FR3146798A1

FR3146798A1 - Structure d’exosquelette souple et coopérant

Info

Publication number: FR3146798A1
Application number: FR2302583A
Authority: FR
Inventors: Philippe Garrec
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2024-09-27
Also published as: WO2024194556A1

Abstract

Membre inférieur d’exosquelette 1000) comprenant : un segment de jambe (200) ;un segment de pied (400) monté flottant par rapport au segment de jambe (200) ;un dispositif d’actionnement agencé pour actionner une première rotation du segment de pied (400) relativement au segment de jambe (200) autour d’un premier axe (o1) et une deuxième rotation du segment de pied (400) relativement au segment de jambe (200) autour d’un deuxième axe (o2) distinct du premier axe, le premier axe et le deuxième axe étant choisis parmi un axe d’inversion/réversion, un axe de dorsiflexion/plantarflexion, un axe d’adduction/abduction d’un utilisateur du membre inférieur, dans lequel le dispositif d’actionnement et/ou une motorisation dudit dispositif d’actionnement est déporté sur un élément distinct du segment de jambe (200) et du segment de pied (400). Exosquelette comprenant un tel membre Figure pour l’abrégé : Figure 6

Description

Structure d’exosquelette souple et coopérant

L’invention se rapporte au domaine des exosquelettes, et plus particulièrement au domaine des membres inférieurs d’exosquelette qui assistent, actionnent ou suppléent l’articulation de cheville d’un utilisateur, humain ou animal.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Classiquement un membre inférieur d’exosquelette comprend classiquement une un segment de jambe sur lequel est articulé un segment de pied. Un dispositif d’actionnement permet de commander des mouvements (généralement des rotations) du segment de pied relativement au segment de jambe.

Les dispositifs d’articulations de cheville entre le segment de jambe et le segment de pied requièrent de prendre en compte trois axes de rotation du segment de pied relativement au segment de jambe : un axe d’inversion/réversion, un axe de dorsiflexion/plantarflexion et un axe d’adduction/abduction. Les articulations capables d’assurer ces trois mouvements requièrent généralement de couteux et encombrants montages pour pouvoir faire converger ces trois points de rotation en un centre confondu avec celui de la cheville humaine. Il en résulte un encombrement et un poids important peu compatibles avec la transparence attendu des dispositifs d’assistance à la marche humaine, et ce encore plus particulièrement dans le domaine des prothèses actionnées.

Ce manque d’ergonomie freine considérablement la diffusion des exosquelettes, particulièrement pour l’actionnement de cheville dans des applications compactes et légères.

PROBLEME RESOLU PAR L’INVENTION

L’invention a pour objectif d’améliorer l’ergonomie et l’expérience utilisateur d’un exosquelette ainsi que réduire son gabarit et sa masse.

A cet effet, on prévoit un membre inférieur d’exosquelette comprenant un segment de jambe, un segment de pied monté flottant par rapport au segment de jambe. Un dispositif d’actionnement est agencé pour actionner une première rotation du segment de pied relativement au segment de jambe autour d’un premier axe et une deuxième rotation du segment de pied relativement au segment de jambe autour d’un deuxième axe distinct du premier axe, le premier axe et le deuxième axe étant choisis parmi un axe d’inversion/réversion, un axe de dorsiflexion/plantarflexion, un axe d’adduction/abduction d’un utilisateur du membre inférieur. Selon l’invention, le dispositif d’actionnement et/ou une motorisation dudit dispositif d’actionnement est déporté sur un élément distinct du segment de jambe et du segment de pied.

On obtient un membre d’exosquelette léger et qui met à profit la liaison existante entre le pied (ou la prothèse de pied) et la jambe de l’utilisateur pour guider le segment de pied de l’exosquelette relativement au segment de jambe de l’exosquelette.

Selon d’autres modes de réalisation particuliers, non exclusifs et optionnels de l’invention :

le dispositif d’actionnement comprend un premier actionneur à câbles comportant un premier élément mobile relié à la première extrémité supérieure d’un premier câble et à la deuxième extrémité supérieure d’un deuxième câble, le premier câble étant relié en sa première extrémité inférieure au segment de pied pour actionner un premier sens de la première rotation et le deuxième câble étant relié en sa deuxième extrémité inférieure au segment de pied pour actionner un deuxième sens, opposé au premier sens, de la première rotation ;
le dispositif d’actionnement comprend un deuxième actionneur à câble comportant un deuxième élément mobile relié à la troisième extrémité supérieure d’un troisième câble et à la quatrième extrémité supérieure d’un quatrième câble, le troisième câble étant relié en sa troisième extrémité inférieure au segment de pied pour actionner un troisième sens de la deuxième rotation et le quatrième câble étant relié en sa quatrième extrémité inférieure au segment de pied pour actionner un quatrième sens, opposé au troisième sens, de la première rotation ;
le membre comprend une première série de premiers renvois du premier câble, une deuxième série de renvois du deuxième câble, une troisième série de renvois du troisième câble, une quatrième série de renvois du quatrième câble , la première série de premier renvois comprenant un premier renvoi inférieur situé sur une portion inférieure du segment de jambe, la deuxième série de renvois comprenant un deuxième renvoi inférieur situé à une extrémité inférieure du segment de jambe, la troisième série de renvois comprenant un troisième renvoi inférieur situé à une extrémité inférieure du segment de jambe, la quatrième série de renvois comprenant un quatrième renvoi inférieur situé à une extrémité inférieure du segment de jambe le premier renvoi inférieur et le troisième renvoi inférieur étant situés de part et d’autre d’un premier plan sensiblement parallèle à un plan sagittal de l’utilisateur du membre inférieur et qui comprend l’axe d’adduction/abduction, et/ou le deuxième renvoi inférieur et le quatrième renvoi inférieur étant situés de part et d’autre du premier plan ;
des portions des premier et deuxième câble qui s’étendent le long du segment de jambe et/ou lequel les portions des premier et deuxième câble qui s’étendent le long du segment de jambe s’étendent d’un même premier côté du premier plan ;
la première extrémité inférieure du premier câble et la deuxième extrémité inférieure du deuxième câble s’étendent de part et d’autre d’un deuxième plan sensiblement parallèle à un plan frontal d’un utilisateur du membre inférieur et qui comprend l’axe d’adduction/abduction ;
le segment de jambe comprend un premier support, un deuxième support, une armature s’étendant selon une première direction entre le première support et le deuxième support pour transmettre un effort de compression et/ou de traction depuis le premier support vers le deuxième support, un dispositif de contention de l’armature pour appliquer sur l’armature un effort sensiblement normal à la première direction ;
le membre comprend un dispositif de rappel en position du segment de pied relativement au segment de jambe ;
le dispositif de rappel en position comprend au moins un élément élastique ;
le dispositif de rappel en position comprend un lacet de liaison de l’élément élastique au premier câble ou au deuxième câble;
le dispositif d’actionnement comprend au moins un vérin à câble comprenant une boucle de câble ;
le membre comprend un tendeur de câble qui agit sur un brin de la boucle de câble ;
le premier câble et/ou le second câble s’étend dans une gaine ;
le membre inférieur comprend un segment de cuisse disjoint du segment de jambe ou articulé sur le segment de jambe.

L’invention concerne également un exosquelette comprenant un membre tel que défini ci-dessus ainsi qu’un exosquelette comprenant un segment dorsal sur lequel est déporté le dispositif d’actionnement et/ou la motorisation dudit dispositif d’actionnement

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier non limitatif de l’invention.

Il sera fait référence aux figures jointes parmi lesquelles :
La est une vue schématique en perspective d’un membre d’exosquelette selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue schématique de dessus du membre d’exosquelette de la ;
La est une vue schématique en coupe selon un plan III-III transversal du membre d’exosquelette de la ;
La est une vue schématique d’une première étape d’installation du membre d’exosquelette de la sur un utilisateur ;
La est une vue schématique d’une deuxième étape d’installation du membre d’exosquelette de la sur un utilisateur ;
La est une vue schématique en coupe partielle en perspective d’un exosquelette comprenant un membre d’exosquelette selon l’invention ;;
La est une vue schématique d’un dispositif d’actionnement de l’exosquelette de la ;
La est une vue schématique en perspective dispositif d’actionnement de d’exosquelette selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue schématique en perspective d’un membre d’exosquelette selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue schématique en perspective d’un membre d’exosquelette selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue schématique en perspective d’un membre d’exosquelette selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue schématique en perspective d’un membre d’exosquelette selon un sixième mode de réalisation de l’invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

En référence à la , un membre 1 d’exosquelette, comprend un premier support supérieur 10, ici un premier support 10 en acier en forme de berceau qui décrit une portion de cercle d’une amplitude angulaire sensiblement égale à soixante degrés, et qui s’étend dans un plan P10.

Le membre 1 comprend un deuxième support inférieur 20, ici un deuxième support 20 en acier en forme de berceau qui décrit une portion de cercle d’une amplitude angulaire sensiblement égale à soixante degrés, et qui s’étend dans un plan P20.

Une armature 30 comprend quatre premières baleines 31, 32, 33 et 34 qui s’étendent parallèlement à une première direction D1-ici sensiblement parallèle à l’axe longitudinal Ox- entre le support 10 et le support 20. Les baleines 31, 32,33 et 34 sont ici, des tubes cylindriques en carbone. Les premières extrémités supérieures 31.1 et 33.1 respectives des baleines 31 et 33 sont encastrées sur le support 10 et les deuxièmes extrémités inférieures 31.2 et 33.2 des baleines 31 et 33 sont montées à rotation sur le support 20. Les premières extrémités supérieures 32.1 et 34.1 respectives des baleines 32 et 34 sont montées à rotation sur le support 10 et les deuxièmes extrémités inférieures 32.2 et 34.2 des baleines 32 et 34 sont encastrées sur le support 20. Les baleines 31, 32, 33 et 34 permettent la transmission vers le support 20 d’un effort de compression- ou de de traction- qui serait appliqué sur le support 10. Le membre 1 comprend également une première enveloppe 40 -représentée en traits pointillés épais pour des raisons de clarté- dont un bord supérieur 41 est rapporté par couture sur le support 10 et un bord inférieur 42 est rapporté par couture sur le support 20. La première enveloppe 40 possède une première surface 43 externe qui s’étend entre le premier support 10 et le deuxième support 20 et qui fait face à une première face externe 31.3, 32.3, 33.3, 34.3 des baleines 31, 32, 33 et 34.

L’enveloppe 40 possède également une deuxième surface 44 interne qui s’étend entre le premier support 10 et le deuxième support 20 et qui fait face à une deuxième face interne 31.4, 32.4, 33.4, 34.4 des baleines 31, 32, 33 et 34.

Comme visible en , l’enveloppe 40 comprend des premiers fourreaux 51, 52, 53 et 54 qui accueillent respectivement les baleines 31, 32, 33 et 34. Les fourreaux 51, 52, 53 et 54 sont ici chacun définis par deux coutures longitudinales reliant la surface 43 à la surface 44 et qui s’étendent de part et d’autre des baleines 31, 32, 33 et 34.

Le membre 1 comprend également une deuxième enveloppe 60 en textile (ici un lycra hautement élastique) qui s’étend autour de l’enveloppe 40 et l’armature 30. L’enveloppe 60 est représentée en traits fins sur la et les bords longitudinaux 61 et 62 de l’enveloppe 60 sont respectivement pourvus d’un élément 63 et 64 d’une fermeture à glissière 65. Ainsi le membre 1 se présente sous une forme sensiblement cylindrique d’axe longitudinal Ox sensiblement parallèle à la direction D1. Une face interne 66 de l’enveloppe 60 fait face aux faces externes 31.3, 32.3, 33.3, 34.3 des baleines 31, 32, 33 et 34 et applique sur les baleines 31,32, 33, 34 un effort F sensiblement normal à la direction D1. L’enveloppe 40 applique donc un effort radial F sur les baleines 31, 32, 33 et 34.

L’enveloppe 60 comprend un premier filin 67 et un deuxième filin 68 qui s’étendent dans des deuxièmes fourreaux non représentés et qui sont rapportés sur une face externe 69 de l’enveloppe 60 par couture. La première extrémité 67.1 et la deuxième extrémité 67.2 du filin 67 sont respectivement rigidement fixées aux bords longitudinaux 61 et 62. La première extrémité 68.1 et la deuxième extrémité 68.2 du filin 68 sont respectivement rigidement fixées aux bords longitudinaux 61 et 62.

Les filins 67 et 68 forment des ondulations dans leurs fourreaux respectifs et possèdent ainsi une longueur supérieure à la longueur circonférentiel de l’enveloppe 60.

Le membre 1 comprend donc un premier ensemble 2 composé des supports 10 et 20, de l’armature 30 et de l’enveloppe 40 et un deuxième ensemble 3 composé de l’enveloppe 60.

La mise en place du membre 1 sur un utilisateur 100 va maintenant être décrite en application à un segment de cuisse d’un membre inférieur 1000 d’un exosquelette 2000 et qui est appliqué sur la cuisse 110 d’un membre inférieur 120 de l’utilisateur 100. Comme visible en , l’exosquelette 2000 comprend un segment de bassin 2100 sur lequel est articulé le membre 1 par une articulation 1050. L’exosquelette 2000 comprend également un segment dorsal 2200 qui accueille notamment une batterie électrique 2210 et une unité de contrôle et de commande 2220. Le segment dorsal 2200 et le segment de bassin 2100 sont pourvus des moyens de types sangles flexibles, non représentés, de leur assujettissement à un dos 160 et une hanche 170 de l’utilisateur 100.

En référence à la , la fermeture 65 est ouverte et l’ensemble 3 se présente sous une forme sensiblement plane et rectangulaire. L’ensemble 2 est ensuite placé sur la cuisse 110 de l’utilisateur 100 de manière à ce que les supports 10 et 20 accueillent respectivement une portion arrière haute et basse de la cuisse 110. L’ensemble 3 est ensuite positionné autour de la cuisse 110, par-dessus l’ensemble 2, et la fermeture 65 est refermée. Ce faisant, l’enveloppe 60 vient appliquer l’effort radial F qui s’oppose à un fléchissement des baleines 31, 32, 33 et 34.

Le membre 1 est maintenu efficacement à la cuisse 110 par l’intermédiaire des supports 10 et 20 contre lesquels l’enveloppe 60 vient plaquer la cuisse 110. La surface interne 44 améliore encore la liaison de la cuisse 110 au supports 10 et 20. L’effort radial F plaque également les baleines 31, 32, 33 et 34 sur la cuisse 110 et améliore ainsi la transmission d’effort entre la cuisse 110 et le membre 1.

Les baleines 31, 32, 33 et 34 confèrent une rigidité et une résistance du membre 1 aux forces longitudinales appliquées au membre 1 selon une direction sensiblement parallèle à l’axe Ox ainsi qu’aux moments de flexion. L’enveloppe 40 ainsi que les baleines 31, 32, 33 et 34 peuvent autoriser, par une souplesse adaptée, une augmentation du volume de la cuisse 110 lors d’efforts musculaires. Lorsque les efforts appliqués au membre 1 amènent à une déformation radiale des baleines 31, 32, 33 et 34 qui excède une flèche prédéterminée, les filins 67 et 68 viennent en tension et limitent ainsi le déplacement de l’enveloppe 60et des baleines 31, 32, 33 et 34 selon une deuxième direction D2 radiale, normale à D1. Ces efforts peuvent provenir d’une charge en compression appliqué aux supports 10 et 20 ou d’un gonflement de la cuisse 110.

Un deuxième membre, ici un segment de jambe 200, similaire au premier membre 1 est appliqué sur la jambe 130 du membre inférieur 120 selon un procédé identique à celui décrit précédemment. Le segment de jambe 200 comprend un troisième support 210 et un quatrième support 220 reliés par une armature 230 composée de quatre baleines dont seules les baleines 231 et 232sont visibles, le tout étant recouvert d’une troisième enveloppe 240 pour former un troisième élément 202 du segment de jambe 200. Une quatrième enveloppe 260 forme un quatrième élément 203 du membre 200 Un actionneur rotatif 300 relie le support 20 et le support 210 de manière à ce que l’axe de rotation de l’actionneur 300 soit aligné avec l’axe de rotation du genou 180 de l’utilisateur 100. Une commande de l’actionneur 300 permet de soulager ou de commander un mouvement de flexion/extension du membre inférieur 120 ( ). L’actionneur 300 constituant une option avantageuse de l’invention, la description qui suit de l’invention traitera d’un membre inférieur dépourvu d’un tel actionneur dans lesquels les segments de cuisse 1 et de jambe 200 sont disjoints.

Comme visible en , le membre inférieur 1000 comprend également un segment de pied 400, sensiblement en forme de chaussure et qui est destiné à accueillir un pied 150 – ici un pied gauche-de l’utilisateur 100. Le segment de cuisse 1 et le segment de jambe 200 sont, ici, respectivement appliqués sur une portion avant de la cuisse 110 et sur une portion avant de la jambe 130. Les segment 1 et 200 sont disjoints, en ce sens qu’il n’existe aucun dispositif de guidage du mouvement de l’un des membres 1 et 200 relativement à l’autre. Le segment de pied 400 est monté flottant relativement au segment de jambe 200., c’est à dire que le segment de pied 5 est dépourvu de liaison mécanique de guidage qui bloque ou contraint un ou plusieurs degré de liberté du segment de pied 400 relativement au segment de jambe 200.

Le membre inférieur 1000 est équipé d’un dispositif d’actionnement 500 pour actionner une première rotation du segment de pied 400 relativement au segment de jambe 200 autour d’un premier axe O1 de dorsiflexion/plantarflexion de la cheville 140 de l’utilisateur 100 et une deuxième rotation du segment de pied 400 relativement au segment de jambe 200 autour d’un deuxième axe O2 d’adduction/abduction de la cheville 140. Le dispositif 500 est, ici, intégralement déporté sur le segment dorsal 2200.

Le dispositif 500 comprend un premier actionneur à câbles, ici un vérin à câble 510, dont le châssis 511 est fixé au segment dorsal 2200 et qui comprend un ensemble vis 512 /écrou 514. L’écrou 514 coopère avec la vis 512 qui s’étend selon un axe longitudinal O510, ici un axe vertical selon la représentation de la . Un premier moteur 513 entraine en rotation la vis 512 et provoque un déplacement linéaire de l’écrou 514. Le vérin à câble 510 comprend paire de poulies 520 et 521 montées à rotation sur le châssis 511. Une première boucle de câble 516 est attelée à l’écrou 514 en ses deux extrémités 514.1 et 514.2 et coopère avec les poulies 520 et 521. Les extrémités 514.1 et 514.2 sont attelées à l’écrou 514 via un chariot 530 à guidage prismatique monté à coulissement sur le châssis 511. La poulie 521 est une poulie double gorge qui reçoit la boucle de câble 516 dans une première gorge 521.1. Une deuxième gorge 521.2 reçoit un premier câble 70 dont la première extrémité supérieure 71 est sertie dans la gorge 521.2 ainsi qu’un deuxième câble 75 dont la deuxième extrémité supérieure 76 est elle aussi sertie dans la gorge 521.2, les câbles 70 et 75 s’étendant depuis leurs extrémités supérieures respectives 71 et 76 dans la gorge 521.2 dans des sens opposés.

Le câble 70 est relié en sa première extrémité inférieure 72 au segment de pied 400 en un point 401 sensiblement en regard du cinquième métatarsien du pied 150. La deuxième extrémité inférieure 77 du deuxième câble 75 est reliée à une branche gauche 411 d’un palonnier 410 dont la base 412 est reliée au segment de pied 400 en un point sensiblement en regard du calcanéus du pied 150.

Le guidage du câble 70 depuis son extrémité supérieure 71 à son extrémité inférieure 72 est réalisé à l’aide d’une première série de renvois. La première série de renvois 90 comprend un renvoi supérieur 90.1 sous la forme d’un téton cylindrique antifriction en PTFE qui vient en saillie d’un bord gauche du support 10. Des premiers renvois intermédiaires 91.1 et 92.1 identiques au renvoi 91.1, viennent respectivement en saillie d’un bord gauche du support 20 et du support 210. Enfin la première série de renvois comprend un premier renvoi inférieur 93.1 en saillie d’un bord gauche du support 220.

De manière similaire, le guidage du câble 75 depuis son extrémité supérieure 76 à son extrémité inférieure 77 est réalisé à l’aide d’une deuxième série de renvois. La deuxième série de renvois est, ici, confondue avec la première série de renvois et comprend un deuxième renvoi supérieur 90.2 confondu avec le renvoi 90.1, des deuxièmes renvois intermédiaires 91.2 et 92.2 confondus avec les renvois 91.1 et 92.1, et un deuxième renvoi inférieur 93.2 confondu avec le renvoi 93.1.

Le dispositif d’actionnement 500 comprend également un deuxième actionneur 550 à ici un vérin à câble 550, dont le châssis 551 est fixé au segment dorsal 2200 et qui comprend un ensemble vis 552 /écrou 554. L’écrou 554 coopère avec la vis 552 qui s’étend selon un axe longitudinal O550, ici un axe vertical selon la représentation de la . Un deuxième moteur 553 entraine en rotation la vis 552 et provoque un déplacement linéaire de l’écrou 554. Le vérin à câble 550 comprend paire de poulies 560 et 561 montées à rotation sur le châssis 551. Une première boucle de câble 556 est attelée à l’écrou 554 en ses deux extrémités 554.1 et 554.2 et coopère avec les poulies 560 et 561. Les extrémités 554.1 et 554.2 sont attelées à l’écrou 554 via un chariot 570 à guidage prismatique monté à coulissement sur le châssis 551.

La poulie 561 est une poulie double gorge qui reçoit la boucle de câble 556 dans une première gorge 561.1. Une deuxième gorge 561.2 reçoit un troisième câble 80 dont la troisième extrémité supérieure 81 est sertie dans la gorge 561.2 ainsi qu’un quatrième câble 86 dont la quatrième extrémité supérieure 86 est elle aussi sertie dans la gorge 561.2, les câbles 80 et 85 s’étendant depuis leurs extrémités supérieures respectives 81 et 86 dans la gorge 561.2 dans des sens opposés.

Le câble 80 est relié en sa troisième extrémité inférieure 82 au segment de pied 400 en un point 402 sensiblement en regard du premier métatarsien du pied 150. La quatrième extrémité inférieure 87 du quatrième câble 85 est reliée à une branche droite 413 du palonnier 410.

Le guidage du câble 80 depuis son extrémité supérieure 81 à son extrémité inférieure 82 est réalisé à l’aide d’une troisième série de renvois. La troisième série de renvois comprend un troisième renvoi supérieur 90.3 confondu avec le renvoi 90.1, des troisièmes renvois intermédiaires 91.3, 92.3 et 93.3 respectivement confondus avec les renvois 91.1, 92.1 et 93.1. La troisième série de renvois comprend également deux troisièmes renvois périphériques 94.3 et 95.3 (représentés en pointillés) qui sont situés sur une face avant du support inférieur 220, ainsi qu’un troisième renvoi inférieur 96.3 qui vient en saillie d’un bord droit du support inférieur 220.

De manière similaire, le guidage du câble 85 depuis son extrémité supérieure 86 à son extrémité inférieure 87 est réalisé à l’aide d’une quatrième série de renvois. La quatrième série de renvois est, ici, confondue avec la troisième série de renvois et comprend un quatrième renvoi supérieur 90.4 confondu avec le renvoi 90.3, des quatrièmes renvois intermédiaires 91.4, 92.4 et 93.4 confondus avec les renvois 91.3, 92.3 et 93.3, deux quatrièmes renvois périphériques 94.4 et 94.5 confondu avec les renvois 94.3 et 95.3 ainsi qu’un quatrième renvoi inférieur 96.4 confondu avec le renvoi 96.3.

Ainsi, et comme visible en , le premier renvoi inférieur 93.1 et le troisième renvoi inférieur 96.3 sont situés de part et d’autre d’un premier plan P1 sensiblement parallèle à un plan sagittal Ps de l’utilisateur 100 et qui comprend le deuxième axe O2 d’adduction/abduction de la cheville 140. Le deuxième renvoi inférieur 93.2 et le quatrième renvoi inférieur 96.4 sont eux aussi situés de part et d’autre du plan P1.

Enfin, la première portion 73 du premier câble 70 qui s’étend le long du segment de jambe 200 -ici, la portion comprise entre les renvois 92.1 et 93.1- et la deuxième portion 78 du deuxième câble 75 qui s’étend le long du segment de jambe 200 -ici, la portion comprise entre les renvois 92.2 et 93.2- s’étendent d’un même premier côté du plan P1. Similairement la troisième portion 83 du troisième câble 80 qui s’étend le long du segment de jambe 200 -ici, la portion comprise entre les renvois 92.3 et 93.3- et la quatrième portion 88 du quatrième câble 85 qui s’étend le long du segment de jambe 200 -ici, la portion comprise entre les renvois 92.4 et 93.4- s’étendent d’un même premier côté du plan P1.

L’extrémité 72 du câble 70 et l’extrémité inférieure 77 du câble 75 s’étendent de part et d’autre d’un deuxième plan P2 sensiblement parallèle à un plan frontal Pf de l’utilisateur 100 et qui comprend l’axe O2.

En fonctionnement, un premier doublet de commandes envoyées par l’unité 2220 aux moteurs 513 et 553 pour déplacer les écrous 514 et 554 dans un même sens (par exemple vers le bas selon la représentation de la ) permet d’actionner un premier sens S1 d’une première rotation, ici une rotation autour de l’axe O1. Un deuxième doublet de commandes envoyées par l’unité 2220 aux moteurs 513 et 553 pour déplacer les écrous 514 et 554 dans l’autre sens (vers le haut selon la représentation de la ) permet d’actionner un deuxième sens S2 de la première rotation.

Un troisième doublet de commandes envoyées par l’unité 2220 aux moteurs 513 et 553 pour déplacer les écrous 514 et 554 dans des sens opposés (par exemple vers le bas pour l’écrou 514 et vers le haut pour l’écrou 554, selon la représentation de la ) permet d’actionner un troisième sens S3 d’une deuxième rotation, ici une rotation autour de l’axe O2. Un quatrième doublet de commandes envoyées par l’unité 2220 aux moteurs 513 et 553 pour déplacer les écrous 514 et 554 de manière opposée (vers le haut pour l’écrou 514 et vers le bas pour l’écrou 554, selon la représentation de la ) permet d’actionner un quatrième sens S4 de la deuxième rotation.

Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique à celle-ci dans la description qui suit des deuxième, troisième, quatrième et cinquième modes de réalisation de l’invention.

Selon un deuxième mode réalisation représenté en , l’actionneur 510, comprend un premier tendeur de câble 517.1 qui agit sur un premier brin 518 de la boucle de câble 516 situé entre l’écrou 514 et la poulie 521 et un deuxième tendeur 517.2 qui agit sur un deuxième brin 519 de la boucle de câble 516 situé entre les deux poulies 520 et 521.

De manière similaire, l’actionneur 550, comprend un troisième tendeur de câble 557.1 qui agit sur un troisième brin 558 de la boucle de câble 556 situé entre l’écrou 554 et la poulie 571 et un quatrième tendeur 557.2 qui agit sur un quatrième brin 559 de la boucle de câble 556 situé entre les deux poulies 560 et 561.

Selon un troisième mode de réalisation représenté en , les câbles 70, 75, 80 et 85 s’étendent respectivement dans des gaines 74, 79, 84 et 89 dont les extrémités inférieures 74.1, 79.1, 84.1 et 89.1 sont solidaires du segment de jambe 200.

Selon un quatrième mode de réalisation représenté en , les troisièmes renvois périphériques 94.3 et 95.3 sont situés sur une face avant du support inférieur 20 du segment de cuisse 1 et coopère avec un troisième renvoi périphérique additionnel 97.3. Le segment de cuisse 1 comprend également un renvoi supplémentaire 98.3 qui vient en saillie d’un bord droit du support 20. Identiquement, les quatrièmes renvois périphériques 94.4 et 95.4 sont confondus avec les renvois 94.3 et 95.3 et coopèrent avec un quatrième renvoi périphérique additionnel 97.4 confondu avec le renvoi 97.3. Le segment de cuisse 1 comprend également un renvoi supplémentaire 98.4 confondu avec le renvoi 98.3.

Selon un cinquième mode de réalisation représenté en , le membre inférieur 1000 comprend un premier ressort de rappel 99.1, un deuxième ressort de rappel 99.2, un troisième ressort de rappel 99.3 et un quatrième ressort de rappel 99.4. Les ressort 99.1 et 99.2 relient respectivement le segment de jambe 200 -ici le support inférieur 220- aux points 401 et 402 du segment de pied 400. Les ressort 99.3 et 99.4 relient respectivement le segment de jambe 200 -ici le support inférieur 220- aux branches 411 et 413 du palonnier 410. Les ressorts 99.1 à 99.4 constituent un dispositif de rappel en position du segment de pied 400 relativement au segment de jambe 200.

Selon un sixième mode de réalisation représenté en , le ressort 99.1 s’étend depuis le support supérieur 210 du segment de jambe 200 jusqu’ à un premier lacet 70.1 rapporté par épissure sur le câble 70. Le ressort 99.1 est ainsi attelé au point 401 par l’intermédiaire du câble 70. Symétriquement, le ressort 99.3 s’étend depuis le support supérieur 210 jusqu’ à un deuxième lacet 75.1 rapporté par épissure sur le câble 75. Le ressort 99.3 est ainsi attelé à la branche 411 du palonnier 410 par l’intermédiaire du câble 75. Selon des dispositions homologues non représentées, le ressort 99.2 s’étend depuis le support supérieur 210 du segment de jambe 200 jusqu’ à un troisième lacet rapporté sur le câble 80. Le ressort 99.2 est ainsi attelé au point 402 par l’intermédiaire du câble 70. . enfin, le ressort 99.4 s’étend depuis le support supérieur 210 jusqu’ à un quatrième lacet rapporté par épissure sur le câble 85. Le ressort 99.4 est ainsi attelé à la branche 413 du palonnier 410 par l’intermédiaire du câble 85.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.

En particulier,

bien qu’ici l’invention ait été décrite en lien avec l’actionnement de deux rotations d’un segment de pied relativement à un segment de jambe autour d’un axe d’adduction/abduction et d’un axe d’inversion/éversion, l’invention s’applique également à un actionnement de trois rotations d’un segment de pied relativement à un segment de jambe qui comprendrait également un axe de dorsiflexion/plantarflexion. L’invention concernant également un actionnement de deux rotations du segment de pied relativement au segment de jambe autour de deux axes choisis parmi un axe d’inversion/réversion, un axe de dorsiflexion/plantarflexion et un axe d’adduction/abduction d’un utilisateur du membre inférieur ;
bien qu’ici le membre inférieur comprenne un segment de cuisse et un segment de jambe en sus du segment de pied, l’invention s’applique également à un membre inférieur dépourvu de segment de jambe et constitué d’un segment de jambe et d’un segment de pied ;
bien qu’ici le segment de pied soit destiné à accueillir un pied d’un utilisateur, l’invention s’applique également à un segment de pied prosthétique qui constituerait une prothèse de pied d’un utilisateur ;
bien qu’ici le dispositif d’actionnement soit déporté sur un segment dorsal d l’exosquelette, l’invention s’applique également à d’autres types de déport de l’actionneur sur un élément distinct du segment de jambe et du segment de pied, comme par exemple le segment de cuisse, le segment de hanche ou un élément rapporté sur le torse. L’invention couvre également une architecture d’actionnement dans laquelle seule la motorisation du dispositif d’actionnement serait déportée, comme par exemple un moteur porté par le segment dorsal et qui serait relié par un arbre flexible à un actionneur à câble porté par le segment de jambe, de cuisse ou de pied ;
bien qu’ici le segment de pied soit actionné par un actionneur de type vérin à câble, l’invention s’applique également à d’autres types d’actionneurs, comme par exemple des actionneurs à câbles qui transmettent un déplacement et un effort au câble via un tambour ou un vérin hydraulique ;
bien qu’ici les premier, deuxième, troisième et quatrième renvois se situent à l’extrémité inférieure du segment de jambe, l’invention s’applique également à d’autres types d’implantations des renvois inférieurs sur une portion inférieure du segment de jambe, comme par exemple un renvoi inférieur situé entre un milieu et une extrémité inférieure du segment de jambe ;
bien qu’ici les actionneurs comprennent des boucles de câble, l’invention s’applique également à d’autres types d’élément de transmission d’un effort de traction comme par exemple des câbles sertis sur les poulies, une chaine, une courroie ou des bielles ;
bien qu’ici les premier et deuxième câble soient reliés à une poulie de sortie du premier actionneur, l’invention s’applique également à d’autres types de premier élément mobile comme par exemple un écrou d’une vis écrou ou un tambour d’un motoréducteur. Il en va de même pour le deuxième actionneur ;
bien qu’ici la première extrémité du premier câble soit reliée au segment de pied à proximité du premier métatarsien du pied d’un utilisateur, l’invention s’applique également à tout point de liaison de la première extrémité inférieure qui permet d’actionner la première rotation. Il en va de même pour les extrémités inférieures des autres câbles ;
bien qu’ici la deuxième série de renvois soit confondues avec la première série, l’invention s’applique également à une deuxième série de renvois qui comprend des deuxièmes renvois indépendants tels que des poulies à simple gorge ;
bien qu’ici les armatures aient été représentées rapportées sur une face externe des supports, l’invention s’applique également à des armatures rapportées sur une face interne des supports ou dont les extrémités sont enchâssées dans une épaisseur du support ;
bien qu’ici l’armature comprenne quatre baleines, l’invention s’applique également à d’autres types d’armature comme par exemple une armature comprenant une, deux, trois ou plus de quatre baleines, une nappe, une coque ou un treillis éventuellement en forme de manchon ;
bien qu’ici les baleines soient des tubes cylindriques droits en carbone, l’invention s’applique également à d’autres types de baleines comme par exemple des baleines pleines, de section diverses telle que carrée, ou rectangulaire et pouvant être réalisées dans d’autres matériaux tel que le polyacétal ou l’acier, par exemple sous la forme de baleine connues sou le nom de « corde à piano ». Les baleines peuvent également être conformées pour adopter des formes courbes ;
bien qu’ici le membre comprenne une deuxième enveloppe en lycra, l’invention s’applique également à d’autres types de dispositifs de contention de l’armature pour appliquer sur l’armature un effort sensiblement normal à la première direction comme par exemple un ou plusieurs filins ou bandes élastiques et/ou précontraints qui s’étendrait en périphérie de l’armature ;
bien qu’ici les baleines possèdent des extrémités articulées sur les supports, l’invention s’applique également à d’autres types de liaisons et/ou d’armatures autorisant une rotation du premier support relativement au deuxième support autour d’un axe sensiblement parallèle à la première direction, comme par exemple des baleines flexibles en torsion ou pourvue de deux parties montées à pivotement l’une relativement à l’autre autour d’un axe parallèle à la première direction ;
bien qu’ici l’exosquelette comprenne un câble, l’invention s’applique également à d’autres types d’éléments de transmission d’un effort de traction comme par exemple une chaîne, une courroie crantée ou lisse ou un ruban, un organe hybride comprenant des bielles reliées par câble ;
bien qu’ici les câbles soient renvoyés à l’aide de tétons en PTFE, l’invention s’applique également à d’autres types de renvois de câble comme par exemple un œillet, une poulie, un tambour. Enfin, bien qu’ici les renvois soient confondus, l’invention s’applique également à des renvois de câbles distincts ;
bien qu’ici les baleines soient reçues dans des fourreaux rapportés par couture sur la deuxième enveloppe, l’invention s’applique également à d’autres types de fourreaux comme par exemple un ou plusieurs anneaux rapportés sur l’une ou l’autre des enveloppes par collage ;
bien qu’ici les supports décrivent des portions de cercle d’amplitude sensiblement égale à soixante degrés, l’invention s’applique également à d’autres types de support comme par exemple des supports de forme quelconque, non continus, qui couvrent des secteurs angulaires différents comme par exemple un support en forme de ceinture qui forme un boucle fermée ou un support ouvert dont l’amplitude est comprise entre quinze et trois-cent soixante degrés ;
bien qu’ici les deuxièmes baleines soient identiques aux premières baleines, l’invention s’applique également à des deuxièmes baleines qui disposeraient de propriétés différentes des premières baleines, comme par exemple une raideur, une résistance à la torsion, une longueur, une section, un module d’Young différent de celui des premières baleines ;
bien qu’ici une même deuxième enveloppe s’étende autour du premier, deuxième support et du troisième support supplémentaire, l’invention s’applique également à d’autres configurations des moyens de contention comme par exemple une deuxième enveloppe qui entoure les premier et deuxième support et une enveloppe supplémentaire qui entoure le deuxième support et le troisième support supplémentaire ;
bien qu’ici le dispositif d’actionnement comprenne un vérin à câble à vis menée, l’invention s’applique également à d’autres types de dispositifs d’actionnement comme par exemple un dispositif d’actionnement comprenant un vérin à câble de type à écrou mené ou un motoréducteur, ou un actionneur linéaire de type vérin ;
bien qu’ici le dispositif de rappel en position comprenne un ressort, l’invention s’applique également à d’autres moyens de rappel comme par exemple un contrepoids, ou un aimant. L’invention s’applique également à d’autres types d’éléments élastiques comme par exemple un bloc élastomère, une courroie ou un empilement de rondelles Bellleville ;
bien qu’ici le ressort s’étende depuis le support inférieur ou supérieur du segment de jambe, l’invention s’applique également à d’autres modalités de liaison du dispositif de rappel au segment de jambe, comme par exemple un liaison à l’armature ou au dispositif de contention.

Claims

Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) comprenant :
un segment de jambe (200) ;

un segment de pied (400) monté flottant par rapport au segment de jambe (200) ;

un dispositif d’actionnement (500) agencé pour actionner une première rotation du segment de pied (400) relativement au segment de jambe (200) autour d’un premier axe (O1) et une deuxième rotation du segment de pied (400) relativement au segment de jambe (200) autour d’un deuxième axe (O2) distinct du premier axe (O1), le premier axe (O1) et le deuxième axe (O2) étant choisis parmi un axe d’inversion/réversion, un axe de dorsiflexion/plantarflexion, un axe d’adduction/abduction d’un utilisateur du membre inférieur (1000) , dans lequel le dispositif d’actionnement (500) et/ou une motorisation (513, 553) dudit dispositif d’actionnement (550) est déporté sur un élément distinct du segment de jambe (200) et du segment de pied (400).
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d’actionnement (500) comprend un premier actionneur à câbles (510) comportant un premier élément mobile (514) relié à la première extrémité supérieure (71) d’un premier câble (70) et à la deuxième extrémité supérieure (76) d’un deuxième câble (75), le premier câble (70) étant relié en sa première extrémité inférieure (72) au segment de pied (400) pour actionner un premier sens (S1) de la première rotation et le deuxième câble (75) étant relié en sa deuxième extrémité inférieure (77) au segment de pied (400) pour actionner un deuxième sens (S2), opposé au premier sens (S1), de la première rotation.
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif d’actionnement (500) comprend un deuxième actionneur à câble (550) comportant un deuxième élément mobile (554) relié à la troisième extrémité supérieure (81) d’un troisième câble (80) et à la quatrième extrémité supérieure (86) d’un quatrième câble (85), le troisième câble (80) étant relié en sa troisième extrémité inférieure (82) au segment de pied (400) pour actionner un troisième sens (S3) de la deuxième rotation et le quatrième câble (85) étant relié en sa quatrième extrémité inférieure (87) au segment de pied (400) pour actionner un quatrième sens (S4), opposé au troisième sens (S3), de la première rotation.
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon les revendications 2 et 3, comprenant une première série de premiers renvois (90.1, 91.1, 92.1, 93.1) du premier câble (70), une deuxième série de renvois (90.2, 91.2, 92.2, 93.2) du deuxième câble (75), une troisième série de renvois (90.3, 91.3, 92.3, 93.3, 94.3, 95.3, 96.3) du troisième câble (80), une quatrième série de renvois (90.4, 91.4, 92.4, 93.4, 94.4, 95.4, 96.4) du quatrième câble (85), la première série de premier renvois(90.1, 91.1, 92.1, 93.1) comprenant un premier renvoi inférieur(93.1) situé sur une portion inférieure du segment de jambe (200), la deuxième série de renvois (90.2, 91.2, 92.2, 93.2) comprenant un deuxième renvoi inférieur (93.2) situé à une extrémité inférieure du segment de jambe (200), la troisième série de renvois (90.3, 91.3, 92.3, 93.3, 94.3, 95.3, 96.3) comprenant un troisième renvoi inférieur (96.3) situé à une extrémité inférieure du segment de jambe (200), la quatrième série de renvois (90.4, 91.4, 92.4, 93.4, 94.4, 95.4, 96.4) comprenant un quatrième renvoi inférieur (96.4) situé à une extrémité inférieure du segment de jambe (200), le premier renvoi inférieur (93.1) et le troisième renvoi inférieur (96.3) étant situés de part et d’autre d’un premier plan (P1) sensiblement parallèle à un plan sagittal (Ps) de l’utilisateur du membre inférieur (1000) et qui comprend l’axe d’adduction/abduction, et/ou le deuxième renvoi inférieur (93.2) et le quatrième renvoi inférieur (96.4) étant situés de part et d’autre du premier plan (P1).
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon la revendication 4, dans lequel des portions (73, 78) des premier câble (70) et deuxième câble (75) qui s’étendent le long du segment de jambe (200) s’étendent d’un même côté du premier plan (P1)et/ou dans lequel des portions (83, 88) des troisième câble (80) et quatrième câble (85) qui s’étendent le long du segment de jambe (200) s’étendent d’un même côté du premier plan (P1).
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon l’un des revendications 3 à 5, dans lequel la première extrémité inférieure (72) du premier câble (70) et la deuxième extrémité inférieure (77) du deuxième câble (75) s’étendent de part et d’autre d’un deuxième plan (P2) sensiblement parallèle à un plan frontal (Pf) d’un utilisateur (100) du membre inférieur (1000) et qui comprend l’axe d’adduction/abduction (O2).
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le segment de jambe (200) comprend un premier support (210);
un deuxième support (220);

une armature (230) s’étendant selon une première direction entre le premier support (210) et le deuxième support (220) pour transmettre un effort de compression et/ou de traction depuis le premier support (210) vers le deuxième support (220);

- un dispositif de contention (240) de l’armature (230) pour appliquer sur l’armature (230) un effort sensiblement normal à la première direction.
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif de rappel (99.1, 99.2, 99.3, 99.4) en position du segment de pied (400) relativement au segment de jambe (200).
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon la revendication 8, dans lequel le dispositif de rappel (99.1, 99.2, 99.3, 99.4) en position comprend au moins un élément élastique (99.1, 99.2, 99.3, 99.4).
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon les revendications 2 et 8, dans lequel le dispositif de rappel en position (99.1, 99.2, 99.3, 99.4) comprend un lacet (70.1, 75.1) de liaison de l’élément élastique ((99.1, 99.2, 99.3, 99.4) au premier câble (70) ou au deuxième câble (75) .
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d’actionnement (500) comprend au moins un vérin à câble (510, 550) comprenant une boucle de câble (516, 556).
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon la revendication 11, comprenant un tendeur de câble (517.1, 517.2, 557.1, 557.2) qui agit sur un brin (518, 519, 558, 559) de la boucle de câble (516,556).
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon l’une quelconque des revendications 2 à 12, dans lequel le premier câble (70) et/ou le deuxième câble (75) s’étend dans une gaine
Membre inférieur (1000) d’exosquelette (2000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un segment de cuisse (1) disjoint du segment de jambe (200) ou articulé sur le segment de jambe (200).
Exosquelette (2000) comprenant un membre (1, 200) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Exosquelette (2000) selon la revendication 15, comprenant un segment dorsal (2200) sur lequel est déporté le dispositif d’actionnement (500) et/ou la motorisation (513, 553) dudit dispositif d’actionnement (500).