Coudière Active : Concept

Coudière Active : Concept

Luna

Luna [prénom d’emprunt] souffre d’arthrogrypose congénitale (amyoplasie), qui l’empêche de plier ses bras. Elle peut étendre ses bras mais ne peut pas les plier. De ce fait, elle se contorsionne au détriment de sa colonne vertébrale, pour saisir des objets qui sont proches d’elle.

L’ergothérapeute du CHU qui s’occupe de Luna, a fabriqué une orthèse de type coudière articulée avec deux gouttières reliées par un ressort (de fabrication artisanale) qui ont pour but de ramener le bras équipé en position rétractée ceci pour valider le concept de son orthèse.

Une fois le concept validé, elle a fait appel à la team Gre-Nable pour améliorer le système et le rendre évolutif au fur et à mesure des progrès réalisés et de la croissance de Luna.

Ensemble nous définissons le cahier des charges :

  • appareillage ultra léger car les muscles des épaules sont faibles,
  • système proche du corps pour passer sous les vêtements,
  • répartition des efforts de chaque coté du coude,
  • réplicable pour les deux bras avec un fonctionnement identique,
  • efficacité évolutive en fonction de la croissance,
  • ressorts calibrés échangeables indépendamment des gouttières.

 

Recherche de solutions

Nos ressources de fabrication liées à notre activité de makers sont principalement l’impression 3D par dépôt de matériaux (FDM), la découpe laser et la mécanique de base sans machines spéciales (CNC).

Solution 1 : ressorts imprimés en semi-flexible

Donc la première idée considérée était de réaliser des ressorts par impression de plastiques flexibles. Nous avions déjà réalisé des ressorts de cette manière, donc nous pensions que la difficulté serait de calibrer correctement le nombre de couches à imprimer, de choisir le bon filament avec le coefficient SHORE adapté.

La fonction était remplie, mais l’efficacité du système était complétement insuffisante.

 

Solution 2 : Utilisation de ressorts traditionnels

Retour à la CAO pour concevoir un système avec un ressort de torsion en corde à piano. La seule contrainte est l’angle de repos, imposé à 70° (par rapport à la verticale) qui est l’angle maximum que peut accepter le bras de Luna. Donc, lorsque Luna ne tendra pas son bras (travail du triceps), le bras sera ramené vers le haut par le ressort de torsion.

Design du système à ressort

 

Et c’est lorsqu’il faut transformer un design en réalité physique que l’on découvre les limites du DIY de qualité. Après avoir commandé de la corde à piano de différentes sections, après avoir essayé (vainement) de fabriquer un ressort à la main avec de la corde à piano de section = 1.2 mm, on reste modeste devant les problèmes posés.

  • Comment réaliser plusieurs ressorts de forces différentes pour pouvoir trouver le ressort adapté à la force de rappel nécessaire au bras de Luna ?
  • Comment assurer la répétitivité des caractéristiques pour les deux bras ?
  • Comment garantir l’adéquation de la force de torsion des ressorts en fonction de l’évolution des bars de Luna ?

Il faut s’en remettre aux spécialistes.

Heureusement, il y a une société spécialisée dans la conception et fabrication de ressorts à quelques kilomètres de chez nous. Et cette société accepte généreusement de nous aider (et d’aider Luna) en acceptant de fabriquer gracieusement des ressorts pour notre coudière.

Un grand merci au Groupe JACQUEMET, représenté par Agnès J. – Chargée de développement pour le groupe- qui a généreusement mis à notre disposition un peu de temps de Blandine M. (Responsable de production de RESSORTS TECHNIQUES RAYNAUD à Goncelin pour nous fabriquer un ensemble de ressorts. En fait Blandine nous a apporté toutes ses connaissances du métier pour faire évoluer notre cahier des charges (largement insuffisant) ! En bénéficiant de ses conseils, c’est un ensemble de ressorts avec des spécificités de contraintes différentes qui a été fabriqué pour trouver le ressort adapté à la situation actuelle et qui permettront de suivre l’évolution de Luna au fil des ans.

Le processus de fabrication est tellement atypique pour un visiteur que nous avons immortalisé cette étape par une vidéo !

… et voilà le travail : des lots de ressorts avec un angle de base de 70°, 60° (précontrainte de 10°), 50°, 40° en corde à piano de dimètre 1.2 mm et les mêmes en 1.5mm.

Nous allons donc pouvoir essayer différents ressorts, pour trouver celui qui ramènera naturellement le bras de Luna en position repliée avec un angle de 70° (angle recherché par l’ergothérapeute).

Articulation

Design de deux bras articulés dans lesquels seront insérés les 2 branches du ressort. Le ressort ayant été fabriqué avec une angle de 50°, le ressort est précontraint à une ouverture de 70° du fait de la géométrie des bras.

Berceaux

Les berceaux sont imprimés à plat, avec un motif Voronoi (pour l’aspect, la respiration du bras), puis cintrés au diamètre du bras de Luna, en les trempant dans l’eau chaude. Afin de ne pas appliquer de chaleut au bras de la petite Luna, un gabarit en PLA au diamètre de 35mm a été préalablement imprimé.

Sur chaque berceau est collé un bloc de support du bras de l’articulation. Le bras coulisse à l’intérieur du support et il sera bloqué en position lorsque la coudière sera en position de travail.

Le bras de Luna est en position. L’ergothérapeute a rajouté un peu de protection (rose) pour éviter le pincement de la peau par l’articulation.

Les berceaux sont maintenus par des bandes velcros.

Le concept est validé, mais le bras ne reste pas totalement en position à l’intérieur des berceaux. Des mesures sont prises pour concevoir une nouvelle version de berceaux, pour rajouter une articulation symétrique (sans ressort) pour éviter un phénomène de torsion.  Rendez-vous après les vacances pour la séance suivante.

Les berceaux sont cintrés au bon diamètre, l’articulation (avec son ressort) est insérée dans les supports.

L’angle précontraint du ressort est de 50°. Le choix de cette valeur (50°) est expérimentale. Elle correspond à la précontrainte nécessaire pour ramener le bras de Luna en position rétractée, sans efforts de sa part.

Les efforts que Luna aura à faire, seront uniquement des efforts d’ouverture du bras, faisant travailler son triceps.

Les vacances passées, Luna et sa maman ont décidé de reporter l’usage de cette orthèse à une période ultérieure. C’est un fait que Luna est encore très jeune, qu’il est difficile de retenir son attention et qu’il n’est pas utile de lui imposer cet exercice si elle ne le souhaite pas. Dans un ou deux ans, le moment sera certainement propice pour reprendre le projet.

En attendant Luna apprécie beaucoup les exercices avec le Dowing, pour lequel team Gre-nable a imprimé des berceaux adaptés aux tous jeunes enfants.

A bientôt Luna.

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.