Titre de l'écran-titre (visionné le 22 janvier 2024) / 2 vidéos en mp4 montrant l'utilisation du bras d'écriture. / Plusieurs personnes vivent avec des incapacités physiques qui les limitent dans la vie de tous les jours. Diverses pathologies neurologiques (accident vasculaire cérébral, lésion médullaire, paralysie cérébrale, etc.) peuvent induire des déficiences, telles que de la faiblesse musculaire ou de la spasticité, pouvant affecter la réalisation des activités quotidiennes des personnes qui en sont atteintes. Ces personnes peuvent avoir besoin d'assistance au quotidien pour effectuer plusieurs mouvements de la vie courante. Des aides techniques peuvent les aider à accomplir ces tâches de manière autonome sans nécessiter l'assistance d'un aidant. Le présent projet se divise en quatre sections : une aide technique et un outil de réadaptation ont été développés pour une utilisation planaire et pour une utilisation à trois dimensions chacun. La version planaire est orientée pour servir d'aide motorisée pour l'écriture manuscrite. En effet, l'écriture à la main apporte de nombreux avantages lors du développement des enfants et peu d'aides techniques sont développées pour aider ceux qui ont des difficultés de dextérité, de contrôle et/ou de coordination. Une aide technique active permettant plusieurs niveaux de progression lors de l'apprentissage est donc un outil supplémentaire très intéressant. Différents algorithmes de contrôle ont été développés pour permettre une progression : 1) le mécanisme bouge de manière automatique pour effectuer une lettre et l'utilisateur se laisse guider, 2) le mécanisme rejoue un mouvement quelconque enregistré par le professionnel de la santé et l'utilisateur se laisse guider, 3) une enveloppe composée de ressorts et d'amortisseurs aide l'utilisateur à progresser dans la bonne direction en repoussant l'effecteur lors de mouvements non désirés, 4) une enveloppe composée de murs virtuels aide l'utilisateur à progresser dans la bonne direction, mais laisse une marge de manœuvre à celui-ci dans la liberté de son mouvement, 5) les mouvements de l'utilisateur sont libres et de l'amortissement est ajouté lorsqu'un mouvement brusque est détecté et 6) les mouvements de l'utilisateur sont libres et des perturbations sont ajoutées pour interférer son contrôle de l'effecteur. De plus, une métrique de fluidité permet de quantifier le mouvement effectué par l'utilisateur et de dire s'il est continu ou saccadé. Cette version d'aide technique peut aussi servir d'aide à la réadaptation. En effet, l'aide technique serait probablement utilisée à un même niveau d'assistance par un utilisateur tandis qu'un autre utilisateur qui l'utilise pour la réadaptation pourrait progresser dans les différents niveaux développés. La version en trois dimensions se veut une reprise de la version planaire, mais en ajoutant une compensation de la gravité à l'effecteur. Ainsi, pour un utilisateur qui a de la difficulté à soutenir le poids de son membre supérieur contre la gravité, le mécanisme peut l'aider à gagner de l'amplitude de mouvements. Les mêmes six algorithmes de progression sont développés sur le support de bras tout comme la métrique de fluidité pour quantifier la qualité du mouvement. Le support de bras peut, tout comme l'aide à l'écriture, être utilisé comme aide technique en utilisant un seul niveau de progression ou être utilisé comme aide pour la réadaptation en effectuant une progression à travers les différents niveaux. Dans le cas des deux mécanismes qui ont chacun deux applications possibles, l'hypothèse est que les algorithmes développés permettent d'aider les utilisateurs potentiels autant comme aide technique au quotidien et que comme outil de réadaptation. Le présent projet se concentre sur le développement mécanique et sur les algorithmes de contrôle, mais de futurs essais avec des utilisateurs potentiels pourraient déterminer si le tout est concluant. Tout au long du processus, des ergothérapeutes et des physiothérapeutes travaillant avec les clientèles cibles ont été rencontrés pour savoir quels étaient leurs perceptions des besoins dans le développement de tels mécanismes. Leurs réponses ont aidé à guider le développement global. / Several people live with physical disabilities that limit them in their everyday life. Various neurological conditions (such as stroke, spinal cord injury, cerebral palsy, etc.) can lead to impairments, such as muscle weakness or spasticity, which can affect the performance of daily activities for those affected. These individuals may require daily assistance to perform several basic life movements. Assistive technologies can help them accomplish these tasks independently, without the need for a caregiver's assistance. The current project is divided into four sections: a flat-plane assistive device and a rehabilitation tool will be developed for both two-dimensional and three-dimensional use, respectively. The flat-plane version is designed to serve as a motorized aid for handwriting. Handwriting offers numerous advantages during child development, but few assistive technologies are developed to help those who have difficulties with dexterity, control, and/or coordination. An active assistive device providing several levels of progression during learning is, therefore, a very interesting additional tool. Different control algorithms have been developed to allow progression: 1) the mechanism moves automatically to form a letter, and the user follows the guidance, 2) the mechanism replays any movement recorded by a healthcare professional, guiding the user, 3) an envelope consisting of springs and dampers assists the user in moving in the right direction, pushing back the effector during undesired movements, 4) an envelope with virtual walls helps the user progress in the correct direction while allowing some freedom of movement, 5) the user's movements are free, and damping is added when a sudden movement is detected, and 6) the user's movements are free, but disturbances are added to interfere with control of the effector. Additionally, a fluidity metric quantifies the user's movement, determining whether it is continuous or jerky. This assistive version can also be used for rehabilitation purposes. While one user may use the assistive device at a consistent level of assistance, another user using it for rehabilitation could progress through the different developed levels. The three-dimensional version is an extension of the flat-plane version, but with the addition of gravity compensation for the effector. This means that for a user who has difficulty supporting the weight of their arm during extension or elevation, the mechanism can help increase the range of motion. The same six progression algorithms are developed for the arm support, along with the fluidity metric to quantify movement quality. Similar to the writing aid, the arm support can be used as a standalone assistive device or as a rehabilitation tool, progressing through the various levels. For both mechanisms, which each have two possible applications, the assumption is that the developed algorithms can assist potential users both as a daily assistive tool and as a rehabilitation aid. The current project focuses on mechanical development and control algorithms, but future trials with potential users will determine if the overall concept is successful. Throughout the process, occupational therapists and physiotherapists working with the target user groups have been approached to understand their needs in developing such mechanisms, and their feedback has guided the overall development.

La dysplasie acétabulaire est une pathologie causant de l'instabilité articulaire et une réduction de la superficie de chargement au niveau de la hanche. Elle est généralement traitée par ostéotomie péri-acétabulaire, mais cette technique demeure très invasive et limitée. Ce travail avait comme objectif de développer une méthodologie de conception de prothèse supra-articulaire personnalisée en remplacement à cette technique. La méthodologie de conception proposée s'est basée sur des corrélations entre les mesures radiologiques des patients dysplasiques et plusieurs métriques numériques de dégradation cartilagineuse, la procédure chirurgicale de butée acétabulaire et la validation par éléments finis de la distribution de pression dans l'articulation. De plus, la revue des méthodes chirurgicales de butée acétabulaire a soulevé les effets significatifs de stabilisation de la hanche engendrés par un tel greffon. Ceci se traduit par la modification des propriétés mécaniques induites par la compression de la capsule au niveau de la couverture manquante de la tête fémorale. L'analyse de la procédure par butée acétabulaire a pu aider à définir la zone de fixation de la prothèse, ainsi que ses dimensions globales. Finalement, un modèle de simulation par éléments finis a été développé pour les calculs de distribution de pression articulaire. L'instant milieu de la phase unipodale du cycle de marche d'Harris a été utilisé pour les simulations. Une tendance préliminaire d'augmentation d'aire de contact et de diminution de pression moyenne a pu être observée pour les patients faiblement dysplasiques. Ces résultats démontrent la possibilité de quantifier l'amélioration engendrée par l'ajout d'une prothèse supra-articulaire. / Acetabular dysplasia is a pathology causing joint instability and a reduction in the surface area of the hip. It is generally treated by peri-acetabular osteotomy, but this technique remains very invasive and limited. The objective of this work was to develop a design methodology for a personalized supra-articular prosthesis as a replacement for this technique. The proposed design methodology was based on the correlations between the radiological measurements of dysplastic patients and the metrics of cartilage degradation, the surgical procedure of acetabular shelf and a finite element validation of the pressure distribution. In addition, the review of surgical methods of acetabular shelf raised the significant effects of stabilization of the hip by the graft. This results in the modification of the mechanical properties induced by the compression of the capsule at the level of the incomplete coverage of the femoral head. The analysis of the procedure by acetabular shelf helped to define the fixation zone of the prosthesis, as well as its overall dimensions. Finally, a finite element simulation model was developed for joint pressure distribution calculations. The middle instant of the unipodal phase of the Harris gait cycle was simulated. A preliminary trend of increased contact area and decreased mean pressure was observed for low dysplasia patients. These results demonstrate the possibility of quantifying the improvement caused by the addition of a supra-articular prosthesis.

Les déficiences sensorimotrices ou troubles du mouvement sont ce qui sous-tend ou cause les incapacités aux membres supérieurs. Par exemple, la spasticité musculaire, faiblesse musculaire, pauvre contrôle moteur sélectif, spasmes musculaires ou mouvements involontaires ou tremblements sont tous des exemples de désordres sensorimoteurs/troubles du mouvement. Lorsque des personnes vivent avec de tels désordres sensorimoteurs, cela peut entrainer des incapacités aux membres supérieurs et de la difficulté à réaliser diverses tâches quotidiennes. Dans plusieurs cas, les personnes atteintes n'ont pas accès aux services d'un aide-soignant. La famille doit donc s'occuper de la personne dans le besoin ou encore la personne atteinte doit se débrouiller avec les assistances techniques disponibles sur le marché. La situation risque de se détériorer dans un futur proche considérant le vieillissement de la population où il faudra prendre soin de plus en plus de personnes en perte d'autonomie avec moins de main d'œuvre active. À la suite d'une revue de littérature, et de consultations avec des ergothérapeutes, il a été établi que les assistances techniques commercialisées ne sont pas suffisamment adéquates pour plusieurs usagers. Ce mémoire porte sur le développement d'assistances techniques mécaniques afin de venir en aide aux personnes ayant des difficultés de mouvement aux membres supérieurs. L'hypothèse est que l'utilisation des assistances développées aidera les personnes vivant avec des troubles de mouvement à s'alimenter de manière plus autonome. Et ce, tout en réduisant la charge de travail du personnel médical. Deux types d'aide à l'alimentation ont été développés : un système d'aide à l'alimentation passif pour la spasticité et un ustensile anti-tremblements. Le premier est un système utilisant des mécanismes à quatre barres et des amortisseurs afin de stabiliser l'ustensile et d'amortir les mouvements involontaires. Le deuxième est un ustensile de plus petite taille qui stabilise les tremblements en utilisant des contrepoids. / Many people live with disabilities that may affect the control of their upper limbs and therefore affect their daily autonomy. These disabilities can include muscle spasticity, non selective motor control, muscle weakness and others. This can cause spasms or tremors which will inevitably affect the person when he/she tries to eat by him/herself. In many cases, people living with that kind of disabilities do not have access to the service of a caregiver. The affected person can use technical aids available commercially or the family can takecare of the person in need. The situation is likely to deteriorate in the coming years considering the aging population. It will be necessary to take care of more and more people losing their autonomy while dealing with less active medical labor. Following a literature review, and several discussions with occupational therapists, it was established that the technical aids available commercially are not sufficiently adequate formany users. This thesis focuses on the development of mechanical feeding assistances tohelp people living with upper limbs movement disorders. The hypothesis is that using the developed aids will help people living with movement disorders to eat more independently. The use of the developed mechanical aids will increase user involvement while reducing the workload of the medical staff. Two different types of feeding aid have been developed: a passive feeding system forspasticity and an anti-tremor utensil. The first is a complex system using four-bar mechanisms and dampers to stabilize the utensil and reduce the effects of involuntary movements. The prototype is fixed on a table and is controlled with a handle. The second solution developed is a smaller sized utensil that stabilizes tremors using counterweights

Plusieurs personnes vivent avec des incapacités qui affectent le contrôle du mouvement des membres supérieurs. Ces troubles de mouvement peuvent être présents sous forme de contractions involontaires, de mouvements spasmodiques ou de tremblements. Ceux-ci limitent ces personnes dans la réalisation de plusieurs tâches de la vie quotidienne. Des aides techniques peuvent alors servir à faciliter les déplacements, à compenser un manque de tonus musculaire ou à permettre la manipulation d'objets. Plus particulièrement, des aides techniques sont conçues pour les personnes vivant avec des troubles de mouvement aux membres supérieurs pour leur permettre de s'alimenter de manière autonome. Par contre, plusieurs facteurs limitent l'utilisation des aides techniques actuelles, tels que leur prix élevé ou leur complexité d'utilisation. L'objectif de ce mémoire est le développement d'une nouvelle aide à l'alimentation pour les personnes vivant avec des incoordinations motrices au niveau des membres supérieurs. L'hypothèse est que l'utilisation de l'aide à l'alimentation développée permettra d'améliorer la capacité des personnes avec des troubles de mouvement à s'alimenter de manière autonome. Cette assistance augmenterait l'implication de l'utilisateur lors des repas tout en réduisant la charge de travail des aidants ou préposés. Deux systèmes ont été développés : une version passive et une version active. La version passive consiste en un assemblage de barres qui maintiennent l'orientation de l'ustensile constante et amorti mécaniquement les mouvements brusques involontaires. Une version active a ensuite été développée, où des actionneurs remplacent les amortisseurs mécaniques, afn d'offrir une assistance plus intelligente. / Many people are living with neurological disorders such as cerebral palsy, stroke, muscular dystrophy or dystonia, that affect the control of upper limb movement. These motor disorders can be involuntary contractions, spasmodic movement or tremors. These disorders limit in the accomplishment of several tasks of daily life. Technical aids can then be used to facilitate movement, to compensate for a lack of muscle tone or to allow the manipulation of objects. In particular, assistive devices are designed for people with upper limb movement disorders to eat autonomously. Several factors limit the use of current assistive devices, such as their high price or high complexity. The aim of this thesis is the development of a new eating aid for people with upper limbs motor disorders. The hypothesis is that the use of the eating assistance developed will improve the ability of people with movement disorders to eat autonomously. This assistance would increase user involvement while reducing the workload of the caregiver. Two assistive prototypes have been developed : a passive version and an active version. The passive version consists of a bar assembly that maintains the constant orientation of the utensil and mechanically dampens involuntary movements. An active version was then developed, where actuators replace the mechanical dampers, in order to offer a more intellignent assistance.

Les déficiences sensorimotrices ou troubles du mouvement sont ce qui sous-tend ou cause les incapacités aux membres supérieurs. Par exemple, la spasticité musculaire, faiblesse musculaire, pauvre contrôle moteur sélectif, spasmes musculaires ou mouvements involontaires ou tremblements sont tous des exemples de désordres sensorimoteurs/troubles du mouvement. Lorsque des personnes vivent avec de tels désordres sensorimoteurs, cela peut entrainer des incapacités aux membres supérieurs et de la difficulté à réaliser diverses tâches quotidiennes. Dans plusieurs cas, les personnes atteintes n'ont pas accès aux services d'un aide-soignant. La famille doit donc s'occuper de la personne dans le besoin ou encore la personne atteinte doit se débrouiller avec les assistances techniques disponibles sur le marché. La situation risque de se détériorer dans un futur proche considérant le vieillissement de la population où il faudra prendre soin de plus en plus de personnes en perte d'autonomie avec moins de main d'œuvre active. À la suite d'une revue de littérature, et de consultations avec des ergothérapeutes, il a été établi que les assistances techniques commercialisées ne sont pas suffisamment adéquates pour plusieurs usagers. Ce mémoire porte sur le développement d'assistances techniques mécaniques afin de venir en aide aux personnes ayant des difficultés de mouvement aux membres supérieurs. L'hypothèse est que l'utilisation des assistances développées aidera les personnes vivant avec des troubles de mouvement à s'alimenter de manière plus autonome. Et ce, tout en réduisant la charge de travail du personnel médical. Deux types d'aide à l'alimentation ont été développés : un système d'aide à l'alimentation passif pour la spasticité et un ustensile anti-tremblements. Le premier est un système utilisant des mécanismes à quatre barres et des amortisseurs afin de stabiliser l'ustensile et d'amortir les mouvements involontaires. Le deuxième est un ustensile de plus petite taille qui stabilise les tremblements en utilisant des contrepoids. / Many people live with disabilities that may affect the control of their upper limbs and therefore affect their daily autonomy. These disabilities can include muscle spasticity, non selective motor control, muscle weakness and others. This can cause spasms or tremors which will inevitably affect the person when he/she tries to eat by him/herself. In many cases, people living with that kind of disabilities do not have access to the service of a caregiver. The affected person can use technical aids available commercially or the family can takecare of the person in need. The situation is likely to deteriorate in the coming years considering the aging population. It will be necessary to take care of more and more people losing their autonomy while dealing with less active medical labor. Following a literature review, and several discussions with occupational therapists, it was established that the technical aids available commercially are not sufficiently adequate formany users. This thesis focuses on the development of mechanical feeding assistances tohelp people living with upper limbs movement disorders. The hypothesis is that using the developed aids will help people living with movement disorders to eat more independently. The use of the developed mechanical aids will increase user involvement while reducing the workload of the medical staff. Two different types of feeding aid have been developed: a passive feeding system forspasticity and an anti-tremor utensil. The first is a complex system using four-bar mechanisms and dampers to stabilize the utensil and reduce the effects of involuntary movements. The prototype is fixed on a table and is controlled with a handle. The second solution developed is a smaller sized utensil that stabilizes tremors using counterweights