WO2018154253A1 - Exosquelette ameliore pour assistance aux efforts horizontaux. - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un dispositif du type exosquelette et d'un procédé d'utilisation d'un tel dispositif comprenant au moins une jambe (2, 33) agencée pour être couplée à un pied (5) d'un utilisateur (6), un organe de liaison (7) entre l'extrémité supérieure (8) de la jambe (2) à laquelle il est articulé et un bras support (9) relié d'un côté à la jambe ou à l'organe de liaison (7) et de l'autre côté à un élément porte outil (10). Le dispositif comporte une barre de préhension (11, 34) agencée pour être maniée à deux mains par l'utilisateur fixée au bras support (9, 34) de façon parallèle ou sensiblement parallèle, à proximité ou sur l'élément porte outil.

Description

EXOSQUELETTE AMELIORE POUR ASSISTANCE AUX EFFORTS HORIZONTAUX

La présente invention concerne le domaine de la robotique et plus particulièrement les robots aptes à collaborer avec un opérateur, couramment désignés sous le terme « cobot » ou exosquelette .

Il s'agit de systèmes mécatroniques dont les mouvements sont pilotés par ceux d'un opérateur et qui permettent d'amplifier les efforts de ce dernier.

Ils sont par exemple utilisés pour manipuler des pièces pesantes ou de grandes dimensions ou encore pour assister le geste d'un opérateur en démultipliant ses capacités en termes d'effort, lors d'une tâche pénible et répétitive, nécessitant toutefois de conserver le savoir-faire et la flexibilité de l'homme.

Ainsi, l'invention concerne un dispositif du type exosquelette destiné à assister les efforts horizontaux d'un opérateur valide.

Elle concerne également un procédé d'utilisation d'un tel dispositif.

Ce dispositif du type exosquelette comporte au moins une jambe agencée pour être couplée à un pied d'un utilisateur, un organe de liaison entre l'extrémité supérieure de la jambe à laquelle il est articulé, ainsi qu'un bras support relié d'un côté à l'organe de liaison et de l'autre côté à un élément porte outil.

Ce dispositif peut notamment être utilisé avec des outils engendrant une forte pénibilité, notamment du fait des efforts horizontaux importants à fournir au niveau de l'outil lui-même.

L' invention peut ainsi être utilisée avantageusement dans les secteurs du BTP (Bâtiments et Travaux Publics) et de tout autre type d'industrie nécessitant l'utilisation d'outils et donc l'assistance au travail de ces outils, comme des râteaux ou encore tout outil dont le maniement génère des efforts horizontaux importants, comme des perforateurs pour des murs verticaux.

Le dispositif selon l'invention sera ainsi avantageusement utilisé par un opérateur qui, dans le cadre d'un chantier routier par exemple, réalise des revêtements en produits qui nécessitent un étalement, comme des enrobés.

Cet opérateur est communément dénommé « tireur ou râteau ».

Il réalise le revêtement grâce à un râteau et c'est lui qui fournit la force nécessaire à l'étalement du produit concerné. Cette force peut atteindre jusqu'à 70 kg.

La réalisation du revêtement nécessite des gestes répétitifs sur de longues périodes, ces gestes entraînant une torsion du tronc de l'opérateur, ainsi qu'une forte sollicitation au niveau de l'épaule et du dos.

Ceci peut entraîner des troubles musculo- squelettiques et une fatigue importante.

De nombreux dispositifs ont déjà été proposés, tels que des exosquelettes d'aide à l'utilisation d'outils, pour démultiplier les capacités physiques d'un utilisateur. Certains d'entre eux sont très sophistiqués, comprenant notamment des systèmes d' actionnement des membres inférieurs, associés à des capteurs de direction et des moyens de calcul.

Ce type de dispositifs, compte tenu de leurs complexité notamment, ne sont pas adaptés à des travaux en extérieur et sur chantier (robustesse) .

On connaît (FR 3 026 335) un dispositif plus simplifié comportant deux jambes et un bras articulé porte outil fixé de façon centrée devant l'utilisateur, permettant un maniement souple moins sollicitant pour le dos de l'utilisateur.

Ce dispositif peut néanmoins être encore amélioré et simplifié.

La présente invention a donc pour objet de fournir un dispositif du type exosquelette et un procédé d'utilisation d'un tel dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique notamment en permettant d' apporter efficacement une assistance aux efforts horizontaux d'un opérateur, tout en étant robuste, simple, facile à mettre en place, d'un coût raisonnable et moins générateur de troubles musculo squelettiques.

Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif du type exosquelette comprenant au moins une jambe agencée pour être couplée à un pied d'un utilisateur, un organe de liaison entre l'extrémité supérieure de la jambe à laquelle il est articulé et un bras support relié d'un côté à l'organe de liaison ou à la jambe et de l'autre côté à un élément porte outil, comportant une barre fixée au bras support de façon parallèle ou sensiblement parallèle,

caractérisé en ce que ladite barre est une barre de préhension agencée pour être maniée à deux mains par l'utilisateur et en ce que la barre et le bras support sont reliés entre eux de façon mobile en rotation à proximité de ou sur l'élément porte outil.

Par fixation de façon parallèle ou sensiblement parallèle on entend une disposition parallèle ou légèrement inclinée (angle de quelques degrés par exemple 5 à 15°) de la barre de préhension par rapport au bras support, notamment au moins en partie à distance sur une partie de la longueur du bras support, par exemple à quelques centimètres, par exemple 10 cm.

Le bras support n'est pas forcément relié en bout à l'organe de liaison ou de la jambe mais peut très bien être relié à ceux-ci de façon intermédiaire sur la longueur dudit bras, par exemple au 2/3 ou 3/4 de la longueur du bras par rapport au porte outil.

Avantageusement la barre de préhension est solidaire du porte outil, lui-même fixé rigidement axialement et/ou dans la prolongation de la barre, c'est-à-dire sans degré de liberté (mais par exemple avec un angle, par exemple quelques degrés, par exemple entre 5 et 15°), ce qui permet un excellent retour des forces de poussée et/ou de traction dans l'axe de l'action de l'utilisateur sur le porte outil et/ou l'outil via la barre de préhension.

La liaison de la barre avec le bras support peut être réalisée en un, deux, voire plusieurs points de fixation rigides et/ou mobiles en rotation, par exemple selon un et/ou deux axes perpendiculaires, entre eux pour permettre un ou deux degrés de liberté, mais de façon solidarisable ou solidaire de façon fixe dans le sens longitudinal de la barre.

Egalement avantageusement c'est le bras support qui est en fait fixé à la barre à l'extrémité de celle-ci à proximité du porte outil, c'est-à-dire à moins de 50 cm, par exemple 10 cm.

Dans tous ces modes de réalisation, les efforts longitudinaux sur la barre de préhension par l'opérateur vont ainsi pouvoir être reportés sur le bras support qui agit de façon démultipliée sur 1' outil .

Dans un mode de réalisation avantageux, le bras support permet de reprendre les efforts exercés entre un point fixe situé près de la hanche de l'utilisateur à l'extrémité supérieure de la jambe et l'outil en contact avec le sol, la liaison de la jambe avec le pied de l'utilisateur permettant par ailleurs de limiter les efforts sur la ou les jambes de ce dernier.

Mais dans un autre mode de réalisation, le bras support permet de reprendre les efforts entre un point fixe, qui peut être réglable, situé sur la jambe elle-même à une hauteur plus faible que celle de la hanche par rapport au sol.

La barre permet quant à elle de réduire considérablement les risques de douleur dans l'épaule de l'utilisateur, car celui-ci va pouvoir décaler la position de ses mains le long de la barre évitant ainsi une position gênante de l'épaule.

Le dispositif permet ainsi de reporter les forces directement au sol, sans passer par le corps de l'opérateur dont on exploite simplement le poids pour maintenir l'équilibre.

Ainsi, le corps (dos, bras) de l'utilisateur fournit moins d'efforts puisque le dispositif permet l' actionnement du bras porte-outil et apporte donc une assistance mécanique à l'utilisateur, et facilite 1' équilibre .

Comme on l'a vu, et de façon avantageuse la barre de préhension et le bras support sont fixés entre eux à proximité par exemple à quelques centimètre, du porte outil.

Avantageusement le bras support est monté mobile en rotation sur l'élément porte outil situé dans le prolongement et solidaire de la barre de préhension.

Le plaquage est ainsi rendu possible grâce à cette liaison rotule et l'utilisateur va pouvoir faire varier l'angle de l'outil (par exemple un râteau) par rapport au sol pendant la finition.

La barre de préhension peut alors et quant à elle être utilisée comme un manche de râteau classique.

De façon avantageuse, le dispositif ne comporte qu'une seule jambe agencée pour être couplée à un des pieds de l'utilisateur, par exemple celui de sa jambe d'appel, l'autre pied et jambe restant libre, ce qui confère une très grande souplesse de déplacement et liberté d'utilisation à l'opérateur. Mais encore plus avantageusement, c'est l'autre jambe que la jambe d'appel de l'utilisateur, c'est-à- dire celle qui reste la jambe arrière lors de l'effort qui est la jambe prévue pour être celle dont le pied est couplé à la partie inférieure de la jambe de 1 ' exosquelette .

Mais dans certains modes de réalisation particuliers le dispositif peut également comporter deux jambes connectables aux deux pieds de l'utilisateur.

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 :

- au moins une partie du bras support est montée coulissante par rapport audit organe de liaison ou à la jambe et le dispositif comprend des moyens d' actionnement longitudinaux dudit bras, en fonction des mouvements de l'utilisateur, pour assurer son déplacement en translation rectiligne ;

- le bras support est relié à la jambe par l'intermédiaire d'une pièce d'accrochage sur une partie supérieure de ladite jambe reliée à l'organe de liaison ;

- la pièce d'accrochage est un chariot mobile et verrouillable en translation par rapport à la jambe ;

- la barre de préhension comporte des moyens de détection de l'intention de l'utilisateur, reliés auxdits moyens d' actionnement pour les commander, cette commande étant réalisée en fonction du niveau de l'effort détecté ainsi que de sa direction. On réalise ainsi une amplification de l'effort de l'opérateur ;

- le dispositif comporte des moyens de blocage du mouvement de la jambe (en position de travail) lorsqu'un effort est détecté par lesdits moyens de détection. Avantageusement ces moyens ne déclenchent que lorsqu'une valeur seuil est atteinte et/ou détectée, par exemple supérieure à 0,5 kg, par exemple au moins 1 Kg. Ces moyens peuvent avantageusement être débrayés par l'utilisateur ;

- le bras support est monté sur l'organe de liaison ou sur la jambe, par une rotule permettant la rotation autour d'un axe Z passant entre les deux jambes et sensiblement vertical lorsque le dispositif est en cours d'utilisation, pour permettre un mouvement de balayage angulaire du bras ;

- le dispositif ne comporte qu'une seule jambe, par exemple agencée pour être fixée en partie basse au pied arrière de l'utilisateur en position d'utilisation ou de travail. Autrement dit, il est par exemple fixé à un élément agencé pour être lui- même attaché sur la tranche externe de la semelle d'une chaussure de l'utilisateur ;

- le dispositif comporte deux jambes, l'organe de liaison étant articulé sur chacune des jambes autour d'un axe X sensiblement perpendiculaire à l'axe Z (vertical) et à l'axe longitudinal Y (du bras support) lorsque le dispositif est au repos, pour assurer l'indépendance entre la portion du bras porte-outil et la position des jambes de l'utilisateur ; - la jambe ou chacune des jambes comporte deux tiges montées coulissantes l'une par rapport à l'autre, pour permettre d'ajuster la hauteur de chaque jambe, de manière à faciliter le déplacement ou le franchissement d'obstacle (montée d'une marche par exemple) des moyens de blocage étant alors prévus ;

- les moyens d' actionnement longitudinaux du bras support sont placés et/ou fixés, par exemple de façon amovible, sur le bras support du côté opposé de l'outil par rapport à la jambe ou l'organe de liaison .

Par placés on entend fixés ou rendus solidaires, de façon réglables ou non sur le bras support.

Avantageusement ils sont ainsi placés à une distance déterminée permettant l'équilibrage du bras par rapport au poids de l'outil, du porte outil et de la partie du bras support attenant.

Ainsi la masse du bloc moteur équilibre la masse avant de l'ensemble outil (râteau par exemple), glissière de coulissement et extrémité de la barre de préhension et de l'élément porte outil, ce qui réduit encore significativement les efforts à exercer par l'utilisateur ;

- les moyens de détection de l'intention de l'utilisateur, ainsi que les éventuels moyens d' actionnement en rotation de la tige sont prévus (au moins en partie) dans l'organe de liaison.

Les moyens de détection sont par exemple formés par un capteur à jauge de contraintes de type connu, convenablement installé et/ou programmé de façon connue en elle-même.

Ici encore des valeurs seuils peuvent être prévues pour éviter les faux ordres et/ou erreurs de manipulation du fait de mouvements trop brusques de 1' utilisateur .

L' invention propose également un procédé de mise en œuvre du dispositif, tel que décrit ci-dessus.

Elle propose aussi un procédé d'utilisation d'un dispositif du type exosquelette comprenant au moins une jambe, un organe de liaison entre l'extrémité supérieure de la jambe à laquelle il est articulé et un bras support relié d'un côté à la jambe ou l'organe de liaison et de l'autre côté à un élément porte outil, caractérisé en ce que le dispositif comportant une barre de préhension pour l'utilisateur fixée au bras support de façon parallèle ou sensiblement parallèle à proximité du porte outil ou sur le porte outil, et comportant des moyens d' actionnement commandés par des moyens de détection de l'intention de l'utilisateur, tel qu'un capteur d'effort, on détecte si l'utilisateur a l'intention d'exercer un effort sur la barre de préhension grâce auxdits moyens de détection de l'intention exercés par l'utilisateur sur la barre et, lorsque la détection est positive, on commande lesdits moyens d' actionnement du bras support pour assurer son déplacement en translation rectiligne, la direction du déplacement étant identique à celle détectée par les moyens de détection. Avantageusement, le fait que l'extrémité de la barre de préhension située à l'opposé de l'utilisateur soit fixée à proximité de l'outil ou du porte outil sur le bras support permet à l'utilisateur de placer facilement l'outil en le dirigeant au bon endroit sur le matériau à étaler ou la partie de sol à ragréer.

Dans un mode de réalisation avantageux, le bras support étant fixé sur la jambe par le biais d'un chariot réglable en hauteur, on règle manuellement verticalement la position du chariot pour minimiser les efforts exercés sur les hanches de l'utilisateur.

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 suivants dans lesquels :

La figure 1 est une vue latérale schématique d'un utilisateur maniant un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention.

La figure 2 est une vue latérale schématique d'un utilisateur maniant un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

La figure 3 est une vue latérale schématique illustrant les mouvements possibles avec un dispositif selon un troisième mode de réalisation de 1' invention .

La figure 4 est une vue en perspective plus précise du dispositif de la figure 3.

La figure 5 montre une vue en perspective d'un exemple d'articulation entre bras et jambes appartenant à un organe de liaison selon un mode de réalisation de l'invention, (pour deux jambes), illustrant les possibilités de rotation en X Y Z .

La figure 6 montre en perspective un exemple de réalisation de moyens de fixation de la partie inférieure de la jambe, pour le couplage avec un pied de l'utilisateur.

Les figures 7 et 8 donnent respectivement en perspective et en perspective demi-coupe, un exemple de réalisation d'une fixation de barre de préhension sur l'extrémité du bras support, en amont du porte outil selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 9 donne schématiquement et en perspective, un exemple de réalisation des moyens d' actionnement longitudinaux du bras support permettant par exemple un raclage du sol par l'outil (non représenté) .

La figure 10 est une vue en perspective d'un utilisateur maniant un dispositif selon un autre mode de réalisation de l'invention, à une seule jambe, avec fixation du bras support sur ladite jambe.

La figure 11 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un chariot de fixation sur la jambe, dit chariot porte actionneur.

La figure 12 est une vue en coupe selon XII-XII du chariot de la figure 11.

Dans la suite de la description, on s'efforcera d'utiliser les mêmes références numériques pour désigner des éléments identiques ou similaires.

La figure 1 montre un dispositif 1 de type exosquelette, comprenant une jambe 2 télescopique couplée en 3 par exemple par rotule (permettant un mouvement dans les trois axes en rotation) avec une semelle rigide 4 en forme de petit plateau sur lequel le talon du pied 5 de l'utilisateur 6 repose en appui, et à laquelle il est fixé par exemple par lanière (non représentée) .

La jambe 2 est reliée par exemple par rotule (ici encore multiaxes) , de l'autre côté par rapport au pied, à un organe de liaison 7 à proximité de l'extrémité supérieure 8 de la jambe 2, en vis-à-vis ou sensiblement en vis-à-vis de la hanche de 1' utilisateur .

L'organe de liaison 7 est quant à lui également relié, par exemple par rotule (qui peut être la même que celle-ci-dessus ) , à un bras support 9 en forme de barre rectiligne rigide télescopique par exemple entre 1 m 50 et 2 m de long, celle-ci étant reliée de l'autre côté à un porte outil 10, par exemple formé par une portion tubulaire à baïonnette.

Selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici le dispositif comporte une barre de préhension 11 pour les mains écartées 12 de l'utilisateur, les dites mains étant situées dans le prolongement l'une de l'autre et à distance pour limiter les efforts (flèches 13 et 14) exercés sur les épaules 15 et 16 de l'utilisateur.

Dans ce mode de réalisation, la barre est fixée en deux endroits 17 et 18 sur le bras support par exemple d'un côté, de façon fixe et connue, à la portion d'extrémité 19 du bras opposé la plus éloignée de l'outil, et de l'autre côté sur la partie 20 d'extrémité du bras support qui est fixée rigidement au porte outil 10.

Les moyens de fixation utilisés sont par exemple des liaisons réglables, permettant le coulissement longitudinal entre barre et bras et/ou pivotantes autour d'un axe perpendiculaire au bras. Elles sont prévues pour être bloquées en rotation et/ou translation et sont par exemple du type qui seront décrites ci-après.

Le porte outil est lui-même fixé à un outil 21, de raclage du matériau à étaler 22 de façon connue, une force 23 perpendiculaire à l'outil devant alors être appliquée sur le matériau pour l'étaler.

L'organe de liaison 7 comprend des moyens de commande 24 d'un moteur électrique 25 de déplacement longitudinal dans la direction ou en sens opposé, de l'outil (flèche 26) et un boîtier 27 dans lequel est donc placée la partie motrice du bras support.

Un tel dispositif permet de limiter les efforts de traction longitudinale et d'appui par l'utilisateur (flèche 13, 14 à quelques kilos, alors que la pression 23 exercée sur le matériau à étaler (par exemple du goudron) peut atteindre 70 kg.

Le fait de n'avoir qu'une jambe 28 de l'utilisateur solidaire de 1 ' exosquelette en facilite considérablement la souplesse d'utilisation, l'utilisateur gardant la mobilité de son autre jambe pour commander et stabiliser ses déplacements.

Le boîtier 27 comporte également les moyens 24 de commande du moteur électrique de déplacement du bras support . Celui-ci comprend une partie en manchon 29 solidaire du boîtier, à l'intérieur duquel se déplace de façon télescopique une tige 30 solidaire à son extrémité du porte outil 10, entre une position éloignée de repoussage du matériau et une position rapprochée d' étalement/raclage du matériau pâteux.

Les moyens 24 de commande comprennent de façon connue un microprocesseur programmable de commande de fonctionnement du bras, une entrée venant d'un capteur à jauge de contrainte 31 situé sur la barre de préhension, sensible à l'effort manuel exercé par l'opérateur et détecté en intensité et en direction.

Ainsi quand l'opérateur/utilisateur appuie vers le bas en tirant vers l'extérieur, le bras support va exercer une pression vers le bas tout en tirant la tige vers l'extérieur du matériau de façon démultipliée par les moyens moteurs.

Dans l'exemple décrit ici le bras support 9 est monté sur l'organe de liaison 7 mobile en rotation autour d'un axe Z vertical 29 passant entre les deux jambes 28 de l'utilisateur, ce qui peut permettre un mouvement de balayage (flèche 31) par l'utilisateur.

La figure 2 montre schématiquement un autre mode de réalisation d'un dispositif 32 comprenant de façon identique une jambe 2 articulée au pied 5 de l'utilisateur et une deuxième jambe 33 (en trait mixte sur la figure), identique à la jambe 2, également articulée à un pied correspondant.

L'autre côté des jambes 2 et 33 est fixé sur l'organe de liaison 7 lui-même relié comme précisé ci-dessus au bras support 9. Dans ce mode de réalisation la barre de préhension 34 n'est fixée, par exemple de façon pivotante, que d'un côté en partie basse et à l'extrémité inférieure du bras située dans le prolongement du bras, au porte outil 10, par exemple par une rotule multiaxes 35.

Un autre mode de réalisation de cette fixation sera décrite en référence aux figures 7 et 8.

Ceci permet une meilleure préhension de la barre 34 par l'utilisateur qui est plus à sa main, la barre pouvant alors être maniée comme un manche de râteau.

Les moyens 24 de commande situés dans le boîtier sont également ici agencés, en étant programmés de façon connue en elle-même, pour exercer les tractions, pressions, appuis nécessaires à un bon ragréage du matériau pâteux 36.

La figure 3 montre le dispositif de la figure 2 avec des inclinaisons différentes 34', 34'' de la base de préhension 34, articulée en partie basse au niveau du porte outil 10 qui peut donc varier de +/- jusqu'à 20° par rapport à une position nominale 34 de fonctionnement, par exemple de +/- 10°.

L'angle entre le bras et/ou la barre et le sol et la force exercée longitudinalement permet à celle-ci d' avoir également une composante verticale plus ou moins grande, limitant l'effort dans cette direction.

La figure 4 donne une vue en perspective illustrant une variante du dispositif 32 de la figure 2 montrant des moyens 37 d' actionnement disposés à l'opposé du porte outil 10 par rapport à l'organe de liaison 38, avec un centre de gravité situé à une distance d déterminée, par exemple comprise entre 10 cm et 1 mètre, mais avantageusement de l'ordre de 50 cm, ce qui va permettre l'équilibrage des poids entre l'outil 21, le porte outil 10, et la portion inférieure 39 du bras support 9, autour de l'articulation formée par la jonction entre le haut de la jambe et l'organe de liaison.

Il va maintenant être fait référence de façon non limitative à la figure 5 pour donner un exemple de réalisation des jonctions de l'organe 7 de liaison, avec les jambes et la barre support, dans le cas d'un dispositif à deux jambes. Ici le bras 9 et les extrémités supérieurs des jambes 2 sont reliés entre elles non pas sur l'organe de liaison en tant que tel, mais au niveau de ce dernier.

Les jonctions d'une part des jambes avec l'organe de liaison et d'autre part de la barre avec l'organe de liaison sont donc formées concomitamment par un système à double cardan. L'organe de liaison 7, qui comprend donc cette double liaison à cardan, permet ainsi d'assurer plusieurs degrés de liberté.

Ce système comporte une première pièce 40, représentée sur la figure 5 sous la forme de deux éléments coudés 400 et 401. Ces deux éléments sont, en pratique, une pièce unique.

Ce cardan comporte une deuxième pièce 41 formée de deux éléments coudés 410 et 411. Ils sont représentés sous la forme de deux éléments indépendants sur la figure 5 mais constituent, en pratique, une pièce unique . Une première extrémité de ces éléments 400 et 401 est reliée à la pièce ou manchon 42 dans laquelle le bras 9 est monté coulissant.

Chacun des éléments coudés 400 et 401 de la première pièce 40 sont reliés à leur autre extrémité à une première extrémité des éléments coudés 410 et 411.

La deuxième extrémité de ces éléments 410 et 411 est, quant à elle, reliée à une extrémité d'autres éléments coudés 43 et dont l'autre extrémité est fixée sur une des jambes 2.

La liaison entre les éléments 400, 401 de la première pièce 40 et les éléments 410 et 411 de la deuxième pièce 41 est réalisée au moyen d'une articulation 44 permettant une rotation autour d'un axe Z .

Cet axe Z passe entre les deux jambes 2 et il est sensiblement vertical lorsque le dispositif est en cours d'utilisation.

Ainsi, ces articulations 44 permettent la rotation du bras 9 autour de l'axe Z pour réaliser un balayage angulaire du bras 9 et donc de l'outil 21.

Par ailleurs, la liaison entre les éléments coudés 400 et 401 de la première pièce 40 et la pièce 42 est réalisée au moyen de deux articulations 45.

Ces articulations 45 permettent une rotation entre les éléments 400 et 401 et la pièce 42 autour d'un axe X qui est perpendiculaire à la fois à l'axe Z et à l'axe longitudinal Y du bras. Ce mouvement de rotation permet d' incliner le bras 9 au cours de l'utilisation du dispositif pour adapter cette inclinaison aux travaux à réaliser.

Mais cette inclinaison peut également être obtenue et/ou complétée par le biais d'une rotule 35 (cf. figure 2 ) .

Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures, cette rotation est obtenue manuellement par l'opérateur en faisant pivoter la barre de préhension 34 qui entraine alors naturellement le bras support, et ensuite permet un travail avec un minimum d'effort, du fait de la démultiplication.

Des moyens peuvent être prévus pour motoriser ce mouvement de rotation, notamment dans le cadre de travail à la pelle (couple permettant de soulever la pelle) .

Il convient ici de souligner que ce mouvement de rotation autour de l'axe X est indépendant du mouvement de translation du bras 9 à l'intérieur de la pièce 2.

La liaison entre les éléments coudés 410 et 411 de la deuxième pièce 41 et les pièces coudées 43 et reliées aux jambes 2 est réalisée au moyen d'articulations 46.

Ces articulations 46 permettent une rotation selon l'axe X entre la deuxième pièce 41 et chacune des jambes 2, lorsque les articulations sont dans la position de repos. Lorsque le dispositif est en cours d'utilisation, cette rotation s'effectue autour d'un axe X' (non représenté) situé dans un plan contenant l'axe X et perpendiculaire à l'axe Z. L'angle entre les axes X et X' est compris entre - 40° et + 40°.

Ces articulations permettent donc une indépendance entre la position du bras 9 et la position des jambes de l'opérateur, lors de l'utilisation du dispositif.

Il convient de noter que les première et deuxième pièces 40 et 41 n'ont pas de position imposée, en cas d'alignement de rotation du bras 9 avec celle des jambes. Ceci reste sans conséquence, dans la mesure où les pièces 40 et 41 sont légères et peuvent se remettre en place sans effort important.

Le dispositif selon l'invention comporte donc de nombreux degrés de liberté tant en rotation qu'en translation. Ils permettent à l'utilisateur de reproduire, avec le dispositif, les mouvements qu'il effectue normalement avec un outil classique tel qu'un râteau.

En référence aux figures 6, 7 et 8 on va décrire d' autres modes d' articulation qui vont pouvoir être utilisés avec l'invention.

La figure 6 montre une articulation simple 50 par rotule 51 de la plaque support 52 du talon 53 du pied 54 de l'utilisateur à la partie inférieure 55 de la j ambe .

Ce mode de réalisation comporte donc une boule rotule 51 agencée pour coopérer dans un évidement sphérique 56 correspondant, de façon connue en elle- même .

Les figures 7 et 8 montrent un mode de réalisation 60 de liaison entre le bras support 9 et la barre de préhension 34 (incluant l'intention) au niveau de la jonction 61 avec le porte outil 62, par exemple formé par une tubulure à baïonnette.

Dans ce mode de réalisation une seule possibilité en rotation par rapport à un axe 63 perpendiculaire au bras support 9 est possible, par le biais d'une pièce en U 64 d'accroché de la barre 34 de préhension. La pièce en U ou en forme d'arceau comporte deux joues ou branches 65 fixées de part et d'autre du bras support 9 en rotation autour d'un axe tubulaire 66 perpendiculaire au bras, ledit axe traversant une pièce d'extrémité encastrée et/ou fixée de façon rigide et/ou inamovible à la portion d'extrémité 67 du bras support 9.

La portion d'extrémité de la barre de préhension 34 est quant à elle et par exemple montée coulissante (cf. figure 8) à l'intérieur d'un manchon 68 formant la base du U en forme d'arceau à joues 65.

La figure 9 montre quant à elle un mode de réalisation des moyens d' actionnement 69 du bras support 9 comprenant un moteur électrique 70 avec système 71 d'engrenage connu en lui-même pour faire avancer et reculer le bras support dans un manchon 72 correspondant et permettre ainsi l'action de 1 (outil en va et vient, le déplacement se faisant par exemple par le biais d'un système à courroie synchrone 73 schématiquement représenté sur la figure et actionné par l'engrenage, de façon connue en elle-même.

La figure 10 montre un utilisateur 80 équipé d'une structure 81 à bretelles 82 de support de l'organe de liaison 83 par exemple formé, comme pour les autres dispositifs, par une ceinture 84, de façon connue en elle-même .

La ceinture est reliée et soutenue par les bretelles 82. Elle est fixée par exemple par une rotule trois axes 85 à la partie supérieure 86 de la jambe 87, par exemple formée par un tube télescopique formant manchon à l'intérieur duquel se déplace, de façon réglable en hauteur pour s'adapter à la flexion de la jambe 88 de l'utilisateur, la partie inférieure 89 de la jambe également formée par un tube rectiligne rigide.

L'extrémité ou la portion d'extrémité 90 de la partie inférieure 89 est fixée par le biais d'une boule rotule 91, de type connu comme celle décrite en référence à la figure 6.

La boule rotule 91 est par exemple magnétiquement reliée à un côté latéral 92 extérieur de la chaussure 93 du pied arrière 94 (inverse du pied d'appel 95) de l'utilisateur 80.

Selon le mode de réalisation décrit ici, le bras support 96 est fixé sur une pièce intermédiaire ou chariot 97 solidaire de la partie supérieure 86 de la j ambe .

Plus précisément le bras support 96 comprend une partie proximale 98 formée par un manchon dans lequel se déplace une tige distale 99 pour permettre le mouvement longitudinal de poussée ou de traction (flèche 100) de la rotule 101 de fixation de l'extrémité 102 du bras support sur la barre de préhension 103. La rotule est formée par une liaison axiale permettant un mouvement de l'extrémité 102 dans le plan horizontal et dans le plan vertical.

La barre de préhension est quant à elle formée d'une tige rectiligne par exemple de 2 m à 2,50 m de long et est prolongée de façon solidaire et rigide à son extrémité 104 par le porte outil 105, par exemple formé par une baïonnette agencée pour s'enclencher et se verrouiller avec l'outil 106 (par exemple un râteau), de façon connue en elle-même.

Un dispositif 107 de blocage à l'arrêt de l'extrémité de préhension 108 de la barre par l'utilisateur (par coincement/clipsage) est prévu accroché à la ceinture 83.

Comme décrit en référence à la figure 4, le bras support comporte les moyens d' actionnement 37 par exemple formés par un moteur électrique ou hydraulique d' actionnement longitudinal d'un piston permettant le mouvement longitudinal de l'extrémité de la tige distale 99 entre une position éloignée de poussée et une position rétractée de Rabat.

Comme décrit ci-avant les moyens peuvent jouer le rôle de contrepoids.

On va maintenant décrire en référence aux figures 11 et 12 la pièce 97 ou chariot fixé au bras support et à la partie supérieure 86 de la jambe 87.

Le chariot comprend un canal 109 par exemple formé par deux anneaux 110 espacés en hauteur, par exemple de 20 cm, de passage de la partie supérieure 86 par exemple cylindrique tubulaire de la jambe. Précisément ces deux anneaux 110 sont solidaires d'une pièce 111 en forme d' étrier muni de deux parois latérales 112 délimitant un évidement 113 et de deux parois d'extrémité, à savoir une paroi inférieure 114 et une paroi supérieure 115 définissant les anneaux 110 à leurs portions d'extrémité respectives.

La pièce en étrier comprend de plus une paroi 116 munie en partie supérieure 117 d'une encoche 118 de fixation du bras support 96 de façon connue en elle- même.

L' évidement comporte de plus un élément de blocage 119 comportant deux mâchoires 120 de mise en compression de la partie supérieure 86 pour bloquer le chariot en position sur la partie supérieure.

L'élément de blocage est par exemple actionnable manuellement entre une position de blocage et une position de déblocage, par pincement manuel de deux ergots 121 et 121' .

Dans ce mode de réalisation l'élément de blocage comprend une tige 122 munie d'une tête 123 d' actionnement d'un ressort 124 agencé pour coopérer à frottement à l'intérieur d'un alésage 125, pour être déplacé entre une position de blocage ressort déplié et une position de libération par remontée du ressort via le rapprochement des ergots 121 et 121' . On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici en référence à la figure 1.

L'opérateur ou utilisateur 6 place son talon sur la plaque 4 solidaire de la jambe 2 qu'il fixe avec une lanière, puis il enfile les bretelles 80 de support maintien du dispositif (connues en elles- mêmes) . L'organe de liaison vient alors se positionner sensiblement au niveau de la hanche de l'utilisateur. Préalablement, l'utilisateur aura réglé la dimension de la jambe télescopique 2 à la hauteur de sa propre jambe par exemple légèrement pliée, par des moyens connus en eux-mêmes, la jambe comportant deux tiges montées coulissantes.

II met alors en marche le dispositif et se saisit de la barre de préhension de part et d'autre de l'organe de liaison.

Il se déplace ensuite pour venir devant le tas 22 à épandre et commence avec ses bras l'action d'étalement.

Le détecteur d'intention 31 détecte ses mouvements et actionne le bras télescopique qui d'une part vient racler en rentrant vers l'utilisateur quand l'utilisateur tire et inversement pousse en sortant quand l'utilisateur manifeste l'intention de pousser.

Des moyens 81 de réglage de la vitesse, de la force de traction et de poussée, du temps de réaction du moteur d' actionnement etc, sont par ailleurs avantageusement prévus, par exemple situés sur le dessus du boîtier de l'organe de liaison facilement accessible par l'utilisateur.

De plus le dispositif comportant des moyens 82 de blocage (comprenant une commande tout ou rien connue en elle-même) du mouvement de la jambe lorsqu'un effort est détecté par les moyens de détection, ladite jambe 2 se bloque en position fixe pendant le travail et permet ainsi un bon report des forces sans effort pour la jambe de l'utilisateur lui-même, lorsqu'une traction/étalement est réalisé.

Dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, une seule rotule de fixation 35 du bras support 9 sur la barre de préhension 34 est prévue et est par exemple réglable en angle, puis biocable en position et/ou est motorisée en rotation télécommandée depuis l'organe de liaison.

L'utilisateur manie alors le dispositif en utilisant la barre de préhension comme un simple manche de râteau.

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 et notamment celles où les moyens de motorisation sont différents, celles où il existe des moyens supplémentaires de mise en pression de l'outil sur le sol perpendiculairement au porte outil, par exemple par vérin pousseur télécommandé (sens de la flèche 23) .

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif (1, 32) du type exosquelette comprenant au moins une jambe (2, 33) agencée pour être couplée à un pied (5) d'un utilisateur (6), un organe de liaison (7) entre l'extrémité supérieure (8) de la jambe (2) à laquelle il est articulé et un bras support (9) relié d'un côté à l'organe de liaison (7) ou à la jambe et de l'autre côté à un élément porte outil (10), comportant une barre fixée au bras support de façon parallèle ou sensiblement parallèle,

caractérisé en ce que ladite barre est une barre de préhension agencée pour être maniée à deux mains par l'utilisateur et en ce que la barre et le bras support sont reliés entre eux de façon mobile en rotation à proximité de ou sur l'élément porte outil.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la barre de préhension est solidaire du porte outil, lui-même fixé rigidement axialement et/ou dans la prolongation de la barre.

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras est fixé à l'extrémité de la barre à proximité du porte outil.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras support (9, 34) est monté mobile en rotation sur l'élément porte outil (10) situé dans le prolongement et solidaire de la barre de préhension.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la barre de préhension et le bras support sont fixés entre eux à proximité du porte outil.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du bras support (9, 34) est montée coulissante sur ledit organe de liaison (7) ou la jambe et le dispositif (1, 32) comprend des moyens (24, 25) d' actionnement longitudinaux dudit bras, en fonction des mouvements de l'utilisateur, pour assurer son déplacement en translation rectiligne.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la barre de préhension (11, 34) comporte des moyens (31) de détection de l'intention de l'utilisateur, reliés auxdits moyens d' actionnement (24, 25) pour les commander, cette commande étant réalisée en fonction du niveau de l'effort détecté ainsi que de sa direction.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comporte des moyens (82) de blocage du mouvement de la jambe lorsqu'un effort est détecté par les moyens (31) de détection.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'une seule jambe.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la jambe est agencée pour être fixée sur le pied de la jambe arrière de l'utilisateur en position d'utilisation.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'organe de liaison (7) étant articulé sur la jambe ou chacune des jambes (2) autour d'un axe X sensiblement perpendiculaire à l'axe vertical Z et à l'axe longitudinal Y du bras support lorsque le dispositif est au repos, pour assurer l'indépendance entre la portion du bras support (9) et la position des jambes de l'utilisateur.

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jambe (2) ou chacune des jambes (2, 33) comporte deux tiges montées coulissantes l'une par rapport à l'autre, pour permettre d'ajuster la hauteur de chaque jambe, de manière à faciliter le déplacement ou le franchissement d'obstacle, des moyens de blocage étant alors prévus.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (24, 25) d' actionnement longitudinaux du bras support sont placés du côté opposé de l'outil (21) par rapport à la jambe ou à l'organe de liaison (7) à une distance déterminée.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (31) de détection de l'intention de l'utilisateur, ainsi que les éventuels moyens d' actionnement en rotation de la tige sont prévus dans l'organe de liaison.

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras support est relié à la jambe par l'intermédiaire d'une pièce d'accrochage sur une partie supérieure de ladite jambe reliée à l'organe de liaison.

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la pièce d'accrochage est un chariot mobile et verrouillable en translation par rapport à la jambe.

17. Procédé d'utilisation d'un dispositif (1, 32) du type exosquelette comprenant au moins une jambe (2, 33), un organe de liaison (7) entre l'extrémité supérieure (8) de la jambe à laquelle il est articulé et un bras support (9) relié d'un côté à la jambe ou l'organe de liaison (7) et de l'autre côté à un élément porte outil (10), caractérisé en ce que le dispositif comportant une barre de préhension (11, 34) pour l'utilisateur (6) fixée au bras support (9) de façon parallèle ou sensiblement parallèle à proximité du porte outil ou sur le porte outil et comportant des moyens (24, 25) d' actionnement commandés par des moyens (31) de détection de l'intention de l'utilisateur, tel qu'un capteur d'effort, on détecte si l'utilisateur a l'intention d'exercer un effort sur la barre de préhension (11, 34) grâce auxdits moyens de détection de l'intention exercés par l'utilisateur sur la barre et, lorsque la détection est positive, on commande lesdits moyens d' actionnement (24, 25) du bras support (9) pour assurer son déplacement en translation rectiligne, la direction du déplacement étant identique à celle détectée par les moyens de détection.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le bras support étant fixé sur la jambe par le biais d'un chariot réglable en hauteur, on règle manuellement verticalement la position du chariot pour minimiser les efforts exercés sur les hanches de l' utilisateur .