FR2839443A1 - Self-propelling boots, skates or artificial feet for able bodied or disabled persons and robots, comprise fixed upper members and centrally pivoted lower members actuated by a compressed air bag - Google Patents
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Abstract
Description
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La marche et la course de personnes amputées d'une ou deux jambes peuvent être aidées par des prothèses à accumulation d'énergie. Certaines prothèses de jambes, pourvues de lames-ressorts élastiques souvent en matériaux composites à base de carbone ou de kevlar, sont dénommés pieds à accumulation d'énergie . The walking and running of people with one or two legs amputation can be helped by energy storage devices. Certain leg prostheses, provided with elastic leaf springs often made of composite materials based on carbon or kevlar, are called energy storage feet.
Ces systèmes passifs ont pour rôle d'emmagasiner une énergie de compression pendant l'appui au sol, puis de la restituer en impulsion. Cette énergie est produite au départ entièrement par le marcheur ou le coureur qui déplace son propre poids. Il faut noter que, même avec ces prothèses, une personne amputée d'une jambe doit faire plus d'efforts qu'une personne valide pour marcher à la même vitesse. These passive systems have the role of storing a compression energy during the support on the ground, then to restore it in impulse. This energy is produced at the start entirely by the walker or runner who moves his own weight. It should be noted that, even with these prostheses, a person with a leg amputation must make more effort than a valid person to walk at the same speed.
En 1976, Waters, Perry, Antonelli et Hislop (Journal of Bone and Joint Surgery 1976;58-A: 1:42-46) mesurèrent une consommation d'oxygène de 0.16 ml/kg/m pour des personnes valides et marchant à
82 mètres par minute, alors qu'elle était de 0. 20 ml/kg/m pour des personnes amputées sous le genou marchant à 71 mètres par minutes. In 1976, Waters, Perry, Antonelli and Hislop (Journal of Bone and Joint Surgery 1976; 58-A: 1: 42-46) measured an oxygen consumption of 0.16 ml / kg / m for able-bodied people walking
82 meters per minute, whereas it was 0. 20 ml / kg / m for amputees below the knee walking at 71 meters per minute.
Le coût énergétique supplémentaire de la marche en terrain plat d'un amputé tibial est estimé à 30-35% par rapport à un individu valide. Il augmente largement pour les amputés au niveau de la cuisse. The additional energy cost of walking on flat ground for a tibial amputee is estimated at 30-35% compared to a valid individual. It greatly increases for amputees in the thigh.
Il y a donc un déficit d'énergie à combler en concevant des systèmes à énergie embarquée par le marcheur ou le coureur, tout en restant dans des limites de poids acceptables. There is therefore an energy deficit to be filled by designing on-board energy systems for walkers or runners, while remaining within acceptable weight limits.
A la suite des travaux de Gitter, Czerniecki et De Groot en 1991, qui montraient qu'au cours de la marche, les mouvements impliquant la hanche, le genou et la cheville consommaient respectivement 22 joules par pas, 27 joules par pas, et 36 joules par pas, l'équipe de Glenn Klute, Kristen Jaax, Joseph Czerniecki et Blake Hannaford du "BioRobotics Lab" à l'Université de Washington aux USA a conçu un projet intitulé "Powered Prosthetics Project", dans lequel une jambe artificielle à énergie embarquée et comportant des muscles artificiels pneumatiques tibiaux allège l'effort de marche de la personne amputée et apporte les 36 joules par pas qui lui manquent dans l'effort impliquant la cheville. D'autre part, le
Sandia National Laboratory au Nouveau-Mexique aux USA développe une jambe artificielle complète avec fémur et muscles de cuisse artificiels, genou artificiel, tibia et muscles tibiaux artificiels, et munie de capteurs et de micro-processeurs actifs pour rendre à la personne amputée la sensation d'une marche aussi naturelle que possible. Following the work of Gitter, Czerniecki and De Groot in 1991, which showed that during walking, movements involving the hip, knee and ankle consumed 22 joules per step, 27 joules per step, and 36 joules par pas, the team of Glenn Klute, Kristen Jaax, Joseph Czerniecki and Blake Hannaford of the "BioRobotics Lab" at the University of Washington in the USA designed a project called "Powered Prosthetics Project", in which an artificial energy leg on board and comprising tibial pneumatic artificial muscles alleviates the walking effort of the amputee and brings the 36 joules per step that they lack in the effort involving the ankle. On the other hand, the
Sandia National Laboratory in New Mexico in the USA is developing a complete artificial leg with femur and artificial thigh muscles, artificial knee, tibia and artificial tibial muscles, and equipped with active sensors and microprocessors to give the amputee the sensation of 'a walk as natural as possible.
Pour contribuer à l'effort de marche (36 joules par pas) ou de course impliquant la cheville, la présente invention vise, elle, non pas à remplacer l'effort apporté par les muscles tibiaux, mais à apporter l'énergie qui manque directement aux pieds artificiels à accumulation d'énergie. To contribute to the effort of walking (36 joules per step) or of running involving the ankle, the present invention aims, it, not to replace the effort brought by the tibial muscles, but to provide the energy which is directly lacking artificial feet with energy accumulation.
Ce faisant, la présente invention élargit le champ d'exploration. En effet, on peut considérer qu'en cherchant à combler le déficit d'énergie subi par les personnes amputées par la conception de systèmes d'aide à la marche ou à la course à énergie embarquée, on rentre dans le domaine de la propulsion active, ce qui peut concerner aussi les personnes valides pour un nouveau moyen de déplacement urbain ou de randonnée pédestre très léger et très peu encombrant, concurrent de la trottinette électrique et des patins à roulettes. In doing so, the present invention widens the field of exploration. Indeed, we can consider that by seeking to make up for the energy deficit suffered by people with amputations by the design of walking or running assistance systems with on-board energy, we are entering the field of active propulsion , which can also apply to able-bodied people for a new, very light and space-saving means of urban travel or hiking, competing with electric scooters and roller skates.
D'autre part, le développement des robots marcheurs est en plein développement : d'engin mobiles sur des terrains accidentés, robots d'exploration, etc Devant l'attractivité du rendement énergétique de la marche et de la course et les possibilités qu'apporte ce mode de locomotion pour évoluer en tout-terrain, de nombreux laboratoires On the other hand, the development of walking robots is in full development: mobile vehicles on uneven terrain, exploration robots, etc. In front of the attractiveness of the energy efficiency of walking and running and the possibilities that brings this mode of locomotion to evolve in all terrain, many laboratories
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développent des robots marcheurs qui emportent avec eux une source d'énergie, des actionneurs et un grand nombre de systèmes de perception faisant appel à l'opto- électronique. develop walking robots which take with them a source of energy, actuators and a large number of perception systems using optoelectronics.
Dans l'invention, la conjonction des trois domaines: - nouveau moyen de locomotion, - nouveau type de prothèses pour personnes amputées, - développement des robots marcheurs , amène à concevoir un dispositif à la frontière des trois. In the invention, the conjunction of the three areas: - new means of locomotion, - new type of prostheses for amputees, - development of walking robots, leads to the design of a device at the border of the three.
Le dispositif de l'invention concerne une paire de chaussures auto-propulsives à énergie embarquée aidant à marcher ou à courir en assistant le mouvement des pieds et en soulageant l'effort du marcheur ou coureur. Les pieds peuvent être ceux d'une personne valide, ou les pieds artificiels d'une personne amputée et munie de prothèses jambe-pied, ou les pieds artificiels d'un robot marcheur. La réserve d'énergie peut être emportée dans un sac à dos, par exemple sous forme d'une petite bouteille d'air comprimé. The device of the invention relates to a pair of self-propelling shoes with on-board energy helping to walk or run by assisting the movement of the feet and by relieving the effort of the walker or runner. The feet can be those of a valid person, or the artificial feet of an amputee with leg-foot prostheses, or the artificial feet of a walking robot. The energy reserve can be carried in a backpack, for example in the form of a small bottle of compressed air.
Dans une version élaborée, l'intensité de l'impulsion donnée par les auto-propulseurs peut être optimisée en temps réel par un système de perception embarqué. In an elaborate version, the intensity of the pulse given by the self-propellers can be optimized in real time by an on-board perception system.
DEPENSES ENERGETIQUES DUES A DES DEPENSES PHYSIQUES: Chez l'Homme, une heure d'effort modéré correspond à une puissance motrice de 150 W à 250 W, et un effort bref intense développe pendant un temps bref 4 fois cette puissance (600 W à 1000 W). ENERGY EXPENDITURE DUE TO PHYSICAL EXPENDITURE: In humans, one hour of moderate effort corresponds to a motor power of 150 W to 250 W, and an intense brief effort develops for a brief time 4 times this power (600 W to 1000 W).
Les sportifs de très haut niveau, comme les recordmen de l'heure à vélo, arrivent à développer, une heure durant, une puissance dépassant les 400 W. Very high level athletes, like hour recorders on bikes, manage to develop, for an hour, a power exceeding 400 W.
La marche de promenade demande un effort modéré. The walk requires a moderate effort.
ELEMENTS SUR LA LOCOMOTION HUMAINE : La marche humaine, bipédique, soumet alternativement chaque pied à une phase d'appui, puis à une "phase d'oscillation" ou "phase pendulaire". ELEMENTS ON HUMAN LOCOMOTION: Human walking, bipedic, alternately subjects each foot to a support phase, then to an "oscillation phase" or "pendulum phase".
La phase d'appui commence par l'attaque du talon, puis la pose du pied à plat, se poursuit par le décollement du talon et se termine par le décollement de la pointe du pied. The support phase begins with the heel attack, then the laying of the foot flat, continues with the detachment of the heel and ends with the detachment of the toe.
La phase pendulaire est celle qui amène le pied sans contact avec le sol de l'arrière vers l'avant. The pendulum phase is that which brings the foot without contact with the ground from the back to the front.
Dans la marche, la phase d'appui est plus longue que la phase pendulaire. En fait, les phases d'appui des deux pieds se chevauchent. Pendant qu'un des deux pieds est en phase pendulaire, l'autre est nécessairement en phase d'appui, mais les deux pieds peuvent être ensemble en appui (appui bilatéral), au moment où celui de l'arrière s'apprête à décoller la pointe et où celui de l'avant est en phase d'appui par le talon. In walking, the support phase is longer than the pendulum phase. In fact, the support phases of the two feet overlap. While one of the two feet is in pendulum phase, the other is necessarily in the support phase, but the two feet can be in support together (bilateral support), when the rear one is about to take off the toe and where the front is in the support phase by the heel.
Dans la marche, la période d'appui unilatéral occupe 40% du temps de cycle de marche, à laquelle se rajoute une phase d'appui bilatérale. In walking, the unilateral support period occupies 40% of the walking cycle time, to which is added a bilateral support phase.
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Dans la course, les deux pieds ne sont pas en appui en même temps, et la phase d'appui diminue : n'occupe que 31% du temps de cycle de course. Lors du sprint, la phase d'appui descend à 22% du temps de cycle. In the race, the two feet are not in support at the same time, and the support phase decreases: occupies only 31% of the race cycle time. During the sprint, the support phase drops to 22% of the cycle time.
Le système nerveux central, assisté par l'oreille interne, le toucher et la vision, commande les muscles pour qu'ils assurent l'équilibre du marcheur ou du coureur. Cet équilibre est obtenu par une oscillation verticale (de 5 cm), longitudinale (de 3 cm) et latérale (de 2 cm) du bassin au cours du cycle de marche. The central nervous system, assisted by the inner ear, touch and vision, controls the muscles so that they balance the walker or runner. This balance is obtained by a vertical (5 cm), longitudinal (3 cm) and lateral (2 cm) oscillation of the pelvis during the walking cycle.
Le mécanisme n'est pas inné, mais appris par les enfants dans les premières années de la vie. The mechanism is not innate, but learned by children in the first years of life.
Ces dernières années, une phase d'observation et d'analyse de la marche des enfants en apprentissage et des adultes a permis de concevoir des modèles de la marche des bipèdes, y compris pour l'évitement d'obstacles. (Marcus G. Pandy and Necip Benne. A numerical method for simulating the dynamics of human walking. Journal of Biomechanics, 21(12):1043-1051, 1988; K. E. Adolph. Psychophysical assessment of toddlers ability to cope with slopes. Journal of Expérimental Psychology-Human Perception and Performance, 21(4):734-750, 1995 ; Y. Breniere. Why we walk the way we do. Journal of Motor Behavior, 28(4):291-298, 1996; M. A. Eppler, K. E. Adolph, and T. Weiner. The developmental relationship between infants' exploration and action on slanted surfaces. Infant Behavior & Development, 19(2):259-264, 1996; J. J. Eng, D. A. Winter, and A. E. Patla. Intralimb dynamics simplify reactive control strategies during locomotion. Journal of Biomechanics, 30(6):581- 588,1997; R Grasso, C. Assaiante, P. Prevost, and A. Berthoz. Development of anticipatory orienting strategies during locomotor tasks in children. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 22(4):533- 539, 1998; Gentaro Taga. A model of the neuro-musculo-skeletal system for anticipatory adjustment of human locomotion during obstacle avoidance. Biological Cybernetics, 78:9-17, 1998; C. In recent years, a phase of observation and analysis of the walking of learning children and adults has made it possible to design models of bipedal walking, including for obstacle avoidance. (Marcus G. Pandy and Necip Benne. A numerical method for simulating the dynamics of human walking. Journal of Biomechanics, 21 (12): 1043-1051, 1988; KE Adolph. Psychophysical assessment of toddlers ability to cope with slopes. Journal of Experimental Psychology-Human Perception and Performance, 21 (4): 734-750, 1995; Y. Breniere. Why we walk the way we do. Journal of Motor Behavior, 28 (4): 291-298, 1996; MA Eppler, KE Adolph, and T. Weiner. The developmental relationship between infants' exploration and action on slanted surfaces. Infant Behavior & Development, 19 (2): 259-264, 1996; JJ Eng, DA Winter, and AE Patla. Intralimb dynamics simplify reactive control strategies during locomotion. Journal of Biomechanics, 30 (6): 581-588.1997; R Grasso, C. Assaiante, P. Prevost, and A. Berthoz. Development of anticipatory orienting strategies during locomotor tasks in children. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 22 (4): 533-539, 1998; Gentaro Taga. A model of the neuro-musculo -skeletal system for anticipatory adjustment of human locomotion during obstacle avoidance. Biological Cybernetics, 78: 9-17, 1998; vs.
Assaiante, B. Thomachot R. Aurenty, and B. Amblard. Organization of lateral balance control in toddlers during the first year of independent walking. Journal of Motor Behavior, 30(2):114-129, 1998 ; F. J. Diedrich and W. H. Warren. The dynamics of gait transitions: Effects of grade and load. Assaiante, B. Thomachot R. Aurenty, and B. Amblard. Organization of lateral balance control in toddlers during the first year of independent walking. Journal of Motor Behavior, 30 (2): 114-129, 1998; F. J. Diedrich and W. H. Warren. The dynamics of gait transitions: Effects of grade and load.
Journal of Motor Behavior, 30(1):60-78,1998; M. Garcia, A. Chatterjee, A. Ruina, and M. Coleman. Journal of Motor Behavior, 30 (1): 60-78.1998; M. Garcia, A. Chatterjee, A. Ruina, and M. Coleman.
The simplest walking model: Stability, complexity, and scaling. Journal of Biomechanical Engineering - Transactions of the ASME, 120(2):281-288, 1998. ) Par exemple, la perte d'équilibre dûe à la marche sur un caillou est rattrapée par l'action de muscles agissant sur l'inversion-éversion et la possibilité pour le pied de s'orienter par rapport à la cheville vers la gauche et le bas ou le haut, ou vers la droite et le bas ou le haut, grâce à une articulation cheville-pied multi-axe. The simplest walking model: Stability, complexity, and scaling. Journal of Biomechanical Engineering - Transactions of the ASME, 120 (2): 281-288, 1998.) For example, the loss of balance due to walking on a stone is made up by the action of muscles acting on the inversion -eversion and the possibility for the foot to orient itself relative to the ankle to the left and down or up, or to the right and down or up, thanks to a multi-axis ankle-foot articulation.
Ces observations, ainsi que celles qui analysent et modélisent la prise d'appui sur le sol plat ou inégal, dur ou mou, aident à concevoir pour les amputés des prothèses de jambes intelligentes. (D. T. Davy and M. L. Audu. A dynamic optimization technique for predicting muscle forces in the swing phase of gait. Journal of Biomechanics, 20(2):187-201, 1987 ; B. M. Nigg, H. A. Bahlsen, S. M. Lueth, and S. These observations, as well as those that analyze and model the grip on flat or uneven ground, hard or soft, help to design smart leg prostheses for amputees. (D. T. Davy and M. L. Audu. A dynamic optimization technique for predicting muscle forces in the swing phase of gait. Journal of Biomechanics, 20 (2): 187-201, 1987; B. M. Nigg, H. A. Bahlsen, S. M. Lueth, and S.
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Biomechanics of below-knee amputée gait. Journal of Biomechanics, 21(5):361-367,1988; R. E. Biomechanics of below-knee amputated gait. Journal of Biomechanics, 21 (5): 361-367.1988; R. E.
Goddard, Y. P. Zheng, and H. Hemami. Control of the heel-off to toe-off motion of a dynamic biped gait. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 22(1):92-102, 1992 ; L. Chou, L. F. Goddard, Y. P. Zheng, and H. Hemami. Control of the heel-off to toe-off motion of a dynamic biped gait. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 22 (1): 92-102, 1992; L. Chou, L. F.
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Les pieds prothétiques peuvent être pourvus de pilons qui sont eux-mêmes assemblés à des manchons. The prosthetic feet can be provided with pestles which are themselves assembled with sleeves.
Ces manchons reçoivent des moignons des jambes des personnes amputées. These sleeves receive stumps from the legs of amputees.
Selon Patrick Sautreuil (Document ANMSR), "on cherche à solidariser le moignon et l'emboîture pour obtenir l'efficacité optimale Au niveau tibial, on choisit une emboîture à double succion : - la succion manchon-moignon : le manchon en gel de polymère (silicone, uréthane...) qui facilite la répartition des pressions, l'amortissement des chocs, la réduction des forces de cisaillement, - la succion manchon-emboîture grâce à la valve d'expulsion de l'air situé entre manchon et emboîture. According to Patrick Sautreuil (Document ANMSR), "we seek to join the stump and the socket to obtain optimal efficiency. At the tibial level, we choose a socket with double suction: - the sleeve-stump suction: the polymer gel sleeve (silicone, urethane ...) which facilitates pressure distribution, shock absorption, reduction of shear forces, - sleeve-socket suction thanks to the air expulsion valve located between sleeve and socket .
Le tout est complété par une gaine de suspension étanche qui enveloppe l'ensemble cuisse/emboîture et réalise une fermeture de l'espace virtuel moignon-manchon-prothèse. L'appui est globalisé de telle façon que le patient soit incapable de situer un point précis de pression. La découpe postérieure de la prothèse libère la flexion du genou. En général, la forme proximale de la découpe est proche de la PTB (Patellar Tendon Bearing), c'est-à-dire qu'elle atteint latéralement le milieu des condyles fémoraux . Les pieds prothètiques se différencient par l'amortissement de l'attaque talonnière, la souplesse de la compression de la partie avant correspondant à l'avant-pied et aux orteils et la stabilité latérale, et l'aptitude aux mouvements d'éversion-inversion. The whole is completed by a waterproof suspension sheath which envelops the thigh / socket assembly and closes the virtual stump-sleeve-prosthesis space. The support is globalized so that the patient is unable to locate a precise pressure point. The posterior cut of the prosthesis releases the knee flexion. In general, the proximal shape of the cut is close to the PTB (Patellar Tendon Bearing), that is to say that it laterally reaches the middle of the femoral condyles. The prosthetic feet are differentiated by the cushioning of the heel attack, the flexibility of the compression of the front part corresponding to the forefoot and toes and lateral stability, and the aptitude for eversion-inversion movements. .
Certain dispositifs, pourvus de lames-ressorts élastiques souvent en matériaux composites à base de carbone ou de kevlar, sont dénommés pieds à àccumulation d'énergie . Certain devices, provided with elastic leaf springs often made of composite materials based on carbon or kevlar, are called energy storage feet.
Ces systèmes passifs ont pour rôle d'emmagasiner puis de restituer une énergie produite au départ entièrement par le marcheur, le coureur ou le sauteur qui déplace son propre poids (American Prosthetics Corporation, Concept of the Prosthetics Foot, June 29 1992, Minois, USA ; Lehmann, J. F., Price, R., Boswell-Bessette, S., Dralle,A & Questad, K. (1993) Comprehensive analysis of dynamic elastic response feet : SeattleAnkle/Lite Foot versus SACH foot. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 74, 853-861. MacFarlane, P. A., Mielsen, D. H., Shurr, D. G. & Meier, K. (1991) Gait comparisons for below-knee amputées using a flex-foot versus a conventional prosthetic foot. Journal of Prosthetics and Orthotics 3(4),150-161. Menard, M. R., McBride, M. E., Sanderson, D. J. & Murray, D. (1992) Comparative biomechanical analysis of energy-storing prosthetic feet. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 73, 451-458. Wirta, R. W., Maon, R., Calvo, K. & Golbranson, F. L. (1991) Effect on gait using various prosthetic ankle-foot devices. Journal of Rehabilitation These passive systems have the role of storing then restoring an energy produced at the start entirely by the walker, the runner or the jumper who moves his own weight (American Prosthetics Corporation, Concept of the Prosthetics Foot, June 29 1992, Minois, USA ; Lehmann, JF, Price, R., Boswell-Bessette, S., Dralle, A & Questad, K. (1993) Comprehensive analysis of dynamic elastic response feet: SeattleAnkle / Lite Foot versus SACH foot. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 74, 853-861 MacFarlane, PA, Mielsen, DH, Shurr, DG & Meier, K. (1991) Gait comparisons for below-knee amputées using a flex-foot versus a conventional prosthetic foot. Journal of Prosthetics and Orthotics 3 ( 4), 150-161 Menard, MR, McBride, ME, Sanderson, DJ & Murray, D. (1992) Comparative biomechanical analysis of energy-storing prosthetic feet. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 73, 451-458. Wirta , RW, Maon, R., Calvo, K. & Golbranson, FL (1991 ) Effect on gait using various prosthetic ankle-foot devices. Journal of Rehabilitation
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Parmi les modèles commercialisés, on peut citer pour exemple le SAFE Foot, le Sten Foot, le Dynamic Foot, le Carbon Copy II, le Seattle Foot, le Flex-Foot. Among the models sold, we can cite for example SAFE Foot, Sten Foot, Dynamic Foot, Carbon Copy II, Seattle Foot, Flex-Foot.
Le SAFE Foot, le Sten Foot, et le Dynamic Foot ont une capacité d'accumulation d'énergie modérée. SAFE Foot, Sten Foot, and Dynamic Foot have moderate energy storage capacity.
Le SAFE Foot (Solid Ankle Flexible Endoskeletal) repose sur deux bandes de nylon s'étendant du talon à la région métatarsienne, censés reproduire la fonction des ligaments de l'arche longitudinale. The SAFE Foot (Solid Ankle Flexible Endoskeletal) rests on two nylon bands extending from the heel to the metatarsal region, supposed to reproduce the function of the ligaments of the longitudinal arch.
Sur ces bandes de nylon se succèdent trois composants en mousse de polyuréthane reproduisant respectivement l'articulation tibio-tarsienne, la médio-tarsienne, et les métatarsiens. On these nylon bands follow one another three components in polyurethane foam reproducing respectively the tibio-tarsal joint, the medio-tarsal, and the metatarsals.
Le Sten Foot repose sur un tissu renforcé caoutchouc incliné de l'arrière vers l'avant passant au-dessus d'un talon en mousse et au-dessous d'un enchaînement fait d'une alternance de pièces de bois et pièces de caoutchouc haute densité allant de la cheville à l'avant pied. La couverture externe est en polyuréthane. The Sten Foot rests on a reinforced rubber fabric inclined from back to front passing over a foam heel and below a chain made of alternating pieces of wood and pieces of high rubber density from the ankle to the forefoot. The outer cover is made of polyurethane.
Le Dynamic Foot comporte une base inférieure avec un talon incliné de l'arrière vers l'avant en polyuréthane souple et un avant-pied en mousse de polyuréthane haute densité, sur lesquels repose un noyau en bois dur s'étendant jusqu'à la portion médiane du pied. La couverture externe est en polyuréthane. The Dynamic Foot has a lower base with a heel inclined from the back to the front in flexible polyurethane and a forefoot in high density polyurethane foam, on which rests a hard wood core extending to the portion midfoot. The outer cover is made of polyurethane.
Le Carbon Copy II , le Seattle Foot, le Flex-Foot, le Multiflex, et le Quantum ont une capacité d'accumulation d'énergie supérieure. Carbon Copy II, Seattle Foot, Flex-Foot, Multiflex, and Quantum have a higher energy storage capacity.
Le Carbon Copy II repose sur un talon en mousse puis sur deux lames composite de carbone en sandwich avec un renforcement kevlar au niveau de la partie qui correspond aux orteils. Au-dessus du talon s'ancre un noyau en composite rigide. Les deux lames de carbone plient et se compriment au moment de la phase d'appui puis restituent l'énergie au moment de l'impulsion vers l'avant. La couverture externe est en polyuréthane. The Carbon Copy II rests on a foam heel and then on two carbon composite blades sandwiched with Kevlar reinforcement at the part which corresponds to the toes. Above the heel is anchored a rigid composite core. The two carbon blades bend and compress at the time of the support phase and then restore the energy at the time of the forward pulse. The outer cover is made of polyurethane.
Le Seattle Foot a une cheville sous forme d'une lame ressort en arc de cercle en delrin (résine plastique) qui revient vers le talon puis repart vers l'avant pour s'appuyer sur une palette en kevlar située à un endroit correspondant aux orteils. La couverture externe est en polyuréthane. Doté d'une forte capacité d'accumulation de l'énergie à l'appui, il présente un talon très ferme adapté à la pratique sportive. The Seattle Foot has an ankle in the form of a spring blade in an arc of a delrin (plastic resin) which returns towards the heel then departs forwards to rest on a Kevlar pallet located at a place corresponding to the toes . The outer cover is made of polyurethane. With a strong energy storage capacity, it has a very firm heel suitable for sports.
Le Flex-Foot correspond à un ensemble cheville-pied. Une première lame composite carbone-graphite réalisant le pilon, la cheville et l'avant-pied est en arc de cercle et vient directement s'insérer dans l'emboîture du moignon, tandis qu'une autre lame en carbone-graphite, fixée sur la précédente, constitue le talon. Il possède une très forte capacité d'accumulation de l'énergie, et est adapté à la pratique sportive. The Flex-Foot corresponds to an ankle-foot assembly. A first carbon-graphite composite blade making the pestle, the ankle and the forefoot is in an arc of a circle and is directly inserted into the socket of the stump, while another carbon-graphite blade, fixed on the previous one is the heel. It has a very strong energy storage capacity, and is suitable for sports.
D'autres pieds à accumulation d'énergie existent comme l'Allurion, l'Otto Block 1C40 C-Walk, le Lambda Foot, l'Impulse Foot, le 1D25 Dynamic-plus-Foot, le Mercury Foot, le Dynapro II, le FlexWalk, le G-Foot, le Dynastep, le Flex-Foot Modular II, le Copart, le Flex -Spring avec des caractéristiques de souplesse, d'amortissement des chocs variable et à tendance plus ou moins sportive. Other energy storage feet exist such as the Allurion, the Otto Block 1C40 C-Walk, the Lambda Foot, the Impulse Foot, the 1D25 Dynamic-plus-Foot, the Mercury Foot, the Dynapro II, the FlexWalk, G-Foot, Dynastep, Flex-Foot Modular II, Copart, Flex-Spring with characteristics of flexibility, variable shock absorption and more or less sporty tendency.
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Le Free-Flow Foot, le Talux, le Quantum, le Greissinger Plus Foot, le Multi-Flex, le Phoenix Foot et le Vari-Flex sont des pieds prothétiques à accumulation d'énergie dotés d'articulations pieds cheville multiaxes pour assurer une meilleure éversion-inversion et donc une meilleure stabilité. Free-Flow Foot, Talux, Quantum, Greissinger Plus Foot, Multi-Flex, Phoenix Foot and Vari-Flex are prosthetic energy storage feet with multi-axis ankle joints to ensure better eversion-inversion and therefore better stability.
Un système intitulé "D.A.S. Multi-Axial Rotation System "permet d'adapter l'articulation chevillepied à n'importe quel moment du cycle de marche, et assure l'inversion-éversion appropriée. A system called "D.A.S. Multi-Axial Rotation System" allows the ankle joint to be adapted at any time during the walking cycle, and ensures appropriate reversal-eversion.
Le Collège Park Trustep Foot est doté d'un système de transfert de poids pour assurer une meilleure stabilité. Park Trustep Foot College has a weight transfer system to ensure better stability.
Le Pathfinder est pourvu d'un système de restitution d'énergie, en même temps jouant le rôle d'amortisseur de chocs, sous forme d'un ensemble cylindre-piston. The Pathfinder is provided with an energy restitution system, at the same time playing the role of shock absorber, in the form of a cylinder-piston assembly.
ETAT DE L'ART DANS LES CAPTEURS POUR ROBOTS MARCHEURS: La formalisation des tâches à effectuer en termes d'automatique a permis d'intégrer très efficacement dans la commande des capteurs de force, de pression, de rotation, de torsion, de contact, de position, de vitesse, de mouvement, d'angle, d'orientation , de proximité et de détecteurs de forme. (C. Samson, M. Le Borgne, B. Espiau, Robot Control: the Task Function Approach, Oxford University Press, 1990 ; M. Spong, M. Vidyasagar, Robot Dynamics and Control, Wiley, 1989). STATE OF THE ART IN SENSORS FOR WALKING ROBOTS: The formalization of the tasks to be performed in terms of automation has made it possible to integrate very effectively into the control of force, pressure, rotation, torsion, contact, position, speed, movement, angle, orientation, proximity and shape detectors. (C. Samson, M. Le Borgne, B. Espiau, Robot Control: the Task Function Approach, Oxford University Press, 1990; M. Spong, M. Vidyasagar, Robot Dynamics and Control, Wiley, 1989).
Les détecteurs de position miniaturisés font appel à des micro-caméras avec analyse d'image, ou aux diodes lasers, ou aux détecteurs infra-rouges comme dans les goniomètres. Les détecteurs d'orientation miniaturisés font appel des micro-gyroscopes. Les détecteurs d'accélération font appel à des microaccéléromètres. Les détecteurs d'angle font appel à des systèmes optiques ou opto-électroniques. Les détecteurs miniaturisés de forme ou de mouvement et de forme font aujourd'hui principalement appel à des micro-caméras avec analyse d'image. The miniature position detectors use micro-cameras with image analysis, or laser diodes, or infrared detectors as in goniometers. The miniature orientation detectors use micro-gyroscopes. The acceleration detectors use microaccelerometers. The angle detectors use optical or opto-electronic systems. Miniaturized shape or motion and shape detectors today mainly use micro-cameras with image analysis.
Par ailleurs, la robotique utilise largement des algorithmes basés sur des méthodes probabilistes pour la planification du mouvement en robotique. In addition, robotics widely uses algorithms based on probabilistic methods for planning movement in robotics.
Selon Bernard Espiau, de l'INRIA Grenoble (Isère, France), les recherches en vision par ordinateur ont franchi des étapes décisives en intégrant élégamment des outils mathématiques puissants (R. According to Bernard Espiau, from INRIA Grenoble (Isère, France), computer vision research has taken decisive steps by elegantly integrating powerful mathematical tools (R.
Horaud, 0. Monga, Vision par ordinateur : outils fondamentaux, Hermès, 1993 ): géométrie projective, géométrie algébrique, probabilités, statistiques, comme dans l'analyse et la segmentation du mouvement par méthodes hiérarchiques markoviennes, et la mise au point de techniques de reconstruction affine, projective ou euclidienne-à partir d'images multiples sans étalonnage lourd. Les améliorations des algorithmes d'analyse d'images ouvrent aux robots la perspective d'être capables de se localiser et de reconnaître leur environnement par la vision. Parallèlement, les techniques avancées de modélisation 3D issues de la géométrie algorithmique et de l'infographie se sont largement diffusées. Horaud, 0. Monga, Computer vision: fundamental tools, Hermès, 1993): projective geometry, algebraic geometry, probabilities, statistics, as in the analysis and segmentation of movement by hierarchical Markov methods, and the development of techniques of affine, projective or Euclidean reconstruction - from multiple images without heavy calibration. Improvements in image analysis algorithms offer robots the prospect of being able to locate themselves and recognize their environment through vision. At the same time, advanced 3D modeling techniques from algorithmic geometry and computer graphics have become widely available.
ETAT DE l'ART DANS LES CAPTEURS: Les capteurs de force, de pression, de rotation, de torsion, de contact, de position, de vitesse, de mouvement, d'angle, d'orientation, de déplacement, de proximité et les technologies utilisées ont été décrits dans de nombreux ouvrages dont en particulier Instrumentation for Engineering Measurements, 2nd Edition par James W Dally, William F Riley, Kenneth G. McConnell et " R. STATE OF THE ART IN SENSORS: The force, pressure, rotation, torsion, contact, position, speed, movement, angle, orientation, displacement, proximity sensors and the technologies used have been described in numerous works including in particular Instrumentation for Engineering Measurements, 2nd Edition by James W Dally, William F Riley, Kenneth G. McConnell and "R.
Pallas-Areny and J. Webster, Sensors and Signal Conditioning, Wiley, New York (1991). . Pallas-Areny and J. Webster, Sensors and Signal Conditioning, Wiley, New York (1991). .
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Aujourd'hui, les techniques de micro-fabrication permettent de miniaturiser à l'extrême ces capteurs. Today, micro-manufacturing techniques make it possible to miniaturize these sensors to the extreme.
La miniaturisation a particulièrement concerné les accéléromètres, en particulier pour le déclenchement d'airbags. ( Allen, H.V., S.C. Terry, and D. W. DeBruin. 1990. "Accelerometer Systems with Built-in Testing. " Sensors and Actuators. A21-A23. Pp. 381-386 ; Barth, P., et al. 1988. Miniaturization particularly concerned accelerometers, in particular for triggering airbags. (Allen, H.V., S.C. Terry, and D. W. DeBruin. 1990. "Accelerometer Systems with Built-in Testing." Sensors and Actuators. A21-A23. Pp. 381-386; Barth, P., et al. 1988.
"A Monolithic Silicon Accelerometer with Intégral Air Damping and Overrange Protection." Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 35-38 ;; Boxenhorn, B., and P. Greiff. 1990. "A Monolithic Silicon Accelerometer with Intégral Air Damping and Overrange Protection." Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 35-38 ;; Boxenhorn, B., and P. Greiff. 1990.
"Monolithic Silicon Accelerometer." Sensors and Actuators. A21-A23. Pp. 273-277 ; Greiff, P., B. "Monolithic Silicon Accelerometer." Sensors and Actuators. A21-A23. Pp. 273-277; Greiff, P., B.
Boxenhorn, T. King, and L. Niles. 1991; Henrion, W., et al. 1990. "Wide Dynamic Range Direct Digital Accelerometer." Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 153-157 ; Jerman, J. H., D. Clift, and S. R. Mallinson. 1990 ; R. S., and K.A. Dinsmore. 1991. "Surface Micromachined Accelerometer: A Technology Update. " Digest SAE Meeting. Pp. 127-135 ; Pourahmadi, F., L. Christel, and K. Petersen. 1992. "Silicon Accelerometer with new Thermal SelfTest Mechanism."Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 122-125. Boxenhorn, T. King, and L. Niles. 1991; Henrion, W., et al. 1990. "Wide Dynamic Range Direct Digital Accelerometer." Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 153-157; Jerman, J. H., D. Clift, and S. R. Mallinson. 1990 ; R. S., and K.A. Dinsmore. 1991. "Surface Micromachined Accelerometer: A Technology Update." Digest SAE Meeting. Pp. 127-135; Pourahmadi, F., L. Christel, and K. Petersen. 1992. "Silicon Accelerometer with new Thermal SelfTest Mechanism." Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 122-125.
Ristic, L., et al. 1992. "Surface Micromachined Polysilicon Accelerometer." Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 118-121 ; Terry, S.C. 1988. "A Miniature Silicon Accelerometer with Built-in Damping."" Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 114-116 ; Yun, W., R.T. Howe, and P.R. Gray. 1992b. "Surface Micromachined Digitally Force-Balanced Accelerometer with Integrated CMOS Detection Circuitry. " Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 126-129 ; Integrated Micro-Electro-Mechanical Sensor Development for Inertial Applications, J. J. Allen, R. D. Kinney, J. Sarsfield, M. R. Daily, J. R. Ellis, J. H. Smith, S. Ristic, L., et al. 1992. "Surface Micromachined Polysilicon Accelerometer." Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 118-121; Terry, SC 1988. "A Miniature Silicon Accelerometer with Built-in Damping." "Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 114-116; Yun, W., RT Howe, and PR Gray. 1992b." Surface Micromachined Digitally Force-Balanced Accelerometer with Integrated CMOS Detection Circuitry. "Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop. Pp. 126-129; Integrated Micro-Electro-Mechanical Sensor Development for Inertial Applications, J. J. Allen, R. D. Kinney, J. Sarsfield, M. R. Daily, J. R. Ellis, J. H. Smith, S.
Montague, Sandia National Laboratories ; R. T. Howe, B. E. Boser, R. Horowitz, and A. P. Pisano, Berkeley Sensor Actuator Center, and M. A. Lemkin, W. A. Clark, T. Juneau, Integrated Micro Instruments. Position Location and Navigation Symposium (PLANS '98), Rancho Mirage, CA, April 20-23, 1998; Surface-Micromachined Resonant Accelerometer, T. A. Roessig, R. T. Howe, A. P. Montague, Sandia National Laboratories; R. T. Howe, B. E. Boser, R. Horowitz, and A. P. Pisano, Berkeley Sensor Actuator Center, and M. A. Lemkin, W. A. Clark, T. Juneau, Integrated Micro Instruments. Position Location and Navigation Symposium (PLANS '98), Rancho Mirage, CA, April 20-23, 1998; Surface-Micromachined Resonant Accelerometer, T. A. Roessig, R. T. Howe, A. P.
Pisano, and J. H. Smith, 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, IL, June 16-19, 1997, Vol. 2, pp. 859-862 ; A3-Axis Force Balanced Accelerometer Using a Single Proof-Mass, M. A. Lemkin, B. E. Boser, D. Auslander, and J. H. Smith, 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, IL, June 16-19, 1997, Vol. 2, pp. 1185- 1188 ; A Three-Axis Surface Micromachined Sigma-Delta Accelerometer, M. Lemkin, M. Ortiz, N. Pisano, and J. H. Smith, 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, IL, June 16-19, 1997, Vol. 2, pp. 859-862; A3-Axis Force Balanced Accelerometer Using a Single Proof-Mass, MA Lemkin, BE Boser, D. Auslander, and JH Smith, 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, IL, June 16-19, 1997, Vol . 2, pp. 1185-1188; A Three-Axis Surface Micromachined Sigma-Delta Accelerometer, M. Lemkin, M. Ortiz, N.
Wongkomet, B. Boser, and J. Smith, Proc. ISSCC, pp. 202-203, Feb. 1997). Wongkomet, B. Boser, and J. Smith, Proc. ISSCC, pp. 202-203, Feb. 1997).
Les gyroscopes également peuvent être miniaturisés. (Bernstein, J., S.T. Cho, A. T. King, A. Gyroscopes can also be miniaturized. (Bernstein, J., S.T. Cho, A. T. King, A.
Koutrpenis, P. Maciel, and M. Weinberg. 1993.- "A Micromachined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope. " Digest IEEE Microelectromechanical Systems Workshop. Pp. 143-148 ; "Silicon Monolithic Micromechanical Gyroscope." Digest Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '91). Pp. 966-968 ). Koutrpenis, P. Maciel, and M. Weinberg. 1993.- "A Micromachined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope." Digest IEEE Microelectromechanical Systems Workshop. Pp. 143-148; "Silicon Monolithic Micromechanical Gyroscope." Digest Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '91). Pp. 966-968).
Les capteurs d'angle également (L. N. Mertz, "Interferometric angle encoder", Rev. Sci. Instrum. 62 (5), 1356-1360 (1991) ; R. Peters, "Capacitive angle sensor with infinite range", Rev. Sci. Instrum. 64 (3), 810-813 (1993)). Also angle sensors (LN Mertz, "Interferometric angle encoder", Rev. Sci. Instrum. 62 (5), 1356-1360 (1991); R. Peters, "Capacitive angle sensor with infinite range", Rev. Sci Instrum. 64 (3), 810-813 (1993)).
Les diodes lasers permettent de mesurer les distances par interférométrie laser.(.Ready, J. F. Industrial Applications of Lasers, Chapter 10. New York: Academic Press, 1978. ~ Brevet US 4190362 "Laser telemeter". ~ . Brevet US 4229102 "Method and apparatus for balancing out disturbances in distance measuring Systems." ~. Brevet US 4297030 "Method and apparatus for measuring the distance and/or Laser diodes are used to measure distances by laser interferometry. (. Ready, JF Industrial Applications of Lasers, Chapter 10. New York: Academic Press, 1978. ~ US Patent 4190362 "Laser telemeter". ~. US Patent 4229102 "Method and apparatus for balancing out disturbances in distance measuring Systems. "~. US Patent 4297030" Method and apparatus for measuring the distance and / or
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relative elevation between two points." ~ . Gillard, C.W. ; N.E. Buholz ; and D. W. Ridder. "Absolute Distance Interferometry", Optical Engineering 20,129, January/February 1981. ~. Gillard, C. W., and N.E. Buholz. "Progress in Absolute Distance Interferometry," Optical Engineering 22, 348, May/February 1983. ~ Brevet US 4413904 "Electro-optical range fmder using three modulation frequencies". ~ .. Grève, A., and W. Harth. "Laser-diode Distance Meter in a KERN DKM 3A Theodolite," Applied Optics 23, 2982, September 1,1984. ~ . Luxmoore, A.R. Optical Transducer and Techniques in Engineering Management, Chapter 5. London and New York : Science Publishers, 1983. -. Luxon, J.T., and D.E. Parker. Industrial Lasers and Their Applications, Chapter 10. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc., 1985. ~ . Brevet US 4537502 "Multiple discrete frequency ranging with error détection and correction". ~ . Brevet US 4715706 "Laser doppler displacement measuring system and apparatus". ~ . Brevet US 4744653. "Distance measurement by laser light". ~ . Brevet W00874237 "Laser inteferometry imaging process and laser interferometer". ~ . Brevet US 4893923 "Doppler laser radar system". ~ . Brevet US 4916324 "Electro-optical distance measurement". ~ . Brevet US 5006721 "Lidar scanning System". ~. Brevet US 5589928 "Method and apparatus for measuring a distance to a target". ~ . Brevet W008704237 "Camera and method for holographie interferometry". Brevet W000017605 "Dynamic beam stirring inteferometer". ) La détection d'objets ou d'obstacles peut faire appel à la photo-détection infra-rouge (Rapport LAAS N 92209, Coustre A., Dumeunier M., Guaragedagui M., Nguyen H., Maurin T., Reynaud R., Berschandy D., Chebira A., Bouaziz S., Dang M., Lagreze A., Sabouni L, Esteve D., Najmi A., Vialaret G., Gillet R. "The French Pro-chip demonstrator for obstacle detection and avoidance", 3rd Workshop on Collision Avoidance, Stuttgart, 2-3 juin 14992, 1 lp.; Rapport LAAS N 93452 Garric V., Devy M., "Projet Baroco: calibrage d'une caméra montée sur bras manipulateur", Novembre 1993, 30 p.; Rapport LAAS N 94024 . Esteve D., Gillet R., Najmi A., Vialaret G., Sableyrolles M. relative elevation between two points. "~. Gillard, CW; NE Buholz; and DW Ridder." Absolute Distance Interferometry ", Optical Engineering 20,129, January / February 1981. ~. Gillard, CW, and NE Buholz." Progress in Absolute Distance Interferometry, "Optical Engineering 22, 348, May / February 1983. ~ US Patent 4413904" Electro-optical range fmder using three modulation frequencies ". ~ .. Grève, A., and W. Harth." Laser-diode Distance Meter in a KERN DKM 3A Theodolite, "Applied Optics 23, 2982, September 1,1984. ~. Luxmoore, AR Optical Transducer and Techniques in Engineering Management, Chapter 5. London and New York: Science Publishers, 1983. -. Luxon, JT, and DE Parker. Industrial Lasers and Their Applications, Chapter 10. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc., 1985. ~. US Patent 4537502 "Multiple discrete frequency ranging with error detection and correction". ~. US Patent 4715706 " Laser doppler displacement measuring system and apparatus ". ~. US patent 4744653. "Distance measurement by laser light". ~. Patent W00874237 "Laser inteferometry imaging process and laser interferometer". ~. US patent 4893923 "Doppler laser radar system". ~. US patent 4916324 "Electro-optical distance measurement". ~. US patent 5006721 "Lidar scanning System". ~. US Patent 5589928 "Method and apparatus for measuring a distance to a target". ~. Patent W008704237 "Camera and method for holographie interferometry". Patent W000017605 "Dynamic beam stirring inteferometer". ) The detection of objects or obstacles can call on infrared photo-detection (LAAS report N 92209, Coustre A., Dumeunier M., Guaragedagui M., Nguyen H., Maurin T., Reynaud R. , Berschandy D., Chebira A., Bouaziz S., Dang M., Lagreze A., Sabouni L, Esteve D., Najmi A., Vialaret G., Gillet R. "The French Pro-chip demonstrator for obstacle detection and avoidance ", 3rd Workshop on Collision Avoidance, Stuttgart, 2-3 June 14992, 1 lp .; LAAS Report N 93452 Garric V., Devy M.," Baroco Project: calibration of a camera mounted on a manipulator arm ", November 1993 , 30 p .; LAAS report N 94024. Esteve D., Gillet R., Najmi A., Vialaret G., Sableyrolles M.
"Détection d'obstacle par détecteur I.R. actif tournant (Applications à la Robotique Mobile), 1994, 33p.; Rapport LAAS N 92036. Esteve D., Najmi A., Mahrane A., Vialaret G., Gillet R. "Détecteur d'obstacle : approche active dans le domaine infra-rouge", 1992, 36p.; Rapport LAAS N 93363; Najmi A., Mahrane A., Esteve D., "Infra-red laser radar for obstacle avoidance in the automotive field., 26th International Symposium on Automotive Technology and Automation, Aachen, 13-17 septembre 1993, pp739-746 ; LAAS N 92446, Audaire L., Bauer F., Este}le D., Simonne J., "An active and a passive infra-red approach in obstacle detection: the LIDAR and the copolymer starring array", Autonomous Intelligent Cruise Control, Frankfurt, 25-26 Novembre 1992 ; LAAS N 92232, Esteve D., Mahrane A., Najmi A., "Infra-red obstacle detection. The French Prochip position", Prometheus/Prochip Workshop, Stockholm, 14=15 Mai 1992, 15p.; Rapport LAAS N 93422 Najmi A., Mahrane A., Vialaret G., Esteve D., Audaire L., Bauer F., Simonne J., "Capteurs infrarouge actif et passif apliqués à la détection d'obstacles", 8ème Congrès International SIA-FIEV-EQUIP'AUTO, Paris, 25-27 Octobre 1993, 9p"; Rapport LAAS N 92332 Najmi A., Mahrane A., Esteve D., Vialaret G., "Systèmes de détection d'obstacles infra-rouge dans le domaine automobile", Colloque Capteurs pour l' Automobile, Grenoble, 144 Octobre 1992.) Il est possible d'analyser une forme, une position, un mouvement d'un objet en analysant sa représentation sur une image électronique.( Brevet US 3780223 "Antibiotic sensitivity measurement system". Brevet US 3988534 "Electro-optical tracking computer utilizing television camera". Brevet US 4044243 "Information processing system". Brevet US 4053929 "Contour fitting pictorial tracking gate". Brevet US 4219847 "Method and apparatus for determining the center of area or centroid of a "Obstacle detection by active rotating IR detector (Applications to Mobile Robotics), 1994, 33p .; LAAS report N 92036. Esteve D., Najmi A., Mahrane A., Vialaret G., Gillet R." Detector of 'obstacle: active approach in the infrared field ", 1992, 36p .; LAAS Report N 93363; Najmi A., Mahrane A., Esteve D.," Infra-red laser radar for obstacle avoidance in the automotive field., 26th International Symposium on Automotive Technology and Automation, Aachen, September 13-17, 1993, pp739-746; LAAS N 92446, Audaire L., Bauer F., Este} le D., Simonne J., "An active and a passive infra-red approach in obstacle detection: the LIDAR and the copolymer starring array", Autonomous Intelligent Cruise Control, Frankfurt, November 25-26, 1992; LAAS N 92232, Esteve D., Mahrane A., Najmi A., "Infra-red obstacle detection. The French Prochip position", Prometheus / Prochip Workshop, Stockholm, 14 = 15 May 1992, 15p .; LAAS Report N 93422 Najmi A., Mahrane A., Vialaret G., Esteve D., Audaire L., Bauer F., Simonne J., "Active and passive infrared sensors applied to obstacle detection", 8th International Congress SIA-FIEV-EQUIP'AUTO, Paris, 25-27 October 1993, 9p "; LAAS Report N 92332 Najmi A., Mahrane A., Esteve D., Vialaret G.," Infrared obstacle detection systems in the automotive field ", Colloque Capteurs pour l 'Automobile, Grenoble, 144 October 1992.) It is possible to analyze a shape, a position, a movement of an object by analyzing its representation on an electronic image. (US Patent 3780223 "Antibiotic sensitivity measurement system". US Patent 3988534 "Electro-optical tracking computer utilizing television camera". US Patent 4044243 "Information processing system". US Patent 4053929 "Contour fitting pictorial tracking gate". US Patent 4219847 "Method and apparatus for determining the center of area or centroid of a
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geometrical area of unspecified shape lying in a larger x-y scan field". Brevet US 4220967 "Scene tracker using multiple independent correlators". Brevet US 4254474 "Information processing system using threshold passive modification". Brevet US 4326259 "Self organizing gênerai pattern class separator and indentifier". Brevet US 4449144 "Apparatus for detecting moving body". Brevet US 4630114 "Method for determining the displacement of moving objects in image sequences and arrangement as well as uses for implementing the method". Brevet US 4661853 "Interfield image motion detector for video signais". Brevet US 4719584 "Dual mode video tracker". Brevet US 4644582 "Image registration method". Brevet US 4731745 "Automatic dimension analyzer". Brevet US 4760445, "Image-processing for estimating the motion of objects situated in said image". Brevet US 4799267 "Image processing apparatus and processing method". Brevet US "4825394 "Vision metrology system". Brevet US4868871 "Nonparametric imaging tracker". Brevet US 4931868 "Method and apparatus for detecting innovations in a scene". Brevet US 5018218 "Confirmed boundary pattern matching". Brevet US 5034986 "Method for detecting and tracking moving objects in a digital image sequence having a stationary background". Brevet US 5034986. Brevet US 5062056 "Apparatus and method for tracking a target". Brevet US 5111511"Image motion vector detecting apparatus". Brevet US 5157732 "Motion vector detector employing image subregions and median values". Brevet US 5280530 "Method and apparatus for tracking a moving object".) Lorsque la forme ou la nature des objets dont on veut reconnaître la position le nécessite, par exemple lorsque la géométrie de l'objet n'a pas des caractéristiques suffisamment distinctes de l'environnement par certains traits comme sa géométrie, il est possible d'utiliser des logiciels de reconnaissance de forme (Brevet US 4697209 "Methods and apparatus for automatically identifying programs viewed or recorded". Brevet US 4789933 "Fractal model image based processing". Brevet US4841575 "Image encoding and synthesis". Brevet US 5060277 "Pattern classification means using feature vector regions preconstructed from référence data". Brevet US 5065447 "Method and apparatus for processing digital data". Brevet US 5076662 "Electro-optical IFS finder", Brevet US 51423057 "Model based pattern récognition ". Brevet US5123087 "Géométrie inference engine". Brevet US 5136659 "Intelligent coding system for picture signal". Brevet US 5148522 "Information retrieval apparatus and interface for retrieval of mapping information utilizing handdrawn retrieval requests". geometrical area of unspecified shape lying in a larger xy scan field ". US patent 4220967" Scene tracker using multiple independent correlators ". US patent 4254474" Information processing system using threshold passive modification ". US patent 4326259" Self organizing gene pattern separator and indentifier ". US Patent 4449144" Apparatus for detecting moving body ". US Patent 4630114" Method for determining the displacement of moving objects in image sequences and arrangement as well as uses for implementing the method ". US Patent 4661853" Interfield image motion detector for video signais ". US patent 4719584" Dual mode video tracker ". US patent 4644582" Image registration method ". US patent 4731745" Automatic dimension analyzer ". US patent 4760445," Image-processing for estimating the motion of objects situated in said image ". US Patent 4799267" Image processing apparatus and processing method ". US Patent" 4825394 "Vision metrology system". Patent US4868871 "Nonparametric imaging tracker". US Patent 4931868 "Method and apparatus for detecting innovations in a scene". US patent 5018218 "Confirmed boundary pattern matching". US Patent 5034986 "Method for detecting and tracking moving objects in a digital image sequence having a stationary background". US patent 5034986. US patent 5062056 "Apparatus and method for tracking a target". US patent 5111511 "Image motion vector detecting apparatus". US patent 5157732 "Motion vector detector employing image subregions and median values". US Patent 5280530 "Method and apparatus for tracking a moving object".) When the shape or nature of the objects whose position is to be recognized requires it, for example when the geometry of the object does not have sufficiently distinct characteristics from the environment by certain features such as its geometry, it is possible to use shape recognition software (US Patent 4697209 "Methods and apparatus for automatically identifying programs viewed or recorded". US Patent 4789933 "Fractal model image based processing". Patent US4841575 "Image encoding and synthesis". US patent 5060277 "Pattern classification means using feature vector regions preconstructed from reference data". US patent 5065447 "Method and apparatus for processing digital data". US patent 5076662 "Electro-optical IFS finder", US patent 51423057 "Model based pattern recognition". US5123087 patent "Geometry inference engine". US patent 5136659 "Intelligent coding system for picture signal ". US Patent 5148522" Information retrieval apparatus and interface for retrieval of mapping information utilizing handdrawn retrieval requests ".
Brevet US 5347600 "Method and apparatus for compression and décompression of digital image data". Brevet US 5384867 "Fractal transform compression board". Brevet US 5875108"Ergonomic man-machine interface incorporating adative pattern récognition based control system". ~ . Reyna Rojas R., Esteve D."Architecture d'un système de vision pour la détection et la localisation d'objets à l'aide d'un réseau de neurones" Rapport LAAS N 00042. mêmes journées Nationales du Réseau Doctoral de Microélectronique, Montpellier, France, 4-5 mai 2000) Les micro-caméras avec analyse d'image peuvent utiliser le signal vidéo pour contrôler un mécanisme sur un engin mobile (Rapport LAAS Toulouse N 98344. H. Camon, F. Lamaudie, N Arana, V. reboul, M. Briot. An integrated 3D camera: a microsystem for robotic applications. IARP 2ndInternational Workshop on Micro Robotics and Systems, Bejing, Chine, 22-33, Octobre 1998, pp 199-125.). US Patent 5347600 "Method and apparatus for compression and decompression of digital image data". US patent 5384867 "Fractal transform compression board". US patent 5875108 "Ergonomic man-machine interface incorporating adative pattern recognition based control system". ~. Reyna Rojas R., Esteve D. "Architecture of a vision system for the detection and localization of objects using a neural network" LAAS Report N 00042. same National Days of the Doctoral Network in Microelectronics, Montpellier, France, 4-5 May 2000) Micro-cameras with image analysis can use the video signal to control a mechanism on a mobile machine (LAAS Toulouse Report N 98344. H. Camon, F. Lamaudie, N Arana, V. reboul, M. Briot. An integrated 3D camera: a microsystem for robotic applications. IARP 2nd International Workshop on Micro Robotics and Systems, Bejing, China, 22-33, October 1998, pp 199-125.).
Une première méthode pour utiliser le signal vidéo afin de contrôler un mécanisme sur un engin mobile impose de localiser l'engin mobile par rapport à un repère fixe, puis d'effectuer une synthèse de lois de commande sur l'état de l'engin mobile avant d'effectuer la commande. Une autre méthode plus fiable et plus rapide, et permise par le signal vidéo, dite de "l'asservissement visuel", permet de définir des boucles de commande directement à partir des données sensorielles sans avoir à relocaliser l'engin mobile. Le déclenchement de la tâche ou du mécanisme à effectuer est alors référencée dans l' "espace capteur", c'est à dire uniquement avec les informations reçues de la caméra vidéo, selon ce que l'on A first method for using the video signal in order to control a mechanism on a mobile machine requires locating the mobile machine with respect to a fixed reference point, then performing a synthesis of control laws on the state of the mobile machine. before placing the order. Another more reliable and faster method, enabled by the video signal, known as "visual servoing", makes it possible to define control loops directly from sensory data without having to relocate the mobile device. The triggering of the task or the mechanism to be performed is then referenced in the "sensor space", that is to say only with the information received from the video camera, depending on what is
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appelle la "commande référencée capteur". Un perfectionnement de cette méthode consiste à coupler les information reçues d'une micro-caméra vidéo et d'un micro-laser télémétrique, et permet de gérer les mêmes tâches mais en milieu encombré. (Rapport LAAS Toulouse N 99549, "Commande référencée multi-capteurs pour la navigation d'un robot mobile". Thèse de doctorat de V. Cadenat, Université Paul Sabatier, Toulouse, 16 Décembre 1999, N 3565,177 p ; Rapport LAAS N 99548 Nissoux C.,"Visibilité et Méthodes probabilistes pour la planification du mouvement en robotique", Doctorat, Université Paul Sabatier, Toulouse, 10 Décembre 1999, N 3570, 151 p. ) Des systèmes mixtes font coopérer des diodes électro-luminescentes et des caméras. Un exemple de système de poursuite d'objets faisant appel à un système mixte est décrit dans le brevet W09952094 "Wireless optical instrument for position measurement and method of use therefore", dans lequel des capteurs optiques de position de la cible tels que des diodes électroluminescentes émettent des éclairs dans un créneau temporel respectifs d'une trame de temps. Les diodes électroluminescentes sont synchronisées avec la fréquence de trame des caméras et communiquent avec elles, ce qui permet de localiser la cible. calls the "command referenced sensor". A refinement of this method consists in coupling the information received from a video micro-camera and a telemetric micro-laser, and makes it possible to manage the same tasks but in a congested environment. (LAAS Toulouse report N 99549, "Multi-sensor referenced command for the navigation of a mobile robot". Doctoral thesis by V. Cadenat, Paul Sabatier University, Toulouse, December 16, 1999, N 3565.177 p; LAAS N report 99548 Nissoux C., "Visibility and Probabilistic Methods for the Planning of Motion in Robotics", Doctorate, Paul Sabatier University, Toulouse, December 10, 1999, N 3570, 151 p.) Mixed systems make light-emitting diodes and cameras. An example of an object tracking system using a mixed system is described in patent W09952094 "Wireless optical instrument for position measurement and method of use therefore", in which optical target position sensors such as light emitting diodes emit lightning in a respective time slot of a time frame. The light emitting diodes are synchronized with the frame rate of the cameras and communicate with them, which makes it possible to locate the target.
ETAT DE L'ART DANS LES SYSTEMES DE COMMUNICATION ENTRE DISPOSITIFS MINIATURISES: Les systèmes de commande et de communication s'effectuent classiquement par une micro-circuiterie électrique câblée. Cependant, il existe aujourd'hui une tendance à utiliser des systèmes de communication par ondes électromagnétiques, d'une part par le biais de rayonnement infra-rouge, d'autre part par le bais d'ondes radio selon une norme telle que la dénommée norme "Bluetooth". STATE OF THE ART IN COMMUNICATION SYSTEMS BETWEEN MINIATURIZED DEVICES: Control and communication systems are conventionally carried out by a wired electric micro-circuit. However, there is today a tendency to use communication systems by electromagnetic waves, on the one hand by infrared radiation, on the other hand by the transmission of radio waves according to a standard such as the so-called "Bluetooth" standard.
ETAT DE l'ART DANS LA PRISE DE DECISION EN ROBOTIQUE EN ENVIRONNEMENT HASARDEUX Selon Bernard Espiau, de l'INRIA Grenoble (Isère, France), la prise de décision dans un environnement hasardeux fait appel aux méthodes associées à la modélisation et à la manipulation de connaissances symboliques, en vue d'assigner un objectif à un robot et de contrôler son évolution vers celui-ci. STATE OF THE ART IN DECISION-MAKING IN ROBOTICS IN A HAZARDOUS ENVIRONMENT According to Bernard Espiau, from INRIA Grenoble (Isère, France), decision-making in a hazardous environment calls for methods associated with modeling and manipulation symbolic knowledge, in order to assign a goal to a robot and control its progress towards it.
Les travaux des années 80-90 ont été menés dans deux directions principales. The work of the 80s and 90s was carried out in two main directions.
La première approche est essentiellement hiérarchique: le système commence par produire un plan (d'actions, de chemins, de mouvements. ). Les techniques utilisées varient suivant le problème posé (T. The first approach is essentially hierarchical: the system begins by producing a plan (of actions, paths, movements.). The techniques used vary according to the problem posed (T.
L. Dean, M. P. Wellman, Planning and Control, Morgan and Kaufmann Publ., 1991 ; J. C. Latombe, Robot Motion Planning, Kluwer Academic Publishers, 1991): algorithmes de parcours d'arbre, programmation dynamique, ou techniques probabilistes pour la planification de chemins, logiques temporelles pour les plans d'action. Ensuite, un système de supervision contrôle l'exécution, tandis qu'un troisième niveau, dit réactif, permet l'adaptation du plan vis-à-vis d'informations nouvelles. L. Dean, M. P. Wellman, Planning and Control, Morgan and Kaufmann Publ., 1991; J. C. Latombe, Robot Motion Planning, Kluwer Academic Publishers, 1991): tree path algorithms, dynamic programming, or probabilistic techniques for path planning, temporal logics for action plans. Then, a supervision system controls the execution, while a third level, called reactive, allows the adaptation of the plan with regard to new information.
La deuxième approche est dite comportementale. Basée sur un point de vue behavioriste, elle suppose l'existence d'un ensemble de comportements élémentaires d'action-réaction, très simples, qui par leur assemblage plus ou moins automatique conduit à un comportement global du robot complexe et adapté à l'environnement. The second approach is called behavioral. Based on a behaviorist point of view, it supposes the existence of a set of elementary action-reaction behaviors, very simple, which by their more or less automatic assembly leads to a global behavior of the complex robot and adapted to the environment.
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Appréhender par la modélisation mathématique la complexité de l'environnement n'étant pas toujours aisé pour la prise de décisions, les spécialistes de l'intelligence artificielle ont proposé des approches telles qu' algorithmes d'optimisation génétiques pour les problèmes non convexes, réseaux de neurones pour l'identification ou l'apprentissage, logique floue pour la commande et le contrôle de systèmes mal connus. Understanding the complexity of the environment by mathematical modeling is not always easy for decision-making, artificial intelligence specialists have proposed approaches such as genetic optimization algorithms for non-convex problems, networks of neurons for identification or learning, fuzzy logic for command and control of poorly understood systems.
ETAT DE L'ART DANS LES MUSCLES ARTIFICIELS: En robotique on peut utiliser les muscles artificiels pneumatiques basés sur des manchons gonflés par de l'air comprimé et recouverts d'une maille d'un matériau élastique (Brevet US 5052273 : tubular wall pneumatic actuator with position transducer; Klute GK, Artificial Muscles : for Biorobotic Systems. Department of Bioengineering, University of Washington, 1999; Klute, G. K., Czerniecki, J. M, and Hannaford, B. (1999) : McKibben Artificial Muscles : Pneumatic Actuators with Biomechanical Intelligence. To appear in the Proceedings of the IEEE/ASME 1999 International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM '99), Atlanta, GA, September 19-22, 1999 ; Klute, G. K. and Hannaford, B. (1998) :Modeling Pneumatic McKibben Artificial Muscle Actuators: Approaches and Expérimental Results. Submitted to the ASME Journal of Dynamic Systems, Measurements, and Control, November, 1998, revised March 1999 ; Klute, G. K. and Hannaford, B. STATE OF THE ART IN ARTIFICIAL MUSCLES: In robotics we can use pneumatic artificial muscles based on sleeves inflated by compressed air and covered with a mesh of elastic material (US Patent 5052273: tubular wall pneumatic actuator with position transducer; Klute GK, Artificial Muscles: for Biorobotic Systems. Department of Bioengineering, University of Washington, 1999; Klute, GK, Czerniecki, J. M, and Hannaford, B. (1999): McKibben Artificial Muscles: Pneumatic Actuators with Biomechanical Intelligence. To appear in the Proceedings of the IEEE / ASME 1999 International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM '99), Atlanta, GA, September 19-22, 1999; Klute, GK and Hannaford, B. (1998): Modeling Pneumatic McKibben Artificial Muscle Actuators: Approaches and Experimental Results. Submitted to the ASME Journal of Dynamic Systems, Measurements, and Control, November, 1998, revised March 1999; Klute, GK and Hannaford, B.
(1998) :Finite Element Modeling of McKibben Artificial Muscle Actuators. Submitted to the IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, March, 1998 ; Klute, G. K. and Hannaford, B. (1998): Finite Element Modeling of McKibben Artificial Muscle Actuators. Submitted to the IEEE / ASME Transactions on Mechatronics, March, 1998; Klute, G. K. and Hannaford, B.
(1998) :Fatigue Characteristics of McKibben Artificial Muscle Actuators. Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Victoria, B. C., Canada, October 13-17,1998, 3:1776-1782 ; Chou, C. P. and Hannaford, B. (1996):Measurements and Modeling of McKibben Pneumatic Artificial Muscles. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 12(1):90-102 ; Chou, C. P. and Hannaford, B (1994):Static and Dynamic Characteristics of McKibben Pneumatic Artificial Muscles. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation. San Diego, CA, May 8-13, 1994, 1:281-286 ; Tondu B., Lopez P., Modeling and control of Mc Kibben artificial muscle robot actuators", IEEE control Systems Magazine, vol. 20, n 2, IEEE Publisher (April 2000) 15-38.) Au "Biologically Inspired Robotics Laboratory" du Case Western University, les muscles artificiels pneumatiques Mc Kibben ont pu être réduits à une dimension de quelques dizaines de millimètres et être utilisés avec succès pour actionner les muscles d'un microrobot à pattes dit "Cricket Microrobot". (1998): Fatigue Characteristics of McKibben Artificial Muscle Actuators. Proceedings of the IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Victoria, B. C., Canada, October 13-17,1998, 3: 1776-1782; Chou, C. P. and Hannaford, B. (1996): Measurements and Modeling of McKibben Pneumatic Artificial Muscles. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 12 (1): 90-102; Chou, C. P. and Hannaford, B (1994): Static and Dynamic Characteristics of McKibben Pneumatic Artificial Muscles. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation. San Diego, CA, May 8-13, 1994, 1: 281-286; Tondu B., Lopez P., Modeling and control of Mc Kibben artificial muscle robot actuators ", IEEE control Systems Magazine, vol. 20, n 2, IEEE Publisher (April 2000) 15-38.) At" Biologically Inspired Robotics Laboratory " from Case Western University, the Mc Kibben pneumatic artificial muscles could be reduced to a dimension of a few tens of millimeters and used successfully to actuate the muscles of a legged microrobot called "Cricket Microrobot".
Des développements sont en cours pour utiliser les propriétés contractiles des polymères électro-actifs (Ricard A.., Tondu B., Lopez P., Vial D. et Conscience M.. Artificial muscle based on polymeric contractile gels", matériaux et techniques, matériaux et structures intelligents, Dunod (Décembre 1998) 43-48 ; Polymers as artificial muscles : capabilities,potential and challenges. Developments are underway to use the contractile properties of electroactive polymers (Ricard A .., Tondu B., Lopez P., Vial D. and Conscience M .. Artificial muscle based on polymeric contractile gels ", materials and techniques, intelligent materials and structures, Dunod (December 1998) 43-48; Polymers as artificial muscles: capabilities, potential and challenges.
Keynote Présentation at the Robotics 2000 and Space 2000. Albuquerque, NM, USA, February 28 March 2, 2000 ; Electroactive Polymers as rtificial muscles changing Robotics paradigms. NSMMS Symposium, San Diego, CA, 27 Feb. to 2 March 2000). Des travaux non encore publiés de Sonja Krause et Katherine Bohon au Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA sur des gels de polymères avec des fluides électro-rhéologiques, comme des particules d'oxyde de polyéthylène mélangées suspendues dans une huile siliconée mélangée avec du poly(dimethyl siloxane) pourraient apporter le temps de réponse rapide qui manque à ces technologies. Keynote Presentation at the Robotics 2000 and Space 2000. Albuquerque, NM, USA, February 28 March 2, 2000; Electroactive Polymers as rtificial muscles changing Robotics paradigms. NSMMS Symposium, San Diego, CA, 27 Feb. to 2 March 2000). Unpublished work by Sonja Krause and Katherine Bohon at the Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA on polymer gels with electro-rheological fluids, such as mixed polyethylene oxide particles suspended in a silicone oil mixed with poly (dimethyl siloxane) could provide the rapid response time that these technologies lack.
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Les muscles artificiels peuvent aussi utiliser des micro-moteurs électriques, l'électro-strictivité ou la magnéto-strictivité. Artificial muscles can also use electric micro-motors, electro-strictness or magneto-strictness.
D'autres voies sont explorées pour les muscles artificiels comme les propriétés electrostrictives des copolymères de poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) activés par un bombardement électronique. Other routes are explored for artificial muscles such as the electrostrictive properties of poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymers activated by electron bombardment.
D'autres travaux sont engagés pour appréhender les possibilités d'utilisation des nanotubes de carbone pour fabriquer des muscles artificiels, car la théorie leur prédit des potentilaités intéressantes dans ce domaine. Other work is underway to understand the possibilities of using carbon nanotubes to make artificial muscles, because the theory predicts interesting potentials in this area.
Enfin, des actionneurs peuvent utiliser des micro-turbines, telles que celles développées par le MIT à Cambridge, Massachussetts, USA, sous la direction d'Alan Epstein et de Stephen Senturia, en utilisant des techniques de micro-fabrications (technologie décrite dans le Brevet US 5 932 940). Finally, actuators can use micro-turbines, such as those developed by MIT in Cambridge, Massachussetts, USA, under the direction of Alan Epstein and Stephen Senturia, using micro-fabrication techniques (technology described in U.S. Patent 5,932,940).
ETAT DE L'ART DES SOURCES D'ENERGIE EMBARQUEE: Etat de l'Art dans les micro-piles à combustible: Il existe plusieurs technologies de pile à combustible. Un premier groupe comprend les piles basse température (25-100 c), c'est à dire les PEMFC (piles à membrane électrolyte polymère) et les AFC (alcaline fuel cells). STATE OF THE ART OF ON-BOARD ENERGY SOURCES: State of the Art in micro-fuel cells: There are several fuel cell technologies. A first group includes low temperature batteries (25-100 c), ie PEMFC (polymer electrolyte membrane batteries) and AFC (alkaline fuel cells).
Les PEMFC peuvent utiliser l'hydrogène directement à partir d'un stockage à très basse température ou dans des hydrures, ou bien de l'hydrogène reformé à partir de méthanol. PEMFCs can use hydrogen directly from very low temperature storage or in hydrides, or hydrogen reformed from methanol.
Un deuxième groupe comprend les piles à méthanol à production directe, c'est à dire les DFMC (direct methanol fuel cells) . Un troisième groupe comprend les piles à moyenne température (190 c), comprenant les PAFC (phosphoric acid fuel cell) . Un quatrième groupe comprend les piles à haute température (+ de 500 C), telles que les MCFC (piles à carbonates fondus) et les piles à oxyde solide, les SOFC (Solide oxyde fuel cell). A second group includes direct production methanol fuel cells, that is to say DFMC (direct methanol fuel cells). A third group includes medium temperature batteries (190 c), including PAFC (phosphoric acid fuel cell). A fourth group includes high temperature cells (over 500 C), such as MCFC (molten carbonate cells) and solid oxide cells, SOFC (Solid oxide fuel cell).
Des développements récents ont abouti à des piles à combustible capables d'utiliser directement des hydrocarbures comme le méthane, l'éthane, le 1-butène, le n-butane et le toluène (Murray EP, Tsai T, Barnett SA, " A direct-methane fuel cell with a ceria based anode", Nature, 1999, 400, 649-651; .Park S., Vohs JL, Gorte R., "Direct oxydation of hydrocarbons in a solid-oxide fuel cell". Nature, 2000, 404, 265-266.) Les piles à combustible peuvent être miniaturisées (Voss H., Huff J;, Attewell A., Keily T.. "Portable fuel cell power generator". Journal ofPower Sources, 1997, 1-2,155-158.; Browning D., Jones P., Packer K., Attewell A., Keily T. "An investigation of hydrogen storage methods for fuel cell operation with man-portable equipment. " Journal ofPower Sources, 1997,1-2,187-195.; Ishizawa M. et al.: "Portable Fuel-Cell Systems" NTT Review, vol. 9, No. 5, Sep. 1997, pp. 65-69 ; US 5314762 "Portable power source".; Brevet US 5641585 "Miniature fuel cell assembly" ; US 5932365 "Hydrogen canister fuel cell battery" ; US 6057051, "Miniaturized fuel cell assembly".; Brevet WO 035032 "Micro-fuel cell power devices".; Brevet WO 036681 "Large non-bipolar fuel cell stack configuration" ; Brevet WO 045457 "MEMS-based thin-film fuel cells".) Recent developments have resulted in fuel cells capable of directly using hydrocarbons such as methane, ethane, 1-butene, n-butane and toluene (Murray EP, Tsai T, Barnett SA, "A direct -methane fuel cell with a ceria based anode ", Nature, 1999, 400, 649-651; .Park S., Vohs JL, Gorte R.," Direct oxidation of hydrocarbons in a solid-oxide fuel cell ". Nature, 2000 , 404, 265-266.) Fuel cells can be miniaturized (Voss H., Huff J ;, Attewell A., Keily T .. "Portable fuel cell power generator". Journal of Power Sources, 1997, 1-2,155- 158 .; Browning D., Jones P., Packer K., Attewell A., Keily T. "An investigation of hydrogen storage methods for fuel cell operation with man-portable equipment." Journal of Power Sources, 1997,1-2,187- 195 .; Ishizawa M. et al .: "Portable Fuel-Cell Systems" NTT Review, vol. 9, No. 5, Sep. 1997, pp. 65-69; US 5314762 "Portable power source" .; US Patent 5641585 "Miniature fuel cell assembly"; US 5932 365 "Hydrogen canister fuel cell battery"; US 6057051, "Miniaturized fuel cell assembly" .; Patent WO 035032 "Micro-fuel cell power devices" .; Patent WO 036681 "Large non-bipolar fuel cell stack configuration"; Patent WO 045457 "MEMS-based thin-film fuel cells".)
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Etat de l'Art dans les micro-piles à biocatalyse et bio-combustible: Les micro-piles à biocatalyse et bio-combustible sont des micro-piles à combutible qui utilisent des principalement des sucres tels que le glucose comme combustibles et des molécules biologiques tels des enzymes comme catalyseurs. Des développements récents ont conduit à leur miniaturisation (Satoshi Sasaki, Isao Karube, "The development of microfabricated biocatalytic fuel cells", Trends in Biotechnology, 1999, vol 17, 50- 52). State of the art in biocatalysis and bio-fuel micro-batteries: Biocatalysis and bio-fuel micro-cells are fuel micro-cells which mainly use sugars such as glucose as fuels and biological molecules such as enzymes as catalysts. Recent developments have led to their miniaturization (Satoshi Sasaki, Isao Karube, "The development of microfabricated biocatalytic fuel cells", Trends in Biotechnology, 1999, vol 17, 50-52).
Des bactéries et des algues peuvent aussi produire de l'électricité avec un rendement suffisant pour envisager de les utiliser comme source d'énergie embarquée. Par exemple, les bactéries anaérobies du genre Desulfuromonas acetoxidans dégradent la matière organique en acétate, qui capte les électrons, lesquels peuvent être transférés à des électrodes. Bacteria and algae can also generate electricity with sufficient efficiency to consider using them as an on-board energy source. For example, anaerobic bacteria of the genus Desulfuromonas acetoxidans degrade organic matter into acetate, which picks up electrons, which can be transferred to electrodes.
Etat de l'Art dans les accumulateurs électrochimiques: Dans le but d'augmenter les rapports Energie stockée/poids et Energie stockée/volume, des accumulateurs électrochimiques, tels que batteries Lithium-polymères, viennent élargir la gamme des accumulateurs déjà banalisées tels que accumulateurs au plomb, Nickel-Cadmium, Nickel-Métalhydrures, Lithium-ion. En termes de nombre de cycles charge/décharge et sauvegarde de l'environnement, les accumulateurs au Magnésium représentent une alternative (Aurbach D., Lu Z, Schechter A., Gofer Y., Gizbar H., Turgeman R, Cohen Y, Moshkovich M, Levi E, "Prototype systems for rechargeable magnésium batteries", Nature, 2000, 407, 724727). State of the art in electrochemical accumulators: In order to increase the stored energy / weight and stored energy / volume ratios, electrochemical accumulators, such as lithium-polymer batteries, are expanding the range of already trivialized accumulators such as accumulators lead, Nickel-Cadmium, Nickel-Metalhydrides, Lithium-ion. In terms of number of charge / discharge cycles and environmental protection, Magnesium accumulators represent an alternative (Aurbach D., Lu Z, Schechter A., Gofer Y., Gizbar H., Turgeman R, Cohen Y, Moshkovich M, Levi E, "Prototype systems for rechargeable magnesium batteries", Nature, 2000, 407, 724727).
Etat de l'Art dans les supercondensateurs : Les supercondensateurs ont moins de capacités de stockage que les accumulateurs électrochimiques, mais ils ont l'avantage de supporter un nombre quasi-illimité de cycles charges-décharges très rapides. State of the art in supercapacitors: Supercapacitors have less storage capacity than electrochemical accumulators, but they have the advantage of supporting an almost unlimited number of very fast charge-discharge cycles.
Ils peuvent donc être couplés en série avec des accumulateurs chimiques et répondre aux pics d'utilisation (Brevet US 5591212, "Hybrid battery for implantable pulse generator."; Brevet US 6061577, "Electrical power supply circuit, in particular for portable appliances"; Brevet US 6097973, "Electronic circuit for a portable electronic device. ) BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Le dispositif de l'invention concerne une paire de chaussures ou de patins auto-propulsifs à énergie embarquée aidant à marcher ou à courir en assistant le mouvement des pieds et en soulageant l'effort du marcheur ou coureur. Les pieds peuvent être ceux d'une personne valide, ou les pieds artificiels d'une personne amputée et munie de prothèses jambe-pied, ou les pieds artificiels d'un robot. They can therefore be coupled in series with chemical accumulators and respond to peaks of use (US Patent 5591212, "Hybrid battery for implantable pulse generator."; US Patent 6061577, "Electrical power supply circuit, in particular for portable appliances"; Patent US 6097973, "Electronic circuit for a portable electronic device.) BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The device of the invention relates to a pair of self-propelled shoes or self-propelled skates of on-board energy helping to walk or run while assisting the movement feet and relieving the effort of the walker or runner. The feet can be those of a valid person, or the artificial feet of an amputee and fitted with leg-foot prostheses, or the artificial feet of a robot.
Ainsi ledit dispositif de l'invention aide à la marche ou à la course une personne valide ou une personne amputée muie d'un pied prothétique ou un robot marcheur. Thus said device of the invention helps with walking or running a valid person or an amputee with a prosthetic foot or a walking robot.
Selon un version élaborée de l'invention, l'intensité de l'impulsion donnée au pied en phase d'appui par les auto-propulseurs peut être optimisée en temps réel en prenant des informations sur la cinétique de la jambe sans contact avec le sol grâce à un système de perception embarqué. According to an elaborate version of the invention, the intensity of the impulse given to the foot in the support phase by self-propellers can be optimized in real time by taking information on the kinetics of the leg without contact with the ground thanks to an on-board perception system.
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Les chaussures de l'invention, utilisables en terrain plat, montant ou descendant, soulagent l'effort du marcheur ou du coureur et l'aident soit à faire des pas plus grands, soit à faire des pas plus rapides. The shoes of the invention, usable on flat ground, up or down, relieve the effort of the walker or runner and help him either to take larger steps, or to take faster steps.
L'énergie embarquée, qui peut par exemple portée dans un sac à dos d'appoint, est consommée par le coureur ou le marcheur en très faible quantité. The onboard energy, which can for example be carried in an extra backpack, is consumed by the runner or walker in very small quantities.
En résumé, les chaussures de l'invention ont trois vocations possibles: - soit soulager la dépense énergétique d'une personne valide se déplaçant à pied, - soit aider la marche ou à la course des personnes amputées d'une ou de deux jambes. Dans ce cas, les chaussures de l'invention chaussent des pieds artificiels faisant partie de prothèses de membres inférieurs. In summary, the shoes of the invention have three possible vocations: - either to relieve the energy expenditure of a valid person moving on foot, - or to help the walking or the running of the amputees of one or two legs. In this case, the shoes of the invention wear artificial feet which are part of prostheses of the lower limbs.
- soit aider la marche ou à la course des robots marcheurs ou coureurs. Dans ce cas, les chaussures de l'invention chaussent des pieds artificiels terminant leurs jambes artificielles. - either to help the walking or running of walking robots or runners. In this case, the shoes of the invention wear artificial feet ending their artificial legs.
Des pieds artificiels propulsifs directement liés à des pilons de prothèse de jambes peuvent être conçus selon le même principe que les chaussures de l'invention. Artificial propellant feet directly linked to leg prosthesis pestles can be designed according to the same principle as the shoes of the invention.
De même, des pieds artificiels propulsifs de robots marcheurs directement liés aux jambes artificielles de robots marcheurs peuvent être conçus selon le même principe que les chaussures de l'invention. Likewise, artificial feet propelling walking robots directly linked to the artificial legs of walking robots can be designed according to the same principle as the shoes of the invention.
FIGURES:
La Figure 1 représente un premier type de chaussure autopropulsive de l'invention, avec un sous-ensemble (A) ayant deux appuis au sol, un sous-ensemble (B) pourvu d'une lame (C), et un actionneur principal (Z) au talon, dans deux positions de travail différentes. Ledit actionneur principal (Z) est pourvu d'une chambre extensible souple (00) dans laquelle un gaz est capable de se détendre, l'échappement du gaz se faisant au moment où un col (125) aménagé à la surface de ladite chambre extensible souple se dégage d'un obturateur (425) lié au mouvement d'éloignement desdits sous-ensembles (A) et (B). Au haut de ladite Figure 1, l'actionneur principal (Z) est au repos. Au bas de ladite Figure 1, l'actionneur principal (Z) est en action, éloigne ledit sous-ensemble (A) et ledit sous-ensemble (B) selon un mouvement de rotation, ce qui tend à comprimer au sol ladite lame (C). FIGURES
Figure 1 shows a first type of self-propelling shoe of the invention, with a sub-assembly (A) having two supports on the ground, a sub-assembly (B) provided with a blade (C), and a main actuator ( Z) at the heel, in two different working positions. Said main actuator (Z) is provided with a flexible extensible chamber (00) in which a gas is capable of relaxing, the gas escaping taking place at the moment when a neck (125) arranged on the surface of said extensible chamber flexible is released from a shutter (425) linked to the movement away from said subassemblies (A) and (B). At the top of said Figure 1, the main actuator (Z) is at rest. At the bottom of said Figure 1, the main actuator (Z) is in action, moves said sub-assembly (A) and said sub-assembly (B) in a rotational movement, which tends to compress said blade on the ground ( VS).
La Figure 2 représente un deuxième type de chaussure autopropulsive de l'invention , avec un sous-ensemble (A) ayant deux appuis au sol, un sous-ensemble (B) pourvu d'une lame (C), et un actionneur principal (Z) à l'avant. Ledit actionneur (Z) est pourvu d'un cylindre (200) aménagé dans ledit sous-ensemble (A) et dans lequel un gaz amené par un conduit est capable de se détendre. Ledit cylindre (200) reçoit un piston (100) faisant corps avec ledit sous-ensemble ( B). Le retour après la fin de course dudit piston (200) se fait sous l'effet d'un système bielle-manivelle (240). Au haut de ladite Figure 2, l'actionneur est au repos. Figure 2 shows a second type of self-propelling shoe of the invention, with a sub-assembly (A) having two supports on the ground, a sub-assembly (B) provided with a blade (C), and a main actuator ( Z) at the front. Said actuator (Z) is provided with a cylinder (200) arranged in said subassembly (A) and in which a gas supplied by a conduit is capable of expanding. Said cylinder (200) receives a piston (100) integral with said subassembly (B). The return after the end of travel of said piston (200) is effected by a rod-crank system (240). At the top of said Figure 2, the actuator is at rest.
Au bas de ladite Figure 2, ledit actionneur principal (Z) est en action et ledit sous-ensemble At the bottom of said Figure 2, said main actuator (Z) is in action and said sub-assembly
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(B) se rapproche du sol selon un mouvement curviligne, ce qui tend à comprimer au sol ladite lame (C). (B) approaches the ground in a curvilinear movement, which tends to compress the ground on said blade (C).
La Figure 3 représente un troisième type de chaussure autopropulsive de l'invention, avec un sous-ensemble (A) ayant un seul appui au sol, un sous-ensemble (B) pourvu d'une lame (C), un actionneur principal (Z) au talon, et un actionneur annexe (W) à l'avant. Au haut de ladite Figure 3, les deux actionneurs sont au repos. Au bas de ladite Figure 3, les deux actionneurs sont en action, éloignent ledit sous-ensemble (A) et ledit sous-ensemble (B) selon un mouvement de torsion rotative, ce qui tend à comprimer au sol ladite lame (C). Figure 3 shows a third type of self-propelling shoe of the invention, with a sub-assembly (A) having only one support on the ground, a sub-assembly (B) provided with a blade (C), a main actuator ( Z) at the heel, and an auxiliary actuator (W) at the front. At the top of said Figure 3, the two actuators are at rest. At the bottom of said FIG. 3, the two actuators are in action, moving said subassembly (A) and said subassembly (B) apart in a rotary torsional movement, which tends to compress said blade (C) on the ground.
La Figure 4 représente un quatrième type de chaussure autopropulsive de l'invention, avec un sous-ensemble (A) ayant un seul appui au sol, un sous-ensemble (B) pourvu d'une lame (C), un actionneur principal (Z) au talon et un actionneur annexe (W) à l'avant. Au haut de ladite Figure 4, les deux actionneurs sont au repos. Au bas de ladite Figure 4, les deux actionneurs sont en action, éloignent ledit sous-ensemble (A) et ledit sous-ensemble (B) selon un mouvement de rotation, ce qui tend à comprimer au sol ladite lame (C). Figure 4 shows a fourth type of self-propelling shoe of the invention, with a sub-assembly (A) having only one support on the ground, a sub-assembly (B) provided with a blade (C), a main actuator ( Z) at the heel and an auxiliary actuator (W) at the front. At the top of said Figure 4, the two actuators are at rest. At the bottom of said FIG. 4, the two actuators are in action, moving said sub-assembly (A) and said sub-assembly (B) apart in a rotational movement, which tends to compress said blade (C) on the ground.
La Figure 5 représente la chaussure autopropulsive de la Figure 4 dans deux nouvelles positions (en haut en bas de ladite Figue 5), dans lesquelles ledit sous-ensemble (A) et ledit sous-ensemble (B) s'écartent de plus en plus. Figure 5 shows the self-propelling shoe of Figure 4 in two new positions (top down of said Fig 5), in which said sub-assembly (A) and said sub-assembly (B) deviate more and more .
La Figure 6 représente une chaussure autopropulsive de l'invention variante de celle de la Figure 1, avec un sous-ensemble (A) ayant deux appuis au sol dont une lame d'appui avant (L), avec un sous-ensemble (B) pourvu d'une lame (C) capable de comprimer ladite lame d'appui avant (L), et avec un actionneur principal (Z) au talon. Au haut de la Figure 6, ledit actionneur principal (Z) est au repos. Au bas de ladite Figure 6, ledit actionneur principal (Z) est en action, éloigne ledit sous-ensemble (A) et ledit sous-ensemble (B) selon un mouvement de rotation, ce qui tend à comprimer au sol ladite lame (C) et ledit appui avant (L). Figure 6 shows a self-propelling shoe of the invention variant of that of Figure 1, with a sub-assembly (A) having two supports on the ground including a front support blade (L), with a sub-assembly (B ) provided with a blade (C) capable of compressing said front support blade (L), and with a main actuator (Z) at the heel. At the top of Figure 6, said main actuator (Z) is at rest. At the bottom of said Figure 6, said main actuator (Z) is in action, moves said subassembly (A) and said subassembly (B) in a rotational movement, which tends to compress said blade on the ground (C ) and said front support (L).
@ La Figure 7 représente une chaussure autopropulsive variante de celle de la Figure 2 avec un sous-ensemble (A) ayant deux appuis au sol dont une lame d'appui avant (P), un sousensemble (B) pourvu d'une lame (C), un actionneur principal (Z) à l'avant, un actionneur annexe (N) à l'avant pourvu d'une chambre extensible souple en position de repos. Ledit actionneur (Z) est pourvu d'un cylindre (200) aménagé dans ledit sous-ensemble (A) et dans lequel un gaz amené par un conduit est capable de se détendre. Ledit cylindre (200) reçoit un piston (200) faisant corps avec ledit sous-ensemble ( B). Le retour après la fin de course dudit piston (100) se fait sous l'effet d'un système bielle-manivelle (240). Ledit piston (100) est percé en son centre d'un canal longitudinal chargé concomitamment d'amener aussi le gaz qui se détend dans ladite chambre extensible souple dudit actionneur annexe (N). @ Figure 7 shows a self-propelling shoe variant of that of Figure 2 with a sub-assembly (A) having two ground supports including a front support blade (P), a sub-assembly (B) provided with a blade ( C), a main actuator (Z) at the front, an auxiliary actuator (N) at the front provided with a flexible extensible chamber in the rest position. Said actuator (Z) is provided with a cylinder (200) arranged in said subassembly (A) and in which a gas supplied by a conduit is capable of expanding. Said cylinder (200) receives a piston (200) integral with said subassembly (B). The return after the end of travel of said piston (100) is effected by a rod-crank system (240). Said piston (100) is pierced in its center with a longitudinal channel which is also responsible for supplying the gas which expands in said flexible extensible chamber of said auxiliary actuator (N).
La Figure 8 représente la chaussure autopropulsive de la Figure 7, avec ledit actionneur principal (Z) en action qui rapproche du sol ledit sous-ensemble (B) selon un mouvement curviligne, ce qui tend à comprimer au sol ladite lame (C), et avec un actionneur annexe (N) en action qui tend à imprimer un mouvement de rotation à ladite lame d'appui avant (P), alors que cette dernière est en contact avec le sol. FIG. 8 represents the self-propelling boot of FIG. 7, with said main actuator (Z) in action which brings said subassembly (B) closer to the ground in a curvilinear movement, which tends to compress said blade (C) on the ground, and with an auxiliary actuator (N) in action which tends to impart a rotational movement to said front support blade (P), while the latter is in contact with the ground.
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La Figure 9 représente une décomposition en trois positions successives de la phase de l'attaque-talon d'un nouveau type de chaussure autopropulsive de l'invention pourvue au talon d'un actionneur principal (Z) double. La chaussure autopropulsive décrite sur ladite Figure 9 comporte un sous-ensemble (A) ayant un seul appui au sol, un sous-ensemble (B) pourvu d'une lame (C), et un actionneur principal (Z) au talon en deux parties. Une partie dudit actionneur principal (Z) assure l'éloignement desdits sous-ensembles (A) et (B) selon une rotation et conduit à la compression au sol deladite lame (C), une autre partie dudit actionneur principal (Z) renforce l'appui au sol dudit sous-ensemble (A). Au haut de ladite Figure 9, l'actionneur principal (Z) est au repos alors que s'engage l'appui-talon, ce qui par capteur de contact ou de proximité déclenche ledit actionneur principal (Z). Au milieu et au bas de ladite Figure 9, l'appui-talon se confirme, et ledit actionneur principal (Z) commence à réagir. Figure 9 shows a decomposition in three successive positions of the heel attack phase of a new type of self-propelling shoe of the invention provided with the heel of a double main actuator (Z). The self-propelling shoe described in said Figure 9 comprises a sub-assembly (A) having a single support on the ground, a sub-assembly (B) provided with a blade (C), and a main actuator (Z) in the heel in two parts. Part of said main actuator (Z) ensures the separation of said subassemblies (A) and (B) according to a rotation and leads to compression on the ground of said blade (C), another part of said main actuator (Z) reinforces the support on the ground of said sub-assembly (A). At the top of said Figure 9, the main actuator (Z) is at rest while the heel support engages, which by contact or proximity sensor triggers said main actuator (Z). In the middle and at the bottom of said Figure 9, the heel support is confirmed, and said main actuator (Z) begins to react.
La Figure 10 représente le type de chaussure autopropulsive de la Figure 9 avec une décomposition de la phase de décollement du talon et d'impulsion de la pointe du pied. en trois positions successives. Au haut de ladite Figure 10, la chaussure autopropulsive est en appui plat, en cours de bascule talon-pointe, alors que se confirme l'action dudit actionneur principal (Z) et que ladite lame (C) entame sa compression. Au milieu de ladite Figure 10, la bascule talon-pointe se termine, l'appui de la pointe du pied s'exerce pleinement, ladite lame (C) est en pleine compression, et ledit actionneur principal (Z) se relâche. Au bas de ladite Figure 10, l'élasticité de ladite lame (C) s'est exprimée et a donné une impulsion au pied vers l'avant et vers le haut. Figure 10 represents the type of self-propelling shoe of Figure 9 with a decomposition of the phase of detachment of the heel and impulse of the toe. in three successive positions. At the top of said Figure 10, the self-propelling shoe is in flat support, during heel-toe tilting, while the action of said main actuator (Z) is confirmed and said blade (C) begins to compress. In the middle of said Figure 10, the heel-toe rocker ends, the support of the toe is fully exerted, said blade (C) is in full compression, and said main actuator (Z) is released. At the bottom of said Figure 10, the elasticity of said blade (C) was expressed and gave the foot an impulse forward and upward.
La Figure 11représente une chaussure autopropulsive de l'invention pourvue d'une lame flexible à l'avant équipée d'une chambre à air (807) amortissant les appuis. Figure 11 shows a self-propelling shoe of the invention provided with a flexible blade at the front equipped with an air chamber (807) damping the supports.
La Figure 12 représente une chaussure autopropulsive de l'invention pourvue d'une lame flexible à l'avant équipée d'une roue motrice (344), ce dispositifpouvant exister des deux côtés de ladite chaussure autopropulsive. Figure 12 shows a self-propelling shoe of the invention provided with a flexible blade at the front equipped with a driving wheel (344), this device can exist on both sides of said self-propelling shoe.
La Figure 13 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention pourvues chacune d'un kit de perception embarqué constitué de micro-accéléromètres (76) et de micro-gyroscopes (87) et de microgyroscopes/micro-accéléromètres (77). Chaque kit de perception embarqué fournit au microprocesseur du pied en appui les informations en temps réel sur la cinétique de plusieurs points de l'autre jambe en phase d'oscillation. Sur ladite Figure 13, le pied sans appui avec le sol revient de l'arrière avec une certaine accélération. FIG. 13 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention each provided with an on-board perception kit consisting of micro-accelerometers (76) and micro-gyroscopes (87 ) and microgyroscopes / micro-accelerometers (77). Each on-board perception kit provides the supporting microprocessor of the foot with real-time information on the kinetics of several points on the other leg during the oscillation phase. In said Figure 13, the foot without support with the ground returns from the rear with a certain acceleration.
La Figure 14 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention avec le pied sans appui avec le sol qui revient de l'arrière avec une accélération supérieure à celle de la Figure 13. Figure 14 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention with the foot without support with the ground returning from the rear with an acceleration greater than that of Figure 13 .
La Figure 15 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention pourvues chacune d'un kit de perception embarqué constitué de micro-caméras CD ou CMOS (59) fixées sur les genoux et coopérant FIG. 15 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention each provided with an on-board perception kit consisting of CD or CMOS micro-cameras (59) fixed on the knees and cooperating
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avec des des diodes électro-luminescentes (41) fixées sur l'autre jambe, et fournissant au microprocesseur du pied en appui les informations en temps réel sur la cinétique de plusieurs points de ladite autre jambe en phase d'oscillation . with light-emitting diodes (41) fixed on the other leg, and providing the supporting microprocessor of the foot with real-time information on the kinetics of several points of said other leg in the oscillation phase.
La Figure 16 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention avec le pied sans appui avec le sol qui revient de l'arrière avec une accélération supérieure à celle de la Figure 15. FIG. 16 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention with the foot without support with the ground returning from the rear with an acceleration greater than that of FIG. 15 .
La Figure 17 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention pourvues chacune d'un kit de perception embarqué constitué de micro-caméras CD ou CMOS (59) fixées à l'arrière desdites chaussures de l'invention, pouvant effectuer des reconnaissances de forme, coopérant avec des diodes électro-luminescentes (41) fixées sur l'autre jambe, et fournissant au microprocesseur du pied en appui les informations en temps réel sur la cinétique de plusieurs points de ladite autre jambe en phase d'oscillation . FIG. 17 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention each provided with an on-board perception kit consisting of CD or CMOS micro-cameras (59) fixed to the rear of said shoes of the invention, capable of performing shape recognition, cooperating with light-emitting diodes (41) fixed on the other leg, and providing the microprocessor of the foot with support in real time information on the kinetics of several points of said other leg in oscillation phase.
La Figure 18 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention avec le pied sans appui avec le sol qui revient de l'arrière avec une accélération supérieure à celle de la Figure 17. Figure 18 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention with the foot without support with the ground returning from the rear with an acceleration greater than that of Figure 17 .
La Figure 19 représente une chaussure auto-propulsive de l'invention où ladite lame (C) est mobile autour d'un axe horizontal et est capable de rotation pendant son appui au sol avec l'aide d'un actionneur annexe (V) tel qu'un muscle artificiel pneumatique (602), ce dispositif pouvant exister des deux côtés de ladite chaussure autopropulsive. Figure 19 shows a self-propelling shoe of the invention where said blade (C) is movable around a horizontal axis and is capable of rotation during its support on the ground with the help of an auxiliary actuator (V) such an artificial pneumatic muscle (602), this device being able to exist on both sides of said self-propelling shoe.
DESCRIPTION DE L'INVENTION Le dispositif de l'invention concerne une paire de chaussures auto-propulsives à énergie embarquée aidant à marcher ou à courir en assistant le mouvement des-pieds et en soulageant l'effort du marcheur ou coureur. Les pieds peuvent être ceux d'une personne valide, ou les pieds artificiels d'une personne amputée et munie de prothèse (s) ou les pieds artificiels d'un robot. DESCRIPTION OF THE INVENTION The device of the invention relates to a pair of self-propelling on-board energy shoes helping to walk or run by assisting the movement of the feet and by relieving the effort of the walker or runner. The feet can be those of a valid person, or the artificial feet of an amputee and fitted with prosthesis (s) or the artificial feet of a robot.
Ainsi ledit dispositif de l'invention aide à la marche ou à la course une personne valide ou une personne amputée muie d'un pied prothétique ou un robot marcheur. Thus said device of the invention helps with walking or running a valid person or an amputee with a prosthetic foot or a walking robot.
Ledit dispositif de l'invention concerne aussi directement un pied artificiel, comme un pied prothétique ou celui d'un robot avec jambes et pieds artificiels. Said device of the invention also directly relates to an artificial foot, such as a prosthetic foot or that of a robot with artificial legs and feet.
Ainsi que le montrent les Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 19, chacune des chaussures de l'invention est constituée d'au moins un sous-ensemble (A) et un sous-ensemble (B). As shown in Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 19, each of the shoes of the invention consists of at least one subset (A) and one subset (B).
Ledit sous-ensemble (A) est pourvu d'une partie inférieure capable d'assurer l'appui de la jambe sur le sol. Said subassembly (A) is provided with a lower part capable of ensuring the support of the leg on the ground.
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Ledit sous-ensemble (B) comporte une partie supérieure fixant le pied qui est pourvue d'une pointe en forme de lame (C) faite d'un matériau élastique, très léger, très résistant en traction, compression et torsion. Said sub-assembly (B) comprises an upper part fixing the foot which is provided with a blade-shaped point (C) made of an elastic material, very light, very resistant to traction, compression and torsion.
Ledit sous-ensemble (B) est mobile par rapport audit sous-ensemble (A) grâce à un actionneur principal (Z) tel que piston ou muscle artificiel ou chambre extensible souple tel que ballon, baudruche ou soufflet. Said subassembly (B) is movable relative to said subassembly (A) thanks to a main actuator (Z) such as a piston or artificial muscle or flexible extensible chamber such as a balloon, balloon or bellows.
Ledit actionneur principal (Z) est mis en action avec l'aide d'une source d'énergie portée par le marcheur ou le coureur. Said main actuator (Z) is actuated with the help of an energy source carried by the walker or runner.
Ainsi que le montrent les Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 19, l'action dudit actionneur principal (Z) fait que ledit sous-ensemble (B) est capable d'un mouvement dirigé vers le sol. As shown in Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 19, the action of said main actuator (Z) means that said subassembly (B) is capable of a movement directed towards the ground.
Ce mouvement va rendre possible le contact de ladite lame(C) avec le sol. This movement will make possible the contact of said blade (C) with the ground.
En effet, alors que s'effectue la bascule talon-pointe du pied, alors que se termine la phase d'appui et alors que va s'engager le mouvement de la jambe de l'arrière vers l'avant, ladite lame (C), profitant de l'énergie cinétique dudit sous-ensemble (B) dont elle est partie intégrante est capable, à la fin du mouvement dudit sous-ensemble (B), et en relais du sous- ensemble (A), d'assurer l'appui de jambe sur le sol en résistant à la compression de manière plus ou moins élastique en fonction des propriétés mécaniques des matériaux utilisés. Indeed, while the heel-toe tilting takes place, while the support phase ends and while the movement of the leg is going to start from the back to the front, said blade (C ), taking advantage of the kinetic energy of said subset (B) of which it is an integral part, is capable, at the end of the movement of said subset (B), and in relay of the subset (A), of ensuring the leg support on the ground by resisting compression in a more or less elastic manner depending on the mechanical properties of the materials used.
Ainsi que le montrent les Figures 9 et 10, ledit actionneur principal (Z) peut être en deux parties, une partie assurant l'éloignement desdits sous-ensembles (A) et (B) et conduisant à la compression au sol deladite lame (C), une autre partie renforçant l'appui au sol dudit sous- ensemble (A). As shown in Figures 9 and 10, said main actuator (Z) can be in two parts, one part ensuring the separation of said subassemblies (A) and (B) and leading to compression on the ground of said blade (C ), another part strengthening the ground support of said subassembly (A).
Ainsi que le montrent les Figures 3, 4, 5, dans d'autres versions de l'invention, la compression au sol de ladite lame (C) peut être aidée à la fois par le mouvement de rapprochement du sol dudit sous-ensemble (B) et par un actionneur annexe (W) tel que piston ou muscle artificiel ou chambre extensible souple telle que soufflet, ballon ou baudruche. As shown in Figures 3, 4, 5, in other versions of the invention, the compression on the ground of said blade (C) can be helped both by the movement of approaching the ground of said subassembly ( B) and by an auxiliary actuator (W) such as piston or artificial muscle or flexible extensible chamber such as bellows, balloon or balloon.
Sur la Figure 3, il est montré que, dans une version de l'invention, ledit, actionneur annexe (W) est capable d'aider à comprimer au sol ladite lame (C). In Figure 3, it is shown that, in a version of the invention, said auxiliary actuator (W) is capable of helping to compress said blade (C) on the ground.
Sur les Figures 4 et 5, il est aussi montré que dans une autre version de l'invention, ledit actionneur annexe (W) est capable d'aider à comprimer au sol ladite lame (C). In Figures 4 and 5, it is also shown that in another version of the invention, said auxiliary actuator (W) is capable of helping to compress said blade (C) on the ground.
Ainsi que le montre le Figure 19, dans une version de l'invention, ladite lame (C) est mobile autour d'un axe horizontal et est capable de rotation pendant son appui au sol avec l'aide d'un actionneur annexe (V). As shown in Figure 19, in a version of the invention, said blade (C) is movable about a horizontal axis and is capable of rotation during its support on the ground with the help of an auxiliary actuator (V ).
Ainsi que le montrent les Figures 1, 4, 5, 6, 9, 10,19, dans certaines versions de l'invention, ledit sous-ensemble (B) peut être mobile autour dudit sous-ensemble (A) sous l'effet dudit actionneur principal (Z) selon un mouvement de rotation autour d'un axe horizontal. As shown in Figures 1, 4, 5, 6, 9, 10,19, in some versions of the invention, said sub-assembly (B) can be movable around said sub-assembly (A) under the effect of said main actuator (Z) according to a rotational movement about a horizontal axis.
Sur les Figures 1,6 et 19, il est montré que dans une version de l'invention, ledit sous- ensemble (B) est mobile autour dudit sous-ensemble (A) sous l'effet dudit actionneur principal (Z) selon un mouvement de rotation autour d'un axe horizontal, alors que ledit In Figures 1,6 and 19, it is shown that in one version of the invention, said sub-assembly (B) is movable around said sub-assembly (A) under the effect of said main actuator (Z) according to a rotational movement around a horizontal axis, while said
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sous-ensemble (A) assure deux appuis au sol et que la totalité dudit sous-ensemble (A) est située sous ledit sous-ensemble (B). sub-assembly (A) provides two supports on the ground and that all of said sub-assembly (A) is located under said sub-assembly (B).
Sur les Figures 4 et 5, il est montré que dans une version de l'invention, ledit sous-ensemble (B) est mobile autour dudit sous-ensemble (A) sous l'effet dudit actionneur principal (Z) selon un mouvement de rotation autour d'un axe horizontal, alors que ledit sous-ensemble (A) assure un seul appui au sol, et qu'une partie seulement dudit sous-ensemble (A) est située sous ledit sous-ensemble (B). In Figures 4 and 5, it is shown that in one version of the invention, said sub-assembly (B) is movable around said sub-assembly (A) under the effect of said main actuator (Z) according to a movement of rotation about a horizontal axis, while said sub-assembly (A) provides only one support on the ground, and only part of said sub-assembly (A) is located under said sub-assembly (B).
Sur les Figure 9 et 10, il est montré que dans une version de l'invention, ledit sous-ensemble (B) est mobile autour dudit sous-ensemble (A) sous l'effet dudit actionneur principal (Z) selon un mouvement de rotation autour d'un axe horizontal, alors que ledit sous-ensemble (A) assure un seul appui au sol et que la totalité dudit sous-ensemble (A) est située sous ledit sous-ensemble (B). In FIGS. 9 and 10, it is shown that in one version of the invention, said sub-assembly (B) is movable around said sub-assembly (A) under the effect of said main actuator (Z) according to a movement of rotation about a horizontal axis, while said sub-assembly (A) provides only one support on the ground and all of said sub-assembly (A) is located under said sub-assembly (B).
Ainsi que le montre la Figure 6, dans une autre version de l'invention, ledit sous-ensemble (A) est pourvu à l'avant d'une lame (P) capable d'appui avec le sol et d'un contact avec ladite lame (C), ladite lame (P) pouvant être comprimée sous l'effet dudit contact avec ladite lame (C). As shown in Figure 6, in another version of the invention, said sub-assembly (A) is provided at the front with a blade (P) capable of bearing with the ground and of contact with said blade (C), said blade (P) being able to be compressed under the effect of said contact with said blade (C).
Ainsi que le montrent les Figures 2, 7, 8, dans d'autres versions de l'invention, ledit sousensemble (B) peut se rapprocher du sol sous l'effet dudit actionneur principal (Z) en suivant des guides curvilignes et incurvés vers le sol dont est pourvu ledit sous-ensemble (A). As shown in Figures 2, 7, 8, in other versions of the invention, said subassembly (B) can approach the ground under the effect of said main actuator (Z) by following curvilinear guides and curved towards the floor with which said sub-assembly (A) is provided.
La Figure 2 montre une version de chaussure autopropulsive de l'invention dans deux positions de travail différentes, où l'on voit ledit sous-ensemble (B) se rapprocher du sol selon un mouvement curviligne, ce qui tend à comprimer au sol ladite lame (C). Figure 2 shows a version of the self-propelling shoe of the invention in two different working positions, where we see said sub-assembly (B) approach the ground in a curvilinear movement, which tends to compress the ground said blade (VS).
La Figure 7 et la Figure 8 représentent une chaussure autopropulsive variante de celle de la Figure 2 dans deux positions de travail différentes, où l'on voit ledit sous-ensemble (B) se rapprocher du sol selon un mouvement curviligne, ce qui tend à comprimer au sol ladite lame (C), et où l'on voit aussi ledit actionneur annexe (N) en action tendant à imprimer un mouvement de rotation à ladite lame d'appui avant (P), alors que cette dernière est en contact avec le sol. Figure 7 and Figure 8 show a self-propelling shoe variant of that of Figure 2 in two different working positions, where we see said sub-assembly (B) approach the ground in a curvilinear movement, which tends to compress said blade on the ground (C), and where we also see said auxiliary actuator (N) in action tending to impart a rotational movement to said front support blade (P), while the latter is in contact with floor.
Dans une autre version de l'invention, ainsi que le montre la Figure 3, ledit sous-ensemble (B) peut être mobile autour dudit sous-ensemble (A) sous l'effet dudit actionneur principal (Z) selon un mouvement de torsion rotative autour d'un axe horizontal, ledit mouvement de torsion-rotation dudit sous-ensemble (B) étant capable de comprimer au sol ladite lame (C). In another version of the invention, as shown in Figure 3, said sub-assembly (B) can be movable around said sub-assembly (A) under the effect of said main actuator (Z) according to a torsional movement rotatable around a horizontal axis, said twisting-rotation movement of said sub-assembly (B) being capable of compressing said blade (C) on the ground.
Ainsi que le montre la Figure 6, dans une autre version de l'invention, ledit sous-ensemble (A) peut être pourvu à l'avant d'une lame (L) capable d'appui avec le sol et d'un contact avec ladite lame (C), ladite lame (L) pouvant être comprimée sous l'effet dudit contact avec ladite lame (C). As shown in Figure 6, in another version of the invention, said sub-assembly (A) can be provided at the front with a blade (L) capable of bearing with the ground and of contact with said blade (C), said blade (L) being able to be compressed under the effect of said contact with said blade (C).
Dans une autre version de l'invention, ledit sous-ensemble (A) peut être pourvu à l'avant d'une lame (P) capable d'appui avec le sol, la compression de ladite lame (P) pouvant être aidée à la fois par le mouvement dudit sous-ensemble (B) qui rapproche du sol ladite lame In another version of the invention, said sub-assembly (A) can be provided at the front with a blade (P) capable of bearing with the ground, the compression of said blade (P) being able to be helped to both by the movement of said subassembly (B) which brings said blade closer to the ground
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(C), et par un actionneur annexe (N) tel que piston ou muscle artificiel ou chambre extensible souple telle que soufflet, ballon ou baudruche. (C), and by an auxiliary actuator (N) such as piston or artificial muscle or flexible extensible chamber such as bellows, balloon or balloon.
Ainsi que le montrent les Figures 7 et 8, dans d'autres versions de l'invention, ladite lame (P) peut être mobile autour d'un axe horizontal et peut être capable de rotation pendant son appui au sol avec l'aide dudit actionneur annexe (N). As shown in Figures 7 and 8, in other versions of the invention, said blade (P) can be movable about a horizontal axis and can be capable of rotation during its support on the ground with the help of said auxiliary actuator (N).
Dans une autre version, ladite lame (C) peut éventuellement être pourvue à son extrémité de roues motrices ou de chenilles pouvant être actionnée grâce à la source d'énergie embarquée. In another version, said blade (C) can optionally be provided at its end with driving wheels or tracks which can be actuated by the on-board energy source.
Lesdites roues motrices ou chenilles, mises en action un peu avant leur contact avec le sol, n'aident à la propulsion que dès lors qu'elles touchent le sol. Said driving wheels or tracks, put into action a little before their contact with the ground, only assist in propulsion as soon as they touch the ground.
Dans une autre version, représentée sur la Figure 12, ladite lame (P) peut être pourvue à son extrémité de roues motrices (344) ou de chenilles pouvant être actionnées grâce à la source d'énergie embarquée, de préférence selon un actionnement de type électrostrictif ou magnétostrictif. Lesdites roues motrices, mises en action un peu avant leur contact avec le sol, n'aident à la propulsion que dès lors qu'elles touchent le sol. In another version, represented in FIG. 12, said blade (P) can be provided at its end with driving wheels (344) or tracks which can be actuated by the on-board energy source, preferably according to an actuation of the type electrostrictive or magnetostrictive. Said driving wheels, put into action a little before their contact with the ground, only assist in propulsion as soon as they touch the ground.
Ainsi que le montre la Figure (11), ladite lame (C) peut être pourvue de patins de type pneumatique avec armature en caoutchouc possédant des reliefs anti-dérapants recevant l'usure du contact avec le sol et/ou une chambre à air (807) amortissant les chocs. As shown in Figure (11), said blade (C) can be provided with pneumatic type pads with rubber frame having non-slip reliefs receiving wear from contact with the ground and / or an air chamber ( 807) shock absorption.
Ledit dispositif de l'invention peut être est pourvu d'amortisseurs à base de ressorts, de lames ou de vérins hydrauliques ou hydro-pneumatiques. Said device of the invention can be provided with shock absorbers based on springs, blades or hydraulic or hydro-pneumatic cylinders.
STABILITE LATERALE: Lorsque ledit dispositif de l'invention concerne aussi directement un pied artificiel, comme un pied prothétique ou celui d'un robot avec jambes et pieds artificiels, il est alors doté de système d'articulations pieds cheville multiaxes pour assurer une meiljeure éversioninversion et donc une meilleure stabilité. Par exemple, il peut être doté d'un système intitulé "D.A.S. Multi-Axial Rotation System " connu dans les pieds prothétiques à accumulation d'énergie permettant d'adapter l'articulation cheville-pied à n'importe quel moment du cycle de marche, et d'assurer l'inversion-éversion appropriée, ou d'un système de transfert de poids pour assurer une meilleure stabilité comme celui qui équipe le pied prothétique "College Park Trustep Foot". LATERAL STABILITY: When said device of the invention also directly relates to an artificial foot, such as a prosthetic foot or that of a robot with artificial legs and feet, it is then provided with multi-axis ankle foot articulation systems to ensure better eversion-inversion and therefore better stability. For example, it can be equipped with a system called "DAS Multi-Axial Rotation System" known in prosthetic feet with energy accumulation making it possible to adapt the ankle-foot joint at any time during the walking cycle. , and to ensure the appropriate inversion-eversion, or a weight transfer system to ensure better stability such as that which equips the prosthetic foot "College Park Trustep Foot".
Dans une version de l'invention, des articulations multi-axes et des amortisseurs à base de ressorts, de lames ou de vérins hydrauliques ou hydro-pneumatiques adoucissent et rectifient les contraintes entre un élément de cheville et un élément de pied et assurent une meilleure adaptation à l'éversion-inversion. In one version of the invention, multi-axis articulations and shock absorbers based on springs, blades or hydraulic or hydro-pneumatic cylinders soften and rectify the stresses between an ankle element and a foot element and ensure better adaptation to eversion-inversion.
Dans une autre version de l'invention, une lame d'appui au sol est bidentée ou tridentée ou quadridentée pour assurer une meilleure stabilité latérale, particulièrement sur un terrain irrégulier. Dans ce cas, les actionneurs peuvent être respectivement dédoublés, triplés, In another version of the invention, a support blade on the ground is bidentate or tridentate or quadridentate to ensure better lateral stability, particularly on uneven ground. In this case, the actuators can be split, tripled,
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quadruplés, chaque actionneur menant à la compression d'une seule dent de ladite lame d'appui. quadrupled, each actuator leading to the compression of a single tooth of said support blade.
ETALONNAGE DES PALIERS DE PUISSANCE MOTRICE DUDIT ACTIONNEUR PRINCIPAL (Z): Pour étalonner les paliers de puissance motrice sélectionnables par le marcheur ou coureur, un certain nombre de données doivent être traitées par deux kits de perception embarqués, un pour chaque jambe, les deux kits de perception coopérant entre eux. CALIBRATION OF THE MOTOR POWER LEVELS OF THE MAIN ACTUATOR (Z): To calibrate the motor power levels selectable by the walker or runner, a certain amount of data must be processed by two on-board perception kits, one for each leg, the two kits of perception cooperating with each other.
Le premier type de données à acquérir est l'accélération d'attaque-talon du pied juste avant la phase d'appui, pendant la phase d'appui, juste après la phase d'appui. Ces données peuvent être obtenues par deux accéléromètres, un pour chaque pied. The first type of data to acquire is the acceleration of the heel attack of the foot just before the support phase, during the support phase, just after the support phase. This data can be obtained by two accelerometers, one for each foot.
La deuxième type de données à acquérir est la force d'appui exercée par le pied en phase d'appui, elle-même résultant de la vitesse et du poids dudit marcheur ou coureur, voire même de son type de marche et de course. Cette donnée peut être obtenue par deux capteurs de force, un pour chaque pied. The second type of data to be acquired is the support force exerted by the foot during the support phase, itself resulting from the speed and weight of said walker or runner, or even from his type of walking and running. This data can be obtained by two force sensors, one for each foot.
Le traitement en temps réel de ces données par un microprocesseur permet d'étalonner les paliers de puissance motrice sélectionnables par le marcheur ou coureur, et de créer une base de données confrontant le poids du marcheur et du coureur, sa vitesse de course ou de marche, les caractéristiques d'élascticité des accessoires du dispositif de l'invention assurant l'appui au sol, et les plages de puissance motrices optimales dudit actionneur principal (Z) sélectionnables par le marcheur ou le coureur. The processing in real time of this data by a microprocessor makes it possible to calibrate the levels of motive power selectable by the walker or runner, and to create a database confronting the weight of the walker and the runner, his running or walking speed , the elastic characteristics of the accessories of the device of the invention ensuring support on the ground, and the optimal driving power ranges of said main actuator (Z) selectable by the walker or the runner.
PERCEPTION, COMMANDE ET DECISION: OPTION AVEC PRIORITE DONNEE AUX SENS DE PROPRIOCEPTION DU COUREUR OU DU MARCHEUR: Dans une version de l'invention, le moment de mise action dudit actionneur principal (Z) peut obéir à un système embarqué avec capteurs de contact, dont un ou plusieurs sont des capteurs de contact ou de proximité avec le sol. Parmi ceux qui sont chargés de détecter le contact ou la proximité avec le sol, au moins un fait partie intégrante dudit sous-ensemble (A) et signale le début de la phase d'appui du pied par le talon. Le marcheur ou le coureur, pourvu d'une commande de puissance dusit actionneur principal (Z) peut marcher ou courir avec les chaussures autopropulsives de l'invention fonctionnant sur le palier de puissance motrice de son choix. Grâce à l'action en temps réel de son système nerveux central, le marcheur ou le coureur s'adapte alors au palier de puissance sur lequel fonctionne l'actionneur principal (Z), et donc à sa vitesse, et adapte ses gestes pour coordonner le moment d'appui au sol de ladite lame (C) et le moment d'impulsion de la pointe du pied, moment d'impulsion voulu par son système nerveux central et ses sens de proprioception. PERCEPTION, CONTROL AND DECISION: OPTION WITH PRIORITY GIVEN TO THE SENSE OF OWNERSHIP OF THE RUNNER OR WALKER: In one version of the invention, the moment of activation of said main actuator (Z) can obey an on-board system with contact sensors, one or more of which are contact or proximity sensors with the ground. Among those responsible for detecting contact or proximity with the ground, at least one is an integral part of said subassembly (A) and signals the start of the foot support phase by the heel. The walker or runner, provided with a power control of the main actuator (Z) can walk or run with the self-propelling shoes of the invention operating on the engine power level of his choice. Thanks to the action in real time of his central nervous system, the walker or runner then adapts to the power level on which the main actuator (Z) operates, and therefore to his speed, and adapts his gestures to coordinate the moment of support on the ground of said blade (C) and the moment of impulse of the tip of the foot, moment of impulse wanted by its central nervous system and its senses of proprioception.
L'adaptation du marcheur ou du coureur peut nécessiter une période d'apprentissage, comme c'est le cas pour des patins à roulettes ou des patins à glace. The adaptation of the walker or runner may require a learning period, as is the case with roller skates or ice skates.
La Figure 9 représente une décomposition de la phase de l'attaque-talon d'une chaussure autopropulsive de l'invention en trois positions de travail successives. Au haut de ladite Figure 9, l'actionneur principal (Z) est au repos alors que s'engage l'appui-talon, ce qui par Figure 9 shows a breakdown of the heel attack phase of a self-propelling shoe of the invention in three successive working positions. At the top of said Figure 9, the main actuator (Z) is at rest while the heel support engages, which by
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un capteur de contact ou de proximité déclenche ledit actionneur principal (Z). Au milieu et au bas de ladite Figure 9, l'appui-talon se confirme, et ledit actionneur principal (Z) commence à réagir. La Figure 10 représente une décomposition de la phase de décollement du talon et d'impulsion de la pointe du pied en trois positions de travail successives dudit actionneur principal (Z) dans cette phase. Au haut de ladite Figure 10, la chaussure autopropulsive est en appui plat, en cours de bascule talon-pointe, alors que se confirme l'action dudit actionneur principal (Z) et que ladite lame (C) entame sa compression. Au milieu de ladite Figure 10, la bascule talon-pointe se termine, l'appui de la pointe du pied s'exerce pleinement, ladite lame (C) est en pleine compression, et ledit actionneur principal (Z) se relâche. Au bas de ladite Figure 10, l'élasticité de ladite lame (C) s'est exprimée et a donné une impulsion au pied vers l'avant et vers le haut. a contact or proximity sensor triggers said main actuator (Z). In the middle and at the bottom of said Figure 9, the heel support is confirmed, and said main actuator (Z) begins to react. Figure 10 shows a breakdown of the heel detachment phase and tiptoe impulse in three successive working positions of said main actuator (Z) in this phase. At the top of said Figure 10, the self-propelling shoe is in flat support, during heel-toe tilting, while the action of said main actuator (Z) is confirmed and said blade (C) begins to compress. In the middle of said Figure 10, the heel-toe rocker ends, the support of the toe is fully exerted, said blade (C) is in full compression, and said main actuator (Z) is released. At the bottom of said Figure 10, the elasticity of said blade (C) was expressed and gave the foot an impulse forward and upward.
OPTION OPTIMISEE: i) COOPERATION FORTE DES CAPACITES DE PERCEPTION ET DES SENS DE PROPRIOCEPTION DU COUREUR OU DU MARCHEUR AVEC DES CAPACITES DE PERCEPTION ET DE VISION CONNECTEES AUXDITES CHAUSSURES AUTOPROPULSIVES DE L'INVENTION: Pour que le système nerveux central, les sens de perception et les sens de proprioception du marcheur ou du coureur puissent coopérer avec un système de perception embarquée, un certain nombre de données doivent être traitées par deux kits de perception embarqués, un pour chaque jambe, les deux kits de perception coopérant entre eux. OPTIMIZED OPTION: i) STRONG COOPERATION OF THE CAPACITY OF PERCEPTION AND THE SENSE OF OWNERSHIP OF THE RUNNER OR WALKER WITH CAPACITIES OF PERCEPTION AND VISION CONNECTED TO SAID SELF-PROPULSIVE SHOES OF THE INVENTION: For the central nervous system, the senses of perception and the sense of proprioception of the walker or runner can cooperate with an on-board perception system, a certain number of data must be processed by two on-board perception kits, one for each leg, the two perception kits cooperating with each other.
Dans l'invention, le principe employé se résume en ce que, pour un pied en phase d'appui, le palier de puissance motrice fournie audit actionneur principal (Z) afférent à ce même pied est établi en fonction de données qui concernent l'autre jambe. Plus précisément la puissance motrice fournie audit actionneur principal (Z) pour un pied en phase d'appui est établie en fonction des données de cinétique observées en temps réel sur l'autre jambe qui est en train de revenir de l'arrière vers l'avant (celle qui est dans ce qui s'appelle la phase d'oscillation ou phase pendulaire). In the invention, the principle employed is summarized in that, for a foot in the support phase, the level of motive power supplied to said main actuator (Z) relating to this same foot is established as a function of data relating to the other leg. More precisely, the motive power supplied to said main actuator (Z) for a foot in the support phase is established as a function of the kinetic data observed in real time on the other leg which is in the process of returning from the rear towards the before (the one in what is called the oscillation phase or pendulum phase).
Ces données concernent la vitesse, l'orientation et l'accélération du pied et de la cheville du membre inférieur en phase d'oscillation, soit 6 données par jambe, auxquelles peuvent se rajouter de manière facultative la vitesse, l'orientation et l'accélération du genou et du pelvis de ce même membre inférieur en phase d'oscillation, soit 6 données supplémentaires par jambe. These data relate to the speed, orientation and acceleration of the foot and ankle of the lower limb in the oscillation phase, i.e. 6 data per leg, to which can be added optionally the speed, orientation and acceleration of the knee and pelvis of this same lower limb in the oscillation phase, ie 6 additional data per leg.
Ces données peuvent être obtenues par deux kits, un pour chaque jambe, de capteurs d'angles, de micro-accéléromètres et de micro-gyroscopes fournissant leurs informations en temps réel à un microprocessur embarqué. This data can be obtained by two kits, one for each leg, of angle sensors, micro-accelerometers and micro-gyroscopes providing their information in real time to an on-board microprocessor.
La Figure 13 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention pourvues chacune d'un kit de perception embarqué constitué de micro-accéléromètres (76) et de micro-gyroscopes (87) et de microgyroscopes/micro-accéléromètres (77). Chaque kit de perception embarqué fournit au microprocesseur du pied en appui les informations en temps réel sur la cinétique de FIG. 13 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention each provided with an on-board perception kit consisting of micro-accelerometers (76) and micro-gyroscopes (87 ) and microgyroscopes / micro-accelerometers (77). Each on-board perception kit provides the microprocessor of the foot in support with real-time information on the kinetics of
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plusieurs points de l'autre jambe en phase d'oscillation. Sur ladite Figure 13, le pied sans appui avec le sol revient de l'arrière avec une certaine accélération. several points on the other leg in the oscillation phase. In said Figure 13, the foot without support with the ground returns from the rear with a certain acceleration.
La Figure 14 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention avec le pied sans appui avec le sol qui revient de l'arrière avec une accélération supérieure à celle de la Figure 13. Figure 14 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention with the foot without support with the ground returning from the rear with an acceleration greater than that of Figure 13 .
Une partie des données concernant la vitesse, l'orientation et l'accélération du pied et de la cheville du membre inférieur en phase d'oscillation peuvent aussi être fournies par des systèmes d'interférométrie communiquant en temps réel à un micro-processeur embarqué les positions de nombreuses cibles coopérativese fixées de manière appropriées aux chaussures, chevilles genoux et pelvis. Part of the data concerning the speed, orientation and acceleration of the foot and ankle of the lower limb during the oscillation phase can also be provided by interferometry systems communicating in real time to an on-board microprocessor. positions of many cooperative targets appropriately attached to shoes, ankles, knees and pelvis.
Une partie de données concernant la vitesse, l'orientation et l'accélération du pied et de la cheville du membre inférieur en phase d'oscillation peuvent enfin être fournies par des capteurs d'angles et des systèmes de vision par micro-caméras CCD ou CMOS coopérant avec des diodes lasers électrolumiescentes fixées de manière appropriée aux chaussures, chevilles genoux et pelvis, lesquelles mico-caméras envoient leurs informations en temps réel à un micro-processeur embarqué. Finally, part of the data relating to the speed, orientation and acceleration of the foot and ankle of the lower limb in the oscillation phase can be provided by angle sensors and vision systems by CCD micro-cameras or CMOS cooperating with light emitting laser diodes appropriately attached to shoes, ankles, knees and pelvis, which mico-cameras send their information in real time to an on-board microprocessor.
La Figure 15 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention pourvues chacune d'un kit de perception embarqué constitué de micro-caméras CD ou CMOS (59) fixées sur les genoux et coopérant avec des des diodes électro-luminescentes (41) fixées sur l'autre jambe, et fournissant au microprocesseur du pied en appui les informations en temps réel sur la cinétique de plusieurs points de ladite autre jambe en phase d'oscillation. FIG. 15 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention each provided with an on-board perception kit consisting of CD or CMOS micro-cameras (59) fixed on the knees and cooperating with light-emitting diodes (41) fixed on the other leg, and providing the supporting microprocessor of the foot with real-time information on the kinetics of several points of said other leg in the oscillation phase.
La Figure 16 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention avec le pied sans appui avec le sol qui revient de l'arrière avec une accélération supérieure à celle de la Figure 15. FIG. 16 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention with the foot without support with the ground returning from the rear with an acceleration greater than that of FIG. 15 .
Une partie des données concernent la vitesse, l'orientation et l'accélération du pied et de la cheville du membre inférieur en phase d'oscillation peuvent également être fournies par des systèmes de vision par micro-caméras CCD ou CMOS pouvant éxécuter des détection de formes simples coopératives fixées de manière appropriée aux chaussures, chevilles genoux et pelvis, lesquelles mico-caméras envoient en temps réel leurs informations à un microprocesseur embarqué. Part of the data relates to the speed, orientation and acceleration of the foot and ankle of the lower limb during the oscillation phase can also be provided by vision systems using CCD or CMOS micro-cameras which can perform detection of simple cooperative forms appropriately attached to shoes, ankles, knees and pelvis, which mico-cameras send their information in real time to an on-board microprocessor.
La Figure 17 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention pourvues chacune d'un kit de perception embarqué constitué de micro-caméras CD ou CMOS (59) fixées à l'arrière desdites chaussures de l'invention et pouvant effectuer des reconnaissances de forme et coopérant avec des des diodes électro-luminescentes (41) fixées sur l'autre jambe, et fournissant au microprocesseur du pied en appui les informations en temps réel sur la cinétique de plusieurs points de ladite autre jambe en phase d'oscillation. FIG. 17 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention each provided with an on-board perception kit consisting of CD or CMOS micro-cameras (59) fixed to the rear of said shoes of the invention and capable of carrying out shape recognition and cooperating with light-emitting diodes (41) fixed on the other leg, and providing the microprocessor of the foot with support in real time information on the kinetics of several points of said other leg in the oscillation phase.
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La Figure 18 représente la photographie d'un pas effectué par une personne chaussée d'une paire de chaussures autopropulsives de l'invention avec le pied sans appui avec le sol qui revient de l'arrière avec une accélération supérieure à celle de la Figure 17. Figure 18 represents the photograph of a step taken by a person wearing a pair of self-propelling shoes of the invention with the foot without support with the ground returning from the rear with an acceleration greater than that of Figure 17 .
Le traitement en temps réel de ces données par un microprocesseur permet de connaître: 1) la volonté de conserver une vitesse constante du coureur ou du marcheur, détectée par le fait que le système de perception dedites chaussures auto-propulsives de l'invention observe que le système nerveux central, les sens de perception et les sens proprioceptifs du marcheur ou coureur ont décidé de conserver sa vitesse à l'autre jambe en phase d'oscillation. Cette observation vient de la comparaison en temps réel, faite par les capacités de perception connectées auxdits patins autopropulsifs de l'invention, de la vitesse au temps t de la jambe en phase d'oscillation, comparée à la vitesse observée pour la jambe en phase d'oscillation au même moment du cycle au pas précédent. Le système de commande desdites chaussures autopropulsives de l'invention applique audit actionneur principal (Z) du pied en phase d'appui un palier de puissance motrice identique à celui qui a été appliqué au pas de marche ou de course précédent 2) la volonté du coureur ou du marcheur d'accélérer, détectée par le fait que le système de perception dedites chaussures auto-propulsives de l'invention observe que le système nerveux central, les sens de perception et les sens proprioceptifs du marcheur ou coureur ont décidé d'augmenter la vitesse de l'autre jambe en phase d'oscillation. Cette observation vient de la comparaison en temps réel, faite par les capacités de perception connectées auxdits patins autopropulsifs de l'invention, de la vitesse au temps t de la jambe en phase d'oscillation, comparée à la vitesse observée pour la jambe en phase d'oscillation au même moment du cycle au pas précédent. Le système de commande desdites chaussures autopropulsives de l'invention applique applique audit actionneur principal (Z) un palier de puissance motrice supérieur à celui qui a été appliqué au pas de marche ou de course précédent. Le process vaut pour le départ de la marche et le deuxième appui au sol. The processing in real time of this data by a microprocessor makes it possible to know: 1) the desire to maintain a constant speed of the runner or walker, detected by the fact that the system of perception of self-propelling shoes of the invention observes that the central nervous system, the senses of perception and the proprioceptive senses of the walker or runner decided to maintain their speed with the other leg during the oscillation phase. This observation comes from the comparison in real time, made by the perception capacities connected to said self-propelling pads of the invention, of the speed at time t of the leg in the oscillation phase, compared to the speed observed for the leg in phase oscillation at the same time of the cycle at the previous step. The control system of said self-propelling shoes of the invention applies to said main actuator (Z) of the foot in the support phase a level of motive power identical to that which was applied to the previous step or running step 2) the will of the runner or walker to accelerate, detected by the fact that the perception system of self-propelling shoes of the invention observes that the central nervous system, the senses of perception and the proprioceptive senses of the walker or runner have decided to increase the speed of the other leg in the oscillation phase. This observation comes from the comparison in real time, made by the perception capacities connected to said self-propelling pads of the invention, of the speed at time t of the leg in the oscillation phase, compared to the speed observed for the leg in phase oscillation at the same time of the cycle at the previous step. The control system of said self-propelling boots of the invention applies to said main actuator (Z) a level of motive power greater than that which was applied to the previous step or running step. The process applies to the start of the walk and the second support on the ground.
3) la volonté du coureur ou du marcheur de freiner, détectée par le fait que le système de perception dedites chaussures auto-propulsives de l'invention observe que le système nerveux central, les sens de perception et les sens proprioceptifs du marcheur ou coureur ont décidé de freiner l'autre jambe en phase d'oscillation. Cette observation vient de la comparaison en temps réel, faite par les capacités de perception connectées auxdits patins autopropulsifs de l'invention, de la vitesse au temps t de la jambe en phase d'oscillation, comparée à la vitesse observée pour la jambe en phase d'oscillation au même moment du cycle au pas précédent. Le système de commande desdites chaussures autopropulsives de l'invention applique audit actionneur principal (Z) un palier de puissance motrice inférieur à celui qui a été appliqué au pas de marche ou de course précédent. 3) the will of the runner or the walker to brake, detected by the fact that the perception system of self-propelling shoes of the invention observes that the central nervous system, the senses of perception and the proprioceptive senses of the walker or runner have decided to brake the other leg during the oscillation phase. This observation comes from the comparison in real time, made by the perception capacities connected to said self-propelling pads of the invention, of the speed at time t of the leg in the oscillation phase, compared to the speed observed for the leg in phase oscillation at the same time of the cycle at the previous step. The control system of said self-propelling shoes of the invention applies to said main actuator (Z) a level of motive power lower than that which was applied to the previous step or running step.
Dans cette option, la détection embarquée d'obstacles au sol n'est pas nécessaire, puisqu'elle est "à la charge" du système nerveux central, des sens de perception et des sens proprioceptifs du marcheur oiu coureur. In this option, on-board detection of obstacles on the ground is not necessary, since it is "dependent" on the central nervous system, the senses of perception and the proprioceptive senses of the walker or runner.
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ii) COOPERATION FORTE DES CAPACITES CENTRALES DE PERCEPTION ET DE VISION DU ROBOT MARCHEUR, DONT LES PIEDS SONT DOTES DESDITS PATINS AUTOPROPULSIFS DE L'INVENTION, AVEC DES CAPACITES DE PERCEPTION ET DE VISION ANNEXES AUTONOMES DESDITS PATINS AUTOPROPULSIFS . ii) STRONG COOPERATION OF THE CENTRAL CAPACITIES OF PERCEPTION AND VISION OF THE WALKING ROBOT, OF WHICH THE FEET IS PROVIDED WITH THE SAME SELF-PROPELLING SKATES OF THE INVENTION, WITH AUTONOMOUS PERCEPTION AND VISION CAPACITIES OF THE SAME SELF-PROPROPULSIVE SKATES.
Les patins de l'invention s'appliquent aussi à un robot marcheur dont les pieds sont dotés desdits patins de l'invention, et dont le système central de commande et de perception commande le mouvement des jambes, alors que le système de perception indépendant autonome annexe desdits patins de l'invention observe le mouvement des jambes et ajuste la mise en action dudit actionneur principal (Z) en fonction de ces observations. The pads of the invention also apply to a walking robot whose feet are provided with said pads of the invention, and whose central control and perception system controls the movement of the legs, while the independent independent perception system annex to said pads of the invention observes the movement of the legs and adjusts the actuation of said main actuator (Z) according to these observations.
Le traitement en temps réel des données cinétiques concernant la jambe en phase pendulaire du robot marcheur bipède par le microprocesseur faisant partie intégrante du système de commande autonome annexe desdits patins autopropulsifs de l'invention permet au système de perception indépendant autonome annexe desdits patins autopropulsifs de l'invention de connaître: 1) la "volonté" de conserver une vitesse constante dudit robot marcheur bipède, détectée par le fait que les sens de perception autonomes desdits patins autopropulsifs de l'invention observent que le système de commande central dudit robot marcheur a décidé de conserver la vitesse de l'autre jambe en phase d'oscillation. Cette observation vient de la comparaison en temps réel, faite par les capacités de perception autonomes annexes connectées auxdits patins autopropulsifs de l'invention, de la vitesse au temps t de la jambe en phase d'oscillation, comparée à la vitesse observée pour la jambe en phase d'oscillation au même moment du cycle au pas précédent. Le système de commande attaché auxdits patins autopropulsifs de l'invention applique donc audit actionneur principal (Z) un palier de puissance motrice identique à celui qui a été appliqué au pas de marche ou de course précédent. The real-time processing of kinetic data concerning the pendulum leg of the bipedal walking robot by the microprocessor forming an integral part of the independent control system annexed to said self-propelling pads of the invention allows the independent independent perception system annexed to said self-propelling pads of the invention. invention to know: 1) the "will" to maintain a constant speed of said bipedal walking robot, detected by the fact that the autonomous sense of perception of said self-propelling pads of the invention observe that the central control system of said walking robot has decided maintain the speed of the other leg during the oscillation phase. This observation comes from the comparison in real time, made by the independent autonomous perception capacities connected to said self-propelling pads of the invention, of the speed at time t of the leg in the oscillation phase, compared with the speed observed for the leg. in the oscillation phase at the same time of the cycle at the previous step. The control system attached to said self-propelling pads of the invention therefore applies to said main actuator (Z) a level of motive power identical to that which was applied to the previous step or running step.
2) la volonté dudit robot marcheur bipède d'accélerer, détectée par le fait que les sens de perception autonomes desdits patins autopropulsifs de l'invention observent que le système de commande central dudit robot marcheur a décidé d'augmenter la vitesse de l'autre jambe en phase d'oscillation. Cette observation vient de la comparaison en temps réel, faite par les capacités de perception autonomes annexes connectées auxdits patins autopropulsifs de l'invention, de la vitesse-au temps t de la jambe en phase d'oscillation, comparée à la vitesse observée pour la jambe en phase d'oscillation au même moment du cycle au pas précédent. Le système de commande attaché auxdits patins autopropulsifs de l'invention applique donc audit actionneur principal (Z) un palier de puissance motrice supérieur à celui qui a été appliqué au pas de marche ou de course précédent. Le process vaut pour le départ de la marche et le deuxième appui au sol. 2) the will of said bipedal walking robot to accelerate, detected by the fact that the autonomous sense of perception of said self-propelling pads of the invention observe that the central control system of said walking robot has decided to increase the speed of the other leg in swing phase. This observation comes from the comparison in real time, made by the annexed autonomous perception capacities connected to said self-propelling pads of the invention, of the speed-at time t of the leg in the oscillation phase, compared to the speed observed for the leg in oscillation phase at the same time of the cycle at the previous step. The control system attached to said self-propelling pads of the invention therefore applies to said main actuator (Z) a level of motive power greater than that which was applied to the previous step or running step. The process applies to the start of the walk and the second support on the ground.
3) la volonté dudit robot marcheur bipède de freiner, détectée par le fait que les sens de perception desdits patins autopropulsifs de l'invention observent que le système de commande central dudit robot marcheur a décidé de freiner la vitesse de l'autre jambe en phase d'oscillation. Cette observation vient de la comparaison en temps réel, faite par les capacités de perception autonomes annexes connectées auxdits patins autopropulsifs de l'invention, de la vitesse au temps t de la jambe en phase d'oscillation, comparée à la vitesse observée pour la jambe en phase d'oscillation au même moment du cycle au pas 3) the will of said bipedal walking robot to brake, detected by the fact that the senses of perception of said self-propelling pads of the invention observe that the central control system of said walking robot has decided to brake the speed of the other leg in phase oscillation. This observation comes from the comparison in real time, made by the independent autonomous perception capacities connected to said self-propelling pads of the invention, of the speed at time t of the leg in the oscillation phase, compared with the speed observed for the leg. in the oscillation phase at the same time of the step cycle
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cycle au pas précédent. Le système de commande attaché auxdits patins autopropulsifs de l'invention applique donc audit actionneur principal (Z) un palier de puissance motrice inférieur à celui qui a été appliqué au pas de marche ou de course précédent. cycle at the previous step. The control system attached to said self-propelling pads of the invention therefore applies to said main actuator (Z) a level of motive power lower than that which was applied to the previous step or running step.
COOPERATION INCLUANT LA DETECTION D'OBSTACLES OU D'ANFRACTUOSITES AU SOL: Pour une utilisation de nuit, ou par une personne mal voyante, la détection d'obstacles au sol peut faire grâce au couplage des informations reçues d'une micro-caméra vidéo et d'un micro-laser télémétrique embarqués. (Rapport LAAS Toulouse N 99549, "Commande référencée multi-capteurs pour la navigation d'un robot mobile". Thèse de doctorat de V. Cadenat, Université Paul Sabatier, Toulouse, 16 Décembre 1999, N 3565, 177 p ; Rapport LAAS N 99548 Nissoux C.,"Visibilité et Méthodes probabilistes pour la planification du mouvement en robotique", Doctorat, Université Paul Sabatier, Toulouse, 10 Décembre 1999, N 3570, 151 p. ) La détection d'un obstacle conduit à appliquer audit actionneur principal (Z) un palier de puissance motrice largement inférieur à celui qui a été appliqué au pas de marche ou de course précédent, ou à l'anihilation de la commande dudit actionneur principal (Z). COOPERATION INCLUDING THE DETECTION OF OBSTACLES OR ANFRACTUOSITES ON THE GROUND: For use at night, or by a visually impaired person, the detection of obstacles on the ground can be done by coupling the information received from a video micro-camera and an on-board telemetric micro-laser. (LAAS Toulouse report N 99549, "Multi-sensor referenced command for the navigation of a mobile robot". Doctoral thesis by V. Cadenat, Paul Sabatier University, Toulouse, December 16, 1999, N 3565, 177 p; LAAS N report 99548 Nissoux C., "Visibility and Probabilistic Methods for the Planning of Motion in Robotics", Doctorate, Paul Sabatier University, Toulouse, December 10, 1999, N 3570, 151 p.) The detection of an obstacle leads to applying to said main actuator (Z) a level of motive power far lower than that which was applied to the previous step or running step, or to the annihilation of the control of said main actuator (Z).
ENERGIE ET TYPE D'ACTIONNEURS: Dans une version de l'invention, la réserve d'énergie portée par le marcheur ou le coureur et permettant le travail correspondant aux mouvements des différentes pièces du dispositif de l'invention peut être une bouteille contenant un gaz comprimé ou liquéfié capable de se détendre dans des chambres desdits actionneurs (Z), (W), (V) et (N) telles que chambres extensibles souples comme des soufflets, ballons ou baudruches ou telles que des chambres rigides comme des cylindres, ou dans muscles artificiels pneumatiques contractiles du type Mc Kibben. ENERGY AND TYPE OF ACTUATORS: In one version of the invention, the reserve of energy carried by the walker or runner and allowing the work corresponding to the movements of the various parts of the device of the invention can be a bottle containing a gas compressed or liquefied capable of expanding in chambers of said actuators (Z), (W), (V) and (N) such as flexible expandable chambers such as bellows, balloons or balloons or such as rigid chambers such as cylinders, or in contractile pneumatic artificial muscles of the Mc Kibben type.
*Ledit actionneur (Z) peut être pourvu d'une chambre extensible souple (500) dans laquelle un gaz est capable de se détendre, l'échappement du gaz se faisant au moment où un col (125) aménagé à la surface de ladite chambre extensible souple se dégage d'un obturateur (425) lié au mouvement d'éloignement desdits sous-ensembles (A) et (B), ladite chambre extensible souple pouvant être connectée à un canal chargé concomitamment d'amener aussi le gaz qui se détend dans la chambre dudit actionneur annexe (W) ou dans celle dudit actionneur annexe (N) ou dans celle dudit actionneur annexe (V). * Said actuator (Z) can be provided with a flexible extensible chamber (500) in which a gas is capable of relaxing, the gas escaping taking place when a neck (125) arranged on the surface of said chamber flexible extensible emerges from a shutter (425) linked to the movement away from said subassemblies (A) and (B), said flexible extensible chamber being able to be connected to a channel which is also responsible for supplying the gas which expands in the chamber of said annex actuator (W) or in that of said annex actuator (N) or in that of said annex actuator (V).
Les Figures 1, 3, 4, 5, 6 font apparaître sur différentes versions de l'invention ladite chambre extensible souple (500), ledit col (125) aménagé à la surface de ladite chambre extensible souple (500), et ledit obturateur (425) lié au mouvement d'éloignement desdits sous-ensembles (A) et (B) Ainsi que le montrent les Figures 2,7 et 8, ledit actionneur (Z) peut être pourvu d'un cylindre (100) aménagé dans ledit sous-ensemble (A) et dans lequel un gaz amené par un conduit (528) est capable de se détendre. Ledit cylindre (200) peut recevoir un piston (100) faisant corps avec ledit sousensemble ( B). Le retour après la fin de course dudit piston (100) peut se faire sous l'effet d'un système bielle-manivelle (240). Ledit piston (100) peut être percé en son centre d'un canal Figures 1, 3, 4, 5, 6 show on different versions of the invention said flexible extensible chamber (500), said neck (125) arranged on the surface of said flexible extensible chamber (500), and said obturator ( 425) linked to the movement away from said subassemblies (A) and (B) As shown in Figures 2,7 and 8, said actuator (Z) can be provided with a cylinder (100) arranged in said sub -set (A) and in which a gas supplied by a conduit (528) is capable of expanding. Said cylinder (200) can receive a piston (100) integral with said subassembly (B). The return after the end of travel of said piston (100) can be effected by the effect of a connecting rod-crank system (240). Said piston (100) can be pierced in the center of a channel
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longitudinal chargé concomitamment d'amener aussi le gaz qui se détend dans ladite chambre dudit actionneur annexe (W) ou dans celle dudit actionneur annexe (N). longitudinal concomitantly also responsible for supplying the gas which expands in said chamber of said auxiliary actuator (W) or in that of said auxiliary actuator (N).
Ainsi que le montre la Figure 19, le travail correspondant au mouvement desdits différents sousensembles peut être assuré par des muscles artificiels pneumatiques contractiles (602) utilisant la détente et la compression d'un gaz, tel qu'un mucle Mac Kibben, où des muscles artificiels pneumatiques de la société japonaise Festo ou des muscles artificiels de la société britannique Shadow Robot Company. As shown in Figure 19, the work corresponding to the movement of said different subsets can be carried out by contractile pneumatic artificial muscles (602) using the expansion and compression of a gas, such as a Mac Kibben mucle, where muscles artificial pneumatics from the Japanese company Festo or artificial muscles from the British company Shadow Robot Company.
Le travail correspondant au mouvement des différentes pièces du dispositif de l'invention peut aussi être effectué par des groupes moteurs utilisant l'électricité, tels que muscles artificiels contractiles à base de polymère électro-actifs utilisant l'électricité ou moteurs électriques ou hydro-électriques. The work corresponding to the movement of the different parts of the device of the invention can also be carried out by motor groups using electricity, such as contractile artificial muscles based on electro-active polymers using electricity or electric or hydro-electric motors. .
Dans ce cas, la réserve d'énergie portée par le marcheur ou le coureur peut être une batterie ou un supercondensateur ou un carburant qu'utilise une pile à combustible embarquée ou de la matière organique que métabolisent des micro-organismes tels qu'algues ou bactéries produisant un courant électrique.In this case, the energy reserve carried by the walker or the runner can be a battery or a supercapacitor or a fuel that uses an on-board fuel cell or organic matter that metabolizes micro-organisms such as algae or bacteria producing an electric current.
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