Upper limb prostheses control based on user's body compensations
Contrôle de prothèses de bras à partir des mouvements de compensation de l'utilisateur
Résumé
In recent years, the development of advanced mechatronics for upper-limb prostheses has led to technological improvements such as a better fixation system to the body with osseointegration or a larger number of degrees of freedom. However, providing these devices with a natural and efficient control is still a major challenge. Current approaches, such as myoelectric control, all show limitations, that can lead prosthetic users to abandon the active dimension of the device, use it as a rigid tool and perform the desired task with body compensations. To avoid such a behavior, we propose in this PhD thesis to employ body compensatory motions as an error signal to control the prosthetic device. With this concept, the human subject is in charge of the end-effector task, while the prosthesis is in charge of its user’s posture. This proposition is implemented and tested to control prosthetic wrist and elbow joints, individually and then simultaneously. The presented experiments first confirm that using body compensations as controller input does not enhance them. They then show the easy learning of the control scheme by naive subjects, its task-versatility and its scalability. A theoretical study completes this work and analyzes in details the human-robot coupling created. The foundations thus laid open exciting perspectives for an intuitive prosthesis control.
Les récents progrès de la mécatronique pour les prothèses de bras ont permis divers avancées, comme un plus grand nombre de degrés de liberté contrôlables ou un meilleur système de fixation de la prothèse au corps de la personne via l’ostéointégration. Assurer un contrôle naturel et efficace de ces dispositifs de pointe reste néanmoins un défi majeur. Les approches actuelles présentent toutes des limites qui conduisent souvent les porteurs de prothèse à abandonner la dimension active de l’appareil. Ils vont l’utiliser comme un outil rigide et réaliser la tâche avec des mouvements compensatoires. Pour éviter cela, nous proposons d’utiliser ces mouvements comme un signal d’erreur pour contrôler la prothèse. L’humain est alors responsable de la réalisation de la tâche pendant que la prothèse est responsable de la posture de son porteur. Cette proposition est implémentée pour contrôler un poignet et un coude, individuellement puis simultanément. Les expériences confirment que l’utilisation des mouvements compensatoires en entrée du contrôleur prothétique ne les accroît pas. Elles montrent aussi la facilité de la prise en main, la polyvalence et la scalabilité du mode de contrôle proposé. Une étude théorique complète ce travail et analyse en détails le couplage homme-robot ainsi créé. Les résultats obtenus ouvrent d’intéressantes perspectives pour un contrôle intuitif de prothèse.
Origine : Version validée par le jury (STAR)