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Un exosquelette pour réadapter les membres supérieurs - Par : Maarouf Saad, Guy Gauthier,

Un exosquelette pour réadapter les membres supérieurs


Maarouf Saad
Maarouf Saad est professeur au Département de génie électrique de l’ÉTS. Sa recherche porte principalement sur le contrôle non linéaire et l’optimisation appliqués à la robotique, à l’avionique et à la commande des réseaux électriques.
Programme : Génie électrique 

Guy Gauthier
Guy Gauthier est professeur au Département de génie de la production automatisée de l’ÉTS. Ses intérêts de recherches sont les automates programmables, les capteurs, l’asservissement et la commande, les microcontrôleurs et la robotique.

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Note de l’éditeur

Le 25 novembre dernier, deux professeurs de l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal, Guy Gauthier et Maarouf Saad, présentaient leurs travaux de recherche sur les exosquelettes. L’article suivant résume la deuxième partie de la présentation, celle de Maarouf Saad qui portait sur l’utilisation d’un exosquelette pour la réadaptation des membres supérieurs. Un article publié récemment présente l’exposé de Guy Gauthier, Réadaptation des membres inférieurs au moyen d’un robot.

Problématique des exosquelettes existants pour les membres supérieurs

Plusieurs exosquelettes existants pour les membres supérieurs comportent des limites importantes en ce qui concerne le nombre de degrés de liberté et l’amplitude de mouvement lorsqu’on les compare aux membres supérieurs des humains. De plus, ils sont encombrants et n’offrent aucun mécanisme pour compenser la gravité ni pour assurer la sécurité de l’usager. Leurs joints mécaniques sont faibles et leurs mécanismes de transmission se composent de câbles métalliques et d’un acheminement de câbles complexe. Leur support entoure entièrement le bras. Ils sont aussi limités par les approches de commande qu’ils utilisent.

Les mouvements des membres supérieurs

Afin de reproduire toute la gamme de mouvements des membres supérieurs du corps humain, un exosquelette doit offrir sept degrés de liberté et permettre toute l’amplitude naturelle.

Le mouvement des épaules nécessite trois degrés de liberté :

  1. La flexion/l’extension horizontale
  2. La flexion/l’extension verticale
  3. L’abduction/l’adduction.

exosqueletteExosqueletteexosquelette

Celui du coude ne comporte qu’un seul degré de liberté :

  • La flexion/l’extension.

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De la même façon, celui de l’avant-bras n’a qu’un seul degré de liberté :

  • La pronation/ la supination.

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Tandis que celui du poignet en comporte deux :

  1. La flexion/l’extension
  2. L’inclinaison radiale/cubitale.

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L’ÉTS-MARSE

l’ÉTS-MARSE (Motion Assistive Robotic-Exoskeleton for Superior Extremity) est un robot exosquelette, conçu à l’ETS, capable d’offrir différents types de traitement de réadaptation et comportant sept degrés de liberté. Il est aussi doté de commandes permettant de prodiguer des traitements de mobilisation passive et active.

Des études biomécaniques du haut des bras ont été menées pour estimer des paramètres tels que la longueur du bras, la masse des différentes parties du bras, les articulations et l’amplitude de mouvement. Par la suite, des simulations ont été effectuées pour évaluer le moment et les forces s’exerçant sur chacune des articulations et ainsi être en mesure de sélectionner les actionneurs.

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Vue d’ensemble de L’ÉTS-MARSE

Ce robot exosquelette offre une grande amplitude de mouvement et un excellent ratio puissance-poids. Il est facile à mettre et à enlever en plus de compenser efficacement la gravité.

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Partie régissant le mouvement de l’épaule

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Partie régissant le mouvement du coude et l’avant-bras

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Partie régissant le mouvement du poignet

Traitements de mobilisation passive

La mobilisation passive est le premier type de traitement de physiothérapie que les patients reçoivent pour améliorer leur amplitude passive de mouvement. Lors de ce type de traitement, le patient doit garder ses muscles relâchés pendant qu’un physiothérapeute, un technicien spécialisé ou un membre de sa famille formé fait bouger ses membres. Une bibliothèque d’exercices de mobilisation passive respectant le protocole recommandé été mise sur pied. Les résultats des expériences que nous avons effectuées ont démontré que l’ÉTS-MARSE peut prodiguer des traitements efficaces de mobilisation passive pour les épaules, le coude et le poignet.

Traitement de mobilisation active

Suite à l’étape des exercices passifs, il est possible de faire des exercices actifs selon le désir du patient. Deux modes permettent ce genre d’exercice. Le premier est basé sur les mesures de forces appliquées par le patient. Le deuxième est directement lu par un capteur EMG attaché aux muscles du patient. Une interface homme-machine facilite les exercices actifs que le patient désire effectuer.

En plus de permettre le traitement de plus de patients, l’utilisation de ce robot permettrait éventuellement d’effectuer des traitements à distance.

Les vidéos suivantes montrent les différents modes de fonctionnement de l’ÉTS-MARSE :

Conclusion

L’ÉTS-MARSE est prêt à être testé sur de vrais patients. Le partenaire de cette recherche compte l’utiliser bientôt au centre de recherche interdisciplinaire en réadaptation du Montréal métropolitain.
En plus de permettre le traitement de plus de patients, l’utilisation de ce robot exosquelette permettrait éventuellement d’effectuer des traitements de réadaptation à distance.

 

 

 

Maarouf Saad

Profil de l'auteur(e)

Maarouf Saad est professeur au Département de génie électrique de l’ÉTS. Sa recherche porte principalement sur le contrôle non linéaire et l’optimisation appliqués à la robotique, à l’avionique et à la commande des réseaux électriques.

Programme : Génie électrique 

Laboratoires de recherche : GREPCI – Groupe de recherche en électronique de puissance et commande industrielle 

Profil de l'auteur(e)

Guy Gauthier

Profil de l'auteur(e)

Guy Gauthier est professeur au Département de génie de la production automatisée de l’ÉTS. Ses intérêts de recherches sont les automates programmables, les capteurs, l’asservissement et la commande, les microcontrôleurs et la robotique.

Programme : Génie de la production automatisée 

Laboratoires de recherche : CoRo – Laboratoire de commande et de robotique 

Profil de l'auteur(e)


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