Choix des capteurs de déplacement et mise en œuvre

L’objectif de ce paragraphe est le choix d’un outil pour mesurer le déplacement des

mains du kinésithérapeute au contact avec le torse du patient, sachant qu’une étendue de

mesure de 30 mm est suffisante pour notre application.

État de l’art

Les capteurs de déplacement optiques (lasers, capacitifs, magnétorésistifs) ne sont pas

adaptés car ils sont unidirectionnels et car leur mise œuvre gênerait le kinésithérapeute

dans sa pratique.

Les accéléromètres tri-axes nécessitent de créer une électronique de conditionnement

adaptée et un travail conséquent sur l’extraction des mesures et l’analyse des données pour

obtenir le déplacement à partir de l’accélération. De plus, il faudrait ajouter des gyroscopes

sur les gants pour obtenir la mesure des angles car les accéléromètres ne sont pas capables

de donner ces informations.

Un système de capture de mouvement miniature innovant intégrant des Mems : le

Motion Pod développé par la start up Movea

1

(issue du centre de recherche CEA-Léti)

pourrait convenir, mais il n’était pas commercialisé au début de notre travail de recherche.

Dans la littérature, des capteurs de type magnétomètre sont utilisés pour des

applica-tions avec un cahier des charges similaire au nôtre [Dupuis 05], [Moreau 07] et sont adaptés

au geste manuel car permettent la mesure des déplacements dans toutes les directions. Ils

sont peu encombrants et possède une électronique de conditionnement dédiée.

Nous avons donc choisi d’effectuer les mesures de trajectoires des mains avec le système

« Flock of Bird » (FoB), qui nous a été prêté par le laboratoire de recherche Ampère

2

à

Lyon. Un deuxième capteur, a été acheté par le laboratoire SYMME pour permettre la

mesure simultanée des trajectoires des deux mains.

Caractéristiques du capteur de déplacement choisi

Le « Flock of Birds » (Figure 2.3), fabriqué par Ascension Technology

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, est un système

de localisation électromagnétique (magnétomètre) à six degrés de liberté.

Figure 2.3: Le système Flock of Birds

Le dispositif se compose d’un émetteur et d’un ou plusieurs récepteurs. Le principe

de la mesure est le suivant : la base, qui possède en son centre l’origine des coordonnées,

émet un champ magnétique ; chaque récepteur capte ce champ et mesure sa position et son

orientation par rapport à la base (Figure 2.4). Le système effectue les mesures de positions

cartésiennes et angulaires simultanément : il fournit sept valeurs numériques à chaque

instant d’acquisition : les positions relatives linéiques x,y,z, les positions angulaires ψ,θ,

φ, ainsi que le temps t.

Figure 2.4: Systèmes de coordonnées du transmetteur et du récepteur FoB

2

www.ampere-lab.fr

La mesure est effectuée à une fréquence d’échantillonnage de 103 Hz, fixée par le

fabri-cant [Technology 02]. Cette fréquence est convenable par rapport à la précision recherchée.

Le traitement des signaux est réalisé par une unité dédiée au capteur, elle même reliée à un

PC par une interface RS232. L’acquisition des mesures est assurée par le logiciel spécifique

« winbird ».

Les spécifications techniques du constructeur (cf. Tableau 2.2) donnent une précision

de 1,8 mm et 0,5° RMS pour les mesures de position et d’angle respectivement dans une

gamme d’utilisation de±1,2 m dans toutes les directions de l’espace.

Tableau 2.2: Spécifications techniques du capteur.

Limite de captation : 1,2 m de la base.

L’inconvénient majeur de ce système est sa sensibilité aux grandeurs d’influence de

l’environnement. Les objets métalliques ne doivent pas être présents dans le champ de

travail pour ne pas interférer avec le champ magnétique et induire des erreurs de mesures

significatives [LaScalza 03], [Meskers 99] mais ce n’est pas rédhibitoire pour notre

applica-tion.

Le récepteur reste relativement peu encombrant (2,54 cm x 2,54 cm x 2 cm) et ne gêne

pas les mouvements du praticien.

Système de coordonnées utilisé

Pour notre application nous avons été attentifs à la contrainte imposée par la présence

d’objets non métalliques dans l’environnement d’utilisation du FoB. La base est positionnée

sur la table de kinésithérapie loin de toute source métallique, à 30 cm de la tête du bébé.

Le déplacement des mains pendant l’exécution du geste n’excède pas 5 cm dans toutes les

directions.

Les représentations suivantes sont utilisées pour notre étude (Figure 2.5). Par la suite,

on se référera à ces définitions :

• L’axe x est confondu avec l’axe médian du nourrisson ; par convention cet axe est

positif lorsqu’on se déplace de la tête vers les pieds du nourrisson.

• L’axe y représente l’axe transversal ; par convention il est positif pour un déplacement

d’un point médian vers le kinésithérapeute.

• L’axe z correspond à l’axe sagittal ; par convention il est positif quand on se déplace

de haut en bas.

Figure 2.5:Position de la base du sytème FoB pendant la séance d’AFE. Système de coordonnées

utilisé dans l’étude.

Mise en œuvre du FoB sur le gant

D’après la description technique de la gestuelle (cf. paragraphe 1.2.2), les mains restent

fermes et ne se décollent pas du torse du nourrisson lors de la compression. On considérera

la main, comme Goubel [Goubel 04] pour une situation similaire, a priori comme un solide

indéformable par rapport au corps du nourrisson. Nous avons choisi de positionner le FoB

au centre de la main (cf. Figure 2.8). Cependant, nous avons mené une étude expérimentale

pour connaître l’influence de la position du capteur FoB sur la main afin de déterminer sa

position optimale. En particulier, il s’agit de déterminer si les doigts et la main forment

une courbure importante dont on devra tenir compte lors de l’exploitation des résultats.

Pendant une séance d’AFE, le capteur a été placé sur le dos de la main successivement à

la base, au centre (position de référence) et à l’extrémité sur les doigts (cf. Figure 2.6). Les

positions angulairesθ etφ ont été enregistrées pendant le geste (cf. Figure 2.7).

Figure 2.6:Position du FoB. (1) : à la base ; (2) : au centre ; (3) : à l’extrémité sur le dos de la

main du kinésithérapeute.

Les valeurs moyennes des angles θ et φ ont été enregistrées lors d’une série d’AFE

sur un nourrisson. Les résultats sont présentés dans le tableau 2.3. Les écarts maximaux

mesurés entre les différentes positions du capteur par rapport à la position de référence

sont respectivement de 1,9 ° et 6,5 °. Ces écarts observés ne sont pas significatifs pour les

valeurs de déplacement de la main lors du geste.

Figure 2.7: Courbures de la main.

Tableau 2.3:Mesure de l’inclinaison de la main. Valeurs moyennes des mesures des angles θet

φà trois positions différentes sur la main lors de cinq AFE successives.

Position du FoB _θ¯(σ) [°] _φ¯(σ) [°]

1 -1,4 (1,2) -1,9 (0,5)

2 0 (1,3) 0 (0,9)

3 1,9 (0,5) -6,5 (1,2)

Figure 2.8:Le capteur FoB est fixé sur le dos des gants avec un film adhésif double face 3M

®

de

fixation forte. Le gant en latex garantit l’hygiène du système.

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