IT202000004885A1 - Portable cable exoskeleton for elbow motor assistance - Google Patents

Description

Translated fromItalian

DESCRIZIONEDESCRIPTION

A corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente perIn support of a patent application for an industrial invention having for

titolo:title:

?Esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito?.? Portable cable exoskeleton for elbow motor assistance ?.

In questa proposta di brevetto si presenta un nuovo dispositivo di esoscheletro a cavi per assistenza motoria dell?articolazione del gomito del braccio umano. L?esoscheletro permette di assistere il movimento del gomito tramite una struttura a funzionamento di architettura parallela a cavi attuata da quattro piccoli motori.This patent proposal presents a new cable exoskeleton device for motor assistance of the elbow joint of the human arm. The exoskeleton makes it possible to assist the movement of the elbow through a structure with a parallel architecture with cables implemented by four small motors.

Attualmente, oltre ad esoscheletri ad elementi rigidi con meccanismi articolati, vi sono vari dispositivi basati su meccanismi paralleli a cavi che espletano la funzione di assistenza motoria per bracci umani.Currently, in addition to exoskeletons with rigid elements with articulated mechanisms, there are various devices based on mechanisms parallel to cables that perform the function of motor assistance for human arms.

Tra essi, significativo per l?invenzione che si propone pu? essere considerato il sistema NeReBot, sviluppato presso l?Universit? di Padova ed altri sin dal 2000, come costituito da una piattaforma mobile per l?alloggio dell?avanbraccio del paziente che ? azionata da tre cavi per movimenti guidati del braccio in esercizi di riabilitazione postictus. Il sistema CAREX, sviluppato presso la Columbia University di New York dal come da brevetto US9144528B2 del 2008, ? costituito come esoscheletro indossabile con braccio al suo interno con attuazione a sette cavi. Il sistema ? caratterizzato da sistemi rigidi da fissare su parti del braccio collegate tra loro dai sette cavi azionati a partire dal supporto su spalla. Il brevetto ES2370895A1 del 2011 propone una struttura meccanica con meccanismi ad architettura parallela azionati da cavi costituendo una struttura robotica per esoscheletro a corpo unico con ridotta snellezza strutturale e funzionale. Nel brevetto IT.Among them, significant for the invention that is proposed can? be considered the NeReBot system, developed at the University? of Padua and others since 2000, as constituted by a mobile platform for the accommodation of the forearm of the patient who? operated by three cables for guided arm movements in post-stroke rehabilitation exercises. The CAREX system, developed at Columbia University in New York from 2008, as per US9144528B2 patent,? constituted as a wearable exoskeleton with an internal arm with seven-cable actuation. The system ? characterized by rigid systems to be fixed on parts of the arm connected to each other by the seven cables operated from the shoulder support. The ES2370895A1 patent of 2011 proposes a mechanical structure with parallel architecture mechanisms operated by cables constituting a robotic structure for a single body exoskeleton with reduced structural and functional slenderness. In the IT patent.

102017000083887 del 2019 si propone un dispositivo a cavo con architettura parallela avendo piattaforme rigide ed ingombranti102017000083887 of 2019 a cable device with parallel architecture is proposed having rigid and bulky platforms

La presente invenzione si propone come soluzione innovativa per l?assistenza motoria del gomito tramite una struttura a cavi ad esoscheletro agevolmente indossabile e trasportabile. La descrizione del dispositivo si riferisce agli schemi nelle seguenti figure:The present invention is proposed as an innovative solution for the motor assistance of the elbow by means of an easily wearable and transportable exoskeleton cable structure. The device description refers to the diagrams in the following figures:

La figura 1 mostra uno schema concettuale del dispositivo con indicazione dei suoi componenti;Figure 1 shows a conceptual diagram of the device with indication of its components;

La figura 2 presenta un esempio di soluzione costruttiva.Figure 2 presents an example of a constructive solution.

Con riferimento alla figura 1 e 2, l?esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito ? composto da un supporto anulare indossabile superiore (1) con interfaccia gonfiabile (3), un supporto anulare indossabile inferiore (2) con interfaccia gonfiabile (3), un supporto al gomito (5) con puleggia guida-cavo (6) dotata di nastro di fissaggio (7), quattro cavi di connessione (8) tra i supporti anulari (1) e (2), quattro piccoli attuatori (10) per i cavi, quattro connessioni a moschettone (9) dei cavi per collegamento dei cavi al supporto anulare inferiore (2), due sensori IMU (11) sui supporti anulari (1) e (2), una interfaccia elettronica (12) di controllo attuatori (10) e di raccolta e trasmissione dati dai sensori.With reference to figures 1 and 2, the portable exoskeleton with cables for motor assistance of the elbow? consisting of upper wearable ring support (1) with inflatable interface (3), lower wearable ring support (2) with inflatable interface (3), elbow support (5) with cable guide pulley (6) with tape (7), four connection cables (8) between the annular supports (1) and (2), four small actuators (10) for the cables, four carabiner connections (9) of the cables for connecting the cables to the support lower annular (2), two IMU sensors (11) on the annular supports (1) and (2), an electronic interface (12) for controlling the actuators (10) and for collecting and transmitting data from the sensors.

I supporti anulari (1) e (2) sono costituiti da un telaio a struttura geometrica indeformabile ma regolabile e dotati di una interfaccia in materiale deformabile gonfiabile, cos? da rendere i supporti anulari adattabili alle dimensioni del braccio dell?utente, assicurarne la loro posizione sul braccio e garantirne il totale comfort. In particolare, sul supporto anulare (1), da indossare sul braccio dell?utente, sono fissati gli attuatori dei cavi mentre nel supporto anulare (2), da indossare sull?avambraccio dell?utente, sono fissate le connessioni a moschettone dei cavi (8). Ogni cavo (8) ? azionato da un motore (10) con la caratteristica che ogni coppia di cavi funziona in maniera coordinata con movimenti in antagonismo, ovvero quando uno tira l?altro rilascia e viceversa.The annular supports (1) and (2) consist of a frame with a non-deformable but adjustable geometric structure and equipped with an interface in inflatable deformable material. to make the annular supports adaptable to the size of the user's arm, to ensure their position on the arm and to guarantee total comfort. In particular, on the annular support (1), to be worn on the user's arm, the cable actuators are fixed while in the annular support (2), to be worn on the user's forearm, the carabiner connections of the cables are fixed ( 8). Each cable (8)? driven by a motor (10) with the characteristic that each pair of cables works in a coordinated way with movements in antagonism, that is when one pulls the other releases and vice versa.

Il supporto al gomito (5) con puleggia guida-cavo (6) ? indossabile grazie al nastro (7) per confortevole indossamento e per distanziare il cavo posteriore da una possibile intersezione con parti del braccio durante il movimento assistito del gomito.The elbow support (5) with cable guide pulley (6)? wearable thanks to the tape (7) for comfortable wearing and to distance the rear cable from a possible intersection with parts of the arm during the assisted movement of the elbow.

Il vantaggio principale del dispositivo consiste nella sua struttura compatta con dimensioni ridotte e con componenti portatili agevolmente indossabili, anche grazie a piccoli servomotori installati sul supporto anulare superiore. Inoltre, la struttura si presta ad una realizzazione con materiali leggeri ed in varie scale costruttive di agevole costruzione e agevole funzionamento, permettendo il suo impiego in applicazioni di assistenza motoria del gomito in terapie fisioterapiche ed in esercizio fisico, con possibilit? di utilizzo in qualsiasi ambiente, anche non ospedaliero.The main advantage of the device consists in its compact structure with reduced dimensions and with portable components that can be easily worn, also thanks to small servomotors installed on the upper annular support. In addition, the structure lends itself to a construction with light materials and in various construction scales of easy construction and easy operation, allowing its use in applications of motor assistance of the elbow in physiotherapy therapies and in physical exercise, with the possibility? for use in any environment, even non-hospital.

La presente invenzione ? descritta con riferimento ad una forma predefinita di realizzazione. ? da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscano al medesimo nucleo inventivo, come definito nell?ambito di protezione delle rivendicazioni dichiarate.The present invention? described with reference to a predefined embodiment. ? it is to be understood that other embodiments may exist which pertain to the same inventive nucleus, as defined within the scope of the declared claims.

Claims (1)

Translated fromItalian

RIVENDICAZIONI1- Esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito composto da un supporto anulare indossabile superiore (1) con interfaccia gonfiabile (3), un supporto anulare indossabile inferiore (2) con interfaccia gonfiabile (3), un supporto al gomito (5) con puleggia guida-cavo (6) dotata di nastro di indossamento (7), quattro cavi di connessione (8) tra i supporti anulari (1) e (2), quattro attuatori (10) per i cavi, quattro connessioni (9) dei cavi a moschettone per collegamento dei cavi al supporto anulare inferiore (2), due sensori IMU (11) sui supporti anulari (1) e (2), una interfaccia elettronica (12) di controllo attuatori (10) e di raccolta e trasmissione dati dai sensori, con la struttura caratterizzata da fatto che i supporti anulari (1) e (2) si possono movimentare con un moto relativo di sistema ad architettura parallela a cavi.2- Esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito in accordo con la rivendicazione 1, nel quale i supporti anulari (1) e (2) sono costituiti da un telaio a struttura geometrica indeformabile ma regolabile e dotati di fascia di interfaccia in materiale deformabile gonfiabile, cos? da rendere i supporti anulari adattabili alle dimensioni del braccio dell?utente, assicurare la loro posizione sul braccio e garantirne il totale comfort.3- Esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito in accordo con la rivendicazione 1 nel quale il supporto al gomito (5) ? dotato di puleggia guida-cavo (6) con nastro (7) per confortevole indossamento avente la caratteristica di distanziare il cavo posteriore da una possibile intersezione con parti del braccio durante il movimento del gomito assistito.4- Esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito in accordo con la rivendicazione 1 nel quale i cavi di connessione (8) sono installati a coppie con la caratteristica di funzionare con movimenti in antagonismo per rilascio di uno in contemporanea della trazione dell?altro nel movimento assistito del gomito.5- Esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito in accordo con la rivendicazione 1 nel quale le connessioni (9) dei cavi sono realizzate ciascuna da un anello sul supporto anulare inferiore (2) e da un moschettone sull?estremit? di ciascuno cavo per agganciare il cavo ad apposito corrispondente anello sul supporto anulare inferiore con la caratteristica di permettere un facile indossamento del dispositivo e successivo assemblaggio della struttura a cavi a cinematica parallela .6- Esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito in accordo con le rivendicazioni 1 e 4, nel quale gli attuatori per cavi (10) sono installati a servizio di ciascuno cavo di una coppia per una azione coordinata che assicura il funzionamento dei due cavi di una coppia con movimenti in antagonismo. 7- Esoscheletro portatile a cavi per assistenza motoria del gomito in accordo con la rivendicazione 1 nel quale la interfaccia elettronica (12) ? composta di componenti elettronici per il controllo degli attuatori (10) e per la ricezione ed elaborazione di segnali dei sensori dagli attuatori (10), dagli IMU (11) e da eventuale sensoristica medica sull?arto dell?utente e per la loro archiviazione digitale e trasmissione caratterizzata dal fatto che permette il monitoraggio e la valutazione dell?azione motoria assistita.CLAIMS1- Portable cable exoskeleton for elbow motor assistance consisting of an upper wearable annular support (1) with inflatable interface (3), a lower wearable annular support (2) with inflatable interface (3), an elbow support (5) with cable guide pulley (6) equipped with wearing tape (7), four connection cables (8) between the annular supports (1) and (2), four actuators (10) for the cables, four connections (9) of the carabiner cables for connecting the cables to the lower annular support (2), two IMU sensors (11) on the annular supports (1) and (2), an electronic interface (12) for controlling the actuators (10) and for collecting and transmitting data from the sensors, with the structure characterized by the fact that the annular supports (1) and (2) can be moved with a relative motion of a system with parallel cable architecture.2- Portable exoskeleton with cables for motor assistance of the elbow in accordance with claim 1, in which the annular supports (1) and (2) consist of a frame with a non-deformable but adjustable geometric structure and equipped with an interface band in deformable material inflatable, cos? to make the annular supports adaptable to the size of the user's arm, to ensure their position on the arm and to guarantee total comfort.3- Portable cable exoskeleton for elbow motor assistance according to claim 1 in which the elbow support (5)? equipped with cable guide pulley (6) with tape (7) for comfortable wearing having the characteristic of distancing the rear cable from a possible intersection with parts of the arm during the movement of the assisted elbow.4- Portable exoskeleton with cables for motor assistance of the elbow in accordance with claim 1 in which the connection cables (8) are installed in pairs with the characteristic of working with antagonistic movements for the release of one at the same time as the traction of the other in the assisted movement of the elbow.5- Portable exoskeleton with cables for motor assistance of the elbow in accordance with claim 1 in which the connections (9) of the cables are each made by a ring on the lower annular support (2) and by a carabiner on the extremity? of each cable to hook the cable to a suitable corresponding ring on the lower annular support with the characteristic of allowing easy donning of the device and subsequent assembly of the parallel kinematic cable structure.6- Portable cable exoskeleton for elbow motor assistance in accordance with claims 1 and 4, in which the cable actuators (10) are installed to service each cable of a pair for a coordinated action that ensures the operation of the two cables of a couple with antagonistic movements. 7- Portable cable exoskeleton for elbow motor assistance in accordance with claim 1 in which the electronic interface (12)? composed of electronic components for the control of the actuators (10) and for the reception and processing of sensor signals from the actuators (10), from the IMUs (11) and any medical sensors on the user's limb and for their digital storage and transmission characterized by the fact that it allows the monitoring and evaluation of assisted motor action.