FR3016821B1 - Exosquelette a port frontal et procede d'utilisation d'un tel exosquelette. - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un exosquelette (2) de membres inférieurs et d'un procédé de déplacement d'un objet par un utilisateur (1) muni d'un tel exosquelette, ledit exosquelette comprenant deux jambes (5, 6) articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs (3, 4) d'un utilisateur (1), un organe de liaison (7) entre les extrémités supérieures (8, 9) des jambes (5, 6) auxquelles il est articulé, propre à être positionné au niveau du bassin (14) de l'utilisateur (1) et des moyens (21) d'act ionnement des jambes articulées (5, 6) en fonction des mouvements de l'utilisateur (1). L'organe de liaison (7) est entièrement située à l'avant des jambes (5, 6) articulées dans le sens de la marche.

Description

EXOSQUELETTE A PORT FRONTAL ET PROCEDE D'UTILISATION D'UN TEL EXOSQUELETTE

La présente invention concerne un exosquelette de membres inférieurs comprenant deux jambes articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs d'un utilisateur, un organe de liaison entre les extrémités supérieures des jambes auxquelles il est articulé, propre à être positionné au niveau du bassin de l'utilisateur et des moyens d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de 1'utilisateur.

Elle concerne également un procédé d'utilisation d'un exosquelette du type décrit ci-dessus.

Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine de la manutention sur de courtes distances (quelques dizaines de mètres), d'un premier emplacement à un second emplacement, de charges lourdes, c'est à dire supérieure à 20 kg, par exemple supérieure à 40 kg.

Elle peut être utilisée avantageusement dans les secteurs du BTP (Bâtiments et Travaux Publics), de la construction automobile, de l'aéronautique ou de tout autres types d'industrie nécessitant de tels déplacements ponctuels.

Actuellement, quand il s'agit de déplacer une charge de plus de 50 kg, a fortiori quand elle pèse 75 ou 100 kg, sur de courtes distances, on utilise des équipes de plusieurs personnes ou des engins de levage (chariot élévateur, grue, etc ...) .

Ces moyens présentent des inconvénients. Lorsqu'elles sont manuelles de telles manipulations posent des problèmes de santé pour les opérateurs qui risquent des troubles musculo-squelettiques.

Avec des engins de levage, outre que ceux-ci nécessitent en général la présence de deux opérateurs, un pour lever la charge et l'autre pour la guider, se posent des problèmes d'encombrements, empêchant leur mise en œuvre dans des endroits étroits.

On connaît aussi (WO 2006/078871) des dispositifs d'assistance individualisés au transport de charge de type exosquelettes.

Si de tels dispositifs permettent de palier en partie les inconvénients des moyens décrits ci-dessus, ils ne sont pas vraiment satisfaisants.

En effet, ils ne permettent pas des fonctionnements souples autorisant la prise et l'abandon faciles d'une charge lourde.

Prévus au départ pour des applications militaires (fantassins devant parcourir de longues distances par exemple), ils sont conçus pour un port dorsal en permettant de reprendre la charge parallèlement au dos de l'utilisateur, et sensiblement à l'aplomb de sa colonne vertébrale, tout en libérant l'avant du corps de l'utilisateur (pour maniement d'une arme à feu par exemple).

Ils nécessitent de plus et en général l'intervention d'un tiers pour le harnachement des charges dans le dos de l'utilisateur et/ou le maniement de 1'exosquelette.

On connaît également (WO 2006/078871) un dispositif avec extension du châssis latéralement et vers l'avant parallèlement aux hanches de l'utilisateur. Il s'agit là d'un dispositif du type précédent avec les mêmes inconvénients.

On connaît enfin (WO 2010/101595) un exosquelette à barre latérale arrière comprenant des bretelles fixées sur ladite barre et revenant vers l'avant pardessus les épaules de l'utilisateur, pour soutenir une tablette suspendue.

Bien que plus stable, ce dispositif présente encore des inconvénients.

Il nécessite en effet des contres-poids ou des éléments de répartition des forces à l'arrière de 1'utilisateur.

Celui-ci est alors emprisonné à l'avant et à l'arrière par 1'exosquelette, ce qui est d'une part préjudiciable à la vitesse d'enfilement (habillement) et d'autre part crée un sentiment d'emprisonnement pour l'utilisateur, nocif en situation de stress ou de combats. L'invention part entre autre d'une idée à l'opposé de l'art antérieur et de la pratique des exosquelettes notamment (mais non exclusivement) en acceptant un porte-à-faux sur l'avant repris uniquement ou essentiellement au niveau des hanches ou de la taille de l'utilisateur et/ou en partie basse de 1'exosquelette.

Dans ce but, la présente invention vise à fournir un exosquelette et un procédé d'utilisation d'un tel exosquelette répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle va permettre une manipulation de charges par l'utilisateur à l'avant et dans son champs de vision, en laissant les bras de ce dernier libres de leur mouvements, sans sentiment de suffocation pour l'utilisateur tout en permettant une grande facilité et rapidité pour le revêtir et l'enlever, ce qui accroit de surcroit la sécurité pour l'utilisateur.

Elle permet notamment, une charge/décharge d'un objet par l'utilisateur du type « pick and drop » (« prendre et laisser » en langue anglosaxonne) grâce au port frontal qu'elle autorise.

Il va également être possible d'enfiler, désenfiler 1'exosquelette déjà muni de charges, à partir de l'arrière de celui-ci, de façon simple et rapide.

Bien que réduisant le champ de vision vers l'avant de l'utilisateur, l'invention permet une meilleure appréhension de l'espace par l'utilisateur plus habitué à manipuler des charges devant que derrière.

La perception et les efforts de l'utilisateur ne sont ainsi que très peu différents de ceux qu'il éprouve lors de la marche sans équipement. L'invention permet également une plus grande sécurité, la charge ne risquant pas de tomber et/ou de s'écrouler sur l'utilisateur en cas de déplacement avec 1'exosquelette.

Dans ce but, l'invention propose notamment un exosquelette de membres inférieurs comprenant deux jambes articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs d'un utilisateur, un organe de liaison entre les extrémités supérieures des jambes auxquelles il est articulé, propre à être positionné au niveau du bassin de l'utilisateur et des moyens d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur, caractérisé en ce que l'organe de liaison est entièrement situé à l'avant des jambes articulées dans le sens de la marche.

Par avant, il est donc entendu la zone située devant les genoux de l'utilisateur.

Dans des modes de réalisation avantageux, on a en outre et/ou de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - l'organe de liaison comprend une branche transversale de liaison entre les extrémités supérieures des jambes et de reprise des efforts de charge, ledit organe étant agencé pour appuyer sur ou coopérer avec le ventre de l'utilisateur en position de fonctionnement.

La branche transversale de liaison est donc agencée pour être horizontale ou sensiblement horizontale en fonctionnement ; - la branche transversale est en forme de U ou sensiblement en forme de U dont les extrémités des parties latérales du U sont respectivement articulées aux extrémités supérieures des jambes ; L'organe de liaison est ajouré en sa partie centrale. Cela permet à l'utilisateur de voir le sol entre ses jambes et plus particulièrement de mieux voir ses pieds et là où il les pose lorsqu'il marche ; - l'organe de liaison comporte de plus une lame flexible agencée pour coopérer directement ou indirectement avec le ventre de l'utilisateur par exemple par le biais d'une ceinture ventrale passée par l'utilisateur qui est rendue solidaire de la lame flexible ; - la lame flexible d'appui sur le ventre est, au repos, à une distance d de la branche, par exemple supérieure à 30 mm. Par au repos on entend lorsque 1'exosquelette n'est pas utilisé ou en fonctionnement. Le respect de cette distance forme alors au moins en partie le dégagement visuel permettant à l'utilisateur de voir le sol à ses pieds ; - les jambes comportent chacune une cuisse et un tibia reliés par une articulation dite de genoux agencée pour permettre une fIexion/extension de la cuisse et du tibia, les cuisses étant quant-à-elles reliées en parties supérieures à l'organe de liaison par des articulations au niveau de la hanche, et les moyens d ' actionnement comportent des moteurs d'actionnement au niveau des cuisses pour actionner les articulations de genoux et au niveau de l'organe de liaison pour actionner les articulations au niveau de la hanche; - 1'exosquelette comporte de plus des moyens de solidarisation avec la partie supérieure du corps de l'utilisateur, par exemple via un système de bretelles ; - 1'exosquelette comporte un système de port de charge agencé pour porter une charge à l'aplomb et/ou à l'avant de l'organe de liaison, comportant des capteurs de détection de poids agencés pour transmettre des informations aux moyens d'actionnement et des moyens de calculs pour générer via Iesdits moyens d'actionnement un couple opposé au poids de la charge et/ou le dispositif comporte des éléments passifs agencés pour générer un couple entre le bassin et la ou les jambes d'appui, opposé au couple généré par le poids déterminé de la charge; - le support est adaptable à une ou plusieurs charges de poids différents; - 1'exosquelette comporte un système d'outils propres à être manipulé par l'utilisateur en partie supérieure par exemple fixés de façon amovible à l'organe de liaison. Du fait du caractère enfilable par l'arrière de 1'exosquelette, adapté uniquement en vis à vis de la partie inférieure du corps de l'utilisateur, celui-ci va en effet pouvoir également, et indépendamment, utiliser des outils facilement accessibles par ses membres supérieurs, démultipliant la force de l'ensemble; - le système d'outil comprend au moins un bras exosquelette articulé fixé sur l'organe de liaison au droit de l'extrémité supérieure de l'une et/ou de l'autre des deux jambes ; - le système d'outil comprend une caméra vidéo ; - l'organe de liaison ayant des extrémités latérales, 1'exosquelette comporte de plus une ceinture de soutien dorsal rigide ou semi-rigide complémentaire présentant une plaque bombée centrale de soutien, et dont les extrémités de la ceinture sont agencées pour être fixées de façon amovible sur lesdites extrémités latérales de l'organe de liaison ; - le dispositif comporte des moyens générateurs d'énergie placée à l'arrière, par rapport au sens de la marche, de l'extrémité supérieure de la cuisse et/ou de l'organe de liaison ; - l'outil est articulé. L'invention propose également un procédé d'utilisation d'un exosquelette de membres inférieurs, pour déplacer un ou plusieurs objets, ledit exosquelette comprenant deux jambes articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs d'un utilisateur, un organe de liaison entre les extrémités supérieures des jambes auxquelles il est articulé, propre à être positionné au niveau du bassin de l'utilisateur et des moyens d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur, caractérisé en ce que l'organe de liaison étant entièrement situé à l'avant des jambes articulées dans le sens de la marche, l'utilisateur - commande les moyens d'actionnement pour descendre l'organe de liaison, charge et/ou accroche le ou les objets à déplacer à la barre de liaison, - commande les moyens d'actionnement pour remonter l'organe de liaison avec le ou les objets dans une position adaptée pour la marche, - enfile 1'exosquelette par l'arrière des jambes articulées dans le sens de la marche, - fixe 1'exosquelette à sa taille, - se déplace avec 1'exosquelette chargé du ou des objets, - et commande les moyens d'actionnement pour descendre l'organe de liaison et décharger le ou les objets, avant de ranger 1'exosquelette.

Avantageusement, l'utilisateur quitte 1'exosquelette avant de descendre l'organe de liaison muni de la ou des charges.

Egalement avantageusement, la branche transversale de l'organe de liaison est agencée pour être horizontale ou sensiblement horizontale pendant tout le mouvement de 1'exosquelette.

Dans un mode de réalisation avantageux, 1'exosquelette comprenant un outil et/ou un bras articulé monté sur l'organe de liaison et générant un porte-à-faux, - on détermine le couple généré par ledit porte-à-faux sur 1'exosquelette, - - on acquiert la distance d de la jambe dont l'extrémité supérieure est située au droit du montage dudit outil et/ou bras en avant, par rapport à l'autre jambe, - on détermine si la distance d de la jambe est suffisante pour assurer l'équilibre de 1'exosquelette calculée en fonction dudit couple, - on génère une instruction d'autorisation si la distance d est suffisante. L'autorisation est par exemple celle du déplacement du bras. En effet, on comprend que l'autorisation ne va être donnée que si la jambe est suffisamment avancée pour encaisser le couple. Sinon la valeur sera limitée ou le déport limité. 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.

La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels :

La figure 1 est une vue schématique d'un exosquelette et de son utilisateur selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 2 montre une vue en perspective avant d'un autre mode de réalisation d'un exosquelette selon l'invention.

La figure 3 est une vue de dessus en perspective arrière de 1'exosquelette de la figure 2.

La figure 4 est une vue de face de 1 ' exosquelette de la figure 2 avec sangle et ceinture amovible de soutien du dos.

La figure 5 est une vue schématique d'un utilisateur muni d'un exosquelette selon un autre mode de réalisation de l'invention, prévu pour le portage par crochet d'une charge (un seau par exemple).

Les figures 6A et 6B présentent des vues latérales schématiques illustrant les deux premières étapes d'utilisation d'un exosquelette du type de celui de la figure 1, avec barre de liaison respectivement baissée pour la prise de la charge et relevée ensuite, avant enfilage pour le déplacement par 1'utilisateur.

Les figures 7A et7B montrent schématiquement un mode de réalisation d'un exosquelette muni d'un bras articulé, avec les deux jambes au même niveau et le bras replié (figure 7A) et avec une jambe en avant et le bras déplié en plus grand porte-à-faux (figure 7B) .

La figure 8 donne un paramétrage possible d'un exosquelette selon l'invention.

La figure 9 montre un mode de réalisation d'un logigramme d'élaboration de lois de commande du fonctionnement d'un exosquelette selon l'invention, à partir du paramétrage de la figure 8.

La figure 1 montre schématiquement un utilisateur 1 revêtu d'un exosquelette 2 adapté à ses membres inférieurs 3, 4.

Il comprend deux jambes articulées 5, 6 agencées pour être chacune respectivement couplée aux membres inférieurs de l'utilisateur par des moyens du type sangles (non représentées) au niveau des pieds et de la taille et un organe 7 de liaison entre les extrémités supérieures 8 et 9 des jambes 5, 6 auxquelles il est articulé par le biais d'articulation 10, 11 formées de façon connue en elle-même d'une part par des axes transverses 12 horizontaux parallèles ou sensiblement parallèles à l'organe de liaison, pour permettre la flexion/extension de la jambe correspondante et d'autre part par des axes sagittaux 12' (horizontaux et perpendiculaires aux axes transverses 12) pour permettre 1'abduction/adduction passive des hanches. L'organe 7 de liaison est propre à être positionné au niveau du bassin 14 de l'utilisateur et est entièrement situé à l'avant des jambes articulées dans le sens de la marche.

Il comprend une branche 15 sensiblement en forme de U dont les parties ou barres d'extrémités 16 sont reliées aux axes 12 d'articulation et dont la barre centrale 17 est située devant le ventre de 1'utilisateur.

La barre 17 est horizontale et est ici munie d'un plateau 18 également horizontal, en porte à faux par rapport au polygone de sustentation du corps de l'utilisateur qui coïncide sensiblement avec celui déterminé par les jambes et pieds articulés de 1'exosquelette.

Le plateau 18 est agencé pour porter la charge soit par-dessus avec des moyens (non représentées) de maintien (sangle par exemple), soit par crochets 19, latéraux ou centrés par rapport à la barre 17. L'exosquelette comporte également des articulations 20 au niveau des genoux de l'utilisateur par exemple formées de façon similaire aux articulations 10, 11 au niveau des hanches (axes horizontaux) et des moyens 21 d'actionnement des jambes articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur, schématisés en traits mixtes sur la figure, qui seront détaillés ci-après en référence au mode de réalisation des figures 2 à 4.

Dans la suite de la description on utilisera les mêmes numéros de référence pour désigner des éléments identiques ou similaires.

On va maintenant décrire plus précisément en référence aux figures 2, 3 et 4, le mode de réalisation de 1'exosquelette 2 plus particulièrement décrit ici.

Chaque jambe comporte une cuisse 22 et un tibia 23 identiques deux à deux.

La cuisse 22 comprend une tubulure 24 métallique interne (traits mixtes sur la figure) par exemple en titane, sur laquelle est fixé un premier cache 25 par exemple en matière plastique.

Le premier cache 25, longiligne de section longitudinale sensiblement trapézoïdale en forme de cuisse humaine, ménage un espace intérieur autour de la tubulure 24, espace dans lequel vont être logés au moins en partie les moyens d'actionnement.

La cuisse est reliée au tibia par l'articulation 20 dite de genoux, qui est agencée pour permettre une f Iexion/extension de la cuisse et du tibia. Dans ce mode de réalisation, une partie du genou est par exemple comprise à l'intérieur de l'espace intérieur du premier cache. L'articulation du genou 20 est par exemple du type formée par un axe horizontal 26.

Lorsque 1'exosquelette est au repos, la cuisse et le tibia forment un angle a supérieur à 140° par exemple 160°.

Les moyens 21 d'actionnement, comprennent les moyens 27 d'actionnement des genoux (en traits mixtes sur la figure) par exemple logés à l'intérieur du premier cache 25 correspondant et sont respectivement formés chacun par un moteur électrique 28 à courant continu alimenté par une batterie amovible 28' correspondante située de chaque côté sur la partie arrière de l'organe de liaison 7 et/ou de la partie supérieure des cuisses 22.

Le moteur est d'une puissance adaptée pour générer un couple supérieur à 100 N.m. Il est connecté à un piston 29 d'actionnement (trait interrompu sur la figure) connu en lui-même, fixé d'un côté à la tubulure 24 de la cuisse et de l'autre à une lame 30 (trait mixte) formant le tibia correspondant.

Plus précisément et dans le mode de réalisation décrit, le tibia 23 est de forme longiligne légèrement courbée (par exemple rayon de courbure compris entre 1 m et 2 m) . Il est formé par une lame interne 30, suffisamment rigide pour reprendre la charge mais également suffisamment souple pour jouer le rôle d'un ressort amortisseur, attachée à son extrémité proximale à la partie inférieure de la tubulure 24 par l'articulation formée par l'axe 26 et à son extrémité distale au pied décrit ci-après. Le tibia comporte un cache 31 de la lame par exemple en forme de gaine ouverte de section transversale en forme de U et de profil latéral adapté au respect de 1'esthétique.

La partie supérieure du cache 31 du tibia collabore avec la face interne du premier cache lors de la rotation du genou.

Les tubulures 24 de la cuisse et les lames 30 des tibias sont par exemple en titane ou tout matériau adapté et dimensionné pour résister à des moments supérieurs à 400 Newton mètre, par exemple 1.000 N.m. L'extrémité inférieure de la lame 30 courbe est quant à elle connectée de façon articulée en 32 à un chausson 33 propre à être enfilé. L'articulation 32 est du type bi-axes pour flexion/extension et abduction/adduction, de façon connue en elle-même.

Le chausson 33 comporte par exemple une spatule 34 d'appui de l'ensemble et une sangle 35 de rétention du pied de l'utilisateur formant étrier avec la spatule.

Chaque jambe de 1'exosquelette comporte de plus une articulation 36 à l'extrémité supérieure de chaque cuisse, de fixation articulée à l'organe de liaison 7, du type décrit en référence à la figure 1.

Cette articulation autorise notamment une rotation d'angle β sensiblement comprise entre 20° et 80°, entre la cuisse 22 et l'organe 7 de liaison, ce dernier demeurant lui aussi horizontal.

Chaque jambe comporte de plus un moteur d'actionnement 37 du type des moteurs d'actionnement 28 du genou, pour actionner les articulations au niveau de la hanche, respectivement placé à l'extrémité et fixé sur les barres latérales du U de l'organe 7 de liaison.

Comme indiqué ci-dessus, les moteurs d'actionnement 28 et 37 sont alimentés jambe par jambe, par les batteries électriques 28' par exemple respectivement fixées à l'arrière de l'extrémité supérieure de la cuisse correspondante par rapport au sens de la marche.

Dans le mode de réalisation décrit ici, les batteries sont insérées en partie dans le premier cache 24 et font saillie dudit cache dans sa partie supérieure, où elles sont protégées de l'humidité et des chocs par un cache batterie 38 inséré partiellement dans le premier cache.

La saillie des batteries est adaptée pour que lorsque la cuisse est à une angulation maximale elle ne vienne pas buter sur l'organe de liaison.

Chaque batterie possède une masse comprise entre 3.5kg et 10kg.

La branche transversale de l'organe 7 de liaison est ici encore globalement en forme de U.

Elle comporte deux barres 39 parallèles formant les branches du U, de forme parallélépipédique en partie creuses pour contenir les moteurs 37 d'actionnement des articulations des hanches connectées d'un côté à la partie supérieure des cuisses par les articulations correspondantes, et de l'autre côté à une barre centrale transversale 40 formée d'une poutre horizontale rigide.

La poutre horizontale est agencée pour être munie d'un plateau horizontal (non représenté) par exemple amovible, ou de crochets de support de charges (non représentés), et est adaptable à une ou plusieurs charges de poids différents. L'ensemble de l'organe forme un espace E d'accueil de l'utilisateur.

La barre transversale 40, sensiblement parallélépipédique, est l'élément d'accrochage des objets à transporter et est à une distance D en avant par rapport à la seconde articulation, comprise entre 50 cm et 1 m par exemple 80 cm.

Le porte-à-faux ainsi constitué est notamment compensé par les actions des moteurs 28 et 37, combinées avec l'angulation des cuisses et des tibias, et avec les dimensions des spatules 34.

La barre transversale 40 reprend les efforts des charges et vient, en fonctionnement, directement ou indirectement en contact du ventre de l'utilisateur.

Elle comporte de plus un ou des ajours traversants non représentés, permettant à l'utilisateur de voir partiellement le positionnement des chaussons et les éventuels obstacles imminents lors de la marche.

Mais dans le mode de réalisation décrit ici, une lame 41, arrondie, souple, flexible mais néanmoins suffisamment rigide pour consolider la barre et laisser un espace 42 de visibilité pour l'utilisateur vers le bas, est interposée entre le ventre de l'utilisateur et la branche transversale 40 et chacune de ses extrémités 43 est fixée à la barre de liaison, de façon rigide.

La lame 41 présente une concavité vis-à-vis de l'utilisateur pour en épouser grossièrement la physionomie du ventre.

La distance d entre l'apex 44 de la courbe définie par la lame 41 et la branche transversale 40 est supérieure à 30 mm, par exemple supérieure à 50 mm.

La lame 41 permet d'impulser le mouvement de marche en avant et sa distance ménage une fenêtre de vision des pieds de l'utilisateur.

Sur la figure 4 on a représenté 1 ' exosquelette 1 avec des moyens 45 de solidarisât ion avec la partie supérieure du corps de l'utilisateur, par exemple formés par deux bretelles 46 parallèles fixées à l'organe 7 de liaison.

Les bretelles 46 sont solidarisées par une fermeture transversale 47 à clipsage, de façon connue en elle-même. L'exosquelette 2 est également et par exemple, mais non nécessairement solidarisé de plus à l'utilisateur par un support dorsal 48 horizontal, formé d'une sangle en vis-à-vis de la barre transversale 40, et permet un soutien du dos de l'utilisateur, en comportant de plus un dossier 49 sensiblement parallélépipédique légèrement incurvé dans les deux sens transversaux du type coque 49 de motard remontant le long de la colonne. Des moyens 50 de fixation par exemple par clipsage sur des parties mâles ou femelles correspondantes 51, sont prévus, permettant de ceinturer l'arrière du corps de 1'utilisateur.

Dans un autre mode de réalisation (non représenté) 1'exosquelette 2 est simplement solidarisé à l'utilisateur par un support dorsal en forme de U et clipsable à l'extrémité de ses branches sur les parties arrières de l'organe de liaison.

La sangle est réglable de manière à s'adapter à la physionomie de l'utilisateur.

La figure 5 montre un exosquelette 2 comportant un système 52 de port de charge, constitué de deux crochets 53 orientés vers le haut.

Les crochets 53 sont par exemple formés par une entaille en forme de V dans les barres latérales 54 de l'organe 7 ici encore en forme de U ou sensiblement en forme de U.

Les crochets constituent ainsi une base d'appui des anses 55 d'un sceau 56.

Dans tous les différents modes de réalisation, 1'exosquelette 2 comprend des capteurs 57 de détection de poids, connus en eux même de l'homme du métier.

Les capteurs de détections sont par exemple des capteurs piézométriques logés dans les crochets avec leur composante sensible de détection à la pointe du V.

Ils sont connectés à des moyens 58 de calculs logés dans l'organe 7 et envoient des informations relatives au poids de la charge.

Les moyens 58 de calcul génèrent alors une commande en fonction des informations reçues des capteurs et la transmettent simultanément au quasi-simultanément aux moyens d'actionnement pour compenser la charge.

Pour ce faire, les moyens d'actionnement génèrent à partir de ces informations un couple opposé au poids de la charge.

Dans un autre mode de réalisation, les moyens d'actionnement comportent des éléments passifs, agencés pour générer un couple entre le bassin et la ou les jambes d'appui, opposé au couple généré par ledit poids déterminé de la charge.

On va maintenant décrire en référence aux figures 6A et 6B un procédé d'utilisation d'un exosquelette 2 selon un mode de réalisation de l'invention. L'exosquelette 2 comporte une plaque 59 de support horizontal, dans le prolongement de la barre horizontale 40. L'organe 7 de liaison comporte des moyens 60 de commande de moyens d'actionnement.

Ces moyens de commande sont constitués de boutons (non représentés) connus en eux même de l'homme du métier et reliés aux moyens 58 de calculs.

Les boutons sont par exemple positionnés dans la partie arrière de l'organe 7 de liaison ou sur ses faces latérales extérieures. L'utilisateur 61 étant derrière 1'exosquelette 1, il le saisit et actionne les moyens de commande.

Ceux-ci commandent alors les moyens d'actionnement pour descendre l'organe 7 de liaison.

Les moyens d'actionnement donnent alors l'instruction aux moteurs du genou et de l'abdomen d'effectuer une rotation de manière à diminuer les angles entre d'une part, l'organe de liaison et la cuisse, et d'autre part, la cuisse et l'organe de liaison.

De cette manière les chaussons et l'organe de liaison restant horizontaux, la distance entre eux est réduite.

Puis l'utilisateur 61 charge et/ou accroche l'objet 56 ou les objets à déplacer à l'organe 7 de liaison et/ou les arrime grâce à des sangles (non représentées).

Une fois l'opération de charge terminée, l'utilisateur 61 commande les moyens d'actionnement pour que les moteurs du genou et de l'abdomen effectuent la rotation inverse à celle précédente, c'est-à-dire pour remonter l'organe de liaison avec le ou les objets dans une position adaptée pour la marche. L'utilisateur 61 peut ensuite et sans difficulté, placer ses pieds 62 dans les étriers 63 des chaussons, par un simple enfilement et refermer la sangle de ceinture ou le support dorsal pour enfiler 1'exosquelette 2 par l'arrière des jambes 56 articulées.

Une fois 1'exosquelette 2 revêtu, l'utilisateur 61 exerce un déplacement par une marche normale. L 'exosquelette 2 comprend de plus des moyens 64 de détection de mouvement de l'utilisateur, et notamment des moyens de détection d'angle.

Ces moyens de détection comprennent de façon connue en elle-même, et par exemple un ou des gyroscopes pour la détermination de la valeur de l'angle à un instant donné, couplés à un ou des accéléromètres à trois directions pour déterminer la vitesse et l'accélération angulaire.

Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, les moyens de détections comprennent également un magnétomètre permettant ainsi de déduire des mesures du champ magnétique terrestre la direction du champ gravitationnel.

Les détecteurs d'angles sont adaptés pour acquérir en continu les angles entre les cuisses et les tibias des jambes de l'utilisateur ainsi qu'entre la cuisse et la hanche, cette détection étant réalisée à une fréquence déterminée.

Les moyens 64 de détection comprennent également un détecteur de pression, connu en soi, pour l'acquisition de la pression du ventre exercée sur la barre transversale et/ou sur la lame flexible.

Ainsi : une réduction concomitante sur chaque jambe des angles entre la cuisse et le tibia de l'utilisateur est analysée par les moyens 58 de calcul comme étant une commande de descente de la barre transversale et, une réduction d'un des angles abdomen/cuisse ou cuisse/tibia sur l'une des jambes et la détection d'une pression du ventre supérieure à un seuil déterminé est analysé par les moyens de calcul comme étant une commande de marche.

Ces informations transmises aux moyens 58 de calcul permettent la régulation des moteurs.

Lors de son parcours, l'utilisateur peut se baisser, et étant alors accompagné par 1'exosquelette, il peut décharger/recharger et peut se relever en étant encore une fois accompagné par 1'exosquelette. L'utilisateur peut également décharger/recharger avec ses bras en restant debout.

Arrivé à destination l'utilisateur 61 commande de nouveau les moyens d'actionnement pour descendre l'organe 7 de liaison et décharger le ou les objets 56 .

Les opérations de descente ou remontée de 1'exosquelette 2 pouvant se faire sans que l'utilisateur 61 n'en soit revêtu, l'utilisateur peut quitter 1'exosquelette 2 avant de descendre l'organe 7 de liaison muni du ou des objets.

On a représenté sur les figures 7A et 7B, un exosquelette muni d'un bras articulé 65.

Le bras 65 est monté sur l'organe de liaison 7, au droit 66 de l'extrémité supérieure 9 d'une des deux jambes 5,6.

Plus précisément, le bras 65 est relié à 1 ' exosquelette 2 par une liaison rotule 67, motorisée, au-dessus de l'extrémité 9 de la jambe 6, à proximité de l'articulation 11.

Le bras 65 est lui-même articulé, de manière passive ou non et est par exemple formé de façon connue en soi de l'homme du métier.

Plus particulièrement dans le mode de réalisation comprenant un bras articulé passif, i.e. sans motorisation propre, l'horizontalité de l'organe de liaison 7 pendant le fonctionnement permet une référence stable et une diminution du porte-à-faux.

Le maintien à l'horizontal de l'organe de liaison 7 permet une position fixe de référence pour les outils ou bras 65 articulés fixés à celui-ci. Ceci permet ainsi de rester dans une position donnée à l'équilibre (par exemple à vide) du fait de la raideur de ressorts, de la présence de contres couples moteurs, d'inerties et/ou de frottements de liaison.

La fixité et l'horizontalité de l'organe 7 par rapport à la direction du champ gravitationnel permettent donc un bon équilibrage, avec compensation de la masse de l'outil, et ce sur pour l'ensemble des conditions de fonctionnement de celui-ci.

Comme décrit ci-avant 1'exosquelette 2 comprend les moyens 58 de calcul et de commande, fixé sur la barre transversale 40 de l'organe de liaison 7.

Les moyens 58 ci-après également dénommés calculateur, déterminent une loi de commande à partir notamment de la position des différentes parties de 1'exosquelette 2, des actions de l'utilisateur 1, du porte-à-faux et des perturbations éventuelles.

Cette loi de commande effectue, lorsque le couple généré par le porte-à-faux accentué par le bras 65, est supérieur à un certain seuil déterminé et implique un risque de basculement de 1'exosquelette 2, on détermine alors la distance e entre la jambe 6 dont l'extrémité supérieure 9 est située au droit du montage du bras 65 et l'autre jambe 5, soit l'avancée d'un chausson 33 par rapport à l'autre.

Les moyens 58 de calcul intègrent la distance e, le modèle de 1 ' exosquelette 2 et la direction du champ gravitationnel et déterminent si la distance e est suffisante pour assurer l'équilibre de 1'exosquelette 2 calculée en fonction du couple généré par le porte-à-faux. C'est-à-dire la distance e doit être suffisante pour que l'effort et/ou le déplacement du bras 65 ne génèrent pas un couple supérieure à celui de l'équilibre que 1'exosquelette peut supporter pour la distance considérée.

Si la distance e est suffisante, les moyens 58 de calcul génèrent une instruction d'autorisation et la charge peut être installée et/ou le bras peut effectuer le mouvement.

Plus précisément les moyens 60 de commande du bras 65 ne sont alors pas limités pour la position du bras 65 considérée.

Si la distance e est insuffisante, alors le moyens 60 de commande sont bloqués, i.e. ne transmettent pas l'instruction de déplacement au bras 65 et/ou aux jambes 5,6.

Dans un mode de réalisation, une sirène (non réprésentée) fait par exemple fonction d'avertisseur sonore pour une telle situation et est commandée par l'absence d'instruction d'autorisation.

Cette avancée d'un chausson 33 par rapport à l'autre est égale à une distance e calculée par le calculateur et proportionnelle au couple généré par le porte-à-faux.

On va maintenant décrire en référence aux figures 8, un procédé d'élaboration de la loi de commande des différents moteurs 28, 37 de 1'exosquelette 2.

Le calculateur 58 comprend une mémoire non volatile (non représentée). Cette mémoire comprend des valeurs de paramètre structurel de 1'exosquelette 2 .

Les paramètres pris en compte sont les paramètres dimensionnels (longueur, masse, position des centres de gravité, angles relatifs ...) des différents éléments de 1'exosquelette et notamment des dimensions cuisses (πρ, 1ε ; πρ, lg) des tibias (πρ, le ; mn, lu), des branches de l'organe de liaison (mi, li ; πρ, I2 ; πρ, I3) , des articulations (m4, m5, m7, mio), et des spatules (m14, 114 ; m45, I15).

Le calculateur comprend également un référentiel virtuel avec son système de coordonnée associé dont l'origine A est par exemple au milieu du segment reliant les articulations 11, 12 ou 36 à l'extrémité supérieure de chaque tube 24 de cuisse.

Le calculateur acquiert également comme paramètre les angles entre hanche et cuisse al, βΐ, cuisse et tibia α2, β2, tibia et chausson α3, β3, ainsi que la direction dans le référentiel virtuel du champ gravitationnel.

Il reconstruit alors un modèle géométrique virtuel de la position de 1 ' exosquelette 2 en continu ou quasiment continu.

Puis à partir de ce modèle combiné à l'information sur les masses mi à mn des différents éléments de 1'exosquelette 2, le calculateur reconstruit l'emplacement des centres de gravité de l'organe de liaison CDG1, des cuisses CDG2, CDG3, des tibias CDG4, CDG5.

Le calculateur obtient ainsi un modèle dynamique en continu ou quasiment en continu de la géométrie et des forces, moments et efforts appliqués à 1'exosquelette 2 (accélération Yi notamment) par exemple par calcul barycentrique pour une masse totale M rapportée au centre de gravité générale CDGM.

Le calculateur détermine à partir de ces données et de celles de poids des charges et/ou des outils ou bras 65 et de la géométrie de leur porte-à-faux, d'une part les commandes des moteurs de reprises des efforts et de déplacement des jambes et d'autre part et notamment le couple seuil et ainsi la distance d d'avancée d'une jambe par rapport à l'autre.

Plus précisément, en fonctionnement et en référence à la figure 9, 1'exosquelette 2 opère une première acquisition (étape 70) des paramètres direction du champ gravitationnel, ai, βί ; xA, yA, zA ; CDGi etc et en déduit (étape 2) un modèle géométrique et dynamique de 1'exosquelette avec calcul (étape 71) de la masse M totale rapportée au centre de gravité générale (CDGM) .

La connaissance de la direction du champ gravitationnel et des angles ai, β± permet de calculer l'apport de chaque élément de 1'exosquelette 2 à la stabilité et/ou au porte-à-faux.

Plus précisément, la connaissance de la position de 1 ' exosquelette 2 par rapport à la direction du champ gravitationnel permet d'affiner/corriger la loi de commande.

Les commandes générées par l'utilisateur 1 déterminant une accélération γί d'avancement des éléments de 1'exosquelette 2, bruitées ou non, calculent le couple exercé par le porte à faux et le compare au seuil limite également calculé, et détermine si une action des moyens de commande est requise par l'utilisateur 1 ou nécessaire à l'équilibre de 1'exosquelette 2 (étape 72).

Si c'est le cas les moyens 21 d'actionnement sont alors commandés (étape 73) pour exercer les contre couples nécessaires à l'avance de la jambe 5,6 de la distance d calculée.

Puis le calculateur effectue une nouvelle acquisition (étape 74) des paramètres avec déduction alors d'un nouveau modèle géométrique et dynamique de 1'exosquelette avec re-calcul actualisé de la masse total M' rapporté au centre de gravité général CDGM (étape 75) .

La loi de commande intègre alors les éléments correctifs pour l'équilibre et instruit les moyens 21 d'actionnement en conséquence (étape 76).

Les étapes 72 à 76 sont réitérées (ligne 77) tant que le mouvement ou la stabilité de 1'exosquelette n'est pas terminée ou assurée.

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 énergies utilisées sont hydrauliques et/ou pneumatiques plutôt qu'électriques.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS

   1. Exosquelette (2) de membres inférieurs comprenant deux jambes (5, 6) articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs (3, 4) d'un utilisateur (1) et un organe de liaison (7) entre les extrémités supérieures (9, 9) des jambes (5, 6) auxquelles il est articulé, propre à être positionné au niveau du bassin (14) de l'utilisateur (1), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (21) d'actionnement des jambes articulées (5, 6) en fonction des mouvements de l'utilisateur (1), et en ce que l'organe de liaison (7) est entièrement situé en porte-à-faux à l'avant des jambes (5, 6) articulées dans le sens de la marche.
2. 2. Exosquelette selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de liaison (7) comprend une branche (15, 40) transversale de liaison entre lesdites extrémités (8, 9) et de reprise des efforts de charge, sensiblement en forme de U, et dont la barre centrale (17) du U est situé devant le ventre de l'utilisateur (1) en position de fonctionnement.
3. 3. Exosquelette selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de liaison (7) est ajouré en sa partie centrale (42) pour permettre à l'utilisateur (1) de voir ses pieds en fonctionnement.
4. 4. Exosquelette selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de liaison (7) comporte de plus une lame (41) flexible d'appui sur le ventre de l'uLilisateur.
5. 5. Exosquelette selon la revendication 4, caractérisé en ce que la lame (41) flexible d'appui sur le ventre est, au repos, à une distance d de la branche supérieure à 30 mm.
6. 6. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les jambes (5,6) comportent chacune une cuisse (22) et un tibia (23) reliés par une articulation (20) dite de genoux agencée pour permettre une fIexion/extension de la cuisse (22) et du tibia (23), les cuisses (22) étant quant-à-elles reliées en partie supérieure à l'organe (7) de liaison par des articulations (10, 11) au niveau de la hanche, et en ce que les moyens (21) d'actionnement comportent des moteurs d'actionnement (28 ; 37) au niveau des cuisses (22) pour actionner les articulations (20) de genoux et au niveau de l'organe (7) de liaison pour actionner les articulations (10, 11) au niveau de la hanche.
7. 7. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens (45) de solidarisation avec la partie supérieure du corps de l'utilisateur.
8. 8. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comporte un système de port de charge agencé pour porter une charge à l'avant de l'organe (7) de liaison, comportant des capteurs (57) de détection de poids agencés pour transmettre des informations aux moyens (21) d'actionnement et des moyens (58) de calculs pour générer via iesdits moyens (21) d'actionnement un couple opposé au poids de la charge et/ou en ce que il comporte des éléments passifs agencés pour générer un couple entre le bassin et la ou les jambes (5, 6) d'appui, opposé au couple généré par ledit poids déterminé de la charge.
9. 9. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comporte une plaque de support horizontal (59) agencée pour être adaptée à une ou plusieurs charges de poids différents.
10. 10. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'outils propre à être manipulé par l'utilisateur (1) en partie supérieure, fixé de façon amovible à l'organe (7) de liaison.
11. 11. Exosquelette selon la revendication 10, caractérisé en ce que le système d'outil comprend au moins un bras (65) articulé fixé sur l'organe (7) de liaison au droit de l'extrémité supérieure (8, 9) de l'une et/ou de l'autre des deux jambes (5,6).
12. 12. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe (7) de liaison ayant des extrémités latérales, 1'exosquelette (2) comporte de plus une ceinture (48) de soutien dorsale rigide ou semi-rigide complémentaire présentant une plaque (49) bombée centrale de soutien, et dont les extrémités de la ceinture (50) sont agencées pour être fixées de façon amovible sur lesdites extrémités (51) latérales de l'organe (7) de liaison.
13. 13. Exosquelette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens générateurs d'énergie placée à l'arrière, par rapport au sens de la marche, de l'extrémité (8, 9) supérieure de la cuisse (22) et/ou de l'organe (7) de liaison.
14. 14. Procédé de déplacement d'un objet par un utilisateur (1) muni d'un exosquelette (2) de membres inférieurs comprenant deux jambes (5,6) articulées agencées pour être couplées aux membres inférieurs (3, 4) d'un utilisateur (1), un organe (7) de liaison entre les extrémités (8, 9) supérieures des jambes (5,6) auxquelles il est articulé, propre à être positionné au niveau du bassin de l'utilisateur (1) et des moyens (21) d'actionnement des jambes (5,6) articulées en fonction des mouvements de l'utilisateur (1), caractérisé en ce que l'organe (7) de liaison étant en porte-à-faux, entièrement situé à l'avant des jambes (5,6) articulées dans le sens de la marche, l'utilisateur (1) - commande les moyens (21) d'actionnement pour descendre l'organe (7) de liaison, - charge et/ou accroche l'objet ou les objets à déplacer à la barre de liaison, - commande les moyens (21) d'actionnement pour remonter l'organe (7) de liaison avec le ou les objets dans une position adaptée pour la marche, enfile 1'exosquelette (2) par l'arrière des jambes (5, 6) articulées, et commande les moyens d'actionnement pour descendre l'organe (7) de liaison et décharger le ou les objets.
15. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'utilisateur quitte 1'exosquelette (2) avant de descendre l'organe (7) de liaison muni du ou des objets.
16. 16. Procédé selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que la branche transversale (40) de l'organe de liaison (7) est agencée pour être horizontale ou sensiblement horizontale pendant tout le mouvement de 1'exosquelette (2).
17. 17. Procédé selon l'une de revendication 15 et 16, caractérisé en ce que 1'exosquelette (2) comprenant un outil et/ou bras (65) articulé monté sur l'organe de liaison (7) générant un porte-à-faux, - on détermine le couple qénéré par ledit porte-à-faux sur 1'exosquelette (2), - si ledit couple est supérieur à une valeur seuil déterminée, - on acquiert la distance e de la jambe (6) dont l'extrémité supérieure est située au droit du montage dudit outil et/ou bras, en avant, par rapport à l'autre jambe, - on détermine si la distance e de la jambe est suffisante pour assurer l'équilibre de 1'exosquelette calculée en fonction dudit couple, - on génère une instruction d'autorisation si la distance e est suffisante.