Brevet FR3127877A1 — publié le 20230414

L’invention concerne un ensemble articulé (101) comprenant : - un élément d’entrée (103), - un élément de sortie (105 ;109), - une barre de torsion (107) apte à se déformer autour d’un axe (120) longitudinal de la barre de torsion, - des moyens d’actionnement, dans lequel l’élément d’entrée (103) est couplée en rotation à une première zone (107a) de la barre de torsion (107) et l’élément de sortie (105) est couplée en rotation à une deuxième zone (107b) de la barre de torsion (107), l’élément d’entrée (103) étant en outre reliée aux moyens d’actionnement, l’élément d’entrée (103) et l’élément de sortie (105) étant guidés en rotation l’un par rapport l’autre suivant un axe de la barre de torsion (107). Figure de l’abrégé : Figure 2b Ensemble articulé La présente divulgation concerne le domaine des ensembles articulés utilisés dans des prothèses actives ou passives. Plus particulièrement, la présente divulgation concerne le domaine des prothèses de pieds. Les prothèses, actives ou passives, ont pour objectif de compenser le handicap des personnes amputées en assurant la ou les fonctions du membre amputé. Par exemple, en fonction du degré d’amputation, une prothèse de pied se doit d’assurer potentiellement la fonction du mollet, des muscles releveurs du pied, ou encore la fonction relative au tendon d’Achille. En outre, les prothèses, en particulier les prothèses actives, se doivent aussi d’intégrer un contrôleur et une batterie afin de remplacer la fonction de contrôle normalement assurée par le cerveau et de compenser la dépense énergétique normalement assurée par le métabolisme. Ainsi, les prothèses actives comportent généralement un actionneur électrique linéaire composé d’un groupe moteur-vis. Cet actionneur est généralement mis en série avec un élément ressort faisant office de tendon d’Achille artificiel et permettant de diminuer le pic de puissance à fournir par l’actionneur lors de l’utilisation, le couple actionneur/ressort étant connu sous le nom « Series Elastic Actuator ». De nombreuses solutions ont été proposées par l’art antérieur pour répondre aux besoins de personnes impactées par une amputation, en particulier le besoin de confort, de compacité, d’autonomie de la prothèse et d’adaptabilité aux caractéristiques de l’utilisateur. Cependant, les solutions proposées de l’art antérieur ne permettent généralement pas d’adresser correctement les besoins précités et de nombreux inconvénients demeurent. Par exemple, dans le cas des prothèses de pied, les ressorts constituant le tendon d’Achille artificiel n’ont pas toujours une raideur adaptée spécifiquement à un patient ou sont difficilement adaptables à la masse de chaque patient. En outre, les choix architecturaux des solutions de l’art antérieur peuvent limiter l’intégration de l’ensemble des composants nécessaires à la réalisation d’une prothèse active (comprenant par exemple un moteur, de l’électronique, une batterie, un tendon d’Achille artificiel tel qu’un ressort) dans une enveloppe de conception raisonnablement identique au volume du membre absent, ou peuvent encore limiter l’intégration d’un nombre de cellules de batteries compatibles avec une autonomie d’une journée ou plus, au bénéfice des patients. La présente divulgation vient améliorer la situation. Il est ainsi proposé un ensemble articulé pouvant comprendre : - un élément d’entrée, - un élément de sortie, - une barre de torsion apte à se déformer autour d’un axe longitudinal de la barre de torsion, - des moyens d’actionnement, dans lequel l’élément d’entrée est couplé en rotation à une première zone de la barre de torsion et l’élément de sortie est couplé en rotation à une deuxième zone de la barre de torsion, écartée de ladite première zone, l’élément d’entrée étant en outre relié aux moyens d’actionnement, l’élément d’entrée et l’élément de sortie étant guidés en rotation l’un par rapport l’autre suivant un axe de la barre de torsion. De manière avantageuse, un tel ensemble articulé permet d’obtenir un système d’accumulation et de restitution d’énergie compact, au travers de la barre de torsion, en particulier lorsqu’il est utilisé au sein d’un appareil prothétique ou orthétique. Une telle structure permet de réduire l’encombrement de l’ensemble, de façon à pouvoir intégrer plus facilement d’autres éléments, tels qu’une ou plusieurs batteries, des circuits, un ou plusieurs moteurs, etc. L’élément d’entrée et l’élément de sortie peuvent être reliés respectivement à la première zone et à la deuxième zone de la barre de torsion par l’intermédiaire de liaisons encastrement. La barre de torsion peut présenter une valeur de raideur comprise entre 100 et 10 000 N.m par radian, de préférence entre 100 et 2 000 N.m par radian. La barre de torsion, l’élément d’entrée et l’élément de sortie peuvent être configurés de manière à ce que la barre de torsion soit amovible. Ainsi, la barre de torsion peut être facilement remplacée lorsque celle-ci est abimée ou lorsqu’il est nécessaire d’adapter la raideur de la barre de torsion. Avantageusement, lorsque l’ensemble articulé est intégré dans une prothèse (e.g. active), il est possible d’adapter la raideur de la barre de torsion en fonction de la morphologie ou physionomie du patient. Par exemple, il est possible de disposer de classes de barres de torsion, où chaque classe est adaptée à une physionomie d’un patient, comme par exemple sa masse. L’ensemble peut comprendre une embase articulée par rapport à l’élément d’entrée, l’embase supportant les moyens d’actionnement. Les moyens d’actionnement peuvent comprendre un actionneur linéaire configuré pour déplacer un organe d’actionnement apte à être déplacé selon un axe d’actionnement non colinéaire, par exemple perpendiculaire, à l’axe de la barre de torsion, le déplacement de l’organe d’actionnement entrainant la rotation de l’élément d’entrée par rapport à l’élément de sortie. L’actionneur linéaire peut être un vérin hydraulique, un vérin pneumatique, un système vis-écrou entrainé par un moteur, par exemple de type vis à billes ou vis à rouleaux planétaires ou nommés également vis à rouleaux satellites, un moteur électrique, etc. Ainsi, selon un exemple, lorsque l’actionneur linéaire est un système vis-écrou, l’organe d’actionnement peut correspondre à une vis mise en mouvement par l’écrou entrainé par le moteur. Selon un autre exemple, lorsque l’actionneur linéaire est un système vis-écrou, l’organe d’actionnement peut correspondre à un écrou mis en mouvement par une vis entrainée par le moteur. Le système vis-écrou entrainé par un moteur peut comprendre une poulie menante couplée au moteur et une poulie menée couplée à la vis, la poulie menante et la poulie menée étant relié par une courroie d’entrainement. La puissance maximale fournie par l’actionneur peut être comprise entre 50 et 1000 Watts, dans le cas d’une utilisation pour une prothèse et lors de la marche. Le volume total de l’actionneur et/ou le volume total du moteur avec un système vis-écrou peut être compris entre 100 et 1500 cm 3 . L’organe d’actionnement peut être en liaison pivot ou rotule avec l’élément d’entrée. La liaison pivot entre l’organe d’actionnement et l’élément d’entrée peut être réalisée à travers un palier, par exemple un palier lisse, un roulement (à billes, à rouleaux ou à aiguilles), un embout à rotule. L’axe de pivot peut être fixé par frettage ou par anneaux élastiques fendus. Les moyens d’actionnement peuvent être montés de manière directe ou indirecte sur ou dans l’embase. Par indirecte, il peut être entendu qu’un élément additionnel est agencé entre les moyens d’actionnement et l’embase. Des moyens de contrôle, tels qu’une unité de contrôle, peuvent permettre de piloter les différents éléments de l’appareil prothétique ou orthétique, ces moyens de contrôle peuvent être montés sur et/ou dans l’embase. Les moyens de contrôle peuvent être également montés sur l’ensemble d’actionnement L’actionneur linéaire peut être articulé à l’embase selon une liaison pivot dont l’axe de pivot est parallèle à l’axe de la barre de torsion et dans lequel la torsion de la barre de torsion ou la rotation de l’élément d’entrée entraine la rotation de l’actionneur linéaire par rapport à l’embase autour de l’axe de pivot. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, au moins un ressort peut être compris entre l’actionneur linéaire et l’embase, l’au moins un ressort peut être configuré pour se comprimer ou se détendre lors du mouvement relatif entre l’actionneur linéaire et ladite embase. Avantageusement, il est alors possible d’ajuster une valeur de raideur globale de l’ensemble articulé au niveau de la barre de torsion., Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’au moins un ressort peut être configuré de façon à ce que la raideur globale au niveau de la barre de torsion peut être comprise entre 100 et 10 000 N.m par radian. Avantageusement, la prise en compte de tous les composants dans le calcul de raideur équivalente du système ramenée à l’axe de la barre de torsion permet la réduction du pic de puissance au niveau du moteur. Par ailleurs, le fait que plusieurs composants participent, en série, à la raideur globale permet d’ajuster précisément la raideur de la barre de torsion ainsi que sa tenue en fatigue. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, une première extrémité de la barre de torsion forme la première zone et une deuxième extrémité de la barre de torsion forme la deuxième zone, ladite barre de torsion étant configurée pour se déformer par torsion dans une portion de travail comprise entre la première zone et la deuxième zone, l’élément d’entrée et l’élément de sortie comprenant respectivement une première section tubulaire et une deuxième section tubulaire configurées pour s’emboîter l’une dans l’autre en formant mutuellement un corps tubulaire logeant la barre de torsion, la première section tubulaire de l’élément d’entrée comprenant une première surface de couplage intérieure à une première extrémité du corps tubulaire configurée pour être couplée en rotation avec la première zone de la barre de torsion autour de l’axe de la barre de torsion et la deuxième section tubulaire de l’élément de sortie comprenant une deuxième surface de couplage intérieure à une deuxième extrémité du corps tubulaire configurée pour être couplée en rotation avec la deuxième zone de la barre de torsion, autour de l’axe de la barre de torsion et dans lequel la première section tubulaire et la deuxième section tubulaire comprennent respectivement des premières surfaces de guidage, respectivement intérieures et extérieures à la première section tubulaire et à la deuxième section tubulaire, ou inversement , les premières surfaces de guidage étant agencées en une position intermédiaire entre la première extrémité et la deuxième extrémité du corps tubulaire, les premières surfaces de guidage intérieures et extérieures étant configurées pour assurer un guidage en rotation de l’élément de sortie par rapport à l’élément d’entrée autour de l’axe de la barre de torsion. Par deuxième extrémité du corps tubulaire, il peut être entendu une deuxième extrémité opposée à la première extrémité du corps tubulaire. Les surfaces de guidage peuvent assurer le guidage par contact direct ou peuvent être réalisées par l’intermédiaire d’un palier, comme par exemple une bague, un coussinet ou un roulement. L’élément de sortie peut comprendre une deuxième partie, distincte de la deuxième section tubulaire, en liaison pivot avec la première section tubulaire de l’élément d’entrée, par des deuxièmes surfaces de guidage respectivement extérieures et intérieures à la première section tubulaire et à la deuxième partie, agencées à la première extrémité du corps tubulaire. Le corps tubulaire s’étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité peut loger entièrement la barre de torsion, la barre de torsion étant de préférence de même longueur que le corps tubulaire suivant l’axe de la barre de torsion. Ainsi, de manière avantageuse, il est possible d’obtenir un système d’accumulation et de restitution d’énergie très compacte, idéal pour de nombreux dispositifs tels que les grands appareils orthopédiques (prothèses et orthèses), ou encore les dispositifs robotiques (e.g. cobot ou exosquelette). La présente divulgation porte aussi sur un appareil prothétique selon la présente divulgation, l’appareil prothétique pouvant comprendre : - l’embase est une embase tibiale destinée à être fixée à un moignon, par exemple à travers une emboiture, l’embase tibiale embarquant les moyens d’actionnement, - une lame d’appui au sol configurée pour pivoter par rapport à l’embase autour de l’axe de la barre de torsion, et dans lequel l’élément d’entrée est connecté à une sortie des moyens d’actionnement et l’élément de sortie est relié à la lame d’appui au sol, la barre de torsion étant configurée, lors de la marche, pour emmagasiner une énergie par torsion de la barre de torsion, et la restituer pour la propulsion simultanément au travail des moyens d’actionnement. Une telle structure permet de reproduire plus fidèlement les caractéristiques biomécaniques d’une cheville humaine et notamment son caractère propulsif. L’embase tibiale peut comprendre un corps creux recevant les moyens d’actionnement. De manière avantageuse, cette embase peut protéger les moyens d’actionnement, faire l’objet d’un travail de conception permettant de soigner l’esthétique du système au bénéfice des patients. Le corps creux de l’embase tibiale peut également embarquer des moyens de contrôle tels qu’une unité de contrôle permettant de piloter les différents éléments de l’appareil prothétique. L’embase tibiale peut présenter une direction longitudinale perpendiculairement à la barre de torsion, les moyens d’actionnement comprenant un moteur et un système vis-écrou, le système vis-écrou et le moteur étant agencés en recouvrement suivant l’axe longitudinal. De manière avantageuse, un tel agencement permet d’augmenter la compacité de l’appareil prothétique, de limiter sa hauteur afin d’adresser une quantité plus importante de patients dont la longueur de moignon et la taille sont variables, sans sacrifier les performances requises pour les moyens d’actionnement. Le système vis-écrou entrainé par un moteur peut comprendre une poulie menante couplée au moteur et une poulie menée couplée à la vis, la poulie menante et la poulie menée étant relié par une courroie d’entrainement. Un espace peut être ménagé entre la barre de torsion et la plaque d’appui, de manière à recevoir une source d’énergie autonome, par exemple amovible, pour les moyens d’actionnement. Ainsi de manière avantageuse, il est possible de diminuer l’encombrement total de l’appareil prothétique en évitant que la batterie soit disposée sur l’extérieur de l’appareil. De plus, la batterie peut ainsi être dissimulée dans une enveloppe, par exemple une enveloppe esthétique en forme de pied, destinée à être chaussée. La présente divulgation porte aussi sur un grand appareil orthopédique comportant au moins un ensemble articulé selon la présente divulgation. La présente divulgation concerne également un système articulé comprenant au moins un ensemble articulé du type précité, dans lequel le système articulé comprend au moins une première section et une deuxième section articulées l’une par rapport l’autre, la première section formant l’élément d’entrée de l’ensemble articulé, la deuxième section formant l’élément de sortie de l’ensemble articulé. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : illustre schématiquement une vue en perspective de l’ensemble articulé de la présente divulgation. illustre schématiquement une vue éclatée de l’ensemble articulé de la présente divulgation. illustre schématiquement une vue en coupe suivant le plan ZY de l’ensemble articulé de la présente divulgation. illustre schématiquement une vue en perspective d’un appareil prothétique telle qu’une prothèse de pied comprenant l’ensemble articulé de la présente divulgation. illustre schématiquement une vue de côté suivant le plan ZX d’un appareil prothétique tel qu’une prothèse de pied comprenant l’ensemble articulé de la présente divulgation. illustre schématiquement une vue en coupe suivant le plan ZY d’un appareil prothétique tel qu’une prothèse de pied comprenant l’ensemble articulé de la présente divulgation. Ensemble articulé (101) comprenant : - un élément d’entrée (103), - un élément de sortie (105 ;109), - une barre de torsion (107) apte à se déformer autour d’un axe (120) longitudinal de la barre de torsion, - des moyens d’actionnement, dans lequel l’élément d’entrée (103) est couplé en rotation à une première zone (107a) de la barre de torsion (107) et l’élément de sortie (105) est couplé en rotation à une deuxième zone (107b) de la barre de torsion (107), l’élément d’entrée (103) étant en outre reliée aux moyens d’actionnement, l’élément d’entrée (103) et l’élément de sortie (105) étant guidés en rotation l’un par rapport l’autre suivant un axe de la barre de torsion (107). Ensemble articulé selon la revendication précédente, dans lequel l’élément d’entrée (103) et l’élément de sortie (105) sont reliés respectivement à la première zone et à la deuxième zone de la barre de torsion (107) par l’intermédiaire de liaisons d’encastrement. Ensemble articulé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la barre de torsion (107) présente une valeur de raideur comprise entre 100 et 10 000 N.m par radian. Ensemble articulé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la barre de torsion (107), l’élément d’entrée (103) et l’élément de sortie (105) sont configurés de manière à ce que la barre de torsion (107) soit amovible. Ensemble articulé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’ensemble comprend une embase articulée par rapport à l’élément d’entrée (103), l’embase supportant les moyens d’actionnement. Ensemble articulé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens d’actionnement comprennent un actionneur linéaire configuré pour déplacer un organe d’actionnement apte à être déplacé selon un axe d’actionnement non colinéaire, par exemple perpendiculaire, à l’axe de la barre de torsion (107), le déplacement de l’organe d’actionnement entrainant la rotation de l’élément d’entrée (103) par rapport à l’élément de sortie (105). Ensemble articulé selon la revendication précédente dans lequel l’organe d’actionnement est en liaison pivot ou rotule avec l’élément d’entrée (103). Ensemble articulé selon la revendication précédente dans lequel l’ élément d’entrée (103) est relié à l’embase [pièce tibiale] par une liaison pivot. Ensemble selon la combinaison des revendications 5 à 8 dans lequel l’actionneur linéaire est articulé à l’embase selon une liaison pivot dont l’axe de pivot est parallèle à l’axe de la barre de torsion (107) et dans lequel la torsion de la barre de torsion (107) ou la rotation de l’élément d’entrée (103) entraine la rotation de l’actionneur linéaire par rapport à l’embase autour du deuxième axe de pivot. Ensemble selon la revendication 9, comprenant au moins un ressort entre l’actionneur linéaire et l’embase, ledit au moins un ressort étant configuré pour se comprimer ou se détendre lors du mouvement relatif entre l’actionneur linéaire et ladite embase. Ensemble articulé selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins un ressort est configuré de façon à ce que la raideur globale est comprise entre 100 et 10 000 N.m par radian. Ensemble articulé selon l’une quelconque des revendications 2 à 11, dans lequel une première extrémité de la barre de torsion (107) forme la première zone (107a) et une deuxième extrémité de la barre de torsion (107) forme la deuxième zone (107b), ladite barre de torsion (107) étant configurée pour se déformer par torsion dans une portion de travail (107c) comprise entre la première zone et la deuxième zone, l’élément d’entrée (103) et l’élément de sortie (105) comprenant respectivement une première section tubulaire (103a) et une deuxième section tubulaire (105a) configurées pour s’emboîter l’une dans l’autre en formant mutuellement un corps tubulaire (110) logeant la barre de torsion (107), la première section tubulaire (103a) de l’élément d’entrée (103) comprenant une première surface de couplage intérieure à une première extrémité du corps tubulaire configurée pour être couplée en rotation avec la première zone de la barre de torsion (107) autour de l’axe de la barre de torsion (107) et la deuxième section tubulaire (105a) de l’élément de sortie (105) comprenant une deuxième surface de couplage intérieure à une deuxième extrémité du corps tubulaire configurée pour être couplée en rotation avec la deuxième zone de la barre de torsion (107), autour de l’axe de la barre de torsion (107), et dans lequel la première section tubulaire (103a) et la deuxième section tubulaire (105a) comprennent respectivement des premières surfaces de guidage, respectivement intérieures et extérieures à la première section tubulaire (103a) et à la deuxième section tubulaire (105a), ou inversement , les première surfaces de guidage agencées en une position intermédiaire entre la première extrémité et la deuxième extrémité du corps tubulaire, les premières surfaces de guidage intérieures et extérieures configurées pour assurer un guidage en rotation de l’élément de sortie (105) par rapport à l’élément d’entrée (103) autour de l’axe de la barre de torsion (107). Ensemble articulé selon la revendication 12 dans lequel l’élément de sortie (105) comprend une deuxième partie, distincte de la deuxième section tubulaire (105a), en liaison pivot avec la première section tubulaire (103a) de l’élément d’entrée (103), par des deuxièmes surfaces de guidage respectivement extérieures et intérieures à la première section tubulaire 103a et à la deuxième partie, agencées à la première extrémité du corps tubulaire Ensemble articulé selon la revendication précédente dans lequel le corps tubulaire s’étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité loge entièrement la barre de torsion (107), la barre de torsion (107) étant de préférence de même longueur que le corps tubulaire suivant l’axe de la barre de torsion (107). Appareil prothétique comprenant un ensemble articulé selon la revendication 5 seule ou en combinaison avec l’une quelconque 2 à 4 et 6 à 14 comprenant : - l’embase est une embase tibiale destinée à être fixée à un moignon, l’embase tibiale embarquant les moyens d’actionnement, - une lame d’appui au sol configurée pour pivoter par rapport à l’embase autour de l’axe de la barre de torsion (107), et dans lequel l’élément d’entrée (103) est connecté à une sortie des moyens d’actionnement et l’élément de sortie 105 est relié à la lame d’appui au sol, la barre de torsion (107) étant configurée, lors de la marche, pour emmagasiner une énergie par torsion de la barre de torsion (107), et de la restituer pour la propulsion simultanément au travail des moyens d’actionnement. Appareil prothétique selon la revendication 15, dans l’embase tibiale comprend un corps creux recevant les moyens d’actionnement. Appareil prothétique selon la revendication 16, l’embase tibiale présente une direction longitudinale perpendiculairement à la barre de torsion (107), les moyens d’actionnement comprennent un moteur et un système vis-écrou, le système vis-écrou et le moteur étant agencés en recouvrement suivant l’axe longitudinal. Appareil prothétique selon l’une des revendications 15 à 17, dans lequel un espace est présent entre la barre de torsion (107) et la plaque d’appui recevant une source d’énergie autonome pour les moyens d’actionnement. Grand appareil orthopédique comportant au moins un ensemble articulé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14. Système articulé comprenant au moins un ensemble articulé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le système articulé comprend au moins une première section et une deuxième section articulée l’une par rapport l’autre, la première section formant l’élément d’entrée (103) de l’ensemble d’articulé, la deuxième section formant l’élément de sortie (105) de l’ensemble d’articulé.