Brevet FR3121838A1 — publié le 20221021

La présente invention vise une prothèse bionique (1) de membre inférieur ou supérieur, comprenant un segment distal prothétique autrement dit un pied prothétique (11) ou une main prothétique, adapté pour venir en contact avec un terrain (2) ou avec un objet à saisir ; un segment moyen prothétique, autrement dit un tibia prothétique (12) ou un avant-bras prothétique ; au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) dont l’un est relié mécaniquement d’une part au segment distal prothétique et d’autre part au segment moyen prothétique ; au moins une caméra de profondeur (15) adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel ; une unité de commande (14) configurée pour traiter le nuage de points tridimensionnel et contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) de sorte à adapter le positionnement du segment distal prothétique par rapport au terrain (2) ou à l’objet à saisir. Figure de l’abrégé : Figure 1 Prothèse bionique percevant l’environnement La présente invention concerne le domaine des prothèses bioniques destinées à des personnes amputées d’un membre. En particulier, la présente invention propose une prothèse bionique de membre inférieur ou supérieur percevant l’environnement et un procédé de commande de ladite prothèse bionique. ETAT DE LA TECHNIQUE Comme cela est connu, une prothèse permet de remplacer un membre d’un point de vue à la fois fonctionnel et esthétique. Dans le contexte d’une personne amputée du membre inférieur, il est souhaitable d’avoir une prothèse rendant la marche la plus naturelle possible et permettant à l’utilisateur de conserver son équilibre, notamment par exemple lors de la montée et de la descente d’un escalier, ou lors d’une marche arrière. De la même manière, dans le contexte d’une personne amputée du membre supérieur, il est souhaitable de faciliter la préhension d’objets, en prenant en compte notamment la forme et la nature de l’objet à saisir. A titre d’exemple, l’effort de serrage et la position de la prothèse optimaux diffèrent pour la préhension d’un verre et pour la préhension d’un fruit. En particulier, une prothèse bionique se distingue en ce qu’elle met en œuvre un procédé robotique qui, à partir de commandes, correspondant aux intentions de la personne amputée, enclenche un mouvement de la prothèse. Différentes catégories de prothèses bioniques sont documentées dans l’état de la technique, les plus répandues étant les prothèses myoélectriques, les prothèses hydrauliques, les prothèses neuro-électriques, et les prothèses électroniques. Comme cela est connu, les prothèses myoélectriques reposent sur l’activation musculaire. Des capteurs, notamment positionnés au niveau du moignon, détectent les contractions musculaires et envoient des signaux électriques afin de commander la prothèse. La prise en main par la personne amputée de cette prothèse nécessite de réaliser un grand travail de rééducation afin d’apprendre à contrôler les contractions musculaires de façon adaptée. Ainsi, l’utilisation d’une prothèse myoélectrique nécessite une parfaite maîtrise de la personne amputée pour pouvoir enclencher les mouvements avec une précision et une force adéquates. De plus, les mouvements possibles sont généralement limités. Selon un autre exemple connu, les prothèses électroniques présentent des actions préprogrammées que la personne amputée peut activer notamment via une application mobile. Par conséquent, selon les deux exemples précédents, le mouvement résulte d’une volonté et d’actions réfléchies de la part de la personne amputée. En plus de la difficulté à rendre possible une maîtrise précise des mouvements réalisés, un autre inconvénient réside dans la charge mentale que la maîtrise de ce type de prothèse implique pour l’utilisateur. Il existe par conséquent un besoin pour des prothèses bioniques permettant une mise en mouvement plus naturelle, notamment sans nécessiter un lourd apprentissage ou une charge mentale importante pour l’utilisateur. En outre, les prothèses bioniques peuvent comprendre des moyens de mesure de résistance afin d’adapter la commande du mouvement. Ainsi, les prothèses bioniques selon l’état de la technique sont principalement réactives, autrement dit elles présentent une conscience limitée de l’environnement extérieur. L’ensemble des mouvements possibles est limité en conséquence. Par conséquent, il existe un besoin pour une prothèse bionique présentant une autonomie et une précision améliorées, notamment une prothèse bionique percevant l’environnement de façon autonome. PRESENTATION DE L’INVENTION Plus précisément, selon un aspect de l’invention, l’invention a pour objet une prothèse bionique de membre inférieur ou supérieur, comprenant : - un segment distal prothétique du membre inférieur ou supérieur, autrement dit un pied prothétique ou, respectivement, une main prothétique, à une extrémité libre de la prothèse bionique, adapté pour venir en contact avec un terrain ou, respectivement, avec un objet à saisir ; - un segment moyen prothétique, autrement dit un tibia prothétique ou, respectivement, un avant-bras prothétique ; - au moins un dispositif d’articulation motorisé, un premier dudit au moins un dispositif d’articulation motorisé étant relié mécaniquement d’une part au segment distal prothétique et d’autre part au segment moyen prothétique ; - une unité de commande configurée pour contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé à partir de signaux de commande correspondant à une intention de mouvement ; - au moins une caméra de profondeur adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel de l’environnement de la prothèse bionique, comprenant le terrain ou, respectivement, l’objet à saisir, Alors, l’unité de commande est configurée pour traiter le nuage de points tridimensionnel afin de détecter le terrain ou, respectivement, l’objet à saisir, et pour commander ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé de sorte à adapter le positionnement du segment distal prothétique par rapport au terrain ou, respectivement, par rapport à l’objet à saisir. L’utilisation de caméras de profondeur permet d’offrir l’avantage considérable d’améliorer la perception de l’environnement extérieur et par conséquent d’améliorer la mise en mouvement de la prothèse bionique en venant supplémenter les perceptions sensorielles inconscientes de la personne amputée. La présente invention permet, par ailleurs, la mise-en-œuvre de dispositifs d’articulation motorisés présentant un nombre plus élevé de degrés de liberté, rendant la mise en mouvement de la prothèse bionique plus naturelle. Avantageusement, la prothèse bionique selon l’invention comprend un système de capteurs myoélectriques configuré pour générer les signaux de commande correspondant à une intention de mouvement. Selon un premier mode de réalisation de l’invention, la prothèse bionique forme une prothèse bionique de membre inférieur, comprenant un pied prothétique à une extrémité libre de la prothèse bionique, adapté pour venir en contact avec un terrain, un tibia prothétique, au moins un dispositif d’articulation motorisé, une unité de commande configurée pour contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé à partir de signaux de commande correspondant à une intention de mouvement, et au moins une caméra de profondeur adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel de l’environnement du pied prothétique comprenant le terrain. Un premier dudit au moins un dispositif d’articulation motorisé est relié mécaniquement d’une part au pied prothétique et d’autre part au tibia prothétique. De plus, l’unité de commande est configurée pour traiter le nuage de points tridimensionnel afin de détecter le terrain et pour commander ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé de sorte à adapter le positionnement du pied prothétique par rapport au terrain. Avantageusement, ladite au moins une caméra de profondeur consiste en deux caméras de profondeur configurées de sorte à couvrir respectivement un champ avant et un champ arrière de l’environnement du pied prothétique. Avantageusement, le pied prothétique présentant un vecteur directionnel du pied orienté substantiellement dans une direction longitudinale du pied prothétique, la prothèse bionique de membre inférieur comprend un ensemble d’accéléromètres apte à mesurer le vecteur directionnel du pied. Selon un exemple de l’invention, la prothèse bionique de membre inférieur selon le premier mode de réalisation de l’invention comprend un fémur prothétique, ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé comprenant alors un deuxième dispositif d’articulation motorisé étant relié mécaniquement d’une part au tibia prothétique et d’autre part au fémur prothétique. Selon un autre aspect de l’invention, l’invention concerne un procédé de commande de la prothèse bionique de membre inférieur ou supérieur selon l’invention, le procédé, faisant suite à une instruction correspondant à une intention de mouvement et comprenant : - la mesure de l’état actuel de la prothèse bionique comprenant notamment la mesure de vecteurs directionnels du segment distal prothétique, du segment moyen prothétique, et le cas échéant du segment proximal prothétique ; - l’acquisition par ladite au moins une caméra de profondeur d’un nuage de points tridimensionnel de l’environnement de la prothèse bionique ; - le traitement du nuage de points tridimensionnel par l’unité de commande ; - le calcul par l’unité de commande des mouvements à mettre en œuvre par ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé ; - la mise en mouvement de la prothèse bionique. Avantageusement, le procédé de commande d’une prothèse bionique de membre inférieur selon le premier mode de réalisation de l’invention, faisant suite à une instruction correspondant à une intention de mouvement, comprend : - la mesure de l’état actuel de la prothèse bionique comprenant la mesure d’un vecteur directionnel du pied orienté substantiellement dans une direction longitudinale du pied prothétique ; - l’acquisition par ladite au moins une caméra de profondeur du nuage de points tridimensionnel de l’environnement de la prothèse bionique ; - le traitement du nuage de points tridimensionnel par l’unité de commande comprenant l’extraction d’un ensemble de points du nuage de points tridimensionnel correspondant au terrain et le calcul de la normale à une surface définie par ledit ensemble de points, désignée normale au terrain ; - le calcul par l’unité de commande des mouvements à mettre en œuvre par ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé de sorte que le vecteur directionnel du pied soit substantiellement perpendiculaire à la normale au terrain ; - la mise en mouvement de la prothèse bionique. Avantageusement, le procédé selon l’invention comprend une étape de reconstruction du nuage de points tridimensionnel comprenant l’assemblage d’une pluralité de nuages de points tridimensionnels correspondant à une succession de génération de nuages de points tridimensionnels par ladite au moins une caméra de profondeur, l’étape de reconstruction étant réalisée au préalable du calcul de la normale au terrain. Avantageusement, la mesure du vecteur directionnel du pied est réalisée par un ensemble d’accéléromètres. PRESENTATION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels : : la est une représentation schématique d’une vue de la prothèse bionique de membre inférieur selon un aspect d’un premier mode de réalisation de l’invention ; : la est une représentation schématique du procédé de commande de la prothèse bionique de membre inférieur selon un autre aspect du premier mode de réalisation de l’invention ; : la est une représentation schématique du procédé de commande de la prothèse bionique de membre supérieur selon un aspect d’un deuxième mode de réalisation de l’invention. Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour permettre de mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Prothèse bionique (1) de membre inférieur ou supérieur, comprenant : un segment distal prothétique du membre inférieur ou supérieur, autrement dit un pied prothétique (11) ou, respectivement, une main prothétique, à une extrémité libre de la prothèse bionique (1), adapté pour venir en contact avec un terrain (2) ou, respectivement, avec un objet à saisir ; un segment moyen prothétique, autrement dit un tibia prothétique (12) ou, respectivement, un avant-bras prothétique ; au moins un dispositif d’articulation motorisé (13), un premier dudit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) étant relié mécaniquement d’une part au segment distal prothétique et d’autre part au segment moyen prothétique ; une unité de commande (14) configurée pour contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) à partir de signaux de commande (3) correspondant à une intention de mouvement ; caractérisée en ce que la prothèse bionique (1) comprend au moins une caméra de profondeur (15) adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel (16) de l’environnement de la prothèse bionique (1), comprenant le terrain (2) ou, respectivement, l’objet à saisir, l’unité de commande (14) étant configurée pour traiter le nuage de points tridimensionnel (16) afin de détecter le terrain (2) ou, respectivement, l’objet à saisir, et pour commander ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) de sorte à adapter le positionnement du segment distal prothétique par rapport au terrain (2) ou, respectivement, par rapport à l’objet à saisir. Prothèse bionique (1) selon la revendication 1, formant une prothèse bionique (1) de membre inférieur, comprenant : un pied prothétique (11) à une extrémité libre de la prothèse bionique (1), adapté pour venir en contact avec un terrain (2) ; un tibia prothétique (12) ; au moins un dispositif d’articulation motorisé (13), un premier dudit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) étant relié mécaniquement d’une part au pied prothétique (11) et d’autre part au tibia prothétique (12) ; une unité de commande (14) configurée pour contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) à partir de signaux de commande (3) correspondant à une intention de mouvement ; caractérisée en ce que la prothèse bionique (1) comprend au moins une caméra de profondeur (15) adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel (16) de l’environnement du pied prothétique (11), comprenant le terrain (2), l’unité de commande (14) étant configurée pour traiter le nuage de points tridimensionnel (16) afin de détecter le terrain (2) et pour commander ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) de sorte à adapter le positionnement du pied prothétique (11) par rapport au terrain (2). Prothèse bionique (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite au moins une caméra de profondeur (15) consiste en deux caméras de profondeur configurées de sorte à couvrir respectivement un champ avant et un champ arrière de l’environnement du pied prothétique (11). Prothèse bionique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’il comprend un système de capteurs myoélectriques configuré pour générer les signaux de commande (3) correspondant à une intention de mouvement. Prothèse bionique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 2, le pied prothétique (11) présentant un vecteur directionnel du pied (111) orienté substantiellement dans une direction longitudinale du pied prothétique (11), caractérisée en ce qu’il comprend un ensemble d’accéléromètres apte à mesurer le vecteur directionnel du pied (111). Prothèse bionique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 2, caractérisée en ce qu’il comprend un fémur prothétique, ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) comprenant un deuxième dispositif d’articulation motorisé étant relié mécaniquement d’une part au tibia prothétique (12) et d’autre part au fémur prothétique. Procédé de commande d’une prothèse bionique (1) de membre inférieur ou supérieur comprenant un segment distal prothétique du membre inférieur ou supérieur, autrement dit un pied prothétique (11) ou, respectivement, une main prothétique, configuré pour venir en contact avec un terrain (2) ou, respectivement, avec un objet à saisir ; un segment moyen prothétique, autrement dit un tibia prothétique (12) ou, respectivement, un avant-bras prothétique ; le cas échéant un segment proximal prothétique, autrement dit un fémur prothétique ou, respectivement, un bras prothétique ; au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) ; une unité de commande (14) configurée pour contrôler le dispositif d’articulation motorisé (13) ; au moins une caméra de profondeur (15) adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel (16) de l’environnement de la prothèse bionique (1) comprenant le terrain (2) ou, respectivement, l’objet à saisir, le procédé, faisant suite à une instruction (3) correspondant à une intention de mouvement, comprenant : la mesure (E1) de l’état actuel (17) de la prothèse bionique (1) comprenant notamment la mesure de vecteurs directionnels du segment distal prothétique, du segment moyen prothétique, et le cas échéant du segment proximal prothétique par un ensemble d’accéléromètres ; l’acquisition (E2) par ladite au moins une caméra de profondeur (15) d’un nuage de points tridimensionnel (16) de l’environnement de la prothèse bionique (1); le traitement du nuage de points tridimensionnel (16) par l’unité de commande (14); le calcul (E5) par l’unité de commande (14) des mouvements à mettre en œuvre par ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) ; la mise en mouvement (E6) de la prothèse bionique (1). Procédé de commande d’une prothèse bionique (1) selon la revendication précédente adapté pour une prothèse bionique de membre inférieur comprenant un pied prothétique (11) configuré pour venir en contact avec un terrain (2), un tibia prothétique (12), au moins un dispositif d’articulation motorisé (13), une unité de commande (14) configurée pour contrôler le dispositif d’articulation motorisé (13), au moins une caméra de profondeur (15) adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel (16) de l’environnement de la prothèse bionique (1) comprenant le terrain (2), le procédé, faisant suite à une instruction (3) correspondant à une intention de mouvement, comprenant : la mesure (E1) de l’état actuel (17) de la prothèse bionique (1) comprenant la mesure d’un vecteur directionnel du pied (111) orienté substantiellement dans une direction longitudinale du pied prothétique (11) par un ensemble d’accéléromètres ; l’acquisition (E2) par ladite au moins une caméra de profondeur (15) du nuage de points tridimensionnel (16) de l’environnement de la prothèse bionique (1); le traitement du nuage de points tridimensionnel (16) par l’unité de commande (14) comprenant l’extraction (E32) d’un ensemble de points du nuage de points tridimensionnel (16) correspondant au terrain (2) et le calcul de la normale (E34) à une surface définie par ledit ensemble de points, désignée normale au terrain ; le calcul (E5) par l’unité de commande (14) des mouvements à mettre en œuvre par ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) de sorte que le vecteur directionnel du pied (111) soit substantiellement perpendiculaire à la normale au terrain ; la mise en mouvement (E6) de la prothèse bionique (1). Le procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de reconstruction (E31) du nuage de points tridimensionnel (16) comprenant l’assemblage d’une pluralité de nuages de points tridimensionnels (16) correspondant à une succession de génération de nuages de points tridimensionnels (16) par ladite au moins une caméra de profondeur (15), l’étape de reconstruction (E31) étant réalisée au préalable du calcul de la normale au terrain (E34).