Conception et réalisation d'une nouvelle prothèse de main myoélectrique accessible

Design and realization of a new accessible myoelectric hand prosthesis

• Auteur / Autrice : Côme Butin
• Direction : Damien Chablat, Yannick Aoustin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 28/09/2023
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Philippe Wenger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maud Marchal, Jean-Pierre Gazeau, David Gouaillier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mathieu Grossard, Nathanaël Jarrassé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anthropomorphisme

Cinématique

Prothèses myoélectriques

Mains artificielles

Mots clés libres

Main prothétique

Commande thermique

Cinématique anthropomorphique

Transmission variable

Irréversibilité

Prosthetic hand

Thermal control

Anthropomorphic kinematics

Variable transmission

Non-backdrivability

Résumé

L’objectif principal de cette thèseest de présenter une prothèse de main myoélectriqueaccessible qui combine des critèrestels que le prix abordable, la solidité, la fonctionnalitéet la performance. Cette nouvelleprothèse permet d’effectuer des prises latéraleset opposées. Tout d’abord, nous proposonsune méthode de placement des articulationsqui permet d’obtenir un résultatplus réaliste sur le plan anthropomorphique.De plus, nous avons développé et optimiséune solution de transmission interdigitale quipermet d’associer la flexion des doigts supérieursà celle du pouce. Une analyse détailléede la performance énergétique et thermiquede la prothèse est également présentée.Nous avons proposé une nouvelle stratégiede commande qui tire parti de l’irréversibilitéde la transmission de puissance et nousl’avons étudiée. Enfin, nous soulignons l’importanced’une transmission de puissance optimalesur le plan énergétique. Pour cela, nousdécrivons en détail la synthèse d’un nouveaumécanisme de réducteur à rapport variable,ainsi que la présentation d’un nouveau mécanismed’irréversibilité efficace. Enfin, nousavons évalué individuellement tous ces composantsde prothèse en mettant en place desprototypes expérimentaux qui démontrent leurutilité. L’intégration de ces composants dansune nouvelle prothèse est une perspective envisagéedans cette étude.

The main objective of this thesisis to present an accessible myoelectric handprosthesis that combines criteria such as affordability,durability, functionality, and performance.This new prosthesis allows for bothlateral and opposing grips. Firstly, we proposea method for joint placement that achieves amore realistic anthropomorphic result. Additionally,we have developed and optimized aninterdigital transmission solution that enablesthe coordination of the flexion between the upperfingers and the thumb. A detailed analysisof the prosthesis’s energy and thermalperformance is also provided. We have proposeda new control strategy that takes advantageof the irreversibility of power transmissionand thoroughly studied it. Furthermore,we emphasize the importance of achievingoptimal energy-efficient power transmission.To this end, we describe in detail the synthesisof a new mechanism with variable reductionratio and present a new efficient irreversibilitymechanism. Finally, we individuallyevaluate all these prosthesis componentsby implementing experimental prototypes thatdemonstrate their usefulness. The integrationof these components into a new prosthesis isa prospective direction explored in this study.