ES2959310T3 - Sistema de exoesqueleto de pierna y método - Google Patents

Abstract

Un sistema de exoesqueleto fluídico. El sistema puede incluir una o más unidades actuadoras fluídicas que tengan: una junta; un primer y un segundo brazo acoplados a la articulación; un actuador de fuelle inflable que se extiende entre una primera y una segunda placa asociadas con la articulación, definiendo el actuador de fuelle inflable una cavidad de fuelle, el actuador de fuelle inflable configurado para extenderse a lo largo de una longitud del actuador de fuelle cuando se infla introduciendo fluido en la cavidad de fuelle; y una o más nervaduras de restricción que se extienden desde la junta y las porciones circundantes del actuador de fuelle a lo largo de la longitud del actuador de fuelle. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de exoesqueleto de pierna y método

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de EE. UU. n.° 62/485,279, presentada el 13 de abril de 2017 titulada “ADJUSTABLE FLUIDIC ACTUATOR SYSTEM AND METHOD”.

Esta solicitud también está relacionada con la Solicitud de Patente EE. UU. n.° 15/887,866, presentada el 2 de febrero de 2018, titulada “SYSTEM AND METHOD FOR USER INTENT RECOGNITION”, y está relacionada con la Solicitud de Patente EE. UU. n.° 15/823,523, presentada el 27 de noviembre de 2017, titulada “PNEUMATIC EXOSKELETON SYSTEM AND METHOD”, y está relacionada con la Solicitud de Patente EE. UU. N.° 15/082,824, presentada el 28 de marzo de 2016, titulada “LOWER- LEG EXOSKELETON SYSTEM AND METHOD”.

Una disposición de la técnica anterior se conoce del documento US 3,993,056, que describe un aparato ortopédico que permite a los paralíticos permanecer de pie tiene una prenda de tela formada en pedazos separados para envolverse apretadamente alrededor de partes del cuerpo ubicadas entre articulaciones, los pedazos tienen estructuras de soporte inflables en forma de tubos verticales.

El documento JP2006000347A divulga una unidad accionadora fluídica según los rasgos del preámbulo de la reivindicación 1.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una ilustración de ejemplo de una realización de un sistema de exoesqueleto que lo lleva puesto un usuario.

La Fig. 2 es una ilustración de ejemplo de otra realización de un sistema de exoesqueleto que lo lleva puesto un usuario mientras esquía.

La Fig. 3 es una ilustración de ejemplo de una realización adicional de un sistema de exoesqueleto que lo lleva puesto un usuario mientras esquía.

Las Figs. 4a y 4b son ilustraciones de ejemplo de todavía una realización adicional de un sistema de exoesqueleto que se lleva puesto en la pierna de un usuario.

La Fig. 5 es un diagrama de bloques que ilustra una realización de un sistema de exoesqueleto.

La Fig. 6a ilustra una vista lateral de un accionador neumático en una configuración comprimida según una realización.

La Fig. 6b ilustra una vista lateral del accionador neumático de la Fig. 6a en una configuración expandida. La Fig. 7a ilustra una vista lateral en sección transversal de un accionador neumático en una configuración comprimida según otra realización.

La Fig. 7b ilustra una vista lateral en sección transversal del accionador neumático de la Fig. 7a en una configuración expandida.

La Fig. 8a ilustra una vista desde arriba de un accionador neumático en una configuración comprimida según otra realización.

La Fig. 8b ilustra una parte superior del accionador neumático de la Fig. 8a en una configuración expandida. La Fig. 9 ilustra una vista desde arriba de una nervadura de restricción de accionador neumático según una realización.

La Fig. 10a ilustra una vista en sección transversal de un fuelle de accionador neumático según otra realización. La Fig. 10b ilustra una vista lateral del accionador neumático de la Fig. 10a en una configuración expandida que muestra la sección transversal de la Fig. 10a.

La Fig. 11 ilustra un material plano de ejemplo que es sustancialmente inextensible a lo largo de uno o más ejes planos del material plano mientras es flexible en otras direcciones.

La Fig. 12 es una ilustración ejemplar de otra realización de una arquitectura de sistema accionador que usa una flexión como pivote para las nervaduras y un accionador con un diámetro variable que comprende un material inteligente incrustado con sensores que se pueden usar para medir alargamiento dentro de las paredes, medir posición de accionador, y similares.

Cabe señalar que las figuras pueden no están dibujadas a escala y que los elementos de estructuras o funciones similares generalmente están representados por números de referencia similares para fines ilustrativos en todas las figuras. También debe tenerse en cuenta que las figuras solo están destinadas a facilitar la descripción de las realizaciones preferidas. Las figuras no ilustran cada aspecto de las realizaciones descritas y no limitan el alcance de la presente divulgación.

Descripción detallada

La presente divulgación enseña realizaciones de ejemplo de un sistema de exoesqueleto fluídico que incluye uno o más accionadores fluídicos ajustables. Algunas realizaciones preferidas incluyen un accionador fluídico que puede ser manejado en diversos niveles de presión con una gran longitud de recorrido en una configuración que se puede orientar con una articulación en un cuerpo humano.

Según la presente invención, en un primer aspecto, se proporciona un accionador fluídico como se menciona en la Reivindicación 1. En un aspecto adicional de la invención, se proporciona un sistema de exoesqueleto portable según la reivindicación 8, que comprende la unidad accionadora de la reivindicación 1. Rasgos adicionales, preferibles, del accionador fluídico y el sistema de exoesqueleto portable se presentan en las reivindicaciones dependientes.

Cambiando a la Fig. 1, se ilustra un ejemplo de una realización de un sistema de exoesqueleto 100 que lo lleva puesto un usuario humano 101. Como se muestra en este ejemplo, el sistema de exoesqueleto 100 comprende una unidad accionadora de pierna izquierda y derecha 110L, 110R que se acoplan respectivamente a una pierna izquierda y derecha 102L, 102R del usuario. En esta ilustración de ejemplo, partes de la unidad accionadora de pierna derecha 110R están ocultadas por la pierna derecha 102R; sin embargo, debe quedar claro que en diversas realizaciones las unidades accionadoras de pierna izquierda y derecha 110L, 110R pueden ser sustancialmente imágenes especulares entre sí.

Las unidades accionadoras de pierna 110 pueden incluir un brazo superior 115 y un brazo inferior 120 que se acoplan rotatoriamente por medio de una articulación 125. Un accionador de fuelle 130 se extiende entre placas 140 que se acoplan en extremos respectivos del brazo superior 115 y el brazo inferior 120, con las placas 140 acopladas para separar partes rotatorias de la articulación 125. Una pluralidad de nervaduras de restricción 135 se extienden desde la articulación 125 y circundan una parte del accionador de fuelle 130 como se describe más en detalle en esta memoria. Uno o más conjuntos de líneas neumáticas 145 se pueden acoplar al accionador de fuelle 130 para introducir y/o retirar fluido del accionador de fuelle 130 para provocar que el accionador de fuelle 130 se expanda y contraiga como se discute en esta memoria.

Las unidades accionadoras de pierna 110L, 110R se pueden acoplar respectivamente alrededor de las piernas 102L, 102R del usuario 101 con las articulaciones 125 posicionadas en la rodillas 103L, 103R del usuario 101 con los brazos superiores 115 de las unidades accionadoras de pierna 110L, 110R acoplados alrededor de las partes superiores de pierna 104L, 104R del usuario 101 por medio de uno o más acopladores 150 (p. ej., correas que rodean las piernas 104). Los brazos inferiores 120 de las unidades accionadoras de pierna 110L, 110R se pueden acoplar alrededor de las partes inferiores de pierna 105L, 105R del usuario 101 por medio de uno o más acopladores 150. Como se muestra en el ejemplo de la Fig. 1, un brazo superior 115 se puede acoplar a la parte superior de pierna 104 de una pierna 102 por encima de la rodilla 103 por medio de dos acopladores 150 y el brazo inferior 120 se puede acoplar a la parte inferior de pierna 105 de una pierna 102 por debajo de la rodilla 103 por medio de dos acopladores 150. Es importante apreciar que algunos de estos componentes se pueden omitir en ciertas realizaciones, algunas de las cuales se discuten dentro. Adicionalmente, en realizaciones adicionales, uno o más de los componentes discutidos en esta memoria se pueden sustituir funcionalmente por una estructura alternativa para producir la misma funcionalidad.

Como se discute en esta memoria, un sistema de exoesqueleto 100 se puede configurar para diversos usos adecuados. Por ejemplo, las Figs. 2 y 3 ilustran un sistema de exoesqueleto 100 que es usado por un usuario al esquiar. Como se muestra en las Figs. 2 y 3 el usuario puede llevar puesto el sistema de exoesqueleto 100 y un conjunto de esquiar 200 que incluye una pareja de botas de esquí 210 y una pareja de esquís 220. En diversas realizaciones, los brazos inferiores 120 de las unidades accionadoras de pierna 110 se pueden acoplar de manera retirable a las botas de esquí 210 por medio de un acoplador 150. Tales realizaciones pueden ser deseables para dirigir fuerza desde las unidades accionadoras de pierna 110 al conjunto de esquiar. Por ejemplo, como se muestra en las Figs. 2 y 3, un acoplador 150 en el extremo distal del brazo inferior 120 puede acoplar la unidad accionadora de pierna 110 a la bota de esquí 210 y un acoplador 150 en el extremo distal del brazo superior 115 puede acoplar la unidad accionadora de pierna 110 a la pierna superior 104 del usuario 101.

Los brazos superior e inferior 115, 120 de una unidad accionadora de pierna 110 se pueden acoplar a la pierna 102 de un usuario 101 de diversas maneras adecuadas. Por ejemplo, la Fig. 1 ilustra un ejemplo donde los brazos superior e inferior 115, 120 y la articulación 125 de la unidad accionadora de pierna 110 se acoplan a lo largo de caras laterales de las partes superior e inferior 104, 105 de la pierna 102. Las Figs. 4a y 4b ilustran otro ejemplo de un sistema de exoesqueleto 100 donde la articulación 125 se dispone lateralmente y adyacente a la rodilla 103 con un eje de rotación K de la articulación 125 dispuesto coincidente con un eje de rotación de la rodilla 103. El brazo superior 115 puede extenderse desde la articulación 125 a lo largo de una cara lateral de la pierna superior 104 a una cara anterior de la pierna superior 104. La parte del brazo superior 115 en la cara anterior de la pierna superior 104 puede extenderse a lo largo de un eje U. El brazo inferior 120 puede extenderse desde la articulación 125 a lo largo de una cara lateral de la pierna inferior 105 desde una ubicación medial en la articulación 125 a una ubicación posterior en un extremo inferior de la pierna inferior 105 con una parte que se extiende a lo largo de eje L que es perpendicular a eje K.

En diversas realizaciones, la estructura de articulación 125 puede restringir el accionador de fuelle 130 de manera que la fuerza creada por presión de fluido de accionador dentro del accionador de fuelle 130 se puede dirigir alrededor de un centro instantáneo (que puede fijarse o no en el espacio). En algunos casos de una articulación rotatoria o giratoria, o un cuerpo que desliza sobre una superficie curvada, este centro instantáneo puede coincidir con el centro instantáneo de rotación de la articulación 125 o una superficie curvada. Las fuerzas creadas por una unidad accionadora de pierna 110 alrededor de una articulación rotatoria 125 se pueden usar para aplicar un momento alrededor de un centro instantáneo así como todavía usarse para aplicar una fuerza dirigida. En algunos casos de una articulación prismática o lineal (p. ej., un carril de deslizamiento, o algo semejante), el centro instantáneo se puede considerar cinemáticamente ubicado en el infinito, en cuyo caso la fuerza dirigida alrededor de este centro instantáneo infinito se puede considerar como fuerza dirigida a lo largo del eje de movimiento de la articulación prismática. En diversas realizaciones, puede ser suficiente para que una articulación rotatoria 125 sea construida desde un mecanismo de pivote mecánico. En tal realización, la articulación 125 puede tener un centro de rotación fijo que es fácil de definir, y el accionador de fuelle 130 puede moverse respecto a la articulación 125. En una realización adicional, puede ser beneficioso que la articulación 125 comprenda un enlazamiento complejo que no tiene un único centro de rotación fijo. En incluso otra realización, la articulación 125 puede comprender un diseño de flexión que no tiene un pivote de articulación fijo. En todavía realizaciones adicionales, la articulación 125 puede comprender una estructura, tal como una articulación humana, articulación robótica, o algo semejante.

En diversas realizaciones, la unidad accionadora de pierna 110 (p. ej., que comprende accionador de fuelle 130, estructura de articulación 125, nervaduras de restricción 135 y similares) se puede integrar en un sistema para usar la fuerza generada dirigida de la unidad accionadora de pierna 110 para conseguir diversas tareas. En algunos ejemplos, una unidad accionadora de pierna 110 puede tener uno o más beneficios únicos cuando la unidad accionadora de pierna 110 se configura para ayudar al cuerpo humano o se incluye en un sistema de exoesqueleto 100 energizado. En una realización de ejemplo, la unidad accionadora de pierna 110 se puede configurar para ayudar al movimiento de un usuario humano alrededor de la articulación de rodilla 103 del usuario. Para hacer esto, en algunos ejemplos, el centro instantáneo de la unidad accionadora de pierna 110 se puede diseñar para coincidir o casi coincidir con el centro instantáneo de rotación de la rodilla (p. ej., alineado a lo largo de eje común K como se muestra en la Fig. 4a). En una configuración de ejemplo, la unidad accionadora de pierna 110 se puede posicionar lateral a la articulación de rodilla 103 como se muestra en las Figs. 1, 2, 3, y 4a (a diferencia de en la parte delantera o detrás). En otra configuración de ejemplo, la unidad accionadora de pierna 110 se puede posicionar detrás de la rodilla 103, delante de la rodilla 103, en el interior de la rodilla 103, o algo semejante. En diversos ejemplos, la articulación de rodilla humana 103 puede funcionar como (p. ej., además o en lugar de) la articulación 125 de la unidad accionadora de pierna 110.

Por claridad, realizaciones de ejemplo discutidas en esta memoria no deben verse como limitación de las aplicaciones potenciales de la unidad accionadora de pierna 110 descrita dentro de esta divulgación. La unidad accionadora de pierna 110 se puede usar en otras articulaciones del cuerpo que incluyen pero sin limitación a esto codo, cadera, dedo, columna o cuello, y en algunas realizaciones, la unidad accionadora de pierna 110 se puede usar en aplicaciones que no están en el cuerpo humano tal como en robótica, para accionamiento de finalidad general, o algo semejante.

Algunas realizaciones pueden aplicar una configuración de una unidad accionadora de pierna 110 como se describe en la presente memoria para aplicaciones de accionamiento lineal. En una realización de ejemplo, el fuelle 130 puede comprender una construcción impermeable/inextensible de dos capas, y un extremo de las nervaduras de restricción 135 se puede fijar al fuelle 135 en posiciones predeterminadas. La estructura de articulación 125 en diversas realizaciones se puede configurar como serie de deslizaderas en una pareja de carriles guía lineales, donde el extremo restante de cada nervadura de restricción 135 se conecta a una deslizadera. El movimiento y la fuerza del accionador fluídico puede por lo tanto estar restringidos y dirigidos a lo largo del carril lineal.

La Fig. 5 es un diagrama de bloques de una realización de ejemplo de un sistema de exoesqueleto 100 que incluye un dispositivo de exoesqueleto 510 que se conecta funcionalmente a un sistema neumático 520. El dispositivo de exoesqueleto 510 comprende un procesador 511, una memoria 512, uno o más sensores 513 y una unidad de comunicación 514. Una pluralidad de accionadores 130 se acoplan funcionalmente al sistema neumático 520 por medio de respectivas líneas neumáticas 145. La pluralidad de accionadores 130 incluyen una pareja accionadores de rodilla 130L, 130R que se posicionan en el lado derecho e izquierdo de un cuerpo 100. Por ejemplo, como se ha discutido anteriormente, el sistema de exoesqueleto 100 de ejemplo mostrado en la Fig. 5 puede comprender una unidad accionadora de pierna izquierda y derecha 110l , 110R en respectivos lados del cuerpo 101 como se muestra en las Figs. 1-3.

En diversas realizaciones, el sistema 100 de ejemplo se puede configurar para mover y/o mejorar el movimiento del usuario que lleva puesto el sistema de exoesqueleto 110D. Por ejemplo, el dispositivo de exoesqueleto 510 puede proporcionar instrucciones al sistema neumático 520, que puede inflar y/o desinflar selectivamente los accionadores de fuelle 130 por medio de líneas neumáticas 145. Tal inflado y/o desinflado selectivo de los accionadores de fuelle 130 puede mover una o ambos piernas 102 para generar y/o aumentar movimientos corporales tales como caminar, correr, saltar, escalar, elevar, lanzar, agacharse, esquiar o algo semejante. En realizaciones adicionales, el sistema neumático 520 se puede controlar manualmente, configurado para aplicar una presión constante, o manejarse de cualquier otra manera adecuada.

En algunas realizaciones, tales movimientos pueden ser controlados y/o programados por el usuario 101 que está llevando puesto el sistema de exoesqueleto 100 o por otra persona. En algunas realizaciones, el sistema de exoesqueleto 100 puede ser controlado por movimiento del usuario. Por ejemplo, el dispositivo de exoesqueleto 510 puede sentir que el usuario está caminando y llevando un carga y puede proporcionar una asistencia energizada al usuario por medio de los accionadores 130 para reducir el esfuerzo asociado con la carga y con caminar. De manera similar, cuando un usuario 101 lleva puesto el sistema de exoesqueleto 100 mientras esquía, el sistema de exoesqueleto 100 puede sentir movimientos del usuario 101 (p. ej., hechos por el usuario 101, en respuesta al terreno, o algo semejante) y puede proporcionar una asistencia energizada al usuario por medio de los accionadores 130 para mejorar o proporcionar una asistencia al usuario mientras esquía.

Por consiguiente, en diversas realizaciones, el sistema de exoesqueleto 130 puede reaccionar automáticamente sin interacción directa del usuario. En realizaciones adicionales, los movimientos pueden ser controlados en tiempo real por un controlador, palanca de mando o control mental. Adicionalmente, algunos movimientos pueden preprogramarse y activarse selectivamente (p. ej., caminar hacia delante, sentarse, agacharse) en lugar de ser completamente controlados. En algunas realizaciones, los movimientos pueden ser controlados por instrucciones generalizadas (p. ej. caminar desde el punto A al punto B, recoger una caja de la repisa A y moverla a la repisa B).

En diversas realizaciones, el dispositivo de exoesqueleto 100 se puede hacer funcionar para realizar métodos o partes de métodos descritos más en detalle a continuación. Por ejemplo, la memoria 512 puede incluir instrucciones no transitorias legibles por ordenador, que si son ejecutadas por el procesador 511, pueden provocar que el sistema de exoesqueleto 100 realice métodos o partes de métodos descritos en esta memoria. La unidad de comunicación 514 puede incluir hardware y/o software que permiten al sistema de exoesqueleto 100 comunicarse con otros dispositivos, incluido un dispositivo de usuario, un servidor de clasificación, otro sistemas de exoesqueleto, o algo semejante, directamente o por medio de una red.

En algunas realizaciones, los sensores 513 pueden incluir cualquier adecuado tipo de sensor, y los sensores 513 pueden ubicarse en una ubicación central o se pueden distribuir alrededor del sistema de exoesqueleto 100. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el sistema de exoesqueleto 100 puede comprender una pluralidad de acelerómetros, sensores de fuerza, sensores de posición, y similares, en diversas posiciones adecuadas, que incluyen en los brazos 115, 120, la articulación 125, accionadores 130 o cualquier otra ubicación. Por consiguiente, en algunos ejemplos, datos de sensor pueden corresponder a un estado físico de uno o más accionadores 130, un estado físico de una parte del sistema de exoesqueleto 100, un estado físico del sistema de exoesqueleto 100 generalmente, y similares. En algunas realizaciones, el sistema de exoesqueleto 100 puede incluir un sistema de posicionamiento global (GPS), cámara, sistema de detección de alcance, sensores ambientales, o algo semejante.

El sistema neumático 520 puede comprender cualquier dispositivo o sistema adecuado que se puede manejar para inflar y/o desinflar los accionadores 130 individualmente o como grupo. Por ejemplo, en una realización, el sistema neumático puede comprender un compresor de diafragma como se describe en la solicitud de patente relacionada 14/577,817 presentada el 19 de diciembre de 2014.

Como se discute en esta memoria, diversos sistemas de exoesqueleto 100 adecuados se pueden usar de diversas maneras adecuadas y para diversas aplicaciones adecuadas. Sin embargo, tales ejemplos no se deben interpretar como limitantes de la gran variedad de sistemas de exoesqueleto 100 o partes del mismo que están dentro del alcance de la presente divulgación. Por consiguiente, los sistemas de exoesqueleto 100 que son más o menos complejos que los ejemplos de las Figs. 1, 2, 3, 4a, 4b y 5 están dentro del alcance de la presente divulgación.

Adicionalmente, si bien diversos ejemplos están relacionados con un sistema de exoesqueleto 100 asociado con las piernas o la parte inferior del cuerpo de un usuario, ejemplos adicionales se pueden relacionar con cualquier parte adecuada de un cuerpo de usuario, incluido torso, brazos, cabeza, piernas, o algo semejante. También, si bien diversos ejemplos están relacionados con exoesqueletos, debe quedar claro que la presente divulgación se puede aplicar a otros tipos similares de tecnología, incluidas prótesis, implantes corporales, robots, o algo semejante. Además, si bien algunos ejemplos pueden estar relacionados con usuarios humanos, otros ejemplos pueden están relacionados con usuarios animales, usuarios robots, diversas formas de maquinaria, o algo semejante.

Cambiando a las Figs. 6a, 6b, 7a y 7b, ejemplos de una unidad accionadora de pierna 110 que incluye la articulación 125, fuelle 130, nervaduras de restricción 135, y placas base 140. Más específicamente, la Fig. 6a ilustra una vista lateral de una unidad accionadora de pierna 110 en una configuración comprimida y la Fig. 6b ilustra una vista lateral de la unidad accionadora de pierna 110 de la Fig. 6a en una configuración expandida. La Fig. 7a ilustra una vista lateral en sección transversal de una unidad accionadora de pierna 110 en una configuración comprimida y la Fig. 7b ilustra una vista lateral en sección transversal de la unidad accionadora de pierna 110 de la Fig. 7a en una configuración expandida.

Como se muestra en las Figs. 6a, 6b, 7a y 7b, la articulación 125 puede tener una pluralidad de nervaduras de restricción 135 que se extienden desde la articulación 125 y se acoplan a esta, que rodean o topan con una parte del fuelle 130. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las nervaduras de restricción 135 pueden topar con los extremos 132 del fuelle 130 y pueden definir algunas o todas las placas base 140 contra las que pueden empujar los extremos 132 del fuelle 130. Sin embargo, en algunos ejemplos, las placas base 140 pueden ser elementos separados y/o diferente a las nervaduras de restricción 135 (p. ej., como se muestra en la Fig. 1). Adicionalmente, una o más nervaduras de restricción 135 se pueden disponer entre los extremos 132 del fuelle 130. Por ejemplo, las Figs. 6a, 6b, 7a y 7b ilustran una nervadura de restricción 135 dispuesta entre los extremos 132 del fuelle 130 y la Fig. 1 ilustra cuatro nervaduras de restricción 135 dispuestas entre los extremos 132 del fuelle 130. Realizaciones adicionales pueden incluir cualquier número adecuado de nervaduras de restricción 135 dispuestas entre los extremos del fuelle 130, incluyendo 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 100 y similares.

Como se muestra en secciones transversales de las Figs. 7a y 7b, el fuelle 130 puede definir una cavidad 131 que se puede rellenar con fluido (p. ej., aire), para expandir el fuelle 130, que puede provocar que el fuelle se alargue a lo largo del eje B como se muestra en las Figs. 6b y 7b. Por ejemplo, aumentar una presión y/o volumen de fluido en el fuelle 130 mostrado en la Fig. 6a puede provocar que el fuelle 130 se expanda a la configuración mostrada en la Fig. 6b. De manera similar, aumentar una presión y/o volumen de fluido en el fuelle 130 mostrado en la Fig. 7a puede provocar que el fuelle 130 se expanda a la configuración mostrada en la Fig. 7b. Por claridad, el uso del término 'fuelle' es para describir un componente en la unidad accionadora 110 descrita y no pretende limitar la geometría de la componente. El fuelle 130 se puede construir con una variedad de geometrías que incluyen, pero sin limitación a esto: un tubo cilindrico constante, un cilindro de área de sección transversal variable, una geometría de tejido 3-D que infla a una forma de arco definida, y similares.

Como alternativa, disminuir una presión y/o volumen de fluido en el fuelle 130 mostrado en la Fig. 6b puede provocar que el fuelle 130 se contraiga a la configuración mostrada en la Fig. 6a. De manera similar, disminuir una presión y/o volumen de fluido en el fuelle 130 mostrado en la Fig. 7b puede provocar que el fuelle 130 se contraiga a la configuración mostrada en la Fig. 7a. Tal aumento o disminución de una presión o volumen de fluido en el fuelle 130 puede ser realizado por el sistema neumático 520 y las líneas neumáticas 145 del sistema de exoesqueleto 100, que pueden ser controladas por el dispositivo de exoesqueleto 510 (véase la Fig. 5).

En una realización preferida, el fuelle 130 puede inflarse con aire; sin embargo, en realizaciones adicionales, para inflar el fuelle 130 se puede usar cualquier fluido adecuado. Por ejemplo, para inflar y/o desinflar el fuelle 130 se pueden usar gases que incluyen oxígeno, helio, nitrógeno y/o argón, o algo semejante. En realizaciones adicionales, para inflar el fuelle 130 se puede usar un líquido tal como agua, un aceite, o algo semejante. Adicionalmente, si bien algunos ejemplos discutidos en esta memoria están relacionados con introducir y retirar fluido de un fuelle 130 para cambiar la presión dentro del fuelle 130, ejemplos adicionales pueden incluir calentar y/o enfriar un fluido para modificar una presión dentro del fuelle 130.

Como se muestra en las Figs. 6a, 6b, 7a y 7b, las nervaduras de restricción 135 pueden soportar y restringir el fuelle 130. Por ejemplo, inflar el fuelle 130 provoca que el fuelle 130 se expanda a lo largo de una longitud del fuelle 130 y también provoca que el fuelle 130 se expanda radialmente. Las nervaduras de restricción 135 pueden restringir la expansión radial de una parte del fuelle 130. Adicionalmente, como se discute en esta memoria, el fuelle 130 comprende un material que es flexible en una o más direcciones y las nervaduras de restricción 135 pueden controlar la dirección de expansión lineal del fuelle 130. Por ejemplo, en algunas realizaciones, sin nervaduras de restricción 135 u otras estructuras de restricción el fuelle 130 se herniaría o doblaría fuera del eje incontroladamente de manera que no se aplicaría la fuerza adecuada a las placas base 140 de manera que los brazos 115, 120 no se accionarían de manera adecuada o controlada. Por consiguiente, en diversas realizaciones, las nervaduras de restricción 135 pueden ser deseables para generar un eje de expansión B consistente y controlable para el fuelle 130 conforme se inflan y/o desinflan.

En algunos ejemplos, el fuelle 130 en una configuración desinflada puede extenderse sustancialmente pasado un borde radial de las nervaduras de restricción 135 y pueden retraerse durante el inflado para extenderse menos que pasado el borde radial de las nervaduras de restricción 135, para extenderse al borde radial de las nervaduras de restricción 135, o no extenderse menos que pasado el borde radial de las nervaduras de restricción 135. Por ejemplo, la Fig. 7a ilustra una configuración comprimida del fuelle 130 donde el fuelle 130 se extiende sustancialmente pasado un borde radial de las nervaduras de restricción 135 y la Fig. 7b ilustra el fuelle 130 retrayéndose durante el inflado para extenderse menos que pasado el borde radial de las nervaduras de restricción 135 en una configuración inflada del fuelle 130.

De manera similar, la Fig. 8a ilustra una vista desde arriba de una configuración comprimida de fuelle 130 donde el fuelle 130 se extiende sustancialmente pasado un borde radial de nervaduras de restricción 135 y la Fig. 8b ilustra una vista desde arriba donde el fuelle 130 se retrae durante el inflado para extenderse menos que pasado el borde radial de las nervaduras de restricción 135 en una configuración inflada del fuelle 130.

Las nervaduras de restricción 135 se pueden configurar de diversas manera adecuadas. Por ejemplo, las Figs.

8a, 8b y 9 ilustran una vista desde arriba de una realización de ejemplo de una nervadura de restricción 135 que tiene una pareja de brazos de nervadura 136 que se extienden desde la articulación 125 y se acoplan con un anillo de nervadura circular 137 que define una cavidad de nervadura 138 a través de la que puede extenderse una parte del fuelle 130 (p. ej., como se muestra en las Figs. 7a, 7b, 8a y 8b). En diversos ejemplos, la una o más nervaduras de restricción 135 pueden ser un elemento sustancialmente plano con los brazos de nervadura 136 y el anillo de nervadura 137 dispuestos dentro de un plano común.

En realizaciones adicionales, la una o más nervaduras de restricción 135 pueden tener cualquier otra configuración adecuada. Por ejemplo, algunas realizaciones pueden tener cualquier número adecuado de brazos de nervadura 136, incluido uno, dos, tres, cuatro, cinco, o algo semejante. Adicionalmente, el anillo de nervadura 137 puede tener diversas formas adecuadas y no tienen por qué ser circulares, incluido uno o ambos de un borde interior que define la cavidad de nervadura 138 o un borde exterior del anillo de nervadura 137.

En diversas realizaciones, las nervaduras de restricción 135 se pueden configurar para dirigir el movimiento del fuelle 130 a través de un camino barrido alrededor de algún centro instantáneo (que puede fijarse o no en el espacio) y/o para impedir el movimiento del fuelle 130 en direcciones no deseadas, tales como pandeo fuera del plano. Como resultado, el número de nervaduras de restricción 135 incluidas en algunas realizaciones puede variar dependiendo de la geometría y la carga específicas de la unidad accionadora de pierna 110. Ejemplos pueden ir desde una nervadura de restricción 135 a cualquier número adecuado de nervaduras de restricción 135; según el número de nervaduras de restricción 135 no se debe tomar como que limita la aplicabilidad de la invención.

La una o más nervaduras de restricción 135 se pueden construir de varias maneras. Por ejemplo la una o más nervaduras de restricción 135 pueden variar en construcción en una unidad accionadora de pierna 110 dada, y/o pueden requerir o no conexión a la estructura de articulación 125. En diversas realizaciones, las nervaduras de restricción 135 se pueden construir como componente integral de una articulación rotatoria estructura central 125. Una realización de ejemplo de este tipo de estructura puede incluir una articulación de pasador rotatorio mecánico, donde las nervaduras de restricción 135 se conectan a la articulación 125, y pueden pivotar alrededor de esta, en un extremo de la articulación 125, y se unen a una capa exterior inextensible del fuelle 130 en el otro extremo. En otro conjunto de realizaciones, las nervaduras de restricción 135 se pueden construir en forma de una única estructura de flexión que dirige el movimiento del fuelle 130 por toda la amplitud de movimiento para la unidad accionadora de pierna 110. Otra realización de ejemplo use una nervadura de restricción de flexión 135 que no se conecta integralmente a la estructura de articulación 125 pero en cambio se une externamente a una estructura de articulación 125 previamente ensamblada. Otra realización de ejemplo puede comprender la nervadura de restricción 125 compuesta de pedazos de tela envuelta alrededor del fuelle 130 y unidos a la estructura de articulación 125, que actúan como una hamaca para restringir y/o guiar el movimiento del fuelle 130. Hay métodos adicionales disponibles para construir las nervaduras de restricción 135 que se pueden usar en realizaciones adicionales que incluyen aunque sin quedar limitado a esto un enlazamiento, una flexión rotacional conectada alrededor de la articulación 125, y similares.

En algunos ejemplos, una consideración de diseño para las nervaduras de restricción 135 puede ser cómo la una o más nervaduras de restricción 125 interactúan con el fuelle 130 para guiar el camino del fuelle 130. En diversas realizaciones, las nervaduras de restricción 135 se pueden fijar al fuelle 130 en ubicaciones predefinidas a lo largo de la longitud del fuelle 130. Una o más nervaduras de restricción 135 se pueden acoplar al fuelle 130 de diversas maneras adecuadas, incluyendo, pero sin limitación a esto, coser, pinzas mecánicas, interferencia geométrica, integración directa, y similares. En otras realizaciones, las nervaduras de restricción 135 se pueden configurar de manera que las nervaduras de restricción 135 flotan a lo largo de la longitud del fuelle 130 y no se fijan al fuelle 130 en puntos de conexión predeterminados. En algunas realizaciones, las nervaduras de restricción 135 se pueden configurar para restringir un área en sección transversal del fuelle 130. Una realización de ejemplo puede incluir un fuelle tubular 130 unido a una nervadura de restricción 135 que tiene una sección transversal ovalada, que en algunos ejemplos puede ser una configuración para reducir la anchura del fuelle 130 en esa ubicación cuando se infla el fuelle 130.

El fuelle 130 puede tener diversas funciones en algunas realizaciones, que incluye contener fluido operativo de la unidad accionadora de pierna 110, resistir fuerzas asociadas con presión de funcionamiento de la unidad accionadora de pierna 110, y similares. En diversos ejemplos, la unidad accionadora de pierna 110 puede funcionar a una presión de fluido por encima, por debajo o a aproximadamente presión ambiente. En diversas realizaciones, el fuelle 130 puede comprender uno o más materiales flexibles, pero inextensibles o prácticamente inextensibles a fin de resistir la expansión (p. ej., más allá de lo deseado en direcciones distintas a una dirección pretendida de la aplicación de fuerza o el movimiento) del fuelle 130 más allá de lo deseado cuando se presuriza por encima de la presión ambiente. Adicionalmente, el fuelle 130 puede comprender un material impermeable o semiimpermeable a fin de contener el fluido de accionador.

Por ejemplo, en algunas realizaciones, el fuelle 130 puede comprender un material laminar flexible tal como nailon tejido, caucho, policloropreno, un plástico, látex, una tela, o algo semejante. Por consiguiente, en algunas realizaciones, el fuelle 130 se puede hacer de un material plano que es sustancialmente inextensible a lo largo de uno o más ejes planos del material plano mientras es flexible en otras direcciones. Por ejemplo, la Fig. 11 ilustra una vista lateral de un material plano 1100 (p. ej., una tela) que es sustancialmente inextensible a lo largo del eje X que es coincidente con el plano del material 1100, pero flexible en otras direcciones, incluido el eje Z. En el ejemplo de la Fig. 11, el material 1100 se muestra flexionado hacia arriba y hacia abajo a lo largo de eje Z mientras es inextensible a lo largo del eje X. En diversas realizaciones, el material 1100 también puede ser inextensible a lo largo de un eje Y (no se muestra) que es también coincidente con el plano del material 1100 como el eje X y perpendicular al eje X.

En algunas realizaciones, el fuelle 130 se pueden hacer de un material tejido no plano que es inextensible a lo largo de uno o más ejes del material. Por ejemplo, en una realización el fuelle 130 puede comprender un tubo de tela tejida. El material de tela tejida puede proporcionar inextensibilidad a lo largo de la longitud del fuelle 130 y en la dirección circunferencial. Tales realizaciones todavía pueden configurarse a lo largo del cuerpo del usuario 101 para alinearse con el eje de una articulación deseada en el cuerpo 101 (p. ej., la rodilla 103).

En diversas realizaciones, el fuelle 130 puede desarrollar su fuerza resultante al usar una longitud de superficie interna y/o longitud de superficie externa restringidas que son una distancia restringida alejadas entre sí (p. ej. debido a un material inextensible como se ha discutido anteriormente). En algunos ejemplos, este tipo de diseño puede permitir al accionador contraerse en el fuelle 130, pero cuando se presuriza a cierto umbral, el fuelle 130 puede dirigir las fuerzas axialmente al presionar en las placas 140 de la unidad accionadora de pierna 110 porque no hay capacidad para que el fuelle 130 se expanda aún más en volumen de otro modo debido a ser incapaz de extenderse su longitud pasado una longitud máxima definida por el cuerpo del fuelle 130.

La Fig. 10a ilustra una vista en sección transversal de una unidad de accionador neumático 110 que incluye el fuelle 130 según otra realización y la Fig. 10b ilustra una vista lateral de la unidad de accionador neumático 110 de la Fig. 10a en una configuración expandida que muestra la sección transversal de la Fig. 10a. Como se muestra en la Fig. 10a, el fuelle 130 puede comprender una primera capa interna 132 que define la cavidad de fuelle 131 y puede comprender una segunda capa exterior 133 con una tercera capa 134 dispuesta entre las capas primera y segunda 132, 133. Por toda esta descripción, el uso del término 'capa' para describir la construcción del fuelle 130 no debe verse como limitador del diseño. El uso de 'capa' puede referirse a una variedad de diseños que incluyen pero sin limitación a esto: una hoja de material plano, una película húmeda, una película seca, un recubrimiento encauchado, una estructura co-moldeada, y similares.

En algunos ejemplos, la primera capa interna 132 puede comprender un material que es impermeable o semipermeable al fluido de accionador (p. ej., aire) y la segunda capa externa 133 puede comprender un material inextensible como se discute en esta memoria. Por ejemplo, como se discute en esta memoria, una capa impermeable puede referirse a una capa impermeable o semipermeable y una capa inextensible puede referirse a una capa inextensible o un prácticamente inextensible.

En algunas realizaciones que comprenden dos o más capas, la capa interna 132 se puede sobredimensionar ligeramente comparada con una segunda capa exterior inextensible 133 de manera que las fuerzas internas se pueden transferir a la segunda capa exterior inextensible de alta fortaleza 133. Una realización comprende un fuelle 130 con una primera capa interior de película de polímero poliuretano impermeable 132 y una trenza de nailon tejido como segunda capa exterior 133.

El fuelle 130 se puede construir de diversas maneras adecuadas en realizaciones adicionales, que pueden incluir un único diseño de capa que se construye de un material que proporciona tanto impermeabilidad a fluido como que es suficientemente inextensible. Otros ejemplos pueden incluir un conjunto de fuelle complejo que comprende múltiples capas laminadas que se fijan juntas en una única estructura. En algunos ejemplos, puede ser necesario limitar la altura de pila desinflada del fuelle 130 para maximizar la amplitud de movimiento de la unidad accionadora de pierna 110. En tal ejemplo, puede ser deseable seleccionar una tela de poco grosor que cumpla las otras necesidades de prestaciones del fuelle 130.

En incluso otra realización, puede ser deseable reducir la fricción entre las diversas capas del fuelle 130. En una realización, esto puede incluir la integración de una tercera capa 134 que actúa como capa intermedia antiabrasiva y/o de baja fricción entre las capas primera y segunda 132, 133. Otras realizaciones pueden reducir la fricción entre las capas primera y segunda 132, 133 de maneras alternativas o adicionales, incluyendo pero sin limitación a esto el uso de un lubricante húmedo, un lubricante seco, o múltiples capas de material de baja fricción. Por consiguiente, si bien el ejemplo de la Fig. 10a ilustra un ejemplo de un fuelle 130 que comprende tres capas 132, 133, 134, realizaciones adicionales pueden incluir un fuelle 130 que tiene cualquier número adecuado de capas, incluida una, dos, tres, cuatro, cinco, diez, quince, veinticinco, y similares. Tal una o más capas se pueden acoplar juntas a lo largo de caras colindantes en parte o como conjunto, con algunos ejemplos que definen una o más cavidad entre capas. En tales ejemplos, material tale como lubricantes u otros fluidos adecuados se pueden disponer en tales cavidades o tales cavidades pueden estar efectivamente vacías. Adicionalmente, como se describe en la presente memoria, una o más capas (p. ej., la tercera capa 134) no tienen por que ser una capa de material laminar o plano como se muestra en algunos ejemplos y en cambio puede comprender una capa definida por un fluido. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la tercera capa 134 puede ser definida por un lubricante húmedo, un lubricante seco, o algo semejante.

La forma inflada del fuelle 130 puede ser importante para el funcionamiento del fuelle 130 y/o la unidad accionadora de pierna 110 en algunas realizaciones. Por ejemplo, la forma inflada del fuelle 130 puede ser afectada a través del diseño de una parte tanto impermeable como inextensible del fuelle 130 (p. ej., la primera y segunda capa 132, 133). En diversas realizaciones, puede ser deseable construir una o más de las capas 132, 133, 134 del fuelle 130 fuera de diversos paneles bidimensional que pueden no ser intuitivos en una configuración desinflada.

En algunas realizaciones, una o más capas impermeables se pueden disponer dentro de la cavidad de fuelle 131 y/o el fuelle 130 puede comprender un material que es capaz de contener un fluido deseado (p. ej., una primera capa interna impermeable a fluido 132 como se discute en esta memoria). El fuelle 130 puede comprender un material flexible, elástico o deformable que puede funcionar para expandirse y contraerse cuando se infla o desinfla el fuelle 130 como se describe en la presente memoria. En algunas realizaciones, el fuelle 130 se puede predisponer hacia una configuración desinflada de manera que el fuelle 130 es elástico y tiende a volver a la configuración desinflada cuando no está inflado. Adicionalmente, aunque el fuelle 130 mostrado en esta memoria se configura para expandirse y/o extenderse cuando se infla con fluido, en algunas realizaciones, el fuelle 130 se puede configurar para acortarse y/o retraerse cuando se infla con fluido en algunos ejemplos. También, el término 'fuelle' como se emplea en esta memoria no debe interpretarse como limitador de ninguna manera. Por ejemplo el término 'fuelle' como se emplea en esta memoria no debe interpretarse como que requiere elementos tales como circonvoluciones u otros rasgos (aunque un fuelle enrevesado 130 puede estar presente en algunas realizaciones). Como se discute en esta memoria, el fuelle 130 puede adoptar diversas formas, tamaños, proporciones y similares que sean adecuados.

En diversas realizaciones, el fuelle 130 puede comprender un fuelle y/o sistema de fuelle como se describe en solicitud de patente relacionada de EE. UU. 14/064,071 presentada el 25 de octubre de 2013, que se emitió como patente 9,821,475; como se describe en la solicitud de patente de EE. UU. 14/064,072 presentada el 25 de octubre de 2013; como se describe en la solicitud de patente de EE. UU. 15/823,523 presentada el 27 de noviembre de 2017; o como se describe en la solicitud de patente de EE. UU. 15/472,740 presentada el 29 de marzo de 2017.

En algunas aplicaciones, el diseño de la unidad accionadora fluídica 110 se puede ajustar para expandir sus capacidades. Un ejemplo de este tipo de modificación se puede hacer para adaptar el perfil de par torsor de una configuración rotatoria de la unidad accionadora fluídica 110 de manera que el par cambia en función del ángulo de la estructura de articulación 125. Para conseguir esto en algunos ejemplos, la sección transversal del fuelle 130 se puede manipular para imponer un perfil de par torsor deseado de toda la unidad accionadora fluídica 110. En una realización, el diámetro del fuelle 130 se puede reducir en un centro longitudinal del fuelle 130 para reducir las capacidades de fuerza globales en la extensión completa del fuelle 130. En incluso otra realización, las áreas en sección transversal del fuelle 130 se pueden modificar para inducir un comportamiento de pandeo deseado de manera que el fuelle 130 no va a una configuración no deseable. En una realización de ejemplo, las configuraciones de extremo del fuelle 130 de una configuración rotatoria pueden tener el área de los extremos reducida ligeramente desde el diámetro nominal para permitir a las partes extremas del fuelle 130 pandear bajo carga hasta que la unidad accionadora 110 se extiende más allá de un ángulo de articulación predeterminado, punto en el que la parte extrema de diámetro más pequeño del fuelle 130 comenzaría a inflarse.

En otras realizaciones, esta misma capacidad se puede desarrollar modificando el comportamiento de las nervaduras de restricción 135. Como realización de ejemplo, el uso del mismo fuelle 130 de ejemplo que se discute en la realización anterior, dos nervaduras de restricción 135 pueden fijarse a dicho fuelle 130 en ubicaciones distribuidas uniformemente a lo largo de la longitud del fuelle 130. En algunos ejemplos, la meta de resistir un pandeo de inflado parcialmente puede combatirse permitiendo al fuelle 130 cerrarse de manera controlado conforme se cierra la unidad accionadora 110. Las nervaduras de restricción 135 pueden tener permitido acercarse a la estructura de articulación 125 pero no acercarse entre sí hasta haber tocado fondo contra la estructura de articulación 125. Esto puede permitir que la parte central del fuelle 130 permanezca en un estado totalmente inflado que puede ser la configuración más fuerte del fuelle 130 en algunos ejemplos.

En realizaciones adicionales, puede ser deseable optimizar el ángulo de fibra de la trenza individual o tejido del fuelle 130 para adaptar características de prestaciones específicas del fuelle 130 (p. ej., en un ejemplo donde un fuelle 130 incluye inextensibilidad proporcionada por un trenzado o tela tejida). En otras realizaciones, la geometría del fuelle 130 de la unidad accionadora 110 se puede manipular para permitir al sistema de exoesqueleto robótico 100 funcionar con diferentes características. Métodos de ejemplo para tal modificación pueden incluir, aunque sin quedar limitado a esto, los siguientes: el uso de materiales inteligentes en el fuelle 130 para manipular el comportamiento mecánico del fuelle 130 bajo una orden; o la modificación mecánica de la geometría del fuelle 130 a través de medios tales como acortando la longitud de funcionamiento y/o reduciendo el área en sección transversal del fuelle 130.

Una realización de ejemplo de esto incluye un fuelle 130 que tiene una capa inextensible con segmentos incrustados de aleación con memoria de forma, de manera que cuando los segmentos incrustados de aleación con memoria de forma se exponen a un impulso eléctrico, la rigidez de los segmentos incrustados de aleación con memoria de forma cambia, haciendo que el fuelle 130 se comporte de manera diferente cuando se coloca bajo presión o en otras condiciones. Por ejemplo, la Fig. 12 ilustra un ejemplo de una unidad de accionamiento 110 que tiene el fuelle 130 con una unidad de impulsos eléctricos 1200 acoplada al fuelle 130, que puede proporcionar un impulso eléctrico u otra señal eléctrica al fuelle 130 por medio de un línea 1205, que en algunos ejemplos se puede acoplar funcionalmente al dispositivo de exoesqueleto 510 (véase la Fig. 5). Por consiguiente, en algunas realizaciones el dispositivo de exoesqueleto 510 puede controlar la rigidez, la forma, u otra configuración adecuada de uno o más fuelles 130 de una o más unidades accionadoras 110 por medio de la unidad de impulsos eléctricos 1200. Tal control puede basarse en datos recibidos de los sensores 513 del dispositivo de exoesqueleto 510, que puede incluir datos que indican una actividad que es realizada por un usuario 101 (p. ej., caminar, estar de pie, correr, saltar, agacharse, subir escaleras, bajar escaleras, aterrizar, girar, sentarse, agarrar, esquiar, alcanzar, y similares); un estado de una o más partes de la unidad de accionamiento 110 (p. ej., brazos 115, 120, articulación 125, fuelle 130, nervaduras 135, o algo semejante); datos de condiciones ambientales; y similares. En otras palabras, la configuración de uno o más fuelles 130 se puede configurar selectivamente en tiempo real por el dispositivo de exoesqueleto 510 en función de diversos estados que pueden ser determinados por el dispositivo de exoesqueleto 510 en función de datos obtenidos por el dispositivo de exoesqueleto 510.

En ejemplos adicionales, una unidad accionadora fluídica 110 puede comprender un único fuelle 130 o una combinación de múltiples fuelle 130, cada con su propia composición, estructura y geometría. Por ejemplo, algunas realizaciones pueden incluir múltiples fuelles 130 dispuestos en paralelo o concéntricamente en el mismo conjunto de articulación 125 que se pueden acoplar según sea necesario. En una realización de ejemplo, un conjunto de articulación 125 se puede configurar para tener dos fuelles 130 dispuestos en paralelo directamente uno junto a otro. El sistema 100 puede elegir selectivamente acoplar cada fuelle 130 según sea necesario para permitir a la misma unidad accionadora fluídica 110 sacar diversas cantidades de fuerza en una configuración mecánica deseable.

En realizaciones adicionales, una unidad accionadora fluídica 110 puede incluir diversos sensores adecuados para medir propiedades mecánicas del fuelle 130 u otras partes de la unidad accionadora fluídica 110 que se pueden usar para estimar directa o indirectamente presión, fuerza o alargamiento en el fuelle 130 u otras partes de la unidad accionadora fluídica 110. En algunos ejemplos, sensores ubicados en la unidad accionadora fluídica 110 pueden ser deseables debido a la dificultad en algunas realizaciones asociadas con la integración de ciertos sensores en una configuración mecánica deseable mientras otros pueden ser más adecuados. Tales sensores en la unidad accionadora fluídica 110 se pueden conectar funcionalmente al dispositivo de exoesqueleto 510 (véase la Fig. 5) y el dispositivo de exoesqueleto 510 puede usar datos de tales sensores en la unidad accionadora fluídica 110 para controlar el sistema de exoesqueleto 100.

Las realizaciones descritas son susceptibles de diversas modificaciones y formas alternativas, y ejemplos específicos de las mismas se han mostrado a modo de ejemplo en los dibujos y en esta memoria se describen en detalle. La presente divulgación es para cubrir todas modificaciones, equivalentes y alternativas dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una unidad accionadora fluídica (110) que comprende:

una articulación (125);

un primer brazo (115) acoplado a la articulación;

un segundo brazo (120) acoplado a la articulación; en donde el primer brazo (115) y el segundo brazo (120) se acoplan rotatoriamente por medio de la articulación (125); caracterizado por

placas primera y segunda (140) asociadas con la articulación (125) y acopladas en extremos respectivos del primer brazo (115) y el segundo brazo (120); un accionador de fuelle inflable (130) que se extiende entre las placas primera y segunda (140) y que tiene una geometría de un tubo cilíndrico constante o un cilindro de área de sección transversal variable, y que define una cavidad de fuelle (131), el accionador de fuelle inflable configurado para extenderse a lo largo de una longitud del accionador de fuelle cuando se infla al introducir fluido en la cavidad de fuelle y para aplicar fuerza a las placas primera y segunda y provocar la rotación de los brazos primero y segundo alrededor de la articulación; y

una o más nervaduras de restricción (125) que se extienden desde la articulación y que rodean partes del accionador de fuelle a lo largo de la longitud del accionador de fuelle.

2. La unidad accionadora fluídica de la reivindicación 1, en donde la unidad accionadora fluídica se configura para ser llevada alrededor de una articulación del cuerpo de un usuario.

3. La unidad accionadora fluídica de la reivindicación 2, en donde la articulación se configura para alinearse con una rodilla del usuario que lleva la unidad accionadora fluídica, o en donde el primer brazo se configura para extenderse a lo largo de una longitud de una parte superior de pierna por encima de una rodilla del usuario que lleva puesta unidad accionadora fluídica; y en donde el segundo brazo se configura para extenderse a lo largo de una longitud de una parte inferior de pierna por debajo de la rodilla del usuario que lleva la unidad accionadora fluídica.

4. La unidad accionadora fluídica de la reivindicación 1, en donde la primera y segunda placa se extienden desde la articulación, o en donde un extremo distal del segundo brazo se configura acoplado a una bota de esquí de un conjunto de esquiar que incluye uno o más esquís.

5. La unidad accionadora fluídica de la reivindicación 1, en donde el accionador de fuelle comprende una primera capa (132) que define la cavidad de fuelle, la primera capa es sustancialmente impermeable a un fluido usado para inflar el fuelle, o en donde el accionador de fuelle comprende una segunda capa (133) que comprende un material plano inextensible que es sustancialmente inextensible a lo largo de uno o más ejes planos del material plano mientras es flexible en otras direcciones.

6. La unidad accionadora fluídica de la reivindicación 5, en donde el accionador de fuelle comprende una tercera capa (134) dispuesta entre las capas primera y segunda del fuelle, la tercera capa es una capa intermedia antiabrasiva y/o de bajo fricción entre las capas primera y segunda.

7. La unidad accionadora fluídica de la reivindicación 1, en donde la una o más nervaduras de restricción comprenden uno o más brazos de nervadura (136) que se extienden desde la articulación y se acoplan con un anillo de nervadura (137) que define una cavidad de nervadura a través de la se extiende una parte del accionador de fuelle.

8. Un sistema de exoesqueleto portable que comprende la unidad accionadora fluídica de la reivindicación 1, en donde:

la unidad accionadora fluídica es una unidad accionadora de pierna configurada para ser llevada en una pierna de un usuario que lleva puesto el sistema de exoesqueleto;

la articulación se configura para alinearse con una rodilla del usuario que lleva puesto el sistema de exoesqueleto;

el primer brazo es un brazo superior acoplado a la articulación y que se extiende a lo largo de una longitud de una parte superior de pierna por encima de la rodilla del usuario que lleva puesto el sistema de exoesqueleto; el segundo brazo es un brazo inferior acoplado a la articulación y que se extiende a lo largo de una longitud de una parte inferior de pierna por debajo de la rodilla del usuario que lleva puesto el sistema de exoesqueleto; y las placas primera y segunda se extienden desde la articulación.

9. El sistema de exoesqueleto portable de la reivindicación 8, en donde un extremo distal del brazo inferior de la unidad accionadora de pierna se acopla respectivamente a una bota de esquí de un conjunto de esquiar que incluye la bota de esquí y un esquí.

10. El sistema de exoesqueleto portable de la reivindicación 8, en donde el accionador de fuelle comprende además:

una primera capa interna (132) que define la cavidad de fuelle, la primera capa interna es sustancialmente impermeable al fluido usado para inflar el accionador de fuelle;

una segunda capa exterior (133) que comprende un material plano inextensible que es sustancialmente inextensible a lo largo de uno o más ejes planos del material plano mientras es flexible en otras direcciones; y una tercera capa (134) dispuesta entre las capas primera y segunda que actúa como capa intermedia antiabrasiva y/o de baja fricción entre las capas primera y segunda.

11. El sistema de exoesqueleto portable de la reivindicación 8, en donde el sistema de exoesqueleto es un sistema de exoesqueleto neumático que comprende

unidades accionadoras de pierna neumáticas izquierda y derecha configuradas para asociarse respectivamente con una pierna izquierda y derecha de un usuario que lleva puesto el sistema de exoesqueleto neumático, en donde, en cada una de las unidades accionadoras de pierna neumáticas izquierda y derecha: una pluralidad de nervaduras de restricción se extienden desde la articulación y circundan partes del accionador de fuelle a lo largo de la longitud del accionador de fuelle, y

en donde el sistema de exoesqueleto neumático comprende además:

un sistema neumático (520) configurado para introducir fluido neumático a los accionadores de fuelle de las unidades accionadoras de pierna neumáticas para accionar independientemente los accionadores de fuelle, y un dispositivo informático de exoesqueleto que incluye:

una pluralidad de sensores (513),

una memoria (512) que almacena al menos un programa de control, y

un procesador (511) que ejecuta el programa de control para controlar el sistema neumático basado al menos en parte en datos obtenidos por el dispositivo informático de exoesqueleto que incluye datos de sensor obtenidos de la pluralidad de sensores.

12. El sistema de exoesqueleto portable de la reivindicación 11, en donde un extremo distal de los brazos inferiores de las unidades accionadoras de pierna neumáticas se acoplan respectivamente a botas de esquí de un conjunto de esquiar que incluye las botas de esquí y esquís.

13. El sistema de exoesqueleto portable de la reivindicación 11, en donde cada uno de los accionadores de fuelle comprende además:

una primera capa interna (132) que define la cavidad de fuelle, la primera capa interna es sustancialmente impermeable al fluido neumático; y

una segunda capa exterior (133) que comprende un material plano inextensible que es sustancialmente inextensible a lo largo de los ejes planos del material plano mientras es flexible en otras direcciones, y preferiblemente en donde los accionadores de fuelle cada comprenden además una tercera capa (134) dispuesta entre las capas primera y segunda que actúa como capa intermedia antiabrasiva y/o de baja fricción entre las capas primera y segunda.

14. El sistema de exoesqueleto portable de la reivindicación 11, en donde cada uno de los accionadores de fuelle incluye además:

uno o más segmentos de aleación con memoria de forma incrustados que cambian de rigidez en respuesta a un impulso eléctrico, y

una unidad de impulsos eléctricos acoplada a los accionadores de fuelle que proporciona un impulso eléctrico a los respectivos segmentos de aleación con memoria de forma incrustados para cambiar la rigidez de los respectivos accionadores de fuelle, la unidad de impulsos eléctricos acoplada funcionalmente al dispositivo informático de exoesqueleto de manera que el dispositivo informático de exoesqueleto pueda controlar selectivamente la rigidez de los respectivos accionadores de fuelle.

15. El sistema de exoesqueleto portable de la reivindicación 11, en donde las nervaduras de restricción comprenden una pareja de brazos de nervadura que se extienden desde la articulación y se acoplan con un anillo de nervadura circular que define una cavidad de nervadura a través de la que se extiende una parte de los respectivos accionadores de fuelle.