L'objectif principal de cette recherche est d'amorcer le processus de fabrication sur mesure de moteurs électriques au *Laboratoire d'Ingénierie de la Réadaptation de l'Université Laval*. Fondé en 2017, par le Pr Ing. Alexandre Campeau-Lecours, le laboratoire se consacre au développement de technologies visant à faciliter le quotidien des personnes vivant avec des incapacités. La majorité des robots fabriqués au laboratoire emploient des moteurs et leur performance est cruciale pour assurer l'efficacité et la fiabilité des dispositifs développés. En mettant en œuvre le processus de fabrication de moteurs adaptés aux besoins spécifiques des projets du laboratoire, cette recherche vise à soutenir l'innovation en réhabilitation et en assistance. Ce mémoire se concentre sur les aspects théoriques de la fabrication de moteurs, en particulier sur le lien entre la forme et la fonction. Son objectif est de fournir une méthode pour déterminer l'architecture d'un moteur afin de répondre à un cahier des charges quelconque. L'étude se concentre sur l'évaluation théorique des performances des moteurs synchrones à aimants permanents avec rotor interne, une technologie bien adaptée aux principaux besoins du laboratoire. Pour y arriver, un simulateur utilisant 50 dimensions est développé afin de représenter une large gamme d'architectures de moteurs. En intégrant cet outil de prédiction dans un algorithme d'optimisation, la configuration optimale du moteur est déterminée en fonction des performances désirées. Pour présenter un exemple concret d'utilisation du simulateur, son développement est exposé dans le cadre d'une problématique réelle : la motorisation d'une prothèse de main. Ce projet permet de définir un cahier des charges et, à l'issue du processus d'optimisation, de fournir les plans de fabrication de la solution proposée. En somme, ce mémoire établit les bases de la conception sur mesure de moteurs électriques en démontrant comment un simulateur et un algorithme d'optimisation peuvent être utilisés pour répondre efficacement à des besoins spécifiques de motorisation. / The primary objective of this research is to initiate the custom manufacturing process of electric motors at the *Laboratoire d'Ingénierie de la Réadaptation de l'Université Laval*. Founded in 2017 by Prof. Ing. Alexandre Campeau-Lecours, the laboratory is dedicated to developing technologies aimed at improving the daily lives of individuals with disabilities. Most of the robots produced at the laboratory use motors, and their performance is critical for the efficiency and reliability of systems. By developing motors tailored to the specific needs of the laboratory's projects, this research aims to support the goals of innovation in rehabilitation and assistance. This thesis focuses on the theoretical aspects of motor manufacturing, specifically on the relationship between form and function. The aim is to precisely define the architecture of a motor to meet any given specifications. The research is centered on the theoretical evaluation of the performance of permanent magnet synchronous motors with internal rotors, a technology well suited to the laboratory's primary needs. To achieve this, a simulator utilizing 50 dimensions is developed to represent a wide range of motor architectures. By integrating this predictive tool into an optimization algorithm, the research's goal is achieved: determining the optimal motor configuration. To provide a concrete example of the simulator's application, its development is presented within the context of a real-world problem: the motorization of a prosthetic hand. This project allows for the definition of precise specifications and, following the optimization process, the delivery of the proposed motor's manufacturing plans. In summary, this thesis establishes the foundations for custom electric motor design by demonstrating how a simulator and optimization algorithm can be effectively used to meet specific needs.

Depuis quelques années, certains modèles d'exosquelettes sont utilisés en tant que modalité de réadaptation dans des centres offrant des soins de réadaptation pour les personnes ayant une lésion médullaire (LM). L'acceptabilité de cette technologie est primordiale afin d'assurer une implantation réussie et durable et favoriser l'adoption des exosquelettes par les utilisateurs. Ainsi, l'objectif général de ce mémoire de maîtrise était d'étudier l'acceptabilité d'exosquelettes de réadaptation pour les personnes ayant une LM. Pour ce faire, le premier objectif spécifique était de synthétiser les évidences disponibles sur l'acceptabilité des exosquelettes de réadaptation du point de vue des utilisateurs ayant une lésion médullaire (LM) et des professionnels de la santé (PSSS). Une revue systématique mixte incluant des études quantitatives, qualitatives et avec des méthodes mixtes a été réalisée. Un total de 22 articles inclus a été analysé sous le *Theorical Framework of Acceptability* (TFA). Le second objectif spécifique visait à explorer l'acceptabilité des exosquelettes de réadaptation du point de vue des personnes ayant une LM en réalisant une étude qualitative multicentrique. Un total de 14 entrevues auprès de personnes ayant une LM et ayant utilisé un exosquelette durant leur réadaptation a été réalisé. Une analyse thématique basée sur les sept composantes du TFA a été réalisée. Dans l'ensemble, la revue de la littérature et les entrevues indiquent une acceptabilité favorable du point de vue des personnes utilisatrices. Différentes composantes de l'acceptabilité, notamment la perception de l'efficacité et de l'auto-efficacité, sont également perçues positivement. En conclusion, les résultats de ces travaux suggèrent un potentiel prometteur concernant l'implantation des exosquelettes pour maximiser les soins de réadaptation pour les personnes ayant une LM. / In recent years, various exoskeleton models have been used as a rehabilitation modality in rehabilitation care centers for individuals with spinal cord injury (SCI). The acceptability of this technology is fundamental to ensure successful and sustainable implementation, and to promote the adoption of exoskeletons by users. Thus, the general objective of this master's thesis was to study the acceptability of rehabilitation exoskeletons for people with SCI. To achieve this, the first specific objective was to synthesize the available evidence about the acceptability of rehabilitation exoskeletons from the perspective of users with spinal cord injury (SCI) and healthcare professionals (HP). A mixed systematic literature review including quantitative, qualitative, and mixed methods studies was conducted. A total of 22 included articles were analyzed under the Theoretical Framework of Acceptability (TFA). The second specific objective aimed to explore the acceptability of rehabilitation exoskeletons from the perspective of people with SCI, by conducting a multicenter qualitative study. A total of 14 interviews were conducted with people with SCI who had used an exoskeleton during their rehabilitation. The interviews were analyzed based on the TFA and using a thematic analysis. Altogether, the systematic review and interviews indicated a favorable acceptability from the perspective of users. Different components of acceptability, notably the perceived efficacy and self-efficacy were also positively perceived. In conclusion, the results of this work suggest a promising potential for the implementation of exoskeletons to maximize rehabilitation care for people with SCI.

Many devices are available on the market for the evaluation and rehabilitation of patients suffering from muscular disorders. Most of them are small, low-cost, passive devices based on the use of springs and resistive elements and exhibit very limited (or even not any) evaluation capabilities; extended muscular force evaluation is only possible on stationary, expensive, multi-purpose devices, available only in hospitals, which offer many exercise modes (e.g. isokinetic mode) that are not available on other devices.<p><p>The objective of this thesis is to make the functionalities currently only implemented on bulky multi-purpose devices available at a lower cost and in a portable fashion, enabling their use by a large number of independent practitioners and patients, even at home (tele-medecine applications).<p><p>In order to achieve this goal, a portable rehabilitation device, using a magneto-rheological fluid brake as actuator, has been designed. This particular technology was selected for its high level of compactness, simple mechanical design, high controllability, smooth and safe operation. The first part of this thesis is devoted to the design of MR-fluid brakes and their experimental validation. The second part is dedicated to the design of the rehabilitation device and the comparison of its performances with a commercial multi-purpose device (CYBEX). / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Cette thèse synthétise la conception d'une plateforme de marche destinée à la réadaptation des membres inférieurs pour le mouvement de la marche. L'automatisation du travail des thérapeutes, la réduction de leur charge de travail et la diversification des exercices pour les patients est un atout par rapport aux outils existants sur le marché tels que les tapis roulants ou les allées instrumentées pour la réadaptation. La conception d'une interface de locomotion pour la simulation de la marche présente des défis en terme de performance et de stabilité du mécanisme, de même que pour assurer la sécurité de l'utilisateur. L'équilibre de l'utilisateur doit être préservé grâce à une interaction humain-robot souple durant la phase d'élancement du pied et une sensation de rigidité lors de la phase d'appui. Dans un premier temps, la thèse présente le mouvement de la marche humaine pour trois types de milieux, c'est-à-dire la marche au sol, la marche d'escalier ascendante et la marche d'escalier descendante. Entre autres, le chapitre 1 cible les points essentiels de la cinématique et de la dynamique des membres inférieurs afin d'établir les exigences physiques pour la conception de la plateforme de marche. Le chapitre 2 introduit l'architecture mécanique de l'interface de locomotion basé sur deux systèmes indépendants de courroies déplaçant les deux effecteurs dans les translations horizontale et verticale, correspondant au plan sagittal dans lequel la majeure partie du mouvement de marche s'effectue. L'architecture du routage de courroies découple les degrés de liberté et simplifie ainsi la commande de la plateforme en séparant chaque degré de liberté en système indépendant. Cette architecture augmente également le rendement des efforts articulaires transmis aux effecteurs comparativement à un système dont les degrés de liberté sont co-dépendants. La thèse introduit ensuite la commande mise en place pour l'interaction entre le mécanisme et l'opérateur. Les exigences cinématiques et dynamiques diffèrent selon la phase d'élancement et la phase d'appui de la marche. Ainsi, le chapitre 3 présente la stratégie mise en place dans la direction horizontale pour minimiser les forces d'interaction entre l'utilisateur et l'effecteur. La commande en force permet, dans un premier temps, de diminuer l'inertie apparente de l'effecteur ressentie par l'utilisateur. Par la suite, un mécanisme passif à câbles est utilisé en tant qu'interface pour réduire davantage l'impédance ressentie du système. Le chapitre 4, quant à lui, décrit la stratégie mise en place pour gérer la phase d'appui de la marche afin de générer la contrainte rigide nécessaire à la simulation du sol virtuel. Le chapitre introduit la commande pour générer la limite virtuelle ainsi que la mise en place du système d'équilibrage statique à ressort à gaz pour diminuer le travail des moteurs et supporter le poids de la personne. Finalement, le chapitre 5 introduit la commande haut niveau pour générer le mouvement infini sur l'interface de locomotion avec un algorithme de recul, ramenant l'utilisateur dans la direction opposée à son mouvement pour générer l'espace nécessaire aux prochaines phases de marche, dans la direction horizontale comme pour le fonctionnement d'un tapis de course et dans la direction verticale, comme pour le fonctionnement d'un escalier mécanique inversé. / This thesis summarizes the design of a locomotion interface for gait rehabilitation. The aim of the mechanism is to alleviate the workload of therapists by automating the repetitive movements involved in the rehabilitation exercises. Moreover, by offering a larger panel of exercises, the locomotion interface should be an asset compared to standard treadmills or rehabilitation walkways. Walking simulation is a challenge in terms of performance, power and safety since the mechanism includes the user in the workspace of the effectors. The balance of the user should be ensured during the swing phase with a reduced human-robot interaction and reliable during the stance phase. First, Chapter 1 describes the walking motion, the stair climbing up and down movement and highlights their main kinematic and dynamic features. Chapter 2 then introduces the architecture of the locomotion interface based on independent belt routings which transmit the movement to two end-effectors that carry the user. Each foot platform has two degrees of freedom (dofs) corresponding to the horizontal and vertical translations in the sagittal plane. Decoupling the dofs simplifies the control of the locomotion interface and increases the efficiency of the torque of the motor sent to the end-effectors compared to systems with co-dependent degrees-of-freedom. Then, the thesis presents the strategies used to supervise the human-robot interaction. The kinematic and dynamic requirements are different during the swing phase and the stance phase of the human gait. Therefore, Chapter 3 introduces the force controllers that lighten the apparent inertia of the mechanism as well as the additional mechanism based on passive cables in order to further alleviate the impedance of the effector. Chapter 4 presents the controller that generates the vertical virtual constraint in order to produce the required reliable floor during the stance phase. The rendering of the virtual environment is improved with the implementation of a static balancing system based on gas springs that alleviates the workload of the motors that handle the weight of the user. Finally, Chapter 5 introduces the cancellation algorithm that generates the infinite environment. Horizontally, the user is brought backward such as on a treadmill. Vertically, the user is moved in the opposite direction of his/her movement such as in a reversed escalator.