Développement et commande T-S d’une machine de rééducation des membres inférieurs en chaîne musculaire fermée

Design and T-S control of a closed muscular chain lower limbs rehabilitation device

• Auteur / Autrice : Lynda Seddiki
• Direction : Janan Zaytoon, Kevin Guelton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, traitement du signal et génie informatique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Reims

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande automatique

Commande non linéaire

Membre inférieur

Rééducation motrice

Mots clés libres

Dispositif de rééducation, Chaîne musculaire fermée, Multimodèles Takagi-Sugeno, Forme descripteur, Suivi de trajectoire, Atténuation des perturbations, LMI

Résumé

Cette étude s’inscrit dans le cadre d’un projet régional ayant pour objectif la conception et la commande d’une machine de rééducation des membres inférieurs. Le premier chapitre a permis de mettre en évidence les atouts d’une rééducation en chaîne musculaire fermée (CMF). En effet, cette technique de rééducation permet la récupération rapide des fonctions motrices et le renforcement musculaire des membres inférieurs tout en garantissant l’équilibre dynamique des articulations. Le second chapitre présente alors le concept cinématique d’une nouvelle machine de rééducation en CMF ainsi que sa structure de contrôle-commande générique. Le troisième chapitre traite la partie continue de cette structure de commande afin d’assurer la stabilité en suivi de trajectoire du système robotisé tout en atténuant les efforts de l’utilisateur sur le dispositif. Ainsi, une méthodologie de synthèse de loi de commande non linéaire garantissant la stabilité en suivi de trajectoire pour la classe des multimodèles de type Takagi-Sugeno sous forme descripteur a été proposée. Pour ce faire, des conditions LMIs ont été obtenues sur la base de la théorie de Lyapunov. Le quatrième chapitre traite le générateur de consigne qui permet, quant à lui, la conduite volontaire du dispositif par l’utilisateur via la mesure de ses interactions avec le dispositif de rééducation. La structure de commande est validée en simulation pour le nouveau dispositif Sys-Rééduc et, ce dernier n’étant pas pour l’heure disponible pour des tests en situation réelle, une validation expérimentale a été proposée sur la machine Multi-Iso de rééducation en chaîne musculaire ouverte disponible au CReSTIC

This study was supported by the “Région Chamapgne Ardenne” within the framework of the CPER “Sys-Rééduc” project which aims to design and control a new lower limb rehabilitation device. In the first chapter, a brief state of the art of rehabilitation techniques is done and the interest of developing a closed muscular chain (CMC) device is pointed out. Indeed, CMC rehabilitation techniques have interesting skills for the recovery of motor functions and muscle strengthening of the lower limbs as well as ensuring the dynamic joint equilibrium. Then, in the second chapter, the kinematical concept of the new rehabilitation device in CMC and its control structure is proposed. The third chapter deals with the continues level of the control structure. Its aim is to ensure the stability and the trajectory tracking of the mechanical system whatever the patient's effect to the machine is. Thus, a Takagi-Sugeno model based tracking control law design is proposed for a class of nonlinear descriptors. The stability conditions are written into LMIs based on the second Lyapunov method. The fourth chapter deals with the proposed trajectory generator allowing the voluntary control of the system by the patient. The proposed control structure is then validated in simulation on the new Sys-Rééduc concept and, since it is not available for a real time implementation yet, an experimental validation is proposed on an open muscular chain rehabilitation device available at the CReSTIC