ES2634526T3

ES2634526T3 - Miembro inferior de un exoesqueleto o de un robot bípedo

Info

Publication number: ES2634526T3
Application number: ES14758364.5T
Authority: ES
Inventors: Philippe Garrec
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2034-08-29
Also published as: US10786414B2; EP3041645A1; EP3041645B1; US20160199978A1; FR3010343B1; FR3010343A1; WO2015032696A1; JP2016529126A

Abstract

Miembro inferior de exoesqueleto o de robot bípedo, que comprende un segmento de muslo (1; 101; 201), un segmento de pierna (3; 103; 203), y un pie (4; 104; 204), caracterizado por que el segmento de pierna comprende dos bielas (3a, 3b, 103a, 103b; 203a, 203b) que tienen extremos proximales que están articulados según ejes paralelos sobre el segmento de muslo, teniendo las dos bielas extremos distales articulados según ejes paralelos sobre el pie.

Description

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DESCRIPCION

Miembro inferior de un exoesqueleto o de un robot bfpedo

La invencion se refiere a un miembro inferior de un exoesqueleto o de un robot bfpedo. Tales miembros presentan en general un segmento de muslo al que esta articulado un segmento de pierna, estando un pie articulado en el extremo del segmento de pierna. El control completo del miembro inferior necesita un primer accionador para mandar la articulacion de cadera entre el muslo y una pelvis, un segundo accionador para controlar la articulacion de rodilla entre el muslo y la pierna, y un tercer accionador para controlar la articulacion de tobillo entre la pierna y el pie.

Este ultimo accionador lo lleva en general la pierna, lo que representa una masa importante con un fuerte desplazamiento, que induce un aumento importante de la inercia del miembro inferior. El documento WO 2009/082249 divulga un miembro inferior de exoesqueleto segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Objeto de la invencion

Un objeto de la invencion es proponer un miembro inferior de exoesqueleto o de robot bfpedo cuya articulacion de tobillo puede ser controlada sin los inconvenientes anteriormente citados.

Presentacion de la invencion

A estos efectos, se propone un miembro inferior de exoesqueleto o de robot bfpedo, que comprende un segmento de muslo, un segmento de pierna, y un pie, en el que, segun la invencion, el segmento de pierna comprende dos bielas que tienen extremos proximales articulados segun ejes de flexion paralelos sobre el segmento de muslo, teniendo las dos bielas extremos distales articulados segun ejes de flexion paralelos sobre el pie.

De este modo, el pie puede controlarse ejerciendo un esfuerzo sobre una de las bielas del segmento de pierna, lo que puede hacerse por medio de un accionador dispuesto directamente sobre el segmento de muslo. De esta manera, se preserva la inercia de la pierna, y la inercia del miembro inferior se encuentra por ello disminuida otro tanto.

Segun un modo de realizacion particular, la primera biela esta articulada directamente sobre un femur del segmento de muslo, mientras que la segunda biela esta articulada en el extremo de una manivela ella misma articulada sobre el femur del segmento de muslo. De este modo, la aplicacion del esfuerzo en la biela articulada sobre la manivela puede hacerse por medio de un accionador que controla la posicion angular de la manivela sobre el femur. Preferentemente, la manivela esta articulada sobre el femur segun el mismo eje de articulacion que la primera biela.

Presentacion de las figuras

La invencion se comprendera mejor a la luz de la descripcion que sigue de un modo particular de realizacion no limitativo de la invencion, con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos entre las que:

- La figura 1 es un esquema de principio de un miembro inferior segun un primer modo particular de realizacion de la invencion;

- La figura 2 es un esquema de principio de un miembro inferior segun un segundo modo particular de realizacion de la invencion;

- La figura 3 es un esquema de principio de un miembro inferior segun una variante de realizacion de la invencion;

- La figura 4 es un esquema de principio de un miembro inferior segun una variante de realizacion de la invencion;

- La figura 5 es una vista de frente del miembro inferior de la figura 4;

- La figura 6 es un esquema de principio de un miembro inferior segun un tercer modo particular de realizacion de

la invencion;

- La figura 7 es un esquema de principio de un miembro inferior segun una variante de la invencion;

- La figura 8 es vista de frente del miembro inferior de las figuras 6 y 7.

Descripcion detallada de modos de realizacion de la invencion

Con referencia a la figura 1, y de conformidad con un primer modo particular de realizacion, el segmento inferior de la invencion incluye sucesivamente un segmento de muslo 1 que comprende un femur 5 que tiene un extremo proximal articulado en una pelvis 2, un segmento de pierna 3 unido al segmento de muslo 1 y un pie 4 unido al segmento de pierna 3. De conformidad con la invencion, el segmento de pierna 3 incluye dos bielas 3a, 3b que tienen extremos proximales respectivos articulados sobre el extremo distal del femur 5 segun ejes de flexion paralelos, y extremos distales respectivos articulados sobre el pie 4 segun ejes de flexion paralelos, de modo que se forme un cuadrilatero deformable. Un accionador 6 (en este caso un accionador rotativo) esta dispuesto en este caso a la altura de la articulacion de la biela 3b para controlar la posicion angular de dicha biela con respecto del femur 5 y, de este modo, transmitir un momento de flexion.

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En este modo de realizacion, la postura del pie esta directamente determinada por la posicion angular de la biela 3b mandada por el accionador 6.

Un segundo modo particular de realizacion de la invencion se ilustra en las figuras 2 a 4 que presentan unas variantes de realizacion similares y en las que las referencias de los elementos comunes con la figura 1 estan aumentadas en una centena. En la figura 2, una de las bielas, en este caso la biela 103b, esta articulada no directamente sobre el femur 105, sino en el extremo de una manivela 107 montada con pivotamiento sobre el femur 105, y cuya posicion angular con respecto del femur 105 esta controlada por un accionador 108. En este caso, el eje de pivotamiento de la manivela 107 coincide con el eje de articulacion de la otra biela 103a. El accionador 108 permite controlar la posicion angular del pie 104, independientemente de la posicion del segmento de pierna 105 con respecto del segmento de muslo 101. Esta disposicion permite, por ejemplo, un apoyo sobre la punta del pie.

En la figura 3, la manivela 107 se ha invertido. El accionador 108 controla ahora la articulacion entre la manivela 107 y la biela 103b.

En estas dos variantes, la manivela se extiende hacia la parte delantera y constituye entonces una especie de proteccion de la rodilla del operario, en el caso en que el miembro inferior esta destinado a equipar un exoesqueleto.

En las figuras 4 y 5, las bielas 103a y 103b ahora estan cruzadas, extendiendose la manivela 107 hacia la parte trasera de la rodilla.

Estas tres variantes de realizacion permiten controlar la postura del pie con un accionador que se encuentra en la proximidad de la rodilla.

Segun un tercer modo particular de realizacion ilustrado en las figuras 6 y 7 en las que las referencias de los elementos comunes tambien estan aumentadas en una centena, se utiliza de nuevo una manivela 207 para unir una de las bielas 203a al 203b al femur 205. Esta vez, el segmento inferior incluye a la vez un accionador 206 que controla la posicion angular de la biela 203b con respecto al femur 205, y un accionador 208 que controla la posicion angular de la manivela 207 con respecto al femur 205.

La utilizacion de dos accionadores permite a la vez transmitir un momento de flexion entre el segmento de muslo y el segmento de pierna y controlar la postura del pie.

Por supuesto, el eje de articulacion de la manivela sobre el femur puede no coincidir con el de la biela que esta directamente articulada sobre el femur.

El pie esta ventajosamente provisto de sensores adaptados para detectar el contacto con el suelo.

En los ejemplos ilustrados, el o los accionadores que controlan la parte baja del miembro inferior se establecen de este modo sobre el segmento de muslo, que disminuye la inercia total del miembro inferior.

La invencion no se limita a lo que acaba de describirse, sino que engloba cualquier variante que entre en el marco definido por las reivindicaciones. En particular, aunque los accionadores ilustrados sean en este caso unos accionadores rotativos, se podra utilizar cualquier tipo de accionador, como unos accionadores lineales, unos gatos con cables, ya sean electricos, hidraulicos... Es mas, aunque en este caso, los accionadores esten dispuestos directamente a la altura de las articulaciones, por supuesto, podran estar desplazados y subidos, por ejemplo, a la altura de la pelvis.

Aunque las bielas ilustradas sean de longitud determinada, podran ser de longitud variable, por ejemplo, unas bielas telescopicas. Para terminar, las articulaciones seran preferentemente del tipo con pivote, pero podran incluir igualmente otros grados de libertadas. En particular, podran ser de rotula.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Miembro inferior de exoesqueleto o de robot bfpedo, que comprende un segmento de muslo (1; 101; 201), un segmento de pierna (3; 103; 203), y un pie (4; 104; 204), caracterizado por que el segmento de pierna comprende dos bielas (3a, 3b, 103a, 103b; 203a, 203b) que tienen extremos proximales que estan articulados segun ejes paralelos sobre el segmento de muslo, teniendo las dos bielas extremos distales articulados segun ejes paralelos sobre el pie.
2. Miembro inferior segun la reivindicacion 1, en el que el segmento de muslo incluye un femur (5), estando las dos bielas del segmento de pierna articuladas directamente sobre el femur, estando un accionador (6) dispuesto para controlar una posicion angular de una de las bielas con respecto al femur.
3. Miembro inferior segun la reivindicacion 1, en el que el segmento de muslo incluye un femur (105; 205), estando una de las bielas (103b; 203b) directamente articulada sobre el femur, mientras que la otra de las bielas (103a; 203a) esta articulada en el extremo de una manivela (107) montada con rotacion sobre el femur.
4. Miembro inferior segun la reivindicacion 3, en el que la manivela esta articulada sobre el femur segun el mismo eje de articulacion que la de las bielas directamente articulada sobre el femur.
5. Miembro inferior segun la reivindicacion 3, en el que un accionador (108; 208) esta dispuesto sobre el segmento de muslo para controlar una posicion angular de la manivela con respecto al femur.
6. Miembro inferior segun la reivindicacion 3, en el que un accionador (206) suplementario esta dispuesto sobre el segmento de muslo para controlar una posicion angular de la primera biela con respecto al femur.