IT202100002474A1 - Dispositivo di supporto per un esoscheletro - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

?DISPOSITIVO DI SUPPORTO PER UN ESOSCHELETRO?

La presente invenzione riguarda un dispositivo di supporto per agevolare la deambulazione di una persona che indossa un esoscheletro per arti inferiori, in particolare un dispositivo di supporto applicabile a detto esoscheletro in modo removibile.

Gli esoscheletri per arti inferiori c.d. ?indossabili?, comprendono in genere un corsetto al quale sono connessi rotabilmente due gruppi gamba, da fissare rispettivamente alla vita e alle gambe dell?utilizzatore.

La maggior parte di tali esoscheletri attualmente sul mercato non sono in grado di governare attivamente l?equilibrio dell?insieme esoscheletro-utilizzatore. Il mantenimento dell?equilibrio ortostatico durante l?attivit? motoria ? perci? demandato solitamente alle capacit? dell?utilizzatore il quale, spesso, si avvale di ausili diversi quali stampelle o opportuni dispositivi deambulatori.

Il deambulatore, in genere, ? preferibile rispetto alle stampelle nella prima fase di apprendimento di utilizzo dell?esoscheletro o comunque in tutti i casi in cui la patologia dell?utilizzatore limita anche il controllo degli arti superiori.

Allo stato dell?arte esistono in commercio diversi deambulatori specifici integrati con dei sistemi esoscheletrici robotizzati.

Questi dispositivi sono costituiti in genere da un deambulatore e un esoscheletro integrati nella medesima struttura e non separabili. Generalmente, in questo tipo di dispositivi, i movimenti dell?unit? deambulatore sono motorizzati e sono sincronizzati con le unit? di motorizzazione degli arti dell?esoscheletro.

Questi dispositivi, tipicamente impiegati a livello riabilitativo e per l?apprendimento, presentano tuttavia alcuni limiti.

Difatti, poich? la parte di esoscheletro non ? separabile dalla parte di deambulatore, questi dispositivi hanno un ingombro complessivo importante e sono piuttosto pesanti. Per questi motivi, il loro utilizzo ? limitato in genere all?ambito ospedaliero, dei centri medici e di riabilitazione, e non sono perci? impiegabili per un uso privato e personale nella vita quotidiana.

Inoltre, solitamente, tali dispositivi integrati consentono all?utilizzatore solo i movimenti della deambulazione, ma non permettono a quest?ultimo di sedersi o alzarsi ossia i cosiddetti movimenti ?sit to stand e stand to sit?.

Attualmente, quindi, gli esoscheletri indossabili sono impiegati con l?ausilio di dispositivi deambulatori separati e indipendenti i quali richiedono un certo controllo e un certo sforzo da parte della persona, in particolare a carico del busto e degli arti superiori.

Questi deambulatori, inoltre, non presentando una motorizzazione sincronizzata con i movimenti dell?utilizzatore e non essendo vincolati meccanicamente alla struttura dell?esoscheletro, non eliminano del tutto i rischi di caduta per l?utilizzatore.

In questo contesto, ? scopo della presente invenzione proporre un dispositivo di supporto per agevolare la deambulazione di una persona che indossa un esoscheletro per arti inferiori, che superi i limiti della tecnica nota.

In particolare, ? scopo della presente invenzione mettere a disposizione un dispositivo di supporto di tipo deambulatore che possa essere collegato in modo removibile alla struttura di un esoscheletro indossabile, in maniera che quest?ultimo possa essere utilizzato anche in maniera autonoma da soggetti che ne hanno la capacit?.

Un altro scopo della presente invenzione ? di realizzare un dispositivo di supporto il quale, una volta connesso all?esoscheletro, prevenga la caduta accidentale dell?utilizzatore.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un dispositivo di supporto che permetta all?utilizzatore di compiere in modo sicuro e guidato i movimenti ?sit to stand e stand to sit?.

Scopo dell?invenzione ? inoltre di realizzare un dispositivo di supporto costruttivamente semplice, affidabile ed economico.

Questi e altri scopi sono raggiunti da un dispositivo di supporto, collegabile a un esoscheletro per arti inferiori, comprendente un telaio e una coppia di bracci di supporto oscillanti collegati ad una loro estremit? a detto telaio in maniera da ruotare attorno a un asse di rotazione sostanzialmente orizzontale.

Detti bracci di supporto sono disposti paralleli e affiancati fra loro, a una distanza compresa preferibilmente fra 40 cm e 100 cm.

Secondo l?invenzione, i bracci di supporto sono equipaggiati con mezzi di connessione configurati per collegarsi in modo amovibile alla struttura di un esoscheletro. Detti mezzi di connessione sono in genere applicati all?estremit? opposta dei bracci rispetto al punto di rotazione.

Tipicamente, il collegamento dei bracci all?esoscheletro avviene all?altezza del busto o della vita dell?utilizzatore.

Quando il dispositivo di supporto ? collegato all?esoscheletro, i bracci di supporto aiutano l?utilizzatore a mantenere l?equilibrio durante la deambulazione. Il telaio ? vantaggiosamente provvisto di mezzi di rotolamento, preferibilmente del tipo omnidirezionali, i quali consentono al dispositivo di supporto di seguire i movimenti dell?utilizzatore nella deambulazione.

Grazie alla possibilit? dei bracci di supporto di ruotare rispetto al telaio, l?utilizzatore che indossa l?esoscheletro pu? compiere liberamente i movimenti ?sit to stand e stand to sit? giacch? le estremit? dei bracci possono sollevarsi e abbassarsi liberamente.

Secondo l?invenzione, il dispositivo di supporto ? tuttavia equipaggiato con un dispositivo di blocco, selettivamente attivabile, atto a consentire o a impedire la rotazione dei bracci attorno all?asse di rotazione.

Tale dispositivo di blocco permette di vincolare la rotazione dei bracci per fornire maggiore sostegno e stabilit? all?utilizzatore durante la deambulazione.

Ad esempio, secondo un possibile modo di utilizzo, la persona che indossa l?esoscheletro collegato al dispositivo di supporto, partendo da una posizione seduta, pu? alzarsi in piedi grazie al libero movimento dei bracci di supporto e, una volta raggiunta tale posizione, ? possibile bloccare la rotazione dei bracci i quali prevengono sostanzialmente qualunque rischio di caduta. Per consentire alla persona di sedersi nuovamente ? sufficiente rilasciare il dispositivo di blocco.

Secondo un aspetto dell?invenzione, il dispositivo pu? comprendere un carrello montato sul telaio in modo scorrevole lungo una direzione verticale. Tale carrello ? associato a un dispositivo di blocco atto a bloccare detto carrello ad altezze differenti rispetto al suolo.

Secondo l?invenzione, i bracci di supporto sono montati su detto carrello in maniera da poter regolare l?altezza del loro asse di rotazione.

Tale accorgimento consente di adattare il dispositivo di supporto ad utilizzatori ed esoscheletri di stazza differente.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, detto telaio comprende una base e una coppia di colonne che poggiano su detta base. Il carrello, a sua volta, ? supportato in modo scorrevole su dette colonne.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il dispositivo di blocco del carrello comprende almeno un catenaccio atto a impegnare delle sedi di bloccaggio ricavate su una piastra fissata a una delle colonne. Preferibilmente ? prevista una coppia di catenacci cooperanti con rispettive piastre fissate a entrambe le colonne.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il dispositivo pu? comprende almeno un contrappeso, montato scorrevole su una delle colonne sul lato opposto rispetto a quello dove ? montato il carrello. Detto contrappeso ? collegato al detto carrello per mezzo di una fune, o cavo, avvolta su una carrucola montata sul telaio, preferibilmente alla sommit? di una delle colonne. Secondo una variante preferita il dispositivo comprende una coppia di contrappesi montati scorrevoli su ciascuna colonna e collegati per mezzo di rispettive funi alle slitte del carrello.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il dispositivo di blocco che vincola la rotazione dei bracci di supporto pu? comprendere almeno un giunto, preferibilmente di tipo a innesto frontale. Tale giunto comprende una prima flangia rigidamente connessa con almeno un braccio di supporto e una seconda flangia rigidamente connessa o solidale con una parte del telaio, pi? precisamente con una parte del carrello. Detto giunto ? associato a un dispositivo di innesto, selettivamente azionabile, atto a mantenere le due flange accoppiate nella posizione di blocco. Quando il dispositivo di innesto ? rilasciato, le flange sono preferibilmente separate in maniera automatica da un elemento elastico. Preferibilmente il dispositivo di blocco comprende una coppia di giunti ciascuno associato a uno dei bracci di supporto.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il dispositivo di blocco ? connesso al rispettivo braccio per mezzo di un?articolazione. Nel dettaglio, detta articolazione pu? comprendere un braccio ausiliario, incernierato anch?esso a una parte del carrello, connesso al braccio di supporto mediante un?asta di rinvio incernierata su entrambi i bracci. In pratica, detti bracci di supporto e ausiliario e detta asta di rinvio formano un quadrilatero articolato.

Il meccanismo di blocco, e nello specifico i giunti ad innesto frontale, agiscono bloccando la rotazione dei bracci ausiliari e, di conseguenza, anche dei bracci di supporto.

Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata, che segue, delle forme di realizzazione non limitative dell'invenzione, con riferimento alle figure allegate in cui:

- la figura 1 rappresenta una vista prospettica di un dispositivo di supporto, secondo la presente invenzione;

- la figura 2 ? una vista in pianta dall?alto del dispositivo della figura 1;

- la figura 3 ? una vista frontale del dispositivo di figura 1;

- la figura 4 ? una vista posteriore del dispositivo di figura 1;

- le figura 5 e 6 sono due viste laterali del dispositivo di figura 1 in rispettive configurazioni di utilizzo;

- la figura 7 ? una vista sezionata di un particolare del sistema di bloccaggio dei bracci di supporto;

- la figura 8 ? una vista frontale di del carrello che sostiene i bracci di supporto.

Con riferimento alle figure allegate, con il numero 1 ? indicato nel complesso un dispositivo di supporto del tipo deambulatore atto a essere collegato in modo amovibile a un esoscheletro 100.

Il dispositivo di supporto 1 comprende un telaio 10, un carrello 20, montato su detto telaio 10, e una coppia di bracci di supporto 30 oscillanti montati sul carrello 20.

Il telaio 10 comprende una base 11 provvista di ruote 12, preferibilmente del tipo omnidirezionali, ad esempio ruote mecanum o ruote sferiche, che permettono alla base di spostarsi sostanzialmente lungo qualsiasi direzione con una resistenza minima o quasi nulla.

La base 11 comprende una coppia di travi laterali 13, disposte parallele fra loro e sostanzialmente orizzontali, unite da una traversa frontale 14.

Il telaio 10 comprende inoltre una coppia di colonne 15, che poggiano sulle travi laterali 13, sulle quali ? montato il carrello 20. Le colonne 15 e il carrello 20 sono preferibilmente posizionati nella parte anteriore del dispositivo, in prossimit? delle estremit? anteriori delle travi laterali 13.

Il carrello 20 comprende una coppia di slitte 21 montate scorrevoli su delle guide 16 fissate alle colonne 15. Dette slitte 21 sorreggono una traversa 22. Su detta traversa 22 sono fissati due supporti 23, sporgenti verso la parte posteriore del dispositivo, i quali a loro volta sorreggono una rispettiva piastra 24.

Tutto l?insieme del carrello 20 ? perci? scorrevole verticalmente sulle colonne 15 del telaio 10.

Su ciascuna piastra 24 del carrello 20 ? incernierato almeno un braccio di supporto 30 ruotabile attorno a un asse X1. I bracci 30, due nell?esempio illustrato, possono quindi ruotare rispetto alle piastre 24 fra una posizione di riposo, in cui sono disposti sostanzialmente in verticale, e posizioni di utilizzo, nelle quali sono inclinati e orientati verso il lato posteriore del dispositivo per poter essere connessi a un esoscheletro 100.

A tale scopo, in corrispondenza delle estremit? 31 dei bracci di supporto 30 ? presente un mezzo di connessione 32 per connettere ciascun braccio alla struttura dell?esoscheletro 100. Detto mezzo di collegamento 32 ? di tipo removibile e pu? comprendere ad esempio un perno atto ad alloggiare in una rispettiva sede presente sull?esoscheletro.

Preferibilmente il punto di collegamento dei bracci 30 ? situato nella zona del corsetto o gruppo vita dell?esoscheletro 100, come illustrato nelle figure 5 e 6.

Grazie alla possibilit? dei bracci di supporto 30 di oscillare attorno all?asse di rotazione X1, l?utilizzatore che indossa l?esoscheletro pu? accosciarsi per sedersi o alzarsi in piedi rimanendo sorretto dai bracci di supporto 30, come mostrato nelle figure 5 e 6.

Al fine di garantire la stabilit? dell?utilizzatore e impedire che possa cadere durante la deambulazione, i bracci di supporto 30, una volta individuata la posizione angolare che meglio si adatta all?esoscheletro e alla morfologia dell?utilizzatore, sono bloccabili nella suddetta posizione mediante un dispositivo di blocco 40.

Nella variante illustrata, detto dispositivo di blocco 40 ? connesso ad almeno uno dei e preferibilmente ad entrambi i bracci 30, per mezzo di una rispettiva articolazione 35. Nel dettaglio detta articolazione 35 comprende un braccio ausiliario 36 incernierato anch?esso sulla piastra 24 attorno a un asse X2 e connesso al braccio di supporto 30 mediante un?asta di rinvio 37. Nel complesso il braccio di supporto 30, il braccio ausiliario 36 e l?asta di rinvio 37 formano un quadrilatero articolato.

Il dispositivo di blocco 40 agisce bloccando la rotazione del braccio ausiliario 36 e, di conseguenza, anche del braccio di supporto 30. Detto dispositivo di blocco 40 pu? tuttavia essere associato direttamente al braccio o ai bracci di supporto 30.

Con riferimento alla figura 7, il dispositivo di blocco 40 comprende una coppia di giunti 41 a innesto frontale collocati in corrispondenza dei punti di cerniera di ciascun braccio ausiliario 36.

Pi? in dettaglio, detti giunti 41 comprendono una prima flangia 41a solidale con il braccio ausiliario 36 e una seconda flangia 41b solidale con la piastra 24. Le due flange 41a, 41b presentano rispettive facce di accoppiamento sostanzialmente perpendicolari all?asse di rotazione X2, dette facce, quando portate a contatto, impediscono alle flange di ruotare reciprocamente.

Secondo una variante preferita, le facce di accoppiamento presentano rispettive dentature 411 a forma di corona circolare atte a innestarsi frontalmente l?una nell?altra per bloccare le due flange in posizione.

Fra le due flange 41a, 41b ? interposto un elemento elastico, non illustrato, che tende a mantenerle distanziate e disaccoppiate.

Per portare le due flange 41a, 41b del giunto 41 nella posizione di blocco ? previsto un sistema di serraggio, il quale esercita un?azione di compressione sulle flange per mantenerle premute e accoppiate. Tale sistema di serraggio pu? essere di tipo manuale oppure automatico.

Nel primo caso, tale dispositivo pu? comprendere, come nell?esempio delle figure, una manopola 43 avvitata su una barra filettata 44 alloggiata in fori ricavati nelle flange. Secondo la variante illustrata, ? prevista una barra filettata 44, che si estende fra il due bracci ausiliari 36, la quale consente l?innesto di entrambi i giunti 41 dei due bracci mediante l?azione su un?unica manopola 43.

In alternativa, ? possibile impiegare un dispositivo automatico, ad esempio pneumatico, elettromeccanico o elettromagnetico, atto a esercitare l?azione di pressione necessaria all?innesto dei due giunti 41. Secondo questa variante, il blocco e lo sblocco della rotazione dei bracci di supporto 30 possono essere gestiti e comandati direttamente dall?utilizzatore.

Al fine di poter adattare il dispositivo di supporto 1 ad esoscheletri e a corporature di utilizzatori di altezza differente, il carrello 20 pu? essere bloccato sulle colonne 15 in differenti posizioni discrete cos? da variare l?altezza da terra dell?asse di rotazione X1 dei bracci di supporto 30.

Per bloccare e mantenere il carrello 20 ad un?altezza desiderata, il dispositivo ? equipaggiato con dispositivo di blocco 50 comprendente una coppia di piastre 51 fissate alle colonne 15, nelle quali piastre 51 sono ricavate una pluralit? di sedi 52 di alloggiamento disposte su una fila verticale. Sulla traversa 22 sono montati due catenacci 53 mobili lungo una direzione di bloccaggio/sbloccaggio BS orizzontale da o verso le rispettive piastre 51 per impegnare ciascun catenaccio 53 in una delle sedi 52.

I catenacci sono preferibilmente collegati ad un unico organo di azionamento 54 comprendete una maniglia 55 incernierata su una staffa 56 fissata alla traversa 22. La rotazione della maniglia in un senso o nell?altro permette di portare i catenacci 53 nelle sedi 52 o, viceversa, di liberare dette sedi per consentire lo scorrimento verticale del carrello 20.

Per ridurre lo sforzo necessario al sollevamento del carrello 20, quest?ultimo ? preferibilmente collegato a una coppia di contrappesi 26, ciascuno montato scorrevole sulla colonna 15 sul lato opposto rispetto a quello dove sono montate le slitte 21. Detti contrappesi 26 sono collegati al carrello 20, e pi? precisamente alle slitte 21, per mezzo di una fune 27 avvolta su una carrucola 18 posta alla sommit? della colonna 15.

Naturalmente, l'invenzione non ? limitata alle modalit? di realizzazione illustrate e descritte in precedenza, il tecnico dell?arte pu? apportare delle varianti e modifiche senza allontanarsi dall'ambito dell'invenzione.

Claims (8)

RIVENDICAZIONI

1. Un dispositivo di supporto (1) collegabile a un esoscheletro (100) per arti inferiori comprendente:

- un telaio (10) provvisto di mezzi di rotolamento (12);

- una coppia di bracci di supporto (30) oscillanti, disposti paralleli fra loro e collegati al telaio (10) in maniera da ruotare attorno a un asse di rotazione (X1) sostanzialmente orizzontale;

- un dispositivo di blocco (40), cooperante con i bracci di supporto (30), atto consentire o a impedire la rotazione dei bracci attorno all?asse di rotazione (X1);

nel quale detti bracci di supporto (30) sono equipaggiati con mezzi di connessione (32) configurati per collegarsi in modo amovibile alla struttura di un esoscheletro (100).

2. Il dispositivo di supporto (1) secondo la rivendicazione 1, comprendente un carrello (20) montato sul telaio (10) in modo scorrevole lungo una direzione verticale, detti bracci di supporto (30) essendo montati su detto carrello (20) al fine di regolare l?altezza del loro asse di rotazione (X1).

3. Il dispositivo di supporto (1) secondo la rivendicazione 2, nel quale detto telaio (10) comprende una base (11) che sorregge una coppia di colonne (15), detto carrello (20) essendo montato scorrevolmente su dette colonne (15).

4. Il dispositivo di supporto (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, comprendente almeno un contrappeso (26), montato scorrevole su una delle colonne (15) sul lato opposto rispetto a quello dove ? montato il carrello (20), detto contrappeso (26) essendo collegato a detto carrello (20) per mezzo di una fune (27) avvolta su una carrucola (18) montata sul telaio (10).

5. Il dispositivo di supporto (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 4, nel quale detto carrello (20) ? equipaggiato con un dispositivo di blocco (50) configurato per bloccare detto carrello a diverse altezze rispetto al suolo.

6. Il dispositivo di supporto (1) secondo la rivendicazione 5, nel quale il dispositivo di blocco (50) del carrello (20) comprende almeno un catenaccio (53) atto a impegnare delle sedi di bloccaggio (52) ricavate su una piastra (51) fissata a una delle colonne (15).

7. Il dispositivo di supporto (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, nel quale il dispositivo di blocco (40) dei bracci di supporto (30) comprende almeno un giunto (41) a innesto frontale comprendente una prima flangia (41a) rigidamente connessa a un braccio di supporto (30) e una seconda flangia (41b) rigidamente connessa o solidale con una parte del telaio (10), il dispositivo di supporto (1) comprendendo inoltre un dispositivo di innesto (43, 44) atto mantenere le due flange accoppiate nella posizione di blocco.

8. Il dispositivo di supporto (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente un braccio ausiliario (36), incernierato su una parte del telaio (10), e un?asta di rinvio (37) incernierata ad entrambi i bracci di supporto (30) e ausiliario (36), detti elementi formando un?articolazione (35), e nel quale il meccanismo di blocco (40) ? associato al braccio ausiliario (36) per bloccarne la sua rotazione e, di conseguenza, anche quella del braccio di supporto (30).