Projets:A'Grip

A'Grip
Ce projet recherche ces compétences : Arduino, Electronique
Informations
Description	Projet pour ajouter un vibreur à une poignée de déambulateur pour rappeler de la tenir (cas d'héminégligence).
Evènement associé	Fabrikarium Palavas 6 au 8 juin 2023
Catégorie	Motricité
Etat d'avancement	Réalisés
Techniques	arduino
Durée de fabrication	de 2 à 4 h
Coût matériel	De 50 à 100 euros
Niveau	Moyen
Licence	by-nc-sa
Date de création	2024-07-14
Équipe
Porteur de projet	Rime et sa maman Souad
Contributeurs	ChristineAzevedo, Sophie, Roger, Benjamin, Antoine, Delphine
Animateur	ChristineAzevedo
Fabmanager	Sijobert
Référent documentation	Sophie
Partenaires:	HLI (Humanlab INRIA), Humanlab Autonabee
Nom humanlab	Humanlab_SP
Documentation
Statut de la documentation	Partielle
Relecture de la documentation	Non vérifiée

Description du projet

Réalisé lors du Fabrikarium Saint-Pierre de Juin 2024.

Rime a 6 ans, elle souffre d’une paralysie cérébrale. Elle utilise ponctuellement un déambulateur mais oublie de maintenir sa main gauche sur la poignée (héminégligence). Elle va bientôt recevoir un nouveau déambulateur qui aura des poignées verticales et des supports antébrachiaux.

• Porteuses de Projet : Rime et sa maman Souad
• Concepteur.e.s, contributeurs/contributrices : Antoine Camallonga (ergothérapeute St Pierre), Marion Thoma (Kinésithérapeute), Sophie Cherqui (Humanlab ArianeGroup), Benjamin Niess (Humanlab Autonabee), Delphine Bézier (My Human Kit), Valentin Maggioni (Doctorant INRIA), Christine Azevedo (Directrice de Recherche HumanLab INRIA), Roger Pissard-Gibollet (Ingénieur de Recherche HumanLab INRIA), Judith Maurin (APA’MOUV), Tanguy Dréan (APA’MOUV),
• Animateur : Christine Azevedo
• Fabmanager référent : Benoît Sijobert (Fab Manager HumanLab Saint Pierre)
• Responsable de documentation : Sophie (Humanlab ArianeGroup)

Cahier des charges

Rime a 6 ans, souffre d’une paralysie cérébrale (PC). Elle utilise ponctuellement son déambulateur pour marcher sur un périmètre de marche réduit mais elle oublie de maintenir son bras gauche sur le déambulateur. On est donc parti avec les besoins suivants :

Pré-requis Transformer le déambulateur

Transformer le déambulateur actuel pour être le plus représentatif possible du futur déambulateur de Rime : supports antébrachiaux & poignées verticales

Réaliser un système d’alerte

• Détecter/anticiper le lâcher de la prise (diminution de la force avant que la main ne lâche la poignée)
• Avertir du relâchement de la poignée par un signal sonore ou vibratoire
• Optionnel : Activer le système seulement si la poignée droite est tenue et qu’il y a une volonté de déplacement

Autres

• Outil de rééducation
• Système démontable adaptable à d'autres déambulateurs
• Eviter trop de déclenchements
• Le système doit pouvoir donner plusieurs heures d'autonomie sans recharge

Analyse de l'existant et liens utiles

L'existant

Rime dispose d'un déambulateur du marché (cf. image ci-dessous avec son ancien et futur déambulateurs) qui ne dispose pas de dispositifs haptiques pour donner des indications via les poignées.

On peut retrouver ce type de solution dans des projets de recherche comme Dornell

Le déambulateur actuel est un cadre de marche de type nimbo taille S avec des poignées horizontales, le prochain déambulateur sera un Walker MALTE de chez Schuchmann avec appuis antébrachiaux et poignées inclinables.

Nos choix

On propose d'équiper les poignées avec des capteurs et actionneurs bas-couts pour répondre aux besoins de Rime. Des capteurs FSR pour mesurer la pression exercée sur une poignée et un buzzer piézoélectrique pour générer une vibration.

L'objectif général est de détecter si la main gauche "héminégligeante" lâche la poignée lorsqu'on est en phase d'utilisation et d'avertir Rime par une vibration sur la poignée gauche. Pour l'implémentation de la commande, nous avons développé 2 solutions : numérique en utilisant un microcontrôleur et tout-analogique.

Etude préliminaire

Pour anticiper l'arrivée du futur déambulateur de Rime, nous avons adapté l'ancien dont nous disposions en le dotant de supports antébrachiaux et de poignées verticales pour qu'il soit proche de l'utilisation du prochain. Pour cela, nous avons dû :

• dessiner et imprimer en 3D des repose-bras
• réaliser des poignées verticales adaptables

De plus, une équipe pluridisciplinaire (ergothérapeutes/kinésithérapeutes) a testé les capacités sensorielles et de force de préhension des deux mains de Rime. L'équipe clinique a pu mettre en avant que la stimulation sensorielle vibratoire au niveau de la paume de la main et des doigts semble être la plus adaptée.

Les capacités à distinguer un retour vibratoire à l'aide du Z-vibe ont été évalués et il a été mis en évidence un temps de latence variable selon la fatigabilité (2-3 sec maximum). Une mesure dynamométrique de la force de serrage de Rime pour les 2 mains a été également réalisée. On peut trouver plus de détails dans ce document Préemption Mesures et Orthèse.

Rime possède de bonnes capacités de préhension. Il semble néanmoins que ces dernières soient limitées par un déficit de stabilisation de poignet. Rime favorise une prise polydigitale et à plusieurs reprises des objets peuvent glisser.

Sur le principe d’effet ténodèse, une combinaison de mouvements spécifiques peut faciliter ou non la fermeture des doigts. Une flexion de poignet inhibe l’action des fléchisseurs des doigts. On retrouve donc plus de difficultés à la fermeture complète des doigts. Dans le cadre de cet objectif de stabilisation, il a été décidé de réaliser une orthèse de stabilisation afin de faciliter la préemption de la poignée gauche.

Matériel

Solution Numérique

• 2 modules M5StickC-Plus
• 2 modules prototypage U060
• 2 modules batteries externes U080 (optionnel)
• 2 capteurs FSR02-CE
• 1 vibreur piezoélectrique Grove
• 1 cable de connection Grove, longueur à choisir suivant l'intégration sur le déambulateur

Solution Analogique

Liste des composants

Composant	Valeur	Unité
Potentiomètre	10 Kohms	4
Résistance	1 Kohms	2
Résistance	330 ohms	1
Résistance	220 ohms	2
Transitor	PNP	2

Outils

Solution Numérique

• Fer à souder, pince coupante, pince à dénuder, tournevis
• fils électriques, fil à souder, gaine thermo, chaterton
• PC avec l'IDE Arduino pour programmer les modules M5StickC-Plus2

Solution Analogique

• Fer à souder, pince coupante, pince à dénuder, tournevis
• fils électriques, fil à souder, gaine thermo, chaterton
• carte de prototypage

Coût

Solution numérique

• avec 1 seul module sur une poignée : moins de 60 euros
• avec 2 poignées équipées : moins de 110 euros

Solution analogique

• moins de 10 euros

Fichiers source

• Plan 3D du support antébrachial : fichier 3mf pour le slicer Prusa

• Plan 3D du support du module M5StickC-Plus2
• Code source pour les modules M5StickC-Plus2 sur le projet github a'Grip

Étapes de fabrication pas à pas

Étape préliminaire

Transformation du déambulateur

Le but est d'adapter les poignées du déambulateur actuel pour se rapprocher du système final.

Réalisation du repose-bras

Pour cela, le support antébrachial (repose bras) a été modélisé en 3D puis imprimé

Réalisation des poignées

Les poignées sont des tubes PVC avec une interface coudée pour se relier au tube du déambulateur; cette interface a été réalisée avec des pastilles Polymorph.

Montage sur le déambulateur

Fabrication de l'orthèse de stabilisation

Antoine, Ergothérapeute, a réalisé l'orthèse antébrachiopalmaire de stabilisation de poignet en thermoformable perforée en 3.2mm avec maintien à l'aide de velcros.

Instrumentation du déambulateur

Les étapes d'instrumentation sont :

• Intégrer 2 capteurs de pression FSR sur les 2 poignées du déambulateur. Ce sont des capteurs de force en bandes découpables et pouvant être collées autour des poignées. On découpe les FSR sur environ 9 cm, et on mesure leur résistance :

  * Rfsr_d= 14K
  * Rfsr_g=10k

• Rallonger des fils FSR de façon à pouvoir les utiliser sur les modules de traitement (numérique ou analogique)
• Intégrer le capteur d’alerte vibreur dans la poignée gauche
• Passage des câbles entre poignée droite et gauche pour relier le capteur d'alerte au module (numérique ou analogique)
• Réaliser 2 manchons de poignées en néoprène pour faciliter la prise et masquer les capteurs. Ces poignées ont été découpées dans des chaussons de plongée et cousues par la suite.
• Conception et impression 3D du support des modules M5StickC_Plus2

Solution numérique

Câblage

La solution consiste à brancher un FSR sur l'entrée G25/36 de chaque module avec un pont diviseur d'une résistance R=2 Kohms. Le module gauche active le vibreur par la sortie G33. Les deux modules sont reliés par la voie G26 (en bleu sur le schéma) pour communiquer un état entre eux.

On peut trouver les détails sur le schéma électrique ci-dessous et la vue de la réalisation de la connectique sur le module prototype (hors connection vibreur qui est du coté connecteur Grove du module M5Stick)

Ensuite, il faut :

• Intégrer les modules M5stick droite/ gauche sur les modules batterie reliés au déambulateur via le support prévu à cet effet. Cette intégration est optionnelle, car les M5stick ont une autonomie suffisante (sans batterie additionnelle) pour assurer plusieurs heures de fonctionnement de A'grip.

Programmation

Environnement de programmation

• Sur son PC, installer Arduino IDE
• Installer dans cet IDE:

 * le board support M5StickC-Plus avec la librairie
 * la librairie OneButton

Plus de détails peuvent se trouver sur le [site du fabricant M5Stack https://docs.m5stack.com/en/arduino/arduino_ide]

Le code

Le code est déposé sur le site github A'grip

Réglages

Il faut suivre le Manuel utilisateur A'Grip pour:

• Définir le seuil de force minimum souhaité
• Régler le niveau de vibration
• Définir le mode SOLO ou DUO

Le déambulateur équipé avec la solution numérique

Solution analogique

Comme le schéma de principe le principe de commande est le même, mais il est assuré par une seule carte analogique qui permet de prendre en compte les 2 pressions FSR et générer un son ou une vibration pour signaliser le fait de lâcher la poignée. Les réglages des seuils de pression sur les poignées est réglé par 2 potentiomètres un pour la droite et un pour la gauche.

Le schéma électronique de principe est donné ci-dessous :

Le circuit se sépare en deux parties : une partie main droite qui n’autorise le passage du courant vers la partie main gauche que si le seuil de force main droite est validé, et une partie main gauche qui actionne le vibreur ou le haut-parleur si la force appliquée par la main gauche est insuffisante et que le circuit est alimenté par la partie main droite.

Pour rappel, le FSR fonctionne comme une résistance variable : plus la force appliquée sur ce dernier est élevée, plus la résistance du FSR sera faible.

Circuit droit Le courant passe alors directement de l’alimentation vers un transistor NPN en mode interrupteur. Si ce dernier autorise le passage du courant, le circuit alimente directement la partie gauche. La base du transistor est reliée au FSR. Lorsque la force appliquée augmente, la résistance du FSR diminue et la base du transistor devient plus alimentée, ce qui autorise le passage du courant. Le réglage du seuil de force main droite se fait à partir d’un potentiomètre situé en amont du FSR.

Circuit gauche L’alimentation se fait par le circuit droit. Le circuit est similaire à la partie droite mais le FSR est relié à la masse et non pas à la base du transistor. Si la force augmente, la résistance du FSR diminue et le courant ne passe plus par la base du transistor mais par la masse, ce qui "dé-alimente" le haut-parleur ou le vibreur. Le réglage du seuil de force se fait à l’aide d’un potentiomètre situé en amont du FSR.

On peut finalement voir la réalisation de la carte en prototype soudé et sa mise en boitier ci-dessous:

Retours utilisateurs

La première utilisation de Rime de son déambulateur équipé lors du Fabrikarium.

Ensuite, Rime a utilisé intensivement pendant plusieurs semaines le dispositif. Elle l'utilise en mode 'solo', un seul capteur est donc nécessaire. Comme prévu, le matériel a été transféré sur son nouvel déambulateur que Rime devrait utiliser bientôt.