FR3096135A1 - Système et procédé de mesure du couple généré par une articulation - Google Patents

Abstract

Système et procédé de mesure du couple généré par une articulation. L’invention concerne le domaine des systèmes de mesure du couple généré par une articulation. L’invention décrit plus particulièrement un système de mesure d’un couple d’une articulation comprenant : un premier module 10 solidaire d’un premier segment de l’articulation, fixe par rapport à un dispositif de mise en butée 12. Lorsqu’un deuxième segment de l’articulation est en appui ou en traction sur le dispositif de mise en butée, une force d’appui ou de traction exercée par un deuxième segment de l’articulation est mesurée par un capteur de force 110, pour au moins une configuration angulaire de l’articulation. Selon l’agencement du dispositif de mise en butée 12, cette mesure peut être effectuée pour une pluralité de configuration angulaire. La présente invention permet ainsi de calculer le couple de l’articulation, voire son couple maximal, pour différentes configurations angulaire de l’articulation. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Système et procédé de mesure du couple généré par une articulation

L’invention concerne le domaine des systèmes de mesure du couple généré par une articulation, et plus particulièrement la mesure du couple d’une articulation possédant un degré de liberté en flexion et/ou en extension.

Certaines pathologies des articulations nécessitent le port d’une orthèse, un appareillage propre à assister une structure articulaire. L’orthèse vise à éviter des positions pathologiques de l’articulation, par exemple pendant une phase de réadaptation ou de repos.

De façon générale, l’orthèse est de structure rigide afin de limiter les mouvements possibles de l’articulation. L’orthèse peut ainsi fixer totalement une articulation de sorte qu’aucun mouvement de l’articulation ne soit possible. Ceci peut toutefois entrainer une gêne au quotidien pour l’utilisateur, qui se retrouve limité dans ses mouvements.

L’orthèse peut par ailleurs limiter les degrés de liberté de l’articulation. Pour cela, la rigidité de l’orthèse est adaptée de sorte que les mouvements pathologiques soient empêchés tout en conservant certains degrés de liberté de façon à permettre les mouvements non pathologiques. Dans le cas des articulations possédant un degré de liberté en flexion, il peut être avantageux de conserver ce degré de liberté tout en minimisant d’autres mouvements comme les torsions. Par exemple, une orthèse au genou peut ne permettre que la flexion et l’extension du tibia, tout en limitant les mouvements de torsion.

Plus particulièrement, lorsque l’articulation effectue un mouvement dans l’orthèse, l’orthèse génère un couple résistif qui peut être exprimé au centre de l’articulation. L’orthèse se déforme plus ou moins pour générer ce couple résistif qui a pour but de limiter les mouvements pathologiques de l’articulation. Ce couple résistif et la déformation de l’orthèse associée sont des caractéristiques intrinsèques à l’orthèse. En particulier, pour fabriquer une orthèse permettant une certaine mobilité de l’articulation, il est souhaitable que le couple résistif fourni par l’orthèse soit inférieur au couple maximal que peut générer l’articulation. Ce couple peut néanmoins varier d’un individu à un autre. En outre, ce couple peut évoluer en fonction de l’angle de flexion ou d’extension de l’articulation, et/ou en fonction du temps pendant la phase de réadaptation ou de repos. Le couple, et notamment le couple maximal, pouvant être généré par une articulation est donc à déterminer par individu, ainsi que pour différentes positions de l’articulation, voire à différents moments de la phase de réadaptation ou de repos imposée, dans le but d’obtenir une orthèse adaptée à l’individu permettant un contrôle prédéfini de ses mouvements.

Il est notamment connu du document L. Saccares, A. Brygo, I. Sarakoglou et N. G. Tsagarakis, "A novel human effort estimation method for knee assistive exoskeletons", 2017 International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR), Londres, des chaussures instrumentées propre à mesurer le couple en flexion appliqué au genou. Ces chaussures instrumentées mesurent le couple de la cheville dans le plan sagittal du corps de l’utilisateur et de la force résultante appliquée par le sol au niveau des pieds. Ces données sont utilisées pour évaluer le couple de flexion dans le genou nécessaire pour compenser une charge extérieure appliquée à un individu, induites par les masses du corps, de masses en surplus porté par l’individu et ce pour différents angles de flexion des segments distal et proximal de part et d’autre de l’articulation du genou. Ce document décrit toutefois la détermination du couple généré par le genou sous chargement, et non le couple maximal pouvant être généré par le genou. En outre, les chaussures instrumentées décrites constituent un appareillage complexe et cher.

Un objet de la présente invention est donc de proposer un système et une méthode de mesure du couple d’une articulation possédant un degré de liberté en flexion et/ou en extension qui permette des mesures utiles à la définition d’une orthèse non infiniment rigide, voire souple, adaptée aux spécificités physiologiques de chaque individu. Il serait par ailleurs souhaitable que les mesures réalisées, par mise en œuvre du système de l’invention selon le procédé associé, permettent des mesures de grandeurs physiologiques directement exploitables, en tant que paramètres, dans des modèles conçus pour simuler une orthèse ; de telles simulations pouvant être avantageusement utilisées pour valider un modèle d’orthèse en amont de sa fabrication et/ou pour déterminer des paramètres de réglage d’un modèle d’orthèse existant, de façon spécifique à un individu. En outre, il est souhaitable que le système selon l’invention soit d’un coût de fabrication, d’installation et/ou d’entretien réduit par rapport aux systèmes de l’art antérieur afin de permettre son large déploiement.

Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.

Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation la présente invention prévoit un système de mesure d’un couple d’une articulation, l’articulation comprenant un premier segment et un deuxième segment assemblés l’un à l’autre par un axe de rotation de sorte à former entre eux, dans un plan normal à l’axe de rotation, un angle articulaire appartenant à un intervalle articulaire défini entre un angle de flexion maximale et un angle d’extension maximale de l’articulation, le système comprenant :

• un premier module destiné à être solidaire du premier segment ; et
• un dispositif de mesure comprenant au moins un capteur de force et étant configuré pour calculer le couple de l’articulation en fonction de la force mesurée par le capteur.

Le système comprend en outre un dispositif de mise en butée :

• fixe par rapport au premier module de façon à être destiné à maintenir en position fixe le premier segment de l’articulation et par voie à maintenir en position fixe un centre de rotation de l’articulation par rapport au dispositif de mise en butée ; et
• agencé de façon à déterminer, lorsque le deuxième segment est en appui ou en traction sur le dispositif de mise en butée :
  • l’angle articulaire que forment entre eux les premier et deuxième segments de l’articulation; et
  • un point d’appui ou de traction entre le deuxième segment et au moins une partie du dispositif de mesure agencée pour transmettre la force d’appui ou de traction au capteur de force.

Le capteur de force du dispositif de mesure est configuré de sorte à mesurer la force d’appui ou de traction exercée par le deuxième segment sur le dispositif de mise en butée selon une direction d’application déterminée.

Le couple de l’articulation est calculé par le dispositif de mesure en fonction de la mesure de ladite force, d’une distance entre le centre de rotation et le point d’appui ou de traction de ladite force, de la direction d’application de la force, et d’un angle entre la direction d’application de la force et d’une droite passant par le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction.
La force d’appui ou de traction exercée par le deuxième segment pouvant être appliquée en flexion ou en extension, le couple en flexion ou en extension de l’articulation peut être calculé. En outre, lorsque la force d’appui ou de traction appliquée par le deuxième segment est au maximum de ce qui peut être fourni par l’articulation, la force d’appui ou de traction maximale générée par l’articulation est ainsi mesurée. Le système de mesure selon les caractéristiques précédemment énoncées permet par conséquent une détermination du couple maximal en flexion et ou en extension d’une articulation. De préférence, le deuxième segment est en appui sur le dispositif de mise en butée.

De manière facultative, l’invention peut en outre présenter au moins l’une quelconque des caractéristiques suivantes, utilisées en association ou alternativement :

• le système peut comprendre un deuxième module destiné à être solidaire du deuxième segment de l’articulation, de façon à ce que le deuxième segment soit destiné à être en appui ou en traction sur le dispositif de mise en butée via le deuxième module. En outre, le deuxième module peut ne pas être articulé au premier module, voire être disjoint du premier module ;
• chaque module peut comprendre au moins une partie rigide de forme, de préférence tubulaire, et de dimension adaptées pour y loger un segment correspondant de l’articulation, ladite partie étant de préférence agencée conjointement avec des éléments de maintien dudit segment, tel qu’un maintien par un coussin de mousse et/ou gonflable de façon à maintenir chaque segment de l'articulation ;
• les premier et deuxième modules étant disjoints l’un de l’autre, le dispositif de mesure peut être configuré pour déterminer au moins l’un parmi la position du centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction ;
• le dispositif de mesure pouvant être configuré pour déterminer au moins la position du centre de rotation de l’articulation, le dispositif de mesure peut comprendre un appareil de prise de vues et une unité de traitement d'images, et le deuxième module peut présenter un repère visuel, de préférence comprenant deux points distincts, l’appareil de prise de vues étant agencé pour prendre des images du repère visuel du deuxième module positionné en différents angles articulaires, et l’unité de traitement étant propre à traiter lesdites images pour déterminer la position du centre de rotation de l’articulation en fonction de l’évolution de la position du repère visuel d’au moins une image à une autre ;
• le dispositif de mesure étant configuré pour déterminer au moins le point d’appui ou de traction, le dispositif de mesure comprend un appareil de prise de vues et une unité de traitement d'images, l’appareil de prise de vues étant agencé pour prendre au moins une image du deuxième segment de l’articulation et du dispositif de mise en butée pour un angle articulaire, et l’unité de traitement étant propre à traiter l’au moins une image pour déterminer la position du point d’appui ou de traction de l’articulation, en fonction de la position relative du deuxième segment de l’articulation et du dispositif de mise en butée.
• le dispositif de mesure peut comprendre en outre une coulisse sensiblement disposée dans la direction d’application de la force d’appui ou de traction et une tige configurée pour coulisser étroitement dans la coulisse, la coulisse et la tige étant agencées conjointement avec le capteur de force de sorte que la tige transmette, au capteur de force, par une première de ses extrémités, la force d’appui ou de traction appliquée sur son autre extrémité, jouant le rôle de point d’appui ou de traction de ladite force. Selon ce mode de réalisation particulier, le capteur de force n’est pas directement sollicité par le deuxième module. La force d’appui ou de traction appliquée par le deuxième module est transmise au capteur de force par l’intermédiaire de la tige. Celle-ci étant maintenue par la coulisse dans la direction d’application de la force d’appui ou de traction que l’on souhaite mesurée, les éventuelles composantes tangentielles de cette force, telles que les composantes de cisaillement, pouvant s’appliquer au capteur de force, sont minimisées, voire annulées. C’est la composante normale de la force d’appui ou de traction appliquée qui est ainsi mesurée. Par conséquent, la mesure du couple généré par l’articulation est plus exacte. En outre, la minimisation des composantes tangentielles est réalisée de façon passive. L’articulation n’est pas contrainte par un mécanisme actif pour minimiser ces composantes tangentielles. Cette minimisation est par conséquent réalisée à moindre coût. Par ailleurs, le point d’appui ou de traction, ou de façon équivalente le point d’application de la force par le second module sur le capteur de force est précisément défini puisqu’il est matérialisé ici par l’extrémité de la tige sur laquelle la force d’appui ou de traction est appliquée. La mesure de la distance entre le centre de rotation de l’articulation et le point d’application de la force est ainsi facilitée et plus rigoureuse. Par conséquent, l’on obtient une mesure plus précise du couple généré par l’articulation ;
• le dispositif de mise en butée peut comprendre un cadre rigide, ledit cadre comprenant au moins une portion en arc de cercle, et une projection de butée supportée par ladite portion en arc de cercle et configurée, conjointement avec ladite portion en arc de cercle, pour définir une surface de butée sur ou à partir de laquelle la force d’appui ou de traction est destinée à être exercée. Le premier module peut en outre être fixé audit cadre rigide ;
• la portion en arc de cercle du cadre rigide peut sensiblement être centrée relativement au centre de rotation de l’articulation, et être d’un rayon sensiblement supérieur à la distance entre le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction, et s’étendre angulairement au moins sur ledit intervalle articulaire. La projection de butée peut s’étendre sensiblement radialement vers le centre de ladite portion en arc de cercle ;
• la projection de butée peut être amovible de la portion en arc de cercle du cadre rigide, et comprendre un dispositif de fixation de la projection de butée sur ladite portion en arc de cercle, le dispositif de fixation, la projection de butée et ladite portion en arc de cercle étant configurés conjointement entre eux de sorte que la projection de butée puisse être fixée par le dispositif de fixation selon différentes configurations angulaires sur la portion en arc de cercle. Ainsi, le réglage de la position du dispositif de mise en butée dans plusieurs configurations angulaires dans l’intervalle de limites articulaires permet de calculer le couple généré par l’articulation pour plusieurs configurations angulaires de l’articulation.
• au moins une partie du dispositif de mesure, et en particulier le capteur de force du dispositif de mesure, peut être adjointe à la projection de butée et configurée, conjointement avec la projection de butée, de sorte que la force d’appui ou de traction soit destinée à être appliquée sur la surface de butée sensiblement perpendiculairement à la droite passant par le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction. L’angle entre la direction d’application de ladite force et la droite passant par le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction, peut ainsi être sensiblement égal à 90°. Le sinus de cet angle est alors sensiblement égal à 1. Dès lors, le couple généré par l’articulation est potentiellement déterminé par le seul produit de la distance entre le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction, et de la valeur mesurée par le capteur de force.
• au moins une partie du dispositif de mesure, et en particulier le capteur de force du dispositif de mesure, peut être adjointe à la projection de butée, et configurée, conjointement avec la projection de butée, de façon à pouvoir régler la distance entre ladite au moins une partie du dispositif de mesure, et plus particulièrement le capteur de force, et le centre de rotation de l’articulation. Le dispositif peut ainsi être adapté à différentes longueurs du premier et/ou du second segment de l’articulation, pouvant varier selon les individus, pour une même longueur du deuxième module. Un seul système peut ainsi permettre la mesure du couple généré par l’articulation de plusieurs individus présentant entre eux des longueurs de segments d’articulation différentes ou dont les articulations peuvent générer des couples de différentes ampleurs.

Un autre aspect de la présente invention concerne un procédé de mesure du couple d’une articulation, l’articulation comprenant un premier segment et un deuxième segment assemblés l’un à l’autre par un axe de rotation de sorte à former entre eux, dans un plan normal à l’axe de rotation, un angle articulaire appartenant à un intervalle défini entre un angle de flexion maximale et un angle d’extension maximale de l’articulation, le procédé mettant en œuvre un système de mesure tel qu’introduit ci-dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

• placer le dispositif de mise en butée, de façon fixe par rapport au premier module de façon à maintenir en position fixe le premier segment de l’articulation et par voie à maintenir en position fixe un centre de rotation de l’articulation par rapport au dispositif de mise en butée ;
• lorsque le deuxième segment est en appui ou en traction sur le dispositif de mise en butée :
  • déterminer l’angle articulaire que forment entre eux les premier et deuxième segments de l’articulation ;
  • déterminer un point d’appui ou de traction du deuxième segment sur le capteur de force du dispositif de mesure ;
  • appliquer une force d’appui ou de traction par le deuxième segment sur le dispositif de mise en butée selon une direction d’application déterminée ;
• mesurer ladite force d’appui ou de traction par le capteur de force du dispositif de mesure, ledit capteur étant configuré de sorte à mesurer la force d’appui ou de traction exercée en flexion ou en extension par le deuxième segment ;
• calculer, par le dispositif de mesure, le couple généré par l’articulation en fonction de la mesure de ladite force, d’une distance entre le centre de rotation et le point d’appui ou de traction, de la direction d’application de ladite force, et de l’angle entre la direction d’application de la force et la droite passant par le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction.

Le procédé selon l’invention présente les avantages du système de mesure du couple précédemment décrit. En outre, la force d’appui ou de traction pouvant être exercée en flexion ou en extension, ce procédé permet de calculer le couple en flexion ou en extension de l’articulation.

De manière facultative, le procédé selon l’invention peut en outre présenter au moins l’une quelconque des caractéristiques suivantes, utilisées en association ou alternativement.

Le système comprenant en outre un deuxième module destiné à être solidaire du deuxième segment de l’articulation, de façon à ce que le deuxième segment soit destiné à être en appui ou en traction sur le dispositif de mise en butée via le deuxième module, la force appliquée par le deuxième segment peut être transmise par le deuxième module au dispositif de mesure. En outre, le deuxième module peut ne pas être articulé au premier module, voire être disjoint du premier module.

Les premier et deuxième modules du système étant disjoints l’un de l’autre, le procédé peut comprendre en outre une étape d’identification d’au moins l’un parmi la position du centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction. Cette étape peut être effectuée par le dispositif de mesure. Les dimensions des premier et deuxième segments de l’articulation pouvant varier entre individus, le procédé selon cette caractéristique est ainsi transposable d’un individu à un autre, car les premier et deuxième modules ne sont pas contraints par une solidarisation en rotation, qui fixerait le centre de rotation de l’articulation. Le procédé permet ainsi la mesure du couple généré par l’articulation de n’importe quel individu.

Le dispositif de mesure comprenant un appareil de prise de vues et une unité de traitement d'images, et le deuxième module présentant un repère visuel, de préférence comprenant deux points distincts, l’appareil de prise de vues étant agencé pour prendre des images du repère visuel du deuxième module positionné en différents angles articulaires et l’unité de traitement étant propre à traiter lesdites images, le procédé peut en outre comprendre une étape de détermination de la position du centre de rotation de l’articulation en fonction de l’évolution de la position du repère visuel d’au moins une image à une autre, lors d’au moins un mouvement de flexion ou d’extension de l’articulation, voire une succession de flexions et d’extension de l’articulation. Le centre de rotation peut être déterminé pour chaque configuration angulaire de flexion et/ou d’extension de l’articulation.

Le dispositif de mise en butée comprenant un cadre rigide, ledit cadre comprenant au moins une portion en arc de cercle, et une projection de butée supportée par ladite portion en arc de cercle et configurée, conjointement avec ladite portion en arc de cercle, pour définir une surface de butée, ladite force peut être appliquée sur ou à partir de ladite surface de butée.

Ladite au moins une portion en arc de cercle étant sensiblement centrée relativement au centre de rotation de l’articulation, et d’un rayon sensiblement supérieur à la distance entre le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction et s’étendant angulairement au moins sur ledit intervalle articulaire, la projection de butée et la portion en arc de cercle du cadre rigide étant configurées conjointement entre elles de sorte que la projection de butée puisse être fixée par le dispositif de fixation selon différentes configurations angulaires sur ladite portion en arc de cercle, le procédé peut en outre comprendre une étape de déplacement du dispositif de mise en butée, entre au moins deux mesures de ladite force, de sorte que la mesure de ladite force soit effectuée pour au moins deux configurations angulaires différentes entre elles.

Le dispositif de mise en butée peut en outre être séquentiellement placé en une pluralité de configurations angulaires dans l’intervalle articulaire, préférentiellement entre 10° et 120°, de façon à mesurer ladite force en une pluralité de configurations angulaires. Ainsi, le couple généré par l’articulation peut être déterminé pour l’ensemble des configurations angulaires de flexion et/ou d’extension de l’articulation.

Au moins une partie du dispositif de mesure, et en particulier le capteur de force du dispositif de mesure, étant adjointe à la projection de butée et configurée, conjointement avec la projection de butée, de sorte que la force d’appui ou de traction soit destinée à être appliquée sur ou à partir de la surface de butée sensiblement perpendiculairement à la droite passant par le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction, le couple généré par l’articulation peut être calculé par le seul produit de la distance entre le centre de rotation de l’articulation et le point d’appui ou de traction, et de la valeur mesurée par le capteur de force. Il n’est ainsi pas nécessaire de prendre en compte l’angle entre la direction d’application de la force et la direction du deuxième segment de l’articulation, simplifiant ainsi le procédé de mesure du couple de l’articulation.

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :

représente une vue d’ensemble du système de mesure d’un couple d’une articulation selon un mode de réalisation de l’invention.

et [Fig. 2B] représentent une vue en perspective respectivement des premier et deuxième modules et de leur élément de maintien, selon un mode de réalisation de l’invention.

représente une vue en éclaté, en perspective et du dessus, d’au moins une partie du dispositif de mesure selon un mode de réalisation de l’invention.

représente une vue assemblée, en perspective et du dessus, d’au moins une partie du dispositif de mesure selon un mode de réalisation de l’invention.

représente une vue schématique de l’application d’une force d’appui par le deuxième segment de l’articulation, utilisant le système de mesure d’un couple d’une articulation selon un mode de réalisation de l’invention.

représente une vue schématique illustrant l’étape d’identification du centre de rotation de l’articulation utilisant le système de mesure selon un mode de réalisation de l’invention.

illustre les étapes du procédé de mesure d’un couple d’une articulation selon un mode de réalisation de l’invention.

Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions relatives des pièces peuvent être modifiées, par exemple pour être adaptée à différentes articulations ayant un degré de liberté en flexion et/ou en extension, telles qu’un doigt, un coude, un genou ou une cheville.

Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, le terme « articulation » désigne une jonction mécanique d’un corps permettant un mouvement angulaire entre deux segments. Plus particulièrement, cette jonction est un assemblage de deux segments par un élément de liaison, permettant un déplacement angulaire relatif des deux segments assemblés. Parmi les deux segments, l’un peut être proximal et l’autre distal.

On entend par « flexion » une action destinée à rapprocher deux segments anatomiquement articulés, pour au moins tendre à fermer l'angle qu'elles forment.

On entend par « extension » une action destinée à éloigner deux segments anatomiquement articulés, pour au moins tendre à ouvrir l'angle qu'elles forment.

On entend par « solidaire » le fait que deux éléments soient reliés fonctionnellement, et plus particulièrement que le mouvement d’un élément entraine le mouvement d’un deuxième élément.

Lorsqu’un élément est « en appui » sur un deuxième élément, il est entendu que le premier élément se maintient dans une position déterminée par le deuxième élément. La notion d’appui dans le cadre de la présente invention n’implique pas nécessairement un contact direct entre ces deux éléments. Par exemple, un troisième élément peut jouer un rôle d’intermédiaire dans l’appui du premier élément sur le deuxième.

Le système 1 de mesure est destiné à mesurer un couple pouvant être généré par une articulation 2. Plus particulièrement, le système 1 de mesure d’un couple est destiné à mesurer le couple d’une articulation 2 possédant un degré de liberté en flexion et/ou en extension, voire possédant uniquement un degré de liberté en flexion et/ou en extension. Par exemple, l’articulation possédant un degré de liberté en flexion est l’articulation du genou, de la cheville, du coude ou une articulation du doigt. L’articulation du doigt peut plus particulièrement être l’articulation interphalangienne proximale.

L’articulation 2 comprend un premier segment 20 et un deuxième segment 21, assemblés l’un à l’autre notamment par un axe de rotation, définissant un centre de rotation 22 de l’articulation 2. Ainsi, un angle articulaire est formé entre les premier 20 et deuxième 21 segments, dans un plan normal à l’axe de rotation de l’articulation 2. Cet angle articulaire appartient à un intervalle articulaire, pouvant être défini entre un angle de flexion maximale et un angle d’extension maximale de l’articulation. Lors d’un mouvement de flexion ou d’extension de l’articulation contre un objet, par exemple sur une butée ou dans une orthèse, l’articulation 2 génère un couple, correspondant à l’effort en rotation des premier 20 et deuxième 21 segments, ou de l’un par rapport à l’autre, généré par l’articulation 2. Lorsque les premier 20 et deuxième 21 segments de l’articulation 2 sont en position fixe, par exemple le premier segment 20 est maintenu fixe et le deuxième segment 21 est en mis en butée, que ce soit en appui ou en traction, un effort en rotation en flexion ou en extension peut être exercé par l’articulation. Le couple généré par l’articulation est alors désigné couple statique. Dans la suite, on se réfère au mode de réalisation particulier où le deuxième segment 21 est destiné à être mis en butée en étant en appui sur une butée.

Un exemple du système 1 de mesure d’un couple d’une articulation est décrit en détail en référence aux figures 1 à 3B. Le système 1 comprend un premier module 10, destiné à être solidaire d’un premier segment 20 de l’articulation 2, par exemple du segment proximal. Le système 1 comprend en outre un dispositif de mise en butée 12, configuré de façon à être fixe par rapport au premier module 10, dans une configuration angulaire correspondant à un angle articulaire de l’articulation 2. Le dispositif de mise en butée 12 est destiné à maintenir en position fixe le premier module 10, et par voie le premier segment 20 de l’articulation 2. Le centre de rotation 22 de l’articulation étant fixe par rapport au premier segment 20, le centre de rotation 22 de l’articulation 2 est maintenu en position fixe par rapport au dispositif de mise en butée 12.

Le dispositif de mise en butée 12 est par ailleurs destiné à définir une configuration angulaire du deuxième segment 21 par rapport au premier segment 20 de l’articulation, les premier 20 et le deuxième 21 segments formant un angle articulaire, dans l’intervalle articulaire de l’articulation 2. Plus particulièrement, le deuxième segment 21 de l’articulation 2 est destiné à être en appui sur le dispositif de mise en butée 12, de façon à exercer une force d’appui sur le système 1 de mesure, selon une direction d’application déterminée et dans une configuration angulaire déterminée. Pour mesurer cette force d’appui, un dispositif de mesure 11 est configuré conjointement avec le dispositif de mise en butée 12. Plus particulièrement, le dispositif de mesure 11 comprend un capteur 110, propre à mesurer la force d’appui exercée par le deuxième segment 21 de l’articulation 2.

La force d’appui peut être exercée par ce deuxième segment 21, selon un mouvement permis par le ou les degrés de liberté de l’articulation. Plus particulièrement, pour une articulation 2 comprenant un degré de liberté en flexion et/ou en extension, cette force d’appui peut être exercée par un mouvement de flexion ou d’extension de l’articulation 2. Pour cela, le dispositif de mise en butée 12 peut être agencé de façon à être placé dans la direction de flexion ou d’extension de l’articulation 2, lorsque le deuxième segment 21 est en appui sur le dispositif de mise en butée 12.

En outre, lorsque le deuxième segment 21 est en appui sur le dispositif de mise en butée 12, ce dispositif de mise en butée 12 est agencé de façon à pouvoir déterminer, d’une part, l’angle articulaire formé par les premier 20 et deuxième 21 segments de l’articulation 2, et, d’autre part, le point d’appui 23 du deuxième segment 21 sur le capteur de force 110 du dispositif de mesure 11.

De par la configuration du système 1 précédemment décrite, le centre de rotation 22 de l’articulation 2, la direction d’application de la force d’appui, le point d’appui 23, ainsi que la mesure de cette force peuvent être déterminés. Grâce à cela, le couple de l’articulation peut être calculé par le dispositif de mesure 11, le couple étant égal au produit vectoriel suivant [Math. 1] :

Où le vecteur D est le vecteur entre le centre de rotation 22 de l’articulation 2 et le point d’appui 23, et où le vecteur F est la force appliquée par le second segment 21.

Le couple de l’articulation 2 peut être mesuré par le système de mesure selon l’invention en effectuant le produit de la norme du vecteur D, correspondant à la distance entre le centre de rotation 22 de l’articulation 2 et le point d’appui 23, et de la norme du vecteur F, correspondant à la mesure de la force effectuée par le capteur de force 110, et le sinus de l’angle A. L’angle A correspond à l’angle entre la direction d’application de la force d’appui et la droite passant par le centre de rotation 22 de l’articulation 2 et le point d’appui 23.

Dans le système de mesure 1 selon l’invention, le premier segment 20 de l’articulation 2 étant fixe par rapport au dispositif de mise en butée 12, et le deuxième segment 21 de l’articulation 2 étant en appui sur le dispositif de mise en butée 12, lorsque la force d’appui exercée par ce deuxième segment 21 est au maximum de ce qui peut être fourni par l’articulation, le capteur de force 110 mesure la force d’appui maximale pouvant être générée par l’articulation, dans la configuration angulaire définie par le dispositif de mise en butée 12. Ainsi, le couple maximal en flexion ou en extension de l’articulation 2 peut être calculé pour au moins une configuration angulaire.

Le système 1 de mesure peut en outre comprendre un deuxième module 13, destiné à être solidaire du deuxième segment 21 de l’articulation. Ce deuxième module peut être relié au premier module 10, par exemple par le biais d’une articulation exosquelettique. Selon cet exemple, non illustré dans les figures, le centre de rotation entre les premier 10 et deuxième 13 modules est défini par leur articulation. Par voie de conséquence, le centre de rotation 22 de l’articulation 2 est également défini. Ainsi, non seulement le centre de rotation 22 de l’articulation 2 est maintenu en position fixe par rapport au dispositif de mise en butée, mais la position de ce centre de rotation 22 est en outre prédéterminée pour le calcul du couple de l’articulation 2.

Préférentiellement, le deuxième module 13 n’est pas articulé au premier module 10, voire les premier 10 et deuxième 13 modules sont disjoints, tel qu’illustré en figure 1. Selon cet exemple, chaque module est solidaire de son segment d’articulation respectif, mais la position du centre de rotation 22 de l’articulation 2 n’est pas nécessairement prédéfini. Le dispositif de mesure 11 peut alors être configuré pour déterminer la position du centre de rotation 22 d’articulation 2.

Selon un mode de réalisation préférentiel, le deuxième module 13 présente au moins un repère visuel 130, et de préférence deux repères visuels, tels que les deux points 130 représentés en figure 1. Le dispositif de mesure 11 peut en outre comprendre un appareil de prise de vue et une unité de traitement d’images. En positionnant le deuxième module 13 de façon à former différents angles articulaires par rapport au premier module 10, par exemple au moins deux angles, de préférence une multitude d’angles, l’appareil de prise de vues peut prendre des images du repère visuel 130 dans différentes configurations angulaires de l’articulation 2. L’unité de traitement d’images peut traiter les images prises pour déterminer la position du centre de rotation 22 de l’articulation 2, en fonction de l’évolution de la position du repère visuel 130 d’une image à une autre.

Par ailleurs, le deuxième module 13 peut être configuré de façon à transmettre la force d’appui exercée par le deuxième segment 21 de l’articulation 2 soit transmise au capteur de force 110. Pour cela, le deuxième module 13 peut être en appui sur le dispositif de mise en butée 12. Le point d’appui 23 peut être le point de contact entre le deuxième module et une partie du dispositif de mesure 11, par exemple le capteur de force 110.

Le dispositif de mesure 11 peut en outre être configuré pour déterminer la position du point d’appui 23, que cette force soit appliquée par le deuxième segment 21 de l’articulation ou par le biais du deuxième module 13. Pour cela, le dispositif de mesure peut comprendre un appareil de prise de vue et une unité de traitement d’images. L’appareil de prise de vues peut être agencé pour prendre au moins une image du deuxième segment de l’articulation et du dispositif de mise en butée pour un angle articulaire, lorsque le deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire le deuxième module 13, est en butée sur le dispositif de mise en butée 12. Dès lors, l’unité de traitement peut être propre à traiter cette image pour déterminer la position du point d’appui 23, par exemple en déterminant le point de contact entre le deuxième module 13 et le capteur de force 110. Notons qu’un même appareil de prises de vues peut être utilisé pour identifier le centre de rotation 22 de l’articulation 2 et le point d’appui 23.

De façon alternative, on peut prévoir que le premier module 10 présente au moins un repère visuel, non illustré par les figures. La position du centre de rotation 22 de l’articulation 2 peut ainsi être déterminée par rapport au repère visuel du premier module 10, par exemple par un premier appareil de prise de vue. La position du point d’appui 23 peut être déterminée par rapport au repère visuel du premier module 10, par exemple en déterminant la position du capteur de force 110 par rapport à ce repère visuel, par le premier appareil de prise de vue, ou un deuxième appareil de prise de vue, ou encore en fonction des dimensions du système de mesure 1, et plus particulièrement en fonction des dimensions du dispositif de mise en butée 12.

Selon les caractéristiques précédemment décrites, le système 1 de mesure selon l’invention permet de calculer le couple de l’articulation 2, voire son couple maximal, dans au moins une configuration angulaire de l’articulation 2. En outre, le système de mesure 1 peut être configuré de façon à permettre le calcul de ce couple pour au moins deux configurations angulaires de l’articulation, voire une pluralité de configurations angulaires. Pour cela, le dispositif de mise en butée 12 comprend un cadre rigide 120, et une projection de butée 121. Le cadre rigide 120 et la projection de butée 121 peuvent être conjointement configurés de façon à définir une surface de butée 122, sur laquelle la force d’appui est destinée à être exercée. Le cadre rigide 120 peut, de plus, être configuré pour permettre plusieurs placements de la projection de butée 121, de façon à ce que les premier 20 et deuxième 21 segments de l’articulation 2, voire les premier 10 et deuxième 13 modules, soit placés l’un par rapport à l’autre dans plusieurs configurations angulaires, lorsque le deuxième segment 21, voire le deuxième module 13, est en appui sur le dispositif de mise en butée 12, et plus particulièrement sur la surface de butée 122. Ainsi, le couple de l’articulation 2, voire son couple maximal, peut être déterminé pour plusieurs configurations angulaires de l’articulation 2.

Un exemple structurel du cadre rigide 120 du dispositif de butée 12, et de sa coopération avec la projection de butée 121 et les premier 10 et deuxième 12 modules est maintenant décrit en détail, en référence à la figure 1. Selon cet exemple, le cadre rigide 120 comprend au moins une portion en arc de cercle 1201, sensiblement centrée relativement au centre de rotation 22 de l’articulation 2. Cette portion en arc de cercle 1201 est d’un rayon sensiblement supérieur à la distance entre le centre de rotation 22 de l’articulation et l’extrémité distale du deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire l’extrémité distale du deuxième module 13 lorsque que ce module 13 est porté sur ce deuxième segment 21. Cette portion en arc de cercle 1201 peut s’étendre dans le plan d’un mouvement de flexion et/ou d’extension de l’articulation 2. En outre, cette portion en arc de cercle 1201 s’étend sur au moins une partie de l’intervalle articulaire de l’articulation 2, et de préférence au moins sur cet intervalle articulaire. Ainsi, le couple de l’articulation 2, voire son couple maximal, peut être déterminé pour une pluralité de configurations angulaires sur l’intervalle articulaire de l’articulation 2.

La portion en arc de cercle 1201 du cadre rigide 120 est configurée pour coopérer avec la projection de butée 121 et pour permettre le placement de la projection de butée 121 de façon à définir plusieurs configurations angulaires de l’articulation 2. La projection de butée 121 peut ainsi être mobile au moins le long de la portion en arc de cercle 1201. Selon l’exemple illustré en figure 1, la projection de butée 121 comprend un socle 1210 de forme complémentaire à la face intérieure de la portion en arc de cercle 1201. Selon cet exemple, la face intérieure de la portion en arc de cercle 1201 présente une crénelure. Un dispositif de fixation 123 peut en outre permettre de fixer la projection de butée 121 à la portion en arc de cercle 1201 de façon à définir une configuration angulaire. Selon l’exemple illustré en figure 1, et notamment dans le détail B de la figure 1, le dispositif de fixation 123 comprend un axe de fixation 1230 dont une première portion, voire une première extrémité, comprend au moins un ergot 1231, par exemple deux ergots 1231, disposés perpendiculairement à l’axe de fixation 1230, et destinés à être placés dans au moins un creux 1211, par exemple deux creux 1211, du socle 1210. La deuxième extrémité de l’axe de fixation 1230 peut comprendre un levier de serrage 1232, propre à maintenir l’au moins un ergot 1231 dans l’au moins un creux 1211, permettant ainsi de maintenir la projection de butée 121 en position.

Par ailleurs, pour définir la surface de butée 122, la projection de butée 121 s’étend préférentiellement sensiblement radialement vers le centre de la portion en arc de cercle 1201. Au moins une partie du dispositif de mesure, et plus particulièrement le capteur d’effort 110, peut être adjoint à la projection de butée 121, de sorte que la force d’appui exercée par le deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire le deuxième module 13, soit appliquée sur la surface de butée 122 sensiblement perpendiculairement à la droite passant par le centre de rotation 22 de l’articulation et le point d’appui 23. Dès lors, l’angle entre la direction d’application de ladite force et la droite passant par le centre de rotation 22 de l’articulation 2 et le point d’appui 23, est sensiblement égal à 90°, et son sinus sensiblement égal à 1. Le couple généré par l’articulation est par conséquent potentiellement déterminé par le seul produit de la distance entre le centre de rotation 22 de l’articulation 2 et le point d’appui 23, et de la valeur mesurée par le capteur de force.

Selon l’exemple illustré en figure 1, la portion de la projection de butée 121, s’étendant sensiblement radialement vers le centre de la portion en arc de cercle 1201, peut comprendre deux parties projetées 1212, sensiblement parallèles entre elles. Les deux parties projetées 1212 définissent ainsi un espace, propre à accueillir au moins une partie du dispositif de mesure 11, et notamment le capteur de force 110, orienté de façon à ce que la force d’appui soit appliquée sensiblement perpendiculairement sur le capteur de force 110.

Par ailleurs, la projection de butée 121 peut s’étendre préférentiellement sensiblement radialement vers le centre de la portion en arc de cercle 1201 de façon à pouvoir régler la distance entre l’au moins une partie du dispositif de mesure 11, et plus particulièrement le capteur de force 110, et le centre de rotation de l’articulation 22. Cette partie du dispositif de mesure 11 peut ainsi être déplacée le long de la projection de butée 121, de sorte que le système de mesure 1 soit adapté à différentes longueurs du second segment 21 de l’articulation 2, pouvant varier selon les individus, pour une même longueur du deuxième module 13. Pour cela, l’au moins une partie du dispositif de mesure 11, adjointe à la projection de butée 121 du dispositif de mise en butée 12, peut être préformée d’une surface crantée 113 complémentaire d’une surface crantée 1220 préformée sur la surface de butée 122 de la projection de butée 121. Ce mode de réalisation particulier permet également de stabiliser le dispositif de mesure 11, lors de l’application de la force en flexion ou en extension par le deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire par le deuxième module 13. Afin d’adapter le système 1 de mesure à différentes longueurs du second segment 21 de l’articulation 2, on peut prévoir de façon équivalente d’utiliser des deuxièmes modules 13 de longueurs différentes selon les individus.

Le cadre rigide 120 peut en outre être fixé sur un support, non représenté sur les figures. Ce support peut par exemple être un support vertical. La fixation du cadre rigide 120 sur ce support peut être réalisée par des moyens de fixation connus de l’homme du métier, tels que des pinces de serrage ou par vissage. Le cadre rigide 120 est préférentiellement réalisé dans un matériau rigide, composite ou non, propre à supporter l’effort maximal pouvant être généré par l’articulation 2, et à ne pas se déformer lors de l’application de la force en flexion ou en extension. Par exemple, le cadre rigide est en plastique dur de type plexiglas ou en métal, tel que l’acier inoxydable.

Selon l’exemple illustré par la figure 1, le premier module 10 peut être fixé au dispositif de mise en butée 12, et plus particulièrement au cadre rigide 120. Selon cet exemple, le premier module 10 est inclus dans une portion du cadre rigide 120, de façon à le maintenir en position fixe par rapport au dispositif de mise en butée 12. On peut en outre prévoir que le premier module 10 comprenne une projection, non représentée sur les figures, s’étendant longitudinalement par rapport à l’axe longitudinal du premier segment 20 de l’articulation 2, et destinée à soutenir ce premier segment 20.

Pour que les premier 10 et deuxième 13 modules soient solidaires respectivement des premier 20 et deuxième 21 segments de l’articulation, tel qu’illustré en figure 4, chaque module 10, 13 comprend au moins une partie rigide de forme 101,131, de préférence tubulaire, et de dimensions adaptées pour loger dans cette partie rigide le segment correspondant de l’articulation 2. En référence à la figure 2, cette partie rigide de forme 101,131 est de préférence agencée conjointement avec au moins un élément de maintien 102, 132 de ce segment d’articulation 2. Par exemple, un coussin de mousse et/ou gonflable 102, 132 peut être intercalé entre cette partie rigide et le segment d’articulation 2, de façon à maintenir chaque segment d’articulation 2 dans chaque module. De façon équivalente, l’élément de maintien 102, 132 peut être un moulage du segment de l’articulation 2, par exemple réalisé de façon spécifique pour chaque individu. Ainsi, les premier 10 et deuxième 13 modules peuvent être adaptés pour accommoder une variation dans les dimensions des premier 20 et deuxième 21 segments de l’articulation 2, par exemple entre différents individus, le jeu entre chaque segment et la partie rigide 101, 131 de chaque module pouvant être compensé par l’élément de maintien 102, 132. De façon équivalente, on peut prévoir d’utiliser des premier 10 et deuxième 13 modules différents selon les individus, et notamment dont la partie rigide 101, 131 est de forme et de dimensions adaptées pour un groupe d’individus, voire pour chaque individu.

Chaque module peut être au moins en partie réalisé à partir d’un matériau ne se déformant pas lorsque la force d’appui est exercée, comme pour le cadre rigide 120. Plus particulièrement, le deuxième module 13 réalisé à partir d’un matériau ne se déformant pas lorsque la force d’appui est exercée, tout en restant assez léger pour ne pas gêner l’individu lors de l’application de cette force, afin d’éviter de perturber la mesure. Par exemple, le deuxième module est au moins en partie réalisé à partir d’un matériau plastique tel que l’acide polylactique.

Une description de l’au moins une partie du dispositif de mesure 11 propre à mesurer la force d’appui est maintenant décrite en référence aux figures 3A et 3B. Dans le système de mesure 1 selon invention, le dispositif de mesure 11 est de préférence configuré pour mesurer la composante normale de la force d’appui exercée par le deuxième segment 21 de l’articulation. Pour cela, cette partie du dispositif de mesure 11 peut comprendre trois parties, tel qu’illustré en figure 3A : le capteur de force 110, une tige 112, et une troisième partie comprenant une coulisse 111 et de préférence la surface crantée 113. La coulisse 111 peut être disposée sensiblement dans la direction d’application de la force d’appui, et configurée pour accueillir en translation la tige 112, de sorte que la tige 112 coulisse étroitement dans la coulisse 111, tel qu’illustré en figure 3B. La coulisse 111 et la tige 112 sont de plus agencées conjointement avec le capteur de force 110, de sorte que, lorsque la force d’appui est exercée, cette force soit transmise par le biais de la tige 112 au capteur de force 110. Pour cela, la deuxième extrémité 1121 de la tige 112 peut être destinée à s’insérer dans une rainure 1030 s’étendant longitudinalement sur la surface extérieure 103 du premier module 13, la rainure 133 étant décrite en référence à la figure 2B. De façon équivalente, on peut prévoir que la deuxième extrémité 1121 de la tige 112 soit en contact avec le deuxième segment 21 de l’articulation 2. La deuxième extrémité 1121 de la tige 112 étant en contact avec le deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire le deuxième module 13, le point d’appui 23 est précisément défini puisqu’il est matérialisé par l’extrémité de la tige 1121. La mesure de la distance entre le centre de rotation 22 de l’articulation et le point d’appui 23 est ainsi facilitée et plus rigoureuse. Par conséquent, l’on obtient une mesure plus précise du couple généré par l’articulation 2.

Lorsque la force d’appui est exercée par le deuxième segment 21 de l’articulation, voire par le deuxième module 13, sur la deuxième extrémité 1121 de la tige 112, cette force peut être transmise au capteur de force 110 par le biais de la première extrémité 1120 de la tige 112. Pour cela, cette première extrémité 1120 peut comprendre au moins une portion cylindrique, voire au moins deux portions cylindriques adjointes, de diamètre supérieur au diamètre de la tige 112, comme illustré dans la figure 3A. L’au moins une portion cylindrique est destinée à être en contact avec le capteur d’effort 110 lorsque le deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire le deuxième module 13, est en appui sur le dispositif de mise en butée 12. L’au moins une portion cylindrique de cette première extrémité 1120 permet de répartir la force appliquée à la surface du capteur d’effort 110, afin d’une part d’éviter tout risque d’endommagement du capteur 110 lié à une application localisée de la force d’appui. D’autre part, la répartition de la force appliquée à la surface du capteur d’effort 110 permet d’obtenir une réponse linéaire de la part du capteur 110 en exploitant l’ensemble de sa surface. Lors du développement du système de mesure, il a été en effet constaté que l’application de la force sur une partie seulement du capteur 110 produit des écarts dans la linéarité de réponse du capteur 110, pouvant induire des erreurs de mesure.

Par ce mode de réalisation de la partie du dispositif de mesure 11 propre à mesurer la force d’appui, l’on comprend que le capteur de force n’est pas directement sollicité par le deuxième module. La tige 112 permet de transmettre la force d’appui au capteur de force 110. La tige 112 étant maintenue par la coulisse dans la direction d’application de la force d’appui, les éventuelles composantes tangentielles de cette force, telles que les composantes de cisaillement, pouvant s’appliquer au capteur de force, sont minimisées, voire annulées. C’est la seule composante normale de la force d’appui appliquée qui est ainsi mesurée. La mesure du couple généré par l’articulation est par conséquent plus exacte. En outre, la minimisation des composantes tangentielles est réalisée de façon passive. L’articulation n’est pas contrainte par un mécanisme actif pour minimiser ces composantes tangentielles. La minimisation des composantes tangentielles de la force d’appui est par conséquent réalisée à moindre coût.

Le capteur de force 110 est de préférence choisi en fonction de sa plage de mesure, et en fonction de sa dimension, de façon à être incorporé dans la partie du dispositif de mesure 11 propre à mesurer la force d’appui. La plage de mesure du capteur peut être choisie pour être adaptée à la mesure du couple d’une articulation 2, selon l’articulation considérée. La plage de mesure du capteur de force dépend en effet du couple, ainsi que de la distance entre le centre de rotation et le point d’appui. Par exemple, une plage de mesure d’environ 30 N sera choisie pour mesurer le couple de l’articulation interphalangienne proximale de l’index, pour une distance entre le centre de rotation et le point d’appui d’environ 12 cm.

La distance entre le capteur de force 110, et le centre de rotation de l’articulation 22 pouvant être ajustée, il est possible d’adapter la plage de mesure du capteur 110 pour une valeur du couple générée par l’articulation. De même, pour une plage de mesure du capteur 110 fixée, en ajustant la distance entre le capteur de force 110 et le centre de rotation de l’articulation 22, il est possible de mesurer des couples de différentes ampleurs. Par exemple, dans le cas où l’articulation d’un utilisateur peut générer un couple plus grand que la moyenne des utilisateurs, la mesure de la force d’appui peut être effectuée avec une distance plus grande entre le capteur de force 110 et le centre de rotation de l’articulation 22, de sorte que le capteur soit moins sollicité. Le risque d’endommager le capteur de force est ainsi minimisé.

Le capteur de force 110 peut être un capteur capacitif, tel que les capteurs capacitifs commercialisés par SingleTact. Pour la mesure du couple de l’articulation interphalangienne proximale de l’index, on choisira par exemple le capteur de force SingleTact 30 N d’un diamètre de 8 mm.

Un deuxième aspect de la présente invention concerne un procédé 3 de mesure du couple de l’articulation 2, mettant en œuvre un système de mesure 1 tel que décrit ci-dessus. Le procédé 3 est maintenant décrit en référence aux figures 4 à 6. Selon ce procédé, le dispositif de mise en butée 12 est placé 30 de façon fixe au premier module 10, afin de maintenir le premier segment 20 de l’articulation 2. Par voie de conséquence, le centre de rotation 22 de l’articulation 2 est maintenu fixe par rapport au dispositif de mise en butée 12. En outre, le placement 30 du dispositif de mise en butée 12 permet de définir au moins une configuration angulaire de l’articulation 2, lorsque le deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire le deuxième module 13, est en appui sur le dispositif de mise en butée 12. L’angle articulaire que forment les premier 20 et deuxième 21 segments de l’articulation 2 peut donc être déterminé, par exemple, selon le placement de la projection de butée 121 sur la portion en arc de cercle 1201 du cadre rigide 120. Selon les caractéristiques du système de mesure 1 précédemment décrites, la position du point d’appui 23 du deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire le deuxième module 13, sur le capteur de force peut être déterminé.

Lorsque le deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire le deuxième module 13, est en appui sur le dispositif de mise en butée 12, la force d’appui est appliquée 31 en flexion ou en extension, selon une direction d’application déterminée, sur le dispositif de mise en butée 12, et plus particulièrement sur le capteur de force 110 du dispositif de mesure 11. De préférence, cette force peut être appliquée selon une direction perpendiculaire à la droite passant par le centre de rotation 22 de l’articulation 2 et le point d’appui 23, comme l’illustrent les flèches F et D en figure 4, représentant les deux vecteurs utilisés pour le calcul du couple de l’articulation 2. Cette force peut être appliquée par le deuxième segment 21 de l’articulation, préférentiellement par le deuxième module 13, et transmise au capteur de force 110 par le biais de la tige 112 de façon à minimiser les composantes tangentielles de la force d’appui lors de sa mesure 32 par le capteur de force 110.

Pour une configuration angulaire de l’articulation 2, la mesure 32 de la force d’appui peut être répétée plusieurs fois, par exemple cinq fois. Ainsi, la répétabilité des mesures peut être prise en compte, par exemple en utilisant la valeur moyenne de la force sur les mesures effectuées par le capteur de force 110 pour une même configuration angulaire. Un temps de repos entre les mesures peut être prévu afin d’éviter qu’une fatigue musculaire puisse biaiser la mesure 32. Ce temps de repos peut durer plusieurs minutes, et de préférence le temps de repos est de deux minutes entre chaque mesure 32 de la force d’appui.

À partir du centre de rotation 22 de l’articulation 2, du son point d’appui 23, de la direction d’application de la force d’appui, ainsi que la mesure 32 de cette force, le couple de l’articulation peut être calculé 33 par le dispositif de mesure 11 pour une configuration angulaire définie par le dispositif de mise en butée 12. L’agencement du dispositif de mise en butée 12 peut en outre être modifié 35, suite à la mesure 32 de la force d’appui ou suite au calcul 33 du couple par le dispositif de mesure 11, de façon à modifier la configuration angulaire de l’articulation 2. La mesure 32 de la force d’appui, et par voie le calcul 33 du couple de l’articulation 2, peuvent ainsi être effectués pour plusieurs configurations angulaires de l’articulation 2. Par exemple, la mesure 32 de la force d’appui est effectuée en incrémentant successivement de 10° l’angle formé par les premier 20 et deuxième 21 segments de l’articulation 2, dans l’intervalle articulaire, plus particulièrement de 10° à 120°.

Lors de la mesure 32 de la force d’appui, la valeur numérique associée à la mesure 32 par le capteur 110 peut être récupérée par un logiciel compris dans le dispositif de mesure 11, et plus particulièrement un logiciel associé au capteur d’effort 110. Le dispositif de mesure 11 peut comprendre une unité de traitement des données, propre à effectuer le calcul du couple, comprenant en outre, par exemple, les unités de traitement d’image propre à déterminer la position du centre de rotation 22 de l’articulation 2 et du point d’appui 23. L’unité de traitement des données peut être structurellement portée par le système de mesure 1, ou bien être à distance. Par exemple, l’unité de traitement des données est un ordinateur ou un serveur propre à recevoir des données issues du capteur d’effort 110, voire les données issues de l’appareil de prise de vues, par un réseau de communication tel qu’internet.

Selon le mode de réalisation où le système de mesure 1 comprend un premier module 10 et un deuxième module 13 non articulés entre eux, voire disjoints, le procédé 3 de mesure peut comprendre une étape d’identification 34 d’au moins l’un parmi la position du centre de rotation 22 de l’articulation 2 et le point d’appui 23, par exemple avant de placer 30 le dispositif de mise en butée 12. Pour cela, comme décrit précédemment, le deuxième module 13 peut présenter au moins un repère visuel 130, et de préférence deux repères visuels, tels que les deux points 130 représentés dans figure 5. Le dispositif de mesure 11 peut en outre comprendre un appareil de prise de vue et une unité de traitement d’images. Le deuxième module 13 est positionné de façon à former différents angles articulaires par rapport au premier module 10, par exemple au moins deux angles, de préférence une multitude d’angles. Par exemple, un mouvement de flexion ou d’extension 34’ de l’articulation 2 est effectué, tel qu’illustré en figure 5, voire une succession de flexion et d’extension 34’. Lors de ce mouvement, la position des deux points 130 varie le long de deux cercles C1 et C2, centrés sur le centre de rotation 22 de l’articulation 2. L’unité de traitement d’images peut donc traiter les images prises par l’appareil de prise de vue pour déterminer la position du centre de rotation 22 de l’articulation 2, en fonction de l’évolution de la position du repère visuel 130 d’une image à une autre.

Le centre de rotation 22 étant identifié lors dudit au moins un mouvement de flexion ou d’extension 34’, voire une succession de flexions et d’extensions 34’, et le centre de rotation 22 étant maintenu fixe par rapport au dispositif de mise en butée 12, et plus particulièrement par rapport au cadre rigide 120, l’on comprend le centre de rotation peut être déterminé pour l’ensemble des configurations angulaires de flexion et/ou d’extension de l’articulation 2. En outre, une seule étape d’identification 34 du centre de rotation de l’articulation peut suffire pour déterminer ce centre de rotation 22 pour l’ensemble des configurations angulaires de flexion et/ou d’extension de l’articulation 2.

De façon équivalente, l’étape d’identification 34 d’au moins l’une parmi la position du centre de rotation 22 de l’articulation 2 et celle du point d’appui 23 peut être réalisée après avoir effectué la mesure ou l’ensemble des mesures 32 de la force d’appui.

L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.

On peut notamment prévoir que le système 1 selon l’invention comprenne un troisième module, propre à être solidaire d’un segment voisin des premier 20 ou deuxième 21 segments de l’articulation 2. Ce troisième module peut être propre à immobiliser ce segment voisin. Par exemple, si on considère l’articulation du genou, le premier module 10 peut être solidaire du premier segment 20, la cuisse, le deuxième module 13 peut être solidaire du deuxième segment 21, le mollet, et le troisième module peut être solidaire du pied afin d’immobiliser le pied par rapport au mollet.

En outre, on peut prévoir que le premier module 10 soit inclus dans le cadre rigide 120 du dispositif de mise en butée 12, soit adjoint à ce cadre rigide 120, ou soit fixé au dispositif de mise en butée 12 par des éléments de fixation.

On peut prévoir que la projection de butée 121 puisse être disposée sur la portion en arc de cercle 1201 du cadre rigide, de façon à définir plusieurs configuration angulaire de l’articulation 2, par le biais d’ergots disposés sur cette portion en arc de cercle 1201, et s’étendant radialement vers la centre de rotation 22 de l’articulation, ou perpendiculairement à cette direction radiale.

Pour le calcul du couple en extension de l’articulation, on peut prévoir que le dispositif de mise en butée 12 et l’au moins une partie du dispositif de mesure 11 propre à mesurer la force d’appui soient disposés de façon à mettre en butée le deuxième segment 21 de l’articulation 2, voire le deuxième module 13, lors d’un mouvement d’extension de l’articulation.

Par ailleurs on peut prévoir que le dispositif de mise en butée 12 et l’au moins une partie du dispositif de mesure 11 propre à mesurer la force d’appui ou de traction soient disposés de façon à mesurer la force de traction exercée par le deuxième segment 21 de l’articulation 2, en flexion ou en extension. Pour cela, le dispositif de mise en butée 12 est fixe par rapport au premier module 10 de façon à être destiné à maintenir en position fixe le premier segment 20 de l’articulation 2.

Dans ce mode de réalisation particulier, le deuxième segment 21 est configuré de façon à être en traction sur le dispositif de mise en butée 12. Par exemple, on peut prévoir que la tige 112 soit solidaire du deuxième segment 21 via le deuxième module 12, et le cas échéant au capteur de force 110. Au moins une partie du dispositif de mesure 11, et plus particulièrement le capteur d’effort 110, peut être adjoint au dispositif de mise en butée 12, et plus particulièrement à la projection de butée 121. La projection de butée 121 peut être configurée, par exemple conjointement avec la portion en arc de cercle 1201 du cadre rigide 120, pour définir une surface de butée (122) à partir de laquelle la force de traction est destinée à être exercée dans une configuration angulaire de l’articulation 2.

Ainsi, lors d’une flexion ou d’une extension du deuxième segment 21, une force de traction peut être mesurée par le capteur de force 110. Lorsque cette force de traction est au maximum de ce qui peut être fourni par l’articulation 2, la force de traction maximale générée par l’articulation est ainsi mesurée. Le couple maximal en flexion et ou en extension de l’articulation peut ainsi être déterminé, dans une configuration angulaire.

De façon similaire au mode de réalisation où une force d’appui est mesurée, la projection de butée 121 et le cadre rigide 120 peuvent être configurés conjointement entre eux de sorte que la projection de butée 121 puisse être fixée selon différentes configurations angulaires. Le couple maximal en flexion et ou en extension de l’articulation peut ainsi être déterminé, pour une pluralité de configurations angulaires, à partir notamment de la force de traction mesurée par le capteur de force 110.

Liste des références
1 Système de mesure
10 Premier module
101 Partie rigide
102 Élément de maintien
11 Dispositif de mesure
110 Capteur de force
111 Coulisse
112 Tige
1120 Première extrémité
1121 Deuxième extrémité
113 Surface crantée
12 Dispositif de mise en butée
120 Cadre rigide
1201 Portion en arc de cercle
121 Projection de butée
1210 Socle
1211 Creux
1212 Partie projetée
122 Surface de butée
1220 Surface crantée
123 Dispositif de fixation
1230 Axe de fixation
1231 Ergot
1232 Levier de serrage
13 Deuxième module
130 Repère visuel
131 Partie rigide
132 Élément de maintien
133 Rainure
2 Articulation
20 Premier segment
21 Deuxième segment
22 Centre de rotation
23 Point d’appui
3 Procédé
30 Placement du dispositif de mise en butée
31 Application d’une force d’appui
32 Mesure de la force d’appui
33 Calcul du couple
34 Identification de la position du centre de rotation
34’ Mouvement de flexion et/ou d’extension
35 Déplacement du dispositif de mise en butée

Claims (19)

1. Système (1) de mesure d’un couple d’une articulation (2), l’articulation comprenant un premier segment (20) et un deuxième segment (21) assemblés l’un à l’autre par un axe de rotation de sorte à former entre eux, dans un plan normal à l’axe de rotation, un angle articulaire appartenant à un intervalle articulaire défini entre un angle de flexion maximale et un angle d’extension maximale de l’articulation, le système (1) comprenant :

   • un premier module (10) destiné à être solidaire du premier segment (20), et
   • un dispositif de mesure (11) comprenant au moins un capteur de force (110) et étant configuré pour calculer le couple de l’articulation (2) en fonction de la force mesurée par le capteur (110) ;

   caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de mise en butée (12) :

   • fixe par rapport au premier module (10) de façon à être destiné à maintenir en position fixe le premier segment (20) de l’articulation (2) et par voie à maintenir en position fixe un centre de rotation (22) de l’articulation (2) par rapport au dispositif de mise en butée (12) et
   • agencé de façon à déterminer , lorsque le deuxième segment (21) est en appui ou en traction sur le dispositif de mise en butée (12) :
     • l’angle articulaire que forment entre eux les premier (20) et deuxième (21) segments de l’articulation (2), et
     • un point d’appui ou de traction (23) entre le deuxième segment (21) et au moins une partie du dispositif de mesure (11) agencée pour transmettre la force d’appui ou de traction au capteur de force (110),

   le capteur de force (110) du dispositif de mesure (11) étant configuré de sorte à mesurer la force d’appui ou de traction exercée par le deuxième segment (21) selon une direction d’application déterminée,
   le couple de l’articulation étant calculé par le dispositif de mesure (11) en fonction de la mesure de ladite force, d’une distance entre le centre de rotation (22) et le point d’appui ou de traction (23), de la direction d’application de la force, et d’un angle formé entre la direction d’application de la force et une droite passant par le centre de rotation (22) et le point d’appui ou de traction (23).
2. Système (1) selon la revendication précédente, comprenant en outre un deuxième module (13) destiné à être solidaire du deuxième segment (21) de l’articulation, de façon à ce que le deuxième segment (21) soit destiné à être en appui ou en traction sur le dispositif de mise en butée (12) via le deuxième module (13).
3. Système (1) selon les revendications 1 et 2, dans lequel les premier (20) et deuxième (21) modules sont disjoints l’un de l’autre, et dans lequel le dispositif de mesure (11) est en outre configuré pour déterminer au moins l’un parmi la position du centre de rotation (22) de l’articulation et le point d’appui ou de traction (23).
4. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel, le dispositif de mesure (11) étant configuré pour déterminer au moins la position du centre de rotation (22) de l’articulation, le dispositif de mesure (11) comprend un appareil de prise de vues et une unité de traitement d'images, et dans lequel le deuxième module (13) présente un repère visuel (130), de préférence comprenant deux points distincts, l’appareil de prise de vues étant agencé pour prendre des images du repère visuel (130) du deuxième module (13) positionné en différents angles articulaires et l’unité de traitement étant propre à traiter lesdites images pour déterminer la position du centre de rotation (22) de l’articulation en fonction de l’évolution de la position du repère visuel (130) d’au moins une image à une autre.
5. Système (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel, le dispositif de mesure (11) étant configuré pour déterminer au moins le point d’appui ou de traction (23), le dispositif de mesure (11) comprend un appareil de prise de vues et une unité de traitement d'images, l’appareil de prise de vues étant agencé pour prendre au moins une image du deuxième segment de l’articulation et du dispositif de mise en butée pour un angle articulaire, et l’unité de traitement étant propre à traiter l’au moins une image pour déterminer la position du point d’appui ou de traction de l’articulation, en fonction de la position relative du deuxième segment de l’articulation et du dispositif de mise en butée.
6. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de mesure (11) comprend en outre une coulisse (111) sensiblement disposée dans la direction d’application de la force d’appui ou de traction et une tige (112) configurée pour coulisser étroitement dans la coulisse (111), la coulisse (111) et la tige (112) étant agencées conjointement avec le capteur de force (110) de sorte que la tige (112) transmette, au capteur de force (110) par une première (1120) de ses extrémités, la force d’appui ou de traction appliquée sur son autre extrémité (1121) jouant le rôle de point d’appui ou de traction (23).
7. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de mise en butée (12) comprend un cadre rigide (120),ledit cadre comprenant au moins une portion en arc de cercle (1201), et une projection de butée (121) supportée par ladite portion en arc de cercle (1201) et configurée, conjointement avec ladite portion en arc de cercle (1201), pour définir une surface de butée (122) sur ou partir de laquelle la force d’appui ou de traction est destinée à être exercée.
8. Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel la portion en arc de cercle (1201) du cadre rigide (120) est sensiblement centrée relativement au centre de rotation (22) de l’articulation (2), et est d’un rayon sensiblement supérieur à la distance entre le centre de rotation (22) de l’articulation (2) et le point d’appui ou de traction (23) et s’étend angulairement au moins sur ledit intervalle articulaire et dans lequel la projection de butée (121) s’étend sensiblement radialement vers le centre de ladite portion en arc de cercle (1201).
9. Système (1) selon la revendication précédente comprenant en outre, la projection de butée (121) étant amovible de la portion en arc de cercle (1201) du cadre rigide (120), un dispositif de fixation (123) de la projection de butée (121) sur ladite portion en arc de cercle (1201), le dispositif de fixation (123), la projection de butée (121) et ladite portion en arc de cercle (1201) étant configurés conjointement entre eux de sorte que la projection de butée (121) puisse être fixée par le dispositif de fixation (123) selon différentes configurations angulaires sur la portion en arc de cercle (1201).
10. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel au moins une partie du dispositif de mesure (11), et en particulier le capteur de force (110) du dispositif de mesure (11), est adjointe à la projection de butée (121) et configurée, conjointement avec la projection de butée (121), de sorte que la force d’appui ou de traction soit destinée à être appliquée sur la surface de butée (122) sensiblement perpendiculairement à la droite passant par le centre de rotation (22) de l’articulation et le point d’appui ou de traction (23).
11. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel au moins une partie du dispositif de mesure (11), et en particulier le capteur de force (110) du dispositif de mesure (11), est adjointe à la projection de butée (121), et configurée, conjointement avec la projection de butée (121), de façon à pouvoir régler la distance entre ladite au moins une partie du dispositif de mesure (11), et plus particulièrement le capteur de force (110), et le centre de rotation (22) de l’articulation (2).
12. Procédé (3) de mesure du couple d’une articulation (2), l’articulation (2) comprenant un premier segment (20) et un deuxième segment (21) assemblés l’un à l’autre par un axe de rotation de sorte à former entre eux, dans un plan normal à l’axe de rotation, un angle articulaire appartenant à un intervalle défini entre un angle de flexion maximale et un angle d’extension maximale de l’articulation (2), le procédé mettant en œuvre un système de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

    • placer (30) le dispositif de mise en butée (12), de façon fixe par rapport au premier module (10) de façon à maintenir en position fixe le premier segment (20) de l’articulation et par voie à maintenir en position fixe un centre de rotation (22) de l’articulation par rapport au dispositif de mise en butée (12) ;
    • lorsque le deuxième segment (21) est en appui ou en traction sur le dispositif de mise en butée (12) :
      • déterminer l’angle articulaire que forment entre eux les premier (20) et deuxième (21) segments de l’articulation (2) ;
      • déterminer un point d’appui ou de traction (23) du deuxième segment (21) sur le capteur de force (110) du dispositif de mesure (11) ;
      • appliquer (31) une force d’appui ou de traction exercée par le deuxième segment (21) sur le dispositif de mise en butée (12) selon une direction d’application déterminée;
    • mesurer (32) ladite force par le capteur de force (110) du dispositif de mesure (11), ledit capteur étant configuré de sorte à mesurer la force d’appui ou de traction exercée par le deuxième segment (21) ;
    • calculer (33), par le dispositif de mesure (11), le couple généré par l’articulation (2), en fonction de la mesure de ladite force, d’une distance entre le centre de rotation (22) et le point d’appui ou de traction (23), de la direction d’application de ladite force, et de l’angle entre la direction d’application de la force et la droite passant par le centre de rotation (22) de l’articulation et le point d’appui ou de traction (23).
13. Procédé (3) de mesure selon la revendication précédente, dans lequel, ledit système comprenant en outre un deuxième module (13) destiné à être solidaire du deuxième segment (21) de l’articulation, de façon à ce que le deuxième segment (21) soit destiné à appuyer ou être en traction sur le dispositif de mise en butée (12) via le deuxième module (13), la force appliquée (32) par le deuxième segment (21) est transmise par le deuxième module (13) au dispositif de mesure (11).
14. Procédé (3) de mesure selon les revendications 12 et 13, dans lequel, lesdits premier (10) et deuxième (13) modules dudit système étant disjoints l’un de l’autre, une étape d’identification (34) d’au moins l’un parmi la position du centre de rotation (22) de l’articulation et le point d’appui ou de traction (23) est effectuée par le dispositif de mesure (11).
15. Procédé (3) de mesure selon la revendication 14, dans lequel, le dispositif de mesure (11) comprenant un appareil de prise de vues et une unité de traitement d'images, et le deuxième module (13) présentant un repère visuel (130), de préférence comprenant deux points distincts, l’appareil de prise de vues étant agencé pour prendre des images du repère visuel (130) du deuxième module (13) positionné en différents angles articulaires et l’unité de traitement étant propre à traiter lesdites images, la position du centre de rotation (22) de l’articulation (2) est identifiée (34) en fonction de l’évolution de la position du repère visuel (130) d’au moins une image à une autre, lors d’au moins un mouvement de flexion ou d’extension (34’) de l’articulation (2).
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel, le dispositif de mise en butée (12) comprenant un cadre rigide (120),ledit cadre comprenant au moins une portion en arc de cercle (1201), et une projection de butée (121) supportée par ladite portion en arc de cercle (1201) et configurée, conjointement avec ladite portion en arc de cercle (1201), pour définir une surface de butée (122), ladite force est appliquée (31) sur ou à partir de ladite surface de butée (122).
17. Procédé (3) selon la revendication 16, dans lequel, ladite au moins une portion en arc de cercle (1201) étant sensiblement centrée relativement au centre de rotation (22) de l’articulation (2), et d’un rayon sensiblement supérieur à la distance entre le centre de rotation (22) de l’articulation et le point d’appui ou de traction (23) et s’étendant angulairement au moins sur ledit intervalle articulaire, la projection de butée (121) et la portion en arc de cercle du cadre rigide étant configurées conjointement entre elles de sorte que la projection de butée (121) puisse être fixée par le dispositif de fixation (123) selon différentes configurations angulaires sur ladite portion en arc de cercle (1201), le dispositif de mise en butée (12) est déplacé (35) entre au moins deux mesures (32) de ladite force, de sorte que la mesure (32) de ladite force soit effectuée en au moins deux configurations angulaires.
18. Procédé (3) selon la revendication précédente, dans lequel, le dispositif de mise en butée (12) est séquentiellement placé (35) en une pluralité de configurations angulaires dans l’intervalle articulaire, préférentiellement entre 10° et 120°, de façon à mesurer (32) ladite force en une pluralité de configurations angulaires.
19. Procédé (3) selon l’une quelconque des revendications 16 à 18, dans lequel, au moins une partie du dispositif de mesure (11), et en particulier le capteur de force (110) du dispositif de mesure (11), étant adjointe à la projection de butée (121) et configurée, conjointement avec la projection de butée (121), de sorte que la force d’appui ou de traction soit destinée à être appliquée sur ou à partir de la surface de butée (122) sensiblement perpendiculairement à la droite passant par le centre de rotation (22) de l’articulation (2) et le point d’appui ou de traction (23), le couple généré par l’articulation (2) est calculé (33) par le seul produit de la distance entre le centre de rotation (22) de l’articulation (2) et le point d’appui ou de traction (23) de ladite force, et de la valeur mesurée par le capteur de force (110).