Conception d'une interface robotique d'assistance adaptative pour palier aux faiblesses musculaires du membre supérieur : Application aux sujets atteints de myopathie Duchenne

Design of an adaptive assistive robotic interface for the upper limb: Application to subjects with Duchenne muscular dystrophy

• Auteur / Autrice : Nada Salman
• Direction : Abderraouf Benali
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : RI - Robotique Interactive
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation musculo–squelettiques

Optimisation

Appareils d'assistance adaptés

Commande dynamique

Simulation predictive

Conception mécanique

Optimization

Predictive simulation

Adaptive assistive devices

Musculoskeletal modeling

Mechanical design

Dynamical control

Résumé

La mobilité humaine, c'est-à-dire le déplacement d'un sujet dans l'espace et le temps, reflète les caractéristiques spatio-temporelles du comportement humain dans son cadre vital. Cette mobilité permet à tout sujet de se mouvoir dans son espace et/ou de déplacer des objets Elle résulte aussi d'une interaction complexe entre différents constituants du corps humain interagissant de façon coordonnée. Ces derniers sont formés du système musculo-squelettique, du système cardiorespiratoire et du système nerveux. Les mouvements des membres supérieurs et inférieurs sont influencés en fonction du temps par divers facteurs liés à l'âge ou la maladie qui peuvent provoquer des troubles gênant son fonctionnement. Ces troubles entraînent une perte d'autonomie et/ou des blessures qui diminuent de façon notable la qualité de vie. L'origine des troubles peut résulter de plusieurs lésions musculaires et peuvent être due à plusieurs maladies neuromusculaires. L'objectif de cette thèse est de concevoir puis de réaliser un dispositif d'assistance adaptative de type exosquelette destiné à des sujets atteints de faiblesses musculaires du membre supérieur. Cette assistance nécessite en premier la conception du dispositif robotique capables de traduire les mouvements et des capteurs associés. Elle nécessite ensuite la conception des algorithmes de traitement des données capteurs et des lois de commande associées. Les algorithmes de traitements devront traduire les intentions de l'usager exprimées via des capteurs adaptés. Les lois de commandes devront rendre le mouvement de l'interface compatible avec les besoins de l'usager au niveau des couples articulaires du bras humain. Cette forme d'assistance devrait être capable d'évoluer dans le temps pour s'adapter aux besoins évolutifs dans le temps.

Human mobility, known as the movement of a subject in space and time, reflects the spatio-temporal characteristics of human behavior in its vital framework. This mobility allows any subject to move in its space and/or to move objects. It also results from a complex interaction between different constituents of the human body interacting in a coordinated way. These are the musculoskeletal system, the cardiorespiratory system and the nervous system. The movements of the upper and lower limbs are influenced over time by various factors related to age or disease that can cause disorders that interfere with its functioning. These disorders lead to a loss of autonomy and/or injuries that significantly reduce the quality of life. The origin of the disorders can result from several muscular injuries and can be due to several neuromuscular diseases. The objective of this thesis is to design and produce an adaptive assistance device of the exoskeleton type for subjects suffering from muscular weaknesses of the upper limb. This assistance requires first the design of the robotic device able to translate the movements and the associated sensors. It then requires the design of the algorithms for processing the sensor data and the associated control laws. The processing algorithms will have to translate the user's intentions expressed via adapted sensors. The control laws will have to make the movement of the interface compatible with the user's needs at the level of the articular couples of the human arm. This form of assistance should be able to evolve over time to adapt to the evolving needs.