Brevet FR3057484A1 — publié le 20180420

Dispositif portable de support de charge éloignée de la personne qui la porte La présente invention a pour objet un dispositif 5 portable de support de charge éloignée de la personne qui la porte. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication de tels dispositifs porte-charges, en particulier quand celles-ci sont assez lourdes, et dont 10 il existe de nombreuses catégories comme celle des exosquelettes. Afin d'aider en effet une personne à porter une charge assez lourde à bout de bras et à distance de son corps, il est connu d'utiliser des dispositifs qui 15 doivent d'une part reporter le poids de la charge (effort vertical) sur le corps de la personne en soulageant au maximum l'effort supporté par le bras de l'opérateur qui manipule la charge, et d'autre part compenser le porte à faux créé par l'éloignement de cette charge (effort 20 horizontal) : pour cela il a été développé de nombreux dispositifs qui transfèrent essentiellement les efforts dûs au poids et au porte à faux de la charge sur le haut du corps de la personne. On peut citer par exemple dans ce domaine la 25 demande de brevet FR2978690 publiée le 8 février 2012 et qui décrit un exosquelette de levage et de portage de charges, composé d'un harnais dorsal confortablement harnaché au corps du travailleur de telle manière repartir autant d'efforts que possible sur son buste, ses 30 hanches et ses épaules par la mise en oeuvre notamment d'une ceinture semi-rigide, d'un dossier suffisamment large, de bretelles, de vérins réglables, et d'une 3057484 2 potence munie d'un câble au bout duquel pend un crochet où est accrochée la charge. Dans le même domaine la demande de brevet W02008031023 publiée le 13 mars 2008 décrit une structure d'exosquelette comportant une veste enveloppant les épaules et le buste de celui qui la porte et sur laquelle est fixé, au niveau d'une épaule, un bras articulé support de charge. On pourrait ainsi citer de nombreux documents décrivant de tels exosquelettes pour diverses applications telles que de supporter des caméras, des outils de chantier, des armes ou autres charges dans le secteur militaire, etc_ avec même suivant le cas des reprises d'efforts par des dispositifs articulés allant jusqu'au sol pour soulager les jambes du porteur, mais quel que soit le dispositif et l'application, l'ensemble des appareils existants transfèrent en premier le poids de l'appareil maintenu normalement à bout de bras sur le buste et les épaules de l'opérateur (et dans certains cas donc ce poids est ensuite repris jusqu'au sol par des systèmes doublant les jambes de celui-ci). Cependant ce transfert se fait de manière hasardeuse et sollicite la colonne vertébrale et les muscles dorsaux tant en écrasement qu'en torsion, provoquant des troubles musculo-squelettiques, sans compter que ces dispositifs sont aussi complexes réaliser et à mettre en oeuvre. Le problème posé est ainsi de développer un nouveau dispositif portable de support de charge, surtout quand celle-ci est assez lourde, et portée éloignée de la personne qui la porte, qui ne nécessite pas d'effort musculaire important de cette personne, et qui soit apte 3057484 3 d'une part à reporter et à repartir sur le corps de ladite personne l'effort vertical dû au soulèvement ou au maintien de la charge sans passer par un écrasement ou tassement des vertèbres et d'autre part de répartir 5 horizontalement l'effort dû au couple de portée ou de maintien sur une partie du haut du corps qui permette de maintenir le dos droit sans créer de tension musculaire traumatisante, tout en étant facile à réaliser et à mettre en oeuvre. 10 Une solution au problème posé est un dispositif de support de charge par une personne, comportant au moins une ceinture, dont une partie est flexible, équipée d'au moins une pièce d'accrochage apte à supporter le poids de la dite charge, comme cela est du reste déjà connu pour 15 porter des charges contre le corps de la personne tels que des sacs à dos, comme décrit par exemple dans le brevet FR2970628 publié le 27 juillet 2012, ou tels que des objets suspendus sous la ceinture comme des sceaux par leur anse ou une brouette par ses bras et comme 20 décrit par exemple dans le brevet DE4140464 09 juin 1993. Mais suivant la présente invention, la charge devant être portée éloignée de la personne, en porte-à-faux et par l'intermédiaire d'un support de type bras fixé à son extrémité proximale sur la au moins pièce 25 d'accrochage qui est rigide et solidaire d'une partie dorsale rigide de la ceinture, le dispositif comporte au moins deux montants rigides plats et courbes, à la manière d'une spatule de ski, fixés à l'une de leur extrémité à la partie dorsale rigide de la ceinture, leur 30 autre extrémité étant orientée vers le haut par rapport celle-ci et dont la forme est apte à épouser et 3057484 4 s'appuyer sur la courbure lombaire de la personne de part et d'autre de sa colonne vertébrale. Dans un mode préférentiel de réalisation le dispositif comporte au moins un élément rigide en forme 5 de U inversé, fixé à ses deux extrémités à la partie dorsale rigide de la ceinture, entourant les deux au moins montants rigides courbes par le dessus, considéré en position droite d'utilisation, et apte à s'appuyer par une surface plane sur les muscles lombaires de la 10 personne. Le résultat est un nouveau dispositif qui répond au problème posé, et même si on ne peut pas considérer un tel dispositif comme un exosquelette puisqu'il ne double pas à proprement parlé le squelette humain pour augmenter 15 ses capacités physiques, il permet bien à l'homme d'effectuer des efforts sans provoquer des troubles musculo-squelettiques ni créer de tension musculaire traumatisante: il reporte en effet directement l'effort vertical dû au soulèvement ou au maintien d'une charge 20 portée par une personne sur les parties basses du corps humain les mieux adaptées et les moins sensibles, et qui sont sous la zone lombo-sacrée, sans passer par un écrasement ou tassement des vertèbres, et il répartit l'effort horizontal dû au couple de portée ou de maintien 25 sur les parties hautes du corps humain en s'appuyant sur les muscles situés entre les omoplates et les hanches ce qui permet de maintenir le dos droit. Ainsi, en considérant cependant le dispositif de l'invention comme un exosquelette, il permet une 30 répartition de l'effort d'un objet normalement tenu à bout de bras comme suit, en se reportant à la figure 1: 3057484 5 - positionnement, maintien et appui autour des vertèbres lombaires 91 (sur les muscles lombaires 11 du bas du dos) suivant la courbure lombaire 8, - effort anti-rotation autour et sur les 5 vertèbres dorsales 92 , soit sur et autour des muscles dorsaux du bas du dos et suivant la courbure dorsale 19 et sur ou sous les omoplates, - effort vertical repris sur et autour des hanches 16 et transmis directement de l'os iliaque 13 aux 10 articulations coxo-fémorales 14 sans solliciter le sacrum 12 et les articulations de celui-ci ; un tel appui sur la ceinture pelvienne réduit, si ce n'est annule, la charge portée par la colonne vertébrale 9 et en particulier les vertèbres lombaires 91. 15 Un tel nouveau dispositif portable suivant l'invention permet donc de supporter, soulever ou maintenir des charges assez lourdes éloignées de la personne qui les porte, sans trop d'effort ni trouble musculo-squelettique ni tension musculaire traumatisante, 20 ce qui en montrent les avantages et en prouvent l'intérêt. La description et les figures ci-jointes en donnent un exemple de réalisation mais d'autres modes de réalisation sont possibles dans le cadre de la portée de la présente invention. 25 La figure 1 est une vue en coupe de profil d'un corps humain avec sa structure osseuse de maintien et d'appui vertical symbolisé par la flèche d'axe XX'. La figure 2 est une vue de face des os de la ceinture pelvienne du squelette de la figure 1, et sur 30 laquelle est représentée la zone 4' où est positionnée la ceinture du dispositif suivant l'invention avec la 3057484 6 transmission du poids de la charge portée représenté par les quatre flèches P1,P1',P2,P2' . La figure 3 est une vue en perspective de côté d'un dispositif suivant l'invention en situation 5 opérationnelle sur une personne (l'opérateur) et complété par un bras 17 support d'une charge 18, qui ne fait pas partie de l'invention mais qui permet de bien comprendre, avec les autres figures et les présentes explications, comment sont repris les efforts par le dispositif de 10 l'invention. La figure 4 est une vue en perspective de trois quart de face d'un dispositif suivant l'invention tel que représenté en situation sur la figure 3. Comme représenté ainsi sur la figure 3, le 15 dispositif portable de support de charge 18 éloignée de la personne 15 (l'opérateur) qui la porte, ou dit exosquelette, comporte au moins une ceinture 4 équipée d'au moins une pièce 3 d'accrochage apte à supporter le poids de la dite charge 18. 20 Suivant l'invention cette charge 18 devant être portée éloignée de la personne 15, en porte-à-faux et par l'intermédiaire d'un support tel qu'un bras 17 fixé à son extrémité proximale 171 sur la au moins pièce d'accrochage 3 qui est rigide et solidaire d'une partie 25 rigide 7 dorsale de la ceinture 4, le dispositif comporte en outre : au moins deux montants rigides 1 plats et courbes, fixés à l'une de leur extrémité à la partie dorsale rigide 7 de la ceinture 4, leur autre extrémité 30 libre étant orientée vers le haut par rapport à celle-ci et dont la forme est apte à épouser et à s'appuyer sur la courbure lombaire 8 et les muscles lombaires de la 3057484 7 personne (l'opérateur) 15 de part et d'autre de sa colonne vertébrale 9, au moins un élément rigide 2 en forme de U inversé fixé à ses deux extrémités à la partie dorsale 5 rigide 7 de la ceinture 4, entourant les premiers éléments rigides 1 par le dessus, en position droite d'utilisation, et apte à s'appuyer sur et autour des muscles lombaires de la personne 15. Tels que représentés sur la figure 4, les deux 10 montants rigides 1 plats et courbes sont indépendants l'un de l'autre et forment deux éléments distincts, leur extrémité orientée vers le haut étant libre en forme de spatule, mais dans un autre mode de réalisations ces deux montants rigides 1 plats et courbes pourraient être 15 reliés entre eux par leur extrémité orientée vers le haut pour constituer un seul élément en forme de U inversé dont la branche de liaison transversale formerait un pont apte à passer par-dessus et à contourner la colonne vertébrale 9 pour éviter tout appui sur celle-ci. 20 La ceinture 4 comporte une partie flexible réalisée au moins pour partie en matériau élastique et de plus elle comporte : sur le devant (considéré par rapport l'opérateur 15) et afin de refermer la partie flexible de 25 la ceinture 4, après en avoir passer ses deux extrémités autour de la taille de l'opérateur 15, ces deux extrémités pouvant se recouvrir l'une sur l'autre, un système de fermeture rapide et de maintien 41 permettant la mise en place de la ceinture 4 à la bonne position 4' 30 autour de la taille de la personne (l'opérateur) 15, ce système de fermeture 41 se positionnant sur son abdomen, 3057484 8 - sur l'arrière (soit dans le dos de l'opérateur 15) la partie flexible de la ceinture étant de préférence constituée en deux parties, au moins une bande souple de serrage dit haute 5 et/ou basse 6 fixée aux deux bords, 5 aptes ainsi à être positionnés dans le dos de la personne ou opérateur 15, de la partie flexible de la ceinture 4 par des anneaux, dans lesquels elle peut coulisser et entre lesquels elle se croise en passant d'un côté à l'autre de ces deux bords, ce qui permet de rapprocher 10 ceux-ci en tirant sur la ou les bandes de serrage 5 et/ou 6 et de bien plaquer l'ensemble du dispositif contre le dos et la taille de l'opérateur 15, - sur le devant, au moins un système 5' et/ou 6' de serrage de type à crémaillère apte à tirer sur les 15 deux extrémités de chaque bande souple 5 et/ou 6 faisant le tour de la ceinture 4 par l'extérieur, quand la ceinture est positionnée autour de la taille, un système de serrage dit haut 51',52' étant destiné à être positionné sur le haut de l'estomac 20 10 de la personne 15 et . un autre système de serrage dit bas 61',62' étant destiné à être positionné en-dessous de son abdomen 10, pour le maintien et un ajustement optimum de la ceinture 25 4 du dispositif au niveau de la taille de la personne 15 lors du soulèvement de la charge 18, avec les montants rigides courbés 1 prenant appui sur la courbure lombaire 8 autour de la colonne vertébrale 9 de l'opérateur 15, - au moins une pièce rigide 3 d'accrochage apte à 30 supporter le poids de la dite charge 18 transmis par tout support tel que le bras 17, fixée par boulonnage par exemple et positionnée en tout point de la partie dorsale 3057484 9 rigide 7 de la ceinture 4, et de préférence au milieu du dos entre les deux bords des deux parties de la partie flexible de la ceinture ; et dans un mode particulier de réalisation tel que représenté sur la figure 3, la partie 5 dorsale rigide 7 de la ceinture 4 comporte au moins trois pièces rigides 3 disposées par exemple l'une dans le dos de la ceinture 4 et/ou les deux autres de part et d'autre sur les côtés. Les montants rigides plats et courbées 11 et 12 , 10 l'élément rigide 2 en U, les pièces d'accrochage rigides 3 et la pièce dorsale rigide 7 sont liées mécaniquement et solidaires ; cette pièce dorsale rigide 7 est située et glissée dans de larges passants 20 du côté intérieur de la partie flexible de la ceinture 4, quand celle-ci 15 est positionnée autour de la taille de l'opérateur 15, et elle est de préférence recouverte d'un matériau souple de type mousse, comme du reste les montants 11 et 12 et l'élément 2 en U qui lui sont liés. Chaque pièce d'accrochage rigide 3 devant dépasser vers l'extérieur 20 pour permettre la fixation du support 17 de charge est liée à la pièce dorsale rigide 7 à travers une ouverture dans la partie flexible de la ceinture 4. L'ensemble permet une répartition : - de l'effort verticalement sur et autour de l'os 25 iliaque 13 via la fixation 3 du support 17 de charge 18 ainsi que via la ceinture 4 et ses systèmes de serrage et d'ajustement à crémaillères 5 et 6, et - de l'effort horizontal, du au couple engendré par la charge 18 sur la pièce support d'accrochage 3, sur 30 les muscles lombaires 11 via les pièces rigides courbées 1, ainsi qu'en moindre mesure autour de ces muscles 11 par la pièce rigide 2 en U, celle-ci permettant 3057484 10 d'améliorer l'équilibre en ne reprenant qu'une petite partie de la charge. Lorsque l'opérateur souhaite soulever une charge 18, l'ensemble de l'effort est ainsi repris via le 5 support tel qu'un bras 17, comme un porte-charge, un porte-outil, un porte-patient (pour des applications médicales) ou autre, sur la pièce d'accrochage 3 qui peut être de formes diverses, située à n'importe quel endroit et reliée de manière rigide à la partie rigide fixe 7 de 10 la ceinture 4. Lorsque la charge 18 est positionnée en face de l'opérateur 15, l'effort résultant est repris au niveau de la ceinture 4, ce qui correspond à un couple tendant à faire basculer l'opérateur 15 en avant. 15 Le système de maintien 41 permet une première mise en place rapide (par scratch ou autre) de la ceinture 4 en position correcte, c'est-à-dire les pièces 1 sur la courbure lombaire 8 autour de la colonne vertébrale 9. Les formes des pièces 1 et 2 permettent une mise 20 en place naturelle sur le corps, autour de la colonne vertébrale 9, et chacun des deux systèmes complémentaires de serrage 5 et/ou 6 permet un ajustement parfait à tout type de morphologie, et d'autant plus avec les deux systèmes de serrage : 25 . la bande 6 avec son système de serrage bas 6' est placé en pince taille au-dessus des ailes iliaques 131, sous l'abdomen afin de maintenir la ceinture plaquée sur et autour de l'os iliaque 13 sans occasionner de gêne ou d'appui contraignant sur l'estomac 10 et l'abdomen de la 30 personne 15, et cet ensemble de serrage bas 6,6' permet de reprendre une partie des efforts générés par le couple de la charge transféré sur la fixation 3 et de maintenir 3057484 11 la partie rigide de la ceinture composée des pièces 2 et 7 verticalement et de rendre le système stable sur et autour de l'os iliaque 13, . la bande 5 avec son système de serrage haut 5 5 est placé sur le haut de l'estomac 10 et sert stabiliser la ceinture sur le corps de l'opérateur ; en combinaison avec l'ensemble de serrage bas 6,6' et avec le système de maintien 41, il réduit ou supprime l'angle de la ceinture 4 par rapport à l'horizontale en cas de 10 charge 18 déportée de l'axe de l'opérateur 15 (à droite ou à gauche). Afin de préserver la partie haute du corps, l'exosquelette développé suivant l'invention permet de répartir l'ensemble du couple selon les axes verticaux et 15 horizontaux sur les parties du corps prévues à cet effet et de maintenir le dos droit de par la forme des pièces 1, 2 et 7. L'effort vertical du poids de la charge 18 déportée est entièrement repris par ces pièces 1, 2 et 7 20 du dispositif, et directement transmis P1,P2 sur et autour de l'os iliaque 13 lié P1',P2' à l'articulation coxo-fémorale 14. L'effort horizontal est repris en majorité par les pièces 1 sur la courbure lombaire 8 puis stabilisé par un 25 léger appui dans le dos par la pièce 2, permettant également un maintien naturel droit du dos. De par sa conception, l'exosquelette réduit les efforts sur les bras, épaules, dos et colonne vertébrale pour les transmettre sur et sous la courbure lombaire 8, 30 aux endroits du corps humain prévus pour supporter des charges. 3057484 12 L'objectif est la réduction des troubles musculo squelettiques pour toute action répétitive et/ou de déplacement de charge obligeant un opérateur sans exosquelette à forcer sur le haut du corps et/ou devant 5 prendre des positions contraignantes non naturelles pour le corps. Les applications envisagées sont : - le maintien d'un outil en position pour des opérations de collage, perçage, soudage, rivetage, 10 disquage,... : l'exosquelette permet ici de maintenir la charge de l'outil sur la ceinture 4 et de soulager les bras et le dos de la personne 15 (l'opérateur) qui le porte, - la mise en place d'outils lourds pour des 15 opérations automatiques de perçage, taraudage, rivetage,... : l'exosquelette permet ici d'amortir et de maintenir la charge de l'outil sur la ceinture 4 et de soulager les bras et le dos de l'opérateur 15, - le déplacement de charge ou de personne : 20 l'exosquelette permet ici de répartir l'effort de déplacement ou de soulèvement sur la ceinture 4 et de soulager les bras et le dos de l'opérateur 15. REVENDICATIONS1. Dispositif de support de charge (18) par une personne (15), comportant au moins une ceinture (4), dont une partie est flexible, équipée d'au moins une pièce d'accrochage (3) apte à supporter le poids de la dite charge (18), caractérisé en ce que, celle-ci devant être portée éloignée de la personne (15), en porte-à-faux et par l'intermédiaire d'un support (17) fixé à son extrémité proximale (171) sur la au moins pièce d'accrochage (3) qui est rigide et solidaire d'une partie dorsale rigide (7) de la ceinture (4), le dispositif comporte au moins deux montants rigides (1) plats et courbes, fixés à l'une de leur extrémité à la partie dorsale rigide (7) de la ceinture (4), leur autre extrémité étant orientée vers le haut par rapport à celle-ci, et dont la forme est apte à épouser et à s'appuyer sur la courbure lombaire (8) de la personne (15) de part et d'autre de sa colonne vertébrale (9). 2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément rigide (2) en forme de U inversé fixé à ses deux extrémités à la partie dorsale rigide (7) de la ceinture (4), entourant les premiers éléments rigides (1) par le dessus, en position droite d'utilisation, et apte s'appuyer sur les muscles lombaires de la personne (15). 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie flexible de la ceinture (4) est réalisée au moins pour 30 partie en matériau élastique et comporte un système de fermeture rapide et de maintien (41) permettant la mise 3057484 14 en place de la ceinture (4) à la bonne position (4') autour de la taille de la personne (15). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ceinture 5 (4) comporte au moins une bande (5) souple avec un système (5') de serrage haut (5) destiné à être positionné sur le haut de l'estomac (10) de la personne (15). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des 10 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la ceinture (4) comporte au moins une bande (6) souple avec un système (6') de serrage bas (6) destiné à être positionné en-dessous de l'abdomen de la personne (15). 6. Dispositif suivant l'une quelconque des 15 revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que la partie flexible de la ceinture (4) est constituée en deux parties, et au moins une bande souple de serrage (5 ou 6) fixée aux deux bords, aptes à être positionnés dans le dos de la personne (15), de la partie souple de la 20 ceinture (4) par des anneaux dans lesquels elle peut coulisser et entre lesquels elle se croise en passant d'un côté à l'autre de ces deux bords. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la ceinture 25 (4) comporte au moins trois pièces rigides(3) d'accrochage aptes à supporter le poids de la dite charge (18), l'une située dans le dos de la ceinture (4) et les deux autres de part et d'autre sur les côtés. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des 30 revendications 1 à 7, caractérisé en ce les deux montants rigides (1) plats et courbes sont reliés entre eux par 3057484 15 leur extrémité orientée vers le haut pour constituer un seul élément en forme de U inversé dont la branche de liaison transversale forme un pont apte à passer pardessus et à contourner la colonne vertébrale (9). 5 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux montants rigides (1) plats et courbes sont indépendants l'un de l'autre et forment deux éléments distincts, leur extrémité orientée vers le haut étant libre en forme de 10 spatule.