Contribution to the study of isostatic exoskeletons for functional rehabilitation, application in the design of knee orthosis.
Contribution à l'étude d'exosquelettes isostatiques pour la rééducation fonctionnelle, application à la conception d'orthèses pour le genou.
Résumé
In this thesis, we are interested in the electromechanical design of functional rehabilitation exoskeletons. We elaborated a new method for the general design of passive or active orthoses, which takes into consideration the mobility of the anatomical joint, the muscular disturbances, as well as the possible non-alignment between the anatomical axis and the axes of the device. This approach allows the design of isostatic exoskeletons, which in theory do not force the physiological movement of the anatomical joint. This method is firstly used for the design of a passive measurement device of the kinematics or the dynamics of the knee joint. We use the notion of instantaneous helical axis, well known in biomechanics, to represent the physiological movement of this joint. For the position measurement of this axis, we use the joint position and velocity measures of a six degrees of freedom poly-articulated passive goniometer which was designed and tested within the framework of these works. Secondly, this method was used for the design of an active orthosis for the knee. First experimental tests are satisfactory and confirm our assumptions. The force control is facilitated thanks to the isostatic property of the mechanism. Besides the guide and/or resistance function during anatomical movements, this prototype can also be used to measure the kinematics or the dynamics of the joint. Among the possible applications, we shall quote the static progressive stretch for the treatment of knee stiffness, or the assistance of knee flexion and/or extension during walking.
Cette thèse s'intéresse à la conception électro-mécanique des appareils de rééducation fonctionnelle de type exosquelette. Nous avons élaboré une méthode de conception générale des orthèses passives ou actives, prenant en considération les mobilités de l'articulation, les perturbations musculaires, ainsi que le non-alignement possible entre l'axe articulaire et les axes de l'appareil. Cette approche permet de concevoir des exosquelettes isostatiques, qui en théorie ne contraignent pas le mouvement physiologique de l'articulation qu'ils entraînent. Cette méthode est d'abord utilisée pour concevoir un dispositif passif de mesure de la cinématique ou de la dynamique de l'articulation du genou. Nous utilisons la notion d'axe hélicoïdal instantané, bien connu en biomécanique, pour représenter le mouvement physiologique de cette articulation. Pour mesurer la position de cet axe, nous utilisons les mesures de position et de vitesse articulaires d'un goniomètre polyarticulé passif à 6 degrés de liberté conçu et testé dans le cadre de ces travaux. Dans un second temps, cette méthode a été appliquée à la conception d'une orthèse active pour le genou. Les premiers tests expérimentaux sont satisfaisants et confirment nos hypothèses. La commande en effort est facilitée grâce à la propriété d'iso-statisme du mécanisme. Outre la fonction de guidage et/ou de résistance aux mouvements articulaires, ce prototype peut également servir comme le précédent de dispositif de mesure de la cinématique ou de la dynamique de l'articulation. Parmi les applications possibles, on citera la récupération d'amplitude articulaire, ou l'assistance à la marche.
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