FR2961424A1

FR2961424A1 - Segment de bras mecanique a longueur variable et bras mecanique comprenant ce segment

Info

Publication number: FR2961424A1
Application number: FR1054916A
Authority: FR
Inventors: Philippe Garrec; Julie Bonnemason; Jean-Pierre Martins; Alexandre Verney
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-12-23

Abstract

Le segment du bras mécanique comprend un bâti structurel composé de deux portions (18, 19) coulissant l'une sur l'autre, et des dispositifs de mouvement ou de génération d'effort à deux articulations opposées (9, 10) du segment, comprenant un moteur (21, 31) et une transmission (22, 30). Un des dispositifs, s'étendant sur toute la longueur du segment, peut être partagé entre les deux portions de bâti. Un de ses organes est alors composé de deux portions (34, 35) reliées par un joint coulissant. Application aux bras mécaniques dont on veut régler la longueur, notamment quand ils sont parallèles au bras naturel d'un utilisateur.

Description

1 SEGMENT DE BRAS MECANIQUE A LONGUEUR VARIABLE ET BRAS MECANIQUE COMPRENANT CE SEGMENT

DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un segment de bras mécanique à longueur variable ainsi qu'un bras 5 mécanique porteur de ce segment. Ce segment doit être considéré comme un perfectionnement de celui qui est décrit dans le document FR-A-2 858 669, ou en général de segments porteurs de deux dispositifs à moteur et transmission 10 commandant respectivement deux articulations aux extrémités opposées du segment, soit de façon active, soit de façon passive, les dispositifs étant alors des moyens de retour d'efforts infligeant des réactions à des efforts ou des déplacement imposés au segment. 15 Dans le segment antérieur susmentionné, les moteurs sont à la même extrémité du segment, en pratique la plus proche de l'origine du bras, afin d'alléger un moment de basculement dû à leur poids; la transmission commandant l'articulation de l'extrémité 20 opposée aux moteurs s'étend alors sur toute la longueur du segment ; en pratique, l'autre transmission s'étend d'ailleurs aussi sur une grande partie du segment en raison de son encombrement. On peut éprouver le besoin de régler la 25 longueur du segment, par exemple quand il appartient à un bras mécanique attaché au bras naturel d'un utilisateur et suivant ses mouvements : le bras mécanique devient plus commode à déplacer si ses dimensions coïncident avec celles du bras naturel, 2 permettant des déplacements à l'unisson. Un tel réglage de longueur est toutefois plus difficile à pratiquer sur une structure garnie d'équipements mobiles de transmission.

L'invention concerne d'abord un segment d'un bras mécanique limité par deux articulations entre lesquelles s'étend un bâti du segment, le bâti portant, pour chacune des articulations, un moteur de commande et une transmission s'étendant entre le moteur et l'articulation respective, où les moteurs sont à une même extrémité du bâti proche d'une des articulations, caractérisé en ce que le bâti est composé de deux portions mutuellement mobiles de façon à faire varier une distance entre les articulations mais pourvues de moyens d'arrêt, et les articulations sont portées respectivement par les portions du bâti. Dans une réalisation, les moteurs sont portés par une seule des portions, et une des transmissions est divisée en deux parties respectivement portées par les portions du bâti et reliées entre elles par un joint coulissant, qui donne une longueur variable à cette transmission. Le joint coulissant peut être composé de deux bouts d'arbre concentriques appartenant respectivement aux deux parties de la transmission, l'un étant menant et l'autre mené, et soutenus par des articulations doubles. Au contraire, dans une autre réalisation, les moteurs et les transmissions sont respectivement portés par une des portions du bâti. 3 Selon une autre réalisation préférée, les portions de bâti comprennent des plaques parallèles reliées entre elles par des glissières, et chacune des plaques porte un mécanisme à câble tendu entre deux poulies, lesdits mécanismes appartenant respectivement aux transmissions. Cette disposition permet de superposer les transmissions, chacune pouvant s'étendre sur la plus grande partie de la longueur du segment. Le moyen d'arrêt peut comprendre une vis sans fin irréversible ou des vis de blocage. L'invention concerne encore un bras mécanique associé à un bras naturel d'un utilisateur comprenant un segment tel que ci-dessus, et qui peut alors être pourvu de liens au bras naturel de l'utilisateur. Dans une réalisation particulière, le segment conforme à l'invention s'étend entre l'épaule et le coude du bras naturel de l'utilisateur quand il est en service, il porte les moteurs à une portion supérieure devant l'épaule du bras naturel, et le bras mécanique comprend encore d'autres segments, les segments du bras mécanique étant articulés entre eux entre un lieu de fixation et une poignée tenue par l'utilisateur. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures, qui en détaillent certains aspects et modes de réalisation à titre simplement illustratif: - la figure 1 est une vue générale du bras mécanique en service, - les figures 2 et 3 illustrent la première 30 partie du bras, 4 - la figure 4 est un schéma du segment caractéristique d'une réalisation de l'invention, - la figure 5 représente un détail de construction, - la figure 6 représente le segment sous l'aspect de la construction, - les figures 7, 8 et 9 illustrant d'autres aspects de la construction du segment, - et la figure 10 illustre un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un bras mécanique dit orthèse ou exosquelette équipant un bras naturel d'un utilisateur. Le bras mécanique est originaire d'un dossier 1, accroché soit à l'utilisateur, soit à un siège, soit encore à un support quelconque pouvant de surcroît être mobile, et auquel il est fixé. Il comprend deux segments d'épaules 2 et 3, un segment de bras 4, un segment d'avant-bras 5 et une poignée 6. On voit à la figure 2 que les différents segments sont articulés successivement entre eux et au dossier 1 et à la poignée 6 par des axes 7, 8, 9, 10 et 11. Chacune des articulations est commandée en retour d'effort par un dispositif à moteur et transmission pour enregistrer les mouvements imposés par l'utilisateur et exercer un effort moteur ou réactif. La longueur faible des segments d'épaule 2 et 3 interdit d'y placer des moteurs ou des transmissions. Ainsi qu'on le représente à la figure 3, le premier axe 7 de l'exosquelette (entre le dossier 1 et le premier segment d'épaule 2) et le second axe 8 (entre les segments d'épaule 2 et 3) sont commandés par des dispositifs 12 et 13 montés sur le dossier 1, et le second de ces dispositifs comprend un jeu de poulies 14 de renvoi, sur lesquelles un câble 15 de transmission est tendu et dont l'une 16 a un axe de rotation 17 qui coïncide avec celui de l'axe 8. 5 On se reporte à la figure 4 pour un schéma fonctionnel d'une réalisation du segment de bras 4. Il comprend un bâti composé de deux portions appelées premier bâti 18 et second bâti 19 et reliés entre eux par des glissières 20. Le premier bâti 18 comporte une extrémité du segment 4 adjacente à l'axe 9 d'articulation au second segment d'épaule 3, et le second bâti 19 comprend l'extrémité opposée, adjacente à l'axe 10 d'articulation au segment d'avant-bras 5. L'axe 9 est commandé par un dispositif comprenant un moteur 21 et une transmission 22, comprenant, à partir du moteur 21 un arbre moteur 23, un écrou 24 tournant sous l'action de l'arbre moteur 23 par l'intermédiaire d'un mécanisme à courroie de renvoi 25, une vis sans fin 26 entraînée en translation par la rotation de l'écrou 24, et un câble 27 en boucle solidaire de la vis 26 et tendu entre deux poulies 28 et 29 montées sur le premier bâti 18 et dont la seconde, placée à l'axe 9, est solidaire de l'extrémité du second segment d'épaule 3. La vis dans fin 26 tire donc sur le câble 27 et fait tourner les poulies 28 et 29, commandant l'axe 3, quand elle est mue en translation. Le segment de bras 4 comprend encore un dispositif destiné à la commande de l'axe 10 de liaison au segment d'avant-bras 5. On y retrouve des éléments, identiques dans l'ensemble à ceux du dispositif précédent, entre un moteur 31 monté sur le premier bâti 6 18 et une poulie 32 dont l'axe de rotation est confondu avec celui de l'axe 10 de l'exosquelette et qui est solidaire du segment d'avant-bras 5. Les moteurs 21 et 31 sont placés côte à côte près de l'extrémité adjacente au second segment d'épaule 3 et sont donc à peu près au niveau de l'épaule naturelle de l'utilisateur, comme on le représente bien à la figure 1 ; cette disposition est avantageuse en allégeant les mouvements de basculement sur le segment 4 et en soulageant donc l'utilisateur. Une modification importante entre les dispositifs à moteur et transmission concerne toutefois l'arbre moteur 33 du second dispositif, qui est en deux bouts d'arbre 34 et 35, dont le premier est entraîné directement par le moteur 4 et le second est adjacent au système à vis et écrou ; les bouts d'arbre 34 et 35 sont en prolongement et reliés entre eux par un joint glissant 36 comprenant une douille 37 fixée au bout d'arbre 35 et dans laquelle le bout d'arbre 34 pénètre avec un enfoncement variable. Le bout d'arbre 34 du côté du moteur 31 est menant et la douille 37 étant en ajustement par des sections non circulaires, carrées par exemple (figure 5), le bout d'arbre 34 transmet sa rotation au bout d'arbre 35 par le joint coulissant 36. En faisant coulisser le premier bâti 18 et le second bâti 19 l'un contre l'autre, on modifie la longueur de l'arbre 33 télescopique de la transmission 30 sans modifier autrement le fonctionnement du segment de bras 4, de sorte que le réglage de sa longueur est facile d'après celle du bras naturel de l'utilisateur. 7 La figure 6 représente plus concrètement un moyen de réglage. Le premier bâti 18 est pourvu d'un pion 38 qui pénètre dans une rainure 39 du second bâti 19. Le débattement des bâtis 18 et 19 est défini par la longueur de la rainure 39. Les arbres moteurs 23 et 33 sont chacun munis de deux articulations doubles (cardans) 40 à leurs extrémités pour absorber des défauts d'alignement entre les moteurs 21 et leurs transmissions.

Les figures 7 et 8 illustrent les glissières 20 reliant les bâtis 18 et 19 ; la figure 8 illustre encore que la position entre les bâtis 18 et 19 peut être maintenue par une vis sans fin 41 tournant sur un des bâti 18 et engagée à travers un écrou 42 de l'autre bâti 19. La vis sans fin 41 est munie d'une extrémité de préhension 43 et sa rotation produit son déplacement dans l'écrou 42 et entraîne le bâti 18 par rapport au bâti 19. Comme elle est irréversible, elle se maintient à la position atteinte au réglage sans autre précaution. Ce dispositif n'est toutefois pas le seul concevable pour arrêter les bâtis 18 et 19, car il serait possible d'utiliser alternativement des vis de blocage 44 (figure 9) engagées dans un des bâtis 19 et dont l'extrémité touche l'autre bâti 18 en se contentant d'un déplacement manuel du segment 19. La figure 10 illustre une réalisation un peu différente de la précédente, où les dispositifs d'actionnement, comprenant chacun le moteur 21 ou 31 et la transmission associée, sont montés entièrement et respectivement sur un des bâtis 18 et 19. L'arbre moteur 33 au joint coulissant 36 est alors remplacé par 8 un arbre moteur 33' unitaire analogue à l'autre arbre moteur 23. Le reste du dispositif est inchangé. La nécessité de placer le joint coulissant (36) entre le moteur 31 et l'écrou de la transmission qu'il commande, ne limite alors plus la course d'allongement du segment 4, mais comme le moteur 31 est déplacé vers l'extrémité du bras de l'utilisateur quand le segment 4 est allongé, le maniement du segment 4 est moins confortable dans cette réalisation.10

Claims

REVENDICATIONS1) Segment de bras mécanique limité par deux articulations (9, 10) entre lesquelles s'étend un bâti du segment, le bâti portant, pour chacune des articulations, un moteur de commande (21, 31) et une transmission s'étendant entre le moteur et l'articulation respective, où les moteurs sont à une même extrémité du bâti proche d'une des articulations (9), caractérisé en ce que le bâti est composé de deux portions (18, 19) mutuellement mobiles de façon à faire varier une distance entre les articulations mais pourvues de moyens d'arrêt, et les articulations sont portées respectivement par les portions du bâti.
2) Segment de bras mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moteurs sont portés par une seule des portions, et une des transmissions est divisée en deux parties respectivement portées par les portions du bâti et reliées entre elles par un joint coulissant (36).
3) Segment de bras mécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le joint coulissant est composé de deux bouts d'arbre (34, 35) en prolongement appartenant respectivement aux deux parties de la transmission, l'un étant menant et l'autre mené, et soutenus par des articulations doubles (40).
4) Segment de bras mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moteurs et 10 la transmission sont respectivement portés par une des portions du bâti.
5) Segment de bras mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les portions de bâti (18, 19) comprennent des plaques parallèles reliées entre elles par des glissières (20), et chacune des plaques porte un mécanisme à câble (27) tendu entre deux poulies (28, 29 ; 32), lesdits mécanismes appartenant respectivement aux transmissions.
6) Segment de bras mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen d'arrêt comprend soit une vis sans fin irréversible (41), soit des vis de blocage (44).
7) Bras mécanique associé à un bras naturel d'un utilisateur, caractérisé en ce qu'il comprend un segment (4) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
8) Bras mécanique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le segment s'étend entre l'épaule et le coude du bras naturel de l'utilisateur quand il est en service, le segment portant les moteurs à une portion supérieure devant l'épaule du bras naturel, et le bras mécanique comprend encore d'autres segments, les segments du bras mécanique étant articulés entre eux entre un lieu de fixation (1) et une poignée (6) tenue par l'utilisateur.