A multi-sensor, cable-driven parallel manipulator based lower limb rehabilitation device : design and analysis

Mandar Harshe 1
1 COPRIN - Constraints solving, optimization and robust interval analysis
CRISAM - Inria Sophia Antipolis - Méditerranée , ENPC - École des Ponts ParisTech
Résumé : L'analyse de la marche et la mesure du déplacements des articulations humaines ont été largement étudiées. Les artefacts de tissus «mous» sont une source fréquente d'erreur pour la plupart des méthodes de mesure utilisées. La procédure standard en analyse de la marche consiste à utiliser une combinaison de mesures pour l'estimation efficace des angles articulaires et de la position des segments du corps humain. Ce travail propose le développement d'un système d'analyse de la marche reposant sur un robot parallèle à câbles équipé de plusieurs capteurs mesurant spécifiquement les déplacements du genou. Nous considérons le cas général pour lequel les articulations humaines se comportent comme des joints à 6 degrés de liberté reliant deux segments du corps. Afin de déterminer la position et l'orientation de ces segments, 14 câbles y sont attachés, ce qui permet de considérer ces segments comme les organes effecteurs de robots parallèles. Leur position peut alors être calculée à partir de la mesure de la longueur des câbles. Cependant, ces mesures sont entachées de bruit à cause des artefacts de tissus «mous». Afin d'améliorer la précision des résultats, le système propose aussi l'utilisation d'autres capteurs de nature différente : plusieurs capteurs inertiels (avec accéléromètres et gyroscopes), un système de motion capture, des capteurs de pression plantaire, des capteurs de distance (IR et résistance variable) et des capteurs de force pour mesurer la contraction musculaire. Plusieurs approches globales sont disponibles pour l'analyse du genou lors de la marche. Les choix technologiques effectués impactent directement sur la conception de notre système et imposent le développement de matériel spécifique pour mener à bien les mesures, tel que le collier flexible utilisé d'une part pour permettre l'attache des câbles sur les segments du patient et d'autres part pour supporter les capteurs supplémentaires. Nous traitons le collier comme une chaîne cinématique sérielle et nous proposons une méthode d'étalonnage qui ne nécessite pas d'utiliser les mesures angulaires des articulations contrairement aux méthodes existantes. Nous décrivons le protocole expérimental ainsi que les méthodes utilisées pour synchroniser les données issues de plusieurs ordinateurs. Les données sont ensuite fusionnées pour obtenir la pose du collier et donc celle des segments du patient. Enfin, ce travail permet d'identifier les modifications à apporter au système pour une meilleure analyse de la marche, ce qui pourra servir de base à un système de rééducation complet.
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Thèse
Other [cs.OH]. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. English. <NNT : 2012ENMP0102>
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Soumis le : mardi 21 janvier 2014 - 09:17:16
Dernière modification le : mardi 27 juin 2017 - 01:06:59
Document(s) archivé(s) le : mardi 22 avril 2014 - 09:46:07

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Mandar Harshe. A multi-sensor, cable-driven parallel manipulator based lower limb rehabilitation device : design and analysis. Other [cs.OH]. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. English. <NNT : 2012ENMP0102>. <pastel-00933732>

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