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Réadaptation des membres inférieurs au moyen d’un robot - Par : Guy Gauthier, Maarouf Saad,

Réadaptation des membres inférieurs au moyen d’un robot


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.

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 

membres inférieurs

Note de l’éditeur

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

Introduction

Depuis la dernière décennie, le nombre de personnes handicapées ne cesse d’augmenter à un rythme alarmant. Les personnes âgées souffrent souvent de la perte totale ou partielle de la fonctionnalité des membres supérieurs ou inférieurs. Selon l’institut de la statistique du Québec (ISQ), les personnes âgées de 65 ans et plus représenteront 28,5 % de la population en 2061.

Figure1

Cette perte de fonctionnalité peut aussi être la conséquence d’un accident vasculaire cérébral, d’un traumatisme, d’une blessure sportive, d’un accident du travail ou d’une blessure à la moelle épinière. À titre d’exemple, le réseau canadien contre les accidents cérébrovasculaires rapporte que 50 000 Canadiens subissent un AVC chaque année et que 300 000 vivent avec les séquelles d’un AVC.

Le traitement repose essentiellement sur des programmes de réadaptation. Ces traitements requièrent de la physiothérapie, un personnel hautement qualifié et sont de longue durée. Comme le nombre de personnes nécessitant ces soins ne cesse de croître, l’application de la technologie robotique dans ces programmes devient un grand avantage.

Mouvements des membres inférieurs

Les articulations principales des membres inférieurs sont les hanches, les genoux et les chevilles.

Le mouvement des hanches comporte trois degrés de liberté :

  1. flexion – extension
  2. adduction – abduction
  3. rotation interne – rotation externe.

Figure2B

Celui des genoux n’a qu’un seul degré de liberté :

  • flexion –extension.

Et celui de la cheville, trois degrés de liberté :

  1. flexion –extension
  2. adduction – abduction
  3. rotation interne – rotation externe.

Figure4Figure4B

Pour reproduire ces sept mouvements, un robot muni de câbles et de moteurs a été conçu.

Présentation de la solution développée

Le robot développé comprend 8 câbles dont la longueur est ajustée par des moteurs afin de reproduire le mouvement désiré. Pour une position donnée où l’on veut amener la jambe, le robot calcule et ajuste la longueur des câbles nécessaire afin que l’orthèse atteigne l’endroit voulu dans l’espace. Ces calculs sont effectués de façon dynamique et continuelle lors d’un mouvement.

Le robot peut être utilisé selon deux configurations. La première, couchée, permet de bouger une seule jambe à la fois selon les sept degrés de liberté.

Figure5

La deuxième, debout, permet d’imiter la marche. Comme les deux jambes doivent bouger, le mouvement n’est possible que selon trois degrés de liberté, un pour chacune des articulations principales.

Figure6

Les supports aux jambes et aux pieds de même que la position où les câbles s’attachent changent avec la configuration du robot.

Conclusion

La solution proposée est en cours de tests sur des « jambes mécaniques » pour valider le fonctionnement du robot et de ses algorithmes de commande et de suivi de trajectoires.  Une autre problématique en cours d’analyse est de trouver une façon simple pour permettre à un praticien, n’ayant aucune connaissance en robotique, de programmer des trajectoires en fonction des exercices de réadaptation que chaque patient doit exécuter.

En effet, le principal usage du robot sera de faire de la réadaptation des membres inférieurs par l’intermédiaire d’exercices répétitifs qui seront programmés dans le robot. Cela permettra au patient nécessitant une réadaptation de faire des exercices actifs et passifs et au praticien de mesurer la progression de ses patients par des mesures effectuées au moyen de capteurs.

Lorsque la conception du robot sera suffisamment mature et robuste, il pourra être testé sur des patients réels. C’est un objectif à moyen/long terme de ce projet. Pour l’instant, il n’a pas été proposé à des établissements de santé, tels les hôpitaux et les centres de recherche en réadaptation. Toutefois, l’un des collaborateurs du projet, M. Philippe Archambault, est un professeur de l’École de physiothérapie et d’ergothérapie de l’Université McGill et un chercheur au sein du Centre de recherche interdisciplinaire en réadaptation du Montréal métropolitain. C’est donc probablement par ce centre de recherche qu’un premier contact avec le milieu de la santé aura lieu pour mesurer l’intérêt des gens du domaine de la réadaptation avec cette technologie robotique.

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)

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)