Conception et implémentation en temps réel d’une commande non linéaire d’un robot exosquelette à câbles pour la réadaptation des membres inférieurs

Arrami, Chahira (2024). Conception et implémentation en temps réel d’une commande non linéaire d’un robot exosquelette à câbles pour la réadaptation des membres inférieurs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’intégration des systèmes robotiques dans la médecine physique offre des avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles, tels qu’une meilleure répétabilité des mouvements, une assistance précise et des mesures de performance quantifiables. Dans cette perspective, un exosquelette innovant pour la rééducation des membres inférieurs, nommé KINECAB, a été développé. Contrairement aux dispositifs rigides traditionnels, KINECAB utilise une structure légère entraînée par des câbles, capable de réaliser une grande variété d’exercices de rééducation dans différentes configurations (debout ou couché), adaptées aux besoins spécifiques de l’utilisateur.

L’objectif principal de ce projet est de concevoir une commande robuste pour ce robot exosquelette à câbles afin d’améliorer le processus de rééducation des membres inférieurs. Pour atteindre cet objectif, une modélisation cinématique et dynamique du système a été effectuée en tant qu’étape intermédiaire, permettant de mieux comprendre les caractéristiques du robot. Ensuite, une approche de contrôle non linéaire par mode glissant a été développée, garantissant la robustesse du système et une précision optimale dans le suivi des exercices prescrits par le thérapeute.

Les techniques et algorithmes développés ont été validés par des simulations et en temps réel, démontrant une performance satisfaisante dans le suivi des mouvements et le maintien des tensions positives dans les câbles pendant l’exécution des exercices. Les travaux réalisés dans ce mémoire contribuent à l’amélioration des techniques de rééducation des membres inférieurs en intégrant des solutions robotiques innovantes et performantes.

Titre traduit

Real-time design and implementation of nonlinear control for a cable-driven exoskeleton robot for lower limb rehabilitation

Résumé traduit

The integration of robotic systems into physical medicine offers significant advantages over traditional methods, such as improved movement repeatability, precise assistance, and quantifiable performance measurements. In this context, an innovative exoskeleton for lower limb rehabilitation, named KINECAB, has been developed. Unlike traditional rigid devices, KINECAB uses a lightweight cable-driven structure capable of performing a wide variety of rehabilitation exercises in different configurations (standing or lying down), tailored to the user’s specific needs.

The primary objective of this project is to design a robust control system for this cable-driven exoskeleton to enhance the lower limb rehabilitation process. To achieve this goal, a kinematic and dynamic modeling of the system was carried out as an intermediate step, allowing a better understanding of the robot’s characteristics. Then, a nonlinear sliding mode control approach was developed, ensuring system robustness and optimal precision in tracking the exercises prescribed by the therapist.

The techniques and algorithms developed were validated through simulations and real-time execution, demonstrating satisfactory performance in tracking movements and maintaining positive tension in the cables during the exercises. The work carried out in this thesis contributes to the improvement of lower limb rehabilitation techniques by integrating innovative and efficient robotic solutions.

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 génie électrique". Comprend des références bibliographiques (pages 65-70).
Mots-clés libres:	commande par mode glissant, saturation des actionneurs, dynamiques, exosquelettes, impédance, robots, incertitudes, perturbations
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Saad, Maarouf
Codirecteur:	Codirecteur Kali, Yassine
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	17 avr. 2025 13:28
Dernière modification:	17 avr. 2025 13:28
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3579

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