Equilibras
Projet réalisé par Patrick et Gérard avec l'aide de Philippe
Présentation
L'équilibras est un appareil destiné à assister les mouvements des bras des enfants présentant des déficiences musculaires.
Le projet est né des observations faites par Patrick de la Team Gre Nable à l’hôpital couple enfant de CHU Grenoble Alpes des enfants utilisant des bras d'assistance dans des exercices de rééducation pilotés par Véronique, ergothérapeute. Celle ci regrettait que les familles ne puissent pas disposer de tels appareils à domicile pour poursuivre les exercices qu'elle réalise en temps limité dans son service.
Le projet, l'organisation
L'étude a débuté en janvier 2023 et a été menée par Patrick et Gérard de la Team Gre Nable. Vous trouverez ici les phases principales, de la préétude à la livraison des premiers exemplaires au CHUGA.
Les essais et mises au point ont bénéficié de l'aide active de Mila et Anais et Damien ses parents.
La validation du fonctionnement a été réalisée par Véronique ergothérapeute qui a un rôle prépondérant dans un tel projet et dans la mise en service des appareils avec les familles.
La fabrication nécessitant des machines (fraiseuse CNC, découpe Laser, imprimante 3D) est réalisée au fablab de la casemate de Grenoble.
L'assemblage est réalisé par nos soins et les ensembles sont livrés aux familles montés et testés .
A ce jour (14 avril 2025) 8 appareils ont été réalisés:
- deux à disposition du CHUGA pour évaluation et prêts aux familles qui souhaiteraient le tester en concertation avec Véronique. Leur financement a été assuré par l'association Alliance Arthrogrypose
- deux pour Etienne livrés en Juin 2024
- deux pour Mila livrés en septembre 2024
- deux pour Etienne pour utilisation à l'école sur son fauteuil livrés en avril 2025.
Etienne et Mila habitent dans l'agglomération Grenobloise ce qui nous permettrait de facilement les dépanner en cas de problème technique sur un appareil. Par ailleurs les deux appareils du CHUGA peuvent également servir d'appoint en cas de dysfonctionnement d'un des quatre autres équilibras.
Mise en service, utilisation
Sans être très compliqué l'appareil nécessite une prise en main technique de la part des familles. Dans un premier temps c'est Véronique qui assure la présentation et valide l’intérêt médical avec les enfants. Dans un second temps, juste avant la livraison, nous proposons aux parents d'assembler les appareils eux mêmes avec nous. Cette séance leur permet de mieux connaitre la mécanique interne et donc de mieux les utiliser, de savoir quels petits aléas ils pourraient résoudre eux mêmes et quand il est préférable de nous appeler.
Une notice leur est fournie.
Conception
Description, principes généraux
La conception a été réalisée sur Onshape et est librement disponible ici .
L'appareil
Utilisation par Etienne
L'appareil est constitué de trois parties:
- l'embase et les segments
- le compensateur
- la balancelle
Pour faciliter le transport et l'installation ces trois sous ensembles peuvent être montés et démontés sans outillage.
L'embase et les trois segments
Le compensateur
La balancelle
- l'embase est fixée sur le plan de travail par un serrejoint. Les trois segments horizontaux pivotent les uns par rapport aux autres et par rapport à l'embase pour permettre la mobilité horizontale de l'appareil. Trois pieds réglables assurent le contact entre l'embase et le plan de travail et permettent de régler l'assise de l'appareil (réglage très important).
- le compensateur permet la mobilité verticale du bras de l'enfant ainsi que son équilibrage. L'effort d'assistance est réglable
- la balancelle supporte le bras de l'enfant posé sur la gouttière
L'assistance est assurée par un ressort à gaz qui produit un effort sensiblement constant. Le réglage de l'assistance se fait en modifiant le bras de levier sur lequel s'applique cet effort. Une biellette se déplace sous l'action d'un systeme vis/écrou pour modifier ce bras de levier.
Les flèches placées de part et d'autre du compensateur pivotent avec la biellette et donnent ainsi une indication du degré de l'assistance produite par l'appareil
Contraintes, objectifs particuliers
Résistance, choix des matériaux
L'espace devant être couvert par l'appareil joint à l'effort maxi d'assistance (10 N, 1kg) engendre des efforts importants sur certains organes.
Le plus sollicité est la liaison pivot entre l'embase et le premier segment. Les autres liaisons pivot entre les segments sont également critiques mais dans une moindre mesure, le porte a faux étant plus faible.
Nous avons commencé la conception à partir de pièces réalisées en PLA sur une imprimante 3D. Les contraintes imposées étaient trop élevées pour ce matériaux. Les matériaux métalliques nous étaient difficilement accessibles pour leur approvisionnement à faible coût et pour leur usinage avec nos moyens. Nous avons donc orienté la conception vers le bois qu'il nous était relativement facile d'usiner au fablab (fraiseuse CN et découpe Laser). Cependant la résistance du bois n'était toujours pas suffisante aux niveau des articulations des segments. Nous avons opté pour des roulements surdimensionnés pour obtenir un grande surface d'appui entre leur bague extérieure et le contreplaqué. Pour la partie encastrée des axes de rotation dans les segments nous avons choisi de la renforcer avec deux rondelles en acier collées de part et d'autre des segments.
De même dans la balancelle la gouttière est excentrée ce qui sollicite le bras en torsion. Ceci nous a amené à renforcer le bras initialement prévu avec deux flans en contreplaqué en insérant le renfort central collé entre ces deux flancs.
Esthetique
Pour une meilleure acceptation des appareils par les enfants et les familles l’esthétique est un paramètre important. Cela nous a conduit à généraliser le bois pour la grande majorité des pièces pour obtenir un aspect homogène. Nous nous sommes également efforcés de réduire le nombre de vis d'assemblage au niveau du compensateur pour obtenir des surfaces latérales lisses plus esthétiques et ultérieurement disponibles pour une personnalisation par les enfants (peinture, collages etc )
Sécurité
Nous avons évité les zones de coincement/pincement possibles. En particulier entre les flans du bras et le ressort à gaz nous avons enveloppé ce dernier par les flancs.
Ces deux contraintes, esthetique et sécurité, ont donné une forme un peu particulière au bras de l'appareil et lui ont valu le surnom de Babar.
Fabricabilité
Initialement nous avions envisagé une fabrication avec de nombreux éléments métalliques. La conception et la réalisation d'un premier prototype ont été faites dans cet esprit. Nous nous sommes rendus compte que trouver les matières premières à bas coût d'une part et les partenaires susceptibles de réaliser les pièces d'autre part était difficile. Nous avons donc privilégié une conception qui permette la réalisation par nos soins avec les moyens du fablab de la casemate et de nos ateliers de bricoleurs.
Nous avons également écarté la fourniture des appareils en kit à partir de pièces réalisées par nous car l'assemblage nécessite de bien connaître l'appareil. En outre au cours du montage il est fréquent de corriger, dans une certaine mesure, des défauts de fabrication des pièces.
Fabrication
Moyens utilisés:
- fablab de la Casemate
- fraiseuse CNC bois
- découpe laser
- imprimante 3D
- ateliers personnels
- perceuse à colonne
- tarauds
- scie à métaux
- affleureuse/défonceuse
- colle à bois et époxy (araldite)
- ponceuse
- vernis
Diaporama
decoupe biellette en PMMA
panoplie decoupe laser
collage bras
collage bras
fraisage segments
fraisage renfort central
finition renfort central
finition flan chape
fraisage embase
montage embases
percage axe
seance assemblage
Dépannage, réparation.
Voir la page dédiée ici.
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