FR3026335A1 - Exosquelette avec porte outil et procede d'utilisation d'un tel exosquelette. - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un exosquelette (1) de membres inférieurs (2) comprenant deux jambes articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs d'un utilisateur, un organe de liaison (4) entre les extrémités supérieures des jambes auxquelles il est articulé, propre à être positionné au niveau du bassin de l'utilisateur et des moyens d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur. L'organe de liaison est entièrement situé à l'avant des jambes articulées dans le sens de la marche et comporte un bras articulé porte outil (8), fixé à l'organe de liaison (4) de façon centrée ou sensiblement centrée par rapport à l'organe, dans le plan (10) ou sensiblement dans le plan sagittal de l'utilisateur.

Description

EXOSQUELETTE AVEC PORTE OUTIL ET PROCEDE D'UTILISATION D'UN TEL EXOSQUELETTE La présente invention concerne un exosquelette de 5 membres inférieurs avec porte outil, comprenant deux jambes articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs d'un utilisateur, un organe de liaison entre les extrémités supérieures des jambes auxquelles il est articulé, propre à être positionné 10 au niveau du bassin de l'utilisateur et des moyens d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur. Elle concerne également un procédé d'utilisation d'un tel exosquelette. 15 Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine de l'utilisation d'outils à forte pénibilité, notamment du fait des efforts importants à fournir au niveau de l'outil lui-même. 20 Elle peut ainsi être utilisée avantageusement dans les secteurs du BTP (Bâtiments et Travaux Publics), de la construction automobile, de l'aéronautique ou de tout autres types d'industrie nécessitant l'utilisation et donc l'assistance au travail 25 d'outils tels que et de façon non limitative des râteaux, des perforateurs, des marteaux piqueurs ou encore des pelles. Actuellement, les exosquelettes d'aide à l'utilisation d'outils connus sont en général prévus 30 pour les membres supérieurs. Dans le cas plus rare l'utilisation d'exosquelettes inférieurs, ceux-ci mettent cette fois-ci en oeuvre un porte outil fixé à l'exosquelette au droit de l'extrémité supérieure d'une jambe. Cette solution reproduit en fait un type de fonctionnement classique pour l'homme, c'est à dire 5 avec une architecture droitière ou gauchère en fonction de l'utilisateur. De telles solutions présentent des inconvénients. En effet, dans la mesure où elles sont justement proches d'un fonctionnement correspondant à celui de 10 l'homme sans exosquelette, elles sont de ce fait directement liées à un bras ou à un côté de l'exosquelette. Il est donc plus difficile et long de s'équiper avec l'exosquelette et les gestes de l'homme sont 15 limités à ceux qu'autorise ce dernier (impossible pour l'utilisateur muni de l'exosquelette de boire ou de se gratter par exemple). Dans le cas d'une architecture avec bras fixé au droit de l'extrémité d'une jambe, l'excentrement de 20 l'outil par rapport à l'homme limite de plus les zones atteignables avec l'outil et rend inconfortable la manipulation de l'outil. L'invention part entre autre d'une idée à l'opposé de l'enseignement de l'art antérieur et de la 25 pratique des exosquelettes, notamment (mais non exclusivement) en acceptant un centrage sur l'avant de l'outil repris uniquement ou essentiellement de façon centrée au niveau des hanches ou de la taille de l'utilisateur notamment et par exemple en partie 30 basse de l'exosquelette inférieur. Dans ce but, la présente invention vise à fournir un exosquelette et un procédé d'utilisation d'un tel exosquelette répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle va permettre une manipulation et/ou une utilisation de l'outil de façon centrée par rapport à l'exosquelette, dans le plan sagittal de l'homme, et dans son champs de vision, en laissant les bras de ce dernier libres de leur mouvements. Par plan sagittal on entend le plan vertical de symétrie du squelette de l'utilisateur. Elle présente de plus et notamment les avantages 10 suivants : - L'architecture de l'exosquelette est simplifiée en proposant un porte outil unique alors que l'outil va pouvoir être manipulé à deux mains. - L'espace de travail est proche de celui de l'homme 15 sans assistance utilisant un outil à deux mains. - Les bras de l'homme ne sont pas liés à l'outil, et restent donc libres pour les gestes basiques. - L'outil peut être utilisé de façon transparente par un droitier ou un gaucher, alors que les 20 solutions précédentes demandaient une fixation de l'outil à droite ou à gauche. De même, aucun réglage n'est nécessaire entre les opérateurs selon leur taille. - Le porte outil est complétement dans le champ de 25 vision de l'opérateur qui pourra ainsi limiter les interférences. - Le porte outil n'ajoute pas de surépaisseurs latérales supplémentaires à l'exosquelette. - Le porte outil n'entrave pas les mouvements 30 annexes aux travaux de force, comme le nettoyage de l'outil. - La mise en place de l'outil n'entrave pas les mobilités initiales de l'exosquelette, par exemple la saisie d'un objet au sol (position accroupie de l'exosquelette). Il va également être possible d'enfiler, désenfiler l'exosquelette déjà muni de l'outil, à 5 partir de l'arrière de celui-ci, de façon simple et rapide. Enfin, bien que réduisant (de par sa conception de l'organe de liaison entre les jambes de l'exosquelette) le champ de vision vers l'avant de 10 l'utilisateur, l'invention permet une meilleure appréhension de l'espace par l'utilisateur. La perception et les efforts de l'utilisateur ne sont ainsi que très peu différents de ceux qu'il éprouve lors d'une utilisation sans équipement. 15 L'invention permet également une plus grande sécurité, l'outil ne risquant pas d'être lâché ou de tomber sur l'utilisateur en cas de déplacement avec l'exosquelette. Dans ce but, l'invention propose notamment un 20 exosquelette de membres inférieurs comprenant deux jambes articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs d'un utilisateur, un organe de liaison entre les extrémités supérieures des jambes auxquelles il est articulé, propre à être positionné 25 au niveau du bassin de l'utilisateur et des moyens d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur, caractérisé en ce que l'organe de liaison est entièrement situé à l'avant des jambes articulées 30 dans le sens de la marche et en ce qu'il comporte un bras articulé porte outil, fixé à l'organe de liaison de façon centrée ou sensiblement centrée par rapport à l'organe, dans le plan ou sensiblement dans le plan sagittal de l'utilisateur. Dans des modes de réalisation avantageux, on a en outre et/ou de plus recours à l'une et/ou à l'autre 5 des dispositions suivantes : - l'exosquelette comporte des moyens de détections des appuis de l'exosquelette sur le sol, le bras articulé comprenant des moyens amplificateurs de force pour manier l'outil et des moyens de blocage du 10 fonctionnement du bras articulé en fonction de l'appui sur le sol des membres de l'exosquelette et de consignes préalablement établies ; - l'organe de liaison comprend une butée d'appui et/ou de fixation d'un outil porté par le porte 15 outil. La puissance des jambes de l'exosquelette peut alors être utilisée pour augmenter l'efficacité de l'outil utilisé ; - l'organe de liaison comprend une barre transverse sur laquelle est fixé le bras articulé et 20 le bras articulé comprenant une première articulation en rotation horizontale permettant un balayage d'une zone de travail devant l'exosquelette ; - le bras articulé comporte une première tige de fixation de la première articulation en dessous de la 25 barre transverse ; - le bras articulé comprend une suite de trois pivots reliés respectivement entre eux par des deuxième et troisième tiges de liaison et agencés pour permettre une flexion/extension du bras dans un 30 plan vertical et son inclinaison par rapport à un plan horizontal ; - le bras articulé comporte de plus un pivot longitudinal d'orientation latérale de l'outil par rapport au reste du bras articulé ; - le bras comporte une première poignée longitudinale de fixation et/ou de maniement de l'outil par une première main de l'utilisateur, munie d'un capteur d'effort ; - le bras est équipé d'une seconde poignée fixée plus bas sur le bras, de maniement de celui-ci par 10 une deuxième main de l'utilisateur, pour faciliter un mouvement de rotation horizontale ; - l'organe de liaison est équipé de moyens d'éclairage vers l'avant de l'exosquelette et/ou d'une canopée de protection de l'utilisateur. 15 L'invention propose également un procédé d'utilisation d'un exosquelette de membres inférieurs avec porte outil muni d'un outil, ledit exosquelette comprenant un organe de liaison de deux jambes articulées propre à être positionné au niveau du 20 bassin de l'utilisateur, caractérisé en ce que, l'organe étant entièrement situé à l'avant des jambes articulées dans le sens de la marche et comportant un bras articulé porte outil, fixé à l'organe de liaison de façon centrée par rapport à l'organe, ledit bras 25 étant muni de moyens amplificateurs d'efforts et comprenant une première poignée longitudinale de maniement de l'outil par une première main de l'utilisateur, ladite poignée étant munie d'un capteur d'effort, 30 on bloque le bras articulé (en nominal), lorsqu'on détecte si l'appui sur le sol des membres de l'exosquelette est conforme à des consignes préalablement établies, on autorise le passage en mode amplification d'effort du porte outil, on détecte si l'utilisateur a l'intention d'exercer un effort sur l'outil par ledit capteur d'effort, et lorsque la détection est positive on utilise ledit outil, la direction de l'effort fourni par le bras articulé étant identique à celle observée sur la première poignée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 10 description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective latérale 15 avant d'un exosquelette selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre une vue latérale de l'exosquelette de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus de 20 l'exosquelette de la figure 1. Les figures 4A à 4D illustrent quatre étapes d'utilisation d'un exosquelette selon un mode de réalisation de l'invention, avec barre de liaison respectivement baissée, avant enfilage, puis en cours 25 d'utilisation par l'utilisateur. La figure 5 est un exemple de logigramme d'élaboration de lois de commande du fonctionnement d'un exosquelette selon l'invention. Dans la suite de la description on utilisera des 30 mêmes numéros de référence pour désigner des éléments identiques ou similaires. Les figures 1, 2 et 3 montrent respectivement en perspective, en vue latérale et en vue de dessus un exosquelette 1 de membres inférieurs comprenant deux jambes articulées 2 et 3 agencées pour être couplées aux membres inférieurs d'un utilisateur (non représenté), un organe de liaison 4 entre les extrémités supérieures 5 et 6 des jambes auxquelles il est articulé de façon connue en elle-même. L'organe de liaison 4 est agencé pour être positionné au niveau du bassin de l'utilisateur et comprend des moyens d'actionnement des jambes articulées en fonction de mouvements de l'utilisateur ici encore également connus en eux-mêmes. Selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici l'organe de liaison 4 est entièrement situé à l'avant (flèche 7) de l'utilisateur (non représenté) dans le sens de la marche. Il comporte un bras articulé 8 porte outil 9 fixé à l'organe de liaison 4 de façon centrée par rapport à l'organe 4, dans le plan ou sensiblement dans le 20 plan sagittal 10 de l'utilisateur. L'exosquelette 1 comporte des moyens de détection 11 des appuis de l'exosquelette sur le sol par exemple formés par des capteurs piezo électriques. Les capteurs sont reliés par le biais d'une 25 connectique wifi et/ou câblée passant à l'intérieur des jambes à un dispositif de contrôle commande 12 comprenant de façon connue un microprocesseur, des moyens de stockage, des moyens de calcul agencés pour réagir aux indications obtenues par les capteurs 11 30 par exemple situés sous les semelles des chaussons 13 utilisées par l'utilisateur et situées à l'extrémité des jambes articulées 2 et 3.

L'exosquelette 1 comprend des moyens amplificateur de force 14 constitués par des vérins électriques (non représentés de façon détaillée) pour manier l'outil 9 et des moyens de blocage par exemple 5 constitués par des cliquets 15 électrocommandés situés aux différentes articulations qui vont être décrites ci-après, de blocage du fonctionnement du bras articulé 8 en fonction des informations issues de l'appui sur le sol des membres de l'exosquelette 10 et de consignes préalablement établies et enregistrées dans le calculateur 12. Précisément et par exemple lorsque il est détecté une dissociation entre les deux valeurs obtenues par les capteurs 11 situés sur le pied gauche et le pied 15 droit ce qui veut donc dire que l'exosquelette est en train de monter une marche et/ou d'avancer, le calculateur 12 bloque et referme les cliquets 15 de sorte que le bras est immobilisé. Sur le mode de réalisation décrit l'outil 9 est 20 constitué par un râteau 16 muni d'une tige 17 et comportant à une extrémité un balai 18 de ratissage par exemple pour étaler une couche de goudron frais et de l'autre côté d'une extrémité 19 agencée pour pouvoir reposer sur un point d'appui 20 solidaire de 25 l'organe de liaison 4, de sorte que la poussée des jambes de l'exosquelette peut être utilisée pour augmenter l'efficacité du râteau. Plus précisément l'organe de liaison comprend une barre transverse 21 sur lequel est fixé le bras 30 articulé 8, celui-ci comprenant une première articulation 22 en rotation horizontale permettant un balayage d'une zone de travail devant l'exosquelette (flèche 23) une première tige 24 de fixation de la première articulation 22 sur la barre transverse 21, verticale permettant la fixation de ladite première articulation 22 en dessous de la barre transverse 21. Attaché à cette première articulation en rotation 5 horizontale 22, le bras comprend ensuite une suite de trois pivots 25, 26 et 27 reliés respectivement entre eux par des deuxième tige 28 et troisième tige 29 de liaison entre pivots. Les articulations entre pivots sont ainsi agencées 10 pour permettre une flexion/extension du bras dans un plan vertical et son inclinaison par rapport à un plan horizontal de façon connue pour ce type d'articulation. Il comprend de plus un pivot longitudinal 30 15 d'orientation latérale de l'outil par rapport au reste du bras articulé. Dans le mode de réalisation le bras comporte une première poignée 31 longitudinale de fixation de l'outil par exemple qui va ainsi pouvoir être saisi 20 en amont par une main de l'utilisateur (non représentée). Cette première poignée longitudinale 31 comprend un capteur d'effort 32 connu en lui-même par exemple de type capteur piezo électrique sensible à la 25 pression. Le bras est de plus équipé d'une seconde poignée 33 fixée plus bas sur le bras en 34, de maniement de celui-ci par une deuxième main d'utilisateur pour faciliter un mouvement de rotation horizontale. 30 Avantageusement l'organe de liaison 4 comprend des moyens d'éclairage 35 de l'exosquelette et/ou une canopée 38 de protection de l'utilisateur (cf. trait mixte sur figure 2).

Les jambes 2, 3 sont formées de façon connue par des axes transverses horizontaux parallèles ou sensiblement parallèles à l'organe de liaison qui permettent la flexion/extension de la jambe correspondante et par ailleurs par des axes horizontaux et perpendiculaires aux axes transverses pour permettre l'adduction passive des hanches. L'organe 4 comprend une branche 39 sensiblement en forme de U dont les parties ou barres d'extrémités 40 sont reliées aux axes 41 d'articulation et dont la barre centrale 42 est située devant le ventre de l'utilisateur. La barre 42 est horizontale et est munie de la barre transverse 21 également horizontale en porte à faux par rapport au polygone de sustentation du corps de l'utilisateur qui coïncide sensiblement avec celui déterminé par les jambes et pieds articulés de l'exosquelette. La barre 21 est agencée pour porter le porte 20 outil. L'exosquelette comporte également des articulations 43 au niveau des genoux de l'utilisateur par exemple formées de façon similaire aux articulations au niveau des hanches (axes 25 horizontaux) et des moyens 44 d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur, schématisés en traits mixtes sur la figure, qui seront détaillés ci-après. On va maintenant décrire plus précisément en 30 référence à la figure 2 le mode de réalisation de l'exosquelette 1 plus particulièrement décrit ici. Chaque jambe comporte une cuisse 45 et un tibia 46 identiques deux à deux.

La cuisse 45 comprend une tubulure 47 métallique interne (traits mixtes sur la figure) par exemple en titane, sur laquelle est fixé un premier cache 48 par exemple en matière plastique.

Le premier cache 48, longiligne de section longitudinale sensiblement trapézoïdale en forme de cuisse humaine, ménage un espace intérieur autour de la tubulure 47, espace dans lequel vont être logés au moins en partie les moyens d'actionnement.

L'articulation du genou est par exemple du type formée par un axe horizontal 49. Lorsque l'exosquelette est au repos, la cuisse et le tibia forment un angle a supérieur à 140° par exemple 160°.

Les moyens d'actionnement, comprennent les moyens d'actionnement des genoux par exemple logés à l'intérieur du premier cache 48 correspondant et sont respectivement formés chacun par un moteur électrique à courant continu alimenté par une batterie amovible correspondante située de chaque côté sur la partie arrière de l'organe de liaison 4 et/ou de la partie supérieure des cuisses 45. Le moteur est d'une puissance adaptée pour générer un couple supérieur à 100 N.m. Il est connecté à un piston d'actionnement connu en lui-même, fixé d'un côté à la tubulure 47 de la cuisse et de l'autre à une lame 50 (trait mixte) formant le tibia correspondant. Plus précisément et dans le mode de réalisation décrit, le tibia est de forme longiligne légèrement courbée (par exemple rayon de courbure compris entre 1 m et 2 m). Il est formé par une lame interne, suffisamment rigide pour reprendre la charge mais également suffisamment souple pour jouer le rôle d'un ressort amortisseur, attachée à son extrémité proximale à la partie inférieure de la tubulure 47 par l'articulation formée par un axe et à son extrémité distale au pied décrit ci-après. Le tibia comporte un cache de la lame par exemple en forme de gaine ouverte de section transversale en forme de U et de profil latéral adapté au respect de l'esthétique.

La partie supérieure du cache du tibia collabore avec la face interne du premier cache lors de la rotation du genou. Les tubulures 47 de la cuisse et les lames 50 des tibias sont par exemple en titane ou tout matériau 15 adapté et dimensionné pour résister à des moments supérieurs à 400 Newton mètre, par exemple 1.000 N.m. L'extrémité inférieure de la lame 50 courbe est quant à elle connectée de façon articulée 51 à un chausson 52 propre à être enfilé. 20 L'articulation 51 est du type bi-axes pour flexion/extension et abduction/adduction, de façon connue en elle-même. Le chausson 52 comporte par exemple une spatule d'appui de l'ensemble et une sangle de rétention du 25 pied de l'utilisateur formant étrier avec la spatule. Chaque jambe de l'exosquelette comporte de plus une articulation à l'extrémité supérieure de chaque cuisse, de fixation articulée à l'organe de liaison 4, du type décrit en référence à la figure 1. 30 Cette articulation autorise notamment une rotation d'angle 8 sensiblement comprise entre 20° et 80°, entre la cuisse et l'organe 4 de liaison, ce dernier demeurant lui aussi horizontal.

Chaque jambe comporte de plus un moteur d'actionnement du type des moteurs d'actionnement du genou, pour actionner les articulations au niveau de la hanche, respectivement placé à l'extrémité et fixé sur les barres latérales du U de l'organe 7 de liaison. Comme indiqué ci-dessus, les moteurs d'actionnement sont alimentés jambe par jambe, par les batteries électriques par exemple respectivement fixées à l'arrière de l'extrémité supérieure de la cuisse correspondante par rapport au sens de la marche. Comme indiqué ci-dessus la branche transversale de l'organe 4 de liaison est ici encore globalement en forme de U. Elle comporte deux barres 39 parallèles formant les branches du U, de forme parallélépipédique en partie creuses pour contenir les moteurs d'actionnement des articulations des hanches connectées d'un côté à la partie supérieure des cuisses par les articulations correspondantes, et de l'autre côté à la barre centrale transversale formée d'une poutre horizontale rigide. La poutre horizontale est agencée pour soutenir le porte outil. L'ensemble de l'organe forme un espace E d'accueil de l'utilisateur. Les capteurs de détections sont par exemple des capteurs piézométriques connectés aux moyens 12 de calculs logés dans l'organe 4 et envoient des informations relatives aux efforts sur le porte outil et/ou l'exosquelette.

Les moyens de calcul génèrent alors une commande en fonction des informations reçues des capteurs et la transmettent simultanément au quasi-simultanément aux moyens d'actionnement pour compenser la charge et/ou fournir l'effort requis. Pour ce faire, les moyens d'actionnement génèrent à partir de ces informations un couple opposé au poids de la charge ou de l'effort sur le sol par l'outil de raclage par exemple.

Dans un autre mode de réalisation, les moyens d'actionnement comportent des éléments passifs, agencés pour générer un couple entre le bassin et la ou les jambes d'appui, opposé au couple généré par ledit poids déterminé de la charge.

On va maintenant décrire en référence aux figures 4A à 4D un procédé d'utilisation d'un exosquelette 1 selon un mode de réalisation de l'invention. L'exosquelette 1 comporte un porte outil 8 et un outil (râteau 16).

L'organe 4 de liaison comporte des moyens 60 de commande de moyens d'actionnement. Ces moyens de commande sont constitués de boutons (non représentés) connus en eux même de l'homme du métier et reliés aux moyens de calculs.

Les boutons sont par exemple positionnés dans la partie arrière de l'organe 4 de liaison ou sur ses faces latérales extérieures. L'utilisateur 61 étant derrière l'exosquelette 1, il le saisit et actionne les moyens de commande.

Ceux-ci commandent alors les moyens d'actionnement pour lever l'organe 4 de liaison. Les moyens d'actionnement donnent alors l'instruction aux moteurs du genou et de l'abdomen d'effectuer une rotation de manière à augmenter les angles entre d'une part, l'organe de liaison et la cuisse, et d'autre part, la cuisse et l'organe de liaison.

De cette manière les chaussons et l'organe de liaison restant horizontaux, la distance entre eux est réduite. Puis l'utilisateur 61, si ce n'est déjà fait (comme représenté sur les figures) fixe et/ou 10 accroche l'outil ou porte outil de liaison et/ou l'arrime par exemple par clipsage. Une fois levé (figure 4C), l'utilisateur 61 peut ensuite et sans difficulté, placer ses pieds 62 dans les étriers 63 des chaussons, par un simple 15 enfilement et refermer la sangle de ceinture, les bretelles 64 ou le support dorsal pour enfiler l'exosquelette 1 par l'arrière des jambes 65 articulées. Une fois l'exosquelette 1 revêtu, l'utilisateur 61 20 exerce un déplacement par une marche normale et active le porte outil. Selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit l'exosquelette 1 comprend des moyens 66 de détection de mouvement de l'utilisateur 25 et/ou 67 de l'appui sur les pieds et notamment des moyens de détection d'angle. Ces moyens de détection comprennent de façon connue en elle-même, et par exemple un ou des gyroscopes pour la détermination de la valeur de 30 l'angle à un instant donné, couplés à un ou des accéléromètres à trois directions pour déterminer la vitesse et l'accélération angulaire.

Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, les moyens de détections comprennent également un magnétomètre permettant ainsi de déduire des mesures du champ magnétique terrestre la direction du champ gravitationnel. Les détecteurs d'angles sont adaptés pour acquérir en continu les angles entre les cuisses et les tibias des jambes de l'utilisateur ainsi qu'entre la cuisse et la hanche, cette détection étant réalisée à une fréquence déterminée. Les moyens 66 de détection comprennent également un détecteur de pression, connu en soi, pour l'acquisition de la pression du ventre exercée sur la barre transversale et/ou sur la lame flexible.

Ainsi : une réduction concomitante sur chaque jambe des angles entre la cuisse et le tibia de l'utilisateur est analysée par les moyens de calcul comme étant une commande de descente de la barre transversale et, une réduction d'un des angles abdomen/cuisse ou cuisse/tibia sur l'une des jambes et la détection d'une pression du ventre supérieure à un seuil déterminé est analysé par les moyens de calcul comme étant une commande de marche.

Ces informations transmises aux moyens de calcul permettent la régulation des moteurs. Lors de son parcours, l'utilisateur peut s'arrêter et/ou avancer, et étant alors accompagné par l'exosquelette, il peut activer l'outil.

L'outil est monté sur l'organe de liaison 4, via le porte outil au milieu de l'organe.

Plus précisément, le bras 67 est ici relié à l'exosquelette 1 par une liaison rotule 68, motorisée, en dessous de la barre 11. Le bras 67 est lui-même articulé, de manière 5 passive ou non. Plus particulièrement dans le mode de réalisation comprenant un bras articulé passif, i.e. sans motorisation propre, l'horizontalité de l'organe de liaison 4 pendant le fonctionnement permet une 10 référence stable et une diminution du porte-à-faux. Le maintien à l'horizontal de l'organe de liaison 4 permet une position fixe de référence pour les outils ou bras 67 articulés fixés à celui-ci. Ceci permet ainsi de rester dans une position donnée à 15 l'équilibre (par exemple à vide) du fait de la raideur de ressorts, de la présence de contres couples moteurs, d'inerties et/ou de frottements de liaison. La fixité et l'horizontalité de l'organe 4 par 20 rapport à la direction du champ gravitationnel permettent donc un bon équilibrage, avec compensation de la masse de l'outil, et ce sur pour l'ensemble des conditions de fonctionnement de celui-ci. Comme décrit ci-avant l'exosquelette 1 comprend 25 les moyens 60 de commande (calcul, actionnement), fixé sur la barre transversale 39 de l'organe de liaison 4. Les moyens 60 ci-après également dénommés calculateur, déterminent une loi de commande à partir 30 notamment de la position des différentes parties de l'exosquelette 1, des actions de l'utilisateur 61, du porte-à-faux et des perturbations éventuelles.

Cette loi de commande effectue, lorsque le couple généré par le porte-à-faux accentué par le bras 67, est supérieur à un certain seuil déterminé et implique un risque de basculement de l'exosquelette 1, on détermine alors la distance e entre la jambe 65 _ dont l'extrémité supérieure est située au droit du montage du bras 67 et l'autre jambe 65, soit l'avancée d'un chausson 63 par rapport à l'autre. Les moyens 60 de calcul intègrent la distance e, 10 le modèle de l'exosquelette 1 et la direction du champ gravitationnel et déterminent si la distance e est suffisante pour assurer l'équilibre de l'exosquelette 1 calculée en fonction du couple généré par le porte-à-faux. 15 C'est-à-dire la distance e doit être suffisante _ pour que l'effort et/ou le déplacement du bras 67 ne génèrent pas un couple supérieure à celui de l'équilibre que l'exosquelette peut supporter pour la distance considérée. 20 Si la distance e est suffisante, les moyens 60 de - calcul génèrent une instruction d'autorisation et l'outil peut être utilisé. Plus précisément les moyens 60 de commande du bras 67 ne sont alors pas limités pour la position du bras 25 67 considérée. Si la distance e est insuffisante, alors le moyens _ 60 de commande sont bloqués, i.e. ne transmettent pas l'instruction de déplacement au bras 67 et/ou aux jambes 65. 30 On va maintenant décrire un procédé d'élaboration de la loi de commande des différents moteurs de l'exosquelette 1, en faisant également plus particulièrement référence aux figures 4A à 4D .

Le calculateur 60 comprend une mémoire non volatile (non représentée). Cette mémoire comprend des valeurs de paramètre structurel de l'exosquelette 1.

Les paramètres pris en compte sont les paramètres dimensionnels (longueur, masse, position des centres de gravité, angles relatifs ...) des différents éléments de l'exosquelette et notamment des dimensions cuisses (m6, 16 ; m9, 19) des tibias (m5, 18 ; 11111, lu), des branches de l'organe de liaison (ml, 11 ; m2, 12 ; m3, 13), des articulations (m4, m5, m2, mm), et des spatules (m14, lu ; m15, 115). Le calculateur comprend également un référentiel virtuel avec son système de coordonnée associé dont l'origine A est par exemple au milieu du segment reliant les articulations à l'extrémité supérieure de chaque tube de cuisse. Le calculateur acquiert également comme paramètre les angles entre hanche et cuisse al, 131, cuisse et tibia a2, 132, tibia et chausson a3, 133, ainsi que la direction dans le référentiel virtuel du champ gravitationnel. Il reconstruit alors un modèle géométrique virtuel de la position de l'exosquelette 1 en continu ou 25 quasiment continu. Puis à partir de ce modèle combiné à l'information sur les masses ml à mu des différents éléments de l'exosquelette 1, le calculateur reconstruit l'emplacement des centres de gravité de l'organe de 30 liaison CDG1, des cuisses CDG2, CDG3, des tibias CDG4, CDG5. Le calculateur obtient ainsi un modèle dynamique en continu ou quasiment en continu de la géométrie et des forces, moments et efforts appliqués à l'exosquelette 1 (accélération Yi notamment) par exemple par calcul barycentrique pour une masse totale M rapportée au centre de gravité générale CDGM. Le calculateur détermine à partir de ces données et de celles de poids des charges et/ou des outils ou bras 67 et de la géométrie de leur porte-à-faux, d'une part les commandes des moteurs de reprises des efforts et de déplacement des jambes et d'autre part et notamment le couple seuil et ainsi la distance d d'avancée d'une jambe par rapport à l'autre. Plus précisément, en fonctionnement et en référence à la figure 5, l'exosquelette 1 opère une première acquisition (étape 70) des paramètres direction du champ gravitationnel, ai, ; XAr YAr ZA ; CDGi yi etc et en déduit un modèle géométrique et dynamique de l'exosquelette avec calcul (étape 71) de la masse M totale rapportée au 20 centre de gravité générale (CDGm). La connaissance de la direction du champ gravitationnel et des angles ai, 13i permet de calculer l'apport de chaque élément de l'exosquelette 1 à la stabilité et/ou au porte-à-faux.

25 Plus précisément, la connaissance de la position de l'exosquelette 1 par rapport à la direction du champ gravitationnel permet d'affiner/corriger la loi de commande. Les commandes générées par l'utilisateur 30 déterminant une accélération yi d'avancement des éléments de l'exosquelette 1, bruitées ou non, calculent le couple exercé par le porte à faux et le compare au seuil limite également calculé, et détermine si une action des moyens de commande est requise par l'utilisateur 61 ou nécessaire à l'équilibre de l'exosquelette 1 (étape 72). Si c'est le cas les moyens 60 d'actionnement sont 5 alors commandés (étape 73) pour exercer les contre couples nécessaires à l'avance de la jambe 65 de la distance d calculée. Puis le calculateur effectue une nouvelle acquisition (étape 74) des paramètres avec déduction 10 alors d'un nouveau modèle géométrique et dynamique de l'exosquelette avec re-calcul actualisé de la masse total M' rapporté au centre de gravité général CDGm (étape 75). La loi de commande intègre alors les éléments 15 correctifs pour l'équilibre et instruit les moyens 60 d'actionnement en conséquence (étape 76). Tant que le mouvement ou la stabilité de l'exosquelette n'est pas terminée ou assurée (test 77) les étapes 72 à 76 sont réitérées (ligne 78).

20 Dans le cas où l'on souhaite utiliser un système d'amplification de l'effort, on vérifie si la position de l'exosquelette est admissible (test 79. Si oui, il passe alors en mode amplification (étape 80) lorsqu'on appui sur le bouton.

25 Plus précisément, le système d'outil suit le principe de commande suivant : - Le bras articulé est en mode transparent ou bloqué en position lorsque les membres inférieurs sont en mode déplacement c'est à dire pour passer 30 d'une zone de travail à une autre (cycle allant des étapes 72 à 76). - Si la position de l'exosquelette est conforme aux consignes de sécurité quant à la posture de l'exosquelette (test 79) l'exosquelette autorise le passage au mode d'amplification d'effort lors de l'appui (étape 80) sur le bouton Amplification d'effort . Par exemple, les deux pieds en appui au sol en quiconque, ou l'inclinaison du sol est inférieure à 10°, ou les deux pieds au même niveau (et non un pied sur une marche et l'autre au sol). - L'exosquelette étant alors en mode amplification, le bras reste en position bloqué ou 10 transparent tant que l'opérateur n'indique pas d'intention sur le capteur d'effort (test 81). Lors d'une mesure d'intention, la direction de l'effort fourni par le bras articulé est identique à celle observée sur la poignée d'intention. L'intensité de 15 l'effort est quant à elle amplifiée (étape 82) par un coefficient d'amplification supérieur à 1, par exemple 5 ou 10. Les consignes sont calculées par exemple toutes les minutes. - Au cours du mode amplification, la position de 20 l'exosquelette est vérifiée pour qu'elle reste conforme aux consignes de sécurité. Cette vérification est effectuée par exemple toutes les cinq minutes Comme il va de soi et comme il résulte également 25 de ce qui précède, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où les énergies utilisées sont hydrauliques et/ou 30 pneumatiques plutôt qu'électriques.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Exosquelette (1) de membres inférieurs comprenant deux jambes articulées (2, 3) agencées pour être couplées aux membres inférieurs d'un utilisateur, un organe (4) de liaison entre les extrémités supérieures (5, 6) des jambes auxquelles il est articulé, propre à être positionné au niveau du bassin de l'utilisateur et des moyens d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur, caractérisé en ce que l'organe de liaison est entièrement situé à l'avant (7) des jambes articulées dans le sens de la marche et en ce qu'il comporte un bras articulé (8) porte outil (9), fixé à l'organe (4) de liaison de façon centrée ou sensiblement centrée par rapport à l'organe (4), dans le plan ou sensiblement dans le plan sagittal (10) de l'utilisateur.
2. 2. Exosquelette selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (11) de détections des appuis de l'exosquelette sur le sol, en ce que le bras articulé (8) comprend des moyens (14) amplificateurs de force pour manier l'outil (9) et en ce que il comporte des moyens (15) de blocage du fonctionnement du bras articulé en fonction de l'appui sur le sol des membres de l'exosquelette et de consignes préalablement établies.
3. 3. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe (4) de liaison comprend une barre transverse (21) sur laquelle est fixé le bras articulé (8) et en ce que ledit bras articulé comprend une première articulation (22) en rotation horizontale permettantun balayage d'une zone de travail (23) devant l'exosquelette.
4. 4. Exosquelette selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bras articulé (8) comporte 5 une première tige (24) de fixation de ladite première articulation en dessous de la barre transverse (21).
5. 5. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras articulé (8) comprend une suite de trois pivots 10 (25, 26, 27) reliés respectivement entre eux par des deuxième et troisième tiges (28, 29) de liaison et agencés pour permettre une flexion/extension du bras dans un plan vertical et son inclinaison par rapport à un plan horizontal. 15
6. 6. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras articulé (8) comporte de plus un pivot longitudinal (30) d'orientation latérale de l'outil par rapport au reste du bras articulé. 20
7. 7. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras comporte une première poignée longitudinale (31) de maniement de l'outil par une première main de l'utilisateur, munie d'un capteur d'effort (32). 25
8. 8. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe (4) de liaison est équipé d'une seconde poignée (33) fixée plus bas (34) sur le bras, de maniement de celui-ci par une deuxième main de 30 l'utilisateur, pour faciliter un mouvement de rotation horizontale.
9. 9. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quel'organe (4) de liaison est équipé de moyens (35) d'éclairage vers l'avant de l'exosquelette et/ ou d'une canopée (38) de protection de l'utilisateur.
10. 10. Procédé d'utilisation d'un outil (9) avec un exosquelette (1) de membres inférieurs comprenant un organe (4) de liaison de deux jambes articulées propre à être positionné au niveau du bassin de l'utilisateur, caractérisé en ce que, l'organe (4) étant entièrement situé à l'avant des 10 jambes articulées dans le sens de la marche et comportant un bras articulé (8) porte outil (9), fixé à l'organe (4) de liaison de façon centrée par rapport à l'organe, amplificateur d'efforts et comprenant une première poignée longitudinale (31) de 15 maniement de l'outil par une première main de l'utilisateur, ladite poignée étant munie d'un capteur d'effort, on bloque le bras articulé (8), lorsqu'on détecte si l'appui sur le sol des membres 20 de l'exosquelette est conforme à des consignes préalablement établies, on autorise le passage en mode amplification d'effort du porte outil, on détecte si l'utilisateur a l'intention d'exercer un effort sur l'outil par ledit capteur d'effort, et 25 lorsque la détection est positive on utilise ledit outil (9), la direction de l'effort fourni par le bras articulé étant identique à celle observée sur la première poignée (31).