Quantification de l'effet d'un retour visuel immersif et non-immersif sur la biomécanique de la propulsion en utilisant un simulateur haptique de fauteuil roulant manuel

Gagnon Shaigetz, Vincent (2017). Quantification de l'effet d'un retour visuel immersif et non-immersif sur la biomécanique de la propulsion en utilisant un simulateur haptique de fauteuil roulant manuel. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation	PDF Télécharger (5MB) | Prévisualisation
Prévisualisation	PDF Télécharger (1MB) | Prévisualisation

Résumé

Notre équipe a développé un simulateur à retour haptique capable de reproduire la friction entre le sol et un fauteuil roulant manuel (FRM). Le simulateur permet d’étudier la propulsion manuelle de manière stationnaire en laboratoire. Cependant, la propulsion stationnaire fait en sorte qu’il n’est pas possible de s’orienter ou de juger des distances parcourues lors de la propulsion sur le simulateur sans retour visuel. La technique de propulsion sur le simulateur était donc possiblement différente de celle observée dans la réalité. Un environnement virtuel (EV) qui réplique un couloir réel a été mis sur pieds pour comparer des séquences de propulsion réalisées dans un couloir réel et dans un couloir virtuel. Le but de ce projet était de quantifier l’effet d’un EV, immersif ou non, sur la technique de propulsion sur un simulateur à retour haptique.

Douze participants avec peu ou aucune expérience en propulsion de FRM ont propulsé dans un environnement réel et sur le simulateur. Les participants ont réalisé un total de 22 essais sur un parcours rectiligne et sur un parcours curviligne. Sur le simulateur, les participants ont propulsé selon 3 conditions : sans EV, avec EV affiché grâce à un écran-télé ou avec EV affiché grâce à un visiocasque. Les forces et les moments de force appliqués aux cerceaux des roués de FRMs ont été enregistrés lors d’essais expérimentaux. Les pics maximaux des forces et des moments de forces, les angles de poussées, le coefficient de variabilité de Mz et la symétrie de propulsion ont été calculés afin de comparer entre eux les essais expérimentaux. Les résultats montrent que des différences, parfois significatives, existent entre les paramètres de propulsion observés sur simulateur avec écran-télé et ceux observés lors de la propulsion réelle. Ces différences étaient plus importantes au niveau de la force verticale appliquée aux cerceaux et au niveau des angles de poussée. Ainsi, les participants avaient moins tendance à se servir de leur tronc lors de la propulsion sur simulateur. L’EV affiché grâce à un visiocasque a su rapprocher ces paramètres de propulsion sur simulateur de ceux dans la réalité physique. Ce rapprochement a été perçu pour les parcours rectiligne et curviligne.

En somme, les résultats de cette étude montrent que la technique de propulsion ne se rapproche pas davantage de la réalité lors de l’ajout d’un EV affiché grâce à un écran-télé. Cependant, un rapprochement partiel de la technique de propulsion de la réalité est observé lors de l’utilisation d’un visiocasque sur le simulateur. Des expérimentations futures pourraient être réalisées avec des visiocasques plus récents qui offrent une meilleure résolution et un plus grand champ de vue pour vérifier si le rapprochement de la technique de propulsion peut être augmenté. De plus, une phase expérimentale avec des experts en propulsion de FRM serait pertinente pour vérifier si les mêmes résultats seraient obtenus.

Titre traduit

Quantification of the effect of an immersive and non- immersive virtual environment on manual wheelchair propulsion biomechanics while using a haptic simulator

Résumé traduit

Our team developed a haptic simulator capable of reproducing friction between the floor and a manual wheelchair (MW). The simulator enables the study of stationary manual propulsion in a laboratory environment. However, propelling on the haptic simulator without receiving visual feedback makes it impossible to orient oneself or to judge traveled distances. Hence, propulsion technique observed on the simulator was potentially different from what was seen in reality. A virtual environment (VE) replicating a real hallway was developed in order to compare propulsion sequences captured in reality and on the simulator. The main objective of this project was to quantify the effect of an immersive and a non-immersive virtual environment on manual propulsion on a haptic simulator.

Twelve able-bodied participants with little to no experience in MW propulsion propelled in a real environment and on the simulator. Participants completed a total of 22 propulsion sequences on a linear course and on a curvilinear course. Participants propelled on the simulator with 3 conditions: without a VE, with a VE displayed on a TV screen and with a VE displayed through a head-mounted display (HMD). Handrim kinetics, push angles, Mz’s coefficient of variability and propulsion symmetry were the propulsion parameters that were analyzed in order to compare the different propulsion conditions. Results show differences that were sometimes significant between the propulsion technique observed on the simulator with a VE displayed on a TV screen and the propulsion technique observed in reality. These differences were more important for the both the vertical forces applied to the handrim and for push angles. This shows that participants were less using their trunks while propelling on the simulator. The VE displayed in a HMD brought these propulsion parameters closer to those observed in reality. This effect was observed for both the linear and the curvilinear courses.

In summary, results from this study show that propulsion technique on the simulator is not brought closer to what is seen in reality by adding a VE displayed on a TV screen. However, certain propulsion parameters on the simulator were brought closer to the ones seen in reality by adding a VE displaying in a HMD. Future experimentations could be done with newer HMDs that can display the VE with a better resolution and larger field of view in order to test if the propulsion technique on the simulator can be brought even closer to reality. Furthermore, future experiments could be done with MW propulsion experts in order to compare the results with the present study.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en technologies de la santé". Bibliographie : pages 97-111.
Mots-clés libres:	Fauteuils roulants Utilisation. Simulateurs (Appareils) Interfaces haptiques. Interfaces de locomotion. Réalité virtuelle. Biomécanique. Réalité virtuelle en médecine. Handicapés moteurs Réadaptation. manuel, propulsion, cinétique, rétroaction haptique, environnement virtuel, robotique de réadaptation
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Labbé, David
Codirecteur:	Codirecteur Aissaoui, Rachid
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	17 juill. 2018 19:50
Dernière modification:	17 juill. 2018 19:50
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2070

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt