Analyse et simulation cinématique du mouvement du bras lors de la manipulation d'un objet pour la simulation ergonomique à l’aide d’un mannequin numérique

Kinematics analysis and simulation of arm motion while handling an object for ergonomic simulation with a digital manikin

• Auteur / Autrice : Julien Lardy
• Direction : Xuguang Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 05/02/2013
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs
• Jury : Président / Présidente : Laurence Chèze
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adriana Violeta Staicu, Georges Beurier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Gorce, Franck Multon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Membre supérieur

Manipulation (thérapeutique)

Mots clés libres

Manipulation

Membre supérieur

Simulation

Variabilité

Orientation de la main

Object manipulation

Upper limb

Simulation

Variability

Hand orientation

Résumé

Le travail de thèse exposé dans ce manuscrit s'intéresse à la simulation d'un mouvement de manipulation d'objet, plus particulièrement à la saisie suivie de la rotation d'une sphère selon un axe fixe. Le but ici est, à partir d'une analyse de mouvements réels, d'être capable de proposer un algorithme de simulation reproduisant des mouvements comparables aux données expérimentales, en fournissant en entrée le moins d'informations possibles et en essayant d'introduire de la variabilité dans le mouvement simulé. 12 sujets volontaires ont participé à l'expérimentation. Nous leur avons demandé de saisir et de tourner une sphère de 60mm de diamètre avec des amplitudes allant de 45° à 360°, dans les deux sens. L'analyse de ces données expérimentales, complétée par des simulations de l'effet des limites articulaires sur le mouvement nous ont permis d'étudier plusieurs hypothèses sur le contrôle de mouvement telles que l'hypothèse de confort final (« end-state comfort ») et le principe de travail minimum. Une des conclusions majeures est que l'anticipation posturale au moment de saisie semble être expliquée davantage par le confort en fin de mouvement qu'au moment de saisie. Basé sur ces observations, nous proposons un algorithme de simulation avec pour nouveautés la prise en compte de l'espace de mouvements admissibles par les limites articulaires ainsi que l'introduction de la variabilité au choix de la posture de saisie. Les premiers résultats semblent être en accord en grande partie avec les observations expérimentales donnant une base de travail pour aller vers des outils de simulation se rapprochant de plus en plus vers un comportement "humain"

The thesis work presented in this manuscript focuses on the simulation of an handling motion, more specifically on the grasp followed by the rotation of a sphere along a fixed single axis. The aim here is, from the analysis of actual motions, to be able to propose an simulation algorithm reproducing motions comparable to experimental data, with the less input as possible and trying to introduce some variability into the simulated motion. 12 volunteers participated to the experiment. Subjects were asked to grasp and turn a sphere of 60mm of diameter. Amplitudes of rotations were ranged from 45° to 360°, in both directions. Experimental data analysis, completed with some simulations of the effect of joint limits on motion, allowed us to investigate several motion control hypothesis as the end-state comfort hypothesis or the minimum work principle. One of the main conclusions is that postural anticipation when grasping seems to be more explained by the comfort at the end of the motion than when grasping. Based on these observations, we proposed a simulation algorithm being original by the way of how it takes into account possible motions allowed by joint limits and by the introduction of variability into the simulated grasp posture. The first results seem to follow most part of the experimental observations giving a strong basis to go towards simulation tools that will come closer to a “human” behavior