Projets:Exofinger : Thumb

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Description du projet

Aide à la pince de la main gauche en rapprochant le pouce du reste des doigts chez une personne qui peut mobiliser son pouce. Orthèse de pouce motorisée permettant la préhension d'un objet.

Cahier des charges

L'ExoFinger doit être facile à mettre, facile à enlever, ne pas gêner la mise en place du gant de propulsion de fauteuil de Bastien, être confortable et permettre de réaliser les tâches suivantes :

  • saisir une bouteille de 70cl placée sur une table pour la porter à la bouche
  • saisir un stylo placé sur une table, attraper et signer un document placé à côté
  • saisir un verre à pied placé sur une table et le porter à la bouche


FonctionService.png DiagrammeInteracteurs.png

Analyse de l'existant

https://www.youtube.com/watch?v=5GH4wtG1M2c&feature=emb_rel_end

https://www.youtube.com/watch?v=ecN4rNSgjPc

https://www.tendoforpeople.se/tendo

https://www.healtheuropa.eu/tendo-ab-this-is-the-first-exoskeleton-that-makes-sense/100961/

https://www.youtube.com/watch?v=AkdQW0MN_mw

https://drexel.edu/functional-fabrics/research/projects/exo-skin-soft-haptic-exoskeletal-interface/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2017.00597/full

https://hackaday.io/project/7174-neucuff-a-soft-orthotic-exoskeleton

https://www.thingiverse.com/thing:3910988

https://youtu.be/4vWE3Bn5seU?t=34

https://www.youtube.com/watch?v=TFTNlO2Ov7U

https://link.springer.com/article/10.1186/s12984-019-0633-6

https://youtu.be/BgNpE0LJN5g

https://www.thingiverse.com/thing:2799080

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0193106#pone.0193106.s001

Equipe

Equipe Fabrikarium MHK/ArianeGroup octobre 2020


  • Porteur du projet :

- Bastien Bignier, tétraplégie complète C6, ingénieur méthode ArianeGroup,

  • Concepteurs/contributeurs :

- Roger Pissard, ingénieur de recherche, INRIA

- Christophe Braillon, ingénieur de recherche, INRIA

- Benoît Sijobert, fabmanager, Humanlab Saint Pierre

- Elvire Pastor, ergothérapeute, Humanlab Saint Pierre

- Jérome Choinard, ingénieur méthode, ArianeGroup

- Maïté Vigier, Technicienne HSE, ArianeGroup

  • Animateur (coordinateur du projet)

- Clément Trotobas, doctorant équipe CAMIN, INRIA, étudiant ENS Rennes

- Nicolas Huchet, My Human Kit

  • Fabmanager référent

- Nicolas Huchet, my Human Kit

  • Responsable de documentation

- Elisa de Castro Guerra, Floss Manuals

  • Contributeurs à distance :

- Christine Azevedo, directrice de recherche INRIA équipe CAMIN

- Laurence Boissieux, ingénieur de recherche, INRIA

Matériel nécessaire

Pour le gant : Gant-final.jpg

  • tissu 1m
  • velcros
  • un anneau de porte clef
  • gaine de teflon
  • ruban en satin ou morceau de tissu pour tenir les gaines
  • fil de nylon (exemple fil de pêche) de 0,6 mm
  • stop-gaine en impression 3D
  • Moteur linéaire Actuonix l12-30-100-6-r
    • servo-moteur
    • course : 30 mm
    • Force max : 42 N
    • Vitesse max : 13 mm/s
    • Alimentation : 6v/460mA
    • Le controleur du moteur est constitué d'un micro-controleur seeduino Nano, un clone de Arduino Nano, qui commande le moteur linéaire, en lisant l'état d'un interrupteur

Pour le poing américain :

  • moteur linéaire Actuonix PQ-12-30-12-P
    • moteur courant continu
    • course : 20 mm
    • Force max : 18 N
    • vitesse max : 28 mm/s
    • Alimentation : 12v/210mA
    • le micro-controleur seeduino Nano qui commande le moteur linéaire, en lisant l'état d'un interrupteur poussoir, pour tirer

ou pousser le cable connecté au pouce. Comme dans ce cas, le moteur est à courant continu, nous utilisons une carte d'interface de puissance Polulu DRV88-38 et le contrôle de position est assuré par le logiciel du micro-controleur.

Outils nécessaires

Pour le gant :

  • une machine à coudre
  • nécessaire de couture (fil, ciseaux, aiguille...)

Pour le poing américain :

  • Imprimante 3D

Fichiers source

Pour le prototype "poing américain", vous pouvez partir du STL

Pour le gant

Pour la carte nano arduino :

Prototype 1 : Traction de fil nylon caché par son gant grâce à un ServoMoteur

Le résultat est un gant qui cache des cables en nylon afin de venir réaliser la pince en rapprochant le pouce de la main grâce à un moteur. La version 1 utilise un moteur assez volumineux. On notera que Bastien met en marche le moteur en appuyant sur un bouton pression de son autre main. Mais il est fonctionnel !

Proto-01-final.jpg Proto01-action.png

Confection du gant

Le gant sert à guider les fils de nylon pour rapprocher le pouce du reste des doigts. Le gant ne doit pas gêner le port des gants de propulsion. Il doit donc être réalisé sur mesure.

Découpe des morceaux patronés dans le tissu sélectionné. Il y a le gant, la partie du pouce et de la sangle pour tenir une boucle qui permettra d'insérer et de serrer le gant. Il y aura également des velcros et du ruban en satin afin de fixer les gaines au gant. Les velcros servent à fermer le gant sur la main de Bastien. Bastien parvient à s'aider de l'anneau pour enfiler le gant et fermer les velcros. Gant-01.jpg

Pour la durabilité du gant, n'oubliez pas de surfiler le tissu. Ensuite la sangle a été cousue afin de placer l'anneau. Autour du pouce vous voyez en jaune les marges de couture pour positionner et coudre le pouce. Les velcros ont été cousus dans un second temps. La ligne jaune tracée sur la paume marque le placement de la gaine dans laquelle sera insérée le fil de nylon. Gant-02.jpg

Aparté sur la gaine de teflon

Nous n'avions pas de gaine suffisament petite pour accueillir les fils de nylon sous la main, mais nous avions des derailleurs de vélo. En effet il faut savoir que les derailleurs de vélo contiennent une gaine en teflon, très resistante et de taille idéale pour notre projet. Ce n'est pas une mince affaire pour les extraire. Il faut couper le plastique autour et tirer avec force pour séparer la gaine du derailleur de son plastique. Une partie de la gaine de teflon est abimée durant l'opération. Prélevez un morceau sain pour l'insérer dans le gant !

Cable-teflon.jpg

Durée de fabrication du prototype final

Nous avions déjà un patron personnalisé des gants utilisés par Bastien. Ce qui a facilité la confection du gant et l'a réduite à 2 heures !

Prototype 2 : poing américain

Proto-poing-armoricain.jpg

L'objectif est de minaturiser encore le système du prototype 1.

Pour cela il faut pouvoir avoir un moteur plus petit, et comme sa course est plus petite, il s'agit de diminuer la longeur du nylon necessaire en rapprochant le moteur du pouce afin que la traction soit suffisante pour tenir un stylo et porter une bouteille. Il a été envisagé de positionner le moteur sur une bague. Le moteur a besoin de la longueur de trois bagues. D'où l'idée d'un système qui vient se positionner sur les dos des trois doigts tel un poing américain.

Les fichiers stl du support poing américain et de la bague de pouce :

Schéma du montage :

Schema-electronique.jpg

Journal de bord

L'objectif est d'aider à la pince en rapprochant le pouce des autres doigts de la main. Objectif.png

Prototype 1 : Placer un fil de nylon afin de rapprocher le pouce de la main en positionnant le fil le long du pouce puis en le faisant courir jusqu'au poignet. Prototype1.png

Prototype 2 : Faire courir le fil de nylon sur le dos de la main afin de dégager le poignet. Car Bastien utilise des gants de protection pour se déplacer en fauteuil.

Prototype2.png

Les prototypes 1 & 2 nécessitent de fixer les câbles à la main. La solution d'un gant a été envisagée afin de coudre des passages de gaines et de pouvoir y glisser les câbles de nylon.

Réalisation du gant

Bastien utilise des gants pour l'aider à propulser son fauteuil. L'idée est ainsi venue de concevoir un gant personnalisé équipé des gaines cousues afin de diriger les fils de nylon.

Un premier prototype de gant basé sur le modèle des gants de propulsion a été réalisé en amont et a ensuite servi de base de découpe pour notre gant support de gaines.

Patron-gant-little.png

Et avec le tracé des gaines qui a été le plus efficace et le gant modifié : Patron-gant-gaine-little.jpg

Des tests ont été réalisés sur Bastien avec mise en place du gant et insertion des fils de nylon dans les gaines, et voici donc le schéma mis-à-jour avec le chemin des fils.

Prototype2B.png

Durant le premier test, Bastien a inséré le gant seul, et les fils de nylon ont été actionnés manuellement. Le pouce a bien été rapproché de la main, Bastien avait bien une pince. Cependant, la gaine de téflon est également attirée par la pression exercée. Il a donc été proposé comme solution de bloquer la sortie de la gaine en réalisant un stop-gaine à coudre sur le gant en bordure. Création d'une pièce pour stopper la gaine et laisser passer le nylon.

Arret-de-gaine.jpg

Ensuite il faut coudre le stop-gaine sur le gant. Stop-gaine-gant.jpg

Etape suivante : le servo moteur

Un test à été réalisé par un membre de l'équipe, où le fil qui sort du gant a été connecté à un servo moteur afin de tester l'efficacité de la force du moteur.

Il apparaît que la force nécessaire doit être beaucoup plus forte que prévue car tout s'étire : le moteur posé sur la peau a tendance à ramener la peau, le fil s'étend, les noeuds s'étirent, bref il y a une perte énorme de poussée.

Conclusion : il faut poser le moteur qui tire les fils, non pas sur la peau ou un dispositif accroché à la peau mais sur un support plus rigide et peut être associé au gant afin de prévenir cet étirement naturel.

Prototype 3 : Poing américain

Cette proposition tente de modifier le trajet du nylon afin de diminuer la force du servo moteur pour la préhension finale d'un stylo.

Prototype3.png Poingt-americain.jpg Prototype-bague.jpg

Nous avions sous la main une main bionique dans laquelle nous avons prélevé des moteurs : Main-bioniqe-uprecycling.jpg

Prototype 4

Recherche autour d'une solution qui propose non pas de tirer, mais de pousser le pouce grâce à l'aide d'un fil rigide. Devant le succès des prototypes précédents et de leur amélioration, cette piste n'a pas été étudiée. Peut-être avez-vous envie d'en explorer les possibilités de votre côté ? Prototype4.png

Prototype 1 et 2 : Partie électronique du Servo Moteur

Montage-servo-moteur-simple.jpg Montage-servo-moteur-special.jpg

Les montages réunissant batterie, moteur et carte testées sont ci-dessous. La version miniaturisée sera pour une version plus légère dans le cadre de premier essai réussi.

Servo-moteur-miniaturise.jpg Servo-moteur-arduino-normal.jpg

Schémas electroniques des différentes cartes avec les moteurs et la batterie. Schema-electronique.jpg Schema-electronique-versiongant.jpg

Code électronique de la carte controlant le servo moteur. File:Version poing armoricain.ino File:Thumb.txt