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Modélisation dynamique dun sujet debout en équilibre sur une plateforme omnidirectionnelle, application à lanalyse de léquilibre et à la rééducation Présenté

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Présentation au sujet: "Modélisation dynamique dun sujet debout en équilibre sur une plateforme omnidirectionnelle, application à lanalyse de léquilibre et à la rééducation Présenté"— Transcription de la présentation:

1 Modélisation dynamique dun sujet debout en équilibre sur une plateforme omnidirectionnelle, application à lanalyse de léquilibre et à la rééducation Présenté par Jianting MA Directeur de thèse: Faïz BEN AMAR Co-directeur: Mourad BOUZIT

2 C ONTEXTE DE LA RECHERCHE Les troubles déquilibre chez le sujet âgé est une pathologie et un motif de plainte fréquents, souvent non traités, et souvent responsables de chute. 36% des personnes de 75 ans présentent une instabilité posturale. 50 % des personnes âgées de plus de 80 ans font au moins une chute dans l'année et la moitié d'entre eux en font plusieurs. Les perturbations déquilibre du aux accélérations/décélérations dans le transport en commun causent les incidents peu sévères mais fréquents. Les chiffres des blessures varie entre 22% et 75%. AssistMov en partenariat en lISIR développe une plateforme robotique mobile omnidirectionnelle capable de perturber léquilibre du sujet et ainsi solliciter son système postural. 2

3 O BJECTIF Concevoir et réaliser une plateforme mobile omnidirectionnelle. Elaborer un modèle musculo-squelettique capable de reproduire fidèlement les gestes dun sujet en équilibre soumis aux perturbations dune plateforme mobile omnidirectionnelle. Analyser la capacité de léquilibre dun sujet a partir des paramètres biomécaniques internes (angle, muscle, couple articulaires …) révéler des nouveaux indices de stabilité. 3 Perturbation déquilibre par plateforme mobile Modélisation musculo-squelettique Indices de stabilité interne

4 SOMMAIRE 4 État de lart Conception & réalisation de la plateforme Modélisation musculo-squelettique Expérimentations et analyses des résultats Conclusion & Perspective

5 ÉTAT DE LART 5 1.Critères de stabilité 2.Modélisation biomécanique 3.Plateformes de perturbation déquilibre

6 6 C RITÈRE DE STABILITÉ Centre de masse (CdM) Zéro moment point (ZMP) Stabilité statique: la projection du CdM est situé à lintérieur du polygone de sustentation. Stabilité dynamique : ZMP reste contenu dans le plan du polygone de sustentation.

7 7 M ODÉLISATION DE L ÉQUILIBRE Modèle musculo-squelettique: AnyBody, SIMM, BodyMech, HuMANS, LifeModeler Modèle en pendule inverse: simple Double pendule inverse Double pendule inverse + genou La littérature est très riche en étude d équilibre base sur les modèles en pendules inverses A notre connaissance, il nexiste pas (ou rare) détude de léquilibre basé sur une modélisation musculo-squelettique.

8 8 P LATEFORME DE PERTURBATION DE L ÉQUILIBRE EQUITEST (2 ddl, R+T) IsiMove (4 ddl, 3R+T) Imoove (1ddl, R) Framiral (2 ddl, 2R) Perry dynamics (2 ddl, 2R) A notre connaissance, il nexiste pas de plateforme mobile omnidirectionnelle pour la perturbation de léquilibre.

9 9 C ONCEPTION DE LA PLATEFORME OMNIDIRECTIONNELLE Roue omnidirectionnelle Capteurs de force bipodale Plateforme à 4 routes motrices et directrice.

10 10 R ÉALISATION DE LA PLATEFORME OMNIDIRECTIONNELLE Prototype 1 (2011) Prototype 2 (2012) Roue omnidirectionnelle Dimension 60x60x20cm Charge max 120Kg Vitesse max: 1.2 m/s vidéo

11 MODÉLISATION MUSCULO-SQUELETTIQUE 11

12 12 D ONNÉES EXPÉRIMENTALES CINÉMATIQUES Nombre de marqueur: 13 (11 sur le corps du sujet et 2 sur la plateforme) Fréquence déchantillonnage des données (Codamation et IsiMove) : 50Hz Le sujet a les yeux fermés Système de capture de mvt. Codamotion Caméra ordinateur Capture du geste Trajectoires des marqueurs Transmission des données à lordinateur du système de la plateforme Système de perturbation dynamique

13 13 P ARAMÈTRES PERSONNALISÉES Segments: 19 segments observant les données anthropométriques. Certains segments sont constitué de plusieurs os. Articulations: Le nombre de ddl de chaque articulation ainsi que les coefficient délasticité et damortissement sont proches des valeurs réels. Muscles: 178 muscles sont modélisés dont 17 muscles pour chaqu un des membres inférieurs. Nous nous intéressé particulièrement aux articulations de la cheville, le genou, la hanche et le cou. Et aux 17 muscles des membres inférieur.

14 14 Création des motions agents pilotant le mouvement du modèle Création du contact entre pieds/sol couplant le sujet et la plateforme Simulation des conditions initiales statiques I NTÉGRATION DU CORPS HUMAIN AVEC LA PLATEFORME

15 15 S IMULATION DYNAMIQUE Dynamique inverse: Les motions agents pilotent le mouvement du modèle. Enregistrer lhistorique des angles articulaires et contractions musculaires. Dynamique directe: Couple articulaire et force musculaire activent le mouvement du modèle.

16 Comparaison des gestes du sujet entre la simulation dynamique directe et inverse. Trajectoire du centre de pression mesuré avec celle du centre de masse simulé. Comparaison de certaines forces musculaires mesurées par EMG et forces simulées. Comparaison de distribution des forces de contact mesurées par un tapis avec ceux simulées. 16 V ALIDATION DU MODÈLE vidéo

17 EXPÉRIMENTATIONS ET ANALYSES DES RÉSULTATS 17

18 18 D ÉMARCHE EXPÉRIMENTALE Perturbation dynamique: Profile: triangulaire à vitesse constante Vitesse: 25, 50 et 70 mm/s Déplacement: 290mm Durée: 20s 1 seul sujet et 3 essais par chaque vitesse 13 marqueurs (11 sur le corps du sujet et 2 sur la plateforme)

19 19 A NGLES ARTICULAIRES Evaluation de la stratégie déquilibre: cheville vs hanche Déplacement de la plateforme Angle de la cheville (deg) Angle (deg) Angle du cou Angle de la hanche Corrélation entre les angles articulaires et les vitesses Coefficient dinterpolation linéaire du premier ordre

20 20 C OUPLES ARTICULAIRES Proportion de lénergie fournis par la cheville et la hanche Répartition de lénergie interne Analyse de la densité spectrale: Déplacement de la plateforme Fréquence de contrôle du couple de la hanche plus élevé que celui de la cheville

21 21 F ORCES MUSCULAIRES Muscle SemTen droit SemTen gauche Soleus droit Soleus gauche RecFem droit RecFem gauche TibAnt droit TibAnt gauche Force maximum (N) Quelques indices préliminaires: Proportion antérieur/postérieur et gauche/droite Distribution de lénergie fournis par les forces musculaires Distribution dun groupe de force musculaire en fonction des perturbations Soleus TibAnt RecFem SemTen

22 22 F ORCES DE CONTACTE Pieds droit support la majorité du poids Répartition du poids entre le pieds droit et gauche Pieds gauche support la majorité du poids Distribution des forces de contact sur chaque pieds

23 23 C ENTRE DE MASSE ET TEMPS DE REACTION Centre de pression Projection du centre de masse La projection du CdM du corps est toujours à lintérieur du CdP pour que le sujet maintient son équilibre Un grand temps de réponse signifie un danger potentiel de la chute pour un passager Vitesse de perturbationTemps de réponse Max (s) Vitesse rapide (70mm/s)0.2 Vitesse moyenne (50mm/s)0.3 Vitesse lente (25mm/s)0.4

24 Une plateforme omnidirectionnelle a été conçu et prototypé. Un modèle musculo-squelettique a été créé dans LifeModeler. Les premiers essais expérimentaux pour valider la modélisation et les mesures ont été réalisé. Quelques résultats préliminaires sur lanalyse de léquilibre a partir des paramètres biomécaniques internes ont été élaboré. De nouveaux testes seront réalisé avec plusieurs sujets de différent âges et sexes, voir avec des pathologies et avec différents intensités de perturbation. Des nouveaux indices déquilibre interne seront étudiés, comparés et classés pour quils puissent être exploiter par les thérapeutes. 24 C ONCLUSION & P ERSPECTIVE

25 25 M ERCI DE VOTRE ATTENTION Q UESTIONS ?


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