ES2930004T3

ES2930004T3 - Aparatos y sistemas para el colapso controlado de un exoesqueleto

Info

Publication number: ES2930004T3
Application number: ES17782059T
Authority: ES
Inventors: Amit Goffer; Saman Naser; Roman Rabkin
Original assignee: Rewalk Robotics Ltd
Current assignee: Rewalk Robotics Ltd
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2022-12-05
Anticipated expiration: 2037-04-13
Also published as: US10980698B2; HUE060440T2; US20210236375A1; CN109069338A; CN109069338B; US20190133867A1; PL3442487T3; EP3442487B1; EP3442487A4; CN114099223A; EP3442487A1; WO2017179061A1

Abstract

Se describen realizaciones de un aparato, método y sistemas para colapsar/bajar un dispositivo de exoesqueleto que comprende al menos un motor y al menos un componente. En algunas realizaciones, el dispositivo está configurado para ser movido por al menos un motor. Cuando se detecta al menos una de una pluralidad de fallas que incluyen fallas de energía tales como una falla de baja potencia y una falla de falla de energía, fallas eléctricas, fallas de software y fallas mecánicas en la alimentación del dispositivo de exoesqueleto, uno o más componentes del dispositivo pueden ser desacelerado a través del al menos un motor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparatos y sistemas para el colapso controlado de un exoesqueleto

Campo de la divulgación

Las realizaciones de la presente divulgación se dirigen a los dispositivos de exoesqueleto para proporcionar asistencia de marcha/movimiento y, más particularmente, aparatos y sistemas para controlar el colapso sin alimentación de dichos dispositivos.

Antecedentes

Diversas condiciones contribuyen a la aparición de discapacidades en las personas que restringen o eliminan las capacidades de las personas para caminar y/o moverse de forma estable, cuyos ejemplos incluyen las lesiones neurológicas y físicas. Los exoesqueletos ("esqueletos externos") se han usado para permitir que estas personas recuperen parte o la totalidad de sus capacidades para estar de pie y/o moverse con poco o ningún apoyo adicional a pesar de sus discapacidades.

El documento TW201023842 divulga un aparato híbrido de extremidades inferiores adaptable al terreno que rinde en una diversidad de situaciones diferentes detectando el terreno que se está atravesando y adaptándose al terreno detectado.

En el documento US2015/127118, se incorpora un comportamiento de decaimiento dependiente del tiempo en uno o más parámetros de control del accionador de la articulación durante el funcionamiento de una extremidad inferior, prótesis, dispositivo ortopédico o exoesqueleto.

Sumario de algunas de las realizaciones

La invención proporciona un método para facilitar un colapso controlado de un dispositivo de exoesqueleto que comprende un motor de acuerdo con la reivindicación 1 y un dispositivo de exoesqueleto de acuerdo con la reivindicación 7.

En algunas realizaciones, el uno o más sensores pueden comprender un medidor de potencia configurado para: recopilar datos sobre la disponibilidad de potencia en una fuente de alimentación del dispositivo de exoesqueleto, y generar la información si los datos recopilados indican una escasez o falta de suministro de potencia en la fuente de alimentación para alimentar el dispositivo de exoesqueleto o el componente, en donde el medidor de potencia puede estar configurado para generar la información después de filtrar el ruido de los datos. En algunas realizaciones, el uno o más sensores comprenden un medidor de tensión y/o un medidor de corriente configurados para: proporcionar, respectivamente, datos de tensión y/o corriente, en uno o más puntos a lo largo de un sistema de circuitos eléctricos del dispositivo de exoesqueleto, y generar la información cuando los datos recopilados indican uno o más de un fallo de potencia, un fallo eléctrico, un fallo de software y un fallo mecánico.

En algunas realizaciones, el circuito puede comprender un filtro configurado para filtrar el ruido de los datos antes de la generación de la información por el medidor de potencia. En algunas realizaciones, el accionador de potencia incluye un accionador de potencia optoaislado configurado para abrir o cerrar el conmutador de baja impedancia para establecer una baja impedancia entre el terminal positivo y el terminal negativo del motor.

En algunas realizaciones de la presente divulgación se divulga un método para facilitar el colapso de un dispositivo de exoesqueleto que incluye un motor en uso por un usuario. El método comprende las etapas de: recibir una indicación de uno o más de un fallo de alimentación, un fallo eléctrico, un fallo de software y un fallo mecánico del dispositivo de exoesqueleto que hace que éste inicie una caída al suelo; determinar una cantidad de fuerza electromagnética suficiente para resistir o ralentizar la caída del dispositivo de exoesqueleto de modo que una velocidad de colapso del dispositivo de exoesqueleto durante al menos una porción de la caída sea sustancialmente constante en el tiempo; y establecer una baja impedancia entre un terminal positivo y un terminal negativo del motor para provocar la generación de la cantidad determinada de fuerza electromagnética para resistir o ralentizar la caída del dispositivo de exoesqueleto.

En algunas realizaciones, la velocidad de colapso del dispositivo de exoesqueleto está configurada de tal manera que un tiempo total de al menos una porción de la caída es sustancialmente invariable con respecto a un peso del usuario. En algunas realizaciones, el establecimiento de la baja impedancia entre el terminal positivo y el terminal negativo incluye la variación de un período de tiempo en que se abre o se cierra un conmutador de baja impedancia entre el terminal positivo y el terminal negativo, en donde la variación del periodo de tiempo está configurada de tal manera que un tiempo total de la al menos una porción de la caída es sustancialmente invariable con respecto a un peso del usuario. En algunas realizaciones, el período de tiempo puede variarse mediante ciclos de trabajo de una señal de control de modulación de anchura de potencia (PWM) configurada para controlar la apertura o el cierre del conmutador de baja impedancia.

Breve descripción de los dibujos

El experto en la materia entenderá que los dibujos tienen principalmente fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la materia objeto inventiva descrita en el presente documento. Los dibujos no son necesariamente a escala; en algunos casos, diversos aspectos de la materia objeto inventiva divulgada en el presente documento pueden mostrarse exagerados o ampliados en los dibujos para facilitar la comprensión de diferentes características. En los dibujos, los caracteres de referencia similares suelen referirse a características similares (por ejemplo, elementos funcionalmente similares y/o estructuralmente similares).

Las Figuras 1A-B muestran ilustraciones esquemáticas de un motor con escobillas para su uso en el control del movimiento de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

Las Figuras 2A-B muestran ilustraciones esquemáticas de un motor con escobillas que incorpora un conmutador de baja impedancia para su uso en la gestión del colapso controlado de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 3 muestra un ejemplo de circuito que comprende un circuito de detección de fallo de potencia para su uso en motores de exoesqueletos acoplados operativamente a conmutadores de baja impedancia, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 4 ilustra detalles de un ejemplo de circuito de detección de fallo de potencia para producir una salida a los conmutadores de baja impedancia acoplados operativamente a los motores de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 5A muestra un diagrama de flujo de ejemplo que representa un esquema para evaluar la activación de un colapso controlado de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 5B muestra un ejemplo de circuito de accionador de puente trifásico de motores sin escobillas según algunas realizaciones.

Las Figuras 6A-B muestran ejemplos de circuitos de puente H basados en canales P que pueden servir como conmutadores de baja impedancia configurados para gestionar un colapso controlado de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

Las Figuras 7A-B muestran ejemplos de circuitos de puente H basados en canales N que pueden servir como conmutadores de baja impedancia configurados para gestionar un colapso controlado de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 8 muestra un ejemplo de circuito que comprende un circuito de autocomprobación para su uso en motores de baja impedancia configurados para gestionar un colapso controlado de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 9 muestra un ejemplo de diagrama de flujo que ilustra la autocomprobación del rendimiento de un colapso controlado de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 10 muestra un ejemplo de diagrama de flujo que ilustra la activación adaptada al peso de un colapso controlado de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 11 muestra ejemplos de representaciones que ilustran patrones de control para controlar el colapso controlado adaptado al peso de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 12 muestra ejemplos de representaciones que ilustran patrones de control para controlar por separado segmentos de un exoesqueleto durante el colapso controlado adaptado al peso (o patrón de colapso adaptado) del exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 13 muestra un ejemplo de circuito que comprende un circuito de recolección de potencia para su uso en motores de baja impedancia configurados para gestionar un colapso controlado de un exoesqueleto, de acuerdo con algunas realizaciones.

La Figura 14 ilustra un ejemplo de conjunto de patrones de control para controlar cuatro segmentos de un exoesqueleto.

Descripción detallada de algunas de las realizaciones

En algunas realizaciones de la presente divulgación, se presentan aparatos y sistemas que incluyen dispositivos de exoesqueleto para proporcionar asistencia a la marcha/movimiento, y más particularmente aparatos y sistemas para controlar el colapso sin potencia de tales dispositivos. Aunque es susceptible de diversas aplicaciones, en el presente documento se describen las realizaciones específicas, a modo de ejemplo, y no de limitación, para ilustrar los principios y características de la invención.

En algunas realizaciones, las operaciones de un exoesqueleto, incluyendo los movimientos (traslación, rotación, etc.), mantener y/o alcanzar la posición (por ejemplo, de pie, sentado, mantener la posición vertical, etc.) pueden accionarse por uno o más motores integrados en la estructura del exoesqueleto o acoplados operativamente a ella. Sin embargo, en algunos casos, los exoesqueletos pueden funcionar incorrectamente durante su uso. Por ejemplo, los procesadores del exoesqueleto pueden perder la capacidad de controlar los motores que operan el exoesqueleto, los motores pueden perder el acceso a la fuente de alimentación del exoesqueleto, etc. Los funcionamientos incorrectos y, en particular, los que incluyen la falta de respuesta del exoesqueleto o la retirada de potencia de los motores, pueden conducir a daños potenciales, tales como la caída rápida al suelo del exoesqueleto y/o del usuario.

En algunas realizaciones, se presenta un circuito de colapso controlado configurado para colocar un cortocircuito a través de los terminales del motor, para crear una ruta para que fluya una corriente alta a través del motor durante la etapa de colapso. El motor que actúa como generador durante el colapso puede hacer frente a la carga de baja resistencia (es decir, cortocircuito), mientras que la alta corriente a través del motor genera una fuerza electromagnética de retorno (EMF de retorno) que puede resistir el movimiento del motor, contrarrestando una caída rápida y dando como resultado un descenso más lento (y, en consecuencia, al menos en la mayoría de los casos, más seguro) del exoesqueleto y del usuario. El colapso controlado permite que los dispositivos de exoesqueleto soporten el peso del usuario mientras lo bajan lentamente a un asiento o al suelo en caso de funcionamientos incorrectos que normalmente inutilizarían los exoesqueletos y expondrían al usuario a una caída rápida, tal como el agotamiento/desconexión de la batería, funcionamiento incorrecto o congelación del sistema, y/o similares.

Con referencia a las Figuras 1A-B, en algunas realizaciones, se muestran ilustraciones esquemáticas de un motor con escobillas para su uso en el control de los movimientos de un exoesqueleto. Los exoesqueletos utilizan motores para impulsar los movimientos de los usuarios de los exoesqueletos, y los motores pueden colocarse en uno o más segmentos de los exoesqueletos (por ejemplo, las extremidades). Por ejemplo, los motores pueden colocarse en las extremidades inferiores, extremidades superiores, el torso, áreas de la sección media, etc. de un exoesqueleto, y pueden utilizarse para lograr una diversidad de tareas relacionadas con la asistencia a la marcha/movimiento del usuario, incluyendo tales tareas, pero sin limitación, cambiar la posición del exoesqueleto/usuario (por ejemplo, movimientos verticales tales como ponerse de pie, sentado, sentarse en cuclillas, etc., movimientos de rotación, tales como girar parcial o totalmente, cambiar la orientación, etc.), mantener la posición o la marcha (por ejemplo, mantener la posición de pie, equilibrio al estar de pie o sentado, etc.), movimientos (de traslación o de otro tipo) que cambian la ubicación del usuario tales como, por ejemplo, caminar, correr, desplazarse, (por ejemplo, pasos laterales), saltar, arrastrarse, etc., y/o similares.

En algunas realizaciones, en la realización de cualquiera de las tareas anteriores, los motores ubicados en diversos segmentos de un exoesqueleto pueden funcionar independientemente entre sí o al unísono dependiendo de la tarea. Por ejemplo, un motor ubicado en una de las extremidades inferiores del exoesqueleto puede provocar un movimiento de traslación de una de las piernas, mientras que otro motor puede hacer girar el cuerpo para permitir al usuario cambiar de dirección mientras camina. Tal coordinación puede controlarse por un módulo de procesamiento central, un ejemplo de lo cual se analiza en la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/242.780, presentada el 16 de octubre de 2015 y titulada "Apparatus and Systems for Controlling Exoskeletons", que se incorpora por referencia en el presente documento en su totalidad. Por ejemplo, dicho módulo de procesamiento puede proporcionar instrucciones a los motores para controlar la velocidad, la dirección, duración, etc. del movimiento de los motores. Como se ha analizado anteriormente, el control de cada motor puede coordinarse para que el exoesqueleto realice cualquiera de las tareas mencionadas anteriormente.

En algunas realizaciones, los motores que pueden usarse para impulsar los movimientos del exoesqueleto pueden ser motores de corriente continua (CC) con escobillas, tanto excitados eléctricamente como con imanes permanentes, motores de conmutador electrónico (EC), motores de CC sin escobillas o motores de reluctancia conmutada (SRM), motores universales CA-CC, motores de rotor sin hierro o sin núcleo, motores de rotor axial, servomotor, motor paso a paso, motores de CA y/o similares. La operación o los movimientos de estos motores pueden realizarse mediante un circuito electrónico, un ejemplo de ello es el llamado puente H, que permite controlar el movimiento del motor en todas las direcciones. Aunque los análisis en la presente solicitud se dirigen a la conducción de motores de CC con escobillas, en algunas realizaciones, los mismos conceptos pueden aplicarse también a los motores de CC sin escobillas. La Figura 1 muestra un ejemplo de motor de CC con escobillas con dos terminales, etiquetados como terminales A y B, e incluye un estator, que es una parte estática (es decir, la carcasa del motor), y un rotor o un inducido, que es una parte móvil (por ejemplo, giratoria).

La tabla 1 a continuación resume los diferentes modos de aplicar la tensión en los dos terminales para hacer que el motor se mueva en direcciones opuestas (por comodidad, usamos la terminología "derecha" e "izquierda" para distinguir entre las dos direcciones opuestas).

Tabla 1: Efectos de las tensiones en los terminales de un motor de CC con escobillas

En la realización de la Tabla 1, los modos de aplicación de tensión 1 y 2 están configurados para mover el exoesqueleto, es decir, los motores pueden girar en cualquier dirección permitiendo el movimiento (por ejemplo, hacia atrás, hacia delante, etc.) del exoesqueleto. Alta y baja impedancia en los modos 3 y 4, respectivamente, implican una impedancia o resistencia alta o baja entre los terminales. Con respecto al modo 3, la alta impedancia o la desconexión entre los terminales puede provocar la inercia del motor, lo que provoca un movimiento incontrolable del esqueleto, que incluye el colapso involuntario y rápido, que puede dar como resultado lesiones al usuario. Modo 4, que puede asociarse a una baja impedancia entre los terminales también puede usarse para facilitar el movimiento del exoesqueleto. Asimismo, el modo 4 puede utilizarse para controlar (por ejemplo, ralentizar) el colapso del exoesqueleto frenando los movimientos de los motores del exoesqueleto en colapso.

Con referencia a las Figuras 2A-B, en algunas realizaciones, se muestran ilustraciones esquemáticas de un motor con escobillas que incorpora un conmutador de baja impedancia para su uso en la gestión del colapso controlado de un exoesqueleto. El modo 4 anteriormente mencionado, que puede usarse para gestionar el colapso controlado de un exoesqueleto y que da como resultado baja impedancia o resistencia corresponde al cierre del conmutador, es decir, la colocación de una conexión de "cortocircuito" (baja impedancia/resistencia) entre los terminales del motor. En algunas realizaciones, esto puede lograrse colocando una tensión igual o sustancialmente igual en ambos terminales. La tensión puede ser de cualquier cantidad, incluyendo la tensión cero, es decir, tierra. Abrir el conmutador puede acelerar un colapso (por ejemplo, el motor entra en el modo 3).

A continuación, se presenta un ejemplo del uso del modo 4 para efectuar el colapso controlado de un exoesqueleto. Cuando un exoesqueleto se enfrenta a un corte de potencia abrupto o a un funcionamiento incorrecto que provoca la falta de control del usuario sobre el exoesqueleto, el exoesqueleto puede empezar a colapsar incontroladamente bajo su propio peso y el del usuario, y la tensión puede desaparecer de los terminales del motor. En tales realizaciones, los rotores de los motores pueden empezar a girar debido a los pares de torsión inducidos por las fuerzas gravitacionales, los pares de torsión transmitidos a los rotores a través de cualquier medio que pueda transmitir pares de torsión, tal como los engranajes. Las rotaciones como un resultado de estos pares de torsión son las que provocarían el colapso incontrolable del exoesqueleto si los pares de tensión no pueden equilibrarse por otras fuentes de fuerza.

Sin embargo, en algunas realizaciones, la rotación del rotor o del inducido puede dar como resultado la generación de una corriente de CC cambiante en las espiras del bobinado debido a la ley de inducción de Faraday. Ya que el conmutador entre los dos terminales está cerrado, la corriente generada puede fluir libremente, produciendo una fuerza electromagnética de retorno (EMF de retorno) que contrarresta la corriente que indujo la EMF de retorno, es decir, una fuerza que conduce a un par de torsión de motor en dirección contraria al par de torsión inducido por las fuerzas gravitatorias.

En algunas realizaciones, la EMF de retorno puede ser menor que las fuerzas gravitacionales, que puede expresarse como sigue:

^{£gravitación} > ^{£EMF de retorno}

Esta EMF de retorno puede generar un par de torsión de retorno al par de torsión debido a las fuerzas gravitacionales, lo que da como resultado la frenada o la ralentización de la caída incontrolada o el colapso del exoesqueleto. Algunas de las razones por las que la EMF de retorno es menor que las fuerzas gravitacionales pueden deberse al hecho de que el conmutador, los terminales y el bobinado del rotor o del inducido pueden tener resistencia, además de las pérdidas en el campo magnético, y la resistencia de estos tres elementos puede contribuir a la disipación de al menos algo (por ejemplo, una fracción) de la potencia generada por la fuerza de EMF de retorno. En consecuencia, el par de torsión inducido por la EMF de retorno puede ser menor que el par de torsión debido a las fuerzas gravitatorias, pero en sentido contrario, y puede reducirse el par de torsión resultante (de superposición) que actúa sobre el rotor de un motor. En consecuencia, en tales realizaciones, el inducido puede estar girando en la dirección de la fuerza más fuerte (por ejemplo, las fuerzas gravitacionales) y el exoesqueleto puede seguir colapsando, lo que da como resultado una velocidad de colapso reducida, es decir, colapso elegante o controlado. Sin una resistencia ni pérdidas de este tipo, las fuerzas gravitacionales pueden ser sustancialmente iguales a la EMF de retorno, evitando la caída casi por completo.

Con referencia a la Figura 3, en algunas realizaciones, se muestra un ejemplo de circuito que comprende un circuito de detección de fallo de potencia para su uso en motores de baja impedancia configurados para gestionar un colapso elegante o controlado de un exoesqueleto. Como se analiza en el presente documento, el mecanismo de colapso controlado de la presente solicitud está configurado para su uso cuando un exoesqueleto funciona incorrectamente, en particular, para los funcionamientos incorrectos, tales como los cortes de energía que conducen el colapso incontrolable del exoesqueleto. En tales realizaciones, puede usarse un circuito de detección de fallo de potencia configurado para detectar la supresión de tensiones o de potencia en los motores para detectar tales cortes para activar el circuito de colapso controlado analizado anteriormente. La Figura 3 muestra un circuito de colapso controlado que comprende un circuito de detección de fallo de potencia y un conmutador de baja impedancia, en donde tras detectar un fallo de potencia por el circuito de detección de fallo de potencia, el conmutador de baja impedancia puede conectar los terminales del motor como se ha analizado anteriormente.

La Figura 4 muestra detalles de un ejemplo de circuito de detección de fallo de potencia configurado para detectar fallos de energía en un dispositivo de exoesqueleto y producir una salida a los conmutadores de baja impedancia de tal manera que los conmutadores, acoplados de forma operativa a los motores del exoesqueleto, se activan y conectan los terminales de los motores. En algunas realizaciones, el circuito puede comprender un procesador interno configurado para recibir una entrada de activación externa de un procesador externo (por ejemplo, el microprocesador del exoesqueleto). Por ejemplo, un sensor externo puede observar que el sistema de fuente de alimentación del exoesqueleto funciona incorrectamente o está a punto de funcionar incorrectamente (por ejemplo, las mediciones de temperatura de la batería indican que ésta se está sobrecalentando). Otro ejemplo es la capacidad del sensor externo para monitorizar las actividades del procesador principal del exoesqueleto y generar datos para proporcionar información sobre el rendimiento del procesador del exoesqueleto al procesador interno del circuito de detección de fallo de potencia. Tales datos pueden considerarse como un activador externo del procesador interno del circuito de detección de fallo de potencia, de forma que el procesador interno pueda actuar siempre que el procesador principal no funcione. En algunas realizaciones, tales sensores pueden ser componentes del circuito de detección de potencia que pueden obtener información relacionada con el rendimiento y/o el estado de la fuente de alimentación (por ejemplo, batería de fuente de alimentación de CC) para proporcionar tal información como una entrada de activación externa al circuito de detección.

En algunas realizaciones, el circuito de detección de fallo de potencia puede comprender o estar acoplado operativamente a una fuente de alimentación de CC del motor (por ejemplo, una batería) que está configurada para proporcionar información sobre su rendimiento a un detector de fallos de potencia de modo que el detector pueda determinar si, de hecho, hay un funcionamiento incorrecto de la fuente de alimentación. En algunas realizaciones, un circuito de detección de fallo de potencia puede comprender un detector de potencia, tal como, por ejemplo, un medidor de potencia, que está configurado para recopilar datos sobre la disponibilidad de potencia en una fuente de alimentación (por ejemplo, una batería) del dispositivo de exoesqueleto, y determinar si hay un funcionamiento incorrecto de la potencia. En algunas realizaciones, el circuito puede generar una salida si los datos recopilados indican una escasez o falta de suministro de potencia en la fuente de alimentación para alimentar el dispositivo de exoesqueleto o un componente del mismo.

Por ejemplo, la fuente de alimentación puede proporcionar datos que indican que el estado de carga de la fuente de alimentación es excesivamente bajo, es decir, la potencia disponible para la operación del exoesqueleto es baja. En algunas realizaciones, pueden estar presentes ruidos en los rieles de alimentación del motor y tales ruidos pueden filtrarse por un filtro antes de que se transmita la información de la condición de baja potencia al detector. Un ejemplo de un detector de este tipo es un medidor de tensión que recibe o mide datos de tensión (que opcionalmente pueden estar ya filtrados) relacionados con la fuente de alimentación para determinar la condición de potencia en la fuente de alimentación. En otro ejemplo, se proporciona un medidor de corriente que mide la corriente que fluye a través de cualquier parte del cable del exoesqueleto o del sistema eléctrico.

En algunas realizaciones, la entrada de activación externa y/o la determinación del detector en cuanto al estado de la fuente de alimentación (por ejemplo, la determinación de que una fuente de alimentación, tal como una batería, está sufriendo una condición de baja potencia) puede proporcionarse a un procesador interno del circuito de detección de fallo de potencia. El circuito de detección de fallo o el procesador interno de detección de fallo puede evaluar la entrada y/o la información recibida del detector de acuerdo con una lógica de selección de activador. Un ejemplo del flujo del algoritmo de detección de condición de baja potencia se ilustra en la Figura 5A. En algunas realizaciones, la lógica puede especificar que, durante la operación normal, según se determina a partir de la entrada externa o de la información del detector (por ejemplo, la potencia en la fuente de alimentación es adecuada y estable), el conmutador de baja impedancia puede dejarse abierto, permitiendo de esta manera la continuación de las operaciones normales. Sin embargo, una vez que el circuito de detección de fallo o el procesador interno de detección de fallo determina que existe un funcionamiento incorrecto en el sistema del exoesqueleto, tal como la baja disponibilidad de potencia en la fuente de alimentación, el circuito de detección de fallo o el procesador interno puede provocar el cierre del conmutador, lo que conduce a una baja impedancia en los motores.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 4, en algunas realizaciones, el circuito de detección de fallo de potencia puede incluir un accionador de potencia optoaislado configurado para accionar el conmutador de baja impedancia para provocar el cierre o la apertura del conmutador basándose en las instrucciones recibidas del circuito de detección de fallo o del procesador interno de detección de fallo. Por ejemplo, tras la determinación de que un exoesqueleto sufre una condición de baja potencia, el accionador de potencia optoaislado puede transferir señales al conmutador de baja impedancia para iniciar el modo de frenada del motor (modo 4 de la Tabla 1, por ejemplo) para que el exoesqueleto pueda colapsar elegantemente. En algunas realizaciones, el circuito de detección de fallo de potencia puede generar un informe de estado aislado relacionado con el fallo de potencia detectado.

En algunas realizaciones, el conmutador de baja impedancia puede configurarse para conducir cuando no hay potencia, como se ha analizado anteriormente. Ejemplos de este tipo de conmutadores son los llamados conmutadores normalmente cerrados (NC), que incluyen los conmutadores electromecánicos (por ejemplo, conductores, relés) y los de estado sólido. El uso de conmutadores electromecánicos como conmutadores de baja impedancia puede basarse en un acto de equilibrio entre su baja resistencia a la conexión construida sobre el aislamiento, que puede facilitar la conducción cuando los conmutadores están cerrados, y factores tales como su número limitado de ciclos de conmutación, conmutación con ruido (rebote), alto nivel de potencia para la conducción, mayor tamaño por amperaje, velocidad de conmutación lenta, y/o similares. Los conmutadores NC de estado sólido (es decir, relés de estado sólido), un ejemplo de los cuales incluye el MOSFET de modo de agotamiento también pueden utilizarse como conmutadores de baja impedancia. Los conmutadores de estado sólido pueden tener varias propiedades útiles que se pueden utilizar cuando se usan como conmutadores de baja impedancia, incluyendo su conmutación rápida y silenciosa, sin rebotes, volumen bajo, número ilimitado de ciclos de conmutación, conmutación de baja potencia, un requisito mínimo o nulo de potencia para retener el estado, y/o similares. Estos conmutadores, sin embargo, pueden no estar aislados por diseño, y la resistencia puede depender de la corriente.

En algunas realizaciones, los conmutadores de estado sólido, tal como aquellos que comprenden transistores MOSFET de estado sólido, pueden implementarse en el motor con escobillas usando una estructura de accionamiento del motor de puente H, mientras que, en el caso de los motores sin escobillas, puede usarse la estructura de accionador de puente trifásico, como se muestra en la Figura 5B. Todos los aspectos operativos de un motor trifásico (un motor sin escobillas) son similares a los de un motor con escobillas. En tales realizaciones, donde va a usarse el puente H para frenar un dispositivo tal como un exoesqueleto, la estructura del puente H puede formularse de manera que se ajuste a una de las condiciones particulares de un exoesqueleto con funcionamiento incorrecto, es decir, el exoesqueleto no tiene potencia ni energía, tal como la energía que podría usarse para mantener abiertos o cerrados transistores particulares. La Figura 6B muestra conmutadores con estructura de puente H que pueden servir como conmutadores de baja impedancia para su uso en la gestión del colapso controlado de un dispositivo de exoesqueleto.

Con referencia a la Figura 6A, en algunas realizaciones, el puente H puede construirse a partir de transistores MOSFET de modo de mejora de canal N (par inferior) y canal P (par superior). Los transistores MOSFET de canal N tienen una tensión de conducción positiva (tensión V^gsentre la puerta (G) y la fuente (S)), mientras que los MOSFETS de canal P tienen una tensión de conducción negativa. Los MOSFETS de modo de mejora (tanto del canal P como del N) pueden no conducir (cerrados) siempre que no se aplique ninguna tensión V^gsentre la PUERTA (G) y la FUENTE (S), y pueden conducir siempre que se aplique una tensión por encima de la cantidad de IV^gsumbral| entre los mismos terminales. Los MOSFETS en modo de agotamiento, sin embargo, pueden conducir siempre que V^gsequivalga a cero, es decir, los transistores pueden conducir cuando no están alimentados y/o sin tener un accionador, lo que facilita su uso en el colapso controlado de un exoesqueleto, por ejemplo, cerrando el conmutador de baja resistencia en los terminales del motor cuando se pierde la potencia y la tensión de control del transistor (V^gs) es cero. En algunas realizaciones, la conducción puede detenerse, es decir, el conmutador puede abrirse cuando es necesaria una tensión V^gsque es superior a |V^gsumbral|. Estos son los casos de la operación normal del exoesqueleto (no un colapso elegante o controlado).

La Figura 6B muestra un ejemplo de conmutador de estructura de puente H para un control de motor que puede usarse para gestionar el colapso controlado de un exoesqueleto. En la Figura 6B, los dos transistores superiores de modo de mejora de canal P de la Figura 6A se sustituyen por dos transistores de modo de agotamiento de canal N, mientras que la polaridad del control debe invertirse. En tales realizaciones, puede añadirse un inversor adicional a la puerta del transistor de modo de agotamiento, ya que los MOSFET de modo de agotamiento requieren V^gs<0 para la operación. A diferencia de los esquemas clásicos que implican transistores de modo de mejora de canal N en la parte superior del puente H, en la realización descrita anteriormente, puede tener que incluirse un inversor ya que los transistores en modo de mejora de canal N se controlan por V^gspositiva. Siempre que se produzca un fallo de potencia, en algunas realizaciones, el accionador pierde potencia y ambos transistores superiores pueden empezar a conducir. Una disposición de este tipo cierra un circuito eléctrico, donde dos transistores superiores, el motor y el lado superior del puente H están conectados a V^bus, lo que facilita el flujo de corriente y permitiendo la frenada del motor, de manera similar, cuando los tres transistores de mejora de canal P superiores pueden sustituirse por tres MOSFETS de modo de agotamiento de canal N en el accionador trifásico. Este cambio puede permitir la rotura del motor sin escobillas.

En la Figura 7A-B se muestra otro ejemplo de conmutador de estructura de puente H para un control de motor que puede usarse para gestionar el colapso controlado de un exoesqueleto. En particular, se puede modificar la estructura de puente H basada en MOSFETS de canal N de la Figura 7A sustituyendo los dos MOSFET de modo de mejora inferiores por transistores de modo de agotamiento de canal N, como se muestra en la Figura 7B. En tales realizaciones, no se requiere un inversor adicional, ya que la polaridad de control sigue siendo la misma. Cuando se produce el fallo de potencia, los dos transistores inferiores pueden empezar a conducir (en contraste con los dos transistores superiores para el caso anterior en el que se sustituyen los dos transistores superiores), lo que facilita el flujo de corriente y permitiendo la frenada del motor como en el caso anterior. En el puente trifásico, los tres MOSFETS inferiores pueden modificarse de transistores de canal N en modo de encapsulado a modo de agotamiento. Estos pueden actuar de forma similar al transistor de puente H después de la sustitución equivalente, es decir, pueden permitir la rotura del motor sin escobillas (colapso elegante o controlado) cada vez que se produce el fallo de potencia.

Las Figuras 6A y B pueden modificarse sustituyendo los transistores de modo de mejora (tanto de canal P como de canal N) por transistores de modo de agotamiento de canal P (por ejemplo).

El uso de MOSFETS de modo de agotamiento como parte del motor de accionamiento del puente H en el exoesqueleto ilustra la integración del conmutador de baja resistencia dentro de la estructura del puente H, que ya forma parte del exoesqueleto, en contraste con el uso de conmutadores separados de baja resistencia. Una implementación integral de este tipo facilita la reducción del número de componentes del circuito electrónico permitiendo el doble uso de dos de los cuatro transistores MOSFET que componen el puente H.

Con referencia a la Figura 8, en algunas realizaciones, se muestra un ejemplo de circuito que comprende un circuito de autocomprobación para su uso en conmutadores de baja impedancia configurados para gestionar el colapso controlado de un exoesqueleto. Además de los componentes del circuito de colapso controlado mostrado en la Figura 3, tal como el accionador de motor aislado, la alimentación del motor de CC, el conmutador de baja impedancia, etc., en algunas realizaciones, el circuito de autocomprobación puede comprender un sensor de corriente aislado que puede soportar una gran cantidad de corriente, por ejemplo, hasta 4 veces, hasta 3 veces, hasta 2 veces, etc., de la corriente máxima del motor. Además, un filtro de ruido configurado para condicionar las mediciones de corriente del motor durante la autocomprobación también puede formar parte de los circuitos de autocomprobación. Asimismo, se puede usar un activador de conmutador aislado para activar una condición de colapso controlado que active la funcionalidad de colapso controlado o elegante para fines de prueba, incluso cuando el exoesqueleto esté completamente operativo sin un fallo de potencia.

Una de las características del circuito de autocomprobación es su capacidad para detectar la presencia de unos circuitos de colapso controlado en un dispositivo de exoesqueleto, lo que le permite diferenciar entre los exoesqueletos que comprenden el circuito de colapso controlado y los que no. Un algoritmo de autocomprobación, tal como la realización de ejemplo ilustrada en la Figura 9, puede ejecutarse durante la prueba integrada (BIT) siempre que el sistema esté ENCENDIDO. Como alternativa, puede iniciarse cuando el exoesqueleto está en posición de seguridad (por ejemplo, sin un usuario presente o, si está presente, mientras el usuario está sentado). En algunas realizaciones, el algoritmo de autocomprobación propuesto no puede pretender ser ejecutado mientras el exoesqueleto está en posición de pie o cuando está en movimiento.

En algunas realizaciones, la ejecución del algoritmo de autocomprobación puede incluir un movimiento mínimo de algunos o todos los segmentos del exoesqueleto (por ejemplo, moverse aproximadamente 1, aproximadamente 2, aproximadamente 3, etc., grados en alguna dirección especificada), un movimiento no autorizado o no controlado por el usuario del exoesqueleto. Por ejemplo, el movimiento sólo puede realizarse dentro del intervalo de movimiento de las extremidades humanas. Además, la funcionalidad de colapso controlado del exoesqueleto, si de hecho está disponible, puede activarse. Por ejemplo, el control del activador del conmutador aislado puede proporcionar una condición de colapso controlado configurada para activar la funcionalidad de colapso controlado. Una vez que el colapso controlado está en marcha, el conmutador de baja impedancia colocado en paralelo tanto con el motor como el accionador puede empezar a conducir, lo que da como resultado que el conmutador tome gran parte de la corriente del accionador debido a la baja impedancia del conmutador.

Tras activarse el circuito de colapso controlado y el circuito de autocomprobación (STC), en algunas realizaciones, el sensor de corriente que puede estar en serie con el conmutador puede medir la corriente. La magnitud de la corriente puede proporcionar una indicación de si el circuito de colapso controlado y/o el circuito de autocomprobación funcionan correcta o incorrectamente, y se puede generar un informe que indique los rendimientos de ambos circuitos. Por ejemplo, si, por ejemplo, se mide una corriente por encima del 10 % de la corriente nominal máxima del accionador, eso puede interpretarse como que el circuito de colapso controlado y/o el STC están funcionando apropiadamente, y el procesador interno o de control puede desconectar tanto el accionador del motor como el circuito de colapso controlado, y puede generarse un informe que indique la operación funcional del colapso controlado. La cantidad de corriente medida es limitada, entre otros, por la fuente de alimentación del exoesqueleto (tal como las baterías) y la capacidad de suministro de corriente del accionador.

En algunas realizaciones, tras la finalización del movimiento del exoesqueleto, puede haber poca o ninguna corriente medida, que puede interpretarse como una indicación de funcionamiento incorrecto del circuito de colapso controlado y/o del STC, y se generaría un informe correspondiente que indica el funcionamiento incorrecto. En algunas realizaciones, puede no haberse detectado una corriente alta o que no se haya completado el movimiento. En tales casos, es posible que haya que comprobar el accionador del motor y generar un informe apropiado.

Con referencia a la Figura 10, en algunas realizaciones, se presenta un ejemplo de diagrama de flujo que ilustra la activación adaptada al peso de un colapso controlado de un exoesqueleto. Como se ha analizado anteriormente, las fuerzas gravitacionales debidas al peso del usuario afectan a la funcionalidad de colapso controlado del exoesqueleto y, como tal, es deseable tener una característica de colapso controlado que sea adaptable al peso. De hecho, la característica de colapso controlado puede configurarse para adaptarse a una amplia gama demográfica de usuarios, de modo que el exoesqueleto (incluyendo la funcionalidad de colapso controlado) pueda adaptarse a diversos parámetros del usuario, tales como, pero sin limitación, el peso, altura, el género, características específicas del cuerpo del usuario. El colapso controlado adaptado al peso, en algunas realizaciones, puede permitir mantener los intervalos de tiempo de colapso controlado al menos sustancialmente invariables del peso del usuario. Es decir, ajustándose al peso del usuario del exoesqueleto, los periodos de tiempo del colapso (el tiempo total que tarda en bajar al suelo, por ejemplo) puede hacerse al menos sustancialmente independientes del peso del usuario del exoesqueleto. En algunas realizaciones, la adaptación a diversos pesos del usuario puede lograrse diseñando la función de colapso controlado al mayor peso posible y reduciendo a continuación la intensidad del colapso controlado (por ejemplo, aumentar la velocidad de colapso) de forma programada como una función del peso real del usuario. En otras palabras, puede establecerse inicialmente una velocidad de colapso deseada para el peso más alto que el exoesqueleto está diseñado para soportar, y las velocidades de colapso para cualquier otro peso pueden a continuación calibrarse de manera que los intervalos de tiempo durante su colapso controlado sean sustancialmente los mismos que los intervalos de tiempo del colapso controlado del peso más alto.

En la Figura 10, el colapso controlado adaptado al peso se activa mediante el control del conmutador de baja impedancia basándose, al menos parcialmente, en un análisis de la altura y/o la velocidad del colapso de un exoesqueleto. La Figura 10 muestra una realización en la que se utiliza la desactivación temporal del colapso controlado durante un colapso controlado adaptado al peso de un exoesqueleto. Dependiendo de la velocidad de colapso y/o de la altura de la caída, la característica de colapso controlado de un exoesqueleto puede activarse o desactivarse para disminuir o aumentar, respectivamente, la velocidad de colapso. Por ejemplo, el ciclo de trabajo de una señal de control PWM puede aumentar o disminuir para indicar la determinación de disminuir o aumentar, respectivamente, la velocidad de colapso. Estas señales de control del conmutador pueden proporcionarse a continuación al conmutador de baja impedancia. En alguna realización, las señales pueden ser analógicas. Un procesador de control interno (por ejemplo, procesador de colapso controlado especializado) puede controlar la velocidad de colapso controlado para permitir la duración de tiempo constante de un colapso (desde la posición vertical hasta la posición en el suelo). Como se describe a continuación con respecto a una realización de ejemplo de la Figura 11, el efecto puede lograrse manteniendo el conmutador de baja impedancia cerrado durante períodos de tiempo variables que dependen del peso del usuario.

La Figura 11 muestra una realización de ejemplo que ilustra el uso de patrones de control PWM para controlar el colapso controlado adaptado al peso de un exoesqueleto. En este ejemplo de realización representado en la Figura 11, la señal de control está activa LOW (BAJA) (es decir, el colapso controlado se activa cada vez que la señal de control es cero y se desactiva cada vez que la señal es alta). La altura sobre la superficie puede medirse mediante sensores inerciales/altímetro, sensor de proximidad, usando codificadores absolutos/incrementales incrustados en las articulaciones de las secciones del exoesqueleto, y/o similares. Durante la operación normal (digamos que el exoesqueleto está en posición estable de pie (etapa A) la altura y la velocidad de colapso son estables. La altura es nominal y la velocidad de colapso es cero. En el punto (1), se detecta un fallo de potencia y se activa el colapso controlado. Durante la etapa B, la altura comienza a disminuir en el punto (1) mientras que la velocidad aumenta debido a la aceleración. En el punto (2) un microprocesador de control puede analizar el cambio de altura, los datos de velocidad y aceleración para determinar que el colapso puede ser demasiado rápido (por ejemplo, el tiempo de colapso calculado o estimado supera un valor umbral). Basándose en la determinación, el microprocesador puede decidir reducir el ciclo de trabajo PWM para disminuir la velocidad de colapso. Durante la etapa C, la velocidad de colapso está estrechamente controlada, la aceleración se reduce (por ejemplo, a un valor infinitesimal), y la velocidad de colapso se mantiene en un valor casi constante. Durante la etapa C la altura disminuye casi linealmente. La etapa C finaliza cada vez que el exoesqueleto alcanza la superficie (suelo) en el punto (3). Este es el comienzo de la etapa D. La velocidad es cero y la señal de control se detiene. Así pues, el colapso controlado adaptado al peso concluyó.

Con referencia a la Figura 12, en algunas realizaciones, se muestran representaciones de ejemplo que ilustran los patrones de control para controlar por separado los segmentos de un exoesqueleto durante el colapso controlado adaptado al peso del exoesqueleto. Durante el colapso controlado, puede haber múltiples factores que afecten a la velocidad de colapso de cada segmento del exoesqueleto, incluyendo la fricción entre las articulaciones de los diferentes segmentos, posición inicial antes del colapso controlado del exoesqueleto, comportamiento del usuario, etc., que pueden afectar a la velocidad de colapso de los diversos segmentos del exoesqueleto. Puesto que, en algunas realizaciones, diversos segmentos pueden experimentar diferentes condiciones de colapso controlado, puede ser deseable establecer un mecanismo de colapso controlado que pueda equilibrar las posibles diferentes velocidades de colapso de los diversos segmentos del exoesqueleto durante el colapso. Un ejemplo de situaciones en las que diferentes segmentos pueden experimentar diferentes condiciones de colapso controlado incluye los deportes (por ejemplo, deportes como el patinaje y el patinaje artístico, donde la caída (colapso) puede ser una parte integral de la actividad, los deportistas son instruidos en la forma de caer). En algunas situaciones, se puede enseñar a los alumnos técnicas de caída seguras en las que las caídas no son necesariamente equilibradas/simétricas, es decir, los diferentes segmentos del exoesqueleto pueden caer en condiciones diferentes.

La Figura 14 ilustra un ejemplo de conjunto de patrones de control para controlar 4 segmentos de un exoesqueleto. En esta realización de ejemplo, los segmentos se controlan por separado durante un colapso controlado del exoesqueleto. El diagrama de la figura se separa en seis etapas:

ETAPA A: El exoesqueleto opera normalmente (se queda quieto). La altura es constante, no se detecta ningún fallo de potencia.

ETAPA B: Fallo de potencia detectado en el punto (1). El exoesqueleto entra en colapso controlado. Todos los segmentos están controlados por el mismo patrón, excepto el segmento 2. Este segmento está colapsando demasiado rápido y el controlador decide ralentizar la caída disminuyendo el ciclo de trabajo del control PWM.

ETAPA C: La alta aceleración alcanzada durante la etapa anterior lleva al controlador a reducir la velocidad de todos los segmentos, excepto el segmento 4. Este segmento está colapsando con el ritmo adecuado y, como tal, el controlador deja el mismo ciclo de trabajo de control para este segmento.

ETAPA D: Todos los segmentos comienzan a ralentizarse durante el colapso. Los segmentos 1 y 3 se controlan con el PWM de ciclo de trabajo bajo. Los segmentos 2 y 4 están en ruptura completa, el ciclo de trabajo es cero.

ETAPA E: Cerca del final del colapso controlado, el controlador decide flexionar el segmento 3 (ciclo de trabajo del 100 % sin rotura de motor). Los segmentos 1 y 2 son controlados por la señal PWM de bajo ciclo de trabajo y sólo el segmento 4 es controlado por la señal de alto ciclo de trabajo.

ETAPA F: El centro de la masa del cuerpo alcanza la superficie en el punto (2) de colapso finalizado. Todas las señales de control están desactivadas.

El ejemplo anterior con respecto a la Figura 12 ilustra un mecanismo de colapso controlado que controla por separado el colapso controlado de diferentes segmentos del exoesqueleto evaluando información tal como la altura, velocidad, aceleración, proximidad de la orientación, etc., para cada segmento controlado. Los datos pueden obtenerse por sensores situados estratégicamente a través de todo el exoesqueleto. Por ejemplo, los codificadores absolutos e incrementales incrustados en las articulaciones del exoesqueleto pueden proporcionar al menos algo de la información anterior. El análisis de la información anterior para todos los segmentos puede permitir a un procesador de control determinar cómo afectar el colapso de cada segmento como se describe en más detalle con respecto a la Figura 11 (por ejemplo, variando el ciclo de trabajo, etc.). Empleando el control basado en PWM de los conmutadores de baja resistencia que dan al exoesqueleto la capacidad de aumentar o disminuir la velocidad de colapso de cada segmento de forma independiente, las realizaciones divulgadas permiten que el colapso de un exoesqueleto se adapte a diversos comportamientos de colapso controlados por los usuarios, posiciones iniciales de colapso controlado y proporcionar un medio para realizar un procedimiento de colapso seguro personalizado siguiendo un patrón de colapso predefinido.

Con referencia a la Figura 13, en algunas realizaciones, se muestra un ejemplo de circuito de colapso controlado que comprende un circuito de recolección de energía para su uso en motores de baja impedancia configurados para gestionar el colapso controlado de un exoesqueleto. Como se ha analizado en detalla anteriormente, al menos una de las causas que precipitan el colapso controlado puede ser el fallo de la potencia en los dispositivos del exoesqueleto (donde el suministro de energía puede verse interrumpido en cuestión de milisegundos), lo que puede parecer contradictorio en el sentido de que un procesador de control que gestiona el colapso controlado puede consumir potencia para realizar las tareas asociadas al control o la gestión del colapso controlado (por ejemplo, generar PWM, analizar los datos, etc.), facilitar la apertura y el cierre de los conmutadores de baja impedancia, etc. En algunas realizaciones, puede haber al menos dos fuentes de alimentación en un sistema de exoesqueleto con una fuente de alimentación que funcione incorrectamente: un sistema de almacenamiento de energía de reserva y un sistema de recolección de energía diseñado para el colapso controlado, o una combinación de los mismos.

Un ejemplo de un sistema de almacenamiento de energía de reserva puede ser un supercondensador, que puede tener poco peso, alta disponibilidad de potencia y bajo tiempo de recarga. En algunas realizaciones, la recarga de un supercondensador de este tipo puede controlarse para evitar la corriente de entrada durante el encendido del exoesqueleto. Con respecto al circuito de recolección de energía, se puede usar una técnica de frenada regenerativa que recolecta el potencial o la energía producida como resultado del flujo de alta corriente al cerrar los conmutadores de baja impedancia. El flujo de alta corriente a través del inductor del circuito de recolección de energía puede generar un flujo magnético O, lo que conduce a, como consecuencia de la ley de Lenz, a la generación de un potencial de tensión en el inductor que puede transformarse en tensión adecuada para la electrónica del sistema y el almacenamiento (por ejemplo, en el supercondensador).

En algunas realizaciones, dada una pluralidad de fuentes de energía (sistema de almacenamiento y recolección, por ejemplo), el circuito de colapso controlado que comprende un circuito de recolección de energía puede comprender un selector de fuente de alimentación configurado para elegir una o más fuentes de alimentación para su uso durante el colapso controlado. Este selector puede basarse en simples diodos ORing o se puede utilizar un controlador de ruta de potencia más complejo. Por ejemplo, la selección de la fuente de alimentación puede depender de una diversidad de factores, tales como la disponibilidad de energía en las fuentes de alimentación, la cantidad de energía necesaria para ejecutar el colapso controlado, y/o similares.

En algunas realizaciones, el circuito de colapso controlado también puede comprender un módulo sensor configurado para detectar la tensión y la altura, orientación y posición del exoesqueleto. El módulo sensor proporciona los datos al controlador y al accionador del conmutador de baja resistencia. La tensión de detección puede coordinar la estrategia de control del conmutador del exoesqueleto.

Una vez seleccionada la fuente de alimentación por el selector de fuente de energía, en algunas realizaciones, la potencia puede suministrarse al controlador y al accionador del conmutador de baja resistencia por la fuente seleccionada. Tras recibir la potencia y los datos del módulo sensor, el controlador y el accionador del conmutador pueden hacer evaluaciones para determinar si debe modificarse alguno de los parámetros del colapso controlado del exoesqueleto. Por ejemplo, dependiendo de la disponibilidad de potencia de la fuente de alimentación, la altura del exoesqueleto sobre el suelo y la posición de los segmentos obtenida por el módulo sensor, en algunas realizaciones, el controlador y el accionador del conmutador pueden reducir los ciclos de trabajo de control PWM de sólo segmentos seleccionados del exoesqueleto. Como otro ejemplo, si la fuente de alimentación es baja, el control de colapso adaptable al peso se suspende y el exoesqueleto entra en una rutina de bajada no controlada sencilla.

El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para facilitar el colapso controlado de un dispositivo de exoesqueleto que incluye un motor, comprendiendo el método:

recibir una indicación de un fallo de potencia del dispositivo de exoesqueleto que inicia la caída al suelo del dispositivo de exoesqueleto o de un componente del mismo, generándose la indicación recibida por un circuito de detección de fallo de potencia en respuesta a recibir información relacionada con un rendimiento y/o un estado del dispositivo de exoesqueleto o del componente de uno o más sensores acoplados de forma operativa al dispositivo de exoesqueleto o al componente; y

establecer un circuito de baja impedancia entre un terminal positivo y un terminal negativo del motor para provocar la generación de una fuerza electromagnética que resista o ralentice la caída del dispositivo de exoesqueleto o del componente;

en donde el uno o más sensores comprenden un sensor de temperatura configurado para medir una temperatura de una fuente de alimentación del dispositivo de exoesqueleto y generar la información si la medición de la temperatura indica un funcionamiento incorrecto de la fuente de alimentación.

2. El método de la reivindicación 1, en donde el uno o más sensores comprenden un medidor de potencia configurado para:

recopilar datos sobre la disponibilidad de potencia en una fuente de alimentación del dispositivo de exoesqueleto, y generar la información si los datos recopilados indican una escasez o falta de suministro de potencia en la fuente de alimentación para alimentar el dispositivo de exoesqueleto o el componente.

3. El método de la reivindicación 2, en donde el medidor de potencia está configurado para generar la información después de filtrar el ruido de los datos.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el uno o más sensores comprenden un medidor de tensión y/o un medidor de corriente configurados para:

proporcionar, respectivamente, datos de tensión y/o corriente, en uno o más puntos a lo largo de un sistema de circuitos eléctricos del dispositivo de exoesqueleto, y

generar la información cuando los datos recopilados indican un fallo de potencia.

5. El método de la reivindicación 1, en donde la baja impedancia entre el terminal positivo y el terminal negativo se establece por un circuito de colapso controlado configurado para cerrar un conmutador de baja impedancia entre el terminal positivo y el terminal negativo.

6. El método de la reivindicación 5, en donde el circuito de colapso controlado incluye un accionador de potencia optoaislado configurado para abrir o cerrar el conmutador de baja impedancia.

7. Un dispositivo de exoesqueleto que incluye un motor que comprende un circuito de colapso para facilitar un colapso controlado del dispositivo de exoesqueleto, comprendiendo el circuito:

un procesador configurado para recibir una indicación de un fallo de potencia del dispositivo de exoesqueleto que hace que el dispositivo de exoesqueleto o un componente del mismo inicie una caída al suelo;

un accionador de potencia configurado para establecer una baja impedancia entre un terminal positivo y un terminal negativo del motor para provocar la generación de una fuerza electromagnética que resista o ralentice la caída del dispositivo de exoesqueleto o del componente;

un circuito de detección de fallo de potencia configurado para generar la indicación en respuesta a la recepción de información relacionada con un rendimiento y/o un estado del dispositivo de exoesqueleto o del componente de uno o más sensores acoplados de forma operativa al dispositivo de exoesqueleto o al componente; y

en donde el uno o más sensores incluyen un sensor de temperatura configurado para medir una temperatura de una fuente de alimentación del dispositivo de exoesqueleto y generar la información si la medición de la temperatura indica un funcionamiento incorrecto de la fuente de alimentación.

8. El dispositivo de exoesqueleto de la reivindicación 7, que comprende además el uno o más sensores que incluyen un medidor de potencia configurado para:

proporcionar datos sobre la disponibilidad de potencia en una fuente de alimentación del dispositivo de exoesqueleto, y

9. El dispositivo de exoesqueleto de la reivindicación 8, que comprende además un filtro configurado para filtrar el ruido de los datos antes de la generación de la información por el medidor de potencia.

10. El dispositivo de exoesqueleto de la reivindicación 7, que comprende además el uno o más sensores que incluyen un medidor de tensión y/o un medidor de corriente configurados para:

11. El dispositivo de exoesqueleto de la reivindicación 7, en donde el controlador de potencia incluye un accionador de potencia optoaislado configurado para abrir o cerrar el conmutador de baja impedancia para establecer una baja impedancia entre el terminal positivo y el terminal negativo del motor.