Brevet FR2358716A1 — publié le 19780210

La présente invention se rapporte à un mannequin anthropométri- que et anthropomorphique simulant les principales caracteristiques de 11 être humain et sa résistance osseuse. On connaît dans l'art antérieur divers mannequins semblables l'être humain et composés d'un squelette métallique muni d'arti- culations et d'un revêtement extérieur simulant la chair du mannequin. En règle générale, ces mannequins présentent des possibilités de mouvement liitées aux articulations principales et ne comportent pas d'éléments sllsceptibles de fournir des indications sur les niveaux d'effort appliqués au squelette encours de choc. La majorité des mannequins existants possèdent des rigidités de chairs calculées en fonction d'une résistance maximale a l'impact plutôt que dans le respect des caractéristiques réelles des chairs de l'être humain. Depuis quelques années, l'analyse systématique des blessures observées sur les victimes d'accidents de la route a perdis le développement de mayens de protection adaptés aux occupants de véhicules. Pour tester L'efficacité de ces systèmes, les chercheurs utilisent des modeles mecaniques d'être humain pourvus d'instruments de mesure qui apportent des informations sur le déroulement du choc mais sans ponrtant permettre une appréciation realiste des dégâts éventuels cassés au mannequin lui-même. L'invention a pour objet un mannequin anth@opomorphique et anthro pométrioue capable des mêmes performances dynamiques que lesnanne- quins connus en ce qui concerne les articulations simples, tout en apportant une simulation supplémentaire de mouvements complexes, tels que, par exemple, le glissement de l'omoplate, ainsi qu'une possibi- lité d'appréciation des dégâts provoqués au squelette, en particulier a la cage thoracique. Un revêtement extérieur de densité variable @méliore de façon importante les réponses dynamiques du mannequin par une approche plus exacte des caractéristiques raideur-amortisse- ment des différents éléments qui composent ce revêtement. Cet objet est atteint grâce - la présente invention par trois perfectionnements qui, de préPérence, seront ap@liqués conjointement : en premier lieu, le squelette métallique représentant environ 80 de la masse globale et pourvu d'articulations dont l'action est contrôlée par des moyens réglables et des butées placées de façon convenable pour respecter les amplitudes normales des mouvements correspondants de l'être humain, second lieu, un revêtement, réalisé en plusieurs parties, en un matériau à structure alvéolaire dont la densité est ajustée pour chacune des dites tarties consti- tuantes du mannequin, en troisième lieu, la cage thoracique fragilisée, constituant un modèle mécanique de thorax, est calibrée pour assurer au moins une fracture à un niveau d'effort prédéterminé. Sur le dessin ta figure 1 est une élévation frontale de la partie supérieure du squelette ; la figure 2 est une élévation frontale et en coupe de la partie inférieure du squelette ; la figure 3 est une élévation latérale de la partie supérieure du squelette p la figure 4 est une élévation latérale de la partie inférieure du squelette la figure 5 est une vue de détail de l'articulation d'épaule ; la figure 6 est une vue de détail de l'ensemble d'articulation omoplate-clavicule la figure 7 est une vue de détail en coupe du bloc d'épaules ; la figure 8 est une vue éclatée du mécanisme de glissement de omoplate, dont ltensemble est représenté en figure 6 la figure 9 est une vue latérale en élévation du revetenent du mannequin la figure 10 est une vue éclatée de la cage thor@cique fragilisée. Le mannequin anthropométrique et anthropomorphique selon l'invention, est conçu selon des normes dimensionnelles précises ccrrespondant à une catégorie donnée de population. Ces normes influent non seulement sur la dimension des segments corporels et les contours morphologiques, mais encore sur la position des centres de gravité des différents composants. Le squelette comporte une tête 80-81 en deux parties (figure 3) dont l'une démontable au moyen de vis 82 pour permettrë la fixation d'a.-pareils de mesure. La têtë s'articule auteur d'une vertèbre cervicale supérieure 3 qui autorise sa rotation, uis repose sur un ensenble de six vertèbres I formant le cou qui se termine par une cervicale inférieure fiée par des vis sur le bloc d'épaules 10. La totalité des vertèbres est maintenus par un câble axial 42 réglable au moyen d'un écrou 48 et d'un ressort 65. Chacune des vertèbres 1 est limitée en rotation par rapport à l'autre "race à des goupilles 60. Le bloc d'épaules 10 est une pièce maitresse (figure 3) supportant de part et d'autre les articulations d'épaules 11 et le boitier thoracique 20. L'articulation d'épaules 11 (figure 1) est axée sur le boitier au moyen des vis 15 qui le traversent et permettent l'éléva- tion de l'ensemble- du bras par rotation autour de 15. Â l'extrémité des articulations 11 vienent se fixer les bras par l'intermédiaire d'un pivot 5 autorisant la rotation Ce pivot reçoit l'humérus supérieur 16 auquel il est lié par un boulon 41-45 qui autorise le réglage de l'articulation. L'humérus supérieur 16 est maintenu solidaire de l'hmérus proprëment dit 17 par un pion 63 servant aussi de li:;iteur de rotation axiale du segment 17. Le radius et le cubitus sont confondus en un segment unique composant le bras 18 oui est relié - l'h@mérus par une arculation réglable composée d'un boulon 56-45 et de rondelles freins 70. Le bras se termine par une pièce de poignet 55, solidaire par l'intermédiaire d'un pivot 71 et d'une goupille 57.Un boulon traversant 45 relie la main 76 au poignet. Le boîtier thoracique 20 reçoit (figure 3) dans sa partie inférieure une pièce femelle de rotation du tronc 35 dans laquelle vient se loger un pivot 8 maintenu en position par une vis 53. Un ressort 66 nermet le rappel automatique de l'arti- culati on. Le pivot de tronc 8 s'articule sur le bassin 21 au moyen d'un double cardan composé de deux pièces telles que 6 montées sur silent-blocs 37 et d'un boitier 7. L'ensemble est rendu solidaire par les vis 9. Un boulon inférieur 47-52 assure la liaison des vertèbres lombaires avec le bassin 21 qui reçoit de part et d'autre les pivots de cuisse 22 figure 1) maintenus en position par les vis 55 (figure 2). Sur chaque pivot 22 s'articule le fe':r 23 comportant une tête permettant la rotation et le segment luimême lié à la précédente pièce par la vis 41. A l'extrémité de chaque férnur vient s'articuler au niveau du genou (figure 2) un segment formantle tibia 24 grace aux boulons 51,46 et aux rondelles freins 69. La partie inférieure du tibia 24 reçoit (figure 4) l'articulation du pied composé d'une fourchette 78, d'un boulon de fixation 53 et d'une g:.upille de li citation de mouvement 58-. Le pied est solidarisé au tibia par une vis 56, son mouvement est limité -par un pion 62. Les articulations du squelette sont de deux types principaux : les jointures simples à frottement solide, telles articulations d'épaules, avant bras - bras, bassin - toto de fémur, fémur - tibia et les articulations complexes où la mobilité est requise dans plus d'un plan, telles l'articulation du cou, l'articulation lombaire, le glissement de l'omoplates Les articulations simples sont du-type à étrier tel que représenté dans la figure 5. Cette catégorie de jointure comporte deux éléments : l'un mâle 5 s'emboitant dans un mécanisme femelle 16, généralement un étrier ou fourchette, l'ensemble étant maintenu en place par un boulon 41-45 en interposant entre les deux pièces des disques d'élastomère 7Q.Le serrage a--pliqué a la vis du boulon permet l'augmentation du frottement solide des nièces l'une par rapport à l'autre. Les articulations complexes telles que représentées dans la figure 6 sont prevues pour effectuer des mouvements dans plusieurs directions. Ainsi, la mobilité de l'épaule est acquise grâce à un mouvement d'élévation ou d'abaissement dans un plan vertical autour d'un axe 49 du triangle formé parla clavicule 14 et l'omoplate 11-12, doublé d'une possibilité de déplacement du point d'attache 13 de l'humérus dans un plan horizontal grace au glissement de l'omoplate par le necanisme 86-68-67, puis d'un mouvement de rotation de ce point d'attache auteur d'un axe horizontal grace au pivot 5, enfin d'une rotation de l'humérus 16 autour de ce pivot grace au boulon 45-41. La figure 7 montre le détail du bloc d'épaule qui supporte l'articulation précédente. La vertèbre cervicale inférieure 2 est fie sur celui-ci par l'intermédiaire des vis 39. Le bloc contient deux silent-blocs d'amortissement des articulations d'épaules et se trouve relié au boitier thoracique 20 parle biais des vis 50. Dans un souci d'économie et pour permettre un positionnement plus exact des centres de gravité des différentes parties du corps, l'ensemble du squelette est fabriqué pour tous les segments cylindriques en tube d'acier. Le poids souhaité pour le mannequin et la position des centres de gravité sont obtenus par l'ajonction de masses additionnelles fixées la périphérie ou incorporées dans le segment lui-même. Le revêtement extérieur du mannequin (figure 9) comprend 15 parties différentes réalisées à partir de douze moules. I1 est constitué par une mousse se:i-rigide à peau intégrée forme à chaud dans les moules prévus a cet effet. Comme décrit dans la figure 7, un premier moule sert à la fabrication de la tête 102 le crâne étant incorporé avant la coulée. Un deuxième moule permet d'obtenir la peau du torse 102 qui est mise en place autour du squelette et est maintenue en place grâce à des fermetures à glissières. Un troisième et un quatrième moules permettent dtobte-ir les avant bras droit et gauche 103-104, les segments étant moulés une fois la pièce finie.Un cinquième moule 105 do@ne l'avant bras symétrique dont l'insert métallique 18 est intégré aprèsl'obtention de la pièce de mousse. Un sixième moule 106 permet la faorication de la partie abdominale dont l'insert 21 est incorporé avant la coulée. Les mains droite et gauche 107-108 sont obtenues tartir On réalise les cuisses droite et gauche avec les neuvième et dixième moules avec incorporation des inserts 23. Pour des raisons de simplification, le tibia 111 est symétrique et est obtenu à partir du onzième moule. Le douzième moule permet d'obtenir le pied symétrique 112, lui aussi dont l'insert 25 est incorporé avant la coulée dans le moule. Chaque segment possède une densité apparente de chair diffé- rente dont le calibras a été réalisé après un grand nombre d'essais en tenant compte de la position des inserts, de leur forme géométrique comparés aux caractéristiques physiologiques et musculaires de autre humain. L'accès aux vis d'articulations est ménagé dans la mousse pour permettre le réglage et le démontage facile des différentes parties du mannequin. Deux éléments c@nstitutifs du mannequin sont essentiels pour une approche plus réaliste des per formances dynamiques de l'être humain. En premier lieu, tel que représente à plus grande échelle dans la figure 8, le mécanisme de glissement de l'omoplate, une pièce métallique 201 reliée au bloc d'épaules 10 sur sa face nostérieure non vue en figure 4 reçoit une cage 202 solidarisée par 1'intermédiaire de deux pions 205 et 206. Les deux pions, une fois dans leur loement, on introduit dans la caee une pièce 203 jus qu'à sunerposition des lunières respectives. Ug ressort 208 est alors positionné dans la lumière et maintenu en position par la goupille 207 ; les deux pièces 201 et 202 sont alors reliées en relation de coulissement l'une à l'autre et leur déplacement relatif est rendu possible dans un sens ou dans autre par la mise en Dression du ressort 208. La clavicule 204 est attachée à la pièce 203 par le biais d'un boulon et est solidarisée à son autre extrémité au Bloc d'épaules 10 sur sa face antérieure vue en figure 4. En deuxième lieu (figure 8,) la cage thoracique fragilisée, indicateur de fracture du cadre osseux d'un thorax humain. Il s'agit comme le montre la figure 10 d'un modèle mécanique en plusieurs parties dissocia bles. Une plaque sternale 301 reçoit sur sa face postérieure non vue de part et d'autre six cotes 302 de courbure et de longeur variables. Ces six paires de cates viennent s'insérer sur la face postérieure du boitier thoracique 305. Leur maintien en position est assuré au niveau du sternum et au niveau du boîtier thoracique pare biais de barrettes 303-304 vissées qui pincent la ote. Entre le sternum et la barrette, ainsi qu'entre le bcitier et la barrette, on interpose au niveau de cnaque extrémité de c8te un joint élastique 306. Au moyen de ce montage, chaque côte constitue un ensemble dont les caractéristiques mécaniques ne sont pas modifiées par le fait de leur fixation. Il est ainsi possible, grâce à des essais préalables de choisir les matérieux et les dimensions géo- métriques des côtes pour qu 4'ensemble du modèle pressente au moins une fracture à un niveau d'effort-fixe' en fonction des résultats des recherches biomécaniques conduites sur les résistances du throax humain. Le mannequin ainsi conçu peut, outre les indicateurs réalistes de blessures, être équipé d'instruments de mesure appropriés : capteurs d'accélération, de force dans les diffe'rentes parties du squelette. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Mannequin anthropométrique et anthropomorphique, simulant les @rincipales caractéristiques de l'être humain, caractérisé en ce qu'il comporte un squelette métallique pourvu d'articulations dont le fonctionnement est similaire à celles de l'homme et un revêtement extérieur donnant le cntour morphologique. 2. - Mannequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les jointures des artIculations sont réglables et limitées en amplitude pour correspondre aux valeurs norí;lales observées chez l'homme. 3. - Mannequin selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réglage des articulations s'effectue par-un serrate progressif en intercalant des rondelles de friction en élastomère. 4. - Mannequin selon la revendication 2, caractéris en ce que le système d1articulation d'épaule comporte nn mécanisme simulant le glissement de l'omoplate. 5. - Mannequin selon la revendication 1, caractérisé en ce qu comporte des éléments fragilisés tels la cage thoracique, la calotte crtnienne et les différents os agissant con me indicateurs de fracture selon des valeurs de calibrage prédéterminées. 6. - Mannequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est constitué par des éléments noulables. 7@ - Mannequin selon la revendication 6, caractérisée en ce que ces éléments sont obtenus au moyen de 12 moules. 8. Mannequin selon la revendication 4, caractérisée en ce que le mécanisme comporte une pince dont 11 ouverture des branches est commandée par un coulîsseur. 9. - Mannequin selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mécanisme comporte un dispositif de coulissement.