Au Québec, environ 595 690 personnes vivent avec une incapacité liée à la mobilité qui limite leurs déplacements. La capacité de se déplacer est une habilité élémentaire et nécessaire pour atteindre un certain niveau de qualité de vie. L'utilisation de fauteuils roulants à propulsion manuelle est physiquement exigeant, relativement inefficace, et peut entraîner de la douleur et une dégénérescence précoce aux membres supérieurs. La fréquence et l'intensité de la douleur est reliée à la durée d'utilisation d'un fauteuil roulant. La prévalence de ce problème se situe entre 32 et 100 % des usagers et après 20 ans d'utilisation, 100 % des usagers rapportent des douleurs aux épaules. Les chiens d'assistance peuvent venir en aide à ces personnes. Ils sont entraînés pour réaliser une variété de tâches comme ouvrir les portes, apporter le téléphone, ramasser des objets au sol et finalement tirer le fauteuil roulant. Utiliser le chien pour tirer le fauteuil roulant permet aux usagers d'utiliser leur fauteuil roulant avec moins d'effort et de travail. Ainsi, le chien d'assistance, agissant comme un facilitateur environnemental en complémentarité au fauteuil roulant, pourrait à la fois prévenir une utilisation excessive des membres supérieurs et faciliter la réalisation de certaines habitudes de vie, en aidant à franchir des obstacles de l'environnement physique. L'objectif de ce mémoire est de documenter de façon prospective la contribution d'un chien d'assistance sur la mobilité des usagers de fauteuil roulant manuel. Des mesures ont été prises dans le domaine de la mobilité par l'utilisation du Wheelchair Skills Test et d'une adaptation du test de marche de 12 minutes . Les douleurs aux épaules ont été mesurées avec le Wheelchair Users Shoulder Pain Index . La perception de la qualité de vie et la participation sociale ont, respectivement, été étudiées à l'aide de l'indice de perception de la qualité de vie et de la Mesure des habitudes de vie . Onze participants, quadriplégiques de niveau inférieur et paraplégiques utilisant exclusivement un fauteuil roulant manuel ont été évalués à trois reprises. La première évaluation était faite avant l'attribution du chien (Tl), la seconde l'était à la fin de la période de 19 jours d'entraînement de l'usager avec son chien (T2) et finalement, la dernière, après sept mois passés avec le chien (T3). Les résultats indiquent une augmentation significative des habiletés en fauteuil roulant, de la participation sociale et de la perception de la qualité de vie. La distance couverte en un temps donné est grandement améliorée et les efforts pour y parvenir son significativement moindres. Les douleurs aux épaules sont aussi diminuées de façon significative. Ce projet s'inscrit dans une démarche entreprise par le Ministère de la Santé et des Services Sociaux (MSSS) dans son énoncé d'orientation ministérielle en déficience physique pour 2004 -- 2009. Il y souligne qu'"Il est important de satisfaire des besoins qui ne sont pas satisfaits (ex. : fournir des chiens d'assistance") . Cette étude exploratoire a permis de recueillir des données de base qui serviront à l'élaboration de projets de plus grande envergure qui permettront de satisfaire la demande de l'Agence d'Évaluation des Technologies et des Modes d'Intervention en Santé (AETMIS) visant à évaluer l'utilisation du chien d'assistance.

Dans les domaines de la réhabilitation, des sciences du sport et de l'ergonomie, l'évaluation des capacités de génération de force (CGF) peut aider à mieux comprendre les capacités motrices humaines. Le but de cette thèse a été d'évaluer les CGF du membre supérieur prédites au moyen de deux types de formalismes. Le premier provient du domaine de la robotique et a été utilisé pour déterminer l'ellipsoïde de force normalisé (EFN) et biomécanique (EFB), le polytope de force normalisé (PFN) et biomécanique (PFB). Pour une posture, ils sont calculés à partir d’un modèle polyarticulé du membre supérieur et de données sur les couples articulaires isométriques maximaux. Le second type fait appel à un modèle musculosquelettique afin de modéliser les CGF sous la forme d’un polytope de forces (PFMS). Tous ces modèles ont été comparés à un polytope de forces mesurées (PFM). Pour le construire, les forces maximales isométriques exercées par le membre supérieur au niveau de la main ont été évaluées dans vingt-six directions différentes. Enfin, le PFMS a été appliqué dans le cadre de la propulsion en fauteuil roulant afin de caractériser l'application des forces lors de cette tâche et un nouvel indice d’évaluation de la performance postural (IPP) a été proposé. / In fields like rehabilitation, sports sciences and ergonomics, the evaluation of the force feasible set (FFS) of the human limbs may help to better understand the human motor abilities. The aim of this thesis was to compare the upper-limb force capacity at the hand predicted by two different kinds of FFS formalism. The first one originating from the robotics field was used to compute the force ellipsoid (FE), scaled force ellipsoid (SFE), force polytope (FP) and scaled force polytope (SFP). For one posture, they are computed from the upper-limb model and hypotheses and data on maximum isometric joint torques. The second one permitted to compute the FFS modeled as a force polytope from a musculoskeletal model (MSFP). All the previously mentioned models were compared with a measured force polytope (MFP). To construct it, the maximum isometric forces exerted at the hand were assessed in twenty-six directions of the Cartesian space. Then, the MSFP was applied to the manual wheelchair propulsion in order to characterize the forces applied on the handrim during this task and a new evaluation index of postural performance (IPP) was also introduced.

Ce projet de recherche de maîtrise fait partie d'un programme de recherche et de développement appelé « Sur la piste de la performance ». Ce programme vise à améliorer les performances des athlètes en fauteuil roulant de course de l'équipe paralympique canadienne. Les chercheurs du groupe PERSEUS estiment qu'il existe une combinaison optimale des paramètres de configuration selon l'athlète et la discipline. Pour arriver à une telle optimisation de la configuration de l'équipement, le groupe PERSEUS a élaboré une démarche de maximisation du transfert de puissance. Ce projet de maîtrise visait plus particulièrement à contribuer au volet d'optimisation du transfert de puissance par expérimentation via la conception d'un ergomètre qui simulerait les conditions de course auxquelles les athlètes sont soumis sur le terrain. De plus, il devait inclure la conception d'un fauteuil configurable qui permettrait d'évaluer l'effet sur la performance des changements des différents paramètres de positionnement d'un fauteuil roulant de course. À la lumière de l'état de l'art, des essais préliminaires et d'un modèle théorique de simulation de puissance qui détermine les paramètres importants de la course en fauteuil roulant, un concept d'ergomètre à rouleaux d'inertie couplés à un servomoteur a été développé. Cet ergomètre peut recevoir à la fois le fauteuil de l'athlète ou un fauteuil configurable. En dernière étape, une validation expérimentale de l'ergomètre et du fauteuil configurable a été faite avec un athlète de la relève pour des épreuves de 100m et 400m. Cette validation en deux temps confirme que les performances obtenues en laboratoire sur l'ergomètre sont représentatives de celles obtenues sur la piste. Elle confirme aussi que les performances obtenues sur l'ergomètre avec le fauteuil configurable sont représentatives de celles obtenues sur l'ergomètre avec le fauteuil roulant de course de l'athlète.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

En France, plus de 2 enfants sur 1000 naissent avec une « Paralysie Cérébrale », provoquée par des lésions au niveau cérébral. Cette pathologie non-évolutive, entraine des troubles de la motricité et du processus attentionnel. Certains de ces enfants n’ont pas accès au fauteuil roulant électrique pour des raisons de sécurité, car susceptibles de commettre des erreurs dangereuses de pilotage. Ils n’ont donc pas accès à l’autonomie et se déplacent en fauteuil manuel poussé par une tierce personne. Or, aujourd’hui les études médicales du domaine font consensus sur la nécessité de l’accession au déplacement autonome, indispensable pour le développement personnel, intellectuel et la participation sociale de toute personne, handicapée ou non. Ce travail de thèse a pour but de développer un système optronique adaptable, permettant de transformer un fauteuil roulant électrique classique, en fauteuil roulant semi-autonome. Ceci signifie que l’utilisateur garde le contrôle de la direction et de la vitesse du fauteuil, mais que des capteurs peuvent inhiber les commandes empêchant les situations de basculement (trottoirs, escaliers, etc.) ou de collision frontale. La priorité est placée sur un dispositif constitué d’une combinaison de capteurs pouvant s’adapter sur les différents modèles existants de fauteuil en respectant leur encombrement initial. Tous les capteurs utilisés ou conçus pour l’objectif recherché, doivent maintenir leurs performances dans tous les environnements (intérieur, extérieur, fort ensoleillement, goudron mouillé, etc.). La consommation énergétique totale ne doit pas excéder quelques Watts. Concernant l’anticollision frontale et le passage de portes, nous avons développé une solution associant pour chaque côté du fauteuil un double capteur infrarouge et un capteur à ultrasons. Les capteurs infrarouges, développés en interne, sont conçus pour avoir des zones de protection cylindriques, permettant de détecter efficacement les passages dégagés de la taille du fauteuil et gérer les angles grâce au double capteur. Le capteur à ultrasons est destiné à gérer les obstacles fins foncés frontaux à courte distance pouvant échapper aux capteurs infrarouges. Concernant le contrôle de la planéité du sol et donc l’antibasculement, un lidar laser miniature trifaisceaux a été développé pour protéger chaque roue avec 1 m d’anticipation. Les données des différents capteurs seront couplées à l’odométrie du fauteuil afin de prendre les décisions sur les commandes. Les capteurs sont conçus pour assurer une anticipation suffisante jusqu’à 3km/h. Il s’agit d’une vitesse faible, mais adaptée à des utilisateurs qui dans le contexte actuel ne sont pas autorisés à piloter. Des tests en situation réelle dans des situations climatiques variées sont réalisés. / In France, more than 2 children out of 1000 are born with "Cerebral Palsy", caused by lesions on the cerebral level. This non-progressive pathology causes disorders of motor skills and the attentional process. Some of these children do not have access to the electric wheelchair for safety reasons, as they may make dangerous steering mistakes. They do not have access to autonomy and move in manual wheelchair pushed by a third person. However, today the medical studies of the field point on the need for accession to autonomous displacement, essential for personal development, intellectual and social participation of any person, disabled or not. This thesis aims to develop an adaptable optronic system, transforming a classic electric wheelchair into a semi-autonomous wheelchair. This means that the user keeps control of the direction and speed of the chair, but that sensors can inhibit controls that prevent from falls (sidewalks, stairs, etc.) or frontal collisions. The priority is placed on a device consisting of a combination of sensors that can adapt to the different existing models of wheelchair respecting their initial size. All sensors used or designed for the intended purpose, must maintain their performance in all environments (indoor, outdoor, strong sunlight, wet tar, etc.). The total energy consumption must not exceed a few Watts. For frontal collision avoidance and door entry, we have developed a solution combining for each side of the chair a double infrared sensor and an ultrasonic sensor. The infrared sensors, developed in-house, are designed to have cylindrical protection zones, making it possible to effectively detect the passages cleared of the size of the chair and to manage the angles thanks to the double sensor. The ultrasonic sensor is designed to handle dark fine end-face obstacles that can escape infrared sensors. The control of the flatness of the floor and therefore of the anti-tip, a LiDAR triple laser beams has been developed to protect each wheel with 1 m of anticipation. The data of the various sensors will be coupled to the odometry of the chair to make decisions on orders. The sensors are designed to provide sufficient anticipation up to 3 km/h. This is a low speed, but suitable for users who in the current context are not allowed to drive.Real-life tests in various climatic situations are carried out. Solutions are sought for chaotic floors or when the user moves a lot on the chair.

L’objectif principal de ce projet de recherche était de démontrer qu’il est possible d’améliorer le temps de course des athlètes paralympiques en fauteuil roulant d’athlétisme de 4% en variant leur configuration. Une revue de littérature a permis d’établir qu’il est clair que la configuration de l’athlète dans son fauteuil roulant d’athlétisme est l’un des points majeurs dans l’optimisation de la performance, et que peu d’auteurs ont réussi à démontrer l’influence de la variation de la position d’un athlète sur l’amélioration de ses performances. En partant de l’hypothèse selon laquelle il existerait une position optimale de l’athlète dans son fauteuil roulant d’athlétisme lui permettant d’augmenter ses performances, les opportunités pouvant influencer la performance des athlètes ont été listées et quantifiées. Les limitations relatives à ces avenues d’amélioration ont été énoncées afin de déterminer dans quelle mesure elles permettent d’augmenter les performances d’un athlète. Par la suite, une étude expérimentale comprenant quatre participants, conjointement avec une étude théorique, ont permis de démontrer que la variation de la configuration de l’athlète influence la vitesse maximale atteinte lors d’un essai lancé sur ergomètre, en plus de permettre à l’athlète de maximiser l’énergie produite de manière « passive » entre le moment du contact et du relâchement, c’est-à-dire en n’utilisant que l’énergie cinétique et potentielle gravitationnelle du membre supérieur, l’énergie potentielle élastique provenant de la contraction musculaire étant négligée. Les résultats découlant de cette étude permettent de positionner de façon préliminaire de nouveaux athlètes ou des athlètes voulant améliorer leur configuration, en leur proposant une première configuration qui leur permet de sauver plusieurs mois, voire plusieurs années, d’itérations d’optimisation de leur configuration.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Introduction. Les capacités et les possibilités de déplacement en fauteuil roulant manuel (FRM) sont déterminantes pour l'intégration sociale et professionnelle des usagers. Objectifs. Approfondir la connaissance des contraintes de déplacement en FRM à travers 2 études. La 1ère pour identifier les habitudes et préciser les difficultés des usagers ; la 2nde, induite par les résultats de la 1ère, pour évaluer les effets du dévers, encore méconnus, sur les astreintes cardiaques, énergétiques, musculaires et subjectives. Méthodes. La 1ère étude a été menée par questionnaire complété par 118 sujets paraplégiques en FRM. La 2nde étude, en laboratoire avec 25 hommes paraplégiques, comporte 2 tests : un test d?effort sur ergocycle à bras et un test de propulsion de 300 m et 8 conditions combinant 4 dévers (0, 2, 8 et 12 %) et 2 vitesses (0,97 m.s-1 et une vitesse choisie "de confort"). Résultats. La 1ère étude révèle un environnement peu adapté, avec des moyens de transport et des bâtiments souvent inaccessibles sans aide, et des gènes limitant les sorties des usagers parmi lesquelles figure le dévers. La 2nde étude indique des astreintes cardiaques, énergétiques et musculaires significativement modifiées par le dévers et par la vitesse (p < 0,01). L'astreinte subjective n'est pas modifiée par la vitesse. Des différences entre 0 et 2 % sont faibles mais existent. Un dévers de 12 % est difficilement réalisable. Les équilibres des activités musculaires changent dès 2 % de dévers. Le niveau lésionnel modifie de façon très importante les stratégies de déplacements et les niveaux d'astreintes mesurées ou perçues. Discussion-Conclusion. Les effets du dévers sont perceptibles dès 2 % et sont nets et délétères à 8 %. Ce travail permet de proposer de façon plus argumentée un modèle d'astreintes qui conforte le seuil de dévers fixé réglementairement à 2 % permettant à la grande majorité des usagers de FRM de se déplacer de façon autonome et de rester actifs / Introduction. Displacement capacities and possibilities in manual wheelchair (MWC) are strong determinants of social and occupational integration of MWC users. Objectives. Improve the knowledge of the strains involved by displacement in MWC through 2 studies; the first one to identify habits and difficulties of MWC users. The second one, induced by the results of the first one, has assessed the poorly known cardiac, energetic, muscular and subjective strains of the displacement of MWC users on a cross slope. Methods. The first study was a survey answered by 118 paraplegics habitual MWC users. The second one, a laboratory study conducted with 25 paraplegic men, includes 2 tests: a sub maximal arm-cranking test and a 300 m propulsion test with 8 conditions combining 4 cross slopes (0, 2, 8 et 12%) and 2 velocities (0,97 m.s-1 and a "comfortable" chosen one). Results. The first study shows an adverse environment, with many places unreachable without help and disturbances, like cross slope, which hinders users' displacements. The second study demonstrates the increases of cardiac, energetic, muscular and subjective strains with cross slope. Differencies between 0 and 2% cross slopes are low but quantified. Displacement on a 12% cross slope is very difficult. The balance of muscles activities is changing at 2% cross slope. The injury level makes deep changes in the displacements strategies and in as well perceived as measured strain levels. Discussion-Conclusion. Effects of cross slope are perceived for as low as 2% and onwards values. They are high and deleterious at 8%. This work allows to construct a model of cross slope strains which confirms that the regulatory 2% cross slope limit is well chosen because it allows most MWC users to move without help and remain active

Les fauteuils roulants « intelligents » dotés de facultés de navigation autonomes visent à soulager les personnes handicapés moteurs ayant des difficultés à conduire un fauteuil électrique standard. Depuis les années 80, de nombreuses études ont été menées pour réaliser de tels prototypes mais très peu ont abouti à de réels progrès pour les utilisateurs et ce uniquement pour des fonctionnalités simples. Cela peut s'expliquer par plusieurs facteurs, notamment la sous-estimation des contraintes d'acceptabilité et d'adaptabilité. Dans ce contexte, notre objectif est de concevoir une assistance à la conduite sous respect de ces contraintes. Pour cela, nous réalisons un système léger, composé de trois capteurs laser, d'une caméra et d'un micro-ordinateur. Il est susceptible de s'adapter sur tout type de fauteuil électrique et nous a permis de développer les fonctionnalités de franchissement de passage étroit et de suivi de mur ainsi qu'une interface humain-machine ergonomique. Celle-ci est établie par une commande « déictique » qui consiste à fournir un aperçu de l'environnement sur lequel l'utilisateur désigne la tâche autonome choisie par son lieu d'application, le fauteuil réalisant automatiquement l'action correspondante. Tout contact sur le joystick rend immédiatement le contrôle du fauteuil à l'utilisateur afin qu'il ne se sente pas prisonnier de l'assistance, ainsi le pilotage se compose d'une alternance de commandes manuelles et d'indications sur l'interface. Ensuite, l'évaluation de notre assistance à la conduite s'est déroulée en trois étapes. La première, qualitative, a consisté à présenter et à faire essayer le système à des utilisateurs potentiels. Dans un second temps nous avons comparé quantitativement les performances de la conduite assistée avec celles d'une conduite manuelle sur un panel de sujets valides (temps de parcours, nombre d'actions réalisées, indice de confort...). La troisième étape a consisté à évaluer la charge cognitive des utilisateurs dans les deux modes de conduite en mesurant la charge attentionnelle et la capacité décisionnelle à partir d'une méthode de douche tâche / The Smart Wheelchairs, that are equipped for autonomous navigation functionalities, aim to relieve people with disabilities who have difficulty to drive a standard electric wheelchair. Since the 80s, many studies have been conducted to design such prototypes but very few have led to real progress for users and only for simple functionalities. This can be explained by several factors, including the underestimation of the constraints of acceptability and adaptability. In this context, our goal is to provide a driving assistance in respect of these constraints. For this, we design a lightweight system, consisting of three laser sensors, a camera and a computer. It is adaptable to any type of electric wheelchair and allowed us to develop the functionalities of passing through of the narrow passages and wall following, as well as an ergonomic human-machine interface. This latter is established by a deictic command which consists in to provide an overview of the environment where the user indicates the chosen autonomous task by his application location, and then the wheelchair performs the corresponding action automatically. Moreover, all contact with the joystick gives back the control to the user so that he does not feel a prisoner of assistance; well the driving is composed of alternating manual controls and indications on the interface. Finally, the evaluation of our assistance in the conduct took place in three stages. The first, qualitative, is to present and to do try the system to potential users. In a second step, we compare quantitatively the performance of the assistance driving with those of a manual driving on a panel of valid persons (travel time, number of actions, discomfort index?). The third step is to assess the cognitive load of users in both driving modes by measuring the attentional load and decision-making capacity from a dual task method

Les travaux entrepris dans cette thèse sont relatifs à l'analyse biomécanique et à la simulation du mouvement de propulsion d'un fauteuil roulant à mains courantes. Ils ont pour objectif la prévention des troubles musculosquelettiques du membre supérieur. Pour cela, nous proposons des indices permettant une quantification objective du risque de développer une pathologie du membre supérieur en lien avec la propulsion du fauteuil. Ainsi, dans le premier chapitre, nous présentons le fauteuil roulant, l'anatomie et les pathologies du membre supérieur et le lien entre ces dernières et le geste de propulsion. Dans le second chapitre, nous détaillons les paramètres biomécaniques du mouvement et justifions la construction de nos indices de risque de troubles musculosquelettiques des trois articulations et du membre supérieur dans son ensemble. Nous indiquons également quels sont les outils nécessaires à l'évaluation du geste de propulsion. Le troisième chapitre expose le protocole expérimental, ses objectifs et les résultats obtenus. Ainsi, les assises hautes et plutôt avancées réduisent les valeurs extrêmes et les amplitudes des trois articulations du membre supérieur ainsi que les activations musculaires des principaux muscles impliqués dans la propulsion. Elles diminuent également le risque de troubles musculosquelettiques évalué par les indices présentés au chapitre précédent. Cependant, ces réglages sont à l'opposé de ceux considérés comme efficaces : assises basses et reculées. Lors du réglage du fauteuil, il faut donc faire un compromis entre efficacité et risque de pathologies. Enfin, le quatrième chapitre présente un modèle de cinématique inverse permettant la simulation et l'évaluation du geste de propulsion d'un fauteuil à mains courantes. Ce dernier permet de tester une multitude de configurations, ce qui est inconcevable lors d'une étude in-vivo, et ainsi de proposer un réglage fin du fauteuil. Pour conclure, nos travaux utilisent des connaissances issues de la biomécanique et de l'ergonomie et proposent une première quantification du risque de troubles musculosquelettiques afin d'aider au choix et au réglage du fauteuil avec comme perspective la prévention de ces derniers. Ainsi, sur la base d'un simple test cinématique, l'interface que nous avons développée permet dévaluer le geste de propulsion et les risques de TMS qui en découlent. Elle permet également de simuler le geste pour une infinité de configurations du fauteuil et ainsi de conseiller objectivement l'utilisateur lors du choix et du réglage de son fauteuil. Enfin, dans le cadre de programmes de réhabilitation, l'utilisation de nos indices de risques de TMS permettrait l'évaluation du geste de propulsion lors des phases d'apprentissage. En effet, la visualisation, des gestes et des risques qui leur sont associés, aiderait les équipes médicales à transmettre aux nouveaux utilisateurs de fauteuil les connaissances nécessaires à la réalisation du geste de propulsion le moins traumatisant.