LA ROBOTIQUE ADAPTEE AU HANDICAP : DES TÉLÉMANIPULATEURS AUX EXOSQUELETTES

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1 LES RENCONTRES DU VISIATOME LA ROBOTIQUE ADAPTEE AU HANDICAP : DES TÉLÉMANIPULATEURS AUX EXOSQUELETTES PHILIPPE GARREC Les Rencontres du Visiatome Philippe Garrec 16 MAI 2013 CEA 18 OCTOBRE 2012 PAGE 1

2 LE LABORATOIRE DE ROBOTIQUE INTERACTIVE DU CEA CEA 18 OCTOBRE 2012 PAGE 2

3 INTERACTIVE ROBOTICS LABORATORY Force feedback remote handling Long range inspection 1 Remote Handling 2 Collaborative Robotics Co Manipulation Haptics Exoskeletons 3 4 Manipulation Mobile Robotics Dexterous manipulation Task planning Autonomy Trajectory control Energy management Les Rencontres du Visiatome 16 MAI 2013 PAGE 3

4 INTERACTIVE ROBOTICS LABORATORY Team : 29 Permanent 8 PhD and 2 Post doc 10 fix term contracts Resources : 30 Projects 40 % Industrials contracts 20 % Institutional Funding (ANR, Pôles compétitivité ) 20 % Europeans projects 20 % CEA Subvention Scientific et technical Production 57 Active patents 10 Patent pending in Actives licenses : AREVA NC, Haption, Cybernetix, ATI, RB3D 8 to 10 publications, 20 to 30 communications by year Les Rencontres du Visiatome 16 MAI 2013 PAGE 4

5 INTERACTIVE ROBOTICS LABORATORY Bancs d essais Les Rencontres du Visiatome 16 MAI 2013 PAGE 5

6 L ÉPOQUE DES PIONNIERS : TÉLÉMANIPULATION, ROBOTIQUE ET L INVENTION DE LA TÉLÉROBOTIQUE CEA 18 OCTOBRE 2012 PAGE 6

7 TELEMANIPULATION Invention du premier télémanipulateur maîtreesclave mécanique à retour d effort par Ray Goertz (1948) Invention du premier servomanipulateur maîtreesclave électronique à retour d effort par Ray Goertz (1954) Les Rencontres du Visiatome 16 MAI 2013 PAGE 7

8 TELEMANIPULATION MECANIQUE Télémanipulateur maîtreesclave mécanique MA11 CEA-La Calhène (1966) Dispositif original de décalage angulaire de l axe d épaule esclave par rapport au maître (augmentation du volume de travail) Brevet J. Vertut Les Rencontres du Visiatome 16 MAI 2013 PAGE 8

9 TELEMANIPULATION Qu est-ce qu un télémanipulateur? Les Rencontres du Visiatome 16 MAI 2013 PAGE 9

10 TELEMANIPULATION ELECTRO-MECANIQUE Engin mobile VIRGULE - MA22 (1972) Téléopération à électronique analogique (véhicule et bras) Double servo-manipulateurs maître-esclave MA22 à retour d effort, issu d une collaboration CEA-Brookhaven Lab. (USA) Moteurs continus à aimants terres rares Jean VERTUT Les Rencontres du Visiatome 16 MAI 2013 PAGE 10

11 TELEMANIPULATION ELECTRO-MECANIQUE Servo-manipulateur maîtreesclave MA23 (1975) Brevet CEA du MA23 incluant un dispositif original d amplification du couple par moufles (1974) Téléopération à électronique analogique Adaptation à la Téléopération Assistée par Ordinateur (>1980) Logiciel TAO1 et 2 Nombreuses applications expérience de démantèlement à l atelier AT-1 de COGEMA-Hague (AREVA NC) soudure Produit à environ 25 unités Performances du bras maître toujours d actualité. Plusieurs unités utilisées au LRI PAGE 11

12 ROBOTIQUE MEDICALE ASSISTANCE AU HANDICAPÉ Projet pilote SPARTACUS ( ) Une collaboration nationale de grande envergure : INRIA-CEA-CNRS-INSERM Un projet marquant au plan international Téléopération uni-latérale (sans retour d effort) grâce à des capteurs de mouvement de la tête Coopération avec l homme grâce à des efforts maîtrisés par la conception de type servo-manipulateur issue du MA23 Premier changeur de coordonnées temps réel (MA-T1&MA23) ouvrant la voie à la Téléopération Assistée par Ordinateur PAGE 12

13 UN PEU DE THEORIE AVANT D ALLER PLUS LOIN CEA 18 OCTOBRE 2012 PAGE 13

14 DIFFÉRENTS PRINCIPES DE COMMANDE COMMANDE EN FORCE (analogie avec un contrepoids) COMMANDE EN POSITION (analogie avec un ressort de rappel) F=-P Trajectoire program Trajectoire libre F=K P Trajectoire réelle P Ecart de position P 14

15 TÉLÉMANIPULATION AVEC OU SANS RETOUR D EFFORT COUPLAGE ELASTIQUE BI- OU UNI- LATÉRAL MASTER ARM SLAVE ARM Controller UNILATERAL COUPLING l M Vision (direct/indirect) Sd M m Sm l S Operator T K S S Sm Sd Sd Position control Mm Rappel moteur Load (weight, contact, etc.) F S MASTER ARM SLAVE ARM Retour d effort Controller BILATERAL COUPLING Position control T K M M M m M d Md Sm l M F M M m M d Rappel moteur Operator Vision (direct/indirect) T K Position control S S Sm Sd Sd Mm Rappel moteur l S Sd S m F S Load (weight, contact, etc.) 15

16 1980 DEVELOPPEMENT DE LA TELEOPERATION ASSISTEE PAR ORDINATEUR ET DE LA TELEROBOTIQUE POUR LES MILEUX HOSTILES CEA 18 OCTOBRE 2012 PAGE 16

17 ENGINS MOBILES TÉLÉOPÉRÉS CENTAURE Base mobile à 2 corps articulés asymétriques munis de chenilles Bras manipulateur Romain 125 En usage dans le parc d intervention postaccidentel INTRA Démonstration du franchissement en vrai grandeur du sas d un bâtiment réacteur PAGE 17

18 ENGINS MOBILES TÉLÉOPÉRÉS Contribution à la création du parc d intervention post-accidentel GIE INTRA (1988) PAGE 18

19 ENGINS MOBILES TÉLÉOPÉRÉS DACTARIX (1995 ) Base mobile à roues téléopérée Bras manipulateur Titan Shilling Utilisé par CEA DAM pour la récupération d engins non explosés dans le cadre de leur essais PAGE 19

20 ENGINS MOBILES Programme TELEMAN (EU) TALOS Engin multi-corps articulé Prévu pour la locomotion en environnement très contraint (bâtiments des centrales nucléaires) Version à 4 corps mue par des essieux triroues (MESSINA) PAGE 20

21 ENGINS MOBILES Programme TELEMAN (EU) - SHERPA Engin de transport hexapode à jambes télescopiques (origine Odex 3 Odetics, USA) Développements de pieds tactiles Développement de la commande de la marche «tripode alterné» Rotation angulaire, passage étroit, évitement d obstacles, rampe, escalier par la mise en œuvre de fonctions réflexes Première démonstration d un robot marcheur transporteur (200 kg) dans des centrales nucléaires (y compris sur escalier) en mode téléopéré (Chooz-B, 1993 et Trino, 1994) PAGE 21

22 ENGINS MOBILES Projet SHERPA 2 ( ) Plateforme de transport hexapode d une capacité de 300 kg pouvant déployer un manipulateur dextre à grande portée Nouvelle technologie de jambe compacte et modulaire Bras porteur modulaire redondant (contournement des obstacles) Emport d un outil de manipulation secondaire Technologie en partie exploitée sur le robot de maintenance de la chambre d expérimentation du LMJ PAGE 22

23 TÉLÉOPÉRATION MAÎTRE-ESCLAVE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR Bras esclave RD500 à retour d effort Construction étanche pour le travail en piscine Capacité de charge 500 N Retour d effort par capteurs de couple Utilisé avec le logiciel prototype TAO (assistance au suivi de trajectoires, de surfaces) Démonstration de travail sous eau Démonstration de téléopération sur environnement virtuel (vérifier Andriot) PAGE 23

24 TÉLÉOPÉRATION MAÎTRE-ESCLAVE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR Le développement du logiciel TAO 2000 au coeur des applications Un bras maître banalisé et des bras esclaves diversifiés en fonction des environnements et des tâches grâce au contrôle temps réel en coordonnées Cartésiennes De multiples fonctions d assistance sophistiquées (mécanismes virtuels, repères d observation pour le confort visuel) Plusieurs licenciés industriels ; une notoriété internationale Une conception générique, archétype d un futur standard international (ISO TC85/SC2/WG 24 Remote Handling/Telerobotics) Master arm and standard controller

25 TÉLÉOPÉRATION MAÎTRE-ESCLAVE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR Bras esclave redondant à retour d effort BRAS DEXTRE ( 1999) Manipulateur redondant à 7 axes (contournement d obstacles) Retour d effort par capteur de couple et capteur d effecteur Capacité de charge 250 N Conception modulaire Version étanche pour travail en piscine Utilisé avec le logiciel industriel TAO 2000 (assistance au suivi de trajectoires, de surfaces) Démonstration de travail en piscine PAGE 25

26 TÉLÉOPÉRATION MAÎTRE-ESCLAVE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR Bras esclave hydraulique à retour d effort MAESTRO Issu d une collaboration CEA-IFREMER- CYBERNETIX Retour d effort de haute qualité grâce à des algorithmes de commande spécifiques Version avec contrôleur durci CBND Utilisé avec le logiciel industriel TAO 2000 Intégré à l atelier pilote de qualification du démantèlement téléopéré (Marcoule) Utilisation programmée sur plusieurs chantiers de démantèlement (dont bâtiment 18 à FAR) Commercialisé par CYBERNETIX PAGE 26

27 TÉLÉOPÉRATION MAÎTRE-ESCLAVE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR Famille de bras maître à retour d effort VIRTUOSE 6D Version téléopération remplaçant le bras maître MA23 (2001) Premier bras actionné par vérins à câbles Utilisé à l usine de la Hague (RX TAO et MT200 TAO) Version haptique destinée à la simulation interactive (2002) Actionné par cabestan et réducteur Harmonic Drive Vendu dans de nombreux pays Equipe des industriels majeurs Gamme complète commercialisée par HAPTION (une spinoff du CEA) PAGE 27

28 TÉLÉOPÉRATION MAÎTRE-ESCLAVE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR Famille de bras esclave industriel à retour d effort RX Stäubli TAO Une collaboration à long terme entre CEA et AREVA NC Hague Manipulateur industriel standard Retour d effort par capteur d effort d effecteur «durci» Réducteur d ombilic par multiplexeur durci (ROC) Utilisé avec le logiciel industriel TAO 2000 (assistance au suivi de trajectoires, de surfaces, mode «robot») RX 170 a réalisé, à partir de 2005, le remplacement des galets sur 3 roues de dissolveurs à l usine de AREVA Hague Versions RX130 et RX 170 industrialisées par AREVA MECACHIMIE PAGE 28

29 TÉLÉOPÉRATION MAÎTRE-ESCLAVE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR MT200 TAO Une collaboration à long terme entre CEA et AREVA NC Hague Système remplaçant la partie maître du télémanipulateur mécanique télescopique de paroi MT200 et le transformant en un télérobot Bloc moteur esclave déconnectable à très haute réversibilité et à refroidissement forcé Bras maître Virtuose 6D Utilisé avec le logiciel industriel TAO 2000 (assistance au suivi de trajectoires, de surfaces, mode «robot») Campagne de validation de 10 mois en usage permanent sur la cellule chaude de vitrification R7 Approbation du système par la majorité des pilotes de l usine En cours d industrialisation par Getinge-La Calhène Premier système de TAO remplaçant les fonctions d un télémanipulateur mécanique télescopique en usage quotidien PAGE 29

30 TÉLÉOPÉRATION MAÎTRE-ESCLAVE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR Téléopération augmentée (supervisée) par un modèle virtuel Projet TELEMACH (téléopération sur un tunnelier) Collaboration avec Bouygues TP Exploitation de la simulation interactive dans un contexte de TAO PAGE 30

31 Au cœur de la télérobotique nucléaire : l électronique durcie Une technologie présentant de nombreux challenges en terme de modélisation de l effet des radiations sur les composants Un mix de protection et de sélection de composants résistants grâce à des essais d irradiation Des performances (10 4 Gy) maintenues grâce à un effort de recherche permanent (obsolescence des composants électroniques) Une avance du CEA aujourd hui internationalement reconnue (engins mobiles du parc INTRA, bras esclave industriel RX à l usine AREVA Hague, Bras hydraulique Maestro) Contexte porteur pour un élargissement du champ d application (démantèlement) Outdoor Robot Indoor Robot Manipulateur arm Embedded electronics modules Inspection Robot Indoor crane PAGE 31

32 LES ROBOTS MANIPULATEURS À GRAND ÉLANCEMENT APPLICATION À LA MAINTENANCE DES GRANDS INSTRUMENTS DE RECHERCHE CEA 18 OCTOBRE 2012 PAGE 32

33 ROBOTS MANIPULATEURS À GRAND ÉLANCEMENT Robot for Laser Mega Joules maintenance , Pa 120 C Inspection of large facilities trough small diameter penetration holes Marcoule 16 MAI 2013 PAGE 33

34 ROBOTS MANIPULATEURS À GRAND ÉLANCEMENT Porteur articulé AIA Essai réel TORE SUPRA (2008) Marcoule 16 MAI 2013 PAGE 34

35 ROBOTS MANIPULATEURS À GRAND ÉLANCEMENT Robot de maintenance de la chambre d expérimentation du Laser Mega Joule Conception de base CEA LIST (2004) Recette (2011) Pose automatique des panneaux dans la chambre du LMJ (2012) Marcoule 16 MAI 2013 PAGE 35

36 ROBOTIQUE MEDICALE CEA 18 OCTOBRE 2012 PAGE 37

37 DOMAINES DE RECHERCHE COUVERTS EN ROBOTIQUE MEDICALE Medical staff support devices Positioning robot for protontherapy Mobile imaging device Rehabilitation devices Exoskeleton, Haptic reeducation device Personal assistance devices Autonomous mobile robot Hand and arm for manipulation Surgical collaborative devices Maxillofacial and orthopedic surgery Gesture training platform Surgical gesture training Mini-invasive surgical devices Minimally invasive robotized instruments PAGE 38

38 ROBOTIQUE MEDICALE ASSISTANCE AU HANDICAPÉ Projet MASTER ( 1995) Concept de robot compagnon assistant une personne handicapée Démonstrateur : station de travail avec manipulateur exécutant diverses tâches de la vie quotidienne Interface Homme Machine et commande? PAGE 39

39 ASSISTANTS ROBOTIQUES POUR PERSONNE HANDICAPÉE Objectifs Développement d assistances robotiques physiques et logicielles pour compenser la perte d autonomie Saisie automatique d objets inconnus (Projets : ITEA Anso et Midas) Développement d IHM intuitives (one click) Développement d une fonction d identification d objet dans les images par vision Planification de tâches et réaction à des évènements imprévus PAGE 40

40 CHIRURGIE MINI INVASIVE : ORGANES MAITRES Objectifs Interfaces haptiques à retour d effort pour la télé-chirurgie et la formation Bras maitre de commande (Projet RNTS EndoXiRob) Piloter un robot porte endoscope et des instruments de chirurgie mini-invasive Plate forme multimodale de formation à la chirurgie maxilo-faciale en RV (Projet FP7 Skills) Développement et intégration d un prototype complet: haptique (2 bras), visuel (écran 3D avec Mocap de la tête de l utilisateur), sonore, tactile Développement d un logiciel de simulation de chirurgie osseuse Développement de premiers exercices de formation et IHM dédiée Partenaires Haption, APHP La pitié Salpêtrière, CHU Amiens, Rouen, Nantes PAGE 41

41 CHIRURGIE MINI INVASIVE : INSTRUMENTS INTRA CORPORELS Objectifs Nouveaux instruments pour la chirurgie mini-invasive MIS, SILS, NOTES (<5mm) Instruments dextres robotisés pour la laparoscopie (Projets : ANR ID2U, ITEA Mediate) Outil endoscopique porte-aiguille motorisé, partiellement jetable Instrument miniature (trocart Ø=5mm) basé sur les technologies d articulations flexibles, à actionnement partiellement localisé pour une meilleure dextérité Instrument de chirurgie intracardiaque sous imagerie échographique ou RX (Projet AS2coeur) Mise en place d un cordage valvulaire artificiel (valve mitrale) à cœur battant PAGE 42

42 CHIRURGIE MINI INVASIVE : INSTRUMENTS INTRA CORPORELS Instrument de suture semi-automatique pour vaisseaux (Projet MISS) Réalisation d anastomoses latéro-latérales pour le pontage coronarien mini-invasif et à cœur battant (validation du concept à l échelle 8:1) Objectif 3. EndoControl, Cédrat Technologies, Fraunhofer Institut IPA, UPMC ISIR, APHP La Pitié Salpétrière, Institut Mutualiste Montsouris PAGE 43

43 COBOTIQUE : CHIRURGIE ORTHOPEDIQUE SURGICOBOT La laminectomie : Un nombre d actes en augmentation corrélé avec le vieillissement de la population Un taux de complications élevé (~10%) Comment rendre la laminectomie plus sûre, plus simple, plus rapide Solutions explorées dans ANR Surgicobot Visualiser en 3D l os en cours de fraisage Protéger physiquement la moelle épinière Hôpital Pitié Salpétrière PAGE 44

44 COBOTIQUE : CHIRURGIE ORTHOPEDIQUE SURGICOBOT Un système cobotique pour sécuriser l opération intègre trois composants principaux Un cobot (robot comanipulateur) Comanipule l outil avec le chirurgien Est complètement transparent la plupart du temps Exerce si nécessaire des contraintes actives sur l outil Caractéristiques mécaniques (usinage os) F=40N, K=40N/mm Intérêt : Le chirurgien Conserve la vision directe Conserve ses sensations habituelles Conserve le pouvoir de décision PAGE 45

45 COBOTIQUE : CHIRURGIE ORTHOPEDIQUE SURGICOBOT Un système cobotique pour sécuriser l opération intègre trois composants principaux Un système de navigation précis et rapide Localise en temps réel outil, robot et vertèbre Composé de camera à 3 barrettes CCD rapides et n x 4 cibles actives sans fil à diodes infrarouge formant un référentiel rigide Précision : 0.2mm à 250Hz pour 8 diodes dans un volume de 1m 3 PAGE 46

46 COBOTIQUE : CHIRURGIE ORTHOPEDIQUE SURGICOBOT Un système cobotique pour sécuriser l opération intègre trois composants principaux Une interface interactive conviviale et un PC Scénarisent le processus complet Effectuent l ensemble des calculs géométriques Visualisent en 3D multivues l opération en cours PAGE 47

47 COBOTIQUE : CHIRURGIE ORTHOPEDIQUE SURGICOBOT Les fonctions apportées par le système Visualisation 3D de la zone opératoire Protection de zones d exclusion par effort de répulsion ou de blocage Compensation des mouvements du patient (déplacements, respiration) Guidage de l outil, suppression de son poids, des frottements Ergonomie Première prise en main Le système a été jugé efficace, «transparent» et convivial Les tâches supplémentaires (recalage, calibration) sont simples et rapides à réaliser PAGE 48

48 ROBOTS DE POSITIONNEMENT EN RADIOTHÉRAPIE INTERVENTIONELLE Objectifs Lever les verrous techniques en matière de qualité de cinématique et précision de positionnement Imageur Robotisé pour Interventions mini-invasives (Projet FUI Irimi) Conception d une base mobile holonome Performances équivalente à un bras robotisé (0,5mm précision) Solution innovante : Roue sphérique holonome, Déplacement dans toutes les directions sans réorientation préalable Petites corrections de position possibles Capacité de franchissement isotrope Simplification des trajectoires ball O nom Patent Pending FR GE Healthcare, BA Systèmes, IRCCYN PAGE 49

49 ROBOTS DE POSITIONNEMENT EN RADIOTHÉRAPIE INTERVENTIONELLE Positionnement robotisé de patient (Projet ANR Poros ) Développement d un robot pour remplacer les tables de radiothérapie Grande dextérité (6 ddl), Précision de positionnement <0.5 mm en traitement, Intégration au contrôle-commande de la salle de traitement Adaptation possible à la radiothérapie dynamique, co-manipulation. AS2I, Dosisoft, ISIR, Institut Curie PAGE 50

50 LES DÉFIS DE LA COBOTIQUE («COLLABORATIVE ROBOTIQUE») Cobotique avec un bras industriel Stäubli RX 90 et la problématique de la maîtrise de l effort et de la sécurité (2001) PAGE 51

51 LES DÉFIS DE LA COBOTIQUE Cobotique avec des manipulateurs spécialement conçus : le cobot RB3D A6.15 Fruit d un partenariat RB3D (PME, leader), et CEA Eléments de sûreté intégrés à la conception Produit aujourd hui commercialisé pour le rechapage de pneus et l ébavurage PAGE 52

52 LES DÉFIS DE LA COBOTIQUE - VERS UN BRAS ASSISTANT CAPABLE D UNE MANIPULATION FINE Projet ASSIST Objectives: Very Safe Light Weight Robot Collaborative Robot (Workspace sharing) Features: Anthropomorphic kinematics (7dof) Force / torque control without sensor High fidelity actuators Payload 3kg Intuitive programming by learning Safety: Collision detection based on dynamic model survey PAGE 53

53 LES DÉFIS DE LA COBOTIQUE VERS UN BRAS ASSISTANT CAPABLE D UNE MANIPULATION FINE Les projets de mains ABILIS (ANR) et HANDLE (EU) Main ABILIS Grand nombre d axes d articulation Capteurs tactiles en extrémité de phalange Actionnement par mini vérin à câbles Electronique entièrement intégrée Main HANDLE PAGE 54

54 EXOSQUELETTES : UNE FORME DE COBOT ABLE 7D Exosquelette du membre supérieur à retour d effort PAGE 55

55 ABLE 7D: EXOSQUELETTE DU MEMBRE SUPÉRIEUR À RETOUR D EFFORT Applications : Rééducation fonctionnelle Assistance motrice Téléopération Réalité virtuelle grand champ Performances/Spécificités : Intégrable à un dossier : environnements exigus, au domicile Contrôle en effort sans capteur d effort/haute sûreté Haute transparence (très faible résistance au mouvement) Capacité d effort comparable à l homme PAGE 56

56 Conception Technologie Actionneurs longitudinaux - Vérins à câbles Architecture anthropomorphe (7 axes), ouverte Epaule à axes obliques Avant-Bras-Poignet à structure parallèle 5 brevets ABLE 7D: EXOSQUELETTE DU MEMBRE SUPÉRIEUR À RETOUR D EFFORT Les Rencontres du Visiatome 16 MAI 2013 PAGE 57

57 EXOSQUELETTE DU MEMBRE SUPÉRIEUR À RETOUR D EFFORT Évaluation de ABLE en rééducation (Projet ANR Brahma ) pour des applications de rééducation fonctionnelle et améliorer les connaissances sur le contrôle moteur Utilisation du prototype ABLE 4 axes du CEA Préparation des expériences avec patient Validation du niveau élevé de transparence intrinsèque Evaluation de différents modes d assistance avec guidage sur les synergies naturelles. LRI 06/12/2012 PAGE 58

58 EXOSQUELETTES AMBULANTS PANORAMA MONDIAL Applications médicales: Rééducation et suppléance capacité humaines: Militaire & Civil Augmentation Lopes Hercule Lokomat Hal Hulc Xos 2 ReWalk Rex PAGE 59

59 EXOSQUELETTES AMBULANTS HERCULE Fruit d un partenariat RB3D (PME, leader), ESME-Sudria (Ecole d ingénieur) et le CEA Technologies-clés d actionnement à haut rendement et de commande issue du CEA Démonstration d assistance d une charge de 40kg dans le dos et de 13kg sur les bras Autonomie sur batterie compétitive L après Hercule : Charge utile augmentée en conservant la transparence Charge utile égale avec transparence améliorée Créer avec l industriel des exosquelettes efficaces (puissants et transparents) et sûrs PAGE 60

60 HERCULE Objectifs projet Actionnement électrique réversible Pas de capteur d intention Usage dual civil / militaire Objectifs : 40kg à 100kg charge utile et autonomie de 4 h à 5km/h Problématiques : Cinématique, points d accroche sur personne Actionneurs longeant les membres Architecture enveloppante (non «emprisonnante») Nb ddl actionnés et passifs Commande transparente : compensation poids, frottements et inertie Conception des bras Gestion de l énergie PAGE 61

61 HERCULE - CONCEPTION Cinématique des jambes à 7 degrés de liberté dont 2 actionnés Vérins à câbles pour actionner genou et hanches Liaisons avec Homme : dos et pieds Design intégré dès phase conception Conception des bras a 1 actionneur Vérin à câble unique en position dorsale Transmission fractionnée (câbles primaire/secondaire) Déploiement d une force verticale ascendante sur la main Opérateur Charge Liaison Exosquelette PAGE 62

62 HERCULE - Commande Surveillance des défauts pour garantir la sureté de fonctionnement et la sécurité d usage Etude des évènements redoutés Surveillance de l état du système Mise en sécurité en cas de défaut détecté (arrêt) Commande verticale de compensation de la masse portée Compensation de gravité du dos Compensation de gravité des segments de jambe Compensation frottements actionneurs PAGE 63

63 APPLICATIONS CIVILES ET MILITAIRES DES EXOSQUELETTES AMBULANTS PAGE 64

64 EXOSQUELETTES AMBULANTS PROJETS DE COMMANDE DIRECTE PAR LE CERVEAU (BRAIN COMPUTER INTERFACE) Aujourd hui : Commande par des signaux nerveux : EMG (électromyographie) EMG est souvent utilisée en évaluation, analyse Contrôle par EMG: HAL, ATR [Morimoto&al 2012] Demain : Commande par des signaux cérébraux : BCI Casque EEG ElectroEncephalogramme Projet MINDwalker Projet avec REX Contreras-Vidal, Houston Matrices ECoG ElectroCorticoGramme CEA/CLINATEC MultiElectrode Array Projet Exo EMY du CEA-LIST PAGE 65

65 EXOSQUELETTES AMBULANTS RECHERCHES SUR L ÉQUILIBRE: COMMENT NE PAS TOMBER? Surveiller la stabilité Développer des stratégies utilisant: - l adaptation d impédance - le placement des pieds Stabilité sans cannes: crucial pour des assistances «autonomes» pour une rééducation ambulatoire PAGE 66

66 Réalisé avec le précieux concours du service de documentation et d archive du centre CEA Fontenay-aux-Roses et en particulier de : Clémentine Markidès Gwenaëlle Clerc Fabien Bleuze Sauf mention contraire, les documents iconographiques illustrant cette présentation sont des copyright Archives CEA (CEA et Don IRSN/DEI/SARG) PAGE 67

67 PAGE 68 CEA 18 OCTOBRE 2012 Commissariat à l énergie atomique et aux énergies alternatives Institut Carnot CEA LIST Centre de Fontenay-aux-Roses 18, route du Panorama BP Fontenay-aux-RosesCedex T. +33 (0) F. +33 (0) Direction Recherche Technologique Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs Laboratoire Etablissement public à caractère industriel et commercial RCS Paris B