Exoesqueleto semimotorizado de las extremidades inferiores.

Un exoesqueleto (100) de las extremidades inferiores, configurable para ser acoplado a una persona (187),

comprendiendo dicho exoesqueleto de las extremidades inferiores:

dos soportes (101, 102) para las piernas configurables para ser acoplados a las extremidades inferiores de dicha persona y configurados para reposar sobre el suelo durante sus fases de apoyo al lado de los pies de dicha persona, que reposan sobre el suelo, comprendiendo cada uno de dichos soportes para las piernas una barra articulada (103, 104) para el muslo y una barra articulada (105, 106) para la pantorrilla, y estando dispuestos dichos dos soportes para las piernas, durante sus fases de apoyo, para transferir fuerzas desde sus barras para las pantorrillas al suelo;

dos articulaciones (107, 108) de rodilla, configurada cada una para permitir la flexión y la extensión entre la respectiva barra para la pantorrilla y la respectiva barra para el muslo; y

un tronco exoesquelético (109) configurable para ser acoplado a la parte superior del cuerpo de dicha persona, conectable de forma giratoria a dichas barras para los muslos de dichos soportes para las piernas, permitiendo la flexión y la extensión entre dichos soportes para las piernas y dicho tronco exoesquelético; dos generadores (110, 111) de par acoplados a dichas articulaciones de rodilla; y

un grupo motor (201) capaz de proporcionar potencia, acoplado a dichos generadores de par, estando configurado el grupo motor para operar en al menos dos modos para cada generador de par, incluyendo dicho grupo motor un subcomponente (240) de inyección de potencia, capaz de inyectar potencia al generador de par, y un subcomponente (200) de disipación de potencia, capaz de disipar potencia del generador de par, en el que: cuando dicho grupo motor opera en su primer modo con respecto a uno de dichos generadores de par, dicho grupo motor inyecta potencia en uno de dichos generadores de par para extender un respectivo ángulo de rodilla definido entre la respectiva barra para la pantorrilla y la respectiva barra para el muslo, y cuando dicho grupo motor opera en su segundo modo con respecto a uno de dichos generadores de par, la energía requerida para dicha flexión y dicha extensión entre la respectiva barra para la pantorrilla y la respectiva barra para el muslo de dicho correspondiente soporte para la pierna, en un movimiento cíclico de rodilla, es proporcionada por dicha persona, pero dicho grupo motor hace que uno de dichos generadores de par resista la flexión.

Exoesqueleto semimotorizado de las extremidades inferiores ANTECEDENTES

1. Campo

La presente invención versa en general sobre el ámbito de los exoesqueletos de las extremidades inferiores y, más específicamente, sobre el ámbito de los exoesqueletos semimotorizados de las extremidades inferiores.

2. Técnica relacionada

En una amplia variedad de situaciones, personas de capacidad normal se sienten a menudo frustradas cuando intentan transportar objetos excesivamente pesados o voluminosos mientras se desplazan por pendientes y escaleras. Algunas personas no pueden tan siquiera transportar su propio peso sin cansarse o lesionarse rápidamente. Por lo tanto, existen oportunidades para proporcionar un dispositivo compacto, fácil de operar, rápido y de uso general para transportar una carga mientras una persona lleva puesto el dispositivo.

El documento US 5 282 46 A da a conocer un dispositivo robótico exoesquelético para complementar el movimiento relativo entre miembros esqueléticos biológicas acoplados en una articulación biológica del portador y que forma secciones completas de un esqueleto que un ser humano ha de llevar puesto. Miembros primero y segundo de estructura para articulaciones mecánicas son fijables al portador adyacentes a la articulación biológica. Las articulaciones mecánicas definen un centro de rotación relativa de los miembros de la estructura en torno al menos a dos, y preferiblemente tres, ejes mutuamente perpendiculares, estando desplazado el centro de rotación relativa de los miembros de la estructura con respecto a las superficies externas de los miembros esqueléticos para que se correspondan en posición con el centro de la articulación biológica. Hay acoplados dispositivos de accionamiento en forma de cilindros hidráulicos entre los miembros primero y segundo de una estructura para hacer girar de forma motorizada los miembros de la estructura bajo el control de un microprocesador que puede ejecutar secuencias almacenadas o aplicar potencia en la misma dirección ejercida por el portador contra sensores de presión acoplados al microprocesador. La articulación mecánica incluye superficies esféricas de guiado que definen una conexión deslizante de los miembros de la estructura, y que tienen un radio que intersecta el centro de la articulación biológica.

SUMARIO

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona el exoesqueleto de las extremidades inferiores de la reivindicación 1.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona el método de operación del exoesqueleto de las extremidades inferiores de la reivindicación 18.

Las oportunidades descritas en la anterior sección de antecedentes son abordadas en los siguientes ejemplos descritos e ilustrados de un exoesqueleto de las extremidades inferiores que una persona se puede poner. El exoesqueleto de las extremidades inferiores comprende dos soportes para las piernas conectables a las extremidades inferiores de la persona y configurados para reposar sobre el suelo durante su fase de apoyo. Cada uno de los soportes para las piernas comprende una barra anticulada para el muslo y una barra articulada para la pantorrilla; una articulación de rodilla configurada para permitir la flexión y la extensión entre la barra para la pantorrilla y la barra para el muslo. El exoesqueleto de las extremidades inferiores comprende, además, un tronco exoesquelético conectable a la parte superior del cuerpo de la persona. El tronco exoesquelético es conectable a las barras para los muslos de los soportes para las piernas, permitiendo la flexión y la extensión entre los soportes para las piernas y el tronco exoesquelético. Hay dos generadores de par acoplados a cada una de las articulaciones de rodilla. Hay un grupo motor, capaz de proporcionar potencia, acoplado a los generadores de par. En funcionamiento, cuando un soporte para las piernas está en una fase de apoyo y subiendo una pendiente o escaleras, el grupo motor inyecta potencia en el respectivo generador de par, extendiendo con ello el respectivo ángulo de rodilla. Cuando un soporte para la pierna está en fase de apoyo y no subiendo una pendiente ni escaleras, el grupo motor no inyecta potencia alguna al respectivo generador de par, pero, sin disipar nada de la potencia almacenada en dicho grupo motor, obliga al generador de par a resistir la flexión de la respectiva articulación de rodilla. Cuando un soporte para la pierna está en una fase de oscilación, el grupo motor no inyecta potencia alguna al respectivo generador de par, pero, sin disipar nada de la potencia almacenada en dicho grupo motor, obliga al generador de par a minimizar su resistencia a la flexión y la extensión de la rodilla.

DIBUJOS

Se comprenderán mejor estos y otros aspectos, características y ventajas de la presente invención cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que los mismos caracteres representan partes semejantes en todos los dibujos, en los que:

La Figura 1 es un dibujo en perspectiva de una vista frontal según una realización de la presente invención.

La Figura 2 es un dibujo en perspectiva de una vista posterior de la realización de la Figura 1.

La Figura 3 es un dibujo en perspectiva según una realización de la presente invención.

La Figura 4 es un dibujo en perspectiva según una realización de la presente invención.

La Figura 5 es un dibujo en perspectiva según una realización de la presente invención.

La Figura 6 es un dibujo en perspectiva según una realización de la presente invención.

La Figura 7 es un dibujo en perspectiva según una realización de la presente invención.

La Figura 8 es un dibujo en perspectiva según una realización de la presente invención.

La Figura 9 es un dibujo en perspectiva según una realización de la presente invención.

La Figura 1 es una vista parcial de la invención de la realización de la Figura 9.

La Figura 11 es una vista parcial de la invención de la realización de la Figura 9.

La Figura 12 es un dibujo en perspectiva según una realización de la presente invención.

La Figura 13 es un dibujo en perspectiva según una realización de la invención.

La Figura 14 es un dibujo en perspectiva según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 15 es un dibujo en perspectiva según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 16 es un dibujo en perspectiva según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 17 es un dibujo en perspectiva según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 18 es un dibujo en perspectiva según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 19 es un dibujo en perspectiva según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 2 es un dibujo según una realización de la invención.

La Figura 21 es un dibujo en perspectiva según una realización de la invención.

La Figura 22 es un dibujo según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 23 es un dibujo según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 24 es un dibujo según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 25 es un dibujo según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 26 es un dibujo según una realización del pie exoesquelético.

La Figura 27 es un dibujo en perspectiva según una realización de la invención.

La Figura 28 es un dibujo que representa una realización del grupo motor del exoesqueleto

La Figura 29 es un dibujo que representa una realización de la circuitería hidráulica del exoesqueleto.

La Figura 3 es un dibujo que representa una realización de la circuitería hidráulica del exoesqueleto.

La Figura 31 es un dibujo que representa una realización de la circuitería hidráulica del exoesqueleto.

La Figura 32 es un dibujo que representa una realización de la circuitería hidráulica del exoesqueleto.

La Figura 33 es un dibujo que representa una realización de la circuitería hidráulica del exoesqueleto.

La Figura 34 es un dibujo que representa una realización de la circuitería hidráulica del exoesqueleto.

La Figura 35 es un dibujo que representa una realización de la circuitería hidráulica del exoesqueleto.

La Figura 36 es un dibujo que representa una realización del exoesqueleto guardado en posición vertical

cuando el exoesqueleto no está en uso pero necesita ser transportado.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Según una realización de la presente invención, la Figura 1 y la Figura 2 son dibujos en perspectiva que ilustran un exoesqueleto 1 de las extremidades... [Seguir leyendo]

1. Un exoesqueleto (1) de las extremidades inferiores, configurable para ser acoplado a una persona (187), comprendiendo dicho exoesqueleto de las extremidades inferiores:

dos soportes (11, 12) para las piernas configurables para ser acoplados a las extremidades inferiores de dicha persona y configurados para reposar sobre el suelo durante sus fases de apoyo al lado de los pies de dicha persona, que reposan sobre el suelo, comprendiendo cada uno de dichos soportes para las piernas una barra articulada (13, 14) para el muslo y una barra articulada (15, 16) para la pantorrilla, y estando dispuestos dichos dos soportes para las piernas, durante sus fases de apoyo, para transferir fuerzas desde sus barras para las pantorrillas al suelo;

dos articulaciones (17, 18) de rodilla, configurada cada una para permitir la flexión y la extensión entre la respectiva barra para la pantorrilla y la respectiva barra para el muslo; y

un tronco exoesquelético (19) configurable para ser acoplado a la parte superior del cuerpo de dicha persona, conectable de forma giratoria a dichas barras para los muslos de dichos soportes para las piernas, permitiendo la flexión y la extensión entre dichos soportes para las piernas y dicho tronco exoesquelético; dos generadores (11, 111) de par acoplados a dichas articulaciones de rodilla; y

un grupo motor (21) capaz de proporcionar potencia, acoplado a dichos generadores de par, estando configurado el grupo motor para operar en al menos dos modos para cada generador de par, incluyendo dicho grupo motor un subcomponente (24) de inyección de potencia, capaz de inyectar potencia al generador de par, y un subcomponente (2) de disipación de potencia, capaz de disipar potencia del generador de par, en el que: cuando dicho grupo motor opera en su primer modo con respecto a uno de dichos generadores de par, dicho grupo motor inyecta potencia en uno de dichos generadores de par para extender un respectivo ángulo de rodilla definido entre la respectiva barra para la pantorrilla y la respectiva barra para el muslo, y cuando dicho grupo motor opera en su segundo modo con respecto a uno de dichos generadores de par, la energía requerida para dicha flexión y dicha extensión entre la respectiva barra para la pantorrilla y la respectiva barra para el muslo de dicho correspondiente soporte para la pierna, en un movimiento cíclico de rodilla, es proporcionada por dicha persona, pero dicho grupo motor hace que uno de dichos generadores de par resista la flexión.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que dicho grupo motor opera, además, en un tercer modo con respecto a un generador de par, en el que: cuando dicho grupo motor opera en dicho tercer modo con respecto a uno de dichos generadores de par, la energía requerida para dicha flexión y dicha extensión entre la barra para la pantorrilla y la respectiva barra para el muslo de dicho correspondiente soporte para la pierna, en un movimiento cíclico de rodilla, es proporcionada por dicha persona, y en el que se minimiza la resistencia del generador de par a la flexión y la extensión de la rodilla.

3. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la energía requerida para el movimiento de flexión y extensión entre una barra para el muslo y dicho tronco exoesquelético, en un movimiento cíclico de cadera, es proporcionada por dicha persona.

4. El exoesqueleto de las extremidades inferiores de la reivindicación 2, comprendiendo dicho exoesqueleto de las extremidades Inferiores al menos un sensor de pie por cada uno de dichos soportes para las piernas, que produce una señal de apoyo que representa la fuerza sobre la planta de cada pie de la persona, y en el que dicho grupo motor controla dichos generadores de par en función de dichas señales de apoyo.

5. El exoesqueleto de las extremidades inferiores de la reivindicación 4, comprendiendo dicho exoesqueleto de las extremidades Inferiores, además, al menos un sensor de ángulo por cada uno de dichos soportes para las piernas que produce una señal de ángulo que representa el ángulo de rodilla, controlando dicho grupo motor a dichos generadores de par en función de dichas señales de ángulo.

6. El dispositivo de la reivindicación 5, en el que dicho grupo motor opera en dicho primer modo con respecto a uno de dichos generadores de par cuando dicha correspondiente señal de apoyo indica la presencia de una fuerza en la planta del correspondiente pie humano y dicho correspondiente sensor de ángulo detecta que dicho correspondiente soporte para la pierna está ya sea doblado o en una postura para subir escaleras o una pendiente.

7. El dispositivo de la reivindicación 5, en el que dicho grupo motor opera en dicho segundo modo con respecto a uno de dichos generadores de par cuando dicha correspondiente señal de apoyo indica la presencia de una fuerza en la planta del correspondiente pie humano y dicha correspondiente señal de ángulo indica que dicho correspondiente soporte para la pierna no está ni doblado ni en una postura para subir escaleras o una pendiente.

8. El dispositivo de la reivindicación 4, en el que dicho grupo motor opera en dicho tercer modo con respecto a uno de dichos generadores de par cuando dicha correspondiente señal de apoyo detecta que un soporte para la pierna está en una fase de oscilación.

9. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que dicho generador de par comprende un generador hidráulico de par, y en el que dicho grupo motor, capaz de proporcionar potencia hidráulica, incluye una circuitería hidráulica conectable a dichos generadores hidráulicos de par, estando configurada dicha circuitería hidráulica para controlar dichos generadores hidráulicos de par modulando el flujo de fluido hidráulico dirigido a dichos generadores hidráulicos de par y procedente de los mismos.

1. El dispositivo de la reivindicación 9, en el que dicha circuitería hidráulica comprende una bomba hidráulica acoplada a un motor, en el que cuando dicho grupo motor opera en dicho primer modo con respecto a uno de dichos generadores de par, dicha bomba hidráulica inyecta fluido hidráulico en ese generador de par que hace que se extienda la articulación de rodilla de dicho correspondiente soporte para la pierna.

11. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que dicha circuitería hidráulica comprende, además, una válvula accionada de restricción del flujo, en el que cuando dicho grupo motor opera en dicho segundo modo con respecto a uno de dichos generadores de par, dicha válvula accionada de restricción del flujo restringe el flujo de fluido procedente de ese generador de par.

12. El dispositivo de la reivindicación 11, en el que cuando dicho grupo motor opera en un tercer modo con respecto a uno de dichos generadores de par, dicha válvula accionada de restricción del flujo se abre y permite un flujo de fluido hidráulico de mínima resistencia entre ese generador de par y una fuente de fluido hidráulico.

13. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que dicho motor es un motor eléctrico, en el que cuando dicho grupo motor opera en un modo de regeneración de potencia con respecto a uno de dichos generadores de par, ese generador de par inyecta fluido hidráulico en dicha bomba hidráulica, que entonces actúa como un motor hidráulico, haciendo que dicho motor eléctrico, que entonces actúa como generador eléctrico, genere electricidad.

14. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que dicho tronco exoesquelético está configurado para aguantar una carga posterior detrás de dicha persona cuando dicho tronco exoesquelético está acoplado a la parte superior del cuerpo de dicha persona.

15. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que dicha barra para el muslo de cada uno de dichos soportes para las piernas incluye, además, una articulación de abducción-aducción del muslo configurada para permitir la abducción de dicho respectivo soporte para la pierna.

16. El dispositivo de la reivindicación 1, que, además, comprende dos elementos elásticos de oscilación configurados para aplicar un par entre dichas barras para los muslos y dicho tronco exoesquelético.

17. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que cada uno de dichos soportes para las piernas comprende, además, un pie exoesquelético configurado para ser acoplado al respectivo pie de dicha persona y acoplado a dicha respectiva barra para la pantorrilla para permitir la transferencia de fuerzas desde dicha barra para la pantorrilla al suelo.

18. Un método de operación de un exoesqueleto (1) de las extremidades inferiores según la reivindicación 1, comprendiendo dicho método: acoplar una persona a dicho exoesqueleto; operar automáticamente el grupo motor (21) para permitir la flexión de dicha respectiva articulación de rodilla durante una fase de oscilación que ha de ser accionada por la pierna humana; operar automáticamente el grupo motor para que deje de inyectar potencia en un respectivo generador de par y que resista la flexión de dicha respectiva articulación de rodilla durante la fase de apoyo del respectivo soporte para la pierna cuando una señal indique que dicho soporte para la pierna no está en una postura para subir escaleras o una pendiente; y operar automáticamente el grupo motor para que resista la flexión de dicha respectiva articulación de rodilla e inyecte potencia en el respectivo generador de par durante la fase de apoyo para que se extienda un respectivo ángulo de rodilla cuando una señal indique que dicho soporte para la pierna está en una postura para subir escaleras o una pendiente.

19. El método de la reivindicación 18, que comprende el uso de dicho exoesqueleto de las extremidades inferiores para transportar un objeto, y comprendiendo dicho método, además, acoplar dicho objeto a dicho exoesqueleto.