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Article

1 - GÉNÉRALITÉS

2 - TAXONOMIE

3 - ÉTAT DE L’ART

4 - CHALLENGES ET PERSPECTIVES

  • 4.1 - Cahier des charges mécaniques aux exigences antagonistes
  • 4.2 - Adaptation au corps et maîtrise de l’interaction physique
  • 4.3 - Transparence, partage du contrôle et respect des intentions motrices
  • 4.4 - Détection des intentions motrices
  • 4.5 - Compréhension du système sensorimoteur humain
  • 4.6 - Challenges annexes

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : S7704 v1

Glossaire
Les exosquelettes

Auteur(s) : Nathanaël JARRASSÉ

Date de publication : 10 févr. 2019

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Sommaire

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RÉSUMÉ

Cet article propose  une définition générique des exosquelettes ainsi qu’une vision structurée des recherches sur ces dispositifs, pour permettre au lecteur de comprendre la technologie et les limites de ces dispositifs, leur grande diversité et les nombreuses difficultés associées à leur développement. L’article s’attache donc à construire une taxonomie permettant de structurer le domaine et de classer les différents dispositifs selon leurs caractéristiques mécaniques et de contrôle, pour ensuite dresser un état de l’art des quatre grands types de dispositifs (assistance, suppléance, rééducation et téléopération), et enfin conclure sur les nombreux challenges et perspectives du domaine.

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ABSTRACT

The exoskeletons

The objective of this article is to propose a definition of what is an exoskeleton and to give an organized presentation of the associated  research  field, to help the reader understanding the technology and limits of these devices, their great diversity and the challenges associated to their development. This article thus focuses on building a taxo- nomy to organize the field and to classify the different existing devices based on their principal mechanical and control characteristics. It then draws a review of the four prin- cipal types of exoskeletons (assistance, compensation,  rehabilitation and teleoperation) to finally conclude on the numerous remaining challenges and perspectives.

Auteur(s)

  • Nathanaël JARRASSÉ : - Sorbonne Université, CNRS, INSERM - Institut des systèmes intelligents et de robotique, ISIR 75005 Paris, France

INTRODUCTION

Le contexte actuel du domaine des exosquelettes demeure singulier pour plusieurs raisons.

D’abord, les exosquelettes sont des objets technologiques très visibles et médiatisés. Or, bien qu’il existe une multitude de plates-formes de recherche, peu de ces dispositifs sont réellement disponibles commercialement et utilisés concrètement. La surmédiatisation faite autour de certains produits particuliers tend en effet à occulter la complexité réelle des systèmes actuels, leurs performances limitées, leur absence totale de polyvalence (chaque type de dispositif répondant à un cahier des charges spécifique très contraint) et donc les nombreux challenges technologiques et scientifiques sous-jacents qu’il reste à surmonter.

Comme cela sera montré dans la suite de l’article, la tendance actuelle dans le développement des exosquelettes est à la simplification des dispositifs, avec une réduction du nombre d’articulations et d’actionneurs (au profit d’éléments mécaniques passifs) et un allégement des structures, et donc à une évolution vers des dispositifs revêtus plus écologiques.

Cet article propose donc une taxonomie (construite autour d’une analyse des différentes caractéristiques mécaniques et de contrôle de ces systèmes) qui permet d’organiser et de distinguer plus finement ce domaine des exosquelettes.

À partir de cette analyse technologique, un état de l’art détaillé des dispositifs existants est présenté pour les quatre différents types d’exosquelettes, présentant leurs spécifications respectives ainsi que leurs applications et possibilités actuelles.

Enfin, une réflexion sur les challenges et perspectives du domaine est présentée, abordant les nombreux aspects qui demeurent à considérer pour améliorer ces dispositifs : adaptation au corps et maîtrise de l’interaction et de l’interfaçage physique, transparence des systèmes, partage du contrôle avec l’opérateur et respect des intentions motrices (en lien avec leurs détections et avec une meilleure compréhension du système sensorimoteur humain), gestion de la sécurité et simplicité d’utilisation. En effet, bien qu’un certain nombre de verrous technologiques aient été levés au cours des dernières années, la révolution dans la mise au point et dans l’adoption massive des exosquelettes passera nécessairement par la résolution de ces challenges scientifiques multidisciplinaires et complexes.

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KEYWORDS

exoskeleton   |   physical Human-Robot interaction (pHRi)   |   enhancement   |   assistance   |   rehabilitation   |   compensation   |   teleoperation

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-s7704


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6. Glossaire

Actionneurs sériels élastiques (ASE) ; Series Elastic Actuators (SEA)

Un actionneurs sériel élastique est un système d’actionnement dans lequel un élément compliant est placé en série à la sortie de l’actionneur. L’ajout de cette élasticité sérielle permet d’améliorer la résolution de la force, le contrôle de la stabilité et la tolérance aux impacts. Toutefois, cette flexibilité additionnelle génère une baisse de la bande passante du contrôle.

Câble Bowden ; Bowden cable

Système de transmission souple du mouvement inventé en 1902 par Frank Bowden de la Raleigh Bicycle Company et qui consiste en un câble souple, généralement d’acier torsadé, coulissant dans une gaine flexible, pouvant ainsi transmettre un effort de traction relativement à l’extrémité de la gaine.

Interface haptique ; Haptic interface

Une interface haptique est un système physique, mécanique ou robotique capable de faire ressentir à un opérateur la manipulant une interaction tactile (toucher) et kinesthésique (retour de force) avec un environnement réel ou virtuel.

Hyperstatisme ; Hyperstatism

L’hyperstatisme caractérise un assemblage dans lequel il existe plus de contraintes que ce qui est strictement nécessaire pour le maintenir, ce qui signifie qu’au moins un degré de mobilité d’une pièce est supprimé plusieurs fois.

Myoélectrique ; Myoelectric

Qui se rapporte aux propriétés électriques des muscles.

Neurorééducation ; Neurorehabilitation

La neurorééducation est un processus médical complexe qui vise à faciliter la récupération d’une lésion du système nerveux et à minimiser et/ou compenser toute altération fonctionnelle qui en résulte .

Reversibilité ; Backdriveability

La réversibilité (mécanique) peut se définir comme le niveau de facilité à transmettre un mouvement ou une énergie depuis l’axe de sortie d’un système mécanique vers...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - YAGN (N.) -   Peters.  -  US Patent 406,328, July 2 1889.

  • (2) - YAGIST (N.) -   Running.  -  US Patent 420,178, January 28 1890.

  • (3) - YAGN (N.) -   Apparatus for facilitating walking.  -  US Patent 420,179, January 28 1890.

  • (4) - KELLEY (L.C.) -   Pedomotor.  -  US Patent 1,308,675, July 1 1919.

  • (5) - DOLLAR (A.M.), HERR (H.) -   Lower extremity exoskeletons and active orthoses : challenges and state-of-the-art.  -  IEEE Transactions on robotics, 24(1):144-158 (2008).

  • (6) - ZAROODNY (S.J.) -   Bumpusher-a powered aid to locomotion.  -  Technical report, BALLISTIC RESEARCH LABS ABERDEEN PROVING GROUND MD (1963).

  • ...

NORMES

  • Robots et dispositifs robotiques – Exigences de sécurité pour les robots industriels – Partie 1 : robots - NF EN ISO 10218-1 - Août 2011

  • Robots et dispositifs robotiques – Exigences de sécurité pour les robots industriels – Partie 2 : système robots et intégration - NF EN ISO 10218-2 - Août 2011

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