Conception d’un robot interactif pour la rééducation des membres supérieurs de patients cérébrolésés

(eng) Many areas of medicine perceive in the progress of robotics, data processing and in the field of multimedia, an opportunity of developing robotic assistance tools to improve the therapist working conditions and to provide more efficient and better care to patients. Physical and rehabilitation medicine, being aware of the above scientific advancement, has developed upper limbs rehabilitation robots for hemiplegic patients. However, existing solutions show significant gaps in terms of mobility, ergonomics and safety. Based on this observation, the present thesis aims to develop a solution that meets these high level criteria. It presents an original design approach, based on preliminary choices offering a significant advantage : the ability to decouple the electromechanical robot structure aspects from those related to its control. In terms of structure, the proposed solution consists of five modules governing the movements of the shoulder, the elbow and the wrist, and operating on an original action principle which, contrary to classical exoskeletons, can clearly disregard the problem related to the alignment of the robot and patient degrees of freedom. In terms of control, the proposed solution uses an admittance virtual system to reproduce a compliant behaviour, like a real therapist, through different operating modes. This control process is validated in laboratory and hospital by implementing it on a planar end-effector robot.

(fre) De nombreux domaines de la médecine voient dans les progrès réalisés en robotique, en traitement de l’information et dans le domaine des multimédias, une opportunité de développer des outils d’assistance robotisés permettant, non seulement d’améliorer les conditions de travail des médecins, mais aussi de proposer aux patients des soins plus efficaces et de meilleure qualité. La médecine physique et de réadaptation n’est pas passée à côté de cette évolution, notamment en développant des robots dédicacés à la rééducation des membres supérieurs de patients hémiplégiques. Cependant, il existe dans le chef des solutions existantes des lacunes importantes en termes de mobilité, d'ergonomie et de sécurité. Partant de ce constat, cette thèse a pour objectif de développer une solution répondant à ces critères de haut niveau. Ainsi, elle présente une démarche de conception basée sur des choix préliminaires offrant un avantage majeur. Ce dernier réside dans la possibilité de découpler les aspects liés à la structure électromécanique du robot de ceux liés à sa commande. Au niveau de la structure, la solution proposée est formée de cinq modules prenant en charge les mouvements de l’épaule, du coude et du poignet, et fonctionnant suivant un principe d’action original, qui, contrairement aux exosquelettes classiques, permet de s’affranchir de la problématique liée à l'alignement des degrés de liberté du robot et du patient. Au niveau de la commande, la solution retenue met en œuvre un système virtuel en admittance permettant de reproduire un comportement compliant, à l'image d'un vrai kinésithérapeute, au travers de différents modes de fonctionnement. Cette loi de commande est validée en laboratoire et en milieu hospitalier, en l’implémentant sur un manipulateur à effecteur distal plan.