L’art de manipuler une feuille de papier

L’art de manipuler une feuille de papier

Emma

Présentation

Emma, fillette de 4 ans, souffre d’une agénésie de la main droite.
Sa maman s’est tournée vers E-Nable pour répondre à deux problématiques qu’Emma vit au quotidien à l’école:

  1. Déboucher et reboucher des feutres: sans prise efficace du bouchon, il est difficile de manipuler les feutres.
  2. Maintenir une feuille de papier pour réaliser du découpage.

Un nouveau défi pour l’équipe Gre-Nable, qui n’a pas encore de solution sur étagère à proposer.

Emma a également émit un dernier souhait, hautement important: la main devra être rose et bleue. Contrainte difficile à tenir, mais nous ferons tout notre possible pour y parvenir !

Pourquoi la main classique ne répond pas au besoin

La traditionnelle main de E-Nable ne correspond pas au besoin d’Emma. Elle a besoin d’un serrage très fort pour pincer une feuille, et réglable pour s’adapter à tout diamètre de feutre.
Une solution sur-mesure est donc nécessaire.

La première étape consistera donc, classiquement, au moulage du bras.

Moulage et scan du bras

La soirée moulage aura permis à Emma et sa maman de rencontrer les membres de l’équipe. Nous avons aussi profité de cette rencontre pour mieux appréhender la solution, en fonction des mouvements que peut réaliser la petite.

Deux techniques sont utilisées ici.

1- Le scan 3D appliqué directement sur le bras d’Emma

La difficulté de cette méthode réside dans le fait que le sujet doit rester parfaitement immobile, au risque de fausser les volumes scannés. Avec des petites retouches Blender, le scan est parfaitement utilisable!

Emma s’est prise au jeu avec brio et n’a pas bougé d’un poil. Les résultats sont impeccables ! 

2- Le traditionnel moulage au plâtre

Que l’on a scanné par la suite sous toutes coutures.

En plus, l’activité est plutôt amusante 🙂

Une fois le moule réalisé, nous avons pu le scanner lui aussi.

Une fois les scans réalisés, la balle est dans notre camp ! A nous de jouer !

 

Les prototypes

Premier prototype: système à bille

Le premier prototype réalisé propose une solution à base d’une bille.
L’idée étant de permettre à une enfant d’exercer une grosse pression avec un très petit mouvement de base.

En pratique, le système n’est pas franchement concluant: la bille en métal use trop rapidement le PLA de l’impression.
Les tolérances sont également trop larges avec ce matériau, et le mouvement n’est tout simplement pas fluide.

Solution validée: système à pince excentrique

La deuxième solution revient à une mécanique plus simple.
L’idée est inspirée d’un classique serrage de selle de vélo: un petit mouvement de levier qui produit un couple de serrage énorme.

En quelques prototypes, le concept est validé.
Les itérations suivantes servent principalement à optimiser la force de serrage.

Le couple de serrage est excellent et facile.
Un ressort permet de conserver la pince en position ouverte.

L’axe étant fileté, il suffit de visser/dévisser la poignée pour choisir son ouverture maximale.

Manchon du bras

Une nouveauté de Gre-nable: l’emboiture amovible pour la fixation au bras.

Séparer la pince et le manchon apporte de nombreux avantages:

  • Plus facile à maintenir: pas besoin de tout réimprimer pour faire évoluer les designs
  • Plus évolutif: un seul manchon peut se fixer à de multiples embouts.
  • Plus durable: lorsqu’Emma aura grandi, il suffira d’adapter le manchon, la pince reste fonctionnelle.

La fixation est réalisée par un système de fermeture « quick-lock » :

Côté pince, 

Côté manche,

et le résultat final !

Resultat des essais

Après les premiers essais d’Emma, nous faisons deux constats:

D’abord, Emma est capable de pincer une feuille. C’est une super nouvelle.
En revanche, elle ne trouve pas d’intérêt à utiliser la pince pour boucher ou déboucher un feutre. Emma est tout simplement plus habile avec son coude.

On peut donc valider le concept et imprimer la pince dans la couleur définitive !

Bonus: la pince… à linge !

Si on se concentre uniquement sur la fonction « Pincer une feuille », on peut alors éliminer l’ouverture permettant de coincer le bouchon sur le bout de la pince. Mieux encore, il n’est plus nécessaire de conserver le système de réglage de l’ouverture en vissant/dévissant la molette de serrage.

Un nouveau modèle voit donc le jour, sur le principe de la pince à linge. Mécaniquement plus simple, moins de pièces, plus facile à imprimer, voici le résultat:

Pour conclure

Emma dispose donc de deux pinces, qu’elle peut emboîter dans le même manchon facilement. Elle a donc tout loisir de choisir sa préférée pour s’adonner à ses travaux pratiques !

Timéo Goldfinger

Timéo Goldfinger

Timéo

Il n’est plus nécessaire de présenter Timéo, l’épisode #1 est toujours diffusé ici.

La nouvelle mission allouée à la team Gre-nable par ses parents est de lui permettre d’obtenir son badge FFS 3ème étoile ce qui nécessite l’utilisation de bâtons de ski.

 

Moulage ou scan de la main en position de maintien de bâton ?

Lors d’une séance chez son ergothérapeute, nous avions photographié Timéo tenant un bâton de ski afin de vérifier la position de ses doigts. De façon naturelle, l’effet de pince pour maintenir le bâton était réalisé entre l’index et les trois autres doigts. Cet arrangement serait impossible à réaliser avec une moufle de ski.

Il a été donc décidé de réaliser un moulage de la main avec de l’alginate en prépositionnant les doigts tels qu’ils seraient grâce à l’emboitement sur mesure à concevoir.

Avec l’aide de l’ergothérapeute, les positions des doigts ont été ajustées sur un pseudo-bâton, puis maintenus en position avec une bande adhésive médicale.

Ensuite la réalisation du moulage en alginate resta traditionnelle et le démoulage fut un peu plus délicat afin de laisser le pseudo-bâton et la bande adhésive dans l’alginate.

Protocole toujours bien rôdé par la team, l’étape suivante consiste à obtenir un fichier STL (mesh) à partir du plâtre avec le scanner. Nous gardons une bonne résolution (nombre de triangles) car nous avons abandonné la conversion du STL vers le B-rep qui est une opération trop contraignant.

Chronologie du développement

Phase 1 : Découpe

Le STL est découpé en plans parallèles choisis en fonction des variations importantes de forme de la main.

Sur chaque plan important, un contour est dessiné suivant la périphérie de la section de la main. Le tracé est réalisé à l’aide de courbes de Bezier. Pour ne pas »tromper » l’algorithme interne du logiciel de CAO, le nombre de points d’attache est le même sur tous les tracé.

Etant donné que la main sera dans une moufle, nous jugeons que 5 sections seront suffisantes pour envelopper la main de Timéo.

Phase 2 :  Lofts

Les 5 sections étant dessinées, elles vont être reliées entre elles avec la fonction « Loft » de la CAO.

Avec l’outil Loft, on peut créer des objets complexes en spécifiant des coupes transversales réalisées à partir de faces et de profils d’esquisses fermées, qui guident l’apparence de l’objet objet. Ces sections transversales sont automatiquement connectées. On peut le profil des surfaces créées en ajustant les points de contrôle sur chaque section transversale.
 
Une fois que les sections sont toutes réunies une à une, une surface enveloppante globale est créée. Si l’aspect de la surface est irrégulier, la section en cause de l’irrégularité est retouchée pour améliorer l’aspect global.
 

Phase 3 : Epaississement et isolation

La surface enveloppante est tracée au plus juste à partir des sections du STL. Nous rajoutons un espace de 5mm pour l’épaisseur de la moufle et la capacité à l’insérer avec aisance. Une fonction adaptée de « déplacement de surface » facilite ce décalage de 5mm.

L’opération suivante est la « création de matière » réalisée par l’outil « thicken » (grossissement) qui transforme une surface en volume. C’est l’épaisseur de plastique (PLA) de l’emboitement qui est donc spécifié à cette étape (5mm).

Le logiciel de CAO que nous utilisons est un logiciel de CAO dit « paramétrique » par opposition à la famille des logiciels dits « volumiques ». Cette différence de concept est primordiale dans notre étude, car il sera aisé de revenir à cette étape pour adapter la taille de l’emboitement à la réalité de la main de Timéo et de la moufle.

Et ce fut le cas, car nous avons fait 3 prototypes pour obtenir la taille correcte de l’emboitement permettant à Timéo d’insérer confortablement sa moufle.

Phase 4 : Insertion du pseudo bâton.

En lieu et place du pseudo bâton utilisé pendant le moulage, nous substituons le même volume par un cylindre de même rayon, qui sera enserré par les doigts de la main de Timéo.

L’emboitement adapté à la paume maintient la main, tandis que les quatre doigts enserrant le pseudo bâton complètent le serrage et guident l’appareil lors des mouvements du bâton.

Phase 5 : Ajout du support, mandrin de bâton

Une fois le pseudo bâton positionné, l’excédent de l’emboitement vers l’avant est enlevé pour permettre à la moufle de se refermer sur la poignée.

Le mandrin recevant le bâton de ski est rajouté, avec des longerons de renfort pour supporter les efforts latéraux.

Un œilleton pour la dragonne est rajouté sur la partie arrière de l’emboitement.

Dernière phase

Toutes les arrêtes sont arrondies : les saillantes sont arrondies pour ne pas blesser Timéo, les concaves pour augmenter le nombre de couches en contact lors de la fusion ce qui augmente la solidité des objets imprimés.

 

 

 

Après le glossy bleu/vert du pouce, le glossy gold de Goldfinger !

Le futur champion

Et ça pousse sur les bâtons !!  Mission en partie réussie … le plus dur reste à faire : la 3ème étoile (comme Manon !!)

A suivre

En attente des dernières photos du champion

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.

Le Vélo de Mélina

Le Vélo de Mélina

Adapter le Vélo de Mélina

 

L’ergothérapeute de Mélina s’inquiète pour la position de la colonne vertébrale de la petite fille qui fait du vélo en situation complètement déséquilibrée, puisque son bras gauche (victime de l’agénésie) est bien plus court que le bras droit. Un bras de type Unlimited tel que nous l’avions imprimé pour Mattéo n’est pas envisageable, car Mélina a une main-bote avec trois doigts, à angle droit sur son avant bras.

E-nable France nous a matchés sur ce cas spécial, qui nécessite un développement très spécifique.

L’ergothérapeute avec les moyens du CHU, avait bricolé un début de solution qui avait le mérite de nous montrer comment corriger la stature de Mélina sur son vélo.

Evaluation du besoin

Nous avons donc rencontré Mélina et son papa au CHU avec l’ergothérapeute pour comprendre les capacités de l’enfant en terme de tenue de guidon, longueur de bras à compenser pour avoir les épaules à la bonne position, et installation de la future solution sur le guidon du vélo. Effectivement, ce sera un cas plus compliqué que d’habitude. La main ne pourra pas être insérée dans un emboitement, mais devra se reposer sur un berceau adapté.

Empreinte de la main et de l’avant-bras

Processus courant désormais lorsqu’il s’agit de créer un appareillage spécifique, nous réalisons un moule de la main dans une bouteille remplie d’alginate. Puis nous coulons du plâtre de modèle ou du plâtre synthétique pour obtenir la copie du membre, et nous scannons la main en plâtre.

L’opération suivante consiste à transformer le mesh obtenu via le scan (au format STL) dans un format T-spline utilisable par la CAO.

Visualisation réaliste du scan de la main en plâtre

transcription du scan (mesh) en surface modélisée pour la CAO (via un passage en format STEP)

Cahier des charges

 

  1. La main avec ses 3 doigts constitue un bon système de préhension du guidon de vélo (même si on sait que cette main ne sera pas directement sur le guidon),
  2. Il faut privilégier la position du bras gauche en parfaite symétrie avec le bras droit, et les épaules doivent rester alignées,
  3. Les trois doigts qui peuvent pincer, mais pas se plier, doivent assurer le maintien du guidon,
  4. La distance entre le guidon du vélo et notre future appareil doit être ajustable, car nous ne savons pas quelle longueur considérer, et Mélina va grandir,
  5. Sécurité : en aucun cas, le système doit rendre captive la main de Mélina en cas de chute. Mélina avec son appareil doit avoir les mêmes capacités à se rattraper si elle tombe que sans notre appareil.

 

Solution retenue

 

  • Puisqu’un emboitement de type MTH (voir les articles précédents relatifs au MTH) n’est pas envisageable, nous ferons un berceau dans lequel viendra se reposer la main avec les doigts autour d’une poignée,
  • Attendu que la main doit être libre, les doigts de Mélina auront la charge de tenir la poignée, ce qui signifie que la position de cette poignée sera définie une fois le berceau dessiné, et en intégrant la main numérisée dans le berceau pour avoir la position précise de la poignée. L’outil de CAO Onshape permet ce genre de conception (intégration d’un ‘derived‘ dans un modèle de conception (part studio),
  • La position ajustable de notre appareil sur le guidon du vélo impose de trouver un système à multiples degrés de liberté. Qui dit degrés de liberté multiples dit rotules !! Nous maitrisons la réalisation de rotules, mais le fait que ce soit un élément porteur du bras de Mélina nous impose de trouver une solution robuste, si possible à base de matériau plus solide que le PLA,
  • Et l’idée jaillit : détourner l’usage premier d’un système à rotules utilisé pour le maintien d’appareil photo sur le guidon de moto. Ces rotules (boule de 1 pouce) connues sous le nom de la marque RAM, sont disponibles (des copies) chez Aliexpress à des prix abordables.

Barre de maintien et de serrage, différentes longueurs disponibles

Rotule de un pouce, choix retenu : embase carré.

de l’arc de cercle.

Les limites début et fin du berceau (limites de la fonction sweep) sont ajustées en fonction de la main.

Recherche de la tangence à la main et sweep du profil du berceau (vue avec coupe)

Le berceau une fois imprimé, le flanc sur le miroir et des supports pour supporter le haut qui déborde.

Le berceau du proto. Lors de l’essai in situ, il a été jugé trop long.

Le berceau final, beaucoup plus court, en PLA violet glossy (couleur choisie par Mélina).

Poignée

 

La poignée que tiendra Mélina sera imprimée en flexible comme une poignée standard de vélo. Un axe métallique (boulon + tube) permet de rigidifier le système qui est monté à 90° du berceau.

Poignée en flex + tige support

Poignée montée sur berceau

Ensemble berceau + main

Support sur le guidon

 

Après modélisation sur Onshape, des éléments achetés chez Aliexpress, les pièces modélisées sont incorporées dans le Part Studio pour créer les points de fixation au berceau.

Parmi les composants disponibles chez le vendeur, l’option est prise d’un socle carré supportant la boule de un pouce (diamètre 25,4mm).

Les flasques qui enserrent les rotules auront une hauteur de 60 mm, la simulation de tout le montage sur la CAO confirme que les contraintes de longueur seront respectées.

Pour la fixation sur le guidon du vélo, un étrier métallique associé à la boule inférieure fait l’affaire.

Support 100% RAM

Support renforcé (en aluminium) fabriqué par le hackerspace.

Ensemble berceau + support

Lors de l’essai sur le vélo de Mélina, nous avons vérifié si les efforts que Mélina allaient appliquer sur le pseudo-guidon pouvaient faire bouger les flasques sur les rotules. Pour ce faire Fabien a utilisé toutes ses forces pour serrer les flasques jusqu’à créer une micro fissure sur une d’elles.

Le site d’Aliexpress stipulait que les flasques seraient en aluminium ou en plastique moulé, mais les caractéristiques fantaisistes affichées sur le site, nous ont décidées à concevoir et fabriquer nous mêmes ces flasques.

Une fois modélisées, et grâce au Fablab de Philippe, les flasques ont été fraisées dans de l’aluminium et ne risqueront plus d’être fendues. Après une peinture noire glossy, on les dirait sorties d’usine.

 

Premiers essais sur le vélo de Mélina

 

Il n’aura fallu que quelques minutes d’adaptation, pour que Mélina prenne ses repères avec ce nouveau guidon. Aidée par l’ergothérapeute pour trouver le bon réglage du support, réglage facilité par le système à deux rotules, Mélina a pour la première fois fait du vélo avec les épaules dans le même plan.

Succès total pour l’équipe team gre-nable + l’ergothérapeute, car la finalité du système fait ses preuves

Mais le montage est perfectible. Le berceau est trop long et le coude touche le berceau. Donc, coups de scie et de lime pour réduire sa longueur. Les essais avec ce nouveau berceau sont concluants, Mélina est à l’aise et ne ressent aucune gêne.

Version finale avec les améliorations

Suite aux essais sur site, réduction de la taille du berceau, un nouveau design de berceau est réalisé pour libérer le coude de tout contact. Entre temps nous avons remplacé les barres de maintien moulées (provenance Aliexpress) par nos propres barres en aluminium.

Livraison et essais

Mélina a adoré la couleur violet brillant du support, les caches boulons en flexible …….. et dès le premier tour de piste, elle a été conquise.

Son inquiétude :  » … et quand je vais grandir ? », réponse bien évidente :  » tu nous recontactes via e-nable france ».

Bonne route, en faisant quand même attention car il n’y a qu’un frein à son vélo.