ES2869623T3 - Dispositivo de unión para estructura de exoesqueleto que facilita el transporte de cargas durante la marcha o la carrera - Google Patents

Abstract

Dispositivo de unión (7) para estructura de exoesqueleto, que comprende: - un soporte (71) destinado a ser fijado sobre un cinturón lumbar (2), - una pieza de entrada (72) montada de manera rotativa con respecto al soporte (71) y apropiada para ser unida a un conjunto mecánico de espalda (5) de la estructura de exoesqueleto, - un dispositivo de transmisión (73), - una primera bieleta (74) montada de manera rotativa con respecto al soporte (71), presentando la primera bieleta (74) un primer extremo (741) unido a la pieza de entrada (72) por medio del dispositivo de transmisión (73), y un segundo extremo (742) apropiado para ser unido a una primera articulación de cadera (34) de un primer conjunto mecánico de pierna (3) de la estructura de exoesqueleto, y - una segunda bieleta (75) montada de manera rotativa con respecto al soporte (71), presentando la segunda bieleta (75) un primer extremo (751) unido a la pieza de entrada (72) por medio del dispositivo de transmisión (73), y un segundo extremo (752) apropiado para ser unido a una segunda articulación de cadera (44) de un segundo conjunto mecánico de pierna (4) de la estructura de exoesqueleto, estando el dispositivo de transmisión (73) dispuesto de manera que: - cuando se aplica una carga sobre la pieza de entrada (72) que tiende a hacer pivotar la pieza de entrada (72) en un primer sentido de rotación (D) con respecto al soporte (71), el dispositivo de transmisión transmite a la primera bieleta (74) una fuerza que tiende a hacer pivotar la primera bieleta (74) para transferir la carga hacia el primer conjunto mecánico de pierna (3) y descargar el segundo conjunto mecánico de pierna (5) de la estructura de exoesqueleto, y - cuando se aplica una carga sobre la pieza de entrada (72) que tiende a hacer pivotar la pieza de entrada (72) en un segundo sentido de rotación (E) con respecto al soporte (71), opuesto al primer sentido de rotación, el dispositivo de transmisión (73) transmite a la segunda bieleta (75) una fuerza que tiende a hacer pivotar la segunda bieleta (75) para transferir la carga hacia el segundo conjunto mecánico de pierna (5) y descargar el primer conjunto mecánico de pierna (3) de la estructura de exoesqueleto.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de unión para estructura de exoesqueleto que facilita el transporte de cargas durante la marcha o la carrera

Campo de la invención

La invención se refiere a un dispositivo de unión para estructura de exoesqueleto, y a una estructura de exoesqueleto que comprende dicho dispositivo.

Estado de la técnica

En el campo militar, los soldados de infantería están equipados habitualmente con mochilas, que les permiten transportar material. Cuando los soldados de infantería realizan misiones prolongadas, el peso de la mochila puede alcanzar los 50 kilogramos. El peso de la mochila puede reducir en gran medida la movilidad del soldado de infantería y genera un gasto metabólico más importante.

Además, la mochila reposa generalmente sobre los hombros o sobre las caderas del usuario, lo cual puede generar unos trastornos musculoesqueléticos a nivel de los hombros, unas presiones cutáneas, incluso ser la causa de síntomas neurológicos periféricos por compresión nerviosa (hormigueos).

Las soluciones actuales consisten en distribuir el peso de la mochila al mismo tiempo sobre los hombros con la ayuda de correas, y sobre las caderas con la ayuda de un cinturón ventral. Estas soluciones no permiten, no obstante, aliviar totalmente al usuario.

Los exoesqueletos de asistencia al esfuerzo son unas estructuras mecánicas que duplican la estructura del esqueleto humano y que permiten mejorar las capacidades físicas del cuerpo humano.

Se han propuesto algunas estructuras de exoesqueleto que permiten que el peso de la mochila descanse sobre el suelo.

Sin embargo, las estructuras de exoesqueleto conocidas (a veces calificadas como "robots andantes") generan un espacio ocupado muy significativo y reducen la movilidad del usuario.

En particular, en estas estructuras de exoesqueleto, la carga de la mochila se apoya sobre las partes inferiores del exoesqueleto, que se extienden a lo largo de las piernas del usuario hasta el suelo. Esta carga tiene tendencia por consiguiente a oponerse a los movimientos de los pies del usuario durante la marcha, en particular cuando el usuario levanta su pie del suelo.

El documento US 2006/260620 A1 muestra una estructura de exoesqueleto que comprende un cinturón lumbar, un primer y un segundo conjunto mecánico de pierna, un conjunto mecánico de espalda para el transporte de una carga, así como un conjunto de unión de estos diferentes elementos. El conjunto de unión comprende un soporte fijado sobre el cinturón lumbar, una primera y una segunda bieleta montadas cada una de forma rotativa con respecto a dicho soporte y que presentan cada una un extremo apropiado para ser unido a una articulación de cadera, así como un primer y un segundo resorte de transmisión de fuerza que tiende a ayudar al usuario a mantener vertical el conjunto mecánico de la espalda durante la marcha.

Resumen de la invención

Un objetivo de la invención es proponer una solución para permitir que un usuario se libere de una parte importante del peso de su mochila, sin reducir por ello la movilidad de la parte baja de su cuerpo durante la marcha o la carrera.

En el marco de la presente invención, este objetivo se alcanza gracias a un dispositivo de unión para estructura de exoesqueleto, que comprende:

- un soporte destinado a ser fijado a un cinturón lumbar,

- una pieza de entrada montada de manera rotativa con respecto al soporte y apropiada para ser unida a un conjunto mecánico de espalda de la estructura de exoesqueleto,

- un dispositivo de transmisión,

- una primera bieleta montada de manera rotativa con respecto al soporte, presentando la primera bieleta un primer extremo unido a la pieza de entrada por medio del dispositivo de transmisión y un segundo extremo apropiado para ser unido a una primera articulación de cadera de un primer conjunto mecánico de pierna de la estructura de exoesqueleto, y

- una segunda bieleta montada de manera rotativa con respecto al soporte, presentando la segunda bieleta un primer extremo unido a la pieza de entrada por medio del dispositivo de transmisión y un segundo extremo apropiado para ser unido a una segunda articulación de cadera de un segundo conjunto mecánico de pierna de la estructura de exoesqueleto,

estando el dispositivo de transmisión dispuesto de manera que:

- cuando se aplica una carga sobre la pieza de entrada que tiende a hacer pivotar la pieza de entrada en un primer sentido de rotación con respecto al soporte, el dispositivo de transmisión transmita a la primera bieleta una fuerza que tiende a hacer pivotar la primera bieleta alrededor de su eje para transferir la carga hacia el primer conjunto mecánico de pierna y descargar el segundo conjunto mecánico de pierna de la estructura de exoesqueleto, y

- cuando se aplica una carga sobre la pieza de entrada que tiende a hacer pivotar la pieza de entrada en un segundo sentido de rotación con respecto al soporte, opuesto al primer sentido de rotación, el dispositivo de transmisión transmita a la segunda bieleta una fuerza que tiende a hacer pivotar la segunda bieleta alrededor de su eje para transferir la carga hacia el segundo conjunto mecánico de pierna y descargar el primer conjunto mecánico de pierna de la estructura de exoesqueleto.

Durante el ciclo de la marcha, los conjuntos mecánicos de pierna de la estructura del exoesqueleto están en contacto con el suelo de manera alternada. El dispositivo de unión propuesto permite transferir la carga generada por el peso de la mochila hacia el conjunto mecánico de pierna en contacto con el suelo y aliviar el conjunto mecánico de pierna que no está en contacto con el suelo.

Más precisamente, para cada conjunto mecánico de pierna:

- durante la fase de apoyo, que corresponde a un periodo en el que el pie está en contacto con el suelo, la carga es transmitida al suelo por el conjunto mecánico de pierna, y

- durante la fase oscilante en la que el pie ya no está en contacto con el suelo, el conjunto mecánico de pierna está libre de cualquier carga generada por la mochila, de manera que el pie oscilante está libre de su movimiento.

Por otro lado, cuando el usuario está de pie inmóvil, los conjuntos mecánicos de pierna de la estructura del exoesqueleto están simultáneamente en contacto con el suelo. El dispositivo de unión propuesto permite distribuir la carga generada por el peso de la mochila distribuyéndola en los dos conjuntos mecánicos de pierna.

El dispositivo de unión puede presentar además las características siguientes:

- la pieza de entrada está montada de manera deslizante con respecto al soporte,

- la pieza de entrada está montada de manera deslizante con respecto al soporte mediante una deslizadera y un pasador cilindrico apropiado para deslizar en el interior de la deslizadera y para girar con respecto a la deslizadera,

- la pieza de entrada presenta una primera rama que tiene un extremo unido a la primera bieleta por medio del dispositivo de transmisión, y una segunda rama que tiene un extremo unido a la segunda bieleta por medio del dispositivo de transmisión,

- el dispositivo de transmisión es un dispositivo de poleas y cables,

- el dispositivo de transmisión comprende un primer cable que une la pieza de entrada con el primer extremo de la primera bieleta, y un segundo cable que une la pieza de entrada con el primer extremo de la segunda bieleta,

- el dispositivo comprende una primera polea montada en rotación sobre el soporte, y en el que el primer cable une la pieza de entrada con el primer extremo de la primera bieleta apoyándose sobre una superficie circunferencial de la primera polea,

- el dispositivo comprende una segunda polea montada en rotación sobre el soporte, y en el que el segundo cable une la pieza de entrada con el primer extremo de la segunda bieleta apoyándose sobre una superficie circunferencial de la segunda polea,

- la primera polea y la segunda polea tienen sus ejes de rotación confundidos,

- el dispositivo de transmisión comprende una primera polea montada en rotación sobre el soporte, un primer cable que une la pieza de entrada con la primera polea, y un tercer cable que une la primera polea con el primer extremo de la primera bieleta,

- el primer cable se apoya sobre una primera superficie circunferencial de la primera polea y el tercer cable se apoya sobre una tercera superficie circunferencial de la primera polea, la tercera superficie circunferencial presenta un radio inferior al radio de la primera superficie circunferencial,

- el dispositivo de transmisión comprende una segunda polea montada en rotación sobre el soporte, un segundo cable que une la pieza de entrada con la segunda polea, y un cuarto cable que une la segunda polea con el primer extremo de la segunda bieleta,

- el segundo cable se apoya sobre una segunda superficie circunferencial de la segunda polea y el cuarto cable se apoya sobre una cuarta superficie circunferencial de la segunda polea, la cuarta superficie circunferencial presenta un radio inferior al radio de la segunda superficie circunferencial,

- la primera polea y/o la segunda polea tiene(n) un eje de rotación confundido con el eje de rotación de la primera bieleta y/o de la segunda bieleta.

La invención se refiere además a una estructura de exoesqueleto que comprende:

- un cinturón lumbar apropiado para rodear la cintura de un usuario,

- un primer conjunto mecánico de pierna apropiado para extenderse a lo largo de una primera pierna del usuario,

- un segundo conjunto mecánico de pierna apropiado para extenderse a lo largo de una segunda pierna del usuario,

- un conjunto mecánico de espalda apropiado para extenderse a lo largo de la espalda del usuario para transportar una carga,

- un dispositivo de unión tal como se ha definido anteriormente, cuya pieza de entrada está unida a la estructura de espalda, el soporte está fijado al cinturón lumbar, la primera bieleta tiene su segundo extremo unido al primer conjunto mecánico de pierna por medio de una primera articulación de cadera, y la segunda bieleta tiene su segundo extremo unido al segundo conjunto mecánico de pierna por medio de una segunda articulación de cadera.

Presentación de las figuras

Otras características y ventajas se desprenderán de la descripción siguiente, la cual es puramente ilustrativa y no limitativa, y debe leerse con respecto a las figuras adjuntas, entre las cuales:

- la figura 1 representa, de manera esquemática, en vista frontal, una estructura de exoesqueleto de acuerdo con un modo de realización de la invención,

- la figura 2 representa, de manera esquemática, en vista lateral, la estructura de exoesqueleto de la figura 1,

- las figuras 3 y 4 representan, de manera esquemática, un dispositivo de unión de acuerdo con un primer modo de realización de la invención,

- la figura 5 es un diagrama que ilustra el funcionamiento del dispositivo de unión de las figuras 3 y 4, - la figura 6 representa, de manera esquemática, un dispositivo de unión de acuerdo con un segundo modo de realización de la invención.

Descripción detallada de un modo de realización

En las figuras 1 y 2, la estructura de exoesqueleto 1 representada comprende un cinturón lumbar 2, un primer conjunto mecánico de pierna 3, un segundo conjunto mecánico de pierna 4, y un conjunto mecánico de espalda 5. El cinturón lumbar 2 es apropiado para rodear la cintura de un usuario. El cinturón lumbar 2 está dispuesto alrededor de la cintura del usuario, apoyado sobre las caderas del usuario. El cinturón lumbar puede soportar una batería que permite alimentar los diferentes accionadores de la estructura dl exoesqueleto con energía eléctrica, y una unidad de control programada para controlar los diferentes accionadores. La batería y la unidad de control están fijadas al cinturón lumbar.

El primer conjunto mecánico de pierna 3 se extiende a lo largo de un primer miembro inferior (pierna derecha) del usuario. El primer conjunto mecánico de pierna 3 es apropiado para ser sujetado al primer miembro inferior para ayudar al movimiento del primer miembro inferior en la marcha o la carrera.

El segundo conjunto mecánico de pierna 4 se extiende a lo largo de un segundo miembro inferior (pierna izquierda) del usuario. El segundo conjunto mecánico de pierna 4 es apropiado para ser sujetado al segundo miembro inferior para ayudar al movimiento del segundo miembro inferior en la marcha o la carrera.

Se observará que el primer conjunto mecánico de pierna 3 y el segundo conjunto mecánico de pierna 4 son simétricos uno al otro. Estos conjuntos 3 y 4 comprenden, por lo tanto, unas partes idénticas o similares.

El primer conjunto mecánico 3 comprende una primera pieza femoral 31, una primera pieza tibial 32, y una primera pieza de pie 33.

La primera pieza femoral 31 comprende un primer segmento femoral 311 previsto para extenderse a lo largo de un primer muslo (muslo derecho) del usuario y unas correas de fijación 312 apropiadas para rodear el primer muslo del usuario para fijar el segmento femoral 311 al primer muslo.

La primera pieza tibial 32 comprende un primer segmento tibial 321 previsto para extenderse a lo largo de una primera pantorrilla (pantorrilla derecha) del usuario y unas correas de fijación 322 apropiadas para rodear la primera pantorrilla del usuario para fijar el segmento tibial 321 a la primera pantorrilla.

La primera pieza de pie 33 está fijada a un primer zapato 35 del usuario, por ejemplo a una suela 351 del zapato 37. La primera pieza de pie 33 puede estar fijada a la suela 371 mediante tornillos.

El primer segmento femoral 311 comprende un primer extremo 313 conectado al cinturón lumbar 2 por medio de una primera articulación de cadera 34 y un segundo extremo 314 conectado al primer segmento tibial 321 por medio de una primera articulación de rodilla 35.

El primer segmento tibial 321 comprende un primer extremo 323 conectado al primer segmento femoral 311 por la primera articulación de rodilla 35 y un segundo extremo 324 conectado a la primera pieza de pie 33 por medio de una primera articulación de tobillo 36.

El segundo conjunto mecánico 4 es simétrico al primer conjunto mecánico 3.

El segundo conjunto mecánico 4 comprende asimismo una segunda pieza femoral 41, una segunda pieza tibial 42 y una segunda pieza de pie 43.

La segunda pieza femoral 41 comprende un segundo segmento femoral 411 previsto para extenderse a lo largo de un segundo muslo (muslo izquierdo) del usuario y unas correas de fijación 412 apropiadas para rodear el segundo muslo del usuario para fijar el segmento femoral 411 al segundo muslo.

La segunda pieza tibial 42 comprende un segundo segmento tibial 421 previsto para extenderse a lo largo de una segunda pantorrilla (pantorrilla izquierda) del usuario y unas correas de fijación 422 apropiadas para rodear la segunda pantorrilla del usuario para fijar el segmento tibial 421 a la segunda pantorrilla.

La segunda pieza de pie 43 está fijada a un segundo zapato 47 del usuario, por ejemplo a una suela 471 del zapato 47. La segunda pieza de pie 43 puede estar fijada a la suela 471 mediante tornillos.

El segundo segmento femoral 411 comprende un primer extremo 413 conectado al cinturón lumbar 2 por medio de una segunda articulación de cadera 44, y un segundo extremo 414 conectado al segundo segmento tibial 421 por medio de una segunda articulación de rodilla 45.

El segundo segmento tibial 421 comprende un primer extremo 423 conectado al segundo segmento femoral 411 por la segunda articulación de rodilla 45, y un segundo extremo 424 conectado a la segunda pieza de pie 43 por medio de una segunda articulación de tobillo 46.

Las articulaciones de cadera 34, 44 y las articulaciones de rodilla 35, 45 pueden comprender unos accionadores que permiten ayudar al usuario cuando tiene lugar un movimiento de flexión o de extensión de la cadera o de la rodilla.

El conjunto mecánico de espalda 5 (visible en la figura 2) es apropiado para extenderse a lo largo de la espalda del usuario para transportar una carga 6, por ejemplo una mochila.

La estructura de exoesqueleto 1 comprende asimismo un dispositivo de unión 7 que permite unir el conjunto mecánico de espalda 5 al cinturón lumbar 2 y a los conjuntos mecánicos de pierna 3 y 4.

Cuando la carga 6 está fijada al conjunto mecánico de espalda 5, el peso de la carga 6 es transferida al suelo, a través del cinturón lumbar 2 y los conjuntos mecánicos de pierna 3 y 4.

Las figuras 3 y 4 representan, de manera esquemática, un dispositivo de unión 7 de acuerdo con un primer modo de realización, que une el conjunto mecánico de espalda 5 al cinturón lumbar 2 y a los conjuntos mecánicos de pierna 3 y 4.

El dispositivo de unión 7 comprende un soporte 71, una pieza de entrada 72, un dispositivo de transmisión 73, una primera bieleta 74 y una segunda bieleta 75.

El soporte 71 está fijado sobre el cinturón lumbar 2.

La pieza de entrada 72 está unida al conjunto mecánico de espalda 5. La pieza de entrada 72 está montada de manera deslizante con respecto al soporte 71 por medio de una deslizadera 711 y de un pasador cilíndrico 721 apropiado para deslizar en el interior de la deslizadera 711 y para girar con respeto a la deslizadera 711. Más precisamente, el pasador 721 está montado fijo sobre la pieza de entrada 72 y la deslizadera 711 está montada fija sobre el soporte 71. El pasador 721 y la deslizadera 711 permiten así una traslación de la pieza de entrada 72 con respecto al soporte 71 según una dirección sustancialmente vertical cuando el usuario se mantiene en posición de pie. El pasador 721 y la deslizadera 711 permiten asimismo una rotación de la pieza de entrada 72 con respecto al soporte 71 según un eje de rotación paralelo al eje sagital del usuario.

La pieza de entrada 72 presenta una forma general de U con una primera rama 722 y una segunda rama 723. La primera rama 722 presenta un primer extremo 724 y la segunda rama 723 presenta un segundo extremo 725. El dispositivo de transmisión 73 comprende una primera polea 76, una segunda polea 77, un primer cable 78 y un segundo cable 79.

La primera polea 76 está montada en rotación sobre el soporte 71 alrededor de un primer eje de rotación 763. La primera polea 76 comprende una primera rueda 761 que tiene una primera superficie circunferencial 762. La primera superficie circunferencial 762 puede presentar una primera ranura para recibir y guiar el primer cable 78. La segunda polea 77 está montada asimismo en rotación sobre el soporte 71 alrededor de un segundo eje de rotación 773. La segunda polea 77 comprende una segunda rueda 771 que tiene una segunda superficie circunferencial 772. La segunda superficie circunferencial 772 puede presentar una segunda ranura para recibir y guiar el segundo cable 79.

Las dos poleas 76 y 77 pueden estar dispuestas lado a lado teniendo unos ejes de rotación 763 y 773 separados y paralelos, o estar dispuestas superpuestas teniendo sus ejes de rotación 763 y 773 confundidos.

La primera bieleta 74 está montada de forma rotativa sobre el soporte 71. Preferentemente, la primera bieleta 74 está montada de forma rotativa alrededor de un eje de rotación 743 confundido con un eje de aducción/abducción de la primera articulación de cadera (articulación de la cadera derecha) del usuario. La primera bieleta 74 presenta un primer extremo 741 unido a la pieza de entrada 72 por medio del dispositivo de transmisión 73 y un segundo extremo 742 unido a la primera articulación de cadera 34 del primer conjunto mecánico de pierna 3.

La segunda bieleta 75 está montada de forma rotativa con respecto al soporte 71. Preferentemente, la segunda bieleta 75 está montada de forma rotativa alrededor de un eje de rotación 753, paralelo al eje de rotación 743 de la primera bieleta 74, y confundido con un eje de aducción/abducción de la segunda articulación de cadera (articulación de la cadera izquierda) del usuario. La segunda bieleta 75 presenta un primer extremo 751 unido a la pieza de entrada 72 por medio del dispositivo de transmisión 73 y un segundo extremo 752 unido a la segunda articulación de cadera 44 del segundo conjunto mecánico de pierna 4.

El primer cable 78 une la pieza de entrada 72 a la primera bieleta 74, apoyándose sobre la superficie circunferencial 762 de la primera polea 76. Más precisamente, el primer cable 78 presenta un primer extremo 781 unido al primer extremo 724 de la pieza de entrada 72 y un segundo extremo 782 unido al primer extremo 741 de la primera bieleta 74.

Asimismo, el segundo cable 79 une la pieza de entrada 72 a la segunda bieleta 75, apoyándose sobre la superficie circunferencial 771 de la segunda polea 77. Más precisamente, el segundo cable 79 presenta un primer extremo 791 sujeto al segundo extremo 725 de la pieza de entrada 72 y un segundo extremo 792 sujeto al primer extremo 751 de la segunda bieleta 75.

Por otro lado, como se puede ver en la figura 4, cada bieleta 74, 75 puede estar unida a un conjunto mecánico de pierna 3, 4 respectivo por medio de segmentos articulados 84, 85. Más precisamente, el primer segmento 84 comprende dos partes de segmentos 841 y 842 articuladas por medio de una unión de pivote 843 que permite una rotación de las partes de segmentos una con respecto a la otra alrededor de un eje vertical. Asimismo, el segundo segmento 85 comprende dos partes de segmentos 851 y 852 articuladas por medio de una unión de pivote 853 que permite una rotación de las partes de segmentos una con respecto a la otra alrededor de un eje vertical. Las uniones de pivote 843 y 853 permiten acomodar los movimientos de rotación interno y externo de las caderas del usuario.

La figura 5 ilustra el principio de funcionamiento del dispositivo de unión 7.

El dispositivo de unión 7 funciona de la manera siguiente.

Cuando el usuario está de pie apoyado sobre sus dos piernas, en posición estática, el peso de la carga 6 soportada por el conjunto mecánico de espalda 5 es transmitido a la pieza de entrada 72 (flecha A). El peso tiene el efecto de poner en tensión el primer cable 78 y el segundo cable 79. La tensión ejercida sobre el primer cable 78 es idéntica a la tensión ejercida sobre el segundo cable 79. Esta tensión es igual a la mitad de la carga.

Esto tiene por consecuencia que el primer cable 78 ejerza sobre la primera bieleta 74 una primera fuerza que tiende a hacer pivotar la primera bieleta 74 según un primer sentido de rotación (flecha B).

Asimismo, el segundo cable 79 ejerce sobre la segunda bieleta 75 una segunda fuerza que tiende a hacer pivotar la segunda bieleta 75 según un segundo sentido de rotación (flecha C), opuesto al primer sentido de rotación.

La primera bieleta 74 transmite así una primera fuerza al primer conjunto mecánico de pierna 3 y la segunda bieleta 75 transmite una segunda fuerza al segundo conjunto mecánico de pierna 4. La primera fuerza es idéntica a la segunda fuerza, de manera que los dos conjuntos mecánicos de pierna 3 y 4 soportan una fuerza de apoyo idéntica, igual a la mitad de la carga.

Cuando el usuario camina, el usuario se apoya alternativamente sobre su primera pierna (pierna derecha) y sobre su segunda pierna (pierna izquierda), lo cual provoca una ligera oscilación de la pieza de entrada 72 alrededor de su eje de rotación.

Durante una primera fase del ciclo de la marcha, cuando el usuario se apoya sobre su primera pierna, la pieza de entrada 72 tiene tendencia a pivotar con respecto a la pieza de soporte 71, según un primer sentido de rotación (flecha D) alrededor de su eje de rotación.

La rotación de la pieza de entrada 72 en el primer sentido tiene el efecto de tensar el primer cable 78 y destensar el segundo cable 79. Dicho de otra manera, la tensión en el primer cable 78 se vuelve superior a la tensión en el segundo cable 79. El primer cable 78 transmite a la primera bieleta 74 una fuerza que tiende a hacer pivotar la primera bieleta 74 con respecto a la pieza de soporte 71 en el primer sentido de rotación (flecha B) alrededor de su eje de rotación 743. Esto tiene el efecto de que la totalidad de la carga que se ejerce sobre el conjunto mecánico de espalda 5 sea transferida por la primera bieleta 74 al primer conjunto mecánico de pierna 3 por medio de la primera articulación de cadera 34.

A la inversa, la fracción de la carga transmitida al segundo conjunto mecánico de pierna 4 se reduce en gran medida, lo cual permite que el usuario pueda levantar su segunda pierna del suelo sin ejercer ningún esfuerzo excesivo.

Durante una segunda fase del ciclo de marcha, cuando el usuario se apoya sobre su segunda pierna, la pieza de entrada 72 tiene tendencia a pivotar con respecto a la pieza de soporte 71, según un segundo sentido de rotación (flecha E) alrededor de su eje de rotación, siendo el segundo sentido de rotación opuesto al primer sentido de rotación.

La rotación de la pieza de entrada 72 en el segundo sentido tiene el efecto de tensar el segundo cable 79 y destensar el primer cable 78. Dicho de otra manera, la tensión en el segundo cable 79 se vuelve superior a la tensión en el primer cable 78. El segundo cable 79 transmite a la segunda bieleta 75 una fuerza que tiende a hacer pivotar la segunda bieleta 75 con respecto a la pieza de soporte 71 en el segundo sentido de rotación (flecha C) alrededor de su eje de rotación 753. Esto tiene el efecto de que la totalidad de la carga que se ejerce sobre el conjunto mecánico de espalda 5 sea transferida por la segunda bieleta 75 al segundo conjunto mecánico de pierna 4 por medio de la segunda articulación de cadera 44.

A la inversa, la fracción de la carga transmitida al primer conjunto mecánico de pierna 3 se reduce en gran medida, lo cual permite que el usuario pueda levantar su primera pierna del suelo sin ejercer ninguna fuerza excesiva.

Durante el ciclo de marcha, la carga es transferida así alternativamente hacia el primer conjunto mecánico de pierna 3 y hacia el segundo conjunto mecánico de pierna 4. Gracias al dispositivo de unión 7 propuesto, la carga es transferida siempre hacia el conjunto mecánico de pierna 3 o 4 que está en contacto con el suelo. El otro conjunto mecánico de pierna soporta solamente una fracción reducida de la carga, de manera que el usuario pueda levantar fácilmente la pierna correspondiente.

La figura 6 representa, de manera esquemática, un dispositivo de unión 7 de acuerdo con un segundo modo de realización.

Al igual que en el primer modo de realización, el dispositivo de unión 7 comprende un soporte 71, una pieza de entrada 72, un dispositivo de transmisión 73, una primera bieleta 74 y una segunda bieleta 75.

El soporte 71 está fijado sobre el cinturón lumbar 2.

La pieza de entrada 72 está unida al conjunto mecánico de espalda 5. La pieza de entrada 72 está montada de manera deslizante con respecto al soporte 71 por medio de una deslizadera 711 y de un pasador cilíndrico 721 apropiado para deslizar en el interior de la deslizadera 711 y para girar con respecto a la deslizadera 711.

En este segundo modo de realización, la pieza de entrada 72 presenta una forma general de T invertida con una primera rama 722 y una segunda rama 723. La primera rama 722 presenta un primer extremo 724 y la segunda rama 723 presenta un segundo extremo 725.

El dispositivo de transmisión 73 comprende a una primera polea 76, una segunda polea 77, una tercera polea 86, una cuarta polea 87, un primer cable 78, un segundo cable 79, un tercer cable 88 y un cuarto cable 89.

La primera polea 76 está montada en rotación sobre el soporte 71 alrededor de un primer eje de rotación 763. La primera polea 76 comprende una primera rueda 761 que tiene dos superficies circunferenciales 762 y 764 que presentan unos radios diferentes. El radio de la superficie circunferencial 764 es inferior al radio de la superficie circunferencial 762. La superficie circunferencial 762 puede presentar una ranura para recibir y guiar el primer cable 78. La superficie circunferencial 764 puede presentar asimismo una ranura para recibir y guiar el tercer cable 88.

La segunda polea 77 está montada asimismo en rotación sobre el soporte 71 alrededor de un segundo eje de rotación 773. La segunda polea 77 comprende una segunda rueda 771 que tiene asimismo dos superficies circunferenciales 772 y 774. El radio de la superficie circunferencial 774 es inferior al radio de la superficie circunferencial 772. La superficie circunferencial 772 puede presentar una ranura para recibir y guiar el segundo cable 79. La cuarta superficie circunferencial 764 puede presentar una ranura para recibir y guiar el cuarto cable 89.

La primera bieleta 74 está montada de manera rotativa con respecto al soporte 71. Más precisamente, la primera bieleta 74 está montada de manera rotativa alrededor de un eje de rotación confundido con el eje de rotación 763 de la primera polea 76. La primera bieleta 74 presenta un primer extremo 741 unido a la pieza de entrada 72 por medio del dispositivo de transmisión 73 y un segundo extremo 742 unido a la primera articulación de cadera 34 del primer conjunto mecánico de pierna 3.

La segunda bieleta 75 está montada de manera rotativa con respecto al soporte 71. Más precisamente, la segunda bieleta 75 está montada de manera rotativa alrededor de un eje de rotación 753 confundido con el eje de rotación de la segunda polea 77. La segunda bieleta 75 presenta un primer extremo 751 unido a la pieza de entrada 72 por medio del dispositivo de transmisión 73 y un segundo extremo 752 unido a la segunda articulación de cadera 44 del segundo conjunto mecánico de pierna 4.

El primer cable 78 une la pieza de entrada 72 a la primera polea 76 apoyándose sobre la superficie circunferencial 762 de la primera polea 76. El tercer cable 88 une la primera polea 76 a la primera bieleta 74, apoyándose sobre la superficie circunferencial 764 de la primera polea 76 y sobre la superficie circunferencial 862 de la tercera polea 86.

Más precisamente, el primer cable 78 presenta un primer extremo 781 sujeto al primer extremo 724 de la pieza de entrada 72 y un segundo extremo 782 sujeto a la primera superficie circunferencial 762 de la primera polea 76.

El tercer cable 88 presenta un primer extremo 881 sujeto a la superficie circunferencial 764 de la primera polea 76 y un segundo extremo 882 sujeto al primer extremo 741 de la primera bieleta 74.

Asimismo, el segundo cable 79 une la pieza de entrada 72 a la segunda polea 77 apoyándose sobre la superficie circunferencial 772 de la segunda polea 77. El cuarto cable 89 une la segunda polea 77 a la segunda bieleta 75, apoyándose sobre la superficie circunferencial 774 de la segunda polea 77 y sobre la superficie circunferencial 872 de la cuarta polea 87.

Más precisamente, el segundo cable 79 presenta un primer extremo 791 sujeto al segundo extremo 725 de la pieza de entrada 72 y un segundo extremo 792 sujeto a la superficie circunferencial 772 de la segunda polea 77.

El cuarto cable 89 presenta un primer extremo 891 sujeto a la superficie circunferencial 774 de la segunda polea 77 y un segundo extremo 892 sujeto al primer extremo 751 de la segunda bieleta 75.

Como cada polea 76 (respectivamente 77) presenta dos superficies circunferenciales 762 y 764 (respectivamente 771 y 774) de radios diferentes, el dispositivo de transmisión 73 permite desmultiplicar la tensión ejercida por el primer cable 78 (respectivamente el segundo cable 88) que es transmitida al tercer cable 88 (respectivamente al cuarto cable 89).

Esta configuración permite obtener un dispositivo de transmisión 73 particularmente compacto.

En funcionamiento, la rotación de la pieza de entrada 72 en el primer sentido de rotación (flecha D) tiene el efecto de tensar el primer cable 78. El primer cable 78 transmite a la primera polea 76 una fuerza que tiende a hacer pivotar la primera polea 76 con respecto a la pieza de soporte 71 en el primer sentido de rotación (flecha B) alrededor de su eje de rotación 763.

La rotación de la primera polea 76 en el primer sentido de rotación tiene el efecto de enrollar el tercer cable 88 alrededor de la primera polea 76. Sin embargo, como el radio de la superficie circunferencial 764 es inferior al radio de la superficie circunferencial 762, la tensión que es transmitida al tercer cable 88 es superior a la tensión ejercida por el primer cable 78.

A la inversa, la rotación de la pieza de entrada 72 en el segundo sentido de rotación (flecha E) tiene el efecto de tensar el segundo cable 79. El segundo cable 79 transmite a la segunda polea 77 una fuerza que tiende a hacer pivotar la segunda polea 77 con respecto a la pieza de soporte 71 en el segundo sentido de rotación (flecha C) alrededor de su eje de rotación 773.

La rotación de la segunda polea 77 en el segundo sentido de rotación tiene el efecto de enrollar el cuarto cable 89 alrededor de la segunda polea 77. Sin embargo, como el radio de la superficie circunferencial 774 es inferior al radio de la superficie circunferencial 772, la tensión transmitida al cuarto cable 89 es superior a la tensión ejercida por el segundo cable 79.

Al igual que en el primer modo de realización, durante el ciclo de marcha, la carga es transferida alternativamente hacia el primer conjunto mecánico de pierna 3 y hacia el segundo conjunto mecánico de pierna 4. Gracias al dispositivo de unión 7 propuesto, la carga es transferida siempre hacia el conjunto mecánico de pierna 3 o 4 que está en contacto con el suelo. El otro conjunto mecánico de pierna soporta solamente una fracción reducida de la carga de manera que el usuario pueda levantar fácilmente la pierna correspondiente.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de unión (7) para estructura de exoesqueleto, que comprende:

- un soporte (71) destinado a ser fijado sobre un cinturón lumbar (2),

- una pieza de entrada (72) montada de manera rotativa con respecto al soporte (71) y apropiada para ser unida a un conjunto mecánico de espalda (5) de la estructura de exoesqueleto,

- un dispositivo de transmisión (73),

- una primera bieleta (74) montada de manera rotativa con respecto al soporte (71), presentando la primera bieleta (74) un primer extremo (741) unido a la pieza de entrada (72) por medio del dispositivo de transmisión (73), y un segundo extremo (742) apropiado para ser unido a una primera articulación de cadera (34) de un primer conjunto mecánico de pierna (3) de la estructura de exoesqueleto, y

- una segunda bieleta (75) montada de manera rotativa con respecto al soporte (71), presentando la segunda bieleta (75) un primer extremo (751) unido a la pieza de entrada (72) por medio del dispositivo de transmisión (73), y un segundo extremo (752) apropiado para ser unido a una segunda articulación de cadera (44) de un segundo conjunto mecánico de pierna (4) de la estructura de exoesqueleto,

estando el dispositivo de transmisión (73) dispuesto de manera que:

- cuando se aplica una carga sobre la pieza de entrada (72) que tiende a hacer pivotar la pieza de entrada (72) en un primer sentido de rotación (D) con respecto al soporte (71), el dispositivo de transmisión transmite a la primera bieleta (74) una fuerza que tiende a hacer pivotar la primera bieleta (74) para transferir la carga hacia el primer conjunto mecánico de pierna (3) y descargar el segundo conjunto mecánico de pierna (5) de la estructura de exoesqueleto, y

- cuando se aplica una carga sobre la pieza de entrada (72) que tiende a hacer pivotar la pieza de entrada (72) en un segundo sentido de rotación (E) con respecto al soporte (71), opuesto al primer sentido de rotación, el dispositivo de transmisión (73) transmite a la segunda bieleta (75) una fuerza que tiende a hacer pivotar la segunda bieleta (75) para transferir la carga hacia el segundo conjunto mecánico de pierna (5) y descargar el primer conjunto mecánico de pierna (3) de la estructura de exoesqueleto.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la pieza de entrada (72) está montada de manera deslizante con respecto al soporte (71).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, estando la pieza de entrada (72) montada de manera deslizante con respecto al soporte (71) por medio de una deslizadera (711) y de un pasador cilindrico (721) apropiado para deslizar en el interior de la deslizadera (711) y para girar con respecto a la deslizadera (711).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la pieza de entrada (72) presenta una primera rama (722) que tiene un extremo (724) unido a la primera bieleta (74) por medio del dispositivo de transmisión (73) y una segunda rama (723) que tiene un extremo (725) unido a la segunda bieleta (74) por medio del dispositivo de transmisión (73).

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dispositivo de transmisión (73) es un dispositivo de poleas (76-77) y cables (78-79).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el dispositivo de transmisión (73) comprende un primer cable (78) que une la pieza de entrada (72) con el primer extremo (741) de la primera bieleta (74), y un segundo cable (79) que une la pieza de entrada (72) con el primer extremo (751) de la segunda bieleta (75).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, que comprende una primera polea (76) montada en rotación sobre el soporte (71), y en el que el primer cable (78) une la pieza de entrada (72) con el primer extremo (741) de la primera bieleta (74) apoyándose sobre una superficie circunferencial (761) de la primera polea (76).

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 y 7, que comprende una segunda polea (77) montada en rotación sobre el soporte (71), y en el que el segundo cable (79) une la pieza de entrada (72) con el primer extremo (751) de la segunda bieleta (75) apoyándose sobre una superficie circunferencial (771) de la segunda polea (77).

9. Dispositivo según las reivindicaciones 7 y 8, en el que la primera polea (76) y la segunda polea (77) tienen sus ejes de rotación confundidos.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el dispositivo de transmisión (73) comprende una primera polea (76) montada en rotación sobre el soporte (71), un primer cable (78) que une la pieza de entrada (72) con la primera polea (76), y un tercer cable (88) que une la primera polea (77) con el primer extremo (741) de la primera bieleta (74).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que el primer cable (78) se apoya sobre una primera superficie circunferencial (762) de la primera polea (76), y el tercer cable (88) se apoya sobre una tercera superficie circunferencial (764) de la primera polea (76), la tercera superficie circunferencial (764) presenta un radio inferior al radio de la primera superficie circunferencial (762).

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 y 11, en el que el dispositivo de transmisión (73) comprende una segunda polea (77) montada en rotación sobre el soporte (71), un segundo cable (79) que une la pieza de entrada (72) con la segunda polea (77), y un cuarto cable (89) que une la segunda polea (77) con el primer extremo (751) de la segunda bieleta (75).

13. Dispositivo según la reivindicación 12, en el que el segundo cable (88) se apoya sobre una segunda superficie circunferencial (772) de la segunda polea (77) y el cuarto cable (89) se apoya sobre una cuarta superficie circunferencial (774) de la segunda polea (77), la cuarta superficie circunferencial (774) presenta un radio inferior al radio de la segunda superficie circunferencial (772).

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 13, en el que la primera polea (76) y/o la segunda polea (77) tiene un eje de rotación (763, 773) confundido con el eje de rotación (743, 753) de la primera bieleta (74) y/o de la segunda bieleta (75).

15. Estructura de exoesqueleto (1) que comprende:

- un cinturón lumbar (2) apropiado para rodear la cintura de un usuario,

- un primer conjunto mecánico de pierna (3) apropiado para extenderse a lo largo de una primera pierna del usuario,

- un segundo conjunto mecánico de pierna (4) apropiado para extenderse a lo largo de una segunda pierna del usuario,

- un conjunto mecánico de espalda (5) apropiado para extenderse a lo largo de la espalda del usuario para transportar una carga (6),

- un dispositivo de unión (7) según una de las reivindicaciones 1 a 14, cuya pieza de entrada (72) está unida a la estructura de espalda (5), el soporte (71) está fijado al cinturón lumbar (2), la primera bieleta (74) tiene su segundo extremo (742) unido al primer conjunto mecánico de pierna (3) por medio de una primera articulación de cadera (34), y la segunda bieleta (75) tiene su segundo extremo (752) unido al segundo conjunto mecánico de pierna (4) por medio de una segunda articulación de cadera (44).