Étude biomécanique de la posture de saisie lors d'un mouvement de préhension : analyse cinématique, modélisation et simulation

Biomechanical study of the final posture during a prehension movement : kinematic analysis, modelling and simulation

• Auteur / Autrice : Franck Carenzi
• Direction : Philippe Gorce
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 12

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinématique

Réseaux neuronaux (physiologie)

Posture

Préhension humaine

Biomécanique

Résumé

Ce mémoire est relatif a l'analyse biomécanique et à la simulation du mouvement de préhension au travers de l'étude de l'influence des propriétés extrinsèques de l'objet et du facteur anthropométrique sur la posture finale de saisie. Le second objectif est de proposer une architecture de prédiction et de simulation de cette posture appliquée à un modèle anthropomorphique 3D. Dans la première partie, nous présentons les trois protocoles expérimentaux. Le premier protocole se focalise sur la détermination des limites angulaires fonctionnelles des articulations des doigts. Le second s'intéresse à des mouvements d'opposition du pouce aux doigts longs afin de mieux cerner les stratégies motrices et les implications articulaires des doigts. Le dernier protocole concerne l'étude de la posture finale influencée par la position et l'orientation de l'objet. Nos résultats soulignent une forte influence des conditions environnementales sur les stratégies de prise ainsi que du facteur anthropométrique sur cette posture. Diverses synergies articulaires permettraient de répondre en partie au problème complexe de la redondance géométrique. Dans la deuxième partie, nous présentons le modèle anthropomorphique 3D du membre supérieur et du tronc. Ce modèle est géométriquement paramétrable, par l'intermédiaire d'équations de régression expérimentales. Dans la troisième partie, une architecture originale de prédiction et de simulation est définie. Elle est basée sur l'utilisation des réseaux de neurones et est alimentée par les paramètres biomécaniques étudiés. Elle permet ainsi de prédire la configuration angulaire de notre modèle en fonction des conditions environnementales.

This work focuses on a biomechanical analysis of the prehension movement. We evaluate the influences of the object's extrinsic properties and anthropometric factor on the strategies involved by the central nervous. The second objective is to propose an architecture to predict and stimulate the movement applied to a 3D anthropomorphic polyarticulated structure. The first part presents the three experimental protocols. The first protocol concerns the determination of the joints angular limits for each finger. The second protocol details specific movements of tip-to-tip contacts. The third protocol presents reach and grasp movements, influenced by the position and orientation to the object. We quantify the biomechanical parameters corresponding to the final grasp posture of the trunk and the upper limb and note that this posture depends strongly on the environment and the anthropometric factor. Besides, different angular synergies are observed, answering to the complex redundancy problem. In the second part, a 3D anthropomorphic poly-articulated structure representing the trunk and upper limb is defined. This model is created from different experimental regression equations, which allow to determine the length of each segment from the size of the subject. In the third part, we propose an original architecture in order to predict and simulate the final grasp posture. This architecture, based on neural networks, can predict the angular configuration on the trunk and the upper-limb from the environmental conditions.