ES2907270T3 - Exoesqueleto y método de utilización del mismo - Google Patents

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Jean-Marc Sheitoyan
François Tremblay
Patrice Paquette
Aleksander Pohl
Simon Forget
Anis Ouanes
Alain Vary
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Abstract

Un exoesqueleto (10) configurado para ser llevado por un usuario para soportar y transferir una carga llevada por el usuario, el exoesqueleto comprende una sección de torso (100) conectada a dos secciones de pierna articuladas simétricas (300L,300R) a través de una sección de cadera (200) de manera que se transfiera la carga llevada por la sección de torso (100) al suelo a través de la sección de cadera (200) y luego a las secciones de pierna (300L,300R), estando cada sección de pierna (300L,300R) adaptada para mantenerse en cada pierna del usuario y para seguir los movimientos de la pierna cuando el exoesqueleto (10) está en uso, cada sección de pierna (300L,300R) tiene un extremo superior conectado operativamente a un lado exterior de la sección de cadera (200) y un extremo inferior adaptado para estar en contacto con el suelo, caracterizado por que cada sección de pierna (300L,300R) está configurada para transferir la carga desde el lado exterior de la sección de cadera (200) a un lado interior de la pierna del usuario antes de entrar en contacto con el suelo.

Description

DESCRIPCIÓN
Exoesqueleto y método de utilización del mismo
Campo de la invención
[0001] La presente invención se refiere generalmente a exoesqueletos y otras estructuras llevables configuradas para ayudar a los humanos a transportar cargas, y más particularmente se refiere a exoesqueletos pasivos y/o sin motor y otras estructuras llevables pasivas y/o sin motor configuradas para ayudar a los humanos a transportar cargas. Antecedentes de la invención
[0002] Ayudar a los usuarios a transportar cargas pesadas ha sido durante mucho tiempo una necesidad en muchas circunstancias. Por ejemplo, los soldados durante maniobras o entrenamientos militares, los bomberos, los policías, las brigadas antidisturbios, pero también los trabajadores de la construcción y los excursionistas, se enfrentan a menudo al problema de transportar cargas pesadas, a veces en largas distancias. Las soluciones a este problema que se han propuesto a lo largo de los años, han tomado a veces la forma de una estructura portátil, también conocida como exoesqueleto, que debe llevar el usuario, a veces como complemento de las piernas, a veces a través de las piernas y el torso.
[0003] La Patente de EE.UU N° 8.474.672 de Keith describe un montaje para soportar de forma reemplazable una mochila cargada en la espalda del usuario y transferir la carga de la mochila al suelo por medio de las piernas del usuario al tiempo que permite al usuario dar pasos sin obstáculos. Sin embargo, dicha disposición no permite la flexibilidad de las piernas, cuando el usuario a menudo necesita ser capaz de ponerse en cuclillas.
[0004] La mayoría de las soluciones propuestas son motorizadas, es decir, comprenden un mecanismo accionado por un motor para ayudar a transportar la carga. Por ejemplo, la Solicitud de Patente de EE.UU N° 2011/0264014 (Angold et al.) describe un sistema de elevación de carga portátil.
[0005] Otro estado de la técnica proporciona estructuras de extensión que se extienden desde un tronco de exoesqueleto y están configurados para sostener una carga delante de una persona que lleva el exoesqueleto, como se describe en la Patente de EE.UU. N° 8.057.410 B2 (Angold et al.). Aunque es útil, dicha configuración no permite una fácil manipulación de la carga por parte del usuario a larga distancia. Además, dicho dispositivo no aborda el problema de la distribución desigual del peso sobre el tronco de un exoesqueleto, que podría causar problemas de equilibrio significativos para un usuario del exoesqueleto, mientras el usuario está inmóvil así como caminando.
[0006] Por lo tanto, la mayor parte del estado de la técnica consiste en exoesqueletos motorizados, que, aunque son útiles en determinadas circunstancias, pueden ser inadecuados, debido al exceso de peso, los costes, la dependencia de una fuente de alimentación y la falta de movilidad ergonómica para el usuario.
[0007] El documento CA 2 724 062 A1, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1 anexa, divulga un exoesqueleto cuyo conjunto de piernas comprende soportes laterales exteriores e interiores conectados por correas de interconexión que transfieren una pequeña parte de la carga soportada por el usuario desde el soporte lateral exterior al soporte lateral interior antes de entrar en contacto con el suelo.
[0008] El documento US 2.516.253 divulga un soporte ortopédico para su uso en un paciente que tiene poco o ningún control efectivo de una de las principales articulaciones de la pierna.
[0009] Además, la mayor parte del estado de la técnica consiste en exoesqueletos cuyo diseño de soporte de carga está dirigido a la parte exterior de la pierna, lo que no es compatible con la biomecánica humana y puede causar graves lesiones al usuario. Véase, por ejemplo, las Patentes de EE.UU N° 8.474.672 B1 (Keith) y 8.968.222 B2 (Kazerooni et al.), o la Solicitud de Patente de EE.UU N° US 2013/0303950 A1 (Angold et al.).
[0010] Por lo tanto, a pesar de los desarrollos en curso en el campo de los exoesqueletos para transporte de carga, existe la necesidad de nuevos exoesqueletos biométricos para transporte de carga no motorizados que puedan mitigar algunas de las deficiencias del estado de la técnica.
Resumen de la invención
[0011] Las deficiencias de los exoesqueletos del estado de la técnica son al menos mitigadas por un exoesqueleto, tal como un exoesqueleto pasivo, que está configurado para ser llevado por un usuario de tal manera que soporta y transfiere la carga normalmente llevada por el usuario hacia el suelo, reduciendo así el soporte de la carga por el propio usuario.
[0012] La invención se dirige en primer lugar a un exoesqueleto tal como se define en la reivindicación 1 anexa.
[0013] La invención se dirige además a un método como se define en la reivindicación 15 anexa.
[0014] En su uso, un usuario llevará el exoesqueleto para ayudarle a transportar cargas. Cuando se aplica una carga al torso del usuario, la carga será al menos parcialmente soportada por la sección de torso y será transferida a la sección de cadera a través de la sección de torso y su conexión con la sección de cadera. La sección de cadera transferirá entonces la carga a la sección de pierna. Por último, la carga se transferirá al suelo a través de la sección de pierna. En este sentido, los puntos de contacto finales de la carga a la izquierda y a la derecha están situados en el lado interior de los pies izquierdo y derecho.
[0015] Para permitir una transferencia de carga más alineada con la biomecánica humana, las secciones de la pierna del exoesqueleto están generalmente conectadas a los lados de la sección de cadera, pero están configuradas para transferir la carga en el lado interior de los pies. En consecuencia, la transferencia de la carga desde la parte exterior de la cadera hacia la parte interior de las piernas facilita ventajosamente los movimientos del usuario que lleva el exoesqueleto, incluso cuando lleva cargas importantes, ampliando así la distancia y/o el tiempo que el usuario llevará las cargas.
[0016] Aunque varios usuarios podrían utilizar un exoesqueleto de acuerdo con los principios de la presente invención, dicho exoesqueleto puede ser llevado ventajosamente por soldados, oficiales de policía (incluyendo personal de equipos antidisturbios y SWAT), bomberos, trabajadores de la construcción, operadores de cámaras y excursionistas para ayudarles a transportar cargas.
[0017] Otros aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con los modos de realización ilustrativos que se van a describir a continuación, y varias ventajas no mencionadas en el presente documento que se le ocurrirán a un experto en la técnica al emplear la invención en la práctica.
Breve descripción de los dibujos
[0018] Los aspectos, características y ventajas anteriores de la invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva frontal de un modo de realización de un exoesqueleto de acuerdo con los principios de la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva posterior del exoesqueleto de la figura 1.
La figura 3 es una vista frontal del exoesqueleto de la figura 1.
La figura 4 es una vista posterior del exoesqueleto de la figura 1.
La figura 5 es una vista lateral izquierda del exoesqueleto de la figura 1.
La figura 6 es una vista lateral derecha del exoesqueleto de la figura 1.
La figura 7 es una vista en perspectiva frontal de la sección de torso del exoesqueleto de la figura 1.
La figura 8 es una vista en perspectiva posterior de la sección de torso del exoesqueleto de la figura 1. La figura 9 es una vista en perspectiva frontal de la sección de cadera del exoesqueleto de la fig. 1.
La figura 10 es una vista en perspectiva posterior de la sección de cadera del exoesqueleto de la figura 1. La figura 11 es una vista en perspectiva frontal de las secciones de pierna del exoesqueleto de la figura 1. La figura 12 es una vista en perspectiva posterior de las secciones de pierna del exoesqueleto de la fig. 1. La figura 13 es una vista en perspectiva parcial frontal de la parte inferior de las secciones de pierna del exoesqueleto de la figura 1.
La figura 14 es una vista en perspectiva parcial posterior de la parte inferior de las secciones de pierna del exoesqueleto de la figura 1.
La figura 15 es una vista en perspectiva frontal de la sección de cuello del exoesqueleto de la figura 1. La figura 16 es una vista en perspectiva posterior de la sección de cuello del exoesqueleto de la fig. 1. La figura 17 es una vista en perspectiva frontal del exoesqueleto de la figura 1, que muestra además un chaleco de cobertura.
La figura 18 es una vista frontal de la sección de pierna del exoesqueleto de la Fig. 1.
La figura 19 es una vista frontal de las secciones de pierna del exoesqueleto de la Fig. 1.
La figura 20 es una vista en perspectiva frontal de las secciones de pierna del exoesqueleto de la fig. 1. La figura 21 es una vista en perspectiva frontal de las secciones de la parte inferior del cuerpo del exoesqueleto de la fig. 1.
La figura 22 es una vista esquemática de la sección de las Vértebras del exoesqueleto de la Fig. 1. La figura 23 es una vista esquemática de la sección de las Vértebras del exoesqueleto de la Fig. 1. La figura 24 es una vista esquemática de la sección de las Vértebras del exoesqueleto de la Fig. 1. La figura 25 es una vista posterior de las secciones del torso del exoesqueleto de la fig. 1.
Descripción detallada de los modos de realización preferidos
[0019] En lo sucesivo se describirá un novedoso exoesqueleto de transporte de carga. Aunque la invención se describe en términos de modos de realización ilustrativos específicos, debe entenderse que los modos de realización descritos en el presente documento son sólo a modo de ejemplo y que el alcance de la invención no pretende estar limitado por ellos.
[0020] Un exoesqueleto de acuerdo con los principios de la presente invención comprende generalmente al menos tres secciones interconectadas, 1) una sección de torso, 2) una sección de cadera, y 3) secciones de pierna. Estas tres secciones están interconectadas para transferir la carga que normalmente lleva el torso, incluyendo los hombros, el pecho y la espalda del usuario, al suelo a través de la sección de la cadera y luego de las secciones de pierna.
[0021] Para permitir una transferencia de carga más alineada con la biomecánica humana, las secciones de pierna del exoesqueleto están generalmente conectadas a los lados de la sección de cadera pero están configuradas para transferir la carga al lado interior de los pies.
[0022] En los típicos modos de realización, la sección de torso del exoesqueleto comprende generalmente un elemento de hombro configurado para descansar sobre los hombros del usuario, y un conjunto de columna vertebral que comprende una pluralidad de elementos espinales. El elemento superior de la columna vertebral está conectado al elemento de hombro o forma parte de él, mientras que el elemento inferior de la columna vertebral está conectado/a a la sección de cadera. Los elementos de hombro y de la columna vertebral están interconectados por elementos elásticos (por ejemplo, muelles) para permitir que el conjunto de la columna vertebral se comprima o extienda bajo carga y para permitir que el conjunto de la columna vertebral siga relativamente los movimientos del usuario. La sección de torso generalmente soporta y transfiere la carga que normalmente llevan los hombros y el torso del usuario hacia el suelo a través de la sección de cadera y luego de las secciones de pierna.
[0023] En algunos modos de realización, la sección de torso también comprende al menos un par de elementos de costilla izquierda y derecha que se extienden a cada lado de al menos un elemento intermedio de la columna vertebral hasta la parte frontal del torso del usuario, generalmente a nivel de las costillas más bajas, entre el tórax y el abdomen. Cuando están presentes, estos elementos de costilla soportan y transfieren eficazmente la carga que normalmente lleva el tórax o el abdomen hacia el conjunto de la columna vertebral y luego hacia el suelo a través de las secciones de cadera y de pierna.
[0024] En los modos típicos de realización, la sección de cadera del exoesqueleto generalmente comprende un elemento de la parte inferior de la espalda y elementos de la cadera izquierda y derecha que se extienden desde cada lado del elemento de la parte inferior de la espalda hasta la parte frontal del usuario. El elemento inferior de la espalda recibe la extremidad más baja del conjunto de la columna vertebral de la sección de torso. Las extremidades libres izquierda y derecha de los elementos de la cadera están provistas de cierres complementarios para poder unirse y formar un cinturón. Para mayor comodidad, la superficie interior de los elementos de la parte inferior de la espalda y de la cadera suelen estar revestidos de un material elástico como la espuma elastomérica.
[0025] En los típicos modos de realización, las secciones de pierna del exoesqueleto comprenden una sección de pierna izquierda y una sección de pierna derecha. Las secciones de pierna izquierda y derecha son generalmente simétricas. La sección de pierna izquierda se monta en el elemento de cadera izquierda de la sección de cadera mientras que la sección de pierna derecha se monta en el elemento de cadera derecha de la sección de cadera.
[0026] Cada sección de pierna comprende generalmente tres fragmentos principales, un conjunto de articulación de la cadera, un elemento de pierna superior y un elemento de pierna inferior. El conjunto de articulación de la cadera está montado en el elemento de cadera apropiado de la sección de cadera y en la extremidad superior del elemento de pierna superior. El conjunto de articulación de la cadera se articula para permitir que el elemento de pierna superior se mueva con respecto a la sección de cadera cuando el usuario se mueve (por ejemplo, caminando, corriendo, arrodillándose, en cuclillas, etc.). El elemento de pierna superior está conectado al conjunto de articulación de la cadera y al elemento de pierna inferior. La extremidad superior del elemento de pierna superior está montada de forma pivotante al conjunto de articulación de la cadera, y la extremidad inferior del elemento de pierna superior está conectada de forma pivotante al elemento de pierna inferior. La conexión pivotante entre los elementos de pierna superior e inferior se encuentra generalmente a nivel de la rodilla del usuario para permitir que el elemento de pierna inferior siga los movimientos de la pierna del usuario con respecto al elemento de pierna superior. El elemento de pierna inferior generalmente se extiende hacia abajo y hacia el lado interior de la pierna del usuario como para transferir la carga desde el exterior de la pierna hacia el interior de la pierna y hacia abajo en el lado interior del pie del usuario. En ese sentido, la extremidad inferior del elemento de pierna inferior se termina en un inserto de suela configurado para ser recibido en el calzado (por ejemplo, la bota) del usuario.
[0027] En algunos modos de realización, el exoesqueleto también comprende una sección de cuello (una cuarta sección). La sección de cuello está configurada para ayudar a soportar la carga transportada por la cabeza del usuario. La sección de cuello está generalmente conectada, directamente o a través de un chaleco o traje de protección, a la sección de torso para transferir la carga desde la cabeza y el cuello del usuario hacia la sección de torso, que a su vez transferirá la carga hacia abajo a través de las secciones de cadera y pierna.
[0028] En su uso, un usuario llevará el exoesqueleto para ayudarle a transportar cargas. Cuando se aplica una carga al torso (por ejemplo, el hombro, el pecho y/o la espalda) del usuario, la carga será soportada, al menos parcialmente, por la sección de torso (por ejemplo, el elemento de hombro, el conjunto de la columna vertebral) y se transferirá a la sección de cadera a través del conjunto de la columna vertebral y su conexión con la sección de cadera. La sección de cadera transferirá entonces la carga a las dos secciones de pierna a través de la conexión entre el elemento de la cadera izquierda y la sección de pierna izquierda, y a través de la conexión entre el elemento de cadera derecha y la sección de pierna derecha. Por último, la carga se transferirá al suelo a través de los insertos de suela izquierda y derecha situadas en el calzado del usuario. En este sentido, como se ha mencionado anteriormente, los puntos de contacto final de la carga izquierda y derecha están situados en la parte interior de los pies izquierdo y derecho.
[0029] Según un aspecto de la presente invención, el exoesqueleto puede comprender una pluralidad de subsistemas: Subsistema 1: Elementos inferiores
[0030] Suela: insertada directamente en la suela de la bota del soldado, esta suela metálica es la base, el punto final del equilibrio y del balance necesarios para que este dispositivo transfiera y redirija adecuadamente la carga de todo el cuerpo al suelo.
[0031] Mecanismo de extensión del pie: es la unión entre el pie y la parte inferior de la tibia.
[0032] Conector exterior del maléolo medial: esta zona del dispositivo está específicamente diseñada para asegurar la correcta transferencia de la carga anterior sin impedir el ponerse/quitarse las botas.
[0033] Conector interior del maléolo medial: esta zona del dispositivo está específicamente diseñada para asegurar la correcta transferencia de la carga anterior sin impedir el ponerse/quitarse las botas.
[0034] Mecanismo de extensión Tibia-Rodilla: es la zona inferior de la rodilla como continuación de la tibia [0035] Mecanismo de extensión Parte Frontal-Tibia: esta zona se abre justo delante de la tibia para permitir una transferencia adecuada de la carga redirigida que viene de arriba.
[0036] Mecanismo de conexión Parte Posterior-Tibia: esta zona permite la fijación adecuada del dispositivo a la parte posterior de la tibia.
[0037] Mecanismo de extensión Parte Frontal-Cadera: esta zona se abre justo delante de la cadera para permitir la transferencia adecuada de la carga redirigida que viene de arriba.
[0038] Mecanismo de conexión Parte Posterior-Muslo: esta zona permite la fijación adecuada del dispositivo a la parte posterior de la cadera.
[0039] Pivote de unión Cinturón-Muslo: este mecanismo de unión permite un movimiento adecuado de la zona de la cadera y el muslo al tiempo que garantiza una transferencia de carga adecuada.
[0040] Extensor de abducción del muslo: esta zona hace de puente entre las cargas de la parte superior del cuerpo que se transfieren hacia abajo a través del sistema de cinturón.
Subsistema 2: Cinturón
[0041] Conector de unión entre el cinturón y el muslo: esta zona permite la correcta fijación del dispositivo a la parte posterior de la tibia.
[0042] Mecanismo de seguimiento del cinturón: esta zona permite la correcta fijación del dispositivo a la parte posterior de la tibia.
Subsistema 3: Parte superior del cuerpo
[0043] Alas elevadoras de la carga: esta parte levanta el peso de los hombros y el torso para liberar al cuerpo de esta carga que será redirigida al suelo a través de los mecanismos de transferencia.
[0044] Vértebras: esta parte actúa como una columna vertebral humana permitiendo la movilidad adecuada de la parte superior del torso antes de conectarse al cinturón para la transmisión de la carga que viene de arriba.
[0045] Vértebras-Costillas: Se trata de unas Vértebras especiales, a diferencia de las otras (o), de las que se extienden/crecen dos costillas flotantes que abrazarán el torso de atrás hasta adelante.
[0046] Conector Costilla-Placa: Esta pieza situada en la extremidad de la costilla flotante ayuda a evitar la compresión del torso apartando ligeramente el chaleco balístico del torso.
[0047] Vía de ajuste de las costillas: Es el mecanismo que permite el correcto ajuste y fijación de todo este subsistema del exoesqueleto en el torso.
Subsistema 4: Parte superior del hombro
[0048] Rama de pivote de la parte superior de la oreja: Es la parte más alta del subsistema de la parte superior del hombro que está conectada al casco. Este subsistema utiliza un sistema de par asistido (ATS: 'Assisted Torque System') para asistir y controlar literalmente el movimiento del cuello, al tiempo que transfiere una parte del peso del casco al subsistema inferior a través de las alas elevadoras (n).
[0049] Rama de pivote de la parte inferior de la oreja: Forma parte del subsistema del hombro superior, con la misma función que (s).
[0050] Deslizador de riel del cuello: Este mecanismo permite ajustar la posición del casco en el subsistema de la parte superior del hombro para un correcto equilibrio de la carga y control/ayuda de los movimientos del cuello.
[0051] Rama de pivote del cuello: Este mecanismo también forma parte del subsistema de la parte superior del hombro, diseñado para funcionar como se describe en (s). Se refiere principalmente al movimiento del cuello.
[0052] Un exoesqueleto de acuerdo con los principios de la presente invención se muestra generalmente en 10 en las Figs. 1 y 2. El exoesqueleto 10 está diseñado para permitir que un usuario que lleva una carga sobre su torso, puede hacer que el exoesqueleto 10 asuma la carga del torso, levantándola del cuerpo del usuario y redirigiéndola al suelo debajo del pie mientras el usuario está de pie, caminando, corriendo o en cuclillas. En el presente modo de realización, el exoesqueleto 10 también está configurado para soportar, al menos parcialmente, el peso de un casco que el usuario pueda llevar.
[0053] Refiriéndose ahora a las figs. 1 a 6, el exoesqueleto 10 comprende generalmente tres secciones principales, 1) una sección de torso 100, 2) una sección de cadera 200, y 3) secciones de pierna 300L y 300R. Estas tres secciones 100, 200 y 300 están interconectadas para transferir la carga que normalmente lleva el torso, incluidos los hombros, el pecho y la espalda del usuario, al suelo a través de la sección de torso 100, la sección de cadera 200 y luego las secciones de pierna 300L y 300R. En algunos modos de realización, como se explicará más adelante, el exoesqueleto 10 puede comprender además una sección de cuello 400.
[0054] Comprensiblemente, la sección de torso 100, la sección de cadera 200 y las secciones de pierna 300L y 300R están generalmente configuradas respectivamente para ser montadas en el torso, alrededor de las caderas y en las piernas del usuario. En este sentido, la sección de torso 100, la sección de cadera 200 y las secciones de pierna 300L y 300R están generalmente provistas de diversos mecanismos de ajuste (por ejemplo, correas, ajustes laterales y longitudinales en las caderas (1 pulgada), en el tobillo (media pulgada) y en la columna vertebral (4 pulgadas), así como accesorios mecánicos, pernos, tornillos y tuercas) para ajustar adecuadamente las diversas secciones 100, 200, 300L y 300R al tamaño y la forma particulares del cuerpo del usuario. En los presentes modos de realización, los mecanismos de ajuste incluyen correas cruzadas para facilitar la expansión de los músculos. Según uno de los modos de realización, el exoesqueleto de transporte de carga, aunque permite un grado de ajustabilidad, puede fabricarse en diferentes tamaños para adaptarse a diversos tipos y tamaños de cuerpo.
[0055] Con referencia adicional a las Figs. 7 y 8, la sección de torso 100 puede comprender un elemento de hombro 110 y un conjunto de columna vertebral 120. Como se muestra en la Fig. 7, el elemento de hombro 110 está situado en la extremidad superior 122 del conjunto de la columna vertebral 120. El elemento de hombro 110 está generalmente configurado para tomar al menos una porción de la carga aplicada sobre el torso del usuario y transferirla al conjunto de la columna vertebral 120 que transferirá además la carga hacia abajo a través de la sección de cadera 200 y a las secciones de pierna 300L y 300R.
[0056] Como se muestra mejor en las Figs. 7 y 8, en el presente modo de realización, el elemento de hombro 110 está generalmente configurado para rodear parcialmente la base del cuello del usuario. En ese sentido, el elemento de hombro 110 comprende dos extensiones en forma de ala 112L y 112R que definen un hueco 113 donde la base del cuello del usuario puede ubicarse.
[0057] El conjunto de la columna vertebral 120, que es similar a una columna vertebral humana, generalmente comprende una pluralidad de elementos espinales interconectados o Vértebras 131 a 136. En el presente modo de realización, el conjunto de la columna vertebral 120 comprende 6 elementos espinales individuales. Sin embargo, en otros modos de realización, el número de elementos espinales podría ser mayor o menor que 6.
[0058] El elemento del hombro 110 y los elementos de la columna vertebral 131 a 136 están interconectados con elementos elásticos (por ejemplo, muelles) 150 a 155 para que el conjunto de la columna vertebral 120 se comprima y extienda bajo las diferentes cargas que soporta y transfiere. La interconexión elástica entre el elemento del hombro 110 y los elementos de la columna vertebral 131 a 136 también da flexibilidad a la sección de torso 100 del exoesqueleto 10. Dado que el exoesqueleto 10 está configurado para ser llevado por un usuario, puede ser ventajoso que el exoesqueleto 10 sea capaz de seguir los movimientos del usuario al tiempo que mantiene sus capacidades de soporte de carga. En el presente modo de realización, la interconexión elástica entre el elemento de hombro 110 y los elementos de la columna vertebral 131 a 136 permite que la sección de torso 100 soporte al menos una parte de la carga aplicada al torso del usuario mientras permanece lo suficientemente flexible como para seguir la mayoría de los movimientos del usuario.
[0059] En el presente modo de realización, al menos uno de los elementos espinales 131 a 136 comprende además al menos un par de elementos costales izquierdo y derecho 140L y 140R que se extienden a cada lado desde al menos un elemento espinal intermedio hasta la parte frontal del torso del usuario, generalmente a nivel de las costillas más bajas, entre el tórax y el abdomen. En el presente modo de realización, como se muestra mejor en las Figs. 7 y 8, sólo el elemento espinal 133 comprende los elementos de costilla 140L y 140R. Los elementos de costilla 140L y 140R están configurados para soportar, al menos parcialmente, una carga que estaría localizada en el tórax y/o el abdomen del usuario y transferirla al conjunto de la columna vertebral 120. En este sentido, en el presente modo de realización, los elementos de costilla 140L y 140R están respectivamente terminados por placas de montaje ajustables 142L y 142L a las que se puede montar o fijar la carga. En el presente modo de realización, las placas de montaje 142L y 142R están provistas de una serie de aberturas de fijación 144L y 144R para proporcionar diferentes ajustes para la carga montada o fijada. En un entorno militar, los elementos de costilla 140L y 140R y sus respectivas placas de montaje 142L y 142R podrían utilizarse, por ejemplo, para soportar al menos parcialmente las placas balísticas utilizadas para proteger a los soldados de las balas de alta velocidad y otra metralla.
[0060] Comprensiblemente, dependiendo del uso previsto del exoesqueleto 10, más elementos de la columna vertebral podrían estar provistos de elementos de costilla (si el usuario tiene que llevar una gran carga frontal, por ejemplo un operador de cámara) o estar desprovistos de elementos de costilla por completo (si el usuario no tiene que llevar una gran carga frontal, por ejemplo, un excursionista).
[0061] En virtud de su configuración, la sección de torso 100 soportará, al menos parcialmente, una carga llevada por el torso del usuario y la transferirá hacia abajo a la sección de cadera 200, que a su vez la transferirá al suelo a través de las secciones de pierna 300L y 300R.
[0062] Refiriéndose ahora a las Figs. 9 y 10, además de las Figs. 1 a 6, la sección de cadera 200 es una sección de puente entre la sección superior de torso 100 y las secciones inferiores de pierna 300L y 300R. En ese sentido, la sección de cadera 200 está generalmente configurada para transferir y redirigir la carga desde la espalda, donde recibe la carga del conjunto de la columna vertebral 120, hacia los lados donde transfiere la carga a las secciones de pierna 300L y 300R.
[0063] En el presente modo de realización, la sección de cadera 200 comprende un elemento de espalda inferior 210 y dos elementos de cadera 220L y 220R que se extienden desde cada lado del elemento de espalda inferior 210 hasta la parte delantera del usuario. Como se muestra mejor en la Fig. 9, las extremidades libres 222L y 222R de los elementos de cadera izquierdo y derecho 220L y 220R están provistos de cierres complementarios 224L y 224R de tal manera que se pueden unir para formar un cinturón (véase la Fig. 9). En el presente modo de realización, los cierres complementarios 224L y 224R son elementos de hebilla. Sin embargo, en otros modos de realización, los cierres complementarios 224L y 224R podrían ser diferentes, por ejemplo, correas de Velcro™.
[0064] Como se muestra en la Fig. 9 y particularmente en la Fig. 10, el elemento lumbar 210 está conectado a la extremidad más baja 124 del conjunto de columna vertebral 120 de la sección de torso 100. La conexión entre el elemento espinal más bajo 136 y el elemento lumbar 210 es similar a la conexión entre los otros elementos espinales 131 a 136.
[0065] Como se muestra mejor en la Fig. 9, cuando los cierres complementarios 224L y 224R están unidos, la sección de cadera 200 forma un cinturón que circunscribe completamente la región de la cadera del usuario. En el presente modo de realización, para mayor comodidad del usuario, la superficie interior del elemento inferior de la espalda 210 y de los elementos de la cadera 220L y 220R está revestida de una capa de material elástico como la espuma elastomérica 230. En particular, además de su función de transferir la carga de la sección de torso 100 a las secciones de pierna 300L y 300R, la sección de cadera 200 también transfiere parte de la carga a las caderas del usuario, contribuyendo así a aliviar la carga soportada por el torso del usuario. Por lo tanto, la capa de material elástico evita en general que la sección de cadera 200 defina puntos de contacto dolorosos con las caderas del usuario.
[0066] Refiriéndose ahora a las Figs. 9 a 14, para completar la transferencia de carga desde el torso hasta el suelo, la sección de cadera 200 está conectada a las secciones de pierna izquierda y derecha 300L y 300R. Ambas secciones de pierna 300L y 300R son simétricas por naturaleza, siendo la sección de pierna derecha 300R una imagen “espejo” de la sección de pierna izquierda 300L. En este sentido, sólo se describirá a continuación la sección de pierna izquierda 300L.
[0067] La sección de pierna izquierda 300L está conectada de forma fija pero ajustable al elemento de la cadera izquierda 220L de la sección de cadera 200. La sección de pierna izquierda 300L comprende generalmente tres porciones principales, 1) un conjunto conector de cadera 310L, 2) un elemento de pierna superior 330L, y 3) un elemento de pierna inferior 350L.
[0068] Refiriéndose a las Figs. 9 y 10, el conjunto de conector de cadera 310L es generalmente el responsable de asegurar la conexión adecuada entre la sección de cadera 200 y la sección de pierna izquierda 300L y al mismo tiempo de permitir los grados de libertad necesarios en los movimientos de la sección de pierna 300L. En este sentido, el conjunto conector de cadera 310L comprende un conector de cinturón 312L, un primer elemento de articulación de la cadera 314L conectado de forma pivotante al conector de cinturón 312L, un segundo elemento de articulación de la cadera 316L conectado de forma pivotante al primer elemento de articulación de la cadera 314L, y un tercer elemento de articulación de la cadera 318L conectado de forma pivotante al segundo elemento de articulación de la cadera 316L.
[0069] Como puede verse en la Fig. 9, la conexión pivotante 313L entre el conector de cinturón 312L y el primer elemento de articulación de la cadera 314L define un primer eje de pivote 323L que permite movimientos laterales (es decir, movimientos de izquierda a derecha) de la pierna del usuario. Por su parte, la conexión pivotante 315L entre el primer elemento de articulación de la cadera 314L y el segundo elemento de articulación de la cadera 316L define un segundo eje de pivote 325L que permite movimientos longitudinales (es decir, movimientos adelante y atrás) de la pierna del usuario. Finalmente, la conexión pivotante 317L entre el tercer elemento de articulación de la cadera 318L y el segundo elemento de articulación de la cadera 316L define un tercer eje de pivote 327L que permite movimientos axiales (es decir, movimientos de rotación) de la pierna del usuario. Los tres ejes de pivote 323L, 325L y 327L son generalmente perpendiculares entre sí, proporcionando así generalmente tres grados de libertad al resto de la sección de pierna 300L y por lo tanto a la pierna del usuario. Por lo tanto, al proporcionar tres grados de libertad, el conjunto conector de cadera 310L permite que los elementos superior e inferior de la pierna 330L y 350L sigan adecuadamente los movimientos de la pierna del usuario durante su uso.
[0070] Refiriéndose ahora a las Figs. 11 y 12, el elemento superior de la pierna 330L está montado en el conjunto de articulación de la cadera 310L (véase también Figs. 9 y 10) y generalmente se extiende hacia abajo desde el mismo. Más particularmente, la extremidad superior 332L del elemento de pierna superior 330L está conectada de forma fija pero ajustable al tercer elemento de articulación de la cadera 318L. La conexión ajustable 319L entre la extremidad superior 332L y el tercer elemento de articulación de la cadera 318L generalmente proporciona un ajuste de altura para tener en cuenta piernas de varias longitudes.
[0071] El elemento de pierna superior 330L generalmente comprende dos regiones, una región superior 334L y una región inferior 336L. Como se muestra mejor en la Fig. 11, la región superior 334L generalmente se extiende desde el lado (por ejemplo, la región del muslo) del usuario hacia la parte frontal. Luego, extendiéndose hacia abajo desde la región superior 334L está la región inferior 336L que se termina cerca de la rodilla en dos extremidades 338L ya que la región inferior 336L se divide.
[0072] Por su parte, el elemento de pierna inferior 350L está conectado de forma pivotante, en sus extremos superiores 352L, al elemento de pierna superior 330L, y está terminado en su extremo inferior 358L en un inserto de suela 370L.
[0073] Al igual que el elemento de pierna superior 330L, el elemento de pierna inferior 350L también comprende una región superior 354L y una región inferior 356L que se extiende hacia abajo desde la misma. Notablemente, como se muestra en la Fig. 11, la región superior 354L del elemento inferior 350L también se divide en dos extremidades 352L. Estas dos extremidades 352L están conectadas de forma pivotante a las dos extremidades 352L de la región inferior 336L del elemento de pierna superior 330L. La conexión pivotante 339L entre las extremidades 338L y las extremidades 352L está generalmente alineada con la rodilla del usuario para permitir que la pierna del usuario se doble a lo largo de la rodilla.
[0074] En particular, como se muestra en la Fig. 11 (véase también la Fig. 3), la configuración dividida de las extremidades 338L y las extremidades 352L define una abertura central 340L. Esta abertura 340L permite que la rodilla del usuario se extienda a través de ella cuando el usuario se arrodilla o se pone en cuclillas.
[0075] Con referencia a las Figs. 11 a 14, la región superior 354L del elemento de pierna inferior 350L está generalmente localizada en la parte frontal de la pierna del usuario mientras que la región inferior 356L se extiende hacia abajo y hacia el interior de la pierna del usuario como para terminar dentro del pie del usuario. En este sentido, la región inferior 356L está terminada en un inserto de suela 370L configurado para encajar dentro del calzado bajo el pie del usuario. Este inserto de suela 370L está conectado de forma pivotante a la extremidad 358L del elemento de pierna inferior 350L para permitir movimientos pivotantes del pie del usuario.
[0076] Refiriéndose a la Fig. 11 o 12, se notará que la sección de pierna 330L transfiere la carga desde el lado externo de la pierna del usuario, cerca del muslo, hasta el lado interno de la pierna del usuario, cerca del tobillo. Esta transferencia de carga desde el lado externo de la pierna hacia el lado interno de la pierna permite que el punto final de carga se ubique dentro del pie del usuario de acuerdo con la biomecánica del cuerpo humano. En este sentido, dado que el lado interno del pie está mejor configurado para soportar la carga, la transferencia de la carga en el lado interno del pie puede prevenir lesiones al usuario del exoesqueleto 10.
[0077] Refiriéndose a las Figs. 11-14, cuando un usuario está parado de pie, caminando o corriendo, la pierna permanece en su circunferencia y geometría normal. Al arrodillarse sobre una pierna, dos piernas o adoptar una posición agachada, la circunferencia de la pierna Típicamente aumenta dentro de un rango que varía entre ninguna y varias pulgadas, dependiendo de la edad y el origen étnico del individuo. Esta situación se aplica concretamente a la región del muslo y de la pantorrilla de las piernas.
[0078] Refiriéndose a las Figs. 18-21, en el presente modo de realización, la sección A (gris oscuro: extensor del muslo que está conectado a la articulación de pivote de la rodilla, que a su vez está conectada al extensor de la tibia) generalmente se mueve horizontalmente hacia el lado interno de la pierna por la expansión de los músculos cuando el usuario adopta una posición más baja como se ha descrito anteriormente, mientras que la sección B (gris claro: mecanismo de la rodilla/muslo/tibia) generalmente permanece fija y no se mueve.
[0079] Refiriéndose a la Fig. 20, los elementos 334, 336 y 354 preferentemente permanecen fijos y no se mueven, a diferencia de los elementos homólogos simétricos del lado interno que Típicamente se desplazan horizontalmente hacia el lado interno de la pierna por la expansión de los músculos cuando el usuario adopta una posición más baja como se describe anteriormente.
[0080] Refiriéndose ahora a la Fig. 12 (véase también la fig. 4), la parte posterior tanto del elemento de pierna superior 330L como del elemento de pierna inferior 350L está provista de extensiones de fijación de correas 380L y 390L, cada una de las cuales comprende bucles de fijación 382L y 392L. Estos bucles 382L y 392L están configurados para recibir correas de fijación (no mostradas) para asegurar la sección de pierna 330L a la pierna del usuario. Típicamente, las correas son elásticas y/o ajustables para proporcionar una fijación adecuada entre la sección de pierna 330L y la pierna del usuario.
[0081] Además, como en el caso de la sección de cadera 200, la superficie posterior de las secciones de pierna 380L y 390L podría estar provista de una capa de material elástico, como una espuma elastomérica, para aumentar el confort.
[0082] Como se ha mencionado anteriormente, el presente modo de realización del exoesqueleto 10 también comprende una sección de cuello 400 que está generalmente configurada para transferir la carga generada por un casco (no mostrado) a la sección de torso 100. Como se muestra en la Fig. 17, en el presente modo de realización, la sección de cuello 400 está conectada a la sección de torso 100 a través de un chaleco 500. El chaleco 500 está generalmente integrado con la sección de torso 100 para permitir que el chaleco 500 asegure la sección de torso 100 al torso del usuario. En el presente modo de realización, el chaleco 500 está hecho de correas acolchadas 510 y malla
[0083] Refiriéndose a las Figs. 15 y 16, para permitir que la sección de cuello 400 transfiera adecuadamente la carga del casco a la sección de torso 100, la sección de cuello 400 comprende un par de elementos de soporte de casco izquierdo y derecho 410L y 410R que están configurados para ser montados en el casco a través de puntos de fijación 412L y 412R, y que están conectados de forma pivotante a los primeros elementos de cuello 420L y 420R. Estos dos primeros elementos de cuello 420L y 420R están conectados además al segundo elemento de cuello 430 que se conforma para extenderse a lo largo de la parte posterior de la cabeza del usuario. Este segundo elemento de cuello 430 está conectado además a un tercer elemento de cuello 440 que se extiende hacia abajo, hacia los hombros del usuario. En ese sentido, las extremidades inferiores 442L y 442R del tercer elemento de cuello 440 están provistas de elementos de fijación del chaleco 450L y 450R unidos de forma pivotante al mismo.
[0084] En funcionamiento, la trayectoria de las cargas estáticas y dinámicas a lo largo del exoesqueleto 10 es la siguiente.
[0085] En el presente modo de realización, en funcionamiento, cuando la persona se encuentra de pie, está caminando o corriendo, este sistema de exoesqueleto 10 toma la carga que está Típicamente en el torso, la levanta y la aparta del cuerpo y la redirige al suelo debajo del pie (es decir, la carga es ahora redirigida estratégicamente al área donde el cuerpo bípedo maneja mejor la carga).
[0086] Mientras el usuario se encuentra de pie, está caminando o corriendo, la trayectoria de las cargas estáticas y dinámicas involucradas es la siguiente:
I. La carga del casco suele quitarse del cuello y redirigirse hacia los hombros a través de los mecanismos de transferencia 412, 415, 430, 442 (véase la Fig. 15).
II. A partir del I, la carga se eleva desde abajo de los hombros mediante el mecanismo de transferencia del ala de elevación de la carga 112 (véase las figuras 5-7)
III. A partir del II, fluye a través de las Vértebras 110, 131 a 136 (ver Fig, 8) de la columna vertebral artificial para llegar a la zona de la cadera 230 (véase la Fig. 9). Así, la carga suele estar en la parte exterior del cuerpo, justo sobre la cadera.
IV. A partir del III, continúa por la zona de la cadera a través del elemento deslizante /los conectores/las uniones 319, 323, 312 (véase la Fig. 10) hasta las piernas
V. A partir del IV, continúa por la zona de la rodilla 319, 354, 356 (ver Fig. 11)
VI. A partir del V, la carga se redirige hacia el interior de la pierna a través de los mecanismos de transferencia 356, 358, 359 (véase la figura 11)
VII. A partir del VI, la carga toma una trayectoria que describe una dirección de 0 a 90 grados (de vertical a horizontal - el lado interior inferior de la tibia hacia el dedo gordo) antes de llegar finalmente por debajo del pie 370 (véase la Fig. 11).
[0087] En el presente modo de realización, Refiriéndose ahora a las Figs. 22-25, en funcionamiento, en ciertas posiciones, el funcionamiento de las Vértebras 131 a 136 del conjunto de Vértebras (columna vertebral artificial) es preferentemente un mecanismo de transferencia de carga dinámica auto-ajustable diseñado específicamente para la columna vertebral humana.
[0088] En el presente modo de realización, el conjunto de Vértebras 600 se compone de varias piezas de dispositivo individuales identificadas como Vértebras que se caracterizan en 4 tipos: Vértebra lumbar (134 a 136), Vértebra de choque de costilla 133 (que se extiende en la conexión del conjunto de choque de costilla (140 a 144)), Vértebra torácica 131-132 y Vértebra superior 110 (que se extiende en las alas elevadoras de la carga 112).
[0089] Refiriéndose a la Fig. 22, el conjunto de Vértebras 600 comprende resortes interiores telescópicos 610, resortes inter-vertebrales 620, y transferencia de carga por contacto esférico 630.
[0090] Cada una de estas Vértebras (110, 131 a 136) se mueve preferentemente de forma libre en relación con las demás en 4 ejes: rotación, flexión, flexión lateral y traslación. La Vértebra superior (110) es Típicamente la parte del dispositivo que tiene la capacidad de soportar la carga. El funcionamiento de este conjunto de Vértebras con respecto al sistema global que soporta una determinada carga depende de la postura/actividades/posiciones específicas, así como de los mecanismos de transferencia que se describen a continuación:
De pie, caminando, corriendo y en posición prona
[0091] En el presente modo de realización, Refiriéndose a la Fig. 23, mientras el usuario está parado de pie todas las Vértebras (110, 131 a 136) (ver Fig. 8) del conjunto están directamente en contacto a través de la superficie de contacto esférica 111, 112 en la extremidad de cada Vértebra.
[0092] Mientras el usuario está caminando o corriendo, la carga seguirá siendo transmitida a través de este contacto directo. Además, si se realiza un movimiento de inclinación limitado (menos de 10 grados) en cualquier lado, el conjunto de Vértebras seguirá transfiriendo (o trasladando) la carga a través del contacto directo.
Apoyarse en cualquier lado y arrodillarse
[0093] Una vez que el movimiento del usuario alcanza un movimiento de inclinación de más de 10 grados, la columna vertebral se extiende Típicamente siguiendo un cierto patrón: la sección lumbar se traslada más que las otras secciones; las otras secciones se trasladan de manera similar.
[0094] Refiriéndose a la Fig. 23, cuando la columna vertebral se extiende, generalmente crea una traslación entre cada uno de los puntos de contacto de las Vértebras 111, 112 que desconecta el contacto de la superficie esférica que está soportando la carga en posición recta. Para seguir transfiriendo la carga, el conjunto utiliza el contacto del tubo interior de las Vértebras 115. Son los dos contactos creados por los puntos de contacto del 'andamio' 111, 112 y 116, 117 los que ahora transfieren la carga. Este mecanismo se identifica como el 'andamio'.
[0095] Todavía Refiriéndose a la Fig. 23, a medida que aumenta el mecanismo de andamiaje, se obtiene un mayor ángulo de flexibilidad entre las Vértebras 131 a 136 (véase la Fig. 8); de modo que cuanto más se produce un movimiento de inclinación, más aumenta la traslación entre las Vértebras 131 a 136 (véase la Fig. 8), y más flexibles se vuelven. La traslación de las Vértebras lumbares es tan grande que se ha incorporado en su interior un mecanismo telescópico 113, 114 para compensar la traslación excesiva que se produce en la posición de "arrodillamiento". Para garantizar el buen funcionamiento de todo el sistema, es necesario que las partes del dispositivo del conjunto de Vértebras se mantengan unidas adecuadamente sobre el usuario. Por lo tanto, los muelles, los elásticos y los retenedores textiles están inherentemente integrados en el diseño de este conjunto de Vértebras. Muelles, elásticos y retenedores textiles
[0096] Un muelle es insertado dentro de cada Vértebra 131 a 136 (ver Fig. 8); este muelle separa a las otras Vértebras 131 a 136 (véase Fig. 8) (véase Fig.22). Para activar el mecanismo telescópico de las Vértebras lumbares se introduce un muelle específico en la sección lumbar (véase la Fig. 22). A continuación, el conjunto global se tensa mediante un elástico que tira de todo el conjunto de Vértebras y lo junta (véase las Fig. 24-25). Autoajustable
[0097] Este mecanismo es preferiblemente autoajustable de manera que el movimiento con la carga en el hombro se hace sin esfuerzo.
[0098] En el momento del movimiento del usuario, se desencadena un ligero desplazamiento (desde el centro del cuerpo) de la posición del vector de carga; este desplazamiento generalmente compromete las Vértebras 131 a 136 (véase la Fig. 8) que tiran de todo el sistema (cuerpo exoesqueleto) en la dirección del movimiento.
[0099] La carga transportada por el usuario en su pecho, hombros y/o espalda es soportada, al menos parcialmente, por el elemento de hombro 110 y el conjunto de la columna vertebral 120 de la sección de torso 100. La carga se dirige así hacia la espalda y a lo largo del conjunto de la columna vertebral 120, que a su vez la dirige hacia la sección de cadera 200. La sección de cadera 200 divide la carga en dos, ya que la dirige a los elementos de la cadera izquierda y derecha 220L y 220R. Los elementos de la cadera izquierda y derecha 220L y 220R redirigen la carga hacia las secciones de pierna izquierda y derecha 300L y 300R respectivamente. Las secciones de pierna 300L y 300R redirigen entonces la carga desde el exterior de las piernas hacia el interior de las mismas, de forma que finalmente entran en contacto con el suelo cerca del interior de los pies del usuario.
[0100] Por lo tanto, cuando el usuario que lleva el exoesqueleto 10 está de pie, caminando, corriendo, arrodillándose, poniéndose en cuclillas, etc., este exoesqueleto 10 toma al menos una parte de la carga que está en el torso del usuario, la levanta y la aparta del cuerpo y la redirige hacia el suelo debajo de los pies del usuario.
[0101] Típicamente, el exoesqueleto 10 está generalmente hecho de titanio u otra aleación ligera. Aun así, el exoesqueleto 10 podría tener algunos de sus componentes hechos de un material compuesto, como fibra de carbono o aramida y/o una combinación de ambos, permaneciendo sin embargo las articulaciones y las Vértebras en titanio. Para reducir aún más el peso, el titanio podría estar hecho de un material escaso (es decir, una aleación metálica con burbujas de gas incrustadas).
[0102] El alcance de las reivindicaciones no debe estar limitado por los modos de realización preferidos expuestos en los ejemplos, sino que debe recibir la interpretación más amplia sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un exoesqueleto (10) configurado para ser llevado por un usuario para soportar y transferir una carga llevada por el usuario, el exoesqueleto comprende una sección de torso (100) conectada a dos secciones de pierna articuladas simétricas (300L,300R) a través de una sección de cadera (200) de manera que se transfiera la carga llevada por la sección de torso (100) al suelo a través de la sección de cadera (200) y luego a las secciones de pierna (300L,300R), estando cada sección de pierna (300L,300R) adaptada para mantenerse en cada pierna del usuario y para seguir los movimientos de la pierna cuando el exoesqueleto (10) está en uso, cada sección de pierna (300L,300R) tiene un extremo superior conectado operativamente a un lado exterior de la sección de cadera (200) y un extremo inferior adaptado para estar en contacto con el suelo, caracterizado por que cada sección de pierna (300L,300R) está configurada para transferir la carga desde el lado exterior de la sección de cadera (200) a un lado interior de la pierna del usuario antes de entrar en contacto con el suelo.
2. El exoesqueleto (10) de la reivindicación 1, caracterizado por que cada conjunto de pierna (300) comprende:
Un elemento de pierna superior (330) que se extiende hacia abajo desde la sección de cadera y que tiene un extremo (332) conectado pivotalmente a la sección de cadera (200) para permitir que el elemento de pierna superior (330) se mueva con respecto a la sección de cadera (200) cuando el usuario se mueve, y un elemento de pierna inferior (350) que se extiende hacia abajo desde el elemento de pierna superior (330) y está conectado pivotalmente al elemento de pierna superior, estando la conexión pivotante (339) entre los elementos de pierna superior e inferior situada a nivel de la rodilla del usuario para permitir que el elemento de pierna inferior (350) siga los movimientos del elemento de pierna inferior del usuario con respecto al elemento de pierna superior; los elementos de pierna superior (330) e inferior (350) que se extienden hacia abajo y hacia el lado interno de la pierna del usuario, de manera que se transfiera la carga desde el exterior de la pierna hacia el interior de la misma y hacia abajo en el lado interno del pie del usuario.
3. El exoesqueleto (10) de la reivindicación 2, caracterizado por que:
El elemento de pierna superior (330) comprende una región superior (334) que se extiende hacia abajo desde el lado exterior de la sección de cadera (200) hacia una parte frontal de la pierna, y luego una región inferior (336) que se extiende hacia abajo desde la región superior (334), dicha región inferior termina cerca del nivel de la rodilla en dos extremidades (338) dado que la región inferior se divide en cada lado de la pierna; y el elemento de pierna inferior (350) comprende una región superior (354) que se extiende de forma pivotante desde la región inferior (336) del elemento de pierna superior (330) y una región inferior (356) que se extiende hacia abajo desde la misma hacia el lado interior de la pierna del usuario, la región superior (354) del elemento inferior también se divide en dos extremidades (352) que están interconectadas de forma pivotante a las dos extremidades (338) de la región inferior (336) del elemento de pierna superior (330) definiendo como tal una abertura central (340) para permitir que la rodilla del usuario se extienda a través de dicha abertura cuando el usuario se arrodilla o se pone en cuclillas;
la conexión pivotante (339) entre dichas extremidades (338, 352) está alineada con la rodilla del usuario para permitir que la pierna del usuario se doble a lo largo de la rodilla.
4. El exoesqueleto (10) de la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que cada conjunto de pierna (300) comprende además un conjunto de articulación de cadera (310) para conectar operativamente el elemento de pierna superior (330) a la sección de cadera (200), estando el conjunto de articulación de cadera (310) articulado para transferir el movimiento del usuario entre las secciones de cadera y pierna, estando el conjunto de articulación de la cadera (310) configurado para ajustar una longitud del conjunto de pierna a una longitud de la pierna del usuario.
5. El exoesqueleto (10) de la reivindicación 4, caracterizado por que el conjunto de la articulación de la cadera (310) comprende:
un conector de cinturón (312) para conectar el conjunto de articulación de la cadera (310) al lado exterior de la sección de cadera (200), un primer elemento de articulación de la cadera (314) conectado de forma pivotante al conector de cinturón (312) de manera que forme una primera conexión pivotante (313), un segundo elemento de articulación de la cadera (316) conectada pivotalmente al primer elemento de articulación de la cadera (314) de manera que forme una segunda conexión pivotante (315), y un tercer elemento de articulación de cadera (318) conectado de forma pivotante al segundo elemento de articulación de la cadera (316) de manera que forme una tercera conexión pivotante (317); y por que:
la primera conexión pivotante (313) entre el conector de cinturón (312) y el primer elemento de articulación de la cadera (314) define un primer eje de pivote (323) que permite movimientos laterales o de izquierda a derecha de la pierna del usuario, la segunda conexión pivotante (315) entre el primer elemento de articulación de la cadera (314) y el segundo elemento de articulación de la cadera (316) define un segundo eje de pivote (325) que permite movimientos longitudinales o de adelante hacia atrás, de la pierna del usuario y la tercera conexión pivotante (317) entre el tercer elemento de articulación de la cadera (318) y el segundo elemento de articulación de la cadera (316) define un tercer eje pivotante (327) que permite movimientos axiales o de rotativos de la pierna del usuario; los tres ejes de pivote (323, 325, 327) son perpendiculares entre sí, proporcionando así, en general, tres grados de libertad a la sección de pierna, proporcionando así movimientos de la pierna del usuario durante su uso.
6. El exoesqueleto (10) de la reivindicación 2, caracterizado por que el elemento de pierna inferior está terminado en un inserto de suela (370) que se extiende hacia afuera del elemento de pierna inferior (350) y está adaptado para ser recibido dentro o fuera del calzado de un usuario.
7. El exoesqueleto (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por la sección de torso (100) del exoesqueleto comprende:
Un elemento de hombro (110) configurado para descansar sobre los hombros del usuario; y un conjunto de la columna vertebral (120) que se extiende hacia abajo desde el elemento de hombro (110) a lo largo de la columna vertebral del usuario y que comprende una pluralidad de elementos de la columna vertebral (131, 132, 133, 134, 135, 136), con un elemento superior de la columna vertebral (310) conectado a, o integrado con, el elemento de hombro (110), y un elemento inferior de la columna vertebral (136) conectado a la sección de cadera (200); la sección de torso (100) que soporta y que transfiere la carga llevada por los hombros y el torso del usuario hacia el suelo a través de la sección de cadera (200) y luego las secciones de pierna (300).
8. El exoesqueleto (10) de la reivindicación 7, caracterizado por que los elementos de hombro (110) y de la columna vertebral (131, 132, 133, 134, 135, 136) están interconectados por elementos elásticos (150, 151, 152, 153, 154, 155) para permitir que el conjunto de la columna vertebral se comprima o extienda bajo carga y para permitir que el conjunto de la columna vertebral (120) siga relativamente los movimientos del torso del usuario.
9. El exoesqueleto (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado por que la sección de torso (100) comprende también al menos un par de costillas izquierda y derecha (140) que se extienden a cada lado de al menos un elemento intermedio de la columna vertebral (133) hasta la parte frontal del torso del usuario a nivel de las costillas más bajas del usuario, entre el tórax y el abdomen, para soportar y transferir la carga soportada por el tórax o el abdomen hacia el conjunto espinal y luego hacia el suelo a través de las secciones de cadera y pierna (200, 300).
10. El exoesqueleto (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la sección de cadera (200) comprende un elemento inferior de la espalda (210) conectado a la sección de torso (100) y elementos de la cadera izquierda y derecha (220L, 220R) que se extienden desde cada lado del elemento inferior de la espalda (210) hasta la parte frontal del usuario, teniendo los elementos de la cadera izquierda y derecha (220L, 220R) extremidades provistas de cierres complementarios (224L, 224R) de forma que se pueden unir para formar un cinturón.
11. El exoesqueleto (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el exoesqueleto (10) comprende además una sección de cuello (400) configurada para ayudar a soportar la carga transportada por la cabeza del usuario, estando la sección de cuello (400) conectada de forma desmontable a la sección de torso (100) para transferir la carga desde la cabeza y el cuello del usuario hacia la sección de torso (100), que a su vez transferirá la carga hacia el suelo a través de las secciones de cadera (200) y pierna (300).
12. El exoesqueleto (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que el exoesqueleto (10) comprende además una o más almohadillas elásticas fijadas entre el exoesqueleto y el usuario para añadir comodidad cuando el usuario lleva el exoesqueleto.
13. El exoesqueleto (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que comprende un chaleco (500) adaptable al tamaño del torso del usuario para sujetar la sección de torso (100) al torso del usuario.
14. El exoesqueleto (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el exoesqueleto es un exoesqueleto pasivo.
15. Método para sostener y transferir al suelo una carga transportada por un usuario, que comprende el paso de:
Llevar un exoesqueleto (10) que comprende una sección de torso (100) conectada hacia abajo con dos secciones de pierna articuladas y simétricas (300L,300R) a través de una sección de cadera (200); y que se caracteriza por transferir la carga soportada por la sección de torso del exoesqueleto desde el lado exterior de la sección de cadera (200) a un lado interior de las secciones de pierna (300L,300R) antes de poner las secciones de pierna (300L,300R) en contacto con el suelo.
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