Brevet FR3124102A1 — publié le 20221223

TITRE DE L’INVENTION : EXOSQUELETTE LÉGER L’invention concerne un exosquelette (20) pour un utilisateur (21) de taille prédéterminée, comportant une ceinture (34), caractérisé en ce qu’il comporte, de plus, au moins une tige ressort (25, 26) actionné en flexion, chaque tige ressort étant reliée : - à une première extrémité (25A, 26A), à la ceinture par un support (27, 28) maintenant cette première extrémité sensiblement dans un plan tangent au tronc (29) de l’utilisateur lorsque l’utilisateur porte l’exosquelette, et - à sa deuxième extrémité (25B, 26B), à un logement (30) d’un coude (31) de l’utilisateur ; la tige ressort ayant une longueur configurée de telle manière que, lorsque l’utilisateur porte l’exosquelette et dans toutes les positions où il a les coudes devant lui et plus bas que les épaules, la tige ressort prend la forme d’un « U » inversé, la tige ressort ayant subi, entre ses extrémités, une flexion d’un angle supérieur à 135 degrés et exerçant une force de rappel tendant à soulever le coude de l’utilisateur et à l’éloigner devant lui, de son tronc. Figure pour l’abrégé : Figure 1 EXOSQUELETTE LÉGER Domaine technique de l’invention La présente invention vise un exosquelette léger. Elle entre dans le domaine de l’assistance à l’effort humain, et notamment dans le cadre de l’assistance à la manutention tant pour des tâches ponctuelles que répétitives. État de la technique Un exosquelette vise à lutter contre la pénibilité au travail et ses conséquences : absentéisme, démotivation, désorganisation, perte des compétences. Des exosquelettes ont été développés pour améliorer les conditions de travail d’un opérateur de service. Les exosquelettes trouvent une application dans une multitude de domaines d’activité tels que l’industrie, la maintenance mécanique (automobile, aéronautique, ferroviaire, navale etc.), la manutention, la santé, le bâtiment etc. L’exosquelette est une structure mécanique qui double la structure du squelette humain et lui confère des capacités physiques qu’il n’a pas ou plus. Il existe principalement deux types d’exosquelette, l’exosquelette robotisé ou « actif » et l’exosquelette « passif ». L’exosquelette robotisé vise à augmenter considérablement la force de l’opérateur qui le porte mais il comporte ou est relié à une source d’énergie. A l’inverse, l’exosquelette passif a pour objectif de diminuer les efforts que fournit l’opérateur et ne consomme pas d’énergie. En particulier, l’exosquelette passif s’inscrit dans une démarche de diminution de la pénibilité lors de la réalisation de travaux répétitifs et/ou contraignants tout en prévenant l’apparition de troubles musculosquelettiques (TMS). Cependant, les exosquelettes actifs actuellement connus sont lourds et encombrants, ce qui crée une gêne pour l’utilisateur, et complexes, donc onéreux. De plus, beaucoup d’exosquelettes sont dédiés à soulager l’articulation de l’épaule quand on travaille « en l’air », à savoir bras (humérus) horizontal ou plus haut et avant-bras vertical. dans ce cas, le centre de gravité du bras complet se trouve entre le coude et épaule et ces exosquelettes viennent donc soulager avec une fixation sur le bras (humérus). En dehors de cette position du membre supérieur de l’utilisateur, ces exosquelettes ne sont pas efficaces. La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, la présente invention vise un exosquelette pour un utilisateur de taille prédéterminée, comportant une ceinture, et au moins une tige ressort actionnée en flexion, chaque tige ressort étant reliée : - à une première extrémité, à la ceinture par un support maintenant cette première extrémité sensiblement dans un plan tangent au tronc de l’utilisateur lorsque l’utilisateur porte l’exosquelette, et - à sa deuxième extrémité, à un logement d’un coude de l’utilisateur ; la tige ressort ayant une longueur configurée de telle manière que, lorsque l’utilisateur porte l’exosquelette et dans toutes les positions où il a les coudes devant lui et plus bas que les épaules, la tige ressort prend la forme d’un « U » inversé, la tige ressort ayant subi, entre ses extrémités, une flexion d’un angle supérieur à 135 degrés et exerçant une force de rappel tendant à soulever le coude de l’utilisateur et à l’éloigner devant lui de son tronc. La force de rappel tendant à soulever le coude de l’utilisateur et à l’éloigner devant de son tronc est opposée au mouvement naturel du coude sous l’action de la pesanteur. L’exosquelette soulage ainsi efficacement l’utilisateur de la force de la pesanteur. L’exosquelette objet de l’invention permet de soulager une posture avec un travail mi-hauteur avec les bras « plutôt en avant ». Dans ce cas le centre de gravité du bras complet est proche du coude. Le logement de coude permet de compenser le poids du bras à proximité de ce centre de gravité. Dans des modes de réalisation, la longueur de la tige ressort est comprise entre 80 % et 150 % de la longueur du membre supérieur de l’utilisateur prédéterminé, mesurée depuis son épaule jusqu’à son poignet. Cette dimension assure que, lorsque l’utilisateur porte l’exosquelette et dans toutes les positions où il a les coudes devant lui et plus bas que les épaules, la tige ressort prend la forme d’un « U » inversé, la tige ressort ayant subi, entre ses extrémités, une flexion d’un angle supérieur à 135 degrés et exerçant une force de rappel tendant à soulever le coude de l’utilisateur et à l’éloigner devant lui de son tronc. Dans des modes de réalisation, chaque logement de coude comporte : - un premier support de bras, d’un côté, et - un deuxième support d’avant-bras, de l’autre côté et - une liaison pivot entre le premier support et le deuxième support. Grâce à ces dispositions, le coude est supporté de part et d’autre de l’articulation. Grâce à la liaison pivot, qui est parallèle à celle de l’articulation du coude, les mouvements du coude sont aisés et l’exosquelette s’adapte facilement à une grande variété de morphologies d’utilisateurs. Dans des modes de réalisation, la deuxième extrémité de la tige ressort est reliée au logement de coude au niveau de la liaison pivot entre le premier support et le deuxième support. Grâce à ces dispositions, l’exosquelette n’exerce pas de force tendant à replier l’avant-bras sur le bras, tout en profitant d’un bras de levier égal à la dimension du bras. Dans des modes de réalisation, la liaison pivot du logement de coude n’est matérialisée que d’un côté du coude de l’utilisateur. Ce côté est préférentiellement le côté extérieur du coude, ce qui a pour avantage de libérer l’espace entre le bras et les côtes de l’utilisateur. Dans des modes de réalisation, la ceinture comporte une ceinture rigide, le support de la tige ressort étant relié à cette ceinture rigide par une liaison encastrement. Cette liaison encastrement assure le maintien du support de la tige ressort dans un plan sensiblement tangent au tronc de l’utilisateur. De plus, les efforts exercés par ce support, qui se répartissent sur la ceinture, ne s’exercent pas sur le dos de l’utilisateur et provoquent donc pas de douleur. Dans des modes de réalisation, la ceinture rigide et le support de la tige ressort comportent conjointement des moyens de positionnement réglables de la liaison encastrement. L’utilisateur peut ainsi adapter l’exosquelette à sa morphologie ou aux mouvements qu’il a à effectuer. Dans des modes de réalisation, le support de la tige ressort est configuré pour que la première extrémité de la tige ressort soit à la hauteur de la partie inférieure d’une omoplate de l’utilisateur. Les inventeurs ont déterminé que cette hauteur offre, à la fois, le meilleur confort d’utilisation et le meilleur support des membres supérieurs de l’utilisateur. Dans des modes de réalisation, le support de la tige ressort présente des moyens de réglage de la hauteur de la première extrémité de la tige ressort. Dans des modes de réalisation, le support de la tige ressort est télescopique. Grâce à chacune de ces dispositions, l’utilisateur peut ainsi adapter l’exosquelette à sa morphologie ou aux mouvements qu’il a à effectuer. Dans des modes de réalisation, la tige ressort est, au repos, cylindrique et comporte un matériau composite. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier de l’exosquelette objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, en vue de côté, un mode de réalisation particulier de l’exosquelette objet de l’invention, porté par un utilisateur, représente, en vue de face, l’exosquelette illustré en , représente, en perspective de face, l’exosquelette illustré en figures 1 et 2, représente, en vue de dos, l’exosquelette illustré en figures 1 à 3, représente, en vue de dessus, l’exosquelette illustré en figures 1 à 4, représente, en perspective de trois quarts dos, l’exosquelette illustré en figures 1 à 5, représente un agrandissement d’une première partie de la , comportant une liaison entre une ceinture de harnais et un support de tige ressort et représente un agrandissement d’une deuxième partie de la , représentant un logement de coude. Exosquelette (20) pour un utilisateur (21) de taille prédéterminée, comportant une ceinture (34, 45), caractérisé en ce qu’il comporte, de plus, au moins une tige ressort (25, 26) actionné en flexion, chaque tige ressort étant reliée : - à une première extrémité (25A, 26A), à la ceinture par un support (27, 28) maintenant cette première extrémité sensiblement dans un plan tangent au tronc (29) de l’utilisateur lorsque l’utilisateur porte l’exosquelette, et - à sa deuxième extrémité (25B, 26B), à un logement (30) d’un coude (31) de l’utilisateur ; la tige ressort ayant une longueur configurée de telle manière que, lorsque l’utilisateur porte l’exosquelette et dans toutes les positions où il a les coudes devant lui et plus bas que les épaules, la tige ressort prend la forme d’un « U » inversé, la tige ressort ayant subi, entre ses extrémités, une flexion d’un angle supérieur à 135 degrés et exerçant une force de rappel tendant à soulever le coude de l’utilisateur et à l’éloigner devant lui de son tronc. Exosquelette (20) selon la revendication 1, dans lequel la longueur de la tige ressort est comprise entre 80 % et 150 % de la longueur du membre supérieur dudit utilisateur de taille prédéterminé, mesurée depuis son épaule jusqu’à son poignet. Exosquelette (20) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque logement (30) de coude (31) comporte : - un premier support (40) de bras, d’un côté, et - un deuxième support (41) d’avant-bras, de l’autre côté et - une liaison pivot (42) entre le premier support et le deuxième support. Exosquelette (20) selon la revendication 3, dans lequel la deuxième extrémité (25B, 26B) de la tige ressort (25, 26) est reliée au logement (30) de coude (31) au niveau de la liaison pivot (42) entre le premier support (40) et le deuxième support (41). Exosquelette (20) selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel la liaison pivot (42) du logement (30) de coude (31) n’est matérialisée que d’un côté du coude de l’utilisateur. Exosquelette (20) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la ceinture (34, 45) comporte une ceinture rigide, le support (27, 28) de la tige ressort (25, 26) étant relié à cette ceinture rigide par une liaison encastrement (35). Exosquelette (20) selon la revendication 6, dans lequel la ceinture rigide (34) et le support (27, 28) de tige ressort (25, 26) comportent conjointement des moyens (36, 37, 38) de positionnement réglables de la liaison encastrement. Exosquelette (20) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le support (27, 28) de tige ressort (25, 26) est configuré pour que la première extrémité (25A, 26A) de la tige ressort soit à la hauteur de la partie inférieure d’une omoplate de l’utilisateur (21). Exosquelette (20) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le support (27, 28) de tige ressort (25, 26) présente des moyens de réglage de la hauteur de la première extrémité (25A, 26A) de la tige ressort. Exosquelette (20) selon la revendication 9, dans lequel le support (27, 28) de tige ressort (25, 26) est télescopique. Exosquelette (20) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la tige ressort (25, 26) est, au repos, cylindrique et comporte un matériau composite.