Prédiction des efforts musculaires dans le système main avant-bras (modélisation, simulation, optimisation et validation)

Abstract

Le projet SHARMES démarré en 2000 a comme objectif la réalisation d'une plateforme de simulation du système main et avant-bras. La prédiction dynamique des efforts musculaires responsables d'un geste est recherchée dans le cadre de ce projet. Après présentation du projet SHARMES donnée au début de ce manuscrit, une étude bibliographique sur les travaux de recherche dans le domaine de la réalisation d'une main robotique et de la conception d'un simulateur est ensuite développée. Le but du simulateur SHARMES est basé sur la reproduction hautement réaliste du système main et avant-bras. En effet, nous recherchons à estimer les efforts musculaires tout en respectant la condition de calcul temps-réel. A l'issue d'une étude anatomique, un modèle comportant 45 muscles et 24 degrés de liberté a été retenu. Une technique d'optimisation utilisant les multiplicateurs de Lagrange a été utilisée. La prédiction des efforts tendineux a été réalisée en temps-réel. La validation de ces efforts tendineux a nécessité le passage aux efforts musculaires. Une première approche de validation quantitative a été menée entre les activations prédites par optimisation et celles obtenues à partir des signaux EMG mesurés par des électrodes de surfaces. Ces premiers résultats ont validé l'approche adoptée dans ce travail ainsi que la modélisation développéeThe objective of the project SHARMES, started in 2000, is the realization of a simulation platform of the system: hand and forearm. The dynamic prediction of the muscle forces responsible for a given movement of the system is the aim of the work described within the framework of this project. After a brief presentation of SHARMES project given at the beginning of this manuscript, a bibliographical study on the research tasks in the field of the realization of a robot-like hand and design of a simulator are then developed. The aim of the simulator SHARMES is based on the highly realistic reproduction of the movement of the system. Indeed, we seek to estimate the muscle forces while preserving the real-time condition. After an anatomical study, the selected model comprises 45 muscles and 24 degrees of freedom. An optimization technique utilizing the Lagrange multiplier was used. The prediction of the tendon forces was carried out in real-time. The validation of these forces required the muscle forces computation. A first approach of quantitative validation was carried out between activations predicted by optimization and those obtained from EMG signals measured by surface electrodes. These first results checked the accuracy of the procedure used as well as the models developed.VERSAILLES-BU Sciences et IUT (786462101) / SudocPARIS-BIUSJ-Lab.Mécanique the (751055218) / SudocSudocFranceF