IT202100002450A1 - Giunto modulare motorizzato per esoscheletro - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: ?Giunto modulare motorizzato per esoscheletro?

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un giunto motorizzato per esoscheletri comprendete una unit? attuatrice ed almeno un primo braccio di azionamento montato oscillante su detta unit? attuatrice.

L?unit? attuatrice ? configurata per movimentare il primo braccio di azionamento, mentre il braccio di azionamento ? accoppiabile al telaio di un esoscheletro attraverso un sistema di accoppiamento.

Quella appena descritta ? la comune configurazione dei giunti utilizzati negli esoscheletri noti allo stato dell?arte.

Gli esoscheletri sono generalmente utilizzati per attivit? riabilitative/assistive e sono costituiti da dispositivi indossabili che mirano ad aiutare gli utenti ad eseguire determinati movimenti, al fine di potenziare la capacit? muscolare di tali utenti o a ripristinare una funzionalit? muscolare e articolare perduta o limitata.

I giunti motorizzati dunque sono generalmente posti a livello delle articolazioni dell?utente, ad esempio in corrispondenza del ginocchio, dell?anca, del gomito o della spalla e sono collegati a segmenti del telaio dell?esoscheletro previsti in corrispondenza degli arti inferiori o superiori dell?utente.

Nel mondo sono svariati i casi di persone che hanno perso la piena mobilit? degli arti, soprattutto a causa di malattie o incidenti debilitanti: lo scopo degli esoscheletri ? quello di fornire ai pazienti un ausilio motorizzato per ripristinare la mobilit? perduta ed eseguire esercizi riabilitativi che possano migliorare in modo considerevole la qualit? di vita.

Le problematiche di gestione quotidiana di questi dispositivi sono strettamente legate a quelle di usabilit? degli stessi.

Allo stato dell?arte sono noti giunti motorizzati, descritti ad esempio nei documenti US10537488, CN110327189 e WO2016146960.

Tuttavia tali documenti descrivono sistemi di giunti motorizzati in combinazione ad esoscheletri che non consentono un rapido e sicuro assemblaggio/disassemblaggio delle diverse componenti.

Inoltre, i sistemi descritti e noti allo stato dell?arte non permettono l?autonoma gestione degli esoscheletri e dei giunti da parte dei pazienti.

La presente invenzione si prefigge dunque lo scopo di incentivare al massimo l?usabilit? degli esoscheletri, attraverso la realizzazione di un sistema modulare, facilmente gestibile in autonomia, per favorire portabilit? e usabilit? dell?esoscheletro.

A tal proposito il giunto oggetto della presente invenzione prevede un sistema di accoppiamento che consente un aggancio rapido delle componenti, in modo da smontare completamente l?esoscheletro in moduli di piccole dimensioni e dunque facilmente gestibili da parte del paziente.

La presente invenzione consegue gli scopi di cui sopra realizzando un giunto motorizzato come descritto in precedenza, in cui il sistema di accoppiamento comprende una prima parte fissabile in maniera amovibile ad una seconda parte.

In particolare, la prima parte comprende un elemento cilindrico di fissaggio montato ruotabile attorno al proprio asse longitudinale e rispetto a detta prima parte, mentre la seconda parte comprende una sede di inserimento dell?elemento cilindrico di fissaggio montata fissa rispetto alla seconda parte.

Inoltre, l?elemento cilindrico di fissaggio comprende almeno un perno di fissaggio disposto radialmente, che si impegna all?interno di una corrispondente sede di fissaggio prevista in corrispondenza della sede di inserimento.

La rotazione dell?elemento cilindrico di fissaggio consente il passaggio dalla condizione impegnata, corrispondente alla condizione accoppiata della prima parte con la seconda parte, alla condizione disimpegnata del perno di fissaggio all?interno della sede di fissaggio.

In base a tale configurazione, si realizza un sistema di aggancio rapido dell?unit? attuatrice, in modo da ottenere un sistema che possa essere facilmente assemblato e per consentirne la facile rimozione, mediante un sistema di accoppiamento rapido basato su collegamento di componenti meccaniche di semplice produzione e assemblaggio.

Come risulter? evidente dall?illustrazione di alcuni esempi esecutivi, le dimensioni compatte rendono il giunto, e di conseguenza l?esoscheletro, autonomamente trasportabile per il paziente; la modularit? facilita la rapida sostituzione delle singole parti in caso di guasti.

Si specifica che la presente invenzione non ? limitata ad una specifica applicazione, in quanto, come risulter? evidente dalla successiva descrizione, il giunto oggetto della presente invenzione pu? essere utilizzato indifferentemente sia per gli arti inferiori che per gli arti superiori, apportando semplici e ovvie variazioni alle caratteristiche costruttive.

In base alla descrizione di alcune possibili forme esecutive del giunto oggetto della presente invenzione, risulter? evidente come il giunto oggetto della presente invenzione abbia la possibilit? di essere applicato anche in contesti diversi e genericamente industriali.

Ad esempio, il giunto potr? essere impiegato in tutte quelle applicazioni industriali che richiedono la presenza di un giunto attuato compatto ad alte prestazioni, in grado di essere connesso e disconnesso (meccanicamente ed elettricamente) con rapidit? e in autonomia, che al tempo stesso non presenti giochi meccanici.

Secondo una prima forma esecutiva, la sede di fissaggio prevede un profilo di forma elicoidale.

Il profilo di forma elicoidale consente di ottenere un accoppiamento elicoidale tra la prima e la seconda parte, in modo non solo da garantire un accoppiamento stabile, ma anche da facilitare l?inserimento del perno di fissaggio all?interno della corrispondente sede, rendendo pi? agevole l?aggancio del giunto da parte di un utente.

Sempre con lo scopo di ottenere un accoppiamento pi? stabile ed efficiente e di facilitare le manovre richieste all?utente, secondo un perfezionamento l?elemento cilindrico di fissaggio comprende tre perni di fissaggio, essendo previste tre corrispondenti sedi di fissaggio.

Come risulter? evidente dalle illustrazioni successive, la presenza di tre perni, soprattutto se previsti equi distanziati angolarmente, consente di limitare l?ampiezza della rotazione dell?elemento cilindrico di fissaggio, necessaria a garantire l?accoppiamento della prima parte con la seconda parte.

Secondo una forma esecutiva preferita, ? possibile prevedere una spina di bloccaggio sulla prima o sulla seconda parte.

Tale spina di bloccaggio coopera con una corrispondente sede di bloccaggio, prevista sulla parte complementare, in cui la spina di bloccaggio viene alloggiata.

Tale configurazione consente di fissare in maniera stabile la prima parte con la seconda parte, soprattutto rispetto a forze trasversali.

La presenza della spina di bloccaggio riveste un aspetto particolarmente vantaggioso, in quanto, vista l?entit? delle forze in gioco sviluppate dalla unit? attuatrice, la spina evita la rotazione della prima parte rispetto alla seconda parte, eliminando i giochi torsionali che potrebbero generarsi.

Vantaggiosamente, la sede di inserimento comprende almeno un elemento pressore inserito all?interno di una apposita sede di alloggiamento ricavata nello spessore della sede di inserimento, il quale elemento pressore passa da una condizione ritratta ad una condizione estratta dalla sede di alloggiamento.

L?elemento pressore ? inoltre configurato in modo tale per cui, in condizione estratta e in condizione di inserimento dell?elemento cilindrico all?interno della sede di inserimento, si impegna con le pareti esterne dell?elemento cilindrico.

Secondo una forma esecutiva preferita, il giunto oggetto della presente invenzione comprende tre elementi pressori, equidistanziati angolarmente.

La presenza di tali elementi pressori consente di ottenere un duplice vantaggio.

Infatti viene realizzato un sistema di sicurezza che mantiene stabilmente in posizione l?elemento cilindrico di fissaggio e che evita rotazioni accidentali dello stesso.

Inoltre, il passaggio dalla condizione ritirata alla condizione estratta degli elementi pressori, genera un feedback di tipo sonoro, dovuto allo scatto generato dalla interazione tra le superfici dell?elemento pressore e dell?elemento cilindrico di fissaggio, che avvisa l?utente della corretta condizione di accoppiamento della prima parte con la seconda parte.

Oltre alla presenza degli elementi pressori, anche l?utilizzo di elementi di protezione dell?elemento cilindrico, come ad esempio coperchi o simili, pu? concorrere a prevenire rotazioni accidentali dell?elemento cilindrico stesso, come verr? illustrato successivamente.

Secondo una forma esecutiva preferita, il sistema di accoppiamento comprende mezzi di regolazione della condizione di fissaggio della prima parte con la seconda parte.

Successivamente, nelle forme esecutive illustrate, verr? descritta una possibile realizzazione di tali mezzi di regolazione, ma, indipendentemente dalla loro realizzazione, i mezzi di regolazione consentono di ottenere una regolazione fine volta a garantire l?avvicinamento della prima parte con la seconda parte.

Tale configurazione consente di compensare eventuali giochi interni meccanici indesiderati, massimizzando la solidit? e la rigidit? del sistema per favorire la sicurezza dell?utente.

Il giunto motorizzato oggetto della presente invenzione, in particolare l?unit? attuatrice, ha necessit? di alimentazione elettrica per il proprio funzionamento.

L?alimentazione elettrica pu? essere fornita da una batteria dedicata all?unit? attuatrice, oppure pu? essere ottenuta da una batteria posta sull?esoscheletro, atta ad alimentare diverse componenti dell?esoscheletro (come ad esempio diversi giunti motorizzati appartenenti al medesimo esoscheletro).

In quest?ottica, preferibilmente, il sistema di accoppiamento consente sia l?accoppiamento meccanico che elettrico.

Infatti, secondo una possibile variante attuativa, la prima parte comprende almeno un primo connettore elettrico accoppiabile ad almeno un secondo connettore elettrico previsto sulla seconda parte.

L?accoppiamento elettrico prevede ovviamente anche un accoppiamento meccanico dei connettori.

I connettori, costituiti da sottili lamine metalliche, rischiano dunque di piegarsi durante l?accoppiamento della prima parte con la seconda parte, a causa dello sforzo generato da tale accoppiamento, compromettendo la corretta connessione elettrica.

A tal proposito, il giunto oggetto della presente invenzione prevede diversi accorgimenti per evitare di compromettere la connessione elettrica, la rottura dei contatti elettrici e allo stesso tempo per facilitare l?accoppiamento tra i connettori elettrici.

Secondo una prima forma esecutiva, il primo e/o il secondo connettore comprendono superfici ad invito per l?accoppiamento con corrispondenti superfici del secondo e/o del primo connettore.

Inoltre, il primo e/o il secondo connettore possono essere fissati in maniera traslabile lungo un piano perpendicolare all?asse longitudinale dell?elemento cilindrico di fissaggio, in modo tale per cui il primo e/o il secondo connettore presentano una movimentazione relativa rispetto alla prima e/o alla seconda parte.

Poich? la prima parte e la seconda parte vengono accoppiate lungo la direzione dell?asse longitudinale dell?elemento cilindrico di fissaggio, la movimentazione dei connettori elettrici consente di compensare eventuali giochi legati all?inserimento dell?elemento cilindrico all?interno della sede di inserimento.

Da quanto appena descritto, risulta evidente come il giunto motorizzato oggetto della presente invenzione possa essere utilizzato in corrispondenza delle articolazioni di un utente, per cui preferibilmente, l?unit? attuatrice ? responsabile del movimento di due bracci, corrispondenti ai bracci della articolazione, come ad esempio il femore e la tibia per il ginocchio.

Per questo motivo, vantaggiosamente, il giunto oggetto della presente invenzione comprende un secondo braccio di azionamento montato oscillante sulla unit? attuatrice, configurata per movimentare il secondo braccio di azionamento.

Il secondo braccio di azionamento presenta una o pi? delle caratteristiche descritte relative al primo braccio di fissaggio, ossia presenta un sistema di accoppiamento del tutto simile a quello descritto in precedenza.

Come anticipato, il giunto oggetto della presente invenzione presenta caratteristiche particolarmente vantaggiose proprio per la facilit? e la sicurezza di fissaggio ad un telaio di esoscheletro, in modo che un utente possa, in modo del tutto autonomo, sostituire i giunti al proprio esoscheletro.

Visti gli aspetti vantaggiosi che il sistema di accoppiamento descritto fornisce, la presente invenzione ha per oggetto anche un esoscheletro per gli arti inferiori di un utente, comprendente un telaio costituito da un elemento di bacino fissabile al bacino, da almeno un segmento femorale e almeno un segmento tibiale.

Il giunto motorizzato descritto in precedenza, viene utilizzato in combinazione a tale esoscheletro e pu? essere previsto come collegamento tra l?elemento di bacino e il segmento femorale e/o tra il segmento femorale e/o il segmento tibiale.

La combinazione del giunto motorizzato e del telaio di esoscheletro consente di prevedere una unit? centrale di processamento comune per la generazione dei segnali di comando ai diversi giunti e una alimentazione distribuita.

Preferibilmente, tali componenti sono previste in corrispondenza dell?elemento di bacino, in modo da poter nascondere i cavi di collegamento all?interno dei segmenti femorali e tibiali.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi illustrati nei disegni allegati in cui:

la figura 1 illustra una vista laterale dell?esoscheletro oggetto della presente invenzione;

le figure 2a e 2b illustrano due viste di una possibile forma esecutiva del giunto motorizzato oggetto della presente invenzione;

la figura 3 illustra uno spaccato del giunto motorizzato oggetto della presente invenzione, volto ad illustrare le componenti della unit? attuatrice; le figure 4a e 4b illustrano due viste in prospettiva della prima parte e della seconda parte appartenenti al giunto motorizzato oggetto della presente invenzione, rispettivamente in condizione disaccoppiata e in condizione accoppiata;

le figure 5 e 6 illustrano due viste delle componenti del giunto oggetto della presente invenzione secondo una possibile forma esecutiva;

le figure 7a e 7b illustrano due viste particolari della prima e della seconda parte, con particolare riferimento al primo e al secondo connettore elettrico.

Si specifica che le figure allegate alla presente domanda di brevetto illustrano solo alcune possibili forme esecutive del giunto motorizzato e dell?esoscheletro oggetto della presente invenzione, per meglio comprenderne i vantaggi e le caratteristiche descritte.

Tali forme esecutive sono dunque da intendersi a puro scopo illustrativo e non limitativo al concetto inventivo della presente invenzione, ossia quello di realizzare un giunto motorizzato che presenti un sistema di aggancio meccanico ed elettrico ad un telaio di esoscheletro, che consenta ad un utente di accoppiare il giunto motorizzato in maniera autonoma, mantenendo un fissaggio efficiente e sicuro del giunto stesso, attraverso la realizzazione di modulo facilmente montabile da parte dell?utente nelle fasi di vestizione, implementando al tempo stesso la possibilit? di sostituire facilmente eventuali moduli danneggiati.

In particolare, le figure fanno riferimento ad un utilizzo del giunto oggetto della presente invenzione in combinazione ad un esoscheletro per gli arti inferiori, tuttavia, come anticipato, tale giunto pu? essere utilizzato in differenti applicazioni industriali, senza la necessit? di apportare modifiche sostanziali al giunto descritto.

Con particolare riferimento alla figura 1, viene illustrato l?esoscheletro oggetto della presente invenzione secondo una possibile forma esecutiva.

L?esoscheletro illustrato in figura 1 ? relativo alla movimentazione degli arti inferiori e prevede una configurazione simmetrica rispetto al piano sagittale di un utente.

In particolare, l?esoscheletro comprende un elemento di bacino 100 fissabile al bacino di un utente collegato ad un segmento femorale 101 e ad un segmento tibiale 102, per gamba.

L?esoscheletro ? dunque costituito da una serie di leve, i segmenti 101 e 102, che presentano una movimentazione relativa tra loro, atta a mimare i movimenti della gamba di un utente, la quale movimentazione ? garantita dalla attivazione dei giunti 10 che consentono alle leve di ruotare una rispetto all?altra.

L?elemento di bacino 100 inoltre supporta una unit? centrale di processamento e una unit? di alimentazione elettrica.

Nel caso specifico di figura 1, l?unit? centrale di processamento e l?unit? di alimentazione elettrica sono inserite all?interno di un unico dispositivo 104, fissato all?elemento di bacino 100.

Il dispositivo 104 ? dunque il responsabile della generazione dei segnali di comando per l?attivazione del telaio dell?esoscheletro, nonch? della distribuzione della alimentazione elettrica necessaria al funzionamento dei motori elettrici previsti nei giunti 10 (descritti successivamente), posizionati in corrispondenza delle articolazioni.

I giunti 10 comprendono sensori atti a rilevare le condizioni di funzionamento dei giunti stessi, nonch? il posizionamento dei vari segmenti 101 e 102 del telaio dell?esoscheletro.

Tutti i dati e l?alimentazione sono trasmessi lungo l?esoscheletro grazie alla presenza di cavi di collegamento, non illustrati nelle figure, che partono dal dispositivo 104 e si collegano ai giunti 10 attraverso almeno il segmento 101.

Preferibilmente almeno il segmento 101 ? costituito da un elemento tubolare, in grado di ospitare i cavi di collegamento, che presentano interfacce in corrispondenza delle estremit? per il collegamento dei giunti 10.

Secondo una possibile forma esecutiva, il segmento 102 pu? anch?esso ospitare i cavi di collegamento nel caso in cui sia presente una caviglia motorizzata o nel caso di una soletta sensorizzata.

Secondo la variante illustrata nelle figure, la parte relativa alla caviglia, ossia la zona di collegamento tra il segmento 102 e il piede, ? costituita da un giunto passivo, che non necessit? di collegamenti n? di alimentazione n? per la trasmissione di dati.

? inoltre possibile prevedere un ulteriore cavo, atto a collegare l?unit? 104 con un dispositivo di emergenza, non illustrato nelle figure, che consente l?immediato spegnimento dell?esoscheletro, in particolare la disattivazione dell?unit? 104.

Tale dispositivo pu? essere costituito da un tasto realizzato in uno dei qualsivoglia modi noti allo stato dell?arte, configurato e posizionato in modo tale da essere facilmente impugnato sia dall?utente dell?esoscheletro che da una persona esterna.

I giunti 10 dunque non assolvono semplicemente una funzione relativa alla movimentazione dei segmenti 101 e 102, ma possono essere fissati/staccati dal telaio dell?esoscheletro attraverso un sistema di accoppiamento, descritto successivamente, in modo da garantire un collegamento funzionale, sia meccanico che elettrico, tra le varie componenti dell?esoscheletro.

Per quanto riguarda il controllo utilizzato sull?esoscheletro, l?unit? di controllo centrale, presente nella parte posteriore dell?elemento di bacino 100, implementa tutti gli schemi di controllo di alto livello.

Alle schede periferiche dei singoli giunti 10 ? affidato invece il compito di implementare il controllo di basso livello e di pilotare il relativo motore presente nell?unit? attuatrice.

Le schede motore utilizzano i segnali, provenienti dalla scheda principale, per trasformare la potenza in arrivo dalla batteria nelle corrette curve di tensione e corrente di cui il motore ha bisogno in ogni istante di funzionamento.

I quattro motori presenti nei giunti 10 possono essere controllati in retroazione, sia in modalit? di controllo in posizione, con possibilit? di controllo in impedenza, sia in modalit? di controllo in corrente.

Ogni comando viene inviato dalla unit? di controllo centrale, che al suo interno gestisce il controllo di alto livello basato su macchina a stati, e che inoltre implementa fisicamente il sensore di orientamento nello spazio IMU.

Questo sensore pu? essere utilizzato dal paziente per impartire un comando all?esoscheletro: tramite una inclinazione laterale, ad esempio, si pu? comunicare alla macchina che si ? pronti per il passo successivo. Attraverso una inclinazione frontale invece, si pu? dare l?assenso per alzarsi dalla seduta

Le figure 2a e 2b illustrano due possibili viste del giunto 10, costituito da una unit? attuatrice 1 e da due bracci attuatori 2.

I bracci attuatori 2 sono fissati oscillanti rispetto alla unit? attuatrice 1, in modo tale per cui l?unit? attuatrice 1 movimenta i bracci 2 attorno ad un asse perpendicolare al piano del giunto 10 e passante per il punto di collegamento tra i bracci 2 e l?unit? attuatrice 1.

Con riferimento alle figure 1, 2a e 2b, il braccio superiore del giunto 10 ? fissato all?elemento di bacino 100 e alla estremit? inferiore del segmento femorale 101, mentre il braccio inferiore del giunto 10 ? fissato all?estremit? superiore del segmento femorale 101 e all?estremit? superiore del segmento tibiale 102.

I bracci 2 sono fissati in maniera amovibile e l?interfaccia tra le estremit? dei bracci 2 e il telaio dell?esoscheletro ? realizzata in modo che tale telaio sia solidale ai bracci 2, in modo che tali bracci 2 trasmettano la loro movimentazione all?elemento di bacino 100, al segmento femorale 101 e al segmento tibiale 102.

Come verr? successivamente descritto, il sistema di accoppiamento consente di ottenere un attacco rapido utilizzato in otto punti dell?esoscheletro: su ognuno dei quattro giunti 10, due per anca e due per ginocchio, ci saranno due attacchi rapidi, per un totale di otto.

Le otto controparti si trovano sul telaio dell?esoscheletro, due sopra le due anche, due ai lati di ciascun femore, e due nella parte superiore di tibia.

La figura 2b illustra una vista del giunto 10 in cui viene reso visibile il sistema di accoppiamento dei giunti al telaio dell?esoscheletro, descritto successivamente con riferimento alle figure 4a e 4b, che in figura 2a ? protetto da un elemento di copertura 20.

L?elemento di copertura 20 ? di fatto un coperchio volto a coprire gli elementi che attivano l?accoppiamento/disaccoppiamento del giunto 10 al telaio dell?esoscheletro, in modo da evitare svitamenti accidentali tra le parti costituenti il giunto.

La figura 3 illustra uno spaccato dell?unit? attuatrice 1 volta a descrivere le componenti dell?unit? stessa.

Tale unit? pu? essere realizzata in uno dei qualsivoglia modi noti allo stato dell?arte.

Secondo la variante illustrata in figura 3, l?unit? attuatrice 1 ? in grado di fornire la coppia e le velocit? necessarie alla movimentazione dell?esoscheletro, in accordo con i fabbisogni energetici della camminata dell?utente. Tra i valori di picco fornibili dall?attuazione del giunto 1 si identificano 110 Nm per quanto riguarda la coppia e 30 rpm per quanto riguarda la velocit?.

In particolare, l?unit? attuatrice comprende un gruppo moto-riduttore, comprendente un motore a rotore magnetico esterno commerciale 11 e un riduttore flexwave commerciale (rapporto di riduzione 100:1) 2.

L?unit? attuatrice 1 ? inoltre dotata della seguente sensoristica di controllo integrata:

- Encoder veloce del motore commerciale 13 per controllo diretto della parte rotativa del motore, - Sensori di Hall su motore commerciale 14, per controllo diretto della parte rotativa del motore, - Encoder potenziometrico commerciale 15 per controllo della posizione del giunto del lato ridotto.

Preferibilmente, l?unit? attuatrice 1 ? dimensionata in accordo con i bisogni energetici del paziente coinvolti nei diversi task quotidiani (camminata, seduta ed alzata, salita scale, percorrenza piani inclinati).

Al fine di coniugare gli ingombri dei componenti attivi commerciali e quelli limitati del giunto esoscheletrico, ? stata adottata una architettura di giunto a sbalzo, con le due parti interconnesse tramite cuscinetto a quattro punti di contatto 16.

In figura 3 ? inoltre illustrato il sistema di accoppiamento 20 dell?estremit? del braccio 2 al telaio dell?esoscheletro, di cui una possibile forma esecutiva ? mostrata nelle figure 4a e 4b.

Si specifica che i bracci 2 collegati all?unit? attuatrice 1 presentano il medesimo sistema di accoppiamento al telaio dell?esoscheletro, sistema di accoppiamento che verr? ora descritto in riferimento alle figure 4a e 4b.

Il sistema di accoppiamento comprende una prima parte 3 e una seconda parte 4, illustrate in figura 4a in condizione disaccoppiata e in figura 4b in condizione accoppiata.

Con riferimento alla variante illustrata nelle figure, la prima parte 3 risulta solidale al braccio 2, mentre la seconda parte 4 risulta solidale al telaio dell?esoscheletro.

Da quanto verr? descritto, risulter? evidente non solo come tali parti possano essere invertite, ma anche come le componenti previste sulla prima parte 3 e sulla seconda parte 4 possano essere scambiate tra loro.

Per semplicit? espositiva, ? possibile identificare una parte ?maschio?, ossia la prima parte 3, che si impegna in una parte ?femmina?, ossia la seconda parte 4.

Il sistema di accoppiamento illustrato nelle figure 4a e 4b consente di ottenere un collegamento sia meccanico che elettrico, in quanto sia la prima parte 3 che la seconda parte 4 comprendono componenti meccaniche e componenti elettroniche.

La prima parte 3 comprende un elemento cilindrico di fissaggio 31 montato ruotabile sulla prima parte 3 attorno al proprio asse longitudinale B.

Come illustrato in figura 4a, l?elemento cilindrico 31 viene inserito in una corrispondente sede di inserimento 41 prevista sulla seconda parte 4.

Inoltre, l?elemento cilindrico 31 comprende tre perni di fissaggio 32 che si estendono radialmente rispetto alla superficie laterale dell?elemento cilindrico 31 e disposti equidistanziati angolarmente tra loro.

Tali perni di fissaggio 32 cooperano con corrispondenti sedi di fissaggio 42 previste in corrispondenza della sede di inserimento 41.

Le sedi di fissaggio 42 presentano un profilo elicoidale, in modo da facilitare l?inserimento dei perni di fissaggio 32.

Durante il passaggio dalla condizione disaccoppiata, figura 4a, alla condizione accoppiata, figura 4b, i perni di fissaggio 32 passano da una condizione libera, figura 4a, ad una condizione impegnata, figura 4b, all?interno delle sedi di fissaggio 42.

Il collegamento ad accoppiamento elicoidale garantisce un innesto della prima parte 3 sulla seconda parte 4 con soli 110? di rotazione dell?elemento cilindrico 31.

Partendo dalla condizione di figura 4a, la parte 3 e la parte 4 vengono avvicinate tra loro, lungo il verso dell?asse longitudinale B dell?elemento cilindrico 31: il terminale inferiore dell?elemento cilindrico 31 penetra a sede di inserimento 41, i perni di fissaggio 32 entrano all?interno delle sedi di fissaggio 42 e, una volta che l?elemento cilindrico 31 ? in battuta con la sede di inserimento 41, una rotazione dell?elemento cilindrico 31 attorno al proprio asse longitudinale, consente di impegnare ciascun perno di fissaggio 32 nella parte inferiore della sede di fissaggio 42.

Le sedi di fissaggio 42 presentano una forma atta a facilitare l?alloggiamento dei perni di fissaggio 32, in quanto il profilo elicoidale ?invita? l?elemento cilindrico 31 alla rotazione, per alloggiare stabilmente ciascun perno di fissaggio 32 all?interno della corrispondente sede di fissaggio 42.

L?elemento cilindrico 31 presenta una testa esagonale 310 volta a facilitare la rotazione dello stesso, ad esempio attraverso l?utilizzo di utensili specifici.

Secondo la variante illustrata nelle figure 4a e 4b, al fine di ottenere una condizione stabile di accoppiamento, preferibilmente le superfici dell?elemento cilindrico 31 e della sede di inserimento 41 sono complementari

La sede di inserimento 41 ? infatti costituita da una ghiera che presenta un restringimento radiale superiore, atto a formare le sedi di fissaggio 42.

In questo modo, le superfici superiore e laterale della ghiera, possono essere conformate in modo da ottenere elementi di battuta per garantire un accoppiamento stabile tra la prima parte 3 e la seconda parte 4.

Ad esempio, la ghiera pu? presentare una o pi? nicchie o rientranze, atte a costituire le sedi di bloccaggio 43 atte ad ospitare spine di bloccaggio 33 ricavate nella prima parte 3.

Come anticipato, l?inserimento di tali spine di bloccaggio consente di bloccare la prima parte 3 sulla seconda parte 4 rispetto alle forze che si sviluppano durante la movimentazione del giunto, ossia del braccio 2 rispetto all?unit? attuatrice 1.

Secondo la variante illustrata nelle figure, l?elemento cilindrico 31 comprende sulla propria superficie laterale delle fossette di alloggiamento 34 volte ad alloggiare almeno in parte elementi pressori presenti all?interno della sede di inserimento 41.

Tali elementi pressori sono illustrati in dettaglio in figura 5, che illustra una sezione della sede di inserimento 41 e dell?elemento cilindrico 31, in condizione accoppiata della prima parte 3 con la seconda parte 4.

Gli elementi pressori sono costituiti da elementi sferici 44 inseriti all?interno di una sede di alloggiamento 45 ricavata nello spessore della sede di inserimento 41.

Ciascun elemento sferico 44 ? alloggiato all?interno della corrispondente sede di alloggiamento 45 e supportato da una molla 46, in modo tale per cui la compressione e l?espansione della molla 46 consente all?elemento sferico 44 di passare da una condizione ritratta ad una condizione estratta dalla sede di alloggiamento 45.

La figura 5 illustra la condizione accoppiata, in cui l?elemento cilindrico 31 ? stato inserito, ruotato e i perni di fissaggio 32 sono impegnati nelle rispettive sedi di fissaggio 42.

In tale condizione, gli elementi sferici 44 si trovano in condizione estratta, in quanto la forza della molla 46 spinge gli stessi elementi 44 all?interno delle fossette di alloggiamento 34.

Risulta evidente come una rotazione dell?elemento cilindrico 31, in senso orario o antiorario rispetto alla figura 5, provochi la compressione delle molle 46 grazie alla azione della superficie esterna dell?elemento cilindrico 31 sulla superficie degli elementi sferici 44.

Dunque, durante il passaggio dalla condizione accoppiata alla condizione disaccoppiata e viceversa, le molle 46 vengono compresse e rilasciate, in modo da spingere gli elementi 44 all?interno delle sedi 34 durante la condizione accoppiata.

Partendo dalla condizione accoppiata illustrata in figura 4b e in figura 5, la variante esecutiva illustrata nelle figure, prevede ulteriori mezzi di regolazione, volti a garantire una limitazione dei giochi meccanici tra le parti accoppiate.

Tali mezzi di regolazione sono volti ad avvicinare e a serrare la prima parte 3 sulla seconda parte 4 e possono essere realizzati in uno dei qualsivoglia modi noti allo stato dell?arte.

Secondo la variante illustrata nelle figure, l?elemento cilindrico 31 ? realizzato in due parti, una parte superiore 311 e una parte inferiore 312, figura 3.

La parte superiore 311 comprende la testa esagonale 310, mentre la parte inferiore 312 prevede i perni di fissaggio 32.

Come illustrato in figura 3, tali parti identificano un foro centrale 313, occupato da una vite 314, e che presenta una estremit? inferiore filettata.

Tale estremit? inferiore filettata coopera con una corrispondente filettatura prevista sulla parte terminale inferiore del foro 313.

L?avvitamento della vite 314 contribuisce a serrare tra loro le parti 311 e 312.

Dunque, in condizione accoppiata, ossia quando i perni di fissaggio risultano impegnati all?interno delle sedi di fissaggio 42, l?ulteriore serraggio delle parti 311 e 312, ottenuto dall?avvitamento della vite 314, provoca una spinta dei perni 32 sulle pareti delle sedi 42, che contribuisce ad un avvicinamento ulteriore della seconda parte 4 verso la prima parte 3.

Si ottiene cos? un accoppiamento delle due parti 3 e 4 stabile e senza giochi meccanici.

Per passare da tale condizione alla condizione disaccoppiata della parte 3 con la parte 4, sar? necessario svolgere al contrario i passi descritti, ossia svitare la vite 314, ruotare l?elemento cilindrico 31, liberando i perni 32 dalle sedi 42.

Al fine di evitare rotazioni accidentali della testa esagonale 310 ? possibile prevedere un coperchio 20, illustrato nelle figure 2a e 6.

Tale coperchio 20 viene fissato in corrispondenza delle estremit? del braccio 2, preferibilmente attraverso una vite 201, inserita in una apposita sede 202.

Con riferimento alla figura 4a, la prima parte 3 e la seconda parte 4 consentono di realizzare un accoppiamento sia meccanico che elettrico.

L?accoppiamento elettrico prevede la presenza di un primo connettore 35 previsto sulla prima parte 3, che coopera con un corrispondente secondo connettore 47 previsto sulla seconda parte 4.

Il primo connettore 35 presenta superfici ad invito 351 atte a penetrare all?interno del secondo connettore 47, grazie all?interazione delle superfici 417.

Le superfici 351 e 471 racchiudono i contatti metallici che entrano in contatto fisico per la trasmissione dell?elettricit?, tra la prima parte 3 e la seconda parte 4.

Inoltre, il primo connettore 35 ? montato traslabile sulla prima parte 3 lungo un piano perpendicolare all?asse longitudinale B dell?elemento cilindrico 31, nel verso indicato dalla freccia C.

In questo modo il primo connettore 35 pu? spostarsi in fase di accoppiamento tra le parti 3 e 4 in modo da evitare sforzi sui contatti elettrici generati dall?avvicinarsi delle due parti 3 e 4.

Come descritto, intorno ai connettori 35 e 47, ? stato progettato un accoppiamento meccanico tale da garantire l?autocentraggio, tramite apposito accoppiamento a piani inclinati.

Al fine di far prevalere l?azione dell?innesto meccanico, e non generare eccessivo sforzo sui connettori elettrici, il connettore 35 ? quindi in grado di spostarsi sul proprio piano per agganciare il connettore 47, senza provocare tensioni o rotture inaspettate.

Il secondo connettore 47 ? preferibilmente fisso, ma pu? essere realizzato in maniera del tutto simile al connettore 35.

I due connettori 35 e 47 sono illustrati in dettaglio nelle figure 7a e 7b.

Mentre l?invenzione ? suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono state mostrate nei disegni e descritte in dettaglio.

Si specifica infine che i connettori 35 e 47 sono dimensionati in modo tale da trasmettere le correnti necessarie al funzionamento delle unit? attuatrici, e in numero sufficiente, pari a 8, tale da garantire le connessioni di alimentazione e di comunicazione necessarie.

Si deve intendere, comunque, che non vi ? alcuna intenzione di limitare l?invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, essa intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell?ambito dell?invenzione come definito nelle rivendicazioni.

L?uso di ?ad esempio?, ?ecc.?, ?oppure? indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato.

L?uso di ?include? significa ?include, ma non limitato a? a meno che non altrimenti indicato.

Claims (12)

RIVENDICAZIONI

1. Giunto motorizzato per esoscheletri comprendete una unit? attuatrice (1) ed almeno un primo braccio (2) di azionamento montato oscillante su detta unit? attuatrice (1), la detta unit? attuatrice (1) essendo configurata per movimentare il detto primo braccio (2) di azionamento,

il detto braccio (2) di azionamento essendo accoppiabile al telaio di un esoscheletro attraverso un sistema di accoppiamento,

caratterizzato dal fatto che

il detto sistema di accoppiamento comprende una prima parte (3) fissabile in maniera amovibile ad una seconda parte (4), la detta prima parte (3) comprendendo un elemento cilindrico di fissaggio (31) montato ruotabile attorno al proprio asse longitudinale (B) e rispetto a detta prima parte (3), la seconda parte (4) comprendendo una sede di inserimento (41) di detto elemento cilindrico di fissaggio (31) montata fissa rispetto a detta seconda parte (4), il detto elemento cilindrico di fissaggio (31) comprendendo almeno un perno di fissaggio (32) disposto radialmente, il quale perno di fissaggio (32) si impegna all?interno di una corrispondente sede di fissaggio (42) prevista in corrispondenza di detta sede di inserimento (41), la rotazione di detto elemento cilindrico di fissaggio (31) consentendo il passaggio dalla condizione impegnata, corrispondente alla condizione accoppiata della prima parte (3) con la seconda parte (4), alla condizione disimpegnata di detto perno di fissaggio (32) all?interno di detta sede di fissaggio (42).

2. Giunto secondo la rivendicazione 1, in cui la detta sede di fissaggio (42) prevede un profilo di forma elicoidale.

3. Giunto secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il detto elemento cilindrico di fissaggio (31) comprende tre perni di fissaggio (32), essendo previste tre corrispondenti sedi di fissaggio (42).

4. Giunto secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui la prima (3) e/o la seconda (4) parte comprende almeno una spina di bloccaggio (33), la quale spina di bloccaggio (33) coopera con una corrispondente sede di bloccaggio (43) prevista sulla seconda (4) e/o sulla prima (3) parte.

5. Giunto secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui la detta sede di inserimento (42) comprende almeno un elemento pressore (44) inserito all?interno di una apposita sede di alloggiamento (45) ricavata nello spessore di detta sede di inserimento (41), l?elemento pressore (44) passando da una condizione ritratta ad una condizione estratta da detta sede di alloggiamento (45), essendo il detto elemento pressore (44) configurato in modo tale per cui in condizione estratta e in condizione di inserimento dell?elemento cilindrico (31) all?interno di detta sede di inserimento (41), l?elemento pressore (44) si impegna con le pareti esterne del detto elemento cilindrico (31).

6. Giunto secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui il detto sistema di accoppiamento comprende mezzi di regolazione (313, 314) della condizione di fissaggio della prima parte (3) con la seconda parte (4).

7. Giunto secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui la detta prima parte (3) comprende almeno un primo connettore elettrico (35) accoppiabile ad almeno un secondo connettore elettrico (47) previsto sulla seconda parte (4).

8. Giunto secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui il detto primo (35) e/o il detto secondo (47) connettore comprendono superfici ad invito per l?accoppiamento con corrispondenti superfici del secondo (47) e/o del primo connettore (35).

9. Giunto secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui il primo (35) e/o il secondo (47) connettore sono fissati in maniera traslabile lungo un piano perpendicolare all?asse longitudinale (B) del detto elemento cilindrico di fissaggio (31), in modo tale per cui il primo (35) e/o il secondo (47) connettore presentano una movimentazione relativa rispetto alla prima (3) e/o alla seconda (4) parte.

10. Giunto secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui ? presente un secondo braccio di azionamento (2) montato oscillante su detta unit? attuatrice (1), la detta unit? attuatrice (1) essendo configurata per movimentare il detto secondo braccio di azionamento (2),

il secondo braccio di azionamento (2) essendo realizzato secondo una o pi? delle caratteristiche da 1 a 9.

11. Esoscheletro per gli arti inferiori di un utente, comprendente un telaio costituito da un elemento di bacino (100) fissabile al bacino, da almeno un segmento femorale (101) e almeno un segmento tibiale (102), essendo presente almeno un giunto motorizzato (10) atto a collegare almeno il detto elemento di bacino (100) al detto segmento femorale (101) o il segmento femorale (101) al segmento tibiale (102),

caratterizzato dal fatto che

il detto giunto (10) ? realizzato secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni da 1 a 10.

12. Esoscheletro secondo la rivendicazione 11, in cui il detto elemento di bacino (100) comprende una unit? centrale di processamento e una unit? di alimentazione, essendo la detta unit? centrale di processamento e/o la detta unit? di alimentazione collegata al detto giunto (10) attraverso cavi di collegamento inseriti all?interno del segmento femorale (101) e/o all?interno del segmento tibiale (102).