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Article

1 - GÉNÉRALITÉS

2 - TAXONOMIE

3 - ÉTAT DE L’ART

4 - CHALLENGES ET PERSPECTIVES

  • 4.1 - Cahier des charges mécaniques aux exigences antagonistes
  • 4.2 - Adaptation au corps et maîtrise de l’interaction physique
  • 4.3 - Transparence, partage du contrôle et respect des intentions motrices
  • 4.4 - Détection des intentions motrices
  • 4.5 - Compréhension du système sensorimoteur humain
  • 4.6 - Challenges annexes

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : S7704 v1

Taxonomie
Les exosquelettes

Auteur(s) : Nathanaël JARRASSÉ

Date de publication : 10 févr. 2019

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RÉSUMÉ

Cet article propose  une définition générique des exosquelettes ainsi qu’une vision structurée des recherches sur ces dispositifs, pour permettre au lecteur de comprendre la technologie et les limites de ces dispositifs, leur grande diversité et les nombreuses difficultés associées à leur développement. L’article s’attache donc à construire une taxonomie permettant de structurer le domaine et de classer les différents dispositifs selon leurs caractéristiques mécaniques et de contrôle, pour ensuite dresser un état de l’art des quatre grands types de dispositifs (assistance, suppléance, rééducation et téléopération), et enfin conclure sur les nombreux challenges et perspectives du domaine.

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Auteur(s)

  • Nathanaël JARRASSÉ : - Sorbonne Université, CNRS, INSERM - Institut des systèmes intelligents et de robotique, ISIR 75005 Paris, France

INTRODUCTION

Le contexte actuel du domaine des exosquelettes demeure singulier pour plusieurs raisons.

D’abord, les exosquelettes sont des objets technologiques très visibles et médiatisés. Or, bien qu’il existe une multitude de plates-formes de recherche, peu de ces dispositifs sont réellement disponibles commercialement et utilisés concrètement. La surmédiatisation faite autour de certains produits particuliers tend en effet à occulter la complexité réelle des systèmes actuels, leurs performances limitées, leur absence totale de polyvalence (chaque type de dispositif répondant à un cahier des charges spécifique très contraint) et donc les nombreux challenges technologiques et scientifiques sous-jacents qu’il reste à surmonter.

Comme cela sera montré dans la suite de l’article, la tendance actuelle dans le développement des exosquelettes est à la simplification des dispositifs, avec une réduction du nombre d’articulations et d’actionneurs (au profit d’éléments mécaniques passifs) et un allégement des structures, et donc à une évolution vers des dispositifs revêtus plus écologiques.

Cet article propose donc une taxonomie (construite autour d’une analyse des différentes caractéristiques mécaniques et de contrôle de ces systèmes) qui permet d’organiser et de distinguer plus finement ce domaine des exosquelettes.

À partir de cette analyse technologique, un état de l’art détaillé des dispositifs existants est présenté pour les quatre différents types d’exosquelettes, présentant leurs spécifications respectives ainsi que leurs applications et possibilités actuelles.

Enfin, une réflexion sur les challenges et perspectives du domaine est présentée, abordant les nombreux aspects qui demeurent à considérer pour améliorer ces dispositifs : adaptation au corps et maîtrise de l’interaction et de l’interfaçage physique, transparence des systèmes, partage du contrôle avec l’opérateur et respect des intentions motrices (en lien avec leurs détections et avec une meilleure compréhension du système sensorimoteur humain), gestion de la sécurité et simplicité d’utilisation. En effet, bien qu’un certain nombre de verrous technologiques aient été levés au cours des dernières années, la révolution dans la mise au point et dans l’adoption massive des exosquelettes passera nécessairement par la résolution de ces challenges scientifiques multidisciplinaires et complexes.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-s7704


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2. Taxonomie

Plusieurs critères « forts » directement liés à la nature de l’application (tableau 1) permettent de caractériser et distinguer les différents types d’exosquelettes.

2.1 Caractéristiques mécaniques

HAUT DE PAGE

2.1.1 Cinématique

HAUT DE PAGE

2.1.1.1 Cible corporelle de l’interaction

Selon le type de tâches auxquelles il est destiné, un exosquelette peut être conçu afin de n’interagir qu’avec une seule articulation spécifique (par exemple les exosquelettes actifs d’assistance de genou ou de cheville), un groupe d’articulations d’un membre donné (bras ou jambe) ou un groupe de membres (jambes/hanches/tronc ou système à deux bras), voire avec la totalité du corps pour les exosquelettes dits « corps-complet » développés pour certaines applications d’assistance.

HAUT DE PAGE

2.1.1.2 Types de structure

Les exosquelettes peuvent être :

  • des structures fixes ou rigidement connectées à un support fixe de l’environnement, auxquelles l’opérateur humain vient se fixer pour la réalisation d’une tâche dans un espace de travail réduit et fixe (cas de la rééducation motrice en milieu clinique ou de l’assistance dans des tâches durant lesquelles l’opérateur est assigné à un poste fixe – chaîne de montage – par exemple). Ces structures fixes peuvent parfois être montées sur d’autres structures (actives ou non) afin de compenser leur immobilité (qui ne pose problème que dans le cas des structures de membres inférieurs). Certains exosquelettes de rééducation de la marche sont ainsi composés – en plus de la partie exosquelette de jambes – d’un tapis roulant et d’un portique permettant de reprendre le poids...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - YAGN (N.) -   Peters.  -  US Patent 406,328, July 2 1889.

  • (2) - YAGIST (N.) -   Running.  -  US Patent 420,178, January 28 1890.

  • (3) - YAGN (N.) -   Apparatus for facilitating walking.  -  US Patent 420,179, January 28 1890.

  • (4) - KELLEY (L.C.) -   Pedomotor.  -  US Patent 1,308,675, July 1 1919.

  • (5) - DOLLAR (A.M.), HERR (H.) -   Lower extremity exoskeletons and active orthoses : challenges and state-of-the-art.  -  IEEE Transactions on robotics, 24(1):144-158 (2008).

  • (6) - ZAROODNY (S.J.) -   Bumpusher-a powered aid to locomotion.  -  Technical report, BALLISTIC RESEARCH LABS ABERDEEN PROVING GROUND MD (1963).

  • ...

NORMES

  • Robots et dispositifs robotiques – Exigences de sécurité pour les robots industriels – Partie 1 : robots - NF EN ISO 10218-1 - Août 2011

  • Robots et dispositifs robotiques – Exigences de sécurité pour les robots industriels – Partie 2 : système robots et intégration - NF EN ISO 10218-2 - Août 2011

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