Dispositif pour Bâton de Marche

Dispositif pour Bâton de Marche

Marcher avec un Bâton de Marche

 

Pour tout le monde c’est une action triviale de tenir un bâton de marche, sauf qu’avec une main sans doigt, il est impossible de le tenir.

Plusieurs makers d’e-nable France ont été confrontés à cette difficulté. Divers prototypes utilisant des évolutions de la main Phoenix ont vu le jour, sans apporter de réelle satisfaction.

Si on calque les spécifications fonctionnelles sur notre expérience de marcheur, la liste des besoins peut se limiter à celle -ci :

  • le bâton doit être dans l’axe de la main car le marcheur s’appuie dessus,
  • lorsqu’on marche le bâton a des mouvements vers l’avant et l’arrière qui sont maîtrisés par le poignet
  • le bâton peut se coincer dans un rocher alors que le marcheur est en mouvement
  • si le marcheur tombe, il ne doit pas être « prisonnier » de la position du bâton.

Fort de cette liste (non exhaustive) de contraintes techniques à respecter, nous sommes partis sur la conception d’un dispositif adapté, à partir d’un élément que nous maitrisons parfaitement : l’emboitement personnalisé (dans notre cas, celui de Nathalie).

 

Design

 

Comme toujours, notre environnement de développement reste le même (l’application en ligne Onshape) et notre design est open source, consultable via à l’adresse suivante : https://cad.onshape.com/documents/ae42f7c567ec69c5307e55e7/w/f60edfe3cb581788114d01c6/e/bf3b89a0ff2e084d2d824de3.

Le dossier peut être également trouvé avec la fonction Search (loupe) ciblant le domaine Public, avec la chaîne : « team Gre-Nable : Walking stick socket » choisir ensuite la branche B1. .

On découvre l’ensemble monté (assembly) tel que nous l’avons simulé, pour placer correctement les différents éléments. Les designs des pièces constituant le Walking Stick Socket sont à consulter dans le Part studio « socket baton de marche ».

 En option, deux autres versions de socket ont été conçues mais pas imprimées puisque le modèle présenté a été adopté par Nathalie. Ils pourraient être intéressants si notre concept de méga-rotule ne convenait finalement pas à l’usage.

Comme d’habitude pour modifier le dossier, il faudra au préalable en faire une copie dans votre espace personnel, dossier que vous pourrez ensuite modifier à souhaits, notamment pour adapter le Walking Stick Socket à votre emboîtement cible.

 

Principe du Walking Stick Socket

Pour les mécaniciens, le principe ressemblerait à une mega rotule L’hotellier !! (voir google search). Nous positionnons l’emboîtement contenant la main au centre d’une sphère (théorique) dont le centre de gravité surplombera l’axe du bâton. Le premier besoin fonctionnel est résolu, le marcheur va pouvoir s’appuyer sur le bâton sans créer de porte à faux.

Une fois de plus l’emboîtement est l’héritage d’un autre projet que nous avions décrit dans notre article : https://www.gre-nable.fr/creation-dun-multi-tool-holder/

Dans le cas présent, l’emboîtement est noyé dans une sphère, qu’on découpe latéralement avec des boolean remove car il n’est pas nécessaire d’avoir une sphère complète.

 

 

Si l’emboîtement est une sphère, alors le système de maintien du bâton aura une cavité sphérique qui englobera la sphère de l’emboîtement. L’intérieur de la sphère est réalisé par un offset de la surface de quelques dixièmes de mm, puis avec un ‘thickness’ (épaississage) de 5mm, la coque est créée.

La coque est coupée horizontalement en deux coquilles, puis articulée à l’arrière par des charnières dans lesquelles passera la vis servant de maintien et d’axe de rotation (M4x55).

 

La coquille du bas va recevoir le bâton de marche, les guides du sytème de serrage des deux coques et le verrou de serrage.

Compte tenu des forces en présence, transmises par la main sur le bâton, les coques seront imprimées sur le côté, pour que le trajet du PLA soit le plus résistant aux prsssions exercées. Il faut donc éviter de l’imprimer avec les cercles du support de bâton en position horizontale.

Les deux coques sont ouvertes. Cela permet de vérifier les charnières, les états de surface des globes de réception de l’emboîtement sphérique. 

 

L’emboîtement sphérique est inséré entre les deux coques. L’emboîtement est libre en rotation selon x et y, sans contraintes. La rotation selon l’axe horizontal autorisera les mouvements du bras pendant la marche. 

Fermeture des coques

Pour le premier prototype, nous avons expérimenté un ressort type pince à linge ! Fonctionnellement c’était adapté au besoin de fermeture des coques, mais la force appliquée sur la coque supérieure n’était pas suffisante pour bien maitriser le mouvement du bâton.

Donc le deuxième prototype a été conçu avec une fermeture par sandow de diamètre 5 mm. La tension du sandow est ajustable pour permettre la tenue de l’emboîtement, sa rotation lors de la marche, et un échappement en cas de chute.

 

Blocage des sandows.

Restait à trouver le système de blocage des sandows et le blocage « hacké » d’une veste de sport a parfaitement tenu son rôle.

Si on ne veut pas enlever l’élément d’un vêtement, le système est disponible chez aliexpress (fr.aliexpress.com/item/32709198166.html) pour la modique somme de 64 centimes les 10 unités !!

L’Essayer c’est l’adopter

Pas eu le temps d’imprimer une version dite ‘livrable’, Nathalie a adopté le prototype V3 tel quel et n’a plus voulu le lâcher.

Nous attendons des photos in situ pendant ses recherches de champignons.

 

Porte Couteau pour Enfant

Porte Couteau pour Enfant

Le Contexte

Lina est une petite fille de 5 ans lorsque nous l’avons rencontrée pour la première fois. Elle est née avec une main droite mal formée, équipée de deux doigts. L’un d’entre eux est faible. Elle ne peut pas plier ses deux doigts, mais seulement les déplacer latéralement comme une sorte de pince à bec effilé. Et elle est très à l’aise pour la plupart des activités de la vie quotidienne … à l’exception de certaines actions qu’elle ne peut pas accomplir. Et un exemple est la tenue d’un couteau. Ses parents ont l’habitude de l’aider à couper, et elle est habituée à pousser du riz vers sa fourchette (qui est manipulée de la main gauche) avec ses deux doigts.

Mais maintenant, qu’elle doit déjeuner à l’école, ou parfois au restaurant, elle ne se sent probablement pas très à l’aise devant les autres enfants. C’est ainsi qu’Eric, son père, demande à la communauté e-Nable si quelqu’un peut l’aider à développer une solution porte-couteau pour Lina.

 

Modélisation de l’emboitement adapté

Après une première rencontre avec Lina et Eric, nous estimons qu’une main e-Nable standard ne peut pas répondre aux besoins spécifiques de Lina et nous décidons de développer un porte-couteau entièrement dédié à ce besoin. Il s’agira d’un emboitement adapté (socket) dans lequel Lina pourra insérer sa main droite et sur sa partie inférieure, des supports spécifiques permettant de fixer différents types de couteaux.

Moulage de la main

La première opération de notre intervention consiste à obtenir un modèle de la main de Lina. Ceci est fait en moulant sa main dans de l’Alginate rose pour obtenir ensuite une copie positive en plâtre.

Modification du profil de la main moulée

Malencontreusement, pendant la coulée de l’alginate, elle a plié son poignet. Après le processus de numérisation 3D et de rétro-ingénierie qui aboutit à un modèle numérique propre, l’opération suivante a été d’obtenir un modèle approprié utilisable pour créer un emboitement confortable. Ce travail a consisté à déplier le modèle CAO pour redresser les doigts. Ceci est effectué grâce à une fonction spécifique de « flexion » disponible dans SolidWorks. Cela permet d’aligner la main sur l’avant-bras et de rapprocher les deux doigts.

Design de l’emboitement

L’étape suivante consiste à concevoir l’emboitement (socket) en utilisant notre logiciel de CAO collaboratif, Onshape, pour dessiner quelques sections et construire un « loft » qui correspond approximativement à la main de Lina. Ensuite, deux opérations de surfaces décalées conduisent aux formes intérieure et extérieure de l’emboitement, avec un espacement de 3 mm dédié à un tissu 3D confortable, capable d’absorber l’humidité et pouvant être facilement enlevé pour le lavage.

Conception du porte couteau

Pour être pleinement compatibles avec les couteaux utilisés par Lina, nous avons demandé à Eric, le père de lina, de fournir les deux modèles de couteaux utilisés à la maison : le « couteau à pousser » et le « couteau à couper ». Le père ayant des compétences en CAO, il s’est chargé de concevoir les modèles numériques des deux couteaux.

 

Nous avons ensuite imaginé de tenir le manche du couteau dans une pièce souple et interchangeable qui convient aux deux types de couteaux et d’ajouter une simple fente pour centrer et maintenir la lame. Dans le premier prototype, la lame était attachée avec une sangle adaptative en velcro (ID-Scratch).

Après validation de l’orientation et de la position du couteau par Lina, le bracelet a été remplacé pour la deuxième version par un simple aimant en néodyme. Vous trouverez ci-dessous une photo de la première version testée (couteau poussant) et plusieurs vues CAO de la dernière version.

Et ensuite …

Lina est heureuse, elle peut manger sans demander de l’aide à ses camarades de classe;

Eric est heureux, Lina mange maintenant sans pousser les nouilles avec les doigts.

Eric nous a demandé conseil et support car (et c’est aussi une bonne nouvelle!) il est en train d’apprendre à concevoir avec Onshape. Il a déjà réalisé un nouvel insert (la partie bleue sur les captures d’écran ci-dessus) qui conviendra à un autre manche de couteau.
Et il a acheté une imprimante 3D et nous espérons qu’il deviendra un nouveau maker dans la communauté e-Nable France 🙂

Les modèles CAO sont disponibles pour inspiration, l’adaptation à d’autres cas et, espérons-le, pour des améliorations sous cad.onshape.com. Si vous avez un compte (gratuit pour les activités à but non lucratif), il vous suffit de rechercher « Team Gre- Nable: knife_holder « parmi les modèles publics.

Nous sommes toujours intéressés de savoir si vous concevez une adaptation de notre design. faites le nous savoir via le formulaire de contact!

 

Une aide pour un p’tit loup: une flexi-hand sur-mesure

Une aide pour un p’tit loup: une flexi-hand sur-mesure

Intro: un appareil – plusieurs objectifs

Noé

Noé est un petit garçon de 6 ans atteint d’une agénésie particulière à la main droite, qu’il appelle son « petit loup ». Plein de vie, il adore l’école, les dessins animés de Walt Disney et les animaux. 

Petit à petit, il prend conscience de sa différence par rapport aux autres enfants et souhaite lui aussi avoir une main de super héros E-nable.

Sur cette main (fig. 1):

  • Un bourgeon de pouce s’est développé. L’articulation associée à ce bourgeon est fonctionnelle et doit être considérée dans la conception de son appareil car Noé s’en sert au quotidien.
  • Les ongles des quatre autres doigts sont apparents. Ceux-ci sont sensibles et devront donc être protégés lors de l’équipement de l’appareil.

Fig. 1: Photo des mains de Noé. La main droite est celle atteinte d’agénésie. On peut observer le bourgeon de pouce fonctionnel et les ongles des quatre autres doigts. Sa main gauche va nous permettre de concevoir un appareil aux dimensions proches.

Notre point de départ

L’agénésie particulière de Noé ne nous permet pas d’utiliser et de mettre à l’échelle les appareils E-nable classiques (Raptor ou Phoenix). Un appareil sur-mesure est nécessaire. La conception de cet appareil nous a servi de prétexte pour remplir d’autres objectifs, formulés à l’issue de précédents travaux pour l’association:

Objectif #1: Le scan 3D pour un appareil confortable

Les outils de scan3D sont de plus en plus accessibles économiquement, performants et facile d’utilisation. Aussi, quitte à concevoir un appareil conservant la mobilité du pouce de Noé, nous voulions tester la possibilité d’intégrer un manchon sur-mesure créé à partir d’un scan 3D de sa main droite. Pour ce faire, nous avons utilisé le scanner 3D Isense (Fig. 2, 3, 4). Vous trouverez la démarche complète ici. A noter que cette démarche n’est pas uniquement entreprise par les membres français de l’association mais aussi au niveau international.

Fig. 2: L’interface utilisateur de L’Isense rend l’utilisation très conviviale. La précision de mesure est de l’ordre du millimètre. C’est suffisant pour nos appareils

Fig. 3: Moule en plâtre de la main droite de Noé

Fig. 4: Version numérique de la main de Noé. C’est la brique de base pour la création d’un manchon sur-mesure.

L’intérêt de cette démarche est double:

  • Ajouter le fait d’avoir une emboîture quasiment sans jeu, qui permet une grande précision et donc une grande efficacité de manipulation de la prothèse, est particulièrement importante lorsque la force et/ou l’amplitude du poignet de l’enfant sont limitées, ou quand la paume résiduelle est très courte.
  • Améliorer le confort pour le porteur de l’appareil. L’utilisation d’un moulage en alginate puis en plâtre permet non seulement de concevoir le manchon sur-mesure mais également d’éviter l’écueil des erreurs de mesures en se basant seulement sur des photos (Fig. 1).

Objectif #2: Phoenix/Raptor vs. Flexi-hand

Les appareils les plus répandus au sein de l’association E-nable sont les modèles Raptor et Phoenix. Créé à partir du logiciel OpenScad, ils présentent le principal avantage d’être complètement paramétrés. La mise à l’échelle en fonction de la taille des mains de chaque enfant s’en trouve facilitée.

Cependant ces mains présentent différents inconvénients, le premier étant celui de la robustesse. Par exemple le rappel élastique qui assure la réouverture des mains phœnix est assuré par des petits élastiques qui doivent être régulièrement changés. Le second inconvénient concerne l’adaptabilité de ces mains. Typiquement, le logiciel OpenScad n’est pas assez « flexible » pour rapidement concevoir un appareil qui permettra à Noé d’utiliser son pouce.

En repartant de la cartographie des appareils E-nable (fig. 5), nous avons choisi une brique de départ différente: la flexi-hand (Fig. 6) et la flexi-hand reloaded (Fig. 7). En voici quelques raisons:

  • Le design est plus ergonomique mais sans être complètement bio-mimétique (contrairement à des modèles orientés plutôt pour les adultes)
  • La flexion des phalanges est assurée par des charnières imprimées en filament flexible: moins de pièces à imprimer et un appareil plus facile à assembler. Autre avantage de ces charnières: il n’y a plus de frottement entre chaque phalange. Le mouvement de préhension s’en trouve facilité et silencieux.
  • Un système de cardan permet de libérer le mouvement d’adduction/abduction du poignet ce qui ajoute un élément de confort non négligeable.
  • Ces designs ont été produits avec des logiciels de CAO type Solidworks, et sont donc plus faciles à modifier.

 

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Fig. 5: Cartographie mondiale des appareils E-nable. Lien vers la cartographie complète ici.

 

Fig. 6: Flexi-hand. Le rappel élastique des phalanges est assuré par des charnières en filament flexibles. Le résultat est une plus grande robustesse en comparaison des élastiques dentaires classiques des appareils raptor ou phoenix. La flexi-hand est aussi plus aboutie en terme de design.Source des fichiers ici.

 

Fig. 7: Flexi-hand reloaded avec libération de l’abduction-adduction du poignet. Source des fichiers ici.

Comme concepteurs, pouvoir d’éditer nos designs précédents permet d’apporter les améliorations apportées à nos précédents projets (voir ici).

  • Plastidip pour le grip au lieu des « doigtiers flexibles »
  • Palonnier,
  • Fingertip en filament flexible pour une préhension en douceur et un grip amélioré.
  • Utilisation d’une mousse lavable et hypoallergénique à l’interface entre la peau et l’appareil,
  • Sangles douces (cuir+ scratch)

Objectif #3: Une conception paramétrée accessible au plus grand nombre

Parmi les différentes solutions de logiciels de design gratuits présents sur le marché, Blender, Fusion360, Onshape et OpenScad présentent des caractéristiques vraiment intéressantes (Fig. 8).

  • Blender permet de dessiner des formes très organiques, idéales pour du biomimétique mais requiert des compétences que nous n’avons pas. De plus, nous ne sommes pas sûr que ces formes soient paramétrables donc faciles à mettre à l’échelle d’un appareil à un autre.
  • A l’inverse OpenScad est défini à partir de paramètres, mais l’usage par un utilisateur non informaticien est peu conviviale, et les géométries modélisables restent limitées à des formes très géométriques.
  • Au milieu on retrouve Fusion360 et OnShape. Le premier est avant tout un logiciel de dessin industriel mais possède également un module de sculpting assez abouti permettant de mettre au point des géométries ergonomiques, voire organique. Le second est plus proche du logiciel de CAO classique, bien que les dernières mises à jour laissent entrevoir un mode de sculpting également.

OnShape et Fusion360 possèdent tous les deux des avantages en termes de design. Ce qui a fait finalement pencher la balance vers OnShape est son mode collaboratif, qui permet de travailler à plusieurs sur un même design en même temps depuis plusieurs pc et localisations géographiques différentes. Vous retrouverez tous ces avantages ici.

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Fig. 8: choix du logiciel de design pour le projet

Un projet collaboratif

Au delà des aspects techniques de ce projet, il faut également en souligner les aspects collaboratifs entre Noé et sa famille, les membres de l’association ainsi que les deux ergothérapeutes qui se sont succédé dans le suivi du développement de Noé (Fig. 9).

triptyque

Fig. 9: Triptyque patient – ergothérapeute – concepteur

Deux prototypes ont été nécessaires avant d’arriver à la version finale. Ils ont progressivement été améliorés grâce à cette interaction.

Notre objectif global

Toute la démarche présentée ci-dessous illustrera les différentes étapes de conception de cet appareil sur-mesure. Notre objectif global est de permettre à tous les membres de l’association de pouvoir appliquer cette démarche. La limite actuelle étant de générer un scan 3D de la main à équiper.

La démarche est ensuite la même que pour les appareils classiques.

  • Mise à l’échelle de l’appareil,
  • Impression aux couleurs du choix de l’enfant,
  • Assemblage et remise.

La mise à l’échelle se fait pour l’instant sur OnShape, car cela permet non seulement de modifier la taille du manchon mais aussi la largeur et la longueur des doigts. Nous travaillons actuellement à rendre l’interface de mise à l’échelle la plus accessible possible. N’hésitez pas à nous contacter si vous avez des suggestions.

Les différentes versions et améliorations

Tout au long de ce projet, trois versions de l’appareil se sont succédées.

V1: un prototype avant de rencontrer Noé et sa famille

Le premier prototype a été fait à partir d’une mise à l’échelle de la flexi-hand, en se basant sur les mesures de la fig 1 (Fig. 10 – 11). L’objectif était de pouvoir rencontrer Noé et sa famille avec un premier appareil pour évaluer ses capacités motrices (facilité à fermer la main). Au final, malgré un thermoformage du manchon pour que Noé puisse enfiler son appareil, cette première rencontre a surtout permis de confirmer qu’une mise à l’échelle ne permet pas une appropriation rapide et efficace de l’appareil.

Fig. 10: Première version de l’appareil de Noé. Design issu de Thingiverse et rapidement modifié pour correspondre aux dimensions de la main de Noé. Un loup a été ajouté en référence au petit surnom que Noé donne à sa main droite. (vue de dessous).

 

Fig. 11: Même appareil vu de dessus. L’utilisation d’un palonnier en série avec le système de cardan permet à la fois de libérer un degré de liberté de rotation du poignet tout en améliorant la préhension d’objet complexe – typiquement un verre un peu conique.

L’assemblage de cette première version directement issue du fichier source a également mis en évidence quelques défauts:

  • Les emplacements des charnières flexibles engendrent un défaut d’alignement des phalanges,
  • Le système de cardan est trop fin et se déforme en fermant l’appareil,
  • Le loup extrudé sur l’intérieur de la main devra être déporté sur le dessus car se génère une déformation trop importante de la paume quand Noé ferme la main.

V2: Une version sur mesure

La première rencontre avec Noé et sa famille a permis de réaliser un moule en plâtre de sa main droite, qui sera par la suite scanné en 3d (fig 3 et fig 4).

Le délai de livraison du second appareil était très court car Noé voulait le montrer à ses copains avant la fin de la maternelle. Pour livrer dans les temps, nous avons priorisé l’intégration du scan 3D et avons remis à plus tard (car il y allait forcément y avoir une V3 😉 la conception d’une extension de pouce. Afin de livrer rapidement la seconde version de l’appareil, nous avons procédé par booléen du scan 3D. Rapide à faire (24h), cela consiste à fusionner au mieux le design existant avec le scan 3D. De légères modifications ont également été apportées:

  • Le loup n’est plus extrudé sur le manchon mais thermoformé puis collé au dos de l’appareil (Fig. 13),
  • Les couleurs d’impressions ont été choisies par Noé (Fig. 14-15),
  • Nous nous sommes assurés, grâce au moule en plâtre, que la main de Noé pourrait facilement s’insérer dans l’appareil (Fig 12),
  • Les charnières ont été modifiées pour assurer l’alignement des phalanges (Fig. 12).

Ce design démontre qu’il serait possible de partir d’une forme grossière d’un manchon et d’y soustraire un scan 3D pour créer du sur mesure de manière à peu près générique. Cependant, l’utilisation des opérations booléennes rend le design peu compact et figé. De même, la taille des doigts a peu été modifié pour rester homogène avec la taille de la paume. Rapidement, nous nous rendons compte que nous pourrions ajouter un peu d’angle entre chaque doigt afin d’améliorer la préhension d’objets.

 

Fig. 12: Seconde version de l’appareil de Noé. Design mixé avec un scan 3D de la main de Noé afin de la rendre sur-mesure. Le moule en plâtre s’insère bien dans le manchon (vue de dessous).

 

Fig. 13: Même appareil vu de dessus.

 

Fig. 14: Noé et son ptit loup imprimé en 3D

 

Fig. 15: Noé arrive bien à saisir des objets et des personnes.

V3: Version finale

La V2 a ainsi pu être livrée dans les temps et l’appareil a survécu à la cour de récré. Cependant, après quelques jours d’utilisation, le mécanisme de cardan, libérant la rotation du poignet, a été cassé (Fig. 16). L’erreur vient du sens d’impression de la pièce (Fig. 17). L’orientation du gantelet a toute son importance pour l’impression 3D. A la flexion du poignet, les fils en nylon se tendent pour que l’appareil se ferme. Des contraintes sont générées dans le système de cardan. Si celui-ci est imprimé à plat (comme à gauche), les contraintes peuvent casser le cardan. C’est ce qui s’est passé avec la V2. Si le gantelet est imprimé sur la tranche, la pièce sera plus résistante à ces mêmes contraintes.

Fig. 16: erreur de débutant, le gantelet a été imprimé à plat (fig. 17, à gauche). Or cela crée une fragilité au niveau du système de cardan, où sont localisés les efforts les plus importants… Pour la dernière version, le cardan sera renforcé, et le gantelet imprimé sur la tranche (fig. 17, à droite).

Fig. 17: L’orientation du gantelet a toute son importance pour l’impression 3D. A gauche: impression à plat: fragile devant les efforts appliqués. A droite: impression sur la tranche: solide devant les efforts appliqués.

 

Des échanges avec la nouvelle ergothérapeute de Noé ont également mis en évidence des correctifs à apporter sur la version suivante (Fig. 18 à Fig. 22).

  • Les Fig. 18 et 19 soulignent les limites de l’utilisation d’opérations booléennes dans le design. La fusion du scan 3D avec le design de la flexi-hand reloaded issu de Thingiverse laisse apparaître un espace important. Cet espace était le meilleur compromis pour laisser passer les fils en nylon servant à fermer l’appareil. Dessiner un appareil directement à partir d’un scan permettra de gagner en compacité.
  • Les muscles de la main de Noé sont bien développés. Dans la V2, la base du manchon de l’appareil avait été évasée pour permettre à Noé de l’équiper. Cet évasement a généré un point d’appui avec l’avant-bras de Noé, qui gène la fermeture complète du poignet (Fig. 20).
  • Dans la même logique, l’espace pour que Noé puisse sortir et utiliser son pouce ont été trop agrandi, par précaution. Nous pourrons le réduire dans la V3.
  • Enfin, la taille des doigts devra être diminuée (Fig. 22). Ils avaient été légèrement réduits pour continuer à permettre la préhension d’objet. Mais l’encombrement de la paume verte n’avait pas permis de les réduire plus. Pour la V3, on s’aidera de l’outil Tracker afin de proportionner l’appareil à la taille de la main gauche de Noé (Fig. 23). Dans tous les cas, les doigts resteront néanmoins plus longs que la normale afin de permettre une bonne préhension.

Fig. 18: La fusion entre le design flexi-hand reloaded et le scan 3D laisse apparaître un espace important avec la main, qui n’est que partiellement comblé par la mousse.

Fig. 19: même observation que pour la Fig. 18.

 

Fig. 20: la partie inférieure du manchon nécessite d’être évasé pour ne pas gêner la flexion du poignet.

 

Fig. 21: Afin d’être certain que Noé pourrait bouger librement son pouce, la taille de l’emplacement a été vraiment agrandi. Au final, nous pourrons le réduire un peu.

 

 

Fig. 22: Les doigts sont proportionnés par rapport à la taille de la paume de l’appareil. Une version avec des doigts plus courts avait été testé mais la préhension était mauvaise. La V3, plus compacte permettra de mieux proportionner les doigts par rapport à la main gauche de Noé.

 

Fig. 23: Afin de caler au mieux la longueur des doigts de l’appareil, on repart des photos envoyées par la famille de Noé et on mesure chacune des phalanges avec l’outils Tracker.

 

Dernière étape

Après une nouvelle session coloriage (Fig. 24), on passe finalement de la 2D à la 3D (Fig. 25). La remise finale allant être faite pendant une séance avec son ergothérapeute, nous n’avons pas pris de photo à ce moment là mais juste avant le rangement dans le paquet cadeau (Fig. 26 à Fig. 30). 

La liste et le détail des améliorations est présenté plus bas. La vérification la plus probante a été la possibilité de tenir un verre en verre avec une flexion assez réduite du poignet afin de ne pas trop fatiguer Noé, et ce même sans avoir à utiliser son pouce.

Fig. 24: Pour la dernière version de son appareil, Noé a profité des vacances pour imaginer un nouveau jeu de couleur.

 

Fig. 25: En parallèle, il s’est pris d’affection pour le dessin animé le Roi Lyon et en particulier Rafiki (à croire que le grand singe qui fabrique des trucs en 3D l’a inspiré :-).

 

Fig. 26: envers de la V3. Les liaison en filament flexibles bleu ciel servent aussi à donner un amorti aux phalanges. Recouvert de plasti-dip, le grip en est grandement amélioré.

 

Fig. 27: l’utilisation combiné de plasti dip sur les phalanges et sur la paume, ainsi qu’un design revu et corrigé de la paume permettent une préhension facilité même avec un verre lisse assez lourd.

 

Fig. 28: Idem Fig. 27 avec un autre point du vue.

 

Fig. 29: L’angle de flexion du poignet est suffisamment réduite pour permettre à Noé de tenir des objets sans trop se fatiguer.

 

Fig. 30: la V3 dans son paquet à l’ouverture.

Détail des améliorations apportées

  • doigts pas parallèles pour une meilleure préhension
  • Système de cardan renforcé, fonctionnel et apprécié
  • Flexibone: colonne vertébrale du doigt + flexibilité + grip + facile à assemblé + incassable par rapport aux élastiques dentaires
  • design paramétré, assez biomimétique et sur mesure
  • Partie inférieure du manchon est évasée afin de ne pas contraindre la flexion du poignet et blesser Noé
  • Extension de pouce qui vient s’emboîter sur le bourgeon de Noé.

Conclusion, limites et perspectives

La première version de l’appareil a pu être livrée dans les temps le dernier jour de l’école. Ce jour là, Noé a pu être le héros de la cour de récrée. La seconde version a été livrée vers la rentrée 2018, en présence de l’ergothérapeute qui a pu valider son fonctionnement. Quelques temps plus tard, Noé s’est rendu compte qu’il était plus autonome sans cet appareil plutôt qu’en le portant. Il est maintenant conscient de sa différence mais pas forcément moins habile que les autres enfants. Il peut faire du vélo, et tout plein d’autres activités. L’objectif en ce sens est donc atteint et ce projet fut au final une suite de merveilleux échanges.

Conclusion: Arborescence OnShape du projet – 4 fonctions

Les dernières mises à jour d’OnShape ont permis de structurer le design de chaque pièce par dossier ce qui facilite la lecture d’un design

Fonction 1: Palonnier et gantelet

Rien de particulier à dire car peu modifié à partir du STL. Il faudrait retravailler le réglage de la tension du palonnier.

Fonction 2: Fonction cardan – un poignet libéré, délivré ? 🙂

Idem que pour la F1: peu modifié mais renforcé suite à casse de la première version.

Fonction 3: les doigts

  • Les ongles
  • les phalange tip flex
  • le flexibone
  • le paramétrage facile

Fonction 4: la paume

Arborescence dossiers:

  1. Création d’une paume générique avec position angulaire des doigts
  2. Intégration du scan 3D
  3. Intégration d’un passage de cable nylon pour la préhension
  4. Décoration (optionnel)

Limites

  • Flexion transverses des doigts
  • Nylon apparent, trop fragile pour enfant
  • phalange flexibles moins visibles pour un design adulte
  • doigt plus courts
  • réglages palonnier par vis
  • Faire valider les dimensions (angles, longueurs des doigts, etc.) par des professionnels de santé

Perspectives

Nettoyer le dossier OnShape de Noé mais déjà exploitable en l’état en copiant tel quel.

Version avec pouce intégré à venir

Utilisation d’imprimantes multicolore pour la décoration, plutot que le collage

 

Emboîture pour clavier et écran tactile

Emboîture pour clavier et écran tactile

Projet open source :

Ce développement, comme tous ceux de la Team Gre-Nable, est open source. Nous expliquons dans ces articles pourquoi et comment ils ont été effectués, les raisons de nos choix comme les démarches et les outils employés, et les modèles 3D sont disponibles sous l’environnement Onshape (accès gratuit pour les modèles publics). Le présent développement est accessible sur Onshape dans le document « team Gre-Nable.fr : manchon Jean« .

La situation de Jean… 

Jean est un adulte atteint d’une agénésie du bras droit. Il dispose de son coude et d’un avant-bras d’environ 9cm de longueur, de forme très conique et se terminant par un petit « bourgeon » de chair… qu’il a pris l’habitude d’utiliser entre autres pour accéder aux touches de son clavier d’ordinateur. Et il faut avouer qu’il est impressionnant de « dextérité ». Mais l’usage de plus en plus intensif de l’ordinateur pour son travail finit par le blesser et générer des douleurs dans ce petit « doigt ». Il aimerait donc protéger sa peau tout en conservant la dextérité qu’il a acquise à la manipulation du clavier. Il a déjà consulté deux ou trois professionnels qui lui ont fabriqué des appareils, qui finalement ne lui conviennent pas. Il prend alors contact avec la Team Gre-Nable.

 

Prise d’empreinte

Une séance de moulage à l’alginate permet d’obtenir un modèle en plâtre de l’avant-bras et du coude de Jean. Noter sur l’image ci-dessous les nombreuses bulles qui ont été piégées dans les poils du bras lors du moulage, ce qui génère ces petites « billes » réparties en surface du modèle en plâtre. Celles-ci ont été retirées très facilement avec une lame de cutter. On distingue très bien en partie haute le « doigt » que Jean utilisait jusqu’ici pour taper au clavier de son ordinateur. En partie basse de ce moulage, la légère restriction de section est due à la présence d’un élastique qui avait pour but de marquer clairement la localisation du coude lors du moulage. Cette restriction sera supprimée (lissée) entre l’opération de scanning 3D et la reconstruction du volume CAO.

Modèle en plâtre coulé à partir du moule en alginate.

Comparaison de deux scanners 3D.

Ce modèle en plâtre est numérisé avec un scanner 3D. Nous avons profité de cette occasion pour comparer le scanner iSense (voir aussi  https://3dscanexpert.com/structure-sensor-review-part-1/)  avec un scanner professionnel haut de gamme HandyScan 700 .

Le Handyscan sera considéré comme la référence, avec une précision annoncée bien inférieure à 0,05mm sur ce type d’objet.

Il apparaît que le iSense donne des résultats suffisants pour cette application (précision inférieure à 0,7mm, moyenne autour de 0,5mm)  dans la plupart des zones à faible variation de courbure, par contre, dans les zones plus accidentées, les erreurs peuvent atteindre près de 2mm. Mais puisque nous prévoyons l’insertion d’un gant de confort d’épaisseur de 3mm (tissu 3D bleu visible sur l’image d’entête de cet article à proximité du coude de Jean : la procédure de fabrication ce gant de confort est décrite dans cet article), et que nous pouvons aussi compter sur l’adaptabilité des chairs au contact de l’emboîture, il semble que la qualité du iSense sera suffisante pour numériser ce modèle en plâtre.

Attention, une numérisation directe du bras aurait probablement généré des variations dimensionnelles plus importantes. Nous conserverons le scan précis du Handyscan puisque nous l’avons.

Un modèle CAO volumique sera créé sur la base de cette numérisation 3D, et exporté en format STEP en vue d’une utilisation dans le logiciel Onshape.

 

Modélisation de l’emboîture

Deux nouveaux modèles sont générés grâce au logiciel VXelements (logiciel associé au scanner Handyscan de Creaform), avec des décalages de surfaces de 3mm puis de 5mm. Nous souhaitions tester ces fonctionnalités dans VXelements (et nous en avons été très satisfaits) néanmoins ces décalages de surfaces et la génération des nouveaux volumes auraient pu se faire avec d’autres outils de modélisation, soit sur le modèle STL (avec Meshmixer par exemple), soit sur le modèle STEP reconstruit (Fusion360, Onshape, etc…). Vous pouvez consulter notre article « Création d’un Multi-tool holder » pour un exemple d’utilisation de la fonction « Offset de surface » dans Onshape.

Les trois modèles volumiques obtenus, que nous appellerons « bras« , « bras+3 » et « bras+5 » sont importés dans Onshape au format STEP. Une opération de soustraction volumique entre « bras+3 » et « bras+5 » permet d’obtenir une emboîture avec un épaisseur de 2mm d’épaisseur, distante de 3mm du bras. 

emboiture

Bras et emboîture initiale

 

Dégagement du petit doigt

Un décalage supplémentaire de surface, suivi de quelques découpes et de ré-assemblages de volumes nous permettent à ce stade de dégager un espace en bout d’emboîture, qui évitera le contact entre le doigt de Jean et l’emboîture. Cette protection est l’élément principal du « cahier des charges » qu’il nous a transmis, nous y accordons donc une attention particulière !

Nous ajoutons ensuite un « doigt » artificiel, qui sera muni d’un embout en matière flexible (NinjaFlex ici) pour permettre d’atteindre en douceur les touches du clavier d’ordinateur.

Emboîture et doigt, vue externe.

Préparation du tissus 3D, et place créée pour le doigt de Jean qui ne sera plus blessé.

Emboîture et doigt, vue en coupe.

Tissus 3D : dégagement pour le doigt.

Adaptation pour écran tactile

Jean a probablement comme beaucoup d’entre nous un smartphone ou une tablette avec écran tactile. Pourrait-il profiter de ce doigt artificiel pour manipuler les applis sur ce type d’écran ? 

J’avais étudié cette question il y a quelques mois, et j’étais arrivé à la conclusion que ce devrait être possible. En effet la plupart des écrans tactiles actuels sont capacitifs, et en parlant sans termes trop techniques (que je maîtriserais pas d’ailleurs !) les écrans détectent une variation de potentiel générée par une légère fuite d’électrons lorsque le doigt touche de la surface sensible. Il « suffirait » donc que l’élément terminal (en l’occurrence le tampon à l’extrémité de notre doigt artificiel) soit  relié à une masse électrique suffisante pour se charger électriquement lors du contact. La solution est donc…

  • de percer un petit canal à l’intérieur du doigt artificiel pour y passer un fil électrique souple,
  • de remplacer notre embout imprimé en Ninjaflex par un embout conducteur électrique récupéré sur un stylet de smartphone,
  • et de relier le fil à une masse métallique, ou éventuellement au contact de la peau de l’utilisateur.

Canal dans l’embout pour passage d’un fil électrique

Fil électrique sortant vers l’embout conducteur

L’embout de stylet mis en place

Masse électrique en papier d’aluminium

Fil électrique en tant que masse

L’embout de stylet de smartphone a été pris sur un stylet de ce type.  Les tests montrent que le contact direct avec la peau de l’utilisateur n’est pas nécessaire. Qui plus est, le papier d’aluminium n’est pas indispensable non plus. Le système fonctionne très bien avec seulement un tour de fil dans l’emboîture, fil qui est situé à environ 3mm (l’épaisseur de mousse « tissus 3D » de confort) du bras de Jean. 

Résultat des premiers tests

La deuxième entrevue avec Jean (après la prise d’empreinte) a été vraiment satisfaisante. Il restait à imaginer une manière de bien maintenir l’emboîture proposée autour de son avant-bras. Les premiers tests ont été effectués en plaçant deux morceaux de Velcro adhésif sur le bord de l’emboîture, et en plaçant une autre bande de Velcro autour de son bras. Les vidéos suivantes prises lors de la première minute d’usage dans chaque contexte (clavier et écran tactile) montrent que Jean réussira sans aucun doute à bien s’approprier ce nouvel outil… si ce n’est déjà fait dès ce moment.

 

Premier test de Jean sur son clavier.

Premier essai de Jean sur son écran tactile. Voyez avec quelle fluidité il zoome avec son pouce gauche et son « index » droit !

Maintien de l’emboîture sur le bras

La forme très conique de l’avant bras de Jean ne permet pas un maintien efficace par simple serrage dans cette zone. Les premiers tests ont montré la faisabilité d’un maintien par une sangle autour du bras, mais nous cherchons une solution plus facile à enfiler, et qui éviterait un serrage localisé certainement peu confortable.

Il semble alors que la proposition de Dominick Scalise d’utiliser un manchon en tissus pour certaines prothèses puisse convenir ici. Un premier test est effectué en découpant une chaussette… cela semble bien fonctionner, et nous proposons à Jean, par mail, de tester lui-même cette solution avec l’emboîture qu’il utilise. 

Pendant ce temps, nous proposons aussi une version d’emboîture imprimée en TPU (matériau semi-flexible) plutôt qu’en PLA, afin d’améliorer encore le confort. N’oublions pas que Jean souhaite utiliser cet appareil quotidiennement plusieurs heures par jour. 

Lors de notre troisième entrevue, Jean nous présente la solution de fixation qu’il a trouvée : il a remplacé l’idée de la chaussette par une chevillère (utilisée habituellement en cas d’entorse) qui procure un serrage homogène et très efficace. Il suffit de trouver la bonne dimension, et il utilisera ou non les sangles élastiques complémentaires qui sont livrée avec.  

La version d’emboîture en TPU semble le séduire côté confort, et il envisage d’en réduire la longueur, voire d’y découper une fente sur le côté… ce que nous faisons sur place.

Version imprimée en TPU et fendue. Noter le « gant » en tissus 3D.

Maintien par chevillère (il faudra peut-être utiliser la taille en dessous)

Multi Tool Holder à Rotule

Multi Tool Holder à Rotule

Evolution du MTH Porte Stylo/Crayon

 

Lors de la livraison de notre premier MTH dédié à l’écriture, il est apparu que notre méthode de positionnement du stylo n’était pas forcément celle souhaitée par le porteur de la prothèse.

Chaque personne qui écrit ayant ses propres habitudes, il faut donc concevoir un MTH qui s’adaptera sans besoin de concevoir un nouveau support.

Nous nous sommes inspirés des support de GPS à rotule que l’on ventouse sur nos pare-brises.

Aussitôt dit, aussitôt fait, le cahier des charges est simple à rédiger :

  • reprendre le manchon porte stylo existant
  • greffer une rotule sur le manchon
  • reprendre le socket (emboitement) et greffer une vis auto-serrante sur la rotule.

Design

 

Suivant notre environnement de développement, notre design est open source, consultable via l’application en ligne Onshape à l’adresse suivante : https://cad.onshape.com/documents/a8c6f5401b2ae5574858ee9a/w/103408f60b9c74886ceb3f5d/e/f94eb28f22ddfaab4354a469

Le dossier peut être également trouvé avec la fonction Search (loupe) ciblant le domaine Public, avec la chaîne :  » team Gre-Nable.fr : MultiToolHolder« .

On découvre l’ensemble monté (assembly) tel que nous l’avons simulé, pour placer correctement les différents éléments.

 

et les designs des pièces constituant le MTH sont regroupés dans les PartStudio du répertoire « PenHolder_rotule« .

Comme d’habitude pour modifier le dossier, il faudra au préalable en faire une copie dans votre espace personnel, dossier que vous pourrez ensuite modifier à souhaits, notamment pour adapter le MTH à votre emboitement cible.

 

Le Socket (emboitement)

Cet élément est l’héritage d’un autre développement que nous avions décrit dans notre article : https://www.gre-nable.fr/creation-dun-multi-tool-holder/

A l’extrémité de ce socket il faut créer puis « souder » un filetage qui permettra de serra la rotule.

 

Construction d’un filetage

Il s’agit de réaliser un cylindre, dont la périphérie sera creusée (extrusion avec enlèvement de matière – extrude remove) d’un profil triangulaire correspondant au filet, suivant un chemin hélicoïdal, image de la vis.

Etape #1

Le profil en triangle (jaune) dont le plan de construction est normal au chemin hélicoïdal, va définir un volume qui sera retiré de l’enveloppe cylindrique de la vis.

Etape #2

Extrusion du cylindre complet de la vis, puis extrusion (remove) du profil du pas de vis suivant le chemin hélicoïdal.

Etape #3

On creuse l’intérieur de la vis pour y insérer la rotule, puis on « conifie » le début de la vis pour permettre un effet de serrage (l’écrou aura une conification inverse).

Etape #4

On fragilise la vis avec 8 fentes pour créer des lamelles un peu souples qui emprisonneront la rotule lors du serrage.

Etape #5

Enfin, on assouplit la base de chaque lamelle pour faciliter la flexion et le serrage autour de la bille.

Impression

Impression du socket

Le socket ayant une forme complexe, pour assurer l’impression d’un filetage de qualité, l’impression se fera verticalement, l’ensemble reposant sur la section plate de la vis en utilisant des supports pour conserver une apparence lisse du socket.

Pour s’assurer que le filetage soit correctement collé sur la surface d’impression, on utilise une astuce qui réside à l’éxistence d’une petite pièce plane extrudée (épaisseur = 2 couches) à partir du plan de fin du filetage. Cette pièce (trick) est exportée vers le slicer en même temps que le socket, donc c’est elle qui impose le collage de l’ensemble sur la plaque.

Impression du manchon

Toute la complexité de l’impression réside dans l’impression de la rotule qui est orthogonale avec l’axe du manchon.

Dans une première version, le manchon avait été imprimé en appuyant la section coupée de la rotule sur le plateau. Lors d’un essai avec un bénéficiaire, la section du raccord entre la rotule et le manchon s’est cassé suite à un essai de rotation du manchon sans dé-serrer l’écrou. Essai concluant de résistance des matériaux et de la capacité de serrage de l’écrou!.

Nous avons donc orienté l’ensemble pour que la rotule, le raccord et le manchon soient imprimés dans le même plan.

Simplify3D, génère des supports de qualité qui se décollent sans laisser de traces. L’expérience montre qu’une épaisseur de couche de 20/100ème génère une rotule suffisamment précise pour l’utilisation.

Impression de l’écrou

Quelques essais d’écrous en PLA ont mis en évidence la présence de frottements (PLA sur PLA) importants lors du dé-serrage ce qui rend l’utilisation moins aisée pour une personne n’ayant qu’une main valide.

Un essai avec du filament Iglidur, (fabriqué par Igus) réputé pour ses qualités de frottements réduits, confirme le choix. L’écrou sera donc en Iglidur (https://www.igus.eu/product/703), c’est cher mais on peut en demander quelques mètres en échantillon.

Par contre, l’impression n’est pas triviale, une température élevée pour la buse (260 à 265°C) avec un plateau à 70°C, et une vitesse d’impression faible (20 mm/s) comme pour du flex.

Impression des bouchons

Les stylos, crayons, pinceaux … ayant tous des diamètres différents, il faut donc imprimer un jeu de bouchons de diamètres différents, avec du filament flexible. Nous utilisons deux filaments : ninjaFlex et SmarFlex.

A partir d’un design paramétrable (paramètre  Pen_diameter dans le Part Studio ‘manchon_a_rotule‘), on exporte autant de bouchons que l’on veut pour constituer le jeu. Pour cette livraison, les diamètres choisis sont 9,5 mm, 8,5 mm, 8mm et 7 mm (crayon de papier courant).

et pour terminer, une coupe générale du MTH à rotule assemblé;

Le Multi Tool Holder en service.

Nathalie ré-apprend à se servir de sa main droite pour écrire, pour dessiner. Les réflexes vont revenir rapidement.

 

Afin que Nathalie puisse tenir des outils de plus petits diamètres, Patrick imprime et lui envoie quelques manchons encore plus petits que les précédents.

Et peu de temps après, nous recevons des nouvelles… et des photos : Nathalie s’est mise à peindre, cela faisait tellement longtemps qu’elle en rêvait ! Et on doit dire qu’elle se débrouille plutôt très bien …  

Nathalie peint

…  et immédiatement après la livraison, conception d’une nouvelle extension articulée !!

 

Le porte fourchette

Maintenant que la base est construite, il devient aisé de concevoir d’autres extensions articulées et spécialisées.

En repartant du concept de porte fourchette décrit dans un article précédent (www.gre-nable.fr/creation-dun-multi-tool-holder/) pour réutiliser et améliorer le bloc « coinceur » de fourchette, imprimé en flexible. La réalisation de cette extension a été très rapide.

On retrouve les primitives de conception dans le Part Studio ‘fourchette_a_rotule‘ du même dossier team Gre-Nable.fr:MultiToolHolder

A l’attention de tous les membres d’e-Nable France (Makers ou Demandeurs d’appareil)

Nos développements sont en open source, disponibles à tous pour être reproduits. L’adaptation de l’emboitement demande un peu plus de technicité qu’une simple compétence en impression. Mais, nous sommes là pour vous aider à acquérir cette compétence.

Soumettez-nous vos besoins et nous vous aiderons à réaliser votre MTH personnalisé. La seule petite contrainte, est que le design est trop complexe pour être réalisé avec le logiciel Openscad (surtout du fait de la forme non modélisable par simples primitives de l’emboitement).

Heureusement il existe une solution gratuite pour résoudre nos besoins, celle que nous maitrisons : l’application en ligne OnShape.com. Son usage n’est pas plus compliqué qu’appréhender Openscad. Prenez quelques minutes pour lire notre article ‘https://www.gre-nable.fr/pourquoi-team-gre-nable-utilise-onshape/’

 

Création d’un Multi Tool Holder

Création d’un Multi Tool Holder

Comment créer un MultiToolHolder (MTH) ?

 

But :

L’objectif final de ce développement est l’obtention d’une emboîture sur laquelle pourra se fixer et s’orienter un support de couverts (par exemple). Les formes et dimensions de l’emboîture dépendent évidemment de la morphologie de la personne concernée, et la position du support d’outil dépend de l’usage qu’elle souhaite en faire. Le modèle proposé ici sera orientable autour d’un axe, et maintenu par un système magnétique rendant cette orientation aisée. Noter que nous travaillerons dans le logiciel Onshape. Vous avez donc besoin pour suivre ce tuto, si vous n’avez jamais utilisé Onshape, de créer un login sur https://www.onshape.com/ (en haut à droite « CREATE ACCOUNT »). Vous accéderez ensuite aux modèles à l’adresse https://cad.onshape.com/ . Dernier détail, ne soyez pas surpris, la plupart des termes utilisés dans le modèle sont en anglais, ceci dans le but de faire par la suite une version anglaise de ce tuto.

Etape 1 : Création de emboîture à partir du scan 3D :

Nous supposons partir d’un modèle B-rep (format STEP par exemple) de main résiduelle (incluant en général une partie de l’avant-bras…) obtenu à partir d’un scan 3D, par exemple selon la méthode décrite ici : https://www.gre-nable.fr/adapter-une-emboîture-pour-une-prothese/ Dans notre exemple, ce modèle avait l’aspect suivant :

Scan de l’avant bras

En utilisant Onshape, rechercher : e-Nable_MultiToolHolder_socket_template_PM (en faire une copie qui sera éditable par vous)

  • Dupliquer le studio « socket_XXX »
  • Le renommer « socket_someone ». (vous pourrez évidemment remplacer « someone » par le nom de votre bénéficiaire !!)
  • Importer le modèle issu du scan du bénéficiaire.
  • Un nouveau studio est créé, nous l’appellerons « Import_hand_someone ».

  • Dans socket_someone, faire un clic droit sur la feature « #Insert_here_the_derived_forearm » et « Roll to here« . Notez qu’à chacune des étapes ci-dessous, nous aurons à progresser dans cette liste de features par la même fonction « Roll to here » afin d’affecter chacune des opérations à la nouvelle géométrie.
  • Créer une nouvelle pièce dérivée , sélectionner le modèle contenu dans le studio Import_hand_someone. Nous le nommerons ici « new_hand ». Valider .

  • Avancer à l’étape suivante par un «Roll to here» sur Forearm_midplane, et éditer ce plan.
  • Redéfinir les 3 points du Forearm_midplane en sélectionnant des points de new_hand. Ce plan doit être à peu près orthogonal à l’axe de pivot du poignet.

  • Repositionner et orienter la Hand_centerline : le point de droite (ici 80 et 87 de l’origine) définira approximativement le plan de coupe de l’emboîture côté poignet, qui sera orthogonal à la ligne sélectionnée (orange). [la position du plan de coupe final sera probablement un peu plus à gauche (équivalent à 81mm par exemple sur ce cas) nous verrons plus loin la raison de cette découpe supplémentaire]. Ne coupez pas trop court (même si sur cet exemple l’emboîture est particulièrement courte car la paume résiduelle est petite) vous pourrez recouper si besoin lorsque toutes les opérations seront terminées, avant d’imprimer. L’emboîture doit être suffisante pour garantir un bon maintien de l’outil, mais pas trop longue pour ne pas gêner la flexion du poignet.

  • Le « hand_plane » contient la « hand_centerline », et est perpendiculaire au « Forearm_midplane ». Il devrait contenir (à peu près) l’axe de flexion du poignet. Vous n’avez pas à le modifier (normalement).

  • Le « Wrist_cut_plane » est normal à la « hand_centerline » et passe par l’extrémité de cette ligne côté poignet. Vérifiez si ce plan de coupe correspond à vos attentes, sinon vous pouvez modifier les dimensions dans l’esquisse « hand_centerline ».

  • Editer la feature split_hand et sélectionner le bras. Cette opération découpe le modèle au niveau du poignet par le Wrist_cut_plane. On obtient deux Parts portant le même nom.

  • Masquer la part représentant l’avant-bras pour conserver visible la part constituant la main sur laquelle nous allons poursuivre le travail.

  • Editer « Offset surface1 », Si la liste de sélection n’est pas vide (champ liste sur fond bleu), vider la sélection en cliquant dans cette fenêtre puis en appuyant sur la touche clavier [Espace]).
  • Sélectionner toutes les faces de la main : Pour cela Create selection , Protrusion, sélectionner l’objet, cliquer Add selection et fermer la fenêtre Create selection. Dé-sélectionner la face plane de découpe en re-cliquant dessus. Le décalage de 5mm est calculé automatiquement à partir des variables #Hand_gap (3mm par défaut) et #Socket_thickness (2mm par défaut) disponibles en début de la liste de features. #Hand_gap correspond à l’épaisseur pour la mousse de confort et #Socket_thickness à l’épaisseur de matière pour l’emboîture. Adaptez ces valeurs si vous le souhaitez : il suffit de modifier les variables. Vous pourrez aussi les modifier plus tard.

  • Remarquez que cet offset (décalage normal aux surfaces) a construit une ligne limite de surface non plane. Editer le « Plane_to_cut_properly » de telle manière qu’il intersecte tout le contour du poignet. C’est ici que nous allons perdre 1 à 2 mm par rapport au plan de coupe défini en début de notre démarche.

  • Dans « Split_get_a_planar_contour », sélectionner la surface décalée qui va être découpée par le plan afin d’obtenir un contour limite plan.
  • Dans la liste des surfaces, vous pouvez masquer, ou même supprimer la petite couronne devenue inutile.

  • Editer « Fill the face & make solid », vider si besoin la liste de sélection (barre d’espace), et sélectionner les éléments du contour un à un. La case « Merge with all » doit être active, afin que la nouvelle face plane soit fusionnée avec les autres surfaces pour constituer un volume fermé.

  • Une nouvelle Part apparaît dans la liste. Je la nomme « socket ». Il n’y a plus de surface dans la liste.
  • Les opérations suivantes permettent, si nécessaire, d’augmenter un peu le passage pour la main à l’entrée de l’emboîture, au niveau du poignet.

 

Etapes optionnelles : élargissement du passage de poignet

 

  • L’esquisse « Enlarge wrist_place » est dessinée dans le plan « Plane_section_enlarge_wrist » qui est reculé et incliné en se basant sur « sketch pivot line ». Cette ligne de pivot peut être adaptée à volonté ainsi que l’inclinaison du plan afin que l’esquisse se place pour le mieux et que l’ajout de matière intersecte entièrement la « socket ». La forme de cet ajout de matière peut être adaptée en manipulant les points extrémités, le point intermédiaire, et les tangences de la courbe (points sélectionnés sur la figure ci-dessous).

  • L’extrusion « enlarge_wrist_place » se prolonge suffisamment pour pénétrer complètement dans la socket, et en « second end position » commence sur la face plane de la socket.

  • Arrondir la jonction grâce au Fillet (se calcule automatiquement, mais il peut être nécessaire de re-sélectionner l’arête).

Fin des étapes optionnelles

 

  • Evider la socket grâce au make_socket_shell, en sélectionnant la face plane à creuser. Je choisis ici une épaisseur de 2mm, à adapter selon vos préférences, et en cohérence avec le décalage de surface (5mm ci-dessus) défini précédemment.

  • Vous êtes parvenu jusqu’ici ? Bravo, la création de l’emboîture est terminée !!!

 

Etape 2 : Jonction du MTH sur emboîture :

 

  • Dupliquer le studio « Base_XXX » et nommer la copie « Base_someone ».
  • Dans le studio « Base_someone», faire si besoin un « Roll to end » pour se placer en fin d’arborescence après « #end_of_tool_holder_base ». Seules les pièces du Multi tool holder sont présentes.

  • Créer un nouveau Assembly nommé « Assembly_someone »

  • Passer dans l’onglet « Assembly_someone », et y insérer la socket précédemment créée. (Eviter de cliquer la souris dans la zone graphique, afin que l’objet se place automatiquement dans sa position d’origine).

    • Faire un clic droit sur la socket et sélectionner « fix » afin de figer la position dans le référentiel de l’assemblage.
    • Insérer tout le contenu du part studio « Base someone ».

    • Sélectionner et grouper les 8 objets issus de la dernière insertion. Ils se déplaceront ainsi ensemble.
    • Sélectionnez un de ces objets pour faire apparaître les manipulateurs, et déplacez (translations et rotations) le Multi tool holder (groupé) dans la position souhaitée par rapport à la socket.

Dans notre cas, il s’agit de positionner un couvert (fourchette ou cuiller principalement). Une entrevue préalable avec la bénéficiaire lui a permis de définir sa position espérée pour l’outil. C’est cette position que nous essayons de reproduire ici.

    • Le cône du « magnet_container » devrait entièrement intersecter la surface extérieure de la « socket ». Dans le cas contraire, vous devrez peut-être prolonger un peu ce cône vers le bas avant d’effectuer la découpe (opération booléenne) suivante. Dans ce cas, effectuez l’opération optionnelle ci-dessous…

    • Opération optionnelle: Passez dans le studio « Base_someone », et tirez de quelques mm les faces inférieures de « steel_plate_tool » et de « magnet_container », à l’aide de la fonction « move_face »

    • Vous pouvez éventuellement masquer tous les objets sauf le « magnet_container » et la « socket ».
    • Si nécessaire pivotez l’ensemble pour que le côté avec les dents « rognées » du magnet container soit proche de la base de la socket. (en fait l’objectif est ici que cette partie soit vers le bas lors de l’impression pour faciliter la construction sans support)

    • Par un clic droit sur le magnet_container, sélectionner « Edit in context ». On bascule alors dans le studio « Base_someone » en présence « fantôme » des autres pièces de l’assemblage que l’on va pouvoir utiliser (cette manip fait partie de la « magie » de Onshape 🙂 elle rend bien des services lors du travail sur des assemblages, il est possible de définir plusieurs contextes d’usage pour une même pièce, et je vous conseille d’approfondir le mode Edit In Context si vous souhaitez faire des modélisations complexes avec ce logiciel).

  • Par une opération booléenne (substract) découper le magnet_container par la socket. Sélectionner « keep tools ». Je nomme cette opération «cut_container_by_socket». Noter que lors de la sélection la socket est vue comme «Part of context 1».

  • Nous avons maintenant, dans la liste de Parts, deux « magnet_container ». Il est bon de détruire (delete) celui qui est situé à l’intérieur de la socket et ne nous sera pas utile, afin d’être certain de conserver le bon morceau dans notre assemblage.
  • Noter aussi qu’est apparue, au-dessus de la fenêtre Features, une liste de contextes. On pourra donc revenir dans le contexte où ces opérations ont été faites si besoin. Un contexte peut aussi être mis à jour (menu déroulant) afin de recalculer les opérations associées après un changement de position des objets dans l’assemblage par exemple.
  • Par une 2e opération booléenne, découper le « magnet_container » par le « steel_plate_tool » (avec « Keep tool » car le « steel_plate_tool » nous resservira juste ci-dessous).

    • Revenir dans l’assemblage :
    • Clic droit sur la socket, « Edit in context » nous amène dans « socket_someone » en présence fantôme du multiTool holder.
    • Découper (Boolean, Substract) la « socket » par le « steel_plate_tool ». (Si un morceau de socket résiduel apparaît, le détruire).

    • Revenir à l’assemblage (barre jaune, Go to assembly)
    • Clic droit sur le « magnet_container », « Edit in context » (un « Context 2 » est créé)
    • Créer une dernière opération booléenne pour fusionner (Boolean, Union), le « magnet_container » et la socket.

    • Il est bon de mettre un congé (fillet ) confortable autour du support d’outil…

  • Nous obtenons enfin l’emboîture sur laquelle pourra se fixer le Multi tool holder  !

Dernières étapes : impression puis assemblage avec les aimants, plaques acier, etc.

La liste des pièces nécessaires à cet assemblage (voir figure) :

  1. Socket (ou magnet_container selon le renommage qui a été effectué ci-dessous puisque ces 2 pièces sont finalement fusionnées)
  2. Revolver (la pièce dont la rotation est réglable)
  3. Tool_holder (qui permettra d’insérer la fourchette ou un autre couvert)
  4. Metal_sheet_locker (x2) (petites pièces pour maintenir la feuille d’acier mince)
  5. Steel_sheet (la feuille d’acier mince venant se poser sur les aimants)
  6. Magnet (x2) (les aimants néodyme)
  7. Steel_plate (tôle d’acier plus épaisse qui aide à maintenir les aimants dans leurs logements)
  8. Adhésif double faces

Impression :

Les pièces (1) et (3) doivent être imprimées en matériau flexible TPE (dureté Shore 85A environ). La pièce (2) peut être imprimée en PLA ou ABS ou tout autre matière rigide. Les pièces (4) peuvent être imprimées en matière semi-rigide (TPU shore 95A par exemple) ou rigide (ABS, PLA, Nylon, PETG…).

Aimants et plaques acier :

Les aimants (6) sont des aimants néodyme de dimension 5x10x20mm. J’ai utilisé ceux-ci . Si vous souhaitez utiliser des aimants légèrement différents vous pouvez modifier les dimensions dans le modèle Onshape, dans l’onglet « base_someone » à partir de l’esquisse « Magnet_places ». Notez que des modifications plus importantes (remplacer par un aimant disque par exemple) sont possibles mais nécessiteront peut-être des modifications plus profondes car certaines entités construites s’appuient sur les bords des logements d’aimants rectangulaires). La steel_sheet et la steel_plate sont des plaques d’acier magnétique (pas inox par exemple) qui peuvent être découpées avec une cisaille manuelle. La force de maintien magnétique des aimants étant directement liée à l’épaisseur de la plaque utilisée, il est conseillé que la steel_sheet (qui constitue la liaison devant être séparable aisément) soit plus fine que la steel_plate (qui maintient les aimants en place dans l’emboîture). J’ai utilisé une plaque de 0.8mm d’épaisseur pour la steel_plate (un morceau de plaque de cuisson de four, trouvé dans une décheterie), et environ 0.35mm pour la steel_sheet (découpé dans une boîte de Ricoré (!)). Afin d’assurer un maintien efficace des aimants dans leurs logements, on peut compléter l’action magnétique de la steel_plate par du ruban adhésif double faces mince placé autour de chaque aimant, au contact du magnet_container (une colle restant souple doit aussi pouvoir être utilisée).

Tissu de confort :

Afin d’assurer un maintien ferme mais confortable de l’emboîture sur la main, j’utilise un tissu ou une mousse, de 3mm d’épaisseur environ. L’utilisation d’une épaisseur différente peut nécessiter de modifier la variable #Hand_gap dans le studio « socket_someone ». Certains makers utilisent une feuille de mousse EVA, facile à trouver en magasin d’art créatifs, d’autres utilisent du néoprène (trouvé en magasins de sport au rayon plongée je crois), personnellement j’utilise du « tissu 3D » dont un ami orthopédiste m’a fourni quelques chutes. Ce tissu dispose d’une couche en éponge agréable au toucher et qui absorbe bien la transpiration. Je n’ai malheureusement pas encore trouvé de fournisseur qui en vendrait en faible quantité à un particulier L. Afin de préparer un « gant » en tissus qui fera l‘interface entre la main et emboîture, j’imprime un modèle de la main en PLA, puis j’enroule et je découpe puis couds le tissu sur ce modèle. On obtient ainsi un gant parfaitement adapté, qui couvrira bien la main sans faire de pli.

Utilisation du modèle de main imprimée pour la préparation du gant en tissu 3D.

Résultat en mode porte-fourchette

La fourchette positionnée « au dessus » de la main nous avait inquiété un peu, même si cette configuration avait été demandée par la bénéficiaire lors d’une réunion préalable. Mais finalement, elle adopte l’outil dès les premières secondes. Le geste lui semble naturel.

 

Perspectives complémentaires…

Une construction similaire, sur la même base de socket fusionné avec un autre objet, devrait permettre d’adapter divers outils spécifiques dédiés à certaines activités. Jetons quelques idées (liste à étendre selon les besoins !) :

  • Un support de stylo (voir ci-dessous),
  • Un clip semi-rigide prévu pour se clipser sur un guidon de vélo afin d’avoir un bon maintien tout en assurant une extraction facile en cas de chute (voir ci-dessous),
  • Un clip similaire mais avec une autre orientation pour tenir un bâton de marche,
  • Un support de roulette à pizza (merci Thierry pour la suggestion),
  • Une fourche-pince sans articulation mais légèrement flexible permettant de tenir un jeu de cartes,
  • … ?

Il s’agit donc de modéliser divers outils, puis de les fusionner avec une « socket » adaptée pour la personne concernée. Les modèles ci-dessous sont entièrement imprimés en TPE (Ninjaflex en l’occurrence) et sont dimensionnés pour laisser la place à 3mm de tissus3D entre la main et l’emboîture, ceci pour un confort maximum.

Support de stylo

Clip de guidon

Support de stylos avec son ensemble de manchons

Clip pour tenir un guidon de vélo.

Résultat en mode porte-stylo

Le premier essai avec un stylo a laissé la bénéficiaire hésitante et mal-habile pendant 30 secondes, l’écriture était difficile. Puis nous avons changé de stylo, pour un modèle muni d’une pointe glissant mieux sur le papier… et le système fut adopté à une vitesse impressionnante, amenant une dextérité que nous n’avions pas espérée (voir la vidéo ci-dessous). Depuis, cette personne a retrouvé un emploi, dans lequel elle a besoin de prendre des notes à la main, ce qui est finalement plus simple pour elle que d’utiliser un clavier !

Porte-stylo en action (voir vidéo ci-dessous)