ES2915565T3

ES2915565T3 - Dispositivo de asistencia muscular portátil flexible

Info

Publication number: ES2915565T3
Application number: ES17829976T
Authority: ES
Inventors: Robert Riener; Jaime Duarte; Kai Schmidt
Original assignee: Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Current assignee: Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: JP7345840B2; US11883343B2; KR102617942B1; ES2925853T3; JP7362159B2; WO2018122106A1; EP3342390A1; JP2020518295A; EP3701927A1; EP3562458B1; KR20190103263A; US20190343707A1; JP2022110014A; EP3701927B1; CN110352050A; EP3562458A1

Abstract

Un dispositivo de asistencia muscular portátil flexible que tiene al menos una interfaz de cuerpo portátil (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) y componentes activos y pasivos (310; 1110, 1110A; 201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A; 1002, 1002A) adaptados para ayudar juntos a un usuario a cambiar o mantener una posición de una primera parte del cuerpo articulada a una segunda parte del cuerpo a través de una articulación (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32), comprendiendo la interfaz de cuerpo portátil (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) al menos dos porciones de prenda (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903); comprendiendo el componente activo (310; 1110, 1110A) al menos un elemento accionado activamente (301; 1100, 1100A) unido a la interfaz de cuerpo (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903), caracterizado por que los componentes pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A) comprenden al menos un primer componente pasivo (201, 202, 203, 206, 207, 208, 1001A, 1002A) y un segundo componente pasivo (201, 202, 203, 206, 207, 208, 1001, 1002), estando el primero y segundo componentes pasivos unidos en la interfaz de cuerpo (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) y que se extienden entre las al menos dos porciones de prenda (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) a lo largo de la articulación (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32) y que comprende material elástico para almacenar energía proporcionada por el usuario y/o por el al menos un elemento accionado activamente; en el que, en uso, una parte de uno del primer y segundo componentes pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A) está dispuesta frente a la articulación (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32) y una parte del otro del primer y segundo componentes pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A) está dispuesta en la parte posterior de la articulación (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32) de manera que un movimiento extiende uno del primer y segundo componentes pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A) mientras que el mismo movimiento reduce la extensión del otro del primer y segundo componentes pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de asistencia muscular portátil flexible

La presente invención se refiere a un dispositivo de asistencia muscular portátil flexible.

La debilidad del sistema musculoesquelético puede causar problemas que disminuyen la calidad de vida de una persona. Tal debilidad puede ser el resultado de trastornos genéticos, de una condición neurológica, tal como un derrame cerebral, o debido al envejecimiento. Debido a la debilidad, es posible que la persona no pueda levantar un brazo al cepillarse el cabello, ponerse de pie o sentarse con suavidad, subir un tramo de escaleras, etc.

Este puede ser el caso, aunque la persona afectada todavía pueda mover los brazos o las piernas u otras extremidades. Es decir, al menos algunos de los músculos pueden controlarse, en contraste con condiciones como la paraplejía completa, donde la persona no tiene ningún control sobre ciertos grupos de músculos. Sin embargo, incluso si los músculos o al menos algunos de los músculos que una persona necesita para mover una extremidad son demasiado débiles, en particular, cuando los músculos tienen que mantener una posición de la extremidad en contra de la gravedad o tienen que levantar parte del cuerpo en contra de la gravedad, tal como cuando se tiene que levantar el pie, el muslo, etc. al caminar, la persona mantiene la capacidad de controlar parcialmente sus extremidades. A veces, tales condiciones son solo de naturaleza temporal, por ejemplo, después de un accidente, donde es necesario volver a entrenar los movimientos usando los músculos lesionados. Sin embargo, incluso entonces, el tiempo que una persona se ve afectada por la debilidad puede ser bastante largo. Además, también hay muchas condiciones en las que se espera un deterioro continuo.

Por lo tanto, existe una necesidad de mejorar las actividades de la vida diaria de las personas afectadas por debilidad del sistema musculoesquelético. Este es particularmente el caso cuando la incapacidad de soportar el propio peso corporal contra la gravedad puede causar inseguridad al moverse en una comunidad. Esto puede provocar una falta general de movilidad y, por lo tanto, dar lugar a comorbilidades, tal como dolores articulares o deficiencias cardiovasculares, todo ello derivado de una reducción global de la movilidad.

Como otro ejemplo, los sobrevivientes de un accidente cerebrovascular que tienen un brazo hemiparético pueden optar por dejar de usar el brazo, ya que no pueden usarlo para las actividades de la vida diaria. Esto conduce a su vez a un fenómeno conocido como condición de falta de uso aprendida, en la que la falta de uso de los brazos conduce a un círculo vicioso y el paciente puede dejar de usar el brazo por completo. Estos comportamientos de reducción o supresión del movimiento se oponen al enfoque general de rehabilitación física donde se realizan movimientos para promover la recuperación.

Ya se ha sugerido proporcionar asistencia a las personas en forma de exoesqueletos motorizados. Estos dispositivos aplican fuerzas al usuario para ayudarlo con movimientos tales como caminar o ponerse de pie. Para ello, se utilizan estructuras rígidas provistas de uniones mecánicas colocadas cerca de las uniones del esqueleto humano. Los exoesqueletos cuentan con motores eléctricos para flexionar o extender las articulaciones del exoesqueleto, transmitiendo así las fuerzas necesarias para la asistencia. Si bien dicho exoesqueleto puede ser de gran utilidad, por ejemplo, para alguien con paraplejía completa, los exoesqueletos rígidos tienden a ser voluminosos, pesados y costosos.

Además, llevar un exoesqueleto rígido puede resultar incómodo, en particular, cuando las articulaciones del exoesqueleto no se alinean exactamente con las articulaciones del cuerpo humano. Además, puede ser difícil para una persona entrar en el exoesqueleto, en particular, cuando una persona tiene una discapacidad grave.

El soporte muscular para un usuario también se ha sugerido en una serie de proyectos desarrollados inicialmente para aplicaciones militares. Estos proyectos, que se originaron a partir de una solicitud de la agencia DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos, buscaban desarrollar una tecnología que redujera las lesiones musculoesqueléticas de los soldados que resultan del transporte de equipo pesado. Se sugirió proporcionar fuerzas de asistencia cuidadosamente sincronizadas a las piernas mientras los soldados llevan su equipo. Dichos dispositivos, conocidos como exotrajes, han superado algunos de los problemas de volumen y peso de los exoesqueletos, pero los exotrajes desarrollados con fines militares difícilmente son adecuados para personas discapacitadas. Los exotrajes militares desarrollados para soldados sanos y bien entrenados pueden depender de controladores simples basados en la posición para brindar breves ráfagas de asistencia en fases específicas del ciclo de caminar; sin embargo, las necesidades de las personas con discapacidad van más allá de estas ráfagas.

Cuando la breve ráfaga de asistencia se temporiza de forma un tanto incorrecta, por ejemplo, con una sincronización ligera o significativamente desfasada con respecto al ciclo de caminar exacto, o cuando la ráfaga es demasiado débil para soportar completamente al soldado y su equipo, tales errores se corregirán fácilmente por parte de un soldado debido a su cuerpo bien entrenado que, en general, recibe ayuda útil del exotraje militar. Por el contrario, cuando se brinda asistencia a una persona discapacitada y dicha asistencia es demasiado corta, demasiado débil o fuerte, o se brinda en el momento incorrecto, la persona discapacitada que usa el exotraje podría no lograr el movimiento previsto o incluso caerse.

Otro problema es que la transmisión de fuerzas al usuario de un exotraje se basa en fuerzas de cizallamiento elevadas para proporcionar la asistencia necesaria. Estas fuerzas pueden provocar una gran incomodidad, e incluso pueden causar más lesiones en la piel o el cuerpo, especialmente cuando un usuario potencial puede sufrir problemas sensoriales que le impiden sentir tales fuerzas o sus efectos adversos.

Ejemplos de tales dispositivos de la técnica anterior son el documento US 14/893.934 para un exotraje flexible para asistencia con el movimiento humano presentado por Walsh, Conor, et al. Otro exotraje flexible para asistencia con el movimiento humano fue presentado por Asbeck, Alan Thomas, et al. como el documento US 14/660.704. Otro exotraje se divulgó en el documento US 14/207.233 de Kombluh, Roy David, et al. El citado Walsh, Conor, et al. también han presentado una solicitud de patente para un dispositivo ortopédico que incluye elementos sobresalientes como el documento US 15/025.472. Otro estado de la técnica es un elemento de ajuste con rigidez controlada de Bureau, Maxime, Je Hyung Jung y Thierry Keller en el documento US 13/520.102.

Asbeck, Alan T., et al. han publicado un artículo "Biologically-inspired soft exosuit" en Rehabilitation robotics (ICORR), conferencia internacional IEEE de 2013. IEEE, 2013. Wehner, Michael, et al. han publicado un artículo "A lightweight soft exosuit for gait assistance" en Robotics and Automation (ICRA), Conferencia Internacional IEEE 2013. IEEE, 2013. Asbeck, Alan T. et al. han publicado un artículo "Stronger, Smarter, Softer: NextGeneration Wearable Robots", en IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 21, n.° 4, págs. 22-33, diciembre de 2014. Panizzolo, Fausto A et al. son los autores de "A biologically-inspired multi-joint soft exosuit that can reduce the energy cost of loaded walking" en el Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 13:43, 2016. Lobo-Prat, Joan, et al. han publicado un artículo sobre "Design and control of an experimental active elbow support for adult Duchenne Muscular Dystrophy patients". en la 5a Conferencia Internacional IEEE RAS/EMBS sobre Robótica Biomédica y Biomecatrónica. IEEE, 2014. El autor Lobo-Prat, Joan, et al. ha publicado "Adaptive gravity and joint stiffness compensation methods for force-controlled arm supports" en la 2015 Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica de Rehabilitación (ICORR). IEEE, 2015. Finalmente, Portema, Eric (2015) ha publicado "Design of the Act In Arm: a novel planar active arm support for assisting people with Duchenne Muscular Dystrophy during table-top tasks" e In, Hyunki et al. "Exo-Glove: A Wearable Robot for the Hand with a Soft Tendon Routing System", en IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 22, n.° 1, páginas 97-105, marzo de 2015.

También se hace referencia a los siguientes documentos "MAXX: Mobility Assisting textile eXoskeleton that Exploits Neural Control Synergies" de Kai Schmidt y R. Robert Riener, primera versión en línea el 13 de octubre de 2016 como resumen extendido.

El documento WO 2015/157731 A1 divulga un dispositivo ortopédico que incluye elementos rígidos para acoplarse a porciones de una extremidad que incluye una articulación y un cable que se acopla a los elementos rígidos y se extiende hasta un elemento motorizado. Los dispositivos ortopédicos están configurados para producir fuerzas beneficiosas usando el elemento rígido y el cable, cuyas fuerzas beneficiosas se trasladan al usuario. El dispositivo ortopédico también incluye elementos elásticos para aplicar un par de torsión al usuario. El documento WO 2015/088863 A2 divulga un traje flexible auxiliar que incluye una prenda interior flexible, un accesorio para el pie, un sistema de accionamiento y al menos una interfaz de usuario. El grado de asistencia proporcionado por el traje flexible de asistencia es variable con el tiempo, por lo que puede adaptarse a diversas necesidades de rehabilitación. El documento US 6047406 A divulga una prenda de gasto de energía hecha de un tejido de densidad variable que tiene una pluralidad de zonas de diferentes características de resistencia. En la tela se utilizan hilos de diferente resistencia.

En vista de esto, es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo mejorado de asistencia muscular portátil que sea adecuado para las actividades de la vida diaria que sea lo suficientemente cómodo para utilizarse en una variedad de situaciones, y que pueda adaptarse fácilmente a diferentes usuarios y/o condiciones médicas cambiantes de un usuario dado.

La solución a este problema se reivindica en la reivindicación independiente 1. Realizaciones preferidas se reivindican en las reivindicaciones dependientes y también se pueden encontrar a lo largo de la descripción.

Cabe señalar que, a lo largo de la descripción, se hace referencia con frecuencia a, por ejemplo, un usuario (en lugar de usuaria) que mueve sus músculos. Esto es para simplificar la lectura. Esto no implica que el dispositivo de la presente invención deba ser utilizado únicamente por usuarios masculinos. Habiendo observado esto, se entenderá que el dispositivo de la presente invención puede ser utilizado tanto por hombres como por mujeres y que las personas pueden ser adultos, adolescentes o niños.

La presente invención está dirigida a un dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de acuerdo con la reivindicación 1,

El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención, que tiene componentes pasivos que comprenden material elástico al ejercer un par de torsión adicional (o al estirar de la parte del cuerpo), no solo soportarán los músculos que mueven el cuerpo, sino que también ayudarán donde los ligamentos del cuerpo se debilitan debido a una lesión, falta de uso aprendido de ciertos grupos de músculos del cuerpo, etc. Estas condiciones no solo afectan a los propios músculos, sino que a la larga pueden provocar posturas incorrectas que provoquen dolor, un gran desgaste de las articulaciones del cuerpo, etc.

Por lo tanto, proporcionar no solo un único componente pasivo en una articulación que se extiende entre los componentes de una prenda de la interfaz de cuerpo portátil, sino más bien al menos dos componentes pasivos dispuestos en dos lados opuestos de la articulación permite ayudar tanto al músculo cuando coloca la primera parte del cuerpo y los ligamentos del cuerpo que, como se indicó, a menudo también están dañados.

Por lo tanto, se contrarrestan los riesgos y los resultados de la falta de uso aprendida y, además, los músculos del cuerpo humano pueden mover la parte del cuerpo de una manera que se corresponda más con el movimiento de un ser humano sano, incluso cuando algunos músculos o grupos de músculos de un usuario son débiles o disfuncionales.

Esto también puede permitir utilizar una asistencia reducida que da como resultado la reducción del tamaño del accionador, el tamaño de la batería, etc. y, por lo tanto, el peso y el coste del dispositivo.

Cabe señalar que la interfaz de cuerpo portátil puede tener contacto directo con la piel del usuario o que la interfaz de cuerpo portátil se puede llevar encima de la prenda interior, encima de la prenda y similares. Puede preferirse llevar una interfaz de cuerpo directamente sobre la piel, ya que evita la irritación del usuario por las arrugas de la prenda entre la interfaz de cuerpo portátil y la piel.

Además, podría ser más fácil ocultar al menos ciertos componentes del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible si se usa debajo de la prenda convencional (aunque, si es necesario, de gran tamaño). Esto es preferible para ciertos usuarios.

Sin embargo, también puede ser preferible no tener contacto directo entre la piel del usuario y la interfaz de cuerpo, por ejemplo, porque esto permite que el usuario use prenda interior o similar para permitir el lavado frecuente, la adaptación a temperaturas ambientales variables, etc.

La interfaz de cuerpo portátil puede tener la forma general de una prenda de vestir, tal como un pantalón o una camisa, pero la interfaz de cuerpo portátil solo necesita cubrir parte de las porciones del cuerpo que normalmente cubre una camisa o un pantalón.

La interfaz de cuerpo puede consistir en una o más telas de textiles, material tejido, material funcional, láminas de plástico, etc. Por lo tanto, la interfaz de cuerpo en algunas partes de la descripción se denominará capa, capa de prenda, capa de base, etc.

Con respecto a las porciones de prenda, se advierte que cada porción de prenda puede comprender tejidos hechos de fibras naturales o artificiales, material tejido o de punto o fieltro, cuero, etc. El término prenda se utiliza aquí en vista del hecho de que cuando el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible tiene una interfaz de cuerpo que cubre porciones suficientemente grandes del cuerpo humano, tendrá la apariencia y/o la función de una prenda de vestir completa, tal como un pantalón o una camisa. Sin embargo, será obvio para el experto en la materia que el término "prenda" o similar no debe restringirse para referirse únicamente a una prenda de vestir completa en lugar de a secciones de esta, si esto es lo que prefiere un usuario determinado.

Además, debe tenerse en cuenta que, si bien la interfaz de cuerpo portátil comprende al menos dos porciones de prenda separadas, por ejemplo, para proporcionar una interfaz tanto en el muslo como en la pantorrilla, o entre la parte superior del brazo y el antebrazo, es posible proporcionar ambas porciones de prenda en una sola pieza, por ejemplo, porque estas piezas están cosidas juntas. En consecuencia, es posible proporcionar una interfaz de cuerpo que un usuario pueda ponerse fácil y frecuentemente con poca o ninguna ayuda.

Debe tenerse en cuenta que cuando no es suficiente ayudar a un usuario solo en una o ambas piernas, o solo en uno o ambos hombros o brazos, sino que se necesita apoyo para al menos un brazo y al menos una pierna, la interfaz de cuerpo portátil puede consistir en dos piezas. Por ejemplo, una pieza para la parte superior del cuerpo que ayuda a los hombros y/o a los brazos, mientras que otra pieza de la interfaz de cuerpo portátil puede usarse para ayudar a una o ambas piernas.

Aquí, si bien puede ser más fácil tener piezas separadas para la interfaz de cuerpo portátil, aún es posible tener una unidad común que comprenda un control y componentes activos que se conectarán a las piezas respectivas de la interfaz de cuerpo que se pueden colocar por separado. Por ejemplo, la interfaz de cuerpo podría comprender una pieza similar a un pantalón que comprende al menos dos porciones de prenda entre las cuales se extienden el primer y segundo componentes pasivos, así como una segunda pieza similar a una camisa que también tiene dos porciones de prenda unidas en una manga, de modo que una porción de prenda se proporciona cerca de la parte superior del brazo, mientras que la otra porción de prenda se proporciona en el antebrazo con otro par de primer y segundo componentes pasivos que se extienden también entre esos dos componentes de prenda.

Un componente activo que tenga, por ejemplo, cuatro motores para ayudar a la pierna izquierda, la pierna derecha, el brazo izquierdo y el brazo derecho, puede tener solo una batería y un control común que se proporciona, por ejemplo, en una placa rígida que se puede llevar puesta, por ejemplo, en la parte posterior del usuario, preferentemente por encima de la interfaz de cuerpo portátil y que está conectado a las otras partes del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible para transmitir fuerzas entre los accionadores, señales del sensor hacia y/o desde el control y, si es necesario, energía a los dispositivos sensores proporcionados en las partes respectivas de la interfaz de cuerpo. Se entenderá que tal disposición común de control/batería puede usarse con 1 o más accionadores. También se entenderá que se prefiere colocar una disposición común de control/batería en la parte posterior, ya que es más cómodo para la mayoría de los usuarios, pero también es posible colocar una disposición común de control/batería en otro lugar, por ejemplo, delante del vientre, una espinilla, etc.

Incluso cuando tales placas (posteriores) con un circuito de control y preferentemente motores u otros accionadores accionados sean rígidas, el dispositivo de asistencia muscular, en contraste con un exoesqueleto, seguirá considerándose flexible, ya que es posible mover las articulaciones, en particular, las articulaciones de las extremidades del usuario, sin verse afectado por las articulaciones del dispositivo de asistencia, como sería el caso de un exoesqueleto.

En una realización preferida, la primera parte del cuerpo, el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible, es una extremidad para ayudar a cambiar o mantener su posición. En este caso, las al menos dos porciones de prenda pueden comprender al menos una porción de prenda que en uso tiene una posición generalmente distal a la articulación mientras que al menos otra porción de prenda en uso se proporciona en una posición no distal a la articulación.

Cuando la parte del cuerpo es una pierna o un brazo, la articulación puede ser la cadera o el hombro. En caso de que la parte del cuerpo sea un brazo y la articulación sea el hombro, la porción de prenda que en uso está en una posición generalmente distal a la articulación puede colocarse en la parte superior del brazo o en el antebrazo. Si la parte del cuerpo es una pierna y la articulación es la cadera, la porción de prenda que en uso está en una posición generalmente distal a la articulación puede colocarse, por ejemplo, en el muslo En ambos casos, la otra porción de prenda puede disponerse para interconectarse directamente con el torso del usuario (y, por lo tanto, no distal a la articulación).

En otros casos, cuando el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible se usa, por ejemplo, para ayudar a extender una pierna y, por lo tanto, una primera parte del cuerpo es la pantorrilla articulada en la rodilla a una segunda parte del cuerpo, a saber, el muslo, se puede proporcionar una porción de prenda en un tobillo, en el pie o en la propia pantorrilla, mientras que la otra porción de prenda puede proporcionarse proximal a la rodilla, es decir, en contacto con el muslo.

De acuerdo con la invención reivindicada, el primer y segundo componentes pasivos se extienden a lo largo de la articulación, de manera que parte de cada componente pasivo está en un lado de la articulación, por ejemplo, delante de la articulación, de modo que un movimiento extiende el primer componente pasivo, mientras que el mismo movimiento reduce la extensión del otro componente pasivo que está dispuesto, por ejemplo, en la parte posterior de la articulación. En consecuencia, tanto el primer componente como el segundo ejercerán un par de torsión sobre la articulación. Este no tiene por qué ser el caso para todo el intervalo de posibles ángulos de articulación y dependerá de cualquier pretensión del material elástico que puedan comprender el primer y segundo componentes pasivos. Cabe señalar que no es absolutamente necesario que el primer y segundo componentes estén ambos pretensados de tal manera que cada uno del primer y segundo componentes ejerza un par de torsión para todo el intervalo de ángulos de articulación posibles.

Más bien, sería posible que el primer o el segundo componente pasivo estuviera suelto para una parte dada del intervalo de flexión, es decir, cuando la articulación está casi completamente extendida o cuando la articulación está casi completamente flexionada.

Sin embargo, generalmente se preferirá que, al menos en la mayor parte del intervalo de posibles ángulos de articulación, tanto el primer como el segundo componente ejerzan simultáneamente un par de torsión sobre la articulación. Por ejemplo, ambos componentes pasivos pueden pretensarse de tal manera que uno del primer y segundo componentes pasivos ejerza un par de torsión de flexión, mientras que el otro del segundo y el primer y segundo componente ejerza un par de torsión de extensión sobre la articulación. En este caso, el par de torsión total del primer y segundo componentes pasivos no se equilibrará, al menos no en todo el intervalo, pero se ejerce un par de torsión neto en una dirección sobre la articulación en la realización preferida.

Típicamente, los dos componentes pasivos proporcionarán un par de torsión neto para una asistencia de flexión articular neta. Esto es particularmente útil, ya que con la mayoría de los pacientes se necesita el componente activo del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible para ayudar a la extensión de la articulación. Por ejemplo, cuando la parte superior del brazo se eleva desde la vertical a la horizontal, la articulación del hombro entre el brazo y el torso se extiende. De manera similar, una persona sentada suele tener las rodillas flexionadas, mientras que al levantarse las extiende, de modo que nuevamente se necesita la extensión de las articulaciones para ayudarse a levantarse de una silla. Lo mismo vale para la cadera, que está más flexionada en la posición sentada y más extendida cuando está de pie. Además, si una persona está inclinada hacia adelante y necesita ayuda para enderezarse, es posible que también sea necesario extender un poco las líneas de las vértebras de la espalda. Luego, se observa que, al caminar, levantar un pie del suelo con la marcha normal y lenta que se espera de un usuario que tiene una actividad muscular disminuida requiere enderezar tanto la articulación de la cadera como la rodilla de la pierna de soporte lo suficiente como para que la planta del otro pie se puede separar fácilmente del suelo. Por lo tanto, la asistencia para caminar también se basa en la extensión articular. Se notará que las actividades dadas anteriormente levantan alguna parte del cuerpo por lo menos un poco; por lo tanto, la asistencia prestada puede considerarse asistencia antigravedad. Además, incluso cuando una parte del cuerpo, por ejemplo, un brazo, solo se mantiene en una posición levantada con la ayuda del dispositivo o se evita la caída de la persona, por ejemplo, al sentarse, también se proporciona asistencia antigravedad.

Como puede verse anteriormente, es ventajoso si al menos un componente activo está adaptado para ayudar a la extensión de la articulación. Esto se logra fácilmente si el componente activo comprende un tendón que ejerce una fuerza o par de torsión en alguna parte del cuerpo para cambiar su posición.

El tendón normalmente se guiará a lo largo del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible desde el accionador hasta un punto o un área donde se va a aplicar la fuerza y normalmente se utilizará el accionador para estirar en el tendón. Ahora, se prefiere particularmente si la asistencia neta proporcionada por el primer y segundo componentes pasivos juntos es antagónica a la fuerza que proporcionan los tendones del al menos un componente activo para la extensión de la articulación. En otras palabras, mientras que los componentes activos con mayor frecuencia ayudarán a la extensión de la articulación, el resultado neto de los componentes pasivos generalmente proporciona la flexión de una articulación extendida según lo necesite un componente activo.

De esta manera, simplemente reduciendo la asistencia del componente activo y/o liberando completamente el componente activo para que la parte del cuerpo pueda llegar a la posición de reposo, los componentes pasivos ayudarán a reposicionar las respectivas partes del cuerpo proporcionando una fuerza antagónica.

Es posible utilizar el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención para ayudar a posicionar una parte del cuerpo en una posición horizontal dada. Por ejemplo, si el usuario es capaz de levantar los brazos, no obstante, existe la posibilidad de que no pueda mover los brazos desde una posición horizontal al costado de su cuerpo hacia la parte delantera de su cuerpo. Si tal movimiento se ve afectado, el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención puede ayudar al movimiento descrito.

Sin embargo, cabe prever que, en la mayoría de los casos, el usuario tendrá problemas para levantar un brazo, levantarse desde su posición de sentado o enderezarse lo suficiente como para empezar a caminar. En estos casos típicos, los músculos serán demasiado débiles para levantar el cuerpo o las partes del cuerpo en contra de la gravedad, por lo que el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible se usará para ayudar a cambiar la posición de una parte del cuerpo en contra de la gravedad. Sin embargo, entonces, el problema no solo existe en levantar una parte del cuerpo contra la gravedad, sino también en mantener la posición de la parte del cuerpo a pesar de la gravedad.

Por ejemplo, si el usuario tiene la intención de peinarse, normalmente necesita levantar el brazo y mantener el brazo en una posición levantada mientras se peina. Si bien esto no representa un problema significativo para el usuario saludable, esto puede ser demasiado difícil para una persona que tiene debilidad muscular. Por lo tanto, el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible en una realización preferida puede adaptarse para soportar la parte del cuerpo en una posición dada o en ciertas posiciones de este contra la gravedad.

Se entenderá que el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención, que tiene un tendón guiado y un accionador para el tendón y que está adaptado para ayudar a cambiar la posición de la primera parte del cuerpo contra la gravedad también se puede usar para mantener la posición de la primera parte del cuerpo contra la gravedad. Aquí, sería posible simplemente detener el movimiento del accionador para mantener la longitud de un tendón tal como está mientras se detiene.

La detención del accionador se puede realizar por medios pasivos que son, por ejemplo, un bloqueo mecánico contra un mayor movimiento o aplicando potencia continua al motor.

En una realización muy preferida, el accionador enrollará el tendón guiado, y el tendón se guiará de tal manera que al enrollar el tendón se extienda al menos una articulación. Esto permite utilizar motores simples que tienen un árbol giratorio como accionadores. En este caso, si se permite que se desenrolle el tendón utilizado para flexionar la articulación cuando se activa el componente activo, se ejercerá una fuerza sobre el tendón por al menos uno del peso de la parte del cuerpo articulada en la articulación, y/o partes adicionales del cuerpo y/o por la suma distinta de cero del par de torsión en la articulación proporcionada como par de torsión neto por la acción común del primer y segundo componentes pasivos.

Se puede permitir que el tendón se desenrolle de manera controlada, por ejemplo, cuando el usuario se sienta. Aquí, la tensión del tendón se reducirá lentamente y el tendón se desenrollará lentamente, evitando que el usuario caiga repentinamente sobre el asiento. Además, se entenderá que, aunque solo se soportará activamente la extensión de la articulación, el movimiento en ambas direcciones, es decir, la flexión y la extensión de la articulación, será lo suficientemente rápido como para ser aceptable para el usuario.

Es posible tener un tendón que se divide en varios tendones. De esta manera, por ejemplo, es necesario enrollar solo un tendón para extender la rodilla, pero guiar el tendón en dos partes a lo largo de la rodilla, a saber, una primera parte a lo largo del lado izquierdo de la articulación de la rodilla y la otra parte del tendón a lo largo el lado derecho de la articulación de la rodilla. Lo mismo podría, por ejemplo, hacerse para el codo.

En otras palabras, al menos un componente activo comprende al menos un tendón que está guiado en un lado del cuerpo en vista del plano sagital, y está separado en dos partes guiadas en lados opuestos del plano coronal.

El tendón se puede unir a la interfaz de cuerpo, se puede unir, por ejemplo, para formar un bucle colocado alrededor, por ejemplo, de una parte del pie humano o incluso se puede redirigir al lado opuesto del plano sagital, lo que permite, por ejemplo, unir el tendón en un pie o el tobillo o la espinilla habiendo pasado la rodilla.

Al colocar el tendón en cascada en múltiples extremos del tendón, en particular, de modo que se dividan antes de llegar a la articulación y luego se guíen a lo largo de la articulación a cada lado de esta, se reduce la presión sobre la propia articulación y también, la disposición sería más estable con respecto a la estabilidad mecánica.

Cabe señalar que es posible adaptar el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible para soportar movimientos que requieren el ajuste simultáneo de una pluralidad de ángulos articulares de una manera que utiliza menos accionadores que articulaciones. Por ejemplo, es posible utilizar un solo accionador para extender tanto la cadera como la rodilla. Se comprenderá que la reducción del número de accionadores reducirá el coste, el peso y la complejidad del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible, lo que hará que un mayor número de usuarios utilicen el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención con más frecuencia.

Por lo tanto, se prefiere que el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según la presente invención se adapte para ayudar a un cambio de posición o mantener una posición de una pierna. Cuando el tendón se guía generalmente delante de la rodilla, pero generalmente detrás de la parte posterior de la cadera, se pueden proporcionar bandas de estiramiento como elementos pasivos detrás de la rodilla y bandas de estiramiento como elementos pasivos para la cadera delante de la persona. Cabe señalar en este contexto que no es absolutamente necesario proporcionar bandas de estiramiento como elementos pasivos, pero que los elementos pasivos también podrían comprometer, por ejemplo, cuerdas estirables.

Sin embargo, se prefieren las bandas anchas porque la presión que ejercen contra el dispositivo y, por lo tanto, el cuerpo del usuario se distribuirá de manera más uniforme y también serán más cómodas, por ejemplo, si el usuario se sienta. Una banda ancha típica puede tener un ancho entre 1 cm y 10 cm, preferentemente entre 2,5 cm y 7 cm.

En los casos más preferidos, el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible proporcionará asistencia a los músculos para cambiar o mantener la posición de un brazo o una pierna. En estos casos, la extremidad asistida tendrá un eje longitudinal. El tendón se unirá con mayor frecuencia a algún lugar del torso (o, más precisamente, a una capa de base colocada en el torso). En tal caso, el tendón discurrirá a lo largo de la dirección principal del eje longitudinal de la porción correspondiente de la extremidad, y dado que el tendón debe moverse en relación con la extremidad cuando se enrolla el tendón, el tendón se deslizará en esta dirección.

El primer y segundo componentes pasivos que comprenden materiales elásticos para almacenar energía pueden comprender bandas de estiramiento y/o estar construidos mediante bandas de estiramiento unidas en uso a la interfaz de cuerpo. El uso de bandas de estiramiento para el primer y segundo componentes pasivos ofrece las mismas ventajas que las explicadas anteriormente, pero el experto en la materia entenderá que también se pueden usar resortes, cuerdas estirables y similares.

En una variante muy preferida del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención, se tiene cuidado de reducir el cizallamiento del tejido que experimenta el usuario cuando utiliza el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible. Con respecto al cizallamiento, se observa que el tendón del componente activo, bajo algunas condiciones, ejercerá una fuerza de tracción que debe aplicarse al cuerpo humano, o más precisamente, a la interfaz de cuerpo. Debe tenerse en cuenta que las partes internas de una extremidad u otras partes del cuerpo más cercanas al esqueleto generalmente se verán menos afectadas por tales fuerzas externas, es decir, se moverán menos, de modo que un movimiento de las partes externas del cuerpo humano en relación con las partes internas del mismo puede ocurrir si se aplican fuerzas a la piel. Esto se denomina cizallamiento y se entenderá que la comodidad al usar el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención podría verse afectada por este efecto.

En consecuencia, se prefiere reducir los efectos de cizallamiento en cualquier dispositivo de asistencia muscular que se pueda llevar puesto. La presente invención, incluso en su forma más general, que tiene el primer y segundo componentes pasivos dispuestos en lados opuestos de la articulación del cuerpo y se extiende entre los al menos dos componentes de prenda, tiene el efecto ventajoso de ejercer fuerzas en diferentes partes del cuerpo, por ejemplo, fuerzas de tracción en varios lados de la articulación. Incluso dado que, en las realizaciones preferidas de la invención, las fuerzas o pares de torsión ejercidos por el primer y segundo componentes pasivos serán diferentes entre sí, esto contribuye a una distribución global más homogénea de las fuerzas cerca de la articulación y, por lo tanto, reduce las experiencias desagradables de un usuario debido al cizallamiento. Además, se prefiere que al menos una de las porciones de prenda rodee al menos parte de la extremidad.

Entonces, se pueden proporcionar elementos constrictivos en la realización preferida que constriñen la respectiva porción de prenda. No es necesario que las porciones de prenda rodeen completamente la porción de la extremidad y, por ejemplo, pueden cubrir solo una parte de esta. Al dejar descubierta una porción de la circunferencia de la extremidad, se permite más transpiración, se hacen posibles ciertos exámenes médicos, etc., y sería más fácil colocar el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible. Sin embargo, la distribución de fuerzas puede volverse más desigual, dando como resultado un cizallamiento.

Es posible cubrir toda la circunferencia de la extremidad con la porción de prenda usando sujetadores de gancho y pelo, por ejemplo, sujetadores de Velcro, en una región de prenda superpuesta. Si al menos una de las porciones de prenda rodea una porción de la extremidad al menos parcialmente, por ejemplo, más de la mitad de la circunferencia, preferentemente al menos dos tercios de esta, es posible proporcionar elementos constrictivos que ajustan el ajuste de la porción de prenda alrededor de la extremidad. Esto iguala aún más los efectos adversos, tal como el cizallamiento.

Básicamente, sería posible simplemente tensar los elementos constrictivos una vez que el usuario se haya puesto el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible. Esto se puede hacer hasta cierto punto.

Sin embargo, si los elementos constrictivos son demasiado fuertes, esto resultará incómodo para el usuario incluso sin cizallamiento, y también restringirá el flujo de sangre a través de la extremidad. Esto sería particularmente desastroso cuando las funciones sensoriales del usuario se vean perjudicadas y/o cuando el usuario no pueda comunicar molestias o ajustar el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible por sí mismo.

Por lo tanto, en una realización particularmente preferida, es muy preferible que los elementos restrictivos estén diseñados de manera que reduzcan tales efectos adversos. Con este fin, se pueden incrustar elementos constrictivos en la propia porción de prenda, en particular, como una parte integral de un tejido textil. Los elementos constrictivos pueden estar conectados de forma desmontable o fija a componentes de fuerza pasivos, lo que permite apretar los elementos constrictivos alrededor de la extremidad si aumenta la fuerza ejercida por el componente de fuerza pasivo. Además, sería posible conectar los elementos constrictivos a los tendones activos o a una parte de los componentes activos.

A partir de lo anterior, se entenderá que, en la realización preferida, donde un tendón del componente activo se extiende a lo largo del eje longitudinal de la extremidad, un elemento constrictivo puede orientarse generalmente perpendicular al eje longitudinal de la extremidad para mantener la posición de la porción de prenda en uso. También se debe tener en cuenta que el elemento constrictivo se puede pretensar hasta un cierto nivel y que sería posible utilizar un cinturón a modo de hebilla como elemento constrictivo.

Luego, se observa que existen otras posibilidades para reducir los efectos adversos del cizallamiento para un usuario. Estas otras posibilidades pueden usarse además de las sugerencias descritas anteriormente y/o pueden usarse por separado de las mismas.

Se observa que, en la realización preferida, se pueden proporcionar placas deslizantes entre el cuerpo del usuario y los tendones. Esto reducirá la fricción de los tendones, reducirá el desgaste y la incomodidad causados por la producción de calor e igualará la presión causada por los tendones. Es posible guiar un tendón activo al menos en parte de su longitud a lo largo de un patrón en zigzag, en particular de manera que, de manera similar a un cordón de zapato, al estirar del tendón se estiren juntos dos extremos de la porción de prenda o elementos móviles sobre una placa deslizante, que ayuda a apretar la prenda alrededor de la extremidad.

Cabe señalar que el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible normalmente se considerará más cómodo cuanto más flexible sea el dispositivo. Por ejemplo, mientras el usuario está en una posición relajada, con solo ligeros movimientos de su cuerpo, donde puede moverse sin ayuda, el dispositivo de asistencia muscular portátil debe ser lo más flexible posible. Por el contrario, cuando es necesario ayudar al usuario, el dispositivo puede no ser tan flexible como para perjudicar la asistencia.

Por lo tanto, es muy preferible que la rigidez o la flexibilidad del dispositivo flexible de asistencia muscular dependa del uso actual del mismo.

También es muy preferible que la rigidez global de al menos una parte del dispositivo de asistencia muscular portátil pueda cambiar con el tiempo. Esto se puede lograr, por ejemplo, y en la realización preferida, mediante la interfaz de cuerpo que comprende una pluralidad de capas o telas que juntas se adaptan para cambiar la rigidez general. Si una disposición de múltiples telas tiene telas que se deslizan entre sí, la interfaz de cuerpo daría una impresión flexible con una rigidez bastante baja. Por el contrario, cuando las telas tienen una fuerte interacción entre sí, es decir, se adhieren o se pegan entre sí, se atraen fuertemente entre sí, tienen superficies ásperas una frente a la otra, etc., no será posible doblar o deformar las capas de forma independiente y la rigidez general será mucho mayor.

Cabe señalar que es posible inducir el llamado bloqueo de capa (usando el término técnico convencional "capa", aunque se puede considerar que la interfaz de cuerpo tiene telas en lugar de capas).

Además de una pluralidad de capas que permiten cambiar la rigidez general de al menos parte del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible, y/o como alternativa a esto, es posible que la interfaz de cuerpo comprenda uno o más elementos constrictivos adaptados para apretar automáticamente, en particular, si se estira de un tendón activo o si se ejerce una fuerza de tracción cuando se enrolla el tendón.

Además, debe tenerse en cuenta que, cuando una interfaz de cuerpo está provista de una o más placas, en particular, una placa anisotrópica, también se pueden usar para transformar fuerzas de cizallamiento en fuerzas normales, y que las fuerzas de cizallamiento se pueden reducir cuando se aplican fuerzas que son eficaces en una dirección que ayuda a posicionar la parte del cuerpo, que normalmente ayuda a extender una articulación.

Cabe señalar que los componentes pasivos que comprenden el material elástico y que almacenan energía pueden estar dispuestos cerca de al menos uno de la cadera, la articulación del tobillo, el hombro y/o el codo. Estos materiales elásticos pueden pretensarse, por ejemplo, durante el movimiento previo de la parte del cuerpo, por ejemplo, para la flexión de la articulación asociada. Entonces, cuando el usuario que lleva el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención requiere asistencia, por ejemplo, mientras extiende una articulación, puede realizar trabajo en el cuerpo.

Liberar energía mientras se ayuda al usuario a posicionar la parte del cuerpo contra la gravedad ayuda a compensar el peso de una pierna o brazo asociado, reduce el consumo de energía del dispositivo o reduce la necesidad de proporcionar baterías particularmente grandes, reduce la carga térmica en un circuito eléctrico y/o en motores eléctricos, etc.

Cabe señalar que al menos algunos componentes activos normalmente se dispondrán para ayudar a los músculos que mueven o mantienen una parte del cuerpo contra su propio peso o el peso de otra parte del cuerpo articulada. Por ejemplo, cuando se proporciona asistencia para levantar la parte superior del brazo, puede ser necesario tener en cuenta el peso adicional de la mano y del antebrazo.

Como se ha indicado anteriormente, el uso del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible no se limita a un caso en el que una primera parte del cuerpo se articula directamente con la segunda parte del cuerpo a través de una sola articulación. Por ejemplo, cuando se necesita mayor asistencia en el movimiento de una pantorrilla o de la parte inferior de la pierna, debido a que los grupos de músculos que mueven la parte inferior de la pierna son particularmente débiles, aún podría ser útil y razonable ayudar al usuario del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención para cambiar o mantener tanto la posición de la parte inferior de la pierna como la posición del muslo.

Cuando el componente activo también está adaptado para cambiar o mantener la posición angular tanto de la rodilla como de la cadera, se prefiere usar un solo accionador. El mismo dispositivo de asistencia muscular portátil flexible se puede usar para un primer grupo de pacientes que necesitan asistencia solo para la parte inferior de la pierna y para un segundo grupo de usuarios que necesitan asistencia para mover tanto la parte inferior de la pierna como el muslo.

En una realización muy preferida, el tendón se guía en una o más fundas de baja fricción, al menos algunas de las cuales están unidas parcialmente a al menos una de las porciones de prenda. En otras palabras, la funda se fijará a las porciones de prenda de manera que defina dónde se extiende el tendón. Por lo tanto, al conectar las fundas a la porción de prenda, es más fácil ponerse el exotraje o el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención. Además, el tendón permanecerá fácilmente en el lugar correcto.

En una realización muy preferida, los tendones se guían en fundas sueltas, al menos algunas de las cuales están preferentemente unidas al menos parcialmente a al menos una de las porciones de prenda. Es posible utilizar una funda suelta porque solo es necesario estirar del tendón y no es necesario transmitir fuerzas de empuje desde el accionador hasta un punto final en la parte del cuerpo que se va a mover.

En otras palabras, no es necesario usar un cable Bowden común para otros exotrajes. Un cable Bowden de este tipo es rígido y, por lo tanto, suele ser una fuente de incomodidad. El uso de un tendón que solo proporciona asistencia en una dirección, es decir, estirando, es posible, en particular, debido a que proporciona componentes tanto activos como pasivos, pudiendo los componentes pasivos en realizaciones preferidas proporcionar fuerzas antagónicas al efecto del tendón activado.

Es posible y preferible prever una placa de soporte rígida para al menos uno de los accionadores y/o para una batería para al menos un accionador. Tanto el accionador como la batería son bastante pesados y tienen una densidad superior a la de la prenda u otras partes del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención. En consecuencia, el peso y cualquier presión contra el cuerpo del usuario deben distribuirse uniformemente sobre un área grande en una disposición preferida. Esto se puede lograr utilizando la placa de soporte antes mencionada.

En una realización muy preferida, el accionador es un motor eléctrico. El uso de motores eléctricos ahorra peso y costes. En la realización preferida, se proporciona un control de accionador que está dispuesto para activar uno o más accionadores en respuesta a señales derivadas de una disposición de sensores. Esta disposición de sensores estará adaptada para generar señales indicativas de al menos uno de los ángulos de la articulación presente entre la primera parte del cuerpo y la segunda parte del cuerpo. Cuando esté presente más de una articulación entre la primera parte del cuerpo y la segunda parte del cuerpo, se puede determinar el ángulo de una pluralidad de articulaciones o de cada una de las articulaciones. Además, es posible medir un ángulo absoluto o un cambio en un ángulo absoluto de la articulación. Además, es posible medir un movimiento absoluto de la primera parte del cuerpo y/o medir un movimiento de la primera parte del cuerpo con respecto a la segunda parte del cuerpo. Se entenderá que cuando se va a medir el movimiento de la primera parte del cuerpo con respecto a la segunda parte del cuerpo, puede ser necesario o útil proporcionar una pluralidad de sensores, proporcionándose al menos un sensor en la primera parte del cuerpo y proporcionándose otro sensor en la segunda parte del cuerpo.

Además, podría ser posible no medir simplemente el movimiento de la primera parte del cuerpo (asistida), sino derivar señales para el control del accionador a partir del movimiento de otras partes del cuerpo, por ejemplo, para detectar si el tronco de un usuario se balancea o no.

Entonces, es posible detectar una presión sobre la parte del cuerpo relacionada tanto con el movimiento o con la posición y/o la posición de la primera parte del cuerpo. Por ejemplo, cuando el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención sirve para ayudar a un usuario a caminar, se puede detectar una distribución de presión en la planta del pie. Esto se puede utilizar para identificar si el pie está actualmente levantado o no del suelo, si se observa o no una presión constante, una presión constante o una distribución de presión constante que indica que el usuario está en reposo.

Si se puede derivar una medida de la presión total sobre una o ambas plantas de los pies, es posible distinguir si un usuario dado tiene o no los pies en el suelo, si está sentado o si está de pie.

Asimismo, identificando la distribución de presiones y/o identificando que una presión supera ciertos umbrales, es posible identificar y distinguir ciertas fases de levantarse, sentarse, estar de pie o caminar.

Se observa que, en una realización preferida particular, donde el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible se usa para ayudar a caminar de una manera que ayuda a levantar un pie del suelo, la asistencia para levantar el pie del suelo se proporciona preferentemente solo en caso de que el otro se ha determinado que el pie tiene un contacto lo suficientemente firme con el suelo. Esto es particularmente útil cuando la interpretación de las señales del sensor es difícil y se debe obtener una comprensión clara de la postura actual de un usuario antes de accionar y/o liberar los accionadores para evitar que el usuario se caiga, se derrumbe en una silla mientras está sentado, y así sucesivamente.

Además, se entenderá que una disposición de sensores que comprenda una pluralidad de sensores que produzcan diferentes señales de sensores relacionadas con diferentes partes del cuerpo, diferentes parámetros, etc., puede ser útil para identificar la postura y controlar así el accionador de manera apropiada.

En el caso de una disposición de sensores que tenga varios sensores y que tenga además circuitos de acondicionamiento de señales correspondientes, así como uno o más convertidores de analógico a digital, el control del accionador puede implementarse utilizando un circuito digital, por ejemplo, como software para una disposición de microcontrolador.

La disposición de sensores puede interpretarse y entenderse como una matriz de sensores, aunque el experto en la materia entenderá que no es necesario disponer los sensores en columnas, filas, etc., precisas.

Además, es posible utilizar una disposición de sensores que tenga una multitud de sensores diferentes, por ejemplo, al menos dos de diferentes elementos del grupo de sensores de movimiento, acelerómetros de 3 ejes, unidades de medición inercial (IMU).

Se entenderá que, aunque los sensores producen una buena relación señal/ruido en condiciones reproducibles, puede permanecer una gran incertidumbre en la identificación de una posición o postura actual del usuario, en parte debido a que el dispositivo de asistencia muscular portátil es flexible y los sensores están unidos a una parte flexible y, por lo tanto, móvil del traje. En consecuencia, existe la posibilidad de que cualquier medición del sensor se vea afectada negativamente y, por lo tanto, se debe tener cuidado para corregir tales variaciones. No obstante, es particularmente preferible si el traje se usa para una variedad de tareas y actividades de la vida diaria y, por lo tanto, el circuito de control se adapta preferentemente para identificar un paso, posición, postura y similares dados, y para identificar una postura o fase de balanceo al caminar con alta certeza en respuesta a las señales del sensor.

Cabe señalar que para identificar una de una pluralidad de actividades diferentes se puede ayudar a un usuario mientras lleva puesto el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la invención, y/o para identificar una fase de un movimiento cíclico identificado, se prefiere detectar los cruces por cero de la velocidad angular de ciertas partes del cuerpo, tal como el muslo, la pantorrilla, la pierna, la articulación de la cadera o la rodilla, y/o para detectar los cruces por cero de la velocidad angular de una combinación de tales partes del cuerpo.

Se entenderá que, para evitar la mala interpretación de los datos obtenidos de esta manera, se puede suponer que se ha producido un cruce por cero solo si la velocidad angular obtenida después de cambiar el signo de la velocidad angular es suficientemente diferente de la velocidad angular cero. Esta forma preferida de detección evita problemas de cruces múltiples a ciertas velocidades de marcha, múltiples cruces por cero debido a la oscilación y al balanceo, etc. Cabe señalar que el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible de la presente invención tiene preferentemente un control que se puede adaptar para almacenar ángulos superiores e inferiores predeterminados permitidos para una articulación determinada y está adaptado para comparar la información del sensor indicativa de un ángulo de articulación actual o cambio de ángulo de articulación con dichos ángulos de articulación permitidos superior e inferior almacenados para evitar la activación del accionador de una manera que provoque daño a la articulación. También se entenderá que es posible definir un modelo de una parte del cuerpo, por ejemplo, la pierna, y derivar diferentes ángulos articulares permitidos o útiles para cualquier fase o período dado durante un ciclo de la marcha (o, más en general, un ciclo de movimiento) para que el control pueda adaptarse para activar el accionador en respuesta a estos ángulos superiores e inferiores variables para una o más articulaciones determinadas a partir de un modelo específico. Dichos intervalos derivados del modelo pueden almacenarse antes de su uso o calcularse sobre la marcha para determinar los ángulos de articulación superior y/o inferior permitidos actualmente.

De acuerdo con otro aspecto de la invención y en una realización preferida de la misma, se sugiere un dispositivo de asistencia muscular portátil flexible que tiene al menos un elemento controlable a través de señales eléctricas durante la asistencia a un usuario, un componente sensor adaptado para proporcionar señales indicativas de la necesidad de un usuario para asistencia, un control adaptado para proporcionar señales eléctricas durante la asistencia en respuesta a las señales proporcionadas por el componente sensor e indicativo de la necesidad de asistencia de un usuario. Tal dispositivo de asistencia muscular portátil flexible está dispuesto de manera que el componente sensor comprende al menos un primer y un segundo sensor, ambos adaptados para proporcionar señales de sensor indicativas de al menos una de una orientación absoluta de una extremidad o una parte de una extremidad, una orientación de una extremidad o parte de una extremidad en relación con otra parte del cuerpo, un ángulo de articulación, una posición, velocidad o aceleración de una parte del cuerpo, estando el primer y segundo sensores separados entre sí de tal manera que, en uso, al menos una articulación está presente entre el primer y segundo sensor o el primer y segundo sensor se proporcionan en articulaciones vecinas; y porque se proporciona un circuito de acondicionamiento de señales dispuesto para introducir al menos dos flujos de señales de sensor respectivas en el control, proporcionando el primer flujo de señales de sensor durante un ciclo de movimientos de una parte del cuerpo al menos 10 valores diferentes de señales de sensor en respuesta a señales de sensor del primer sensor y el segundo flujo de señales de sensor que proporciona durante un ciclo de movimientos de una parte del cuerpo al menos 10 valores diferentes de señales de sensor en respuesta a señales de sensor del segundo sensor, estando adaptado el control para identificar una necesidad actual para asistencia en respuesta a los al menos dos flujos de señales de sensor evaluando durante el movimiento cíclico una pluralidad de valores de ambos flujos.

La evaluación de señales de diferentes sensores ayuda a identificar una actividad de la vida diaria en la que el usuario está involucrado actualmente. Además, la evaluación de flujos en lugar de valores únicos permite la identificación de una fase de una actividad en la que un usuario está involucrado actualmente. También permite la identificación de una desviación de un progreso típico de la actividad. Por ejemplo, se puede detectar fácilmente que un usuario se detiene en un movimiento o que un usuario reacciona repentinamente durante el movimiento, por ejemplo, para evadir una bicicleta al caminar en una calle. Identificar tales desviaciones con la ayuda de flujos de datos permite reaccionar muy rápido.

Por lo general, los flujos de datos tendrán una frecuencia de muestreo de al menos 10 Hz. Esto es suficiente para estimar a grandes rasgos, por ejemplo, una fase de marcha. Sin embargo, se prefiere una frecuencia de muestreo más alta y, por lo general, se prefiere una frecuencia de 50 a 100 Hz. En particular, cuando se consideran cruces por cero, la frecuencia de muestreo más alta permite distinguir mejor un verdadero cruce por cero de una mera fluctuación alrededor de cero sin la necesidad de esperar un período prolongado o reaccionar prematuramente. Una frecuencia de muestreo superior a unos pocos 100 Hz, por ejemplo, superior a 400 Hz, normalmente no aporta ninguna ventaja en la identificación de una actividad.

Cuando los ángulos de las articulaciones se determinan directamente utilizando sensores adecuados como IMU o indirectamente a partir de otras mediciones, es posible considerar los propios ángulos, las velocidades angulares, los cruces por cero de las velocidades angulares y/o las aceleraciones angulares. Una frecuencia de muestreo suficientemente alta permite el cálculo tanto de las velocidades angulares como de las aceleraciones angulares con suficiente precisión. Cabe señalar que la identificación de una actividad específica o la identificación de una fase específica de una actividad no necesita basarse solo en uno de, por ejemplo, velocidades angulares, pasos por cero de las velocidades angulares y/o aceleraciones angulares. Más bien, se ha descubierto que cuando se detecta que las velocidades angulares de las articulaciones o extremidades tienen valores pequeños, es preferible usar el ángulo absoluto en su lugar. De esta forma, la determinación de una actividad específica o fase de esta sufre menos las oscilaciones de los sensores y similares provocadas, por ejemplo, cuando un sensor está unido a un muslo que se mueve debido a la tensión de los músculos subyacentes. Se entenderá que, al medir con un sensor pegado cerca de la espinilla, se observará menos variabilidad.

Sin embargo, incluso cuando se utilizan sensores colocados cerca de la tibia, la señal del sensor puede verse afectada debido, por ejemplo, a un impacto de contacto con el pie. Además, debe tenerse en cuenta que, específicamente, cuando se va a identificar una actividad actual, un usuario ha comenzado a usar sus propios músculos, dicha identificación debe realizarse lo antes posible para proporcionar una asistencia adecuada ya durante una fase temprana de un movimiento cíclico.

Aquí, a pesar del hecho de que los sensores colocados en el muslo, en particular, los sensores que detectan un desplazamiento angular, una velocidad o una aceleración angulares, son propensos a producir señales sujetas a una mayor variabilidad, colocar sensores en el muslo es ventajoso porque el muslo experimentará mayores variaciones de su orientación durante las primeras fases de un paso. Por lo tanto, para los dispositivos de asistencia muscular portátiles flexibles de la presente invención utilizados para ayudar en una actividad que implica las piernas, tal como caminar, sentarse en una silla, levantarse de una silla, ponerse de pie, subir o bajar escaleras y los controles preferidos específicos para tal dispositivos de asistencia muscular portátiles flexibles, generalmente se prefiere si al menos un sensor proporciona una señal indicativa de al menos uno de un ángulo (por ejemplo, en relación con el suelo o la cadera) u orientación del muslo o una velocidad angular o una aceleración angular del mismo. Además, dado que dicha señal está sujeta a una gran variabilidad, se prefiere filtrar la señal y/o detectar el cruce de ciertos umbrales, tal como los cruces por cero.

El filtrado se puede realizar con filtros que no tengan ningún retardo o que tengan poco retardo, tal como filtros Butterworth. Un retardo se considera suficientemente pequeño para los fines de la presente invención si es corto con respecto a la duración de una actividad cíclica y/o la duración de una fase de soporte activa teóricamente posible con una disposición dada durante esta actividad cíclica. La posible fase de soporte activo es la fase durante la cual los accionadores dados pueden realmente realizar un trabajo en el sentido físico. Se entenderá que un dispositivo de asistencia muscular portátil flexible que tenga un número restringido de accionadores activos puede usarse para realizar trabajo solo durante partes específicas de un ciclo de actividad, por ejemplo, al levantar una pierna, mientras que la disposición mecánica dada del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible no permite realizar trabajos durante otras fases utilizando los componentes activos del mismo.

Normalmente, la posible fase de soporte activo durará al menos el 10 % de la duración de una actividad cíclica, tal como un paso, y preferentemente la fase de soporte durará al menos el 15 %, en particular, al menos el 20 % de la fase. Por lo tanto, el retraso no debe durar más del 10% de un paso, el 7,5% de un paso o el 5% de un paso cuando se soporta la marcha o el 10%; 7,5% o 5% si se soporta otra actividad cíclica.

Cabe señalar que para diferentes actividades se necesitan diferentes formas de soporte, es decir, la sincronización y/o la fuerza de las fuerzas aplicadas por diferentes accionadores y/o componentes serán diferentes. Una vez que se ha identificado una actividad cíclica específica haciendo referencia a señales desde una pluralidad de sensores, tal como sensores de movimiento, IMU y similares, el soporte necesario se puede predecir en función de un modelo, preferentemente un modelo que tenga en cuenta ciertos parámetros específicos para unos determinados usuarios, tal como el tamaño del cuerpo, el tamaño de las partes del cuerpo (tal como la longitud de la espinilla y los muslos), condiciones de salud tales como problemas coronarios, problemas respiratorios, estado físico general y, según este modelo, el control puede generar y emitir señales adecuadas para controlar el accionamiento de los accionadores. La salida del control que, en base a las señales del sensor, ha identificado que el usuario está actualmente involucrado en una determinada actividad, tal como caminar, puede proporcionar la asistencia necesaria de acuerdo con un modelo para los siguientes ciclos, pero el control seguirá comprobando continuamente si, basándose en las señales del sensor condicionadas actuales introducidas en el control, es necesario cambiar el soporte, por ejemplo, porque el usuario acelera/desacelera, empieza a subir una escalera, etc. Además, es posible activar el soporte para un nuevo ciclo solo una vez que se haya cumplido una determinada condición. Por ejemplo, cuando se proporciona ayuda para caminar, es aconsejable iniciar el soporte de un nuevo paso solo una vez que se haya detectado que el usuario ha puesto el pie previamente levantado del suelo durante una fase de balanceo del paso firmemente de nuevo en el suelo para evitar situaciones peligrosas.

Por lo tanto, se entenderá que la asistencia durante un ciclo inicial de una actividad cíclica puede ser ligeramente diferente de una asistencia brindada durante ciclos posteriores a la identificación de la actividad específica y la identificación y selección de un modelo apropiado o la determinación de parámetros modelados relacionados con la activación de los accionadores. Un retraso de detección puede considerarse corto si se cumplen las condiciones al menos para los ciclos posteriores.

Se observará que en una realización típica y preferida, el soporte, por ejemplo, mediante una fuerza de tracción aplicada a un tendón que ejerce un par de torsión, puede controlarse durante la fase de soporte no simplemente encendiendo o apagando un motor eléctrico utilizado como accionador, sino variando el par de torsión generado por el motor de manera controlada gradualmente (es decir, cuando se implementa un control digital, mediante al menos 2 etapas intermedias diferentes, preferentemente mediante al menos 4 etapas intermedias), variando el par de torsión (o la potencia del motor) entre un soporte distinto de cero y cero durante al menos un tiempo, tal como el 25 % - 33 % del tiempo de soporte activo. De esta manera, el usuario no experimenta un soporte a tirones, aumentando así la comodidad de uso. Cabe señalar que, para ello, es preferible conocer la fase real de un movimiento cíclico. Además, en particular, cuando se va a ayudar a un usuario con una discapacidad, se debe tener cuidado para permitir la reacción a eventos imprevistos, tal como el encuentro de obstáculos (incluso diminutos), caídas, balanceos inesperados, etc.

Por lo tanto, es muy preferible proporcionar una fase de soporte activo prolongada para no solo determinar la fase de un movimiento actual, sino también para responder a las señales del sensor que indican una determinación real del movimiento actual y/o la orientación o aceleración de todo el cuerpo o una o más partes del cuerpo y adaptar aún más el control para regular y/o activar los accionadores en respuesta a tales señales de los sensores.

Asimismo, es posible cronometrar el desenrollado de un tendón de un componente activo mediante el control, de manera que aún sin realizar trabajo, un soporte o asistencia por parte de los accionadores activos puede ser más o menos largo. En lugar de permitir que se desenrolle, el accionador también se puede controlar para mantener la longitud de un tendón tal como está durante un cierto tiempo. Cabe señalar que la longitud del tendón se puede estimar si se proporciona un codificador para medir el ángulo de rotación del árbol de un motor eléctrico.

También hay que señalar que es ventajoso adaptar la respuesta del control a la velocidad del ciclo. Por ejemplo, un usuario que camina más rápido no solo necesitará fases más cortas de soporte activo y fases de soporte más frecuentes en el tiempo, sino también un recorrido diferente de la curva de soporte (es decir, por ejemplo, la potencia aplicada a un motor eléctrico será diferente incluso si se escala apropiadamente). Además, la respuesta del control a las señales del sensor se puede variar con la velocidad del ciclo porque, por ejemplo, al caminar a una velocidad más alta o lenta de lo habitual, puede ser necesario modificar el intervalo de ángulos articulares permitidos, cambiar las condiciones para la determinación del contacto con el pie hacia abajo o la elevación de un pie, etc. Por lo tanto, se prefiere si el control se adapta para determinar la velocidad de una actividad cíclica que ejecuta un usuario y para adaptar al menos uno de los intervalos de parámetros de los ángulos de las articulaciones permitidos durante la activación de los accionadores, o las condiciones para la determinación de un evento de contacto con el pie o de un evento de elevación del pie, o la fuerza de activación de un accionador durante una fase dada del ciclo. De esta manera, se mejora significativamente el soporte a una persona discapacitada.

En consecuencia, un retraso puede considerarse corto si no será superior al 10 % del tiempo de ciclo de una actividad cíclica, tal como el tiempo de un paso al caminar, preferentemente menos del 5 % de este tiempo de ciclo y, en particular, menos del 3, 2 y 1 % respectivamente. Es preferible que la fase de soporte activo no se acorte en más del 25 % de un posible tiempo de soporte activo debido a un retraso, preferentemente menos del 20 % del tiempo de soporte activo, en particular, menos del 10 %, 5 % o 2 % del tiempo de soporte. Se observará que un acortamiento más severo del tiempo de soporte activo puede ser aceptable para pacientes que, aunque necesitan asistencia, generalmente necesitan poco soporte. Además, se observa que el trabajo que puede realizar un dispositivo de asistencia muscular portátil flexible durante una fase de soporte activo puede variar con el tiempo y que se puede obtener un soporte general significativo en términos de trabajo realizado incluso si el tiempo real de soporte se acorta no soportando el 10 % inicial del tiempo de soporte activo posible.

Un retraso puede considerarse suficientemente corto si se cumple cualquiera de las dos condiciones (acortamiento aceptable del tiempo de soporte activo o retraso relacionado con la duración del ciclo de actividad) o si se cumplen ambas condiciones simultáneamente.

Al filtrar señales, se pueden preferir filtros de orden superior, tal como filtros de 3° o 4° orden. Normalmente, los filtros serán filtros de paso bajo, ya que la actividad cíclica es bastante lenta. Una frecuencia de corte puede estar por debajo de 30 Hz y se prefiere tener un corte aún más bajo, tal como 20 Hz o incluso 10 Hz. Sin embargo, el uso de una frecuencia de corte demasiado baja suprimirá las señales indicativas de desviaciones deseadas o necesarias del comportamiento típico del modelo. Por lo tanto, se prefiere tener una frecuencia de corte baja superior a 5 Hz, preferentemente al menos 10 Hz. Cabe señalar que todas o solo algunas de las señales de los sensores pueden estar sujetas a filtrado y que se pueden usar diferentes filtros con diferentes sensores.

Entonces, cabe señalar que el control podría adaptarse para responder a diferentes sensores o señales de sensores durante diferentes fases de una actividad cíclica. Por ejemplo, cuando a un usuario se le proporciona asistencia para caminar, el control puede iniciar un siguiente ciclo en respuesta a la detección de un cruce por cero de una velocidad angular del muslo y luego puede determinar la fuerza de accionamiento de los accionadores durante el ciclo en respuesta a la velocidad angular de la espinilla. De esta manera, se puede obtener una reacción rápida al comienzo de un nuevo paso y una asistencia sincronizada con precisión con menos variaciones sobre una pluralidad de pasos, mejorando la experiencia del usuario.

Además, el control puede comenzar la asistencia para un paso siguiente solo una vez que se haya identificado de forma segura una fase de postura en respuesta a las señales del sensor obtenidas de ambas piernas o partes de las piernas de un usuario.

El control se puede adaptar para implementar el filtrado digitalmente después de la conversión A/D o mediante el uso de circuitos analógicos.

Como ciertas señales de sensores son propensas a ruido o variación debido a los efectos mencionados, podría ser preferible que el control responda a diferentes señales de sensores dependiendo del valor actual de ciertos parámetros detectados. Por ejemplo, una velocidad angular del muslo puede descartarse como sujeta a un nivel de ruido demasiado alto si la velocidad angular es inferior a 70°/s, preferentemente inferior a 60°/s, en particular, inferior a 50°/s. Si la velocidad angular del muslo se vuelve más baja que este umbral, se puede considerar el ángulo en su lugar. Además, al considerar un cruce por cero de un ángulo absoluto, puede ser útil definir un valor distinto de cero que se debe exceder al menos una vez antes de que se considere que el cruce por cero se ha producido con certeza.

En consecuencia, lo que se ha descrito anteriormente también puede considerarse en un aspecto como un aparato para soportar una extremidad de un usuario contra la gravedad, que comprende al menos dos elementos de prenda y al menos un elemento de fuerza pasiva unido entre dos adyacentes de dichos elementos de prenda, así como un aparato de este tipo que tiene al menos un elemento activo.

Cabe señalar que un aspecto de la presente invención puede, sin limitar la invención a tal aspecto, verse como basado en la idea de que se puede basar un dispositivo para una solución destinada a mejorar la calidad de vida de los pacientes con debilidad muscular en elementos pasivos y puede combinar aún más las resistencias de exoesqueletos y exotrajes como una capa adicional de elementos. Un dispositivo de acuerdo con este aspecto es utilizable para cualquier extremidad, tanto para piernas como para brazos, al realizar actividades de la vida diaria utilizando una solución portátil, liviana y de bajo costo.

En este aspecto, un aparato para soportar una extremidad de un usuario contra la gravedad comprende al menos dos elementos de prenda y al menos un elemento de fuerza pasiva unido entre dos adyacentes de dichos elementos de prenda. Preferentemente, los elementos de fuerza pasivos son bandas de estiramiento o resortes en este aspecto. Los elementos de prenda pueden comprender elementos constrictivos que mantienen en posición el elemento de prenda asociado, en el que los elementos constrictivos están orientados esencialmente de forma perpendicular al eje longitudinal de la parte de extremidad asociada. Dichos elementos constrictivos pueden ser cables proporcionados y unidos a modo de corsé, especialmente en una capa interior de la prenda. Los elementos de prenda pueden comprender entonces placas inductoras de rigidez y/o placas deslizantes dispuestas entre la piel del usuario y los elementos constrictivos del elemento de prenda que pueden orientarse verticalmente en la dirección longitudinal de la parte de extremidad asociada.

El aparato de este aspecto o realización puede comprender además al menos un soporte activo que tiene un tendón unido a un elemento de prenda y accionado por un accionador de fuerza de tracción, donde el tendón es guiado al menos a un elemento de prenda adyacente, donde en este aspecto para cada un accionador de fuerza de tracción está presente un elemento de fuerza pasivo que es un elemento de fuerza pasivo antagonista a la porción de tendón asociada.

En este aspecto o realización, un aparato de este tipo puede tener tendones guiados en fundas de baja fricción, en el que estas fundas están preferentemente unidas al menos parcialmente a las partes correspondientes de la prenda. Cada tendón en este aspecto generalmente se guía en un lado del cuerpo del usuario en vista de su plano sagital para una primera capa de prenda y luego se separa en dos porciones, donde estas dos porciones de tendón se guían en lados opuestos del plano coronal de la extremidad asociada para reunirse en un solo tendón en el lado opuesto de dicho plano sagital para guiarse en la capa de prenda adyacente. Esto se debe al hecho de que al caminar o cambiar la postura de sentado a de pie, el eje principal de la cadera eleva el muslo mientras que la pantorrilla se baja en relación con el muslo, de modo que para ayudar a una persona a elevarse a la vertical, el tendón puede guiarse por delante de la rodilla pero detrás de la cadera, mientras que las bandas de estiramiento más fuertes sobre la rodilla están detrás de la rodilla y las bandas de estiramiento más fuertes para el muslo están delante de la persona, si las bandas de estiramiento se proporcionan preferentemente en delante de la rodilla y detrás de la cadera. Dado que es ventajoso evitar las fuerzas de cizallamiento, se puede preferir que el tendón se deslice en una dirección de la dirección principal del eje longitudinal de la porción de extremidad correspondiente; preferentemente, los elementos de prenda comprenden placas deslizantes dispuestas entre la piel del usuario y los tendones. Con el fin de reducir aún más las fuerzas de cizallamiento, los tendones o partes de tendones pueden guiarse en patrones entrecruzados o en zigzag sobre dichas placas deslizantes.

Preferentemente, de acuerdo con este aspecto o realización, cada accionador de fuerza de tracción está unido a un elemento de capa de prenda adyacente u opuesto o un elemento de cambio de dirección de guía está sujeto a dicho elemento de capa de prenda adyacente u opuesto que guía el tendón asociado, de modo que el accionador de fuerza de tracción pueda luego fijarse en cualquier lugar en el aparato.

De acuerdo con un aspecto de la invención, el aparato puede comprender una unidad de control y al menos un sensor unido a uno de los elementos de prenda, en el que el al menos un sensor está configurado o adaptado para detectar el ángulo de la parte de extremidad asociada con dicho elemento de prenda a la vista de la vertical y/o el sensor está configurado o adaptado para detectar y/o medir y/o caracterizar un movimiento de la extremidad o parte de la misma asociado con dicho elemento de prenda y/o un cambio de ángulo o de velocidad angular o un valor de ángulo o velocidad angular, en el que la unidad de control está adaptada para controlar al menos un accionador de fuerza de tracción para soportar el movimiento y/o el cambio de ángulo de la parte de extremidad. La unidad de control almacena, preferentemente para una pluralidad de articulaciones, preferentemente para cada articulación, un intervalo de ángulos predeterminado autorizado y/o valor(es) superior y/o inferior permitido(s), así como almacena preferentemente para un grupo de articulaciones intervalos de ángulo predeterminados, variando estos intervalos en una realización preferida con, por ejemplo, la marcha o fase de movimiento o velocidad de movimiento, estando adaptado el control para comparar la información del sensor para todas o ciertas articulaciones con dichos intervalos o límites almacenados y para bloquear el(los) accionador(es) de fuerza de tracción si un valor de ángulo sale de uno de los umbrales o intervalos predeterminados para, por ejemplo, evitar una caída del usuario equipado con el aparato.

Es una ventaja si el sistema según una o más realizaciones o aspectos utiliza una arquitectura multicapa, preferentemente de tres capas, adaptada para adaptar dinámicamente su rigidez y/o nivel de soporte según las necesidades de los usuarios. Cada capa puede comprender características inventivas por sí solas y puede usarse en una solución independiente o una solución de dos de las tres capas como se describirá a lo largo de la memoria descriptiva.

Una ventaja de una prenda de acuerdo con los aspectos preferidos se basa, entre otras cosas, en la minimización de las fuerzas de cizallamiento, ya que pueden causar dolor e incomodidad, y la maximización de las fuerzas normales que brindan la asistencia, por ejemplo, contra la gravedad. Además, el diseño permite que las fuerzas de asistencia sean más que pequeñas ráfagas de fuerzas (aplicadas durante fases específicas del ciclo de la marcha en los exotrajes) y, en su lugar, se apliquen a lo largo de los movimientos de los usuarios para piernas o brazos o al menos en partes prolongadas de un período o ciclo de movimiento.

Un aparato de tres capas puede combinar las ventajas de la tecnología de exotraje y exoesqueleto para proporcionar la asistencia continua de los exoesqueletos con la interfaz flexible de los exotrajes. Sin embargo, a diferencia de los exotrajes convencionales, el aparato, según los aspectos preferidos, minimiza las fuerzas de cizallamiento que pueden causar molestias y maximiza las fuerzas normales que brindan asistencia. Al controlar el nivel de asistencia continua, el aparato puede ayudar mejor y más fácilmente a sus usuarios cuando se mueven contra la gravedad (por ejemplo, levantarse de una silla o levantar el brazo para cepillarse el cabello) y cuando se mueven con gravedad (por ejemplo, sentarse en una silla o bajar un objeto de un estante) sin caerse.

La arquitectura de capas multiarticuladas según un aspecto de la invención ayuda activamente contra las fuerzas gravitatorias y proporciona estabilidad a su usuario con un número mínimo de accionadores.

El aparato de un aspecto preferido implementa una arquitectura de tres capas: una capa de base, una capa de ligamento y una capa de potencia, para usarse de forma independiente o en combinación.

La capa de base interactúa en el aspecto preferido con la piel del usuario y brinda una sensación cómoda similar a la de una prenda que está diseñada para brindar al usuario comodidad durante todo el día; esta capa puede utilizar materiales transpirables que maximicen el control de la temperatura y de la humedad.

La capa de ligamento del aspecto preferido se parece a los ligamentos del cuerpo y proporciona niveles variables de soporte y resistencia pasiva dependiendo de las necesidades de movilidad del usuario.

Finalmente, la capa de potencia del aspecto preferido se basa en el diseño del músculo-tendón del cuerpo y utiliza una serie de tendones similares a tendones enrutados a través de las articulaciones del usuario y accionados por motores preferentemente controlados por fuerza.

Cuando se combinan en un sistema, las tres capas del aspecto preferido funcionan de manera similar a un par de músculos antagonistas para modular la rigidez alrededor de las articulaciones biológicas y, por lo tanto, brindan estabilidad estructural en ausencia de un marco rígido. Al aumentar artificialmente la rigidez alrededor de las articulaciones humanas, el aparato puede imitar la contracción muscular, lo que a su vez proporciona estabilidad.

La capa de base del aspecto preferido es la interfaz directa con el cuerpo humano vestido o desvestido y construye la base para el ligamento y la capa de potencia. Dado que las fuerzas de cizallamiento pueden causar fácilmente dolor e incomodidad, esta capa está diseñada para minimizar las fuerzas de cizallamiento y/o transformar las fuerzas de cizallamiento en fuerzas normales. Esto se puede lograr mediante la integración de textiles funcionales y/o placas anisotrópicas semirrígidas que transforman las fuerzas de cizallamiento de la capa de potencia del traje en fuerzas normales que actúan sobre el cuerpo del usuario. La capa de base incorpora en el aspecto preferente múltiples tendones o elementos constrictores, perpendiculares a los tendones de la capa de potencia, dispuestos para tensarse automáticamente cuando se requieran altos niveles de fuerza durante la asistencia. También incluye una serie de entradas, basadas en un enfoque de bloqueo de capas, para cambiar la rigidez de forma adaptativa y tener en cuenta cualquier cambio en el volumen muscular que se produzca durante el movimiento, al tiempo que evita una compresión extensa del tejido. En otras palabras, una interfaz de cuerpo adaptada para tensarse cuando se proporciona asistencia activa. El apriete puede ser provocado por la actividad muscular, la actividad de los accionadores y/u otros componentes coactivos sin necesidad de accionamiento adicional de unos medios de apriete. Sin embargo, también es posible inducir un apriete haciendo que una pluralidad de capas (o telas) de la superficie de contacto con el cuerpo de la capa de base se atasque. Este bloqueo puede ser causado activamente por entradas apropiadas en la entrada donde se proporciona una capa de bloqueo que tiene dichas entradas. Las entradas apropiadas podrían ser de fluido presurizado, cargas electrostáticas, etc. Este enfoque único aumenta el rendimiento del sistema, la comodidad del usuario y la seguridad general.

En la parte superior del cuerpo, la arquitectura de la capa de base también se puede usar para reforzar los ligamentos debilitados. Por ejemplo, en la escápula, la capa de base puede aumentar la rigidez de la articulación del hombro para mejorar la transmisión de fuerzas desde los músculos a los huesos si fuera necesario. La mayor rigidez ayuda a sostener los ligamentos y permite que los músculos apliquen fuerzas con menos esfuerzo.

A diferencia de los exotrajes convencionales, el aparato según un aspecto preferido es capaz de proporcionar altos niveles de fuerza, que pueden sustituir en gran medida las necesidades de debilidad muscular del usuario, aunque normalmente solo se proporciona alguna asistencia adicional. Esto se debe, entre otras cosas, a la estructura específica de la capa de base.

La capa de ligamento en un aspecto preferido consiste en materiales elásticos que se colocan cerca o en, por ejemplo, las articulaciones de la cadera, la rodilla y/o el tobillo para las piernas, y/o las articulaciones del hombro, y/o del codo y/o del codo para los brazos. Esto permite que el aparato, según un aspecto preferido, almacene energía durante los movimientos que pueden liberarse para compensar el peso de las piernas y/o de los brazos.

Finalmente, la capa de potencia asiste a los principales músculos antigravedad y se opone a la capa de ligamento.

Aunque la capa de base, así como la combinación de capa de base y capa de ligamento, pueden proporcionar una solución para mejorar la movilidad del usuario, los mejores resultados se pueden lograr usando las tres capas.

La estructura antagónica proporcionada según ciertos aspectos de la invención añade estabilidad y ayuda a estabilizar el cuerpo y equilibrar el tronco. Además, la capa de potencia puede almacenar una porción de su energía en la capa de ligamento.

Entonces, la energía puede liberarse cuando el usuario requiere soporte o compensación del peso de las piernas (por ejemplo, durante la fase de balanceo) o los brazos (por ejemplo, al extender el codo).

Los tendones se enrutan a través de la capa de base y/o a lo largo de la capa de base, de modo que un extremo se conecta a la fuente de energía (es decir, un accionador) y luego cae en cascada en múltiples tendones que se enrutan a través de las articulaciones y finalmente se unen a la capa de base.

En términos de software de control, el aparato que tiene una capa de potencia según la invención puede utilizar un controlador programado basado en la fuerza que coordina la rigidez de las articulaciones para lograr un soporte continuo contra la gravedad.

El controlador puede usar una matriz, o una pluralidad de sensores de movimiento y fuerza, usados de una manera que estima las posturas del usuario y/o las intenciones de movimiento o el movimiento actual. Basándose en esta información, el controlador de la capa de potencia del aparato puede decidir cómo respaldar de manera óptima los movimientos del usuario, por ejemplo, modulando las fuerzas aplicadas y la rigidez de las articulaciones. La configuración del sensor puede incluir IMU (unidades de medición inercial) en los segmentos de la pantorrilla y el muslo para medir la cinemática de la pierna, en la parte superior del brazo y el antebrazo para medir la cinemática del brazo y en el centro de masa del cuerpo para medir los movimientos del tronco. Se pueden colocar células de carga en cada tendón para medir las fuerzas de la capa de potencia. Los codificadores en los motores de la capa de potencia pueden medir continuamente la posición de rotación del árbol del motor de los accionadores, estimando así la longitud de los tendones. La combinación de las células de carga y los codificadores y/o las señales de los codificadores por sí solas permiten un control preciso de la rigidez y/o de los niveles de fuerza en el sistema.

Además de mantener al usuario en una posición estable, el sistema controlado, preferentemente controlado por fuerza, puede proporcionar perfiles de fuerza específicos que se dirigen a las necesidades del usuario durante las actividades de la vida diaria. En otras palabras, el accionamiento de uno o una pluralidad de accionadores utilizados de forma coordinada puede controlarse para soportar o asistir selectivamente en una o varias de una pluralidad de actividades de la vida diaria.

El aparato de acuerdo con un aspecto preferido puede adaptarse a las necesidades de una pluralidad de usuarios, permitiendo definir fácilmente varias versiones del dispositivo. Existen distinciones básicas para que el usuario pueda elegir entre, por ejemplo, versiones del aparato solo para piernas, solo para brazos o para piernas y brazos. Además, el usuario puede elegir entre una versión no accionada (capas de base y de ligamento) y una versión accionada (capas de base, de ligamento y de potencia) del traje/aparato. Los lados izquierdo y/o derecho pueden asistirse según sea necesario. La adaptación a diferentes tamaños es sencilla. Se entenderá que no es absolutamente necesario tener cada dispositivo para cada usuario hecho a medida, sino que, a pesar de las grandes variaciones en las necesidades del usuario, solo se necesita un pequeño número de variantes básicas de diseño y/o de tamaño.

En un aspecto, la interfaz de cuerpo o "capa de base" forma la interfaz entre las capas de ligamento y de potencia, y el cuerpo humano. Las capas no activadas y activadas se pueden usar juntas o por separado. El nivel de asistencia de las diferentes versiones del traje puede, por ejemplo, ajustarse regulando o controlando o ajustando la rigidez de los elementos elásticos en la capa de ligamento, así como las distancias de los tendones a las articulaciones biológicas de la capa de potencia.

Desde el punto de vista de la rehabilitación, podría ser beneficioso para algunos usuarios usar solo una versión del traje sin accionar. Esta es la versión más ligera del aparato según la invención, ya que la capa de potencia por sí sola representa aproximadamente el 70 % del peso en las realizaciones actuales. Se ha encontrado que un ejemplo de una versión del aparato solo para piernas pesa solo 5 kg; esto está muy por debajo de la mitad del peso del exoesqueleto más ligero del mercado en 2016. Se puede conseguir una asistencia excelente con respecto al equilibrio del tronco, la estabilidad vertical y los movimientos contra la gravedad con una versión motorizada del aparato según un aspecto de la invención.

Preferentemente, el aparato según la invención siempre está provisto de una pluralidad de sensores que pueden integrarse en o sobre las capas. Esta configuración de sensor permite controlar las porciones de la capa activa del aparato de acuerdo con un aspecto preferido, y también puede usarse para monitorizar al usuario. Es decir, las sensibilidades de estos y/o las respuestas a las señales del sensor pueden, en un aspecto preferido, configurarse fácilmente con cualquier ordenador, tableta o teléfono móvil. Esto también podría usarse para evaluaciones rápidas del usuario durante el entrenamiento o mientras usa el dispositivo o el traje en la vida diaria. El número de sensores en una versión no accionada del aparato según una realización preferida puede reducirse sin afectar significativamente la asistencia proporcionada por el traje. Cabe señalar que, si bien en ciertos trajes no se puede proporcionar asistencia activa basada en actuaciones que ejerzan fuerzas sobre una parte del cuerpo al estirar de los tendones, aún podría ser posible y útil proporcionar, por ejemplo, un tensado controlado de las telas de la prenda para mejorar, por ejemplo, la estabilidad corporal.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Realizaciones preferidas de la invención se describen a continuación con referencia a los dibujos, que tienen el propósito de ilustrar las presentes realizaciones preferidas de la invención y no el propósito de limitar las mismas. En los dibujos,

La figura 1 muestra una vista esquemática de las piernas de un usuario con un aparato de tres capas según una realización de la invención;

La figura 2 muestra dos diagramas esquemáticos del aparato de tres capas según la figura 1 en dos posiciones de doblado diferentes;

La figura 3 muestra otros dos diagramas que muestran las fuerzas aplicadas por la capa de potencia de una realización de la figura 1;

La figura 4 muestra un diagrama de la unidad de control de asistencia de soporte utilizada dentro de un aparato según una realización de la invención;

Las figuras 5A, 5B, 5C muestran elementos de las diferentes capas de un aparato de una realización de la invención;

La figura 6 muestra a un usuario en una posición inclinada con explicaciones de fuerzas y momentos similares a las de la figura 1;

Las figuras 7A y 7B muestran dos diagramas esquemáticos de un aparato de tres capas según otra realización para el brazo en una vista en planta frontal y en una vista en planta sagital;

La figura 8 muestra una vista lateral esquemática del torso de un usuario con un aparato de tres capas según otra realización de la invención para el soporte de un brazo;

La figura 9 muestra el principio general de funcionamiento actuando sobre una única articulación;

La figura 10 muestra un escenario general para una articulación con capas pasivas y de prendas además de tener componentes activos.

La figura 11A muestra una vista esquemática de una pierna en una posición parcialmente doblada mientras se usa un aparato según una realización de la invención;

La figura 11B muestra una vista esquemática de la pierna de la figura 11A en una posición más recta;

La figura 11C muestra una vista esquemática de un brazo en una posición parcialmente doblada mientras se usa un aparato según una realización de la invención;

La figura 12 muestra los principios de activación logrados a través de la capa de prenda;

La figura 13 muestra una vista esquemática de una pila de capas que se utilizará para aumentar la rigidez de la articulación para contrarrestar la gravedad;

La figura 14 muestra un ciclo de marcha de una persona que camina, que incluye la identificación de las fases de postura y balanceo;

La figura 15 muestra un ciclo para pasar de estar sentado a ponerse de pie;

La figura 16 muestra el anclaje de fuerzas a lo largo del plano sagital para una de las posibles realizaciones del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible; aquí, las fuerzas se distribuyen entre las tres capas: capa de prenda, de ligamento y de fuerza y se distribuyen desde el hombro hasta los pies;

La figura 17 muestra el principio del modelo de distribución de fuerzas para convertir fuerzas de cizallamiento en fuerzas normales; las dos fuerzas tangenciales (F) aplicadas en los lados se convierten en fuerzas principalmente normales (sigma_n) sobre el usuario por la arquitectura del sistema similar a un manguito; y La figura 18 muestra un modelo del par de torsión en una articulación (T_Articulación) como la combinación de pares de torsión externos (T_gravedad), el par de los músculos del usuario que actúan sobre la articulación (T_músculo) y la contribución del dispositivo de asistencia muscular portátil (T_ligamento T_potencia); la potencia total entregada a la articulación se puede regular en función de la actividad realizada por el usuario para que sea potencia positiva (Potencia+) o potencia negativa (Potencia-) dependiendo de si el ángulo de la articulación aumenta o disminuye; como se muestra en el esquema, cuando el ángulo de esta articulación disminuye, la energía se almacena en los ligamentos (T_ligamento), una vez que aumenta el ángulo de la articulación, la energía se libera.

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERIDAS

La presente invención se refiere a un dispositivo de asistencia muscular portátil flexible que, en una realización, se utiliza para caminar. Para comprender cómo el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible puede ayudar a un usuario a caminar, la figura 14 es útil. En la figura 14 se muestra una persona en vista lateral durante diferentes fases de un ciclo de marcha. Lo que se puede ver es que, durante ciertas fases del ciclo de marcha, tanto la rodilla como la cadera se extienden simultáneamente. En particular, tanto la cadera como la rodilla se extienden por completo mientras se levanta el pie de la pierna opuesta. La extensión completa de la cadera y la rodilla eleva el tronco y, junto con el tronco, también se elevan la cabeza y los hombros. Los músculos de la pierna que se extiende al extender simultáneamente la rodilla y la cadera deben realizar el trabajo físico de levantar el cuerpo contra la gravedad durante esta fase del ciclo de marcha. Cuando los músculos no puedan realizar el trabajo durante la extensión de la rodilla y la cadera, deben asistirse. Como la cadera y la rodilla se extienden simultáneamente durante una fase (fase de soporte) en la que se va a realizar un trabajo bastante alto, es útil ayudar a los músculos de un usuario débil durante esta fase y esto se puede hacer usando un accionador si la fuerza del accionador se aplica simultáneamente tanto a la cadera como a la rodilla.

Luego, después de que la pierna esté completamente extendida, la pierna opuesta se balancea hacia adelante (fase de balanceo) y el cuerpo se mueve frente al muslo de la pierna aún apoyada en el suelo. Por el contrario, la pierna opuesta al mismo tiempo tiene un muslo que está frente al cuerpo. En consecuencia, el ángulo que tiene uno de los muslos se puede definir como un ángulo positivo (por ejemplo, hacia adelante) mientras que el otro es un ángulo hacia atrás. Considerado de esta manera, se producirá un cruce por cero del ángulo al pararse sobre la pierna. También se puede ver que se pueden definir varios ángulos, por ejemplo, el ángulo tronco/muslo, el ángulo muslo/pantorrilla, el ángulo desde la cadera al tobillo, etc., y se apreciará que estos también varían de manera cíclica durante una pluralidad de pasos. Habiendo explicado esto para una mejor comprensión del dispositivo, se observa lo siguiente con respecto a realizaciones específicas no limitativas de la invención. En la parte inferior de la figura 14, la fuerza reactiva del suelo sobre el ciclo de marcha se muestra como un ejemplo de señales de sensores que podrían usarse para identificar la fase de un ciclo.

Para comprender cómo el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible puede ayudar a un usuario a ponerse de pie después de estar sentado, es útil observar la figura 15. Al igual que en la figura 14, la figura 15 muestra un ciclo típico al pasar de estar sentado (0 %) a estar de pie (100 %). En la figura 15 se muestran los ángulos de las articulaciones (cadera y rodilla), las velocidades y las torsiones para un movimiento típico. La figura también muestra un perfil potencial de fuerza de asistencia donde se presenta la contribución de los elementos pasivos y activos del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible. Este patrón de asistencia tiene como objetivo soportar los músculos que están activos durante el movimiento como se muestra en la parte inferior de la figura 15; estos músculos comprenden principalmente extensores de las articulaciones de la cadera y la rodilla. Se entenderá que, para proporcionar un soporte adecuado durante gran parte de todo el movimiento, es necesario identificar que un usuario tiene la intención de levantarse desde estar sentado y aplicar la fuerza correcta en los tendones mediante la activación adecuada de los accionadores.

La figura 1 muestra una vista esquemática de las piernas 10 de un usuario con un aparato de tres capas según una realización de la invención, que representa esquemáticamente todas las fuerzas que se producen durante el funcionamiento de la extremidad inferior. La capa de prenda comprende una prenda de cadera 101, una prenda de muslo 102 y una prenda de pantorrilla 103. Las prendas 101, 102 y 103, a veces denominadas capa de prenda 100, son prendas similares a un corsé que proporcionan el contacto con la piel del usuario por un lado y puntos de unión para la capa pasiva y la capa de potencia por otro lado.

La capa pasiva comprende elementos amortiguadores, a saber, una "capa" pasiva 201 de cadera y muslo y una "capa" pasiva 202 de pantorrilla y muslo. Estas capas pasivas 201 y 202, a veces también denominadas capa pasiva 200, pueden ser bandas de estiramiento unidas en sus extremos libres a los elementos de prenda (capa) 101, 102, 103. Se pueden unir bajo tensión previa de tal manera que incluso para un usuario sentado, es decir, un usuario donde el ángulo de la cadera al muslo y el ángulo del muslo a la pantorrilla son de aproximadamente 90 grados, están bajo tensión, en otras palabras, las bandas tienen la mayor longitud y, por lo tanto, se proporciona una fuerza de restauración para un usuario de pie. Puede haber una banda de estiramiento como capas pasivas 201,202 para cada pierna, estando unida la banda de estiramiento superior a la capa común 101 de la prenda de cadera en cada lado frontal.

La "capa" de potencia comprende una unidad de capa de potencia 310 que tiene una unidad de control, una unidad de potencia, sensores y al menos un accionador para cada extremidad. El accionador de esta realización está conectado con un tendón de transmisión de la capa de potencia 301, unido en un extremo libre a la unidad de la capa de potencia 310, guiado alrededor de un punto de cambio de dirección 302 delante de la rodilla 12, guiado alrededor de la parte inferior de la capa de prenda de cadera 303 y finalmente unido con el extremo libre opuesto del tendón en la porción superior de la capa de prenda de cadera 101 en un punto de unión de cadera 304.

La capa de potencia aplica una fuerza que es igual a F_Potencia. Esta fuerza aumenta la rigidez de la articulación de la cadera 11 y la rodilla 12 y provoca la fase de presión normal: Combinadas con los elementos pasivos 201 y 202 y su rigidez elástica específica, estas fuerzas son responsables de la modulación de la rigidez articular. El sistema se puede configurar fácilmente para abordar deficiencias específicas ajustando la fase en consecuencia, así como el brazo de momento en la rodilla.

Es posible utilizar el aparato según la figura 1 para la extremidad inferior junto con otro aparato para la parte superior del cuerpo, como se describirá en la presente memoria descriptiva. Ambas partes pueden compartir la misma unidad de potencia y control. Se utiliza una matriz o disposición única de sensores, como se describirá, para estimar todos los ángulos relevantes de las articulaciones. Tal sistema tendrá cuatro unidades de capa de potencia 310 que comprenden motores para compensar la influencia de la gravedad en ambos brazos y piernas, uno para cada extremidad.

Como se mencionó anteriormente, la arquitectura de tres capas de la realización de la figura 1 se compone de una capa de base o de prenda, una capa de ligamento o pasiva y una capa de potencia. La configuración proporciona estabilidad y asistencia de manera fiable con un número mínimo de accionadores y sin un marco rígido. Las capas de ligamento y de potencia están unidas a la capa de base que forma la interfaz con el cuerpo humano. La capa de potencia de esta realización específica presenta accionadores de tendones distales frente a la espinilla y una fuente de alimentación principal y una unidad de control proporcionadas aquí frente al tronco del usuario. Cabe señalar que tanto el accionador como la unidad de control podrían colocarse en otro lugar en otras realizaciones, por ejemplo, en una placa llevada en la espalda de un usuario.

Los tendones 301 de la capa de potencia comienzan en el accionador del tendón, en una posible realización colocado delante de la espinilla, y caen en cascada varias veces dentro de la capa de base para proporcionar un soporte óptimo. La capa de potencia ayuda activamente con la extensión de la cadera y la rodilla. La capa de potencia incluye componentes mecánicos y eléctricos rígidos, tal como motores, poleas, PCB y baterías, que se colocan en lugares del cuerpo donde no obstaculizan los movimientos necesarios durante la vida diaria. Esta disposición permite al usuario sentarse cómodamente, por ejemplo, en una silla de ruedas. Los accionadores de tendón proporcionan grandes fuerzas, por ejemplo, hasta 500 N. La capa de ligamento presenta elementos pasivos que pueden almacenar parte de la energía proporcionada por el usuario o por la capa de potencia. Esto se logra mediante una disposición antagónica de la capa de fuerza y de ligamento. La banda de estiramiento del muslo a la pantorrilla 202 más fuerte se proporciona detrás de la rodilla, mientras que el tendón 301 se guía sobre un punto de cambio de dirección 301 delante de la rodilla. La banda de estiramiento de la cadera al muslo 201 está dispuesta delante de la pelvis del usuario, mientras que la porción correspondiente del tendón 301 pasa en una guía de tendón de cadera 303 detrás del usuario. Este diseño sigue la idea de que proporcionar músculos de contracción conjunta aumenta la rigidez de la articulación para proporcionar estabilidad. Los elementos pasivos, es decir, 201 y 202 de la capa de ligamento, se colocan sobre la capa de base, es decir, 101, 102, 103 para soportar la flexión de la cadera y de la rodilla, así como la dorsiflexión del tobillo. La rigidez de los ligamentos se puede ajustar directamente para adaptarse a las necesidades del usuario mediante el cambio de longitud inicial de las bandas de estiramiento o cambiando las bandas de estiramiento.

El diseño de la capa de ligamento, en combinación con la modulación de la fuerza de la capa de potencia, permite que el sistema brinde asistencia individualizada mientras cambia activamente la rigidez de la articulación. Las fuerzas generadas por la capa de potencia y de ligamento son transformadas en fuerzas normales por la capa de base de la prenda antes de llegar al cuerpo del usuario. La propia capa de base incorpora elementos que modulan la rigidez de la capa para minimizar las fuerzas de corte y maximizar las fuerzas normales que brindan la asistencia. Para garantizar que el aparato de extremidad inferior aplique fuerzas fisiológicas relevantes, se integra en el aparato una matriz o disposición de sensores para la detección de movimiento e intención. Por ejemplo, se proporcionan IMU en los segmentos de pantorrilla y muslo de la pierna para medir la cinemática de la pierna, y se proporciona un acelerómetro en la capa de la prenda de cadera para medir los movimientos de la parte superior del cuerpo.

La unidad de capa de potencia 310 unida a la prenda de pantorrilla comprende un accionador de tendón que produce fuerzas enrollando tendones artificiales que caen en cascada dentro de la capa de base. El sistema utiliza preferentemente un motor sin escobillas en combinación con un sistema de poleas que se extiende por delante de la espinilla y que está estructuralmente configurado para minimizar las fuerzas de flexión. Para lograr esto, el accionador de tendón consiste principalmente en polímeros y compuestos ligeros. Los accionadores dinámicos proporcionan fuerzas, por ejemplo, de hasta 500 N. Se puede integrar una célula de carga cerca del motor, para permitir, en combinación con todos los sensores incorporados, un control de fuerza fiable y modulación de rigidez. Se puede colocar un ventilador justo encima del motor y su controlador para evitar el sobrecalentamiento del sistema. La temperatura del sistema se controla continuamente. Se pueden usar accionadores similares para un aparato para la parte superior del cuerpo, pero entonces son preferentemente una versión reducida de los que se usan para la parte inferior del cuerpo, ya que las fuerzas requeridas son más pequeñas.

La figura 2 muestra dos diagramas esquemáticos del aparato de tres capas según la figura 1 en dos posiciones de doblado diferentes. Los números de referencia similares muestran características similares en todos los dibujos. Las fuerzas proporcionadas por el aparato de las extremidades inferiores pueden afectar a partes del sistema motor más allá de las implicadas en la movilidad. Para mantener patrones de movimiento que sean fisiológicamente correctos, se aplica un modelo de segmento de enlace al aparato de la figura 1 y se representa aquí como la figura 2, en la que se puede ver que existe una relación entre los brazos de momento externos, para generar momentos de articulaciones -y los resortes antagónicos que se oponen al tendón de la capa de potencia. Además, y para garantizar una transmisión fiable de las fuerzas al usuario, el análisis incluye un modelo validado experimentalmente de la rigidez combinada del tejido flexible del usuario y la estructura textil del aparato.

La figura 3 muestra otros dos diagramas que muestran las fuerzas aplicadas por la capa de potencia de una realización de la figura 1. El usuario está de pie en el suelo 19 con la pierna ligeramente flexionada. La unidad de control de soporte (no mostrada) estima continuamente la postura del usuario y calcula la influencia de la gravedad en las articulaciones biológicas del usuario. Se aplican Fy4 y Fx4 a la cadera restaurando un mayor ángulo Tronco. En la rodilla, Fy3 se opone a Fy2 en la dirección vertical a la vista del suelo llano 19, mientras que Fx2 y Fx3 se aplican horizontalmente, reparando el ángulo Muslo, así como el ángulo Pierna. Para compensar la fuerza de la gravedad, el aparato modula las fuerzas del tendón y la rigidez en consecuencia. El perfil de fuerza óptimo y la rigidez del sistema dependen de cada usuario. Parámetros como los brazos de momento y las constantes de resorte elástico, así como la altura y el peso del usuario, se pueden programar preferentemente en el sistema. Al hacerlo, el sistema puede abordar deficiencias de movimiento específicas. Debido a que el aparato siempre compensa la gravedad, independientemente del movimiento específico, la unidad de control de asistencia de soporte 400, como se muestra en la figura 4, funciona independientemente de cualquier entrada del usuario. Además, el sistema se puede utilizar para generar fuerzas adicionales al controlador de gravedad, por ejemplo, para amortiguar los efectos de la espasticidad. Los movimientos repentinos, tal como una caída, pueden detectarse de forma fiable y prevenirse. El sistema tiene como objetivo y logra mantener al usuario en una posición estáticamente estable incluso mientras soporta movimientos dinámicos tales como caminar o alcanzar un objeto. El aparato de las extremidades inferiores soporta los músculos extensores Gluteus Maximus, Gluteus Medius; Rectus Femoris, Músculos Vastii, Gastrocnemius y Soleus. Para proporcionar estabilidad estructural en ausencia de un marco rígido, el sistema imita la contracción muscular para aumentar la rigidez de las articulaciones. Esto se logra utilizando la arquitectura donde la capa pasiva se opone a la capa motora. Un aumento en la rigidez de la articulación evitará o reducirá el movimiento de la articulación, lo que a su vez evita el colapso de la articulación. La capa de potencia puede controlar indirectamente los movimientos proporcionados por los ligamentos artificiales. Esto se logra proporcionando activamente fuerzas para amortiguar el movimiento articular.

La figura 4 muestra un diagrama de la unidad de control de asistencia de soporte 400 utilizada dentro de un aparato según una realización de la invención.

La unidad de control de asistencia de soporte 400 consiste en cuatro subsistemas de control: estimación del ángulo de la articulación, modulación de la rigidez, compensación de la gravedad y modulación de la fuerza activa. La mayoría de los sensores se proporcionan dentro de la capa de base. Esto se relaciona con las IMU 401 (en la pantorrilla y el muslo) y en lugar del acelerómetro 402, podría usarse una IMU (centralmente en el extremo frontal superior de la prenda de cadera 101). Sin embargo, también hay sensores utilizados específicamente por la capa de potencia. Las células de carga 403 y la estimación de la longitud del tendón 404 son parte de esta capa. El estimador de longitud del tendón 404 también se denomina contador de codificación (EC), ya que obtiene sus señales del motor de CC 405 y su posición (giratoria). El sistema de fuerza controlada modula la rigidez de las articulaciones biológicas del usuario y aplica fuerzas adicionales a la arquitectura de tres capas del aparato. Las señales emitidas por las IMU 401 se utilizan para el cálculo del ángulo de la extremidad inferior en la unidad de cálculo de ángulos 411. El acelerómetro o IMU 402 proporciona una señal utilizada para el cálculo del ángulo del tronco en la unidad de cálculo de ángulos 412. Las dos unidades de cálculo de ángulos 411 y 412 proporcionan señales de entrada de ángulo para una unidad de estimación de fuerza 420 que recibe entradas adicionales relacionadas con B_ángulo, obtenidas de la unidad de modelo de articulación 414, trabajando en el ángulo de extremidad B_extremidad y una información de posición obtenida de la unidad de adición 415 empezando por el valor la longitud del tendón del cable I, estimada en la unidad 404 y modulada por una unidad de compensación EC del tronco 416, así como un valor de corrección obtenido de la unidad de compresión y compensación 417 conectada a la célula de carga 403. Los ángulos mencionados se relacionan con la posición del tronco, así como con el ángulo del segmento más distal (espinilla en el caso de la realización de la extremidad inferior, antebrazo en el caso de la realización del dispositivo para la extremidad superior) - hay filtros y cálculos de compensación de deriva además de eso. La unidad de modelo de articulación 414 es responsable de que el último ángulo restante (ángulo beta) sea el ángulo entre segmentos (rodilla, codo).

La unidad de estimación de fuerza 420 proporciona una señal de control para que el motor de CC 405 acorte o alargue o mantenga la longitud y la posición del tendón 301. Esto está modulado por el valor de soporte de escalado 418, mientras que se proporciona una fuerza mínima 419 para contrarrestar el efecto de la banda de estiramiento pretensada. Las señales desde las IMU 401 también contribuyen a través del cálculo del ángulo de la extremidad al detector de movimiento 421 que cambia la señal entre dicho F_min y F_objetivo. Las IMU 401 miden el ángulo del segmento de la extremidad más distal y pueden verse como una entrada filtrada. Este valor es una entrada para el modelo de segmento de enlace según una realización de la invención para la estimación del ángulo compensado por compresión. Ejemplos de modelos que se pueden simular para asistencia de las piernas y asistencia de los brazos, respectivamente, se muestran, por ejemplo, en las figuras 2, 3, 7a, 7b y 18. Cabe señalar que en la medida en que la "capa" pasiva tenga dos componentes separados que se extiendan entre al menos dos componentes de la prenda y que ambos comprendan material elástico para almacenar energía y que estén dispuestos en lados opuestos de una articulación, los módulos de la resiliencia considerada en un modelo podrían adaptarse correspondientemente para modelar el efecto general y/o podrían considerarse elementos adicionales en el modelo. F_min es la fuerza mínima en el sistema para mantener los tendones tensados o, en combinación con la capa de ligamento, establecerá la rigidez correcta alrededor de la articulación. Esta señal de control para accionar el motor de CC 405 luego se modula con una señal de fuerza desde el valor de la célula de carga 403. El motor aplica fuerzas equivalentes a la influencia de la gravedad (según el modelo de segmento de enlace de estimación de ángulo subyacente) o, en lo que respecta a F_min, modula directamente la rigidez de la articulación en combinación con la capa del ligamento. Esta combinación de señales se produce en la unidad de adición 422, en la que la señal de salida se usa en un esquema de control PI 425 para controlar el motor 405.

Se observa que los cálculos mencionados anteriormente se aplican tanto a la parte superior del cuerpo como a la parte inferior del cuerpo.

La capa de base actúa como la interfaz para el usuario. Esta capa está parcialmente hecha de materiales que se pueden estirar y transpirables. Además, incluye múltiples elementos que pueden cambiar la rigidez del aparato, así como placas semirrígidas que se disponen para reducir las fuerzas de corte y transformarlas en fuerzas normales. La capa de base también cuenta con mecanismos de apriete y autoapriete mediante tendones que se disponen perpendiculares a los tendones de la capa de potencia. La capa de potencia está unida a la capa de base. Consiste en múltiples tendones que se enrutan desde los accionadores frente a la espinilla sobre la rodilla y hasta la articulación de la cadera. La capa de potencia cuenta con un sistema de pretensión para ajustar la estabilidad del sistema pasivo. La capa de ligamento también está unida a la capa de base y se opone a los tendones de la capa de potencia.

Las figuras 5A, 5B y 5C muestran elementos de las diferentes capas de un aparato de una realización de la invención. La figura 5A muestra una vista frontal de partes de la pierna 10 y la cadera de un usuario que tiene la capa de prenda 100 combinada con elementos de la capa pasiva 300.

La capa de prenda de cadera 101 comprende una solapa que cubre la malla base y cuya solapa está unida a través de cables en el otro lado. Una mejor vista de cómo se unen estos elementos para que funcionen como un cinturón de cadera autotensado se puede ver en relación con las figuras 12 y 13. La figura 5C también muestra la capa de prenda de cadera 101, pero en una vista posterior. El tejido de base se puede estirar y es resistente al desgaste, ya que una pluralidad de cables tensores 111 se tensan sobre la superficie de la prenda de la capa de base para distribuir cualquier presión proveniente de los cables 112 sobre toda la superficie, ya que los cables 112 están unidos a la capa de prenda y solo se muestran cubiertos por el 201. Este sistema de autotensado está orientado perpendicularmente a los tendones de la capa motora 321 y así evita las fuerzas de cizallamiento que se ejercen sobre las piernas del usuario. Las placas semirrígidas 121 dentro o sobre la capa de la prenda transforman las fuerzas de cizallamiento en fuerzas normales.

La figura 5B muestra una vista trasera del elemento dispuesto encima de la prenda de base. Este comprende en la parte trasera dos trayectorias 311, una para cada pierna 10. Cada trayectoria 311 está unida al extremo superior de la prenda de cadera y comprende el tendón de transmisión de la capa de potencia de la cadera 321, proporcionado en una disposición de cordón entrecruzado o en zigzag, sostenido por bucles o lengüetas proporcionados a los lados de la trayectoria 311. En otras palabras, el tendón de transmisión 321 es guiado a lo largo de la trayectoria 311 desde el muslo hasta la cintura desde un lado de la trayectoria 311 al otro lado 311 de la trayectoria mediante bucles o lengüetas de baja fricción en los bordes opuestos de la trayectoria 311. Hay más bucles o lengüetas cerca del muslo y el extremo superior de la trayectoria y hay menos (aquí esencialmente un largo par de tendones cruzados sobre el medio de la trayectoria 31). Este mecanismo de pretensado aumenta la estabilidad. Estos tendones continúan en dos tendones paralelos en el área 312 como trayectoria cubierta, antes de dividirse en dos cables guiados en tubos de silicona 313 para ser guiados a ambos lados de la parte inferior del muslo hacia la rodilla, donde los cables se unen en un solo tendón 301, siendo redirigido a través del punto de cambio de dirección 302, normalmente siendo una superficie de deslizamiento en una distancia predeterminada frente a la rodilla 12 y luego guiado a la unidad motora de la capa de potencia en la unidad 310 frente a la pantorrilla.

Dicho mecanismo de tensión 311, que tiene una pluralidad de cables tensores, está orientado perpendicularmente a la capa de base. Tiene un mecanismo de tensión 312 asociado dentro de la capa de prenda de muslo 102 y también, aunque no se muestra en la figura 5A a 5C, en la capa de la prenda de pantorrilla 103. Contribuyen a la rigidez de la prenda. La figura 5A también muestra las dos bandas de estiramiento para cada pierna 10, así como la capa pasiva de la cadera al muslo 201. Se proporcionan entradas de bloqueo de capas para adaptar la rigidez del traje. Se evaluaron las fuerzas de interacción entre el aparato y su usuario con respecto a su influencia en el sistema musculoesquelético para formar una base para un sistema para detectar deslizamiento y ajuste inadecuado durante la operación.

Además, la eficacia del sistema puede mejorarse mejorando la transmisión de las fuerzas desde el aparato al usuario. Esto se hizo utilizando un enfoque de bloqueo de capas para establecer de forma adaptativa la rigidez del traje. Esta tecnología aumenta la eficiencia del aparato y también mejora el nivel de comodidad al reducir las fuerzas que actúan sobre el cuerpo del usuario, lo que se explica en relación con la figura 13.

Para garantizar que el aparato minimice las fuerzas de cizallamiento y transmita principalmente fuerzas normales al cuerpo humano, se utilizan preferentemente sensores de presión y sensores de fuerza de 3 ejes para medir el impacto de las características del aparato según una realización de la invención. Se usaron sensores de presión Tekscan en un ejemplo práctico para crear un mapa de presión en varios lugares del tronco. Además, se integraron sensores de fuerza óptica (Optoforce OMD-20-SE-40N) para detectar cualquier fuerza de cizallamiento aplicada a la piel del usuario. Se demostró que la arquitectura del sistema minimiza las fuerzas de cizallamiento y las transforma en fuerzas normales.

La figura 6 muestra a un usuario en una posición inclinada con explicaciones de fuerza y momento similares a las de la figura 1. Este esquema del aparato de las extremidades inferiores muestra cómo interactúan la capa de base y de potencia. Los tendones de la capa de potencia 301 modulan la rigidez de las articulaciones biológicas 11, 12 y 13. Estas fuerzas con un componente en la dirección vertical como fuerza de aparato F_Mitraje 502 compensan la influencia de la fuerza de gravedad 501 en un nivel de articulación. Para evitar las fuerzas de cizallamiento que actúan sobre el usuario, la capa de base transforma estas fuerzas en fuerzas normales. En la figura 17 se muestra una posibilidad de transformar las fuerzas de cizallamiento en fuerzas normales, lo que indica que el diseño apropiado de la porción de prenda ayuda a evitar las fuerzas de cizallamiento. Además, es posible que se integren placas semirrígidas dispuestas anisotrópicamente en la capa de base, como se muestra en la figura 12. Semirrígido se refiere tanto a las entradas que cambian de rigidez como a las placas que están incrustadas en el traje. Semirrígido se relaciona con rígido y sólido, pero flexible en ciertas direcciones. El comportamiento anisótropo se refiere a diferentes rigideces en dirección longitudinal y transversal que se necesita principalmente para adaptarse de manera óptima a la forma del cuerpo. El principio se explica en relación con la descripción de la figura 12 y la figura 13. Estas placas 121 están dispuestas de una manera específica, de modo que la capa de base aún tenga una sensación similar a la de una prenda. Esta disposición es capaz de crear un momento alrededor de la conexión de la capa de base y de potencia. También se hace referencia a la figura 16, que muestra que la distribución de fuerzas puede mejorarse mediante el anclaje adecuado de los elementos.

El usuario experimentará este momento como fuerzas normales que lo ayudan a volver a la posición vertical del cuerpo. El esquema muestra un escenario de aplicación del aparato de las extremidades inferiores. En esta realización, el sistema permite sentarse cómodamente en una silla de ruedas. La silla de ruedas se puede usar para desplazarse largas distancias y el aparato según la invención solo se despliega cuando el usuario necesita sortear obstáculos o quiere estar en una posición erguida. La silla de ruedas proporciona una batería de alta capacidad que puede cargar la batería del aparato de forma inductiva. El cargador inductivo está integrado en el respaldo de la silla de ruedas. Una vez que el usuario está sentado, las baterías del aparato se cargan en base a las baterías de la silla de ruedas. Esto permite que el dispositivo de asistencia muscular portátil flexible se use con baterías de pequeña capacidad. Por lo tanto, el dispositivo puede llegar a ser muy ligero, ya que las baterías son uno de los principales accionadores en términos de peso.

La figura 7A y la figura 7B muestran dos diagramas esquemáticos de un aparato de tres capas según otra realización para el brazo 20 en una vista en el plano frontal y en una vista en el plano sagital; la figura 8 muestra una vista lateral esquemática del torso 24 de un usuario 10 con un aparato de tres capas según la realización adicional de la invención para el soporte de un brazo.

La figura 7A y la figura 7B muestran cómo se transfiere a la parte superior del cuerpo el principio utilizado en el aparato para las extremidades inferiores, como se muestra en la figura 1. El aparato de la parte superior del cuerpo proporciona soporte tanto en el plano sagital como en el frontal. La articulación del codo 22 y la articulación del hombro 21 están compensadas por gravedad mediante la misma arquitectura antagónica que en el aparato de la articulación inferior. La flexión y la extensión de la muñeca 23 también se soporta de forma antagónica. La capa de potencia soporta activamente la extensión de la articulación y la capa de ligamento ayuda a la flexión de la articulación. La asistencia a la articulación del hombro 21 se centra en compensar el peso del brazo 20. La capa de base construye la interfaz para el ligamento y la capa de potencia e incluye entradas de cambio de rigidez 621 que se colocan cerca de la articulación del hombro para soportar los ligamentos. La entrada 621 comienza en el hombro 21 y se extiende por el lado del usuario hasta el borde inferior del arnés del torso 601.

Esto permite que los músculos apliquen fuerzas con menos esfuerzo, mientras que, además, reciben el soporte de la capa de potencia y de ligamento. A diferencia del aparato de la articulación inferior, los accionadores de tendón 810 de la capa de potencia se colocan cerca del tronco, es decir, el torso 24, para evitar masas distales.

En otra realización, que no se muestra en los dibujos, los accionadores de las extremidades inferiores se colocan por encima de la articulación de la cadera. El diseño también presenta un mecanismo de embrague 811 que ajusta los tendones en cascada a través del hombro 21 para mover el brazo 20 tanto en el plano frontal como en el sagital, como se ve en la figura 7A y la figura 7B. El embrague selecciona entre el plano frontal y sagital de acuerdo con la intención de movimiento del usuario que se detecta automáticamente, mecánicamente o a través de la detección a través de sensores y la unidad de control decide cambiar el elemento.

El embrague funcionará a través de la entrada del sensor (longitud del cable IMU), la conmutación dependerá de la intención del usuario en función de una dirección inicial. El embrague engrana una opción o la otra.

El arnés del torso 601 comprende un resorte o banda de estiramiento 701 unido al hombro 21 cerca del punto de redirección (no visible) de la guía del cable del hombro 803 hacia el accionador del cable 810 y además unido a la parte trasera del torso 24. La guía del cable del hombro 803 comprende el cable (no visible) y lo guía desde el lado frontal hacia la almohadilla para el codo 602 en la parte inferior en una distancia predeterminada en la guía del cable del codo 802. Luego, el cable continúa dentro de la guía del cable del antebrazo 801 hacia el dorso de la mano y se une a la almohadilla para la muñeca 603 en el dorso de la mano. La almohadilla para la muñeca 603 comprende en la parte inferior un resorte de la muñeca 703 que actúa de forma antagónica a la guía del cable 801.

La figura 9 muestra cómo se puede implementar un principio de funcionamiento general que actúa sobre una única articulación, denominada aquí articulación superior 31, independientemente de la aplicación para una extremidad inferior o superior. En esta configuración, están presentes dos capas: prenda y pasiva. La capa de prenda se muestra como 901 para la prenda del cuerpo y 902 de la prenda de la parte de la extremidad superior que abarca la porción de la extremidad superior 35 y está conectada, en esta disposición general, por dos elementos 1001 y 1001A de la capa pasiva. En esta realización se muestran dos elementos, en lugar de uno, para resaltar que más de un elemento pasivo 1001 puede unir las partes de la capa de la prenda 901 y 902. Los dos elementos definen en última instancia el perfil de par de torsión a través de la articulación 31; es decir, la longitud y la rigidez de cada elemento pasivo (Li y Ki), y el tamaño del brazo de momento a través de la articulación (Ii), donde i = 1 y 2.

La figura 10 muestra un escenario general para una articulación, aquí la porción de extremidad inferior 32, donde nuevamente se muestran las capas pasivas 200 y la prenda 100 trabajando a través de una articulación 32 y aquí también se incluyen los componentes activos (motores o accionadores 1110 y 1110A), que pueden regular aún más la rigidez de esta articulación 32. Los motores 1110 y 1110A se colocan en ubicaciones arbitrarias para resaltar el hecho de que no tienen que colocarse en una ubicación específica, si los tendones 1100 y 1100A se enrutan a través de la articulación 32 y si se conectan a la capa de prenda 100 de manera apropiada. El primer tendón 1100 accionado desde arriba se une a la prenda 903 más baja posible. En el ejemplo, en el caso de una extremidad superior, puede ser una almohadilla para la muñeca y, en el caso de una extremidad inferior más allá del tobillo, puede ser una almohadilla para el talón. El segundo tendón 1100A se acciona desde abajo y se une a la prenda superior 902. No obstante, el motor asociado 1110 o 1110A se puede colocar en otro lugar, ya que los tendones están "unidos" a la prenda en el sentido de que los tendones están, por ejemplo, contenidos en una funda (preferentemente suelta) fijada al elemento de prenda. Asociado a cada tendón 1100 y 1100A hay un elemento pasivo antagonista, es decir, 1002 y 1002A, respectivamente.

La figura 11A muestra una vista esquemática de una pierna en una posición parcialmente doblada mientras se usa un aparato según una realización de la invención. La figura 11B muestra esquemáticamente la forma de la pierna de la figura 11A en una posición más recta. La figura 11C muestra una vista esquemática de un brazo en una posición parcialmente doblada mientras se usa un aparato según una realización de la invención.

La figura 12 es útil para comprender cómo se logra la activación utilizando la capa de prenda. El aparato según una realización de la invención presenta mecanismos de autoapriete integrados en los textiles. Cuando el aparato se acciona y aplica fuerzas de forma activa (F_Act), el sistema aprieta automáticamente y aumenta las fuerzas normales. Esto se refiere a la estructura entrecruzada (o en zigzag) que se aprieta automáticamente cuando se aplican fuerzas. F_Act está acoplada a la estructura, de modo que las fuerzas también se utilizan para aumentar la "estrechez" del "corsé". Los tendones activos están directamente conectados a esta estructura similar a un corsé que envuelve el cuerpo y las extremidades. Esto permite que el sistema aplique niveles continuos de apriete proporcionales a las fuerzas aplicadas para compensar la gravedad. Este mecanismo aumenta la comodidad del usuario al reducir las fuerzas aplicadas al usuario con el tiempo. El diseño integral de la capa de base asegura que no se produzca ningún deslizamiento del aparato durante escenarios de baja fuerza.

La capa de base del aparato compromete diferentes estructuras que tienen como objetivo minimizar las fuerzas de cizallamiento. Las láminas finas de polímero se apilan unas sobre otras y crean el efecto de bloqueo de capas. Cuando se comprimen, aumentan la rigidez formando una unión rígida. Las láminas tienen baja adherencia (flexibilidad cuando no están comprimidas) y altos coeficientes de fricción (rigidez cuando están comprimidas). Las fuerzas de compresión requeridas se pueden lograr a través de la propia estructura del aparato (corsé), neumáticamente o mediante electroadhesión. Esto permite que la capa de base adopte la forma del cuerpo durante el accionamiento y aumenta el área de contacto entre la capa de base y el cuerpo humano. El aumento y la optimización del área de contacto dan como resultado una tensión normal y de cizallamiento baja (sigma/tau=F/A, denominada alfa en el presente dibujo). La mayor rigidez reduce las fuerzas de compresión a través de una estructura circular que distribuye las fuerzas dentro de su estructura cuando es rígida. Una alta rigidez del sistema también aumenta la eficiencia del aparato, ya que disminuye la deformación del tejido y minimiza el desplazamiento del cable.

La estructura antagónica del propio aparato (capa de base de ligamento de potencia) disminuye las fuerzas de cizallamiento al redirigir las fuerzas a lo largo del cuerpo para contrarrestar las fuerzas que se aplican en el sitio opuesto del cuerpo. Los cojinetes virtualmente fijos que se muestran en la figura 12 están presentes debido al ajuste apretado entre el aparato y el cuerpo humano. Durante tales escenarios de fuerza, las láminas apiladas en la capa de base se volverán rígidas. Como alternativa, estas piezas podrían reemplazarse por otros polímeros o compuestos de alta rigidez, aunque esto reducirá la comodidad del usuario y el ajuste apretado y, por lo tanto, disminuirá la eficiencia del sistema. El espaciador rígido entre las placas rígidas y la capa textil en la parte superior crea un hecho de brazo de momento. Esto da como resultado un momento alrededor del cojinete virtualmente fijo que, a cambio, introduce una fuerza F_op. La fuerza generada contrarresta parcialmente las fuerzas de cizallamiento en el sitio opuesto (F_Pas). Este concepto funciona en una disposición cruzada en ambos lados. La figura 13 muestra una representación en 2D del concepto. En una aplicación, se utilizan múltiples tendones para redirigir las fuerzas y la aplicación de la fuerza se distribuye sobre un área óptima sobre placas rígidas. Las áreas de contacto entre las estructuras en la capa de base están diseñadas para tener baja fricción para minimizar las pérdidas por fricción y permitir una mejor transmisión de la fuerza. Los tendones se enrutan a través de un manguito fijo (unido de manera fija o rígida). Esto tiene la ventaja de que no hay transmisión de fuerza fuera del manguito y las fuerzas pueden transmitirse directamente donde se necesitan. El tendón está dispuesto de tal manera que contrarresta parcialmente la fuerza de tracción F_act. Todas las fuerzas que se producen y que no se contrarrestan F_Act se conducen a las placas rígidas para no aumentar la presión y la tensión sobre el cuerpo humano.

La figura 13 muestra una vista esquemática de una pila de capas de prendas que se utilizarán para aumentar la rigidez de la articulación para contrarrestar la gravedad. La pila de láminas está expuesta a una presión externa (P_ext) que aumentará la rigidez de la pila. Debido a la gravedad, F_Reacc aplica otra fuerza a la pila de capas que, a su vez, contrarresta la fuerza externa y, por lo tanto, modula la rigidez alrededor de la articulación. Las capas también se utilizan para absorber fuerzas externas en una estructura circular.

Lo que se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o divulgación, un aparato para soportar una extremidad 10, 20 de un usuario contra la gravedad, que comprende al menos dos prendas 101, 102, 103; 901, 902, 903 y al menos un elemento de fuerza pasiva 201, 202; 1001, 1001A, 1002, 1002A unidos entre dos de dichos elementos de prenda adyacentes 101, 102, 103; 901, 902, 903.

Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o divulgación, un aparato, en el que los elementos de fuerza pasiva son bandas de estiramiento o resortes.

Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o divulgación, un aparato correspondiente, en el que los elementos de prenda comprenden elementos constrictivos 111, 112 que mantienen el elemento de prenda asociado en la posición en la que los elementos constrictivos 111, 112 están orientados esencialmente perpendiculares al eje longitudinal de la porción de extremidad asociada.

Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o divulgación, un aparato de este tipo, en el que los elementos de prenda comprenden placas inductoras de rigidez 121 y/o placas deslizantes dispuestas entre la piel del usuario y los elementos constrictivos 111, 112 del elemento de prenda.

Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o la presente divulgación, dicho aparato, que comprende además al menos un soporte activo 300 que tiene un tendón 301; 1100, 1100A unido a un elemento de prenda 101; 903, 902 y accionado por un accionador de fuerza de tracción 310; 1110, 1110A, en el que el tendón 301; 1100, 1100A guía al menos a un elemento de prenda adyacente 302, 303; 902, 903, en el que para cada uno de los accionadores de fuerza de tracción 310; 1110, 1110A está presente un elemento de fuerza pasivo que es un elemento de fuerza pasivo antagonista a la porción de tendón asociada 302, 303; 1102, 1102A. Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o divulgación, este aparato está diseñado preferentemente de manera que los tendones son guiados en fundas de baja fricción, al menos parcialmente unidos a las porciones de prenda correspondientes. Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o la presente divulgación, que el aparato como se describe en este párrafo preferentemente está diseñado de manera que cada tendón guiado en un lado del cuerpo del usuario en vista de su plano sagital para una primera capa de prenda comprende una porción separada donde dos porciones de tendón son guiadas en lados opuestos del plano coronal de la extremidad asociada para ser reunidas en el lado opuesto de dicho plano sagital para ser guiadas en la capa de prenda adyacente. Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o divulgación, un aparato de este tipo, en el que los elementos de prenda comprenden placas deslizantes dispuestas entre la piel del usuario y los tendones. Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o divulgación, un aparato de este tipo, en el que los tendones o porciones de tendones se guían en patrones entrecruzados sobre dichas placas deslizantes. Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o la presente divulgación, dicho aparato, en el que cada accionador de fuerza de tracción 310; 1110, 1110A se une a un elemento de capa de prenda adyacente u opuesto o se une un elemento de cambio de dirección de guía a dicho elemento de capa de prenda adyacente u opuesto que guía el tendón asociado, en el que el accionador de fuerza de tracción puede fijarse en cualquier lugar del aparato. Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o la presente divulgación, dicho aparato, que comprende una unidad de control 400 y al menos un sensor 401,402 unido a uno de los elementos de prenda, en el que el sensor 401 está configurado para detectar el ángulo 411 de la porción de la extremidad asociada a dicho elemento de prenda con respecto a la vertical y/o en el que el sensor 402 está configurado para detectar un movimiento de la porción de la extremidad asociada a dicho elemento de prenda, en el que la unidad de control 400 está adaptado para controlar 405 al menos el accionador de fuerza de tracción 310; 1110, 1110A para soportar el movimiento y/o el cambio de ángulo de la porción de la extremidad. Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o la presente divulgación, un aparato tal como se indica en la frase anterior, en el que la unidad de control 400 almacena, para cada articulación, un intervalo de ángulo predeterminado autorizado también como almacenamiento para el grupo de todas las articulaciones en intervalos de ángulo predeterminados, y está adaptado para comparar la información 411 del sensor 401 para todas las articulaciones con dichos intervalos almacenados y bloquea los accionadores de fuerza de tracción 310; 1110, 1110A, si un valor de ángulo sale de uno de los intervalos de umbral predeterminados para evitar una caída del usuario equipado con el aparato.

Además, lo que también se ha descrito anteriormente es, entre otras cosas, sin restringir la presente invención o divulgación, un aparato para soportar una extremidad 10, 20 de un usuario contra la gravedad que comprende al menos dos elementos de prenda 902, 903 y al menos un elemento de fuerza pasivo 1002, 1002A unido entre dos adyacentes de dichos elementos de prenda 902, 903. Preferentemente, comprende además al menos un soporte activo que tiene un tendón 1100, 1100a unido a un elemento de prenda 903, 902 y accionado por un accionador de fuerza de tracción 1110, 1110A, en el que el tendón 1100, 1100A se guía al menos a un elemento de prenda adyacente 902, 903, en el que para cada accionador de fuerza de tracción 1110, 1110A está presente un elemento de fuerza pasivo que es un elemento de fuerza pasivo antagonista a la porción de tendón asociada 1102, 1102A.

LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de asistencia muscular portátil flexible que tiene

al menos una interfaz de cuerpo portátil (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) y componentes activos y pasivos (310; 1110, 1110A; 201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A; 1002, 1002A) adaptados para ayudar juntos a un usuario a cambiar o mantener una posición de una primera parte del cuerpo articulada a una segunda parte del cuerpo a través de una articulación (11, 12, 13, 21,22, 23, 31,32),

comprendiendo la interfaz de cuerpo portátil (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) al menos dos porciones de prenda (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903);

comprendiendo el componente activo (310; 1110, 1110A) al menos un elemento accionado activamente (301; 1100, 1100A) unido a la interfaz de cuerpo (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903),

caracterizado por que

los componentes pasivos (201,202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A) comprenden al menos un primer componente pasivo (201, 202, 203, 206, 207, 208, 1001 A, 1002A) y un segundo componente pasivo (201, 202, 203, 206, 207, 208, 1001, 1002), estando el primero y segundo componentes pasivos unidos en la interfaz de cuerpo (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) y que se extienden entre las al menos dos porciones de prenda (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) a lo largo de la articulación (11, 12, 13, 21,22, 23, 31,32) y que comprende material elástico para almacenar energía proporcionada por el usuario y/o por el al menos un elemento accionado activamente;

en el que, en uso, una parte de uno del primer y segundo componentes pasivos (201,202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A) está dispuesta frente a la articulación (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32) y una parte del otro del primer y segundo componentes pasivos (201,202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A) está dispuesta en la parte posterior de la articulación (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32) de manera que un movimiento extiende uno del primer y segundo componentes pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A) mientras que el mismo movimiento reduce la extensión del otro del primer y segundo componentes pasivos (201,202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A, 1002, 1002A).

2. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento accionado activamente (301; 1100, 1100A) del componente activo (310; 1110, 1110A) está adaptado para ayudar a la extensión de la articulación y en el que al menos uno de los componentes pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208, 1001A, 1002A) está adaptado para presentar una fuerza antagónica a la asistencia de extensión articular proporcionada por el componente accionado activamente (301; 1100, 1100A).

3. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores, en el que

al menos un componente activo (310; 1110, 1110A) comprende al menos un tendón guiado (301; 1100, 1100A) y un accionador (310; 1110, 1110A), adaptados para ayudar juntos

a cambiar la posición de la primera parte del cuerpo contra la gravedad

o

a soportar la primera parte del cuerpo para mantener la posición de la primera parte del cuerpo contra la gravedad.

4. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según la reivindicación 3, en el que el accionador (310; 1110, 1110A) del al menos un componente activo está adaptado para enrollar el tendón guiado (301; 1100, 1100A), estando guiado el tendón (301; 1100, 1100A) de manera que al enrollar el tendón (301; 1100, 1100A) se extienda al menos una articulación (11, 12, 13, 21,22, 23, 31,32) entre la primera y la segunda parte del cuerpo.

5. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según la reivindicación 3 o 4, adaptado para permitir desenrollar el tendón (301; 1100, 1100A) para flexionar la articulación (11, 12, 13, 21,22, 23, 31,32),

Y

ejercer una tensión sobre el tendón (301; 1100, 1100A) por el peso de la parte del cuerpo articulada y/o por una suma distinta de cero de pares de torsión en la unión (11, 12, 13, 21,22, 23, 31, 32) proporcionada por el primer y segundo componentes pasivos (201,202, 203, 206, 207, 208; 1001,1001A, 1002, 1002A) juntos.

6. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos un componente activo (310) comprende al menos un tendón guiado (301) que cae en cascada en múltiples extremos del tendón unidos a la interfaz de cuerpo (101, 102, 103).

7. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores,

en el que

el componente activo (310; 1110, 1110A) comprende al menos un tendón (301; 1100, 1100A) que, en uso, se guía en un lado del cuerpo en vista de su plano sagital, luego se separa en dos porciones guiadas a lados opuestos del plano coronal de la articulación asociada (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32) y cuyo tendón (301; 1100, 1100A) se reúne en un solo tendón en el lado opuesto del plano sagital.

8. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores, en el que

al menos una de las al menos dos porciones de prenda (101,102, 103; 302, 303; 902, 903) está dispuesta para rodear total o parcialmente una porción de extremidad,

y se proporcionan elementos constrictivos (111, 112) para constreñir al menos una de las al menos dos porciones de prenda (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903).

9. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según la reivindicación 8, en el que los elementos constrictivos (111, 112) están al menos uno de

incrustados en la porción de prenda (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903); conectados de forma desmontable o fija a los componentes de fuerza pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A; 1002, 1002A), en particular, a los extremos de los componentes de fuerza pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208, 1001, 1001A, 1002, 1002A);

conectados a los tendones activos (301; 1100, 1100A) formando parte de los componentes activos (310; 1110, 1110A).

10. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores,

en el que

la interfaz de cuerpo (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) comprende una pluralidad de capas adaptadas para cambiar la rigidez general de una parte del dispositivo de asistencia muscular portátil flexible,

y/o para tener en cuenta un cambio de volumen muscular durante la activación muscular, y/o en el que la pluralidad de capas de la interfaz de cuerpo (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) está adaptada para bloquear capas, preferentemente teniendo entradas para bloqueo de capas,

y/o en el que la interfaz de cuerpo (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) comprende múltiples elementos constrictivos (111, 112), preferentemente generalmente perpendiculares a un tendón (301; 1100, 1100A) de un componente activo (310; 1110, 1110A), adaptado para apretarse automáticamente

y/o en el que la interfaz de cuerpo (101, 102, 103; 302, 303; 902, 903) comprende una placa anisótropa semirrígida,

para transformar las fuerzas de cizallamiento en fuerzas normales.

11. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los componentes pasivos (201, 202, 203, 206, 207, 208; 1001, 1001A; 1002, 1002A) comprenden material elástico dispuesto cerca de al menos una de la articulación de cadera, de rodilla, de tobillo, de hombro, de codo y de muñeca, estando adaptado el material elástico para almacenar durante los movimientos del mismo la energía articular asociada que puede liberarse para compensar el peso de la pierna o el brazo asociado.

12. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el componente activo (310; 1110, 1110A) está dispuesto para ayudar a los músculos que mueven o mantienen una parte del cuerpo contra el propio peso de la parte del cuerpo.

13. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de asistencia muscular portátil está adaptado para ser utilizado para cambiar o mantener una posición de una primera parte del cuerpo que se articula a la segunda parte del cuerpo a través de al menos dos articulaciones (11, 12, 13; 21, 22, 23), estando adaptado el componente activo (310) para cambiar o mantener las posiciones angulares de ambas articulaciones y en el que el componente activo (310) está provisto de un solo accionador (310) para cambiar o mantener las posiciones angulares de ambas articulaciones (11, 12 , 13; 21,22, 23).

14. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en el que se proporciona un control de accionador (400) y

se proporciona una disposición de sensor (401,402) configurada para generar señales indicativas de al menos uno de

un ángulo de una articulación presente entre la primera parte del cuerpo y la segunda parte del cuerpo, un cambio en el ángulo de una articulación presente entre la primera y la segunda parte del cuerpo, un movimiento absoluto de la primera parte del cuerpo,

un movimiento de la primera parte del cuerpo con respecto a la segunda parte del cuerpo, una posición de la primera parte del cuerpo y

una presión sobre una parte del cuerpo relacionada con el movimiento y/o la posición de la primera parte del cuerpo;

y en el que el control de accionador (400) está dispuesto para accionar el accionador (310; 1110, 1110A) en respuesta a las señales generadas por la disposición de sensor (401,402).

15. El dispositivo de asistencia muscular portátil flexible según la reivindicación 14, en el que el control (400) está adaptado para almacenar ángulos superiores e inferiores predeterminados permitidos para una articulación y está adaptado para comparar la información del sensor indicativa de un ángulo de articulación o cambio de ángulo de articulación con dicho ángulo superior almacenado y valores inferiores para bloquear el accionador (310; 1110, 1110A) si un valor de un ángulo sale del intervalo entre los valores superior e inferior permitidos.