Modélisation & Identification

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Orthèse fonctionnelle du Laboratoire Lissi

Structure mécanique L’orthèse du laboratoire Lissi est une structure mécanique à un ddl, composée de deux segments (supérieur et inférieur) s’articulant autour de l’axe de rotation du genou (figure III.1). Le mécanisme d’actionnement, illustré figure III.2, utilise un actionneur électrique de type moteur Brushless (BLDC) monté sur le segment supérieur de l’orthèse.

Le système d’actionnement consiste en un vérin linéaire à base d’une vis-à-billes qui actionne l’axe de rotation de l’orthèse à l’aide d’un câble de traction ; la vis-à-billes étant entraînée par le moteur brushless et un système de transmission par poulie-courroie. Pour des raisons de sécurité, des butées mécaniques ont été ajoutées afin de limiter les débattements de l’orthèse. Ces débattement varient entre 0 ◦ (extension totale du genou) et 135◦ (flexion totale du genou). 

Capteurs et actionneur 

Capteurs de l’orthèse

Les capteurs équipant l’orthèse du Lissi sont décrits ci-dessous : 1. Codeur incrémental rotatif : Il permet de mesurer la position angulaire de l’orthèse et donc de l’articulation du genou, 2. Capteur de courant : Il permet d’estimer le couple généré par l’orthèse, 3. Capteurs à effet Hall : Trois capteurs à effet Hall disposés en triangle sont utilisés pour estimer la position du rotor du moteur brushless par rapport à celle du stator,

Electrogoniomètre : Il permet de mesurer la position articulaire du genou du sujet (figure III.3). Ce capteur est utilisé en particulier pour le test du pendule passif (cf. paragraphe II). Figure III.3 : L’électogoniometre. 5. Capteurs EMG : Ils permettent de mesurer, à travers des électrodes adhésives, l’activité musculaire produite lors de la contraction musculaire (figure III.4).

Actionneur de l’orthèse

L’actionneur de l’orthèse est de type moteur brushless (appelé aussi moteur sans balais). Il s’agit d’un moteur synchrone dont le rotor est à aimant permanent et suit le champ du stator sans glissement. La commutation électronique constitue la particularité de ce type de moteur 62 Chapitre III : Modélisation & Identification qui a été choisi pour ses nombreux avantages : légèreté, efficacité en basses fréquences, fiabilité, sortie de couple élevé.

Electromyographie

L’électromyographie est basée sur les variations des potentiels électriques de la membrane des fibres musculaires lors de leurs contractions musculaires [158]. L’électromyogramme permet de mesurer et d’enregistrer cette activité musculaire grâce à des électrodes placées à la surface de la peau et reliées à un amplificateur. Les signaux EMG obtenus sont ensuite exploités pour établir des relations entre les phénomènes électriques mesurés et l’activité nerveuse et musculaire, volontaire ou réflexe.

Cette technique est très utilisée dans différents domaines et plus particulièrement en orthopédie, en rééducation et en ergonomie [160, 109]. En général, les signaux EMG sont mesurés à l’aide d’électrodes de surface placés sur des muscles stimulables. Étant donné que le signal EMG mesuré sur les muscles est bruité, des filtres sont nécessaires pour extraire le signal EMG utile. Dans ce qui suit, nous expliquons ces différents aspects :

Électrodes de surface EMG

En général, les électrodes de surface EMG sont adhésives et se collent sur la peau (figure III.5). Afin d’obtenir la meilleure mesure possible du signal, les électrodes de surface EMG sont placées au niveau des points moteurs de chaque muscle stimulé. Un point moteur correspond anatomiquement à la plus grande concentration de plaques motrices [68]. L’emplacement des électrodes et l’impédance des tissus stimulés peuvent influencer la densité du courant et donc la réponse des éléments stimulés. En effet, plus deux électrodes sont éloignées l’une de l’autre et plus la densité du courant est faible. Notons que l’impédance représente la résistance qu’oppose un tissu au passage du courant. Chaque tissu biologique (peau, tissus adipeux, nerveux et musculaires) possède une impédance propre