Brevet FR3093022A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF D'ASSISTANCE D'AU MOINS UN MOUVEMENT DE ROTATION D'UN POIGNET D'UN UTI- LISATEUR Domaine technique 100011 La présente invention a pour objet un dispositif, notamment exosquelette, d'assistance d'au moins un mouvement de rotation d'un poignet d'un utilisateur. 100021 L'invention trouve une application avantageuse pour assister un utilisateur au cours d'une sollicitation répétée de son poignet, en diminuant la force musculaire requise pour effectuer au moins un mouvement de rotation. Un tel cas de fleure peut se présenter dans des professions manuelles, telles que la profession de boucher dans un abattoir par exemple. Technique antérieure [0003] A titre d'exemple, les métiers liés à la boucherie provoquent fréquemment l'apparition de troubles musculo-squelettiques chez les opérateurs travaillant dans ce secteur d'activité. [0004] En effet, ces métiers, tels que celui de boucher, d'ouvrier en abattoir ou encore d'opérateur en transformation des viandes, requièrent l'exécution de mouvements répétés du poignet, par exemple lors des opérations manuelles au couteau, telle que le désossage, ou la découpe des quartiers de viande d'une carcasse. De plus, ces mouvements répétés nécessitent de transmettre de la force, afin d'appliquer à la viande un effort de coupe via un couteau ou tout autre outil tranchant tenu en main. [0005] La sollicitation répétée des structures naturelles motrices du poignet, comme les tendons et les muscles, est donc à l'origine de l'apparition de nombreuses douleurs et troubles musculo-squelettiques pouvant mener, dans les cas les plus extrêmes, à un arrêt de travail ou à un abandon de ces métiers par l'opérateur. [0006] Ces mouvements répétés comprennent une sollicitation multiple du poignet, en combinant les mouvements naturels de flexion-extension et d'adduction-abduction du poignet. [0007] 11 est connu de l'art antérieur des dispositifs passifs permettant de soulager un uti- lisateur devant effectuer des mouvements répétés avec son poignet. Par exemple, des attelles sont utilisées pour réduire la sollicitation de cette articulation. Il est bien connu, par exemple, des attelles autorisant le mouvement préhenseur de la main, tout en diminuant le degré de liberté des mouvements de flexion-extension ou d'adduction-abduction par divers moyens de contention. [0008] En revanche, ces attelles ne représentent qu'une solution à court terme pour 2 l'utilisateur. En effet, lorsqu'il désire réaliser des mouvements du poignet plus amples, il doit retirer son attelle. Exposé de l'invention [0009] Le problème technique que vise à résoudre l'invention est donc de proposer un dispositif d'assistance actif du poignet d'un utilisateur, permettant d'assister les structures motrices naturelles du poignet dans la réalisation de mouvements de rotation du poignet. [0010] La présente invention propose de résoudre ce problème technique par un dispositif d'assistance d'au moins un mouvement de rotation d'un poignet d'un utilisateur, remarquable en ce qu'il comprend : [0011] - une coque d'avant-bras configurée pour être portée sur l'avant-bras de l'utilisateur ; [0012] - une coque de main configurée pour être portée autour de la paume de la main de l'avant-bras ; [0013] - au moins un capteur positionné pour détecter et quantifier au moins un mouvement de rotation du poignet selon un plan déterminé, le capteur étant apte à transmettre une information de mouvement à une unité de contrôle connectée au capteur ; [0014] - au moins un actionneur linéaire positionné dans le plan déterminé et fixé, d'une part, sur la coque d'avant-bras et, d'autre part, sur la coque de main. [0015] Aussi, l'actionneur linéaire étant apte à passer, en étant actionné par l'unité de contrôle en réponse à l'information de mouvement transmise par le capteur, d'une position allongée, à une position raccourcie entraînant ainsi la coque de main dans un mouvement de rotation selon le plan déterminé de façon à assister le mouvement du poignet. [0016] En d'autres termes, lorsque le dispositif comprend qu'un seul actionneur linéaire, et que l'utilisateur réalise un mouvement de rotation du poignet selon le plan déterminé par l'actionneur linéaire, le capteur détecte et quantifie cc mouvement et envoi une information à l'unité de contrôle qui actionne l'actionneur linéaire pour assister la rotation du poignet. [0017] La coque de main est conformée pour ne pas gêner la préhension d'objets entre la paume et les doigts, tel qu'un couteau pour réaliser des opérations de découpe en abattoir par exemple. En piincipe, la coque de main fait le tour de la paume et entoure le pouce seulement. [0018] L'actionneur linéaire peut être de tout type, par exemple un vérin, et de préférence, l'actionneur linéaire est un muscle artificiel apte à passer d'une position allongée décontractée à une position raccourcie contractée. [0019] Avantageusement, le capteur comprend une jauge de contrainte montée sur la coque d'avant-bras, ou sur la coque de main, ou en chevauchement entre la coque 3 d'avant-bras et la coque de main. [0020] Selon d'autres formes de réalisation, le capteur peut être de tout type approprié pour détecter et quantifier un mouvement, et/ou détecter et quantifier un effort mécanique lors de ce mouvement. Par exemple, le capteur peut se présenter sous la forme d'un capteur de pression ou de déformation, d'un encodeur incrémental, etc. [0021] L'actionneur linéaire peut être actionné par des moyens hydrauliques, ou tout autre moyen approprié. Selon un exemple de réalisation particulier, l'actionneur linéaire est actionné par l'intermédiaire de moyens pneumatiques, et est par exemple alimenté en air comprimé par des moyens d'alimentation portables par l'utilisateur, tel que sur son dos, ou déportés et connectés par réseau ou tuyauterie. [0022] La coque d'avant-bras présente une configuration lui permettant d'être portée autour de l'avant-bras d'un utilisateur. Elle peut être souple et se présenter sous la forme d'une attelle, ou bien être en plastique rigide et fabriquée par exemple sur mesure de l'utilisateur (adaptation à la propre morphologie). La coque comprend par exemple une section longitudinale tronconique dont la conicité suit celle de l'avant-bras. De façon avantageuse, la coque d'avant-bras est fendue longitudinalement pour faciliter l'enfilage. [0023] Pour assister une pluralité de mouvements du poignet de l'utilisateur, le dispositif comprend un ou plusieurs capteurs positionné(s) pour capter une pluralité de mouvements du poignet, et une pluralité d'actionneur linéaires répartis autour du poignet de l'utilisateur. [0024] A titre d'exemple, le ou les capteurs sont positionnés pour capter un mouvement d'abduction ou d'adduction du poignet, et le ou les actionneurs linéaires sont positionnés dans le plan frontal du système de référence anatomique. [0025] Le ou les capteurs peuvent également être positionnés pour capter un mouvement de flexion ou d'extension du poignet, et le ou les actionneurs linéaires sont positionnés dans le plan sagittal du système de référence anatomique. [0026] Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif comprend trois actionneurs linéaires, régulièrement répartis autour des coques de main et d'avant-bras pour assister de façon complémentaire les muscles naturels de l'avant-bras. [0027] D'une manière préférée, le dispositif comprend quatre actionneurs linéaires, dont deux sont disposés de part et d'autre de l'avant-bras suivant le plan frontal du système de référence anatomique, et deux sont disposés de part et d'autre de l'avant-bras suivant le plan sagittal du système de référence anatomique. De cette manière les quatre actionneurs linéaires sont disposés autour des coques de main et d'avant-bras pour assister de façon complémentaire les muscles naturels de l'avant-bras. Les actionneurs linéaires disposés suivant le plan frontal réalisent une fonction supplémentaire à celle des muscles naturels car lesdits muscles naturels ne sont disposés que suivant le plan sagittal du bras de l'utilisateur. [0028] Avantageusement, le dispositif comprend des moyens anti-compression montés entre la coque de main et la coque d'avant-bras, empêchant un mouvement de translation involontaire entre ces deux éléments. [0029] Le dispositif anti-compression se présente par exemple sous la forme d'un cardan reliant la coque d'avant-bras et la coque de main en autorisant les mouvements de rotation de la coque de main et donc du poignet de l'utilisateur. Brève description des dessins [0030] La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent res- sortiront bien de la description des différents modes de réalisation qui suit, donnée à titre indicatif mais non limitatif, à l'appui de : [0031] [fig.1 illustrant, cn perspective, un dispositif d'assistance conforme à l'invention. Description des modes de réalisation [0032] L'invention concerne un dispositif d'assistance d'au moins un mouvement d'un poignet d'un utilisateur. Le dispositif est notamment du type exosquelette. [0033] Selon un mode de réalisation représenté sur la figure 1, le dispositif d'assistance comprend une coque de main 1 et une coque d'avant-bras 2. [0034] La coque de main 1 est configurée pour épouser les contours d'une main d'un uti- lisateur. Elle est composée d'un matériau rigide, idéalement mince Par exemple, elle peut être composée d'une feuille de polychlorure de vinyle ou encore, avantageusement, de polyéthylène. Ce matériau rigide présente une épaisseur globalement uniforme. 100351 La surface interne de cette coque de main I est conformée pour épouser la cambrure naturelle de la face dorsale de la main. Cette coque de main I se prolonge, selon un mode préféré de réalisation de l'invention, sur la face palmaire de la main. La coque de main I peut être en deux parties et se fermer de la face palmaire vers la face dorsale par l'intermédiaire de bandes auto agrippantes complémentaires 10.a et -10.1) positionnées de part et d'autre du pouce libérant ainsi un passage pour le pouce de 100361 Avantageusement, le positionnement des bandes auto agrippantes complémentaires 10.a et 10.1) referme la coque de main 1 de manière ergonomique et adaptée à l'anatomie de l'utilisateur, de telle sorte qu'il puisse aisément réaliser des mouvements de préhension. Préférentiellement, la disposions de ces bandes auto agrippantes complémentaires 10.a et -10.1) ne gêne pas non plus le mouvement d'opposition du pouce. 100371 La coque de main 1 comporte une extrémité distale 11 et une extrémité proximale 12. L'extrémité distale 11 est conformée de telle sorte que les mouvements des doigts au niveau des articulations rnétacarpo-phalangiennes de l'index, du majeur, de l'annulaire et de l'auriculaire se fassent librement. [0038] L'extrémité proximale 12, quant à elle, présente une forme permettant à l'utilisateur de réaliser des mouvements de flexion/extension et adduction/abduction de la main sans réduction de l'amplitude naturelle de ces mouvements dans l'articulation du poignet. [0039] Ladite coque d'avant-bras 2 présente une forme tronconique, et s'étend avanta- geusement sur une majeure partie de l'avant-bras de l'utilisateur, c'est-à-dire entre le coude et le poignet. La coque d'avant-bras 2 présente une section longitudinale tronconique dont la conicité suit celle de l'avant-bras. Elle se compose avantageusement d'une feuille de matériau plastique, idéalement à base de polyéthylène, formant ainsi une surface intérieure 23 et une surface extérieure 24. [0040] La surface intérieure 23 épouse les contours de l'avant-bras de l'utilisateur. Elle peut éventuellement comporter, dans un mode de réalisation non représenté de l'invention, une surface de confort permettant d'améliorer le confort de l'utilisateur lors du port prolongé du dispositif. Cette surface de confort peut, par exemple, prendre la forme d'une structure textile comprenant une couche de tissu, associée éventuellement à une couche deformable comme par exemple de la mousse polymérique. [0041] La coque d'avant-bras 2 est délimitée par une ouverture proximale 21, et une ouverture distale 22. [0042] L'ouverture proximale 21 présente un contour destiné à permettre la libre réalisation des mouvements du coude de l'utilisateur. Avantageusement, la forme de ce contour permet à la coque d'avant-bras 2 de protéger la partie olécrânienne du cubitus. Cette disposition avantageuse épargne ainsi à l'utilisateur tout risque de chocs au niveau de son coude, ce qui lui permet d'augmenter le niveau de sécurité et de diminuer le risque d'accident corporel lié à son activité. [0043] L'ouverture distale 22, quant à elle, se distingue de l'ouverture proximale 21 en ce qu'elle est d'un diamètre plus étroit. Cette ouverture distale 22 est conformée pour épouser l'extrémité proximale de l'articulation du poignet, de sorte à laisser libre l'utilisateur dans tous les mouvements de cette articulation. [0044] La coque d'avant-bras 2 est fendue dans toute sa longueur par une fente 20, s'étendant de l'ouverture proximale 21 à l'ouverture distale 22. Cette fente 20 permet à l'utilisateur d'enfiler aisément la coque d'avant-bras. Elle lui permet aussi, par divers moyens de serrage, par exemple sous la forme de bandes auto agrippantes complémentaires 20.a et 20.b, d'ajuster la pression de contact entre celle-ci et l'avant-bras de l'utilisateur. [0045] La surface extérieure 24 de la coque d'avant-bras 2 est percée de quatre trous oblongs 40 traversant l'épaisseur. Ces trous oblongs 40 sont sensiblement identiques, 6 de forme rectiligne et de longueur comprise par exemple entre lcm et 3cm. [0046] Selon un autre mode de réalisation non représenté, la coque d'avant-bras 2 peut présenter deux coques distinctes, une coque médiale positionnée sur la face médiale de l'avant-bras, et une coque latérale positionnée sur la face latérale du même avant-bras. Dans ce cas, au moins un élément de solidarisation réversible relie ces deux coques. Cet élément de solidarisation peut par exemple être une sangle, ou une bande de velcros reliant la coque médiale et la coque latérale. Cc mode de réalisation présente un caractère avantageux lorsque l'on souhaite ajuster finement le serrage de la coque d'avant-bras 2 à la morphologie de l'utilisateur. [0047] Les coques de main 1 et d'avant-bras 2 sont reliées par au moins un actionneur linéaire 30, et de préférence par quatre actionneurs linéaires. Les actionneurs linéaires peuvent être de tout type, tel que des vérins, mais sont de préférence des muscles artificiels 30. Chaque muscle artificiel 30 s'insère d'une part sur la coque de main 1 par une insertion distalc 31, et d'autre part sur la coque d'avant-bras 2 par une insertion proximale 32. En particulier, deux muscles artificiels 30 sont disposés de part et d'autre de l'avant-bras suivant le plan frontal du système de référence anatomique, et deux muscles artificiels 30 sont disposés de part et d'autre de l'avant-bras suivant le plan sagittal du système de référence anatomique. De cette manière les quatre muscles artificiels 30 sont disposés autour des coques de main 1 et d'avant-bras 2 pour assister de façon complémentaire les muscles naturels de l'avant-bras. [0048] L'insertion proximale 32 de chaque muscle artificiel 30 coopère avec l'un des trous oblongs 40 percés à travers la coque d'avant-bras 2. Des moyens de fixation 34, ajustable par l'utilisateur, permettent de modifier la position angulaire du muscle artificiel 30 par rapport à la coque d'avant-bras 2. Ces moyens de fixation 34 comprennent par exemple des éléments de visserie, comme préférentiellement une vis et un écrou papillon. [0049] L'insertion distale 31 de chaque muscle artificiel 30 coopère avec des trous oblongs 41, similaires aux trous oblongs 40, percés à travers la coque de main 1. De la même manière, des moyens de fixation 34 permettent à l'utilisateur de modifier la position angulaire du muscle artificiel 30 par rapport à la coque de main 1 [0050] Les moyens de fixation 34, ainsi présents sur les coques d'avant-bras 2 et de main 1, permettent à l'utilisateur d'ajuster la position des muscles artificiels 30 en fonction de son anatomie propre, pour positionner correctement les muscles, par exemple dans les plans du système de référence anatomique. [0051] Chaque actionneur linéaire 30 est configuré pour passer d'une position allongée à une position raccourcie. Lorsque l'actionneur linéaire est un muscle artificiel, ledit muscle artificiel est configuré pour passer d'une position allongée décontractée à une position raccourcie contractée. 7 [0052] La position décontractée est notamment définie lorsque le muscle artificiel 30 est au repos, c'est-à-dire lorsqu'il présente sa longueur maximale. Au contraire, la position contractée est définie lorsque le muscle artificiel 30 présente une longueur inférieure à celle qu'il présente en position décontractée. [0053] Selon une forme de réalisation particulière, chaque muscle artificiel 30 est actionné par de l'air comprimé. Des durites souples 33 relient chaque muscle artificiel 30 à une source d'alimentation en air comprimé 52. [0054] Cette source d'alimentation en air comprimé 52, pouvant prendre la forme d'un com- presseur d'air, est préférentiellement configurée pour être déportée à distance de l'utilisateur. La source d'alimentation 52 est capable d'alimenter au moins l'un des quatre muscles artificiels 30. Selon une autre forme de réalisation, la source d'alimentation 52 peut être portée par l'utilisateur et est conçue pour être fixée par exemple à un élément vestimentaire de l'utilisateur, par exemple sur une ceinture ou dans un sac à dos. [0055] Au moins un capteur 50 est positionné pour détecter et quantifier au moins un mouvement de rotation du poignet selon un plan déterminé, notamment par le positionnement d'un muscle, et éventuellement pour mesurer les efforts transmis par l'articulation du poignet lorsque l'utilisateur sollicite cette articulation. Pour les besoins de l'installation, ou de l'adaptation à la morphologie de l'utilisateur, le muscle 30 peut être légèrement décalé par rapport au plan déterminé, sans sortir du cadre de l'invention. Ce capteur 50, est apte à transmettre l'information de mouvement et d'effort à une unité de contrôle 51 connectée au capteur, configurée pour traiter ce signal et renvoyer un ordre à la source d'alimentation 52, qui alimente en réponse, et selon ce signal, au moins un muscle artificiel 30. [0056] En d'autres termes, lorsque l'utilisateur réalise un mouvement de rotation du poignet selon un plan déterminé, associé à un ou plusieurs muscles 30, le capteur 50 détecte ce mouvement et envoi une information à l'unité de contrôle 51 qui actionne le muscle 30 pour assister la rotation du poignet. [0057] Le capteur 50 peut être par exemple un capteur de pression de contact de la main de l'utilisateur sur la coque de main (comme représenté dans la Figure 1), ou par exemple une jauge de contrainte multiaxiale, fixée entre l'ouverture distale 22 et l'extrémité proximale 12. [0058] Selon un mode de réalisation alternatif non représenté, le capteur 50 comprend un capteur myoélectrique, permettant avantageusement de mesurer l'intensité des contractions musculaires au niveau de l'avant-bras et/ou du poignet, et de renvoyer cette information à l'unité de contrôle 51. [0059] De manière avantageuse, le passage de la position décontractée à la position contractée d'au moins un des muscles artificiels 30 est proportionnel à la valeur de 8 l'effort mesurée par le capteur 50, ou traitée par l'unité de contrôle 51. Ainsi, le mouvement de rotation de la coque de main 1 généré par le passage de la position décontractée à la position contractée permet d'assister, c'est-à-dire d'accompagner le geste réalisé par l'utilisateur. De préférence le dispositif comprend deux capteurs 50, un capteur 50 pour le contrôle des deux muscles 30 du plan frontal, et un capteur 50 pour le contrôle des deux muscles 30 du plan sagittal. [0060] Les mouvements d'abduction et d'adduction, ainsi que les mouvements de flexion et d'extension du poignet, sont automatiquement accompagnés par ledit dispositif Cela trouve une application particulièrement avantageuse lorsque ces mouvements sont répétés de manière très régulière par l'utilisateur, évitant ainsi l'apparition de troubles musculo-squelettiques liés à cette répétition. En effet, les muscles artificiels apportent une force supplémentaire à l'articulation du poignet, réduisant ainsi la sollicitation des muscles naturels. [0061] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, deux pivots, un pivot antérieur 6.1 et un pivot latéral 6.2, relient, à la manière d'un cardan 6, la coque de main 1 et la coque d'avant-bras 2 afin d'éviter un éventuel mouvement de pro-supination involontaire entre ces deux éléments pouvant entraîner un dommage à l'articulation du poignet de l'utilisateur, via un élément de connexion. Le cardan 6 guide ainsi les mouvements de rotation du poignet et protège l'articulation. Le cardan 6 permet aussi de stabiliser les muscles artificiels 30 qui peuvent ainsi fonctionner d'une manière optimale, sans torsion. Le cardan 6 présente un élément de connexion 6.3 présentant une section rectangulaire constante, et décrit un quart de cercle, dans le plan transversal à la direction dudit avant-bras. Il possède ainsi deux extrémités : une extrémité antérieure et une extrémité latérale. [0062] Le pivot antérieur 6.1 possède son axe de rotation dans le plan antéro-postérieur de l'utilisateur, tandis que le pivot latéral 6.2 présente un axe de rotation situé dans le plan frontal de l'utilisateur. [0063] Le pivot antérieur 6.1 articule en rotation la face antérieure de ladite coque d'avant-bras 2, avec l'extrémité antérieure de l'élément de connexion 6.3. Le pivot latéral 6.2 articule en rotation la face dorsale de la coque de main 1 avec l'extrémité latérale de l'élément de connexion 6.3. D'une manière avantageuse, et pour s'adapter à la morphologie de l'utilisateur, les positions des axes du pivot antérieur 6.1 et du pivot latéral 6.2 sont réglables pour pouvoir être centrées sur le centre de rotation du poignet. Par exemple, les axes pivot peuvent être montés et fixés dans des lumières oblongues présentes sur les pièces support 6.4 et 6.5 reliées à l'élément de connexion 6.3 [0064] Un éventuel mouvement d'abduction-adduction involontaire peut également être évité, par l'adjonction au dispositif d'une barre rigide non représentée. Cette barre rigide est articulée en pivot sur la coque d'avant-bras 2, selon un axe de rotation 9 compris dans le plan antéro-postérieur de l'utilisateur. La coque de main 1 est elle-même articulée en liaison pivot glissant sur cette barre rigide. Ainsi, les mouvements involontaires d'abduction-adduction sont évités. [0065] L'articulation naturelle est donc protégée de tout mouvement involontaire de la coque de main 1 par rapport à la coque d'avant-bras 2, qui serait démultiplié par l'action des muscles artificiels 30, et pouvant provoquer un risque de blessure pour l'utilisateur. [0066] Enfin, pour empêcher tout mouvement de la coque d'avant-bras 2 vers l'extrémité distalc du bras de l'utilisateur, un système de contention est fixé à proximité de l'ouverture proximale 21 de la coque d'avant-bras 2. Ce système de contention peut comprendre, par exemple, au moins un crochet ou au moins une bande textile 60 portant la partie mâle 61 d'un clip sur son extrémité libre. [0067] Avantageusement, le crochet ou cette partie mâle 61 permet à l'utilisateur de fixer le dispositif à un vêtement rigide, tel qu'une cote de mailles, portant par exemple une partie femelle d'un clip, apte à coopérer avec la partie mâle. [0068] -11 ressort de cc qui précède que l'invention fournit bien un dispositif d'assistance actif du poignet d'un utilisateur, permettant d'assister les mouvements de rotation d'un poignet d'un utilisateur. 10