Machine d'essai de prothèse pour Transtibial et Transfemoral

Testing Machine for Transtibial and Transfemoral Prosthesis

• Auteur / Autrice : Khaled Fouda
• Direction : Fethi Ben Ouezdou, Samer Alfayad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 21/12/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LISV - Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes de Versailles
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Bruneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Bonnet, Eric Le carpentier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Aoustin, Luige Vladreanu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Machines -- Cinématique

Prothèses

Membres artificiels

Mots clés libres

Prothese

Système parallèle

Robotique

Mécatronique

DGM Stewart Platform

Prothèse test

Plateforme Stewart

Prosthesis

Parallel system

Robotics

Mechatronics

DGM of Stewart Platform

Test Prosthesis

Stewart Platform

Résumé

L'objectif de ce travail est de construire une machine d'essai pour la prothèse. La machine doit être capable de reproduire les mêmes conditions dynamiques et cinématiques appliquées sur la prothèse pendant l'utilisation normale.Le nombre d'amputation et les causes d'amputation ont été recueillis. Différents types de prothèses ont été classés selon la prothèse de jambe par hauteur d'amputation, prothèse passive et active, différenciées par la nature de leur actionneur. La plupart des machines d'essai pour la prothèse ont été étudiées à partir de la prospective technologique et capacitaire. Déterminer toutes les limitations de la plupart des machines d'essai existantes, et les besoins de développer une nouvelle machine pour remplir complètement ces besoins ont été développés.Ensuite, nous avons étudié et analysé la dynamique de la marche et de la course humaines. Les équations du mouvement en prenant en considération les masses et les moments d'inertie des segments squelettiques. La plupart des paramètres de la démarche ont été extraits. En conclusion, nous avons les exigences cinématiques du centre de gravité humain pour générer 6 DOF que la machine d'essai devrait effectuer pour imiter la démarche humaine normale et courir.Trois conceptions ont été proposées pour implanter la machine d'essai; Bras de robot articulé, manipulateur cartésien et Stewart Platform (SP). Après la mise en œuvre des trois solutions, nous avons trouvé la solution la plus appropriée est le SP attaché avec une hanche active artificielle. Nous avons choisi la puissance hydraulique car c'est la technique d'actionnement la plus appropriée pour notre solution, connaissant les forces d'actionnement requises.Pour aider à contrôler le mouvement de SP, une nouvelle solution de modèle géométrique direct pour la planeuse et la plate-forme Stewart 6-6 a été développée en utilisant les capteurs rotatifs au lieu de capteurs de revêtement comme voulu pour les actionneurs hydrauliques. L'analyse de sensibilité a été étudiée pour cette solution, et un calcul analytique pour le calcul de l'espace de travail a également été développé.La conclusion de cette machine d'essai est que nous pouvons créer toute la dynamique du corps humain, c'est-à-dire marcher ou courir ou monter et descendre des escaliers. La solution développée peut porter des procédures d'essai pour la prothèse passive ou active.

The objective of this work is to build a testing machine for prosthesis. The machine should be able to reproduce the same dynamic and kinematics conditions applied on the prosthesis during the normal use.Numbers of amputation, and causes of amputation were collected. Different types of prosthesis were classified according to the leg prosthesis per amputation height, passive and active prosthesis, differentiated by the nature of their actuator. Most of the testing machine for the prosthesis were studied form the technological and capability prospective. Determining all the limitations of most of existing testing machines, and the needs to develop a new machine to full fill these needs were developed.Then we studied and analyzed the dynamics of the human gait and run. The equations of motion by taking into consideration the masses and moments of inertia of skeletal segments. Most of the parameters of gait were extracted. In conclusion, we have the kinematic requirements of the human center of gravity to generate 6 DOF that the testing machine should carry out to emulate the normal human gait and run.Three designs were proposed to implement the testing machine; Articulated robot arm, Cartesian manipulator, and Stewart Platform (SP). After implementing the three solutions we found the most suitable solution is the SP attached with it an artificial active hip. We have chosen the hydraulic power as it is the most suitable actuation technique for our solution knowing the required actuation forces.To help in controlling the SP motion, a novel Closed-form solution of direct Geometric model for planer and 6-6 Stewart Platform using the rotary sensors instead of liner sensors as wanted to the hydraulic actuators was developed. Sensitivity analysis was studied for that solution, and analytical calculation for computing the workspace was also developed.The conclusion from this testing machine is that we can create all the dynamics of the human body, i.e. walking or running or going up and down stairs. The developed solution can carry testing procedures for either passive or active prothesis.