Caractérisation et intégration des signaux musculaires pour le pilotage d'un exosquelette des membres inférieurs lors d' activités locomotrices

Characterisation and integration of muscle signals for lower limb exoskeleton control during locomotor activities

• Auteur / Autrice : Jinan Charafeddine
• Direction : Didier Pradon, Samer Alfayad, Sylvain Chevallier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du sport et du mouvement humain
• Date : Soutenance le 12/01/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du sport, de la motricité et du mouvement humain (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Handicap neuromusculaire : physiopathologie, biothérapie et pharmacologie appliquées (Versailles ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Blazevic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Chevallier, Laurence Chèze, Emilie Hutin, Amin Zammouri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Chèze

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrélation canonique (statistique)

Médecine physique et de réadaptation

Muscles -- Contraction

Robotique

Exosquelette

Biomécanique

Mots clés libres

Exosquelette de rehabilitation

Machine learning

Signaux bio-Cinematqiue

Co-Contraction musculaire

Corrélation canonique

Contrôle haut-Niveau

Rehabilitation exoskeleton

Machine learning

Bio-Kinematic signals

Muscular co-Contraction

Canonical correlation

High- level control

Résumé

Les activités quotidiennes sont une source de fatigue et de stress pour les personnes souffrant de spasticité des membres inférieurs. Une meilleure compréhension des mécanismes du mouvement permet ainsi de proposer des modèles innovant de contrôle des exosquelettes d’assistance. L’assistance doit être introduite tout en conservant le fait que le contrôle du patient reste prioritaire. Cette thèse vise à développer une telle application dans le contexte de la marche sur l’exosquelette développé au Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV). Les résultats applicatifs de cette thèse s’appuient sur la base de données enregistrée au laboratoire END-ICAP avec des capteurs de la marche pour des sujets sains, des personnes IMC et des personnes ayant eu un AVC. La principale contribution est la proposition d’une nouvelle méthode de contrôle neuromoteur d’un exosquelette interactif permettant la réadaptation nécessaire des membres. Elle consiste à déterminer et à complémenter les consignes motrices liées au mouvement d’un patient, tout en gardant son expertise dans son mouvement, l’assistance au besoin et la détection de son intention de provoquer ce mouvement à partir d’une fusion d’information. Les résultats obtenus montrent que l’indice proposé caractérise la relation de la différence d’angle avec un mouvement de référence pour chaque articulation, permet de compenser dynamiquement les mouvements de façon efficace et sûre, applicable pour les études de pathologie de la marche et pour le contrôle de la marche dans l’assistance robotique des personnes.

Daily activities are a source of fatigue and stress for people with lower limb spasticity. A better understanding of the mechanisms of movement thus makes it possible to propose innovative models for control-ling assistance exoskeletons. The assistance should be introduced while retaining the fact that patient control remains a priority. This thesis aims to develop such an application in the context of walking on the exoskeleton developed at the Laboratory of Systems Engineering of Versailles (LISV). The application results of this thesis are based on the database recorded at the END-ICAP laboratory with gait sensors for healthy subjects, PC people, and people with stroke. The main contribution is the proposal of a new method of neuromotor control of an interactive exoskeleton allowing the necessary rehabilitation of the members. It consists of determining and supplementing the motor instructions related to a patient’s movement while retaining his expertise in his movement, assisting when necessary, and detecting his intention to cause this movement from a fusion of information. The results obtained show that the proposed index characterizes the relationship of the angle difference with a reference movement for each joint, which allows a dynamic compensation of the movements in an efficient and safe manner, applicable for gait pathology studies, and for walking control in robotic assistance for people.