Cuiller Asservie

Cuiller Asservie

Avant Propos

Avec beaucoup de retard, nous publions le résultat d’une étude réalisée au cours de l’année universitaire 2021. Ce document de synthèse a servi de support à la soutenance du projet diplômant, de 5 étudiants ingénieurs à L’INP de Grenoble.
La team Gre-Nable propose des sujets d’étude et apporte son soutien aux étudiants et peut disposer des résultats de ces projets pour les publier sous licence open-source et pour construire des solutions pour des handicapés.

Cahier des Charges

Contactée par un neurologue, la team s’est intéressée à rechercher un début de solution pour que les personnes atteintes de tremblements importants ou de maladie de Parkinson, puissent se nourrir de façon autonome.

Conscient que des solutions commerciales existent, elles ne sont peut être pas disponibles pour tout le monde. Rappelons que les membres de team Gre-Nable sont des makers qualifiés par l’association e-nable france, elle-même membre de la communauté internationales Enablingthefuture.org.

Spécifications

  • concevoir une cuiller asservie devant contrer/amortir les mouvements de tremblement du porteur,
  • utiliser des composants sourçables facilement,
  • alimenter par batteries,
  • pas de contraintes de taille, seules les fonctionnalités seront appréciées.

 

Projet

L’équipe des 5 élèves s’est donc réparti les tâches d’étude, de réalisation et de gestion de projet comme si le projet était une demande d’un client pour une production et livraison.

Le pdf, ci-dessous, est le support de présentation lors de la soutenance, l’étude complète est disponible sur demande via le formulaire de contact.

Prototype #3, le plus abouti.

Vidéos du proto #1

Conclusion

Le projet apprécié par le jury, est un « proof of concept » qu’il conviendra d’améliorer pour offrir une solution utilisable par tout à chacun.

Les voies d’amélioration sont à développer à la fois sur le plan mécanique et sur le plan électronique embarquée.

Poins d’amélioration:

  • pour diminuer les effets des tremblements, il faut améliorer le temps de réponse du process. Aujourd’hui, la boucle d’asservissement est trop longue,
  • les servos utilisés sont trop gros, ce qui résulte en une mécanique imposante,
  • les batteries sont également à miniaturiser.

 

La Pince de Timeo

La Pince de Timeo

Timéo

Timéo, jeune garçon de Haute-Savoie, a fait appel à e-Nable France pour améliorer son quotidien et pratiquer ses sports favoris (vélo, ski, foot). L’absence de pouce de sa main bote droite ne lui permet pas de réaliser une pince avec son index.

Après analyse du besoin avec son ergothérapeute du CHU Alpes Grenoble (toujours Véronique !!) et de son ergothérapeute ‘locale’, la team a décidé de développer une attelle qui rajouterait un pouce (imprimé) en position d’opposition par rapport à l’index.

Mais en grand sportif qu’il est, Timéo souhaite pleinement utiliser sa bicyclette tout terrain et gagner ses étoiles FFS lors de la prochaine saison de ski à Flaine.

Donc la team s’est engagée à lui fabriquer également une adaptation pour son vélo et un bâton de ski adapté à son agénésie.

 

Moulage de la main

Timéo habitant un peu loin de Grenoble, nous avons sous-traité à son père la réalisation du moulage de la main. Grâce au tuto trouvé sur Youtube, le papa a réalisé un super moule en alginate, puis a coulé une main en plâtre synthétique pour obtenir un contre-moule de grande qualité.

Protocole bien rôdé par la team, l’étape suivante consiste à obtenir un fichier STL (mesh) à partir du plâtre. Après quelques essais, nous avons opté pour un scan de qualité réduite pour limiter le nombre de triangles du STL.

Ce STL sera la base pour nos 3 projets (pouce, support vélo et bâton de ski). Nous allons donc le transformer au format B-Rep (STEP) pour qu’il soit utilisable directement par Onshape (notre CAO favorite).

 

Description de la solution.

Le système se compose :

  • d’un gantelet placé autour de la main au niveau du poignet ,
  • d’un pouce dessiné sous Blender, à positionner en opposition de l’index,

Quelques points techniques à résoudre :

  • le gantelet doit être adapté à la main de Timéo, facile à chausser, léger et aéré.
    • On applique un design de type Voronoi pour aérer le gantelet tout en assurant une solidité de la structure.
  • le pouce doit avoir la bonne longueur, une courbure permettant de tenir des objets plus ou moins importants et positionné exactement en opposition à l’index dont la mobilité n’est pas complète.

Le gantelet sera conçu à partir du STEP sous Onshape, le pouce sera conçu à partir de l’option modelage de Blender.

Au cours des différentes étapes, nos avons essayé de fusionner avec les deux sous-ensembles en STEP, puis finalement pour la version 3 (version définitive), la fusion a été effectuée avec les modules en STL, après repérage de la position du pouce sur le STEP du gantelet.

 

Prototype #1

Le prototype #1 nous révèle:

  • le gantelet n’a pas assez de jeu avec la main,
  • il faut modifier la fente pour faciliter l’insertion de la main dans le gantelet,
  • le pouce est trop court,
  • la position du doigt n’est pas du tout en face de l’index (il n’avait pas été compris que la flexibilité de l’index était limitée).

Retour à la planche à dessin pour un nouveau pouce et une adaptation du gantelet.

Prototype #2

Le prototype #2 nous révèle:

  • le jeu avec la main doit être augmenté de 1mm,
  • la fente également,
  • le pouce est quasiment à la bonne longueur, quelques mm de plus pour atteindre la perfection,
  • augmenter l’angle de fermeture de la deuxième phalange de 10° (avis de l’ergothérapeute),
  • rentrer le pouce de 10° (avis de l’ergothérapeute).

Retour à la planche à dessin pour un nouveau pouce et une adaptation du gantelet (dernière fois ?)

Prototype #3 (la Der ?)

Intuitant que ce prototype pourrait être le dernier, nous demandons à Timéo de choisir la couleur de son attelle. Elle ne sera jamais invisible donc autant la transformer en élément caractérisant sa personnalité.

Timéo choisit un filament bicolore bleu/vert brillant avec des effets de moiré obtenu aléatoirement lors des couches successives de l’impression.

Cerise sur le gâteau !

Une nouvelle version à base de filament en TPU (Thermoplastic polyurethane) a été imprimée, pour que Timéo puisse porter une attelle pendant ses séances de sport collectif, sans danger pour ses camarades et sans risque de casser son pouce.

Bâton de Ski – Encore un Autre Concept

Bâton de Ski – Encore un Autre Concept

Méli, une coéquipière de Manon pour les JO 2030 ?

Mélissandre, jeune skieuse de Haute-Savoie, a fait appel à e-Nable France pour être équipée d’une paire de bâtons. Son agénésie bilatérale des mains ne lui permet pas de tenir des bâtons du commerce, même si elle peut réaliser une pince entre le pouce et son petit doigt sur un bâton de faible diamètre.

Fort de l’expérience toute récente du bâton conçu pour Manon, la team a rapidement adapté le précédent concept à la morphologie de sa main (droite pour commencer) pour fabriquer un premier prototype. Bien que fonctionnel, ce principe n’a pas été retenu, et nous nous sommes attelés à une nouvelle conception à partir d’une idée du père de Méli.

Et c’est ce nouveau concept que nous présentons ici. Aujourd’hui les bâtons pour les deux mains sont livrés, et nous attendons la saison de ski pour valider le concept. Rendez-vous dès la première neige.

Scan des deux mains

Comme pour Manon, nous nous passons de l’étape moulage, en réalisant un scan des deux mains in-situ, en position de maintien du bâton de ski. Pour cette séance de scan, les mains ne sont pas équipées de gants, afin de bien visualiser la position et la taille des doigts. L’épaisseur des moufles sera simulée lors du design, un paramètre permettant d’ajuster l’épaisseur au fur et à mesure de la réalisation des prototypes.

STL (mesh) de la main gauche de Méli, tenant un bâton pour positionner correctement le bâton dans la paume.

Comme pour Manon, nous ne transformerons pas le mesh obtenu en fichier B-rep pour l’importation dans le logiciel CAO (Onshape).

Une fois le STL importé dans le ‘part studio’ de Onshape, une surface enveloppante est réalisée autour du mesh, à partir de courbes ‘Spline’ (généralisation des courbes de Bézier) tracées dans des plans de coupes successifs. Ces courbes, représentant une série de sections enveloppant le gant, sont ensuite reliées entre elles par des ‘lofts’. Un loft est une surface obtenue par interpolation entre les différentes courbes, sous la forme d’une surface NURBS (cf wikipedia).

 

Description du nouveau concept.

L’agénésie de Méli ne permet pas de tenir un bâton standard, mais la fonction de préhension existant à minima, le concept va donc guider la paume et les doigts en position autour d’un « pseudo bâton » (de section plus petite que le bâton) et enserrer la paume avec deux flasques (supérieur et inférieur) imprimées selon la morphologie des mains scannées.

A tout moment, Méli aura la possibilité d’ouvrir sa main et de lâcher le bâton, donc il n’est plus nécessaire de prévoir un système débrayable de sécurité en cas de chute.

Le système se compose :

  • d’un bâton du commerce (diamètre 18mm),
  • d’un flasque inférieure adaptée à la forme de sa main, avec une vis de blocage de la position verticale du flasque,
  • un pseudo bâton en aluminium de diamètre réduit (12mm) inséré dans le bâton de 18mm,
  • un flasque supérieure également adaptée à la forme de la main, bloquée sur le dessus du pseudo bâton par une vis.

Les tests avec les moufles sont concluants, le poids des dispositifs sont négligeables, attendons la saison de ski.

C’est notre troisième type de bâton de ski. Les agénésies n’étant pas identiques, ces 3 modèles vont continuer à co-exister et à être améliorés,

Ces adaptations de système à la main d’un autre enfant nécessitent de maitriser un outil de conception CAO, mais ce n’est pas aussi compliqué qu’il y paraît. Les fichiers STL du système développé pour Méli ne seraient d’aucune utilité pour un autre enfant. Par contre, nos développements sont open-sources et disponibles sur la plate-forme Onshape, et nous sommes toujours prêts à donner un coup de main 🙂 [© E-nable France]

 

 

Dowing – Gouttières Adaptées aux Enfants (Service MPR du CHUGA)

Dowing – Gouttières Adaptées aux Enfants (Service MPR du CHUGA)

 

Dowing : Etre capable de …

Notre ergothérapeute favorite du CHU a fait appel à nous pour concevoir des gouttières adaptées aux bras des enfants suivis par son service.

Le service de médecine physique et réadaptation pédiatrique (MPR) du CHUGA est équipé de 2 bras d’assistance, appelés DOWING, fabriqués par la société FOCAL Meditech.

Fonctionnement du support d’avant-bras Dowing

Le Dowing est un support de bras articulé conçu pour optimiser la performance de l’utilisateur dans la réalisation de gestes de la vie courante : manger, boire, prendre soin de son visage, utiliser l’ordinateur, etc… et dans le cas spécifique des patients du service : jouer !

• Son principe de fonctionnement repose sur la redistribution des forces et des pressions du bras. Concrètement, le dispositif ajoute de la force au bras (qui en manque) lorsque l’utilisateur effectue un mouvement dans le plan vertical.

• La force d’assistance générée est réglable de 0% à 100%, ce qui est parfait pour l’adapter à un enfant.

 

Notre nouvelle mission a été de concevoir et de fabriquer des gouttières adaptées aux avant-bras des enfants.

Les besoins ont été spécifiés pour disposer d’un ensemble de gouttières pour des diamètres de bras de 35, 40, 45, 50 et 60 mm, en double exemplaire, puisqu’il arrive que la maladie de l’enfant soit bilatérale.

 

Contraintes du cahier des charges

C’est une pure création donc nous avions aucune contrainte particulière, seule la compatibilité avec le système de support et verrouillage sur le bras devant être respectée. Le système de fixation sur le  bras est une queue d’aronde, donc facile à imprimer.

 

Conception & Réalisation

Conception en CAO utilisant l’application Onshape (comme d’habitude), puis impression en PLA. L’intérieur de la gouttière est ensuite couverte d’une couche de mousse pour améliorer le confort du bras de l’enfant.

Réplication & Diffusion

Nos conceptions sont open-source selon la licence Creative Common BY SA.        .

Vous pouvez télécharger les fichiers STL des gouttières qui vous intéressent ou le ZIP qui contient les 5 gouttières.

Les ergothérapeutes intéressés pourront télécharger les STL et les mettre à disposition d’un ‘maker’ proche de leurs établissements de santé .

Conseils de positionnement d’une gouttière sur le plateau d’une imprimante dans le logiciel slicer.
Afin d’assurer un glissement parfait dans le bras articulé, il est préférable de ne pas avoir de supports au niveau de la queue d’aronde.

 

Pour nous encourager, si vous utilisez ces gouttières, laissez-nous un commentaire avec le nom de l’établissement. Merci.

 

Reprise d’un article du blog du Fonds de dotation du CHU Grenoble Alpes.

Bâton de Ski – Nouveau Concept

Bâton de Ski – Nouveau Concept

Manon, espoir JO 2030 ?

La conception précédente de notre bâton de ski pour Pierre-Luc, basée sur le principe de la rotule qui enserrait sa paume, ne nous semble pas nécessaire dans le cas de Manon, car la fonction pince peut être réalisée entre son pouce et son auriculaire. Bien sûr la force de cette pince n’est pas suffisante pour tenir un bâton de ski, donc nous conservons le principe de l’emboitement enserrant sa main.

Nous définissons donc un nouveau cahier des charges pour que la paume de la main gauche ait les mêmes sensations que la main droite.

Scan de la main gauche, équipée d’une moufle

Pour ce nouveau projet, nous essayons de nous passer de l’étape moulage, en réalisant un scan de la main in-situ, en position de maintien du bâton de ski. La main étant équipée d’une moufle qui sera ensuite bien adaptée par la couturière de la famille.

L’opération n’est pas aussi facile que prévue, mais après 3 tentatives, nous obtenons un fichier mesh de bonne qualité.

 

Autre évolution, nous ne transformerons pas le mesh obtenu (au format STL) en fichier B-rep pour l’importation dans le logiciel CAO (Onshape).

Une fois le STL importé dans le ‘part studio’ de Onshape, une surface enveloppante est réalisée autour du mesh, à partir de courbes ‘Spline’ (généralisation des courbes de Bézier) tracées dans des plans de coupes successifs. Ces courbes, représentant une série de sections enveloppant le gant, sont ensuite reliées entre elles par des ‘lofts’. Un loft est une surface obtenue par interpolation entre les différentes courbes, sous la forme d’une surface NURBS (cf wikipedia).

 

Une succession de plans parallèles permettent de découper le poing fermé. Les plans sont référencés sur les points remarquables de la moufle.

Sur chaque plan, une courbe fermée est dessinée pour entourer les limites du STL, créant ainsi une section.  En reliant les sections parallèles successives par des lofts, on obtient l’enveloppe bleue (surface) qui sera ensuite transformée en volume avec la fonction « thicken ».

Après avoir donné de l’épaisseur à la surface développée, coupé l’extrémité pour permettre au pouce de sortir de l’emboitement, tout est prêt pour l’intégration dans le nouveau système.

Description du dispositif incluant un système (simple).

Le nouvel appareil n’est donc plus basé sur le principe de rotule mais sur un système à deux éléments :

  • un élément solidaire du bâton
  • un emboitement enserrant la main de Manon.

La cohésion des deux éléments est réalisée par des aimants néodymes, suffisamment puissants pour que le bâton suive les mouvements de la main, mais permettant de libérer l’emboitement en cas de chute.

Le bâti est solidaire du bâton. Le côté vertical est à l’extérieur pour permettre une éjection de l’emboitement (vers l’intérieur) en cas de chute. Sur la face interne du bâton, on peut voir l’emplacement où sera vissé le petit aimant néodyme circulaire dédié au maintien vertical, et l’aimant rectangulaire, plus puissant, dédié au maintien latéral.

L’emboitement est « collé » sur le bâti grâce aux forces d’attraction des deux aimants.

  1.  Le positionnement correct de l’emboitement est assuré par un dôme centreur, et un emplacement calibré,
  2. Le maintien de l’emboitement sur le bâti est la force d’attraction de l’aimant principal (40x40x4), soit 5 kg,
  3. un deuxième aimant (circulaire) facilite le maintien vertical et le centrage de la main.

Ce premier prototype valide la fonctionnalité de maintien du bâton de ski et son test sur une piste de ski a été concluant pour confirmer nos choix techniques.

Quelques petites améliorations ont été faites pour laisser plus de place au pouce et la version définitive de l’emboitement a été imprimée en matière semi-flexible (BASF indice shore 65D).

Le succès de ce nouveau concept a vite attiré d’autres parents. Nous avons donc revu les scripts de conception, pour que toute nouvelle demande soit rapidement réalisée. Le bâti (HOST sur le plan) est quasi générique, son adaptation à l’emboitement est minime. Par contre un emboitement étant 100% adapté à la taille de la main et au type d’agénésie de l’enfant,  son design est un peu plus complexe.

Ces adaptations de système à la main d’un autre enfant nécessitent de maitriser l’outil de conception CAO, mais n’est pas aussi compliqué qu’il y paraît. Les fichiers STL du système développé pour Manon ne seraient d’aucune utilité pour un autre enfant. Par contre, nos développements sont open-sources et disponibles sur la plate-forme Onshape, et nous sommes toujours prêts à donner un coup de main 🙂 [© E-nable France]

 

 

Sèche Bonnet EEG

Sèche Bonnet EEG

Un Sèche Bonnet EEG pour le service de Réanimation Néonatale du CHUGA**.

 

Suite à une demande urgente du service de réanimation néonatale, nous avons conçu et imprimé ce support suivant le « cahier des charges » du CHUGA **.

  ** CHU Grenoble-Alpes

Suite à notre action pour la fourniture de visières anti-postillons, la team Gre-Nable a rapidement conçu et imprimé ce modèle de support de bonnets EEG, adapté au besoin exprimé par le service achat qui ne trouvait pas de solution satisfaisante chez ses fournisseurs habituels pour faire sécher les bonnets pour nourrissons.

Ce sèche bonnet n’est pas un équipement médical, mais un support utilisé après le lavage des bonnets.  L’utilisation par les professionnels est sous la responsabilité de leur encadrement.

Expression du besoin :

  • formes simples facilitant le démontage et la désinfection du support
  • diamètre de la tête (80 à 90 mm)

 

Réalisation :

  • Réalisation avec 4 pièces simples, de dimensions paramétrables pour autoriser une rapide mise à l’échelle en cas de nécessité
  • Pièces démontables, faciles à aseptiser
  • Base en-clispable pour former un ensemble cohérent

 

Deux arceaux qui s’imbriquent, un anneau de maintien (tel un cercle de grand-collet de tonneau), et une base avec tenon-mortaise pour en-clipser les bases entre elles.

Matrice de 4 bases qui sera plus facile à manipuler (la masse d’un sèche bonnet est de quelques dizaines de grammes).