Commande d'un exosquelette du membre supérieur à des fins de rééducation neuromotrice

Upper limb exoskeleton control for neurorehabilitation

• Auteur / Autrice : Vincent Crocher
• Direction : Guillaume Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots -- Systèmes de commande

Redondance (ingénierie)

Rééducation motrice

Résumé

Cette thèse aborde le problème de la rééducation neuromotrice du membre supérieur à l'aide d'exosquelettes. Contrairement aux manipulanda, déjà utilisés dans le cadre de la rééducation, les exosquelettes ont la capacité particulière d'interagir en plusieurs points du membre et non plus uniquement au niveau de la main. Dans un premier temps, on propose une commande permettant de mobiliser passivement le membre d'un patient selon une trajectoire pré-déterminée. Il s'agit alors d'utiliser un contrôle en position, classique en robotique, mais la particularité des structures exosquelettiques nécessite la mise en œuvre d'une méthode originale pour le calcul des trajectoires réalisées. Cependant, selon les paradigmes de rééducation neuromotrice, cette commande n'a qu'un intérêt limité passé les premiers stades de récupération du patient. C'est pourquoi, une autre commande est proposée, destinée à un stade plus avancé de la rééducation et visant à corriger les coordinations articulaires des patients. Il a en effet été démontré qu'il était efficace, en terme de récupération, de chercher à corriger les coordinations pathologiques exhibées par des patients hémiparétiques. Afin d'appliquer cette commande robotisée à des sujets humains, on propose ensuite une méthode permettant de caractériser une coordination pathologique et une coordination saine que chercherait à appliquer un thérapeute. Les deux modes de commandes proposés ont été validés sur un ensemble de sujets sains puis avec 7 patients hémiparétiques. Les résultats démontrent à la fois la faisabilité de la méthode proposée ainsi que la possibilité de corriger des coordinations pathologiques à l'aide d'un exosquelette.

This work deals with the problem of upper limb neurorehabilitation using robotics exoskeletons. Contrary to manipulanda, already use for rehabilitation for several years, exoskeletons have the ability to interact with the human limb at several contact points, not only at the hand level. In a first part, a control law, based on a classical robotic position control, is presented. It aims to move the limb along a predefined trajectory. If the low-level control is classical, because of the exoskeleton's particular structure, the development of an original method is necessary to compute a compatible robots trajectory for a given limb trajectory. However this kind of control is only useful in the first stages of rehabilitation. A second control is thus presented in a second part. It aims to correct the patient's joint coordination preserving the patient intention. Indeed, some therapeutic methods have demonstrated the importance to correct pathological joint coordinations often exhibit by post-stroke patients. We so propose a controller which acts only on joint coordination without imposing any hand movement. It has been developed as a viscous or elastic field whose characteristics are obtained from movements analysis using principal components analysis. These two methods have been implemented on the ABLE 4-DoF exoskeleton and tested with healthy subjects and 7 hemiparetic patients. Firstly the system was able to carry out passive mobilization of patient limbs and secondly to impose, then correcting, upper limb joint coordinations without imposing the hand trajectory.