FR3041522A1 - Systeme d’orthese active - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un système d'orthèse active, comprenant une pluralité de capteurs inertiels destinés à être répartis sur un membre supérieur, un membre inférieur, ou toute autre partie du corps humain comprenant au moins une articulation, lesdits capteurs inertiels (1, 2, 3, 4) étant configurés pour permettre la détermination d'au moins un angle formée par des segments de ladite partie de corps humain, autour de ladite au moins une articulation. De façon remarquable, ledit système d'orthèse active comprend un dispositif d'alerte pour avertir l'utilisateur du système d'orthèse active que ledit au moins un angle présente une valeur située en dehors d'une fourchette de valeurs de confort prédéterminée.

Description

SYSTEME D’ORTHESE ACTIVE DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR
La présente invention concerne, de façon générale, l’assistance aux professionnels dont le métier implique la tenue de postures, la réalisation de gestes répétitifs ou en aveugle, risquant de provoquer des traumatismes articulaires. Plus précisément, la présente invention a pour objet un système d’orthèse active ayant pour but d'aider ces professionnels à optimiser leurs postures de travail de manière à ce que les degrés angulaires de leurs articulations restent dans des «zones de confort» non traumatisantes pour lesdites articulations.
De nombreuses professions sollicitent fortement les articulations des professionnels, au point de pouvoir provoquer traumatismes et blessures induisant des interruptions de travail pour raison de santé et parfois des interventions chirurgicales réparatrices.
Un exemple particulier réside dans l’exercice du métier de technicien d’insémination artificielle de bovin. L'une des particularités de ce métier est que les techniciens d’insémination artificielle réalisent l’acte d’insémination sans être en capacité de visualiser directement les gestes qu’ils réalisent à l’intérieur des vaches pour les inséminer. Pour le technicien, le seul critère pour évaluer l’efficacité de son geste réside dans la réussite de l’acte d'insémination en lui-même. En effet, le technicien n’est aujourd’hui pas en capacité de tenir compte des gestes et des postures adoptées par son bras pour réussir cet acte.
Les conséquences sur la santé des techniciens d’insémination sont fréquentes et relèvent d’une certaine gravité. En effet, un technicien d’insémination sur deux en moyenne se fait opérer de la coiffe des rotateurs au bout de 20 ans à 25 ans de pratique professionnelle. D’autres professions sont concernées par des problèmes similaires, en raison de la nécessité de réaliser des gestes répétitifs et/ou en aveugle, ou encore d’adopter des postures particulières. Un autre exemple de métier dans lequel les professionnel(le)s peuvent se trouver confronté(e)s à des problèmes articulaires est celui d’hôtesse de caisse, en supermarché. Les gestes répétés pour faire passer un produit de part et d’autre de la caisse enregistreuse peut engendrer des douleurs et des traumatismes articulaires, au niveau des poignets, des coudes ou des épaules, ou encore des problèmes au niveau de la colonne vertébrale ou des vertèbres cervicales.
Aucune solution technique satisfaisante n’existe, dans l’état de l’art, pour permettre la mesure en temps réel de l’état d’un geste ou d’une posture en vue d’alerter un technicien qui sollicite dangereusement une articulation, afin de lui permettre de corriger le geste ou la posture.
Il est seulement connu, aujourd’hui, de définir des «zones de conforf», consisfanf à déterminer des fourchettes de valeurs de confort, à l’intérieur desquelles il est conseillé de maintenir les angles formés au niveau des articulations, afin de minimiser le risque de blessures et de traumatismes. A travers des séances de formation et d’entraînement, les techniciens peuvent être entraînés à adopter des gestes et des postures leur permettant d'apprendre à maintenir les angles formés au niveau de leurs articulations à l'intérieur desdites fourchettes de valeurs prédéterminées. De telles formations ne sont cependant pas suffisantes, notamment parce que, en temps réel, il existe généralement un décalage entre le geste que le technicien pense effectuer et celui qu’il effectue en réalité, ses gestes étant réalisés en aveugle.
Il est donc apparu un besoin pour un outil permettant d’éduquer les gestes et les mouvements des techniciens d'insémination artificielle de bovin, de manière à ce qu’ils puissent réaliser l'acte d'insémination tout en évitant des postures péjoratives pour leurs articulations. Or, en physiologie du travail, des zones de confort en matière de gestes et de postures ont bien été définies et permettent de préserver la santé ostéo-articulaires des techniciens, et ainsi prévenir les Troubles Musculo-Squelettiques du membre supérieur. Par exemple, il est recommandé de ne pas réaliser de façon répétée une extension du poignet supérieure à 30 degrés.
Dans ce contexte, une première approche pourrait consister à imaginer concevoir une sorte d'orthèse ou d'exosquelette articulé présentant des butées pour empêcher le technicien d'adopter des gestes et des postures faisant sortir les angles formés au niveau de ses articulations des zones de confort prédéterminées. Cependant, cette solution «rigide» n'est pas envisageable dans de nombreuses applications, car bien trop encombrante et gênante, notamment pour les techniciens d’insémination artificielle. Ainsi, ce dispositif entrave l’activité des opérateurs et ne leur permet plus de réaliser leur travail dans des conditions satisfaisantes.
Il existe donc bien un besoin pour un système d’alerte, fonctionnant en temps réel, permettant d’avertir un technicien qu’il est en train de solliciter ses articulations de façon dangereuse, et lui donnant les moyens de corriger son geste ou sa posture.
Dans ce contexte, la présente invention découle de l’idée de développer un outil permettant de reconstituer la possibilité d'une visualisation, par le technicien, des gestes et des postures adoptés, par l'intermédiaire d’un système d’orthèse active, portée par ledit technicien, et de son avatar numérique, correspondant à une représentation virtuelle, sur un écran, des gestes et postures adoptés par le technicien, en temps réel.
Le technicien d’insémination artificielle, par exemple, porte donc l’orthèse active et réalise l’acte d’insémination, tandis que l'avatar numérique effectue en temps réel les mêmes gestes et adopte les mêmes postures que le technicien. Dès lors, à travers l'utilisation du système d'orthèse active selon l’invention, le critère de réussite du geste d’insémination ne coïncide plus uniquement avec la réussite de l’insémination en tant que telle, mais réside dans la réussite de l’insémination avec un geste réalisé dans la zone de confort articulaire indiquée par l’orthèse active.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION A cet effet, l’invention a pour objet un système d’orthèse active, comprenant une pluralité de capteurs inertiels destinés à être répartis sur un membre supérieur, un membre inférieur, ou toute autre partie du corps humain comprenant au moins une articulation. Le système d’orthèse active selon l’invention est en particulier remarquable en ce que lesdits capteurs inertiels sont configurés pour permettre la détermination d’au moins un angle formé par des segments de ladite partie de corps humain, autour de ladite au moins une articulation, et en ce que le système d’orthèse active comprend un dispositif d’alerte pour avertir l’utilisateur du système d’orthèse active que ledit au moins un angle présente une valeur située en dehors d’une fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
Ce système d'orthèse active permet notamment à un opérateur la mettant en œuvre de repérer les gestes et les postures à éviter. Par l’intermédiaire du dispositif d'alerte, l'opérateur sait s'il réalise des gestes et des postures qui ne sont pas préjudiciables pour ses articulations, ou si, au contraire, il réalise des gestes et des postures péjoratifs pour ses articulations.
Selon un mode de réalisation préféré, le système d’orthèse active comprend des moyens logiciels pour représenter sur un écran d’ordinateur au moins ladite partie de corps humain, sous la forme d’un avatar, présentant, en temps réel, ledit au moins un angle de ladite au moins une articulation, tel que déterminé.
Avantageusement, le système d’orthèse active peut comprendre des moyens pour présenter à l’utilisateur des indications visuelles et/ou sonores adaptées pour l’amener à corriger sa posture de façon à maintenir ledit au moins un angle dans la fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
Selon un mode de réalisation, le système d'orthèse active comprend des moyens pour générer des vibrations ressenties par l'utilisateur lorsque ledit au moins un angle sort de la fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
Avantageusement, le système d’orthèse active peut comprendre des moyens de communication sans fil, par exemple conforme au standard Bluetooth, de façon à communiquer des données issues de la pluralité de capteurs à un calculateur ou de façon à communiquer des informations à l’utilisateur.
Avantageusement, la pluralité de capteurs inertiels comprend au moins un capteur d’au moins l’un des types suivants : accéléromètre ; gyroscope ; magnétomètre.
De manière préférée, chaque capteur inertiel de la pluralité de capteurs inertiels consiste en un module de détection neuf axes comportant à la fois un accéléromètre trois axes, un gyroscope trois axes et un magnétomètre trois axes.
Avantageusement, le système d’orthèse active comprend un microcontrôleur.
Selon une application particulière du système d’orthèse selon l’invention, la partie de corps humain est un membre supérieur, le système d’orthèse active comprenant quatre capteurs inertiels disposés respectivement au milieu du bras, au milieu de l’avant-bras, au dos de la main et au niveau du plexus, permettant de déterminer les angles de l'épaule, du coude et du poignet.
Par ailleurs, le système d’orthèse active selon l’invention peut avantageusement comprendre des moyens logiciels aptes à transférer au système d’orthèse active un ensemble de paramètres, ainsi qu’à collecter et traiter des informations issues de la pluralité de capteurs inertiels de manière statistique.
Les résultats du traitement desdites informations par lesdits moyens logiciels permettent notamment la représentation de ces informations sous forme graphique, à destination d’un utilisateur, ainsi qu'une interprétation desdites informations, comprenant par exemple une indication du nombre de fois où le degré angulaire d’une articulation est sorti de la fourchette de valeurs de confort. Ces informations et leur interprétation peuvent être présentées de façon à pouvoir être visualisées par un utilisateur sur un écran d’ordinateur, par exemple. Dans ce cas de figure, le système d’orthèse active constitue un outil de mesures gestuelles, et les moyens logiciels développés forment une interface de communication entre l’utilisateur et le système d’orthèse active mis en œuvre.
PRESENTATION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 correspond à la représentation schématique d’un exemple de configuration matérielle du système d'orthèse active selon l’invention ; la figure 2A montre la définition des angles de l'épaule ; la figure 2B montre la définition des angles du coude ; la figure 2C montre la définition des angles du poignet ; la figure 3 la disposition de la pluralité de capteurs inertiels autour d’un membre supérieur.
Il faut noter que la description qui suit expose l'invention de manière détaillée, les figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant.
DESCRIPTION D’UN Oü PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE
Dans ce qui suit, le système d’orthèse active selon l’invention est plus particulièrement décrit dans le contexte d’une mise en œuvre dans le domaine de l’insémination artificielle de bovins. L’orthèse active est ainsi décrite, par la suite, comme étant portée par un technicien d’insémination animalière. Le port du système d’orthèse active selon l’invention au niveau du bras aura pour fonction d’aider ledit technicien à adopter la posture et les gestes adéquates afin d’éviter la survenance de troubles articulaires au niveau de l’épaule, du coude ou du poignet.
Cependant, toute mise en œuvre du système d’orthèse active selon l’invention dans un contexte différent est également couverte par la présente invention. Dès lors que des gestes répétés et/ou réalisés en aveugle, ou des postures délicates, sont nécessaires, le port du système d’orthèse active selon l’invention permet d’alerter l'opérateur lors des gestes ou des postures qui sollicitent de façon impropre l’une de ses articulations. Par exemple, une mise en œuvre du système d’orthèse active selon l'invention pour une utilisation par des hôtesses de caisse en supermarché est notamment envisagée et visée par la présente invention.
En outre, l’exploitation du système d’orthèse active selon l’invention, et notamment l’interprétation statistique de données issues de son utilisation, permettent par ailleurs un retour d’expérience et une formation optimale de l'opérateur.
De façon théorique, afin de décrire les mouvements angulaires d’un corps rigide dans l’espace, l'attitude de ce corps peut être estimée par le formalisme mixte des angles d’Euler et des quaternions.
Une des difficultés réside dans l’estimation de l'état d'un système dynamique, typiquement l'orientation dans l’espace d’un corps en mouvement, à partir d'une série de mesures potentiellement incomplètes ou bruitées, et d'origines et de natures très différentes.
Dans le cadre de la présente invention, il a donc été mis au point une méthode de détection avec un algorithme de filtrage récursif, fondé sur un principe de fusion de données, pour la détermination de l'attitude dans l'espace d'un corps rigide en temps réel. Cette méthode de détermination de l’attitude dans l'espace d’un corps rigide en temps réel est détaillée plus loin.
Cette dernière a pour objectif, in fine, la détermination du degré angulaire des articulations suivies par le système d’orthèse active, dans l’application considérée. L’attitude dans l’espace d’un corps rigide, qui doit être déterminée en temps réel, en vue de déterminer l’angle formé suivi par une articulation du corps humain (typiquement le poignet, le coude, ou l’épaule), est atteinte à travers l’utilisation d’une pluralité de capteurs inertiels, de type accéléromètre / gyromètre / magnétomètre, permettant une capture de mouvement selon neuf axes, afin de détecter les vecteurs correspondant au Nord et à la gravité de la Terre par rapport au repère des capteurs réalisant ces mesures.
Exemple de configuration matérielle
En référence à la figure 1, un exemple d’architecture matérielle du système d’orthèse active selon l’invention est présenté.
Capteurs
Dans un exemple de mode de réalisation du système d’orthèse active selon l’invention, les capteurs inertiels utilisés sont des capteurs MPU-9150, proposés par la société InvenSense. Le MPU-9150 est un module permettant de détecter l'orientation sur neuf degrés de liberté. Il est composé d'un capteur MPU-6050, qui comprend un gyroscope trois axes et un accéléromètre trois axes, et d’un capteur AK8975, qui est un magnétomètre trois axes. L'accéléromètre trois axes mesure l'accélération linéaire suivant les trois axes d'un repère orthogonal direct x, y et z. Concrètement, la mesure associée est donnée en g. Le gyromètre trois axes mesure la vitesse angulaire autour desdits trois axes x, y et z. La mesure est effectuée en °/s. Le magnétomètre trois axes mesure le champ magnétique, toujours sur trois axes x, y et z. La mesure est donnée en μΤ. Les nombreux registres accessibles permettent de configurer le MPU-9150 aux besoins de l’application, que ce soit en termes de précision du gyroscope, de l'accéléromètre, ou du magnétomètre.
Il peut bien entendu être envisagé d’utiliser toute autre référence de capteurs permettant de déterminer leur attitude dans l’espace en temps réel, de préférence selon neuf axes.
Microcontrôleur
Sur le plan matériel, selon un mode de réalisation préféré, le système d’orthèse active selon l’invention comprend par ailleurs un microcontrôleur P, notamment apte à réaliser les calculs nécessaires au traitement des données issues de ces capteurs.
Par ailleurs, il peut être noté que, selon un mode de réalisation préféré, le système met en oeuvre un bus de communication conformément au protocole i2c.
En outre, le système d’orthèse active selon l’invention met en œuvre un multiplexeur X apte à assurer le multiplexage, sur le bus de communication, des données issues de la pluralité de capteurs.
Typiquement, il est envisagé, dans le cadre d’une orthèse active adaptée pour être portée sur le bras d’un technicien d’insémination animalière, de disposer quatre capteurs inertiels répartis sur le bras, pour capturer en temps réel les angles de l'ensemble des articulations du membre supérieur du corps. Des moyens de multiplexage adaptés X sont par conséquent prévus pour permettre l’acheminement des données issues de ces différents capteurs sur le bus de communication.
De préférence, une carte d’extension peut également être prévue afin de réduire l’encombrement du dispositif
Enfin, selon un mode de réalisation, des rubans conducteurs avec quatre canaux peuvent être mis en œuvre et insérés dans un manchon enrobant le bras (ou toute autre partie du corps comprenant au moins une articulation à surveiller), formant ainsi un câblage électrique T permettant la mise en œuvre du système. Ces quatre conducteurs, par exemple en argent souples, sont de préférence isolés dans une bande de polyester avant d’être insérés.
Un boîtier et une alimentation adaptés sont également prévus, leur choix étant à la portée de l’homme du métier.
Mise en oeuvre du système d’orthèse active pour un membre supérieur du corps humain fbrasl
Les anales
Dans cette partie, sont décrits les formalismes de calcul pour les angles des articulations du membre supérieur par une approche anatomique, en utilisant les différents vecteurs unitaires mobiles pour chaque capteur inertiel, lesdits vecteurs unitaires mobiles étant exprimés dans le référentiel du laboratoire. L’épaule : L'épaule s'articule entre la scapula (l'omoplate) et l'humérus. Cette articulation fait partie de la ceinture scapulaire.
La figure 2A montre les différents degrés de liberté de ce membre et les trois angles qui peuvent par exemple être utilisés pour modéliser les mouvements de ces articulations. Le premier angle d’épaule El décrit la rotation autour de l’axe transverse XE1, en tant qu’extension et flexion. Le deuxième angle d’épaule E2 décrit la rotation autour de l’axe sagittal XE2, permettant en particulier de décrire deux mouvements : l’adduction et l’abduction. Enfin, le troisième angle d’épaule E3 décrit la rotation autour de l’axe longitudinal XE3, via deux mouvements angulaires : la rotation interne (rotation médicale) et la rotation externe (rotation latérale).
Le coude :
Le coude s'articule entre l'humérus d'une part, et l'ulna (le cubitus) et le radius d'autre part.
En référence à la figure 2B, il existe, au niveau du coude, deux degrés de liberté autour de l’axe transverse XC1 en tant que flexion et extension, traduits par l’intermédiaire du premier angle de coude Cl. Le deuxième angle de coude C2 permet de représenter la pronation et la supination, autour de l’axe de rotation XC2, comme représenté sur la figure 2B.
Le poignet :
La main s'articule entre l'ulna (le cubitus) et le radius d'une part, et les os carpiens d'autre part.
Au niveau du poignet, la flexion et l’extension sont décrites à l’aide du premier angle de poignet PI, autour de l’axe transverse XP1, et l'abduction et l'adduction sont décrites par l'intermédiaire du deuxième angle de poignet P2, autour de l'axe sagittal XP2, comme cela est représenté à la figure 2C.
Pour calculer les sept angles El, E2, E3, Cl, C2, PI, P2 du membre supérieur dans le référentiel du laboratoire, une pluralité de capteurs inertiels 1, 2, 3 ,4 est répartie de façon adaptée pour cette partie du corps humain.
Chaque capteur 1, 2, 3 ,4 est ainsi disposé, selon un mode de réalisation préféré, de part et d’autre de chaque articulation (épaule, coude, poignet), comme représenté à la figure 3.
Au repos, les axes des capteurs 1,2, 3 ,4 sont alignés avec des axes anatomiques : axe sagittal X, axe antéropostérieur Y et axe médio-latéral Z.
Par ailleurs, toujours en référence à la figure 3, les vecteurs unitaires x/, y/, z/ correspondent aux vecteurs unitaires du repère orthonormé direct associé au capteur 1, et exprimés dans le repère du laboratoire. De façon similaire, les vecteurs unitaires Χ2, y2, Z2 correspondent aux vecteurs unitaires du repère orthonormé direct associé au capteur 2, et exprimés dans le repère du laboratoire, les vecteurs unitaires Χ3, /3, Z3 correspondent aux vecteurs unitaires du repère orthonormé direct associé au capteur 3, et exprimés dans le repère du laboratoire, et les vecteurs unitaires X4, yâ, ta correspondent aux vecteurs unitaires du repère orthonormé direct associé au capteur 4, et exprimés dans le repère du laboratoire.
Ainsi, l'orientation du capteur 2 par rapport au capteur de référence, c’est-à-dire capteur 1, permet de calculer les trois angles d’épaule. En référence à la figure 3, le premier angle d'épaule El est aisément obtenu :
(1) γλ et y2 étant exprimés dans le référentiel du laboratoire, la valeur positive donne le mouvement de flexion et la valeur négative décrit le mouvement d’extension.
Le deuxième angle d'épaule E2 peut ainsi être obtenu indirectement, via deux produits vectoriels :
(2)
Pour séparer les mouvements d’abduction et d’adduction, une convention de signe est définie :
(3)
Le troisième angle d’épaule E3 correspond à l'angle entre deux vecteurs jCj et z*ot , où z** est le nouveau vecteur z2 après les rotations consécutives associées au premier angle d'épaule ^2 autour de l’axe et au premier angle d’épaule autour de l’axe xi. Ce terme est calculé par application de la formule de rotation de Rodrigues, qui —* dispose que, pour un vecteur quelconque U, un vecteur V peut être noté comme étant l'image du vecteur U par la rotation (ΛΓ,φ), soit :
D’où il ressort que, pour le deuxième angle d'épaule E2 :
(4)
Le troisième angle d'épaule E3 s'exprime alors comme :
(5)
La convention de signe pour distinguer la rotation interne (positive) et externe (négative) est ici posée de la façon suivante :
(6)
La même méthodologie peut être employée pour calculer les angles du coude et du poignet. L'orientation du capteur 3 par rapport au capteur 2, va donner les deux angles du coude. Le premier angle de coude Cl est obtenu par :
(7)
Le deuxième angle de coude C2 est calculé par l’intermédiaire de deux vecteurs x2 et z*" , où z*ot est le nouveau vecteur ^ après une rotation associée au premier angle de coude Cl autour de l'axe 2’. Par application, comme précédemment, de la formule de rotation de Rodrigues :
(8)
Le deuxième angle de coude C2 est égal à :
(9) A l'aide de l'orientation relative du capteur 3 par rapport au capteur 4, les angles du poignet PI, P2 peuvent être obtenus directement par le calcul des produits scalaires : (10)
Et (H)
En outre, les éventuelles perturbations parasitant les mesures effectuées à l’aide des capteurs inertiels 1, 2, 3, 4 peuvent, le cas échéant, faire l’objet de traitements correctifs par des moyens électroniques et logiciels spécifiques.
Par l’intermédiaire des équations précédentes, il est par conséquent rendu possible d’accéder aux valeurs, en temps réel, des angles El, E2, E3, Cl, C2, PI, P2 des articulations du membre supérieur, en utilisant des mesures d'un système distribué de capteurs inertiels 1,2, 3, 4. L'exploitation du système d'orthèse active selon l'invention est en outre prévue pour être optimisée au moyen de l'utilisation d’un logiciel adapté, permettant de réaliser les calculs de façon embarquée, en temps réel, et de réaliser le stockage desdites valeurs dans un espace mémoire, le cas échéant.
En particulier, des bibliothèques C++ standards peuvent être exploitées pour accéder aux données issues des capteurs inertiels et communiquer sur un bus de donnée via le protocole de communication Î2c.
Ainsi, une fois effectué le calcul des angles El, E2, E3, Cl, C2, PI, P2 des articulations du membre supérieur (épaule, coude, poignet), ces valeurs peuvent être envoyées en temps réel sur un bus de communication connecté à un réseau relié à une station de travail.
Sur l’écran de cette station de travail, selon un mode de réalisation préféré, un avatar est affiché, représentant tout ou partie d’une personne correspondant à l’opérateur
utilisant l’orthèse active. Les valeurs des angles des articulations, telles que calculées, permettent une mise à jour en temps réel des mêmes angles sur l’avatar affiché à l’écran.
Cet avatar peut par exemple être réalisé en OpenGL-ES.
Une phase de sauvegarde peut de préférence être prévue. Les valeurs successives des angles El, E2, E3, Cl, C2, PI, P2 des articulations du membre supérieur peuvent par exemple être stockées dans un fichier texte. La fréquence d’enregistrement de la sauvegarde des données peut typiquement être de l’ordre de 25 Hz, permettant une interprétation ultérieure sous la forme d’une reconstitution vidéo.
Selon un mode de réalisation, La fréquence de calcul des angles et d’interprétation des valeurs pour mise à jour de l’Avatar est de l’ordre de 100 Hz.
La possibilité d'afficher en temps réel, via un avatar, les mouvements effectués par le technicien constitue un grand avantage, permettant notamment de fournir une vision directe des gestes accomplis.
De plus, l'enregistrement des données à une fréquence de l’ordre 25 Hz permet un mouvement fluide lors d’une reconstitution vidéo de la prestation du technicien, à des fins d’analyse et d’interprétation statistique par exemple.
Exploitation des données
Moyens d’alerte D’après un mode de réalisation préféré du système d’orthèse active selon l’invention, des moyens d’alerte visuels et/ou sonores se déclenchent dès lors que l’un au moins des angles des articulations dépassent un certain degré angulaire, c’est-à-dire sort d’une fourchette de valeurs de confort prédéterminée, lesdites valeurs pouvant être paramétrables.
Selon un autre mode de réalisation, le système d’orthèse active peut également comprendre des moyens pour générer des vibrations directement sur la partie de corps, de manière à alerter l’opérateur par ces vibrations.
En effet, en physiologie du travail, des zones de confort en matière de gestes et de postures sont connues et permettent de préserver la santé physiologique. Si le degré de l’angulation des articulations induit par un mouvement dépasse le degré de la zone de confort, ce mouvement est considéré comme préjudiciable pour l'articulation. Dès que l’angle de l’articulation dépasse l’angle de la zone de confort, le système d’alerte se déclenche. L’opérateur portant l’orthèse active est par conséquent incité à corriger sa posture, à rectifier son geste, de façon à ramener tous les angles dans la zone de confort, c’est-à-dire dans la fourchette de valeurs prédéterminées considérée comme sûre du point de vue physiologique.
Différents moyens à la portée de l’homme du métier peuvent être mis en œuvre pour réaliser lesdits moyens d’alerte. Pour une perception visuelle du déclenchement de l'alerte, des diodes électroluminescentes peuvent être installées sur le système d'orthèse active. Par ailleurs, des voyants lumineux ou des messages spécifiques peuvent s'afficher sur l’écran d’ordinateur. Par exemple, lorsque la main effectue une flexion trop importante, la main de l'avatar peut s’afficher en rouge.
Pour une perception auditive, il peut être prévu l’émission d’un signal sonore ou d’un message vocal spécifique. Par exemple, selon un mode de réalisation particulier, il est prévu l'installation de buzzers piézoélectriques.
Une perception tactile du déclenchement de l’alerte peut également être mise en œuvre, selon un autre mode de réalisation, par l’intermédiaire de moyens aptes à générer des vibrations, installés sur l’orthèse active au contact du corps.
De façon préférée, les différents moyens d’alerte mis en œuvre sont adaptés pour donner à l’opérateur des indications pour l’amener, le cas échéant, à corriger sa posture de façon à maintenir chacun des angles adoptés par ses articulations dans des fourchettes de valeurs de confort prédéterminées.
Selon l’invention, les résultats des mesures et des calculs d’angles des articulations peuvent faire l’objet d’une analyse statistique permettant de suivre la progression et la performance de l’opérateur. Après une intervention, il est par exemple possible de rejouer, en différé, sur l’écran d’ordinateur affichant l’avatar, une vidéo représentant les gestes effectués par l’opérateur et le déclenchement d’alertes éventuelles. Ainsi, l’opérateur est en mesure de perfectionner sa pratique.
Il est à noter que le système d’orthèse active selon l’invention ne se limite pas aux modes de réalisations décrits et peut faire l’objet de variantes à la portée de l’homme du métier.
Comme déjà évoqué, le système d’orthèse active selon l’invention est notamment susceptible d’application dans de nombreux domaines techniques, et ne saurait être limité au domaine du geste réalisé par les techniciens d’insémination animalière.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système d’orthèse active, comprenant une pluralité de capteurs inertiels destinés à être répartis sur un membre supérieur, un membre inférieur, ou toute autre partie du corps humain comprenant au moins une articulation, caractérisé en ce que lesdits capteurs inertiels (1, 2, 3, 4) sont configurés pour permettre la détermination d’au moins un angle (El, E2, E3) formé par des segments de ladite partie de corps humain, autour de ladite au moins une articulation, et en ce que le système d’orthèse active comprend un dispositif d’alerte pour avertir l'utilisateur du système d’orthèse active que ledit au moins un angle (El, E2, E3) présente une valeur située en dehors d'une fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
  2. 2. Système d’orthèse active selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens logiciels pour représenter sur un écran d’ordinateur au moins ladite partie de corps humain, sous la forme d’un avatar, présentant, en temps réel, ledit au moins un angle (El, E2, E3) de ladite au moins une articulation, tel que déterminé.
  3. 3. Système d’orthèse active selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens pour présenter à l’utilisateur des indications visuelles et/ou sonores adaptées pour l’amener à corriger sa posture de façon à maintenir ledit au moins un angle (El, E2, E3) dans la fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
  4. 4. Système d’orthèse active selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens pour générer des vibrations ressenties par l’utilisateur lorsque ledit au moins un angle (El, E2, E3) passe en dehors de la fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
  5. 5. Système d’orthèse active selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de communication sans fil, par exemple conforme au standard Bluetooth, de façon à communiquer des données issues de la pluralité de capteurs (1, 2, 3, 4) à un calculateur ou de façon à communiquer des informations à l’utilisateur.
  6. 6. Système d'orthèse active selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité de capteurs inertiels (1, 2, 3, 4) comprend au moins un capteur d’au moins l’un des types suivants: accéléromètre ; gyroscope ; magnétomètre.
  7. 7. Système d'orthèse active selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque capteur inertiel (1, 2, 3, 4) de la pluralité de capteurs inertiels (1, 2, 3, 4) consiste en un module de détection neuf axes comportant à la fois un accéléromètre trois axes, un gyroscope trois axes et un magnétomètre trois axes.
  8. 8. Système d’orthèse active selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un microcontrôleur (MPU-9150).
  9. 9. Système d'orthèse active selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de corps humain est un membre supérieur, le système d’orthèse active comprenant quatre capteurs inertiels (1, 2, 3, 4) disposés respectivement au milieu du bras, au milieu de l’avant-bras, au dos de la main et au niveau du plexus, permettant de déterminer les angles de l’épaule (El, E2, E3), du coude (Cl, C2) et du poignet (PI, P2).
  10. 10. Système d'orthèse active selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens logiciels aptes à transférer au système d'orthèse active un ensemble de paramètres, ainsi qu’à collecter et traiter des informations issues de la pluralité de capteurs inertiels (1, 2, 3, 4) de manière statistique.
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