Les mécanismes à double eecteurs

L'autre option populaire pour la conception d'interface de locomotion se base sur l'uti- lisation de deux pédales actionnées accueillant les pieds de l'utilisateur (cf. Figure2.2). Les vélos elliptiques sont des appareils en salle de sport reposant sur ce même principe. L'avantage de cette famille de mécanisme est le nombre de degrés de liberté disponible pour chaque eecteur. Plusieurs mécanismes permettent d'actionner l'organe termi- nal d'un robot dans les six degrés de liberté comme les robots sériels, la plateforme Gough-Stewart ou les mécanisme à câbles. Une interface de locomotion basée sur deux eecteurs à six degrés de liberté autorise une navigation dans les trois translations et rotations de l'espace contrairement aux limitations des tapis de course. Dans le cadre de la réadaptation, le panel d'exercices serait plus varié et améliorerait donc la préparation de l'individu aux activités en environnement réel. Cependant, l'expérience de la marche sur un mécanisme à deux eecteurs dière de celle eectuée sur un tapis de course ou sur le sol physique (Timoszyk et al., 2003). La marche est plus naturelle sur un tapis de course en terme de longueur de pas et d'uniformité du rythme de marche, mais un mécanisme à deux eecteurs détecte de manière plus précise le transfert de poids entre chaque jambe et donc l'identication des phases du cycle.

Le système GT-1 (Hesse et Uhlenbrock, 2000) commercialisé par la société Reha- Sim fonctionne sur le principe de bielle-manivelle. Le mouvement transmis à l'eecteur simule une phase d'appui de 60% et une phase d'élancement de 40% comme pour une marche classique. Le mouvement ellipsoïde est adapté en modiant les engrenages ou l'excentricité de la bielle sur la partie rotative, mais n'est pas modiable en temps réel pendant l'exécution de l'exercice. L'HapticWalker, montré en Figure 2.2a, est une amélioration du système GT-1 et dispose de trois degrés de liberté par eecteur pour l'implémentation de la marche d'escalier (Hesse, 2005). Le système est basé sur un mécanisme hybride, parallèle et sériel. Deux actionneurs linéaires se déplaçant sur le même rail fournissent les translations horizontale et verticale et l'eecteur possède un moteur pour la rotation autour de la cheville. Les eecteurs du mécanisme sont contrôlés en position, ce qui signie que l'utilisateur suit le mouvement de la plateforme et reste passif durant le mouvement. Or, une contribution physique et mentale de la part de la personne an de mouvoir ses membres de sa propre volonté améliore le gain en plasticité musculaire (Galvez et Reinkensmeyer, 2005). Pour cela, le mécanisme doit assister le mouvement de la personne seulement en cas de nécessité an d'impliquer le patient dans ses exercices de réadaptation. Le système G-EO (Hesse et al., 2010), présenté en introduction avec la Figure 5b possède une nition plus compacte et ergonomique

(a) HapticWalker : le prototype du GeoSystem montré en introduction en Figure 5b(Hesse,2005).

(b) GaitMaster5 : un système à deux eecteurs pour la simulation de la montée et descente de marche d'escalier (Yano et al.,2012).

que son prédécesseur (HapticWalker) pour l'accueil de personnes à fauteuil roulant et intègre cette stratégie sur la participation active du patient grâce à la lecture de la force d'interaction entre l'automate et le pied de la personne.

Le mécanisme GaitMaster (Iwata et al., 2001) propose une architecture basée sur deux mécanismes pantographes pour supporter les forces verticales du poids du corps. Comme pour l'HapticWalker, l'avancée simultanée des deux moteurs linéaires sur un rail identique déplace l'eecteur vers l'avant, le rapprochement des actionneurs linéaires élève la position de la pédale. Une seconde version de l'interface de locomotion est basée sur trois actionneurs linéaires en compression montés sur une table tournante pour augmenter le nombre de degrés de liberté du mécanisme. Un essai clinique (Yano et al.,2003) utilise la plateforme pour enseigner le geste correct de la marche à des patients hémiplégiques et démontre un gain en autonomie dans l'exécution du mouvement. Le dernier modèle GaitMaster5, montré en Figure 2.2b, actionne les eecteurs dans la direction horizontale et verticale (Yano et al., 2010; Yano et al., 2012). Les essais cliniques pour la montée d'escalier utilisent une stratégie d'enseignement du mouvement du robot au patient puis une stratégie interactive à l'aide de capteurs de pression pour motiver le patient à initier le mouvement. Une formule portable de la plateforme a été conçue pour pouvoir eectuer les exercices de réadaptation à domicile (Yano et al.,

2015). Des modèles plans pour le changement d'orientation basés sur deux eecteurs ont également été développés dans le même laboratoire. Le CirculaFloor (Iwata et al.,

2005) est composé de quatre dalles mobiles se plaçant sous les pieds de l'utilisateur lors de la phase d'élancement et le ramenant dans le centre de la pièce lors de la phase d'appui. Le StringWalker (Iwata et al., 2007) est un mécanisme à câbles basé sur une structure circulaire dans lequel se déplace l'utilisateur équipé de patins. Les câbles tirent sur la chaussure pour ramener le pied au centre de l'espace de travail et le réorienter selon la position de départ.

Le mécanisme Virtual Walking Machine présenté dans (Yoon et al., 2005; Yoon et Ryu, 2006) est basé sur un mécanisme parallèle à six degrés de liberté (ddl) composé de deux sous-mécanismes. Le premier mécanisme plan à trois ddl déplace l'eecteur dans les translations frontale et latérale et dans la rotation du plan. Le second mécanisme, monté sur le précédent système, est basé sur trois vérins verticaux et complète les de- grés de liberté restants. La simulation d'environnement en pente ou en forme d'escalier ainsi que la rotation dans l'environnement est possible, mais limitée à cause des in- terférences potentielles entre les deux eecteurs. Un système plus compact destiné à la télé-réadaptation (Novandy et al.,2008; Novandy et al.,2009) utilise le balancement

des bras pour synchroniser le mouvement des eecteurs de l'appareil, avec une rotation dans l'environnement virtuel à l'aide de boutons poussoirs au niveau des mains. L'utilisation d'un mécanisme à câbles (Perreault et Gosselin, 2008; Otis et al.,

2008; Gosselin et al., 2009) pour concevoir les pédales accueillant les pieds de l'utili- sateur donne un espace de travail confortable pour le mouvement de la marche avec la possibilité d'actionner également les six degrés de liberté. Cependant, l'actionnement par câbles présente des contraintes physiques comme l'obligation de tendre les câbles en tout temps (Otis et al., 2009a), les interférences potentielles entre les eecteurs et leurs câbles respectifs (Otis et al., 2009b) et leur manque de rigidité pour supporter rapidement le poids du corps de la personne lors de la phase d'appui.