IT201900005476A1

IT201900005476A1 - Support frame for a hand exoskeleton

Info

Publication number: IT201900005476A1
Application number: IT102019000005476A
Authority: IT
Inventors: Baldoni Andrea; Fantozzi Matteo; Crea Simona; Giovacchini Francesco; Vitiello Nicola; Cempini Marco; Marconi Dario; Cortese Mario
Original assignee: Scuola Superiore Di Studi Univ E Di Perfezionamento Santanna
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-09

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “Telaio di supporto ad un esoscheletro di mano” Description of the industrial invention entitled "Support frame for a hand exoskeleton"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Ambito dell’invenzione Scope of the invention

La presente invenzione riguarda l’ambito dell’assistenza e della riabilitazione motoria di parti anatomiche. The present invention relates to the field of assistance and motor rehabilitation of anatomical parts.

In particolare, l’invenzione riguarda una catena cinematica per l’assistenza ad un movimento sferico di un giunto anatomico ed un telaio di supporto. In particular, the invention relates to a kinematic chain for assisting a spherical movement of an anatomical joint and a support frame.

Descrizione della tecnica nota Description of the prior art

Gli esoscheletri proposti in letteratura sono generalmente progettati secondo due approcci principali, talvolta in parte interconnessi tra loro. The exoskeletons proposed in the literature are generally designed according to two main approaches, sometimes in part interconnected with each other.

Una prima categoria, molto usata ad esempio nel caso di esoscheletri per la mano, è quella dei cosiddetti esoscheletri “soft”, dispositivi costituiti da elementi flessibili (ad es. guanti) facilmente indossabili, in cui alcuni elementi anch’essi “soft” vengono utilizzati come ancoraggio del guanto ai vari segmenti della mano (o altro organo) e collegati al sistema di attuazione (solitamente a cavi o basato su attuatori pneumatici). Questi dispositivi risultano particolarmente indicati quando le forze in gioco non sono elevate e quando non si voglia misurare con precisione la performance del paziente nell’esecuzione del movimento (per esempio in termini di forza applicata o cinematica articolare). A first category, widely used for example in the case of exoskeletons for the hand, is that of the so-called "soft" exoskeletons, devices made up of flexible elements (eg gloves) that are easily wearable, in which some elements that are also "soft" are used as an anchor of the glove to the various segments of the hand (or other organ) and connected to the actuation system (usually with cables or based on pneumatic actuators). These devices are particularly suitable when the forces involved are not high and when you do not want to accurately measure the patient's performance in the execution of the movement (for example in terms of applied force or joint kinematics).

La seconda categoria è costituita da dispositivi esoscheletrici “rigidi”, ovvero dispositivi robotici costituiti da una serie di giunti attivi e/o passivi e link che vengono ancorati alla persona mediante gusci appositamente disegnati (rigidi o semi-rigidi). Questo tipo di architettura permette di applicare forze o coppie elevate (nell’ordine di grandezza adeguato al trattamento della spasticità per esempio) e quantificare la performance in modo preciso e ripetibile del paziente senza generare reazioni vincolari indesiderate per l’articolazione. In questo caso, il robot deve allo stesso tempo permettere al paziente di eseguire il movimento autonomamente quando possibile (risultando quindi cedevole e non rigido all’interfaccia con la mano del paziente), oppure applicare le necessarie forze/coppie per completare il movimento quando la persona non riesce a farlo (in questo caso quindi risultando in un’interfaccia rigida). The second category consists of “rigid” exoskeletal devices, or robotic devices consisting of a series of active and / or passive joints and links that are anchored to the person by means of specially designed shells (rigid or semi-rigid). This type of architecture allows you to apply high forces or torques (in the order of magnitude appropriate to the treatment of spasticity for example) and quantify the patient's performance in a precise and repeatable way without generating unwanted constraint reactions for the joint. In this case, the robot must at the same time allow the patient to perform the movement autonomously when possible (thus making it yielding and not rigid at the interface with the patient's hand), or apply the necessary forces / torques to complete the movement when the person fails to do this (in this case therefore resulting in a rigid interface).

Per quanto riguarda, in particolare, le articolazioni che compiono movimenti di tipo sferico, quali ad esempio l’articolazione del pollice o della spalla, la sfida tecnologica è quella di sviluppare strutture in grado di riuscire contemporaneamente a riprodurre il moto articolare senza generare reazioni parassite, adattarsi a taglie antropometriche differenti, avere un ingombro ridotto e inoltre realizzare un’interazione uomo-robot rigida o cedevole a seconda della necessità del trattamento riabilitativo. As regards, in particular, the joints that perform spherical movements, such as the thumb or shoulder joint, the technological challenge is to develop structures capable of simultaneously reproducing joint motion without generating parasitic reactions. , adapt to different anthropometric sizes, have a small footprint and also create a rigid or yielding human-robot interaction depending on the need for the rehabilitation treatment.

In US7862524 è presentato un apparato esoscheletrico riabilitativo in grado di assistere il movimento di rotazione della spalla, usando tre giunti rotazionali aventi assi ortogonali fra loro e incidenti in corrispondenza dell’articolazione scapolo-omerale. Sono poi previsti alcuni giunti passivi per adattare l’esoscheletro a differenti misure antropometriche del braccio e della spalla. Lo scambio di reazioni vincolari tra esoscheletro e utente avviene in corrispondenza del gomito e dell’impugnatura della mano. US7862524 presents a rehabilitative exoskeletal system capable of assisting the rotation movement of the shoulder, using three rotational joints having orthogonal axes to each other and incident at the scapulohumeral joint. Some passive joints are then provided to adapt the exoskeleton to different anthropometric measures of the arm and shoulder. The exchange of binding reactions between the exoskeleton and the user occurs at the elbow and the hand grip.

L’intersezione degli assi dei giunti rotazionali in corrispondenza dell’articolazione della spalla permette, teoricamente, di riprodurne il movimento sferico, senza produrre reazioni vincolari parassite. The intersection of the axes of the rotational joints at the shoulder joint allows, theoretically, to reproduce the spherical movement, without producing parasitic constraint reactions.

Tuttavia, nella pratica, l’allineamento tra il punto di intersezione tra gli assi di rotazione dei giunti e il centro di rotazione dell’articolazione anatomica non è assolutamente banale da ottenere senza la presenza di adeguati sistemi di regolazione. Questo problema risulta ulteriormente amplificato nel caso si volesse far uso dello stesso principio cinematico per assistere il movimento sferico dell’articolazione del dito pollice di una mano. Il documento US7862524 fornisce la possibilità di adattarsi passivamente a differenti lunghezze del braccio e dell’avambraccio, ma non affronta in alcun modo il problema della difficoltà di allineamento tra i due centri di rotazione sopra detti, risultando di fatto poco efficace nell’applicazione pratica del principio teorico. However, in practice, the alignment between the point of intersection between the rotation axes of the joints and the center of rotation of the anatomical joint is by no means trivial to obtain without the presence of adequate adjustment systems. This problem is further amplified if you want to use the same kinematic principle to assist the spherical movement of the thumb joint of a hand. Document US7862524 provides the possibility of passively adapting to different lengths of the arm and forearm, but does not in any way address the problem of the difficulty of alignment between the two centers of rotation mentioned above, resulting in fact not very effective in the practical application of the theoretical principle.

Sintesi dell’invenzione Summary of the invention

È quindi scopo della presente invenzione fornire una catena cinematica per l’assistenza ad un movimento sferico di un giunto anatomico di un utente che permetta di riprodurre tale movimento sferico, senza generare reazioni vincolari parassite. It is therefore the aim of the present invention to provide a kinematic chain for assisting a spherical movement of an anatomical joint of a user that allows to reproduce this spherical movement, without generating parasitic constraint reactions.

È anche scopo della presente invenzione fornire una siffatta catena cinematica che sia adattabile e differenti misure antropometriche di un utente. It is also an object of the present invention to provide such a kinematic chain which is adaptable and different anthropometric measurements of a user.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire una siffatta catena cinematica che permetta di allineare con facilità ed efficacia il centro di rotazione della catena cinematica a quello del giunto anatomico. It is also an object of the present invention to provide such a kinematic chain which allows the center of rotation of the kinematic chain to be easily and effectively aligned with that of the anatomical joint.

È ancora scopo della presente invenzione fornire un esoscheletro per mano che implementi tale catena cinematica per assistere il movimento sferico di un giunto carpometacarpale del pollice. It is still an object of the present invention to provide an exoskeleton for each hand which implements such a kinematic chain to assist the spherical movement of a carpometacarpal joint of the thumb.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da una catena cinematica per l’assistenza ad un movimento sferico di un giunto anatomico di un utente, detto giunto anatomico avendo centro di rotazione P ed essendo atto a permettere un movimento relativo di un link osseo rispetto ad una porzione anatomica dell’utente, detto link osseo definendo una direzione longitudinale δ, detta catena cinematica comprendendo: These and other purposes are achieved by a kinematic chain for assisting a spherical movement of an anatomical joint of a user, said anatomical joint having a center of rotation P and being able to allow relative movement of a bone link with respect to a portion anatomical of the user, called bone link defining a longitudinal direction δ, called kinematic chain comprising:

- un primo giunto rotazionale impegnato al link osseo e ad un primo link di connessione, detto primo giunto rotazionale essendo atto a realizzare una rotazione relativa α tra il primo link di connessione e il link osseo (210) attorno ad un asse di rotazione x coincidente con la direzione longitudinale δ; - a first rotational joint engaged to the bone link and to a first connection link, said first rotational joint being able to realize a relative rotation α between the first connection link and the bone link (210) around a coincident axis of rotation x with the longitudinal direction δ;

- un terzo giunto rotazionale impegnato alla porzione anatomica e ad un secondo link di connessione, detto terzo giunto rotazionale essendo atto a realizzare una rotazione relativa γ tra il secondo link di connessione e la porzione anatomica attorno ad un asse di rotazione z solidale alla porzione anatomica; - a third rotational joint engaged to the anatomical portion and to a second connection link, said third rotational joint being able to realize a relative rotation γ between the second connection link and the anatomical portion around a rotation axis z integral with the anatomical portion ;

- un secondo giunto rotazionale impegnato al primo link di connessione e al secondo link di connessione, detto secondo giunto rotazionale essendo atto a realizzare una rotazione relativa β tra il primo link di connessione e il secondo link di connessione attorno ad un asse di rotazione γ; la cui caratteristica principale è che gli assi di rotazione x, y e z si intersecano in un centro di rotazione O, in modo tale che la catena cinematica consenta un movimento sferico della direzione longitudinale δ rispetto alla porzione anatomica attorno al centro di rotazione P. - a second rotational joint engaged to the first connection link and to the second connection link, said second rotational joint being able to realize a relative rotation β between the first connection link and the second connection link around a rotation axis γ; whose main characteristic is that the axes of rotation x, y and z intersect in a center of rotation O, so that the kinematic chain allows a spherical movement of the longitudinal direction δ with respect to the anatomical portion around the center of rotation P.

Vantaggiosamente, sono previsti mezzi di regolazione atti a regolare la direzione degli assi di rotazione x, y e z per portare il centro di rotazione O sostanzialmente in corrispondenza del centro di rotazione P, in modo tale che la catena cinematica realizzi il movimento sferico relativo tra la direzione longitudinale δ e la porzione anatomica (220) attorno al giunto anatomico senza generare forze parassite sull’utente. Advantageously, adjustment means are provided for adjusting the direction of the rotation axes x, y and z to bring the center of rotation O substantially in correspondence with the center of rotation P, so that the kinematic chain performs the relative spherical movement between the direction longitudinal δ and the anatomical portion (220) around the anatomical joint without generating parasitic forces on the user.

In particolare, i mezzi di regolazione comprendono almeno due accoppiamenti filettati atti a variare la propria altezza per variare la posizione relativa tra il centro di rotazione O e il centro di rotazione P del giunto anatomico. In particular, the adjustment means comprise at least two threaded couplings adapted to vary its height in order to vary the relative position between the center of rotation O and the center of rotation P of the anatomical joint.

Alternativamente, i mezzi di regolazione comprendono una piastra comprendente una prima porzione piatta ed una seconda porzione piatta ortogonali fra loro, detta prima porzione piatta comprendendo una prima coppia di asole circolari atta a permettere una rotazione del terzo giunto rotazionale rispetto alla porzione anatomica attorno ad un asse ortogonale alla prima porzione piatta, detta seconda porzione piatta comprendendo una seconda coppia di asole circolari atta a permettere una rotazione del terzo giunto rotazionale rispetto alla porzione anatomica attorno ad un asse ortogonale alla seconda porzione piatta. Alternatively, the adjustment means comprise a plate comprising a first flat portion and a second flat portion orthogonal to each other, said first flat portion comprising a first pair of circular slots adapted to allow rotation of the third rotational joint with respect to the anatomical portion around a axis orthogonal to the first flat portion, said second flat portion comprising a second pair of circular slots adapted to allow rotation of the third rotational joint with respect to the anatomical portion around an axis orthogonal to the second flat portion.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, si rivendica un esoscheletro per mano per l’assistenza ad un movimento sferico di un giunto carpo-metacarpale del pollice di un utente, detto esoscheletro per mano comprendendo: According to another aspect of the invention, an exoskeleton in each hand is claimed for assisting a spherical movement of a carpometacarpal joint of the thumb of a user, said exoskeleton in the hand comprising:

- una catena cinematica secondo la rivendicazione 1, detto link osseo corrispondendo al pollice dell’utente e detta porzione anatomica corrispondendo alla porzione carpale della mano dell’utente; - a kinematic chain according to claim 1, said bone link corresponding to the user's thumb and said anatomical portion corresponding to the carpal portion of the user's hand;

- un telaio solidale al dorso della mano dell’utente; la cui caratteristica principale è che il primo giunto rotazionale è impegnato al pollice e che il terzo giunto rotazionale è impegnato al dorso della mano mediante il telaio. - a frame integral with the back of the user's hand; whose main feature is that the first rotational joint is engaged to the thumb and that the third rotational joint is engaged to the back of the hand by the frame.

Vantaggiosamente, l’esoscheletro per mano comprende inoltre: Advantageously, the exoskeleton for the hand also includes:

- un esoscheletro per il pollice atto ad assistere un movimento di flesso-estensione di un pollice dell’utente; - a thumb exoskeleton designed to assist a user thumb flexion-extension movement;

- un esoscheletro per l’indice solidale al telaio e atto ad assistere un movimento di flessoestensione di un indice dell’utente. - an exoskeleton for the index integral to the frame and designed to assist a flexion extension movement of a user's index.

In particolare, è inoltre compreso un esoscheletro per le dita atto ad assistere un movimento di flesso-estensione di un dito medio, un dito anulare e un dito mignolo dell’utente. In particular, an exoskeleton for the fingers is also included to assist a flexion-extension movement of a middle finger, a ring finger and a little finger of the user.

Vantaggiosamente, è inoltre compreso un guscio ortesico atto a impegnare l’esoscheletro per mano alla mano dell’utente, detto guscio ortesico comprendendo: Advantageously, an orthotic shell is also included to engage the exoskeleton by the hand of the user, said orthotic shell comprising:

- una pluralità di maglie intercambiabili atte ad avvolgere la mano; - a plurality of interchangeable links suitable for wrapping the hand;

- due snodi rotazionali atti a permettere una rotazione relativa tra un primo gruppo di maglie intercambiabili ed un secondo gruppo di maglie intercambiabili; - two rotational joints designed to allow relative rotation between a first group of interchangeable links and a second group of interchangeable links;

in modo tale da permettere al guscio ortesico di adattarsi a differenti misure antropometriche della mano dell’utente. in such a way as to allow the orthotic shell to adapt to different anthropometric measurements of the user's hand.

In particolare, l’esoscheletro per il pollice e l’esoscheletro per l’indice sono resi solidali alle falangi, rispettivamente, del pollice e dell’indice mediante anelli indossabili sulle dita e aventi almeno un pin ed un magnete atti ad impegnarsi con gli esoscheletri. Il magnete garantisce il contatto tra l’anello e l’esoscheletro, mentre il pin permette di fissare la posizione di contatto. Per evitare la rotazione relativa tra anello ed esoscheletro, inoltre, può essere previsto un secondo pin o una slitta. In particular, the exoskeleton for the thumb and the exoskeleton for the index are made integral with the phalanges, respectively, of the thumb and index by means of rings that can be worn on the fingers and having at least one pin and a magnet able to engage with the exoskeletons. . The magnet ensures contact between the ring and the exoskeleton, while the pin allows you to fix the contact position. In addition, a second pin or slide can be provided to avoid relative rotation between the ring and the exoskeleton.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, si rivendica un guscio ortesico atto a impegnare l’esoscheletro per mano alla mano di un utente, detto guscio ortesico comprendendo: According to a further aspect of the invention, an orthotic shell is claimed to engage the exoskeleton by the hand of a user, said orthotic shell comprising:

- due snodi rotazionali atti a permettere una rotazione relativa tra un primo gruppo (di maglie intercambiabili ed un secondo gruppo di maglie intercambiabili; - two rotational joints designed to allow relative rotation between a first group (of interchangeable links and a second group of interchangeable links;

in modo tale da permettere al guscio ortesico di adattarsi a differenti misure antropometriche dell’utente. in such a way as to allow the orthotic shell to adapt to different anthropometric measurements of the user.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui: Further characteristics and / or advantages of the present invention will become clearer with the following description of an embodiment thereof, given by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings in which:

- la figura 1A mostra in vista prospettica una forma realizzativa schematica della catena cinematica secondo la presente invenzione; Figure 1A shows in perspective view a schematic embodiment of the kinematic chain according to the present invention;

- la figura 1B mostra in vista frontale la forma realizzativa di figura 1A; Figure 1B shows in front view the embodiment of Figure 1A;

- la figura 2 mostra in maniera schematica la catena cinematica secondo la presente invenzione provvista dei mezzi di regolazione; Figure 2 schematically shows the kinematic chain according to the present invention provided with the adjustment means;

- la figura 3 mostra una possibile forma realizzativa della catena cinematica secondo la presente invenzione provvista di mezzi di regolazione alternativi a quelli di figura 2; Figure 3 shows a possible embodiment of the kinematic chain according to the present invention provided with alternative adjustment means to those of Figure 2;

- la figura 4 mostra in una prima vista prospettica una forma realizzativa dell’esoscheletro di mano secondo la presente invenzione; - Figure 4 shows in a first perspective view an embodiment of the hand exoskeleton according to the present invention;

- la figura 5 mostra in una seconda vista prospettica la forma realizzativa dell’esoscheletro di mano di figura 4; - figure 5 shows in a second perspective view the embodiment of the hand exoskeleton of figure 4;

- la figura 6 mostra una forma realizzativa del guscio ortesico di ancoraggio alla mano; - figure 6 shows an embodiment of the orthotic shell for anchoring to the hand;

- la figura 7 mostra in vista prospettica una seconda forma realizzativa dell’esoscheletro di mano secondo la presente invenzione; - Figure 7 shows in perspective view a second embodiment of the hand exoskeleton according to the present invention;

- le figure 8A e 8B mostrano due varianti realizzative degli anelli atti a vincolare gli esoscheletri per le dita alle dita stesse; - la figura 9 mostra una forma realizzativa schematica della catena cinematica di figura 1 applicata ad un esoscheletro per la spalla. Figures 8A and 8B show two embodiment variants of the rings adapted to constrain the exoskeletons for the fingers to the fingers themselves; Figure 9 shows a schematic embodiment of the kinematic chain of Figure 1 applied to an exoskeleton for the shoulder.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite Nelle figure 1A e 1B è mostrata una catena cinematica 100 per l’assistenza ad un movimento sferico di un giunto anatomico 200 di un utente, secondo la presente invenzione. Description of some preferred embodiments In Figures 1A and 1B a kinematic chain 100 is shown for assisting a spherical movement of an anatomical joint 200 of a user, according to the present invention.

Il giunto anatomico 200 permette una rotazione sferica del link osseo 210 rispetto ad una porzione anatomica 220 attorno al proprio centro di rotazione P. The anatomical joint 200 allows a spherical rotation of the bone link 210 with respect to an anatomical portion 220 around its center of rotation P.

La catena cinematica 100 comprende un primo giunto rotazionale 110 impegnato al link osseo 210 e ad un primo link di connessione 115. Il primo giunto rotazionale 110 è atto a realizzare una rotazione relativa α tra il primo link di connessione 115 e il link osseo 210 attorno ad un asse di rotazione x coincidente con la direzione longitudinale δ definita dal link osseo 210 stesso. In particolare, il giunto rotazionale 110 comprende un anello interno, solidale al link osseo 210, ed uno esterno, solidale al link di connessione 115, e atto a ruotare rispetto all’anello interno. The kinematic chain 100 comprises a first rotational joint 110 engaged to the bone link 210 and to a first connection link 115. The first rotational joint 110 is adapted to realize a relative rotation α between the first connection link 115 and the bone link 210 around to an axis of rotation x coinciding with the longitudinal direction δ defined by the bone link 210 itself. In particular, the rotational joint 110 comprises an internal ring, integral with the bone link 210, and an external one, integral with the connection link 115, and able to rotate with respect to the internal ring.

La catena cinematica 100 comprende poi un secondo giunto rotazionale 120, impegnato al primo link di connessione 115 e ad un secondo link di connessione 125, e atto a realizzare una rotazione relativa β tra i due link attorno ad un asse di rotazione y. The kinematic chain 100 then comprises a second rotational joint 120, engaged to the first connection link 115 and to a second connection link 125, and able to realize a relative rotation β between the two links about a rotation axis y.

La catena cinematica 100 comprende quindi un terzo giunto rotazionale 130, impegnato alla porzione anatomica 220 e al secondo link di connessione 125, e atto a realizzare tra di essi una rotazione relativa y attorno ad un asse di rotazione z solidale alla porzione anatomica 220. The kinematic chain 100 therefore comprises a third rotational joint 130, engaged to the anatomical portion 220 and to the second connection link 125, and able to perform a relative rotation y between them about an axis of rotation z integral with the anatomical portion 220.

In particolare, gli assi di rotazione x, y e z si intersecano in un centro di rotazione O coincidente con il centro di rotazione P del giunto anatomico 200. In particular, the axes of rotation x, y and z intersect in a center of rotation O coinciding with the center of rotation P of the anatomical joint 200.

In tal modo, la catena cinematica permette di realizzare una rotazione sferica dell’asse di rotazione ݔ rispetto alla porzione anatomica 220, permettendo di assecondare la rotazione sferica del link osseo 210 ed assisterla, qualora i giunti siano attivi, senza generare forze indesiderate né sul link osseo 210 stesso, né sulla porzione anatomica 220, né tanto meno sull’articolazione. In this way, the kinematic chain allows to realize a spherical rotation of the rotation axis ݔ with respect to the anatomical portion 220, allowing to support the spherical rotation of the bone link 210 and to assist it, if the joints are active, without generating undesired forces either on the bone link 210 itself, nor on the anatomical portion 220, much less on the joint.

Con riferimento alla figura 2, in una forma realizzativa prevista dalla presente invenzione, la catena cinematica 100 comprende inoltre dei mezzi di regolazione 150 atti a regolare la direzione degli assi di rotazione x, y e z per facilitare la coincidenza tra il centro di rotazione O ed il centro di rotazione P. With reference to Figure 2, in an embodiment envisaged by the present invention, the kinematic chain 100 further comprises adjustment means 150 adapted to adjust the direction of the rotation axes x, y and z to facilitate the coincidence between the center of rotation O and the center of rotation P.

In particolare, i mezzi di regolazione 150 comprendono quattro accoppiamenti filettati 155 atti a variare la propria altezza per variare la posizione relativa tra l’intersezione degli assi rotazione x, y e z, ossia il centro di rotazione O, e il centro di rotazione del giunto anatomico P. In particular, the adjustment means 150 comprise four threaded couplings 155 adapted to vary its height to vary the relative position between the intersection of the rotation axes x, y and z, i.e. the center of rotation O, and the center of rotation of the anatomical joint. P.

In figura 3 è mostrata una possibile forma realizzativa della catena cinematica 100 applicabile ad un esoscheletro di mano, secondo la presente invenzione, provvista di mezzi di regolazione 150 alternativi a quelli di figura 2. Figure 3 shows a possible embodiment of the kinematic chain 100 applicable to a hand exoskeleton, according to the present invention, provided with adjustment means 150 alternative to those of figure 2.

In particolare, il primo giunto rotazionale 110 è impegnato al pollice mediante il guscio ortesico 110’. In particular, the first rotational joint 110 is engaged to the thumb by means of the orthotic shell 110 '.

In particolare, i mezzi di regolazione 150 comprendono una piastra 156 posta tra il terzo giunto rotazionale 130 e un telaio 320 atto ad essere solidale con la porzione anatomica 220, ossia con la porzione carpale della mano dell’utente. Tale piastra 156 comprende due porzioni piatte poste a 90° tra loro, sulle quali sono presenti, rispettivamente una prima coppia di asole circolari 156’ ed una seconda coppia di asole circolari 156’’. Le asole 156’ e 156’’ consentono al terzo giunto rotazionale 130 della catena cinematica 100 di avere una libertà, rispettivamente, nell’angolo di “imbardata” e di “beccheggio” rispetto al guscio ortesico di fissaggio al palmo della mano. In particular, the adjustment means 150 comprise a plate 156 placed between the third rotational joint 130 and a frame 320 adapted to be integral with the anatomical portion 220, i.e. with the carpal portion of the user's hand. This plate 156 includes two flat portions placed at 90 ° to each other, on which there are respectively a first pair of circular slots 156 'and a second pair of circular slots 156'. The slots 156 'and 156' allow the third rotational joint 130 of the kinematic chain 100 to have freedom, respectively, in the "yaw" and "pitch" angle with respect to the orthotic shell for attachment to the palm of the hand.

Inoltre, la catena cinematica può comprendere mezzi di variazione per variare la lunghezza dei link di connessione 115 e 125 e adeguare la catena cinematica a differenti misure della mano (non mostrati in figura per chiarezza di disegno). Ad esempio, i link 115 e 125 possono essere telescopici oppure connessi ai giunti rotazionali adiacenti mediante asole che ne permettono una traslazione relativa. Furthermore, the kinematic chain can comprise variation means for varying the length of the connecting links 115 and 125 and adapting the kinematic chain to different hand sizes (not shown in the figure for clarity of drawing). For example, the links 115 and 125 can be telescopic or connected to the adjacent rotational joints by means of slots which allow a relative translation.

Nelle figure 4 e 5 è mostrata, secondo due differenti viste prospettiche, una prima forma realizzativa di un esoscheletro per mano 300 per l’assistenza ad un movimento sferico di un giunto carpo-metacarpale 200’ del pollice di un utente, secondo la presente invenzione. Su tale esoscheletro 300 è implementata la catena cinematica 100 di figura 3, in modo tale che il link osseo 210 corrisponda al pollice dell’utente e la porzione anatomica 220 corrisponda al palmo della mano dell’utente Figures 4 and 5 show, according to two different perspective views, a first embodiment of a hand exoskeleton 300 for assisting a spherical movement of a carpometacarpal joint 200 'of the thumb of a user, according to the present invention . The kinematic chain 100 of Figure 3 is implemented on this exoskeleton 300, so that the bone link 210 corresponds to the user's thumb and the anatomical portion 220 corresponds to the palm of the user's hand

In particolare, l’esoscheletro 300 comprende, oltre alla catena cinematica 100, un telaio 320 solidale al dorso della mano dell’utente, in modo tale da permettere l’impegno del terzo giunto rotazionale 130 al dorso della mano. In particular, the exoskeleton 300 includes, in addition to the kinematic chain 100, a frame 320 integral with the back of the user's hand, in such a way as to allow the engagement of the third rotational joint 130 to the back of the hand.

L’esoscheletro 300 comprende inoltre un esoscheletro per il pollice 310, atto ad assistere il movimento di flessoestensione del pollice dell’utente, ed un esoscheletro per l’indice 330 solidale al telaio 320 e atto ad assistere il movimento di flesso-estensione dell’indice dell’utente. In particolare, il primo giunto rotazionale 110 è impegnato all’esoscheletro per il pollice 310. The exoskeleton 300 further comprises an exoskeleton for the thumb 310, adapted to assist the flexion-extension movement of the user's thumb, and an exoskeleton for the index finger 330 integral with the frame 320 and adapted to assist the flexion-extension movement of the user's index. In particular, the first rotational joint 110 is engaged in the exoskeleton for the thumb 310.

Sempre con riferimento alla forma realizzativa di figure 4 e 5, l’esoscheletro 300 comprende inoltre un guscio ortesico 350 atto a impegnare l’esoscheletro 300 stesso alla mano dell’utente. Again with reference to the embodiment of figures 4 and 5, the exoskeleton 300 also comprises an orthotic shell 350 adapted to engage the exoskeleton 300 itself in the user's hand.

In particolare, in figura 6 il guscio ortesico 350 comprende una pluralità di maglie intercambiabili atte ad avvolgere la mano e due snodi rotazionali 356 atti a permettere una rotazione relativa tra un primo gruppo 355’ di maglie intercambiabili 355 ed un secondo gruppo 355’’ di maglie intercambiabili 355. In tal modo, il guscio ortesico 350 può adattarsi a differenti misure antropometriche dell’utente. In particular, in figure 6 the orthotic shell 350 comprises a plurality of interchangeable links suitable for wrapping the hand and two rotational joints 356 suitable for allowing relative rotation between a first group 355 'of interchangeable links 355 and a second group 355' 'of interchangeable links 355. In this way, the orthotic shell 350 can adapt to different anthropometric measurements of the user.

Con riferimento alla figura 7, in una seconda forma realizzativa, l’esoscheletro per mano 300 comprende inoltre un esoscheletro per le dita 340 atto ad assistere un movimento di flesso-estensione del dito medio, del dito anulare e del dito mignolo dell’utente. With reference to Figure 7, in a second embodiment, the hand exoskeleton 300 also comprises an exoskeleton for the fingers 340 adapted to assist a flexion-extension movement of the middle finger, the ring finger and the little finger of the user.

Nella forma realizzativa di figura 7, inoltre, l’esoscheletro 300 comprende una forma realizzativa alternativa del guscio ortesico, più semplice ed economica rispetto a quella di figura 6. In the embodiment of figure 7, moreover, the exoskeleton 300 comprises an alternative embodiment of the orthotic shell, simpler and cheaper than that of figure 6.

Nelle figure 8A e 8B sono mostrate due varianti realizzative degli anelli 360 atti a vincolare gli esoscheletri per le dita 310,330 alle dita stesse. Figures 8A and 8B show two embodiments of the rings 360 adapted to constrain the exoskeletons for the fingers 310,330 to the fingers themselves.

In particolare, in figura 8A l’anello 360 comprende un magnete 362 atto ad impedire il distacco tra anello 360 ed esoscheletro 310,330. L’anello 360 comprende inoltre un perno 361, atto ad inserirsi in una sede dell’esoscheletro, ed un gradino 363. Il perno 361 ed il gradino 363 impediscono in maniera sinergica il movimento relativo tra anello 360 ed esoscheletro 310,330, garantendo quindi la trasmissione del moto di flesso-estensione. In particular, in figure 8A the ring 360 includes a magnet 362 designed to prevent the detachment between ring 360 and exoskeleton 310,330. The ring 360 also comprises a pin 361, adapted to be inserted in a seat of the exoskeleton, and a step 363. The pin 361 and the step 363 synergistically prevent the relative movement between the ring 360 and the exoskeleton 310,330, thus guaranteeing transmission of the flexion-extension motion.

In figura 8B, invece, l’anello comprende, al posto del gradino 363, un secondo perno 361 che, insieme al primo perno 361, impedisce la rotazione relativa. In figure 8B, however, the ring includes, instead of the step 363, a second pin 361 which, together with the first pin 361, prevents relative rotation.

In entrambe le forme realizzative di figure 8A e 8B è inoltre compresa una fascetta 364 atta a permettere una regolazione della presa sul dito in base alla misura del dito stesso. In both embodiments of figures 8A and 8B there is also included a strap 364 suitable for allowing an adjustment of the grip on the finger according to the size of the finger itself.

In figura 9 è mostrata schematicamente una possibile implementazione della catena cinematica 100 ad un esoscheletro di spalla, per assistere il movimento sferico del braccio dell’utente rispetto al torso. Figure 9 schematically shows a possible implementation of the kinematic chain 100 to a shoulder exoskeleton, to assist the spherical movement of the user's arm with respect to the torso.

La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo. The above description of some specific embodiments is able to show the invention from the conceptual point of view so that others, using the known technique, will be able to modify and / or adapt this specific embodiment in various applications without further research and without departing from the inventive concept, and, therefore, it is understood that such adaptations and modifications will be considered as equivalent to the specific embodiment. The means and materials for carrying out the various functions described may be of various nature without thereby departing from the scope of the invention. It is understood that the expressions or terminology used have a purely descriptive purpose and therefore not limitative.

Claims

CLAIMS 1. An orthotic shell (350) adapted to engage an exoskeleton by hand (300) in the hand of a user, called orthotic shell (350) comprising: - a plurality of interchangeable links suitable for wrapping said hand; - two rotational joints (356) designed to allow relative rotation between a first group (355 ') of interchangeable links and a second group (355') of interchangeable links; in such a way as to allow said orthotic shell (350) to adapt to different anthropometric measurements of said user.