Brevet FR2452282A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne plusieurs dispositifs pour des prothèses de mains mécaniques du type "active" et plus particulierement un verrouillage continu, un dispositif anti-gant, un amplificateur d'efforts à forte discontinuité et un doigt auto-pliable, l'ensemble pouvant se regrouper pour effectuer une main mécanique, esthétique et fonctionnelle, pour l'appareillage d'handicapés du membre supérieur, de tous âges. Les mains mécaniques du type "active" actuellement connues ont leur commande directe, sans amplification d'efforts, et subissent toute l'énergie nécessaire à la flexion du gant qui s'oppose à leur manoeuvre. Lorsque les ditesmains sont verrouillables, elles le sont par un dispositif classique à cliquet et crémaillère, donc discontinu. De ce fait, elles présentent une force de manoeuvre élevée, donc une faible maniabilité, une force de serrage faible en bouts de doigts et une stabilité de la prise aléatoire. Enfin, les doigts moteurs sont préformés mais rigides. Les nouveaux dispositifs proposés ont pour but de pallier les inconvénients des mains mécaniques traditionnelles en prévoyant un verrouillage du type continu, assurant ainsi la stabilité de la prise, un dispositif anti-gant diminuant notablement l'effort de manoeuvre directe et, de plus, un amplificateur d'efforts à forte discontinuité permettant encore de diminuer l'effort de fermeture qui peut être obtenu très progressivement par "pompage", ce qui confère un effort de serrage, en bouts de doigts, exceptionnellement élevé, tout en permettant une grande précision de préhension.Enfin, dans le cas où on ne retiendrait pas les doigts doublement articulés et motorisés comme décrit dans le brevet français 75 - 22759, on les remplacera par des doigts à commande unique, mais autopliables en fonction du point de contact de l'objet sur le dit-doigt, conférant ainsi une meilleure enveloppe de l'objet saisi que les doigts rigides préformés classiques. A cet effet, le verrouillage continu fait partie d'un mécanisme mobile (figure 1) en forme de coulisseau lui-même composé des deux pièces de base 1 et 2 sur lesquelles sont regroupés, d'une part, le mécanisme de verrouillage et, d'autre part, le mécanisme de sélection entre la préhention et le lâcher qui se feront d'une façon cyclique. Le mécanisme mobile est disposé à l'intérieur dll corps de main et guidé en translation, d'une part, sur une colonne il par l'intermédiaire de deux galets 10, et, d'autre part, par la glissière 12, les deux vis des I et 2 étant rendues solidaires par des 19.Le verrouillage continu, objet partiel de l'invention, comporte essentiellement un cylindre 7 à touril Ions 7,1 maintenu entre deux leviers profilés 8 par l'intermédiaire des tourillons 7,1 qui pénètrent dans les lumières 8,1 exécutées à l'une des extrémités des leviers 8. Sur l'autre extrémité de 8 est fixé un ressort (19) lui-même ancré sur la pièce 2 en 19,1. Les dits leviers 8 sont euxiaêmes articulés sur la pièce 2 par l'intermédiaire de l'axe 14 de telle sorte que, si aucune action extérieure ne s'exerce sur eux, ils ont tendance, sous l'action du ressort 19, à pivoter dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, et ainsi à forcer le cylindre 7 entre la colonne il solidaire du corps de main, donc fixe, et le plan incliné P de la pièce2,le contact s'établissant respectivement en 11,1 et 2,1. L'angle que fait P par rapport à la colonne 11 est tel qu'il y a auto-coincement: il en résulte que l'action de l'effort résistant R qui doit s'opposer à l'ouverture de la main, qui a tendance à entraîner l'équipage mobile 1-2- dans sa direction, provoque une forte compression du cylindre 7 coincé en 11,1 sur la colonne fixe 11. Vu le sens du plan incliné, il ne peut pas y avoir mouvement dans le sens de R, il y a verrouillage qui est rigoureusement continu, 11,1 pouvant être absolument quelconque. Par contre, si l'on exerce un effort moteur M supérieur à R, le cylindre sera entraîné en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre par son adhérence en 2,1 et il roulera sur la colonne 11 ; le déplacement sera libre dans ce sens, la cote transversale entre il et P allant, dans ce cas, en-augmentant.Le fonctionnement global du mécanisme mobile est analogue à celui décrit dans le brevet français 75 - 22759, c > est-à-dire que la sélection, préhension-lâcher, est effectuée par l'aiguilleur 3 maintenu en position par la lame élastique 4 fixée à l'une de ses extrémités au support 2 par un rivet 4,1 et qui possède à l'autre un renflement qui vient se loger alternativement dans l'une des cavités 3,1 ou 3,2 de l'aiguilleur 3, de telle sorte que sa pointe P se trouve en P1 ou en P2.Ainsi, lorsque l'on exerce un effort moteur M, l'axe 17, les biellettes 6 pivotent autour de l'axe 15 et les biellettes 5 sont entraînées en translation, trajectoire imposée par une épingle de centrage 9 jusqu a ce que l'axe 16 rencontre l'aiguilleur qui l'orientera vers la direction I si P est en P1, ce sera la phase de préhension avec auto-verrouillage, car les leviers 8 peuvent osciller librement du fait de leur échancrure 8,3, l'axe 16 venant, en effet, en contact en 16,1 avec la pièce 2, après avoir fait basculer l'aiguilleur 3, puisqu'il le rencontre en 16,10, P passant de P1 en P2; à ce moment là, il y a entrainement de tout l'équipage mobile provoquant la fermeture de la main et verrouillage automatique sur l'objet. Après relâchement de l'effort moteur M, l'axe 16 rappelé par un ressort 18 reviendra à sa position haute, centré par l'épingle 9.Une nouvelle traction le fera s'orienter vers la direction 2 où il rencontrera d'abord en 16,20 la partie supérieure du levier 7 qu'il fera basculer autour de l'axe 14, provoquant le déblocage du cylindre 7, donc le déverrouillage,rendant ainsi possible le mouvement de 1-2 dans le sens de R, donc l'ouverture de la main et le licher de l'objet ; bien entendu, pendant cette opération, l'aiguilleur 3 a rebasculé, P étant passé de P2 en P1 l'ensemble est prêt pour une nouvelle préhension. Le dispositif anti-gant (figure 2) est situé dans le corps de main, côté dos, et il agit directement sur le mécanisme mobile précédent par l'intermédiaire de l'axe 14. Il se compose essentiellement d'un levier 31 articulé à l'une de ses extrémités sur le corps de main CM autour d'un axe 38, à l'autre, il est relié à l'axe 14 par une biellette 30. Le levier 31 reçoit, sensiblement en son milieu, un axe 39 autour duquel est articulée une bielle de compression ellemême articulée, à son autre extrémité, sur un axe 41 solidaire d'un levier 33. Ce levier est articulé sur l'axe 42 et reçoit, à son autre extrémité, un ressort 35 lui-même ancré sur une attache mobile 37 montée sur une vis de réglage 36 fixée sur le corps CM. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : lorsque la main est complètement ouverte, l'équipage mobile étant en avant du coté des doigts, l'action combinée du ressort 34, ancré sur le levier 31 et sur le corps de main, et du ressort 35 qui agit sur le levier 33 et qui exerce un effort de compression C. sur la bielle 32 selon la direction X Xi, a tendance à faire tourner le levier 31 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, et donc à exercer un effort résultant A. sur l'axe 14 qui a tendance à provoquer l'ouverture de la main.Si, maintenant, sous l'action de l'effort moteur M, l'équipage mobile se déplace vers le poignet, provoquant la fermeture de la main, l'axe 14 entrasse le levier 31 dans le sens des aiguilles d'une montre faisant pivoter la bielle 32, de telle sorte que la ligne d'action r de Ci qui passait oo i initialement à une distance a. au-dessus de l'axe 38, passera d'abord par l'axe 38, puis en-dessous, pour terminer selon la direction X'X, passant à une distance af de l'axe 38, de telle sorte que l'action du ressort 35 a changé de sens et que son influence croît très rapidement alors que la ligne d'action du ressort 34 passe à une distance b de l'axe 38, qui tend vers Q ; ce qui, en conséquence, nous donne une action résultante 4 sur l'axe 14, qui a tendance à provoquer la fermeture de la main, constituant ainsi une assistance non linéaire qui compense partiellement l'énergie de flexion absorbée par le gant, énergie qui augmente régulièrement avec la fermeture de la main : diminution notable de la force nécessaire à la manoeuvre. L'amplificateur d'efforts (figure 3) comporte une colonne centrale 50 solidaire du corps de main sur laquelle se déplacent un levier d'ancrage 51 et un corps 52 qui se termine, à sa partie supérieure, par une partie sphérique 53, permettant la liaison, par 54 avec l'axe 17. Le corps 52 reçoit un axe 54 autour duquel deux sont articules leviers à bascule 55. Les dits leviers sont reliés à l'une de leurs extrémités au levier d'ancrage 51 par une biellette 56 et les axes 57-58. L'autre extrémité des dits leviers reçoit un axe 59 sur lequel sont articulées, d'une part, une chappe 60 et, d'autre part, l'une des extrémités d'une biellette 61 dont l'autre extrémité est reliée à l'une des extrémités d'une seconde biellette 62 par l'intermédiaire de l'axe 63, la deuxième extrémité de 62 étant articulée sur le corps 52 par un axe 64. Les biellettes 61 et 62 scnt réglées par l'intermédiaire d'une butée mobile 65 de telle sorte que les 3 axes 59, 63 et 64 ne soient pas alignés. Un ressort réglable 66 dont l'une des extrémités est ancrée sur le corps 52 et l'autre sur l'axe 63, maintient la butée 65 en contact avec le corps 52. Enfin, un second ressort 67 et une vis 68 maintiennent le corps 52 et le levier d'ancrage 51 à une distance constante l'un de l'autre lors d'un déplacement simultané.Le fonctionnement du dit amplificateur d'efforts est le suivant : Pour obtenir la fermeture de la main, l'appareillé exerce un effort de traction T qui arrive sur l'axe 59 ; il en résulte un effort T' selon l'axe Y Y' qui relie les centres des axes 59 et 63 et qui passe à une distance 6 du centre de l'axe 64. Cet effort T' a tendance à faire tourner la biellette 62 dans le sens des aiguilles d'une montre, mais le ressort 66, lui, a tendance à maintenir cette biellette en position. Aussi, au début de la fermeture de la main, l'effort nécessaire à sa manoeuvre est faible et T est faible de telle sorte que le moment du ressort 66 par rapport à l'axe 64 est supérieur au moment de T', donc il y a stabilité des biellettes 62 - 61 et des leviers 55 ; le levier à bascule 51 et le corps 52 se déplacent en bloc maintenus équidistants par le ressort 67.Dans un deuxième temps, au fur et à mesure que se ferme la main, l'effort nécessaire T augmente et, en particulier, lorsque les doigts arrivent en contact avec l'objet ; il arrive alors un moment où le moment de #', par rapport à 64, devient supérieur à celui exercé par le ressort 66 ; il y a alors, brutalement, rupture de l'équilibre, la biellette 62 se mettant en rotation et, par là-même, entrainant en rotation, dans le sens des aiguilles d'une montre, les leviers 55 de telle sorte qu'il en résulte une traction T" sur la biellette 56, et donc un effort, dirigé vers le haut, sur l'axe 58 situé à l'extrémité du levier d'ancrage 51 qui est soumis, d'autre part, à l'effort vers le bas dû au ressort 67, de telle sorte que, avec des dimensions adaptées de la liaison de 51 sur la colonne 50, il y a arc-boutement du dit levier sur la colonne 50.Il en résulte que l'axe 58 est fixe et que, dans ces conditions, la rotation des leviers 55 va se faire autour de l'axe 57 également "fixe" et donc le déplacement dans le sens de T de l'axe 59 entraîne le déplacement vers le bas de l'axe 54 et donc du corps 52 qui se rapproche du levier 51. Dans ces conditions, à partir de l'effort T, on récupère un effort moteur M = T.L/Q qui est fixe par la géométrie initiale et qui augmente avec la rotation des leviers 55 puisque L est sensiblement constant alors que g diminue. On constate que l'on peut ainsi obtenir un effort moteur M très important avec une force initiale T faible.Si, après un basculement complet des leviers 55, le serrage obtenu n'est pas satisfaisant, il suffit de relâcher l'effort T jusqu'à ce que le moment de T' redevienne inférieur au moment de 66 par rapport à l'axe 64 ; il y aura alors retour à la position initiale des biellettes 62 - 61 et des leviers 55. Pendant ce retour, c'est alors le corps 52 qui est fixe, grâce au verroùillage continu. Aussi, c'est l'axe 57, donc la biellette 56, l'axe 58 et, en définitive, le levier à bascule 51, aidés encore en cela par le ressort 67, qui auront un mouvement de recul par rapport à 52. L'amplificateur est alors rearme. Il suffit alors de reprendre l'effort T et il y aura, à nouveau, déclenchement :c'est le "pompage" qui permet, d'une part, une fermeture très progressive de la main et, d'autre part, un effort de serrage important. Lor#s de l'ouverture de la main, il y aura retour, déplacement en bloc, le long de la colonne 50, du levier 51 et du corps 52. L'amplificateur d'efforts précédemment décrit peut être encore réalisé, en ce qui concerne le dispositif de déclenchement, dans les deux versions suivantes (figures 4 et 5), le fonctionnement global restant identique par ailleurs. En effet, les deux biellettes 61 et 62 peuvent être dans une première variante remplacées par un levier unique 70 articulé sur l'axe 71. Le dit levier est soumis à l'une de ses extrémités à l'action d'un ressort 72 et à l'autre à l'action de l'axe 59 à galet 75 qui reçoivent l'effort T et dont il résulte un effort normal N qui fait un angle a avec la ligne des centres des axes 71 et 59. Le levier 70 est donc soumis à deux moments de sens opposé , ainsi, lorsque le moment de N par rapport à l'axe 71 deviendra supérieur à celui exercé par le ressort 72, il y aura pivotement du levier 70 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le galet 75 roulera sur la partie 70, 1 du levier 70 et le basculement des leviers 55 sera possible ; après diminution de T, ils reviendront à leur position initiale sous l'action du ressort 73. Dans une seconde variante, les biellettes 61 et 62 peuvent être remplacées par un crochet 76 qui vient en appui en 77 sur le corps 52 maintenu dans cette position par l'action d'un ressort 52. Là encore, l'action de la force T engendre une réaction N' qui fait un angle ss avec la ligne qui passe par le centre de 59 et le point de contact 77. Il en résulte, comme précédemment, que le crochet 76 est soumis, par rapport à l'axe 59, à deux moments de sens opposé ; ainsi, lorsque le moment de N' sera supérieur à celui de 78, la partie 77 du crochet glissera sur le corps 52 jus qu a échappement, d'où le déclenchement. Enfin, la -précédente invention peut être constituée d'un nouveau type de doigts auto-pliants, intermédiaire entre le doigt classique rigide préformé et le doigt doublement articulé et motorisé comme décrit dans le brevet français 75 - 22759. Ce nouveau doigt (figure 6) est constitué d'une phalange 80 en tôle emboutie, comportant à chaque extrémité un trou 81 et 82 et une partie centrale avec un très grand dégagement D sur la face interne du doigt. Le trou 81 permet l'articulation sur le corps de main, tandis que le trou 82 permet l'articulation de la phalangine 83 sur laquelle est articulée, autour de l'axe 87, la phalangette qui, à son tour, reçoit une biellette 85 articulée en 88 et reliée à la phalange par une deuxième biellette 86 articulée autour des axes 89 et 90. Il en résulte que, lorsque le contact avec l'objet s'établit en A1 situé à droite de l'axe 87, la phalangine 84 vient en butée en 83,1 et les quatre axes 87 - 88 89 et 90 sont alignés. Si, maintenant, le point de contact se déplace et passe à gauche de l'axe 87, en A2, cela va créer un moment qui aura tendance à faire tourner la phalangine 84 dans le sens des aiguilles d'une montre, les trois axes 88 - 89 et 90 restant pratiquement alignés; si le point de contact continue d'évoluer vers A3, cette fois, il y a rupture de l'alignement et 89 évoluera vers la position 89,1, le doigt s'étant automatiquement "énroulé" sur l'objet. REVEND I CATI ON S 1 - Un premier dispositif permettant d'une part de réaliser la commande as sistée de fermeture d'une main mécanique du type active, d'autre part de réaliser un verrouillage continu sur l'objet saisi, un second dispositif permettant d'amplifier, au moment du contact avec l'objet, l'effort développé par l'appareillé, et un troisième dispositif permettant aux doigts de s'enrouler sur l'objet selon son point de contact sur leur face interne, les dits dispositifs étant caractérisés en ce qu'ils comportent en outre - un cylindre à tourillons maintenus entre deux leviers montés pivotants autour d'un point situé sur un premier coulisseau mobile qui possède un plan incliné par rapport à une colonne de guidage fixe, le dit cylindre venant se coincer entre ce plan incliné et cette colonne de guidage sous l'action combinée d'un moyen élastique et de l'effort de fermeture, - un troisième levier monté pivotant à l'une de ses extrémités autour d'un point solidaire du corps de main, l'autre extrémité étant en liaison, par une petite biellette, avec le premier coulisseau précédent ; le dit levier reçoit, en outre, dans sa partie centrale, l'action d'une bielle de compression oscillante qui reçoit elle-même cette action d'un moyen élastique par l'intermédiaire d'un quatrième levier lui-mème articulé sur le corps de main, - deux leviers à bascule pivotant autour d'un point solidaire d'un deuxième coulisseau pouvant se déplacer sur une deuxième colonne de guidage solidaire du corps de main, un levier d'ancrage s'arc-boutant sur la dite colonne, le dit levier étant maintenu à distance du deuxième coulisseau par un moyen élastique. D'autre part, une première biellette assure la liaison des leviers à bascule et du levier d'ancrage, et une seconde et troisième biellette assurent la liaison entre les leviers à bascule et le deuxième coulisseau sur lequel l'une des ex trêmités de l'une des biellettes peut pivoter autour d'un axe, l'autre étant ar ticulée sur l'autre biellette qui a elle-mème son autre extrémité articulée sur les leviers à bascule ; la disposition est telle que les trois axes d'articulation des dites biellettes ne sont pas alignées et qu'un moyen élastique agit sur I1 axe commun à ces deux biellettes, les maintenant en contact avec le deuxième coulisseau.Dans une seconde version, les leviers à bascule peuvent prendre appui sur une partie inclinée d'un levier pivotant maintenu en position par un moyen élastique ; et, dans une troisième version, les dits leviers peuvent être en liaison avec le deuxième coulisseau par un crochet venant prendre appui d'une façon oblique sur le dit coulisseau, le crochet étant également maintenu sur son appui, par un moyen élastique - un ensemble de deux biellettes sur la face interne du doigt, articulées d'une part entre elles à l'une de leurs extrémités, et d'autre part leur autre extrémité étant respectivement articulée sur la phalange et la phalangette, la position de repos étant telle que les trois axes d'articulation des précédentes biellettes sont alignés. 2 - Dispositif de verrouillage continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen destiné à verrouiller en position les doigts serrés sur l'objet est un cylindre 7 dont les tourillons pénètrent dans une lumière de deux leviers montés pivotants autour d'un axe, 14, leviers qui, sous l'action d'un ressort 19, viennent forcer le cylindre de blocage entre le plan incliné P et la colonne fixe 11 ; l'angle du plan incliné avec l'axe de la colonne étant inférieur à 15 degrés. La colonne, le plan incliné et le cylindre sont en acier à roulement 100 C 6 ayant subi une trempe à 8500 et un revenu à 185 - 2000 centigrades. 3 - Dispositif anti-gant selon revendication 1, caractérisé en ce que l'assistance à la fermeture de la main est assurée par un ressort agissant à l'une des extrémités d'un premier levier 33 dont l'autre extrémité est fixe. Le dit levier est en liaison dans sa zone centrale avec une bielle de compression 32 qui transmet, d'une façon amplifiée, l'effort développé par le ressort, effort qui arrive sur la partie centrale dtun second levier 31 dont l'une des extrémités est articulée sur un axe solidaire du corps de main alors que son autre ex trémie est en liaison par une biellette 30 avec la commande de fermeture de la main.Dans un premier temps, l'action du ressort a tendance à faire tourner le levier 31 dans le sens des aiguilles d'une montre et à donner une assistance négative, puis la valeur absolue de l'assistance décroît pour devenir nulle lorsque les doigts sont fermés sensiblement au quart de leur rotation totale ; par la suite, l'assistance devient de plus en plus positive aidant à la fermeture complète des doigts. 4 - Dispositif d'amplification d'efforts selon revendication 1 caractérisé en ce que les moyens destinés à amplifier sont d'abord deux premiers leviers à bascule 55 montés pivotants autour d'un axe 54, leviers qui sont maintenus, à l'une de leurs extrémités, jusqu'au déclenchement en position haute, par deux biellettes 61 et 62 travaillant en compression, dont les lignes joignant les centres d'articulation de chacune des biellettes font un angle supérieur à 50, et qui sont maintenues dans cette position par un premier moyen élastique.Les leviers à bascule, à leur autre extrémité, sont en liaison par une biellette 56 avec un troisième levier 51 pouvant coulisser sur une colonne 5Q fixe, d'une façon couplée, avec le corps 52, par la biellette de liaison et selon le sens de déplacement soit par une vis de réglage de parallélisme, soit par un moyen élastique 67, ou pouvant s'arc-bouter sur la dite colonne lorsque le dit levier est sollicité, en son extrémité, par la biellette de liaison, par un effort de sens opposé à celui développé par un second moyen élastique 67 ; le levier 51 est alors fixe servant de point d'appui pour les leviers à bascule qui, après déclenchement, entraînent en translation, grâce à l'axe 54, le corps 52 avec un effort sur celui-ci quatre à cinq fois plus élevé que celui développé à l'extrémité du levier, le corps se rapprochant du levier 51, comprimant le moyen élastique 67. Le relâchement de effort de commande entraînera, à son tour, le recul du levier d'ancrage, sous l'action du moyen élastique 67 et les leviers à bascule reprendront leur position d'origine sous l'action du premier moyen élastique. 5 - Dispositif d'amplification d'efforts selon revendications 1 et 4 carac térisé en ce que le moyen de maintien en position haute des leviers à bascule est un levier 70 monté pivotant autour d'un axe 71 sur le second coulisseau. La partie supérieure du dit levier forme une butée éclipsable dont l'appui est incliné de plus de 50 par rapport à la ligne joignant le centre de l'axe d'articulation du dit levier au centre du galet d'appui 75, levier maintenu en position par un moyen élastique 72 agissant à l'autre extrémité. 6 - Dispositif d'amplification d'efforts selon revendications 1 et 4 carac térisé en ce que le moyen de maintien en position haute des leviers à bascule est un crochet articulé entre les deux leviers à bascule sur l'axe 59, accroché sur une partie du coulisseau 52 et maintenu en contact avec celui-ci par un moyen élastique 78. La géométrie globale du point de contact est telle que la normale en ce point fait un angle supérieur à 50 par rapport à la ligne qui joint ce point de contact avec le centre de l'axe 59. 7 - Dispositif d'amplification d'efforts selon revendications 1 et 4 carac térisé en ce que le moyen de maintien en position du levier d'ancrage 51 pendant le basculement des leviers 55 est dû aux dimensions relatives du levier lui-même qui sont telles que : e 0,2.Q , e étant épaisseur du levier d'ancrage mesuré parallèlement à sa translation et Q étant la distance séparant l'axe de la colonne de guidage et le centre de l'axe 58 où est appliquée la force de commande. 8 - Dispositif de doigt auto pliable selon revendication 1, caractérisé en ce que le moyen destiné à faire plier le doigt est constitué de deux biellettes articulées entre elles à l'une de leurs extrémités et dont les autres extrémités sont respectivement articulées sur la phalange et sur la phalangette. La longueur de la biellette 85, distance entre le centre des axes 88 et 89, et de la biellette 86, distance entre le centre des axes 89 et 90,sera comprise entre 0,66 et 0,86 fois la distance qui Sépare le centre de l'axe 90 et le centre de l'axe 82 où est articulée la phalangine. Dans une version simplifiée, les axes 87 et 88 peuvent être confondus.