Brevet FR3127705A1 — publié le 20230407

La présente invention concerne un procédé de mise en mouvement d’un exosquelette (1) bipède recevant un opérateur humain, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend la mise en œuvre par des moyens de traitement de données (11) de l’exosquelette (1), d’étapes de : (a) obtention d’au moins une consigne posturale à appliquer par l’exosquelette (1) pour que l’opérateur réalise un mouvement d’exercice ; (b) détermination d’une trajectoire de l’exosquelette (1) par la mise en œuvre d’une cinématique inverse hiérarchisée en fonction de l’au moins une consigne posturale déterminée, ladite cinématique inverse hiérarchisée présentant une pile de tâches hiérarchisées comprenant, comme tâche de plus forte priorité, une tâche de maintien des pieds de l’exosquelette (1) au sol lors dudit mouvement d’exercice de l’opérateur. Figure de l’abrégé : Fig. 1 Procédé de mise en mouvement d’UN exosquelette DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine des robots de type exosquelette. Plus précisément, elle concerne un procédé de mise en mouvement d’un exosquelette, dans un mode dit d’exercice. ETAT DE L’ART Récemment, sont apparus pour les personnes avec des problèmes de mobilité importants comme les paraplégiques des dispositifs de marche assistée appelés exosquelettes, qui sont des dispositifs robotisés externes que l’opérateur (l’utilisateur humain) vient « enfiler » grâce à un système d’attaches qui lie les mouvements de l’exosquelette de ses propres mouvements. Les exosquelettes de membres inférieurs disposent de plusieurs articulations, généralement au moins au niveau des genoux et des hanches, pour reproduire le mouvement de marche. Des actionneurs permettent de mouvoir ces articulations, qui à leur tour font se mouvoir l’opérateur. Un système d’interface permet à l’opérateur de donner des ordres à l’exosquelette, et un système de commande transforme ces ordres en commande pour les actionneurs. Des capteurs viennent généralement compléter le dispositif. Ces exosquelettes constituent une avancée par rapport aux fauteuils roulants, car ils permettent aux opérateurs de se remettre debout et de marcher. Les exosquelettes ne sont plus limités par les roues et peuvent théoriquement évoluer dans la majorité des environnements urbains : les roues, au contraire des jambes, ne permettent pas de franchir des obstacles importants comme des marches, escaliers, obstacles d’une hauteur trop importante, etc. Outre la récupération de mobilité, les exosquelettes ont un fort intérêt en rééducation, en particulier suite à des accidents neurologiques tels que des AVC. La « verticalisation » est en particulier un exercice important dans la rééducation des personnes à mobilité réduite. Elle un impact significatif important sur la personne, que ce soit psychologique ou physique. Cet exercice leur permet d’une part, se mettre à hauteur des personnes de leur entourage pour interagir socialement, ce qui est très bon pour leur moral (confiance en soi et dignité). D’autre part, elle permet d’améliorer la respiration, la circulation sanguine ou encore la digestion, et d’éviter la rétraction musculaire et l’apparition d’escarres. On appelle mode « exercice » un mode de fonctionnement d’un exosquelette dans lequel le patient ne se déplace pas, et ses deux pieds restent toujours en contact avec le sol (ils sont immobiles), afin de réaliser des mouvements d’exercice d’intérêt pour la rééducation du patient et/ou pour la dynamisation du corps. Le problème est qu’un paraplégique ne peut pas faire de mouvement qui sera « suivi » par l’exosquelette. Dans le cas d’une marche, l’exosquelette peut appliquer une trajectoire prédéfinie, mais cela n’est plus possible dans le mode exercice, car alors le mouvement doit pouvoir être complètement contrôlé par le patient, à partir de données capteur. On connait un seul exosquelette qui permet à un paraplégique de réaliser des exercices en posture debout, il s’agit du REX de RexBionics. Cependant, il fonctionne selon un principe simpliste : l’exosquelette se fige dans une posture donnée, et ensuite le patient peut mobiliser le haut du corps, mais sans aucune possibilité de contrôle l’exosquelette. On comprend que cette solution limite fortement les mouvements d’exercice possibles : le mode « Rexercices » de REX permet uniquement de manipuler des ballons et des équipements de musculation de la partie haute du corps, alors qu’il serait profitable de permettre au patient d’effectuer des squats, de se pencher pour attraper un objet, de bouger les hanches, etc. De surcroit, maintenir le patient dans une posture statique pose quelques problèmes : Sensation d’être bloqué dans l’exosquelette ; Risque de basculement du robot avec les mouvements amples du patient et par conséquent, le blesser ; Non-atteinte des objets situés à basse altitude. Au contraire, dynamiser la verticalisation et augmenter l’espace d’atteinte permet de motiver le patient dans cet exercice et de lui donner le contrôle de ses mouvements. Il serait souhaitable de disposer d’une nouvelle solution de mise en mouvement d’un exosquelette, qui permette une plus grande variété d’exercices tout en restant stable et sécurisé pour le patient. PRESENTATION DE L’INVENTION La présente invention se rapporte ainsi selon un premier aspect à un procédé de mise en mouvement d’un exosquelette bipède recevant un opérateur humain, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend la mise en œuvre par des moyens de traitement de données de l’exosquelette, d’étapes de : (a) obtention d’au moins une consigne posturale à appliquer par l’exosquelette pour que l’opérateur réalise un mouvement d’exercice ; (b) détermination d’une trajectoire de l’exosquelette par la mise en œuvre d’une cinématique inverse hiérarchisée en fonction de l’au moins une consigne posturale déterminée, ladite cinématique inverse hiérarchisée présentant une pile de tâches hiérarchisées comprenant, comme tâche de plus forte priorité, une tâche de maintien des pieds de l’exosquelette au sol lors dudit mouvement d’exercice de l’opérateur. Selon des caractéristiques avantageuses et non-limitatives : La pile de tâches hiérarchisées comprend en outre au moins une tâche de contrôle du reste de l’exosquelette, de priorité moindre que ladite tâche de maintien des pieds de l’exosquelette au sol. Ladite au moins une tâche de contrôle du reste de l’exosquelette est choisie parmi : une tâche de contrôle du centre de masse, CoM, de l’exosquelette ; une tâche de contrôle du bassin de l’exosquelette ; une tâche de contrôle de la posture de l’exosquelette. La pile de tâches hiérarchisées comprend, par ordre de priorité décroissant, ladite tâche de maintien des pieds de l’exosquelette au sol, la tâche de contrôle du CoM de l’exosquelette, la tâche de contrôle du bassin de l’exosquelette, et la tâche de contrôle de la posture de l’exosquelette. La tâche de contrôle du CoM de l’exosquelette est une tâche de contrôle en position et de stabilisation du CoM via un contrôleur basé sur un modèle de pendule inversé flexible. L’étape (b) comprend l’exécution de boucles de contrôle définissant pour chaque tâche l’évolution d’une position de l’exosquelette de sorte à mettre en œuvre ladite trajectoire déterminée. On a une boucle de contrôle indépendante par tâche, la cinématique inverse hiérarchisée étant mise en œuvre au sein desdites boucles de contrôle. La position de l’exosquelette est définie par un vecteur des positions articulaires des degrés de liberté actionnés de l’exosquelette. L’étape (a) comprend l’identification d’une intention de mouvement par l’opérateur, à partir de données acquises par des capteurs de l’exosquelette ; et la détermination de l’au moins une consigne posturale à partir de ladite intention de mouvement. L’au moins une consigne posturale est une consigne de centre de masse, CoM, et/ou d’articulation définissant une pose désirée de l’exosquelette lors dudit mouvement d’exercice de l’opérateur. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un exosquelette comprenant des moyens de traitement de données configurés pour mettre en œuvre un procédé selon le premier aspect de mise en mouvement de l’exosquelette. Selon un troisième et un quatrième aspect, l’invention concerne un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon le premier aspect de mise en mouvement d’un exosquelette ; et un moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d’ordinateur comprend des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon le premier aspect de mise en mouvement d’un exosquelette. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d’un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : la est un schéma d’un exosquelette utilisé par les procédés selon l’invention ; la est un diagramme illustrant un mode de réalisation préféré du procédé selon l’invention ; la représente schématiquement une première boucle de contrôle utilisée dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l’invention ; la représente schématiquement une deuxième boucle de contrôle utilisée dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l’invention. Procédé de mise en mouvement d’un exosquelette (1) bipède recevant un opérateur humain, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend la mise en œuvre par des moyens de traitement de données (11) de l’exosquelette (1), d’étapes de : (a) obtention d’au moins une consigne posturale à appliquer par l’exosquelette (1) pour que l’opérateur réalise un mouvement d’exercice ; (b) détermination d’une trajectoire de l’exosquelette (1) par la mise en œuvre d’une cinématique inverse hiérarchisée en fonction de l’au moins une consigne posturale déterminée, ladite cinématique inverse hiérarchisée présentant une pile de tâches hiérarchisées comprenant, comme tâche de plus forte priorité, une tâche de maintien des pieds de l’exosquelette (1) au sol lors dudit mouvement d’exercice de l’opérateur. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pile de tâches hiérarchisées comprend en outre au moins une tâche de contrôle du reste de l’exosquelette (1), de priorité moindre que ladite tâche de maintien des pieds de l’exosquelette (1) au sol. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite au moins une tâche de contrôle du reste de l’exosquelette (1) est choisie parmi une tâche de contrôle du centre de masse, CoM, de l’exosquelette (1) ; une tâche de contrôle du bassin de l’exosquelette (1) ; une tâche de contrôle de la posture de l’exosquelette (1). Procédé selon la revendication 3, dans laquelle la pile de tâches hiérarchisées comprend, par ordre de priorité décroissant, ladite tâche de maintien des pieds de l’exosquelette (1) au sol, la tâche de contrôle du CoM de l’exosquelette (1), la tâche de contrôle du bassin de l’exosquelette (1), et la tâche de contrôle de la posture de l’exosquelette (1). Procédé selon l’une des revendications 3 et 4, dans lequel la tâche de contrôle du CoM de l’exosquelette (1) est une tâche de contrôle en position et de stabilisation du CoM via un contrôleur basé sur un modèle de pendule inversé flexible. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape (b) comprend l’exécution de boucles de contrôle définissant pour chaque tâche l’évolution d’une position de l’exosquelette (1) de sorte à mettre en œuvre ladite trajectoire déterminée. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on a une boucle de contrôle indépendante par tâche, la cinématique inverse hiérarchisée étant mise en œuvre au sein desdites boucles de contrôle. Procédé selon l’une des revendications 6 à 7, dans lequel la position de l’exosquelette (1) est définie par un vecteur des positions articulaires des degrés de liberté actionnés de l’exosquelette (1). Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape (a) comprend l’identification d’une intention de mouvement par l’opérateur, à partir de données acquises par des capteurs de l’exosquelette (1) ; et la détermination de l’au moins une consigne posturale à partir de ladite intention de mouvement. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel l’au moins une consigne posturale est une consigne de centre de masse, CoM, et/ou d’articulation définissant une pose désirée de l’exosquelette (1) lors dudit mouvement d’exercice de l’opérateur. Exosquelette (1) comprenant des moyens de traitement de données (11) configurés pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications 1 à 10 de mise en mouvement de l’exosquelette (1). Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 10 de mise en mouvement d’un exosquelette (1), lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d’ordinateur comprend des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 10 de mise en mouvement d’un exosquelette (1).