FR2960421A1

FR2960421A1 - Instrumented wheel i.e. rear drive wheel, for manual wheelchair, has determination unit formed of touch sensitive position sensor and angular sensor for determining angular position of wheel and position of hand of user on handrail

Info

Publication number: FR2960421A1
Application number: FR1054126A
Authority: FR
Inventors: Romuald Gorjup; Didier Jacquot; Francois Lavaste; Berre Olivier Le
Original assignee: INSTITUTION NATIONALE DES INVALIDES CT D ETUDES ET DE RECH SUR L APP DES HANDICAPES
Current assignee: INSTITUTION NATIONALE DES INVALIDES CT D ETUDES ET DE RECH SUR L APP DES HANDICAPES
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-02
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: FR2960421B1

Abstract

The wheel has a measurement unit i.e. six-component sensor (75), for measuring forces and moments applied on the wheel by a handrail (56). A determination unit formed of a touch sensitive position sensor (76) and an angular sensor determines angular position of the wheel and position of hand of user on the handrail. The touch sensitive sensor in the shape of ribbon is placed at a surface of the handrail. The six-component sensor is mounted on a hub (52) of the wheel, and the handrail is directly connected to the sensor by a rigid flange (55). An independent claim is also included for a manual wheelchair adapted for ergonomic tests, comprising sensors.

Description

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Roue instrumentée pour un fauteuil roulant, et fauteuil roulant adapté pour tests comportant une telle roue Instrumented wheel for a wheelchair, and wheelchair adapted for testing comprising such a wheel

La présente invention concerne une roue instrumentée pour un fauteuil roulant manuel et plus généralement un fauteuil roulant adapté pour effectuer des tests et mesures en ergonomie et comportant une telle roue. Elle concerne encore plus particulièrement une roue de fauteuil roulant adapté pour recevoir une instrumentation utile à l'analyse ergonomique et à la compréhension des phénomènes biomécaniques chez un utilisateur de fauteuil roulant manuel dans les conditions d'utilisations réelles. Pour comprendre la gestuelle et les actions mécaniques exercées lors des déplacements en Fauteuil Roulant Manuel (désigné par la suite FRM), les études scientifiques menées s'intéressent principalement à quatre groupes de paramètres qui permettent d'étudier la biomécanique de la locomotion en FRM : L'analyse de l'activité musculaire (électromyographie) - Les paramètres issus de l'analyse cinématique du mouvement - Les paramètres temporels (fréquence de propulsion, temps de poussée, temps de repos, etc.) - Les paramètres issus de l'analyse dynamique (Forces, Moments, Pression d'appui, etc.) C'est à la détermination de ces trois derniers types de grandeurs qu'est destinée la présente invention. The present invention relates to an instrumented wheel for a manual wheelchair and more generally to a wheelchair adapted to perform ergonomic tests and measurements and comprising such a wheel. It relates even more particularly to a wheelchair wheel adapted to receive an instrumentation useful for ergonomic analysis and understanding of biomechanical phenomena in a manual wheelchair user under real-life conditions. To understand the gestures and the mechanical actions performed during manual wheelchair movements (hereinafter referred to as FRM), the scientific studies conducted mainly focus on four groups of parameters that make it possible to study the biomechanics of locomotion in FRM: The analysis of the muscular activity (electromyography) - The parameters resulting from the kinematic analysis of the movement - The temporal parameters (frequency of propulsion, time of thrust, resting time, etc.) - The parameters resulting from the analysis dynamic (Forces, Moments, pressing pressure, etc.) It is to the determination of these last three types of quantities that the present invention is intended.

Il a déjà été évoqué dans la littérature scientifique d'utiliser des dispositifs destinés à mesurer les grandeurs physiques considérées prépondérantes pour une meilleure compréhension de ces interactions. Ces grandeurs physiques sont : It has already been mentioned in the scientific literature to use devices intended to measure the physical quantities considered preponderant for a better understanding of these interactions. These physical quantities are:

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- Le déplacement du FRM pour évaluer son utilisation, Les vitesses et accélérations de déplacement pour évaluer l'intensité de ces déplacements, Les données liées aux poussées sur les mains- courantes pour qualifier les cycles de poussée, - Les efforts exercés sur le système de soutien du corps (siège, dossier, repose-pieds, accoudoirs) et sur les mains courantes, par la quantification des forces, des moments et de la répartition des pressions. Les dispositifs conçus pour obtenir ces mesures comprennent d'une part des dispositifs de laboratoire, tels qu'ergomètres à rouleaux, tapis roulants et simulateurs, et d'autre part des dispositifs de terrain qui sont souvent des FRM sur lesquels une ou plusieurs parties sont complétées par une instrumentation de mesures. Dans les ergomètres à rouleaux, les roues arrière du FRM reposent sur un ou plusieurs cylindres reliés à une instrumentation. Dans les systèmes à tapis roulants, le fauteuil est placé sur un tapis dont les dimensions sont adaptées à ce type de locomotion et qui possède une instrumentation. Les simulateurs, de conception plus ou moins complexe, tendent à reproduire la locomotion en FRM en jouant notamment sur les résistances au roulement du FRM. Ces trois premiers types d'équipements limitent les études au laboratoire. Ils occultent complètement les phénomènes rencontrés en situations réelles sur le terrain et ne peuvent donc répondre au souhait prémentionné d'analyse des phénomènes biomécaniques chez un utilisateur de FRM dans les conditions d'utilisations réelles. Les dispositifs prévus pour une expérimentation de terrain visent à étudier la locomotion en condition réelle avec une instrumentation montée sur le FRM. Des - The displacement of the FRM to evaluate its use, The speeds and accelerations of displacement to evaluate the intensity of these displacements, The data related to the pushes on the handrails to qualify the cycles of thrust, - The exerted on the system of body support (seat, backrest, footrest, armrests) and on handrails, by quantifying forces, moments and distribution of pressures. Devices designed to achieve these measurements include on the one hand laboratory devices, such as roller ergometers, treadmills and simulators, and on the other hand field devices which are often FRMs on which one or more parts are complemented by instrumentation of measures. In roller ergometers, the rear wheels of the FRM are based on one or more cylinders connected to an instrumentation. In treadmill systems, the chair is placed on a carpet whose dimensions are adapted to this type of locomotion and which has an instrumentation. The simulators, of more or less complex design, tend to reproduce the locomotion in FRM by playing in particular on the rolling resistance of the FRM. These first three types of equipment limit studies to the laboratory. They completely obscure the phenomena encountered in real-life situations in the field and therefore can not respond to the premontionned wish to analyze biomechanical phenomena in a user of FRM under real-life conditions. The devices planned for a field experiment aim to study locomotion in real conditions with instrumentation mounted on the FRM. of the

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dispositifs connus comportent en particulier des capteurs de position ou de vitesse angulaire des roues, des accéléromètres, des capteurs de forces. Pour prendre en compte certains paramètres complémentaires, il a aussi été proposé d'utiliser des procédés d'analyse vidéo, mais ceux-ci sont compliqués à mettre en oeuvre simultanément avec les autres mesures, et pratiquement impossible à utiliser en expérimentation terrain dans des conditions d'utilisation réelles. Tous ces dispositifs connus permettent de déterminer un ou parfois plusieurs paramètres, mais aucun ne permet de mesurer simultanément l'ensemble des grandeurs physiques listées précédemment et indispensables à l'étude complète de la biomécanique de la propulsion manuelle en fauteuil. En particulier, ces dispositifs connus ne permettent pas de mesurer en continu et dans les conditions d'utilisation réelle tous les efforts exercés volontairement ou non par l'utilisateur du fauteuil roulant, dans les différentes zones de contact entre l'utilisateur et son siège, ainsi que les variations de ces efforts dans le temps et en fonction des caractéristiques du terrain sur lequel le fauteuil roulant se déplace. known devices include in particular position sensors or angular velocity of the wheels, accelerometers, force sensors. To take into account certain complementary parameters, it has also been proposed to use video analysis methods, but these are complicated to implement simultaneously with the other measurements, and practically impossible to use in field experimentation under conditions of actual use. All these known devices make it possible to determine one or sometimes several parameters, but none makes it possible to measure simultaneously all the physical quantities listed previously and indispensable for the complete study of the biomechanics of manual wheel drive. In particular, these known devices do not make it possible to measure continuously and under the conditions of actual use all the efforts exerted voluntarily or otherwise by the user of the wheelchair, in the different contact areas between the user and his seat, as well as the variations of these forces over time and according to the characteristics of the terrain on which the wheelchair moves.

Le document W09505141 décrit un système destiné à mesurer le couple moteur exercé par un utilisateur d'un fauteuil roulant manuel sur les mains courantes d'entraînement des roues, soit à titre d'analyse des efforts soit à titre de pilotage d'un système d'assistance à la motricité du fauteuil. Ce système utilise des capteurs disposés au niveau des moyens de liaison classiques situés vers la périphérie, entre la main courante et la roue. Cette disposition vise particulièrement à permettre de prendre en compte exclusivement les efforts tangentiels utiles pour l'entraînement en rotation des roues. The document WO9505141 describes a system for measuring the driving torque exerted by a user of a manual wheelchair on the wheel drive handrails, either as an analysis of efforts or as a control of a wheelchair system. wheelchair traction assistance. This system uses sensors arranged at the conventional connecting means located towards the periphery, between the handrail and the wheel. This provision is particularly intended to allow to take into account exclusively tangential efforts useful for the drive in rotation of the wheels.

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US2010036543 décrit aussi un fauteuil pourvu d'un système d'assistance agencé de manière à éviter tout mouvement non souhaité, notamment en sens inverse de celui désiré, en particulier dans le cas d'utilisation sur une surface en pente. Là aussi, les efforts exercés par l'utilisateur sur la main courante sont mesurés pour piloter le moteur d'assistance, et s'y ajoute divers capteurs de vitesse et de sens de rotation. US6155367 décrit aussi un dispositif d'assistance pour fauteuil roulant. Ces divers dispositifs permettent de mesurer en conditions d'utilisation courante les efforts de propulsion exercés sur la main courante, mais sont prévus pour ne mesurer que ces efforts. Autrement dit, aucun ne permet de mesurer simultanément l'ensemble des grandeurs physiques souhaitées pour évaluer l'influence des réglages et positions ergonomiques des roues motrices sur la locomotion en fauteuil roulant manuel. La présente invention a pour but de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus, et vise en particulier à permettre de mesurer l'ensemble des interactions entre utilisateur et fauteuil roulant, tout en étant autonome pour placer l'utilisateur dans le cadre d'une utilisation courante et à permettre de mesurer l'impact des réglages d'un tel fauteuil roulant manuel. US2010036543 also discloses a chair provided with an assistance system arranged so as to avoid any undesired movement, especially in the opposite direction to that desired, particularly in the case of use on a sloping surface. Again, the user's efforts on the handrail are measured to drive the assistance engine, and added various speed sensors and direction of rotation. US6155367 also discloses a wheelchair assistance device. These various devices make it possible to measure the propulsion efforts exerted on the handrail in conditions of current use, but are intended to measure only these efforts. In other words, none can simultaneously measure all the desired physical magnitudes to evaluate the influence of ergonomic adjustments and positions of the drive wheels on manual wheelchair locomotion. The present invention aims to solve the problems mentioned above, and aims in particular to measure all the interactions between user and wheelchair, while being autonomous to place the user in the context of use and to measure the impact of the adjustments of such a manual wheelchair.

Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une roue instrumentée pour un fauteuil roulant manuel adapté pour des tests d'ergonomie. Selon l'invention, la roue instrumentée est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de mesure des forces et moments appliqués sur la roue par l'intermédiaire de la main courante et des moyens de détermination de la position angulaire de la roue et de la position de la main de l'utilisateur sur la main courante. L'invention permet ainsi de mesurer non seulement le couple ou l'effort tangentiel exercé sur la roue par l'intermédiaire de la main courante, mais les efforts et moments dans les trois directions de l'espace, appliqués 5 dans un référentiel lié au moyeu de la roue et un référentiel lié à la main-courante. Elle permet aussi de déterminer la position de la main de l'utilisateur lors de la phase de poussée sur la main courante ainsi que simultanément la position angulaire de la roue, pour finalement déterminer les efforts et moments enregistrés, en relation avec la position de la main lors de l'effort de poussée. Des capteurs complémentaires de vitesse et d'accélération permettent de plus de relier les paramètres représentatifs des interactions entre l'utilisateur et le fauteuil aux paramètres extérieurs représentatifs de la dynamique du fauteuil dans son environnement lors de son utilisation courante. Tous ces paramètres peuvent être encore complétés par ceux résultants des mesures de forces et moments exercés sur l'assise, le dossier et les repose-pieds, selon les dispositions décrites dans la demande de brevet déposée simultanément à la présente par le même demandeur. L'ensemble de ces informations permet d'avoir en continu une connaissance la plus complète possible de toutes les interactions entre l'utilisateur et le fauteuil et de leur évolution en temps réel lors d'une utilisation courante du fauteuil. Selon une disposition particulière de l'invention, les moyens de mesure des forces et moments appliqués sur la roue comportent un capteur à six composantes, forces et moments, monté sur un moyeu de la roue et la main courante est reliée exclusivement et directement au dit capteur par un flasque rigide. Ainsi, la main courante entraîne le capteur fixé dans le moyeu qui fait rentrer en rotation la roue motrice. Contrairement aux dispositifs connus antérieurement, la transmission des With these objectives in view, the invention relates to an instrumented wheel for a manual wheelchair adapted for ergonomics tests. According to the invention, the instrumented wheel is characterized in that it comprises means for measuring the forces and moments applied to the wheel by means of the handrail and means for determining the angular position of the wheel and of the position of the user's hand on the handrail. The invention thus makes it possible to measure not only the torque or the tangential force exerted on the wheel by means of the handrail, but the forces and moments in the three directions of space, applied in a reference linked to the hub of the wheel and a reference linked to the handrail. It also makes it possible to determine the position of the user's hand during the pushing phase on the handrail as well as simultaneously the angular position of the wheel, in order finally to determine the recorded forces and moments, in relation to the position of the user. hand during the pushing effort. Additional sensors for speed and acceleration also make it possible to link the representative parameters of the interactions between the user and the chair to the external parameters representative of the dynamics of the chair in its environment during its current use. All these parameters can be further supplemented by those resulting from measurements of forces and moments exerted on the seat, the backrest and the footrests, according to the provisions described in the patent application filed simultaneously with the present by the same applicant. All this information makes it possible to continuously have the most complete knowledge possible of all the interactions between the user and the chair and their evolution in real time during a current use of the chair. According to a particular embodiment of the invention, the means for measuring the forces and moments applied to the wheel comprise a six-component sensor, forces and moments, mounted on a hub of the wheel and the handrail is connected exclusively and directly to said sensor by a rigid flange. Thus, the handrail drives the sensor fixed in the hub which causes the drive wheel to rotate. Unlike previously known devices, the transmission of

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efforts entre la main courante et la roue n'est pas assurée par une liaison directe située en périphérie, à proximité de la jante, comme dans les fauteuils roulants manuels courants et ceux qui sont décrits dans l'art antérieur précité. Au contraire, toutes les forces et tous les moments exercés via la main courante passent par le capteur situé au moyeu de la roue. Cette disposition particulière fait que la roue instrumentée selon l'invention permet de mesurer tous les efforts et moments, dans toutes les directions, exercés sur la roue par la main courante lors de la manipulation de cette dernière par l'utilisateur. La géométrie et la rigidité du flasque permettent de transmettre l'ensemble des actions mécaniques exercées sur la main courante au capteur du moyeu, avec la meilleure précision et la meilleure sensibilité possibles. Pour déterminer la position de la main de l'utilisateur sur la main courante lors de l'effort de poussée, la main courante est pourvue d'un capteur de position tactile souple en forme de ruban placé à la surface de la main courante. Les données issues de l'instrumentation qui équipe la roue sont traitées par un calculateur avec enregistreur, embarqué sur le fauteuil, ce qui permet d'assurer l'autonomie du fauteuil roulant. Et les acquisitions peuvent aussi être pilotées et visualisées à distance via une connexion sans fil avec un terminal portable. Ce pilotage à distance apporte l'avantage de laisser l'utilisateur libre dans ses mouvements sans contraintes matérielles (câbles, adaptations mécaniques ou accessoires sur l'utilisateur) qui pourrait perturber la gestuelle naturelle de l'utilisateur de fauteuil. Les signaux du capteur de moyeu et du capteur de position tactile sont préférentiellement transmis au calculateur par une connexion filaire passant dans l'arbre de roue et par un collecteur tournant. Ceci efforts between the handrail and the wheel is not provided by a direct connection located peripherally, close to the rim, as in manual wheelchairs current and those described in the aforementioned prior art. On the contrary, all forces and moments exerted via the handrail pass through the sensor located at the hub of the wheel. This particular arrangement causes the instrumented wheel according to the invention to measure all the forces and moments, in all directions, exerted on the wheel by the handrail during the manipulation of the latter by the user. The geometry and the rigidity of the flange allow to transmit all the mechanical actions exerted on the handrail to the hub sensor, with the best precision and the best sensitivity possible. To determine the position of the user's hand on the handrail during the pushing effort, the handrail is provided with a flexible touch-sensitive ribbon position sensor placed on the surface of the handrail. The data from the instrumentation that equips the wheel are processed by a calculator with recorder, embedded on the chair, which ensures the autonomy of the wheelchair. And acquisitions can also be controlled and viewed remotely via a wireless connection with a portable terminal. This remote control brings the advantage of leaving the user free in his movements without material constraints (cables, mechanical adaptations or accessories on the user) that could disrupt the natural gestures of the wheelchair user. The signals from the hub sensor and the touch position sensor are preferably transmitted to the computer by a wire connection passing through the wheel shaft and by a rotating commutator. This

7 permet d'assurer une plus grande fiabilité à la transmission des données de mesures que par télémétrie, cette dernière solution étant plus coûteuse, encombrante au niveau des récepteurs et limitée dans le nombre de voies de mesure. Par ailleurs elle rendait délicate la synchronisation des signaux issus des différents capteurs placés de part et d'autres du fauteuil roulant. Pour permettre d'évaluer l'incidence de la position des roues, et donc permettre une adaptation facile de leur position, les moyens de liaison en rotation des roues sur le châssis du fauteuil comportent préférentiellement un bloc d'adaptation formant un support de roue ajustable, permettant notamment d'adapter la voie et le carrossage des roues arrière, ainsi que l'empattement entre roues avant et arrière. Cette constitution permet de modifier aisément les caractéristiques dimensionnelles du fauteuil, soit pour l'adapter à l'utilisateur, soit à des fins d'analyse de l'influence des dimensions du fauteuil dans son ensemble, en relation avec la morphologie de l'utilisateur, ou de l'incidence, sur les différentes interactions mesurées, des positionnements relatifs des diverses parties du fauteuil. Le capteur angulaire de position de la roue est préférentiellement monté coulissant sur le bloc d'adaptation de manière à suivre les variations de voie, et relié à l'extrémité de l'arbre de roue. 7 makes it possible to ensure greater reliability in the transmission of measurement data than by telemetry, the latter solution being more expensive, cumbersome at the level of the receivers and limited in the number of measurement channels. Moreover, it made it difficult to synchronize the signals from the different sensors placed on either side of the wheelchair. In order to make it possible to evaluate the impact of the position of the wheels, and thus to allow an easy adaptation of their position, the means for connecting the wheels in rotation to the chassis of the chair preferably comprise an adaptation block forming an adjustable wheel support. , in particular to adapt the track and the camber of the rear wheels, as well as the wheelbase between front and rear wheels. This constitution makes it possible to easily modify the dimensional characteristics of the chair, either to adapt it to the user, or to analyze the influence of the dimensions of the chair as a whole, in relation to the morphology of the user. or the impact on the different measured interactions of the relative positions of the various parts of the chair. The angular position sensor of the wheel is preferably slidably mounted on the adaptation block so as to follow the track variations, and connected to the end of the wheel shaft.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite à titre d'exemple d'un fauteuil de test comportant deux roues instrumentées, conforme à l'invention. Other features and advantages will appear in the description which will be given as an example of a test chair comprising two instrumented wheels, according to the invention.

On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective du fauteuil roulant conforme à l'invention, Reference is made to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of the wheelchair according to the invention;

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la figure 2 est une vue du montage d'une roue motrice sur l'armature, la figure 3 est une vue en éclaté de la roue, la figure 4 est une vue en éclaté des moyens de mesure de position angulaire de la roue, - la figure 5 est une vue à échelle agrandie et en coupe de la roue, de ses moyens de guidage en rotation et des moyens de réglage de la voie. FIG. 2 is a view of the mounting of a driving wheel on the frame, FIG. 3 is an exploded view of the wheel, FIG. 4 is an exploded view of the means for measuring the angular position of the wheel; Figure 5 is an enlarged view in section of the wheel, its rotational guiding means and channel adjustment means.

Le fauteuil selon l'invention comprend un châssis 1, portant une assise 2 et un dossier 3, et sur laquelle sont également montés un repose-pieds 4, les roues arrière motrices 5 et les roues avant directrices 6. Comme cela est décrit plus en détail dans la demande de brevet déposée simultanément à la présente et à laquelle il a déjà été fait référence ci-dessus, le châssis 1 est formé essentiellement par une armature constituée d'un assemblage d'éléments tubulaires reliés entre eux par des organes de liaison ajustables en position longitudinale sur lesdits éléments tubulaires ainsi qu'en orientation. L'assise, le dossier et les repose-pieds sont équipés de capteurs 71 à 74 destinés à mesurer les interactions, en forces et moments, de l'utilisateur avec le fauteuil dans les différentes zones de contact constituées par l'assise, le dossier et les repose-pieds. Pour une connaissance complète des interactions, reste donc à connaître celles entre les mains de l'utilisateur et les roues motrices. C'est à cette fin que sont destinées les roues instrumentées conformes à l'invention, qui vont être décrites ci-après. The chair according to the invention comprises a frame 1, carrying a seat 2 and a backrest 3, and on which are also mounted a footrest 4, the rear drive wheels 5 and the front guide wheels 6. As described more in detail in the patent application filed simultaneously with the present and to which reference has already been made above, the frame 1 is formed essentially by an armature consisting of an assembly of tubular elements connected together by connecting members longitudinally adjustable on said tubular elements as well as in orientation. The seat, the backrest and the footrests are equipped with sensors 71 to 74 intended to measure the interactions, in strengths and moments, of the user with the chair in the various contact zones formed by the seat, the backrest and the footrests. For a complete knowledge of the interactions, it remains to know those in the hands of the user and the driving wheels. It is for this purpose that are intended the instrumented wheels according to the invention, which will be described below.

Chaque roue 5 comporte un moyeu 52 évidé sur lequel sont connectés de manière classique les rayons 53 de maintien de la jante 54. Un capteur six composantes 75 est fixé au fond du logement du moyeu 52. Un flasque rigide 55 est fixé sur le capteur 75. Le flasque 55 Each wheel 5 comprises a recessed hub 52 on which the spokes 53 for holding the rim 54 are conventionally connected. A six-component sensor 75 is fixed to the bottom of the housing of the hub 52. A rigid flange 55 is fixed on the sensor 75. The flange 55

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comporte des bras 551 s'étendant radialement jusqu'à proximité de la périphérie de la roue et sur les extrémités desquels la main courante 56 est fixée rigidement par des pattes 561 vissées. Le flasque est la seule pièce assurant la liaison mécanique entre la main courante et la roue. Le flasque est conformé de manière à être très rigide et à assurer la meilleure transmission possible des efforts et moments de la main courante 56 au capteur 75. Un couvercle 57 de finition et de protection recouvre la partie centrale du flasque et sa fixation sur le capteur, et participe également à la rigidité du flasque 55. Afin de réduire au maximum la masse totale de la roue instrumentée, la jante 54 est une jante de fauteuils sportifs en aluminium. Les rayons sont en kevlar. Le moyeu 52 a des formes et dimensions spécialement adaptées pour recevoir le capteur à six composantes 75, et il est réalisé en aluminium. La rigidité du flasque 55 permet que les efforts mesurés ne soient pas entachés par des erreurs liées à des déformations des éléments de liaison entre la main courante et la roue. De plus la distance entre roue et main-courante est conservée au voisinage de ce que l'on rencontre sur un fauteuil roulant manuel standard, soit environ 3cm, et, grâce à la rigidité du flasque 55, cette distance ne subit pas de variations sensibles malgré les efforts auxquels la main courante est soumise. La réalisation du flasque 55 à base de fibre de carbone, moulée en une seule pièce, permet de répondre aux besoins de rigidité et de faible masse. comprises arms 551 extending radially to near the periphery of the wheel and on the ends of which the handrail 56 is fixed rigidly by lugs 561 screwed. The flange is the only part ensuring the mechanical connection between the handrail and the wheel. The flange is shaped so as to be very rigid and to ensure the best possible transmission of the forces and moments of the handrail 56 to the sensor 75. A cover 57 of finish and protection covers the central portion of the flange and its attachment to the sensor , and also contributes to the rigidity of the flange 55. In order to minimize the total mass of the instrumented wheel, the rim 54 is a rim of sports aluminum wheelchairs. The rays are in Kevlar. The hub 52 has shapes and dimensions specially adapted to receive the six-component sensor 75, and is made of aluminum. The rigidity of the flange 55 allows the measured forces are not tainted by errors related to deformations of the connecting elements between the handrail and the wheel. Moreover, the distance between wheel and handrail is kept in the vicinity of what is found on a standard manual wheelchair, about 3cm, and, thanks to the rigidity of the flange 55, this distance does not undergo significant variations. despite the efforts to which the handrail is subjected. The realization of the flange 55 made of carbon fiber, molded in one piece, meets the needs of rigidity and low mass.

Le positionnement du capteur au centre de la roue facilite les calculs des forces et moments sur la main courante grâce au théorème du transfert des moments dès lors que sont connues les coordonnées du point d'application des forces, donc du point d'application de la main sur la main courante, ce qui est assuré par le The positioning of the sensor in the center of the wheel facilitates the computation of the forces and moments on the handrail thanks to the moment transfer theorem as soon as the coordinates of the point of application of the forces, therefore of the point of application of the hand on the handrail, which is ensured by the

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capteur de position tactile 76 équipant la main courante 56. Le capteur 76 est réalisé sous forme d'une bande tactile souple et collé à la surface de la main courante 56 sur tout son pourtour. Typiquement, la surface sensible de cette bande est de 170 cm de long, ce qui correspond à la circonférence d'une main-courante. Elle est composée de 64 capteurs de pression piézoélectriques mis bout à bout. Son électronique de conditionnement délivre une tension de sortie comprise entre 0 et 10V et proportionnelle à l'endroit où la pression mesurée et la plus élevée. Il est donc ainsi aisé de pouvoir calculer les coordonnées du point d'application de la main sur la main-courante. La résolution de mesure sur la longueur est liée au nombre d'éléments sensibles, c'est-à-dire 2,6 cm, compte tenu des dimensions indiquées ci-dessus. Cette résolution bien inférieure à la largeur d'une main est parfaitement adaptée aux besoins. La main courante est par ailleurs réalisée sous la forme d'un profilé creux en aluminium remplie d'une mousse expansive légère et rigide, de type IVOLEN ® par exemple. Cette constitution permet d'obtenir en surface une forme plane particulièrement bien adaptée pour le collage de la bande du capteur 76 de position de la main. tactile position sensor 76 fitted to the handrail 56. The sensor 76 is made in the form of a flexible tactile strip and adhered to the surface of the handrail 56 all around its periphery. Typically, the sensitive surface of this band is 170 cm long, which corresponds to the circumference of a handrail. It is composed of 64 piezoelectric pressure sensors placed end to end. Its conditioning electronics deliver an output voltage between 0 and 10V and proportional to where the measured pressure and the highest. It is thus easy to calculate the coordinates of the point of application of the hand on the handrail. The measurement resolution over the length is related to the number of sensitive elements, that is to say 2.6 cm, given the dimensions indicated above. This resolution well below the width of a hand is perfectly adapted to the needs. The handrail is also made in the form of a hollow aluminum profile filled with a light and rigid expansive foam, such as IVOLEN ®. This constitution makes it possible to obtain at the surface a flat shape that is particularly well suited for bonding the band of the sensor 76 of the position of the hand.

De plus, elle confère à l'ensemble de la main courante une masse extrêmement légère, de l'ordre de 100 g. Un voile de protection 58 souple peut être ajouté pour couvrir la bande du capteur 76 et recouvrir l'espace entre la main courante et la roue. In addition, it gives the entire handrail an extremely light weight, of the order of 100 g. A flexible protective web 58 may be added to cover the sensor strip 76 and cover the gap between the handrail and the wheel.

L'instrumentation du centre de la roue par le capteur 75, et de la surface de la main courante par le capteur 76, est complétée par un capteur angulaire 77, par exemple de type codeur à disque magnétique. Le capteur angulaire mesure de 0 à 360° en continu et permet d'enregistrer la rotation de la roue motrice afin de pouvoir mesurer les déplacements du fauteuil et de The instrumentation of the center of the wheel by the sensor 75, and the surface of the handrail by the sensor 76, is completed by an angular sensor 77, for example of magnetic disk encoder type. The angular sensor measures from 0 to 360 ° continuously and allows the rotation of the drive wheel to be recorded in order to measure the movements of the wheelchair and

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connaître les positions angulaires des capteurs 75 placés dans les moyeux. Cela permet de calculer les grandeurs physiques au niveau de la roue dans un référentiel lié au châssis du fauteuil, de manière notamment à pouvoir combiner l'ensemble des mesures effectuées par les capteurs équipant les roues avec celles issues des capteurs 71 à 74 pour une connaissance complète de toutes les interactions entre utilisateur et fauteuil, en continu dans des conditions d'utilisation courantes. to know the angular positions of the sensors 75 placed in the hubs. This makes it possible to calculate the physical magnitudes at the level of the wheel in a frame of reference related to the chassis of the chair, in particular so as to be able to combine all the measurements made by the sensors fitted to the wheels with those resulting from the sensors 71 to 74 for a knowledge complete of all interactions between user and chair, continuously in common use conditions.

Chaque roue arrière instrumentée 5 est montée sur le châssis 1 du fauteuil par l'intermédiaire d'un bloc d'adaptation 9 assurant le support et le guidage en rotation de la roue, et de manière à permettre le réglage de voie, de carrossage et d'empattement. Pour cela, chaque roue 5 est liée rigidement à un arbre 51 monté libre en rotation dans un palier tubulaire 91 par des roulements 92, comme représenté figure 5. Le palier tubulaire 91 est monté réglable en coulissement dans le bloc d'adaptation 9 qui est lui-même monté réglable en coulissement et en pivotement sur le longeron latéral inférieur 12 du châssis. Ainsi, comme cela est schématisé par les flèches de la figure 2, l'empattement peut être ajusté par coulissement du bloc 9 sur le longeron latéral inférieur 12. Le carrossage peut être ajusté par pivotement du bloc 9 sur ledit longeron inférieur 12. Et la voie peut être ajustée par coulissement du palier tubulaire 91 dans ledit bloc 9, le maintien en position étant assuré par un système de verrouillage rapide 93 coopérant avec des rainures circulaires 911 réalisées sur ledit palier tubulaire 91. Le capteur angulaire 77 est monté sur un support 95 lié au bloc 9 par des broches 96 montées coulissantes dans le bloc 9 parallèlement à l'axe de rotation de la roue, et l'arbre des codeurs du capteur 77 est relié à l'extrémité de l'arbre de roue 51 par un jeu d'engrenages 96 par exemple en polypropylène. Le système de broches Each instrumented rear wheel 5 is mounted on the chassis 1 of the wheelchair via an adapter block 9 providing support and guidance in rotation of the wheel, and so as to allow adjustment of track, camber and wheelbase. For this, each wheel 5 is rigidly connected to a shaft 51 rotatably mounted in a tubular bearing 91 by bearings 92, as shown in FIG. 5. The tubular bearing 91 is slidably adjustable in the adapter block 9 which is itself mounted adjustably sliding and pivoting on the lower side sill 12 of the frame. Thus, as shown schematically by the arrows of Figure 2, the wheelbase can be adjusted by sliding the block 9 on the lower side spar 12. The camber can be adjusted by pivoting the block 9 on said lower spar 12. And the track can be adjusted by sliding of the tubular bearing 91 in said block 9, holding in position being provided by a rapid locking system 93 cooperating with circular grooves 911 made on said tubular bearing 91. The angular sensor 77 is mounted on a support 95 connected to the block 9 by pins 96 mounted sliding in the block 9 parallel to the axis of rotation of the wheel, and the encoder shaft of the sensor 77 is connected to the end of the wheel shaft 51 by a gear set 96, for example made of polypropylene. The pin system

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coulissantes permet de faire suivre au capteur 77 les variations de voie du fauteuil, par un déplacement latéral correspondant du support 95. Le capteur de position 76 de la main courante est relié à un boîtier de conditionnement du signal solidaire de la roue. Ce boîtier et le capteur 75 sont connectés électriquement par des câbles 79 passant axialement dans l'arbre de roue 51, et connectés à la partie tournante d'un collecteur tournant multi-pistes 78. La partie fixe de ce collecteur, ainsi que le capteur de rotation 77 et les autres capteurs pouvant équiper le châssis, tels que les capteurs 71 à 74, sont reliés à une unité de saisie et de calcul et d'enregistrement des données, non représentée, implantée sur le fauteuil avec sa source d'énergie autonome. Cette unité de calcul peut aussi transmettre directement par liaison sans fil les données reçues des capteurs, ainsi qu'être pilotée à distance. Les signaux de sorties des capteurs sont de types analogiques et peuvent être exportés sur n'importe quel support d'acquisition analogique laissant ainsi de nombreuses possibilités de combinaison et de synchronisation de ce système avec d'autres outils de mesure complémentaires pour l'analyse de la locomotion en fauteuil roulant manuel. sliding allows the sensor 77 to track the variations of the wheelchair, by a corresponding lateral displacement of the support 95. The position sensor 76 of the handrail is connected to a signal conditioning box integral with the wheel. This housing and the sensor 75 are electrically connected by cables 79 passing axially in the wheel shaft 51, and connected to the rotating part of a multi-track rotary manifold 78. The fixed part of this manifold, as well as the sensor rotation 77 and the other sensors that can equip the chassis, such as the sensors 71 to 74, are connected to a data acquisition and calculation unit and data recording, not shown, implanted on the chair with its energy source autonomous. This calculation unit can also transmit data received from the sensors wirelessly, as well as being controlled remotely. The output signals of the sensors are of analog types and can be exported to any analog acquisition medium thus leaving many possibilities of combination and synchronization of this system with other complementary measurement tools for the analysis of manual wheelchair locomotion.

On notera que le système de roues instrumentées selon l'invention permet d'obtenir l'ensemble des informations utiles à l'analyse de la propulsion : forces dans les trois directions de l'espace, moments dans les trois directions, coordonnées du point d'appui, position angulaire de la roue, déplacement effectué et vitesse de déplacement. Avantageusement, ces informations sont regroupées avec celles issues des autres capteurs pouvant équiper le fauteuil roulant, comme déjà indiqué. Toutefois, notamment grâce à leur montage indépendant sur un bloc d'adaptation qui peut lui-même être adapté 13 It will be noted that the system of instrumented wheels according to the invention makes it possible to obtain all the information useful for the analysis of propulsion: forces in the three directions of space, moments in the three directions, coordinates of the point d support, angular position of the wheel, displacement effected and speed of displacement. Advantageously, this information is grouped with those from other sensors that can equip the wheelchair, as already indicated. However, in particular thanks to their independent mounting on an adaptation block which can itself be adapted 13

sur tout tube de châssis, les roues selon l'invention peuvent être adaptées sur n'importe quel fauteuil manuel. on any chassis tube, the wheels according to the invention can be adapted to any manual chair.

Claims

REVENDICATIONS1. Instrumented wheel (5) for a manual wheelchair adapted for ergonomic testing, characterized in that it comprises means (75) for measuring the forces and moments applied to the wheel (5) via the hand current (56) and means (76, 77) for determining the angular position of the wheel and the position of the user's hand on the handrail.

2. Instrumented wheel according to claim 1, characterized in that the means for measuring the forces and moments applied to the wheel comprise a six-component sensor (75), mounted on a hub (52) of the wheel and the handrail ( 56) is connected exclusively and directly to said sensor by a rigid flange (55).

3. Instrumented wheel according to claim 2, characterized in that the handrail (56) is provided with a flexible touch-sensitive position sensor (76) ribbon-shaped placed on the surface of the handrail.

4. Instrumented wheel according to claim 3, characterized in that the signals from the hub sensor (75) and the touch position sensor (76) are transmitted to a computer on board the chair by a wire connection (79) passing through the wheel shaft (51) and a rotary manifold (78).

5. Instrumented wheel according to claim 1, characterized in that it is mounted on an adjustable adapter block (9), to adapt the track and camber of the rear wheels (5) of the chair, and the wheelbase between front and rear wheels. 15

6. Instrumented wheel according to claim 5, characterized in that it comprises a shaft (51) fixed on the hub (52) and rotatably mounted in a tubular bearing (91) which is slidably adjustable in the block of adaptation (9).

7. Instrumented wheel according to claim 2, characterized in that the flange (55) is made of carbon fiber, molded in one piece.

8. Instrumented wheel according to claim 3, characterized in that the handrail (56) is in the form of a hollow aluminum profile filled with a light and rigid expansive foam, and the touch position sensor (76) is made in the form of a flexible touch tape and glued to the surface of the handrail (56) all around it.

9. Instrumented wheel according to claim 3, characterized in that it comprises an angular sensor (77) slidably mounted on the adapter block and connected to the end of the wheel shaft (1).

Manual wheelchair adapted for ergonomics testing, characterized in that its driving wheels are instrumented wheels according to any one of the preceding claims, and in that it comprises sensors (71 to 74) intended to measure the interactions of the user with the chair in the different contact areas formed by the seat (2), the backrest (3) and the footrest (4).