invention sera aussi
30 avantageusement utilisé par un opérateur qui, dans le cadre d'un déménagement va devoir prendre des charges de tailles différentes, situées à des distances du sol différentes et placées de façon décalée par rapport aux possibilités d'accès par l'opérateur.
Avantageusement l'actionneur en traction 5 verticale comprend un vérin d'actionnement vertical de déplacement d'une poulie centrale supérieure coopérant avec la portion centrale du câble, formant boucle, de liaison et de mise en tension différentielle des deux équipements latéraux.
10 Avantageusement la structure dorsale comporte un élément allongé horizontal de déportement latéral de la direction de l'effort de traction du câble de part et d'autre et symétriquement sur les équipements latéraux .
15 Dans un autre mode de réalisation avantageux l'actionneur en traction verticale comprend une vis à bille et à chemin de câble comportant un écrou et la structure dorsale comporte un chariot différentiel directement en lien avec l'écrou de la vis à bille.
20 Dans des modes de réalisation avantageux, on a par ailleurs et/ou de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- L'exosquelette comprend des moyens détecteurs du mouvement de l'utilisateur, et des moyens de calcul
25 du couple moteur de l'actionneur en fonction du sinus de l'angle de tangage issu desdits moyens détecteurs. Dans le cas où l'utilisateur plie son thorax, le tangage est alors déterminé par une centrale inertielle en fonction de l'angle formé par le thorax de l'utilisateur avec la verticale. Dans le cas où l'utilisateur garde le dos droit ou sensiblement le dos droit, le tangage est déduit du mouvement des hanches auquel cas il est prévu des dispositifs
5 capteurs comme indiqué ci-après ;
- les moyens détecteurs du mouvement de l'utilisateur comprennent des moyens de détection du mouvement des hanches de l'utilisateur, agencés pour détecter le mouvement de tangage par rapport à la
10 gravité lors du mouvement vertical de la structure dorsale, comprenant deux potentiomètres chacun associé à une hanche et agencé pour être activé en même temps que l'autre pour renseigner les moyens de calcul sur ledit mouvement de tangage;
15 - l'exosquelette comporte de plus deux moteurs d'actionnement respectifs des poulies de renvoi au niveau des hanches de l'utilisateur. Une telle disposition améliore la bonne transmission des efforts ;
20 - des moyens de détection de l'intention de l'utilisateur sont prévus (par exemple des capteurs piézométriques de contraintes);
- les moyens de détection de l'intention et/ou du mouvement de l'utilisateur, et/ou les moyens
25 d'actionnement de la poulie centrale sont prévus (au moins en partie) dans la ceinture (ou organe) de liaison .
Les moyens de détection de l'intention et/ou du mouvement sont par exemple formés par un capteur à
30 jauge de contraintes de type connu, convenablement installé et/ou programmé de façon connue en elle- même .
Des valeurs seuils peuvent être prévues pour éviter les faux ordres et/ou erreurs de manipulation
5 du fait de mouvements trop brusques de l'utilisateur ;
-1'exosquelette comporte de plus deux structures déformables identiques respectivement d'aide au mouvement d'articulation de chacun des genoux par
10 traction par câble;
- chaque structure déformable comprend une chaîne longiligne d'éléments identiques fixés rigidement d'un côté sur un support flexible et reliés entre eux de l'autre côté de façon glissante par un câble fixé
15 à une de ses extrémités à un élément distal de ladite chaîne et agencé pour être actionné à son autre extrémité par un actionneur, ladite structure comportant de plus des moyens de fixation du support flexible de part et d'autre de l'articulation du
20 genoux ;
- les éléments identiques de la chaîne sont des pièces en forme de T dont le pied est fixé sur le support flexible et dont la barre est tubulaire et agencée pour laisser passer le câble, de façon
25 glissante .
L'invention propose également un procédé de mise en œuvre de l'exosquelette, tel que décrit ci-dessus.
Elle propose aussi un procédé d'utilisation d'un exosquelette par un utilisateur comprenant une étape
30 de fixation de façon amovible de l'exosquelette sur le dos de l'utilisateur par accrochage d'une structure dorsale axiale appartenant à l'exosquelette aux épaules de l'utilisateur et attache aux cuisses de l'utilisateur de deux équipements latéraux fixés à
5 ladite structure dorsale par le biais d'une ceinture, ladite structure dorsale étant équipée d'un actionneur en traction verticale d'un câble de liaison et de mise en tension différentielle du dit câble fixé de part et d'autre aux dits équipements
10 latéraux, une étape de flexion du buste de l'utilisateur pour prise d'une charge par les mains de l'utilisateur et une étape de relèvement dudit buste de façon assistée par actionnement en traction verticale de l'actionneur avec transmission de la
15 tension différentielle par ledit câble auxdits équipements latéraux pour tirer ou relâcher de façon équilibrée sur les cuisses de l'utilisateur via les moyens de fixation auxdites cuisses.
Avantageusement, on transmet la traction
20 différentielle aux dits équipements latéraux par des moyens de renvoi de l'effort de traction du câble comprenant une poulie centrale attaquant une boucle centrale formée par le câble et deux jeux de poulies latéraux, comprenant chacun respectivement et de
25 façon symétrique, une première poulie solidaire de la structure dorsale et formant un axe de pivotement au niveau des lombaires de l'utilisateur, et une deuxième poulie de renvoi fixée à l'équipement latéral correspondant, formant axes de pivotement au
30 niveau des hanches. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d'exemples non limitatifs et qui sera faite au regard des dessins suivants dans 5 lesquels :
La figure 1 est une vue de face schématique d'un opérateur muni d'un exosquelette selon un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 est une vue arrière partielle en 10 perspective de l'exosquelette selon le mode de réalisation de la figure 1.
La figure 3 est une vue arrière partielle illustrant un deuxième mode de réalisation des moyens de renvoi par poulies selon l'invention.
15 La figure 4 est une vue arrière partielle illustrant un troisième mode de réalisation des moyens de renvoi par poulies selon l'invention.
La figure 5 montre une vue arrière partielle illustrant un quatrième mode de réalisation des
20 moyens de renvoi par poulies selon l'invention.
La figure 6 montre schématiquement le principe de fonctionnement des moyens de renvoi du mode de réalisation de la figure 5.
La figure 7 est une vue en perspective arrière 25 partielle d'un autre mode de réalisation de l'exosquelette selon l'invention.
La figure 8 est un diagramme explicitant les commandes d'un exosquelette selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 8A illustre l'angle de tangage qui est l'un des paramètres utilisés dans le cadre du diagramme de la figure 8.
La figure 9 illustre un autre mode de réalisation 5 du diagramme de la figure 8.
La figure 10 illustre le principe de fonctionnement de la structure déformable complémentaire d'aide au mouvement d'une articulation, selon un autre mode de réalisation de 10 l'exosquelette selon l'invention.
La figure 11 montre une telle structure déformable, appliquée à l'articulation du genou.
Dans la suite de la description, on utilisera les mêmes références numériques pour désigner des 15 éléments identiques ou similaires.
La figure 1 montre un exosquelette 1 comprenant une structure dorsale 2 axiale (en traits interrompus) fixable de façon amovible aux épaules 3 d'un opérateur 4, de façon connue en elle-même par 20 des bretelles 5.
En référence également à la figure 2, la structure dorsale 2, axiale ou allongée autour d'un axe 2', est équipée d'un actionneur 6, par exemple un piston vertical 7 électrique agencé pour exercer une 25 traction verticale (flèche 8) sur un câble 9, par exemple métallique, de liaison et de mise en tension différentielle de deux équipements latéraux 10 et 11, symétriques par rapport à la structure dorsale axiale 2. Chaque équipement latéral 10 et 11 est respectivement muni de moyens 12 de fixation amovible aux cuisses 13 de l'utilisateur ou opérateur 4.
Ces moyens sont formés de pièces ou sangles 14 en 5 forme de crochet, propres à s'appuyer sur l'arrière et/ou sur l'avant de la cuisse, avec laquelle elles sont rendues solidaires par exemple par une sangle frontale 15, permettant une fixation réglable et ajustée au volume de la cuisse.
10 Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, la structure dorsale axiale 2 comprend de plus une partie inférieure 16, par exemple en forme de bande élargie souple, ajustable à la taille de l'opérateur par le biais d'un ceinturon de 15 rattachement des extrémités des bretelles.
La structure dorsale et les équipements latéraux 10 et 11 sont par ailleurs reliés entre eux par une pièce ou ceinture 17 de liaison agencée pour être maintenue à distance des lombaires de l'utilisateur, 20 par exemple grâce à un décalage latéral et/ou à une forme adaptée de ladite ceinture 17, en excroissance par rapport au dos de l'utilisateur, et par la partie haute 18 de la structure dorsale, par exemple recourbée vers les épaules 3 de l'utilisateur.
25 Dans le mode de réalisation de la figure 1, la ceinture 17 comprend un tube horizontal 17' fixé sur une pièce ou bloc de support 17'', par exemple en partie parallélépipédique, lui-même fixé par exemple par rivets sur la face externe de la partie 30 inférieure 16 de la structure dorsale, tube 17' aux extrémités duquel sont fixés les équipements latéraux 10 et 11.
La ceinture 17 comprend des moyens 19 de renvoi par poulies de l'effort de traction du câble 9, entre
5 une poulie 20 appartenant au système de poulies 21 solidaires de la structure dorsale 2 et les équipements latéraux 10 et 11.
Les moyens 19 de renvoi sont agencés pour transmettre la tension différentielle (flèche 22) aux
10 équipements latéraux par le câble 9, pour tirer ou relâcher de façon équilibrée sur les cuisses de l'utilisateur via les moyens 12 de fixation aux cuisses .
Dans le mode de réalisation de la figure 1
15 l'exosquelette 1 comprend de plus une structure déformable 23 (schématiquement représentée), actionnée ou relâchée par la traction différentielle d'un câble 24, d'aide au redressement du genou, à l'aide d'un actionneur 25, et qui sera notamment
20 décrit ci-après en référence aux figures 10 et 11.
On va maintenant décrire plus précisément en référence à la figure 2, le mode de réalisation de la structure dorsale 2 de la figure 1. Il comprend une pièce axiale 26 par exemple en fibres renforcées en
25 forme de cuillère, attachée aux bretelles 5.
La pièce axiale présente une partie haute ou supérieure 18 en forme de pétale évasée 27 recourbée vers le dos de l'utilisateur, une partie verticale intermédiaire 28 en forme de rectangle, de support du
30 système de poulies 21 et de fixation d'un tube ou élément allongé 29 de déportement latéral de la direction des efforts de traction du câble 9 de part et d'autre et symétriquement sur les deux équipements latéraux 10 et 11.
Le système de poulies 21 comprend la poulie
5 centrale 20 supérieure coopérant avec la portion centrale du câble 9, formant boucle et des poulies intermédiaires 30 combinées avec des rainures et/ou poulies de guidage 31 renvoyant le câble 9 latéralement de part et d'autre vers les équipements
10 latéraux au travers du tube 29.
Le câble 9 attaque alors verticalement de chaque côté une poulie d'extrémité 32, d'axe 32', parallèle ou confondu avec celui du tube 17', et perpendiculaire à l'axe 2' de la structure dorsale 2.
15 Le câble est ensuite renvoyé par la poulie d'extrémité 32, à une pièce où poulies de pivotement 33, dans la gorge de laquelle il est fixé en 34.
Lorsque on exerce une traction 22 sur le câble 9, ou au contraire lorsqu'on relâche ladite traction, la
20 poulie 33 est actionnée en rotation (flèche F) soulageant alors les efforts exercés sur les lombaires de l'opérateur en prenant appui sur les cuisses de ce dernier.
On a représenté sur la figure 3 un autre mode de
25 réalisation du système 21 de poulies solidaires de la structure dorsale 2 de renvoi des efforts de traction vers les équipements latéraux 10 et 11.
Ici les poulies intermédiaires 30 ont des axes 30' situés dans le plan horizontal, mais formant un angle
30 alpha, par exemple 30°, par rapport à l'axe 20'', parallèle à l'axe 20' de la poulie 20, perpendiculaire à l'axe 2' dans ledit plan horizontal, permettant ainsi de réorienter la force de traction vers les poulies d'extrémité 32 (ou premières poulies) appartenant aux équipements
5 latéraux, et situées au niveau des articulations des lombaires de l'utilisateur.
Les poulies 32 sont d'axe 32' formant à leur tour un angle béta, par exemple de 30°, pour réorienter le câble 9 ensuite rattaché en 34 aux poulies de
10 pivotement 33 d'axe 33' perpendiculaire à l'axe 2'.
Dans le mode de réalisation de la figure 3 (où l'actionneur non représenté se situe derrière la structure dorsale et actionne la poulie centrale 20 via une tige axiale 34 guidée verticalement à
15 frottement au travers d'une fente de guidage 35, pratiquée dans la structure dorsale), la structure dorsale 2 est d'une seule pièce avec la ceinture 17 de liaison avec les équipements latéraux 10 et 11 agencés pour pivoter de façon assistée autour de
20 l'axe 33'des poulies 33.
Le câble 9 passe sous les poulies 30, puis sur les poulies 32, puis est rattaché sous la poulie 33 de sorte que la traction fasse pivoter (flèche F) la poulie 33 dans le sens inverse des aiguilles d'une
25 montre .
La figure 4 montre un autre mode de réalisation d'une partie du système 21 de poulies au niveau de la boucle centrale du câble 9.
Ici le système comporte un chariot 36 différentiel
30 qui se déplace verticalement (flèche 37) parallèlement à l'axe 2' de la structure dorsale, la poulie centrale 20 étant d'axe vertical 20 (et non horizontal comme en référence aux figures 2 et 3).
La poulie 20 comprend un écrou 38 monté sur roulement à billes 39 qui tournent autour d'une vis
5 (non représentée) actionnée en rotation par un moteur rotatif (non représenté) de façon connue en elle- même, permettant le mouvement vertical du chariot par rapport à la vis fixée rigidement à la structure dorsale .
10 Deux poulies latérales 39 renvoient le câble verticalement vers les poulies intermédiaires 30 de redirection du câble 9 vers les poulies d'extrémité 32, de façon similaire ou identique à ce qui est décrit en référence à la figure 3.
15 L'utilisation d'une vis à billes avec écrou permet de créer un mouvement rotatif pour engendrer le déplacement vertical du chariot et évite ainsi l'utilisation d'un piston vertical plus encombrant.
Le système de déplacement du chariot tel que
20 décrit dans le document US 2016288319, avec dispositif anti rotation, et incorporé ici par référence, est par exemple utilisable avec l'invention .
On a représenté sur la figure 5 un autre mode de
25 réalisation du système 21 de poulies, utilisable avec un exosquelette selon l'invention particulièrement avantageux .
Dans ce mode de réalisation le système de poulies comprend deux premières poulies 40 formant
30 respectivement un premier axe de pivotement 40' au niveau des lombaires de l'utilisateur et les poulies de pivotement 33 ou deuxièmes poulies formant respectivement un deuxième axe de pivotement 33' au niveau des hanches ou de l'articulation des hanches de l'utilisateur.
5 Ces deux jeux de premières et deuxièmes poulies sont chacun solidaire d'une pièce allongée ou platine 41 pivotante par rapport à la ceinture 17 autour des axes 40'.
Avantageusement les axes de pivotement 33' et 40'
10 solidaires de la pièce 41 sont parallèles et perpendiculaires à l'axe central 2'.
Un pion 42 permet au câble de passer sous la poulie 40 puis de revenir, après passage sur le pion 42, sous la poulie de pivotement 33 à laquelle il est
15 fixé en 34.
Dans les modes de réalisation des figures 1 à 3 les poulies 33 sont quant à elles rigidement solidaires en rotation d'une tige 43 agencée pour être sensiblement parallèle et suivre les mouvements
20 de la cuisse à laquelle elle est fixée de façon amovible par le biais de la pièce 14 et de la sangle 15, de façon connue en elle-même (par exemple par lanière auto arrachables du type connu sous la marque Velcro par exemple).
25 On a représenté sur la figure 6 le principe de fonctionnement de ce mode de réalisation à double articulations, par poulies folles de pivotement au niveau des lombaires (premières poulies 40) et poulies fixées au câble au niveau des hanches d'autre
30 part (deuxièmes poulies 33). Lorsque le câble 9 est tiré vers le haut (flèche 8) l'exosquelette tire le haut du buste de l'opérateur (flèche B), pousse sur les fesses de l'opérateur (flèche C) et tire sur la cuisse arrière
5 (flèche D).
Cette combinaison permet le redressement de l'opérateur .
Grâce au câble 9, dit câble différentiel, le mouvement relatif des premières et deuxièmes poulies
10 permet une transmission encore plus équilibrée du couple de redressement de l'opérateur, et ce de façon encore plus compensée entre les deux côtés de l'opérateur, s'affranchissant ainsi quasi complètement des mouvements de torsion et ce même en
15 cas de mouvement impliquant un important porte à faux .
La figure 7 montre un autre exemple de réalisation de 1'exosquelette selon l'invention comportant des éléments notamment en partie décrits en référence aux
20 figures 4 et 5.
L'exosquelette 1 comprend une structure dorsale axiale 2 en une seule pièce (pour sa partie supérieure et sa ceinture inférieure 17), sur laquelle est fixé l'actionneur 6, formé ici et par
25 exemple, par un moteur rotatif 45 actionnant une courroie 46 de mise en rotation de la vis 47 d'actionnement en déplacement vertical du chariot 48 pour mise en tension du câble 9.
L'exosquelette 1 comporte des moyens détecteurs 49
30 fixés à la structure dorsale, agencés pour détecter le mouvement de tangage de l'exosquelette par rapport à la gravité, lors du redressement, ou de l'amorce du redressement vertical de la structure dorsale par l'opérateur .
Il comporte également des moyens de calcul 50 du
5 couple moteur de redressement en fonction du sinus de l'angle p de tangage issu des moyens détecteurs comme décrit ci-après.
Ces moyens détecteurs comprennent par exemple un accéléromètre et/ou deux potentiomètres 51 chacun
10 associé à une hanche de l'opérateur, et agencé pour être activé en même temps, de façon à renseigner les moyens de calcul sur ledit angle de tangage à partir desdits moyens détecteurs.
Avantageusement l'exosquelette comporte de plus
15 des moyens 52 de détection de l'intention de mouvement et/ou du mouvement de l'opérateur, comprenant un capteur à jauges de contrainte de type connu, convenablement installé et/ou programmé de façon connue en elle-même, avec par exemple mise en
20 place de seuils de protection pour se protéger des faux mouvements, par exemple communiquant en wi-fi avec les moyens de calcul et placés sur les cuisses, le dos et/ou les pieds de l'opérateur (non représentés) .
25 Dans un mode de réalisation, l'exosquelette comporte aussi des moyens de motorisation des hanches supplémentaires, par adjonction de deux petits moteurs électriques non représentés) connus en eux- mêmes, d'aide à la mise en rotation des poulies 33,
30 pour soulager encore au niveau des hanches et donc aussi des lombaires. On va maintenant décrire un exemple de fonctionnement de l'exosquelette, en référence aux figures 8 et 9.
La figure 8 montre un fonctionnement standard et 5 la figure 9 un fonctionnement dit en mode squat. Dans le cas de la figure 8, l'exosquelette est muni par exemple en partie supérieure de moyens de calcul ou contrôleur 60, et d'une centrale inertielle 61 agencée pour transmettre son orientation par rapport 10 à la direction de la gravité terrestre à travers une matrice de rotation.
De cette matrice on récupère (ligne 62) le vecteur A de la gravité dans le repère de l'exosquelette, ainsi que le tangage après calcul, selon la matrice 15 dite « roulis-tangage-lacet » et l'angle p de rotation autour d'un axe latéral au repère 3D lié à l'exosquelette .
Dans le cas présent cet axe est agencé pour correspondre à l'axe de l'actionneur (sin p) tel que 20 représenté à la figure 8A.
Le couple moteur C (bloc 62) produit en un point de la structure par l'actionneur est donné par le produit vectoriel C = A x sin p.
On calcule ainsi le couple moteur de manière à ce 25 que l'assistance de la machine soit proportionnelle à l'effet de la gravité sur les hanches. L'amplitude 63 de ce sinus est déterminée par un utilisateur à travers une méthode de réglage manuel (bloc 64) connue en elle-même.
30 En complément de cette assistance, on peut ajouter une commande dite de « boost » (bloc 65) de manière à accompagner l'utilisateur dans le mouvement qu'il souhaite faire. Ce « boost » modifie l'amplitude du sinus de la commande standard à partir de la vitesse du mouvement de redressement (ligne 66).
5 Cette vitesse est obtenue soit par dérivation dans le calculateur 60 (ligne 66) du tangage obtenu par la centrale inertielle 61, et/ou soit par dérivation de la position angulaire obtenue par les potentiomètres ou le codeur du moteur 45 (voir ci-après).
10 Si la vitesse montre une verticalisation de la machine, l'amplitude du sinus est augmentée de manière à augmenter le couple d'assistance et donc à aider l'utilisateur à se relever, si la vitesse montre une augmentation de l'inclinaison, l'amplitude
15 du sinus est diminuée de manière à diminuer le couple d'assistance pour ne pas freiner l'utilisateur dans son mouvement.
On a représenté sur la figure 9 un mode de fonctionnement complémentaire et/ou alternatif dit en
20 mode squat, c'est-à-dire lorsque l'utilisateur réalise un mouvement en maintenant le dos vertical. En effet dans ce cas-là le mode de commande standard n'apporte aucune assistance car la centrale inertielle ne détecte aucun tangage.
25 Dans ce cas, on calcule (bloc 60) à partir de l'encodeur du moteur et des potentiomètres (bloc 70) et en prenant en compte la position moyenne des articulations de hanche, sachant que la position zéro est en position debout, en plus et/ou en substitution
30 des informations de la centrale inertielle, la valeur p à partir des paramètres de la chaîne mécanique de réduction .
Ce mode de commande n'est utilisé que dans certains cas, car il peut apporter une assistance non
5 désirable, comme par exemple quand on est assis sur une chaise.
Bien évidemment l'assistance de ce mode de réalisation dit « squat » peut également mettre en œuvre la commande « boost » tel que décrite ci-avant
10 en référence à la figure 8.
La figure 10 montre le principe d'une structure déformable 73 prise en combinaison avec la structure dorsale et le système à poulies décrit ci-dessus, pour former un exosquelette permettant un soulagement
15 des efforts effectués non seulement sur les articulations lombaires et celles des hanches mais également sur celles des genoux.
Pour ce faire il est proposé d'utiliser de façon complémentaire une traction sur un câble aidant au
20 redressement et donc soulageant les efforts exercés sur l'articulation des genoux.
Plus précisément, le principe est ici d'utiliser de façon complémentaire une chaîne longiligne 74 d'éléments identiques 75 fixés rigidement d'un côté
25 76 sur un support flexible 77 et reliés entre eux de l'autre côté de façon glissante par un câble 78 passant au travers d'un canal situé dans la partie supérieure des éléments identiques du côté opposé au support .
30 Le câble est fixé à un élément distal 79 de la chaîne et agencé pour être fixé de l'autre côté 80 à des moyens de traction (non représentés) du type de ceux décrits en référence à la figure 7, par exemple à vis 47.
Un tel dispositif permet d'apporter efficacement
5 une assistance aux efforts de mise en tension/relâchement et/ou d'extension/pliage d'une articulation d'un utilisateur, tout en étant robuste et d'un coût raisonnable.
Il permet de s'adapter facilement et
10 automatiquement à toutes les morphologies et toutes les positions de l'opérateur, ce qui lui donne ainsi une excellente sensation de confort, tout en minimisant les risques de troubles musculosquelettiques et de fatigue.
15 Dans l'exemple de réalisation décrit ici de façon non limitative, les éléments identiques 75 de la chaîne sont des pièces en forme de T dont les pieds sont fixés sur le support flexible 77 et dont les barres tubulaires des T 82 laissent passer le câble
20 dans un orifice traversant cylindrique, de façon glissante .
Le support flexible est par exemple une bande de largeur comprise entre 2 cm et 10 cm, souple et flexible, agencée pour pouvoir s'adapter au mouvement
25 du genou, par exemple en matière plastique du type PTFE .
La figure 11 montre un dispositif complémentaire 83 comprenant une structure 84 mettant en œuvre le principe décrit ci-dessus, comprenant une bande
30 support 85, la chaîne 86, le câble 78 passant au travers des barres 82 des éléments 75, étant fixé à un élément d'extrémité et à son autre extrémité à des moyens de traction 87 comprenant un moteur rotatif 88 et une vis 89.
Le moteur est commandé par des moyens de détection
5 90, par exemple partagés avec les autres parties de l'exosquelette, des mouvements de l'articulation et des intentions de mouvement de l'opérateur.
Le dispositif comporte également des moyens de fixation sur la cuisse et la cheville de
10 l'utilisateur, de façon connue en soi, par exemple par des bandes souples respectivement 91 et 92.
On va maintenant décrire le fonctionnement de l'exosquelette par un utilisateur en référence aux figures 1 et 7.
15 L'opérateur 4 met tout d'abord en place l'exosquelette 1 sur ses épaules et fixe les bretelles 5 et la ceinture 16, puis les structures déformables 23 sur ses genoux. Il initialise alors le calculateur, la centrale inertielle, les
20 potentiomètres et l'encodeur du moteur, ce qui peut se faire également automatiquement au moment de la mise sous tension de l'exosquelette.
Une fois l'exosquelette opérationnel, il se positionne pour déplacer l'objet à soulever, par
25 exemple de 40 kg, par exemple situé en face de lui.
Pour ce faire il plie les genoux et/ou se penche en avant pour saisir la charge.
Dès qu'il plie les genoux et/ou plie le thorax, le dispositif de récupération du tangage et/ou de suivi
30 par le biais de la centrale inertielle et/ou des potentiomètres sur les hanches, est mis en œuvre et le calculateur prend en main la commande du moteur.
En effet dès qu'il commence à bouger ne serait-ce que de quelques millimètres, pour se baisser et
5 prendre l'objet, l'exosquelette relâche le câble (en débrayant le moteur ou en relâchant le piston) pour lui donner la souplesse nécessaire sous le contrôle des moyens de détection décrits ci-avant.
La charge est alors saisie.
10 Lorsque l'opérateur amorce le mouvement de remontée, l'exosquelette réagit en faisant remonter le point central de la boucle, ce qui entraine une mise en tension sur les poulies 33 et vient aider et/ou soulager les articulations du dos et des
15 hanches .
Simultanément, éventuellement en étant reliées et/ou synchronisées avec le câble principal 9, de façon directe et/ou débrayable et/ou par le biais d'un ressort amortisseur, et/ou de façon indépendante
20 par le biais de moteurs dédiés complémentaires, on tire sur les câbles des chaînes 74 des genoux, ce qui a pour effet de rigidifier lesdites chaînes entraînant également le soulagement des différentes articulations sollicitées et plus particulièrement
25 celles des genoux, en participant de façon synergétique au bon fonctionnement de l'ensemble de façon à contribuer au résultat recherché, à savoir d'apporter efficacement une assistance aux efforts verticaux d'un opérateur, tout en étant robuste et
30 d'un coût raisonnable, et ce même en cas de saisine de charges en porte à faux, c'est-à-dire entraînant des mouvements de torsion du thorax et/ou des genoux pour se saisir de la charge.
La centrale inertielle et/ou les potentiomètres, et le moteur sont informés du tangage et permettent 5 au calculateur d'adapter les efforts de traction sur les câbles pour permettre à l'opérateur de se relever sans effort avec la charge.
Il peut ensuite se déplacer sans difficulté et notamment sans être encombré, et replacer la charge à 10 l'endroit de sa destination, l'exosquelette étant utilisé de façon symétrique et différentielle entre les deux côtés du corps de l'opérateur ce qui limite considérablement les contraintes qui seraient autrement exercées de façon déséquilibrée sur les 15 articulations du dos, des hanches ou des genoux de l'utilisateur.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation plus particulièrement 20 décrits mais en embrasse au contraire toutes les variantes .

Claims

REVENDICATIONS
1 .Exosquelette (1) comprenant une structure
5 dorsale (2) axiale, fixable de façon amovible aux épaules (3) d'un opérateur (4), équipée d'un actionneur (6) en traction verticale d'un câble (9) de liaison et de mise en tension différentielle de deux équipements latéraux (10, il) symétriques par
10 rapport à ladite structure dorsale (2) et munis chacun respectivement de moyens (12) de fixation de façon amovible aux cuisses (13) de l'opérateur, la structure dorsale (2) et les équipements latéraux (10, 11) étant reliés entre eux par une ceinture (17)
15 de liaison agencée pour être maintenue entièrement à distance des lombaires de l'utilisateur et comprenant des moyens (19) de renvoi par poulies de l'effort de traction du câble, entre un système de poulies (21) solidaire de la structure dorsale (2) et lesdits
20 équipements latéraux, lesdits moyens de renvoi étant agencés pour transmettre la tension différentielle par ledit câble auxdits équipements latéraux pour tirer ou relâcher de façon équilibrée sur les cuisses de l'utilisateur via les moyens (12) de fixation
25 auxdites cuisses.
2.Exosquelette (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de poulies (21) solidaire de la structure dorsale appartenant aux moyens de renvoi par poulies comprend une poulie
30 centrale (20) attaquant une boucle centrale (9) formée par le câble, et deux premières poulies (40) latérales symétriques par rapport à ladite structure dorsale, chacune formant respectivement un axe de pivotement (40') au niveau des lombaires de l'utilisateur, et en ce que lesdits moyens (19) de
5 renvoi par poulies comprennent de plus deux deuxièmes poulies (33) latérales adjacentes solidaires des équipements latéraux, situées à distance des dites premières poulies et formant axes de pivotement (33') au niveau des hanches.
10 3. Exosquelette selon la revendication 2, caractérisé en ce que les axes de pivotement (40') sont parallèles entre eux et perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaires à l'axe de la colonne vertébrale .
15 4. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les axes de pivotement (40') au niveau des lombaires sont solidaires de la ceinture (17) et les axes (40') correspondant au niveau des hanches sont solidaires
20 d'un équipement latéral (10, il) correspondant, lesdits axes étant reliés entre eux par l'intermédiaire d'une pièce allongée (41).
5. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le câble
25 passe en dessous des premières (40) et deuxièmes (33) poulies latérales.
6.Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (6) en traction verticale comprend un
30 vérin d'actionnement vertical de déplacement d'une poulie centrale (20) supérieure coopérant avec la portion centrale du câble, formant boucle, de liaison et de mise en tension différentielle des deux équipements latéraux.
7. Exosquelette selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure dorsale (2) comporte un élément allongé (29) horizontal de déportement latéral de la direction de l'effort de traction du câble de part et d'autre et symétriquement sur les équipements 10 latéraux.
8. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'actionneur en traction verticale comprend une vis à bille et à chemin de câble comportant un écrou (38)
15 et la structure dorsale comporte un chariot (36) différentiel directement en lien avec l'écrou de la vis à bille.
9. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
20 comporte de plus deux structures déformables (23) identiques respectivement d'aide au mouvement d'articulation de chacun des genoux de l'utilisateur par traction par câble.
10. Exosquelette selon la revendication 9, 25 caractérisé en ce que chaque structure déformable
(23) comprend une chaîne (86) longiligne d'éléments (75) identiques fixés rigidement d'un côté sur un support flexible (85) et reliés entre eux de l'autre côté de façon glissante par un câble (78) fixé à une de ses extrémités à un élément distal de ladite chaîne et agencé pour être actionné à son autre extrémité par un actionneur, ladite structure comportant de plus des moyens (91, 92)de fixation du
5 support flexible de part et d'autre de l'articulation du genoux.
11. Exosquelette selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments (75) identiques de la chaîne sont des pièces en forme de T dont le pied
10 est fixé sur le support flexible et dont la barre est tubulaire et agencée pour laisser passer le câble, de façon glissante.
12. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
15 comprend des moyens (90) détecteurs du mouvement de l'utilisateur, et des moyens de calcul (60) du couple moteur de l'actionneur en fonction du sinus de l'angle de tangage issu desdits moyens détecteurs.
13. Exosquelette selon la revendication 12, 20 caractérisé en ce que les moyens (90) détecteurs du mouvement de l'utilisateur comprennent des moyens (49) de détection du mouvement des hanches de l'utilisateur, agencés pour détecter le mouvement de tangage par rapport à la gravité lors du mouvement 25 vertical de la structure dorsale (2), comprenant deux potentiomètres (51) chacun associé à une hanche et agencé pour être activés en même temps pour renseigner les moyens (50, 60) de calcul sur ledit mouvement de tangage. 14. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (52) détecteurs de l'intention de l'utilisateur par capteurs à jauge de contraintes
5 installé et/ou programmé pour optimiser le soulagement de l'utilisateur.
15. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte de plus deux moteurs d'actionnement
10 respectifs des poulies de renvoi au niveau des hanches de l'utilisateur.
16. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que les moyens (90) de détection de l'intention et/ou du
15 mouvement de l'utilisateur, et/ou les moyens (6) d'actionnement de la poulie centrale sont prévus dans la ceinture (17) de liaison.
17. Procédé d'utilisation d'un exosquelette (1) par un utilisateur (4) comprenant
20 une étape de fixation de façon amovible de l'exosquelette (1) sur le dos de l'utilisateur (4) par accrochage d'une structure dorsale axiale appartenant à 1 'exosquelette aux épaules (3) de l'utilisateur et attache aux cuisses (13) de
25 l'utilisateur de deux équipements (10, 11) latéraux fixés à ladite structure dorsale (2) par le biais d'une ceinture (17), ladite structure dorsale étant équipée d'un actionneur (6) en traction verticale d'un câble (9) de liaison et de mise en tension
30 différentielle du dit câble fixé de part et d'autre aux dits équipements latéraux (10,11), une étape de flexion du buste de l'utilisateur (4) pour prise d'une charge par les mains de l'utilisateur et une étape de relèvement dudit buste de façon assistée 5 par actionnement en traction verticale de l'actionneur (6) avec transmission de la tension différentielle par ledit câble auxdits équipements latéraux pour tirer ou relâcher de façon équilibrée sur les cuisses de l'utilisateur via des moyens (12) 10 de fixation auxdites cuisses.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que on transmet la traction différentielle aux dits équipements (10, il) latéraux par des moyens (19) de renvoi de l'effort de traction 15 du câble comprenant une poulie (20) centrale attaquant une boucle centrale formée par le câble et deux jeux de poulies (33, 40) latéraux, comprenant chacun respectivement et de façon symétrique, une première poulie (40) solidaire de la structure 20 dorsale et formant un axe de pivotement au niveau des lombaires de l'utilisateur, et une deuxième poulie (33) de renvoi fixée à l'équipement latéral (10, il) correspondant, formant axes de pivotement au niveau des hanches.
25
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