ES2915693T3

ES2915693T3 - Aparato de asistencia a la locomoción con sensor de inclinación integrado

Info

Publication number: ES2915693T3
Application number: ES11833961T
Authority: ES
Inventors: Amit Goffer; Oren Tamari
Original assignee: Rewalk Robotics Ltd
Current assignee: Rewalk Robotics Ltd
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2031-10-10
Also published as: KR20130105867A; RU2016118307A; CA2815572A1; US20160235616A1; US20120101415A1; AU2011319487A1; JP2013542014A; US10849816B2; EP2629855B8; WO2012052988A3; EP2629855A2; EP2629855A4; RU2016118307A3; RU2013122414A; EP4082506A1; BR112013009760A2; US20210290471A1; WO2012052988A2; CN103328051A; EP2629855B1

Abstract

Dispositivo (10) de exoesqueleto de asistencia a la locomoción que comprende: múltiples soportes ortopédicos que incluyen un soporte (12) de tronco para su fijación, durante el uso, a parte del tronco de una persona y aparatos (14) ortopédicos para segmento de pierna, cada aparato (14) ortopédico para segmento de pierna para su conexión, durante el uso, a una sección de una pierna de la persona; incluyendo cada aparato (14) ortopédico para segmento de pierna una articulación (16) motorizada, que comprende un sensor (30) de ángulo y un actuador (32), la articulación (16) para conectar un soporte ortopédico para segmento de pierna respectivo al soporte de tronco y para proporcionar un movimiento angular relativo entre los mismos; un sensor (24) de inclinación montado en el dispositivo (10) de exoesqueleto para detectar una inclinación hacia adelante del soporte del tronco, en el que el sensor (24) de inclinación está montado en el soporte (12) de tronco, o en el que el sensor (24) de inclinación está montado en un componente del dispositivo (10) de exoesqueleto cuya inclinación es sustancialmente igual a la inclinación del soporte (12) de tronco; y un controlador (26) para recibir las señales detectadas desde el sensor (24) de inclinación y desde cada sensor (30) de ángulo y programado con un algoritmo con instrucciones para accionar las articulaciones (16) motorizadas según las señales detectadas, en el que el algoritmo comprende, tras el inicio de un modo de caminata mediante el uso de muletas asociadas con el dispositivo de exoesqueleto: supervisar el sensor de inclinación para determinar si la inclinación indicada es igual o mayor que un umbral dentro de un período de tiempo, cuando la inclinación indicada es mayor que el umbral dentro del período cronometrado, iniciar una secuencia de pasos, o, si el umbral no se ha alcanzado dentro del período cronometrado, salir del modo de caminata, comprendiendo la secuencia de etapas: operar una primera articulación de entre las articulaciones (16) motorizadas para hacer oscilar hacia adelante una primera pierna situada más atrás; supervisar el sensor de ángulo para verificar que la pierna que oscila hacia adelante se está moviendo según criterios predeterminados, o si el paso se ha completado o continuar el movimiento hacia adelante de la pierna; operar una segunda articulación de entre las articulaciones (16) motorizadas para extender hacia atrás una segunda pierna situada más adelante con el fin de elevar el soporte de tronco hacia una posición vertical; y detener el movimiento hacia adelante de la primera pierna cuando el sensor de ángulo de la primera articulación motorizada está dentro de un intervalo de ángulos predeterminado.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de asistencia a la locomoción con sensor de inclinación integrado

Campo de la invención

La presente invención se refiere a dispositivos de ayuda para caminar. Más particularmente, la presente invención se refiere a un aparato de asistencia a la locomoción con un sensor de inclinación integrado.

Antecedentes de la invención

Un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción motorizado puede ayudar a la locomoción de una persona con una discapacidad en la parte inferior del cuerpo. Por ejemplo, dicho dispositivo puede ayudar a un usuario discapacitado a caminar o a realizar otras tareas que normalmente requieren el uso de las piernas. Dichos dispositivos han sido descritos, por ejemplo, por Goffer en el documento US 7153242 y por Goffer et al. en el documento US 2010/0094188.

Típicamente, un dispositivo tal como el descrito está diseñado para fijarse a partes de la parte inferior y a una parte del tronco del cuerpo de una persona. Típicamente, dicho dispositivo descrito incluye articulaciones motorizadas y actuadores para flexionar y extender las partes del cuerpo a las que está fijado. Dicho dispositivo descrito incluye típicamente sensores para determinar el estado del dispositivo y del cuerpo durante la locomoción. Por ejemplo, un dispositivo descrito puede incluir uno o más sensores de ángulo para medir los ángulos de las articulaciones, sensores de inclinación para medir un ángulo de inclinación del cuerpo y sensores de presión o de fuerza para medir la fuerza ejercida sobre el suelo u otra superficie.

Dicho dispositivo descrito puede incluir diversos controles para controlar el dispositivo. Por ejemplo, el dispositivo incluye típicamente un dispositivo de selección de modo para seleccionar un modo de funcionamiento, por ejemplo, un modo de caminata. Típicamente, un controlador que controla el funcionamiento del dispositivo está diseñado para recibir señales desde los sensores del dispositivo y para controlar el funcionamiento del dispositivo en base a las señales de sensor recibidas. Por ejemplo, las señales de sensor pueden indicar si una marcha o una acción que está siendo realizada por el dispositivo está procediendo o no tal como se esperaba. Además, un usuario al que está fijado el dispositivo puede realizar, de manera deliberada, una acción que afecte a la lectura de uno o más sensores. El controlador puede estar programado para iniciar, continuar o interrumpir la realización de una acción en base a las lecturas de los sensores. De esta manera, la persona puede controlar al menos parcialmente el funcionamiento del dispositivo inclinándose o realizando otras acciones que pueden afectar a las lecturas de los sensores.

El estudio y la experiencia continuados en el diseño y el uso de dispositivos de exoesqueleto de asistencia a la locomoción motorizados han conducido a una mayor comprensión de su funcionamiento. Un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción motorizado con un diseño novedoso basado en esta mayor comprensión.

El documento US 7628766 describe un mejorador de extremidades inferiores a ser usado por un usuario para permitir que el usuario transporte una carga y que incluye dos soportes para pierna que tienen múltiples conexiones articuladas. Los extremos proximales de los soportes para pierna están conectados a un bastidor posterior adaptado para transportar la carga. Los extremos distales de los soportes para pierna están conectados a dos conexiones de pie. Los soportes para pierna son accionados por múltiples actuadores adaptados para aplicar pares de torsión a los soportes para pierna en respuesta al movimiento de las piernas del usuario.

El documento WO 2009/082249 describe una ayuda para caminar que puede usarse como un dispositivo médico, adecuado para soportar a un usuario discapacitado con movilidad reducida mientras realiza un conjunto de movimientos correlacionados con un movimiento para caminar. La ayuda para caminar comprende un exoesqueleto y un sistema de control. El exoesqueleto comprende un miembro de soporte pélvico rígido o bastidor de cadera que incluye un arnés pélvico, y un par de estructuras de pierna. Cada una de las estructuras de pierna comprende un miembro estructural para la parte superior de la pierna, un miembro estructural para la parte inferior de la pierna, un miembro de pie, un actuador de cadera principal, un actuador de rodilla y un actuador de pie principal. El miembro estructural para la parte superior de la pierna asegura una parte superior de una pierna de un usuario y se acopla de manera pivotante en un primer extremo del mismo al bastidor de cadera mediante la articulación de cadera. El miembro estructural para la parte inferior de la pierna asegura la parte inferior de la pierna del usuario y se acopla de manera pivotante en un primer extremo del mismo a un segundo extremo del miembro estructural para la parte superior de la pierna mediante una articulación de rodilla. En un primer extremo del miembro de la parte superior de la pierna hay una articulación de cadera que acopla de manera pivotante el miembro de la parte superior de la pierna con el bastidor de cadera.

El documento JP 2010/148637 describe un dispositivo de ayuda para caminar que determina correctamente cuándo terminar un estado de pierna en movimiento oscilante y controla correctamente el dispositivo según la marcha de un usuario. Si una velocidad relativa de la pierna en movimiento oscilante con respecto a una pierna apoyada en el suelo excede un umbral de velocidad cuando un sensor de suelo de la pierna en movimiento oscilante detecta un contacto con el suelo, el dispositivo de ayuda para caminar continúa un modo de control de pierna en movimiento oscilante. Cuando la velocidad relativa está en o por debajo del umbral de velocidad, el dispositivo de ayuda para caminar conmuta el modo de control a un modo de control de pierna apoyada en el suelo. Cuando determina cuándo terminar un estado de pierna en movimiento oscilante, el dispositivo de ayuda para caminar hace referencia a una salida del sensor de suelo y también a la velocidad relativa de la pierna en movimiento oscilante con respecto a la pierna apoyada en el suelo. Incluso cuando el sensor de suelo detecta un contacto, el dispositivo de ayuda para caminar no termina el estado de pierna en movimiento oscilante siempre y cuando la velocidad relativa de la pierna en movimiento oscilante exceda el umbral de velocidad. Con dicha configuración, se previene una terminación errónea de un estado de pierna en movimiento oscilante, y el dispositivo de ayuda para caminar puede conmutar correctamente desde el modo de control de pierna en movimiento oscilante al modo de control de pierna apoyada en el suelo.

Otros objetivos y ventajas de la presente invención serán evidentes después de la lectura de la presente invención y de la consulta de los dibujos adjuntos.

Sumario de la invención

De esta manera, se proporciona, según algunas realizaciones de la presente invención, un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción tal como se define en la reivindicación 1. Las características opcionales están definidas por las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

Con el fin de comprender mejor la presente invención y apreciar sus aplicaciones prácticas, a continuación, se proporcionan las siguientes figuras y se hace referencia a las mismas. Cabe señalar que las figuras se proporcionan solo como ejemplos y no limitan en modo alguno el alcance de la invención. Los componentes similares se indican mediante números de referencia similares.

La Fig. 1A es una vista lateral de un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción según algunas realizaciones de la presente invención.

La Fig. 1B es una vista frontal del aparato mostrado en la Fig. 1A.

La Fig. 1C es un diagrama de bloques de control del aparato mostrado en la Fig. 1A.

La Fig. 2A ilustra esquemáticamente un método para controlar un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción según las realizaciones de la presente invención para permitir a un usuario dar un paso.

La Fig. 2B es un diagrama de flujo de un método para dar un paso, según las realizaciones de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones

En la siguiente descripción detallada, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión exhaustiva de la invención. Sin embargo, una persona experta en la técnica entenderá que la invención puede llevarse a la práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, los métodos, procedimientos, componentes, módulos, unidades y/o circuitos bien conocidos no se han descrito en detalle para no complicar la invención.

Las realizaciones de la invención pueden incluir un artículo, tal como un medio legible por ordenador o procesador, o un medio de almacenamiento para ordenador o procesador, tal como, por ejemplo, una memoria, una unidad de disco o una memoria flash USB, que codifica, incluye o almacena instrucciones, por ejemplo, instrucciones ejecutables por ordenador, que, cuando son ejecutadas por un procesador o controlador, realizan los métodos divulgados en el presente documento.

Un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción según las realizaciones de la presente invención incluye uno o más soportes ortopédicos o soportes. Cada soporte ortopédico puede estar sujeto con correas o fijado de otra manera a una parte del cuerpo del usuario. Típicamente, uno o más soportes de tronco pueden estar fijados al tronco, en particular, la parte inferior del tronco, del usuario. Otros soportes ortopédicos pueden fijarse a secciones de las piernas del usuario. Cada soporte ortopédico o soporte del aparato está unido típicamente a través de una articulación u otra conexión a uno o más componentes del aparato. Una articulación puede permitir un movimiento relativo entre los componentes unidos. Por ejemplo, una articulación puede permitir un movimiento relativo entre un soporte ortopédico y un soporte ortopédico adyacente.

El dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción puede incluir uno o más conjuntos de accionamiento motorizados. Un conjunto de accionamiento motorizado puede hacerse funcionar para mover una o más partes del cuerpo del usuario. Por ejemplo, un conjunto de accionamiento motorizado puede doblar una articulación. La flexión coordinada de una o más articulaciones puede impulsar una o más extremidades del cuerpo del usuario.

Típicamente, una articulación puede estar provista de uno o más sensores para detectar las posiciones y orientaciones relativas de los diversos componentes del aparato. Las posiciones relativas de los componentes del aparato pueden indicar las posiciones relativas de las partes del cuerpo a las que están fijados los componentes. Por ejemplo, un sensor puede medir y generar una señal que indica, por ejemplo, el ángulo entre dos soportes ortopédicos unidos en una articulación. El dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción incluye uno o más sensores de inclinación. La experiencia adquirida con relación a la marcha asistida con un dispositivo de exoesqueleto ha demostrado que una inclinación hacia adelante de un usuario que usa el dispositivo de exoesqueleto puede utilizarse de manera efectiva para el funcionamiento del dispositivo. Por ejemplo, una inclinación hacia adelante del usuario puede indicar que el usuario quiere caminar hacia adelante. Por ejemplo, cuando el usuario se inclina hacia adelante, el aparato puede hacerse funcionar para iniciar un paso hacia adelante. Por ejemplo, la marcha hacia adelante puede incluir una secuencia repetida de oscilaciones de piernas. Una oscilación de pierna puede incluir una secuencia de operaciones que incluye elevar una pierna situada más atrás, extender la pierna levantada hacia adelante y bajar la pierna. Típicamente, las manos del usuario pueden moverse hacia adelante para causar una inclinación hacia adelante (o "caída prevenida"), levantando una pierna situada más atrás desde el suelo. Cuando la pierna situada más atrás está separada del suelo, el dispositivo de exoesqueleto puede iniciar la secuencia de operaciones anterior. De esta manera, la secuencia de operaciones anterior puede hacer oscilar hacia adelante la pierna situada inicialmente más atrás para apoyarla en el suelo en un punto por delante de la pierna situada inicialmente más adelante. De esta manera, el aparato puede ayudar al usuario a caminar hacia adelante.

Por lo tanto, un sensor de inclinación de un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción según las realizaciones de la presente invención está situado en una parte del aparato que se inclina con el dispositivo. Por ejemplo, el sensor de inclinación puede estar situado en un soporte ortopédico del aparato que está diseñado para fijarse a la parte inferior o superior del tronco del usuario. Por ejemplo, el sensor de inclinación puede montarse en un panel lateral, posterior o frontal de un soporte de tronco diseñado para fijarse a la parte inferior del tronco del usuario. De manera alternativa, el sensor de inclinación puede montarse en cualquier componente del dispositivo de exoesqueleto que esté fijado de manera sustancialmente rígida a dicho soporte ortopédico. Por ejemplo, una mochila del dispositivo de exoesqueleto puede estar fijada de manera rígida a un soporte de tronco, o fijada mediante un conector sustancialmente rígido que no permite más de una pequeña cantidad de flexibilidad. En dicho caso, el sensor de inclinación puede montarse en o en el interior de la mochila.

La Fig. 1A es una vista lateral de un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción según algunas realizaciones de la presente invención. La Fig. 1B es una vista frontal del aparato mostrado en la Fig. 1A. La Fig. 1C es un diagrama de bloques de control del aparato mostrado en la Fig. 1A.

Los componentes del dispositivo 10 de exoesqueleto pueden fijarse al cuerpo de un usuario. Por ejemplo, un soporte 12 de tronco puede fijarse a la parte inferior del tronco del usuario por encima de la pelvis. Cada uno de los soportes 14 ortopédicos de segmento de pierna puede adherirse a una sección de la pierna del usuario. Unas bandas o correas, tales como las correas 22, conectadas al soporte 12 de tronco y a los dispositivos 14 ortopédicos de segmento de pierna, pueden envolverse al menos parcialmente alrededor de partes del cuerpo del usuario. De esta manera, las correas 22 pueden garantizar que cada soporte ortopédico componente del dispositivo 10 de exoesqueleto se fije a una parte correspondiente apropiada del cuerpo del usuario. De esta manera, el movimiento del soporte ortopédico componente puede mover la parte del cuerpo fijada. Típicamente, los componentes del dispositivo 10 de exoesqueleto pueden ser ajustables para permitir un ajuste óptimo del dispositivo 10 de exoesqueleto al cuerpo de un usuario específico.

Los soportes ortopédicos componentes del dispositivo 10 de exoesqueleto, tal como el soporte 12 de tronco y los soportes 14 ortopédicos de segmento de pierna, pueden conectarse entre sí mediante articulaciones 16. Por ejemplo, dos soportes 14 ortopédicos de segmento de pierna pueden conectarse en la articulación 16a de rodilla. Un soporte 14 ortopédico de segmento de pierna y un soporte 12 de tronco pueden conectarse en la articulación 16b de cadera. Cada articulación 16 puede incluir un actuador 32 para accionar un movimiento angular relativo entre los componentes conectados por cada articulación 16.

Cada actuador puede ser controlado por el controlador 26. Por ejemplo, el controlador 26 puede estar situado en la mochila 18 del dispositivo 10 de exoesqueleto. De manera alternativa, los componentes del controlador 26 pueden estar incorporados en el soporte 12 de tronco, los soportes 14 ortopédicos de segmento de pierna u otros componentes del dispositivo 10 de exoesqueleto. Por ejemplo, el controlador 26 puede incluir múltiples dispositivos electrónicos intercomunicados. La intercomunicación puede ser por cable o inalámbrica. De manera similar, la comunicación entre el controlador 26 y los componentes del dispositivo 10 de exoesqueleto, tal como un actuador 32 o un sensor o control, puede ser por cable o inalámbrica.

El controlador 26 puede ser alimentado por una fuente 28 de alimentación. Por ejemplo, la fuente 28 de alimentación puede incluir una o más baterías recargables y circuitos electrónicos apropiados para permitir la recarga de las baterías (por ejemplo, mediante la conexión a una fuente de alimentación externa). La fuente 28 de alimentación puede estar situada en la mochila 18.

Cada articulación 16 puede estar provista también de un sensor 30 de ángulo para detectar un ángulo relativo entre los componentes conectados por la articulación 16. Una señal de salida desde cada sensor 30 de ángulo puede ser comunicada al controlador 26. La señal de salida puede indicar un ángulo relativo actual entre los componentes conectados.

El sensor 24 de inclinación puede montarse en el soporte 12 de tronco. De manera alternativa, el sensor 24 de inclinación puede estar situado en cualquier otro componente del dispositivo 10 de exoesqueleto cuyo ángulo de inclinación refleja el ángulo de inclinación del soporte de tronco del dispositivo 10 de exoesqueleto. Una señal de salida desde el sensor 24 de inclinación puede ser comunicada al controlador 26. La señal de salida puede indicar, por ejemplo, un ángulo entre el soporte 12 de tronco y la vertical.

En algunos ejemplos, el dispositivo 10 de exoesqueleto puede incluir uno o más sensores 31 auxiliares adicionales. Por ejemplo, los sensores 31 auxiliares pueden incluir uno o más sensores sensibles a la presión. Por ejemplo, un sensor sensible a la presión puede medir una fuerza de suelo ejercida sobre el dispositivo 10 de exoesqueleto. Por ejemplo, un sensor de fuerza de suelo puede incluirse en una superficie diseñada para su fijación a la parte inferior del pie del usuario.

El dispositivo 10 de exoesqueleto puede estar provisto de uno o más controles para permitir una entrada de usuario u otra entrada externa. Por ejemplo, el dispositivo 10 de exoesqueleto puede incluir un conjunto 20 de control remoto. El conjunto 20 de control remoto puede incluir uno o más pulsadores, conmutadores, paneles táctiles u otros controles similares operados manualmente que pueden ser operados por un usuario. Típicamente, el conjunto 20 de control remoto puede incluir uno o más controles para seleccionar un modo de funcionamiento. Por ejemplo, la operación de un control del conjunto 20 de control remoto puede generar una señal de salida para la comunicación con el controlador 26. La señal comunicada puede indicar una solicitud del usuario para iniciar o continuar un modo de funcionamiento. Por ejemplo, la señal comunicada puede indicar al controlador que inicie o continúe una operación de marcha hacia adelante cuando se reciben las señales de sensor apropiadas. Como otro ejemplo, el conjunto 20 de control remoto puede incluir un control para encender o apagar el dispositivo 10 de exoesqueleto.

Típicamente, el conjunto 20 de control remoto puede diseñarse para su montaje en una ubicación que es fácilmente accesible por el usuario. Por ejemplo, el conjunto 20 de control remoto puede estar provisto de una banda o una correa. La correa puede permitir fijar el conjunto 20 de control remoto a la muñeca o al brazo del usuario (tal como se muestra en las Figs. 1A y 1B). De esta manera, el conjunto 20 de control remoto puede ser operado de manera conveniente mediante los dedos del brazo opuesto al brazo en el que está montado el brazo. De manera alternativa, el conjunto 20 de control remoto, o parte del mismo, puede montarse en una muleta, en la parte frontal del tronco del usuario, en la parte frontal del soporte 12 de tronco o en cualquier otra ubicación fácilmente accesible. De manera alternativa, el conjunto 20 de control remoto puede incluir diversos controles separados, comunicándose cada uno por separado con el controlador 26 y montado cada uno en una ubicación separada.

Un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción según las realizaciones de la presente invención puede hacerse funcionar para ayudar a un usuario discapacitado a caminar. Por ejemplo, una o más articulaciones 16 y soportes 14 ortopédicos de segmento de pierna pueden controlarse con el fin de mover las piernas de una manera que permita una actividad seleccionada. Por ejemplo, las articulaciones 16 y los soportes 14 ortopédicos de segmento de pierna pueden manipularse con el fin de permitir caminar a un usuario. El control de una articulación 16 puede depender de unas acciones previas realizadas y de la entrada desde al menos un sensor 30 de ángulo y un sensor 24 de inclinación.

La Fig. 2A ilustra esquemáticamente un método para controlar un dispositivo de exoesqueleto de asistencia a la locomoción según las realizaciones de la presente invención para permitir a un usuario dar un paso. La Fig. 2B es un diagrama de flujo de un método para dar un paso, según las realizaciones de la presente invención. El método ilustrado incluye hacer oscilar hacia adelante una pierna 44a, que es inicialmente (etapa 40a) una pierna situada más atrás. Al final de la etapa (etapa 40j), la pierna 44a se posiciona delante de la pierna 44b situada inicialmente más adelante. A continuación, el método puede repetirse con las piernas 44a y 44b invirtiendo sus roles. El método ilustrado supone que el usuario está provisto de un par de muletas y es capaz de manipular las mismas. En la siguiente descripción, se hace referencia también a los componentes mostrados en las Figs. 1A-1C.

Con el fin de que el método ilustrado proporcione una asistencia eficaz, un usuario puede necesitar entrenamiento y práctica. Por ejemplo, el entrenamiento puede implicar sesiones prácticas usando el dispositivo de exoesqueleto junto con dichos otros equipos, tales como barras paralelas o un bastidor para caminar. Varias etapas de un programa de entrenamiento pueden enseñar a un usuario cómo mantener el equilibrio y cómo caminar cuando usa el dispositivo de exoesqueleto. Además, durante el programa de entrenamiento, un programa de control almacenado en una memoria asociada al controlador 26 (Fig. 1C) puede adaptarse a un usuario particular. Por ejemplo, un parámetro que indica un umbral de ángulo de inclinación o un ángulo de flexión de articulación puede ajustarse con el fin de adaptarse a las capacidades o preferencias de un usuario particular. El usuario puede aprender a coordinar la manipulación de las muletas con las acciones realizadas por el dispositivo de exoesqueleto con el fin de optimizar la efectividad de la caminata asistida.

Por ejemplo, en la etapa 40a del método ilustrado, se supone que la pierna 44b es inicialmente una pierna situada más adelante, y la pierna 44a es inicialmente una pierna situada más atrás. Ambas piernas 44a y 44b están inicialmente en reposo en el suelo u otra superficie de soporte, y ambas piernas 44a y 44b soportan aproximadamente por igual el peso del cuerpo del usuario. El usuario puede indicar un deseo de caminar hacia adelante, por ejemplo, operando un control del control 20 remoto (etapa 48 de la Fig. 2B). El usuario puede iniciar un paso moviendo las muletas 42 hacia adelante. (Aunque las muletas 42 se ilustran esquemáticamente en forma de un único segmento de línea, debería entenderse que se hace referencia típicamente a un par de muletas. Las muletas, posicionadas típicamente en lados opuestos del cuerpo del usuario, se mueven típicamente hacia adelante en paralelo entre sí). A medida que las muletas 42 se mueven hacia adelante, el dispositivo 10 de exoesqueleto, con el usuario, se inclina hacia adelante.

Durante este tiempo, el controlador supervisa el sensor 24 de inclinación (etapa 50 de la Fig. 2B) para determinar si la inclinación indicada es o no suficiente (por ejemplo, mayor que un valor umbral de ángulo de inclinación) para permitir la oscilación de la pierna 44a hacia adelante (etapa 52). Si el ángulo de inclinación indicado no es suficiente, un tiempo de un temporizador puede compararse con un umbral de tiempo (etapa 53). Por ejemplo, un temporizador puede iniciarse cuando la operación de un control 20 remoto indica un deseo de iniciar una secuencia de caminata, o cuando el sensor 24 de inclinación indica que empieza a inclinarse. De manera alternativa, múltiples temporizadores (o funciones de temporizador) puede supervisar el tiempo transcurrido a partir de múltiples eventos desencadenantes. Si un tiempo transcurrido indica que ha transcurrido un intervalo de espera, el dispositivo 10 de exoesqueleto puede iniciar una secuencia para salir de un modo de caminata (etapa 55). Por ejemplo, el dispositivo 10 de exoesqueleto puede iniciar un modo de "postura de pie" para llevar al usuario a una posición de pie. De manera alternativa, la operación puede detenerse hasta que se reciba una señal de control adicional.

Si no se detecta que ha transcurrido un intervalo de espera, se continúa la supervisión de las señales de inclinación (volviendo a la etapa 50).

En la etapa 40b, el usuario continúa moviendo las muletas 42 hacia adelante, y el dispositivo 10 de exoesqueleto con el usuario, continúa inclinándose hacia adelante. El peso del cuerpo del usuario empieza a desplazarse hacia la pierna 44b, que es una pierna situada más adelante.

En la etapa 40c, las muletas 42 están en una posición adelantada. Los codos del usuario empiezan a doblarse con el fin de permitir que el dispositivo 10 de exoesqueleto continúe inclinándose hacia adelante. La pierna 44a empieza a elevarse para interrumpir el contacto con el suelo. El peso del cuerpo del usuario está soportado ahora por la pierna 44b y las muletas 42.

En la etapa 40d, la flexión continuada del codo del usuario puede causar que el dispositivo 10 de exoesqueleto se incline hacia adelante lo suficiente como para desencadenar que el dispositivo 10 de exoesqueleto inicie un paso. Por ejemplo, en este punto, un sensor 24 de inclinación puede generar una señal de inclinación. La señal de inclinación generada puede ser procesada (por ejemplo, por el controlador 26) para indicar que el ángulo de inclinación del dispositivo 10 de exoesqueleto es igual o mayor que un ángulo umbral. Un ángulo de inclinación igual al ángulo umbral puede desencadenar el inicio de una secuencia de pasos (etapa 52). A continuación, tras la recepción de la señal de inclinación generada, el controlador 26 puede iniciar un programa de control para hacer funcionar el dispositivo 10 de exoesqueleto con el fin de iniciar un paso haciendo oscilar la pierna 44a hacia adelante.

En la etapa 40e, el dispositivo 10 de exoesqueleto empieza a hacer oscilar la pierna 44a hacia adelante. Por ejemplo, el controlador 26 puede causar que la articulación 16a de rodilla de la pierna 44a se flexione un ángulo predeterminado. Al mismo tiempo, el controlador 26 puede causar que la articulación 16b de cadera de la pierna 44a empiece a flexionarse hacia adelante, haciendo oscilar de esta manera la pierna 44a hacia adelante (etapa 54). Durante el movimiento de la pierna 44a, el controlador 26 puede supervisar las señales de salida de uno o más sensores 30 de ángulo (etapa 56) para verificar que la pierna 44a se está moviendo según criterios predeterminados. La supervisión de la señal de salida puede indicar también si el paso se ha completado o no o si continuar o no el movimiento hacia adelante de la pierna 44a (etapa 58).

En la etapa 40f, el dispositivo 10 de exoesqueleto continúa haciendo oscilar la pierna 44a hacia adelante. Por ejemplo, el controlador 26 puede continuar flexionando la articulación 16b de cadera de la pierna 44a con el fin de hacer oscilar la pierna 44a hacia adelante. Al mismo tiempo, la articulación 16b’ de cadera de la pierna 44b se extiende para elevar el tronco 46 hacia una posición vertical (similar a su posición en la etapa 40a). El usuario puede empujar hacia abajo sobre las muletas 42 para ayudar a esta operación.

En la etapa 40g, el dispositivo 10 de exoesqueleto continúa moviendo la pierna 44a hacia adelante y la pierna 44b hacia atrás para que se acerquen una a la otra. Por ejemplo, el controlador 26 puede continuar operando la articulación 16b de cadera de la pierna 44a para hacer oscilar la pierna 44a hacia adelante, y la articulación 10b’ de cadera y de la pierna 44b para extender y enderezar la pierna 44b.

En la etapa 40h, el dispositivo 10 de exoesqueleto continúa moviendo la pierna 44a hacia adelante por delante de la pierna 44b y extendiendo la pierna 44b. Por ejemplo, el controlador 26 puede continuar operando la articulación 16b de cadera de la pierna 44a para hacer oscilar la pierna 44a hacia adelante y la articulación 10b’ de cadera de la pierna 44b para enderezar la pierna 44b.

En la etapa 40i, el dispositivo 10 de exoesqueleto continúa moviendo la pierna 44a hacia adelante y la pierna 44b hacia atrás. Por ejemplo, el controlador 26 puede continuar operando la articulación 16b de cadera de la pierna 44a y extendiendo la articulación 16b’ de cadera de la pierna 44b para hacer oscilar la pierna 44a hacia adelante. Al mismo tiempo, el dispositivo 10 de exoesqueleto puede extender la articulación 16a de rodilla para enderezar la pierna 44a. Por ejemplo, el controlador 26 puede recibir una señal desde los sensores 30 de ángulo de las articulaciones 16b y 16b’ de cadera. La señal detectada puede indicar que un ángulo detectado está en el interior de un intervalo predeterminado de ángulos que indican un paso completado (etapa 58). A continuación, el controlador 26 puede operar la articulación 16a de rodilla de la pierna 44a para extender y enderezar la pierna 44a. Durante la operación de enderezamiento, el controlador 26 puede supervisar las señales desde los sensores 30 de ángulo de la articulación 16a de rodilla de la pierna 44a para verificar cuándo la pierna está lo suficientemente recta como para detener la operación de la articulación 16a de rodilla.

En la etapa 40j, la pierna 44a se extiende hacia adelante y es una pierna situada más adelante, mientras que la pierna 44b es una pierna situada más atrás. De esta manera, la etapa 40j es esencialmente idéntica a la etapa 40a, con los roles de las piernas 44a y 44b invertidos. De esta manera, el dispositivo 10 de exoesqueleto ha realizado un solo paso. Si todavía está seleccionado el modo de caminata (etapa 59), las etapas 40a-40j pueden repetirse, con los roles de las piernas 44a y 44b invertidos (volviendo a la etapa 50). La operación continuada de esta manera puede permitir andar a un usuario al que está fijado el dispositivo 10 de exoesqueleto.

Si ya no está seleccionado el modo de caminata, la operación de caminata puede detenerse. Por ejemplo, el dispositivo 10 de exoesqueleto puede causar que el usuario cambie a una postura de pie (etapa 60). De manera alternativa, el dispositivo puede detener la operación e ignorar cualquier señal de inclinación adicional.

Tal como se ha indicado anteriormente, un usuario puede practicar la caminata con el dispositivo 10 de exoesqueleto para aprender a coordinar los movimientos corporales y los movimientos de las muletas con la operación del dispositivo 10 de exoesqueleto. Por ejemplo, un programa de entrenamiento puede empezar practicando el equilibrio y la caminata usando el dispositivo 10 de exoesqueleto entre barras paralelas. A continuación, el usuario puede progresar a aprender a mantener el equilibro usando el dispositivo 10 de exoesqueleto con muletas o un bastidor para caminar. Finalmente, el usuario puede practicar la caminata usando el dispositivo 10 de exoesqueleto y muletas, para ejecutar el método ilustrado en la Fig. 2A.

En algunos ejemplos, un método de funcionamiento puede incluir la supervisión de una señal generada por el sensor 24 de inclinación junto con las señales generadas por uno o más sensores 30 de ángulo. Por ejemplo, las señales pueden indicar una configuración inesperada o una combinación de lecturas de sensor. En este caso, el controlador 26 puede ejecutar una o más actividades para verificar el funcionamiento apropiado o para prevenir situaciones inesperadas adicionales. Por ejemplo, el controlador 26 puede generar una alerta audible, visible o palpable para el usuario, usando un dispositivo de advertencia apropiado. Al mismo tiempo, el controlador 26 puede pausar o detener el funcionamiento del dispositivo 10 de exoesqueleto hasta la recepción de una señal de confirmación desde el usuario. Por ejemplo, el usuario puede operar el control 20 remoto para indicar la continuación de una operación o, de manera alternativa, para abortar una operación. Cuando se aborta una operación, el controlador 26 puede hacer funcionar el dispositivo 10 de exoesqueleto para ayudar a mantener la estabilidad del usuario. De manera similar, si las señales generadas son consistentes con una situación de emergencia, tal como una caída, el controlador 26 puede hacer funcionar el dispositivo 10 de exoesqueleto de una manera predeterminada para minimizar cualquier riesgo de lesiones para el usuario.

En algunos ejemplos, el dispositivo 10 de exoesqueleto puede estar provisto de uno o más sensores de fuerza de suelo. Por ejemplo, un sensor de fuerza de suelo puede estar situado en un soporte de pie diseñado para soportar un pie del usuario. Por ejemplo, la ejecución de una operación por parte del dispositivo 10 de exoesqueleto puede depender de la recepción de una o más señales predeterminadas desde los sensores de fuerza de suelo.

Debería ser evidente que la descripción de las realizaciones y de las figuras adjuntas proporcionadas en esta memoria descriptiva solo sirve para una mejor comprensión de la invención, sin limitar su alcance.

Debería ser evidente también que una persona experta en la técnica, después de leer la presente memoria descriptiva, podría realizar ajustes o mejoras a las figuras adjuntas y a las realizaciones descritas anteriormente que aun así estarían dentro del alcance de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (10) de exoesqueleto de asistencia a la locomoción que comprende:

múltiples soportes ortopédicos que incluyen un soporte (12) de tronco para su fijación, durante el uso, a parte del tronco de una persona y aparatos (14) ortopédicos para segmento de pierna, cada aparato (14) ortopédico para segmento de pierna para su conexión, durante el uso, a una sección de una pierna de la persona;

incluyendo cada aparato (14) ortopédico para segmento de pierna una articulación (16) motorizada, que comprende un sensor (30) de ángulo y un actuador (32), la articulación (16) para conectar un soporte ortopédico para segmento de pierna respectivo al soporte de tronco y para proporcionar un movimiento angular relativo entre los mismos; un sensor (24) de inclinación montado en el dispositivo (10) de exoesqueleto para detectar una inclinación hacia adelante del soporte del tronco, en el que

el sensor (24) de inclinación está montado en el soporte (12) de tronco, o en el que

el sensor (24) de inclinación está montado en un componente del dispositivo (10) de exoesqueleto cuya inclinación es sustancialmente igual a la inclinación del soporte (12) de tronco; y

un controlador (26) para recibir las señales detectadas desde el sensor (24) de inclinación y desde cada sensor (30) de ángulo y programado con un algoritmo con instrucciones para accionar las articulaciones (16) motorizadas según las señales detectadas, en el que el algoritmo comprende, tras el inicio de un modo de caminata mediante el uso de muletas asociadas con el dispositivo de exoesqueleto:

supervisar el sensor de inclinación para determinar si la inclinación indicada es igual o mayor que un umbral dentro de un período de tiempo,

cuando la inclinación indicada es mayor que el umbral dentro del período cronometrado, iniciar una secuencia de pasos, o, si el umbral no se ha alcanzado dentro del período cronometrado, salir del modo de caminata, comprendiendo la secuencia de etapas:

operar una primera articulación de entre las articulaciones (16) motorizadas para hacer oscilar hacia adelante una primera pierna situada más atrás;

supervisar el sensor de ángulo para verificar que la pierna que oscila hacia adelante se está moviendo según criterios predeterminados, o si el paso se ha completado o continuar el movimiento hacia adelante de la pierna;

operar una segunda articulación de entre las articulaciones (16) motorizadas para extender hacia atrás una segunda pierna situada más adelante con el fin de elevar el soporte de tronco hacia una posición vertical; y

detener el movimiento hacia adelante de la primera pierna cuando el sensor de ángulo de la primera articulación motorizada está dentro de un intervalo de ángulos predeterminado.

2. Dispositivo según se reivindica en la reivindicación 1, que comprende además un control remoto.

3. Dispositivo según se reivindica en la reivindicación 1, en el que la extensión hacia atrás de la segunda pierna situada más adelante se produce cuando la inclinación detectada supera un valor umbral.

4. Dispositivo según se reivindica en la reivindicación 1, en el que la salida desde el modo de caminata comprende iniciar un modo de postura de pie para llevar al usuario a una posición de pie, o cesar la secuencia de pasos.