[go: up one dir, main page]

ES2370895B2 - Wearable robotic exoskeleton for human arm. - Google Patents

Wearable robotic exoskeleton for human arm. Download PDF

Info

Publication number
ES2370895B2
ES2370895B2 ES201131435A ES201131435A ES2370895B2 ES 2370895 B2 ES2370895 B2 ES 2370895B2 ES 201131435 A ES201131435 A ES 201131435A ES 201131435 A ES201131435 A ES 201131435A ES 2370895 B2 ES2370895 B2 ES 2370895B2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
arm
exoskeleton
shoulder
exo
user
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES201131435A
Other languages
Spanish (es)
Other versions
ES2370895A1 (en
Inventor
Roque Jacinto Saltaren Pazmiño
Jesús VARELA SANZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidad Politecnica de Madrid
Original Assignee
Universidad Politecnica de Madrid
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad Politecnica de Madrid filed Critical Universidad Politecnica de Madrid
Priority to ES201131435A priority Critical patent/ES2370895B2/en
Publication of ES2370895A1 publication Critical patent/ES2370895A1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2370895B2 publication Critical patent/ES2370895B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices ; Anti-rape devices
    • A61F5/01Orthopaedic devices, e.g. long-term immobilising or pressure directing devices for treating broken or deformed bones such as splints, casts or braces
    • A61F5/0102Orthopaedic devices, e.g. long-term immobilising or pressure directing devices for treating broken or deformed bones such as splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F5/013Orthopaedic devices, e.g. long-term immobilising or pressure directing devices for treating broken or deformed bones such as splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations for the arms, hands or fingers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006Exoskeletons, i.e. resembling a human figure

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un exoesqueleto robotizado accionado por cables y mecanismos paralelos de reducido peso y volumen, permitiendo al usuario moverse cómodamente y realizar terapias médicas, ayudas a la realización de fuerzas del tipo ortésico, actividades relacionadas con prácticas deportivas o entrenamientos especializados que requieran secuencias de movimientos o ayuda para las tareas cotidianas.#El sistema está formado por un chaleco (8), al cual están adosados el exo-brazo (2), el exo-antebrazo (3), una estructura de cinemática paralela del hombro que permite efectuar un seguimiento de los desplazamientos del hombro respecto al cuerpo, un sistema de compensación del peso (4, 5) del conjunto articulado, accionamientos de potencia (6) que permiten mover de manera controlada el brazo articulado, un sistema de alimentación autónomo y una unidad de control basada en computador (1) en la que residirán los procedimientos de control de movimiento, que pueden ser programados, tele-operados o coordinados.The present invention relates to a robotic exoskeleton powered by cables and parallel mechanisms of reduced weight and volume, allowing the user to move comfortably and perform medical therapies, aids to the realization of orthotic forces, activities related to sports practices or specialized training that require sequences of movements or help with everyday tasks. # The system is formed by a vest (8), to which the exo-arm (2), the exo-forearm (3), a parallel kinematic structure of the shoulder are attached which allows to track the shifts of the shoulder with respect to the body, a system of compensation of the weight (4, 5) of the articulated assembly, power drives (6) that allow to move in a controlled way the articulated arm, an autonomous feeding system and a computer-based control unit (1) in which the motion control procedures will reside, which can be r programmed, tele-operated or coordinated.

Description

Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano. Wearable robotic exoskeleton for human arm.

Campo de la invención Field of the Invention

La presente invención se engloba dentro del campo de medicina de rehabilitación, equipos de entrenamiento deportivo, robótica de cinemática paralela y robots asistenciales. En concreto, la invención se refiere a exoesqueletos que se pueden superponer al brazo de una persona para proporcionarle asistencia en rehabilitación, en entrenamiento deportivo, o en la vida diaria, ayudando a mover los brazos, según patrones de movimiento destinados a conseguir su rehabilitación o entrenamiento o la ejecución de los movimientos diarios más frecuentes. The present invention is encompassed within the field of rehabilitation medicine, sports training equipment, robotics of parallel kinematics and assistance robots. Specifically, the invention refers to exoskeletons that can be superimposed on the arm of a person to provide assistance in rehabilitation, in sports training, or in daily life, helping to move the arms, according to movement patterns intended to achieve their rehabilitation or training or the execution of the most frequent daily movements.

Antecedentes de la invención Background of the invention

En la actualidad, los robots de rehabilitación que existen en el mercado internacional se pueden clasificar en: Currently, rehabilitation robots that exist in the international market can be classified as:

1. one.
Robots fijos: Son de gran tamaño, peso e inercias. Necesitan estar anclados a una silla, al suelo o a una pared. Su apariencia es la de un robot industrial que rodea al usuario que suele estar sentado. El paciente no se puede desplazar. Fixed robots: They are of great size, weight and inertia. They need to be anchored to a chair, the floor or a wall. Its appearance is that of an industrial robot that surrounds the user who is usually sitting. The patient cannot move.

2. 2.
Robots tipo jaula: Es una estructura esquelética de habitación de cuyos extremos salen cables que controlan la posición del brazo del paciente, tumbado en una camilla en el centro. Es una estructura fija, muy voluminosa que se instala en centros hospitalarios. Cage-type robots: It is a skeletal room structure whose ends leave cables that control the position of the patient's arm, lying on a stretcher in the center. It is a fixed, very voluminous structure that is installed in hospital centers.

3. 3.
Robots tipo joystick: El usuario agarra con la mano un elemento, que puede envolver o no su muñeca y lo desplaza en un área de trabajo reducida. Un ordenador situado frente a él reproduce los movimientos realizados de forma simplificada (acercamiento o alejamiento de puntos). Joystick type robots: The user grabs an item by hand, which may or may not wrap his wrist and moves it in a small work area. A computer in front of it reproduces the movements made in a simplified way (zoom in or out of points).

4. Four.
Exoesqueletos. Son robots que se colocan sobre el brazo para aumentar su fuerza o para hacer rehabilitación. La mayoría de los modelos conocidos presentan grandes estructuras mecánicas y disponen de grandes actuadores de potencia para moverlas. Algunos son robots de cuerpo completo para soportar el peso del robot. Las versiones que sólo cubren la parte superior del cuerpo, son el maestro que permite controlar a un robot externo esclavo. Sólo utilizables por personas sanas. Exoskeletons They are robots that are placed on the arm to increase their strength or to do rehabilitation. Most of the known models have large mechanical structures and have large power actuators to move them. Some are full body robots to support the weight of the robot. The versions that only cover the upper part of the body are the master that allows an external slave robot to be controlled. Only usable by healthy people.

Las principales deficiencias o desventajas y problemas no resueltos de estos modelos son: The main deficiencies or disadvantages and unresolved problems of these models are:

--
Gran volumen: Dificulta la movilidad en los entornos humanos e impide llevarlo a casa o a diario con el paciente. Large volume: Difficult mobility in human environments and prevents taking it home or daily with the patient.

--
Gran peso: Un exoesqueleto pesado no es apto para pacientes que tienen los músculos débiles o personas mayores. Great weight: A heavy exoskeleton is not suitable for patients who have weak muscles or older people.

--
Apariencia industrial: Un robot grande atemoriza. Además estigmatiza a su usuario. Su aspecto imposibilita su uso diario en los entornos en que la persona se mueve habitualmente. Industrial appearance: A large robot frightens. It also stigmatizes its user. Its appearance precludes its daily use in the environments in which the person usually moves.

--
Complejidad: Los elementos de alta precisión, materiales caros, y mecanismos complejos impiden su aplicación doméstica. El reto es conseguir una solución eficaz y sencilla. Complexity: High precision elements, expensive materials, and complex mechanisms prevent domestic application. The challenge is to achieve an effective and simple solution.

--
Articulación del hombro: Casi todos los sistemas robóticos tratan el hombro como una junta esférica, pero en realidad su comportamiento no es este. El hombro no mantiene una posición fija ni un eje o centro del giro fijo. Se desplaza arriba-abajo y delante-detrás, cambiando así el centro de giro durante los movimientos. Shoulder joint: Almost all robotic systems treat the shoulder as a spherical joint, but in reality their behavior is not this. The shoulder does not maintain a fixed position or an axis or center of the fixed rotation. It moves up-down and front-back, thus changing the center of rotation during movements.

En 1995 Marc D. Taylor patentó (US5,417,643, referencia [2]) un soporte rudimentario para el brazo anclado a una silla en la que se coloca al usuario que permitía hacer ejercicios de elevación y rotación del brazo con fines de rehabilitación. Desde entonces ha habido una tendencia clara en diseño de robots de rehabilitación a situar al paciente en una silla de ruedas o fija y colocarlo junto al robot que moverá su brazo. A este tipo de robots, que llamaremos “robots fijos”, corresponden diseños como el divulgado en la patente US6,007,500 [8] de 1999, el divulgado en la referencia [9] de 2003, el ARMin, ARMin II, ARMin III de la universidad de Zurich [3] de 2007, o el robot de TSAI de la Universidad Nacional de Taiwan [4] del 2010. In 1995 Marc D. Taylor patented (US5,417,643, reference [2]) a rudimentary support for the arm anchored to a chair in which the user who allowed to perform lifting and rotation exercises of the arm for rehabilitation purposes is placed. Since then there has been a clear tendency in the design of rehabilitation robots to place the patient in a fixed wheelchair and place it next to the robot that will move his arm. These types of robots, which we will call “fixed robots,” correspond to designs such as the one disclosed in US6,007,500 [8] of 1999, the one disclosed in reference [9] of 2003, the ARMin, ARMin II, ARMin III of the University of Zurich [3] of 2007, or the TSAI robot of the National University of Taiwan [4] of 2010.

En 1998, Mark E. Rosheim presentó una de las primeras patentes de exoesqueleto moderno, US5,845,540-B1 [6]. Se trata de un sistema maestro-esclavo en el cual un operador humano se coloca sobre el cuerpo el exoesqueleto y lo usa como joystick maestro para manejar un robot esclavo. A este tipo, “Exoesqueletos maestro-esclavo”, corresponden el divulgado en la patente 5,845,540 [5] patentado en 2001 por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Seúl y el modelo patentado por Schiele, Andre Visentin, Gianfranco, EP1364755-B1 [1], presentado dos años después para aplicaciones espaciales. In 1998, Mark E. Rosheim filed one of the first patents of modern exoskeleton, US5,845,540-B1 [6]. It is a master-slave system in which a human operator places the exoskeleton on the body and uses it as a master joystick to operate a slave robot. To this type, “Master-slave exoskeletons”, correspond to the one disclosed in patent 5,845,540 [5] patented in 2001 by the Seoul Institute of Science and Technology and the model patented by Schiele, Andre Visentin, Gianfranco, EP1364755-B1 [1 ], presented two years later for space applications.

El producto ReoTherapy ReoGo de Motorika [11] del 2009 es un joystick de gran tamaño, que llega desde el suelo hasta la altura de la mano de una persona sentada en una silla de ruedas. El usuario mueve la palanca y un programa de ordenador muestra en una pantalla el movimiento de un punto que representa su mano. Le propone objetivos que el usuario debe alcanzar motivándolo mediante el juego de ordenador a ejecutar movimientos. The product ReoTherapy ReoGo by Motorika [11] of 2009 is a large joystick, which reaches from the ground to the height of the hand of a person sitting in a wheelchair. The user moves the lever and a computer program shows on a screen the movement of a point that represents his hand. It proposes objectives that the user must achieve by motivating him through the computer game to execute movements.

El MacARM [12] de Intelligent automation Inc del 2005 es un robot fijo de tipo jaula. El paciente se tumba en una camilla en el interior y unos cables desde las esquinas de la jaula desplazan su brazo por el espacio con fines de rehabilitación. Las invenciones [15] y [16] son relativas al “Sistema para entrenamiento bilateral” que consiste en una gran plataforma inclinada que se fija sobre una mesa o superficie plana. El paciente agarra unas manivelas y estas mueven las manos del paciente en movimientos deslizantes hacia delante y detrás. El sistema no es portable, ni exoesquelético. Corresponde al tipo “robot fijo”. The 2005 Intelligent automation Inc MacARM [12] is a fixed cage-type robot. The patient lies on a stretcher inside and cables from the corners of the cage move his arm through the space for rehabilitation purposes. The inventions [15] and [16] are related to the "System for bilateral training" which consists of a large inclined platform that is fixed on a table or flat surface. The patient grabs cranks and they move the patient's hands in sliding movements forward and backward. The system is not portable, nor exoskeletal. It corresponds to the "fixed robot" type.

La patente de referencia [1], EP1364755-B1, del 2003 es un exoesqueleto para brazo con 16 grados de libertad pensado para aplicaciones espaciales, concebido como un sistema maestro para dar órdenes a un robot esclavo para trabajos de mantenimiento en el espacio, devolviendo una realimentación de fuerzas (tipo joystick) que contribuya a manejar al robot esclavo con comodidad. Tiene mecanismos complejos como la unidad de actuación telescópica, un alto número de actuadores, sistemas de pretensado ajustables y muchos cables recorriendo el exoesqueleto para controlar las numerosas juntas. Su diseño no está bien adaptado a la rehabilitación, ni al entrenamiento, ni al uso por personas con debilidad motora. Para estas aplicaciones se requiere un sistema ligero, que pueda conseguir gran movilidad. La presente invención lo consigue con tan sólo 5 actuadores, y usando elementos ligeros, de reducido volumen y fácilmente ocultables. Además consigue un seguimiento correcto del movimiento del hombro gracias a la estructura paralela del hombro, y dispone de un sistema de compensación del peso del brazo que no tiene la patente EP1364755-B1, por estar concebida para ser movida por un brazo humano y no para mover el brazo. The reference patent [1], EP1364755-B1, of 2003 is an arm exoskeleton with 16 degrees of freedom designed for space applications, conceived as a master system to give orders to a slave robot for maintenance work in space, returning a feedback of forces (joystick type) that helps to manage the slave robot with comfort. It has complex mechanisms such as the telescopic actuation unit, a high number of actuators, adjustable prestressing systems and many cables running through the exoskeleton to control the numerous joints. Its design is not well adapted to rehabilitation, training, or use by people with motor weakness. For these applications a light system is required, which can achieve great mobility. The present invention is achieved with only 5 actuators, and using lightweight, small volume and easily concealed elements. It also achieves proper tracking of the movement of the shoulder thanks to the parallel structure of the shoulder, and has an arm weight compensation system that does not have the patent EP1364755-B1, because it is designed to be moved by a human arm and not for move your arm

La solicitud de patente PCT/ES2009/070305 titulada “Brazo robótico para el control del movimiento del brazo” Patent application PCT / ES2009 / 070305 entitled "Robotic arm for arm movement control"

[10] pertenece al grupo de “robots fijos” en una versión particular que sitúa al paciente sobre una camilla hospitalaria. El robot va anclado al techo y toma el brazo por su parte más alejada del cuerpo. Como todos los robots fijos no son aptos para acompañar a un paciente que se desplaza. [10] belongs to the group of “fixed robots” in a particular version that places the patient on a hospital bed. The robot is anchored to the ceiling and takes the arm by its part furthest from the body. Like all fixed robots, they are not suitable to accompany a patient who moves.

El exoesqueleto RUPERT [19] del que existen ya tres versiones, es un exoesqueleto actuado por sistemas neumáticos, con cuatro grados de libertad, uno en el hombro, dos en el codo y otro en la muñeca. Las principales debilidades de esta solución son que no lleva compensación de gravedad, que sólo dispone de un grado de libertad en el hombro, lo que hace inviable seguir a esta articulación en un rango normal de movimientos y la presencia de actuación neumática que obliga a conectarse a una fuente externa de aire a presión, que reduce su independencia y movilidad y lo hace ruidoso y difícil de ocultar a la vista. The RUPERT exoskeleton [19] of which there are already three versions, is an exoskeleton operated by pneumatic systems, with four degrees of freedom, one on the shoulder, two on the elbow and one on the wrist. The main weaknesses of this solution are that it does not carry gravity compensation, which only has a degree of freedom in the shoulder, which makes it impossible to follow this joint in a normal range of movements and the presence of pneumatic action that forces to connect to an external source of pressurized air, which reduces its independence and mobility and makes it noisy and difficult to hide from view.

La patente US7,862,524-B2 de referencia [7] es un exoesqueleto para el brazo para fines de rehabilitación del hombro que consta de potentes actuadores de potencia y voluminosas reductoras de tipo “harmonic drive” emplazadas directamente en las uniones de los eslabones que componen la estructura. Por su diseño es un sistema pesado, y que lógicamente necesita que los actuadores sean grandes, que no se pueden esconder y genera importantes pesos e inercias que complican el control del movimiento del brazo. Se distingue prácticamente de todos los modelos anteriores por tener una articulación torso-hombro que no aparece en ningún otro modelo. Esto supone un paso importante en la resolución del problema del hombro, pero sólo considera el desplazamiento del hombro en el plano frontal y fundamentalmente en vertical, lo que constituye una solución incompleta. Reference patent US7,862,524-B2 [7] is an exoskeleton for the arm for shoulder rehabilitation purposes consisting of powerful power actuators and bulky “harmonic drive” type actuators located directly at the junctions of the links that compose the structure. By design it is a heavy system, and that logically needs the actuators to be large, which cannot be hidden and generates significant weights and inertia that complicate the control of arm movement. It is distinguished from virtually all previous models by having a torso-shoulder joint that does not appear in any other model. This is an important step in the resolution of the shoulder problem, but only considers the displacement of the shoulder in the frontal plane and fundamentally in vertical, which constitutes an incomplete solution.

Hasta hoy no se conocen modelos de bajo coste, ni modelos de peso reducido con fuerza para mover el brazo del enfermo, ni sistemas de rehabilitación portátiles que se puedan llevar al propio hogar, ni exoesqueletos portables con compensación pasiva de la gravedad, ni sistemas que se adapten bien a la movilidad del hombro, ni exoesqueletos de entrenamiento deportivo que permitan practicar movimientos para perfeccionar la ejecución de los mismos. La presente invención resuelve los problemas comentados. Until today there are no known low-cost models, nor models of reduced weight with force to move the arm of the patient, or portable rehabilitation systems that can be taken to the home, or portable exoskeletons with passive gravity compensation, or systems that They adapt well to the mobility of the shoulder, or exoskeletons of sports training that allow practicing movements to improve their execution. The present invention solves the problems discussed.

Referencias References

[1] Patente EP1364755-B1. Título: “Exoesqueleto para un brazo humano, Particularmente para aplicaciones espaciales”. Publicación BOPI (OEMP): ES2334780-T3. Autores: Andre Schiele; Gianfranco Visentin. [1] Patent EP1364755-B1. Title: "Exoskeleton for a human arm, Particularly for space applications". BOPI Publication (OEMP): ES2334780-T3. Authors: Andre Schiele; Gianfranco Visentin.

[2] Patent Number US 5,417,643. “Continuous passive motion exercise device” Inventor: Marc D. Taylor, Columbus, Ohio. Asignado a: Danninger Medical Technology, Inc, Columbus Ohio. [2] US Patent Number 5,417,643. “Continuous passive motion exercise device” Inventor: Marc D. Taylor, Columbus, Ohio. Assigned to: Danninger Medical Technology, Inc, Columbus Ohio.

[3] “ARMin-Exoskeleton for Arm Therapy in Stroke Patients” Tobias Nef, Matjaz Mihelj, Gabriela Kiefer, Christina Perndl, Roland Müller, Robert Riener, member IEEE. University Zurich, Switzerland. 2007. [3] “ARMin-Exoskeleton for Arm Therapy in Stroke Patients” Tobias Nef, Matjaz Mihelj, Gabriela Kiefer, Christina Perndl, Roland Müller, Robert Riener, member IEEE. University Zurich, Switzerland 2007

[4] TSAI -OCT 2010] “An Articulated Rehabilitation Robot for Upper Limb Physiotherapy and Training”. B.-C. Tsai, W.-W. Wang, L-C. Fu and J.-S. Lai National Taiwan University Hospital, National Taiwan University, Taiwan. [4] TSAI -OCT 2010] “An Articulated Rehabilitation Robot for Upper Limb Physiotherapy and Training”. B.-C. Tsai, W.-W. Wang, L-C. Fu and J.-S. Lai National Taiwan University Hospital, National Taiwan University, Taiwan.

[5] Patent No: US 6,301,526 B1. “Master device having force reflection function”. Inventores: Mun Sang Kim, Soo Yong Lee, Chong won Lee del “Institute of Science and Technology, Seoul (KR). [5] Patent No: US 6,301,526 B1. “Master device having force re fl ection function”. Inventors: Mun Sang Kim, Soo Yong Lee, Chong won Lee of the Institute of Science and Technology, Seoul (KR).

[6] U.S. 5,845,540 “Robotic Manipulator” Inventor Mark E. Rosheim, St Paul, Minn. Por “Ross-Hime Designs, Incorporated, St. Paul, Minn. [6] U.S. 5,845,540 "Robotic Manipulator" Inventor Mark E. Rosheim, St Paul, Minn. By “Ross-Hime Designs, Incorporated, St. Paul, Minn.

[7] Patent Number US 7,862,524 B2 “Portable arm exoskeleton for shoulder rehabilitation”. Inventores: Craig R. Carignan, Michael Scott Liszka. Jan. 4, 2011. [7] Patent Number US 7,862,524 B2 "Portable arm exoskeleton for shoulder rehabilitation". Inventors: Craig R. Carignan, Michael Scott Liszka. Jan. 4, 2011.

[8] Patente U.S. 6,007,500 “Shoulder, rotator cuff, and elbow stretching machine”. Inventor John J. Quintinskie, Jr. 31025 5th Ave. South, Federal Way, Wash 98003. Dec. 28, 1999. [8] U.S. Patent 6,007,500 "Shoulder, rotator cuff, and elbow stretching machine". Inventor John J. Quintinskie, Jr. 31025 5th Ave. South, Federal Way, Wash 98003. Dec. 28, 1999.

[9] “Upper extremity exoskeleton structure and method”. Inventores: Vladimir Zemlyakov, Haverhill MA (US); Patrick McDonough, Kensington, NH (US). Jun. 26, 2003. [9] "Upper extremity exoskeleton structure and method". Inventors: Vladimir Zemlyakov, Haverhill MA (US); Patrick McDonough, Kensington, NH (US). Jun. 26, 2003.

[10] Solicitud de patente PCT/ES2009/070305 “Brazo robótico para el control del movimiento del brazo”. Inventores: Jose María Sabater Navarro, Eduardo Fernandez Jover, Nicolas Manuel García Aracil, Jose María Azorín Poveda, Carlos Perez Vidal. 11 marzo 2010. [10] Patent application PCT / ES2009 / 070305 "Robotic arm for control of arm movement". Inventors: Jose María Sabater Navarro, Eduardo Fernandez Jover, Nicolas Manuel García Aracil, Jose María Azorín Poveda, Carlos Perez Vidal. March 11, 2010.

[11] ReoTherapy ReoGo de Motorika. Producto comercial. [11] ReoTherapy ReoGo by Motorika. Comercial product.

[12] “Development of the MACARM -a Novel Cable Robot for Upper Limb Neurorehabilitation”. David Mayhew, Benjamin Bachrach,W. Zev Rymer, and Randall F. Beer. Proceedings of the 2005 IEEE. [12] "Development of the MACARM -a Novel Cable Robot for Upper Limb Neurorehabilitation". David Mayhew, Benjamin Bachrach, W. Zev Rymer, and Randall F. Beer. Proceedings of the 2005 IEEE.

[13] Solicitud de patente europea EP02075669 “Dispositivo de locomoción de la marcha”. Inventor: Amit Goffer por ARGO Medical Tech. 2002. [13] European patent application EP02075669 "Gear locomotion device". Inventor: Amit Goffer by ARGO Medical Tech. 2002.

[14] Solicitud de patente internacional PCT/CH2002/000255 “Dispositivo de reeducación y/o entrenamiento de los miembros inferiores de la persona”. Inventores: Roland Brodard, Raymond Clavel por la Fondation Suisse por les Cybertheses. [14] International patent application PCT / CH2002 / 000255 "Device for reeducation and / or training of the lower limbs of the person". Inventors: Roland Brodard, Raymond Clavel for the Fondation Suisse for les Cybertheses.

[15] “Dispositivo ortésico dinámico para la monitorización, diagnóstico y supresión de temblor patológico”. Inventores: Jose Luis Pons Rovira, Eduardo Rocon de Lima, Andre Ruiz Olaya, Ramón Ceres Ruiz, Leopoldo Calderón Estevez, Juan Manuel Belda -Lois, Javier Sanchez Lacuesta, Ricard Barbera Guillem, Jaime Prat Pastor. C.S.I.C. Instituto de biomecánica de Valencia. 2008. [15] "Dynamic orthotic device for monitoring, diagnosis and suppression of pathological tremor". Inventors: Jose Luis Pons Rovira, Eduardo Rocon de Lima, Andre Ruiz Olaya, Ramón Ceres Ruiz, Leopoldo Calderón Estevez, Juan Manuel Belda-Lois, Javier Sanchez Lacuesta, Ricard Barbera Guillem, Jaime Prat Pastor. C.S.I.C. Institute of Biomechanics of Valencia. 2008

[16] “Mecanismo de desplazamiento cartesiano con transmisión única y doble accionamiento”. Inventores: Jose Miguel Sanchez Soler, Miguel �?ngel Abad Martín-Camuas, Artemio Paya Vicens. 2006. [16] "Cartesian travel mechanism with single transmission and double drive". Inventors: Jose Miguel Sanchez Soler, Miguel �? Ngel Abad Martín-Camuas, Artemio Paya Vicens. 2006

[17] PAT US 2001/001,222 “Dispositivo para el entrenamiento bilateral” Jill Whitall, Sandy McCombe-Waller, David Grant. [17] PAT US 2001 / 001,222 "Device for bilateral training" Jill Whitall, Sandy McCombe-Waller, David Grant.

[18] PAT US 2006/0,194,677 “Bilateral arm trainer and method of use”. Jill Whitall, Sandy McCombe-Waller, David Grant. Continuación de la solicitud del 2002 PCT/US01/001222. [18] PAT US 2006 / 0.194.677 "Bilateral arm trainer and method of use". Jill Whitall, Sandy McCombe-Waller, David Grant. Continued request for 2002 PCT / US01 / 001222.

[19] “Design and Control of RUPERT: A device for Robotic Upper Extremity Repetitive Therapy”. Thomas G. Sugar, Jiping He, Edward J. Koeneman, James B. Koeneman, Richard Herman,H. Huang, Robert S. Shultz, D.E. Herring,J. Wanberg, Sivakumar Balasubramanian, Pete Swenson, Jeffrey A. Ward. IEEE Transactions on neural systems and rehabilitation engineering vol 15. N-3 Sept 2007. [19] "Design and Control of RUPERT: A device for Robotic Upper Extremity Repetitive Therapy". Thomas G. Sugar, Jiping He, Edward J. Koeneman, James B. Koeneman, Richard Herman, H. Huang, Robert S. Shultz, D.E. Herring, J. Wanberg, Sivakumar Balasubramanian, Pete Swenson, Jeffrey A. Ward. IEEE Transactions on neural systems and rehabilitation engineering vol 15. N-3 Sept 2007.

Descripción de la invención Description of the invention

La presente invención se refiere a un exoesqueleto robotizado vestible accionado por cables y mecanismos paralelos que lo caracterizan por ser de reducido peso y volumen para ser vestido sobre el tronco humano y los brazos y que puede ser utilizado de manera habitual para aportar fuerza al usuario. The present invention refers to a wearable robotic exoskeleton powered by parallel cables and mechanisms that characterize it for being of reduced weight and volume to be dressed on the human trunk and arms and that can be used routinely to provide strength to the user.

La presente invención resuelve los problemas del estado del arte anteriormente enumerados mediante una estructura paralela con componentes elásticos que tiene en cuenta los grados de libertad adicionales debidos al desplazamiento del punto de giro del hombro en las tres dimensiones del espacio. El conjunto de la plataforma paralela del hombro aporta, no solo el movimiento torso-hombro que permite su elevación en el plano frontal, sino también el movimiento en los planos sagital y transversal no considerados en el diseño de la patente US6,007,500, ni en ningún otro. Adicionalmente hay que resaltar que esta movilidad se consigue de forma pasiva (muelles superior e inferiores), por lo cual, sigue correctamente los movimientos del hombro en cualquiera de los modos de realización presentados, y no de forma aproximada. The present invention solves the problems of the state of the art listed above by means of a parallel structure with elastic components that takes into account the additional degrees of freedom due to the displacement of the point of rotation of the shoulder in the three dimensions of space. The parallel shoulder platform assembly provides not only the torso-shoulder movement that allows its elevation in the frontal plane, but also the movement in the sagittal and transverse planes not considered in the US6,007,500 patent design, nor in no other. Additionally, it should be noted that this mobility is achieved passively (upper and lower springs), therefore, it correctly follows the movements of the shoulder in any of the presented embodiments, and not approximately.

Además el robot exoesquelético vestible tiene un accionamiento basado en cables, que distribuye los actuadores de potencia fuera del brazo, es mucho más ligero, menos voluminoso, con menor consumo, y por todo ello, una visión completamente diferente en la que la mecánica se puede esconder de la vista y su reducido peso lo hace mucho más apto para ser empleado por personas con debilidad motora. In addition, the wearable exoskeletal robot has a cable-based drive, which distributes power actuators outside the arm, is much lighter, less bulky, with less consumption, and therefore, a completely different view in which the mechanics can be hiding from sight and its reduced weight makes it much more apt to be employed by people with motor weakness.

El sistema es aplicable en la asistencia a personas con limitaciones motoras, en funciones de rehabilitación de las extremidades o ayuda al movimiento de estas. Es aplicable también en actividades de tipo general que requieran control y coordinación de movimientos tales como: entrenamiento deportivo (tenis, ping-pong,...), entrenamientos de tipo médico quirúrgico (aplicaciones de laparoscopia, etc.), manipulaciones especializadas en control de navegación, caracterizadas por la capacidad del dispositivo de reproducir movimientos prefijados o controlados por un asistente mediante operación directa o remota. The system is applicable in the assistance to people with motor limitations, in functions of rehabilitation of the limbs or aid to the movement of these. It is also applicable in general activities that require control and coordination of movements such as: sports training (tennis, ping-pong, ...), surgical medical training (laparoscopy applications, etc.), manipulations specialized in control navigation, characterized by the ability of the device to reproduce movements set or controlled by an assistant through direct or remote operation.

El exoesqueleto objeto de la presente invención aporta las siguientes ventajas: The exoskeleton object of the present invention provides the following advantages:

--
Ligereza o reducción de peso y volumen: Evita que el usuario cargue peso innecesariamente y le permite moverse con libertad por entornos humanos. Además todo contribuye a poder llevarse el robot a casayala calle. Esta ventaja es proporcionada por el accionamiento de cables (que permiten sacar los motores del brazo, reduciendo el peso del mismo y el tamaño de los actuadores necesarios), por la estructura cinemática paralela del hombro (que permite reducir el número de actuadores necesario para hacer un buen seguimiento del hombro) y por el sistema de compensación cinetostático (un muelle superior y dos muelles inferiores compensan el peso del brazo, por lo que se requiere menos par para moverlo, reduciendo así el tamaño y peso de los motores). Lightness or reduction in weight and volume: Prevents the user from loading weight unnecessarily and allows him to move freely through human environments. In addition everything contributes to being able to take the robot to casayala street. This advantage is provided by the actuation of cables (which allow the motors to be removed from the arm, reducing the weight of the arm and the size of the necessary actuators), by the parallel kinematic structure of the shoulder (which allows reducing the number of actuators necessary to make good shoulder tracking) and by the kinetostatic compensation system (an upper spring and two lower springs compensate for the weight of the arm, so less torque is required to move it, thus reducing the size and weight of the engines).

--
Seguimiento correcto del hombro: Seguimiento correcto de los desplazamientos del hombro respecto al cuerpo en el espacio (proporciona 3 grados de libertad adicionales). Evita dolor y molestias al usuario. Proporcionado por la estructura de cinemática paralela del hombro (por el diseño de la estructura que une exo-brazo y chaleco, se consigue seguir el movimiento del hombro en el espacio sin forzarlo). Correct shoulder tracking: Correct tracking of shoulder shifts relative to the body in space (provides 3 additional degrees of freedom). Avoid pain and discomfort to the user. Provided by the parallel kinematic structure of the shoulder (by the design of the structure that joins exo-arm and vest, it is possible to follow the movement of the shoulder in the space without forcing it).

--
Sencillez y bajo coste: Para poder dar acceso a tratamiento a muchos pacientes. El diseño evita los elementos complejos de pretensado y ajuste. Simplicity and low cost: In order to give access to treatment to many patients. The design avoids the complex elements of prestressing and adjustment.

--
Sencillez de grabación de movimientos y sencillez de control para el usuario: Intuitivo para médicos, terapeutas, entrenadores y usuarios. Proporcionado por unos dedales o sensores de presión externos, que permiten un guiado sencillo e intuitivo del brazo muy parecido al que usaría un médico en el tratamiento manual. Permiten también al usuario mover con un dedo o dos su brazo impedido. Simplicity of movement recording and user control simplicity: Intuitive for doctors, therapists, trainers and users. Provided by external thimbles or pressure sensors, which allow a simple and intuitive guidance of the arm very similar to what a doctor would use in manual treatment. They also allow the user to move their hindered arm with a finger or two.

--
Versatilidad: Proporcionado por un computador programable y los dedales externos, permitiendo que resulte sencillo grabar múltiples y diferentes movimientos para repetir su ejecución. Versatility: Provided by a programmable computer and external thimbles, allowing it to be easy to record multiple and different movements to repeat its execution.

--
Comodidad, ajuste al cuerpo: Proporcionado por acolchamientos, zonas de sujeción amplias, puntos de apoyo rígidos y amplios de componentes que soportan presiones y fijaciones mediante bandas elásticas, que hacen que el usuario no sienta esfuerzos puntuales o localizados en áreas concretas de su cuerpo. Los esfuerzos se distribuyen en amplias zonas mejorando su confort. Comfort, fit to the body: Provided by padding, wide support areas, rigid and wide support points of components that support pressures and fixations through elastic bands, which make the user not feel specific or localized efforts in specific areas of his body. The efforts are distributed in large areas improving your comfort.

--
Método sencillo de mejorar el control de los cables: Proporcionado por poleas helicoidales, que hacen que el cable de tracción vaya por el surco y así se evita que el cable se monte sobre sí mismo de forma aleatoria en diferentes vueltas. Esto permite saber mejor la cantidad de cable recogido o liberado, mejorando el control de posición de forma sencilla, ligera y de bajo coste. Simple method of improving the control of the cables: Provided by helical pulleys, which make the traction cable go through the groove and thus prevent the cable from mounting on itself randomly on different turns. This allows to know better the quantity of collected or released cable, improving the position control in a simple, light and low cost way.

La presente invención dispone de importantes características técnicas, las cuales permiten solucionar distintos problemas: The present invention has important technical characteristics, which allow solving different problems:

--
Estructura cinemática paralela del hombro, que proporciona las siguientes ventajas: Parallel kinematic structure of the shoulder, which provides the following advantages:

Seguimiento correcto del hombro: Permite seguir el movimiento del eje de giro del hombro en todas direcciones. Es decir, además de los tres grados de libertad básicos cubre el desplazamiento del hombro en vertical y horizontal (en los planos frontal, sagital y transversal), gracias a sus elementos elásticos, sin producir daño ni molestia al usuario y permitiendo el control del brazo. Correct shoulder tracking: Allows to follow the movement of the axis of rotation of the shoulder in all directions. That is, in addition to the three basic degrees of freedom it covers the displacement of the shoulder in vertical and horizontal (in the frontal, sagittal and transverse planes), thanks to its elastic elements, without causing damage or discomfort to the user and allowing the control of the arm .

Ligereza o reducción de peso y volumen: Un muelle superior y dos muelles inferiores compensan el peso del brazo, por lo que se requiere menos par para moverlo. Se reduce así el tamaño y peso de los motores y el número de elementos necesarios para su control (menos motores) y para el guiado de cables (menos cables, fundas, poleas,...), reduciéndose por tanto el peso del conjunto. Lightness or reduction in weight and volume: An upper spring and two lower springs compensate for the weight of the arm, so less torque is required to move it. This reduces the size and weight of the motors and the number of elements necessary for their control (less motors) and for the guidance of cables (less cables, covers, pulleys, ...), thus reducing the weight of the assembly.

Reducción del consumo, aumento de la autonomía: Por usar motores de menor potencia, el consumo de energía es menor. Reduction of consumption, increase of autonomy: By using engines of lower power, energy consumption is lower.

Sencillez y bajo coste: Emplea pocos elementos, sencillos y ligeros (muelles, cables y piezas sencillas). Evita sistemas complicados de pretensado y sistemas de múltiples poleas de guiado o mantenimiento de tensión en los cables. Evita además sistemas de seguimiento del hombro basados en múltiples grados de libertad o en grandes y pesadas piezas rígidas que requieren precisión y ausencia de holguras que encarecen el sistema. No se necesita titanio o materiales caros para su construcción eficaz. Se puede hacer con materiales de uso corriente. Simplicity and low cost: It uses few elements, simple and light (springs, cables and simple pieces). Avoid complicated pre-tensioning systems and multi-guide systems for tension or cable tension maintenance. It also avoids shoulder tracking systems based on multiple degrees of freedom or large and heavy rigid parts that require precision and absence of gaps that make the system more expensive. No titanium or expensive materials are needed for its effective construction. It can be done with commonly used materials.

Gran área de trabajo útil: Por su diseño, permite el funcionamiento manteniendo una gran área de trabajo útil. Otros mecanismos del estado del arte limitan el área de trabajo real por el tamaño de sus motores, o por sus estructuras, que colisionan en ciertas posturas o por los mecanismos complejos que circundan el brazo o por la dificultad de mantener la fuerza de tracción en todas las posiciones sin añadir actuadores adicionales. Large useful work area: By design, it allows operation while maintaining a large useful work area. Other mechanisms of the state of the art limit the real work area by the size of its engines, or by its structures, which collide in certain postures or by the complex mechanisms that surround the arm or by the difficulty of maintaining the tensile force in all positions without adding additional actuators.

Camuflable: El diseño hace que no sobresalgan piezas voluminosas, lo que lo hace ocultable a la vista bajo la ropa. Esto facilita la aceptación del paciente. Camouflage: The design means that bulky pieces do not protrude, which makes it concealed from view under clothing. This facilitates patient acceptance.

--
Actuación mediante cables: Proporciona ligereza, reducción de peso y volumen, reducción del consumo y permite que sea camuflable. Permite trasladar los motores fuera del brazo, reduciendo el peso de la carga y por tanto la necesidad de par motor. Cable operation: Provides lightness, weight and volume reduction, consumption reduction and allows it to be camouflaged. It allows to move the motors out of the arm, reducing the weight of the load and therefore the need for torque.

--
Exoesqueleto: Al tratarse la invención de un exoesqueleto, aporta movilidad al usuario, permitiéndole moverse con libertad por entornos diversos (hacer el tratamiento en casa, entrenar en cualquier sitio, recibir asistencia a un brazo impedido en la calle). Exoskeleton: Being the invention of an exoskeleton, it provides mobility to the user, allowing him to move freely through diverse environments (do the treatment at home, train anywhere, receive assistance to an impaired arm in the street).

--
Su diseño: Es camuflable, el diseño hace que no sobresalgan piezas voluminosas lo que lo hace ocultable a la vista bajo ropa. Esto facilita la aceptación del paciente y otros. Its design: It is changeable, the design means that bulky pieces do not protrude, which makes it concealed from view under clothing. This facilitates the acceptance of the patient and others.

El exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano comprende: The wearable robotic exoskeleton for human arm comprises:

--
una exo-muñeca, que comprende al menos un anillo para soportar la muñeca del usuario y permitir su giro; an exo-wrist, comprising at least one ring to support the user's wrist and allow its rotation;

--
un exo-antebrazo, unido a la exo-muñeca y encargado de soportar el antebrazo del usuario; an exo-forearm, attached to the exo-wrist and responsible for supporting the user's forearm;

--
un exo-brazo encargado de soportar el brazo del usuario, unida al exo-antebrazo mediante una articulación móvil para permitir el giro del codo del usuario; an exo-arm responsible for supporting the user's arm, attached to the exo-forearm by a mobile joint to allow the user's elbow to rotate;

--
una unión del exo-brazo con la plataforma móvil del hombro para permitir la rotación del brazo en el hombro; a union of the exo-arm with the mobile shoulder platform to allow rotation of the arm on the shoulder;

--
una pluralidad de cables de tracción para forzar el movimiento de cada articulación; a plurality of traction cables to force the movement of each joint;

--
una pluralidad de actuadores de potencia para actuar los cables de tracción; a plurality of power actuators for actuating the traction cables;

--
medios portadores para ser portados por el usuario y encargados de soportar los actuadores de potencia; carrier means to be carried by the user and responsible for supporting the power actuators;

--
una estructura de cinemática paralela del hombro, encargada de proporcionar la movilidad del brazo con respecto al hombro y de efectuar un seguimiento correcto de los desplazamientos del hombro respecto al cuerpo, que comprende al menos una pluralidad de cables que conectan un soporte de brazo, que actúa como plataforma móvil de la estructura de cinemática paralela, con los medios portadores, que actúan como plataforma base de la estructura de cinemática paralela. a parallel kinematic structure of the shoulder, responsible for providing the mobility of the arm with respect to the shoulder and for correctly tracking the shifts of the shoulder with respect to the body, which comprises at least a plurality of cables connecting an arm support, which It acts as a mobile platform for the parallel kinematics structure, with the carrier means, which act as the base platform for the parallel kinematics structure.

La estructura de cinemática paralela del hombro comprende preferentemente un sistema de compensación de gravedad, formado por una pluralidad de muelles que conectan el soporte de brazo y los medios portadores para soportar parcial o totalmente el peso del brazo del usuario. The parallel kinematic structure of the shoulder preferably comprises a gravity compensation system, formed by a plurality of springs connecting the arm support and the carrier means to partially or totally support the weight of the user's arm.

En una realización preferida el sistema de compensación de gravedad comprende al menos uno de los siguientes: In a preferred embodiment, the gravity compensation system comprises at least one of the following:

--
un par de amortiguadores inferiores que soportan el brazo por delante y por detrás del mismo, apoyándose en dos puntos situados en la parte inferior de los medios portadores. a pair of lower shock absorbers that support the arm in front of and behind it, resting on two points located at the bottom of the carrier means.

--
un muelle superior anclado, en vertical cerca de una hombrera, a los medios portadores y unido por el otro extremo al soporte del brazo. an upper spring anchored, vertically near a shoulder strap, to the carrier means and attached at the other end to the arm support.

La exo-muñeca está preferiblemente formada por tres anillos concéntricos, disponiendo el anillo central de forma de polea para guiar un cable tractor y poder rotar sobre su eje para girar la muñeca del usuario en sentido horario o antihorario. The exo-wrist is preferably formed by three concentric rings, the central pulley-shaped ring arranged to guide a tractor cable and rotate on its axis to rotate the user's wrist clockwise or counterclockwise.

Tanto el exo-antebrazo como el exo-brazo comprenden preferentemente, para mantener el brazo del usuario sujeto al exoesqueleto, una rejilla con forma de semicilindro, unos acolchamientos y unas fijaciones mediante bandas elásticas para sujetar el conjunto y distribuir la presión por todo el brazo. Both the exo-forearm and the exo-arm preferably comprise, to keep the user's arm attached to the exoskeleton, a semi-cylinder shaped grid, padding and fixations by elastic bands to hold the assembly and distribute the pressure throughout the arm .

La estructura de cinemática paralela del hombro puede comprender un cable de tracción hacia abajo, encargado de forzar el movimiento del brazo hacia abajo, que se divide en una pluralidad de tendones para equilibrar el movimiento y obtener puntos de anclaje sobre el soporte base desplazados lateralmente. The parallel kinematic structure of the shoulder can comprise a downward pull cable, which is responsible for forcing the movement of the arm down, which is divided into a plurality of tendons to balance the movement and obtain anchor points on the laterally displaced base support.

En una realización preferida a estructura de cinemática paralela del hombro comprende: In a preferred embodiment a parallel kinematic structure of the shoulder comprises:

--
un cable de tracción encargado de actuar sobre el brazo desde la parte delantera para forzar el movimiento del brazo hacia adelante, y a traction cable responsible for acting on the arm from the front to force forward arm movement, and

--
un muelle anclado por detrás del brazo a la espalda de los medios portadores, para forzar el movimiento del brazo hacia atrás. a spring anchored behind the arm to the back of the carrier means, to force the movement of the arm back.

En otra realización la estructura de cinemática paralela del hombro comprende: In another embodiment, the parallel kinematic structure of the shoulder comprises:

--
un cable de tracción encargado de actuar sobre el brazo desde la parte trasera para forzar el movimiento del brazo hacia atrás, y a traction cable responsible for acting on the arm from the rear to force the movement of the arm back, and

--
un muelle anclado por delante del brazo a los medios portadores para forzar el movimiento del brazo hacia adelante. a spring anchored in front of the arm to the carrier means to force the movement of the arm forward.

La rotación del brazo en el hombro se puede efectuar mediante una cualquiera de las siguientes formas: The rotation of the arm on the shoulder can be done in any of the following ways:

--
mediante dos cables que trabajan en oposición; through two cables that work in opposition;

--
mediante un cable y un muelle. by a cable and a spring.

La rotación de la muñeca se puede efectuar también mediante una cualquiera de las siguientes formas: The wrist rotation can also be done in any of the following ways:

--
mediante dos cables de tracción; by two traction cables;

--
mediante un cable de tracción y un muelle. by a traction cable and a spring.

La rotación del codo se puede efectuar mediante una cualquiera de las siguientes formas: Elbow rotation can be done in any of the following ways:

--
mediante dos cables de tracción trabajando en oposición; by two traction cables working in opposition;

--
mediante un cable de tracción y un muelle. by a traction cable and a spring.

La articulación del codo comprende preferentemente: -dos piezas móviles con un eje de giro común, la primera pieza móvil formando parte del exo-antebrazo y la The elbow joint preferably comprises: -two moving parts with a common axis of rotation, the first moving part forming part of the exo-forearm and the

segunda pieza móvil del exo-brazo; second exo-arm moving part;

--
unos topes para evitar que el codo pueda girar hacia atrás más allá de una posición límite; stops to prevent the elbow from turning backwards beyond a limit position;

--
una polea, unida solidariamente a la primera pieza móvil, que permite el accionamiento de la articulación del a pulley, jointly and severally attached to the first moving part, which allows the articulation of the

codo a través de dos cables de tracción. elbow through two traction cables.

El exoesqueleto puede comprender: -un encoder ubicado en la polea para determinar el ángulo que relaciona la posición de la primera pieza móvil The exoskeleton may comprise: -a encoder located on the pulley to determine the angle that relates the position of the first moving part

respecto a la segunda pieza móvil; with respect to the second moving part;

--
un sensor inercial en el exo-brazo para determinar su inclinación; an inertial sensor in the exo-arm to determine its inclination;

--
un sensor inercial en el exo-antebrazo para, junto con la información del encoder de la polea, determinar la an inertial sensor in the exo-forearm to, together with the pulley encoder information, determine the

posición del exo-antebrazo. exo-forearm position.

--
un sensor inercial sobre la hombrera de los medios portadores para determinar la posición relativa del brazo respecto al cuerpo del usuario. an inertial sensor on the shoulder of the carrier means to determine the relative position of the arm relative to the user's body.

Los medios portadores comprenden preferiblemente un chaleco, y pueden comprender adicionalmente una mochila. The carrier means preferably comprise a vest, and may additionally comprise a backpack.

Los actuadores de potencia se pueden seleccionar de entre los siguientes: actuadores lineales, actuadores rotacionales o una combinación de los anteriores. En una realización preferida, los actuadores de potencia rotacionales ejercen su tracción sobre el cable mediante una polea con un surco helicoidal que permite conducir el cable en su recogida. Power actuators can be selected from the following: linear actuators, rotational actuators or a combination of the above. In a preferred embodiment, the rotational power actuators exert their traction on the cable by means of a pulley with a helical groove that allows the cable to be driven in its collection.

El exoesqueleto puede comprender también una pluralidad de dedales de sensores externos ubicados en el propio exoesqueleto para activar los actuadores de potencia y así comandar los movimientos del mismo. Cada dedal de sensores externo comprende preferentemente un conjunto de cinco sensores incluidos en el interior (98) de un dedal. Los dedales de sensores externos se pueden disponer en pares de dedales con funciones opuestas. The exoskeleton can also comprise a plurality of external sensor thimbles located in the exoskeleton itself to activate the power actuators and thus command the movements thereof. Each external sensor thimble preferably comprises a set of five sensors included inside (98) of a thimble. External sensor thimbles can be arranged in pairs of thimbles with opposite functions.

El exoesqueleto puede disponer de medios de almacenamiento de datos, medios de entrada para selección de un modo de funcionamiento del exoesqueleto y de una unidad de control configurada para, en función de dicha selección, seleccionar uno de los siguientes modos de funcionamiento del exoesqueleto: The exoskeleton can have data storage means, input means for selecting an operating mode of the exoskeleton and a control unit configured to, depending on that selection, select one of the following operating modes of the exoskeleton:

--
modo de grabación de trayectorias, para registrar los movimientos realizados por el exoesqueleto en los medios de almacenamiento de datos; trajectory recording mode, to record the movements made by the exoskeleton in the data storage media;

--
modo de seguimiento de trayectoria grabada, para seleccionar una trayectoria deseada, previamente grabada en los medios de almacenamiento de datos, y repetir dicha trayectoria de manera automática o permitir que el usuario intente seguirla y corregirle cuando se salga de ella; recorded path tracking mode, to select a desired path, previously recorded on the data storage media, and repeat that path automatically or allow the user to try to follow it and correct it when leaving it;

--
modo de seguimiento de sensores externos, para permitir el control del movimiento del exoesqueleto a través de los sensores externos. External sensor tracking mode, to allow control of exoskeleton movement through external sensors.

Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention which is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly below.

Figura 1: Vista frontal general del exoesqueleto. Figure 1: General front view of the exoskeleton.

Figuras 2A y 2B: Vista posterior del exesqueleto. Figures 2A and 2B: Rear view of the ex-skeleton.

Figura 3: Modo de realización del exoesqueleto sin muelle superior y con una mochila que soporta la electrónica Figure 3: Exoskeleton embodiment without top spring and with a backpack that supports the electronics

y los actuadores. and the actuators.

Figura 4: Modo de realización del exoesqueleto en el que los actuadores son lineales y están integrados en el chaleco. Figure 4: Exoskeleton embodiment in which the actuators are linear and integrated in the vest.

Figura 5: Detalles de las partes y articulaciones que componen el brazo exoesquelético, que se coloca sobre el Figure 5: Details of the parts and joints that make up the exoskeletal arm, which is placed on the

brazo del usuario. user's arm

Figuras 6A, 6B y 6C: Estructura del hombro basada en una estructura de muelles y cables de cinemática paralela. Figures 6A, 6B and 6C: Shoulder structure based on a structure of springs and parallel kinematic cables.

Figura 7: Esquema simplificado de la estructura del hombro, de cinemática paralela. Figure 7: Simplified diagram of the structure of the shoulder, of parallel kinematics.

Figura 8: Detalle del mecanismo de rotación de la exo-muñeca. Figure 8: Detail of the mechanism of rotation of the exo-wrist.

Figura 9: Detalle de la estructura que permite la rotación del hombro, soporta el brazo y facilita el anclaje de este Figure 9: Detail of the structure that allows the rotation of the shoulder, supports the arm and facilitates the anchoring of this

al chaleco. to the vest.

Figura 10: Explosión de componentes del mecanismo de rotación del hombro. Figure 10: Explosion of components of the shoulder rotation mechanism.

Figura 11: Detalle de la polea helicoidal usada por los actuadores rotatorios. Figure 11: Detail of the helical pulley used by the rotary actuators.

Figura 12: Exoesqueleto cubierto por la ropa exterior, con lo cual no es apreciable el detalle de los mecanismos. Figure 12: Exoskeleton covered by outer clothing, with which the detail of the mechanisms is not noticeable.

Figuras 13 y 14: Explosión del exoesqueleto robotizado vestible completo. Figures 13 and 14: Explosion of the complete wearable robotic exoskeleton.

Figura 15: Terapeuta moviendo el exo-brazo mediante presión sobre los sensores externos situados en el exoFigure 15: Therapist moving the exo-arm by pressing on the external sensors located in the exo

antebrazo. forearm.

Figura 16: Terapeuta moviendo el exo-brazo mediante presión sobre los sensores externos situados en el exo-brazo y el exo-antebrazo. Figure 16: Therapist moving the exo-arm by pressing on the external sensors located on the exo-arm and the exo-forearm.

Figura 17: Bloque de cinco sensores externos de presión incorporados al dedal de control. Figure 17: Block of five external pressure sensors incorporated into the control thimble.

Figura 18: Disco de ajuste de la carga colocado sobre el soporte del exo-brazo para regular el peso que el usuario puede cargar. Figure 18: Load adjustment disc placed on the exo-arm support to regulate the weight that the user can carry.

Figura 19: Vista general del brazo del exo-esqueleto con los dedales de sensores externos colocados en el exoantebrazo y el disco de ajuste de carga en el soporte del exo-brazo. Figure 19: General view of the exo-skeleton arm with the external sensor thimbles placed in the exo-arm and the load adjustment disc in the exo-arm support.

Figura 20: Esquema de funcionamiento del exoesqueleto. Figure 20: Scheme of operation of the exoskeleton.

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

El exoesqueleto robotizado vestible, tiene una configuración y apariencia similar a una prenda de vestir, con el propósito de que se adapte de manera natural y ergonómica a las posturas y movimiento de la persona que lo utiliza, de manera que además de servir para dotar a la persona de un complemento y ayuda al movimiento, no llame la atención y resulte más aceptable en su entorno social y en su percepción personal. El conjunto de la invención está compuesto por unas partes claramente diferenciables y funcionales, mostradas en las Figuras 1 a 4, que se relacionan a continuación: The wearable robotic exoskeleton has a configuration and appearance similar to a garment, so that it adapts naturally and ergonomically to the postures and movement of the person using it, so that in addition to serving to provide The person who complements and helps the movement, does not attract attention and is more acceptable in their social environment and personal perception. The assembly of the invention is composed of clearly differentiable and functional parts, shown in Figures 1 to 4, which are listed below:

1. one.
Un arnés o chaleco (8) debidamente almohadillado que se viste sobre el cuerpo, cuya funcionalidad es la de servir de base a los sistemas de control y potencia (1), fuente de potencia (9), así como a los anclajes (36’) de los exo-brazos (2) y (3) articulados robotizados. A harness or vest (8) duly padded that dresses on the body, whose functionality is to serve as a basis for control and power systems (1), power source (9), as well as anchors (36 ' ) of the exo-arms (2) and (3) articulated robots.

2. 2.
Un sistema de eslabones articulados motorizados, a los que denominaremos exo-brazos (2) y (3), por ser calzados sobre el exterior del brazo(s) humano, con sujeciones convenientemente localizadas sobre cada articulación del brazo del usuario y que sirven para transmitir la fuerza del mecanismo robótico que ayuda al movimiento. A system of motorized articulated links, which we will call exo-arms (2) and (3), for being shod on the outside of the human arm (s), with fasteners conveniently located on each joint of the user's arm and used to transmit the strength of the robotic mechanism that helps movement.

3. 3.
Un conjunto de accionamientos de potencia, formado por actuadores (6, 206) y sistemas de transmisión de potencia a distancia basados en cables de acero ultraflexibles (11) y (13), puntos de anclaje (17) y (66) y sistemas de compensación cinetoestático (4) y (5) para optimizar el gasto de potencia que requiere el sistema. A set of power drives, consisting of actuators (6, 206) and remote power transmission systems based on ultra-flexible steel cables (11) and (13), anchor points (17) and (66) and power systems kinetostatic compensation (4) and (5) to optimize the power consumption required by the system.

4. Four.
Un sistema de alimentación de potencia autónomo (9), que puede ser alimentado también por conexión a la red eléctrica. An autonomous power supply system (9), which can also be powered by connection to the mains.

5. 5.
Un sistema de control de potencia y del movimiento (1) basado en computador, en el que residen los algoritmos que implementan procedimientos adecuados al tipo de usuario y actividad que debe realizar. A computer-based power and motion control system (1), in which the algorithms that implement procedures appropriate to the type of user and activity to be performed reside.

6. 6.
Un conjunto de sensores de presión (100 a 103), representados en la Figura 19, que permiten actuar sobre el exo-esqueleto y sensores inerciales de tipo IMU (112), (113) y (114) que permiten conocer su posición y movimiento. A set of pressure sensors (100 to 103), represented in Figure 19, that allow to act on the exo-skeleton and inertial sensors of type IMU (112), (113) and (114) that allow to know their position and movement .

El aparejo con forma de chaleco (8), está constituido por unas capas de material flexible y ligero para la protección del cuerpo, recubierto por un tejido exterior (72), Figura 12, que da la apariencia agradable y sujeción para las partes que lo componen. En algunas áreas de la cara exterior del chaleco se han incorporado piezas plásticas semirrígidas que proporcionan puntos de apoyo para los elementos que deben colocarse sobre él, como los muelles de compensación The vest in the form of a vest (8), is constituted by layers of flexible and light material for the protection of the body, covered by an outer fabric (72), Figure 12, which gives the pleasant appearance and support for the parts that make up. In some areas of the outer face of the vest semi-rigid plastic parts have been incorporated that provide support points for the elements that must be placed on it, such as the compensation springs

(4) o anclajes de cables (65). Estas piezas semirrígidas contribuyen a distribuir los esfuerzos o fuerzas puntuales sobre una superficie y junto con el almohadillado hacen que el usuario no note prácticamente las presiones provocadas por el movimiento del brazo exo-esquelético (2) y (3). La cubierta exterior (72) recubre el mecanismo y con las debidas adaptaciones puede ser asimilada a una de las prendas de vestir de uso diario. El sistema exo-exqueleto al ser accionado por cables tiene la particularidad de permitir que la transmisión de fuerza a cada articulación sea fácilmente integrada bajo la cubierta exterior. (4) or cable anchors (65). These semi-rigid pieces contribute to distributing the specific forces or forces on a surface and together with the padding, the user does not practically notice the pressures caused by the movement of the exo-skeletal arm (2) and (3). The outer cover (72) covers the mechanism and with the appropriate adaptations it can be assimilated to one of the daily garments. The exo-exkeleton system when driven by cables has the particularity of allowing the transmission of force to each joint to be easily integrated under the outer cover.

El brazo exo-esquelético es un elemento que se acopla sobre el brazo del paciente fijándolo al mismo y haciendo coincidir las articulaciones equivalentes de ambos (muñeca, codo, hombro). Para conseguir el movimiento de cada articulación la fuerza del actuador de potencia se transmite mediante cables (18), (60), (61), (62), (63), (64) y (70) que van enfundados durante parte de su recorrido consiguiendo así un punto de apoyo para el emplazamiento del motor y otro en la articulación, pudiendo realizar en medio cualquier recorrido que sea necesario para adaptarse a la pose del brazo. The exo-skeletal arm is an element that fits over the patient's arm by fixing it and matching the equivalent joints of both (wrist, elbow, shoulder). To achieve the movement of each joint, the force of the power actuator is transmitted by means of cables (18), (60), (61), (62), (63), (64) and (70) that are wrapped during part of its route thus obtaining a point of support for the location of the engine and another in the joint, being able to make in the middle any route that is necessary to adapt to the pose of the arm.

El brazo exo-esquelético, mostrado en la Figura 5, está formado por varios elementos: The exo-skeletal arm, shown in Figure 5, consists of several elements:

-Exo-Muñeca: Es un elemento formado por tres anillos (21), (22) y (23), tal y como se muestra en detalle en la Figura 8. El anillo central (22) tiene forma de polea para guiar el cable tractor (56) y puede rotar sobre su eje ayudando a girar la muñeca del paciente, en sentido horario o antihorario. -Exo-Doll: It is an element formed by three rings (21), (22) and (23), as shown in detail in Figure 8. The central ring (22) is shaped as a pulley to guide the cable tractor (56) and can rotate on its axis helping to rotate the patient's wrist, clockwise or counterclockwise.

-Exo-Antebrazo (3): Es una rejilla con forma de semicilindro que se acopla al antebrazo del paciente. Está unida por un lado a la exo-muñeca y por el otro extremo al exo-brazo (2). -Exo-Forearm (3): It is a semi-cylinder shaped grid that attaches to the patient's forearm. It is attached on one side to the exo-wrist and on the other end to the exo-arm (2).

-Exo-Brazo (2): es otra rejilla con forma de semicilindro que se acopla al brazo del paciente y que se une: -Exo-Arm (2): it is another half-cylinder shaped grid that attaches to the patient's arm and joins:

Al exo-antebrazo (3) mediante una articulación móvil (15) de un grado de libertad, proporcionando movilidad al codo. To the exo-forearm (3) by a mobile joint (15) of a degree of freedom, providing mobility to the elbow.

A un soporte de brazo (33) mediante una articulación rotacional que comparte eje de giro con el exo-brazo (2). To an arm support (33) by means of a rotational joint that shares the axis of rotation with the exo-arm (2).

--
Soporte de brazo 33: es una pieza anular que permite el giro del exo-brazo (2) en su interior y se une al chaleco Arm support 33: it is an annular piece that allows the exo-arm (2) to rotate inside and joins the vest

(8) mediante una estructura de cinemática paralela y un sistema de compensación cinetoestático que se describe posteriormente. (8) by means of a parallel kinematics structure and a kinetostatic compensation system described later.

--
Estructura de cinemática paralela del hombro: Se forma una estructura paralela mediante cables alrededor de la unión del hombro y el brazo. Esta estructura cableada entre el soporte de brazo (33) y el chaleco (8) proporciona la movilidad del brazo con respecto al hombro. La estructura la forman un anillo (33) alrededor del brazo que hemos llamado “soporte de brazo” y otro anillo ficticio formado por hombrera (46) y costado del chaleco (45), la parte del chaleco que une los puntos de anclaje de los cables a éste (Figuras 6A, 6B y 6C). Las “patas” de la estructura paralela serían los muelles (4), (5) y (12) y los cables (11) y (13), ver Figura 7, que unen los anillos y el propio brazo del usuario (48) que actúa como una pata adicional de longitud fija, terminada en una junta universal que se desplaza en vertical y horizontal. La fijación de cables en la base móvil (33) se puede hacer de muchas maneras, pero algunas favorecen que la potencia tractora sea mayor desde todos los ángulos (Figuras 6B y 6C). Si el punto de anclaje (130) de los tendones del cable inferior (13) es el indicado en la Figura 6A, funcionará mejor en posiciones del brazo elevadas o a media altura (el anclaje sobresale más de la vertical formada por el eje de giro del hombro (47) y el punto de tracción en el costado (79)) que en posiciones más bajas. Esto se compensa por el hecho de que en posiciones bajas los muelles (4) se acercan también a la vertical y reducen la compensación del peso del brazo. El anclaje (130) de los cables se puede hacer de muchas formas. Por ejemplo, por la parte externa o superior de la base móvil a media altura (Figura 6B). Esto hace que en posiciones del brazo elevadas o medias nos encontremos en las mismas condiciones de antes. En cambio, en posiciones bajas del brazo los cables se separan de la plataforma móvil, manteniéndose anclados a ella por un punto (130) que está más separado de la vertical que forman el eje de giro del hombro y el punto de tracción en el costado. Esto mejora la capacidad de los motores de hacer tracción en posiciones bajas del brazo. Aun se puede mejorar la tracción en zonas bajas, si los puntos de anclaje (130) mencionados se elevan sobre la superficie de la base móvil.(Figura 6C). Esta elevación se puede realizar de muchas formas. Cualquier saliente que proporcione un punto de apoyo elevado, sin o con refuerzos para dar mayor resistencia, en forma de un cuarto de rueda con un surco para guiar el cable y mantener siempre un punto de tracción bien separado del eje mencionado, con forma poligonal para regular la separación de la vertical por tramos, etc. El mismo razonamiento podría aplicarse al otro cable (11) que actúa la plataforma móvil (33), y soluciones similares serían también válidas en el mismo sentido. Parallel kinematic structure of the shoulder: A parallel structure is formed by cables around the shoulder and arm junction. This wired structure between the arm support (33) and the vest (8) provides the mobility of the arm with respect to the shoulder. The structure is formed by a ring (33) around the arm that we have called “arm support” and another fi nal ring formed by a shoulder strap (46) and side of the vest (45), the part of the vest that joins the anchor points of the cables to it (Figures 6A, 6B and 6C). The "legs" of the parallel structure would be the springs (4), (5) and (12) and the cables (11) and (13), see Figure 7, which join the rings and the user's own arm (48) which acts as an additional leg of fixed length, terminated in a universal joint that moves vertically and horizontally. Cable fixing on the mobile base (33) can be done in many ways, but some favor that the tractor power is greater from all angles (Figures 6B and 6C). If the anchorage point (130) of the tendons of the lower cable (13) is the one indicated in Figure 6A, it will work best in elevated or mid-height arm positions (the anchorage protrudes more than the vertical formed by the axis of rotation of the shoulder (47) and the point of traction on the side (79)) than in lower positions. This is compensated by the fact that in low positions the springs (4) also approach the vertical and reduce the weight compensation of the arm. The anchoring (130) of the cables can be done in many ways. For example, on the outer or upper part of the mobile base at medium height (Figure 6B). This means that in high or middle arm positions we are in the same conditions as before. On the other hand, in low arm positions the cables are separated from the mobile platform, being anchored to it by a point (130) that is more separated from the vertical that form the axis of rotation of the shoulder and the point of traction on the side . This improves the ability of the motors to make traction in low arm positions. The traction can still be improved in low areas, if the mentioned anchor points (130) rise above the surface of the mobile base (Figure 6C). This elevation can be done in many ways. Any projection that provides a high support point, without or with reinforcements to give greater resistance, in the form of a quarter of a wheel with a groove to guide the cable and always keep a traction point well separated from the mentioned axis, with polygonal shape to regulate the vertical separation by sections, etc. The same reasoning could be applied to the other cable (11) that operates the mobile platform (33), and similar solutions would also be valid in the same direction.

--
Sistema de compensación de gravedad: Mediante una o varias uniones entre el soporte de brazo (33) y el chaleco (8), los muelles (4) y (5) aportan puntos de apoyo, de referencia y la compensación cinetoestática. De este modo el peso del brazo es soportado en gran medida por los muelles, reduciendo la carga que han de soportar los actuadores de potencia. Gravity compensation system: By means of one or several joints between the arm support (33) and the vest (8), the springs (4) and (5) provide support, reference points and kinetic compensation. In this way the weight of the arm is supported to a large extent by the springs, reducing the load that the power actuators must bear.

El “Sistema de compensación cinetoestático” se compone de: The "Kinetic Compensation System" is composed of:

--
Un par de amortiguadores inferiores (4) que soporten el brazo por delante y por detrás del mismo, apoyándose en dos puntos más bajos situados en el chaleco (8). El recorrido de los amortiguadores debe permitir el movimiento del brazo desde posiciones de brazo alzado a brazo abajo y con posibilidad de recorrer el rango normal de movimiento del brazo que corresponde a algo más de un cuarto de esfera cortada verticalmente. A pair of lower shock absorbers (4) that support the arm in front and behind it, resting on two lower points located in the vest (8). The travel of the dampers must allow the movement of the arm from positions of raised arm to down arm and with the possibility of traveling the normal range of movement of the arm that corresponds to something more than a quarter of sphere cut vertically.

--
Un muelle superior (5) anclado, en vertical cerca del hombro, a la mochila (10) o al propio chaleco (8), ver Figura 1 (vista frontal del exoesqueleto), y unido por el otro extremo al exo-brazo (2). En reposo el muelle mantendrá el exo-brazo (2) vertical, compensando el peso del brazo. Para bajar el brazo un actuador tirará hacia abajo mediante el haz de cables (13), ver Figura 2B donde se representa una vista posterior del exoesqueleto con los actuadores, cables, electrónica y alimentación. Así se puede desplazar el brazo por el área de trabajo con una mínima aportación de energía. El actuador que controla este movimiento lo hace mediante la polea (80) que recoge el cable (67) y (13) que va enfundado entre los topes (66) y (79). An upper spring (5) anchored, vertically near the shoulder, to the backpack (10) or to the vest itself (8), see Figure 1 (front view of the exoskeleton), and attached at the other end to the ex-arm (2 ). At rest the spring will keep the exo-arm (2) vertical, compensating the weight of the arm. To lower the arm, an actuator will pull down through the cable harness (13), see Figure 2B where a rear view of the exoskeleton with the actuators, cables, electronics and power supply is shown. Thus, the arm can be moved through the work area with a minimum amount of energy. The actuator that controls this movement does so by means of the pulley (80) that picks up the cable (67) and (13) that is wrapped between the stops (66) and (79).

Algunos de los elementos anteriores podrían ser suprimidos y el sistema seguiría siendo funcional. Si se elimina el Some of the above elements could be suppressed and the system would remain functional. If the

muelle superior (5), la carga deberá repartirse entre los dos amortiguadores inferiores (4) y viceversa. La eliminación upper spring (5), the load should be divided between the two lower shock absorbers (4) and vice versa. The elimination

de un elemento reduce peso y volumen en el área donde va ubicado. of an element reduces weight and volume in the area where it is located.

Si se suprimen los amortiguadores inferiores (4) no habrá obstáculos debajo del brazo lo que facilita el movimiento. Además, por su naturaleza “elástica en todas las direcciones” el muelle superior (5) permite conseguir un área de trabajo ligeramente mayor y efectividad como compensador de gravedad en muy diversas posturas (equivalente con el brazo adelantado o retrasado, a medio subir o a medio bajar). If the lower shock absorbers (4) are removed there will be no obstacles under the arm which facilitates movement. In addition, due to its “elastic in all directions” nature, the upper spring (5) allows to achieve a slightly larger work area and effectiveness as a gravity compensator in many different positions (equivalent with the arm advanced or delayed, halfway up or halfway go down).

En todos los casos hay que dimensionar el recorrido del componente pasivo (4) y (5) para cubrir el área de trabajo deseada y su rigidez para compensar adecuadamente el peso del brazo de modo que el esfuerzo a realizar por los actuadores de potencia sea mínimo en los dos sentidos de funcionamiento. In all cases, the path of the passive component (4) and (5) must be dimensioned to cover the desired work area and its stiffness to adequately compensate the weight of the arm so that the effort to be made by the power actuators is minimal in both directions of operation.

El punto más complejo del exo-brazo (2) es el hombro. Hay varios elementos en este diseño que trabajando en conjunto resuelven el problema del cambio de centro de giro que provoca la movilidad del hombro. El chaleco (8) acompaña el movimiento del hombro desplazando los puntos de anclaje del brazo. Por otro lado el exo-brazo (2) va unido solidariamente al brazo del usuario, en lugar de acompañar su movimiento de cerca, como otros modelos. Esto se consigue debido a su forma de semicilindro que recoge el brazo, los acolchamientos que lo acomodan, ajustan y protegen y las fijaciones mediante bandas elásticas que lo aseguran distribuyendo la presión por todo el brazo. Este punto es clave, pues si el robot se desplaza respecto al brazo se perdería la condición de acompañamiento al centro de giro (47). La unión del exo-brazo (2) al chaleco (8) mediante cables y muelles permite que el robot se adapte a los movimientos del brazo en todo su espacio de trabajo. The most complex point of the exo-arm (2) is the shoulder. There are several elements in this design that working together solve the problem of the change of center of rotation that causes shoulder mobility. The vest (8) accompanies the movement of the shoulder by displacing the anchor points of the arm. On the other hand, the exo-arm (2) is united in solidarity with the user's arm, instead of accompanying its movement closely, like other models. This is achieved due to its semi-cylinder shape that collects the arm, the cushions that accommodate it, adjust and protect it and the fixations by elastic bands that ensure it by distributing the pressure throughout the arm. This point is key, because if the robot moves with respect to the arm the condition of accompaniment to the center of rotation would be lost (47). The union of the exo-arm (2) to the vest (8) by means of cables and springs allows the robot to adapt to the movements of the arm throughout its work space.

El conjunto de accionamientos de potencia comprende los actuadores de potencia, lineales (206) y/o rotacionales (6), que aportan la tracción, un sistema de cables ultraflexibles que transmiten la fuerza y unos muelles que permiten el retorno a la posición de reposo y compensan el peso de los elementos móviles. Además hay unos puntos de transición (17, 66) de cable desnudo a cubierto que permiten la transmisión de fuerza entre puntos separados independientemente de su posición. The set of power drives comprises the power actuators, linear (206) and / or rotational (6), which provide traction, a system of ultra-flexible cables that transmit force and springs that allow the return to the rest position and compensate the weight of the moving elements. In addition there are transition points (17, 66) of bare to covered cable that allow the transmission of force between separate points regardless of their position.

En el movimiento de elevación/descenso del brazo se podría emplear, por ejemplo, un cable que tirase por arriba ligado a un motor y otro por debajo ligado a otro motor. Sin embargo, la solución más eficiente es un muelle o conjunto de ellos (4, 5) que aporte el empuje vertical suficiente para levantar el brazo por sí mismo y un cable (13) anclado inferiormente que lo haga descender. Por tanto, el brazo sube empujado por los muelles (4, 5) y baja por la tracción del cable que contrarresta el empuje de los muelles. El control de la posición del brazo se consigue regulando la cantidad de cable que se libera en cada momento por medio de un motor. Se evita así la tracción superior mediante cable o actuador desde el hombro que presenta numerosos problemas: In the movement of raising / lowering the arm, for example, a cable that is pulled from above linked to one motor and another below linked to another motor could be used. However, the most efficient solution is a spring or set of them (4, 5) that provides sufficient vertical thrust to lift the arm by itself and a cable (13) anchored inferiorly to lower it. Therefore, the arm is pushed up by the springs (4, 5) and lowered by the tension of the cable that counteracts the thrust of the springs. The control of the position of the arm is achieved by regulating the amount of cable that is released at any time by means of a motor. This avoids the superior traction by means of cable or actuator from the shoulder that presents numerous problems:

--
Requiere un punto de apoyo que sobresale notablemente del hombro cuando el brazo está relajado para poder levantarlo. Cuando el brazo se eleva el punto de apoyo limita el recorrido del brazo. It requires a support point that protrudes noticeably from the shoulder when the arm is relaxed to be able to lift it. When the arm is raised, the support point limits the path of the arm.

--
Exige que los tirantes del chaleco estén muy reforzados, a menudo con cintos de sujeción adicionales para poder servir como punto de tracción. La alternativa es darles mucha rigidez que resulta incómoda al usuario. It requires that the vest braces be very reinforced, often with additional fastening straps to be able to serve as a point of traction. The alternative is to give them a lot of rigidity that is uncomfortable for the user.

--
Requiere actuadores muy potentes, pesados y voluminosos. It requires very powerful, heavy and bulky actuators.

Además el cable de tracción hacia abajo (13) se divide en dos (aunque pueden ser más) tendones, como se aprecia en la Figura 6, que permiten equilibrar el movimiento en cualquier posición y tomar puntos de anclaje desplazados lateralmente y más salientes, de modo que la tracción resulte eficaz cuando el brazo está muy elevado y no obstaculice el descenso de éste cuando se encuentra en posiciones muy bajas. In addition, the pull-down cable (13) is divided into two (although there may be more) tendons, as shown in Figure 6, which allow balancing the movement in any position and taking laterally displaced anchor points and more protrusions, of so that the traction is effective when the arm is very high and does not hinder its descent when it is in very low positions.

El movimiento hacia delante/detrás se consigue también con tracción por cable (11) desde la parte delantera (punto de anclaje 17) y retorno por muelle (12) anclado por detrás del brazo a la espalda del chaleco, aunque también se podrían situar en posición inversa: muelle (12) delante y cable (11) detrás. La opción de dos cables que trabajen en oposición con un solo actuador de potencia es complicada en el hombro, pues requeriría una alineación perfecta de los dos cables respecto al eje de giro del brazo respecto al hombro, que como ya se ha explicado se mueve constantemente de lugar. Las alternativas serían emplear la que se presenta aquí o la instalación de dos actuadores de potencia independientes y el control de la longitud de cable liberado en cada altura por cada actuador de potencia. Forward / backward movement is also achieved with cable traction (11) from the front (anchor point 17) and spring return (12) anchored behind the arm to the back of the vest, although they could also be placed in reverse position: spring (12) in front and cable (11) behind. The choice of two cables that work in opposition to a single power actuator is complicated in the shoulder, since it would require a perfect alignment of the two cables with respect to the axis of rotation of the arm with respect to the shoulder, which as explained above constantly moves of place. The alternatives would be to use the one presented here or the installation of two independent power actuators and the control of the cable length released at each height by each power actuator.

La rotación del brazo en el hombro se podría conseguir indistintamente mediante dos cables (60) y (61) que trabajen en oposición o mediante un cable (60) y un muelle. The rotation of the arm on the shoulder could be achieved interchangeably by two cables (60) and (61) that work in opposition or by means of a cable (60) and a spring.

En la articulación del codo es preferible la opción de dos cables (62) y (64) trabajando en oposición, pues la alternativa de un cable y un muelle obliga a sobredimensionar el motor. La razón es que en determinadas posturas el muelle compensa la gravedad y en otras se suma a ella dificultando la tarea del motor. Este efecto no ocurre en los casos tratados anteriormente debido a la naturaleza de las articulaciones, su posición y su recorrido. In the elbow joint, the option of two cables (62) and (64) working in opposition is preferable, since the alternative of a cable and a spring forces the motor to be oversized. The reason is that in certain positions the spring compensates for gravity and in others it adds to it, making it difficult for the engine to work. This effect does not occur in cases previously treated due to the nature of the joints, their position and their path.

En la articulación de la muñeca, podría resultar indiferente utilizar doble cable o cable y muelle, pero dado que es el punto más alejado del hombro resulta preferible la solución de menor peso y complejidad, que es un cable (63) y un muelle (51). In the wrist joint, it may be indifferent to use double cable or cable and spring, but since it is the furthest point from the shoulder, the solution of less weight and complexity is preferable, which is a cable (63) and a spring (51 ).

Los actuadores de potencia, gracias a la actuación por cable se pueden ubicar en cualquier punto para no ocupar demasiado espacio ni sobresalir. En la espalda no limitan el área de trabajo del brazo. También se pueden ocupar los costados por su parte inferior cerca de la espalda. El peso debe colocarse bajo para estabilizar el conjunto chaleco exoesqueleto y pueden distribuirse de modo que equilibren el peso del exoesqueleto situándolos al lado opuesto, o pueden repartirse por la espalda si se requieren dos exo-brazos actuados. The power actuators, thanks to the cable action, can be placed at any point so as not to take up too much space or stand out. In the back they do not limit the work area of the arm. You can also occupy the sides at the bottom near the back. The weight should be placed low to stabilize the exoskeleton vest assembly and can be distributed so that they balance the exoskeleton's weight by placing them on the opposite side, or they can be distributed on the back if two exo-actuated arms are required.

Los actuadores, los sistemas de alimentación de potencia y los sistemas de control se pueden ubicar también en una mochila (10). Esto permitiría al usuario descargar este peso de su espalda al sentarse. En general, la mochila aumentará el peso del conjunto. Actuators, power supply systems and control systems can also be placed in a backpack (10). This would allow the user to download this weight from their back when sitting. In general, the backpack will increase the weight of the set.

El sistema de control (1) por computador controla la ejecución de los movimientos mediante algoritmos adaptados a la aplicación que se le dé: The computer control system (1) controls the execution of the movements by means of algorithms adapted to the application given to it:

--
Rehabilitación: algoritmos para ejecutar los movimientos indicados por el médico o terapeuta. Rehabilitation: algorithms to execute the movements indicated by the doctor or therapist.

--
Deporte: algoritmos para ejecutar movimientos de entrenamiento. Sport: algorithms to execute training movements.

--
Aprendizaje en cirugía: algoritmos para repetir los movimientos indicados por el profesor. Learning in surgery: algorithms to repeat the movements indicated by the teacher.

--
Asistencia diaria: algoritmos para los movimientos de uso más frecuente en la vida diaria. Daily assistance: algorithms for the most frequently used movements in daily life.

--
Asistencia de resistencia: algoritmos que permitan mantener una postura incomoda o agotadora durante largo tiempo con el mínimo esfuerzo. Por ejemplo, en el trabajo de taller, cambiando piezas que requieren tener los brazos elevados largo tiempo, o estar tumbado bajo un coche haciendo fuerza con los brazos levantados. Resistance assistance: algorithms that allow you to maintain an uncomfortable or exhausting posture for a long time with minimal effort. For example, in the work of the workshop, changing parts that require having long raised arms, or lying under a car with strength with raised arms.

Los algoritmos presentes en el computador pueden haber sido programados de varias formas: The algorithms present in the computer may have been programmed in several ways:

--
Desplazando externamente el brazo: El asistente (por ejemplo el médico, ver Figuras 15 y 16) toma el brazo o antebrazo del usuario con sus manos y ejecuta el movimiento. Para que el exoesqueleto responda a la acción del médico, este tendrá sus dedos apoyados en los sensores externos de presión (100 a 103) situados en el exobrazo (2) y en el exo-antebrazo (3). Así el computador registra la trayectoria que deberá repetir después. Externally displacing the arm: The assistant (for example the doctor, see Figures 15 and 16) takes the user's arm or forearm with their hands and executes the movement. In order for the exoskeleton to respond to the doctor's action, he will have his fingers supported by the external pressure sensors (100 to 103) located in the ex-arm (2) and in the ex-forearm (3). Thus the computer records the path that must be repeated later.

--
Mediante un elemento externo. El asistente movería un joystick especial dotado de seis grados de libertad (3 de posicióny3de orientación) con amplio recorrido, y el computador registraría la trayectoria de la mano para replicarla con la mano del paciente, moviendo para ello el brazo completo. También podría utilizarse como elemento externo otro exoesqueleto igual al que se presenta que el asistente movería para registrar el movimiento que el asistido debe realizar. Through an external element. The assistant would move a special joystick equipped with six degrees of freedom (3 position and 3 orientation) with a wide path, and the computer would record the trajectory of the hand to replicate it with the patient's hand, moving the entire arm. It could also be used as an external element other exoskeleton equal to the one presented that the assistant would move to record the movement that the assisted person must perform.

--
Programación directa: En un ordenador externo se simula el movimiento y se genera el patrón de control para cargarlo en la memoria del computador del exoesqueleto. Direct programming: In an external computer the movement is simulated and the control pattern is generated to load it into the computer memory of the exoskeleton.

Sobre el exo-esqueleto hay sensores inerciales (113, 114) tipo IMU -ver Figura 2A-que informan de la posición, velocidad y aceleración del exo-brazo (2) y del exo-antebrazo (3), así como de su inclinación. Se podría haber situado uno solo en la plataforma móvil de la estructura paralela, pero la presencia de estos dos sensores, junto con la información del encoder de la articulación del codo proporcionan información redundante que permite mejorar la estimación de la posición empleando cualquier método de fusión sensorial tipo filtro de Kalman. Adicionalmente se coloca un sensor inercial IMU (112) sobre el hombro del chaleco. De este modo podemos conocer la posición relativa del brazo respecto al cuerpo del usuario que podría estar agachado, inclinado o tumbado para realizar distintos tipos de movimientos. On the exo-skeleton there are inertial sensors (113, 114) IMU type - see Figure 2A - that report the position, speed and acceleration of the exo-arm (2) and the exo-forearm (3), as well as its inclination . One could have been located only on the mobile platform of the parallel structure, but the presence of these two sensors, together with the information of the elbow joint encoder provide redundant information that allows to improve the position estimation using any fusion method Kalman fi lter type sensorial. Additionally, an IMU inertial sensor (112) is placed on the shoulder of the vest. In this way we can know the relative position of the arm with respect to the user's body that could be stooped, tilted or lying down to perform different types of movements.

Ejemplo 1 Example 1

Modo de realización para rehabilitación de pacientes de ictus Mode of realization for stroke patient rehabilitation

El arnés o aparejo con forma de chaleco (8) es una pieza blanda y flexible que se coloca sobre el tronco del usuario, sirve de apoyo a otras partes y da estabilidad al sistema. Está compuesto por acolchamientos (20), elementos blandos que podrían ser espumas artificiales y materiales viscoelásticos, que acolchan el contacto con el cuerpo, algunos de los cuales están cubiertos por piezas rígidas sobre las que se apoyan otros componentes (4, 17, 18, 36’). El chaleco puede disponer de una cremallera (73) en la parte delantera que permite ponerse y quitarse el exoesqueleto con comodidad. The harness or rig-shaped vest (8) is a soft and flexible piece that is placed on the trunk of the user, serves as support for other parts and gives stability to the system. It is composed of quilts (20), soft elements that could be artificial foams and viscoelastic materials, which pad the contact with the body, some of which are covered by rigid pieces on which other components are supported (4, 17, 18, 36 '). The vest can have a zipper (73) in the front that allows to put on and take off the exoskeleton with comfort.

Sobre las piezas rígidas que conforman el exterior del chaleco se sitúan juntas universales (36’) para la colocación de los amortiguadores (4) y los pasadores de tracción (17) en los que el cable pasa de estar desnudo (11, 13) a estar cubierto (18). En estos puntos se soporta el esfuerzo de tracción que permite desplazar el brazo. Tras los pasadores de tracción en general suele haber presas (65) que embridan el cable enfundado dirigiéndolo en su recorrido hacia los actuadores. On the rigid parts that make up the outside of the vest are placed universal joints (36 ') for the placement of the shock absorbers (4) and the pull pins (17) in which the cable passes from being bare (11, 13) to be covered (18). At these points the tensile stress that allows the arm to move is supported. After the traction pins in general there are usually dams (65) that flange the sheathed cable, directing it on its way to the actuators.

Los actuadores de potencia (6,206) se encuentran acoplados en el propio traje ocultos en lugares discretos y que no molesten o acoplados en una mochila (10) en la espalda. El exo-brazo (2, 3) se une al chaleco mediante la articulación rotatoria del hombro (33) por diversos medios: cables de orientación (11, 13), amortiguadores de gas (4) y/o muelle compensador de gravedad (5) que desliza sobre el pasador (31) en función de la posición que adopte. El exo-brazo (2) se une al exo-antebrazo (3) en la articulación del codo (15). Al final del antebrazo (3) se encuentra la articulación de la muñeca (16). The power actuators (6,206) are coupled in the suit itself hidden in discrete places and that do not disturb or coupled in a backpack (10) on the back. The exo-arm (2, 3) is attached to the vest by means of the rotary joint of the shoulder (33) by various means: orientation cables (11, 13), gas absorbers (4) and / or gravity compensating spring (5 ) that slides on the pin (31) depending on the position it adopts. The exo-arm (2) joins the exo-forearm (3) in the elbow joint (15). At the end of the forearm (3) is the wrist joint (16).

El exo-brazo (2) y el exo-antebrazo (3) son unas rejillas compuestas por tubos metálicos de aluminio (24), todos ellos recubiertos de una espuma artificial (110) flexible y aislante térmica. Los tubos encajan en unas piezas finales que dan forma de semi-cilindro al exo-brazo (2) y al exo-antebrazo (3). En ellas se acomoda el brazo del usuario. Una alternativa es envolver el brazo con una banda de material visco-elástico con el exterior de espuma hasta alcanzar el tamaño del exo-brazo y exo-antebrazo. La parte visco-elástica se acomoda a la forma del brazo y la de espuma acolcha de forma más uniforme garantizando que el brazo quede bien sujeto por la banda elástica exterior y no resbale por la estructura. The exo-arm (2) and the exo-forearm (3) are grilles composed of metallic aluminum tubes (24), all of them covered with a flexible, thermally insulating arti fi cial foam (110). The tubes fit into final pieces that give the exo-arm (2) and the exo-forearm (3) a semi-cylinder shape. They accommodate the user's arm. An alternative is to wrap the arm with a band of visco-elastic material with the foam exterior until it reaches the size of the exo-arm and exo-forearm. The visco-elastic part adapts to the shape of the arm and the foam padding more evenly ensuring that the arm is held tightly by the outer elastic band and does not slide down the structure.

En la Figura 5 se puede distinguir la exo-muñeca (21, 22, 23) que está compuesta por dos anillos externos (21, 23) que se encuentran unidos mediante cilindros de aluminio (42) y encierran a otro anillo con forma de polea estrecha In Figure 5 the exo-wrist (21, 22, 23) can be distinguished, which is composed of two outer rings (21, 23) that are joined by aluminum cylinders (42) and enclose another pulley-shaped ring narrow

(22) (22)
que desliza en el interior de la estructura anterior. El sistema podría llevar rodamientos axiales o simplemente estar hecho de materiales que permitan un deslizamiento razonable. that slides inside the previous structure. The system could carry axial bearings or simply be made of materials that allow reasonable sliding.

Como se muestra en la Figura 8, la polea está unida a un cable (56) del que tira un actuador (6) para obligarla a girar en un sentido. El retorno se consigue mediante un muelle (51) que la devuelve a su posición original cuando los actuadores van liberando el cable desnudo que se recoge en el carril de la polea (22). La polea central (22) dispone de un orificio (50) al que se sujeta un extremo del muelle de retorno (51). El otro extremo se ancla a la pieza exterior As shown in Figure 8, the pulley is attached to a cable (56) from which an actuator (6) pulls to force it to rotate in one direction. The return is achieved by means of a spring (51) that returns it to its original position when the actuators release the bare cable that is collected in the pulley rail (22). The central pulley (22) has a hole (50) to which one end of the return spring (51) is attached. The other end is anchored to the outer piece

(23) (2. 3)
en el saliente (52). La polea dispone también de un saliente (53) que obliga al muelle (51) a estirarse siguiendo un recorrido alejado de la muñeca del usuario. on the ledge (52). The pulley also has a projection (53) that forces the spring (51) to stretch following a distance away from the user's wrist.

El cable (56) de tracción, entra por el orificio (55) y pasa por el orificio (54) a un tubo cilíndrico hueco (24) que forma parte de la estructura del brazo y circula por él para llegar hasta los actuadores. En su recorrido interior va vestido por una funda que llega hasta el pasador de su actuador. Para ello circula por el tubo (24), sale por el punto The traction cable (56) enters the hole (55) and passes through the hole (54) to a hollow cylindrical tube (24) that is part of the arm structure and circulates through it to reach the actuators. In its interior route it is dressed by a cover that reaches the pin of its actuator. To do this, it circulates through the tube (24), exits through the point

(26) (26)
y entra de nuevo por (28), tal y como se muestra en la Figura 5, de este modo casi no soporta flexión y no hay un estiramiento significativo del cable enfundado (27) en la articulación del codo. Por otro lado no hay prácticamente cables visibles, no ocupan espacio adicional y todo el sistema resulta muy compacto en un volumen mínimo. and it enters again through (28), as shown in Figure 5, in this way it almost does not support flexion and there is no significant stretching of the sheathed cable (27) in the elbow joint. On the other hand there are practically no visible cables, they do not occupy additional space and the whole system is very compact in a minimum volume.

El interior de la polea tiene una entrada que permite la entrada de la mano en una determinada orientación en que la apertura es más amplia. Una vez se ha introducido la mano se colocan sobre los rebordes (53) unos acolchamientos de espuma elastomérica en forma de media luna con rebordes que acomodan la muñeca y permiten actuar con suavidad sobre ella, sin forzarla ni dañarla. The inside of the pulley has an entrance that allows the hand to enter in a certain orientation in which the opening is wider. Once the hand has been introduced, a half moon elastomeric foam padding is placed on the flanges (53) with flanges that accommodate the wrist and allow it to act smoothly on it, without forcing or damaging it.

La articulación del codo (Figura 5) está formada por dos piezas móviles (26, 29) unidas por un eje de giro común (39). La primera pieza móvil (26) forma parte del exo-antebrazo (3) y la segunda pieza móvil (29) del exo-brazo (2). Ambas disponen de unos topes (43) que evitan que el codo pueda girar hacia atrás y causar lesiones al usuario. En esta articulación aparece también una polea (40), unida solidariamente a la primera pieza móvil (26) que permite el accionamiento de esta articulación. Hay un cable desnudo anclado a la polea que la recorre hasta llegar a la entrada situada en (38). A partir de este punto el cable circula enfundado (37) hasta el actuador. A la salida de la articulación del hombro ambos cables enfundados (27, 37) se recogen en un único haz que va hacia los actuadores. The elbow joint (Figure 5) is formed by two moving parts (26, 29) joined by a common axis of rotation (39). The first moving part (26) is part of the exo-forearm (3) and the second moving part (29) of the exo-arm (2). Both have stops (43) that prevent the elbow from turning back and causing injury to the user. In this joint there is also a pulley (40), jointly and severally attached to the first moving part (26) that allows the actuation of this joint. There is a bare cable anchored to the pulley that runs through it until it reaches the entrance located at (38). From this point the cable circulates sheathed (37) to the actuator. At the outlet of the shoulder joint both sheathed cables (27, 37) are collected in a single beam that goes to the actuators.

En la polea (40) hay un encoder que permite saber el ángulo que relaciona la posición de la primera pieza móvil In the pulley (40) there is an encoder that allows to know the angle that relates the position of the first moving part

(26) respecto a la segunda pieza móvil (29). Adicionalmente hay un sensor inercial (114) en el exo-brazo (2) y otro sensor inercial (113) en el exo-antebrazo (3). El sensor inercial (114) del exo-brazo (2) informa de su inclinación. Con la información del encoder de la polea (40) se puede conocer la posición del exo-antebrazo (3), disponiendo además de la información de su sensor inercial (113), con lo que empleando EKF (filtro de Kalman extendido) se puede tener información más precisa y fiable. Adicionalmente se coloca un sensor inercial (112) sobre el hombro del chaleco. De este modo se puede conocer la posición relativa del brazo respecto al cuerpo del usuario que podría estar agachado o inclinado. (26) with respect to the second moving part (29). Additionally there is an inertial sensor (114) in the exo-arm (2) and another inertial sensor (113) in the exo-forearm (3). The inertial sensor (114) of the exo-arm (2) reports its inclination. With the information of the encoder of the pulley (40) the position of the exo-forearm (3) can be known, besides having the information of its inertial sensor (113), with which using EKF (extended Kalman fi lter) you can have more accurate and reliable information. Additionally an inertial sensor (112) is placed on the shoulder of the vest. In this way it is possible to know the relative position of the arm with respect to the user's body that could be bent down or inclined.

La articulación de rotación del hombro (Figuras 5, 9 y 10) está formada en esencia por las piezas (33, 34, 35). La pieza (33) es el punto de apoyo para el resto, pues está anclada al chaleco mediante los amortiguadores (4) y/o a la mochila mediante el muelle superior (5). También se encuentra unida al chaleco mediante los cables de actuación. The shoulder rotation joint (Figures 5, 9 and 10) is essentially formed by the pieces (33, 34, 35). The piece (33) is the support point for the rest, as it is anchored to the vest by means of the shock absorbers (4) and / or to the backpack by means of the upper spring (5). It is also attached to the vest through the actuation cables.

Las piezas (34) y (35) se encuentran a ambos lados de la pieza (33), unidas entre ellas mediante los tubos (44) que conforman el brazo. El conjunto (34, 35) desliza sobre la pieza (33) directamente o separándose de ella mediante rodamientos axiales. La pieza 34 tiene forma de polea. A ella van anclados dos cables desnudos que la recorren en oposición, de modo que se pueda accionar en ambos sentidos. Los cables se recogen en una pieza que queda oculta en la Figura 5 y que hace el paso de cable desnudo a cable enfundado para ir hacia los actuadores. The pieces (34) and (35) are located on both sides of the piece (33), joined together by the tubes (44) that make up the arm. The assembly (34, 35) slides on the part (33) directly or separating from it by axial bearings. Piece 34 is shaped like a pulley. Two bare wires are anchored to it that run through it in opposition, so that it can be operated both ways. The cables are collected in a piece that is hidden in Figure 5 and that makes the passage from bare cable to sheathed cable to go to the actuators.

El conjunto (30, 31, 32) es un apoyo para varios elementos del robot. El tubo (31) está unido rígidamente al soporte de rotación del hombro (33) y cumple la función de punto de anclaje del muelle superior (5) de compensación de gravedad. El muelle (5) se ancla sobre la pieza deslizante (32), dándole un margen de recorrido que permite al brazo adoptar las diferentes posturas sin que aparezcan bultos no deseados a causa de la deformación del muelle (5). También se puede observar el elemento (30) que es un tope que limita el recorrido del deslizador y evita que se salga de su guía. The set (30, 31, 32) is a support for various elements of the robot. The tube (31) is rigidly attached to the shoulder rotation support (33) and serves as the anchoring point of the upper spring compensation spring (5). The spring (5) is anchored on the sliding part (32), giving it a travel margin that allows the arm to adopt the different positions without appearing unwanted bulges due to the deformation of the spring (5). It is also possible to observe the element (30) which is a stop that limits the travel of the slider and prevents it from leaving its guide.

La junta universal (36) permite el acoplo con los amortiguadores proporcionando compensación de la gravedad y un punto de referencia para el movimiento del resto del brazo. The universal joint (36) allows the coupling with the shock absorbers providing gravity compensation and a reference point for the movement of the rest of the arm.

Un diseño básico para resolver el problema del hombro podría consistir en una plataforma de cinemática paralela con cuatro cables que ejercen tracción para elevar el brazo, hacerlo descender, moverlo hacia delante o hacia detrás. En el presente diseño se eliminan dos de estos cuatro cables y se reemplazan por muelles. La tracción superior se elimina y queda sustituida por los muelles de gas (4) y el muelle superior (5). La tracción hacia detrás queda también reemplazada por un muelle (12). A basic design to solve the shoulder problem could consist of a parallel kinematics platform with four cables that exert traction to raise the arm, lower it, move it forward or backward. In this design, two of these four cables are removed and replaced by springs. The upper traction is eliminated and replaced by the gas springs (4) and the upper spring (5). The rear-wheel drive is also replaced by a spring (12).

La estructura paralela del hombro está formada por una base fija (45, 46) correspondiente al chaleco, una base móvil (33) de forma anular que corresponde al inicio del exo-brazo y las patas que las unen (4, 5, 11, 12, 13, 48). Todas ellas artificiales salvo la número 48. The parallel structure of the shoulder is formed by a fixed base (45, 46) corresponding to the vest, a movable base (33) annularly corresponding to the beginning of the ex-arm and the legs that join them (4, 5, 11, 12, 13, 48). All of them arti fi cial except the number 48.

La pata (48) es el húmero del usuario. El brazo encaja con el cuerpo de tal forma que su centro de rotación (47) se desplaza en vertical y en horizontal. Esta es la razón que hace necesaria una estructura especial para acompañar al brazo en su movimiento. Por la unión entre brazo y exo-brazo se puede considerar que el humero (48) es perpendicular en (49) al plano de la plataforma móvil (33). The leg (48) is the user's humerus. The arm fits the body in such a way that its center of rotation (47) moves vertically and horizontally. This is the reason that makes a special structure necessary to accompany the arm in its movement. Due to the union between the arm and the ex-arm, the flue (48) can be considered perpendicular in (49) to the plane of the mobile platform (33).

Los amortiguadores inferiores (4) aportan la fuerza necesaria para elevar el brazo. En el mismo sentido trabaja el muelle (5), aunque con matices. Al ser elementos elásticos no es un problema que el centro de rotación (47) se desplace. Con el cable (13) se controlará la elevación del brazo producida por los elementos elásticos (4, 5), regulando la cantidad de cable que se libera y también el descenso del mismo recogiendo el cable que sea necesario. Mientras tanto, los otros tres elementos antagonistas (4, 5) se acomodan a las variaciones de posición del centro de rotación (47). The lower shock absorbers (4) provide the necessary force to raise the arm. In the same way the spring works (5), although with nuances. Being elastic elements it is not a problem that the center of rotation (47) moves. With the cable (13) the elevation of the arm produced by the elastic elements (4, 5) will be controlled, regulating the amount of cable that is released and also the descent of the same, picking up the necessary cable. Meanwhile, the other three antagonistic elements (4, 5) accommodate the variations in position of the center of rotation (47).

El cable (11) controla la posición del brazo en el eje horizontal regulando avance y retroceso. Trabaja en oposición al muelle (12). También en este eje hay desplazamiento del centro de rotación (47), pero nuevamente la presencia de elementos elásticos (12) permite la acomodación. The cable (11) controls the position of the arm on the horizontal axis by regulating forward and reverse. It works in opposition to the dock (12). Also in this axis there is displacement of the center of rotation (47), but again the presence of elastic elements (12) allows the accommodation.

El soporte (33) del exo-brazo es la plataforma móvil de la estructura paralela del hombro. El punto de anclaje (57), mostrado en la Figura 9 (y de manera explosionada en la Figura 10), está adaptado para la incorporación de los cables que controlan la rotación del exo-brazo respecto al soporte (33). Los anclajes (58) proporcionan a los cables que harán la tracción inferior un punto de enganche que sobresale del brazo, mejorando la eficacia del sistema. Por último, la barra (31) acoplada al soporte (33) permite el deslizamiento del elemento (32) entre los extremos (30, 33). En la pieza deslizante (32) engancha el muelle superior (5) que ejerce tracción hacia arriba. The support (33) of the exo-arm is the mobile platform of the parallel structure of the shoulder. The anchor point (57), shown in Figure 9 (and exploded in Figure 10), is adapted for the incorporation of the cables that control the rotation of the exo-arm with respect to the support (33). The anchors (58) provide the cables that will make the lower traction a point of attachment that protrudes from the arm, improving the efficiency of the system. Finally, the bar (31) coupled to the support (33) allows the sliding of the element (32) between the ends (30, 33). On the sliding part (32), it engages the upper spring (5) that exerts upward traction.

Los actuadores de potencia rotativos que se emplazan en la mochila ejercen su tracción sobre el cable mediante una polea (80) que se muestra en la Figura 11. La polea (80) en lugar de tener un vano cilíndrico plano dispone de un surco helicoidal (84) que permite conducir el cable en su recogida lo que permite tener un mayor control de la longitud de cable recuperada y por tanto de la posición de la articulación. De no existir se producirían superposiciones aleatorias del cable sobre sí mismo que dificultarían el control. El elemento (81) es el punto de anclaje del cable que se introduce por el hueco (82). Existe en ambos extremos de la polea para poder usarla con un solo cable o con dos, de modo que uno se recoja al tiempo que el que trabaja en oposición se libere. Los salientes helicoidales (83) garantizan una correcta conducción del cable. El punto (85) permite la entrada del eje sobre el que rota la polea. The rotary power actuators that are placed in the backpack exert their traction on the cable by means of a pulley (80) shown in Figure 11. The pulley (80) instead of having a flat cylindrical span has a helical groove ( 84) which allows the cable to be driven in its collection, which allows greater control of the length of the cable recovered and therefore of the position of the joint. If it does not exist, random overlays of the cable would occur on itself that would make the control difficult. The element (81) is the anchoring point of the cable that is introduced through the hole (82). It exists at both ends of the pulley to be able to use it with a single cable or with two, so that one is collected while the one working in opposition is released. The helical projections (83) ensure correct cable conduction. Point (85) allows entry of the shaft on which the pulley rotates.

La ropa que debe cubrir el robot en principio es ropa normal o casi normal. Una ropa abultada como un abrigo permitirá camuflar más fácilmente las estructuras, pero en general todo en el robot ha sido diseñado para ocupar un espacio razonablemente moderado. El muelle superior quedaría camuflado bajo el punto (77) o sobresaliendo sólo ligeramente. Esto podría requerir ampliar la holgura de la prenda por esa zona. También se requerirían ampliaciones de volumen en (74) para permitir un libre movimiento de los amortiguadores si están presentes. Otra zona que puede requerir un diseño especial es (75). Es preferible que sobre tela para admitir una fácil extensión y recogida de ropa al mover el codo. La prenda podría ir suelta sobre el robot o fijada en algunos puntos como (76). También se ha considerado que debe existir una apertura en la zona frontal (73), por ejemplo una cremallera para poder ponerse y quitarse la prenda con facilidad, dado que no es un simple jersey, sino que lleva un robot dentro. The clothes that the robot should cover in principle are normal or almost normal clothes. Bulky clothing such as a coat will allow structures to more easily change, but in general everything in the robot has been designed to occupy a reasonably moderate space. The upper spring would be camouflaged under point (77) or protruding only slightly. This may require expanding the slack of the garment in that area. Volume extensions would also be required in (74) to allow free movement of the dampers if present. Another area that may require a special design is (75). It is preferable that on canvas to admit an easy extension and collection of clothes when moving the elbow. The garment could go loose on the robot or fixed in some points like (76). It has also been considered that there should be an opening in the front area (73), for example a zipper to be able to easily put on and take off the garment, since it is not a simple jersey, but instead has a robot inside.

Las ventajas del modelo propuesto son: The advantages of the proposed model are:

--
Accionamiento basado en cables: No hay actuadores de potencia en las articulaciones, lo cual reduce el peso ylas inercias del exoesqueleto y la potencia de los actuadores. Éstos se instalan en el chaleco o mochila contribuyendo a la estabilidad del conjunto, reduciendo el volumen y facilitando su ocultación bajo la ropa. El modelo gana ligereza y movilidad. Cable-based drive: There are no power actuators in the joints, which reduces the weight and inertia of the exoskeleton and the power of the actuators. These are installed in the vest or backpack contributing to the stability of the set, reducing the volume and facilitating its concealment under the clothes. The model gains lightness and mobility.

--
Compensación cinetoestática: Los muelles reducen la carga de los actuadores, y su tamaño, aligerando el sistema y aumentando su autonomía. Kinetostatic compensation: The springs reduce the actuator load, and its size, lightening the system and increasing its autonomy.

--
Estructura de cinemática paralela en el hombro: Resuelve la problemática del hombro mediante una estructura paralela formada por muelles y cables que se acomodan a los desplazamientos de la articulación. La unión exoesqueleto/chaleco no es rígida, aunque sí lo es la unión entre el exoesqueleto y el brazo del usuario y la unión del tronco corporal con el chaleco. Structure of parallel kinematics in the shoulder: Solves the problem of the shoulder by means of a parallel structure formed by springs and cables that accommodate the displacements of the joint. The exoskeleton / vest junction is not rigid, although the union between the exoskeleton and the user's arm and the union of the body trunk with the vest is.

--
Estructura en rejilla semicilíndrica: La estructura en rejilla del “exo-brazo” y “exo-antebrazo” mantiene el brazo del paciente sujeto, acomodado y protegido, al tiempo que mantiene la rigidez del exoesqueleto. La estructura es ligera, permite el paso de cables por el interior de los tubos y podría construirse regulable en longitud mediante un sistema telescópico. Semi-cylindrical grid structure: The grid structure of the "exo-arm" and "exo-forearm" keeps the patient's arm subject, accommodated and protected, while maintaining the exoskeleton's rigidity. The structure is light, allows the passage of cables through the interior of the tubes and could be constructed adjustable in length by means of a telescopic system.

--
Sistema de anillos en muñeca y hombro: La rotación de muñeca y hombro se consigue mediante una estructura de anillos concéntricos más estrecho radialmente, aunque más grande longitudinalmente. Se mantiene la rigidez estructural con volumen reducido. Wrist and shoulder ring system: Wrist and shoulder rotation is achieved by a concentric ring structure narrower radially, but larger longitudinally. Structural rigidity is maintained with reduced volume.

--
Cinco grados de libertad: Se resuelven los movimientos posibles del hombro, codo y la rotación de la muñeca con sólo cinco actuadores. Five degrees of freedom: The possible movements of the shoulder, elbow and wrist rotation are resolved with only five actuators.

El paciente puede colocarse el chaleco sobre el cuerpo como lo haría con un abrigo, esto es introduciendo el brazo que necesita rehabilitación primero por la manga en la que se encuentra el exoesqueleto e introduciendo el otro brazo después. Finalmente cerraría la cremallera y ajustaría el cinturón. The patient can put the vest on the body as he would with a coat, this is introducing the arm that needs rehabilitation first by the sleeve in which the exoskeleton is located and introducing the other arm later. Finally he would close the zipper and adjust the belt.

Por su escaso peso y volumen no necesita un entorno abierto y despejado, como los centros de rehabilitación ni como los entornos industriales. Se puede utilizar para ejecutar los ejercicios de rehabilitación en el hogar. Los terapeutas indican que hay varios factores que contribuyen a la rehabilitación eficaz del paciente: Because of its low weight and volume, it does not need an open and clear environment, such as rehabilitation centers or industrial environments. It can be used to perform rehabilitation exercises at home. Therapists indicate that there are several factors that contribute to the effective rehabilitation of the patient:

--
Poder realizar ejercicios del tipo “tomar y dejar un objeto” en posición erguida, sentado y agachado. La concepción portable y muy ligera del exoesqueleto facilita la adopción de todas estas posturas, que son imposibles con la mayoría de los sistemas existentes. Be able to perform exercises such as "take and leave an object" in an upright position, sitting and crouching. The portable and very light conception of the exoskeleton facilitates the adoption of all these postures, which are impossible with most existing systems.

--
Poder variar de ambiente de ejecución de la tarea para que el paciente se sienta estimulado a la ejecución de una tarea que por ser repetitiva no resulta atractiva. El exoesqueleto está diseñado para ocupar un mínimo volumen, lo que facilita moverse por todas partes superando con facilidad puertas, pasillos estrechos y ascensores. To be able to vary from the task execution environment so that the patient feels stimulated to the execution of a task that is not attractive because it is repetitive. The exoskeleton is designed to occupy a minimum volume, which makes it easy to move everywhere easily overcoming doors, narrow aisles and elevators.

--
La frecuencia de los ejercicios de rehabilitación. Poder usarlo en lugares diferentes del hospital aumenta la frecuencia de uso, pues desliga de lugar y horarios. El aspecto de ropa también contribuye a que el usuario acepte mejor el sistema, y esté dispuesto a usarlo en su casa y en otros lugares. The frequency of rehabilitation exercises. Being able to use it in different places of the hospital increases the frequency of use, since it shifts from place and schedules. The appearance of clothing also helps the user to accept the system better, and be willing to use it at home and elsewhere.

Los movimientos que debe ejecutar para la rehabilitación pueden estar pre-programados, o pueden prepararse de forma específica para el paciente en cuestión. El terapeuta, tras activar el modo grabación, podría agarrar con sus manos el antebrazo del paciente presionando con ellas sobre los sensores externos y el exoesqueleto reaccionará contribuyendo al empuje que ejerce el médico sobre el brazo desplazándolo. Al tiempo el movimiento quedará registrado. The movements to be executed for rehabilitation may be pre-programmed, or they may be prepared specifically for the patient in question. The therapist, after activating the recording mode, could grasp the patient's forearm with his hands by pressing them on the external sensors and the exoskeleton will react contributing to the doctor's push on the arm by moving it. At the time the movement will be registered.

Un modo de realización del módulo de sensores externos es en forma de dedales opuestos. Puede haber un número variable de pares de dedales, situados preferiblemente en el antebrazo (100, 101; 102, 103), como se muestra en la Figura 19 en la que se representan dos parejas de dedales opuestos, de modo que el movimiento del brazo pueda ser dirigido de forma natural agarrando el antebrazo. Los dedales pueden estar ubicados también en la muñeca o en el brazo (105, 106), como se muestra en la Figura 16. En la Figura 17 se muestra, a modo de ejemplo, un módulo de cinco sensores (93, 94, 95, 96, 97) incluidos en el interior (98) de un dedal (99). El terapeuta agarra el brazo del paciente por debajo en una postura natural, como se representa en las Figuras 15 y 16. Encontrará dos orificios amplios (98) para introducir los dedos pulgar y corazón de cada mano. Cada uno de ellos dispone de cinco sensores situados arriba (94), debajo (97), a la derecha (93), a la izquierda (96) y al fondo (95). Al mover su mano tropezará con los sensores ejerciendo presión sobre ellos y activando los actuadores de potencia que colaborarán al movimiento deseado. An embodiment of the external sensor module is in the form of opposite thimbles. There may be a variable number of pairs of thimbles, preferably located on the forearm (100, 101; 102, 103), as shown in Figure 19 in which two pairs of opposite thimbles are represented, so that the movement of the arm It can be directed naturally by grasping the forearm. The thimbles can also be located on the wrist or on the arm (105, 106), as shown in Figure 16. Figure 17 shows, by way of example, a module of five sensors (93, 94, 95 , 96, 97) included inside (98) of a thimble (99). The therapist grabs the patient's arm below in a natural posture, as shown in Figures 15 and 16. You will find two wide holes (98) to insert the thumb and heart of each hand. Each of them has five sensors located above (94), below (97), to the right (93), to the left (96) and to the bottom (95). When you move your hand you will trip over the sensors by exerting pressure on them and activating the power actuators that will collaborate with the desired movement.

Suponiendo que el terapeuta actúa sobre una única pareja de dédalos (102, 103), si ejerce fuerza sobre los sensores superiores (94) de los dedales opuestos (102, 103) el brazo se eleva, si lo hace sobre los dos sensores inferiores (97) el brazo desciende. Si presiona los dos sensores más cercanos a la mano (96) el brazo avanzará hacia delante y si lo hace sobre los dos sensores más cercanos al codo (93) el brazo retrocederá. Si presiona sobre sólo uno de los sensores del fondo (95) el brazo avanzará intentando reducir la presión del sensor y así se conseguirán movimientos laterales de aproximación o alejamiento al tronco del cuerpo, en función del dedal (102, 103) sobre el que esté actuando. Si se presiona sobre ambos sensores del fondo (95) simultáneamente, independientemente de la diferencia de presión, se entenderá que no se desea hacer movimiento lateral. Si se presiona en un superior (94) y en el opuesto inferior (97) se producirá el giro de muñeca-antebrazo en el sentido de giro correspondiente. Si se dispone de 4 sensores (100, 101, 102, 103) en el antebrazo -Figura 19-o dos en el antebrazo (102, 103) y dos en el brazo (105, 106) -Figura 16-, en las proximidades del codo es posible realizar cualquier movimiento. Siguiendo las instrucciones anteriores se puede trasladar el antebrazo a cualquier posición y orientación que sea natural para el hombre. Dado que el brazo humano es una cadena cinemática abierta y que el cuerpo del paciente es mucho más pesado que el antebrazo, el codo y el brazo se adaptarán a la nueva ubicación del antebrazo, manteniéndose el cuerpo en una posición fija. Si replegamos el antebrazo sobre el cuerpo el codo se flexionará. Si lo hacemos manteniendo los sensores a la misma altura el codo flexionará en horizontal, en cambio si situamos los sensores en la misma vertical el codo flexionará en vertical. Además, para grabar movimientos especiales se puede sentar o tumbar al paciente de modo que se consiga mayor inmovilidad del cuerpo, si fuera necesario. Assuming that the therapist acts on a single pair of dams (102, 103), if it exerts force on the upper sensors (94) of the opposite thimbles (102, 103) the arm is raised, if it does on the two lower sensors ( 97) the arm descends. If you press the two sensors closest to the hand (96) the arm will move forward and if you do it on the two sensors closest to the elbow (93) the arm will go back. If you press on only one of the bottom sensors (95) the arm will move forward trying to reduce the pressure of the sensor and thus lateral movements of approach or distance to the trunk of the body will be achieved, depending on the thimble (102, 103) on which it is acting. If both bottom sensors (95) are pressed simultaneously, regardless of the pressure difference, it will be understood that lateral movement is not desired. Pressing on an upper (94) and the lower opposite (97) will turn the wrist-forearm in the corresponding direction of rotation. If 4 sensors (100, 101, 102, 103) are available on the forearm -Figure 19-or two on the forearm (102, 103) and two on the arm (105, 106) -Figure 16-, in the vicinity from the elbow it is possible to make any movement. Following the instructions above, the forearm can be moved to any position and orientation that is natural for man. Since the human arm is an open kinematic chain and the patient's body is much heavier than the forearm, the elbow and arm will adapt to the new location of the forearm, keeping the body in a fixed position. If we fold the forearm over the body, the elbow will flex. If we do this by keeping the sensors at the same height, the elbow will float horizontally, instead if we place the sensors at the same vertical, the elbow will float vertically. In addition, to record special movements, the patient can be seated or laid down so that greater immobility of the body is achieved, if necessary.

En general, la presión es al mismo tiempo el modo de regular la velocidad de avance. Al soltar el antebrazo éste se detiene, pues los sensores detectan la falta de presión. La diferencia de presión entre las dos manos del terapeuta permite variar la orientación del brazo. In general, the pressure is at the same time the way of regulating the speed of advance. When releasing the forearm it stops, because the sensors detect the lack of pressure. The pressure difference between the therapist's two hands allows the orientation of the arm to vary.

Una vez el movimiento ha quedado registrado, se puede activar el modo reproducción, y el paciente podrá repetir los movimientos que han sido grabados tantas veces como quiera. Mediante un pequeño mando inalámbrico puede elegir la secuencia a reproducir y dar la orden de inicio. También puede usar los sensores externos para indicar por simple contacto con la mano no afectada el inicio de alguno de los movimientos grabados. Once the movement has been registered, the playback mode can be activated, and the patient can repeat the movements that have been recorded as many times as he wants. Using a small wireless controller, you can choose the sequence to play and give the start order. You can also use the external sensors to indicate by simple contact with the unaffected hand the beginning of any of the recorded movements.

Sobre el resultado de la grabación se aplica por defecto un filtrado paso bajo que suavizará la trayectoria y la hará más continua. On the recording result, a low-pass filtering is applied by default, which will soften the trajectory and make it more continuous.

Ejemplo 2 Example 2

Modo de realización con mochila Performance with backpack

En la Figura 3 se muestra un ejemplo sencillo de disposición de actuadores de potencia sobre una mochila (10). Esto permite descargarse este peso al sentarse. A simple example of arrangement of power actuators on a backpack (10) is shown in Figure 3. This allows you to download this weight when sitting.

Las poleas (80) están unidas por el eje a los actuadores (6) que se encuentran fijados al chaleco o a la mochila mediante los porta-actuadores de potencia (69). La fijación de las poleas que soportan la tracción del cable es doble mediante los porta-actuadores de potencia (69) y los porta-poleas (86). Las poleas ejercen su tracción sobre las articulaciones del robot mediante el cable (67) que vemos enfundado en (62) a partir del pasador (66). El cable enfundado The pulleys (80) are connected by the shaft to the actuators (6) that are fixed to the vest or to the backpack by means of the power actuator holders (69). The fixing of the pulleys that support the tension of the cable is double by means of the power actuator holders (69) and the pulley holders (86). The pulleys exert their traction on the joints of the robot by means of the cable (67) that we see wrapped in (62) from the pin (66). The sheathed cable

(62) es guiado a veces por los tubos del brazoyaveces se sujeta en su trayectoria, mediante las bridas o presas (65). (62) is sometimes guided by the arm arm tubes and is sometimes held in its path, by means of flanges or dams (65).

Ejemplo 3 Example 3

Modo de realización con actuadores lineales Method of realization with linear actuators

En la Figura 4 se puede observar otro modo de realización en el que los actuadores de potencia (6) van colocados sobre el chaleco (8), siendo ésta una versión integrada en la que no hay mochila (10). In Figure 4 another embodiment can be observed in which the power actuators (6) are placed on the vest (8), this being an integrated version in which there is no backpack (10).

En ella se pueden ver los mismos elementos que en la anterior, pero integrados en el chaleco (8) para ocupar el menor espacio y volumen posibles y para repartirlos de la manera más apropiada. Los pasadores (66) hacen el cambio entre cable enfundado (62) y cable desnudo (67). En esta versión se han instalado actuadores de potencia lineales (206) en los que el vástago (205) está unido al cable desnudo (67) y tira de él o lo suelta para controlar el movimiento. La ventaja de estos actuadores lineales (206) es que se integran muy fácilmente, en el chaleco permitiendo un mejor camuflaje de equipos. Los soportes (204) se colocan a ambos lados del actuador lineal (206), o siguiendo la recomendación del fabricante, procurando ocupar poco espacio. En la imagen se han dibujado solo a un lado para mostrar el vástago. In it you can see the same elements as in the previous one, but integrated in the vest (8) to occupy the smallest space and volume possible and to distribute them in the most appropriate way. The pins (66) make the change between sheathed cable (62) and bare cable (67). In this version, linear power actuators (206) have been installed in which the rod (205) is attached to the bare cable (67) and pulls or releases it to control the movement. The advantage of these linear actuators (206) is that they are integrated very easily, in the vest allowing a better camouflage of equipment. The supports (204) are placed on both sides of the linear actuator (206), or following the manufacturer's recommendation, trying to take up little space. In the image they have been drawn only to the side to show the stem.

Ejemplo 4 Example 4

Modo de realización con 2 brazos 2-arm embodiment

Este modo de realización puede servir para hacer ejercicios con los dos brazos en paralelo o en coordinación de movimientos, por ejemplo para uso deportivo. La diferencia esencial es que se instalarían dos exo-brazos y los actuadores necesarios para mover ambos brazos. This embodiment can be used to exercise with both arms in parallel or in coordination of movements, for example for sports use. The essential difference is that two exo-arms and the actuators needed to move both arms would be installed.

Ejemplo 5 Example 5

Modo de realización para asistencia a la tercera edad Execution mode for assistance to the elderly

En el diseño se han eliminado los elementos de alta precisión, que no son necesarios para estos usos convirtiéndolo por su bajo coste en un sistema que se puede adquirir de forma masiva para asistencia a personas mayores o para rehabilitación en el propio hogar, como apoyo para unos músculos debilitados por la edad u otras causas, o para entrenamiento deportivo por su capacidad de reproducir movimientos. In the design, high precision elements have been eliminated, which are not necessary for these uses, making it a low-cost system that can be purchased massively for assistance to the elderly or for rehabilitation in the home itself, as support for muscles weakened by age or other causes, or for sports training due to their ability to reproduce movements.

Sobre el mismo montaje descrito en el primer ejemplo, se podría disponer de una serie de movimientos pregrabados que permiten ejecutar las tareas más frecuentes o las más pesadas para que el usuario las pueda realizar sin miedo a provocar un accidente. On the same assembly described in the first example, there could be a series of pre-recorded movements that allow the most frequent or heavier tasks to be executed so that the user can perform them without fear of causing an accident.

En este modo bastaría con seleccionar el programa deseado mediante teclado o unos botones dispuestos sobre el antebrazo. Otra modalidad de uso es el modo “sígueme” en que el usuario puede desplazar su brazo afectado dirigiéndolo con su otra mano mediante el uso de los sensores externos (100, 101, 102, 103, 105, 106). En este caso no se requiere, la misma precisión, por lo que no es necesario el uso de los cuatro juegos de sensores de las dos manos. En general bastará con usar un dedo para moverlo. El usuario colocará el brazo en una posición determinada y el exoesqueleto la mantendrá hasta nueva orden. Esto es una manera de poder sostener cosas sin soportar realmente su peso o sujetar objetos que deben ser manipulados con dos manos. In this mode it would be enough to select the desired program by means of a keyboard or buttons arranged on the forearm. Another mode of use is the “follow me” mode in which the user can move his affected arm by directing it with his other hand by using the external sensors (100, 101, 102, 103, 105, 106). In this case, the same precision is not required, so it is not necessary to use the four sets of two-hand sensors. In general, just use a finger to move it. The user will place the arm in a certain position and the exoskeleton will keep it until new order. This is a way of being able to hold things without actually supporting their weight or holding objects that must be handled with two hands.

Si fuera necesario, el usuario puede regular la fuerza que el exoesqueleto es capaz de hacer, desplazando el punto de apoyo de los amortiguadores inferiores en el brazo. Basta para ello que este tenga unas cuantas posiciones prefijadas (la de movimiento normal, carga pesos moderados, carga de pesos medios y carga de pesos elevados). Un modo de realización del punto de anclaje variable sería que éste estuviera en un disco (90) cuyo centro (92) va fijado al exobrazo (2), como se muestra en las Figuras 18 y 19. Un ligero movimiento del disco y la introducción de un pasador If necessary, the user can regulate the force that the exoskeleton is capable of, by displacing the support point of the lower shock absorbers on the arm. It is enough for this to have a few pre-set positions (that of normal movement, load moderate weights, load of medium weights and load of high weights). One embodiment of the variable anchor point would be that it was on a disk (90) whose center (92) is fixed to the exobrazo (2), as shown in Figures 18 and 19. A slight movement of the disk and the introduction of a pin

(91) para fijarlo servirán para conseguir la variación del punto de anclaje (104) de los amortiguadores inferiores al exobrazo (alejándolos o acercándolos al hombro) y por tanto la regulación de carga que puede soportar el exoesqueleto. (91) to fix it they will serve to achieve the variation of the anchor point (104) of the shock absorbers lower than the exobrazo (moving them away or closer to the shoulder) and therefore the load regulation that the exoskeleton can support.

Ejemplo 6 Example 6

Modo de realización del conjunto de sensores externos Mode of realization of the set of external sensors

Si ejerce fuerza sobre los sensores inferiores el brazo se eleva, si lo hace sobre los superiores el brazo desciende. Si se está sujetando por los sensores más cercanos a la mano el brazo avanzará hacia delante y si sujeta por los más cercanos al codo el brazo retrocederá. Si sujeta por ambos a la vez el antebrazo se elevará o descenderá sin avance ni retroceso. Si se desea, por ejemplo, que el brazo avance sin elevarse ni descender se sujetará los sensores superiores e inferiores próximos a la muñeca. La presión es al mismo tiempo el modo de regular la velocidad de avance. Al soltar el antebrazo este se detiene, pues los sensores detectan la falta de presión. If it exerts force on the lower sensors the arm rises, if it does on the upper sensors the arm descends. If it is being held by the sensors closest to the hand, the arm will move forward and if it is held by those closest to the elbow, the arm will recede. If you hold both at the same time the forearm will rise or fall without forward or reverse. If, for example, it is desired that the arm advances without raising or lowering, the upper and lower sensors close to the wrist will be attached. The pressure is at the same time the way of regulating the speed of advance. When releasing the forearm it stops, because the sensors detect the lack of pressure.

Por último, la Figura 20 representa el esquema de funcionamiento del exo-esqueleto (310). Los actuadores del exoesqueleto son manejados por un sistema de control en bucle cerrado (308) que se asegurará de posicionarlos en todo momento en el lugar deseado. Finally, Figure 20 represents the scheme of operation of the exoskeleton (310). The exoskeleton actuators are operated by a closed loop control system (308) that will ensure that they are positioned at all times in the desired location.

El bloque (302) permite al usuario o al asistente (300) seleccionar el modo de funcionamiento del exoesqueleto. Los modos esenciales son: The block (302) allows the user or the assistant (300) to select the mode of operation of the exoskeleton. The essential modes are:

1 one
Exoesqueleto detenido: No hará nada. Estará en este modo cuando no está en uso o el usuario se lo está colocando. Exoskeleton stopped: He will do nothing. It will be in this mode when it is not in use or the user is placing it.

2 2
Exoesqueleto en modo grabación de trayectorias: registra los movimientos realizados por el exoesqueleto. Exoskeleton in trajectory recording mode: records the movements made by the exoskeleton.

3 3
Exoesqueleto en modo seguimiento de trayectoria grabada: Se seleccionará la trayectoria deseada y el robot la repetirá un número determinado de veces (programable). Exoskeleton in recorded trajectory tracking mode: The desired trajectory will be selected and the robot will repeat it a certain number of times (programmable).

4 4
Exoesqueleto en modo seguimiento de sensores externos (dedales): El exoesqueleto seguirá los movimientos que indiquen los dedales. Exoskeleton in external sensor tracking mode (thimbles): The exoskeleton will follow the movements indicated by the thimbles.

Cualquier contacto con los dedales o sensores externos (304) debería hacer pasar al exoesqueleto al modo “seguimiento de sensores externos”, para protección del usuario. En este modo el usuario podría colocar su brazo en la posición que desee, o detener un movimiento no deseado. Por su parte el médico, terapeuta, el entrenador, o el asistente del que se trate (316) podrá mover el exoesqueleto empleando los dedales y grabar al mismo tiempo en el sistema la trayectoria generada para su posterior reproducción. Any contact with the thimbles or external sensors (304) should bring the exoskeleton to the “external sensor tracking” mode, for user protection. In this mode the user could place his arm in the desired position, or stop an unwanted movement. On the other hand, the doctor, therapist, the trainer, or the assistant in question (316) can move the exoskeleton using the thimbles and record at the same time in the system the path generated for later reproduction.

El sistema de grabación de trayectorias (318) permite registrar cualquier movimiento que ejecute el exoesqueleto. De este modo se pueden almacenar movimientos de ensayo, movimientos habituales en el quehacer diario, movimientos de entrenamiento o terapia que deben repetirse con frecuencia, etc. The trajectory recording system (318) allows to record any movement executed by the exoskeleton. In this way you can store test movements, habitual movements in the daily work, training or therapy movements that must be repeated frequently, etc.

El asistente (316) también puede grabar trayectorias obtenidas por simulación (312) en un ordenador externo o en el del exoesqueleto. De este modo puede retocar o tratar digitalmente trayectorias predefinidas para su posterior ejecución. También puede cargar en el generador de trayectorias (306) aquellas que ya ha usado con otros clientes, que están bien probadas y que demuestran ser más útiles. The assistant (316) can also record trajectories obtained by simulation (312) on an external computer or on the exoskeleton. In this way you can digitally retouch or treat predefined paths for later execution. You can also load in the trajectory generator (306) those that you have already used with other clients, which are well tested and that prove to be more useful.

En general todas las trayectorias, independientemente de su origen pueden registrarse en el sistema de generación de trayectorias (306) que será el responsable de indicar al sistema de control el movimiento que se desea realizar, si está en modo seguimiento de trayectorias grabadas. In general, all trajectories, regardless of their origin, can be registered in the path generation system (306), which will be responsible for indicating to the control system the movement to be performed, if it is in track mode of recorded paths.

Ejemplo 7 Example 7

Modo de realización para aplicaciones específicas Execution mode for specific applications

En industria, o en aplicaciones especiales, como podría ser en un taller mecánico, podría darse la circunstancia, por ejemplo, de que el usuario realice todo el tiempo el trabajo en posición horizontal, para colocar piezas por debajo en un equipo que se encuentra sobre él mientras él está tumbado boca arriba. En un caso así, tiene más sentido que el sistema cinetostático esté situado en oposición a la fuerza de la gravedad. En esencia el único cambio en este modo de realización es que la plataforma paralela del hombro estaría girada unos 90º respecto a su colocación normal. Igualmente son posibles otras posiciones de la misma plataforma para aplicaciones específicas que lo requieran. In industry, or in special applications, as it could be in a mechanical workshop, it could be the circumstance, for example, that the user carries out the work in a horizontal position all the time, to place parts underneath in an equipment that is above him while he is lying on his back. In such a case, it makes more sense that the kinetic system is located in opposition to the force of gravity. In essence, the only change in this embodiment is that the parallel shoulder platform would be rotated about 90º with respect to its normal placement. Other positions on the same platform are also possible for specific applications that require it.

Claims (22)

REIVINDICACIONES 1. Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano, que comprende: 1. Wearable robotic exoskeleton for human arm, comprising:
--
una exo-muñeca, que comprende al menos un anillo (21, 22, 23) para soportar la muñeca del usuario y permitir su giro; an exo-wrist, comprising at least one ring (21, 22, 23) to support the user's wrist and allow its rotation;
--
un exo-antebrazo (3), unido a la exo-muñeca y encargado de soportar el antebrazo del usuario; an exo-forearm (3), attached to the exo-wrist and in charge of supporting the user's forearm;
--
un exo-brazo (2) encargado de soportar el brazo del usuario, unida al exo-antebrazo (3) mediante una articulación móvil (15) para permitir el giro del codo del usuario; an exo-arm (2) responsible for supporting the user's arm, attached to the exo-forearm (3) by means of a mobile joint (15) to allow the user's elbow to rotate;
--
una unión del exo-brazo (2) con la plataforma móvil del hombro para permitir la rotación del brazo en el hombro; a joint of the exo-arm (2) with the mobile shoulder platform to allow rotation of the arm on the shoulder;
--
una pluralidad de cables de tracción (67) para forzar el movimiento de cada articulación; a plurality of traction cables (67) to force the movement of each joint;
--
una pluralidad de actuadores de potencia (6, 206) para actuar los cables de tracción (67); a plurality of power actuators (6, 206) to actuate the traction cables (67);
caracterizado por que comprende: characterized in that it comprises:
--
medios portadores (8) para ser portados por el usuario y encargados de soportar los actuadores de potencia (6, 206); carrier means (8) to be carried by the user and responsible for supporting the power actuators (6, 206);
--
una estructura de cinemática paralela del hombro, encargada de proporcionar la movilidad del brazo con respecto al hombro y de efectuar un seguimiento de los desplazamientos del hombro respecto al cuerpo, que comprende al menos una pluralidad de cables (11, 13) que conectan un soporte de brazo (33), que actúa como plataforma móvil de la estructura de cinemática paralela, con los medios portadores (8), que actúan como plataforma base de la estructura de cinemática paralela. a parallel kinematic structure of the shoulder, responsible for providing the mobility of the arm with respect to the shoulder and for tracking the movements of the shoulder with respect to the body, which comprises at least a plurality of cables (11, 13) that connect a support of arm (33), which acts as a mobile platform of the parallel kinematics structure, with the carrier means (8), which act as the base platform of the parallel kinematics structure.
2. 2.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según la reivindicación 1, caracterizado por que la estructura de cinemática paralela del hombro comprende un sistema de compensación de gravedad, formado por una pluralidad de muelles (4, 5) que conectan el soporte de brazo (33) y los medios portadores (8) para soportar parcial o totalmente el peso del brazo del usuario. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to claim 1, characterized in that the parallel kinematic structure of the shoulder comprises a gravity compensation system, formed by a plurality of springs (4, 5) connecting the arm support (33) and the carrier means (8) to partially or totally support the weight of the user's arm.
3. 3.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según la reivindicación 2, caracterizado por que el sistema de compensación de gravedad comprende al menos uno de los siguientes: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to claim 2, characterized in that the gravity compensation system comprises at least one of the following:
--
un par de amortiguadores inferiores (4) que soportan el brazo por delante y por detrás del mismo, apoyándose en dos puntos situados en la parte inferior de los medios portadores (8). a pair of lower shock absorbers (4) that support the arm in front of and behind it, resting on two points located at the bottom of the carrier means (8).
--
un muelle superior (5) anclado, en vertical cerca de una hombrera, a los medios portadores (8) y unido por el otro extremo al soporte del brazo (33). an upper spring (5) anchored, vertically near a shoulder strap, to the carrier means (8) and attached at the other end to the arm support (33).
4. Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la exo-muñeca está formada por tres anillos (21, 22, 23) concéntricos, disponiendo el anillo central 4. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, characterized in that the exo-wrist is formed by three concentric rings (21, 22, 23), the central ring being arranged (22) de forma de polea para guiar un cable tractor (56) y poder rotar sobre su eje para girar la muñeca del usuario en sentido horario o antihorario. (22) Pulley shape to guide a tractor cable (56) and be able to rotate on its axis to rotate the user's wrist clockwise or counterclockwise.
5. 5.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que tanto el exo-antebrazo (3) como el exo-brazo (2) comprenden, para mantener el brazo del usuario sujeto al exoesqueleto, una rejilla con forma de semicilindro, unos acolchamientos y unas fijaciones mediante bandas elásticas para sujetar el conjunto y distribuir la presión por todo el brazo. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, characterized in that both the exo-forearm (3) and the ex-arm (2) comprise, to keep the user's arm attached to the exoskeleton, a semi-cylinder shaped grid , padding and fixation by elastic bands to hold the assembly and distribute the pressure throughout the arm.
6. 6.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura de cinemática paralela del hombro comprende: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, characterized in that the parallel kinematic structure of the shoulder comprises:
-un cable de tracción hacia abajo (13), encargado de forzar el movimiento del brazo hacia abajo, que se divide en una pluralidad de tendones para equilibrar el movimiento y obtener puntos de anclaje (130) sobre el soporte base (33) desplazados lateralmente. -a pull cable down (13), responsible for forcing the movement of the arm down, which is divided into a plurality of tendons to balance the movement and obtain anchor points (130) on the base support (33) displaced laterally .
7. 7.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura de cinemática paralela del hombro comprende: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, characterized in that the parallel kinematic structure of the shoulder comprises:
--
un cable de tracción (11) encargado de actuar sobre el brazo desde la parte delantera para forzar el movimiento del brazo hacia adelante, y a pull cable (11) responsible for acting on the arm from the front to force forward arm movement, and
--
un muelle (12) anclado por detrás del brazo a la espalda de los medios portadores (8,10), para forzar el movimiento del brazo hacia atrás. a spring (12) anchored behind the arm to the back of the carrier means (8,10), to force the movement of the arm backwards.
8. Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la estructura de cinemática paralela del hombro comprende: 8. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of claims 1 to 7, characterized in that the parallel kinematic structure of the shoulder comprises:
--
un cable de tracción encargado de actuar sobre el brazo desde la parte trasera para forzar el movimiento del brazo hacia atrás, y a traction cable responsible for acting on the arm from the rear to force the movement of the arm back, and
--
un muelle anclado por delante del brazo a los medios portadores (8, 10) para forzar el movimiento del brazo hacia adelante. a spring anchored in front of the arm to the carrier means (8, 10) to force the movement of the arm forward.
9. 9.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la rotación del brazo en el hombro se efectúa mediante una cualquiera de las siguientes formas: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, characterized in that the rotation of the arm on the shoulder is carried out in any of the following ways:
-mediante dos cables (60, 61) que trabajan en oposición; -mediante un cable y un muelle. - through two cables (60, 61) that work in opposition; -by a cable and a spring.
10. 10.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la rotación de la muñeca se efectúa mediante una cualquiera de las siguientes formas: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, characterized in that the rotation of the wrist is carried out in any of the following ways:
-mediante dos cables de tracción; -mediante un cable de tracción (63) y un muelle (51). -by two traction cables; -by means of a traction cable (63) and a spring (51).
11. eleven.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la rotación del codo se efectúa mediante una cualquiera de las siguientes formas: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, characterized in that the rotation of the elbow is carried out in any of the following ways:
-mediante dos cables de tracción (62, 64) trabajando en oposición; -mediante un cable de tracción y un muelle. -by two traction cables (62, 64) working in opposition; -by a traction cable and a spring.
12. 12.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según la reivindicación anterior, caracterizado por que la articulación del codo comprende: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to the preceding claim, characterized in that the elbow joint comprises:
--
dos piezas móviles (26, 29) con un eje de giro común (39), la primera pieza móvil (26) formando parte del exoantebrazo (3) y la segunda pieza móvil (29) del exo-brazo (2); two moving parts (26, 29) with a common axis of rotation (39), the first moving part (26) forming part of the exo-arm (3) and the second moving part (29) of the ex-arm (2);
--
unos topes (43) para evitar que el codo pueda girar hacia atrás más allá de una posición límite; stops (43) to prevent the elbow from turning backwards beyond a limit position;
--
una polea (40), unida solidariamente a la primera pieza móvil (26), que permite el accionamiento de la articulación del codo a través de dos cables de tracción (62, 64). a pulley (40), jointly and severally connected to the first moving part (26), which allows actuation of the elbow joint through two traction cables (62, 64).
13. Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según la reivindicación anterior, caracterizado por que comprende: 13. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to the preceding claim, characterized in that it comprises:
--
un encoder ubicado en la polea (40) para determinar el ángulo que relaciona la posición de la primera pieza móvil an encoder located on the pulley (40) to determine the angle that relates the position of the first moving part
(26) respecto a la segunda pieza móvil (29); -un sensor inercial (114) en el exo-brazo (2) para determinar su inclinación; -un sensor inercial (113) en el exo-antebrazo (3) para, junto con la información del encoder de la polea (40), (26) with respect to the second moving part (29); - an inertial sensor (114) in the exo-arm (2) to determine its inclination; - an inertial sensor (113) in the exo-forearm (3) for, together with the information of the pulley encoder (40), determinar la posición del exo-antebrazo (3). -un sensor inercial (112) sobre la hombrera de los medios portadores (8) para determinar la posición relativa del brazo respecto al cuerpo del usuario. determine the position of the exo-forearm (3). - an inertial sensor (112) on the shoulder of the carrier means (8) to determine the relative position of the arm relative to the user's body.
14. Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones1a12, caracterizado por que los medios portadores comprenden un chaleco (8). 14. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of claims 1-12, characterized in that the carrier means comprise a vest (8).
15. fifteen.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según la reivindicación anterior, caracterizado por que los medios portadores comprenden adicionalmente una mochila (10). Wearable robotic exoskeleton for human arm according to the preceding claim, characterized in that the carrier means additionally comprise a backpack (10).
16. 16.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los actuadores de potencia se seleccionan de entre los siguientes: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, wherein the power actuators are selected from the following:
--
actuadores lineales (106); linear actuators (106);
--
actuadores rotacionales (6); rotational actuators (6);
--
una combinación de los anteriores. A combination of the above.
17. 17.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según la reivindicación anterior, donde los actuadores de potencia rotacionales (6) ejercen su tracción sobre el cable mediante una polea (80) con un surco helicoidal (84) que permite conducir el cable en su recogida. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to the preceding claim, wherein the rotational power actuators (6) exert their traction on the cable by means of a pulley (80) with a helical groove (84) that allows the cable to be collected.
18. 18.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una pluralidad de dedales de sensores externos (100, 101, 102, 103, 105, 106) ubicados en el propio exoesqueleto para activar los actuadores de potencia (6, 206) y así comandar los movimientos del mismo. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of external sensor thimbles (100, 101, 102, 103, 105, 106) located in the exoskeleton itself to activate the power actuators (6 , 206) and thus command its movements.
19. 19.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según la reivindicación anterior, caracterizado por que cada dedal de sensores externo comprende un conjunto de cinco sensores (93, 94, 95, 96, 97) incluidos en el interior Wearable robotic exoskeleton for human arm according to the preceding claim, characterized in that each external sensor thimble comprises a set of five sensors (93, 94, 95, 96, 97) included inside
(98) de un dedal (99). (98) of a thimble (99).
20. twenty.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 19, caracterizado por que los dedales de sensores externos se disponen en pares de dedales (100, 101; 102, 103; 105, 106) con funciones opuestas. Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of claims 18 to 19, characterized in that the external sensor thimbles are arranged in pairs of thimbles (100, 101; 102, 103; 105, 106) with opposite functions.
21. twenty-one.
Exoesqueleto robotizado vestible para brazo humano según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado por que dispone de medios de almacenamiento de datos, medios de entrada para selección de un modo de funcionamiento del exoesqueleto y de una unidad de control configurada para, en función de dicha selección, seleccionar uno de los siguientes modos de funcionamiento del exoesqueleto: Wearable robotic exoskeleton for human arm according to any of claims 18 to 20, characterized in that it has data storage means, input means for selecting an operating mode of the exoskeleton and a control unit configured for, depending on said selection, select one of the following modes of operation of the exoskeleton:
--
modo de grabación de trayectorias, para registrar los movimientos realizados por el exoesqueleto en los medios de almacenamiento de datos; trajectory recording mode, to record the movements made by the exoskeleton in the data storage media;
--
modo de seguimiento de trayectoria grabada, para seleccionar una trayectoria deseada, previamente grabada en los medios de almacenamiento de datos, y repetir dicha trayectoria de manera automática o permitir que el usuario intente seguirla y corregirle cuando se salga de ella; recorded path tracking mode, to select a desired path, previously recorded on the data storage media, and repeat that path automatically or allow the user to try to follow it and correct it when leaving it;
--
modo de seguimiento de sensores externos, para permitir el control del movimiento del exoesqueleto a través de los sensores externos. External sensor tracking mode, to allow control of exoskeleton movement through external sensors.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND N.º solicitud: 201131435 Application number: 201131435 ESPAÑA SPAIN Fecha de presentación de la solicitud: 31.08.2011 Date of submission of the application: 31.08.2011 Fecha de prioridad: Priority Date: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE 51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional 51 Int. Cl.: See Additional Sheet DOCUMENTOS RELEVANTES RELEVANT DOCUMENTS
Categoría Category
Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected
A TO
WO 2008031023 A2 (OHIO UNIVERSITY) 13.03.2008, página 6, línea 9 – página 11, línea 7; figuras. 1 WO 2008031023 A2 (OHIO UNIVERSITY) 13.03.2008, page 6, line 9 - page 11, line 7; figures. one
A TO
ES 2334780 T3 (ORGANISATION INTERGOUVERNEMENTALE DITE AGENCE SPATIALE EUROPEENNE) 16.03.2010, página 4, línea 24 – página 16, línea 39; figuras. 1 EN 2334780 T3 (ORGANIZATION INTERGOUVERNEMENTALE DITE AGENCE SPATIALE EUROPEENNE) 16.03.2010, page 4, line 24 - page 16, line 39; figures. one
A TO
US 7862524 B2 (CARIGNAN et al.) 04.01.2011, columna 4, línea 29 – columna 7, línea 40; figuras. 1 US 7862524 B2 (CARIGNAN et al.) 04.01.2011, column 4, line 29 - column 7, line 40; figures. one
A TO
WO 2011029564 A2 (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES) 17.03.2011, páginas 1-5; figuras. 1 WO 2011029564 A2 (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES) 17.03.2011, pages 1-5; figures. one
A TO
US 2010204804 A1 (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE) 12.08.2010, párrafos [71-208]; figuras. 1 US 2010204804 A1 (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE) 12.08.2010, paragraphs [71-208]; figures. one
A TO
US 2008009771 A1 (PERRY et al.) 10.01.2008, párrafos [77-130]; figuras. 1 US 2008009771 A1 (PERRY et al.) 10.01.2008, paragraphs [77-130]; figures. one
Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
Fecha de realización del informe 21.11.2011 Date of realization of the report 21.11.2011
Examinador J. Cuadrado Prados Página 1/4 Examiner J. Square Prados Page 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE Nº de solicitud: 201131435 Application number: 201131435 CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD A61F5/01 (2006.01) CLASSIFICATION OBJECT OF THE APPLICATION A61F5 / 01 (2006.01) A61H1/02 (2006.01) B25J9/00 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) A61H1 / 02 (2006.01) B25J9 / 00 (2006.01) Minimum documentation sought (classification system followed by classification symbols) A61F, A61H, B25J A61F, A61H, B25J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, PAJ, ECLA, INTERNET. Electronic databases consulted during the search (name of the database and, if possible, terms of search used) INVENES, EPODOC, WPI, PAJ, ECLA, INTERNET. Informe del Estado de la Técnica Página 2/4 State of the Art Report Page 2/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 201131435 Application number: 201131435 Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 21.11.2011 Date of Written Opinion: 21.11.2011 Declaración Statement
Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-21 SI NO Claims Claims 1-21 IF NOT
Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-21 SI NO Claims Claims 1-21 IF NOT
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986). Base de la Opinión.  Opinion Base. La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. This opinion has been made on the basis of the patent application as published. Informe del Estado de la Técnica Página 3/4 State of the Art Report Page 3/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 201131435 Application number: 201131435 1. Documentos considerados.-1. Documents considered.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.
Documento Document
Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
D01 D01
WO 2008031023 A2 13.03.2008 WO 2008031023 A2 13.03.2008
D02 D02
ES 2334780 T3 16.03.2010 ES 2334780 T3 03/16/2010
D03 D03
US 7862524 B2 04.01.2011 US 7862524 B2 04.01.2011
D04 D04
WO 2011029564 A2 17.03.2011 WO 2011029564 A2 03.17.2011
D05 D05
US 2010204804 A1 12.08.2010 US 2010204804 A1 12.08.2010
D06 D06
US 2008009771 A1 10.01.2008 US 2008009771 A1 10.01.2008
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración 2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement La solicitud se refiere a un exoesqueleto robotizado vestible, que se puede superponer al brazo de una persona para proporcionar asistencia en rehabilitación, entrenamiento deportivo, o en la vida diaria, ayudando a mover los brazos según patrones de movimiento destinados a conseguir su rehabilitación, entrenamiento o la ejecución de los movimientos diarios más frecuentes. El exoesqueleto tiene una configuración y apariencia similar a una prenda de vestir, con el propósito de que se adapte de forma natural y ergonómica a las posturas y movimientos de la persona que lo utiliza, de manera que además de servir para dotar al usuario de un complemento y ayuda al movimiento, no llame la atención y resulte más aceptable en su entorno social y en su percepción personal. The request refers to a wearable robotic exoskeleton, which can be superimposed on the arm of a person to provide assistance in rehabilitation, sports training, or in daily life, helping to move the arms according to movement patterns aimed at getting their rehabilitation, training or the execution of the most frequent daily movements. The exoskeleton has a configuration and appearance similar to a garment, so that it adapts naturally and ergonomically to the postures and movements of the person using it, so that in addition to serving to provide the user with a complement and help the movement, do not attract attention and be more acceptable in your social environment and personal perception. La actuación del exoesqueleto de la solicitud se basa en un accionamiento por cables y con una estructura de cinemática paralela del hombro, que le proporcionan un reducido peso y volumen para ser vestido sobre el tronco humano y los brazos, de modo que puede ser utilizado de manera habitual para aportar fuerza al usuario. En concreto, con la estructura de cinemática paralela en el hombro se pretende resolver la problemática de la articulación del hombro mediante una estructura paralela formada por muelles y cables que se acomodan a los desplazamientos de la articulación, proporcionando una unión exoesqueleto/chaleco no rígida, aunque sí lo es la unión entre el exoesqueleto y el brazo del usuario y la unión del tronco corporal con el chaleco. The performance of the exoskeleton of the application is based on a cable drive and with a parallel kinematic structure of the shoulder, which provides a reduced weight and volume to be dressed on the human trunk and arms, so that it can be used in usual way to provide strength to the user. Specifically, with the parallel kinematic structure on the shoulder, the problem of the shoulder joint is resolved by means of a parallel structure formed by springs and cables that accommodate the displacements of the joint, providing a non-rigid exoskeleton / vest joint, although it is the union between the exoskeleton and the user's arm and the union of the body trunk with the vest. En el estado de la técnica existen gran variedad de exoesqueletos diseñados para la extremidad superior de un cuerpo humano, algunos de los cuales permiten ser llevados sobre el tronco del usuario y el brazo que pretende moverse, en los que los objetivos o las funciones para las que han sido concebidos son iguales o similares a las que se citan a modo de ejemplo en la solicitud. Pueden considerarse ejemplos de estos antecedentes del estado de la técnica los documentos D01 a D06 citados en el Informe. Incluso en alguno de estos exoesqueletos se aprecia un diseño característico para resolver la articulación del hombro, anticipándose en alguno de ellos el uso de un mecanismo paralelo para la misma. In the state of the art there are a variety of exoskeletons designed for the upper extremity of a human body, some of which allow to be carried on the user's trunk and the arm that is intended to move, in which the objectives or functions for that have been conceived are the same or similar to those cited by way of example in the application. Examples of this background of the prior art can be considered documents D01 to D06 cited in the Report. Even one of these exoskeletons shows a characteristic design to solve the shoulder joint, anticipating in some of them the use of a parallel mechanism for it. No obstante, aunque algunos antecedentes guardan similitudes con el exoesqueleto de la solicitud en estudio en cuanto a las funciones y objetivos perseguidos, las soluciones aportadas en los mismos se puede considerar que presentan características diferenciadas con relación al objeto técnico definido en la reivindicación principal de la solicitud. However, although some background is similar to the exoskeleton of the application under study in terms of the functions and objectives pursued, the solutions provided therein can be considered to have different characteristics in relation to the technical object defined in the main claim of the request. Los documentos D01 a D06 que se citan en el Informe solo muestran el estado general de la técnica y no se consideran de particular relevancia. Documents D01 to D06 cited in the Report only show the general state of the art and are not considered of particular relevance. Cualquiera de esos documentos anticipan exoesqueletos que pueden considerarse similares al exoesqueleto robotizado vestible para un brazo humano que nos ocupa, o muestran una estructura que tiene algún parecido con el mismo, pero en ninguno de ellos se anticipan todas las características que limitan el objeto de protección de la primera reivindicación. Any of these documents anticipate exoskeletons that can be considered similar to the robotic exoskeleton wearable for a human arm that occupies us, or show a structure that has some resemblance to it, but none of them anticipate all the characteristics that limit the object of protection of the first claim. Así pues, los documentos citados solo muestran el estado general de la técnica, y no se consideran de particular relevancia. No sería obvio para una persona experta en la materia aplicar las características incluidas en los documentos citados y llegar a la invención como se revela en la reivindicación primera. Por lo tanto, el objeto de esta reivindicación principal cumple los requisitos de novedad y actividad inventiva. Thus, the documents cited only show the general state of the art, and are not considered of particular relevance. It would not be obvious for a person skilled in the art to apply the features included in the cited documents and arrive at the invention as disclosed in the first claim. Therefore, the object of this main claim meets the requirements of novelty and inventive activity. Las reivindicaciones dependientes 2 a 21 delimitan características adicionales optativas y como la primera general también cumplen los requisitos con respecto a novedad y actividad inventiva. Dependent claims 2 to 21 delimit additional optional features and as the first general also meet the requirements regarding novelty and inventive activity. Informe del Estado de la Técnica Página 4/4 State of the Art Report Page 4/4
ES201131435A 2011-08-31 2011-08-31 Wearable robotic exoskeleton for human arm. Active ES2370895B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201131435A ES2370895B2 (en) 2011-08-31 2011-08-31 Wearable robotic exoskeleton for human arm.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201131435A ES2370895B2 (en) 2011-08-31 2011-08-31 Wearable robotic exoskeleton for human arm.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2370895A1 ES2370895A1 (en) 2011-12-23
ES2370895B2 true ES2370895B2 (en) 2012-05-08

Family

ID=45099252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201131435A Active ES2370895B2 (en) 2011-08-31 2011-08-31 Wearable robotic exoskeleton for human arm.

Country Status (1)

Country Link
ES (1) ES2370895B2 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2544890B2 (en) * 2014-03-04 2016-05-09 Universidad Politécnica de Madrid Robotic exoskeleton with self-adjusting sliding elbow support for human arm
EP2957392A1 (en) * 2014-06-18 2015-12-23 Moog B.V. Movement apparatus
PL3529015T3 (en) * 2016-10-21 2021-11-22 Skel-Ex Holding B.V. Force-balancing support
WO2018213896A1 (en) * 2017-05-26 2018-11-29 The University Of Melbourne Electromechanical robotic manipulandum device
IT201700083887A1 (en) * 2017-07-24 2019-01-24 Marco Ceccarelli Device for motor assistance of the elbow
GB2567010A (en) * 2017-10-02 2019-04-03 Univ Strathclyde Apparatus for the rehabilitation, assistance and/or augmentation of arm strength in a user
CN109009877B (en) * 2018-08-21 2020-07-24 嘉兴美年大健康管理有限公司 Medical exercise auxiliary tool
CN109172002B (en) * 2018-10-10 2021-09-07 河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院) Intelligent joint external positioning device
CN111184620B (en) * 2020-01-14 2021-11-30 哈尔滨工业大学 Elbow joint exoskeleton robot is driven to flexible rope with compensation arrangement
IT202000004885A1 (en) 2020-03-09 2021-09-09 Marco Ceccarelli Portable cable exoskeleton for elbow motor assistance
WO2023091099A1 (en) * 2021-11-18 2023-05-25 Ocali̇s Mühendi̇sli̇k Anoni̇m Şi̇rketi̇ Wearable arm support system
CN115571301B (en) * 2022-11-02 2025-05-09 中国科学院深圳先进技术研究院 An underwater power-assisted exoskeleton that can be worn inside a dry diving suit

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2839916B1 (en) * 2002-05-22 2004-10-15 Agence Spatiale Europeenne EXOSQUELET FOR HUMAN ARMS, ESPECIALLY FOR SPATIAL APPLICATIONS
US7862524B2 (en) * 2006-03-23 2011-01-04 Carignan Craig R Portable arm exoskeleton for shoulder rehabilitation
US20080009771A1 (en) * 2006-03-29 2008-01-10 Joel Perry Exoskeleton
WO2008031023A2 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 Ohio University Haptic exoskeleton
FR2917323B1 (en) * 2007-06-12 2009-10-02 Commissariat Energie Atomique FRONT ROTATION MECHANISM AND ORTHESIS COMPRISING SUCH A MECHANISM
FR2949669B1 (en) * 2009-09-09 2011-11-18 Commissariat Energie Atomique SHOULDER MECHANISM FOR ORTHESIS

Also Published As

Publication number Publication date
ES2370895A1 (en) 2011-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2370895B2 (en) Wearable robotic exoskeleton for human arm.
ES2544890B2 (en) Robotic exoskeleton with self-adjusting sliding elbow support for human arm
Yoon et al. A 6-DOF gait rehabilitation robot with upper and lower limb connections that allows walking velocity updates on various terrains
US8177732B2 (en) Methods and apparatuses for rehabilitation and training
US8012107B2 (en) Methods and apparatus for rehabilitation and training
US11020261B2 (en) Patch systems for use with assistive exosuit
US6846270B1 (en) Method and apparatus for assisting or resisting postures or movements related to the joints of humans or devices
US10639510B2 (en) Human musculoskeletal support and training system methods and devices
ES2936789T3 (en) Weight-bearing motorized mobile orthotic device
CN110430974A (en) System and method for auxiliary mechanical armor system
Lingampally et al. Design, implementation, and experimental study on 3-RPS parallel manipulator-based cervical collar therapy device for elderly patients suffering from cervical spine injuries
CN110290898B (en) Patch system for use with auxiliary mechanical armour
EP1850824A2 (en) Methods and apparatuses for rehabilitation and training
Kubo et al. Gait rehabilitation device in central nervous system disease: a review
Park et al. Design and preliminary evaluation of a multi-robotic system with pelvic and hip assistance for pediatric gait rehabilitation
Huzaifa et al. Embodied movement strategies for development of a core-located actuation walker
Timmermans et al. T-TOAT: A method of task-oriented arm training for stroke patients suitable for implementation of exercises in rehabilitation technology
Jin et al. Workspace analysis of upper limb for a planar cable-driven parallel robots toward upper limb rehabilitation
Panero Powered exoskeleton for trunk assistance in industrial tasks
Jeong Design of low profile, modular lower extremity exoskeletons
Kanjanapas Human mechatronics considerations of sensing and actuation systems for rehabilitation application
Perera et al. Design of a Lower Extremity Exoskeleton Robot for Balance Control of Paraplegics
WO2001062350A1 (en) Method and apparatus for assisting or resisting postures or movements related to the joints of humans or devices
Thring Some Studies of Mechanical aids for the Disabled
Shisheie Design, Fabrication, and Control of an Upper Arm Exoskeleton Assistive Robot

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2370895

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20120508