WO2015140352A1 - Exosquelette comprenant une structure de bassin - Google Patents

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WO2015140352A1
WO2015140352A1 PCT/EP2015/056148 EP2015056148W WO2015140352A1 WO 2015140352 A1 WO2015140352 A1 WO 2015140352A1 EP 2015056148 W EP2015056148 W EP 2015056148W WO 2015140352 A1 WO2015140352 A1 WO 2015140352A1
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WO
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exoskeleton
segment
leg
pivot
actuator
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PCT/EP2015/056148
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Alexandre Boulanger
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Wandercraft
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    • A61H2230/60—Muscle strain, i.e. measured on the user, e.g. Electromyography [EMG]
    • A61H2230/605—Muscle strain, i.e. measured on the user, e.g. Electromyography [EMG] used as a control parameter for the apparatus

Definitions

  • An aspect of the invention relates to an exoskeleton comprising a basin structure.
  • exoskeleton for lower limbs of a person.
  • the exoskeleton includes two leg supports having a plurality of pivot links. The proximal ends of the leg supports are connected to a rear frame. The distal ends of the leg supports are connected to two foot connections. The leg supports are actuated by a plurality of actuators adapted to apply torque forces thereto in response to movements of the legs of the person carrying the exoskeleton.
  • the exoskeleton comprises a plurality of pivot connections at the hips.
  • Two pivotal links allow movements in abduction and adduction. These two pivot links are interconnected by a spacer in the rear frame.
  • One of the two pivot links connects the spacer to a left hip segment, which extends to a left leg support.
  • the other pivot connection connects the spacer to a right hip segment, which extends to a right leg support.
  • an exoskeleton comprises:
  • a pond structure comprising:
  • a central pelvis segment arranged to be attached to the pelvis of the person carrying the exoskeleton
  • At least one of the two basin pivot links comprises:
  • the locking device allows a single actuator can cause desired rotations in the basin structure, two different sides: left side and right side. It is therefore not necessary to provide an actuator for each pivot link in order to produce these rotations.
  • the exoskeleton according to the invention can therefore be of simpler structure, lighter, less bulky, and less energy consuming.
  • An embodiment of the invention may include one or more of the following additional features as defined in the following paragraphs.
  • the exoskeleton may comprise an actuating device disposed between the two peripheral pelvic segments.
  • the actuating device may comprise an actuator adapted to perform a linear movement between two ends, and two joints, one of which connects one of the two ends of the actuator to one of the two peripheral pelvic segments, the other articulation connecting the other end of the actuator to the other peripheral basin segment.
  • At least one of the two pivot pivot links may comprise an elastically deformable member arranged to store energy when the peripheral pelvic segment concerned rotates relative to the central pelvis segment from a rest position. This energy can be re-injected when the peripheral basin segment concerned reverses. This contributes to a relatively energy-efficient operation of the exoskeleton.
  • the actuator may be of relatively low power and, therefore, relatively compact.
  • the exoskeleton may comprise two leg orientation pivot connections, one of which is disposed between one of the two peripheral pelvic segments and one of the two leg structures, the other leg orientation pivot connection being disposed between the other peripheral pelvic segment. and the other leg structure, the one leg pivot connection having a vertical pivot axis when the exoskeleton is in the rest position.
  • This allows one leg to perform vertical rotations, which may be involved in a stabilization process and in a walking process. These vertical rotations contribute to these processes being effective and perceived as being natural by the person wearing the exoskeleton.
  • the exoskeleton may comprise a foot structure comprising a support plane on which a foot of the person carrying the exoskeleton may come into abutment when the foot is flat.
  • This support plane having a median longitudinal axis.
  • a pivot ankle connection can connect the foot structure to one of the two leg structures.
  • the ankle pivot connection may have a pivot axis having:
  • This particular pivotal axis which is oblique, allows the exoskeleton to produce movements at an ankle that are close to natural movements, especially those that are most frequent and important at this level.
  • a single pivot connection and a single actuator are therefore sufficient at the ankle. This allows a simplification of structure, as well as a reduction in weight, bulk, and energy consumption.
  • the support plane of the foot structure may comprise a front platform and a rear platform, the rear platform being connected to the ankle pivot connection, and a foot pivot connection which connects the front platform to the rear platform.
  • the foot pivot connection constitutes a break in the support plane allowing a smoother, less jerky, more natural and faster running movement with respect to a single-piece support plane without breakage.
  • At least one of the two leg structures may comprise an upper leg segment disposed to co-operate with an upper leg located above a knee of the person carrying the exoskeleton, a lower leg segment disposed therein. to rub a lower part of the leg below the knee, and a knee pivot connection connecting the lower leg segment to the upper leg segment.
  • the upper leg segment may have a non-zero inclination in a range of 0 ° to 30 ° with respect to the lower leg segment when the exoskeleton is in the rest position, preferably between 0 ° and 20 °, so that an upper end of the upper leg segment is farther away from a median sagittal section of the person carrying the exoskeleton than a lower extremity.
  • This inclination allows the exoskeleton to perform weight transfer to a foot faster and more energy-efficient, compared to a structure without such inclination.
  • the inclination reduces a displacement of the center of gravity that is necessary for it to be above a supporting foot.
  • the exoskeleton may comprise a control device adapted to control at least one actuator included in the exoskeleton.
  • the control device may comprise a detector capable of detecting at least one dynamic parameter of at least a portion of the bust of the person carrying the exoskeleton, and a processor capable of applying a control signal to an actuator in function. of the detected parameter.
  • the detector may comprise at least one inertial sensor.
  • the processor may be configured to perform several control modes, including: a stabilization control mode in which the processor controls at least one actuator to maintain the person carrying the exoskeleton in a rest position, and a mode of a walk control in which the processor controls at least one actuator to assist the person wearing the exoskeleton to walk.
  • a stabilization control mode in which the processor controls at least one actuator to maintain the person carrying the exoskeleton in a rest position
  • a mode of a walk control in which the processor controls at least one actuator to assist the person wearing the exoskeleton to walk.
  • the processor may be configured to determine a position of a center of gravity of at least a portion of the body of the person carrying the exoskeleton and to apply a control mode depending on the position of the center of gravity .
  • the processor may be able to associate different control modes respectively to different areas in a plane on which the center of gravity is projected, the processor can thus apply a control mode associated with an area in which the center of gravity.
  • Figure 1 is a schematic front view of a person who can wear an exoskeleton.
  • Figure 2 is a schematic side view of the person.
  • Figure 3 is a perspective view of a portion of an exoskeleton comprising lower limbs.
  • Figure 4 is a back view of a pelvis structure of the exoskeleton.
  • Figure 5 is a schematic diagram of the exoskeleton in a state of rest.
  • Figure 6 is a schematic diagram of the exoskeleton in a state operated at the pelvic structure.
  • Figure 7 is a schematic diagram of the exoskeleton in another actuated at the basin structure.
  • Figure 8 is a simplified schematic diagram of the exoskeleton in the state of rest.
  • Figure 9 is a top view of two foot structures of the exoskeleton.
  • Figure 10 is a bottom view of a support plane of a left foot structure of the exoskeleton.
  • Figure 11 is a simplified schematic diagram of the left foot structure.
  • Figure 12 is a perspective view of a lower left portion of the exoskeleton comprising a pivot pin connection.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a projection plane for a control mode selection.
  • Figures 1 and 2 illustrate a person who can wear an exoskeleton 300.
  • Figure 1 provides a schematic front view of the person.
  • Figure 2 provides a schematic side view of the person.
  • the person has two legs, a left leg 101 and a right leg 102, respectively with a left knee 103 and a right knee 104.
  • the person has two ankles, a left ankle 105 and a right ankle 106, and two feet, one foot left 107 and a right foot 108.
  • the person also has a bust 109, a pelvis 1 10, hips 1 1 1, 1 12 and kidneys, the latter organs are not shown in Figures 1 and 2 for reasons of simplicity and convenience.
  • FIGS. 1 and 2 also illustrate a median sagittal section 1 13 of the person.
  • This section comprises an axis 1 14 corresponding to a direction in which the person could typically perform a walk. This axis will be called “direction of the walk” in what follows.
  • FIGS. 1 and 2 further illustrate a frontal section through the two legs 101, 102.
  • FIG. 1 illustrates two orientations: medial 1 16 (towards 1 13) and lateral 1 17 (the opposite of 1 15) .
  • Figure 2 illustrates two other orientations: anterior 1 18 (or before) and posterior 1 19 (or rear).
  • Figure 3 illustrates an exoskeleton 300 that the person illustrated in Figures 1 and 2 can wear.
  • Figure 3 provides a perspective view of the exoskeleton 300.
  • the exoskeleton 300 includes a pelvic structure 301 which lies behind the kidneys of the person when wearing the exoskeleton 300.
  • the pelvic structure 301 may be attached. to the basin 1 10 illustrated in Figure 1. This attachment can be flexible by means of, for example, a harness or one or more straps, or a combination of such elements. These elements are not shown in Figure 3 for reasons of simplicity and convenience.
  • the exoskeleton 300 further comprises two leg structures: a left leg structure 302 and a right leg structure 303.
  • the left leg structure 302 is arranged to mate with the left leg 101 of the person shown in Figs. and 2.
  • the right leg structure 303 is arranged to mate with the right leg 102 of that person.
  • the left leg structure 302 includes an upper leg segment 304 and a lower leg segment 305.
  • the upper leg segment 304 is arranged to mate with an upper portion of the left leg 101 lying on top of the left leg. above the left knee 103 of the person shown in Figures 1 and 2.
  • the lower leg segment 305 is arranged to co-operate with a lower portion of the left leg 101 lying below the left knee 103.
  • the right leg structure 303 also includes an upper leg segment 306 and a lower leg segment 307 shown in FIG. 3.
  • the exoskeleton 300 comprises two foot structures: a left foot structure 308 and a right foot structure 309.
  • left foot structure 308 comprises a support plane 310 on which the left foot 107 of the person illustrated in FIGS. 1 and 2 can bear when the left foot
  • the right foot structure 309 includes a support plane 31 1 on which the right foot 108 can come to bear when the right foot
  • the exoskeleton 300 includes two hip structures: a left hip structure 314 arranged to meet a person's left hip 1 1 1 and a right hip structure 315 arranged to meet a right hip 1 12 of the illustrated person in Figures 1 and 2.
  • the exoskeleton 300 comprises several pivot links: a pair at the hips, a pair at the knees, and a pair at the ankles.
  • the pair of pivot connections at the hips comprises a left hip pivot link 312 and a right hip pivot link 313.
  • the left hip pivot connection 312 connects the left leg structure 302 rotatably to the left hip structure 314.
  • the right hip pivot connection 313 connects the right leg structure 303 to the right hip structure 315.
  • the pair of knee pivot links includes a left knee pivot link 316 and a right knee pivot link 317.
  • the left knee pivot link 316 connects the lower leg segment 305 of the left leg structure 302 to the upper leg segment 304 of this structure.
  • the right knee pivot connection 317 connects the lower leg segment 307 of the right leg structure 303 to the upper leg segment 306 of this structure.
  • the pair of ankle pivot links comprises a left ankle pivot connection 318 and a right ankle pivot connection 319.
  • the left ankle pivot connection 318 connects the left foot structure 308 to the left leg structure 302.
  • pivot connection Straight ankle 319 connects the right foot structure 309 to the right leg structure 303.
  • the exoskeleton 300 further comprises other pivot links. These other pivotal links will be presented and described in the following.
  • the exoskeleton 300 comprises several actuating devices 320-325.
  • An actuating device is associated with a pivot connection mentioned in the foregoing.
  • the actuating device allows the elements connected by the pivot connection in question to rotate with respect to one another.
  • the exoskeleton 300 includes a left knee actuator 320, a right knee actuator 321, a left hip actuator 322, a right hip actuator 323, a left ankle actuator 324, and a right ankle actuator 325.
  • the left knee actuating device 320 which is associated with the left knee pivot connection 316, is described in more detail by way of example.
  • the left knee actuator 320 comprises an actuator 326 and two rotary connecting members 327, 328.
  • a rotatable connecting member 327 connects one end of the actuator 326 to the upper leg segment 304 at a connection point relatively remote from the left knee pivot connection 316.
  • the other rotary connecting member 328 connects another end of the actuator 326 to the lower leg segment 305 at a connection point relatively close to the left knee pivot link 316, just below it.
  • the actuator 326 is able to perform a linear movement between its ends. This linear movement is transformed into a rotational movement of the lower leg segment 305 relative to the upper leg segment 304.
  • the rotatable connecting member 327 may include a cardan joint.
  • the other rotary connection member 328 may comprise a ball joint.
  • Figure 3 illustrates this arrangement, which can also be reversed. Such an arrangement allows left knee actuator 320, as well as leg segments, upper 304 and lower 305, to perform useful three-dimensional movements.
  • the connection points, mentioned above, remain fixed respectively with respect to the upper leg segment 304 and relative to the lower leg segment 305.
  • the actuating device 320 associated with the left knee pivot connection 316 is indeed a quadrilateral having a variable length segment.
  • This segment is the actuator 326 which can be in the form of a jack.
  • This jack can be, for example, an electric cylinder, hydraulic, pneumatic or any other type of linear actuator.
  • the cylinder has an adjustable length by means of a control signal applied to the cylinder.
  • the actuator 326 associated with the left knee pivot connection 316 will be designated "left knee actuator 326" in the following for reasons of clarity and convenience.
  • FIG. 3 illustrates the basin structure 301 of the exoskeleton 300 in more detail. This figure provides a back view of the basin structure 301.
  • the pond structure 301 comprises a central pelvic segment 401 arranged to be attached to the person's pelvis 1 10 shown in Figures 1 and 2.
  • the central pelvic segment 401 may therefore include one or more attachment members, such as a harness or one or more straps, as mentioned above.
  • the basin structure 301 comprises a pair of peripheral pelvic segments: a left peripheral pelvic segment 402, and a right peripheral pelvic segment 403.
  • the pelvic structure 301 comprises a pair of pivot links: a left basin pivot connection 404 and a right basin pivot connection 405.
  • the left basin pivot connection 404 connects the left peripheral basin segment 402 to the central basin segment 401.
  • the right pelvis pivot link 405 connects the right peripheral pelvic segment 403 to the central pelvic segment 401.
  • These port pivot connections, left 404 and right 405, each have a horizontal pivot axis when the exoskeleton 300 is in the rest position.
  • the pelvic structure 301 further comprises a pair of leg orientation pivot connections: a left leg orientation pivot connection 410 and a right leg orientation pivot connection 41 1.
  • the left leg pivot connection 410 connects the left peripheral pelvic segment 402 to the left hip structure 314.
  • the right leg pivot connection 41 1 connects the right peripheral pelvic segment 403 to the right hip structure 315.
  • the pivot links leg orientation, left 410 and right 41 1, have a vertical pivot axis when the exoskeleton 300 is in the rest position.
  • An actuating device 406 is associated with the pair of pivot pivot links 404, 405. This device comprises an actuator 407 and two joints. A left articulation connects a left end of the actuator 407 to a connecting rod of the left peripheral pelvic segment 402.
  • a right articulation connects a right end of the actuator 407 to a connecting rod of the right peripheral pelvic segment 403.
  • the actuator 407 can be in the form of a jack.
  • This jack can be, for example, an electric cylinder, hydraulic, pneumatic or any other type of linear actuator.
  • the actuator will be designated by "basin actuator 407" in the following for reasons of clarity and convenience.
  • the basin actuator 407 has an adjustable length by means of a control signal applied to the basin actuator 407.
  • a left blocking device 408 is associated with the left basin pivot connection 404.
  • the left blocking device 408 is switchable between an unlocked state and a locked state.
  • the left lock 408 allows pivoting of the left peripheral pelvic segment 402 relative to the central pelvic segment 401. This pivoting is possible thanks to the left basin pivot connection 404.
  • the left blocking device 408 prevents such pivoting.
  • the left peripheral basin segment 402 is rigidly connected to the central basin segment 401.
  • a right blocking device 409 is associated with the right basin pivot connection 405.
  • the right blocking device 409 is also switchable between an unlocked state and a locked state to, respectively, allow and prevent pivoting the right peripheral pelvic segment 403 relative to the central pelvic segment 401.
  • This arrangement of the basin structure 301 allows lateral rotational movements at the basin 1 10. Such rotational movement is effected either on the left side of the basin structure 301, or on the right side, to a given moment. This according to a blocking respectively of the right basin pivot connection 405 or the left basin pivot connection 404. These lateral rotation movements can be involved in a stabilization process of the person wearing the exoskeleton when that person is standing and stationary. This process will be described in more detail in the following.
  • the lateral rotational movements can also advantageously intervene in a walking process: the person wearing the exoskeleton works in a straight line. These movements are then alternating on the left and right side in a way that can be regular. They provide left-right pulses at the basin 1 10 during the walking process. These movements thus contribute to a dynamic balance of a forward movement.
  • a walking process is generally characterized by an asymmetry of the ground supports: left foot 107 then right foot 108.
  • the lateral rotation movements, and alternating left-right contribute to compensate dynamically this asymmetry.
  • the left pelvis pivot connection 404 may comprise an elastically deformable member.
  • the right pelvis pivot connection 405 may also comprise an elastically deformable member.
  • These elastically deformable members may comprise, for example, one or more torsion springs. They will be designated respectively by “left basin spring” and “right basin spring” in the following for reasons of convenience.
  • the left pelvic spring can store kinetic energy when the left peripheral pelvic segment 402 pivots relative to the central pelvic segment 401 from a home position. This energy can be reinjected when the left peripheral pelvic segment 402 reverses. This reduces power consumed by the actuator basin 407; the left basin spring can assist the basin actuator 407 to perform reverse pivoting.
  • the same remarks apply to the right pelvic spring, which can store kinetic energy when the right peripheral pelvic segment 403 is pivoted.
  • the basin structure 301 illustrated in Figure 4 and described above is particularly suitable for artificial reproduction of a human step.
  • a process of subsidence of basin 1 10 intervenes in the march human, on the side of an oscillating leg taking a step forward.
  • the foot of the other leg which serves as a support, bends and the ankle passes into plantar flexion.
  • the center of gravity of the human body would then tend to rise mechanically, which is consuming energy as much as superfluous.
  • the basin structure 301 is adapted to collapse laterally on the side of the oscillating leg. This subsidence can be effected by implementing masses present on this side. This results in a local fall by gravity, which is controlled by the basin structure 301, in particular by the basin actuator 407. This has the effect of reducing an overall elevation of the center of gravity that would occur without subsidence of the basin 1 10. In addition, the local gravity drop releases energy, a portion of which is stored in the pelvic spring in the pivot port connection left free. Then, when the oscillating leg comes into contact with the ground at the end of the step, the side of the basin structure 301 which had collapsed is raised. The energy stored in the spring can then be used.
  • the actuator basin 407 which also comes into play, is not so not only to act. It is sufficient for the basin actuator 407 to provide only a portion of the energy required to raise the pond structure 301.
  • the basin actuator 407 can thus be a relatively low power device and, as a result, of relatively small dimensions. This allows compact embodiments of the pond structure 301.
  • the pivot links leg orientation 410, 41 1 are actuated.
  • An actuator 412 is associated with the left leg pivot connection 410.
  • an actuator 413 is associated with the right leg pivot connection 41 1.
  • actuators 412, 413 may each be in the form of an electric geared motor comprising an electric motor and one or more reduction stages. These reduction stages couple the electric motor to the leg pivot connection concerned. Discount stages can include, for example, one or more gears, one or more gearboxes worm and worm, one or more epicyclic reducers and any other type of mechanical gearbox.
  • the actuators 412, 413 will be designated respectively "left leg orientation actuator 412" and "right leg orientation actuator 413" in the following for the sake of clarity and convenience.
  • the left leg pivot connection 410 thus allows motorized vertical rotation of the left leg structure 302 relative to the central pelvic segment 401.
  • the right leg pivot connection 41 1 allows motorized vertical rotation of the right leg structure 303 relative to the central pelvic segment 401.
  • These vertical rotations can intervene in a stabilization process and in a walking process. Vertical rotations contribute to these processes being effective and perceived as natural by the person wearing the exoskeleton. For example, a vertical rotation of the left leg structure 302 allows to properly orient the left foot structure 308 to make a left turn. Likewise, a vertical rotation of the right leg structure 303 may contribute to a right-hand cornering.
  • leg pivot connections 410, 41 1 enable the pelvic structure 301 to be pivoted with respect to a leg. This allows weight transfer to the left or right. This weight transfer can advantageously intervene to initiate a step movement; the weight is transferred to a supporting leg. Standing balancing also typically involves a weight transfer in which leg pivot pivot links 410, 41 1 may play a role.
  • the pivot links leg orientation 410, 41 1 can also be involved in a walking process. Vertical rotation of the pelvic structure 301 relative to a supporting leg allows to lengthen a step and, consequently, to make the walking process more efficient.
  • Figure 5 illustrates the exoskeleton 300 in a state of rest.
  • the exoskeleton 300 is represented by a schematic diagram. Elements identical or similar to those presented in the foregoing are identified by identical reference signs.
  • the exoskeleton 300 comprises a control device 501 capable of controlling various actuators: the actuator basin 407, the left leg orientation actuator 412, the right leg orientation actuator 413, the left knee actuator 326, the right knee actuator 329, left hip actuator 330, right hip actuator 331, left ankle actuator 332, and right ankle actuator 333.
  • the controller 501 may also control the left lock 408 and the right blocking device 409, illustrated in FIG. 4, associated respectively with the left basin pivot connection 404 and with the right basin pivot connection 405.
  • the control device 501 can control any of the aforementioned elements by means of a signal command sent to the element concerned. This transmission can be wired or wireless.
  • the control device 501 comprises a detector 510 capable of detecting a dynamic parameter of a body part of the person carrying the exoskeleton.
  • This part of the body is preferably free of the exoskeleton 300, that is to say not connected to it.
  • This body part may be, for example, the bust 109 of the person wearing the exoskeleton illustrated in FIG.
  • the dynamic parameter may comprise a position of the bust 109, a movement speed of the bust 109, or an acceleration of the bust 109.
  • the detector 510 may comprise a set of inertial sensors 51 1, 512, 513.
  • two inertial sensors 51 1, 512 may be located on the chest of the person carrying the exoskeleton.
  • Another inertial sensor 513 may be located at the level of the navel. This place corresponds to a natural center of gravity for a human person.
  • the set of inertial sensors 51 1, 512, 513 defines, indeed, a triangle. This arrangement makes it possible to detect numerous positions, or numerous movements, of the bust 109 with respect to the legs 101, 102, and therefore with respect to the exoskeleton 300.
  • the set of inertial sensors 51 1, 512, 513 can detect the following positions of the bust 109: leaning forward, leaning back, leaning to the side right, leaning on the left side.
  • the set of inertial sensors 51 1, 512, 513 can also detect a rocking state of the basin 1 10 during a walking process, or a rotation of the bust 109.
  • the control device 501 comprises a processor 514 which receives one or more detection signals from the detector 510. These detection signals indicate a position or a movement of the bust 109.
  • the processor 514 can thus apply a control signal to a or more of the aforementioned actuators 407, 412, 413, 326, 329-333 depending on the position, or movement, of the bust 109 of the person carrying the exoskeleton.
  • the processor 514 can also receive signals from the actuators, giving information on them.
  • the processor 514 can take these signals into account to establish control signals. In doing so, the processor 514 can implement a servo loop for an actuator.
  • the processor 514 can determine a set value for this servo loop, and therefore the actuator in question, from the detection signals from the detector 510.
  • the processor 514 may add a specific mode of operation of the exoskeleton 300 to a position or a movement of the bust 109.
  • the processor 514 may then generate one or more appropriate control signals for one or more actuators.
  • the processor 514 can interpret the position "leaned forward” in a will to advance.
  • the processor 514 controls the actuators of the exoskeleton 300 so that forward movement is performed. This may correspond to a "forward operating" mode of operation.
  • the processor 514 may also employ the detection signals to sway the pond structure 301 during this walk. The processor 514 can thus stabilize the person carrying the exoskeleton in its forward march and act on the exoskeleton 300 if corrections are necessary.
  • the processor 514 may interpret a relatively abrupt motion detection as a need to rebalance the exoskeleton 300.
  • a control device 501 has several advantages. The person can control the exoskeleton 300 intuitively. This command is forgotten; the exoskeleton 300 can be used naturally. The exoskeleton 300 and its control reproduce a mechanism of "fall catch" characteristic of a human march. This also provides an energetic advantage: the exoskeleton 300 can usefully utilize energy produced by a fall forward in a walking process. This reduces a demand for electrical power to implement this process.
  • FIG. 6 illustrates the exoskeleton 300 in a state actuated at the level of the basin structure 301. The exoskeleton 300 is represented by a schematic diagram similar to that of FIG. 5.
  • the right leg structure 303 tilts slightly laterally.
  • the right basin pivot connection 405 is in the unlocked state, while the left basin pivot connection 404 is in the locked state.
  • the basin actuator 407 expands in length under control of the processor 514. Both ends of the basin actuator 407 move away thereby causing the right peripheral basin segment 403 to pivot relative to the central pond segment 401.
  • FIG. 7 illustrates the exoskeleton 300 in another state actuated at the level of the basin structure 301.
  • the exoskeleton 300 is represented by a schematic diagram similar to those of FIGS. 5 and 6.
  • the left basin pivot connection 404 is in the unlocked state, while the right basin pivot connection 405 is in the locked state.
  • the basin actuator 407 widens in length under the control of the processor 514. The two ends of the basin actuator 407 move away causing in this case a pivoting of the left peripheral basin segment 402 relative to the central basin segment 401 .
  • the actuated states illustrated in Figures 6 and 7 may occur, for example, during a stabilization process, the person carrying the exoskeleton standing, static, or during a walking process. These processes can include a multitude of movements. A movement at the ankles, especially lateral, directs the upper body. This movement is typically combined with movements at the basin structure 301, which is not necessarily limited to those illustrated in Figures 6 and 7.
  • a stabilization process typically involves a transfer of the body weight of the person carrying the exoskeleton. For example, a transfer of body weight to the left or, where appropriate, to the right is important to start the walking process.
  • the left leg pivot connection 410 or, where appropriate, the right leg pivot connection 41 1 is involved in this transfer of weight.
  • These pivot links leg orientation 410, 41 1 allow the basin structure 301 to perform a rotational movement relative to a support leg, resulting in the transfer of weight. By transferring the weight of the body to one foot, the other foot is released and can leave the ground. Weight transfer can also be involved in the stabilization process, in response to external disturbances, for rebalancing in the upright position.
  • the exoskeleton 300 may be required to perform several types of rotation at the pelvis 1 10 of the person carrying the exoskeleton. There are three rotations in relation to each leg. Rotations along a vertical axis can be performed by means of the left leg pivot connection 410 and the right leg pivot connection 41 1. Rotations along a horizontal axis, perpendicular to the frontal section 1 15 illustrated in FIGS. 1 and 2, can be effected by means of the left basin pivot connection 404 and of the right basin pivot connection 405. Rotations along a horizontal axis, perpendicular to the medial sagittal section 1 13 shown in FIGS. 1 and 2 can be effected by means of the left hip pivot link 312 and the right hip pivot link 313.
  • FIG. 8 still illustrates the exoskeleton 300 in the idle state.
  • Figure 8 is a simplified schematic diagram with respect to Figure 5.
  • Figure 8 illustrates that the upper leg segment 304 of the left leg structure 302 has a non-zero inclination 801 with respect to the lower leg segment 305 when the exoskeleton 300 is in the idle state.
  • This inclination 801 is such that an upper end 802 of the left upper leg segment 304 is further away from the median sagittal section 1 13 of the person carrying the exoskeleton than a lower end 803.
  • the inclination 801 may be included in a range of 0 ° to 30 °, preferably 0 ° to 20 °.
  • the femurs of a human are typically inclined to the vertical when the human is in the normal position, standing.
  • the inclination reduces a displacement of the center of gravity that is necessary for it to be above a support foot.
  • FIG. 9 illustrates in greater detail the two foot structures 308, 309 of the exoskeleton 300.
  • FIG. 9 provides a view from above of these two foot structures: the left foot structure 308 and the foot structure 309.
  • the support plane 310 of the left foot structure 308 has a median longitudinal axis 901 indicated in FIG. 9.
  • the support plane 31 1 of the right foot structure 309 has a median longitudinal axis 902 also indicated in this figure.
  • median longitudinal axis 901 (respectively 902), it will be understood in what follows the axis of the left foot structure 308 (respectively right 309) included in the support plane 31 1 and extending next to the second radius of the user's foot, when a user places his foot on the left foot structure 308 (respectively right 309).
  • the support plane 310 of the left foot structure 308 comprises a platform before 903 and a rear platform 904.
  • the median longitudinal axis 901 (respectively 902) extends substantially between the area corresponding to the heel of the left foot structure 308 (right 309 respectively) and the edge 1004 of the platform before 903.
  • a foot pivot connection 905 connects the platform before 903 to the rear platform 904.
  • the rear platform 904 is connected to the left ankle pivot connection 318.
  • the foot pivot connection 905 comprises an elastically deformable member
  • the torsion spring 906 which may be in the form of a torsion spring.
  • This elastically deformable member will be called “torsion spring 906" in the following for reasons of convenience.
  • the torsion spring 906 is capable of storing energy in potential form when the front platform 903 is folded with respect to the rear platform 904.
  • the support plane 31 1 of the right foot structure 309 a a similar structure, comprising comprises a front platform
  • the foot pivot connection 905 is a break of the support plane 310 allowing a more fluid, less jerky, more natural and faster running movement compared to a support plane in one part, without breakage.
  • a support plane in one part, without breakage should leave the ground, either parallel to this ground, or ending with a point or linear support very difficult to control.
  • Foot pivot connection 905 thus contributes to reproducing more faithfully a walking function that the person carrying the exoskeleton has lost. This also contributed to an easier acceptance of the exoskeleton 300 by the wearer, as well as easier and faster accommodation.
  • the foot pivot connection 905 consists of a forward propulsion effect when the rear platform 904 off the ground, while the platform before 903 continues to rest on the ground.
  • the break, formed by the foot pivot connection 905, constitutes an axis of rotation for a controlled fall movement. This axis of rotation makes it possible to add a forward translation component to the controlled fall movement.
  • This forward propulsion effect is important in a dynamic walk of a human being. The effect makes it possible to lengthen a step in an energy efficient manner.
  • the torsion spring 906 makes it possible to recover a portion of the potential energy that is released during the fall forward. Indeed, the torsion spring 906 has a stiffness which is countered by the fall forward. The torsion spring 906 stores this energy to restore it when the left foot structure 308 lifts off the ground at the end of the step.
  • the description of the left foot structure 308 in the foregoing applies mutatis mutandis to the right foot structure 309.
  • FIG. 10 illustrates other aspects of the left foot structure 308 which also apply to the right foot structure 309.
  • FIG. 10 provides a view from below and in perspective of the support plane 310 of this structure of foot.
  • the support plane 310 comprises a flexible sole 1001 able to come into contact with the ground.
  • This flexible sole 1001 is located below a rigid frame, which can be in the form of two metal plates 1002, 1003 connected to one another by the foot pivot connection 905.
  • the flexible sole 1001 presents a surface capable of coming into contact with the ground. This surface is delimited by rounded edges 1004 clearly shown in Figure 10.
  • These rounded 1004 of the flexible sole 1001 are located in particular at the ends of the foot and on the sides.
  • the roundings 1004 allow to further fluidize a forward movement.
  • the flats 1004 of the sole on its sides allow the feet to roll slightly on these sides, especially when the pelvic structure 301 produces side pulses to balance a parasitic side movement, standing upright when stopped.
  • FIG. 11 further illustrates the left foot structure 308.
  • FIG. 11 is a simplified schematic diagram with respect to FIG. 9.
  • FIG. 11 illustrates that the foot pivot connection 905 is situated in a quadrant delimited by FIG. the median sagittal section 1 13 of the person carrying the exoskeleton and the frontal cut 1 15 passing through the leg.
  • Foot pivot connection 905 has a pivot axis 1 101 defining a right triangle in the same quadrant.
  • the pivot axis 1101 has an angle 1102 in a range of 45 ° to 90 ° with respect to the middle sagittal section 13.
  • FIG. 11 further illustrates that the rear platform 904 is closer to the median sagittal section 1 13 than the platform before 903.
  • the median longitudinal axis 901 of the support plane 310 then presents an angle 1 103 between 0 ° and 45 ° relative to the median sagittal section 1 13 when the exoskeleton 300 is in the rest position.
  • This range of angles may also have a lower lower limit, for example, one or a few degrees.
  • the left foot structure 308 of the exoskeleton 300 is therefore oriented outwards by an angle, which may be 15 °, with respect to a sagittal direction rather than being oriented straight in the direction sagittal.
  • This outward orientation makes it possible to better reproduce a human step since the human feet are also oriented in this way.
  • this orientation of the foot makes it possible to better direct the thrust.
  • the thrust thus comprises a latero-medial component, in order to propel the body of the person carrying the exoskeleton of a carrier foot to a receiving foot.
  • FIG. 11 shows that the foot pivot connection 905, which forms the break of the left foot structure 308, is oriented so as to be almost perpendicular to the sagittal section, that is to say almost perpendicular to the axis of the walk.
  • the foot pivot connection 905 is not perpendicular to the median longitudinal axis 901 of the support plane 310 of the left foot structure 308.
  • This orientation of the foot pivot connection 905 allows a tilting of the exoskeleton 300, as well as the person who carries it, forward in the direction of the march.
  • the left ankle pivot connection 318 also plays a role in this tilt having an anteromedial orientation, which will be described in the following.
  • FIG. 12 illustrates a lower left portion of the exoskeleton 300 comprising the left ankle pivot connection 318.
  • FIG. 12 provides a perspective view of the lower left portion of the exoskeleton 300.
  • FIG. 12 illustrates that the link left ankle pivot 318 has a pivot axis 1201 having a particular orientation.
  • the pivot axis 1201 can be qualified as oblique because it is not contained in any reference plane: frontal, sagittal or horizontal.
  • the pivot axis 1201 is oriented in the following manner: latero-medial, postero-anterior, dorso-plantar.
  • the pivot axis 1201 comprises a principal component perpendicular to the median longitudinal axis 901 of the support plane 310 of the left foot structure 308, illustrated in FIG. 9.
  • Figure 12 also illustrates in more detail the left ankle actuator 324 associated with the left ankle pivot connection 318.
  • the left ankle actuator 332 of this device is disposed between the left leg structure 302, the figure of which 12 illustrates the lower leg segment 305, and the left foot structure 308.
  • the left ankle actuator 324 can cause a pivoting of the left foot structure 308 relative to the left leg structure 302 along the axis of the left leg structure 308. pivoting 1201 of the left ankle pivot connection 318.
  • the left ankle actuator 324 includes a cardan joint 1202 and a ball joint 1203 in addition to the left ankle actuator 332.
  • the cardan joint 1202 connects an end of the left ankle actuator 332 to the left foot structure 308, more precisely to the rear platform 904 thereof.
  • the ball joint 1203 connects another end of the left ankle actuator 332 to the lower leg segment 305 at a connection point remote from the left foot structure 308.
  • the left ankle actuator 332 may be in the form of a jack , as it has been mentioned in the foregoing.
  • the left ankle actuator 332 is located posteriorly to the lower leg segment 305 and is in a way similar to a soleus muscle.
  • the left ankle actuator 324, the left ankle pivot connection 318, the lower leg segment 305, and the left foot structure 308 form a kinematic loop.
  • This kinematic loop can perform movements in three dimensions, which do not remain included in a reference plane. During these movements, the left ankle actuator 332 remains along the lower leg segment 305 of the exoskeleton 300. small overall size of this assembly and avoids interference between the left ankle actuator 332 and the left leg 101 of the person carrying the exoskeleton 300.
  • FIG. 13 schematically illustrates the pivot axis 1201 of the left ankle pivot connection 318.
  • Figure 13 shows a schematic diagram of the pivot axis 1201.
  • the support plane 310 of the left foot structure 308 is shown schematically in this figure.
  • a plane 1202 perpendicular to the median longitudinal axis 901 of the support plane 310 is also shown.
  • An arrow represents the direction of the walk.
  • the pivot axis 1201 of the left ankle pivot connection 318 has a non-zero angle ⁇ included in a range of 0 ° to 30 ° relative to the support plane 310 of the foot structure, preferably between 5 ° and 30 °.
  • the pivot axis 1201 has a non-zero angle ⁇ in a range of 0 ° to 45 ° with respect to a plane 1202 perpendicular to the median longitudinal axis 901 of the support plane 310. Either range angles may also have a lower lower limit, for example, one or a few degrees.
  • the angle a can be of the order of 3 ° (to 1 degree), for an angle ⁇ of the order of 16 ° (to 1 degree), in order to optimize the position of the pivot axis 1201 of the ankle pivot connection and to better approach the human movement, which further reduces energy losses.
  • the left anklet pivot connection 318 enables the exoskeleton 300 to produce movements that are close to natural movements at the level of a human ankle, in particular movements that are the most frequent and important.
  • a human ankle, as well as a hindfoot, is a biomechanics of relatively high complexity. This biomechanics has several degrees of freedom, especially in the tibio-tarsal, sub-astragalian and Chopart joints. These degrees of freedom play important roles in locomotion and balancing processes of a human being.
  • the particular orientation of the pivot axis 1201 adds an offset in a medio-lateral direction to an inclination of the left leg structure 302 in a postero-ante sense, and vice versa. More specifically, an inclination of the left leg structure 302 in a "positive" direction towards the front, is accompanied by a relatively small lateral offset of this structure with respect to the median longitudinal axis 901 of the structure. left foot 308. This offset is therefore oriented outwards. Conversely, an inclination of the left leg structure 302 in a "negative" backward direction is accompanied by an inward offset relative to the median longitudinal axis of the left foot structure 308. This offset, which is oriented inward, may be more important than the outward facing offset.
  • the offset in the medio-lateral direction thanks to the particular orientation of the pivot axis 1201 of the left ankle pivot connection 318, allows a transfer of the weight of the body to a support foot. movements of the pond structure 301, described above, which can also contribute to this weight transfer.
  • the weight transfer occurs at the start of a step, but also in steady state of operation, as well as in stabilization in a standing position
  • a propulsion there is a phase where the left ankle pivot connection 318 is in plantar flexion and the foot structure is folded in two at the foot pivot connection 905 Due to the particular orientation of the pivot axis 1201, a lateral translation of the center of gravity can then operate from one foot to the other.
  • the left ankle pivot connection 318 thus effectively replaces the relatively complex biomechanics of the human ankle and the human hind foot.
  • the left ankle pivot connection 318 is a relatively simple, compact and reliable system. However, this system allows movements approaching the important movements that biomechanics performs during a walking process, or during a stabilization process.
  • the description of the left ankle pivot connection 318 in the foregoing applies mutatis mutandis to the right ankle pivot connection 319.
  • the exoskeleton processor 514 may be programmed to perform several modes of control. That is, the processor 514 may comprise a program, i.e., a set of executable instructions, defining a plurality of control modes.
  • a stabilization control mode may be provided to keep the person carrying the exoskeleton in a rest position.
  • a walk control mode may be provided to assist the person carrying the exoskeleton to walk.
  • Other modes of control may be provided for, for example, climbing steps, down steps, sitting on a chair, and getting up from a chair. In all these control modes, the processor 514 controls at least a portion of the actuators described in the foregoing, thus causing movements of the exoskeleton 300.
  • the program may also allow the processor 514 to select a control mode, and perform it, according to the detection signals from the detector 510 and, more specifically, the inertial sensors 51 1, 512, 513.
  • the exoskeleton 300 may be provided with other sensors capable of transmitting useful information to the processor 514 to perform the selected control mode.
  • one or more sensors capable of detecting obstacles may be provided on the left foot structure 308 and on the right foot structure 309. These sensors, which may be optical, are thus able to detect, for example, a walk or stairs. Such a sensor could also detect a distance from an obstacle and communicate this information to the processor 514.
  • a selection of a control mode and its implementation can be based on a dynamic parameter of the bust 109 of the person, illustrated in Figure 1, carrying the exoskeleton.
  • the inertial sensors can detect such a parameter and communicate information relating to the parameter in question to the processor 514.
  • the processor 514 can select a control mode, and implement it, from a movement speed of the bust 109 or from an acceleration of the bust 109, as measured.
  • the processor 514 can determine a position of a center of gravity from sensing signals from the inertial sensors. The processor 514 selects a control mode, and implements it, from this center of gravity.
  • Figure 14 illustrates a projection plane 1400 for a control mode selection.
  • the processor 514 projects in this plane 1400 the center of gravity G established from the information coming from the detector 510.
  • the projection plane 1400 comprises different zones 1401 to 1410. Different control modes are respectively associated with the various zones 1401 to 1410.
  • the processor 514 applies a control mode associated with an area in which the center of gravity G is located.
  • the projection plane 1400 comprises a central zone 1401. This central zone 1401 is associated with a static stabilization mode. In this mode, the processor 514 stabilizes the exoskeleton 300 statically by keeping the two foot structures 308, 309 on the ground. The processor 514 responds to a disturbance at the bust 109 by forcing the exoskeleton 300 to perform one or more appropriate compensatory movements. For example, if the person carrying the exoskeleton leans slightly backwards, the processor 514 could cause flexion of the exoskeleton 300 at the knee pivot links 316, 317 to return the center of gravity G forward to the center of a support polygon.
  • the projection plane 1400 includes a walking zone 1402 associated with a normal operating mode.
  • the person carrying the exoskeleton In order to activate the normal operating mode, the person carrying the exoskeleton must lean sufficiently forward so that the center of gravity G therefore exits the central zone 1401 and enters the normal walking zone 1402.
  • the exoskeleton 300 starts to walk forward and stops if the person stands up.
  • the plan also includes emergency stabilization zones. If the user is too leaning forward, the center of gravity enters an earlier emergency stabilization zone 1403.
  • the processor 514 causes the exoskeleton 300 to take a big step forward in order to stabilize.
  • a left lateral emergency stabilization zone 1404 is provided for imbalance on a left side.
  • the processor 514 causes the exoskeleton 300 to take a lateral step on its left side.
  • a right side emergency stabilization zone 1405 is provided for imbalance on a right side.
  • the processor 514 causes the exoskeleton 300 to take a lateral step on its right side.
  • a posterior emergency stabilization zone 1406 is provided for rearward imbalance.
  • the processor 514 causes the exoskeleton 300 to step backward to regain its balance.
  • the plane also includes turning zones: an area to turn left 1407 and an area to turn right 1408, especially during a walking process.
  • the plan may also include zones to deviate: an area to deviate to the left 1409, and an area to deviate to the right 1410.
  • the detailed description which has just been made with reference to the drawings is only an illustration of some embodiments of the invention.
  • the invention can be realized in many different ways. In order to illustrate this, some alternatives are indicated briefly.
  • the invention can be applied in many types of exoskeleton.
  • the invention may be applied in an exoskeleton that includes only one leg structure, with a single foot structure.
  • An exoskeleton according to the invention may comprise a number of actuators lower, or higher, than the number of actuators in the embodiments described in detail with reference to the drawings.
  • other embodiments can be achieved by removing an actuator associated with a pivot link. That is, a pivot link does not have to be actuated, but can be free.
  • other embodiments can be achieved by removing or adding pivot links, as well as other elements.
  • An alternative embodiment may be simpler or more elaborate than those described, by way of example, in the foregoing.
  • a basin structure according to the invention can be realized in different ways.
  • the detailed description shows an example in which the basin structure 301 comprises only one actuator 407 with locking devices 408, 409.
  • a pond structure may comprise two actuators: an actuator for a left basin pivot link, and another actuator for a right basin pivot link.
  • Such a pond structure does not require a blocking device.
  • An order of an exoskeleton according to the invention can be realized in many different ways. For example, in the case where a command involves a determination of a center of gravity, the control may vary depending on a position of the center of gravity in a three-dimensional space, a volume. A control can also be based on a speed of displacement of the center of gravity, or an acceleration.
  • processor should be interpreted broadly. This term embraces any type of device that can produce one or more output signals from one or more input signals, in particular to perform a control function.
  • pivot connection can be understood as defined in solid mechanics.

Abstract

Dans un exosquelette, une structure de bassin (301) comprend un segment de bassin central (401 ) disposé pour être attaché au bassin (110) d'une personne portant l'exosquelette. Un segment de bassin périphérique (402) est relié à une structure de jambe (302). Un autre segment de bassin périphérique (403) est relié à une autre structure de jambe (303). Une liaison pivot bassin (404) relie le segment de bassin périphérique (402) mentionné en premier au segment de bassin central. Une autre liaison pivot bassin (405) relie l'autre segment de bassin périphérique (403) au segment de bassin central. Ces liaisons pivot bassin présentent un axe de pivotement horizontal lorsque l'exosquelette est en position de repos. Au moins une des liaisons pivot bassin comprend un dispositif de blocage (408, 409). Ce dispositif de blocage est commutable entre un état déverrouillé et un état verrouillé. Dans l'état déverrouillé, la liaison pivot bassin munie du dispositif de blocage permet un pivotement du segment de bassin périphérique concerné par rapport au segment de bassin central. Dans l'état verrouillé la liaison pivot bassin empêche un pivotement du segment de bassin périphérique concerné par rapport au segment de bassin central.

Description

EXOSQUELETTE COMPRENANT UNE STRUCTURE DE BASSIN
[0001] DOMAINE TECHNIQUE
[0002] Un aspect de l'invention concerne un exosquelette comprenant une structure de bassin.
[0003] ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0004] La publication brevet US 2010/0204627 décrit un exosquelette pour des membres inférieurs d'une personne. L'exosquelette comprend deux supports de jambe ayant une pluralité de liaisons pivot. Les extrémités proximales des supports de jambe sont reliées à un cadre arrière. Les extrémités distales des supports de jambe sont reliées à deux liaisons de pied. Les supports de jambe sont actionnés par une pluralité d'actionneurs adaptés à appliquer des forces de couple à ceux-ci en réponse à des mouvements des jambes de la personne portant l'exosquelette.
[0005] L'exosquelette comprend une pluralité de liaisons pivot au niveau des hanches. Deux liaisons pivots permettent des mouvements en abduction et adduction. Ces deux liaisons pivots sont reliées entre elles par une entretoise dans le cadre arrière. L'une des deux liaisons pivot relie l'entretoise à un segment de hanche gauche, qui s'étend vers un support de jambe gauche. L'autre liaison pivot relie l'entretoise à un segment de hanche droit, qui s'étend vers un support de jambe droit. [0006] EXPOSE DE L'INVENTION
[0007] Il existe un besoin pour une solution permettant de réaliser des exosquelettes de structure simplifiée, plus légers, moins encombrants, et moins énergivores.
[0008] Selon un aspect de l'invention, un exosquelette comprend :
- deux structures de jambe dont une est disposée pour côtoyer une jambe d'une personne portant l'exosquelette, l'autre structure de jambe étant disposée pour côtoyer l'autre jambe de la personne portant l'exosquelette, une structure de bassin comprenant :
un segment de bassin central disposé pour être attaché au bassin de la personne portant l'exosquelette,
deux segments de bassin périphériques dont un est relié à une des deux structures de jambe, l'autre segment de bassin périphérique étant relié à l'autre structure de jambe,
deux liaisons pivot bassin dont une relie un des deux segments de bassin périphériques au segment de bassin central, l'autre liaison pivot bassin reliant l'autre segment de bassin périphérique au segment de bassin central, l'une et l'autre liaison pivot bassin présentant un axe de pivotement horizontal lorsque l'exosquelette est en position de repos,
dans lequel au moins une des deux liaisons pivot bassin comprend :
un dispositif de blocage commutable entre :
un état déverrouillé dans lequel la liaison pivot bassin munie du dispositif de blocage permet un pivotement du segment de bassin périphérique concerné par rapport au segment de bassin central, et
un état verrouillé dans lequel la liaison pivot bassin empêche un pivotement du segment de bassin périphérique concerné par rapport au segment de bassin central. [0009] Dans un tel exosquelette, le dispositif de blocage permet qu'un seul actionneur puisse provoquer des rotations souhaitées au niveau de la structure de bassin, de deux côtés différents : côté gauche et côté droit. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir un actionneur pour chaque liaison pivot afin de pouvoir produire ces rotations. L'exosquelette conforme à l'invention peut donc être de structure plus simple, plus léger, moins encombrant, et moins énergivore.
[ooi o] Un mode de réalisation de l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques supplémentaires suivantes telles que définies dans les paragraphes suivants.
[0011] L'exosquelette peut comprendre un dispositif d'actionnement disposé entre les deux segments de bassin périphériques. [0012] Le dispositif d'actionnement peut comprendre un actionneur apte à effectuer un mouvement linéaire entre deux extrémités, et deux articulations dont une relie un des deux extrémités de l'actionneur à un des deux segments de bassin périphériques, l'autre articulation reliant l'autre extrémité de l'actionneur à l'autre segment de bassin périphérique.
[0013] Au moins une des deux liaisons pivot bassin peut comprendre un membre élastiquement déformable disposé pour emmagasiner de l'énergie lorsque le segment de bassin périphérique concerné effectue un pivotement par rapport au segment de bassin central à partir d'une position de repos. Cette énergie peut être réinjectée lorsque le segment de bassin périphérique concerné effectue un pivotement inverse. Cela contribue à un fonctionnement relativement peu énergivore de l'exosquelette. En outre, l'actionneur peut être de relativement faible puissance et, par conséquent, relativement compact.
[0014] L'exosquelette peut comprendre deux liaisons pivot orientation jambe dont une est disposée entre un des deux segments de bassin périphériques et une des deux structures de jambe, l'autre liaison pivot orientation jambe étant disposée entre l'autre segment de bassin périphérique et l'autre structure de jambe, l'une et l'autre liaison pivot orientation jambe présentant un axe de pivotement vertical lorsque l'exosquelette est en position de repos. Cela permet à une jambe d'effectuer des rotations verticales, qui peuvent intervenir dans un processus de stabilisation et dans un processus de marche. Ces rotations verticales contribuent à ce que ces processus soient efficaces et perçus comme étant naturels par la personne portant l'exosquelette.
[0015] L'exosquelette peut comprendre une structure de pied comprenant un plan de support sur lequel un pied de la personne portant l'exosquelette peut venir en appui lorsque le pied est à plat. Ce plan de support présentant un axe longitudinal médian. Une liaison pivot cheville peut relier la structure de pied à une des deux structures de jambe. La liaison pivot cheville peut présenter un axe de pivotement ayant :
- un angle non nul compris dans une plage de 0° à 30° par rapport au plan de support de la structure de pied, de préférence entre 5° et 30°, et
un angle non nul compris dans une plage de 0° à 45° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal médian du plan de support.
Cet axe de pivotement particulier, qui est oblique, permet à l'exosquelette de produire des mouvements au niveau d'une cheville qui se rapprochent de mouvements naturels, notamment ceux qui sont les plus fréquents et importants à ce niveau. Une seule liaison pivot et un seul actionneur suffisent donc au niveau de la cheville. Cela permet une simplification de structure, ainsi qu'une réduction en poids, encombrement, et consommation d'énergie.
[0016] Le plan de support de la structure de pied peut comprendre une plateforme avant et une plate-forme arrière, la plate-forme arrière étant reliée à la liaison pivot cheville, et une liaison pivot pied qui relie la plate-forme avant à la plate-forme arrière. La liaison pivot pied constitue une cassure du plan de support permettant un mouvement de marche plus fluide, moins saccadé, plus naturel et plus rapide par rapport à un plan de support en une seule partie, sans cassure.
[0017] Au moins une des deux structures de jambe peut comprendre un segment de jambe supérieur disposé pour côtoyer une partie supérieure de la jambe se situant au-dessus d'un genou de la personne portant l'exosquelette, un segment de jambe inférieur disposé pour côtoyer une partie inférieure de la jambe se situant en dessous du genou, et une liaison pivot genou reliant le segment de jambe inférieur au segment de jambe supérieur. Le segment de jambe supérieur peut présenter une inclinaison non nulle comprise dans une plage de 0° à 30° par rapport au segment de jambe inférieur lorsque l'exosquelette est en position de repos, de préférence entre 0° et 20°, de sorte qu'une extrémité haute du segment de jambe supérieur soit plus éloignée d'une coupe sagittale médiane de la personne portant l'exosquelette qu'une extrémité basse. Cette inclinaison permet à l'exosquelette d'effectuer un transfert de poids vers un pied de façon plus rapide et plus économe en énergie, par rapport à une structure sans une telle inclinaison. L'inclinaison réduit un déplacement du centre de gravité qui est nécessaire pour que celui-ci se trouve au-dessus d'un pied porteur.
[0018] L'exosquelette peut comprendre un dispositif de commande apte à commander au moins un actionneur compris dans l'exosquelette. [0019] Le dispositif de commande peut comprendre un détecteur apte à détecter au moins un paramètre dynamique d'au moins une partie du buste de la personne portant l'exosquelette, et un processeur apte à appliquer un signal de commande à un actionneur en fonction du paramètre détecté. Cela permet une commande intuitive de l'exosquelette : la commande se fait oublier, l'exosquelette se laisse utiliser de façon naturelle. Il convient de noter que cet aspect ne dépend pas des aspects décrits dans ce qui précède. Par exemple, l'aspect de la commande peut être mis en œuvre sans que l'exosquelette comprenne une liaison pivot cheville telle que définie dans ce qui précède, caractérisée par un axe de pivotement oblique.
[0020] Le détecteur peut comprendre au moins un capteur inertiel.
[0021 ] Le processeur peut être configuré pour effectuer plusieurs modes de contrôle, dont : un mode de contrôle de stabilisation dans lequel le processeur contrôle au moins un actionneur pour maintenir la personne portant l'exosquelette en une position de repos, et un mode de contrôle de marche dans lequel le processeur contrôle au moins un actionneur pour assister la personne portant l'exosquelette à faire une marche.
[0022] Le processeur peut être configuré pour déterminer une position d'un centre de gravité d'au moins une partie du corps de la personne portant l'exosquelette et d'appliquer un mode de contrôle en fonction de la position du centre de gravité.
[0023] Le processeur peut être apte à associer différents modes de contrôle respectivement à différentes zones dans un plan sur lequel le centre de gravité est projeté, le processeur peut ainsi appliquer un mode de contrôle associé à une zone dans laquelle se trouve le centre de gravité.
[0024] A titre illustratif, une description détaillée de quelques modes de réalisation de l'invention est présentée dans ce qui suit en référence à des dessins annexes. [0025] DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
• La figure 1 est une vue schématique de face d'une personne pouvant porter un exosquelette.
• La figure 2 est une vue schématique de côté de la personne. · La figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'un exosquelette comprenant des membres inférieurs.
• La figure 4 est une vue de dos d'une structure de bassin de l'exosquelette.
• La figure 5 est un diagramme schématique de l'exosquelette dans un état de repos. · La figure 6 est un diagramme schématique de l'exosquelette dans un état actionné au niveau de la structure de bassin.
• La figure 7 est un diagramme schématique de l'exosquelette dans un autre actionné au niveau de la structure de bassin.
• La figure 8 est un diagramme schématique simplifiée de l'exosquelette dans l'état de repos.
• La figure 9 est une vue de dessus de deux structures de pied de l'exosquelette.
• La figure 10 est une vue de dessous d'un plan de support d'une structure de pied gauche de l'exosquelette. · La figure 1 1 est un diagramme schématique simplifiée de la structure de pied gauche.
• La figure 12 est une vue en perspective d'une partie inférieure gauche de l'exosquelette comprenant une liaison pivot cheville.
• La figure 13 est un diagramme schématique représentant un axe de pivotement de la liaison pivot cheville. • La figure 14 est un diagramme schématique représentant un plan de projection pour une sélection de mode de contrôle.
[0026] DESCRIPTION DETAILLEE
[0027] Les figures 1 et 2 illustrent une personne pouvant porter un exosquelette 300. La figure 1 offre une vue schématique de face de la personne. La figure 2 offre une vue schématique de côté de la personne. La personne possède deux jambes, une jambe gauche 101 et une jambe droite 102, avec respectivement un genou gauche 103 et un genou droit 104. La personne possède deux chevilles, une cheville gauche 105 et une cheville droite 106, et deux pieds, un pied gauche 107 et un pied droit 108. La personne possède aussi un buste 109, un bassin 1 10, des hanches 1 1 1 , 1 12 et des reins, ces derniers organes n'étant pas représentés aux figures 1 et 2 pour des raisons de simplicité et de convenance.
[0028] Les figures 1 et 2 illustrent également une coupe sagittale médiane 1 13 de la personne. Cette coupe comprend un axe 1 14 correspondant à une direction dans laquelle la personne pourrait typiquement effectuer une marche. Cet axe sera dénommé « sens de la marche » dans ce qui suit. Les figures 1 et 2 illustrent en outre une coupe frontale 1 15 passant par les deux jambes 101 , 102. La figure 1 illustre deux orientations : médiale 1 16 (vers 1 13) et latérale 1 17 (à l'opposé de 1 15). La figure 2 illustre deux autres orientations : antérieure 1 18 (ou avant) et postérieure 1 19 (ou arrière).
[0029] La figure 3 illustre un exosquelette 300 que la personne illustrée aux figures 1 et 2 peut porter. La figure 3 offre une vue en perspective de l'exosquelette 300. L'exosquelette 300 comprend une structure de bassin 301 qui se situe derrière les reins de la personne lorsqu'elle porte l'exosquelette 300. La structure de bassin 301 peut être attachée au bassin 1 10 illustré à la figure 1 . Cette fixation peut être souple au moyen de, par exemple, un harnais ou une ou plusieurs sangles, ou une combinaison de tels éléments. Ces éléments ne sont pas représentés à la figure 3 pour des raisons de simplicité et de convenance. [0030] L'exosquelette 300 comprend en outre deux structures de jambes : une structure de jambe gauche 302 et une structure de jambe droite 303. La structure de jambe gauche 302 est disposée pour côtoyer la jambe gauche 101 de la personne illustrée aux figures 1 et 2. La structure de jambe droite 303 est disposée pour côtoyer la jambe droite 102 de cette personne.
[0031 ] Plus en détails, la structure de jambe gauche 302 comprend un segment de jambe supérieur 304 et un segment de jambe inférieur 305. Le segment de jambe supérieur 304 est disposé pour côtoyer une partie supérieure de la jambe gauche 101 se situant au-dessus du genou gauche 103 de la personne illustrée aux figures 1 et 2. Le segment de jambe inférieur 305 est disposé pour côtoyer une partie inférieure de la jambe gauche 101 se situant en dessous du genou gauche 103. De même, la structure de jambe droite 303 comprend aussi un segment de jambe supérieur 306 et un segment de jambe inférieur 307 illustrés à la figure 3. [0032] L'exosquelette 300 comprend deux structures de pied : une structure de pied gauche 308 et une structure de pied droite 309. La structure de pied gauche 308 comprend un plan de support 310 sur lequel le pied gauche 107 de la personne illustrée aux figures 1 et 2 peut venir en appui lorsque le pied gauche
107 est à plat. De même, la structure de pied droite 309 comprend un plan de support 31 1 sur lequel le pied droit 108 peut venir en appui lorsque le pied droit
108 est à plat.
[0033] L'exosquelette 300 comprend deux structures de hanche : une structure de hanche gauche 314 disposée pour côtoyer une hanche gauche 1 1 1 de la personne et une structure de hanche droite 315 disposée pour côtoyer une hanche droite 1 12 de la personne illustrée aux figures 1 et 2.
[0034] L'exosquelette 300 comprend plusieurs liaisons pivot : une paire au niveau des hanches, une paire au niveau des genoux, et une paire au niveau des chevilles.
[0035] Plus en détails, la paire de liaisons pivot au niveau des hanches comprend une liaison pivot hanche gauche 312 et une liaison pivot hanche droite 313. La liaison pivot hanche gauche 312 relie la structure de jambe gauche 302 de façon rotative à la structure de hanche gauche 314. De même, la liaison pivot hanche droite 313 relie la structure de jambe droite 303 à la structure de hanche droite 315. [0036] La paire de liaisons pivot au niveau des genoux comprend une liaison pivot genou gauche 316 et une liaison pivot genou droit 317. La liaison pivot genou gauche 316 relie le segment de jambe inférieur 305 de la structure de jambe gauche 302 au segment de jambe supérieur 304 de cette structure. De même, la liaison pivot genou droit 317 relie le segment de jambe inférieur 307 de la structure de jambe droite 303 au segment de jambe supérieur 306 de cette structure.
[0037] La paire de liaisons pivot cheville comprend une liaison pivot cheville gauche 318 et une liaison pivot cheville droite 319. La liaison pivot cheville gauche 318 relie la structure de pied gauche 308 à la structure de jambe gauche 302. De même, liaison pivot cheville droite 319 relie la structure de pied droite 309 à la structure de jambe droite 303.
[0038] L'exosquelette 300 comprend encore d'autres liaisons pivot. Ces autres liaisons pivot seront présentées et décrites dans ce qui suit.
[0039] L'exosquelette 300 comprend plusieurs dispositifs d'actionnement 320- 325. Un dispositif d'actionnement est associé à une liaison pivot mentionnée dans ce qui précède. Le dispositif d'actionnement permet aux éléments reliés par la liaison pivot en question d'effectuer un mouvement de rotation l'un par rapport à l'autre. Ainsi, l'exosquelette 300 comprend un dispositif d'actionnement genou gauche 320, un dispositif d'actionnement genou droit 321 , un dispositif d'actionnement hanche gauche 322, un dispositif d'actionnement hanche droit 323, un dispositif d'actionnement cheville gauche 324, et un dispositif d'actionnement cheville droite 325.
[0040] Le dispositif d'actionnement genou gauche 320, qui est associé à la liaison pivot genou gauche 316, est décrit plus en détail à titre d'exemple. Le dispositif d'actionnement genou gauche 320 comprend un actionneur 326 et deux organes de raccordement rotatifs 327, 328. Un organe de raccordement rotatif 327 relie une extrémité de l'actionneur 326 au segment de jambe supérieur 304 à un point de raccordement relativement éloigné de la liaison pivot genou gauche 316. L'autre organe de raccordement rotatif 328 relie une autre extrémité de l'actionneur 326 au segment de jambe inférieur 305 à un point de raccordement relativement proche de la liaison pivot genou gauche 316, juste en dessous de celle-ci.
[0041 ] L'actionneur 326 est apte à effectuer un mouvement linéaire entre ses extrémités. Ce mouvement linéaire se transforme en un mouvement de rotation du segment de jambe inférieur 305 par rapport au segment de jambe supérieur 304. L'organe de raccordement rotatif 327 peut comprendre un joint de Cardan. L'autre organe de raccordement rotatif 328 peut comprendre une rotule. La figure 3 illustre cet agencement, qui peut être aussi inversé. Un tel agencement permet au dispositif d'actionnement genou gauche 320, ainsi qu'aux segments de jambe, supérieur 304 et inférieur 305, d'effectuer des mouvements utiles, en trois dimensions. Les points de raccordement, mentionnés dans ce qui précède, restent fixes respectivement par rapport au segment de jambe supérieur 304 et par rapport au segment de jambe inférieur 305.
[0042] Le dispositif d'actionnement 320 associé à la liaison pivot genou gauche 316 constitue en effet un quadrilatère ayant un segment de longueur variable. Ce segment est l'actionneur 326 qui peut être sous forme d'un vérin. Ce vérin peut être, par exemple, un vérin électrique, hydraulique, pneumatique ou tout autre type d'actionneur linéaire. Le vérin a une longueur ajustable au moyen d'un signal de contrôle appliqué au vérin. L'actionneur 326 associé à la liaison pivot genou gauche 316 sera désigné par « actionneur genou gauche 326 » dans ce qui suit pour des raisons de clarté et de convenance.
[0043] Les autres dispositifs d'actionnement 321 -325 mentionnés dans ce qui précède ont une structure similaire et fonctionnent donc de façon similaire. Ces dispositifs d'actionnement comprennent aussi des actionneurs 329-333 représentés à la figure 3. Ces actionneurs seront respectivement désignés par « actionneur genou droit 329 », « actionneur hanche gauche 330 », « actionneur hanche droite 331 », « actionneur cheville gauche 332 », et « actionneur cheville droite 333 » dans ce qui suit pour des raisons de clarté et de convenance. L'adjectif d'une telle désignation indique la liaison pivot à laquelle l'actionneur est associé. [0044] La figure 4 illustre la structure de bassin 301 de l'exosquelette 300 plus en détails. Cette figure offre une vue de dos de la structure de bassin 301 . La structure de bassin 301 comprend un segment de bassin central 401 disposé pour être attaché au bassin 1 10 de la personne illustrée aux figures 1 et 2. Le segment de bassin central 401 peut donc comprendre un ou plusieurs organes de fixation, telle qu'un harnais ou une ou plusieurs sangles, comme il a été mentionné dans ce qui précède.
[0045] La structure de bassin 301 comprend une paire de segments de bassin périphériques : un segment de bassin périphérique gauche 402, et un segment de bassin périphérique droit 403. [0046] La structure de bassin 301 comprend une paire de liaisons pivot : une liaison pivot bassin gauche 404 et une liaison pivot bassin droite 405. La liaison pivot bassin gauche 404 relie le segment de bassin périphérique gauche 402 au segment de bassin central 401 . La liaison pivot bassin droite 405 relie le segment de bassin périphérique droit 403 au segment de bassin central 401 . Ces liaisons pivot bassin, gauche 404 et droite 405, présentent chacune un axe de pivotement horizontal lorsque l'exosquelette 300 est en position de repos.
[0047] La structure de bassin 301 comprend en outre une paire de liaisons pivot orientation jambe : une liaison pivot orientation jambe gauche 410 et une liaison pivot orientation jambe droite 41 1 . La liaison pivot orientation jambe gauche 410 relie le segment de bassin périphérique gauche 402 à la structure de hanche gauche 314. La liaison pivot orientation jambe droite 41 1 relie le segment de bassin périphérique droit 403 à la structure de hanche droite 315. Les liaisons pivot orientation jambe, gauche 410 et droite 41 1 , présentent un axe de pivotement vertical lorsque l'exosquelette 300 est en position de repos. [0048] Un dispositif d'actionnement 406 est associé à la paire de liaisons pivot bassin 404, 405. Ce dispositif comprend un actionneur 407 et deux articulations. Une articulation gauche relie une extrémité gauche de l'actionneur 407 à une bielle du segment de bassin périphérique gauche 402. Une articulation droite relie une extrémité droite de l'actionneur 407 à une bielle du segment de bassin périphérique droit 403. L'actionneur 407 peut être sous forme d'un vérin. Ce vérin peut être, par exemple, un vérin électrique, hydraulique, pneumatique ou tout autre type d'actionneur linéaire. L'actionneur sera désigné par « actionneur bassin 407 » dans ce qui suit pour des raisons de clarté et de convenance. L'actionneur bassin 407 a une longueur ajustable au moyen d'un signal de contrôle appliqué à l'actionneur bassin 407.
[0049] Un dispositif de blocage gauche 408 est associé à la liaison pivot bassin gauche 404. Le dispositif de blocage gauche 408 est commutable entre un état déverrouillé et un état verrouillé. Dans l'état déverrouillé, le dispositif de blocage gauche 408 permet un pivotement du segment de bassin périphérique gauche 402 par rapport au segment de bassin central 401 . Ce pivotement est possible grâce à la liaison pivot bassin gauche 404. En revanche, dans l'état verrouillé, le dispositif de blocage gauche 408 empêche un tel pivotement. Dans cet état, le segment de bassin périphérique gauche 402 est rigidement relié au segment de bassin central 401 .
[0050] De façon similaire, un dispositif de blocage droit 409 est associé à la liaison pivot bassin droite 405. Le dispositif de blocage droit 409 est également commutable entre un état déverrouillé et un état verrouillé afin, respectivement, de permettre et d'empêcher un pivotement du segment de bassin périphérique droit 403 par rapport au segment de bassin central 401 .
[0051 ] Cet agencement de la structure de bassin 301 permet des mouvements de rotation latéraux au niveau du bassin 1 10. Un tel mouvement de rotation s'effectue soit du côté gauche de la structure de bassin 301 , soit du côté droit, à un instant donné. Cela en fonction d'un blocage respectivement de la liaison pivot bassin droite 405 ou la liaison pivot bassin gauche 404. Ces mouvements de rotation latéraux peuvent intervenir dans un processus de stabilisation de la personne portant l'exosquelette lorsque cette personne est debout et à l'arrêt. Ce processus sera décrit plus en détails dans ce qui suit.
[0052] Les mouvements de rotation latéraux peuvent aussi avantageusement intervenir dans un processus de marche : la personne portant l'exosquelette marche en ligne droite. Ces mouvements s'effectuent alors en alternance du côté gauche et du côté droit d'une façon qui peut être régulière. Ils fournissent des impulsions gauche-droite au niveau du bassin 1 10 lors du processus de marche. Ces mouvements contribuent ainsi à un équilibre dynamique d'un mouvement de marche vers l'avant. En fait, un processus de marche se caractérise généralement par une asymétrie des appuis au sol: pied gauche 107 puis pied droit 108. Les mouvements de rotation latéraux, et en alternance gauche-droite, contribuent à compenser dynamiquement cette asymétrie.
[0053] La liaison pivot bassin gauche 404 peut comprendre un membre élastiquement déformable. La liaison pivot bassin droite 405 peut également comprendre un membre élastiquement déformable. Ces membres élastiquement déformables peuvent comprendre, par exemple, un ou plusieurs ressorts de torsion. Ils seront respectivement désignés par « ressort de bassin gauche » et « ressort de bassin droit » dans ce qui suit pour des raisons de convenance.
[0054] Le ressort de bassin gauche peut emmagasiner de l'énergie cinétique lorsque le segment de bassin périphérique gauche 402 effectue un pivotement par rapport au segment de bassin central 401 à partir d'une position de repos. Cette énergie peut être réinjectée lorsque le segment de bassin périphérique gauche 402 effectue un pivotement inverse. Cela permet de réduire une puissance consommée par l'actionneur bassin 407 ; le ressort de bassin gauche peut assister l'actionneur bassin 407 à effectuer le pivotement inverse. Les mêmes remarques s'appliquent au ressort de bassin droit, qui peut emmagasiner de l'énergie cinétique lorsque le segment de bassin périphérique droit 403 effectue un pivotement.
[0055] La structure de bassin 301 illustré à la figure 4 et décrite dans ce qui précède est particulièrement adaptée à une reproduction artificielle d'une marche humaine. Un processus d'affaissement du bassin 1 10 intervient dans la marche humaine, du côté d'une jambe oscillante effectuant un pas vers l'avant. Pendant une phase de basculement vers l'avant et de propulsion, le pied de l'autre jambe, qui sert d'appui, se plie et la cheville passe en flexion plantaire. Sans affaissement du bassin 1 10, le centre de gravité du corps humain aurait alors tendance à s'élever mécaniquement, ce qui est consommateur d'énergie tout autant que superflu.
[0056] La structure de bassin 301 est adaptée pour s'affaisser latéralement du côté de la jambe oscillante. Cet affaissement peut s'effectuer en mettant en œuvre des masses présentes de ce côté. Il en résulte une chute locale par gravité, qui est contrôlée par la structure de bassin 301 , notamment par l'actionneur bassin 407. Cela a pour effet de diminuer une élévation globale du centre de gravité qui se produirait sans affaissement du bassin 1 10. De plus, la chute locale par gravité libère de l'énergie dont une partie est stockée dans le ressort de bassin dans la liaison pivot bassin laissée libre. [0057] Puis, quand la jambe oscillante entre en contact avec le sol à la fin du pas, le côté de la structure de bassin 301 qui s'était affaissé est relevé. L'énergie stockée dans le ressort peut alors être mise à contribution. Les actionneurs de l'exosquelette 300 associés à la jambe oscillante qui vient d'entrer en contact avec le sol, aident aussi à relever le bassin 1 10. L'actionneur bassin 407, qui entre aussi en jeu, n'est n'est donc pas seul à agir. Il suffit que l'actionneur bassin 407 ne fournisse qu'une partie de l'énergie nécessaire pour relever la structure de bassin 301 . L'actionneur bassin 407 peut ainsi être un dispositif à relativement basse puissance et, de ce fait, de relativement faibles dimensions. Cela permet des réalisations compactes de la structure de bassin 301 . [0058] Les liaisons pivot orientation jambe 410, 41 1 sont actionnées. Un actionneur 412 est associé à la liaison pivot orientation jambe gauche 410. De même, un actionneur 413 est associé à la liaison pivot orientation jambe droite 41 1 . Ces actionneurs 412, 413 peuvent chacun être sous forme d'un motoréducteur électrique comprenant un moteur électrique et un ou plusieurs étages de réduction. Ces étages de réduction couplent le moteur électrique à la liaison pivot orientation jambe concernée. Les étages de réductions peuvent comprendre, par exemple, un ou plusieurs engrenages, un ou plusieurs réducteurs à roue et vis sans fin, un ou plusieurs réducteurs épicycloïdaux et tout autre type de réducteur mécanique. Les actionneurs 412, 413 seront respectivement désignés « actionneur orientation jambe gauche 412 » et « actionneur orientation jambe droite 413 » dans ce qui suit pour des raisons de clarté et de convenance.
[0059] La liaison pivot orientation jambe gauche 410 permet donc une rotation verticale motorisée de la structure de jambe gauche 302 par rapport au segment de bassin central 401 . De même, la liaison pivot orientation jambe droite 41 1 permet une rotation verticale motorisée de la structure de jambe droite 303 par rapport au segment de bassin central 401 . Ces rotations verticales peuvent intervenir dans un processus de stabilisation et dans un processus de marche. Les rotations verticales contribuent à ce que ces processus soient efficaces et perçus comme étant naturels par la personne portant l'exosquelette. [0060] Par exemple, une rotation verticale de la structure de jambe gauche 302 permet de convenablement orienter la structure de pied gauche 308 pour effectuer un virage à gauche. De même, une rotation verticale de la structure de jambe droite 303 peut contribuer à une prise de virage à droite. Dans d'autres cas, les liaisons pivot orientation jambe 410, 41 1 permettent de faire pivoter la structure de bassin 301 par rapport à une jambe. Cela permet un transfert de poids vers la gauche ou vers la droite. Ce transfert de poids peut avantageusement intervenir pour initialiser un mouvement de pas ; le poids est transféré vers une jambe porteuse. Un équilibrage en position debout implique aussi typiquement un transfert de poids dans lequel les liaisons pivot orientation jambe 410, 41 1 peuvent jouer un rôle. Les liaisons pivot orientation jambe 410, 41 1 peuvent aussi intervenir dans un processus de marche. Une rotation verticale de la structure de bassin 301 par rapport à une jambe porteuse permet d'allonger un pas et, en conséquence, de rendre le processus de marche plus efficace.
[0061 ] La figure 5 illustre l'exosquelette 300 dans un état de repos. L'exosquelette 300 est représenté par un diagramme schématique. Des éléments identiques ou similaires à ceux présentés dans ce qui précède sont repérés par des signes de référence identiques.
[0062] L'exosquelette 300 comprend un dispositif de commande 501 apte à commander divers actionneurs : l'actionneur bassin 407, l'actionneur orientation jambe gauche 412, l'actionneur orientation jambe droite 413, , l'actionneur genou gauche 326, l'actionneur genou droit 329, l'actionneur hanche gauche 330, l'actionneur hanche droite 331 , l'actionneur cheville gauche 332, et l'actionneur cheville droite 333. Le dispositif de commande 501 peut également commander le dispositif de blocage gauche 408 et le dispositif de blocage droit 409, illustrés à la figure 4, associés respectivement à la liaison pivot bassin gauche 404 et à la liaison pivot bassin droite 405. Le dispositif de commande 501 peut commander un quelconque des éléments précités au moyen d'un signal de commande transmis à l'élément concerné. Cette transmission peut se faire de façon filaire ou non filaire. [0063] Le dispositif de commande 501 comprend un détecteur 510 apte à détecter un paramètre dynamique d'une partie du corps de la personne portant l'exosquelette. Cette partie du corps est de préférence libre de l'exosquelette 300, c'est-à-dire non reliée à celui-ci. Cette partie de corps peut être, par exemple, le buste 109 de la personne portant l'exosquelette illustré à la figure 1 . Dans ce cas, le paramètre dynamique peut comprendre une position du buste 109, une vitesse de déplacement du buste 109, ou une accélération du buste 109.
[0064] Le détecteur 510 peut comprendre un ensemble de capteurs inertiels 51 1 , 512, 513. Par exemple, deux capteurs inertiels 51 1 , 512 peuvent être situés sur la poitrine de la personne portant l'exosquelette. Un autre capteur inertiel 513 peut être situé au niveau du nombril. Cet endroit correspond à un centre de gravité naturel pour une personne humaine. L'ensemble de capteurs inertiels 51 1 , 512, 513 définit, en effet, un triangle. Cette disposition permet de détecter de nombreuses positions, ou de nombreux mouvements, du buste 109 par rapport aux jambes 101 , 102, et donc par rapport à l'exosquelette 300. Par exemple, l'ensemble de capteurs inertiels 51 1 , 512, 513 peut détecter les positions suivantes du buste 109 : penché en avant, penché en arrière, penché sur le côté droit, penché sur le côté gauche. L'ensemble de capteurs inertiels 51 1 , 512, 513 peut également détecter un état de balancement du bassin 1 10 lors d'un processus de marche, ou encore une rotation du buste 109.
[0065] Le dispositif de commande 501 comprend un processeur 514 qui reçoit un ou plusieurs signaux de détection du détecteur 510. Ces signaux de détection indiquent une position ou un mouvement du buste 109. Le processeur 514 peut ainsi appliquer un signal de commande à un ou plusieurs des actionneurs 407, 412, 413, 326, 329-333 mentionnés dans ce qui précède en fonction de la position, ou du mouvement, du buste 109 de la personne portant l'exosquelette. [0066] Par ailleurs, le processeur 514 peut aussi recevoir des signaux en provenance des actionneurs, donnant des informations sur ceux-ci. Le processeur 514 peut prendre ces signaux en compte pour établir des signaux de commande. En se faisant, le processeur 514 peut mettre en œuvre une boucle d'asservissement pour un actionneur. Le processeur 514 peut déterminer une valeur de consigne pour cette boucle d'asservissement, et donc l'actionneur en question, à partir des signaux de détection en provenance du détecteur 510.
[0067] Plus spécifiquement, le processeur 514 peut adjoindre un mode de fonctionnement spécifique de l'exosquelette 300 à une position ou un mouvement du buste 109. Le processeur 514 peut ensuite générer un ou plusieurs signaux de commande appropriée pour un ou plusieurs actionneurs. Par exemple, le processeur 514 peut interpréter la position « penché en avant » en une la volonté d'avancer. Dans ce cas, le processeur 514 commande les actionneurs de l'exosquelette 300 de sorte qu'un mouvement vers l'avant est effectué. Cela peut correspondre à un mode de fonctionnement « marche vers l'avant ». Le processeur 514 peut également employer les signaux de détection pour effectuer un balancement de la structure de bassin 301 lors de cette marche. Le processeur 514 peut ainsi stabiliser la personne portant l'exosquelette dans sa marche vers l'avant et agir sur l'exosquelette 300 si des corrections sont nécessaires. Dans un autre exemple, le processeur 514 peut interpréter une détection de mouvements relativement brusques comme un besoin de rééquilibrer l'exosquelette 300. [0068] Un tel dispositif de commande 501 présente plusieurs avantages. La personne peut commander l'exosquelette 300 de façon intuitive. Cette commande se fait oublier ; l'exosquelette 300 se laisse utiliser de façon naturelle. L'exosquelette 300 et sa commande reproduisent un mécanisme de « chute rattrapée » caractéristique d'une marche humaine. Cela apporte aussi un avantage d'ordre énergétique : l'exosquelette 300 peut utilement utiliser une énergie produite par une chute en avant dans un processus de marche. Cela permet de réduire une demande en puissance électrique pour mettre en œuvre ce processus. [0069] La figure 6 illustre l'exosquelette 300 dans un état actionné au niveau de la structure de bassin 301 . L'exosquelette 300 est représenté par un diagramme schématique similaire à celui de la figure 5. Dans l'état actionné illustré à la figure 6, la structure de jambe droite 303 s'incline légèrement latéralement. Pour ce faire, la liaison pivot bassin droite 405 est dans l'état déverrouillé, tandis que la liaison pivot bassin gauche 404 est dans l'état verrouillé. L'actionneur bassin 407 s'élargit en longueur sous commande du processeur 514. Les deux extrémités de l'actionneur bassin 407 s'éloignent provoquant ainsi un pivotement du segment de bassin périphérique droit 403 par rapport au segment de bassin central 401 .
[0070] La figure 7 illustre l'exosquelette 300 dans un autre état actionné au niveau de la structure de bassin 301 . L'exosquelette 300 est représenté par un diagramme schématique similaire à ceux des figures 5 et 6. Dans l'état actionné illustré à la figure 7, qui peut être considéré l'inverse de celui représenté à la figure 6, c'est la structure de jambe gauche 302 qui s'incline légèrement latéralement. Pour ce faire, la liaison pivot bassin gauche 404 est dans l'état déverrouillé, tandis que la liaison pivot bassin droite 405 est dans l'état verrouillé. Ici aussi, l'actionneur bassin 407 élargit en longueur sous commande du processeur 514. Les deux extrémités de l'actionneur bassin 407 s'éloignent provoquant dans ce cas un pivotement du segment de bassin périphérique gauche 402 par rapport au segment de bassin central 401 . [0071 ] Les états actionnés illustrés aux figures 6 et 7 peuvent intervenir, par exemple, lors d'un processus de stabilisation, la personne portant l'exosquelette étant en position debout, statique, ou lors d'un processus de marche. Ces processus peuvent comprendre une multitude de mouvements. Un mouvement au niveau des chevilles, notamment latéral, oriente le haut du corps. Ce mouvement se combine typiquement avec des mouvements au niveau de la structure de bassin 301 , qui ne se limite pas nécessairement à ceux illustrés aux figures 6 et 7.
[0072] Un processus de stabilisation, ou un processus de marche, implique typiquement un transfert du poids du corps de la personne portant l'exosquelette. Par exemple, un transfert du poids du corps vers la gauche ou, le cas échéant, vers la droite, est important pour démarrer le processus de marche. La liaison pivot orientation jambe gauche 410 ou, le cas échéant, la liaison pivot orientation jambe droite 41 1 intervient dans ce transfert du poids. Ces liaisons pivot orientation jambe 410, 41 1 permettent à la structure de bassin 301 d'effectuer un mouvement de rotation par rapport à une jambe d'appui, ce qui entraîne le transfert du poids. En transférant le poids du corps sur un pied, l'autre pied est libéré et peut ainsi quitter le sol. Le transfert du poids peut aussi intervenir dans le processus de stabilisation, en réaction à des perturbations extérieures, pour un rééquilibrage en position debout.
[0073] Lors d'un transfert de poids, l'exosquelette 300 peut être amené à effectuer plusieurs types de rotations au niveau du bassin 1 10 de la personne portant l'exosquelette. Il existe trois rotations par rapport à chaque jambe. Des rotations selon un axe vertical peuvent s'effectuer au moyen de la liaison pivot orientation jambe gauche 410 et de la liaison pivot orientation jambe droite 41 1 . Des rotations selon un axe horizontal, perpendiculaire à la coupe frontale 1 15 illustrée aux figures 1 et 2, peuvent s'effectuer au moyen de la liaison pivot bassin gauche 404 et de la liaison pivot bassin droite 405. Des rotations selon un axe horizontal, perpendiculaire à la coupe sagittale médiane 1 13 illustrée aux figures 1 et 2, peuvent s'effectuer au moyen de la liaison pivot hanche gauche 312 et de la liaison pivot hanche droite 313.
[0074] La figure 8 illustre encore de l'exosquelette 300 dans l'état de repos. La figure 8 est un diagramme schématique simplifié par rapport à la figure 5. La figure 8 illustre que le segment de jambe supérieur 304 de la structure de jambe gauche 302 présente une inclinaison 801 non nulle par rapport au segment de jambe inférieur 305 lorsque l'exosquelette 300 est dans l'état de repos. Cette inclinaison 801 est de sorte qu'une extrémité haute 802 du segment de jambe supérieur 304 gauche soit plus éloignée de la coupe sagittale médiane 1 13 de la personne portant l'exosquelette qu'une extrémité basse 803. L'inclinaison 801 peut être comprise dans une plage de 0° à 30°, de préférence entre 0° et 20°. Les mêmes remarques s'appliquent au segment de jambe supérieur 306 de la structure de jambe droite 303, qui présente une inclinaison 804 par rapport au segment de jambe inférieur 307. [0075] L'inclinaison 801 , 804 des segments de jambe supérieurs, gauche 304 et droit 306, reproduit une inclinaison naturelle. Les fémurs d'un humain sont typiquement inclinés par rapport à la verticale lorsque l'humain est en position normale, debout. En reproduisant cette inclinaison, l'exosquelette 300 est à même d'effectuer un transfert de poids vers un pied de façon plus rapide et plus économe en énergie, par rapport à une structure sans de telles inclinaisons. L'inclinaison réduit un déplacement du centre de gravité qui est nécessaire pour que celui-ci se trouve au-dessus d'un pied d'appui.
[0076] La figure 9 illustre plus en détails les deux structures de pied 308, 309 de l'exosquelette 300. La figure 9 offre une vue de dessus de ces deux structures de pied : la structure de pied gauche 308 et la structure de pied droite 309. Le plan de support 310 de la structure de pied gauche 308 présente un axe longitudinal médian 901 indiqué à la figure 9. De même, le plan de support 31 1 de la structure de pied droite 309 présente un axe longitudinal médian 902 aussi indiqué à cette figure. [0077] Par axe longitudinal médian 901 (respectivement 902), on comprendra dans ce qui suit l'axe de la structure de pied gauche 308 (respectivement droit 309) compris dans le plan de support 31 1 et s'étendant en regard du deuxième rayon du pied de l'utilisateur, lorsque un utilisateur place son pied sur la structure de pied gauche 308 (respectivement droit 309). [0078] Le plan de support 310 de la structure de pied gauche 308 comprend une plate-forme avant 903 et une plate-forme arrière 904. L'axe longitudinal médian 901 (respectivement 902) s'étend donc sensiblement entre la zone correspondant au talon de la structure de pied gauche 308 (respectivement droit 309) et le bord 1004 de la plateforme avant 903.
[0079] Une liaison pivot pied 905 relie la plate-forme avant 903 à la plate-forme arrière 904. La plate-forme arrière 904 est reliée à la liaison pivot cheville gauche 318. La liaison pivot pied 905 comprend un membre élastiquement déformable
906, qui peut être sous forme d'un ressort de torsion. Ce membre élastiquement déformable sera dénommé « ressort de torsion 906 » dans ce qui suit pour des raisons de convenance. Le ressort de torsion 906 est capable d'emmagasiner de l'énergie sous forme potentielle lorsque la plate-forme avant 903 est pliée par rapport à la plate-forme arrière 904. Le plan de support 31 1 de la structure de pied droite 309 a une structure similaire, comprenant comprend une plate-forme avant
907, une plate-forme arrière 908, et une liaison pivot pied 909.
[0080] La liaison pivot pied 905 constitue une cassure du plan de support 310 permettant un mouvement de marche plus fluide, moins saccadé, plus naturel et plus rapide par rapport à un plan de support en une seule partie, sans cassure. Lors d'un processus de marche, un plan de support en une seule partie, sans cassure, devrait quitter le sol, soit parallèlement à ce sol, soit en terminant par un appui ponctuel ou linéique très difficilement contrôlable. La liaison pivot pied 905 contribue donc à reproduire plus fidèlement une fonction de marche que la personne portant l'exosquelette a perdue. Cela contribué aussi à une acceptation plus facile de l'exosquelette 300 par la personne le portant, ainsi qu'une accommodation plus facile et plus rapide.
[0081 ] Un autre avantage de la liaison pivot pied 905 consiste en un effet de propulsion vers l'avant lorsque la plate-forme arrière 904 décolle du sol, tandis que la plate-forme avant 903 continue à être en appui sur le sol. La cassure, formée par la liaison pivot pied 905, constitue un axe de rotation pour un mouvement de chute contrôlée. Cet axe de rotation permet d'ajouter une composante de translation vers l'avant au mouvement de chute contrôlée. Cet effet de propulsion vers l'avant est important dans une marche dynamique d'un être humain. L'effet permet d'allonger un pas d'une façon énergétiquement efficace. [0082] Le ressort de torsion 906 permet de récupérer une partie de l'énergie potentielle qui se libère lors de la chute vers l'avant. En effet, le ressort de torsion 906 présente une raideur qui est contrée par la chute vers l'avant. Le ressort de torsion 906 stocke cette énergie pour la restituer lorsque la structure de pied gauche 308 décolle du sol en fin de pas. La description relative à la structure de pied gauche 308 dans ce qui précède, s'applique mutatis mutandis à la structure de pied droite 309.
[0083] La figure 10 illustre d'autres aspects de la structure de pied gauche 308 qui s'appliquent également à la structure de pied droite 309. La figure 10 offre une vue de dessous et en perspective du plan de support 310 de cette structure de pied. Le plan de support 310 comprend une semelle souple 1001 apte à entrer en contact avec le sol. Cette semelle souple 1001 se trouve en-dessous d'une armature rigide, qui peut être sous forme de deux plaques métalliques 1002, 1003 reliées l'une à l'autre par la liaison pivot pied 905. [0084] La semelle souple 1001 présente une surface apte à entrer en contact avec le sol. Cette surface est délimitée par des bords arrondis 1004 clairement représentés à la figure 10. Ces arrondis 1004 de la semelle souple 1001 se situent notamment aux extrémités du pied et sur les côtés. Les arrondis 1004 permettent de fluidifier plus encore un mouvement vers l'avant. Les arrondis 1004 de la semelle sur ses côtés permettent aux pieds de rouler légèrement sur ces côtés, notamment lorsque la structure de bassin 301 produit des impulsions latérales afin d'équilibrer un mouvement parasite latéral, en position debout à l'arrêt.
[0085] La figure 1 1 illustre encore la structure de pied gauche 308. La figure 1 1 est un diagramme schématique simplifiée par rapport à la figure 9. La figure 1 1 illustre que la liaison pivot pied 905 se situe dans un quadrant délimité par la coupe sagittale médiane 1 13 de la personne portant l'exosquelette et la coupe frontale 1 15 passant par la jambe. La liaison pivot pied 905 présente un axe de pivotement 1 101 définissant un triangle rectangle dans ce même quadrant. L'axe de pivotement 1 101 a un angle 1 102 compris dans une plage de 45° à 90° par rapport à la coupe sagittale médiane 1 13. [0086] La figure 1 1 illustre en outre que la plate-forme arrière 904 est plus proche de la coupe sagittale médiane 1 13 que la plate-forme avant 903. L'axe longitudinal médian 901 du plan de support 310 présente alors un angle 1 103 compris entre 0° et 45° par rapport à la coupe sagittale médiane 1 13 lorsque l'exosquelette 300 est en position de repos. Cette plage d'angles peut aussi avoir une limite inférieure plus élevée, par exemple, d'un ou quelques degrés.
[0087] La structure de pied gauche 308 de l'exosquelette 300 est donc orientée vers l'extérieur d'un angle, qui peut être de 15°, par rapport à une direction sagittale plutôt que d'être orienté tout droit dans la direction sagittale. Cette orientation vers l'extérieur permet de mieux reproduire une marche humaine puisque les pieds humains sont également orientés de cette manière. De plus, lors d'un pas, pendant une phase de poussée, cette orientation du pied permet de mieux diriger la poussée. La poussée comprend ainsi une composante latéro- médiale, afin de propulser le corps de la personne portant l'exosquelette d'un pied porteur vers un pied récepteur.
[0088] La figure 1 1 illustre que la liaison pivot pied 905, qui forme la cassure de la structure de pied gauche 308, est orientée de manière à être quasi perpendiculaire à la coupe sagittale, c'est-à-dire quasi perpendiculaire à l'axe de la marche. Dans cet exemple, la liaison pivot pied 905 n'est donc pas perpendiculaire à l'axe longitudinal médian 901 du plan de support 310 de la structure de pied gauche 308. Cette orientation de la liaison pivot pied 905 permet un basculement de l'exosquelette 300, ainsi que la personne qui le porte, vers l'avant dans le sens de la marche. La liaison pivot cheville gauche 318 joue également un rôle dans ce basculement ayant une orientation antéro-médiale, ce qui sera décrit dans ce qui suit.
[0089] La figure 12 illustre une partie inférieure gauche de l'exosquelette 300 comprenant la liaison pivot cheville gauche 318. La figure 12 offre une vue en perspective de la partie inférieure gauche de l'exosquelette 300. La figure 12 illustre que la liaison pivot cheville gauche 318 présente un axe de pivotement 1201 ayant une orientation particulière. L'axe de pivotement 1201 peut être qualifié comme oblique car il n'est contenu dans aucun plan de référence : frontal, sagittal ou horizontal. En revanche, l'axe de pivotement 1201 est orienté de la manière suivante : latéro-médial, postéro-antérieur, dorso- plantaire. L'axe de pivotement 1201 comprend toutefois une composante principale perpendiculaire à l'axe longitudinal médian 901 du plan de support 310 de la structure de pied gauche 308, illustrée à la figure 9.
[0090] La figure 12 illustre aussi plus en détail le dispositif d'actionnement cheville gauche 324 associé à la liaison pivot cheville gauche 318. L'actionneur cheville gauche 332 de ce dispositif est disposé entre la structure de jambe gauche 302, dont la figure 12 illustre le segment de jambe inférieur 305, et la structure de pied gauche 308. Le dispositif d'actionnement cheville gauche 324 peut provoquer un pivotement de la structure de pied gauche 308 par rapport à la structure de jambe gauche 302 selon l'axe de pivotement 1201 de la liaison pivot cheville gauche 318.
[0091 ] Le dispositif d'actionnement cheville gauche 324 comprend un joint de Cardan 1202 et une liaison de rotule 1203 en sus de l'actionneur cheville gauche 332. Le joint de Cardan 1202 relie une extrémité de l'actionneur cheville gauche 332 à la structure de pied gauche 308, plus précisément à la plate-forme arrière 904 de celle-ci. La liaison de rotule 1203 relie une autre extrémité de l'actionneur cheville gauche 332 au segment de jambe inférieur 305 à un point de raccordement éloigné de la structure de pied gauche 308. L'actionneur cheville gauche 332 peut être sous forme d'un vérin, comme il à été mentionné dans ce qui précède. L'actionneur cheville gauche 332 est situé postérieurement au segment de jambe inférieur 305 et s'apparente en quelque sorte à un muscle soléaire. [0092] Le dispositif d'actionnement cheville gauche 324, la liaison pivot cheville gauche 318, le segment de jambe inférieur 305, et la structure de pied gauche 308, forment une boucle cinématique. Cette boucle cinématique peut effectuer des mouvements en trois dimensions, qui ne restent donc pas compris dans un plan de référence. Lors de ces mouvements l'actionneur cheville gauche 332 reste le long du segment de jambe inférieur 305 de l'exosquelette 300. Cela permet un faible encombrement de cet ensemble et évite des interférences entre l'actionneur cheville gauche 332 et la jambe gauche 101 de la personne portant l'exosquelette 300.
[0093] La figure 13 illustre schématiquement l'axe de pivotement 1201 de la liaison pivot cheville gauche 318. La figure 13 présente un diagramme schématique de l'axe de pivotement 1201 . Le plan de support 310 de la structure de pied gauche 308 est représenté schématiquement dans cette figure. Un plan 1202 perpendiculaire à l'axe longitudinal médian 901 du plan de support 310 est aussi représenté. Une flèche représente le sens de la marche. [0094] L'axe de pivotement 1201 de la liaison pivot cheville gauche 318 présente un angle β non nul compris dans une plage de 0° à 30° par rapport au plan de support 310 de la structure de pied, de préférence compris entre 5° et 30°. L'axe de pivotement 1201 présente un angle a non nul compris dans une plage de 0° à 45° par rapport à un plan 1202 perpendiculaire à l'axe longitudinal médian 901 du plan de support 310. L'une et l'autre plage d'angles peut aussi avoir une limite inférieure plus élevée, par exemple, d'un ou quelques degrés. Par exemple, l'angle a peut être de l'ordre de 3° (à 1 degré près), pour un angle β de l'ordre de 16° (à 1 degré près), afin d'optimiser la position de l'axe de pivotement 1201 de la liaison pivot cheville et d'approcher au mieux le mouvement humain, ce qui permet en outre de réduire les pertes énergétiques.
[0095] En présentant cet axe de pivotement 1201 , qui est oblique, la liaison pivot cheville gauche 318 permet à l'exosquelette 300 de produire des mouvements qui se rapprochent de mouvements naturels au niveau d'une cheville humaine, notamment des mouvements qui sont les plus fréquents et importants. Une cheville humaine, ainsi qu'un arrière-pied, constituent une biomécanique d'une complexité relativement grande. Cette biomécanique a plusieurs degrés de libertés, notamment dans des articulations tibio-tarsienne, sous-astragalienne et Chopart. Ces degrés de libertés jouent des rôles importants dans des processus de locomotion et d'équilibrage d'un être humain. [0096] L'orientation particulière de l'axe de pivotement 1201 ajoute un déport dans un sens medio-latéral à une inclinaison de la structure de jambe gauche 302 dans un sens postéro-antéheur, et inversement. Plus spécifiquement, une inclinaison de la structure de jambe gauche 302 dans un sens « positif », vers l'avant, s'accompagne d'un déport latéral relativement faible de cette structure par rapport à l'axe longitudinal médian 901 de la structure de pied gauche 308. Ce déport est donc orienté vers l'extérieur. Inversement, une inclinaison de la structure de jambe gauche 302 dans un sens « négatif », vers l'arrière, s'accompagne d'un déport vers l'intérieur par rapport à l'axe longitudinal médian de la structure de pied gauche 308. Ce déport, qui est orienté vers l'intérieur, peut être plus important que le déport orienté vers l'extérieur. [0097] Le déport dans le sens medio-latéral, grâce à l'orientation particulière de l"axe de pivotement 1201 de la liaison pivot cheville gauche 318, permet un transfert du poids du corps vers un pied porteur. Cela est en lien avec des mouvements de la structure de bassin 301 , décrits dans ce qui précède, qui peuvent également contribuer à ce transfert de poids. Le transfert de poids intervient lors du démarrage d'un pas, mais aussi en régime permanent de marche, ainsi qu'en stabilisation en position debout. Par ailleurs, pendant la marche, lors d'une propulsion il existe une phase où la liaison pivot cheville gauche 318 est en flexion plantaire et où la structure de pied est pliée en deux au niveau de la liaison pivot pied 905. Grâce à l'orientation particulière de l'axe de pivotement 1201 , une translation latérale du centre de gravité peut alors s'opérer d'un pied vers l'autre.
[0098] La liaison pivot cheville gauche 318 substitue donc de façon efficace la biomécanique relativement complexe de la cheville humaine, et de l'arrière-pied humain. La liaison pivot cheville gauche 318 constitue un système relativement simple, peu encombrant, et fiable. Cependant, ce système permet des mouvements s'approchant des mouvements importants que la biomécanique effectue lors d'un processus de marche, ou lors d'un processus de stabilisation. La description de la liaison pivot cheville gauche 318 dans ce qui précède, s'applique mutatis mutandis à la liaison pivot cheville droite 319. [0099] En se référant de nouveau à la figure 5, le processeur 514 de l'exosquelette 300 peut être programmé pour effectuer plusieurs modes de contrôle. C'est-à-dire, le processeur 514 peut comprendre un programme, c'est-à- dire un ensemble d'instructions exécutables, définissant plusieurs modes de contrôle. Par exemple, un mode de contrôle de stabilisation peut être prévu pour maintenir la personne portant l'exosquelette en une position de repos. Un mode de contrôle de marche peut être prévu pour assister la personne portant l'exosquelette à faire une marche. D'autres modes de contrôle peuvent être prévus pour, par exemple, monter des marches, descendre des marches, s'asseoir sur une chaise, et se lever d'une chaise. Dans tous ces modes de contrôle, le processeur 514 contrôle au moins une partie des actionneurs décrits dans ce qui précède, provoquant ainsi des mouvements de l'exosquelette 300.
[00100] Le programme peut également permettre au processeur 514 de sélectionner un mode de contrôle, et de l'effectuer, en fonction des signaux de détection en provenance du détecteur 510 et, plus spécifiquement, des capteurs inertiels 51 1 , 512, 513. L'exosquelette 300 peut être muni d'autres capteurs pouvant transmettre des informations utiles au processeur 514 pour effectuer le mode de contrôle sélectionné. Par exemple, un ou plusieurs capteurs capables de détecter des obstacles peuvent être prévus sur la structure de pied gauche 308 et sur la structure de pied droite 309. Ces capteurs, qui peuvent être optiques, sont ainsi à même de détecter, par exemple, une marche ou un escalier. Un tel capteur pourrait également détecter une distance par rapport à un obstacle et communiquer cette information au processeur 514.
[00101 ] Une sélection d'un mode de contrôle et sa mise en œuvre peut être fondée sur un paramètre dynamique du buste 109 de la personne, illustrée à la figure 1 , portant l'exosquelette. Les capteurs inertiels peuvent détecter un tel paramètre et communiquer une information relative au paramètre en question au processeur 514. Ainsi, le processeur 514 peut sélectionner un mode de contrôle, et le mettre en œuvre, à partir d'une vitesse de déplacement du buste 109, ou à partir d'une accélération du buste 109, telle que mesurée. Dans un autre mode de réalisation, le processeur 514 peut déterminer une position d'un centre de gravité à partir de signaux de détection en provenance des capteurs inertiels. Le processeur 514 sélectionne un mode de contrôle, et le met en œuvre, à partir de ce centre de gravité. [00102] La figure 14 illustre un plan de projection 1400 pour une sélection de mode de contrôle. Le processeur 514 projette sur ce plan 1400 le centre de gravité G établi à partir des informations en provenance du détecteur 510. Le plan de projection 1400 comprend différentes zones 1401 à 1410. Différents modes de contrôle sont respectivement associés aux différentes zones 1401 à 1410. Le processeur 514 applique un mode de contrôle associé à une zone dans laquelle se trouve le centre de gravité G.
[00103] Le plan de projection 1400 comprend une zone centrale 1401 . Cette zone centrale 1401 est associée à un mode de stabilisation statique. Dans ce mode, le processeur 514 stabilise l'exosquelette 300 de manière statique en gardant les deux structures de pied 308, 309 au sol. Le processeur 514 répond à une perturbation au niveau du buste 109 en forçant l'exosquelette 300 à effectuer un ou plusieurs mouvements appropriés, compensatoires. Par exemple, si la personne portant l'exosquelette se penche légèrement en arrière, le processeur 514 pourrait provoquer un fléchissement de l'exosquelette 300 au niveau des liaisons pivot genou 316, 317 afin de ramener le centre de gravité G vers l'avant au centre d'un polygone de sustentation.
[00104] Le plan de projection 1400 comprend une zone de marche 1402 associée à un mode de marche normale. Afin d'enclencher le mode de marche normale, la personne portant l'exosquelette doit se pencher suffisamment en avant pour que le centre de gravité G sorte donc de la zone centrale 1401 et entre dans la zone de marche normale 1402. L'exosquelette 300 commence à marcher vers l'avant et s'arrête si la personne se redresse.
[00105] Le plan comprend aussi des zones de stabilisation d'urgence. Si l'utilisateur est trop penché en avant, le centre de gravité entre dans une zone de stabilisation d'urgence antérieure 1403. Le processeur 514 amène l'exosquelette 300 à effectuer un grand pas en avant afin de se stabiliser. Une zone de stabilisation d'urgence latérale gauche 1404 est prévue pour un déséquilibre sur un côté gauche. Le processeur 514 amène l'exosquelette 300 à effectuer un pas latéral sur son côté gauche. De même, une zone de stabilisation d'urgence latérale droite 1405 est prévue pour un déséquilibre sur un côté droit. Le processeur 514 amène l'exosquelette 300 à effectuer un pas latéral sur son côté droit. Enfin, une zone de stabilisation d'urgence postérieure 1406 est prévue pour un déséquilibre vers l'arrière. Le processeur 514 amène l'exosquelette 300 à effectuer un pas en arrière pour retrouver son équilibre. [00106] Le plan comprend aussi des zones de pour tourner : une zone pour tourner à gauche 1407 et une zone pour tourner à droite 1408, notamment lors d'un processus de marche. Le plan peut aussi comprendre des zones pour s'écarter : une zone pour s'écarter à gauche 1409, et une zone pour s'écarter à droite 1410. [00107] NOTES
[00108] La description détaillée qui vient d'être faite en référence aux dessins n'est qu'une illustration de quelques modes de réalisation de l'invention. L'invention peut être réalisée de nombreuses façons différentes. Afin d'illustrer ceci, quelques alternatives sont indiquées sommairement. [00109] L'invention peut être appliquée dans de nombreux types d'exosquelette. Par exemple, l'invention peut être appliquée dans un exosquelette qui ne comprend qu'une seule structure de jambe, avec une seule structure de pied.
[001 10] Un exosquelette conforme à l'invention peut comprendre un nombre d'actionneurs inférieur, ou supérieur, au nombre d'actionneurs dans les modes de réalisations décrits en détails en référence aux dessins. Par exemple, d'autres modes de réalisation peuvent être obtenus en supprimant un dispositif d'actionnement associé à une liaison pivot. C'est-à-dire, une liaison pivot ne doit pas nécessairement être actionnée, mais peut être libre. Par ailleurs, d'autres modes de réalisation peuvent être obtenus en supprimant ou en ajoutant des liaisons pivot, ainsi que d'autres éléments. Un mode de réalisation alternatif peut être plus simple ou plus élaboré que ceux décrits, à titre d'exemple, dans ce qui précède.
[001 1 1 ] Une structure de bassin conforme à l'invention peut être réalisée de différentes manières. La description détaillée présente un exemple dans lequel la structure de bassin 301 ne comprend qu'un seul actionneur 407 avec des dispositifs de blocage 408, 409. Dans un autre mode de réalisation, une structure de bassin peut comprendre deux actionneurs : un actionneur pour une liaison pivot bassin gauche, et un autre actionneur pour une liaison pivot bassin droite. Une telle structure de bassin ne nécessite pas de dispositif de blocage. [001 12] Une commande d'un exosquelette conforme à l'invention peut être réalisée de nombreuses différentes manières. Par exemple, dans le cas où une commande implique une détermination d'un centre de gravité, la commande peut varier en fonction d'une position du centre de gravité dans un espace à trois dimensions, un volume. Une commande peut aussi être fondée sur une vitesse de déplacement du centre de gravité, ou une accélération.
[001 13] Le terme « processeur » doit être interprété de façon large. Ce terme embrasse tout type de dispositif pouvant produire un ou plusieurs signaux de sortie à partir d'un ou plusieurs signaux d'entrée, notamment pour effectuer une fonction de contrôle. Le terme « liaison pivot » peut s'entendre tel que défini en mécanique des solides.
[001 14] Les remarques qui précèdent montrent que la description détaillée en référence aux figures, illustre l'invention plutôt qu'elle ne la limite. Les signes de références n'ont aucun caractère limitatif. Les verbes « comprendre » et « comporter » n'excluent pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux listés dans les revendications. Le mot « un » ou « une » précédant un élément ou une étape n'exclut pas la présence d'une pluralité de tels éléments ou de telles étapes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Exosquelette comprenant :
deux structures de jambe (302, 303) dont une (302) est disposée pour côtoyer une jambe (101 ) d'une personne portant l'exosquelette, l'autre structure de jambe (303) étant disposée pour côtoyer l'autre jambe (102) de la personne portant l'exosquelette,
une structure de bassin (301 ) comprenant :
un segment de bassin central (401 ) disposé pour être attaché au bassin (1 10) de la personne portant l'exosquelette,
deux segments de bassin périphériques (402, 403) dont un (402) est relié à une des deux structures de jambe (302), l'autre segment de bassin périphérique (403) étant relié à l'autre structure de jambe (303),
deux liaisons pivot bassin (404, 405) dont une (404) relie un des deux segments de bassin périphériques (402) au segment de bassin central, l'autre liaison pivot bassin (405) reliant l'autre segment de bassin périphérique (403) au segment de bassin central, l'une et l'autre liaison pivot bassin présentant un axe de pivotement horizontal lorsque l'exosquelette est en position de repos, caractérisé en ce qu'au moins une des deux liaisons pivot bassin comprend :
un dispositif de blocage (408, 409) commutable entre :
un état déverrouillé dans lequel la liaison pivot bassin munie du dispositif de blocage permet un pivotement du segment de bassin périphérique concerné par rapport au segment de bassin central, et
un état verrouillé dans lequel la liaison pivot bassin empêche un pivotement du segment de bassin périphérique concerné par rapport au segment de bassin central.
2. Exosquelette selon la revendication 1 , comprenant :
un dispositif d'actionnement (406) disposé entre les deux segments de bassin périphériques.
3. Exosquelette selon la revendication 2, dans lequel le dispositif d'actionnement (406) comprend : un actionneur (407) apte à effectuer un mouvement linéaire entre deux extrémités,
deux articulations dont une relie un des deux extrémités de l'actionneur à un des deux segments de bassin périphériques (402), l'autre articulation reliant l'autre extrémité de l'actionneur à l'autre segment de bassin périphérique (403).
4. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une des deux liaisons pivot bassin (404, 405) comprend un membre élastiquement déformable disposé pour emmagasiner de l'énergie lorsque le segment de bassin périphérique concerné (402, 403) effectue un pivotement par rapport au segment de bassin central (401 ) à partir d'une position de repos.
5. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant : deux liaisons pivot orientation jambe (410, 41 1 ) dont une (410) est disposée entre un des deux segments de bassin périphériques (402) et une des deux structures de jambe (302), l'autre liaison pivot orientation jambe (41 1 ) étant disposée entre l'autre segment de bassin périphérique (403) et l'autre structure de jambe (303), l'une et l'autre liaison pivot orientation jambe présentant un axe de pivotement vertical lorsque l'exosquelette est en position de repos.
6. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant : une structure de pied (308) comprenant un plan de support (310) sur lequel un pied (107) de la personne portant l'exosquelette peut venir en appui lorsque le pied est à plat, le plan de support présentant un axe longitudinal médian (901 ), - une liaison pivot cheville (318) reliant la structure de pied (308) à une des deux structures de jambe (302),
la liaison pivot cheville présentant un axe de pivotement (1202) ayant :
un angle (β) non nul compris dans une plage de 0° à 30° par rapport au plan de support de la structure de pied, de préférence 0° à 20°, et
- un angle (a) non nul compris dans une plage de 0° à 45° par rapport à un plan (1202) perpendiculaire à l'axe longitudinal médian du plan de support.
7. Exosquelette selon la revendication 6, dans lequel le plan de support (310) de la structure de pied (308) comprend :
une plate-forme avant (903) et une plate-forme arrière (904), la plate-forme arrière étant reliée à la liaison pivot cheville (318), et
une liaison pivot pied (905) reliant la plate-forme avant à la plate-forme arrière.
8. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins une des deux structures de jambe (302) comprend :
un segment de jambe supérieur (304) disposé pour côtoyer une partie supérieure de la jambe (101 ) se situant au-dessus d'un genou (103) de la personne portant l'exosquelette,
un segment de jambe inférieur (305) disposé pour côtoyer une partie inférieure de la jambe se situant en dessous du genou, et
une liaison pivot genou (316) reliant le segment de jambe inférieur au segment de jambe supérieur,
le segment de jambe supérieur présentant une inclinaison (801 ) non nulle comprise dans une plage de 0° à 30° par rapport au segment de jambe inférieur lorsque l'exosquelette est en position de repos, de sorte qu'une extrémité haute
(802) du segment de jambe supérieur soit plus éloignée d'une coupe sagittale médiane (1 13) de la personne portant l'exosquelette qu'une extrémité basse
(803) , de préférence entre 0° et 20°.
9. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un dispositif de commande (501 ) apte à commander au moins un actionneur (407, 412, 413, 326, 329-333) compris dans l'exosquelette.
10. Exosquelette selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de commande (501 ) comprend :
un détecteur (510) apte à détecter au moins un paramètre dynamique d'au moins une partie du buste (109) de la personne portant l'exosquelette, et
un processeur (514) apte à appliquer un signal de commande à un actionneur (407, 412, 413, 326, 329-333) en fonction d'un paramètre détecté.
11. Exosquelette selon la revendication 10, dans lequel le détecteur (510) comprend au moins un capteur inertiel (51 1 -513).
12. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications 10 et 1 1 , dans lequel le processeur (514) est configuré pour :
contrôler au moins un actionneur (407, 412, 413, 326, 329-333) pour maintenir la personne portant l'exosquelette en une position de repos, et
contrôler au moins un actionneur pour assister la personne portant l'exosquelette à faire une marche.
13. Exosquelette selon la revendication 12, dans lequel le processeur (514) est configuré pour déterminer une position d'un centre de gravité (G) d'au moins une partie du corps de la personne portant l'exosquelette et contrôler le ou les actionneurs (407, 412, 413, 326, 329-333) pour assister la personne portant l'exosquelette à faire une marche en fonction de la position du centre de gravité.
14. Exosquelette selon la revendication 13, dans lequel le processeur est configuré pour contrôler le ou les actionneurs (407, 412, 413, 326, 329-333) pour maintenir la personne portant l'exosquelette en une position de repos ou assister la personne portant l'exosquelette à faire une marche en fonction de la zone (1401 -1410) dans un plan (1400) dans laquelle se trouve une projection du centre de gravité (G).
15. Procédé pour commander un exosquelette selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant :
une étape de détection dans laquelle un détecteur (510) détecte au moins un paramètre dynamique d'au moins une partie du buste (109) de la personne portant l'exosquelette, et
une étape de commande dans laquelle un processeur (514) applique un signal de commande à un actionneur (407, 412, 413, 326, 329-333) en fonction d'un paramètre détecté.
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