FR3108053A1 - Dispositif d’assistance à l’effort de type exosquelette - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’assistance à l’effort (1), comportant : une structure dorsale (10) ; une première structure brachiale (12), articulée sur la structure dorsale (10) ; une première structure antibrachiale (16), articulée sur la première structure brachiale (12) ; une deuxième structure brachiale (14), articulée sur la structure dorsale (10) du côté opposé à la première structure brachiale (12) ; une deuxième structure antibrachiale (18), articulée sur la deuxième structure brachiale (14) ; la première structure antibrachiale (16) comportant un actionneur (162) ; la deuxième structure antibrachiale (18) comportant un dispositif d’ancrage (182) pour solidariser le dispositif (1) à une structure d’ancrage ; les articulations du dispositif (1) étant immobilisables pour rigidifier la structure du dispositif et permettre l’application d’un effort par l’actionneur (162) sur une pièce, de sorte que l’effort peut être repris par la structure d’ancrage, par l’intermédiaire du dispositif d’ancrage (182). Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention se rapporte au domaine des dispositifs d’assistance à l’effort de type exosquelette.
Les exosquelettes sont des structures mécaniques ou motorisées qui doublent certaines parties du squelette humain afin d’augmenter les capacités physiques de celui-ci. Les exosquelettes, en permettant de diminuer la charge physique subie par l’individu qui en est porteur, trouvent des applications intéressantes dans le domaine industriel, et plus particulièrement dans les domaines où une partie importante de la fabrication est réalisée par des opérateurs travaillant sur des chaines de montage, comme par exemple dans l’industrie automobile.
On connait des dispositifs de type exosquelette, par exemple du document EP 3189945, qui permettent d’assister un opérateur d’assemblage afin de diminuer l’effort physique qu’il doit fournir, par exemple pour supporter mieux et plus longtemps une position de travail nécessitant d’avoir les bras tendus.
Les dispositifs connus facilitent le travail des opérateurs, mais, également, aident à prévenir les blessures ou les troubles musculosquelettiques pouvant survenir lors de l'exécution de certaines tâches d’assemblage, qui sont souvent répétitives.
Les exosquelettes portables ont été conçus pour des applications médicales, commerciales et militaires. Les exosquelettes médicaux sont généralement conçus pour aider à rétablir la mobilité du patient. Les exosquelettes commerciaux et militaires sont généralement utilisés pour réduire les charges supportées par les ouvriers ou les soldats lors d'activités pénibles, évitant ainsi les blessures et augmentant l'endurance et la force de ces ouvriers ou soldats.
Toutefois, comme c’est le cas pour le dispositif décrit dans le document EP 3189945, les dispositifs connus qui sont prévus pour être utilisée par un opérateur d’une chaine de montage transmettent les efforts compensés sur une partir du corps de l’opérateur (dans l’exemple du document précité, sur les bras de l’utilisateur), ce qui, à long terme, peut avoir des effets indésirables, et ce qui empêche la transmission d’efforts importants.
La présente invention vise à pallier les inconvénients de l’état de la technique, et plus particulièrement ceux-ci-dessus exposés, en proposant un dispositif d’assistance à l’effort, de type exosquelette, qui permette à un utilisateur d’appliquer un effort à un élément extérieur tel qu’une pièce à assembler, sans être lui-même impacté par la transmission de cet effort.
À cet effet l’invention concerne un dispositif d’assistance à l’effort portable par un utilisateur, le dispositif comportant:
- une structure dorsale;
- une première structure brachiale, articulée sur la structure dorsale, et comportant un dispositif de fixation à un premier bras de l’utilisateur;
- une première structure antibrachiale, articulée sur la première structure brachiale, et comportant un dispositif de fixation à l’avant-bras correspondant de l’utilisateur;
- une deuxième structure brachiale, articulée sur la structure dorsale du côté opposé à la première structure brachiale, comportant un dispositif de fixation au bras de l’utilisateur opposé au premier bras;
- une deuxième structure antibrachiale, articulée sur la deuxième structure brachiale, et comportant un dispositif de fixation à l’avant-bras correspondant de l’utilisateur;
la première structure antibrachiale comportant un actionneur pour appliquer un effort sur une pièce à assembler;
la deuxième structure antibrachiale comportant à une extrémité libre un dispositif d’ancrage permettant de rendre le dispositif d’assistance à l’effort temporairement solidaire d’une structure d’ancrage;
les articulations du dispositif d’assistance à l’effort étant configurées pour être immobilisées durant une phase d’application d’un effort, afin de rigidifier la structure du dispositif d’assistance à l’effort et permettre l’application d’un effort par l’actionneur sur la pièce à assembler, de sorte que l’effort appliqué peut être repris par la structure d’ancrage, par l’intermédiaire du dispositif d’ancrage.
Ainsi, en prévoyant un structure articulée apte à se rigidifier pour transmettre un effort, la structure comportant un dispositif d’ancrage et un actionneur, l’invention permet de faire reprendre un effort appliqué par l’actionneur par une structure d’ancrage à laquelle est solidarisée temporairement le dispositif d’ancrage. L’effort appliqué par l’actionneur est ainsi transmis le long de la structure temporairement rigidifiée par le blocage de l’ensemble des articulations qu’elle intègre, jusqu’au dispositif d’ancrage, sans que l’utilisateur ne soit impliqué physiquement dans la transmission de cet effort. En dehors des phase d’application d’un effort, l’ensemble des articulations du dispositif fonctionne librement, permettant ainsi de suivre au mieux les mouvement des membres de l’utilisateur.
Dans une réalisation, chaque structure brachiale est articulée sur la structure dorsale respectivement par l’intermédiaire d’une première et d’une deuxième structures scapulaires, chaque structure scapulaire étant articulée sur la structure dorsale.
Dans une réalisation, chaque structure scapulaire comporte deux tronçons articulés entre eux.
Dans une réalisation, la structure dorsale est ajustable à la largeur inter-épaules de l’utilisateur.
Dans une réalisation, la structure dorsale comporte deux tronçons articulés entre eux.
Dans une réalisation, le dispositif de fixation à un bras d’un utilisateur de chaque structure brachiale comporte au moins un brassard.
Dans une réalisation, le dispositif de fixation à un avant-bras d’un utilisateur de chaque structure antibrachiale comporte au moins un manchon.
Dans une réalisation, le dispositif d’assistance à l’effort comporte un dispositif de commande pour commander le blocage de l’ensemble des articulations et pour commander l’activation de l’actionneur.
Dans une réalisation, chaque articulation comporte un dispositif de blocage, par exemple un dispositif de blocage de type électromécanique.
Dans une réalisation, le dispositif d’assistance à l’effort comporte une source d’énergie interne, telle qu’une batterie, et/ou un dispositif de raccordement à une source d’énergie externe.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Les figures 1 et 2 représentent un utilisateur 2 équipé d’un dispositif d’assistance à l’effort 1 conforme à l’invention. Le dispositif conforme à l’invention se présente sous la forme d’un exosquelette destiné à être porté par l’utilisateur 2. Le dispositif 1 comporte une structure dorsale 10, la structure dorsale 10 étant agencée à proximité du haut du dos et des épaules de l’utilisateur lorsque celui-ci porte le dispositif 1. Sur la structure dorsale 10 sont articulées une première structure brachiale 12 et une deuxième structure brachiale 14, par l’intermédiaire d’une liaison pivot respective L1, L2. Chacune des deux structures brachiales 12, 14 est fixée à l’un des bras 20, 22 de l’utilisateur 2. Dans l’exemple des figures 1 et 2, la première structure brachiale 10 est fixée au bras droit 20 de l’utilisateur, tandis que la deuxième structure brachiale 14 est fixée au bras gauche 22 de l’utilisateur 2. Chaque structure brachiale 12, 14 est fixée au bras 20, 22 correspondant de l’utilisateur 2 au moyen d’un brassard respectif 120, 140.
Une première structure antibrachiale 16 est articulée sur la première structure brachiale 12, par l’intermédiaire d’une liaison pivot L3, et fixée sur l’avant-bras correspondant de l’utilisateur 2, dans l’exemple son avant-bras droit 24. Une deuxième structure antibrachiale 18 est articulée, par l’intermédiaire d’une liaison pivot L4, sur la deuxième structure brachiale 14, et fixée sur l’avant-bras correspondant de l’utilisateur 2, dans l’exemple son avant-bras gauche 26. Chaque structure antibrachiale 16, 18 est fixée à l’avant-bras 24, 26 correspondant de l’utilisateur 2 au moyen d’au moins un manchon respectif 160, 180. Dans l’exemple des figures 1 et 2, il est prévu deux manchons 160, 180 distincts par avant-bras 24, 26.
À son extrémité libre, qui se trouve à proximité de la main correspondante de l’utilisateur 2, la première structure antibrachiale 16 comporte un actionneur 162, dans l’exemple un actionneur linéaire de type vérin hydraulique, pneumatique ou électromécanique. L’actionneur 162 est configuré pour appliquer un effort à un élément extérieur au dispositif d’assistance à l’effort.
À son extrémité libre, qui se trouve à proximité de la main correspondante de l’utilisateur 2, la deuxième structure antibrachiale 18 comporte un dispositif d’ancrage 182, configuré pour être solidarisé temporairement à un élément extérieur au dispositif d’assistance à l’effort.
Dans l’exemple des figures, chaque structure brachiale 12, 14 est articulée sur la structure dorsale 10 respectivement par l’intermédiaire d’une première et d’une deuxième structures scapulaires 11, 13. Chaque structure scapulaire 11, 13 est elle-même articulée sur la structure dorsale 10, par l’intermédiaire d’une liaison pivot L5, L6 respective. Chaque structure scapulaire 11, 13 comporte deux tronçons 110, 112, 130, 132 articulés entre eux, par l’intermédiaire d’une liaison pivot L7, L8 respective.
Avantageusement, la structure dorsale 10 est configurée pour être ajustable à l’utilisateur, et plus particulièrement à sa largeur d’épaules. À cet effet, la structure dorsale 10 comporte dans l’exemple deux tronçons 100, 102 articulés entre eux, par l’intermédiaire d’une liaison pivot L9. Ainsi, en faisant varier l’angle entre les deux tronçons 100, 102, on peut régler l’écartement entre les deux structures scapulaires 11, 13. Afin que les structures scapulaires 11, 13 puissent être positionnées au plus près des épaules 28, 30 de l’utilisateur 2, et ainsi suivre au mieux les mouvements de celles-ci, il est préférable que les liaisons pivot L5, L6 et L9 soit disposées dans un même plan et soient d’axes parallèles.
Conformément à l’invention, chacune des articulations du dispositif d’assistance à l’effort 1, et donc chacune des liaisons pivot L1-L9 sont configurées pour pouvoir être immobilisées temporairement, durant une phase d’application d’un effort. En empêchant ainsi tout mouvement (notamment de rotation) au niveau de chaque articulation du dispositif 1, la structure de celui-ci se trouve rigidifiée (étant entendu que l’ensemble des structures/tronçons reliant les différentes articulations sont des éléments rigides, réalisés par exemple en métal ou tout autre matériau présentant la résistance et la rigidité requises). Cette rigidification de l’ensemble du dispositif permet de transmettre des efforts le long de cette structure, et plus particulièrement depuis l’actionneur 162 vers le dispositif d’ancrage (et inversement), sans que l’utilisateur ne soit impacté, c’est-à-dire sans qu’il subisse ou ressente cet effort. À l’exception des phases d’application d’effort, le mouvement des articulations est libre, de manière à suivre les mouvements des bras de l’utilisateur 2, pour lui permettre de positionner le dispositif 1 de la manière adéquate. Ainsi lorsque l’utilisateur 2 veut appliquer un effort sur une pièce à assembler, telle que la pièce 3 représentée sur la figure 3, il doit préalablement fixer le dispositif d’ancrage 184 à un bâti, tel que la structure d’ancrage 4 représentée sur la figure 4. Il positionne ensuite l’actionneur 162 à proximité de la pièce 3, puis commande l’application d’un effort. Cette commande implique la rigidification préalable de la structure du dispositif 1, par blocage de l’ensemble des liaisons pivot L1-L9. Ainsi, lorsque l’actionneur 162 est activé puis applique un effort sur la pièce 3, cet effort est repris par la structure d’ancrage 4, par l’intermédiaire du dispositif d’ancrage 182 et de l’ensemble de la structure du dispositif 1. Comme mentionné plus haut, le corps de l’utilisateur se trouve en dehors de cette boucle d’effort, et ne subit donc aucune fatigue ou douleur.
La figure 3 est un schéma représentant la chaine cinématique du dispositif d’assistance à l’effort 1, celui-ci étant positionné sur l’utilisateur 2, dont on a schématisé la cinématique des articulations de membres supérieurs. Comme montré sur la figure 3, il est avantageux que les différentes articulations du dispositif 1 conforme à l’invention se trouvent au plus près des articulations réelles de l’utilisateur, afin que le dispositif 1 puisse suivre au mieux les mouvements de l’utilisateur.
Le dispositif comporte un dispositif de commande, permettant de commander le dispositif, et en particulier de commander l’application d’un effort. Avantageusement, le dispositif de commande comporte un dispositif de détection de contact et/ou un dispositif de détection d’effort disposé au niveau de l’actionneur 162, ou intégré à celui-ci. Avantageusement, chaque articulation comporte un dispositif de blocage, par exemple un dispositif de blocage de type électromécanique. Le blocage de l’ensemble des dispositifs de blocage des articulations du dispositif 1 est commandé par le dispositif de commande.
Le dispositif conforme à l’invention comporte une source d’énergie embarquée (non représentée), telle qu’une batterie, et/ou un dispositif de raccordement à une source d’énergie externe (non représenté).
On a décrit ci-dessus un dispositif dans lequel le dispositif d’ancrage 182 est prévu pour être situé du côté gauche de l’utilisateur, tandis que l’actionneur 162 se trouve du côté opposé, mais cette disposition peut bien entendu être inversée.
Claims (10)
- Dispositif d’assistance à l’effort (1) portable par un utilisateur, le dispositif comportant:
- une structure dorsale (10);
- une première structure brachiale (12), articulée sur la structure dorsale (10), et comportant un dispositif de fixation à un premier bras (20) de l’utilisateur;
- une première structure antibrachiale (16), articulée sur la première structure brachiale (12), et comportant un dispositif de fixation à l’avant-bras (24) correspondant de l’utilisateur (2);
- une deuxième structure brachiale (14), articulée sur la structure dorsale (10) du côté opposé à la première structure brachiale (12), comportant un dispositif de fixation au bras (22) de l’utilisateur opposé au premier bras;
- une deuxième structure antibrachiale (18), articulée sur la deuxième structure brachiale (14), et comportant un dispositif de fixation à l’avant-bras (26) correspondant de l’utilisateur (2);
la deuxième structure antibrachiale (18) comportant à une extrémité libre un dispositif d’ancrage (182) permettant de rendre le dispositif d’assistance à l’effort (1) temporairement solidaire d’une structure d’ancrage (4);
les articulations du dispositif d’assistance à l’effort étant configurées pour être immobilisées durant une phase d’application d’un effort, afin de rigidifier la structure du dispositif d’assistance à l’effort et permettre l’application d’un effort par l’actionneur (162) sur la pièce (3) à assembler, de sorte que l’effort appliqué peut être repris par la structure d’ancrage (4), par l’intermédiaire du dispositif d’ancrage (182). - Dispositif d’assistance à l’effort (1) selon la revendication précédente, dans lequel chaque structure brachiale (12, 14) est articulée sur la structure dorsale (10) respectivement par l’intermédiaire d’une première et d’une deuxième structures scapulaires (11, 13), chaque structure scapulaire (11, 13) étant articulée sur la structure dorsale (10).
- Dispositif d’assistance à l’effort (1) selon la revendication précédente, dans lequel chaque structure scapulaire (11, 13) comporte deux tronçons (110, 112, 130, 132) articulés entre eux.
- Dispositif d’assistance à l’effort (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la structure dorsale (10) est ajustable à la largeur inter-épaules de l’utilisateur (2).
- Dispositif d’assistance à l’effort (1) selon la revendication précédente, dans lequel la structure dorsale (10) comporte deux tronçons (100, 102) articulés entre eux.
- Dispositif d’assistance à l’effort (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de fixation à un bras (20, 22) d’un utilisateur (2) de chaque structure brachiale (12, 14) comporte au moins un brassard (120, 140).
- Dispositif d’assistance à l’effort (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de fixation à un avant-bras (24, 26) d’un utilisateur (2) de chaque structure antibrachiale (16, 18) comporte au moins un manchon (160, 180).
- Dispositif d’assistance à l’effort (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant un dispositif de commande pour commander le blocage de l’ensemble des articulations et pour commander l’activation de l’actionneur (162).
- Dispositif d’assistance à l’effort (1) selon la revendication précédente, dans lequel chaque articulation comporte un dispositif de blocage, par exemple un dispositif de blocage de type électromécanique.
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