ES2882277T3 - Soporte de equilibrado de fuerzas - Google Patents

Abstract

Un soporte de equilibrado de fuerzas (4) para un brazo móvil, cuyo brazo móvil está unido a una base y es giratorio alrededor de un punto de rotación móvil (43), desplazable con respecto a la base, comprendiendo el soporte (4): una fijación del brazo (41) acoplable al brazo móvil; una fijación de la base (42) a una distancia de la fijación del brazo (41), para fijar el soporte (4) a la base; la fijación del brazo (41) es al menos giratoria con respecto a la fijación de la base (42), alrededor de un centro de rotación (43) cuya posición es móvil con respecto a la fijación de la base (42); un mecanismo de resorte en voladizo (44) para transferir, al menos parcialmente, una fuerza ejercida sobre la fijación del brazo (41) por el brazo móvil, cuando está acoplado al mismo, a través de la fijación de la base (42) a la base, comprendiendo el mecanismo de resorte en voladizo (44) un extremo fijo, del lado de la base, en voladizo (45) unido a la fijación de la base (42) cuya posición está fijada con respecto a la fijación de la base (42), y un extremo libre, del lado del brazo, en voladizo (46), que es móvil con respecto a la fijación de la base (42) al menos por la flexión adecuada del mecanismo de resorte en voladizo (44) y por el cual la fijación del brazo (41) se mantiene suspendida con respecto a la fijación de la base (42), la posición del centro de rotación (43) depende, al menos parcialmente, de una posición del extremo libre en voladizo (46) que, a su vez, está determinada, al menos parcialmente, por una posición de la fijación del brazo (41), caracterizado porque el soporte de equilibrado de fuerzas (4) comprende un conjunto de brazo formado por la fijación del brazo (41) y un brazo de palanca que se extiende fuera de la fijación del brazo (41) desde el centro de rotación (43) hasta un extremo de palanca (53), dicho conjunto de brazo tiene al menos dos pivotes, de los cuales uno es el centro de rotación (43) que se utiliza para conectar con el extremo libre en voladizo (46) y otro pivote (53) es a través de un miembro (50) unido a la fijación de la base (42).

Description

DESCRIPCIÓN

Soporte de equilibrado de fuerzas

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un soporte de equilibrado de fuerzas para un brazo móvil.

Antecedentes de la invención

Se conocen soportes de equilibrado de fuerzas para brazos móviles, como los de los seres humanos. Estos soportes pueden utilizarse, por ejemplo, en exoesqueletos y ortesis para compensar, por ejemplo, las fuerzas gravitacionales que actúan sobre partes del brazo o partes del cuerpo que lo soportan, como la parte superior de la espalda.

Con referencia a las Figs. 1 y 2, se muestra a un usuario humano 1 de un dispositivo de soporte portátil realizando una tarea física, en este ejemplo utilizando un equipo de herramientas 2, como una amoladora angular, que implica un movimiento complejo de uno o ambos brazos humanos 11 en relación con el cuerpo 10. Como se ilustra, la fuerza gravitacional F^g y otras fuerzas, por ejemplo, las ejercidas por la herramienta 2, ilustradas con las flechas F^x , F^y , F^z , actúan sobre los brazos 11 y, por tanto, se transfieren a las partes del cuerpo 10 que mantienen al usuario en posición vertical. Por lo tanto, estas fuerzas suponen una carga musculoesquelética para, por ejemplo, los hombros y la parte superior e inferior de la espalda.

Esta carga puede tener un impacto negativo. Especialmente, el trabajo prolongado o repetitivo en la parte delantera o por encima de la cabeza es un problema común que a menudo conduce a quejas y lesiones en el hombro o la espalda. Los equilibradores de herramientas aéreas proporcionan cierto alivio, pero no son prácticos en muchos escenarios, como en espacios reducidos. Además, los trabajadores siguen teniendo que mantener los brazos en alto mientras trabajan, lo que de por sí es incómodo y podría provocar lesiones musculoesqueléticas a lo largo del tiempo. Se están desarrollando muchos exoesqueletos portables para proporcionar un soporte que alivie, pero éstos todavía tienen varias limitaciones.

Por ejemplo, de la solicitud de patente internacional número WO2014/200343 se conoce un dispositivo que proporciona una fuerza de contrapeso. El dispositivo comprende un bastidor rígido al que se une un conjunto de brazos, y que puede ser llevado puesto por un usuario para proporcionar una fuerza de equilibrado a los brazos del usuario. El bastidor comprende un primer punto de pivote que conecta de forma pivotante un primer miembro rígido del brazo al bastidor. El conjunto del brazo comprende además un segundo miembro rígido del brazo y un segundo punto de pivote que conecta el segundo miembro del brazo con el primer miembro del brazo.

Sin embargo, una desventaja de este y otros soportes conocidos es que no proporcionan suficiente libertad de movimiento al brazo móvil. Dependiendo del tipo de soporte, esto puede deberse a que este movimiento está limitado por motores eléctricos u otros actuadores activos que accionan el soporte de equilibrado de peso y, por ejemplo, proporcionan la fuerza de contrapeso.

La falta de libertad de movimiento del brazo móvil también puede deberse a la construcción mecánica del soporte. Por ejemplo, en la publicación mencionada anteriormente, aunque el segundo punto de pivote pivotará cuando el primer miembro del brazo gire alrededor del primer punto de pivote, el tipo de movimiento se limita a un movimiento de rotación y está restringido al plano de rotación del primer miembro del brazo, que está establecido por el primer punto de pivote en el bastidor rígido, paralelo a la espalda del usuario. En consecuencia, el movimiento del brazo soportado por el dispositivo también está limitado y los movimientos complejos como la flexión y la torsión del torso son engorrosos, si es que son posibles.

Esta limitación de la libertad de movimiento no sólo es problemática en el caso de que el soporte sea para un brazo de un ser humano, sino más generalmente para otros tipos de brazos móviles, como robots u otros aparatos mecánicos con o sin motor, que necesitan poder realizar movimientos complejos.

Los documentos US 2016/081871, ES 2370895 y US 420,178 divulgan cada uno de ellos las características de un soporte de equilibrado de fuerzas, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un soporte de equilibrado de fuerzas como se define en la reivindicación 1.

Un aparato mecánico y un dispositivo de soporte portátil, como los descritos a continuación, no forman parte de la invención.

Las realizaciones específicas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y se dilucidarán con referencia a las realizaciones descritas a continuación.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán otros detalles, aspectos y realizaciones de la invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos. En los dibujos, los números de referencia similares se utilizan para identificar elementos similares o funcionalmente similares. Los elementos de las figuras se ilustran para simplificar y aclarar y no se han dibujado necesariamente a escala.

Las FIG. 1 y 2 muestran de forma esquemática vistas en perspectiva de un usuario humano que lleva puesto un ejemplo de dispositivo de soporte portátil, ilustrando un movimiento de un brazo y el uso del dispositivo de soporte portátil.

La FIG. 3 muestra de forma esquemática una vista lateral de un torso humano, que ilustra el movimiento del centro de rotación de un brazo en función de la orientación del brazo con respecto al cuerpo.

La Fig. 4 muestra esquemáticamente una vista lateral de un ejemplo de un dispositivo de soporte portátil con un ejemplo de un soporte de equilibrado de fuerzas.

La FIG. 5 muestra esquemáticamente una vista trasera del ejemplo de la FIG. 4.

La FIG. 6 muestra esquemáticamente una vista frontal del ejemplo de la FIG. 4 y 5.

La FIG. 7 muestra una vista lateral de un segundo ejemplo de una realización de un soporte de equilibrado de fuerzas.

La FIG. 8 muestra una vista trasera de un ejemplo de mecanismo de resorte en voladizo discreto adecuado para el segundo ejemplo.

La FIG. 9 muestra una vista superior de un usuario humano que lleva puesto otro ejemplo de dispositivo de soporte portátil.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

En lo que sigue, los detalles no se explicarán en mayor medida que la que se considere necesaria según lo ilustrado anteriormente, para la comprensión y apreciación de los conceptos subyacentes de la presente invención y para no empobrecer o distraer de las enseñanzas de la presente invención.

Como se menciona en la sección "Antecedentes de la invención", los dispositivos de soporte portátiles conocidos tienen una libertad de movimiento limitada y no son capaces de seguir movimientos complejos. En las FIGs. 1 y 2, por ejemplo, al realizar la tarea, la parte superior del brazo 12 del usuario 1 no se limita a girar alrededor de su punto de rotación 13, es decir, la articulación del hombro 13, sino que el centro de rotación de la articulación del hombro 13 se mueve, por ejemplo, en relación con las caderas 17 del usuario mediante un movimiento complejo de los hombros 14, la parte superior 15 y la parte inferior de la espalda 16.

Como se ilustra con más detalle en las FIGs. 4-6, el usuario 1 en el ejemplo de las FIGs. 1 y 2 está provisto de un dispositivo de soporte portátil 3 que reduce la carga musculoesquelética en partes del cuerpo sensibles a la incomodidad física. Más concretamente, el dispositivo de soporte portátil 3 transfiere al menos una parte de la carga del brazo 11 a otra parte del cuerpo 10, evitando la estructura musculoesquelética de las partes del cuerpo situadas entre el punto en el que el brazo 11 está unido al cuerpo, es decir, la articulación del hombro, y la otra parte del cuerpo, en este ejemplo las caderas 17. El dispositivo de soporte portátil permite seguir el movimiento biológico del hombro humano, que se desplaza hacia arriba cuando el brazo se mueve hacia arriba en el plano corporal sagital. Esto no sólo reduce las molestias durante el uso a largo plazo, sino que también reduce la complejidad, lo que hace que el dispositivo sea más adecuado para su comercialización.

Esto se explicará con más detalle con referencia al ejemplo de las FIGs. 4-6. El dispositivo de soporte portátil 3 que se muestra en las mismas comprende un soporte de equilibrado de fuerzas 4 para un brazo móvil. Aunque en el ejemplo de las FIGs. 1 y 2 el soporte de equilibrado de fuerzas se utiliza para un brazo humano, será evidente que el soporte de equilibrado de fuerzas puede utilizarse con cualquier tipo de brazo móvil y es especialmente adecuado para un brazo móvil unido a una base y que puede girar alrededor de un punto de rotación móvil (por ejemplo, la articulación del hombro) que es móvil con respecto a la base (por ejemplo, la parte inferior del cuerpo humano). Así, el soporte de equilibrado de fuerzas puede utilizarse en dispositivos de soporte portátiles para animales no humanos o para soportar un brazo móvil en un aparato mecánico, como un robot. En particular, el uso del soporte 4 es particularmente ventajoso si la posición del punto de rotación con respecto a la base está al menos parcialmente acoplada a una orientación del brazo móvil con respecto a la base. La FIG. 3 muestra, a modo de ejemplo, cómo se desplaza el punto de rotación 13 del brazo humano 11 cuando éste gira para orientarse, por ejemplo, hacia arriba, en particular cuando la parte superior del brazo pasa de apuntar hacia abajo (FIG. 3 a) a una dirección horizontal (FIG. 3 b), es decir, perpendicular a la dirección longitudinal desde la base hasta el punto de rotación, hacia arriba, a una dirección vertical (FIG. 3 c), es decir, orientada al menos parcialmente en el alargamiento de esta dirección longitudinal.

Como se muestra en las FIGs. 4-6, el soporte 4 comprende una fijación del brazo 41 conectable al brazo móvil. El soporte 4 comprende una fijación de la base 42 a una distancia de la fijación del brazo, para fijar el soporte 4 a la base. La fijación del brazo 41 es, al menos, giratoria en torno a un centro de rotación 43 cuya posición es desplazable respecto a la fijación de la base 42.

Para proporcionar esta movilidad, el ejemplo mostrado de un soporte 4 está provisto de un mecanismo de resorte en voladizo 44 que, cuando se utiliza, transfiere al menos parcialmente una fuerza ejercida sobre la fijación del brazo 41 por el brazo móvil, cuando se acopla al mismo, a través del fijación de la base 42 a la base. La fuerza se transmite a través del mecanismo de resorte en voladizo 44 y, por lo tanto, se omiten las piezas que conectan el brazo móvil con la base. Así, se reduce la carga de esas piezas. En el caso de los animales, humanos o no, esto permite reducir la carga musculoesquelética y las molestias físicas asociadas. En el caso de, por ejemplo, robots u otros aparatos mecánicos, esto permite reducir los requisitos de potencia mecánica de los actuadores activos, como los motores eléctricos o de otro tipo, que mueven activamente el brazo con respecto a la base.

El mecanismo de resorte en voladizo 44 comprende un extremo fijo, del lado de la base, en voladizo 45 y un extremo libre, del lado del brazo, en voladizo 46. El extremo fijo en voladizo 45 está unido a la fijación de la base 42 y su posición está fijada con respecto a la fijación de la base 42. El extremo libre, del lado del brazo, en voladizo 46 es móvil con respecto a la fijación de la base, al menos mediante la flexión adecuada del mecanismo de resorte en voladizo 44. Como se muestra, la fijación del brazo 41 se mantiene suspendida con respecto a la fijación de la base 42 por el extremo libre 46. La posición del centro de rotación 43 depende, al menos parcialmente, de una posición del extremo libre en voladizo 46, que a su vez está determinada, al menos parcialmente, por una posición de la fijación del brazo 41.

El mecanismo de resorte en voladizo permite seguir un movimiento complejo de un brazo, ya que si el fijación del brazo 41 está acoplado al brazo móvil, el brazo móvil desplazará el fijación del brazo, trayendo consigo un cambio de posición del extremo libre en voladizo 46 y, por tanto, del centro de rotación 43.

Dicho de otro modo, el soporte de equilibrado de fuerzas 4 constituye un bastidor flexible (o resorte en voladizo o resorte en forma del cuerpo), cuya base es acoplable a un "tierra" mecánico (por ejemplo, el torso en el caso de un ser humano), y el extremo libre está conectado a un conjunto de brazos a través de una bisagra rotacional.

Será evidente que el mecanismo de resorte en voladizo 44 no sólo almacena energía, sino que permite transferir la carga directamente a la base, evitando la estructura entre el brazo móvil y la base, mientras sigue el movimiento del punto de rotación del brazo.

Aunque la invención no está limitada a ello, esto es particularmente ventajoso en el caso de equilibrar con fuerza un brazo de un ser vivo, especialmente un brazo humano, en el que el hombro humano se mueve hacia arriba cuando el brazo se mueva hacia arriba en el plano corporal sagital, como se ilustra en la FIG. 3. Esto no sólo reduce la incomodidad en el uso a largo plazo, sino que también reduce la complejidad.

La cantidad de fuerza de compensación ejercida por el mecanismo de resorte en voladizo sobre la fijación del brazo se determina por una cantidad de flexión del mecanismo de resorte en voladizo. Así, cuando la fijación del brazo 41 se desplaza, es decir, por una fuerza que actúa sobre el mismo y, en consecuencia, la cantidad de flexión aumenta o disminuye con respecto a una posición neutra, el mecanismo de resorte en voladizo proporcionará una fuerza de compensación al centro de rotación y, por lo tanto, al brazo, que reduce la carga sobre el mismo.

Será aparente que una variedad de formas e implementaciones del mecanismo de resorte en voladizo son posibles. Por ejemplo, en el ejemplo, el mecanismo de resorte en voladizo comprende un resorte en voladizo continuo que se extiende entre el extremo en voladizo del lado de la base 45 y el extremo libre en voladizo 46. En este ejemplo, se trata de una lama o resorte de lámina, que permite proporcionar un soporte compacto con un número limitado de piezas mecánicas.

Además, esto permite una modulación de las características del resorte del mecanismo de resorte en voladizo de manera sencilla, por ejemplo, variando el grosor del resorte de lámina a lo largo de una longitud del mismo entre el extremo en voladizo libre y el extremo en voladizo fijo, para aumentar o reducir la rigidez localmente, introduciendo debilitamientos locales (por ejemplo, agujeros o cavidades) para hacer que el resorte de avance sea más débil, y más generalmente para controlar el desplazamiento/curvatura en la dirección de carga fuera del eje o para curvar el resorte alrededor del cuerpo para un mejor ajuste y características de salida deseables.

Sin embargo, el mecanismo de resorte en voladizo puede comprender igualmente una serie de elementos de resorte en voladizo discretos, como una serie de vigas o placas unidas elásticamente entre sí. En este caso, las características del resorte pueden ser moduladas a lo largo del mismo variando la rigidez de (los enlaces entre) los elementos individuales.

Con referencia a la FIG. 7, el ejemplo mostrado en el mismo comprende, por ejemplo, una serie de elementos de resorte en voladizo discretos 60, en este ejemplo placas 60 que están conectadas por juntas de pivote 62 para ser giratorias alrededor de un eje de pivote 63 perpendicular a la dirección longitudinal del mecanismo de resorte en voladizo, desde el extremo fijo 45 hasta el extremo libre 46. Como se muestra más claramente en la FIG. 8, en este ejemplo las articulaciones están provistas de un muelle helicoidal que funciona como un resorte de torsión y proporciona una fuerza contraria cuando el elemento 60 pivota con respecto al elemento directamente adyacente. Será aparente que los resortes con diferentes constantes de resorte pueden ser utilizados para diferentes articulaciones para modular la flexión del mecanismo de resorte en voladizo.

En los ejemplos de las FIGs. 7 y/o 8 el soporte de equilibrado de fuerzas 4 está provisto de un brazo 41 que puede girar alrededor de un centro de rotación 43. Como en el ejemplo de las FIGs. 4-6, la fijación del brazo 41 está unida al extremo libre en voladizo 46 por un brazo rígido 48 que se proyecta desde el extremo libre en voladizo 46 hacia el centro de rotación 43.

Como se muestra en las FIGs. 4-6, la fijación del brazo 41 está unida a un brazo de palanca que se extiende fuera de la fijación del brazo 41, desde el centro de rotación 43 hasta un extremo de palanca 53. A través del brazo de palanca, se puede aplicar un par de torsión a la fijación del brazo 41 mediante un miembro que acopla el extremo de la palanca 53 a la fijación de la base. En el ejemplo mostrado, una correa 50 está unida al brazo de la palanca y al fijación de la base, pero será evidente que otro miembro flexible elástico o no elástico, por ejemplo, un muelle en espiral, que une la palanca al fijación de la base o a la base puede ser utilizado para ejercer el par de torsión. Más concretamente, cuando el brazo móvil 3 se desplaza, esto hará que el centro de rotación gire alrededor del punto de pivote en el que está fijado el brazo de palanca y, por tanto, ejerza un par de torsión sobre el extremo libre 46, que a su vez ejercerá un par de torsión sobre el centro de rotación que compensa, al menos parcialmente, las fuerzas ejercidas sobre la fijación del brazo y, por tanto, sobre el brazo móvil.

El brazo de palanca proporciona así un sistema de pivote que permite un movimiento complejo de componentes rotacionales y/o traslacionales, por ejemplo, lineales. En particular, el extremo de la palanca 53 presenta un punto de pivote, que se combina con el punto de pivote del centro de rotación para permitir los movimientos complejos de la fijación del brazo y compensar la fuerza. Así, el soporte tiene un conjunto de brazos, formado en el ejemplo por la fijación del brazo 41 y el brazo de palanca, con al menos dos pivotes, de los cuales uno se utiliza para conectar el extremo libre 46 y otro se fija a la "tierra" mecánica, por ejemplo, mediante la correa, en este ejemplo la fijación de la base 42 o la base.

además, la correa ejerce un par de torsiones sobre el bastidor flexible a medida que el conjunto del brazo se desplaza desde su posición de reposo, que se define como la posición en la que la energía almacenada en el bastidor flexible es mínima

En el ejemplo mostrado, el brazo de palanca está acoplado a un punto 54 de la fijación de la base, a través de un pivote en el extremo del pivote 53.

Una cuerda de precarga 50 está unida al brazo rígido y a un elemento situado a una distancia del mismo para precargar, y por tanto flexionar, el mecanismo en voladizo. Se apreciará que en este ejemplo la cuerda de precarga 50 fija ventajosamente la distancia del centro de rotación 43 al punto donde la cuerda de precarga 50 está unida al elemento, y por lo tanto crea un punto de bisagra que permite al mecanismo de resorte en voladizo ejercer un par de torsión sobre el centro de rotación, lo que permite compensar el par de torsión ejercido por el brazo móvil.

Como se muestra en la FIG. 8 con la flecha 61, los elementos 60 pueden ser pivotantes alrededor de otro eje perpendicular a la dirección longitudinal y al primer eje de pivote, para añadir un grado de libertad adicional y proporcionar una mayor adaptabilidad a la morfología y movimientos del brazo.

Será evidente que el mecanismo de resorte en voladizo puede tener cualquier forma adecuada para la implementación específica y que el centro de rotación puede estar en cualquier posición adecuada para la implementación específica.

Por ejemplo, el centro de rotación es movible con respecto a la fijación de la base en al menos una de las direcciones longitudinales desde la fijación del brazo hasta la fijación de la base, una dirección lateral perpendicular a la dirección longitudinal, una dirección transversal perpendicular a la dirección longitudinal y la dirección lateral. Esto permite una libertad de movimiento adecuada para los movimientos complejos del brazo.

Por ejemplo, el mecanismo de resorte en voladizo puede ser capaz de flexionar en al menos dos de las direcciones longitudinales, laterales y transversales. De este modo, la libertad de movimiento puede obtenerse de forma sencilla y las fuerzas de diferentes direcciones pueden transferirse eficazmente. Además, el extremo libre en voladizo puede ser movible mediante una torsión adecuada del mecanismo de resorte en voladizo. Por ejemplo, el mecanismo de resorte en voladizo puede presentar características de resorte de torsión y puede ser retorcido resilientemente. Esto añade un grado de libertad adicional.

En el ejemplo de las FIGs. 4-6, el centro de rotación de la fijación del brazo se encuentra fuera del mecanismo de resorte en voladizo, es decir, se trata de un centro de rotación virtual. El centro de rotación 43 de la fijación del brazo 41 se encuentra a una distancia de un extremo en voladizo del lado de la base 45 del mecanismo de resorte en voladizo y del extremo libre en voladizo 46. Esto crea un gran grado de libertad para el movimiento del centro de rotación.

Más concretamente, en el ejemplo, el mecanismo de resorte en voladizo está curvado alrededor del centro de rotación 43 de la fijación del brazo 41. Esto permite situar el centro de rotación 43 de tal manera que el mecanismo de resorte en voladizo esté suficientemente separado de las piezas a puentear y evite que el mecanismo de resorte en voladizo entre en contacto y ejerza directamente una fuerza sobre dichas piezas. Preferiblemente, la curvatura es tal que la unión entre el brazo móvil y el cuerpo se ajuste a la curvatura. De este modo, el mecanismo de resorte en voladizo 44 preserva una importante libertad de movimiento para el brazo móvil. En el ejemplo, como se ve más claramente en las FIGs. 1 y 2, el hombro humano encaja dentro de esta curvatura y el centro de rotación del hombro humano se solapa aproximadamente con el centro de curvatura del resorte.

Sin embargo, será evidente que el centro de rotación puede estar situado en el mecanismo de resorte en voladizo, por ejemplo en el caso de un resorte de lámina que en lugar de extenderse, en una dirección entre la fijación de la base 42 y el centro de rotación 43 más allá del centro de rotación, el resorte puede extenderse entre la fijación de la base 42 y el centro de rotación 43, por ejemplo pasando por debajo de la fosa del brazo, en caso de ser utilizado por un ser humano. La FIG. 9 muestra, por ejemplo, una realización en la que el mecanismo de resorte en voladizo 44 no se extiende sobre el hombro 14 del usuario, sino que se extiende en la parte posterior del cuerpo 10 del usuario, entre el extremo fijo 45 y el extremo libre 46 y donde el centro de rotación coincide con el extremo libre 46. Como se muestra, en este ejemplo un movimiento del brazo 11 acercará los dos extremos 45, 46 entre sí y aumentará la curva del mecanismo de resorte en voladizo 44. Un pretensor 50, por ejemplo una correa, conecta el extremo libre 46 con el extremo fijo 45 en el lado opuesto al centro de curvatura, y proporciona una fuerza de precarga que contrarresta la fuerza ejercida por el brazo 11.

Como se aprecia más claramente en las FIGs. 5 y 6, el centro de rotación de la fijación del brazo puede estar fuera de un plano L1 en el que se extiende el mecanismo de resorte en voladizo. De este modo, se crea un espacio en el que se puede acomodar la articulación entre el brazo móvil y el cuerpo y se obtiene una buena correspondencia entre el movimiento del centro de rotación 43 de la fijación del brazo 41 y el punto de rotación del brazo móvil.

El mecanismo de resorte en voladizo puede acoplarse de cualquier manera adecuada para la implementación específica a la fijación de la base y la fijación del brazo, como por ejemplo directa o indirectamente. En el ejemplo de las FIGs. 4-6, por ejemplo, el soporte de equilibrado de fuerzas 4 comprende un bastidor 47 que acopla la fijación de la base 42 al mecanismo de resorte en voladizo 44. El bastidor 47 es más rígido que el mecanismo de resorte en voladizo. En este ejemplo, el armazón permite proporcionar un alto grado de rigidez, y por tanto un soporte adicional, a partes del cuerpo y evitar que el mecanismo de resorte en voladizo, en lugar de flexionar libremente, presione a esas partes y ejerza una fuerza sobre ellas.

En las FIGs. 4-6, la fijación del brazo 41 está a una distancia del extremo libre en voladizo 46. La fijación del brazo 41 está unida al extremo libre en voladizo 46 mediante un brazo rígido 48 que se proyecta desde el extremo libre en voladizo 46 hacia el centro de rotación 43. De este modo, el centro de rotación, proporcionado por una junta rotativa o giratoria entre la fijación del brazo 41 y el brazo rígido 48, puede situarse cerca del punto de rotación del brazo móvil y, por tanto, obtenerse una buena correspondencia entre sus movimientos. A este respecto, el brazo derecho puede sobresalir del plano L1 en el que se extiende el mecanismo de resorte en voladizo, como se muestra más claramente en las FIGs. 5 y 6, lo que permite un diseño compacto del soporte.

El mecanismo de resorte en voladizo 44 puede estar precargado. De este modo, la posición inicial del centro de rotación puede alinearse como se desee, por ejemplo, para alinearse con el cuerpo del hombro humano, y así mejorar la correspondencia entre el centro o la rotación y el punto de rotación del brazo. Especialmente en el caso de un resorte de lámina, esto permite una construcción mecánicamente sencilla que proporciona un equilibrado de fuerzas eficaz para movimientos complejos, por ejemplo, que sigue el movimiento natural del hombro humano. Aunque la precarga puede ser implementada de cualquier manera adecuada, una precarga simple y efectiva puede ser proporcionada por una correa 50 que esté, directa o indirectamente, unida al mecanismo de resorte en voladizo en dos puntos a una distancia entre sí y cuya correa puede ser atada para precargar el resorte en voladizo.

La fijación del brazo 41 puede implementarse de cualquier manera adecuada para la implementación específica para que sea al menos giratoria con respecto a la fijación de la base.

En el ejemplo mostrado en las FIGs. 4-6, por ejemplo, la fijación del brazo comprende un mecanismo de bisagra 51 en el centro de rotación y unido al mecanismo en voladizo (en este ejemplo a través del brazo rígido 48). Un reposabrazos 49 está conectado al mismo a través de un miembro del brazo 52.

El mecanismo de bisagra 51 tiene uno o más ejes de pivote 71,72 para pivotar el miembro del brazo 52. El mecanismo de bisagra tiene un primer eje de pivote 71 y un segundo eje de pivote 72 en un ángulo, por ejemplo perpendicular, al primer eje de pivote, y el brazo rígido 48 mantiene el mecanismo de bisagra 51 en posición relativa al extremo libre en voladizo 43. El mecanismo de bisagra proporciona así dos grados de libertad para el brazo móvil y, en el caso de un brazo humano, permite levantar los brazos en el plano sagital y en el plano transversal utilizando la bisagra sagital 71 y la bisagra transversal 72, respectivamente.

La fijación del brazo 41 tiene además un reposabrazos 49 a una distancia del centro de rotación.

La posición del reposabrazos 49 con respecto al eje de giro puede ser adaptable. Como se indica con la flecha 73, el reposabrazos 49 puede alejarse o acercarse al mecanismo de bisagra 51 para compensar los desajustes. En este ejemplo, el miembro del brazo 52 está provisto de una corredera sobre la cual el reposabrazos 49 puede deslizarse hasta la posición deseada y luego bloquearse. Alternativamente, se puede permitir que el reposabrazos 49 se mueva linealmente durante el uso, permitiendo así una corrección automática de la alineación en caso, por ejemplo, de una correspondencia insuficiente entre el movimiento del centro de rotación y la rotación del brazo móvil.

Por lo tanto, el soporte 4 comprende un mecanismo que permita la rotación, así como la traslación lineal del reposabrazos y, por lo tanto, una gran libertad de movimiento cuando el "reposabrazos" esté conectado al "brazo" externo.

El mecanismo de la bisagra y el movimiento del reposabrazos pueden ser accionados pasivamente, como por ejemplo usando un resorte u otro actuador pasivo. De este modo, se puede obtener un soporte mecánicamente sencillo y/o compacto.

En los ejemplos de las FIGs. 1-5, el soporte de equilibrado de fuerzas se utiliza en un dispositivo de soporte portátil 3. El dispositivo de soporte portátil 3 puede ser usado por un ser humano, sin embargo, es evidente que el dispositivo de soporte portátil 3 puede ser adaptado para ser usado por otros tipos de seres vivos, es decir, animales no humanos, adaptando la dimensión de manera adecuada a la morfología de la especie en cuestión.

Como se muestra, el dispositivo portátil 3 comprende un arnés 32 para sujetar el dispositivo 3 a un cuerpo del animal y uno o más soportes 4 para transferir la fuerza ejercida por una extremidad en forma de brazo del animal en un punto de rotación del mismo a otra parte del cuerpo, mientras se evitan las partes del cuerpo entre el punto de rotación y la otra parte del cuerpo.

La otra parte del cuerpo puede ser una parte inferior del cuerpo por debajo de al menos uno del grupo que consiste en: hombros, pecho, tórax, cintura, caderas, piernas. Esto permite puentear las partes del cuerpo entre el brazo y la parte mencionada del cuerpo y, por tanto, reducir la tensión musculoesquelética en la parte puenteada. Es particularmente ventajoso que la otra parte del cuerpo sea una parte de la espalda por debajo de una vértebra, siendo la vértebra seleccionada del grupo que consiste en: C7, T12, T11, T10, T9, T8, T7, T6, T5, T4, T3, T2, T1, L1, L2, L3. Esto permite reducir la carga en determinadas partes de la columna vertebral, que es una causa frecuente de dolencias físicas.

El dispositivo de soporte portátil puede ser adecuado, como se muestra, para un animal con un cuerpo simétrico, por ejemplo, el cuerpo humano. Como se muestra, el dispositivo de soporte portátil 3 puede comprender dos soportes, cada uno en un lado respectivo de un eje de simetría del cuerpo para soportar una fijación del brazo respectivo conectable a la extremidad en forma de brazo respectiva.

En el ejemplo, el arnés está formado por soportes de equilibrado de fuerzas 4, cada uno en un lado respectivo del eje de simetría del cuerpo humano y separados entre sí para permitir que el cuello se sitúe entre los mismos. Los soportes 4 están unidos por un bastidor 47 a una base de fijación 42 que, en uso, está en la espalda del usuario y, más concretamente, la base de fijación 42 está unida a la parte inferior de la espalda con un cinturón 32 que se extiende cuando se sujeta alrededor de las caderas del usuario. En la forma mostrada, el bastidor 47 está formado por tiras alargadas paralelas que se extienden desde la fijación de la base 42 hasta los soportes 4 y están conectadas entre sí en y por la fijación de la base 42 y en la unión con los soportes 45 por una tira de transferencia 34. El arnés está provisto de correas 33 que conectan el extremo libre en voladizo 46 con el armazón 47. Cuando se lleva puesto, el extremo libre en voladizo estará en la parte delantera del torso 10 y el bastidor en la parte trasera. Las correas 47 permiten así fijar el arnés en el torso mientras que el cinturón 32 asegura la sujeción en las caderas. El soporte puede utilizarse para apoyar un brazo móvil de un aparato mecánico, como un robot autónomo o semiautónomo, por ejemplo, un humanoide o no humanoide. El aparato mecánico puede ser, por ejemplo, un equipo de fábrica, como un robot industrial. El uso del soporte permite implementar un brazo móvil que pueda realizar movimientos complejos con actuadores activos de una capacidad limitada, ya que el soporte proporciona un actuador pasivo con una importante libertad de movimiento para el brazo móvil. En particular, el soporte puede compensar las fuerzas estáticas y, por lo tanto, la necesidad de dotar a los actuadores activos de la potencia suficiente para compensar dichas fuerzas puede reducirse, si no obviarse.

El aparato mecánico puede comprender un brazo móvil y una base a la que se une el brazo móvil. El aparato puede incluir, por ejemplo, un actuador activo para mover el brazo con respecto a la base. El brazo puede girar alrededor de un punto de rotación móvil que es movible con respecto a la base. Por ejemplo, el brazo puede estar unido a un cuerpo que puede girar o moverse linealmente con respecto a la base. El brazo puede estar provisto de un soporte que se acopla al brazo y a la base para compensar, al menos parcialmente, una fuerza ejercida por el brazo móvil sobre el punto de rotación del brazo.

En la descripción anterior, la invención se ha descrito con referencia a ejemplos específicos de realizaciones de la invención. Será, sin embargo, evidente que varias modificaciones y cambios pueden realizarse en la misma sin apartarse del alcance más amplio de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, aunque el ejemplo mostrado se implementa como un "exoesqueleto", es decir, un dispositivo que aumenta el rendimiento de un usuario sin discapacidad, el dispositivo de soporte portátil también puede implementarse como una "órtesis", es decir, un dispositivo que se utiliza para ayudar a un usuario con una patología de las extremidades, por ejemplo, para el tratamiento curativo, el tratamiento profiláctico o el tratamiento paliativo, como el alivio de los síntomas de dolor del usuario.

Asimismo, aunque los ejemplos se ilustran como utilizable por un ser humano, el dispositivo de soporte utilizable puede igualmente implementarse como un exoesqueleto u ortesis para otras especies, como en una ortesis o exoesqueleto veterinario.

Por ejemplo, las conexiones expuestas en la presente memoria pueden ser cualquier tipo de conexión adecuada para transferir fuerzas desde o hacia las partes respectivas, por ejemplo a través de elementos intermedios. Por lo tanto, a menos que se implique o se indique en contra, las conexiones pueden ser, por ejemplo, directas o indirectas.

Además, aunque en los ejemplos se ha mostrado un reposabrazos en forma de copa que acomoda la parte superior del brazo humano 12, será evidente que, por ejemplo, se puede utilizar un manguito u otro accesorio dependiendo del brazo que se vaya a acoplar y que el reposabrazos puede estar conectado de forma permanente o liberable al brazo móvil.

También, será aparente que el soporte puede ser implementado para compensar una fuerza adecuada y que esta compensación puede ser parcial o completa. Por ejemplo, el soporte puede equilibrar las fuerzas dinámicas o estáticas y, por ejemplo, soportar el peso del brazo o el peso del brazo con una herramienta compensando la gravedad.

Sin embargo, también son posibles otras modificaciones, variaciones y alternativas. Por consiguiente, la memoria y los dibujos deben considerarse en sentido ilustrativo y no restrictivo.

En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no se interpretará como una limitación de la reivindicación. La palabra "que comprende" no excluye la presencia de otros elementos o pasos además de los enumerados en una reivindicación. Además, los términos "un" o "una", tal como se utilizan en la presente memoria, se definen como uno o más de uno.

Además, los términos "delante", "detrás", "arriba", "abajo", "por encima", "por debajo" y similares en la descripción y en las reivindicaciones, si las hay, se utilizan con fines descriptivos y no necesariamente para describir posiciones relativas permanentes. Se deberá comprender que los términos así utilizados son intercambiables bajo circunstancias apropiadas, de manera que las realizaciones de la invención descritas en la presente memoria son, por ejemplo, capaces de funcionar en otras orientaciones que las ilustradas o descritas de otra manera en el presente documento.

Asimismo, el uso de frases introductorias como "al menos uno" y "uno o más" en las reivindicaciones no debe interpretarse como que la introducción de otro elemento de la reivindicación mediante los artículos indefinidos "uno" o "una" limita cualquier reivindicación particular que contenga dicho elemento de la reivindicación introducido a invenciones que contengan sólo uno de dichos elementos, incluso cuando la misma reivindicación incluya las frases introductorias "uno o más" o "al menos uno" y artículos indefinidos como "uno" o "una" Lo mismo ocurre con el uso de artículos definidos. A menos que se indique lo contrario, términos como "primero" y "segundo" se utilizan para distinguir arbitrariamente entre los elementos que dichos términos describen. El mero hecho de que ciertas medidas se recojan en reivindicaciones mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda utilizarse de forma ventajosa.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un soporte de equilibrado de fuerzas (4) para un brazo móvil, cuyo brazo móvil está unido a una base y es giratorio alrededor de un punto de rotación móvil (43), desplazable con respecto a la base, comprendiendo el soporte (4):

una fijación del brazo (41) acoplable al brazo móvil;

una fijación de la base (42) a una distancia de la fijación del brazo (41), para fijar el soporte (4) a la base; la fijación del brazo (41) es al menos giratoria con respecto a la fijación de la base (42), alrededor de un centro de rotación (43) cuya posición es móvil con respecto a la fijación de la base (42);

un mecanismo de resorte en voladizo (44) para transferir, al menos parcialmente, una fuerza ejercida sobre la fijación del brazo (41) por el brazo móvil, cuando está acoplado al mismo, a través de la fijación de la base (42) a la base, comprendiendo el mecanismo de resorte en voladizo (44)

un extremo fijo, del lado de la base, en voladizo (45) unido a la fijación de la base (42) cuya posición está fijada con respecto a la fijación de la base (42), y

un extremo libre, del lado del brazo, en voladizo (46), que es móvil con respecto a la fijación de la base (42) al menos por la flexión adecuada del mecanismo de resorte en voladizo (44) y por el cual la fijación del brazo (41) se mantiene suspendida con respecto a la fijación de la base (42),

la posición del centro de rotación (43) depende, al menos parcialmente, de una posición del extremo libre en voladizo (46) que, a su vez, está determinada, al menos parcialmente, por una posición de la fijación del brazo (41), caracterizado porque el soporte de equilibrado de fuerzas (4) comprende un conjunto de brazo formado por la fijación del brazo (41) y un brazo de palanca que se extiende fuera de la fijación del brazo (41) desde el centro de rotación (43) hasta un extremo de palanca (53), dicho conjunto de brazo tiene al menos dos pivotes, de los cuales uno es el centro de rotación (43) que se utiliza para conectar con el extremo libre en voladizo (46) y otro pivote (53) es a través de un miembro (50) unido a la fijación de la base (42).

2. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una cantidad de fuerza de compensación ejercida por el mecanismo de resorte en voladizo (44) sobre la fijación del brazo (41) está determinada por una cantidad de flexión del mecanismo de resorte en voladizo (44).

3. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el centro de rotación (43) de la fijación del brazo (41) se encuentra fuera del mecanismo de resorte en voladizo (44).

4. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el centro de rotación (43) de la fijación del brazo (41) se encuentra a una distancia de un extremo en voladizo del lado de la base (45) del mecanismo de resorte en voladizo (44) y del extremo libre en voladizo (46).

5. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de resorte en voladizo (44) está curvado alrededor del centro de rotación (43) de la fijación del brazo (41).

6. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el centro de rotación (43) de la fijación del brazo (41) se encuentra fuera de un plano (L1) en el que se extiende el mecanismo de resorte en voladizo (44).

7. Un soporte de equilibrado de fuerzas (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un bastidor (47) que acopla la fijación de la base (42) al mecanismo de resorte en voladizo (44), siendo el bastidor (47) más rígido que el mecanismo de resorte en voladizo (44).

8. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fijación del brazo (41) está a una distancia del extremo libre en voladizo (46).

9. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de resorte en voladizo (44) comprende un resorte en voladizo continuo que se extiende entre el extremo en voladizo del lado de la base (45) y el extremo libre en voladizo (46), como por ejemplo un resorte de lámina.

10. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de resorte en voladizo (44) está precargado.

11. Un soporte (4) según las reivindicaciones 9 y 10, que comprende una correa (50), directa o indirectamente, unida en dos puntos a una distancia entre sí al mecanismo de resorte en voladizo (44), cuya correa (50) puede atarse para precargar el resorte en voladizo (44).

12. Un soporte (4) según las reivindicaciones 8 y 11, en el que la fijación del brazo (41) está unida al extremo libre en voladizo (46) mediante un brazo rígido (48).

13. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fijación del brazo (41) comprende:

un mecanismo de bisagra (51) en el centro de rotación (43) y unido al mecanismo en voladizo (44); un reposabrazos (49) a una distancia del centro de rotación (43) ;

un miembro de brazo (52) que conecta el reposabrazos (49) con el mecanismo de bisagra (51);

el mecanismo de bisagra (51) tiene al menos un eje de pivote (71, 72) para hacer pivotar el miembro del brazo (52).

14. Un soporte (4) según las reivindicaciones 12 y 13, en el que el mecanismo de bisagra (51) tiene un primer eje de pivote (71) y un segundo eje de pivote (72) según un ángulo, por ejemplo perpendicular, al primer eje de pivote (71), y el brazo rígido (48) fija el mecanismo de bisagra (51) con respecto al extremo libre en voladizo (46).

15. Un soporte (4) según la reivindicación 13 o 14, en el que la posición del reposabrazos (49) con respecto al eje de giro (71, 72) es adaptable.

16. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de resorte en voladizo (44) comprende una serie de elementos de resorte en voladizo discretos (60).

17. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de resorte en voladizo (44) tiene características de resorte que varían a lo largo del mecanismo de resorte en voladizo (44), entre el extremo libre en voladizo (46) y el extremo fijo en voladizo (45).

18. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el centro de rotación (43) es móvil con respecto a la fijación de la base (42), en al menos una de:

una dirección longitudinal desde la fijación del brazo hasta la fijación de la base;

una dirección lateral perpendicular a dicha dirección longitudinal;

una dirección transversal perpendicular a la dirección longitudinal y a la dirección lateral.

19. Un soporte (4) según la reivindicación 18, en el que el mecanismo de resorte en voladizo (44) es capaz de flexionarse en al menos dos de las direcciones longitudinal, lateral y transversal.

20. Un soporte (4) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el extremo libre en voladizo (46) es además móvil por la torsión adecuada del mecanismo de resorte en voladizo (44).

21. Un soporte (4) según la reivindicación 20, en el que el mecanismo de resorte en voladizo (44) presenta características de resorte de torsión y puede retorcerse elásticamente.