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L’art de manipuler une feuille de papier

L’art de manipuler une feuille de papier

8 Fév, 2024 | Main, Orthèse, Prosthesis, Prothèse, Texte en français, Texte en français

Emma

Fillette de 4 ans, Emma 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 !

Bâton de Ski – Nouveau Concept

Bâton de Ski – Nouveau Concept

15 Fév, 2023 | Main, Prothèse, Prothèse, Texte en français, Texte en français, Tuto technique

Manon, espoir JO 2030 ?

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

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

Scan de la main gauche, équipée d’une moufle

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

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

 

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

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

 

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

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

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

Description du dispositif incluant un système (simple).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

 

Fin de saison 2022 – Premiers essais de Manon

Vacances de Février 2023 –

La neige au rendez-vous et Manon obtient sa troisième étoile

Coudière Active : Concept

Coudière Active : Concept

19 Oct, 2022 | Main, Orthèse, Orthèse, Texte en français, Texte en français

Mila 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 Mila, 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 Mila.

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 Mila. Donc, lorsque Mila 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 Mila ?
  • 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 bras de Mila ?

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 Mila) en fabriquant 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. De fait, Blandine nous a apporté toutes ses connaissances du métier afin de 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 Mila 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 Mila 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 Mila, en les trempant dans l’eau chaude. Afin de ne pas appliquer de chaleur au bras de la petite Mila, 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 Mila 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 Mila en position rétractée, sans efforts de sa part.

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

Les vacances passées, Mila et sa maman ont décidé de reporter l’usage de cette orthèse à une période ultérieure. C’est un fait que Mila 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 Mila apprécie beaucoup les exercices avec le Dowing, pour lequel team Gre-nable a imprimé des berceaux adaptés aux tous jeunes enfants.

A bientôt Mila.

Bâton de Ski – Encore un Autre Concept

Bâton de Ski – Encore un Autre Concept

27 Août, 2022 | Main, Prothèse, Texte en français, Texte en français, Tuto technique

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]