WO2017121971A1 - Exosquelette avec jambes télescopiques a l'arrière - Google Patents

Exosquelette avec jambes télescopiques a l'arrière Download PDF

Info

Publication number
WO2017121971A1
WO2017121971A1 PCT/FR2017/050081 FR2017050081W WO2017121971A1 WO 2017121971 A1 WO2017121971 A1 WO 2017121971A1 FR 2017050081 W FR2017050081 W FR 2017050081W WO 2017121971 A1 WO2017121971 A1 WO 2017121971A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
user
frame
exoskeleton
legs
leg
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/050081
Other languages
English (en)
Inventor
Serge Grygorowicz
Aurélie RIGLET EPOUSE BAPTISTE
Stéphane CHARMOILLE
Antoine Perrin
Yannick LELOGEAIS
Original Assignee
Robotiques 3 Dimensions
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robotiques 3 Dimensions filed Critical Robotiques 3 Dimensions
Priority to EP17706841.8A priority Critical patent/EP3402631A1/fr
Publication of WO2017121971A1 publication Critical patent/WO2017121971A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/04—Foot-operated control means

Definitions

  • the present invention relates to the field of exoskeletons and more particularly to an exoskeleton of lower limbs.
  • an exoskeleton is designed to allow the transfer to the ground of a load, normally supported by a user, without passing through his body. It thus makes it possible to limit the fatigue of the user as well as pains related to bad postures.
  • an exoskeleton can be used with tools that are very difficult, particularly because of the great efforts to be made at the level of the tool itself, or with loads carried by a user on his back.
  • the invention is concerned with the latter type of exoskeleton which is useful when loads can not be transported by wheeled vehicles, taking into account the terrain on which the user must evolve.
  • An exoskeleton of this type is particularly useful in the military field.
  • Each leg has a first segment coupled on the one hand to the hip by a joint and secondly to a second segment by a knee joint, the second segment being connected to a sole by an ankle joint.
  • a motorized hydraulic cylinder connected between the first segment and the upper part of the second segment, makes it possible to apply a torque to the knee joint and to ensure the displacement of each leg according to the movements of the user.
  • an engine is provided at the hip module, to compensate for the torque created by the lever arm between the hips of the exoskeleton and the center of gravity of the load.
  • each leg of the exoskeleton is connected to a leg of the user by means of straps.
  • This exoskeleton makes it possible to transfer a load from the frame of the backpack type and the hip module to the legs then to the soles and finally to the ground. This exoskeleton thus makes it possible to isolate the load carrier from the load fixed on the frame.
  • This exoskeleton has the advantage of being able to easily control legs, thanks to sensors placed under each sole of the exoskeleton.
  • the object of the invention is to overcome these drawbacks by proposing an exoskeleton of lower limbs that efficiently transfer a load located in the back of a user directly to the ground, while adapting easily to all the morphologies and all positions of a user.
  • the invention relates to a lower limb exoskeleton comprising two legs, a backpack-type frame intended to be fixed on the back of a user and to support a load, each leg being connected at one end to the frame, by a first articulation, and at the other end to a connecting element with the foot of the user, by a second articulation, the exoskeleton also comprising means for actuating the legs according to the User movements, characterized in that the legs are of the telescopic type and located at the back of the user's body, in use.
  • this exoskeleton allows to transfer the weight of a load located in the back of a user directly to the ground without it being necessary to fix his legs on the legs of the user.
  • telescopic legs makes it easy to adjust their length according to the user and makes the exoskeleton adaptable to all morphologies and positions of a user.
  • the legs being located at the back of the body of the user, it can be positioned forward, as it would in the absence of exoskeleton.
  • this exoskeleton has no element on the sides of the user.
  • one or more of the following provisions are also and / or in addition:
  • the second articulation is of the swivel type
  • the center of the ball coincides substantially with the user's ankle when his foot and the connecting element are placed on the ground;
  • the connecting element has no sole, so as to allow direct contact between the foot of the user and the ground in use, measuring means being provided at the connecting member to detect the movements of the user;
  • the frame comprises two substantially perpendicular elements, a first element intended to come into contact with the back of the user and a second element intended to receive the load;
  • a leg is articulated around a first axis substantially perpendicular to the first element of the frame and about a second axis, perpendicular to the first axis and located in the plane of the second element in the rest position of the legs, the second axes of each leg being independent of one another;
  • the frame is entirely located at the back of the body of the user in use;
  • the means for actuating the legs are located in the lower part of the frame;
  • each connecting element comprises a U-shaped element, the two branches of the U being intended to come on either side of the user's boot and in contact with the ground and the bottom of the U supporting the second articulation; one leg;
  • the connecting element comprises a fastening system between each U-shaped element and a shoe of a user
  • the exoskeleton comprises means for balancing the hips, at the rear of the frame;
  • the balancing means of the hips comprise, for each leg, a winch with a drum located in the frame and away from the first joint and on which a cable is wound, the free end of the cable being fixed to the connecting element , the cable extending between the frame and the connecting element of the leg, to ensure the balancing of the frame relative to the legs;
  • the exoskeleton comprises means connected to the frame for carrying loads in front of the user;
  • these means for carrying the loads at the front comprise a pair of arms extending forward of the frame in the direction of travel, so as to be positioned on either side of the torso of the user, use in order to balance the arms relative to the frame;
  • the exoskeleton comprises means for lifting the load at the front of the user which are supported by the frame;
  • the lifting means comprise a bracket equipped with a hoist.
  • the invention also provides a method of implementing the exoskeleton as described above.
  • Figure 1 is a side view of an exoskeleton according to an embodiment of the inventor, worn by a user.
  • FIG. 2 is a front view corresponding to FIG.
  • Figures 3A and 3B are side views of an exoskeleton according to one embodiment of the invention, illustrating its use by an operator walking on rough terrain.
  • FIGS. 4A and 4B are side views illustrating an exoskeleton according to the invention in its storage position (FIG. 4A) and in an intermediate position between that illustrated in FIG. 4A and that illustrated in FIG.
  • FIGS. 5A and 5B schematically illustrate the articulation between the legs and the frame of the exoskeleton, FIG. 5A being a side view and FIG. 5B a front perspective view, the exoskeleton being in the rest position.
  • Figures 6A and 6B are side views illustrating a connecting member having a sole.
  • Figs. 7A to 7C illustrate a soleless connecting member
  • Figs. 7A and 7B being side views of the connecting member
  • Fig. 7C is a perspective view corresponding to Fig. 7A.
  • FIGS. 7D to 7E illustrate a variant of the insole-type connecting element of the type illustrated in FIGS. 7A to 7C, FIGS. 7D and 7E being side views of the connecting element and FIG. 7F a corresponding perspective view. in Figure 7D.
  • Figure 8 is a side view of an exoskeleton according to another embodiment and worn by a user.
  • Figure 9 is a side view of an exoskeleton according to yet another embodiment of the invention, worn by a user.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate an exoskeleton according to one embodiment of the invention.
  • This exoskeleton 1 has two legs 2 and 3 and a frame 4.
  • the frame is intended to be fixed on the back of a user by means of connecting means 47 of the harness type and to support a load 48.
  • Each leg of the exoskeleton also includes a connecting member with the user's foot which will be described in more detail in the following description.
  • the two legs 2 and 3 are of the telescopic type, that is to say that they comprise at least two segments that nest and slide into each other.
  • the legs 2 and 3 comprise three segments 20, 21, 22 and 30, 31, 32 which fit together and slide into each other.
  • Each leg 2, 3 is connected at one end to the frame 4, by means of a first hinge. This end of the leg corresponds to the free end of the upper segment 20, 30 of the leg 2, 3.
  • each leg 2, 3 is connected to a connecting member 6, 5 by a second hinge 60, 50 which will be described in more detail with reference to Figures 6A-6B and 7A-7C.
  • This end of the leg corresponds to the free end of the lower segment 22, 32 of the leg 2, 3.
  • Figure 1 shows that these second joints 60, 50 are located behind the feet of the user, when it has coated the exoskeleton.
  • the two legs 2 and 3 are located at the rear of the body of the user, no connection between the legs 2 and 3 and the legs of the user being necessary.
  • This exoskeleton is not of the anthropomorphic type and the weight of the load fixed on the frame is directly transferred to the ground, without passing through the body of the user.
  • FIG. 2 in which the load 48 placed on the frame 4 is schematically represented by dashed outlines.
  • Figure 2 confirms that the exoskeleton according to the invention has no element on the sides of the user. It can not interfere with the movement of the user's arms.
  • the legs of the exoskeleton remain at the back of the user's body regardless of the cycle of use (walking, running, squatting, knees to the ground %), and this at all times.
  • the positioning of the legs at the back of his body allows the user to position himself naturally forward, as when he does not wear the exoskeleton.
  • the exoskeleton comprises means for actuating the legs which are preferably located in the lower part of the frame 4.
  • actuation means are controlled, also in a conventional manner, by means of movement detection means of the user and means for measuring the positions of the exoskeleton, as well as means for detecting the contact on the ground to ensure the phase transition between the two legs.
  • these different means are connected, via a WiFi connection and / or wired through the legs, to a control device connected to the means actuating the legs and comprising, in known manner, a microprocessor, storage means and calculation means arranged to react with the indications obtained by the detection means.
  • This control device thus makes it possible to control means for actuating the telescopic legs. This allows the user to walk with the exoskeleton even on uneven ground, as illustrated in FIGS. 3A and 3B.
  • Figure 4A illustrates the exoskeleton 1 in a folded position. In this position, the different segments constituting each leg are nested within each other.
  • the frame 4 is, in the example shown, the rack type carrier. It essentially comprises two elements 40 and 41 which are substantially perpendicular to each other.
  • the first element 40 is intended to come into contact with the back of the user when the latter carries the exoskeleton and the second element 41 is intended to receive the load.
  • These two elements 40 and 41 each define a plane, the plane of the first element 40 being substantially vertical when the exoskeleton is in use and the plane defined by the second element 41 being substantially horizontal in this situation.
  • the second element 41 is designed to receive the means 45 for actuating the legs.
  • the connecting element 6 and the second element 41 of the frame 4 are placed on the ground and the first hinge 42 is located substantially in the middle portion of the first element 40 of the frame.
  • the harness 47 of the frame 4 is then substantially opposite the first element 40 of the frame.
  • the exoskeleton In this folded position, the exoskeleton has a minimal footprint which is also used for its storage.
  • the load is positioned on the frame 4 and then secured to the latter.
  • the user can then position himself at the front of the exoskeleton and equip himself with the connecting elements 6, 5 of each of the legs 2, 3 as well as the harness 47 in an indifferent order, the frame 4 still remaining on the ground .
  • the user controls the actuating means 45 of the legs, for example by means of a button 460 located at the end of the strap 46 whose length is adjustable (for example an electric cable of the spiral cable type).
  • the exoskeleton 1 is positioned on the user as shown in FIG.
  • first joint of each leg is able to move along an L-shaped rail 44.
  • the movement of the joint along the rail can be synchronized with the movement of the legs to a position locking. It can also be passive.
  • a telescope may be provided between the harness and the first frame member to allow height adjustment between them. The telescope is locked when the exoskeleton is in the position illustrated in FIG.
  • FIGS. 5A and 5B illustrate the articulation between the legs and the frame.
  • FIG. 5A is a schematic side view of the frame 4, with the first and second elements 40 and 41 of the frame 4.
  • the second element 41 supports a rod 410 of X axis.
  • This axis X is substantially perpendicular to the first element 40 of the frame and is intended to be substantially parallel to the anteroposterior axis of the user.
  • each leg 2, 3 ends with a bent element 200, 300.
  • the first articulation 42, 43 of each leg comprises a bent element 420, 430. At one end, this bent element 420, 430 is articulated around the axis X, this axis being therefore common to the two legs 2 and 3.
  • this rotational assembly is obtained thanks to a sleeve 421, 431, through which rod 410 of the frame passes, and located at one end of the bent element 420, 430.
  • this articulation is obtained by inserting the other end of the elbow element 420, 430 in a sleeve 201, 301 located at the end of the elbow element 200, 300 of each leg 2, 3.
  • FIG. 5A illustrates the two legs 2 and 3 in the rest position, that is to say when the user stands straight and is static. The user is therefore in the position illustrated in FIG. 5A
  • each of the axes Y2 and Y3 is situated substantially on the perpendicular common to the corresponding telescopic leg and the X axis.
  • the Y2 and Y3 axes are always perpendicular to the X axis but they are inclined relative to the plane defined by the second element 41 of the frame.
  • each leg may move away from a positive angle when the leg is forward and a negative angle when the leg is backward.
  • the deflections around the axes Y2 and Y3 are between about 65 ° and -10 °.
  • the articulation about the X axis allows the abduction and adduction of the elbows 420 and 430 (and thus the legs 2 and 3) relative to the frame 4 of the exoskeleton.
  • the deflections of this articulation about the X axis are for example between 0 °, corresponding to a leg in the upright position, and 20 °, when the leg is outside the median plane of the body.
  • the X axis is common to both legs and is positioned substantially in the sagittal plane.
  • the two legs form an angle between them (for example by 10 °), so that they are further apart at the level of the feet of the user than at the level of the first articulations.
  • each leg could be articulated at the sleeves 421 and 431 around two parallel axes and spaced from each other by a distance of about 100 mm.
  • these two axes will be substantially symmetrical with respect to the sagittal plane.
  • the two legs can extend substantially vertically as shown in Figure 2.
  • the two axes Y2 and Y3 are then substantially in the plane of the second element 41 of the frame.
  • passive elements are provided such as springs which are fixed at one end to the frame 4 and at the other end to the upper segment. 20, 30 of the leg 2, 3. These passive elements allow to generate an elastic return around a given position, for example the upright position and feet of the user.
  • the articulation about the axes Y2 and Y3 can be left free when the joints 42, 43 are positioned substantially in line with the center of gravity of the load.
  • Y3 could also be equipped with elements passive, like springs, or a motorization.
  • the exoskeleton according to the invention makes it possible to dispense with motorisation at the level of the hip, such as is provided in particular in the exoskeleton described in document US 2012/0156661.
  • This engine is designed to compensate for the torque created by the lever arm between the user's hips and the center of gravity of the load. By positioning the articulation substantially in line with the center of gravity of the load, this residual torque is eliminated.
  • the connecting element comprises a sole.
  • the foot of the user is not in direct contact with the ground.
  • the connecting element 6 comprises a fixed part 61 and a movable part 62.
  • the fixed portion 61 has an inverted L shape extending in a plane parallel to the sagittal plane.
  • the small branch 610 of the L extends substantially vertically when the exoskeleton is placed on the ground, the large branch of the L 611 being in contact with the ground and forming a sole.
  • the small branch 610 carries the hinge 60 with the leg 2 of the exoskeleton. It can be a ball joint type.
  • the large branch 611 carries another fixed element 612 which supports a hinge 613 with the movable part 62 of the connecting element.
  • the hinge 613 is located substantially at the level of the metatarsophalangeal joint of the foot of a user.
  • fastening means 620 are secured to the movable part 62. These means 620 make it possible to maintain the foot of the fixed user relative to the movable part 62.
  • FIG. 6A shows that, when the user's foot is on the ground, the mobile part 62 rests on the large branch 611 of the fixed part 61.
  • FIG. 6B shows that, when the user lifts his foot, the mobile part 62 rotates around the hinge 613. The movable part 62 then departs from the large branch 611 of the fixed part 61 of the connecting element 6.
  • the measuring means making it possible to detect the movements of the user comprise, for example, two force sensors placed in the sole plate 611 of the fixed part 61, to measure the load transfer of the user on the foot.
  • These measuring means also include a potentiometer for detecting the angle of heel detachment of the user.
  • This information is processed conventionally to control the means for actuating the legs, so as to follow the movements of the user.
  • the invention also provides another embodiment of the connecting element, wherein it has no sole, the foot of the user coming directly into contact with the ground.
  • the connecting element 7 comprises a rigid element 71 of U-shaped caliper type with two side walls 710 and 711 intended to come on either side of the user's foot and a bottom 712 connecting the two side portions 710 and 711 and intended to come in front of the heel of the user.
  • This bottom wall 712 supports the hinge 70 with the corresponding leg of the exoskeleton. It may especially be a ball joint type.
  • the connecting element 7 also comprises a fastening system 72 with the foot of the user.
  • This fastening system is semi-rigid. It is, in fact, composed of a rigid portion 720 which is rotatable about a hinge 721 located at the front end of the rigid portion 71, that is to say the opposite of the articulation 70.
  • the axis of this articulation 721 is substantially perpendicular to the side walls 710 and 711 of the rigid portion 71.
  • This fastening system also comprises an elastic portion 722, consisting for example of an elastic strap to adapt to the length of the shoe of the user without requiring a setting action, and an adjustable strap to go around. the shoe and provided with a quick coupling allowing the user to quickly equip the connecting element.
  • an elastic portion 722 consisting for example of an elastic strap to adapt to the length of the shoe of the user without requiring a setting action, and an adjustable strap to go around. the shoe and provided with a quick coupling allowing the user to quickly equip the connecting element.
  • Figure 7A illustrates the connecting element 7 when the foot of the user is in contact with the ground.
  • FIG. 7B illustrates the connecting element 7 when the user's foot is off the ground, the fastening system 72 having then pivoted around the hinge 721.
  • stirrup-shaped element 71 is a rigid piece which is in contact with the ground, via the walls Lateral 710, 711. It allows to transfer the weight of the load placed in the frame, by the hinge 70, directly on the ground, without going through the user.
  • an anti-slip material is advantageously provided under the connecting element.
  • the measuring means for detecting the movements of the user comprise, for example, a potentiometer, placed at the hinge 721, so as to measure the angle of heel detachment of the user.
  • These means then also comprise a switch type contact sensor, placed under the connecting element, on the surface in contact with the ground, so as to detect whether the connecting element is in contact with the ground.
  • This embodiment has the advantage of allowing the user to be in direct contact with the ground.
  • the ball is formed of three successive pins mounted on a ring and comprises two intermediate parts 731 and 732, for example in the form of a horseshoe.
  • the lower segment 22, 23 of the leg 2, 3 is rotatably mounted along the axis Xi, called the axis of rotation, on the first intermediate part 731.
  • the longitudinal axis of the lower segment (or leg) and the axis of rotation Xi pass through the center 733 of the patella.
  • this first intermediate part 731 is deep enough to limit the risk of interference with the tibia of the user.
  • the first intermediate part 731 is itself rotated on the second intermediate part 732 along the axis X 2, orthogonal to the axis of rotation X 1 and situated in a plane substantially parallel to the plane of the ground contact surface of FIG. the rigid element 71.
  • This axis X2 is called the axis of flexion / extension and passes through the center 733 of the patella.
  • this second intermediate part 732 does not exceed that of the rigid element 71.
  • its two branches can be in line with the side walls 710 and 711 of the element 71.
  • the bottom wall 712 of the connecting element supports the second intermediate part 732.
  • This second intermediate piece 732 is rotatably mounted on the rigid element 71 around an axis X3, called the abduction axis.
  • This axis X3 is orthogonal to the axis of flexion / extension X2 and located in a plane substantially parallel to the plane of the ground contact surface of the rigid element 71. It passes through the center 733 of the ball joint.
  • the patella allows three degrees of freedom.
  • the largest deflections occur around the X 2 flexion-extension axis.
  • the degree of freedom around the axis of rotation X 1 allows the user to rotate and that around the axis of abduction X 3 , allows him to spread the legs.
  • This embodiment makes it possible to limit the rear bulk of the element 71 by substantially coinciding the center 733 of the ball of the exoskeleton with the center of the user's ankle, when the foot of the user and the element 71 are placed on the ground. This is illustrated in Figure 7D.
  • FIG. 7E illustrates the relative position of the user's foot and the rigid element 71, when the user's foot is off the ground, the fastening system 72 having then pivoted around the hinge 721 and thus around of the metarso-phalangeal axis X4.
  • the comparison between FIGS. 7D and 7E shows that when the user's foot is off the ground, the angle between the two axes X1 and X3 (or between the two intermediate pieces) is greater than when the foot is on the ground.
  • FIG. 8 illustrates another embodiment of the exoskeleton according to the invention.
  • hip balancing means are provided at the back of the legs of the exoskeleton.
  • Such balancing means are necessary when a cantilever is generated between the center of gravity of the load and the first leg joint located at the frame.
  • This cantilever can notably occur in the situation illustrated in FIG.
  • this figure illustrates an exoskeleton according to the invention, the frame 4 supports a load 48 at the rear and also a load 49 at the front.
  • This load 49 is here supported by a pair of arms 80 which extends forward of the frame in the direction of travel, so as to be positioned on either side of the user in use.
  • the arms 80 may be passive or semi-passive arms of the type marketed by the company Equipois. In this case, no motorization is necessary.
  • the balancing means may have different shapes. It can in particular be a geared motor placed in the lower part of the frame 4.
  • These means may also take the form of a winch 9 consisting of a drum 90 fixed to the frame, around which is wound a cable 91.
  • the drum 90 is located in the lower part of the frame 4, at the level of the element 41 and above all, at a distance from the first articulation 42, 43 of the leg 2, 3 on the frame 4 .
  • the cable 91 is also fixed at the level of the connecting element 6, 5.
  • the cable 91 is attached to the rear of the connecting element 6, 5 for example at the joint 60, 50 with the leg 2, 3.
  • the drum 90 is rotatable relative to the frame 4, about an axis substantially perpendicular to the sagittal plane.
  • FIG. 9 describes another embodiment of the exoskeleton according to the invention.
  • This exoskeleton comprises lifting means, hoist type, which are supported by the frame 4.
  • These lifting means are controlled by the user, by appropriate means, including the intentional handle 82.
  • These lifting means 81 allow the user to transfer loads from the ground to its height without effort.
  • a cantilever is still created between the center of gravity of the load and the hip joint. This is why a winch 9 is also provided at the rear of the legs of the exoskeleton.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un exosquelette de membres inférieurs comportant deux jambes (2, 3), un bâti (4) du type sac à dos destiné à être fixé sur le dos d'un utilisateur et à supporter une charge, des moyens d'actionnement des jambes en fonction des mouvements de l'utilisateur, chaque jambe étant reliée à une extrémité au bâti, par une première articulation (42, 43), et à une autre extrémité à un élément de liaison (5, 6) avec le pied de l'utilisateur, par une deuxième articulation. Les jambes (2, 3) sont du type télescopique et situées à l'arrière du corps de l'utilisateur, en cours d'utilisation.

Description

EXOSQUELETTE AVEC JAMBES TELESCOPIQUES A L' ARRIERE
La présente invention concerne le domaine des exosquelettes et plus particulièrement un exosquelette de membres inférieurs.
De façon générale, un exosquelette est conçu pour permettre le transfert au sol d'une charge, normalement supportée par un utilisateur, sans passer par son corps. Il permet donc de limiter la fatigue de l'utilisateur ainsi que des douleurs liées à de mauvaises postures.
Par ailleurs, un exosquelette peut être utilisé avec des outils à forte pénibilité, notamment du fait des efforts importants à fournir au niveau de l'outil lui-même, ou encore avec des charges portées par un utilisateur sur son dos.
L'invention s'intéresse à ce dernier type d' exosquelette qui est utile lorsque des charges ne peuvent pas être transportées par des véhicules à roues, compte tenu du terrain sur lequel doit évoluer l'utilisateur. Un exosquelette de ce type trouve notamment son utilité dans le domaine militaire.
On peut citer le document US 2012/0156661 qui décrit un exosquelette de membres inférieurs comprenant une paire de jambes pseudo anthropomorphiques et motorisées qui est couplée à un module de hanche, et un bâti du type sac à dos, sur lequel des charges lourdes peuvent être fixées .
Chaque jambe comporte un premier segment couplé d'une part, à la hanche par une articulation et d'autre part, à un deuxième segment, par une articulation de genou, ce deuxième segment étant relié à une semelle par une articulation de cheville.
Un vérin hydraulique motorisé, relié entre le premier segment et la partie supérieure du deuxième segment, permet d'appliquer un couple à l'articulation de genou et d'assurer le déplacement de chaque jambe en fonction des mouvements de l'utilisateur.
Par ailleurs, une motorisation est prévue au niveau du module de hanche, pour compenser le couple créé par le bras de levier entre les hanches de 1 ' exosquelette et le centre de gravité de la charge.
Enfin, chaque jambe de 1 ' exosquelette est reliée à une jambe de l'utilisateur au moyen de sangles .
Cet exosquelette permet de transférer une charge depuis le bâti du type sac à dos et le module de hanche aux jambes puis aux semelles et enfin au sol. Cet exosquelette permet donc d' isoler le porteur de la charge fixée sur le bâti .
Cet exosquelette présente l'avantage de pouvoir facilement piloter des jambes, grâce à des capteurs placés sous chacune des semelles de 1 ' exosquelette .
Il présente cependant l'inconvénient de ne pas être adapté à toutes les morphologies d'utilisateur du fait de la présence d'un module de hanche relativement encombrant.
Il nécessite de plus un système de sangles pour sa fixation sur les jambes de l'utilisateur qui peut constituer une gêne.
Enfin, il requiert un préréglage de la longueur d' au moins un des segments formant la jambe articulée en fonction de la morphologie de l'utilisateur. Cette étape supplémentaire est relativement fastidieuse.
L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un exosquelette de membres inférieurs assurant efficacement le transfert d'une charge située dans le dos d'un utilisateur directement vers le sol, tout en s' adaptant facilement à toutes les morphologies et à toutes les positions d'un utilisateur.
Ainsi, l'invention concerne un exosquelette de membres inférieurs comportant deux jambes, un bâti du type sac à dos destiné à être fixé sur le dos d'un utilisateur et à supporter une charge, chaque jambe étant reliée à une extrémité au bâti, par une première articulation, et à l'autre extrémité à un élément de liaison avec le pied de l'utilisateur, par une deuxième articulation, 1 ' exosquelette comprenant également des moyens d' actionnement des jambes en fonction des mouvements de l'utilisateur, caractérisé en ce que les jambes sont du type télescopique et situées à l'arrière du corps de l'utilisateur, en cours d'utilisation.
Ainsi, cet exosquelette permet de transférer le poids d'une charge située dans le dos d'un utilisateur directement vers le sol sans qu' il soit nécessaire de fixer ses jambes sur les jambes de l'utilisateur.
De plus, l'utilisation de jambes télescopiques permet de facilement régler leur longueur en fonction de l'utilisateur et rend 1 ' exosquelette adaptable à toutes les morphologies et à toutes les positions d'un utilisateur.
Ces jambes de type télescopique présentent également d'autres avantages du fait de l'absence d'articulation au niveau du genou.
Tout d'abord, en cours d'utilisation, les jambes étant situées à l'arrière du corps de l'utilisateur, celui-ci peut se positionner vers l'avant, comme il le ferait en l'absence d' exosquelette .
Il convient encore de noter que cet exosquelette ne comporte aucun élément sur les côtés de l'utilisateur.
En d'autres termes, son encombrement reste dans les limites définies par l'utilisateur lui- même et le bâti de support de la charge. L' exosquelette ne génère donc notamment aucune gêne pour l'utilisateur lorsqu'il marche et balance ses bras. Cette absence d' articulation au niveau du genou permet également de rendre 1 ' exosquelette très compact en vue de son rangement ou de son stockage, en emboîtant les différents segments des jambes les uns dans les autres.
Dans des modes de réalisation avantageux, on a par ailleurs et/ou de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- Les jambes sont reliées directement au bâti, aucun module de hanche comportant une motorisation pour compenser un éventuel porte à faux n'étant prévu ;
- la deuxième articulation est du type rotule ;
- le centre de la rotule coïncide sensiblement avec la cheville de l'utilisateur lorsque son pied et l'élément de liaison sont posés sur le sol ;
- l'élément de liaison est dépourvu de semelle, de façon à permettre le contact direct entre le pied de l'utilisateur et le sol en cours d'utilisation, des moyens de mesure étant prévus au niveau de l'élément de liaison pour détecter les mouvements de l'utilisateur ;
- le bâti comporte deux éléments sensiblement perpendiculaires, un premier élément destiné à venir en contact avec le dos de l'utilisateur et un deuxième élément destiné à recevoir la charge ;
- par la première articulation, une jambe est articulée autour d'un premier axe sensiblement perpendiculaire au premier élément du bâti et autour d'un deuxième axe, perpendiculaire au premier axe et situé dans le plan du deuxième élément en position de repos des jambes, les deuxièmes axes de chaque jambe étant indépendants l'un de l'autre ;
- le bâti est entièrement situé à l'arrière du corps de l'utilisateur en cours d'utilisation ;
- les moyens d' actionnement des jambes sont situés dans la partie inférieure du bâti ;
- chaque élément de liaison comporte un élément en forme de U, les deux branches du U étant destinées à venir de part et d' autre de la chaussure de l'utilisateur et en contact avec le sol et le fond du U supportant la deuxième articulation d'une jambe ;
- l'élément de liaison comprend un système de fixation entre chaque élément en forme de U et une chaussure d'un utilisateur ;
- 1 ' exosquelette comprend des moyens équilibreurs des hanches, à l'arrière du bâti ;
- les moyens équilibreurs des hanches comprennent, pour chaque jambe, un treuil avec un tambour situé dans le bâti et à distance de la première articulation et sur lequel est enroulé un câble, l'extrémité libre du câble étant fixée à l'élément de liaison, le câble s' étendant entre le bâti et l'élément de liaison de la jambe, pour assurer l'équilibrage du bâti par rapport aux jambes ; - 1 ' exosquelette comprend des moyens reliés au bâti pour le port de charges à l'avant de l'utilisateur ;
- ces moyens pour le port de charges à l'avant comprennent une paire de bras s' étendant en avant du bâti dans le sens de la marche, de façon à être positionnée de part et d'autre du torse de l'utilisateur, en cours d'utilisation, pour assurer l'équilibrage des bras par rapport au bâti ;
- 1 ' exosquelette comporte des moyens pour le levage de charge à l'avant de l'utilisateur qui sont supportés par le bâti ;
- les moyens de levage comprennent une potence équipée d'un palan.
L' invention propose également un procédé de mise en œuvre de l' exosquelette, tel que décrit ci-dessus .
Elle propose ainsi un procédé de transport d'une charge par un utilisateur au moyen d'un exosquelette de membres inférieurs comprenant deux jambes, un bâti du type sac à dos, des moyens d' actionnement des jambes en fonction des mouvements de l'utilisateur, chaque jambe étant reliée à une extrémité au bâti, par une première articulation, et à une autre extrémité à un élément de liaison avec le pied de l'utilisateur par une deuxième articulation, caractérisé en ce que les jambes sont du type télescopique, situées à l'arrière du corps de l'utilisateur en cours d'utilisation, et des moyens de détection étant prévus au niveau de l'élément de liaison pour détecter les mouvements de l'utilisateur, procédé selon lequel l'utilisateur :
fixe sur son dos le bâti supportant la charge, grâce à des moyens de liaison,
- fixe, à chacun de ses pieds, un élément de liaison, la longueur des jambes télescopiques étant réglée automatiquement en fonction de son anatomie et les moyens de détection des mouvements de l'utilisateur commandant les moyens d' actionnement des jambes de 1 ' exosquelette en fonction de ces mouvements.
L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d'exemples non limitatifs et qui sera faite au regard des dessins annexés suivants dans lesquels :
La figure 1 est une vue latérale d'un exosquelette selon un mode de réalisation de l'inventeur, porté par un utilisateur.
La figure 2 est une vue de face correspondant à la figure 1.
Les figures 3A et 3B sont des vues latérales d'un exosquelette selon un mode de réalisation de l'invention, illustrant son utilisation par un opérateur marchant sur un terrain accidenté.
Les figures 4A et 4B sont des vues latérales illustrant un exosquelette selon l'invention dans sa position de rangement (figure 4A) et dans une position intermédiaire entre celle illustrée à la figure 4A et celle illustrée à la figure 1. Les figures 5A et 5B illustrent de manière schématique l'articulation entre les jambes et le bâti de l' exosquelette, la figure 5A étant une vue de côté et la figure 5B une vue en perspective avant, 1 ' exosquelette étant en position de repos.
Les figures 6A et 6B sont des vues de côté illustrant un élément de liaison comportant une semelle .
Les figures 7A à 7C illustrent un élément de liaison sans semelle, les figures 7A et 7B étant des vues de côté de l'élément de liaison et la figure 7C une vue en perspective correspondant à la figure 7A.
Les figures 7D à 7E illustrent une variante de l'élément de liaison sans semelle du type illustré aux figures 7A à 7C, les figures 7D et 7E étant des vues de côté de l'élément de liaison et la figure 7F une vue en perspective correspondant à la figure 7D.
La figure 8 est une vue de côté d'un exosquelette selon un autre mode de réalisation et porté par un utilisateur.
La figure 9 est une vue de côté d'un exosquelette selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, porté par un utilisateur .
Dans la suite de la description, on utilisera les mêmes références numériques pour désigner les éléments identiques ou similaires. Il est tout d'abord fait référence aux figures 1 et 2 qui illustrent un exosquelette selon un mode de réalisation de l'invention.
Cet exosquelette 1 comporte deux jambes 2 et 3 et un bâti 4.
Comme l'illustre la figure 1, le bâti est destiné à être fixé sur le dos d'un utilisateur, par des moyens de liaison 47 du type harnais et à supporter une charge 48.
Chaque jambe de 1 ' exosquelette comporte également un élément de liaison avec le pied de l'utilisateur qui sera décrit plus en détail dans la suite de la description.
Les deux jambes 2 et 3 sont du type télescopique, c'est-à-dire qu'elles comportent au moins deux segments qui s' emboîtent et coulissent les uns dans les autres.
Dans l'exemple illustré sur les différentes figures, les jambes 2 et 3 comportent trois segments 20, 21, 22 et 30, 31, 32 qui s'emboitent et coulissent les uns dans les autres.
Chaque jambe 2, 3 est reliée par une extrémité au bâti 4, au moyen d'une première articulation. Cette extrémité de la jambe correspond à l'extrémité libre du segment supérieur 20, 30 de la jambe 2, 3.
Cette première articulation est référencée 42, 43 pour la jambe 2, 3 et cette première articulation sera décrite plus en détail en référence aux figures 5A et 5B. A son extrémité opposée, chaque jambe 2, 3 est reliée à un élément de liaison 6, 5 par une deuxième articulation 60, 50 qui sera décrite plus en détail en référence aux figures 6A-6B et 7A-7C. Cette extrémité de la jambe correspond à l'extrémité libre du segment inférieur 22, 32 de la jambe 2, 3.
La figure 1 montre que ces deuxièmes articulations 60, 50 sont situées à l'arrière des pieds de l'utilisateur, lorsque celui-ci a revêtu 1 ' exosquelette . Ainsi, les deux jambes 2 et 3 sont situées à l'arrière du corps de l'utilisateur, aucune liaison entre les jambes 2 et 3 et les jambes de l'utilisateur n'étant nécessaire.
Cet exosquelette n'est donc pas du type anthropomorphique et le poids de la charge fixée sur le bâti est directement transféré au sol, sans passer par le corps de l'utilisateur.
Ce transfert direct vers le sol est schématisé par la flèche F.
Il est maintenant fait référence à la figure 2, sur laquelle est schématisée la charge 48 placée sur le bâti 4, par des contours en pointillés.
La figure 2 confirme que 1 ' exosquelette selon l'invention ne comporte aucun élément sur les côtés de l'utilisateur. Il ne peut donc pas gêner le mouvement des bras de l'utilisateur.
Les jambes de 1 ' exosquelette restent à l'arrière du corps de l'utilisateur quel que soit le cycle d'usage (marche, course, accroupissement , genoux à terre...) , et ceci en tous temps .
La notion de « en arrière du corps » est comprise en ce qu'aucun mécanisme ne vient dans une zone d'exclusion située sur les côtés de l'utilisateur de ses épaules à ses pieds. Cette zone est hachurée sur la figure 2.
Ainsi, avec cet exosquelette, on dégage complètement les côtés de l'utilisateur jusqu'aux pieds, pour laisser libre le passage des mains, outils ou armes notamment.
Par ailleurs, le positionnement des jambes à l'arrière de son corps permet à l'utilisateur de se positionner naturellement vers l'avant, comme lorsqu'il ne porte pas 1 ' exosquelette .
De façon classique, 1 ' exosquelette comporte des moyens d' actionnement des jambes qui sont, de préférence, situés dans la partie inférieure du bâti 4.
Ces moyens d' actionnement sont commandés, de façon également classique, grâce à des moyens de détection des mouvements de l'utilisateur et des moyens de mesure des positions de l' exosquelette, ainsi que des moyens de détection du contact au sol pour assurer la transition de phase entre les deux j ambes .
Ainsi, ces différents moyens sont reliés, par le biais d'une connectique WiFi et/ou câblée passant à l'intérieur des jambes, à un dispositif de contrôle-commande relié aux moyens d' actionnement des jambes et comprenant de façon connue un micro-processeur, des moyens de stockage et des moyens de calcul agencés pour réagir aux indications obtenues par les moyens de détection.
Ce dispositif de contrôle-commande permet donc de commander des moyens d' actionnement des jambes télescopiques . Ceci permet à l'utilisateur de marcher avec 1 ' exosquelette et ce, même sur des terrains accidentés, comme l'illustrent les figures 3A et 3B.
Il va maintenant être fait référence aux figures 4A et 4B.
La figure 4A illustre 1 ' exosquelette 1 dans une position repliée. Dans cette position, les différents segments constituant chaque jambe sont emboîtés les uns dans les autres.
Le bâti 4 est, dans l'exemple illustré, du type claie de portage. Il comporte essentiellement deux éléments 40 et 41 qui sont sensiblement perpendiculaires l'un à l'autre.
Le premier élément 40 est destiné à venir en contact avec le dos de l'utilisateur lorsque celui-ci porte 1 ' exosquelette et le deuxième élément 41 est destiné à recevoir la charge.
Ces deux éléments 40 et 41 définissent chacun un plan, le plan du premier élément 40 étant sensiblement vertical lorsque 1 ' exosquelette est en cours d'utilisation et le plan défini par le deuxième élément 41 étant sensiblement horizontal dans cette situation. Le deuxième élément 41 est conçu pour recevoir les moyens d' actionnement 45 des jambes.
Par ailleurs, dans la position repliée, l'élément de liaison 6 et le deuxième élément 41 du bâti 4 sont posés sur le sol et la première articulation 42 est située sensiblement dans la partie médiane du premier élément 40 du bâti.
Le harnais 47 du bâti 4 est alors sensiblement en regard du premier élément 40 du bâti.
Dans cette position repliée, 1 ' exosquelette présente un encombrement minimal qui est également utilisé pour son rangement.
Lorsque 1 ' exosquelette 1 est dans la position stable illustrée à la figure 4A, la charge est positionnée sur le bâti 4, puis solidarisée à ce dernier .
L'utilisateur peut alors se positionner à l'avant de 1 ' exosquelette et s'équiper des éléments de liaison 6, 5 de chacune des jambes 2, 3 ainsi que du harnais 47 dans un ordre indifférent, le bâti 4 restant encore au sol.
Une fois équipé des éléments de liaison et du harnais, l'utilisateur commande les moyens d' actionnement 45 des jambes, par exemple au moyen d'un bouton 460 situé à l'extrémité de la sangle 46 dont la longueur est ajustable (par exemple un câble électrique du type câble spirale) .
Ceci permet de déployer les jambes télescopiques 2 et 3 pour s'adapter à l'anatomie de l'utilisateur. Tout au long de cette étape, les moyens d' actionnement des jambes délivrent la force nécessaire à l'équilibrage de la charge.
A la fin de cette étape, 1 ' exosquelette 1 est positionné sur l'utilisateur comme cela est illustré à la figure 1.
On notera que la première articulation de chaque jambe est susceptible de se déplacer le long d'un rail 44 en forme de L. Le déplacement de l'articulation le long du rail peut être synchronisé avec le déplacement des jambes jusqu'à atteindre une position de verrouillage. Il peut également être passif.
Par ailleurs, un télescope peut être prévu entre le harnais et le premier élément du bâti pour permettre l'ajustement de la hauteur entre eux. Le télescope est verrouillé lorsque 1 ' exosquelette est dans la position illustrée à la figure 1.
L'utilisateur cesse d'activer le bouton 460 lorsqu'il estime que les jambes sont bien positionnées et les moyens d' actionnement des jambes sont commandés par les moyens de détection des mouvements de l'utilisateur, pour permettre à ce dernier de se déplacer avec 1 ' exosquelette .
Il est maintenant fait référence aux figures 5A et 5B qui illustrent l'articulation entre les jambes et le bâti.
La figure 5A est une vue schématique de côté du bâti 4, avec les premier et deuxième éléments 40 et 41 du bâti 4. Le deuxième élément 41 supporte une tige 410 d' axe X .
Cet axe X est sensiblement perpendiculaire au premier élément 40 du bâti et il est destiné à être sensiblement parallèle à l'axe antéropostérieur de l'utilisateur.
Par ailleurs, le segment supérieur 20, 30 de chaque jambe 2, 3 se termine par un élément coudé 200, 300.
La première articulation 42, 43 de chaque jambe comporte un élément coudé 420, 430. A une extrémité, cet élément coudé 420, 430 est articulé autour de l'axe X, cet axe étant donc commun aux deux jambes 2 et 3.
Dans l'exemple de réalisation illustrée sur les figures 5A et 5B, ce montage en rotation est obtenu grâce à un manchon 421, 431, à travers lequel passe la tige 410 du bâti, et situé à une extrémité de l'élément coudé 420, 430.
A son autre extrémité, l'élément coudé 420,
430 est articulé autour d'un deuxième axe Y2, Y3.
Dans l'exemple illustré sur les figures 5A et 5B, cette articulation est obtenue en insérant l'autre extrémité de l'élément coudé 420, 430 dans un manchon 201, 301 situé à l'extrémité de l'élément coudé 200, 300 de chaque jambe 2, 3.
Il est maintenant fait référence à la figure 5A qui illustre les deux jambes 2 et 3 en position de repos, c'est-à-dire lorsque l'utilisateur se tient droit et est statique. L'utilisateur est donc dans la position illustrée à la figure 1.
Dans cette position, chacun des axes Y2 et Y3 est situé sensiblement sur la perpendiculaire commune à la jambe télescopique correspondante et 1 ' axe X .
Lorsque l'utilisateur marche, les axes Y2 et Y3 sont toujours perpendiculaires à l'axe X mais ils sont inclinés par rapport au plan défini par le deuxième élément 41 du bâti.
Par rapport à la position de repos illustrée à la figure 5A, chaque jambe peut s'en écarter d'un angle positif lorsque la jambe est vers l'avant et d'un angle négatif lorsque la jambe est vers l'arrière. Les débattements autour des axes Y2 et Y3 sont compris entre environ 65° et - 10°.
L'articulation autour de l'axe X permet l'abduction et l'adduction des éléments coudés 420 et 430 (et donc des jambes 2 et 3) par rapport au bâti 4 de 1 ' exosquelette .
Les débattements de cette articulation autour de l'axe X sont par exemple compris entre 0°, correspondant à une jambe en position droite, et 20°, lorsque la jambe est à l'extérieur du plan médian du corps.
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 5A et 5B, l'axe X est commun aux deux jambes et il est positionné sensiblement dans le plan sagittal. Dans ce cas, les deux jambes forment un angle entre elles (par exemple de 10°), de telle sorte qu'elles sont plus écartées au niveau des pieds de l'utilisateur qu'au niveau des premières articulations.
L'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et chaque jambe pourrait être articulée au niveau des manchons 421 et 431 autour de deux axes parallèles et écartés l'un de l'autre d'une distance d'environ 100 mm. De préférence, ces deux axes seront sensiblement symétriques par rapport au plan sagittal. Dans ce cas, les deux jambes peuvent s'étendre sensiblement verticalement comme illustré sur la figure 2. Les deux axes Y2 et Y3 sont alors sensiblement dans le plan du deuxième élément 41 du bâti.
Au niveau de l'articulation autour de l'axe X, il est prévu des éléments passifs (non illustrés sur les figures) tels que des ressorts qui sont fixés à une extrémité, au bâti 4 et à l'autre extrémité, au segment supérieur 20, 30 de la jambe 2, 3. Ces éléments passifs permettent de générer un rappel élastique autour d'une position donnée, par exemple la position debout et pieds serrés de l'utilisateur.
Des moyens motorisés pourraient également être prévus.
L'articulation autour des axes Y2 et Y3 peut être laissée libre lorsque les articulations 42, 43 sont positionnées sensiblement à l'aplomb du centre de gravité de la charge.
Cependant, l'articulation autour des axes Y2,
Y3 pourrait également être munie d'éléments passifs, comme des ressorts, ou encore d'une motorisation .
Ainsi, 1 ' exosquelette selon l'invention permet de se dispenser d'une motorisation au niveau de la hanche, telle qu'elle est prévue notamment dans 1 ' exosquelette décrit dans le document US 2012/0156661.
Cette motorisation est prévue pour compenser le couple créé par le bras de levier entre les hanches de l'utilisateur et le centre de gravité de la charge. En positionnant l'articulation sensiblement à l'aplomb du centre de gravité de la charge, ce couple résiduel est supprimé.
Il va maintenant être fait référence aux figures 6A-6B et aux figures 7A à 7C pour décrire deux modes de réalisation de l'élément de liaison de 1 ' exosquelette avec le pied de l'utilisateur.
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 6A et 6B l'élément de liaison comporte une semelle. Le pied de l'utilisateur n'est donc pas en contact direct avec le sol.
Il est du type décrit dans la demande FR 3018469.
L'élément de liaison 6 comporte une partie fixe 61 et une partie mobile 62.
La partie fixe 61 présente une forme de L renversé s' étendant dans un plan parallèle au plan sagittal.
La petite branche 610 du L s'étend sensiblement verticalement lorsque 1 ' exosquelette est posé sur le sol, la grande branche du L 611 étant alors en contact avec le sol et formant une semelle .
La petite branche 610 porte l'articulation 60 avec la jambe 2 de 1 ' exosquelette . Il peut s'agir d'une articulation du type rotule.
A l'avant de l'élément de liaison 6, c'est-à- dire à l'opposé de la petite branche 610, la grande branche 611 porte un autre élément fixe 612 qui supporte une articulation 613 avec la partie mobile 62 de l'élément de liaison. L'articulation 613 est située sensiblement au niveau de l'articulation métatarso-phalangienne du pied d'un utilisateur.
Par ailleurs, des moyens de fixation 620 sont solidarisés sur la partie mobile 62. Ces moyens 620 permettent de maintenir le pied de l'utilisateur fixe par rapport à la partie mobile 62.
La figure 6A montre que, lorsque le pied de l'utilisateur est au sol, la partie mobile 62 repose sur la grande branche 611 de la partie fixe 61.
La figure 6B montre que, lorsque l'utilisateur soulève son pied, la partie mobile 62 tourne autour de l'articulation 613. La partie mobile 62 s'écarte alors de la grande branche 611 de la partie fixe 61 de l'élément de liaison 6.
Dans ce mode de réalisation, les moyens de mesure permettant de détecter les mouvements de l'utilisateur comprennent par exemple deux capteurs d'efforts placés dans la semelle 611 de la partie fixe 61, pour mesurer le report de charge de l'utilisateur sur le pied. Ces moyens de mesure comportent également un potentiomètre permettant de détecter l'angle de décollement du talon de l'utilisateur.
Ces informations sont traitées de façon classique pour commander les moyens d' actionnement des jambes, de façon à suivre les mouvements de l'utilisateur.
Du fait de la présence d'une semelle sous le pied de l'utilisateur, ce dernier perd une partie de l'information concernant l'état du sol sur lequel il se déplace.
C'est pourquoi l'invention prévoit également un autre mode de réalisation de l'élément de liaison, dans lequel celui-ci ne comporte pas de semelle, le pied de l'utilisateur venant directement en contact avec le sol.
Cet autre mode de réalisation va être décrit en référence aux figures 7A à 7C.
Dans ce mode de réalisation, l'élément de liaison 7 comporte un élément rigide 71 du type étrier en forme de U avec deux parois latérales 710 et 711 destinées à venir de part et d'autre du pied de l'utilisateur et un fond 712 reliant les deux parties latérales 710 et 711 et destiné à venir en vis-à-vis du talon de l'utilisateur.
Cette paroi de fond 712 supporte l'articulation 70 avec la jambe correspondante de 1 ' exosquelette . Il peut notamment s'agir d'une articulation du type rotule. L'élément de liaison 7 comporte également un système de fixation 72 avec le pied de 1 ' utilisateur .
Ce système de fixation est semi-rigide. Il est, en effet, composé d'une partie rigide 720 qui est mobile en rotation autour d'une articulation 721 située à l'extrémité avant de la partie rigide 71, c'est-à-dire à l'opposé de l'articulation 70.
L'axe de cette articulation 721 est sensiblement perpendiculaire aux parois latérales 710 et 711 de la partie rigide 71.
Ce système de fixation comporte également une partie élastique 722, consistant par exemple en une sangle élastique permettant de s'adapter à la longueur de la chaussure de l'utilisateur sans nécessiter une action de réglage, et une sangle réglable permettant de faire le tour de la chaussure et munie d'une attache rapide permettant à l'utilisateur de s'équiper rapidement de l'élément de liaison.
Ainsi, la figure 7A illustre l'élément de liaison 7 lorsque le pied de l'utilisateur est en contact avec le sol.
La figure 7B illustre l'élément de liaison 7 lorsque le pied de l'utilisateur est décollé du sol, le système de fixation 72 ayant alors pivoté autour de l'articulation 721.
Dans tous les cas, l'élément 71 en forme d' étrier est une pièce rigide qui est en contact avec le sol, par l'intermédiaire des parois latérales 710, 711. Il permet donc de transférer le poids de la charge placée dans le bâti, par l'articulation 70, directement au sol, sans passer par l'utilisateur.
Afin d'améliorer l'adhérence de l'élément de liaison avec le sol, un matériau antidérapant est avantageusement prévu sous l'élément de liaison.
Dans ce mode de réalisation, les moyens de mesure permettant de détecter les mouvements de l'utilisateur comprennent par exemple un potentiomètre, placé au niveau de l'articulation 721, de façon à mesurer l'angle de décollement du talon de l'utilisateur.
Ces moyens comprennent alors également un capteur de contact de type switch, placé sous l'élément de liaison, sur la surface en contact avec le sol, de façon à détecter si l'élément de liaison est en contact avec le sol.
Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre à l'utilisateur d'être en contact direct avec le sol.
En référence aux figures 7D à 7F, va maintenant être décrit plus en détail un exemple d'articulation du type rotule entre l'élément de liaison et la jambe correspondante de 1 ' exosquelette .
Dans ce mode de réalisation, la rotule est formée de trois pivots successifs montés sur bague et comporte deux pièces intermédiaires 731 et 732, par exemple en forme de fer à cheval. Ainsi, le segment inférieur 22, 23 de la jambe 2, 3 est monté en rotation selon l'axe Xi, appelé axe de rotation, sur la première pièce intermédiaire 731.
L'axe longitudinal du segment inférieur (ou de la jambe) et l'axe de rotation Xi passent par le centre 733 de la rotule.
De préférence, cette première pièce intermédiaire 731 est suffisamment profonde pour limiter le risque d' interférence avec le tibia de 1 ' utilisateur .
La première pièce intermédiaire 731 est elle- même montée en rotation sur la deuxième pièce intermédiaire 732 selon l'axe X2, orthogonal à l'axe de rotation X1 et situé dans un plan sensiblement parallèle au plan de la surface de contact au sol de l'élément rigide 71.
Cet axe X2 est appelé axe de flexion/extension et passe par le centre 733 de la rotule.
De préférence, l'encombrement de cette deuxième pièce intermédiaire 732 ne dépasse pas celui de l'élément rigide 71. En particulier, ses deux branches peuvent être à l'aplomb des parois latérales 710 et 711 de l'élément 71.
Enfin, la paroi de fond 712 de l'élément de liaison supporte la deuxième pièce intermédiaire 732.
Cette deuxième pièce intermédiaire 732 est montée en rotation sur l'élément rigide 71 autour d'un axe X3, appelé axe d'abduction. Cet axe X3 est orthogonal à l'axe de flexion/extension X2 et situé dans un plan sensiblement parallèle au plan de la surface de contact au sol de l'élément rigide 71. Il passe par le centre 733 de la rotule.
Ainsi, la rotule permet trois degrés de liberté. Lors de la marche, les plus gros débattements se produisent autour de l'axe de flexion-extension X2. Le degré de liberté autour de l'axe de rotation X1 permet à l'utilisateur de tourner et celui autour de l'axe d'abduction X3, lui permet d'écarter les jambes.
Ce mode de réalisation permet de limiter l'encombrement arrière de l'élément 71 en faisant sensiblement coïncider le centre 733 de la rotule de 1 ' exosquelette avec le centre de la cheville de l'utilisateur, lorsque le pied de l'utilisateur et l'élément 71 sont posés sur le sol. C'est ce qu'illustre la figure 7D.
La figure 7E illustre la position relative du pied de l'utilisateur et de l'élément rigide 71, lorsque le pied de l'utilisateur est décollé du sol, le système de fixation 72 ayant alors pivoté autour de l'articulation 721 et donc autour de l'axe métarso-phalangien X4. La comparaison entre les figures 7D et 7E montre que lorsque le pied de l'utilisateur est décollé du sol, l'angle entre les deux axes Xi et X3 (ou entre les deux pièces intermédiaires) est plus grand que lorsque le pied est au sol. Il est maintenant fait référence à la figure 8 qui illustre un autre mode de réalisation de 1 ' exosquelette selon l'invention.
Dans ce mode de réalisation, des moyens équilibreurs des hanches sont prévus à l'arrière des jambes de 1 ' exosquelette .
De tels moyens équilibreurs sont rendus nécessaires lorsqu'un porte-à-faux est généré entre le centre de gravité de la charge et la première articulation des jambes située au niveau du bâti.
Ce porte-à-faux peut notamment se produire dans la situation illustrée à la figure 8.
En effet, cette figure illustre un exosquelette selon l'invention dont le bâti 4 supporte une charge 48 à l'arrière et également, une charge 49 à l'avant.
Cette charge 49 est ici supportée par une paire de bras 80 qui s'étend en avant du bâti dans le sens de la marche, de façon à être positionnée de part et d'autre de l'utilisateur en cours d'utilisation.
Les bras 80 peuvent être des bras passifs ou semi-passifs, du type commercialisé par la société Equipois. Dans ce cas, aucune motorisation n'est nécessaire.
La présence de cette charge 49 crée un porte- à-faux .
Les moyens équilibreurs peuvent présenter différentes formes. Il peut notamment s'agir d'un motoréducteur placé dans la partie inférieure du bâti 4.
Ces moyens peuvent également prendre la forme d'un treuil 9 composé d'un tambour 90 fixé sur le bâti, autour duquel est enroulé un câble 91.
Comme l'illustre la figure 8, le tambour 90 est situé dans la partie inférieure du bâti 4, au niveau de l'élément 41 et surtout, à distance de la première articulation 42, 43 de la jambe 2, 3 sur le bâti 4.
Pour chaque jambe, le câble 91 est également fixé au niveau de l'élément de liaison 6, 5.
Comme l'illustre la figure 8, le câble 91 est fixé à l'arrière de l'élément de liaison 6, 5 par exemple au niveau de l'articulation 60, 50 avec la jambe 2, 3.
Le tambour 90 est mobile en rotation par rapport au bâti 4, autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au plan sagittal.
II existe un bras de levier entre la première articulation 42, 43 et le tambour 90. Si la présence d'une charge à l'avant crée un porte-à- faux entre le centre de gravité de la charge et la première articulation 42, 43, une force est alors appliquée au câble 91, grâce au moteur dont est équipé chaque câble.
Dans ce cas, un couple est généré au niveau de la première articulation (autour des axes Y2 et Y3) pour équilibrer ce porte-à-faux. Il est maintenant fait référence à la figure 9 qui décrit un autre mode de réalisation de 1 ' exosquelette selon l'invention.
Cet exosquelette comporte des moyens de levage, du type palan, qui sont supportés par le bâti 4.
Ces moyens de levage sont commandés par l'utilisateur, grâce à des moyens appropriés, notamment la poignée d'intention 82.
Ces moyens de levage 81 permettent à l'utilisateur de transférer des charges depuis le sol jusqu'à sa hauteur sans fournir d'efforts.
Dans ce mode de réalisation, un porte-à-faux est encore créé entre le centre de gravité de la charge et l'articulation des hanches. C'est pourquoi un treuil 9 est également prévu à l'arrière des jambes de 1 ' exosquelette .
Comme il va de soi et comme il résulte également de ce qui précède, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Exosquelette de membres inférieurs comportant deux jambes (2, 3), un bâti (4) du type sac à dos destiné à être fixé sur le dos d'un utilisateur et à supporter une charge, des moyens d' actionnement des jambes en fonction des mouvements de l'utilisateur, chaque jambe étant reliée à une extrémité au bâti, par une première articulation (42, 43), et à une autre extrémité à un élément de liaison (5, 6) avec le pied de l'utilisateur, par une deuxième articulation, caractérisé en ce que
les jambes (2, 3) sont du type télescopique et situées à l'arrière du corps de l'utilisateur, en cours d'utilisation.
2. Exosquelette selon la revendication 1, caractérisé en ce que les jambes sont reliées directement au bâti.
3. Exosquelette selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième articulation (60, 70) est du type rotule.
4. Exosquelette selon la revendication 3, caractérisé en ce que le centre de la rotule coïncide sensiblement avec la cheville de l'utilisateur lorsque son pied et l'élément de liaison (5, 6) sont posés sur le sol.
5. Exosquelette selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de liaison (7) est dépourvu de semelle, de façon à permettre le contact direct entre le pied de l'utilisateur et le sol en cours d'utilisation, des moyens de mesure étant prévus au niveau de l'élément de liaison pour détecter les mouvements de l'utilisateur.
6. Exosquelette selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bâti comporte deux éléments (40, 41) sensiblement perpendiculaires, un premier élément destiné à venir en contact avec le dos de l'utilisateur et un deuxième élément destiné à recevoir la charge.
7. Exosquelette selon la revendication 6, caractérisé en ce que, par la première articulation (42, 43), une jambe (2, 3) est articulée autour d'un premier axe (X) sensiblement perpendiculaire au premier élément du bâti et autour d'un deuxième axe (Y2, Y3) , perpendiculaire au premier axe X et à la jambe (2, 3) en position de repos des jambes, les deuxièmes axes de chaque jambe étant indépendants l'un de l'autre.
8. Exosquelette selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bâti (4) est entièrement situé à l'arrière du corps de l'utilisateur en cours d'utilisation.
9. Exosquelette selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d' actionnement des jambes sont situés dans la partie inférieure du bâti.
10. Exosquelette selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que chaque élément de liaison (7) comporte un élément (71) en forme de U, les deux branches (710, 711) du U étant destinées à venir de part et d' autre de la chaussure de l'utilisateur et en contact avec le sol et le fond (712) du U supportant la deuxième articulation (70) d'une jambe.
11. Exosquelette selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément de liaison (7) comprend un système de fixation (72) entre chaque élément en forme de U (71) et une chaussure d'un utilisateur.
12. Exosquelette selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens équilibreurs des hanches (9), à l'arrière du bâti.
13. Exosquelette selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens équilibreurs des hanches comprennent, pour chaque jambe, un treuil avec un tambour (90) situé dans le bâti et à distance de la première articulation (42, 43) et sur lequel est enroulé un câble (91), l'extrémité libre du câble étant fixée à l'élément de liaison (5, 6), le câble s' étendant entre le bâti et l'élément de liaison de la jambe, pour assurer l'équilibrage du bâti par rapport au sol.
14. Exosquelette selon la revendication 12 ou
13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens reliés au bâti pour le port de charges à l'avant de l'utilisateur.
15. Exosquelette selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une paire de bras (80) s' étendant en avant du bâti dans le sens de la marche, de façon à être positionnée de part et d'autre du torse de l'utilisateur, en cours d'utilisation.
16. Exosquelette selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (81) pour le levage de charge à l'avant de l'utilisateur qui sont supportés par le bâti.
17. Exosquelette selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de levage comprennent une potence équipée d'un palan.
18. Procédé de transport d'une charge par un utilisateur au moyen d'un exosquelette de membres inférieurs comprenant deux jambes, un bâti du type sac à dos, des moyens d' actionnement des jambes en fonction des mouvements de l'utilisateur, chaque jambe étant reliée à une extrémité au bâti, par une première articulation, et à une autre extrémité à un élément de liaison avec le pied de l'utilisateur par une deuxième articulation, caractérisé en ce que les jambes sont du type télescopique, situées à l'arrière du corps de l'utilisateur en cours d'utilisation, et des moyens de détection étant prévus au niveau de l'élément de liaison pour détecter les mouvements de l'utilisateur, procédé selon lequel l'utilisateur :
- fixe sur son dos le bâti supportant la charge, grâce à des moyens de liaison,
- fixe, à chacun de ses pieds, un élément de liaison, la longueur des jambes télescopiques étant réglée automatiquement en fonction de son anatomie et les moyens de détection des mouvements de l'utilisateur commandant les moyens d' actionnement des jambes de 1 ' exosquelette en fonction de ces mouvements.
PCT/FR2017/050081 2016-01-15 2017-01-13 Exosquelette avec jambes télescopiques a l'arrière WO2017121971A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17706841.8A EP3402631A1 (fr) 2016-01-15 2017-01-13 Exosquelette avec jambes télescopiques à l'arrière

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1650328A FR3046744B1 (fr) 2016-01-15 2016-01-15 Exosquelette avec jambes telescopiques a l’arriere.
FR1650328 2016-01-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017121971A1 true WO2017121971A1 (fr) 2017-07-20

Family

ID=56069030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2017/050081 WO2017121971A1 (fr) 2016-01-15 2017-01-13 Exosquelette avec jambes télescopiques a l'arrière

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3402631A1 (fr)
FR (1) FR3046744B1 (fr)
WO (1) WO2017121971A1 (fr)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019057797A1 (fr) * 2017-09-25 2019-03-28 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Membre inferieur d'exosquelette a faible consommation energetique
CN110575366A (zh) * 2019-09-19 2019-12-17 哈尔滨工业大学 一种主被动结合的下肢助力外骨骼机器人
FR3084921A1 (fr) * 2018-08-07 2020-02-14 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Actionneur telescopique a cable
WO2022248918A1 (fr) * 2021-05-26 2022-12-01 Fundacion De Estudios Superiores Monseñor Abraham Escudero Montoya – Fundes Sac avec support de marche

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11201912537PA (en) 2017-09-07 2020-01-30 Bo Yuan Exoskeleton

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2589360A1 (fr) * 1985-10-30 1987-05-07 Chareire Jean Louis Appareil d'assistance mecanique de la propulsion par les jambes
FR2702698A1 (fr) * 1993-03-12 1994-09-23 Israel Defence Système exosquelettique.
EP2153804A1 (fr) * 2007-04-23 2010-02-17 Golden Crab, S.L. Exosquelette
US8474672B1 (en) * 2011-03-29 2013-07-02 Michael R. Keith Hiker's buddy apparatus for sharing with a hiker the carrying load of a backpack
WO2014195373A1 (fr) * 2013-06-07 2014-12-11 J. Schmalz Aide au levage portée sur le corps
WO2015157803A1 (fr) * 2014-04-16 2015-10-22 The Commonwealth Of Australia Système d'exosquelette pour port de charge

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2589360A1 (fr) * 1985-10-30 1987-05-07 Chareire Jean Louis Appareil d'assistance mecanique de la propulsion par les jambes
FR2702698A1 (fr) * 1993-03-12 1994-09-23 Israel Defence Système exosquelettique.
EP2153804A1 (fr) * 2007-04-23 2010-02-17 Golden Crab, S.L. Exosquelette
US8474672B1 (en) * 2011-03-29 2013-07-02 Michael R. Keith Hiker's buddy apparatus for sharing with a hiker the carrying load of a backpack
WO2014195373A1 (fr) * 2013-06-07 2014-12-11 J. Schmalz Aide au levage portée sur le corps
WO2015157803A1 (fr) * 2014-04-16 2015-10-22 The Commonwealth Of Australia Système d'exosquelette pour port de charge

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019057797A1 (fr) * 2017-09-25 2019-03-28 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Membre inferieur d'exosquelette a faible consommation energetique
FR3071401A1 (fr) * 2017-09-25 2019-03-29 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Membre inferieur d'exosquelette a faible consommation energetique
US11872180B2 (en) 2017-09-25 2024-01-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Lower limb of an exoskeleton with low power consumption
FR3084921A1 (fr) * 2018-08-07 2020-02-14 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Actionneur telescopique a cable
EP3620276A1 (fr) * 2018-08-07 2020-03-11 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Actionneur télescopique à câble
CN110575366A (zh) * 2019-09-19 2019-12-17 哈尔滨工业大学 一种主被动结合的下肢助力外骨骼机器人
WO2022248918A1 (fr) * 2021-05-26 2022-12-01 Fundacion De Estudios Superiores Monseñor Abraham Escudero Montoya – Fundes Sac avec support de marche

Also Published As

Publication number Publication date
EP3402631A1 (fr) 2018-11-21
FR3046744A1 (fr) 2017-07-21
FR3046744B1 (fr) 2020-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017121971A1 (fr) Exosquelette avec jambes télescopiques a l'arrière
EP3125848B1 (fr) Exosquelette comprenant une structure de pied
EP3393731B1 (fr) Module de dos pour une structure d'exosquelette
EP3393727B1 (fr) Module d'epaule pour une structure d'exosquelette
EP3393730B1 (fr) Structure modulaire d'exosquelette pour l'assistance a l'effort d'un utilisateur
CA3010299C (fr) Structure d'exosquelette pour l'assistance a l'effort d'un utilisateur
EP3393728B1 (fr) Module de pied pour une structure d'exosquelette
WO2015140352A1 (fr) Exosquelette comprenant une structure de bassin
FR2702698A1 (fr) Système exosquelettique.
CA3009547A1 (fr) Structure modulaire d'exosquelette avec module de support de sac a dos
FR3046100B1 (fr) Structure modulaire d'exosquelette pour l'assistance a l'effort d'un utilisateur
EP3099451A1 (fr) Exosquelette à port frontal et procédé d'utilisation d'un tel exosquelette
EP3903756B1 (fr) Dispositif orthopedique d'aide a la deambulation et pouvant servir a la reeducation de la marche du type comportant des moyens d'ecartement des cuisses du patient
EP3490517B1 (fr) Structure d'exosquelette pour l'assistance a l'effort d'un utilisateur
FR3018680A1 (fr) Exosquelette comprenant un substitut a une cheville
WO2016051081A1 (fr) Exosquelette avec porte outil centre et procédé d'utilisation d'un tel exosquelette
EP3585567A1 (fr) Exosquelette ameliore pour assistance aux efforts horizontaux.
FR3046743A1 (fr) Exosquelette avec jambes a articulation telescopique.
FR2913880A1 (fr) Appareil orthopedique articule lie a une base mobile
FR2888760A1 (fr) Engin bicycle pouvant etre dirige par un utilisateur debout en position transversale a plateau avant en porte-a-faux
FR3018682A1 (fr) Exosquelette comprenant une structure de pied
EP3383592A1 (fr) Exosquelette pour assistance aux efforts horizontaux

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17706841

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017706841

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017706841

Country of ref document: EP

Effective date: 20180816