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conception et validation d`un ergomètre, incluant un fauteuil

1. Panneau lectrique Organisation physique ERGOM TRE PERSEUS Par Jean Luc Lessard Date 5 f vrier 2012 170 NI PS 16 EX Schrack 24VDC RM702024 PS 24V I O A come E nr Eaton in o m I M22S D G Relais STO AAA Resistance freinage CRio 9022 eee Ses V Inter Inter Urg 1 Urg 2 Eaton Mc Master M22 PNL K02 R 6785K21 Inter Princ A e Schrack RM202024 E Courant alternatif Schurter 208V 3ph TA 35 CKDWFF120CO Raccordement de l lectricit de puissance ERGOM TRE Par Jean Luc Lessard PERSEUS Date 5 f vrier 2012 171 172 NI9514 TERMINAL 37 PINS SICK DFS 60A ENCODER Pin and wire allocation cable 8 core Forward Limit OO Digital Output 1 Home O g E Reverse Limit PIN 8 pin Signal Explanation 019 Isl E Reserved M12 Connector TTL HTL Digital Input o TPU r 1 e
2. una 28 Dimensionnement du fauteuil des athl tes mm 30 Positionnement des athl tes dans leur fauteuil mm 30 R sum des mesures GPS Vitesse en km h 33 Mesures de force maximale en statique nennen 36 Tableau de vitesse et acc l ration maximales sur la premi re pouss e pour Ee sa ua de fa mast aus gas ner neenon p Du 37 Description et valeurs utilis es dans le mod le pour l athl te le plus puissant 42 Sp cifications minimales pour la s lection de l unit de puissance 45 Listes des besoins par affinit i i ede e ehe erga nahen 48 Trois fagons typiques utilis es en laboratoire pour valuer la performance des SEENEN 54 valuation de la capacit r pondre aux fonctions de 2 ordre de l arbre fonctionnel pour les montages r pertori s dans la litt rature 55 S quence al atoire des essais sur ergom tre 85 R sum des essais sur piste versus ergometre 100m 89 R sum des essais sur piste versus ergometre 400m 89 R sum des essais avec le fauteuil de l athl te versus configurable 100m 92 R sum des essais avec le fauteuil de l athl te versus configurable 400m 92 xiii xiv CHAPITRE 1 IN
3. ol sus S oO cl 895 oo ne Fr O ve LO N _ al p a amp end gt Dimensions en pouce sauf mm Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Rouleau FRACTION 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Tuyau acier HSS A ROS7 01 03 01 01 10 SAPO arene Echelle 1 5 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 136 0 000 5 10 125 0 002 6 x 0 201 A TRAVERS TOUT 1 4 20 UNC A TRAVERS TOUT 137 oa Dimensions en pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Disque int rieur rouleau FRACTION t 0 032 ANGULAIRE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Acier 1020 C R A R057 01 03 01 02 1 1 2 pais chelle 1 5 Feuille 1 de 1 2 1 6 x 0 201 A TRAVERS TOUT 1 4 20 UNC A TRAVERS TOUT 0 002 5 10 125 0 005 pu 6 x 0 266 A TRAVERS TOUT Dimensions en pouce sauf mm e Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Disque de rouleau FRACTION t 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SI
4. Fonction v 2 lt 9 2 2 S 5 2 S 2 D 2 o g TS a 3 lt E 009059 A 5 c gt CG Qc 2 B 3 s Sag E 5 2 3 e KS F 8 x 2 8 Z BE ESZ mg og ES gt Suo 837 5 2 5 9 2 A a9 25 5 lt E 5 aa ag 4 E 5 0 ego 2 Y Bu 5 7 E 5 Z E og 2 D Mo TES gt 8 282 8 N 3 5 233 a en Toh 4 Syst me iL D Tapis roulant Rouleaux d inertie e Rouleaux libres e Rouleaux avec freins e Rouleaux avec moteur do Simulateur de fauteuil bonne moyenne mauvaise Il est important de noter que le tapis roulant comporte aussi des lacunes importantes au niveau de la s curit qui ne sont pas mise en vidence dans le Tableau 5 2 Le concept g n ral retenu et illustr la Figure 5 1 est un hybride entre le syst me rouleaux d inertie avec moteur et le simulateur de fauteuil Il s agit donc d un syst me rouleaux motoris qui peut accueillir un fauteuil typique ou un fauteuil configurable pour en tirer les avantages des deux syst mes On y distingue les cinq sous syst mes principaux soient Syst me rouleaux asservis de l ergom tre F38 Syst me d acquisition de l ergom tre F2 Structure de l ergom tre F39 Structure du fauteuil configurable F42 Interface usager de l ergom tre F13 55 Figure 5 1 Sch ma g n ral de l
5. 116 ANNEXE C PLANS M CANIQUES ET LECTRIQUES 117 118 te Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES Titre QTE TOLERANCES Ergom tre Piste de Performance 2057 01 gt Motorisation ANGULARES GINTRAGE 2 ROS7 0200 Sup porri roue 9 avant DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 3 8657 05 96 OQ 070 wata DWG NO REV 4 88855 00 le I A R057 00 00 3 ear eS A R057 03 00 chelle1 20 Feuille 1 de 1 2 1 119 Assembloge des rouleaux _ DESSIN RO57 01 03 00 2 RO57 01 01 00 RS 057 01 0 R057 01 02 00 Ch ssis motorisation Plancher motorisation Lo Assemblage support de moteur 120 ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE DIMENSIONS SONT EN POUCES Titre TOLERANCES Motorisation FRACTION 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MATERIAU DIM DWG NO REV A R057 01 00 chelle1 10 Feuille 1 de 1 2 l DESSIN Bosch 45x45 25mm Bosch 45x45 Omm Bosch 45x45 Fait par Omm Bosch 45x45 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre 4559 0x90M DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Ch ssis motorisation BE E mm DEUX CHIFFRES SI
6. d essieu des fauteuils Essai su F27 fauteuil actuel C S27 Type d essieu YP SCH droit en V min Client 3 2 recevoir exp rimental des athl tes et en O ET Pente maximale de la a rampe d acc s pour que les Ruban F26 l accessibilit C S26 Rampe d acc s CES DOT q 1 4 max Client 2 1 lt athl tes puissent avoir mesurer par les athl tes RACE acc s l ergom tre Supporter EISE Masse supporter F42 Tate da U S42 Masse Athl te masculin 95 Calcul 88kg max Gordon 37 3 2 fauteuil Spungen 38 percentile configurable Changer la configuration de Temps de EE F19 e E S19 effectuer un changement Chronom tre 5min max Utilisateur 3 3 position configuration de configuration rapidement Ajuster Plage Plage d angulation dans le F21 l angulation de U S21 i 8 plan sagittal sur lequel Inclinom tre 5degres 2degr s Estimation 2 2 re d angulation ER l athl te peut faire tourner l athl te Ajuster la Plage Plage d ajustement de la Masse 1 et E22 positon ant ro U S22 d ajustement position ant ro post rieure Ruban 12cm in Mesures 3 2 post rieure de ant ro partir de la position de mesurer anthropo l athl te post rieure r f rence Section 3 1 113 Sp cification F amp Fonction Type S EEE Definition Mesure Niveau Flexibilite Source NIC NDT d ing nierie Plage Mesures Ajuster l angle j
7. 0 250 4 x 0 354 A TRAVERS TOUT Dimensions en pouce Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Plaque de fond FRACTION 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV A R057 01 02 01 1 chelle 1 5 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 Aluminium 6061 T6 1 2 pouce pais 126 9 055 4x D 0 630 A TRAVERS TOUT A 90 DEG 4 134 127 7 x 0 266 A TRAVERS TOUT 0 003 2 x 0 250 0 001 A TRAVERS TOUT Dimensions en pouce Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES FRACTION t 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE t DEUX CHIFFRES SIGNIFIC ATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 606116 RO57 01 02 02 1 2 po pois chelle1 4 Feuille 1 de 1 2 1 Plaque support de roulement 17 000 2x 0 201 v 1 000 1 4 20 UNC 0 500 128 2x 0 201 Y 1 000 0 50 1 4 20 UNC Y 0 500 lt 2 000_ 0 250 Dimensions en pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Renforts FRACTION 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SI
8. n Plateaux de vitesse entre deux pouss es Time Figure 5 7 D monstration des plateaux de vitesse entre les pouss es Lorsque l athl te est en p riode de recouvrement le moteur applique ici seulement la force de compensation du frottement 5 2 5 F40 R sister ou aider le mouvement Cette fonction est appliqu e automatiquement par les quatre fonctions pr c dentes Elle apparait dans l arbre fonctionnel pour mettre en vidence l avantage d utiliser une unit motrice surtout pour viter la fatigue lors des essais haute vitesse Le moteur choisi r pond aux sp cifications S40 1 S40 2 et S40 3 Ces sp cifications r f rent la force applicable la surface des rouleaux et la puissance du moteur 5 2 6 F7 Commander le moteur fluidement Afin d assurer une sensation sans secousse l athl te la cadence de commande du moteur a t tablie la m me fr quence que la fr quence d acquisition du signal brut de position de l encodeur Comme Copper 24 utilise une fr quence d acquisition de l ordre de 1kHz pour leur tude exploratoire sur la pouss e en fauteuil roulant et qu il nous tait possible avec les ressources du FPGA de monter facilement 2kHz nous avons opt pour cette fr quence pour 66 la boucle de contr le et d acquisition du FPGA Cette fr quence exc de largement la sp cification S7 commander le moteur fluidement 5 2 7 F8 Permettre l effet lt wheely gt L
9. sourcing enable 80 CHAPITRE 6 VALIDATION Tel que vu au Chapitre 4 la fonction principale de l ergom tre et du fauteuil configurable est d valuer la performance d athl tes en fauteuil roulant F1 Il a galement t mentionn en introduction que le groupe PERSEUS souhaite faire une optimisation exp rimentale de la position de l athl te dans son fauteuil ayant pour objectif d am liorer les performances sur piste Suite l tape de conception il est n cessaire de valider si les performances mesur es en laboratoire sur l ergom tre sont repr sentatives de ce qui se passe sur la piste et que les performances obtenues sur l ergom tre avec le fauteuil configurable sont similaires celles obtenues avec le fauteuil de piste Ce chapitre pr sente donc les tapes du processus de validation 6 1 Objectifs V rifier si la performance est similaire lorsqu un athl te effectue une preuve dans les contextes suivants e Sur la piste versus sur l ergom tre avec le fauteuil de piste de l athl te e Sur l ergom tre avec son fauteuil de piste versus avec un fauteuil configurable 6 2 Participant Un athl te du groupe a t s lectionn en fonction de sa disponibilit et de sa volont participer ce type d activit H est identifi comme un athl te de la rel ve pour l quipe canadienne Tel que pour tous les autres tests effectu s pr c demment il a lu et sign le formulaire de conse
10. 68 m canique de l encodeur peut par contre introduire des erreurs de mesure Comme il est tr s difficile d obtenir un instrument suffisamment pr cis pour valuer l erreur de positionnement sur un tour la m thode suivante a t utilis e pour estimer la pr cision de la position e Falre tourner les rouleaux sans fauteuil en r gime permanent i e vitesse quasi constante en utilisant une commande de couple fixe au moteur qui quivaut au frottement interne du syst me La vitesse cibl e est d environ 25 km h e vitesse constante faire un pr dicteur de position et comparer la position r elle ce pr dicteur Le pr dicteur de position est construit en continu en faisant une r gression lin aire sur les points enregistr s sur 1 seconde pr c dent le temps actuel et en estimant le point suivant partir de la droite d finie par la r gression lin aire Figure 5 9 Regression lin aire TM Donn es r elles de position Pr dicteur Position pulses T 1s t Temps Figure 5 9 Calcul d un pr dicteur pour l estimation de l erreur de position En soustrayant l estimateur de la valeur r elle pour chaque point on obtient la Figure 5 10 69 Estimation position r elle Position pulse Correction d encodeur nu Amplitude 20 1 783126 784149 Time Figure 5 10 Estimation de l erreur de position par un pr dicteur de position vitesse constante On constate qu il y a une l
11. Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Hub FRACTION t 0 Smm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Alu 6061 T6 A R057 04 03 02 chelle1 2 Feuille 1 de 1 5 4 3 1 159 3 543 160 2 047 Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Shim fender FRACTION 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium A R057 04 03 03 chelle1 1 Feuille 1 de 1 2 400 182 092 0 250 D 6 350 161 Dimensions en mm sauf pouce Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Support fender FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Plaque acier 1 8 A R057 04 03 04 1 chelle 1 5 Feuille 1 de 1 2 1 NO NUMERO DE PIECE Titre QTE Dimensions en mm sauf pouce Bosch 45x90x90M ate Fait par 2013 04 17 Jean Luc Lessard ing 2 Bosch 45x70x70M SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre 350MM FA DIMENSIONS SONT EN POUCES 2057 04 03 01 Plaque support roue
12. Variation du coefficient de frottement en fonction de la vitesse 63 Figure 5 6 Interface pour la s quence de calibration 64 Figure 5 7 D monstration des plateaux de vitesse entre les pouss es 66 Figure 5 8 Interface de transfert de fichier du logiciel Measurement and automation explorer gt de National Instruments HR 68 Figure 5 9 Calcul d un pr dicteur pour l estimation de l erreur de position 69 Figure 5 10 Estimation de l erreur de position par un pr dicteur de position vitesse constantes asian Et 70 Figure 5 11 V locim tre laser de la compagnie BETA LaserMike 71 Figure 5 12 Graphique de la vitesse km h en fonction du temps ms vitesse quasi COMME ns ns ap sites 72 Figure 5 13 Oscillation de l acc l ration pour une acc l ration constante gale O vitesse approximative de EE 72 Figure 5 14 Support pour le fauteuil de l athlete oe a RL 74 Figure 5 15 Exemples d assises personnalis es na 75 Figure 5 16 Fauteuil configurable vue frontale oia donald 76 Figure 5 17 Fauteuil configurable vue lat rale 71 Figure 5 18 Interface utilisateur pour la simulation de piste 78 Figure 5 19 Interface utilisateur pour l entrainement libre see 80 Figure 6 1 Grap
13. ce projet de recherche Vous pourrez ainsi nous aider comprendre la a o la eer identifier les param tres de configuration personnalis s de l athlete permettant la performance optimale de m me qu d velopper un r seau local d expertise pour la fabrication de fauteuils roulant de haute performance D ROULEMENT DU PROJET DE RECHERCHE tant donn que la litt rature scientifique et non scientifique sur l athl tisme en fauteuil roulant est limit e il est difficile de d terminer avec pr cision la liste compl te des t ches que vous aurez effectuer Votre cas particulier peut d ailleurs exiger une t che mais pas une autre La liste ci dessous pr sente donc les t ches que l on pourrait vous demander d effectuer Discussion de votre dossier m dical concernant les donn es qui pourraient influencer votre performance sportive ex fonctions r siduelles du systeme musculosquelettique Mesures de vos donn es anthropom triques sexe ge taille poids num risation de votre amputation etc Mesures cin matiques positions vitesses et accelerations cin tiques forces et moments electromyographiques activit s musculaires calor metriques efficacit nerg tique et a rodynamiques r sistance au d placement en laboratoire et sur les pistes d athl tisme sous des conditions similaires la comp tition avec votre quipement actuel et avec les nouveaux quipements que nous fabriquerons Qu
14. Figure 2 3 Mesure de la cin matique des membres sup rieurs en fauteuil roulant 13 Figure 2 4 D finition EE 15 Figure 2 5 Montage sur tapis TOMO iia 17 Figure 2 6 Les trois phases de propulsion lors de la pouss e P et de la r cup ration 17 Fig re E 18 Figure 2 8 Couple en fonction de l angle des roueg 19 Figure 2 9 Ergom tre avec rouleaux inclinables et frein lectromagn tique 19 Figure 2 10 Simulateur de fauteuil pr sent par Niesing et al 22 20 Figure 2 11 Relation tridimensionnelle de la force longueur et vitesse d un muscle 23 Figure 3 1 Mesures Optotrak position assise dans le fauteuil PAF 29 Figure 3 2 Donn es GPS d une preuve de 200m pour l athl te 2 32 Figure 3 3 Profil de vitesse et d acc l ration en fonction de la distance parcourue d une preuve de 200m pour l athl te 2 u ae rn 33 Figure 3 4 Montage pour valuer la force statique maximale 35 Figure 3 5 Image de l athl te 2 prise par une cam ra haute vitesse lors du test d acc l ration Figure 3 6 Diagramme des corps libres des phases de pouss e haut et de recouvrement BAS RE a EN a Sau 38 Figure 3 7 Courbe de la force de propulsion Fp en fonction de la vite
15. Les avantages potentiels pourraient inclure une valuation de vos capacit s et habilet s une valuation de vos quipements actuels et la fabrication de nouveaux quipements pour am liorer votre performance Par ailleurs les r sultats obtenus contribueront l avancement des connaissances dans ce domaine Si vous n tes pas un des athl tes paralympiques vous ne retirerez aucun b n fice personnel de MEL pimus LT Toutefois les r sultats obtenus pourraient contribuer l avancement des connaissances et la formation de personnel qualifi dans ce domaine De plus il pourrait y avoir des retomb es sur le positionnement quotidien des personnes en fauteuil roulant m me lorsque la haute performance n est pas une priorit Votre participation ce projet de recherche est volontaire Vous tes donc libre de refuser d y participer Vous pouvez galement vous retirer de ce projet de recherche n importe quel moment sans avoir donner de raisons en faisant connaitre votre d cision aux chercheurs responsables ou l un des membres du personnel affect au projet de recherche Les chercheurs responsables du projet de recherche les entraineurs d Athl tisme Canada le comit d thique de la recherche du CSSS IUGS ou un des organismes subventionnaires peuvent mettre fin votre participation sans votre consentement si de nouvelles d couvertes ou informations indiquent que votre participation au projet de recherche n est pl
16. MAT RIAU DIM DWG NO REV 50 800 Corniere alu 057 04 05 01 08 1 2 x2 x1 4 ep x2 chelle1 1 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 167 376 600 400 168 0 250 6 35 0 500 m 12 700 Dimensions en mm sauf pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Chassis base FRACTION t 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 1 2 epA R057 04 05 02 x2 x 70 chelle1 5 Feuille 1 de 1 2 1 No ARTICLE NUMERO DE PIECE Longueur QTE 1 Bosch 45x45 FA 400 2 2 Bosch 45x45 FA 185 2 3 Bosch 45x45 FA 170 2 4 Bosch 45x45 FA 185 3 5 Bosch 45x45 FA 30 1 6 siege Sur mesure 7 ploque de genou Sur mesure 3 5 169 Dimensions en mm sauf pouce Date Fait par 2013 04 17 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Assise Colin FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV A RO57 04 06 00 chelle1 10 Feuille 1 de 1 2 1 BUD enclosure SNC 3756 AKD CRIO Relais Jet STO Motion bloc Power Supply principale SES Main switch STO Reset
17. TN gt 8 Acromion PT 7 Grand tronchanter I 6 Condyle f moral L gt Certus 5 Mall ole 4 Dessus roue 3 Axe roue 2 Cerceau 1 Base roue Z 9 Axe roue X y Figure 3 1 Mesures Optotrak position assise dans le fauteuil PAF 3 1 4 R sultats et discussion Les donn es ont t compil es en tableaux afin de mettre en vidence la variabilit des mesures Les mesures susceptibles d influencer la conception d un ergom tre ou d un fauteuil configurable sont li es aux dimensions du fauteuil et la position de l athl te dans son fauteuil On note dans le Tableau 3 2 une grande uniformit des dimensions des fauteuils Les athl tes utilisent tous le m me diam tre de roue et la variation enregistr e provient du pneu utilis Les plus grandes variations proviennent de l angulation des roues de la largeur entre les roues au bassin et de l entraxe des roues avant et arri re Aucune difficult technique n est per ue ce niveau En analysant le Tableau 3 3 on constate qu il y a l plus de variabilit Il y a un peu de variabilit sur la position de l paule par rapport au sol et l axe principalement d aux diff rences d anthropom trie entre les athl tes La variabilit vient surtout de la position des genoux L athl te 5 T 52 quadrapl gique et l athl te 6 amput adoptent des positions diff rentes o les genoux sont situ s plus en aval par rapport l paule Le
18. ax Vitesse maximale de l athl te o 45 km h Estimation selon la dernier peut suivre le cerceau sans perception de l acc l rer ou le ralentir l athl te Angle au point de contact au d but de 45 degr s Estimation vid o pouss e lors du pic de force n Amplitude angulaire de la pouss e 170 degr s Estimation vid o T Temps de recouvrement 0 4 seconde Wang 16 estimation vid o Notons que D Est utilis pour convertir le d placement angulaire de la roue en d placement lin aire de l ensemble athl te fauteuil Aussi la masse quivalente du syst me a t calcul e sur la base qu aucune correction ne serait faite pour la plus petite personne cibl e avec son fauteuil Cette plus petite personne correspond une femme du 3 percentile 48 13 kg selon Gordon et al 37 Une correction de 0 9 s applique ensuite pour simuler la parapl gie telle que d termin e par Spungen et al 38 pour une masse arrondie de 43 kg Un fauteuil minimaliste de 5 kg est ajout pour une somme totale de 48 kg La fonction utilis e pour r soudre l quation diff rentielle tait la fonction ODE45 de Matlab On a impos comme condition d avoir la position initiale ainsi que la vitesse initiale z ro et un incr ment maximal de 0 01 seconde pour la r solution des quations Les variables de 42 sorties sont la position et la vitesse en fonction du temps On peut ensuite calculer d autres varia
19. bogage commande moteur calcul de compensation d inertie etc Cette facon de faire permet d acc der en tout temps aux donn es brutes afin d valuer les r sultats des essais avec un logiciel comme Matlab et de respecter les sp cifications S5 et S28 67 Le fichier peut tre transf r sur l ordinateur en utilisant la fonctionnalit de transfert de fichier du logiciel lt Measurement and automation explorer gt de National instruments tel que pr sent la Figure 5 8 o File Transfer Target IP Address 132 210 91 155 Current Remote Directory data Folders Name Size 121106100mjpm dat 1288800 calibration D 121106400mjpm dat ni rt D 121107jpm100m dat tmp D 121107jpm400m dat D 121129 100m da Current Local Directory D Ergometre data Folders donnees 110919 Diane Main_Labview 110922 Diane Main Labview 5 7 110926 Colin RT3 f 110926 Diane RT3 v2 i i m Figure 5 8 Interface de transfert de fichier du logiciel lt Measurement and automation explorer de National Instruments Les prochaines lignes pr sentent la m thodologie utilis e pour v rifier la justesse des mesures transf r es dans le fichier 5 3 1 Mesure de position L encodeur optique incr mental sert de mesure pour la position Sa r solution est de 262 144 impulsions par tour ce qui se traduit par une r solution de 3 2um par impulsion L assemblage
20. e de l acc l ration instantan e du fauteuil Figure 3 3 Nous ne pouvons par cons quent pas utiliser cette mesure pour estimer la force 32 efficace transmise par l athl te Une autre m thode d valuation de la force transmise par l athl te devra tre utilis e Vitesse km h Acc l ration m s2 100 Distance m 200m27 Vitesse moyenne km h toutes les 2 mesures 120 33 200m27 Vitesse moyenne km h toutes les 2 mesures 40 60 80 100 Distance m 120 Figure 3 3 Profil de vitesse et d acc l ration en fonction de la distance parcourue d une preuve de 200m pour l athl te 2 Le Tableau 3 4 r sume les mesures de profil de vitesse prises au cours des diff rentes comp titions et camps auxquels les athl tes ont pris part On constate que la vitesse maximale atteinte sur piste est de 34 8km h et que la vitesse moyenne globale est d environ 25km h Tableau 3 4 R sum des mesures GPS Vitesse en km h Vitesse Vitesse Date Athl te Endroit GPS Discipline max moyenne Temps 27 mars 10 Athlete 4 Floride HP 100m 33 1 24 3 15 s 27 mars 10 Athlete 4 Floride HP 400m 34 2 28 4 50 s 27 mars 10 Athlete 2 Floride HP 200m 33 1 26 6 275 27 mars 10 Athl te 1 Floride HP 400m relais 30 6 24 2 58 s Entrainement 82 min 28 mars 10 Athlete 8 Floride HP 32 km 30 7 22 0 50s 29 mars 10 Athlete 6 Floride HP 40m 25 6 15 1 10 s 29 mars 10 Athlete 6
21. g re variation de la vitesse sur la plage affich e On constate galement une oscillation ayant une amplitude approximative de 9 impulsions La r solution de la position est donc de l ordre de 29 1um Cette r solution est nettement suffisante mais aura un effet sur la mesure de vitesse et d acc l ration La fr quence d oscillation est identique la fr quence de rotation ce qui laisse pr sager un d faut d alignement ou un probl me de balancement dynamique 5 3 2 Mesure de vitesse La mesure de vitesse provient de la d riv e du signal de position produit par l encodeur La vitesse est calcul e dans le FPGA en utilisant un filtre passe bas 20Hz Section 5 2 2 Afin de valider la valeur absolue de la mesure de vitesse un v locim tre effet doppler a t utilis Cet quipement permet une mesure directe de la vitesse de d placement d une surface tel qu illustr la Figure 5 11 70 Figure 5 11 V locim tre laser de la compagnie BETA LaserMike Dayton OH betalasermike com Selon le certificat d talonnage de la compagnie la pr cision de la mesure de vitesse est de 0 1 ou meilleure Le syst me chantillonne 100kHz mais doit faire un traitement sur les donn es et retourne une valeur de vitesse 100Hz La v rification de la valeur absolue de la vitesse a t faite pour des valeurs de 13km h et 25km h Le rouleau est vitesse constante pour viter les probl mes de synchronisation La
22. ration due aux forces inertielles agissant entre l athl te et le fauteuil lors du recul des bras et du tronc typiquement associ la p partie du mouvement de r cup ration et 3 une phase de d c l ration durant la 2 partie du mouvement de r cup ration Cette description en trois phases de la propulsion repr sente l acc l ration du fauteuil m me et non de l ensemble athl te fauteuil puisque cet ensemble ne constitue par l quivalent d un corps rigide Il y a alors une difficult importante pour valuer la puissance instantan e produite par l athl te car l acc l ration du fauteuil n est pas celle de l ensemble athl te fauteuil 16 Figure 2 5 Montage sur tapis roulant Source Spaepen et al 13 Figure 2 6 Les trois phases de propulsion lors de la pouss e P et de la r cup ration R Source Spaepen et al 13 Puisque le fauteuil n est pas maintenu sur le tapis il y a aussi un aspect de s curit non n gligeable sur l utilisation des tapis roulants qui n est pas abord par Spaepen et al 13 ou Vanlandewijck et al 2 Le site internet du manufacturier de tapis roulant H P Cosmos Traunstein Allemagne www h p cosmos com montre d ailleurs des utilisateurs avec un harnais de s curit L impact de ce dernier serait donc valider D autre part ce concept augmente la difficult d int gration d un fauteuil configuration variable et la reproduction des forces de r sistance appliqu es su
23. 1 350MM FA 3 RO57 04 03 01 Plaque support de roue 4 RO57 04 03 02 Hub 1 5 R057 04 03 03 Shim fender 1 6 R057 04 03 04 Support fender 1 7 fender 1 5 4 3 157 Dimensions en mm sauf pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Support roue droite FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV A RO57 04 03 00 chelle1 10 Feuille 1 de 1 2 1 53 300 Y 20 M4Y 15 2 5 59 A TRAVERS TOUT Z 517 920 X 90 Boulons M8 165 K gu 220 _ r Dimensions en mm sauf pouce te Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Plaque support de rove ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MATERIAU DIM DWG NO REV Aluminium 6061 R057 04 03 01 4 lgx0 25 ep x11 Feuille 1 de 1 4 3 2 1 158 150 2 000 50 800 0 13 500 A TRAVERS TOUT 45 2 NS SEA m A M6x1 0 y 12 500 N 1 2 20 A TRAVERS TOUT N M8x1 25 V 30 N 100 Dimensions en mm sauf pouce Date Fait por 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing C O U P E B X B SAUF INDICATION CONTRAIRE
24. 1 TOLERANCES Support roue gauche 4 RO57 04 03 02 Hub 2Cherres SGNEICATFS 20 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm 5 R057 04 03 03 Shim fender 1 MAT RIAU DIM DWG NO REV 6 fender 1 A RO57 04 04 00 Z 8057 04 03 04 Support fender 1 chelle1 10 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 162 2 DESSIN IRO57 04 05 01 00 Base module 2 RO57 04 0502 1 Chassis base 1 5 4 3 163 Dimensions en mm sauf pouce ate 2013 02 05 SAUF INDICATION CONTRAIRE DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES FRACTION t 0 5mm ANGULAIRE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MATERIAU Fait par Jean Luc Lessard ing Titre DIM DWG NO REV A RO57 04 05 00 Echelle 1 2 Feuille 1 de 1 1 Dimensions en mm souf pouce Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Base module DESSIN Titre QTE Seege eg RO57 04 05 01 01 Berceau 1 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm lt 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm 2 RO57 04 05 01 02 Equerre long SE DIM DWG NO REV 3 cf 3 4 Camfollower Mc Gill 2 4 Bosch 45x90x90M A R057 04 05 01 00 350MM FA a 5 RO57 04 05 01 03 Equerre court 2 Echelle 1 2 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 164 9 SI CN ca CH 888 sac Tarauder M8 A TRA
25. 175 e Dimensions en mm sauf pouce N 1 N Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre 9 TRAVERS TOUT DIMENSIONS SONT EN POUCES 4 x TOLERANCES Corni re syst me de retenue FRACTION 0 5mm ANGULAIRE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Corniere aluminium ne A R057 03 01 4 pox4 pox1 4 pais Echelle 1 5 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 147 300 90 4 x D 9 A TRAVERS TOUT 250 22 5 _ SS Dimensions en mm sauf pouce te Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Plaque syst me retenue FRACTION 0 5mm ANGULAIRE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 6061 T6 A R057 03 02 1 1 4 pais Echelle 1 4 Feuille 1 de 1 4 3 2 1 148 No ARTICLE NUMERO DE PIECE Roue athlete Titre 2 RO57 04 01 00 Ajustement Haut Bas 3 RO57 04 02 00 Coeur du F A 1 4 RO57 04 03 00 Support rove droite 1 5 R057 04 04 00 Support roue gauche 1 6 R057 04 05 00 Base 1 L Assise Colin 1 RO57 04 06 00 5 149 Dimensions en mm sauf pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES N ES mm Fauteuil ajustable AN
26. 5 minutes Mesurer les conditions de course preuve 400 m moins de 1 minute P riode de r cup ration selon le besoin de l athl te PM approximativement 14h sur l ergom tre fauteuil de l athl te O D terminer les param tres pour simuler les conditions de l preuve de 100m sur l ergom tre chauffement 15 min Calibration du syst me preuve 100 m moins de 1 minute Repos 15 min D terminer les param tres pour simuler les conditions de l preuve de 400m sur l ergom tre P riode d activation 2 5 minutes Calibration du syst me preuve 400 m moins de 1 minute 84 o P riode de r cup ration selon le besoin de l athl te La deuxi me tape cherchait v rifier la similitude des r sultats obtenus sur l ergom tre en utilisant le fauteuil de l athl te versus le fauteuil configurable dans une configuration qui r pliquait le positionnement exact du fauteuil de piste de l athl te Figure 6 3 Figure 6 3 Essais de validation sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te versus le fauteuil configurable Ici un ordre al atoire a t appliqu selon le Tableau 6 1 puisque les 2 s ances taient sur l ergom tre Tableau 6 1 S quence al atoire des essais sur ergom tre Jour AM PM 1 Fauteuil configurable Fauteuil de l athl te 2 Fauteuil de l athl te Fauteuil configurable 3 Fauteuil de l athl te Fauteuil configurable La s quence d ess
27. Lamontagne M et O Riain M D 1992 Biomechanical analysis of wheelchair propulsion for various seating positions The Journal of Rehabilitation Research and Development 29 3 12 2 Vanlandewijck Y Theisen D et Daly D 2001 Wheelchair propulsion biomechanics implications for wheelchair sports Sports Medicine Auckland N Z 31 5 339 367 3 Higgs C 1993 Sport Perfromance Vista 93 The outlook of international conference on high performance sport for athletes with disabilities Edmonton 4 Veeger H E Meershoek L S van der Woude L H et Langenhoff J M 1998 Wrist motion in handrim wheelchair propulsion Journal of Rehabilitation Research and Development 35 3 305 313 5 Brown D D Knowlton R G Hamill J Schneider T L et Hetzler R K 1990 Physiological and biomechanical differences between wheelchair dependent and able bodied subjects during wheelchair ergometry European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology 60 3 179 182 6 Robertson R N Boninger M L Cooper R A et Shimada S D 1996 Pushrim forces and joint kinetics during wheelchair propulsion Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 77 9 856 864 7 Le grand dictionnaire terminologique http gdt oqlf gouv qc ca ficheOqlf aspx Id_Fiche 8353749 11 f vrier 2013 8 Kotajarvi B R Sabick M B An K N Zhao K D Kaufman K R et Basford J R 2004 The effect of seat position on wh
28. Ordinateur Figure 5 4 Sch ma d interaction des composantes du syst me rouleaux asservis de l ergom tre 60 Les prochaines sous sections fournissent une explication des choix de concept pour r pondre chacune de ces sous fonctions 5 2 1 F6 Reproduire l inertie du syst me athl te fauteuil La majeure partie de la reproduction de l inertie du syst me athl te fauteuil provient de l inertie rotationnelle de l ensemble rouleaux accouplement et moteur Cette derni re repr sente une masse quivalente de 48kg se d pla ant en translation pour rencontrer la sp cification S6 Pour ajuster l inertie apparente des pi ces en rotation l inertie r elle de l ensemble athl te fauteuil la boucle de contr le du FPGA 2kHz ajuste le couple produit par la motorisation en fonction de l acc l ration du rouleau selon l quation suivante F M M a 5 1 Avec M d fini dans les param tres de l athl te et de son fauteuil en kg M 2 d fini dans les param tres du syst me en kg et a en m s calcul s avec la d riv e seconde de la position selon la m thode d Euler backward 5 points 40 suite un filtre Butterworth 20Hz de 4 ordre sans d calage de phase La fr quence de coupure a t tablie suite l analyse spectrale de la puissance avec minimalement 95 de la puissance sous la valeur de coupure Cette force peut tre positive ou n gative aider ou r sister au mouvement Selon l opti
29. angulation de l athl te B26 Ajustement de la position ant ro post rieur de l athl te B27 Ajustement l angle de carrossage des roues B28 Ajustement de la hauteur de l athl te B7 Accessible aux athl tes B4 Recevoir le fauteuil actuel des athl tes B30 Enregistrement des donn es sur disque B33 Interface utilisateur conviviale B6 Entre dans le labo B11 Fabricable l Universit de Sherbrooke B12 Respecte le budget de 40kS B16 Utilise l alimentation lectrique du labo B17 Utilise un maximum de pi ces standard B18 Facile d entretien B24 D pla able dans le labo 48 4 2 Analyse fonctionnelle Afin de s assurer que la conception de l ergom tre et du fauteuil configurable r ponde aux besoins num r s plus t t ces derniers ont t transform s en fonction que le produit doit r aliser Par la suite la m thode SAFE 39 par laquelle on analyse les s quences d utilisation du produit a t appliqu e pour compl ter les fonctions Les s quences d utilisations retenues sont e Essais de caract risation de type lt All out gt 30 ou lt Wingate gt 31 e Essais d optimisation du positionnement similaires ceux de Masse et al 1 e Simulation de course sur piste La Figure 4 1 pr sente l arbre fonctionnel pour la conception de l ergom tre et du fauteuil configurable r sultant de cette d marche 49 i Il in Figure 4 1 Arbre fonctionnel pour la conceptio
30. bassin important d athl tes qu il touche titre de r f rence la Figure 1 1 illustre un coureur de piste en fauteuil roulant Gant d Cerceau Direction et frein Roue Figure 1 1 Hlustration d un coureur de piste en fauteuil roulant Le personnel du CEHP avait entre autres besoin de support technique pour d terminer la meilleure configuration des fauteuils en fonction des athl tes et des disciplines i e les meilleures positions relatives des diverses composantes des fauteuils les unes par rapport aux autres et surtout par rapport aux positions relatives des athl tes Ceci dans le but d obtenir un gain de performance et d am liorer les chances de podium Avec laide de M Jean Laroche l entraineur du CEHP nous avons dress un portrait au Tableau 1 1 des athl tes prioritaires et du gain en performance n cessaire l obtention d une place sur le podium pour chacun aux Jeux paralympiques de 2012 Tableau 1 1 Estimation du gain de performance par athl te Athl tes M dailles preuves Gain n cessaire en temps et en pour un podium 2008 Pr vu Bonus 100 200 400 800 1500 5000 Marath m m m m m m on Diane Roy 3 3 2 El Es a 0 2 b 0 0 0 0 Temps requis 54 8 1 48 3 41 12 29 1h40 pour podium 2 1 3 5 4 5 pour podium T 54 3 6 2 1 6 2 pour podium Potentiel majeur d am lioration de la performance dans les virages sur piste Eric Gauthier 0 0 1 1 4s 3 4s 3 55 T 53 5 1 6 6 3 5 Temps
31. car elle pourrait donner de l information sur la technique id ale d approche du cerceau et sur la conception de gants Aucun article r pertori n a quantifi cette phase mais il faut garder l esprit que le taux d acquisition devra tre tr s lev pour permettre cette quantification ce qui n est pas le cas dans la plupart des syst mes utilis s qui acquisitionnent habituellement 100Hz ou moins Une autre sp cificit du sport est la grande plage de disciplines auxquelles peuvent prendre part les athl tes Elle d bute avec des preuves typiquement ana robiques 100m 200m et 400m et progresse vers des preuves plus a robiques 800m 1500m 5000m et marathon La litt rature offre malheureusement tr s peu de valeurs de r f rence vitesse max acc l ration force pour des athl tes de niveau international lors de ces preuves 2 2 Groupe de sujets Il apparait important de bien s lectionner le groupe de sujets afin de pouvoir tirer des conclusions valides d une recherche Ainsi Veeger et al 4 ont trouv qu il y a une diff rence consid rable entre des utilisateurs exp riment s en fauteuils roulants et des utilisateurs inexp riment s Les auteurs concluent qu il faut tre prudent dans la s lection de sujets pour faire une analyse biom canique car en plus des variations dues l exp rience et aux diff rences physiques entre les individus il faut consid rer que la technique utilis e directio
32. cialis de Facult de g nie Enveloppe budg taire maximale de 40 000 qui est aussi partag avec le projet de F33 tre l int rieur du budget Contrainte Ma trise sur acquisi Hon de donn es en fauteuil roulant de course L utilisation du budget dans l un ou l autre des projets sera r vis e en cours de projet selon le gain potentiel pour le projet global Ka 1 Diff rentes alimentati t di ibles vali i i F34 Utiliser l alimentation lectrique disponible Contrainte Diff rentes alimentations son disponibles A valider avec le service des immeubles et la disponibilit des composantes Favoriser les composantes standards tels les profil s d aluminium pour adaptation m i 1 ts et aut i i i F35 Utiliser un maximum de pisces standard Contante rapide roulements et autres composantes disponibles Sherbrooke Le laboratoire favorise aussi l utilisation de la plateforme Compact RIO de National Instruments pour le contr le d terministe F36 Faciliter l entretien Estime Minimiser les op rations d entretien D pla able la main par 2 3 personnes en tout ou en partie ou avec l aide d outils pedas bo CORRE disponible au Service de m canique sp cialis de la Facult de g nie Utiliser des composantes logiciels et m thodes qui permettront de faire voluer le F12 voluer selon les r sultats de recherche Contrainte S syst me selon les besoins de la recherche
33. de Winter 34 3l Dans le but de raffiner les mesures un enregistreur GPS 5Hz d di mod le BTQ 1000ex de QSTARZ Taipei Taiwan www Qstarz com a t achet en cours de projet La validation de l instrument dans des conditions de vitesse non cyclique test de d c l ration taux relativement faible montre par contre du bruit dans la mesure Comme une filtration passe bas Butterworth 4 ordre sans d calage de phase avec une fr quence de coupure de l ordre de 1Hz est n cessaire pour lisser les donn es de vitesse et repr senter le ph nom ne mesur nous concluons que cet instrument ne nous donne pas plus d informations pertinentes que le HP IPAQ Les 2 instruments ont donc t utilis s selon leur disponibilit 3 2 4 R sultats et discussion La Figure 3 2 illustre le trajet de l athl te 2 lors d une preuve de 200m On constate qu il est pratiquement sa vitesse maximale d s la sortie de la courbe 200m27 Vitesse km h toutes les 2 mesures A ot EW Hauteur m 100 Est m Nord m Figure 3 2 Donn es GPS d une preuve de 200m pour l athl te 2 La Figure 3 3 montre le profil de vitesse sous forme de graphique Avec un taux d acquisition de 1Hz il est impossible d obtenir de l information plus d taill e l int rieur d un cycle de pouss e puisque celui ci est de 0 9Hz 2 24Hz selon la compilation faite par Vanlandewijck 2 Cette situation donne donc une estimation erron
34. diff rence de mesure est en moyenne de 0 18 plus lev e pour la vitesse calcul e par l encodeur 13 km h et de 0 09 plus lev e 25km h Le graphique de la vitesse en fonction du temps de la Figure 5 12 montre que de fa on pr visible la fluctuation de la mesure de position se transpose sur la mesure de vitesse Cette fluctuation est de l ordre de 0 03 Elle peut expliquer en partie l erreur not e plus haut Cette pr cision est tr s suffisante pour notre application 71 Vitesse D km h Time ms Figure 5 12 Graphique de la vitesse km h en fonction du temps ms vitesse quasi constante 5 3 3 Mesure d acc l ration La mesure d acc l ration provient de la d riv e seconde du signal de position produit par l encodeur L acc l ration est calcul e dans le FPGA en utilisant un filtre passe bas 20Hz Section 5 2 1 Puisque la valeur absolue de la vitesse a t valid e nous consid rons qu il en est de m me pour l acc l ration Tout comme pour la vitesse nous observons une oscillation acc l ration constante telle qu illustr e la Figure 5 13 Ce graphique a t g n r avec une vitesse constante de 25km h Accel m s Plot 0 Time ms Figure 5 13 Oscillation de l acc l ration pour une acc l ration constante gale O vitesse approximative de 25km h 72 5 4 Structure de l ergom tre F39 Supporter l athl te dans son fauteuil L utilisation di
35. e sur piste et sur ergom tre simulant les m mes conditions Le fait que l athl te n a pas maintenir un corridor sur l ergom tre n influence donc pas les indicateurs de performance 88 Tableau 6 2 R sum des essais sur piste versus ergom tre 100m p p Essai 1 Essai 2 Essai 3 Moyenne Ecart type t test Wilcoxon Piste 17 19 16 43 17 20 16 94 0 44 0 809 1 000 T s Ergom tre 17 25 16 56 16 90 16 90 0 35 Piste 28 97 29 53 27 46 28 65 1 07 0 898 1 000 MET km h Ergom tre 27 79 29 09 28 76 28 55 0 68 Piste 42 40 41 41 0 1 0 0 840 0 655 Nhouss es Ergom tre 42 42 38 40 7 2 3 Piste 14 28 14 62 9 85 12 92 2 66 0 585 0 285 6 m Ergom tre 11 54 11 48 12 27 11 76 0 44 Le Tableau 6 3 pr sente les r sultats pour l preuve de 400m Ici galement tous les indicateurs de performances montrent qu il n y a pas de diff rence statistique p gt 0 094 entre une preuve de 400m effectu e sur piste et sur ergometre simulant les m mes conditions Dans ce cas le fait que l ergom tre ne simule pas les virages facilite potentiellement la t che de l athl te En effet les valeurs de p 0 109 obtenues avec le test de Wilcoxon d montrent une tendance vers des temps de course plus courts et un nombre de pouss es moindre sur l ergom tre Une tude avec un plus grand chantillonnage pourrait ventuellement montrer une diff rence significative sur le temps de course et le nombre de pouss es Tableau 6 3 R su
36. ergom tre et de ses sous syst mes 1 Syst me rouleaux asservis de l ergom tre 2 Syst me d acquisition de l ergom tre 3 Structure de l ergom tre 4 Structure du fauteuil configurable et 5 Interface usager de l ergom tre Les plateformes d acc s en bois sont galement illustr es La Figure 5 1 montre un fauteuil typique d un athl te retenu par la structure de l ergom tre 3 sur le syst me rouleaux asservis qui simule l imp dance m canique 1 Le fauteuil de piste peut tre remplac par un fauteuil configurable 4 qui sera pr sent plus loin Le concept respecte donc le besoin de recevoir la fois le fauteuil de l athl te et un fauteuil configurable Ce point est d ailleurs un l ment d innovation important du syst me Un syst me d acquisition 2 assure la mesure de la puissance nette transf r e chaque pouss e et ce haute cadence Un ordinateur 5 vient compl ter le montage pour interagir avec les utilisateurs athl tes ou responsable des essais et les syst mes externes Il est noter que les plateformes d acc s en bois quoique n cessaires pour acc der au fauteuil install sur l ergom tre F26 ne font pas partie des sous syst mes d taill s ici car elles ont t am nag es en fonction de l espace disponible au labo une fois le montage compl t Elles 56 ont t retir es du syst me tant donn e la simplicit de r alisation et le faible d impact sur les fonction
37. f rences sur les mesures de performance des athl tes lites dans la litt rature 23 La s lection du groupe de sujets Influence fortement les r sultats Cependant comme le projet qui nous concerne poss de un groupe important d utilisateurs exp riment s nous avons vit les probl mes reli s aux sujets non exp riment s L ergom trie en fauteuil roulant est fr quemment utilis e et facilite la prise de mesures dans un environnement contr l Ces mesures sont typiquement mesures temporelles du cycle de pouss e mesures cin matiques des membres sup rieurs mesures des forces appliqu es mesures d EMG et mesures du profil de vitesse et d acc l ration Pour permettre la prise de ces mesures 3 types d ergom tre sont utilis s pour simuler l imp dance m canique en laboratoire o Le fauteuil sur tapis roulant utilis par certains dont Vanlandewijck et al 14 est une adaptation d un tapis roulant standard qui comporte un avantage de r alisme du mouvement entre l athl te et le fauteuil mais aussi des d savantages au niveau de la prise de mesures de la s curit de l int gration d un fauteuil configurable et de la reproduction des forces de r sistance en temps r el o L ergom tre rouleaux est fr quemment utilis puisque sa position fixe facilite l analyse du mouvement Il ne consid re cependant pas le mouvement relatif de l athl te par rapport au fauteuil Malgr ceci Devillard 23 a produit une publicat
38. l utilisation de ce mod le peut aussi tre tendue par une analyse de sensibilit des param tres qui influencent la performance de la course comme la variation de masse tel qu effectu e par Fuss 36 l am lioration de la train e a rodynamique etc Cependant pour tablir les sp cifications de l ergom tre la mod lisation ci dessus est suffisante 45 46 CHAPITRE 4 ANALYSE DES BESOINS ANALYSE FONCTIONNELLE ET CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL Ce chapitre d crit la d marche qui a conduit la production du cahier des charges fonctionnel CdCF La proc dure suit la m thodologie de conception du d partement de g nie m canique de l Universit de Sherbrooke 39 4 1 Analyse des besoins La r alit du projet de recherche et d veloppement Sur la piste de la performance fait en sorte que les athl tes et les chercheurs n avaient pas en d but de projet l exp rience avec un tel syst me Les besoins nonc s taient alors moins pr cis et l importance de ces derniers a t pond r e au fur et mesure que le projet a volu La premi re source d information pour la recherche de besoins provient de la revue de litt rature Entre autres Vanlandewijck et al 2 expliquent les requis pour l analyse du mouvement sur un ergom tre Une autre r f rence importante est l article de Niesing 22 o la description des caract ristiques de conception d un simulateur de fauteuils a fortement influenc
39. la d finition des besoins Pour compl ter la recherche des s ances de discussions avec l quipe du projet ainsi que des consultations aupr s des athl tes et de l entraineur ont t men es Le Tableau 4 1 fait donc suite la recension des besoins l limination des besoins jug s moins pertinents et au regroupement par affinit des besoins Il est a not que le besoin B13 Mesure de projet la faveur du projet de maitrise sur l acquisition de donn es en fauteuil roulant de course 47 Tableau 4 1 Listes des besoins par affinit B1 Mesurer la puissance et la force de pouss e B13 M lol TE He deoite B21 Bonne pr cision de mesure lt 1 B22 Mesure la puissance nergie transf r e l impact B23 L utilisateur per oit un syst me fluide non saccad B31 Permettre l effet lt wheely gt B34 Prendre compte de l a rodynamisme B35 Prendre compte de la r sistance de roulement B36 Avoir la bonne inertie et la bonne imp dance m canique B3 Contr ler les conditions de test B9 Pouvoir int grer des syst mes de mesure externes NDI EMG vid o B14 Donne une r troaction en temps r el l athl te B19 Utilise un syst me de contr le standard pour la p rennit de l quipement B29 Le syst me acc l re par lui m me jusqu une vitesse d sir e B20 Avoir un fauteuil ajustable B25 Ajustement de l
40. laboratoire L imp dance m canique est le rapport complexe de la force la vitesse 21 Dans le contexte de ce projet on peut l exprimer plus pr cis ment comme le rapport entre la force appliqu e par les roues pour propulser l ensemble athl te fauteuil et la vitesse r sultante de cet ensemble La simulation de l imp dance m canique permet de reproduire la sensation qu un athl te aurait dans un contexte d utilisation choisi Cette simulation est donc essentielle si l on souhaite transf rer les r sultats obtenus en laboratoire vers l environnement de l athl te Trois types d quipements sont utilis s pour simuler cette imp dance m canique un fauteuil sur tapis roulant un fauteuil sur rouleaux ou un simulateur de fauteuil Fauteuil sur tapis roulant La simulation de l imp dance m canique sur tapis roulant permet d utiliser le fauteuil de Pathl te dans l environnement d un laboratoire sans limiter le mouvement relatif entre l athl te et son fauteuil Vanlandewijck et al 14 et Spaepen et al 13 recommandent ce type d ergometre Figure 2 5 op le fauteuil roule sur un tapis et une charge reli e un syst me de c ble et poulies applique une force de r sistance sur le fauteuil Cet ergom tre permet de d finir la propulsion en trois phases tel qu illustr la Figure2 6 1 une phase d acc l ration due la force appliqu e sur les cerceaux typiquement associ e au mouvement de pouss e 2 une 2 phase d acc l
41. les renseignements recueillis demeureront strictement confidentiels dans les limites pr vues par la loi Afin de pr server votre identit et la confidentialit des renseignements vous ne serez identifie e que par un num ro de code pour toute information pouvant tre accessible par d autres personnes que les collaborateurs du projet La cl du code reliant votre nom votre dossier de recherche sera conserv e par les chercheurs responsables du projet de recherche Les chercheurs responsables du projet de recherche utiliseront les donn es des fins de recherche dans le but de r pondre aux objectifs scientifiques du projet de recherche d crits dans le formulaire d information et de consentement Ces donn es seront conserv es pendant 5 ans par les chercheurs responsables du projet de recherche et seront d truites par la suite de mani re s curis e sous la supervision des chercheurs responsables Les donn es pourront tre publi es dans des revues sp cialis es ou faire l objet de discussions mais il ne sera pas possible de vous identifier sauf si vous consentez votre identification photo audio ou vid o des fins de surveillance et de contr le votre dossier de recherche pourra tre consult par une personne mandat e par le Comit d thique de la recherche du CSSS IUGS par l tablissement ou par des organismes publics autoris s Toutes ces personnes et ces organismes adherent une politique de confidentialit d
42. nouvelles valeurs suite la calibration Afin de compenser pour le frottement interne du syst me le contr leur calcule le frottement partir des nouveaux coefficients du polyn me enregistr s et de la vitesse instantan e selon l quation polynomiale suivante F FrictionInterne P P v Py Py 5 4 est la force de frottement interne du syst me et est calcul e par le contr leur du FrictionInterne Compact RIO dans la boucle 500Hz Elle est aussi somm e avant d tre transf r e au FPGA Cette force est positive La proc dure prend moins de 5 minutes pour respecter la sp cification S41 sur le temps de calibration La v rification de cette fonctionnalit se fait en mode entrainement libre o on retire l application de toutes les autres forces compens es par le moteur Comme il n y a aucune force appliqu e sauf la compensation du frottement interne il ne doit y avoir aucune acc l ration ou d c l ration entre chaque pouss e tel que d montr e la Figure 5 7 65 Calibration Simulation piste Entrainement libre Debug Param tres systeme Train e aerodynamique Force frottement Pente gt o J y Force pente g Force aerodynamique g Force frottement g resistance calibration g 0 10 10 1280 2 Vitesse km h Distance m 26 19 535 12 Vitesse km h Plo 25 5 Aucune force appliqu e ER 25 5 Amplitude in
43. op les caract ristiques recherch es sont plut t la manceuvrabilit et le confort Le fauteuil roulant de course quant lui est un quipement ou la vitesse maximale que peut atteindre le fauteuil et la stabilit haute vitesse seront les principaux atouts Afin d obtenir les atouts recherch s la configuration du fauteuil roulant de course et surtout la position de l athl te dans le fauteuil ont volu ressemblant plus un fauteuil roulant typique en 1986 vers une configuration plus allong e en 1995 Figure 2 1 Higgs 3 a une description du cycle de pouss e beaucoup plus d taill e en 6 phases Figure 2 2 une phase d acc l ration du bras 1 une phase de transfert d nergie par impact 2 une phase de pouss e 3 une phase de rotation de la main 4 une phase de d sengagement 5 et l lan arri re 6 On peut s interroger sur la pertinence d une d coupe aussi exhaustive de la pouss e car Higgs ne quantifie pas par la suite l apport de chacune de ces phases Il y a surement l un apport scientifique apporter 10 x DIN ZAS AMY N d Figure 2 2 D finition du cycle de pouss e 1 2 phase d acc l ration du bras 2 phase de transfert d nergie par Impact 3 phase de pouss e 4 phase de rotation 5 phase de d sengagement 6 5 1 lan arri re 3 Notons que la quantification de l nergie transf r e dans la phase de transfert d nergie par impact est int ressante
44. parcourue m Figure 6 4 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 100m sur la piste et sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te 87 400m Vitesse en fonction de la distance parcourue Suns sci Been ne rr rper rd of aren a Lr ac Vitesse km h Piste 1 Piste 2 Piste 3 50 100 150 200 250 300 350 400 Distance parcourue m Figure 6 5 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 400m sur la piste et sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te On constate d entr e de jeu une forte similarit dans l enveloppe des courbes sur piste ou ergom tre pour le 100m Le profil de vitesse sur piste est l g rement plus variable et s explique par la n cessit de l athl te de se repositionner dans son corridor lorsqu il d vie de sa trajectoire Les profils de vitesse sont galement similaires sur piste ou sur ergom tre pour l preuve de 400m Le ph nom ne de variabilit de la vitesse sur piste est cependant accentu en raison des virages La variabilit est d autant plus pr sente car notre athl te tait relativement inexp riment dans les 400m et avait de la difficult rester dans son corridor Le Tableau 6 2 pr sente les r sultats pour l preuve de 100m Tous les indicateurs de performances montrent qu il n y a pas de diff rence statistique p gt 0 285 entre une preuve de 100m effectu
45. particuli rement int ressants dans notre cas La revue se divise en six sections e Sp cificit s de la course en fauteuil roulant e Groupe de sujets e Ergom trie en fauteuil roulant e Protocoles d essais de r f rence e Influence du positionnement sur la propulsion en fauteuil roulant de course e R sum de la revue de litt rature 2 1 Sp cificit s de la course en fauteuil roulant L article de revue de Vanlandewijck et al 2 dresse un portrait assez complet de la litt rature disponible traitant des enjeux relatifs aux sports en fauteuil roulant et sert de base la revue de litt rature Selon lui le d placement en fauteuil roulant est caract ris par un mouvement cyclique des membres sup rieurs Le cycle complet est typiquement s par en deux phases la phase de propulsion et la phase de r cup ration o la main de l athl te est et n est pas en contact avec le cerceau sur la roue respectivement Figure 2 1 y N C 4 m EA 241305 amp 7 Figure 2 1 Configuration du fauteuil roulant de course dans le temps Configuration du fauteuil roulant de course en 1986 gauche et en 1995 droite selon Vanlandewijck et al 2 montrant les phases de pouss es en gris et de recouvrement en blanc SA angle de d part Start Angle EA angle de fin End Angle Les fauteuils con us pour la course en fauteuil roulant se distinguent beaucoup des fauteuils roulants de tous les jours
46. poser toutes les questions que vous jugerez utiles aux chercheurs responsables du projet de recherche ou aux autres membres du personnel affect au projet de recherche et leur demander de vous expliquer tout mot ou renseignement qui n est pas clair Athl tisme Canada et le groupe de recherche en PERformance et S curit humaine de l Universit de Sherbrooke PERS US unissent leurs efforts pour la mise sur pied d un projet de recherche et de d veloppement de fauteuils roulants sur piste Ce projet de recherche vise am liorer les performances sportives des athl tes canadiens en pr paration des Jeux paralympiques d t Londres en Angleterre de 2012 Les objectifs de ce projet de recherche sont 1 Trouver une configuration optimale du fauteuil pour un athl te et une discipline donn e permettant un gain en performance sans compromis sur la stabilit et la s curit de l athlete 2 Concevoir d velopper et fabriquer des fauteuils pour des athletes s lectionn s 3 Valider les performances de ces fauteuils en laboratoire et sur piste 4 Initiales du sujet de recherche Page 1 de 8 Version 2 6 mars 2010 181 Formulaire d information et de consentement Sur la piste de la Performance tablir un protocole pour permettre aux autres athl tes canadiens de b n ficier des retomb es de ce projet de recherche Votre entraineur Athl tisme Canada ou le personnel du groupe PERS US vous a s lectionn pour participer
47. type d handicap est donc un facteur important influengant la position de l athl te C est un besoin important consid rer dans la conception du simulateur de fauteuil 29 Tableau 3 2 Dimensionnement du fauteuil des athl tes mm Athl tes Description 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Moy SD Diam tre Roue PAF 4 1 666 7 664 6 663 0 662 6 667 3 660 8 673 2 664 6 665 6 665 4 3 6 0 5 Cerceau PAF 3 2 x 2 371 3 383 3 349 6 400 1 376 3 386 0 373 7 359 6 369 9 374 4 14 7 3 9 Angle Camber deg ZPAF 4 1 et vertical 13 4 13 9 15 0 13 3 13 4 13 4 13 8 15 1 14 9 14 0 0 8 5 4 Largeur Roue dessus PAF 4d 4g 317 6 289 8 317 0 319 4 332 9 295 9 320 0 287 4 284 0 307 1 17 8 5 8 Roue axe PAF 3d 3g 497 6 482 1 551 0 508 0 524 6 471 9 515 0 488 3 490 8 503 3 24 3 4 8 Roue sol PAF 1d 1g 616 5 597 6 645 8 611 9 634 8 586 2 628 1 619 1 613 1 617 0 18 2 2 9 Axe avant arri re PAF 9 3 1235 9 1205 5 1375 5 1255 4 1172 0 1315 7 1237 3 1239 6 1254 6 63 8 5 1 SD moy Tableau 3 3 Positionnement des athl tes dans leur fauteuil mm Athl tes Description 1l 2 3 4 5 6 7 8 9 Moy SD 96 Hauteur paule vs sol PAF 8 1 en z 721 1 779 7 683 7 745 5 738 1 669 3 740 4 678 1 766 4 724 7 39 6 5
48. un temps de mise au point pour l assise permet la d marche exp rimentale d optimisation de la configuration ce qui est impossible avec un fauteuil de piste normal Ce fauteuil est mont directement sur le ch ssis du sous syst me rouleaux asservis de l ergom tre Le fauteuil configurable ne poss de cependant pas de roue avant puisqu elle n est pas utile en laboratoire Suite la fabrication d une assise personnalis e Figure 5 15 qui permet de recevoir l athl te selon ses mesures anthropom triques et les sp cificit s de son handicap cette assise est plac e sur le fauteuil configurable On utilise typiquement la position de son fauteuil actuel comme 74 position de r f rence La validation de la reproduction de la position est faite en mesurant d abord la position de l assise et du support de genoux du fauteuil de l athl te par rapport un syst me de coordonn es d fini sur l ergom tre et en mesurant par la suite la position de l assise et du support de genoux du fauteuil configurable partir du m me syst me de coordonn es Les mesures sont faites avec le syst me de mesure Optotrak Certus de la compagnie NDI Waterloo Canada www ndigital com Figure 5 15 Exemples d assises personnalis es 1 Support de genoux 2 si ge 3 ancrage pour support du tronc pour r pondre aux besoins sp cifiques d un athl te Comme l assise est fabriqu e partir de profil d aluminium il est poss
49. 0 32 UNE A TRAVERS TOUT Dimensions en pouce sauf mm te Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Barre de calibration FRACTION 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 606116 JA ROS7 01 02 08 1 2 pouce pais chelle 1 5 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 133 te Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing een STE TOLERANCES Assemblage des rouleaux R057 01 03 01 00 Assemblage rouleau DEUX CHIFFRES SIGNIFICATS 20 015 2 B 3D BK2 300 1 1 1 ACCOU plement R W oe SIGNIFICATIFS 0 001 DMTDWE NO SEV 3 JRO57 01 03 02 MS moteur 4 RO57 01 03 03 Arbre 2 A RO57 01 03 00 5 Y 50 FM SY 50 FM 3 6 RO57 01 03 04 Support bloc de roulement 3 chelle 1 10 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 134 RO57 01 03 01 01 Rouleau RO57 01 03 01 02 Disque int rieur rouleau MLM50 MLM50 5 4 1 2 3 135 Dat e Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Assemblage rouleau FRACTION 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV A R057 01 03 01 00 1 chelle 1 5 Feuille 1 de 1 2 1
50. 1 A Signal line com TPU a 308 Reserved 44 02 A Signal line Encoder O Index 0 El eU E COM Encoder 0 Index OR Encoder 0 PhaseA AO 3 B Signal line 18 Tel El sl EncoderoPhaseA E Signal line e svouT Te I Ts tal EncoderoPhaseB t 5 Position Compare 80 E Position Capture 5 au Reserved LIE El ll Encodero Phases res 2 Signal line Reserved E El pi E Reserved AI 07 GND Ground connection of the encoder Digital Output ot m El Reserved 7 A A ls e Vu CEO cow 8 Us Supply voltage Digital Input 1 Tel sl EJ Drive Enablet Screen Screen Direction CCW 10 El M Digital Input 3t E N C com CEO al E Direction ccw 7 ND step CW Tel E sl E Digital Input 2t Shield 120 Ciel Step cw Indicates DSUB connector signals 5 8 6 4 7 3 AKD x00306 x00606 xx 1 2 DCOMT DIGITAL IN7 View to the connector M12 fitted to the encoder body DIGITAL pit DIGITAL IN3 DIGITAL OUT2 DIGITAL OUT2 DIGITAL OUTI OIGITAL OUT 14 DIGITAL N2 OIGTAL N1 O e Deal paH GM e Hers com DIO1 4 COM DIO2 NC Ne COM KE 7 com C am 8 NC DIGITAL ING DIOS 91 COM DIO6 10 COM 511 NC DIGITAL INS NC 12 COM DIO7 COM AGND D Anaiog Out p Analog In NI 9401 1 0 MODULE Motion Bus i x21 Option Card Raccordem
51. 2 05 SAUF INDICATION CONTRAIRE DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES FRACTION t 0 Smm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU Fait par Jean Luc Lessard ing Titre Plancher avant DIM DWG NO REV A R057 02 01 chelle1 10 Feuille 1 de 1 1 Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Ch ssis avant FRACTION t 0 032 DESSIN Titre QTE DEUX CHEFRES SIGNPICATIS 10 018 Bosch 45x45 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 1 mm 5 MAT RIAU DIM DWG NO REV Bosch 45x45 02 40mm 4 A R057 02 02 o 5353 4 chele1 10 Feuile 1 de 5 4 3 2 1 145 DESSIN QTE Bosch 45x90x90 2 Bosch 45x90x90M JVUVI 1 Bosch 45x45 2 00mm 2 1 2 3 4 RO57 03 01 Corniere systeme de retenue 5 RO57 03 02 Plaque systeme retenue 146 Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Systeme retenu FRACTION t 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV A RO57 03 00 1 chelle 1 5 Feuille 1 de 1 2 1 275 5x 9 A TRAVERS TOUT _ 230 a y CL r i R A S amp 90 45 La KS
52. 3 1 Athl tes participants aux mesures Athl te Sexe Classification Disciplines Athl te 1 Masculin T53 100 et 200 m Athl te 2 Masculin T54 800 5 000 marathon Athl te 3 F minin T54 100 400 m Athl te 4 Masculin T54 100 et 200 m Athl te 5 Masculin T52 100 800 m Athl te 6 Masculin xk wen unijambiste Athlete 7 Masculin T54 Marathon Athl te 8 F minin T54 400 m et plus Athl te 9 Masculin T54 100 800 m La classification des athl tes est d termin e selon les capacit s r siduelles des athl tes et d finie dans un document publi par le Comit international paralympique 35 3 1 3 M thodologie L outil de mesure tait un systeme Optotrak Certus de NDI Waterloo Canada www ndigital com avec une sonde de digitalisation 4 marqueurs infrarouge La pr cision de la lecture est de 1mm ou meilleure La Figure 3 1 pr sente les points de mesures de l athl te dans son fauteuil de course Notez que les points 5 et 7 taient une estimation dans le plan Y Z car il tait impossible d y acc der directement avec la sonde Cette s rie de mesure permettait d valuer la position actuelle de l athl te par rapport son fauteuil La s quence de mesure a t r p t e pour les c t s gauche et droit Les feuilles de prise de mesures incluant des mesures additionnelles destin es une autre tude li e celle ci sont pr sent es l Annexe A 28 L
53. 596 paule vs axe y PAF 8 3 en y 298 6 32841 322 7 350 6 336 4 299 3 316 4 316 6 349 0 3242 18 9 5 8 paule vs axe z PAF 8 3 en z 393 9 455 1 357 1 419 5 411 4 348 1 411 7 354 8 442 1 399 3 38 8 9 7 Genou vs sol PAF 6 1 en z 535 0 522 6 558 4 510 3 623 4 245 7 562 1 542 6 572 3 519 2 107 7 20 796 Genou vs axe y PAF 6 3 en y 259 5 263 9 226 0 214 3 344 0 298 5 300 4 241 0 261 3 267 7 40 7 15 2 Genou vs axe z PAF 6 3 en z 207 9 198 1 231 9 184 2 296 6 167 3 233 5 219 3 248 0 220 7 38 2 17 3 paule Genou en y PAF 8 6 en y 39 2 64 2 96 8 136 3 7 7 3 9 15 9 75 5 87 7 56 0 48 9 87 2 paule Genou en z PAF 8 6 en z 186 1 257 1 125 3 235 2 114 7 423 7 178 3 135 5 194 1 205 5 94 8 46 1 SD moy 30 3 2 Mesure des profils de vitesse sur piste Puisque l ergom tre que nous souhaitons construire devra simuler les conditions de piste le plus r alistement possible il est d int r t d analyser le profil de vitesse des athl tes tel que fait par Coutts et al 20 sur ergom tre mais cette fois sur la piste et dans diff rentes preuves Cette analyse fournira de l information vitale pour construire le cahier des charges fonctionnel de l ergom tre 3 2 1 Objectif L objectif est de d terminer les vitesses maximales typiques des athl tes la force aux roues d velopp e par l athl te et les plages de vitesse selon l
54. 6 2 rau oor ET 81 ds eurem ra ein ira 81 E Me EE 81 6 3 2 Variables EE 82 e WE EE 83 6 3 4 Instruments de Mestre e 86 6 3 5 Analyse des donn es io RE UE B I ROI at Eat e dades 86 Resultats Ck GISCUSSION EE 87 vi 6 4 1 Comparaison des performances obtenues sur la piste versus sur l ergom tre avec Eet 87 6 4 2 Comparaison des performances obtenues sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te versus le fauteuil configurable 90 6 3 Brno PM TRY 92 CHAPITRE 7 CONCLUSION OZ eer 95 7 1 Bienduedestrayaux de recherche een 95 7 2 R sultats et contribution ONE MAS en nme 96 7 3 Impact anticip du projet et recommandations esee 97 LISTE DES R F RENCES Anco Eeer 99 ANNEXE A MESURES ANTRHOPOMETRIQUES sn 103 ANNEXE B CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL ET NOTES LA CONCEPTION 109 ANNEXE C PLANS M CANIQUES ET LECTRIQUES ees 117 ANNEXE D SCH MA DU CODE LABVIEW sn 175 ANNEXE E FORMULAIRE DE CONSENTEMENT ss 179 vii viii LISTE DES FIGURES Figure 1 1 Illustration d un coureur de piste en fauteuil roulant 2 Figure 2 1 Configuration du fauteuil roulant de course dans le temps 10 Figure 2 2 D finition du cycle de pouss e anlegen bh ai a de AS 11
55. 9 39 Figure 3 8 Positions d application de la force 1 point de contact au d but de la pouss e 2 force maximale 3 d sengagement la fin de la pouss e 100 7 T S T t T i 90 Force statique f maximale 80 N 1 70 J D but de la d DU C pouss e x 7 x 8 50 X Fin de la pouss e 7 LL 40 7 30 4 20 4 ot r r r L t 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Position deg Figure 3 9 Pourcentage de la force maximale en fonction de la position est constante sur toute la plage de vitesse ush e L amplitude angulaire de la pouss e 9 e Le temps de recouvrement 7 est constant rec e La fatigue de l athl te n est pas consid r e hypoth se conservatrice 40 La force de roulement est d finie comme F Mg k Mgv 3 4 2 o 20 01 et 5x10 tel qu utilis par Fuss 36 et o m repr sente la masse de l athl te et du fauteuil en kg g 9 81m s repr sente l acc l ration gravitationnelle et v est la vitesse de l ensemble athl te fauteuil en m s La force a rodynamique est mod lis e selon 3 5 gt p CA 33 avec o 1 238 tel qu utilise par Fuss 36 C A 0 21m 0 23m selon des essais m effectu s en soufflerie avec les athl tes l Institut de recherche a rospatiale du CNRC CNRC Ottawa ON La valeur de C A retenue correspond la valeur moyenne pour
56. 9 350 55 20 L M 15 59 A TRAVERS TOUT 4 500 A TRAVERS TOUT Z 08 960 X 90 Boulon M4 155 4 160 205 255 E 275 Dimensions en mm sauf pouce E te Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Plaque cote FRACTION t 0 5mm ANGULAIRE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFIC ATIFS 0 025mm MATERIAU DIM DWG NO REV Aluminium A RO57 04 02 02 1 1 2 ep x5 x11 chelle 1 2 Feuille 1 de 1 2 1 30 D 6 350 0 250 A TRAVERS TOUT gt D9 A TRAVERS TOUT 519 A TRAVERS TOUT 89 100 129 100 45 116 400 6 350 20 L9 22 500 E 27 300 2 000 50 800 Dimensions en mm sauf pouce te Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre 2 000 DIMENSIONS SONT EN POUCES orniere ajustement 50 800 e i ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Corni re Alu A R057 04 02 03 2 x 2 x 6 chelle 1 2 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 156 No ARTICLE NUMERO DE PIECE Titre QTE 1 Bosch 45x90x90M 1 350MM_FA 2 Bosch 45x90x90M
57. Figure 3 4 Cellule de force Figure 3 4 Montage pour valuer la force statique maximale Le Tableau 3 5 pr sente les r sultats On constate une bonne disparit entre les athletes 35 Tableau 3 5 Mesures de force maximale en statique Force maximale N Athl tes Essai1 Essai2 Essai3 Essai4 Moyenne Maximum Athl te 4 291 283 290 290 288 5 291 Athl te 2 308 347 350 316 330 25 350 Athl te 8 215 185 176 189 191 25 215 3 3 2 Test d acc l ration au d part Suite au test de force maximale statique une seconde validation de la mesure de force maximale a t faite mais cette fois en dynamique Pour ex cuter ce test seul l athl te le plus puissant athl te 2 a t retenu tant donn e la difficult de mesurer la force en dynamique l acc l ration fut plut t mesur e et la force estim e en utilisant la 2 loi de Newton Pour ce faire des marqueurs opto lectronique ont t plac s sur le fauteuil L acquisition de la position des marqueurs tait faite par un syst me d acquisition Optotrak Certus de la compagnie NDI Waterloo Canada La consigne donn e l athl te tait de pousser le plus vite et le plus fort possible pour deux pouss es le champ de vision du syst me Optotrak Certus permettant la capture sur une pouss e compl te seulement La Figure 3 5 montre une image prise lors du test de d part On per oit les marqueurs mont s rig
58. Floride HP 60 m 26 2 18 5 14 s 33 Vitesse Vitesse Date Athl te Endroit GPS Discipline max moyenne Temps Entrainement 19 min 29 mars 10 Athlete 5 Floride HP 8km 30 6 24 42 s 02 juin 10 Athl te 6 UdeS HP 200m 29 5 24 1 30 s 02 juin 10 Athl te 2 UdeS HP 400m 32 1 27 9 54 s 3min 9 12 juin 10 Athl te 2 UdeS HP 1500m 33 6 28 3 S 12 juin 10 Athl te 8 UdeS HP 400m 30 5 24 6 58s 12 juin 10 Athl te 4 UdeS HP 200m 34 8 27 3 26s 10min 12 juin 10 Athl te 2 UdeS HP 5000m 32 2 27 8 37s 12 juin 10 Athlete 6 UdeS HP 100m 30 7 21 4 17s 12 juin 10 Athlete 1 UdeS HP 400m relais 33 18 27 9 56s 12 juin 10 Athl te 2 UdeS HP 400m relais 29 7 24 8 1min 1s 10 juil 10 Athl te 4 UdeS Ostarz 100m 33 5 23 86 15s 10 juil 10 Athlete 6 UdeS HP 100m 31 2 19 48 19 s 10 juil 10 Athl te 4 UdeS Qstarz 200m 32 95 26 9 27s 10 juil 10 Athl te 9 UdeS HP 400m 31 51 23 55 59 s 10 juil 10 Athl te 1 UdeS Qstarz 400m 32 55 27 9 52s 1min 10 juil 10 Athl te 1 UdeS Qstarz 800m 31 3 26 5 48 5 UdeS Universit de Sherbrooke Le temps d utilisation de l ergometre en simulation d preuve sur piste et d entrainement sera donc tr s variable de l ordre de 10 secondes jusqu pres d une heure 30 minutes en mode entrainement De plus en regardant la moyenne des vitesses pour les differentes Epreuves on constate que l ergometre sera particuli rement soll
59. GNIFICATIFS 0 015 7 TROS CHIFRES SIGNIFICATIFS 0 001 RATE NO SEU ROS7 01 01 02 A RO57 01 01 00 RO57 01 01 03 Echelle 1 10 Feuille 1 de 1 2 1 Trous 9mm diam 1840 122 bf 225295 95 N 575 _ 615 _ 730 al 845 E 885 1_1067 5 1317 5 1567 5 FS 1817 5 gt Fc E Dimensions en mm sauf pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES FRACTION t 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 1 8 R057 01 01 01 Epaisseur chelle 1 20 Feuille 1 de 1 4 3 2 565 SN Trous 9mm Diam Dimensions en mm sauf pouce Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 1 8 A R057 01 01 02 Epaisseur Echelle 1 5 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 123 Trous 9mm i 745 diam 24 9 H Dimensions en mm sauf pouce Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES FRACTION 0 5mm A
60. GNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV A RO57 01 02 03 chelle1 5 Feuille 1 de 1 2 1 Aluminium 6061 T6 1 2po pais 0 003 2 x D 0 250 0 001 A TRAVERS TOUT D 1 000 5 500 7 x D 0 266 A TRAVERS TOUT 4 x 0 201 A TRAVERS TOUT 0 002 050 250 0 000 A TRAVERS TOUT H 5 000 lt N wo O N Q e e N lt c 4 000 Dimensions en pouce Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES Plaque support arri re ie RS PP ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 6061 T6 A R057 01 02 04 1 2 po pais chelle 1 4 Feuille 1 de 1 3 2 1 129 1 50 7 500 0 885 1 38 1 00 a _ A Ww 130 0 003 2x 50 375 0 000 A TRAVERS TOUT 2 x 0 201 Y 1 000 E 1 4 20 UNC Y 0 500 Dimensions en pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Support camfollower FRACTION t 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFIC ATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 6061 T A RO57 01 02 05 Echelle 1 2 Feuil
61. GNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 6061 T6 A R057 01 03 01 03 3 4 pais chelle 1 5 Feuille 1 de 1 4 3 2 1 138 660 4 574 4 _ 24 0 025 E _D 50 0 025 _ 143 r Dimensions en mm sauf pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Arbre moteur FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Arbre acier meul A RO57 01 03 02 1 chelle 1 5 Feuille 1 de 1 3 2 1 139 Chanfrein 1 16 po 26 000 0 472 0 001 512 0 03 0 945 0 001 D24 0 025 573 NL LES 1 750 1 630 44 4 41 4 L Dimensions en mm sauf pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Arbre 2 FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 02Smm MAT RIAU DIM DWG NO REV Arbre acier meul A ROS7 01 03 03 Echelle 1 5 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 140 1 882 47 80_ 4 x D 9 A TRAVERS TOUT L 19 15 Y 6 16 2x 14 A TRAVERS TOUT M16x2 0 6H A TRAVERS TOUT Dimensions en mm sauf pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Le
62. GULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV A R057 04 00 chelle1 10 Feuille 1 de 1 2 l Dimensions en mm souf pouce e Foit por 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES Ajustement Haut Bas No NUMERO DE PIECE Titre Gm ia i A RTIC LE ANGULAIRE CINTRAGE t 1 R057 04 01 02 Plaque inf rieure 1 3 CHIFFRES SIGNFICATFS 0 023mm TERI DIM DWG NO REV Bosch 45x90x90M em M 350MM FA A AR RO57 04 01 01 Plaque sup rieure chelle1 5 Feuil 1 de 1 2 1 275 230 216 400 171 400 Boulon M8 9 A TRAVERS TOUT 13 500 A TRAVERS TOUT NZ 026 880 X 90 Boulon M12 22 500 0 375 115 _ uo 9525 Dimensions en mm sauf pouce 45 Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES ONE OS Plaque sup rieure ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFIC ATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFIC ATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium A RO57 04 01 01 3 8 ep x 11 x9 chelle 1 2 Feuille 1 de 1 3 2 1 151 216 400 171 400 Dl 3 500 A TRAVERS TOUT Z 226 880 X 90 Boulon M12 0 500 _ _ 12 700 Dimensions mm souf pouce ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing
63. NGULAIRE t 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 1 8 A R057 01 01703 Epaisseur chelle1 10 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 124 RO57 01 02 06 00 Disque moteur Cellule de couple DESSIN Titre 2 ER Moteur AKM54H 3D_BK2_300_111 Accouplement R W RO57 01 02 02 Plaque support de roulement FYC 50 FM Roulement SKF RO57 01 02 01 Plaque de fond RO57 01 02 04 RO57 01 02 05 Plaque support arriere Support camfollower cf 3 4 Comfollower Mc Gill RO57 01 02 03 Renforts RO57 01 02 07 Plaque arriere moteur 1 2 3 RO57 01 02 08 14 6154K11 Accouplement sph rique Barre de calibration 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 COUPE A A ECHELLE 1 3 ate Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Assemblage support de moteur FRACTION t 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFIC ATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFIC ATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV A RO57 01 02 00 chelle1 5 Feuille 1 de 1 2 1 3x 0 201 Y 1 000 1 4 20 UNC Y 0 500 0 250 17 000 2x 0 248 0 500 12 00 M 2 500 m x 0 266 A TRAVERS TOUT 0 507 X 82 6 950 3 600 12 200
64. SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES FRACTION 0 Smm Plaque inf rieure ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium A R057 04 01 02 1 2 ep x4 x chelle1 2 Feuille 1 de 1 3 2 1 152 Dimensions en mm sauf pouce G Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Coeur DESSIN Titre QTE ANGULARES maer 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm RO57 04 02 01 Plaque horizontale 2 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV RO57 04 02 02 Plaque cote 2 A RO57 04 02 00 Rexroth DEFAULT E R057 04 02 03 Corniere ajustement HB 4 chelle1 2 Feuille 1 de 1 2 1 153 0 250 6 350 D 6 600 A TRAVERS TOUT Z R6 720 X 90 Boulons M6 M8x1 25 A TRAVERS TOUT 80 116 150 150 0 500 12 700 _ E D5V 20 L M vV 15 154 m Dimensions en mm sauf pouce e Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE t 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV ALuminium A R057 04 02 01 1 1 2 ep x 5 x11 chelle 1 2 Feuille 1 de 1 2 1 2
65. TRODUCTION 1 1 Mise en contexte et probl matique Le projet de recherche de ma trise ici pr sent faisait partie d un programme de recherche et de d veloppement appel Sur la piste de la performance Il importe d abord de pr senter ce programme afin de bien comprendre le contexte de ce projet de ma trise 1 1 1 Le programme de recherche Sur la piste de la performance Athletisme Canada via le Centre d Entrainement de Haute Performance CEHP de Sherbrooke et le groupe de recherche PERSEUS PERformance et S curit humaine de l Universit de Sherbrooke ont uni leurs efforts pour la mise sur pied d un programme de recherche et de d veloppement de fauteuils roulants de piste Ce programme visait optimiser les performances sportives des athl tes reconnus par le CEHP en pr paration pour les Jeux paralympiques d t de Londres Angleterre en 2012 Pour le groupe PERSEUS ce programme s inscrit dans la continuit des travaux de recherche et d veloppement ex cut s pour les jeux d hiver de 2010 avec les quipes de ski alpin et de ski nordique du Canada la suite de quelques rencontres entre le CEHP et PERSEUS il avait t clairement et rapidement tabli qu il y avait un potentiel important d am lioration des connaissances scientifiques et techniques qui pourrait tre b n fique aux deux parties Le fauteuil roulant de course avait t particuli rement cibl en raison de son potentiel d am lioration et du
66. UNIVERSIT DE SHERBROOKE Facult de g nie D partement de g nie m canique CONCEPTION ET VALIDATION D UN ERGOM TRE INCLUANT UN FAUTEUIL CONFIGURABLE POUR LA SIMULATION ET L VALUATION DES PERFORMANCES DE LA COURSE EN FAUTEUIL ROULANT M moire de ma trise Sp cialit g nie biom canique Jean Luc LESSARD Jury F lix BERRIGAN Jean S bastien PLANTE Denis RANCOURT co directeur C cile SMEESTERS directrice Sherbrooke Qu bec Canada Juin 2013 mes enfants ma femme et ma famille support ind fectible et source d inspiration R SUM Ce projet de recherche de maitrise fait partie d un programme de recherche et de d veloppement appel Sur la piste de la performance Ce programme vise am liorer les performances des athl tes en fauteuil roulant de course de l quipe paralympique canadienne Les chercheurs du groupe PERSEUS estiment qu il existe une combinaison optimale des param tres de configuration selon l athl te et la discipline Pour arriver une telle optimisation de la configuration de l quipement le groupe PERSEUS a labor une d marche de maximisation du transfert de puissance Ce projet de maitrise visait plus particuli rement contribuer au volet d optimisation du transfert de puissance par exp rimentation via la conception d un ergom tre qui simulerait les conditions de course auxquelles les athl tes sont soumis sur le terrain De plus il devait inclure la conception d un f
67. VERS TOUT LO 1 000 SE T 0 750 19 050 Dimensions en mm sauf pouce Date Fait par L 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES 140 800 TOLERANCES Berceau 2 CHIFFRES SIGNTICATIS 20 300mm 191 600 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm E MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 1 ep A R057 04 05 01 01 1 x2 x8 Echelle 1 2 Feuille 1 de 1 3 2 165 116 150 24 600 9 A TRAVERS TOUT RE 017 920 X 90 Boulon M8 2 000 50 800 2 000 50 800 ez 0 250 6 350 166 0 375 0 000 0 050 D9 525 0 Dimensions en mm sauf pouce e Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessord ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Equer re long FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Corniere Alu A R057 04 05 01 02 2 x2X 1 4 ep x5 chelle 1 2 Feuille 1 de 1 2 1 D9 A TRAVERS TOUT 59 A TRAVERS TOUT 1 000 25 400 m 22 500 Dimensions en mm sauf pouce E 29 e c N e Fait par NE o x 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing m SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES V TOLERANCES Equerre court FRACTION t 0 Smm ANGULAIRE CINTRAGE Tuhan ZE 2 000
68. ais r p t e sur 3 jours tait la suivante 1 AM approximativement 10h sur l ergom tre type de fauteuil selon le Tableau 6 1 o chauffement 15 min o Calibration du syst me o preuve 100 m moins de 1 minute o Repos 15 min o P riode d activation 2 5 minutes o Calibration du syst me 85 o preuve 400 m moins de 1 minute o P riode de r cup ration selon le besoin de l athl te 2 PM approximativement 14h sur l ergom tre type de fauteuil selon le Tableau 6 1 o M me s quence qu en matin e avec l autre fauteuil 6 3 4 Instruments de mesure Pour chaque mesure sur piste la vitesse du vent a t chantillonn e dans la direction principale de l preuve en utilisant un an mome tre et la temp rature a t enregistr e La direction principale de l preuve est la ligne droite du 100m qui correspond aussi la ligne droite finale du 400m Les instruments de mesure utilis s pour chaque variable prise lors des essais sur piste taient e Mesure du temps total de la course avec chronom tre Timex e Mesure du profil de vitesse et de la distance parcourue avec GPS Qstarz 5Hz pour ensuite calculer la vitesse maximale atteinte et la constante de distance e Prise de vid o 30Hz pour le calcul du nombre total de pouss es Les instruments de mesure utilis s pour chaque variable prise lors des essais sur ergom tre taient e Mesure du temps total de la course avec l horloge interne du Compa
69. angage Labview de National Instruments et qu il est difficile de pr senter ce code dans un document papier l annexe D pr sente un sch ma g n ral de l architecture informatique et les r f rences pour retrouver les fichiers sur le r seau du groupe PERSEUS 5 1 Montage g n ral La fonction principale du syst me est d valuer les performances d athl tes en fauteuil roulant F1 Il importe ici de revenir bri vement sur ce que la litt rature propose Le Tableau 5 1 pr sente les trois approches typiquement utilis es en laboratoire pour valuer la performance des athl tes 53 Tableau 5 1 Trois fa ons typiques utilis es en laboratoire pour valuer la performance des athl tes Description Sch ma Montage sur tapis roulant avec force de retenue arri re 13 Montage rouleaux d inertie simple ou double double illustr avec unit de freinage 23 Simulateur de fauteuil avec roue d inertie et servomoteur 22 Le Tableau 5 2 montre une valuation de la capacit r pondre aux fonctions de 2 ordre de l arbre fonctionnel pour les montages r pertori s dans la litt rature Cette valuation est faite en utilisant une matrice de Pugh tel qu enseign dans le cours de m thodologie de conception 39 54 Tableau 5 2 valuation de la capacit r pondre aux fonctions de 2 ordre de l arbre fonctionnel pour les montages r pertori s dans la litt rature
70. auteuil configurable qui permettrait d valuer l effet sur la performance des changements des diff rents param tres de positionnement d un fauteuil roulant de course A la lumi re de l tat de l art des essais pr liminaires et d un mod le th orique de simulation de puissance qui d termine les param tres importants de la course en fauteuil roulant un concept d ergom tre rouleaux d inertie coupl s un servomoteur a t d velopp Cet ergom tre peut recevoir la fois le fauteuil de l athl te ou un fauteuil configurable En derni re tape une validation exp rimentale de l ergom tre et du fauteuil configurable a t faite avec un athl te de la rel ve pour des preuves de 100m et 400m Cette validation en deux temps confirme que les performances obtenues en laboratoire sur l ergom tre sont repr sentatives de celles obtenues sur la piste Elle confirme aussi que les performances obtenues sur l ergom tre avec le fauteuil configurable sont repr sentatives de celles obtenues sur l ergom tre avec le fauteuil roulant de course de l athl te Mots cl s fauteuil roulant paralympique ergom tre simulation optimisation fauteuil configurable 11 REMERCIEMENTS Ce m moire a t rendu possible gr ce la collaboration de partenaires au projet Je tiens donc remercier Athl tisme Canada l Institut national du sport INS du Qu bec et le programme nous le podium pour leur support financ
71. bles telles la force et la puissance produire par l unit de puissance de l ergom tre 3 4 4 R sultats et discussions La Figure 3 10 illustre la superposition des r sultats obtenus suite une mesure sur piste voir section 3 2 et la mod lisation pour l athl te s lectionn Vitesse km h 0 5 10 15 20 25 30 Temps s Figure 3 10 Profils de vitesse obtenus par mod lisation et par mesure exp rimentale GPS pour une course de 200m En regardant la Figure 3 10 on constate que les profils de vitesse obtenus par mod lisation et par mesure GPS ont une tendance similaire Le mod le n inclut pas la fatigue et on remarque un d tachement des courbes apr s 16 secondes Puisque l objectif est ici de permettre la s lection d une unit de puissance le mod le nous place dans une situation conservatrice qui est acceptable Comme le mod le montre les dents de scie dans le profil de vitesse propre au mouvement cyclique de la pouss e il nous permet galement d estimer la force instantan e et la puissance nette produire par l unit de puissance de l ergom tre tel qu illustr la Figure 3 11 et la Figure 3 12 43 Course en fauteuil roulant sur ergom tre 120 L L L L L 100 7 Z 5 d o NN E BOTW 3 nmm M TT veis L 40 T HL i 0 L L L 0 5 10 15 20 25 30 Temps s F
72. bles typiquement mesur es exp rimentalement tant donn la nature cyclique du sport les chercheurs mesurent typiquement le temps de pouss e Push Time PT le temps de r cup ration Recovery Time RT et le temps de cycle Cycle Time CT PT RT Diff rentes techniques de mesure sont utilis es pour obtenir ces param tres mesures vid o 1 8 9 et mesures cin matiques 3D avec marqueurs 10 12 du contact main cerceau mesures du couple appliqu sur le cerceau avec une cellule de charge 11 15 et syst me lectronique qui d tecte le contact de la main avec le cerceau 16 Vanlandewijck et al 2 mettent cependant en garde les lecteurs d utiliser la m thode vid o avec un taux d acquisition basse fr quence 30Hz et moins car la pr cision de mesure est alors insuffisante Il est aussi important de noter que de faire contact avec le cerceau ne signifie pas n cessairement un transfert de puissance 12 Ensuite un grand nombre d tudes mesurent la cin matique des membres sup rieurs Figure 2 3 Celle ci est typiquement faite avec un syst me d analyse du mouvement avec des marqueurs Le positionnement standard des marqueurs est acromion paule picondyle lat ral de l hum rus coude et stylo de du radius poignet 10 17 Par contre une analyse d taill e du mouvement de la main n cessite d autres marqueurs picondyle m dial stylo de du radius et du cubitus position proximale du 3 m tacarpe comme
73. cependant aucun indice sur l influence de l utilisation plus ou moins optimale de la courbe force vitesse et tension longueur des athl tes en modifiant leur positionnement 22 De son c t Chow et al 9 sugg rent que le choix de la technique utilis e associ e au type de gant et de la position devrait tre fait en fonction de la nature plus ou moins explosive d un athl te et de sa discipline En effet Winter 34 montre la relation tridimensionnelle illustr e la Figure 2 11 pour la force d velopp e par un muscle en fonction de sa vitesse d action et de sa longueur La position de l athl te ayant comme impact de changer la r gion o se situe la courbe force vitesse de l athl te Il y a donc un besoin d optimiser la position pour atteindre de meilleures performances Figure 2 11 Relation tridimensionnelle de la force longueur et vitesse d un muscle Source Winter 34 2 6 R sum de la revue de litt rature En r sum nous savons que e La course en fauteuil roulant se caract rise par un mouvement cyclique Celui ci est d compos en 2 6 phases selon les auteurs La d composition du cycle en 6 phases inclut une phase de transfert d nergie par impact dont l apport n a pas t quantifi jusqu ici d aux faibles taux d acquisition utilis s actuellement De plus des tudes pr liminaires seront n cessaires l tablissement d un cahier des charges fonctionnel pour combler l absence de valeurs de r
74. clients les athl tes de piste en fauteuil de l quipe canadienne requi rent un quipement qui saura r pliquer leur environnement de course et saura modifier rapidement les param tres de configuration du fauteuil la connaissance de l auteur le laboratoire PERSEUS dispose maintenant du premier ergom tre valid repr sentatif des conditions de piste gr ce ce projet Cet outil est un l ment cl de la r ussite du programme de recherche Sur la piste de la performance En plus l int gration d un fauteuil configurable permet d ex cuter pour la premi re fois toujours la connaissance de l auteur un protocole exp rimental d optimisation du positionnement valide pour la course en fauteuil roulant CHAPITRE 2 TAT DE L ART La revue de litt rature a t faite dans le but premier de r pertorier les besoins fonctions et sp cifications cl s qui influenceraient la conception de l ergom tre et du fauteuil configurable En plus la revue cherche tablir les caract ristiques de la course en fauteuil roulant et les conditions d essais d j identifi s par la communaut scientifique Les articles traitant sp cifiquement du domaine de la course en fauteuil roulant ont t retenus mais aussi certains articles traitant de l utilisation de fauteuil roulant de fa on g n rale La revue a aussi t largie pour aller chercher quelques l ments touchant le domaine du sport en g n ral qui pouvaient tre
75. coles d essais de r f rence 21 2 5 Influence du positionnement sur la propulsion en fauteuil roulant de course 22 2 6 R sum de la revue de en RS ini 23 CHAPITRE 3 ETUDES PRELIMINAIREG cccssssssssssssssessssesssssssscsnesssseesnecsneesssesssesasessseenes 27 3 1 Mesures Anthropomeingues reellen 27 emm MEO EE 27 IZ PAC ASA A ad A 27 341233 JEE 28 3 14 E EE 29 3 2 Mesure des profils de vitesse sur piste E 31 E EE 31 O A teen etes in et 31 3 223 Melhodolesien A aha ie Nu a gie 31 3 2 4 R sultats et ASC a 32 3 3 Mesures des forces efficaces de d placements nt o tea 34 3 3 1 Test de Force maximale statique o R s aeui 35 3 3 2 Test d acc l ration au dept css eoe eed ard da 36 3 4 Mod le de production de puissance ae toneladas sees 37 SAH eM RC M Tc c P EU 37 DADs Composantes du modeles so deele 38 3 4 3 Variables d entr es et de sorties atat alunqeste tese 41 3 4 4 R sultats et diseussionss anne Dee Nen tU seat P IS Ue 43 CHAPITRE4 ANALYSE DES BESOINS ANALYSE FONCTIONNELLE ET CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL 47 ZA Analyse ES DES a 47 42 Analyse TONCHOUNE HE EE 49 4 3 Gabler des charges fonctionnelles Ee 51 CHAPITRE 5 WE le BE RE EE 53 Sil Mo
76. configuration l g rement diff rent ce qui est non seulement couteux mais demande aussi beaucoup de temps On peut ainsi faire voluer la configuration d un athl te en quelques semaines ce qui pouvait prendre plusieurs ann es auparavant 7 3 Impact anticip du projet et recommandations Comme l ergom tre et le fauteuil configurable sont les outils de base pour le doctorat de Mme Genevi ve Masson qui cherche optimiser la performance des athl tes en changeant leur configuration il y a d j eu un impact concret sur le projet global Sur la piste de la performance gt L ergom tre a aussi servi pour le projet de maitrise de M Fran ois Marcou sur l am lioration des gants des athl tes et int grera bient t la contribution du projet de ma trise de M Jean Philippe Pelland Leblanc soit des roues instrument es qui permettront de mieux caract riser la facon de pousser de chaque athl te Cet outil de recherche pourra aussi servir de plateforme de recherche dans d autres sports en fauteuil roulant comme le basketball le rugby et le tennis Il serait aussi possible d utiliser l ergom tre pour de la recherche en r adaptation en fauteuil roulant de facon plus g n rale 97 Outre la possibilit d utiliser l ergom tre et le fauteuil configurable comme outils de recherche c est aussi un excellent outil de mesure des performances tout au long de la saison pour un entraineur L entraineur Jean Laroche l utilise d ailleurs d
77. ct RIO e Mesures du profil de vitesse et de la distance parcourue avec l enregistrement 2kHz de l encodeur haute r solution pour ensuite calculer la vitesse maximale atteinte le nombre total de pouss es et la constante de distance e Prise de vid o 30Hz pour r f rence seulement 6 3 5 Analyse des donn es Les donn es ont t compil es et une analyse statistique param trique T test a t utilis e pour d terminer les effets piste versus ergometre et fauteuil athl te versus configurable sur chacune des quatre variables Une analyse statistique non param trique Wilcoxon test a galement t utilis e tant donn le faible chantillonnage et qu il n est donc pas possible de v rifier que les donn es suivent une distribution normale 86 6 4 R sultats et discussion 6 4 1 Comparaison des performances obtenues sur la piste versus sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te Les graphiques des Figure 6 4 et Figure 6 5 pr sentent les profils de vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 100m et de 400m respectivement sur la piste et sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te Notez que les profils de vitesse sont pr sent s en fonction de la distance parcourue plut t qu en fonction du temps afin de ne pas consid rer le temps de r action au d part 100m vitesse en fonction de la distance parcourue Vitesse km h Piste 1 Piste 2 Piste 3 i i L 40 50 60 Distance
78. culer la puissance de sortie ce sujet Santos et al 33 rapportent que la fr quence d acquisition utilis e pour la mesure de puissance influence grandement la puissance maximale du test de Wingate Ils ont trouv que pour un athl te qui fait tourner la roue d inertie 2 3Hz l att nuation de la puissance maximale est de 42 pour un taux d acquisition 0 2Hz par rapport une att nuation de 0 29 pour un taux d acquisition de 5Hz 2 5 Influence du positionnement sur la propulsion en fauteuil roulant de course L article de M sse et al 1 a particuli rement attir notre attention puisqu il traite de l analyse biom canique de la propulsion en fonction de la position du si ge i e la hauteur du si ge et la position ant ro post rieure de l paule par rapport l axe de la roue Bien Ou int ressante leur tude n a valu que les signaux EMG obtenus sur des muscles cibl s en fonction de la hauteur et de la position Elle conclut en affirmant que le positionnement a un impact important sur la propulsion mais qu il faudra d autres tudes pour d terminer la position id ale du si ge Le rapport de Leveque 17 constitue un excellent document de r f rence sur les param tres et les aptitudes mesurer pour un athl te de piste Il d montre la corr lation importante entre la courbe force vitesse produite par un athl te dans un test de d velopp couch bench press et sa performance sur piste Il ne nous donne
79. de Groot S 2009 Seat height effects on submaximal hand rim wheelchair performance during 99 spinal cord injury rehabilitation Journal of Rehabilitation Medicine Official Journal of the UEMS European Board of Physical and Rehabilitation Medicine 41 3 143 149 16 Wang Y T Beale D et Moeizadeh M 1996 An electronic device to measure drive and recovery phases during wheelchair propulsion a technical note Journal of Rehabilitation Research and Development 33 3 305 310 17 Leveque J M 2004 valuation des capacit s physiques des athl tes sp cialistes de course fauteuil INSEP p 54 18 Cooper R A 2009 SMARTWheel From concept to clinical practice Prosthetics and Orthotics International 33 3 198 209 19 Betz K 2007 PUSHING a simple task accomplished Paralyzed Veterans of America 36 20 Coutts K D 1990 Kinematics of sport wheelchair propulsion Journal of Rehabilitation Research and Development 27 1 21 26 21 Le grand dictionnaire terminologique http gdt oqlf gouv qc ca ficheOqlf aspx Id_Fiche 3299142 11 f vrier 2013 22 Niesing R Eijskoot F Kranse R den Ouden A H Storm J Veeger H E van der Woude L H et Snijders C J 1990 Computer controlled wheelchair ergometer Medical and biological engineering and computing 28 4 329 338 23 Devillard X Calmels P Sauvignet B Belli A Denis C Simard C et Gautheron V 2001 Validation of a n
80. de recherche de ce projet de maitrise tait donc Qu elle est le cahier des charges fonctionnel et la conception associ e pour un ergom tre incluant un fauteuil configurable permettant l valuation des param tres de positionnement d un fauteuil roulant de course 1 3 Objectifs du projet de recherche L objectif principal tait e Concevoir un ergom tre incluant un fauteuil configurable pour la simulation et l valuation des performances de la course en fauteuil roulant le construire et valider ses performances L ergom tre et le fauteuil configurable sont la base de la prise des mesures comparatives pour les diff rentes configurations de positionnement des fauteuils roulants de course Alors que l ergom tre simule les conditions de course sur la piste et mesure la performance de l athl te le fauteuil configurable permet d ajuster les diff rentes configurations que l on veut tudier pour leurs effets sur la performance de l athl te Une fois la conception et la fabrication faites il est essentiel de proc der la validation des performances de l ergometre et du fauteuil configurable obtenues en laboratoire afin de confirmer qu elles sont bien repr sentatives des performances obtenues sur piste avec un fauteuil roulant de course authentique Les objectifs secondaires taient tablir l tat de l art sur la course en fauteuil roulant La revue de litt rature sur la course en fauteuil roulant est couve
81. des vitesses variant entre 20 et 40km h pour les positions de bras hauts et bas de l athl te test La masse M est la masse de l ensemble athl te et fauteuil L ergom tre poss de aussi une inertie qui quivaut une masse quivalente diff rente de M La force que devra produire l unit de puissance de l ergom tre afin de simuler les conditions sur la piste est donc gale la sommation des forces dissipatives et de la compensation de la force inertielle F Fy F M M a 3 6 et la puissance nette P d velopp e par l unit de puissance de l ergom tre est P F v 3 7 3 4 3 Variables d entr es et de sorties Pour d finir les variables d entr es il faut d abord choisir un athlete L athl te le plus puissant du groupe a t retenu car c est lui qui d finira la plage sup rieure des sp cifications de l unit de puissance de l ergom tre Les variables d entr es sont pr sent es au Tableau 3 7 41 Tableau 3 7 Description et valeurs utilis es dans le mod le pour l athl te le plus puissant Symbole Description Valeur Source DER Diam tre de la roue du fauteuil 0 67 m Mesure I Force statique maximale 400 N Mesure Section 3 3 arrondie la valeur sup rieure M Masse de l athl te 61 kg Mesure M Masse du fauteuil 10 kg Mesure M Masse de l athl te et du fauteuil 71 kg Ma M M Masse quivalente de l ergom tre 48 kg valuation
82. e poo ou Configurable 1 Configurable 2 Configurable 3 50 100 150 200 250 300 350 400 Distance parcourue m Figure 6 7 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 400m sur ergom tre avec le fauteuil de l athl te versus le fauteuil configurable On constate la Figure 6 6 que les profils de vitesses sont tr s similaires pour le 100m On peut pr sumer qu il y a eu une progression de la capacit de l athl te entre le premier essai et les essais 2 et 3 L essai 1 pr c de les essais 2 et 3 de plus d un mois et demi la Figure 6 7 c est aussi le m me sc nario La diff rence est aussi marqu e entre la premi re s ance et les s ances 2 et 3 Dans une m me s ance les profils sont cependant similaires Le Tableau 6 4 pr sente les r sultats pour l preuve de 100m Tous les indicateurs de performances montrent qu il n y a pas de diff rence statistique p gt 0 180 entre une preuve de 100m effectu e avec le fauteuil de l athl te et avec le fauteuil configurable 91 Tableau 6 4 R sum des essais avec le fauteuil de l athl te versus configurable 100m 04 68 84 19 Configurable 28 09 31 23 30 65 29 99 1 67 37_1_ mo 28 Configurable Annie aso ap n an om am Configurable 11 26 13 42 12 69 12 46 1 10 Le Tableau 6 5 pr sente les r sultats pour l preuve de 400m Encore ici tous les indicateu
83. e syst me de simulation d imp dance rouleau avec simple appui permet de simuler l effet wheely Avec un syst me de retenu situ sur l axe de la roue qui ne bloque pas la rotation la situation est similaire la situation sur la piste Une courroie limitant l angle de rotation est toutefois ajout e par mesure de s curit La sp cification S8 sur la rotation du fauteuil est respect e sauf si la m thode d attache de la courroie limite l angle 5 3 Syst me d acquisition de l ergom tre F2 Mesurer la puissance de pouss e Ce sous syst me utilise les m mes composantes que le syst me rouleaux asservis de l ergom tre L quation standard pour mesurer la puissance de pouss e F5 est P F v o P est la puissance F la force et v la vitesse produite par l athl te Dans notre cas F est valu en additionnant les forces r sistives appliqu es par l ergom tre Fp et la force inertielle n cessaire pour acc l rer les rouleaux F Ma soit F F F Ma En r f rant la Figure 5 4 on note aussi un bloc qui indique que toutes les donn es sont enregistr es F28 dans le contr leur du Compact RIO lors d un essai Chaque fichier enregistr en format binaire contient les donn es brutes suivantes provenant du FPGA 2kHz S5 1 Position pulses 2 Vitesse pulses s Section 5 2 2 3 Acc l ration pulse s Section 5 2 1 4 tiquette de temps en us 5 Donn es pour le d
84. e t ches et le nombre de variations effectu es d pendront des habilet s de chaque participant Nous sommes conscients que l incertitude dans la liste des t ches que vous aurez effectuer rend votre consentement difficile Chaque t che et variation vous sera donc rigoureusement expliqu e avant toute mesure Vous pourrez en tout temps accepter ou refuser de faire n importe laquelle des t ches et des variations plusieurs des t ches et des variations ou toutes les t ches et les variations RISQUES ASSOCI S AU PROJET DE RECHERCHE est possible que vous vous blessiez lors de ce projet de recherche Vous pourriez subir une ecchymose une commotion ou m me une fracture Ceci dit vous pourriez aussi vous blesser en participant une comp tition ou un entrainement Malgr que les chercheurs responsables du projet de recherche ne puissent pas pr voir tout ce qui pourrait se produire ils ont pris plusieurs mesures de pr cautions pour viter les blessures Par exemple un membre de l quipe de recherche sera toujours avec vous au cas o il arriverait quelque chose Un harnais de s curit pourrait tre utilis lors des mesures en laboratoire De plus tout nouvel quipement subira une batterie de tests de fiabilit et de d faillance rigoureuse avant d tre test sur le terrain Un des collaborateurs de l quipe de recherche aura galement test et valu tout nouvel quipement avant sa mise en service Finalement tout nouv
85. eelchair propulsion biomechanics Journal of rehabilitation research and development 41 3B 403 414 9 Chow J W Millikan T A Carlton L G Morse M I et Chae W S 2001 Biomechanical comparison of two racing wheelchair propulsion techniques Medicine and Science in Sports and Exercise 33 3 476 484 10 Wang Y T Vrongistinos K D et Xu D 2008 The relationship between consistency of propulsive cycles and maximum angular velocity during wheelchair racing Journal of Applied Biomechanics 24 3 280 287 11 Finley M A Rodgers M M Rasch E K McQuade K J et Keyser R E 2002 Reliability of biomechanical variables during wheelchair ergometry testing Journal of Rehabilitation Research and Development 39 1 73 81 12 Koontz A M Cooper R A Boninger M L Souza A L et Fay B T 2004 Scapular range of motion in a quasi wheelchair push International Journal of Industrial Ergonomics 33 3 237 248 13 Spaepen A Vanlandewijck Y et Lysens R J Relationship between energy expenditure and muscular activity patterns in handrim wheelchair propulsion International Journal of Industrial Ergonomics p vol 17 pages 163 173 14 Vanlandewijck Y C Spaepen A J et Lysens R J 1994 Wheelchair propulsion efficiency movement pattern adaptations to speed changes Medicine and Science in Sports and Exercise 26 11 1373 1381 15 Van der Woude L H V Bouw A van Wegen J van As H Veeger D et
86. el quipement sera introduit de maniere progressive pour vous permettre de bien vous familiariser avec son utilisation et permettre l quipe de recherche de d tecter toute anomalie Toutefois le risque pourrait tre augment du fait que vous utilisez un nouvel quipement y aura plusieurs valuations et vous devrez effectuer plusieurs fois les m mes t ches lors de chaque valuation Vous pourriez donc ressentir un certain tat de frustration ou de fatigue Pour minimiser la fatigue des pauses sont pr vues intervalles r guliers Si vous avez besoin de pauses additionnelles veuillez nous en informer Parce que l on va vous demander de faire de votre mieux lors de certaines t ches il y a un risque de surmenage Tout en nous donnant votre meilleur lors de ces t ches essayez de ne pas vous surmener Finalement vous pourriez tre priv e de votre quipement pour un d lai raisonnable afin de permettre une caract risation m canique de votre quipement actuel et des nouveaux quipements que nous fabriquerons forme dimensions masse position du centre de masse inertie etc Initiales du sujet de recherche Page 3 de 8 Version 2 6 mars 2010 183 Formulaire d information et de consentement Sur la piste de la Performance AVANTAGES Si vous tes un des athl tes paralympiques il se peut que vous retiriez un b n fice personnel de votre participation ce projet de recherche mais on ne peut vous l assurer
87. ence statistique dans les performances obtenues entre les deux fauteuils Ceci signifie que la reproduction du fauteuil est suffisamment r aliste pour transposer directement les r sultats obtenus avec le fauteuil configurable vers le fauteuil de l athlete 96 la connaissance de l auteur c est la premi re fois que l on compare en utilisant diff rents indicateurs les performances d un athl te effectuant des essais sur pistes et en laboratoire C est une premi re contribution scientifique du projet Malheureusement en raison de contraintes de temps et de budget le nombre de participants a t limit un Il y a donc ici une opportunit pour un autre chercheur d approfondir les limites entourant la comparaison de la performance entre la piste et l ergom tre En combinant les r sultats des deux s ries de tests on obtient la seconde contribution scientifique de ce projet Elle r side dans le fait qu on peut maintenant utiliser un fauteuil compl tement configurable dans un environnement contr l et transposer directement les r sultats sur la piste Ceci est une contribution non n gligeable car il est beaucoup plus facile de proc der un protocole d am lioration de la position de l athl te avec un fauteuil configurable o on contr le l environnement et qui permet une grande flexibilit sur le type de tests effectuer L alternative est de construire plusieurs fauteuils de piste chacun ayant un seul param tre de
88. ent du contr le ERGOM TRE PERSEUS AKD 00606 Par Jean Luc Lessard Date 5 f vrier 2012 173 174 ANNEXE D SCH MA DU CODE LABVIEW 175 176 FPGA vi FPGA date vi Boucle principale 2 kHz tat op Encodeur Correction encodeur gt Calcul vitesse Sub vi n rialisation donn es Calcul acc l ration Sub vi Calcul compensation inertie Sub vi Commande moteur Lecture FIFO setpoint 4 ynchronisation IRQ Index read loop Module state loop Detection de Mise jour de l index l tat du FPGA Ethernet Fifo VitesseM Donn es encodeur vers host Fifo setpoint commande moteur Contr leur vi Host date vi Boucle principale Case S lection de l activit Calibration Simulation de piste Entrainement libre Debug usage interne Bouton d marrer Bouton d marrer vrai S quence de l activit Ex cution de E l activit criture des D marrer FPGA donn es tat OP ynchronisation Fermeture FPGA Ethernet ss tat Default Ethernet Lecture FIFO vitesseM D s rialisation des donn es Calcul selon l activit Ecriture FIFO setpoint commande moteur F
89. ermer application Transfert donn es Entr es pour affichage clavier et souris Ordinateur Sch ma logiciel g n ral Par Jean Luc Lessard Date 20 f vrier 2012 177 178 ANNEXE E FORMULAIRE DE CONSENTEMENT 179 180 SHERBROOKE 7 perseus ot s curit FORMULAIRE D INFORMATION ET DE CONSENTEMENT TITRE DU PROJET Sur la piste de la performance en pr paration des Jeux paralympiques de Londres 2012 CHERCHEURS PRINCIPAUX C cile Smeesters ing Ph D Professeure agr g e D partement de g nie m canique Universit de Sherbrooke Denis Rancourt ing Ph D Professeur titulaire D partement de g nie m canique Universit de Sherbrooke CO CHERCHEUR F lix Bergan Ph D Professeur adjoint D partement de kinanthropologie Universit de Sherbrooke Eve Langelier Ph D Professeure agr g e D partement de g nie m canique Universit de Sherbrooke FINANCEMENT Own The Podium OTP et Centre National Multisport de Montr al CNMM PR AMBULE Nous sollicitons votre participation au projet de recherche Sur la piste de la performance Cependant avant d accepter de participer ce projet de recherche et de signer ce formulaire d information et de consentement veuillez prendre le temps de lire de comprendre et de consid rer attentivement les renseignements qui suivent Ce formulaire peut contenir des mots que vous ne comprenez pas Nous vous invitons
90. es du sujet de recherche Page 7 de 8 Version 2 6 mars 2010 187 Formulaire d information et de consentement Sur la piste de la Performance CONSENTEMENT DU SUJET DE RECHERCHE J ai pris connaissance du formulaire d information et de consentement Je reconnais qu on m a expliqu le projet de recherche qu on a r pondu mes questions et qu on m a laiss le temps voulu pour prendre une d cision Je consens participer ce projet de recherche aux conditions qui y sont nonc es Une copie sign e et dat e du pr sent formulaire d information et de consentement me sera remise Nom du sujet de recherche Signature du sujet de recherche Date SIGNATURE DE LA PERSONNE QUI A OBTENU LE CONSENTEMENT Jai expliqu au sujet de recherche les termes du pr sent formulaire d information et de consentement et j ai r pondu aux questions qu il m a pos es Nom de la personne Signature de la personne Date qui a obtenu le consentement qui a obtenu le consentement SIGNATURE ET ENGAGEMENT DES CHERCHEURS RESPONSABLES DU PROJET DE RECHERCHE Je certifie qu on a expliqu au sujet de recherche les termes du pr sent formulaire d information et de consentement que l on a r pondu aux questions que le sujet de recherche avait cet gard et qu on lui a clairement indiqu qu il demeure libre de mettre un terme sa participation et ce sans pr judice Je m engage avec l quipe de recherche respecter ce qui a t convenu au formulaire d in
91. es fins de protection notamment afin de pouvoir communiquer avec vous rapidement vos noms et pr noms vos coordonn es et la date de d but et de fin de votre participation au projet de recherche seront conserv s pendant un an apres la fin du projet de recherche dans un r pertoire maintenu par les chercheurs responsables du projet de recherche ou par l tablissement Vous avez le droit de consulter votre dossier de recherche pour v rifier les renseignements recueillis et les faire rectifier au besoin et ce aussi longtemps que les chercheurs responsables du projet de recherche ou l tablissement d tiennent ces informations Cependant afin de pr server l int grit scientifique du projet de recherche vous pourriez n avoir acces certaines de ces informations qu une fois votre participation termin e POSSIBILIT DE COMMERCIALISATION Votre participation au projet de recherche pourrait mener la cr ation de produits commerciaux Cependant vous ne pourrez en retirer aucun avantage financier Initiales du sujet de recherche Page 5 de 8 Version 2 6 mars 2010 185 Formulaire d information et de consentement Sur la piste de la Performance Si vous deviez subir quelque pr judice que ce soit d votre participation au projet de recherche vous recevrez tous les soins et services requis par votre tat de sant sans frais de votre part En acceptant de participer ce projet de recherche vous ne renoncez aucun de vos d
92. es pneus le poids de l athl te etc Cette proc dure se distingue de la proc dure de Digiovine et al 27 car elle consid re le frottement dans tout le montage incluant le fauteuil Selon Lu et Khonsari 41 avec l utilisation de roulements lubrifi s on peut s attendre une force de frottement variant selon la vitesse qui ressemble la Figure 5 5 On constate qu il y a typiquement deux points d inflexion dans la courbe 0 200 0 100 Friction coefficient 0 050 0 000 0 Velocity rpm Figure 5 5 Variation du coefficient de frottement en fonction de la vitesse sous diff rentes charges huile SAE 5W30 temp rature d entr e 40 C Lu et Khonsari 41 63 Une fois que le fauteuil r gulier ou configurable est install sur l ergom tre l athl te peut y prendre place Une p riode d chauffement des roulements de 10 minutes est n cessaire Cette p riode sert typiquement d chauffement pour l athl te galement La s quence d talonnage est la suivante Informer l athl te du d but de la proc dure Ce dernier doit positionner ses bras de fa on ce qu ils ne puissent en aucun moment toucher aux roues durant la proc dure D marrer la s quence d talonnage en appuyant sur le bouton D marrer calibration Figure 5 6 Calibration Simulation piste Entrainement libre Debug Param tres systeme PARAM TRES DE CALIBRATION Vitesse max km h Zu Vitesse fin k
93. estionnaires sur la satisfaction de la performance de votre quipement actuel et des Pour certaines t ches plusieurs des items suivants pourraient tre attach s sur vous Des capteurs pour mesurer le mouvement de votre corps des capteurs pour mesurer les forces et les pressions que vous exercez sur l environnement des capteurs pour mesurer votre activit musculaire ou des capteurs pour mesurer votre efficacit nerg tique Un harnais de s curit concu pour arr ter toute chute que vous pourriez subir en emp chant votre t te vos bras et votre tronc de toucher le sol Des cables boites de connections cordes et ceintures Initiales du sujet de recherche Page 2 de 8 Version 2 6 mars 2010 182 Formulaire d information et de consentement Sur la piste de la Performance COLLABORATION DU SUJET AU PROJET DE RECHERCHE Nous demandons votre collaboration afin que le d roulement du projet de recherche se fasse dans les meilleures conditions possibles sera donc primordial de respecter les consignes que l quipe de recherche vous donnera Pour certaines t ches vous devrez porter une tenue vestimentaire ajustee ex votre tenue de comp tition ajust e ou un short ajust et un t shirt sans manche Vous devrez galement effectuer plusieurs variations de chaque t che ex vous devrez effectuer les t ches plus lentement ou plus rapidement ou vous devrez effectuer les t ches avec plus ou moins d effort Le nombre d
94. ew ergometer adapted to all types of manual wheelchair European Journal of Applied Physiology 85 5 479 485 24 Cooper R A 1990 An Exploratory Study of Racing Wheelchair Propulsion Dynamics Adapted Physical Activity Quarterly 7 74 85 25 Theisen D Francaux M Fay A et Sturbois X 2007 A New Procedure to Determine External Power Output During Handrim Wheelchair Propulsion on a Roller Ergometer A Reliability Study International Journal of Sports Medicine 17 08 564 571 26 Faupin A Gorce P et Thevenon A Juillet A wheelchair ergometer adaptable to the rear wheel camber International Journal of Industrial Ergonomics 38 7 8 601 607 27 DiGiovine C P Cooper R A et Boninger M L 2001 Dynamic calibration of a wheelchair dynamometer Development 38 1 41 55 28 De Groot S Veeger D H E J Hollander A P et V VAN DER WOUDE L H 2002 Wheelchair propulsion technique and mechanical efficiency after 3 wk of practice Medicine amp Science in Sports amp Exercise 34 5 756 29 Veeger H E van der Woude L H et Rozendal R H 1991 Within cycle characteristics of the wheelchair push in sprinting on a wheelchair ergometer Medicine and Science in Sports and Exercise 23 2 264 271 30 Lees A et Arthur S 1988 An investigation into anaerobic performance of wheelchair athletes Ergonomics 31 11 1529 1537 31 Patton J Murphy M et Frederick F 2008 Maximal Power Output
95. fement de l athl te et pour faire des essais en s lectionnant manuellement les forces qui seront appliqu es tel qu illustr la Figure 5 19 On peut simuler ici une pente positive ou n gative ou retirer toute force inertielle F7 a rodynamique Fp ou de frottement Fr pour un entrainement en survitesse 79 Information sur l athl te et sa configuration para X FERMER status code Masse athlete kg CdA Coeff Frot statique s fo L APPLICATION A 4 0 23 Joan source Masse fauteuil kg Coeff frot dynamique 10 Oste Calibration Simulation piste Entrainement libre Debug Param tres systeme Train e aerodynamique lt gt Vitesse du vent km h Force frottement lt gt Boutons pour s lectionner les forces appliqu es o y d Force pente g Force aerodynamique g 0 1116 09 Force frottement g 733 464 resistance calibration g 915 122 Vitesse km h 31 67 Vitesse km h 3174 31 68 31 66 Distance m 204 Ploto PAN 12149 BER Figure 5 19 Interface utilisateur pour l entrainement libre 5 6 4 Param tres syst me Cet onglet sert d finir des valeurs intrins ques au syst me tel que les facteurs de conversions ex conversion d unit de force en unit 32 bits pour le contr le du moteur constantes ex inertie du syst me densit de l air p ou mode de configuration de l unit de puissance ex
96. formation et de consentement et en remettre une copie sign e au sujet de recherche C cile Smeesters Denis Rancourt Noms des chercheurs Signature des chercheurs Date responsables du projet de recherche responsables du projet de recherche Initiales du sujet de recherche Page 8 de 8 Version 2 6 mars 2010 188
97. hique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour l essai 1 du 100m sur l ers essen 83 Figure 6 2 Essais de validation sur piste versus sur ergom tre le fauteuil de l athl te 84 Figure 6 3 Figure 6 4 Figure 6 5 Figure 6 6 Figure 6 7 Essais de validation sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te versus le fauteuil EE EE 85 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 100m sur la piste et sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te 87 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 400m sur la piste et sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te 88 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 100m sur ergom tre avec le fauteuil de l athl te versus le fauteuil configurable 90 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 400m sur ergom tre avec le fauteuil de l athl te versus le fauteuil configurable 91 xi xii LISTE Tableau 1 1 Tableau 3 1 Tableau 3 2 Tableau 3 3 Tableau 3 4 Tableau 3 5 Tableau 3 6 Tableau 3 7 Tableau 3 8 Tableau 4 1 Tableau 5 1 Tableau 5 2 Tableau 6 1 Tableau 6 2 Tableau 6 3 Tableau 6 4 Tableau 6 5 DES TABLEAUX Estimation du gain de performance par athl te 3 Athl tes participants aux mesures
98. ible de modifier sa configuration si on veut tester un l ment sp cifique Le fauteuil configurable Figure 5 16 et Figure 5 17 est congu de fa on respecter les fonctions suivantes et les sp cifications associ es incluant la fonction F42 et la sp cification 842 e Changer la configuration de position rapidement F19 19 e Ajuster l angulation de l athl te F21 S21 e Position ant ro post rieure de l assise F22 S22 e Angle de carrossage des roues F23 523 e Hauteur de l assise F24 S24 e Largeur des roues 75 Figure 5 16 Fauteuil configurable vue frontale 1 Ajustement de la hauteur de l assise 2 ajustement de la largeur des roues 3 bloc pour d terminer l angle de carrossage des roues 76 Figure 5 17 Fauteuil configurable vue lat rale 1 Ajustement ant ro post rieur de la position de l assise 2 Assise personnalis e 5 6 Interface usager de l ergom tre F13 Interagir avec les utilisateurs et les syst mes externes Une interface utilisateur a t d velopp e sous le langage de programmation graphique Labview de National Instruments Cette interface comprend un ent te ot l on d finit les param tres sp cifiques l athl te et quatre onglets principaux pour les diff rentes s quences de tests F14 Calibration Simulation de piste Entrainement libre et Param tres syst me Chacun de ces onglets est congu pour donner une r troaction en temps r el
99. icit dans la plage de vitesse de 15 30km h 3 3 Mesures des forces efficaces de d placement Puisque la mesure des profils de vitesse avec GPS n avait pas permis une bonne estimation des forces efficaces de d placement appliqu es par nos athl tes il tait n cessaire d explorer d autres m thodes d estimation de cette force Rappelons que l estimation de la force efficace appliqu e aux roues servira d finir le cahier des charges fonctionnel de l ergom tre pour la s lection d une source de r sistance 34 tant donn e la difficult d estimer cette force en d placement et haute vitesse et consid rant qu une courbe force vitesse typique 34 donne la force maximale vitesse nulle les mesures pour l estimation de la force ont t prises de deux fa ons e Test de force maximale statique 1 ere e Test d acc l ration au d part 1 pouss e 3 3 1 Test de force maximale statique L objectif de ce test tait de d terminer la force maximale qu un athl te applique aux roues Pour ce faire trois athl tes ont effectu le test dont deux hommes jug s par l entraineur comme les plus puissants Apr s une p riode d chauffement les athl tes se pr sentaient avec leur fauteuil Une courroie tait attach e l axe de la roue L autre extr mit de la courroie tait attach e une cellule de force Digital force gage 200 Ibf Chatillon Largo FL fix e un mur tel qu illustr la
100. idement sur le ch ssis du fauteuil Figure 3 5 Image de l athl te 2 prise par une cam ra haute vitesse lors du test d acc l ration de d part 36 La fr quence d acquisition de d placement tait de 100Hz Les donn es de position ont t filtr es avec un filtre Butterworth de 4 ordre sans d calage de phase fix 15Hz apr s une analyse du spectre de puissance La m thode de d rivation tait ensuite une m thode centr e 3 points 34 Tout comme dans le test statique on remarque qu il y a de la variabilit de l ordre de 33 entre le minimum et le maximum de force estim Tableau 3 6 Les forces moyenne et maximale sont aussi dans le m me ordre de grandeur que pour le test statique Tableau 3 6 Tableau de vitesse et acc l ration maximales sur la premi re pouss e pour l athl te 2 Vitesse maximale Acc l ration maximale Force maximale Essais m s m s2 N 1 2 04 4 32 298 2 2 14 5 73 395 3 1 92 4 86 335 Moyenne 2 03 4 97 343 Cette mesure vient donc confirmer que le test statique est une bonne approximation de la force maximale que produit l athl te lors de la pouss e 3 4 Mod le de production de puissance Comme la force d velopp e par l athl te a t mesur e dans les tests pr c dents seulement vitesse nulle ou quasi nulle il est n cessaire d avoir une approximation de cette force en fonction de la vitesse L tablissement d un mod le p
101. ier Au del de l aspect financier les membres d Athl tisme Canada ont contribu grandement ce travail par leur merveilleuse collaboration Je souhaite donc souligner l apport particulier de l entraineur M Jean Laroche et des athl tes dont Jean Paul Campaor Jean Philippe Maranda Colin Mathieson et Diane Roy Merci galement aux professeurs et coll gues du groupe PERSEUS Pr F lix Berrigan Pr Eve Langelier Pr Denis Rancourt Pr C cile Smeesters Fran ois Marcou Genevi ve Masson et Jean Philippe Pelland Leblanc pour avoir rendu l exp rience agr able et enrichissante iii 1v TABLE DES MATI RES CHAPITRE 1 INTRODUCTION zia ist eye exponat eaae le 1 1 1 Mise en contexte et probl matique sus ne ee toda 1 1 1 1 Le programme de recherche lt Sur la piste de la performance gt 1 1 12 Approche PERSEUS nn qulu latas 3 1 2 D finition du projet de recherch tn 4 1 3 Objectifs e ET 5 1 4 Contributions originales uii oett a RB nie FLU P dE EE 7 CHAPITRES ETAT DE D ART detecte eon 9 2 1 Sp cificit s de la course en fauteuil roulant eese 9 2 2 Groupe de SU SUS nde u A EE 11 2 3 Ergom trie en fauteuil roulant a 12 2 3 1 Variables typiquement mesur es exp rimentalement 12 2 3 2 quipements utilis s pour simuler l imp dance m canique en laboratoire 16 2 4 Proto
102. igure 3 11 Force instantan e qu aura produire l unit de puissance en fonction du temps pour simuler r alistement les conditions de course d un 200m Course en fauteuil roulant sur ergom tre 450 r T T1 r T T T n 400 UH I 4 350 F 4 250 4 200 4 Puissance du moteur watts 150 4 100 4 50 4 L L I I I L 0 5 10 15 20 25 Temps secondes Figure 3 12 Puissance nette d velopp e par l unit de puissance en fonction du temps obtenu par mod lisation d une preuve de 200m 44 Avec ce mod le on peut facilement varier la longueur de l preuve Comme la fatigue n est pas mod lis e les r sultats pour les preuves de longue distance seront erron s mais ils demeurent conservateurs En variant le temps d preuve de 27 secondes similaire un 200m jusqu 800 secondes similaire un 5000m on peut ainsi retenir les caract ristiques suivantes qui influenceront la s lection de l unit de puissance pour l ergom tre Tableau 3 8 Sp cifications minimales pour la s lection de l unit de puissance Symbole Description Valeur Vemax Vitesse maximale instantan e atteinte 34 8km h F Emas Force maximale instantan e atteinte 114N P Emas Puissance maximale instantan e atteinte 450Watts VpEmax Vitesse la puissance maximale 25km h P Emoy Puissance moyenne 171 185Watts Pins Puissance RMS root mean square 210Watts De plus
103. igure 5 3 Concept du syst me rouleaux asservis de l ergom tre 1 Rouleaux d inertie 2 Accouplement 3 Motorisation moteur unit de puissance et contr leur 4 Encodeur optique 5 Ch ssis Le d tail des composantes est le suivant 58 Rouleaux fabriqu s sur mesures diam tre de 10 625 pouces Accouplement flexible BK2 300 de R W Coupling Technolgy Bensenville IL Moteur AKM 54H de Kollmorgen Radford VA et amplificateur de puissance AKD 00606 contr leur Compact RIO 9022 de National Instruments Austin TX et module d interface pour l unit de puissance NI9514 Encodeur optique DFS60 262 144 pulses par tour en quadrature de Sick Waldkirch Allemagne Rappelons les sous fonctions auxquelles le sous syst me doit r pondre F6 Reproduire l inertie du syst me athl te fauteuil F9 Reproduire les forces a rodynamiques F10 Reproduire la r sistance au roulement sur piste F41 Compenser le frottement interne du syst me F40 R sister ou aider le mouvement F7 Commander le moteur fluidement F8 Permettre l effet wheely Les fonctions F7 et F40 du syst me rouleaux asservis de l ergometre sont libell es de telle sorte que le choix du moteur est obligatoire C est que suite l analyse des besoins plusieurs avantages l utilisation d une unit motrice sont apparus Facilite la proc dure de calibration Permet un plus grand volume d essais haute vitesse en diminua
104. ilit Source NIC NDT Adapt le format des F25 Etre convivial a See Jaunes pour qu sont Fupum Utilisateur l athl te facilement visualisable par mesurer l athl te cette distance L gende Type U Usage E Estime T Technique C Contrainte NIC Niveau d Importance Client de 1 3 de moins plus important NDT Niveau de Difficult Technique de 1 3 de moins plus difficile 115 Notes la conception Il est parfois n cessaire de recourir des notes la conception pour certains besoins et fonctions qui sont difficilement transf rables en sp cification d ing nierie mais qui influenceront tout de m me les choix de conception C est le cas typiquement pour les l ments qui sont difficilement mesurables ou qui servent de guide la conception Fonction Type Description L ergometre et le fauteuil configurable doivent limiter le bruit et permettre aux F30 Respecter les contraintes du laboratoire PERSEUS Contrainte autres projets d valuer en pacall le dans Je laboratoire Selon les projets en cours l espace disponible est variable La minimisation de F31 Respecter l espace disponible dans le laboratoire ntrainte x P P P c l empreinte de l ergom tre et du fauteuil configurable est souhaitable tiliser le pl ts qui in i F32 Etre fabricable l Universit de Sherbrooke Contrainte s on de a peuvent kie m canique sp
105. imuler les forces externes appliqu es sur le fauteuil Les rouleaux dont l inertie est fixe sont calibr s pour simuler l inertie d un ensemble athl te fauteuil de 35 ou 70kg Figure 2 7 Ergom tre rouleaux Source Devillard et al 23 L ergom tre rouleaux de Cooper 24 poss de une inertie de rotation permettant de simuler la masse d un ensemble athl te fauteuil de 75kg combin une unit de freinage Toutefois ce montage rend impossible la simulation pr cise de la phase d acc l ration d un athl te dont la masse combin e avec son fauteuil serait diff rente Theisen et al 25 d crivent de leur c t 18 une m thode de simulation d inertie quivalente selon un syst me m canique d ajout de disques Il est important de noter qu avec un syst me comme celui de Devillard et al 23 o chacune des roues arri res repose entre 2 rouleaux l utilisation d un fauteuil dont l axe des roues camber n est pas parall le aux rouleaux induit du frottement lors du roulement Cette situation se traduit par l apparition d un couple r sistif additionnel consid rable tel qu illustr s la Figure 2 8 26 Ce couple peut tre limin en ajustant l angle des rouleaux parall le l axe des roues tel qu illustr la Figure 2 9 26 1 6 14 I Olncline Rollers 1 2 7 1 1 E 08 E 0 6 1 0 4 4 1 0 2 4 0 12 15 Camber Figure 2 8 Couple en f
106. ion sur un ergom tre rouleaux qui simule r alistement l imp dance m canique o Le simulateur de fauteuil de Niesing et al 22 permet de changer facilement la position du sujet dans un fauteuil de r adaptation et simule bien l imp dance m canique mais ne peut recevoir un athl te dans son propre fauteuil de piste Un test All out 30 similaire au test de Wingate 31 couramment utilis pour d terminer la puissance ana robique maximale d un athl te peut servir de protocole d essai de r f rence Il faut cependant s assurer d avoir une fr quence d acquisition suffisante Le positionnement est un facteur d influence sur la performance mais demeure tre tudi plus fond afin d en connaitre l influence exacte pour un athl te donn Il n y a entre autres rien dans la litt rature qui nous indique comment optimiser la performance selon les param tres de configuration de l quipement de position de l athl te et de la discipline La conception d un outil de simulation et d valuation permettant 24 l optimisation de la configuration d un fauteuil roulant de course semble donc tout fait indiqu e 25 26 CHAPITRE 3 TUDES PR LIMINAIRES Puisque la revue de litt rature n tait pas suffisante pour tablir des balises claires pour l tablissement des sp cifications pour des athl tes de haut niveau ce chapitre d crit les tudes pr liminaires qui ont servi d finir les besoins sp cifiq
107. ire la conception un mod le de production de puissance de l athl te a t d velopp Section 3 4 L objectif de d part pour la cr ation de ce mod le tait d obtenir une estimation du cycle d utilisation de l unit de puissance de l ergom tre afin de faire sa s lection En comparant le mod le avec des donn es obtenues sur le terrain on a constat qu en introduisant les param tres sp cifiques l athl te le mod le refl te assez bien la r alit de la piste pour un sprint Plus qu une aide la s lection de composantes de l ergom tre ce mod le peut tre la base d une tude de sensibilit des diff rents param tres aidant ainsi faire un choix de strat gie pour l am lioration des performances L introduction de la notion de fatigue devra cependant tre incorpor e si on veut utiliser ce mod le dans l tude de sensibilit des param tres influengant la performance pour des preuves de plus de 100m 95 La phase de conception Chapitre 4 et 5 a men un syst me unique qui combine les avantages des ergom tres performants comme le VP100 Medical Development St Etienne France utilis par Devillard et al 23 et la facilit de modification de la configuration du fauteuil qu offre un simulateur de fauteuil tel que pr sent par Niesing et al 22 Ce concept d ergometre et de fauteuil configurable r pond l ensemble des sp cifications et notes la conception en particulier la validation
108. j avec un protocole de type Wingate 31 De plus l ergom tre peut tre utilis pour plusieurs types d entrainement pendant toutes les saisons et sans gard aux conditions m t orologiques Finalement le groupe a d j commenc des essais avec un athl te dans le but de l aider s lectionner les sp cifications du fauteuil le plus ad quat pour lui Consid rant la difficult de comparer des configurations sur de vrai fauteuil de piste et le co t des fauteuils de piste l ergom tre et le fauteuil configurable deviennent donc un outil de s lection validation de fauteuil de piste de grande valeur En terminant quelques am liorations aux syst mes permettraient d am liorer ses performances e Puisque nous avons choisi de mesurer l asym trie de pouss e gauche droite avec des roues instrument es en cours de route concevoir un syst me un seul rouleau diminuerait le bruit m canique qu ajoute l accouplement entre les deux rouleaux et diminuerait le nombre de roulements et le frottement associ e aux joints d tanch it s de ces roulements e Int grer la motorisation m me le rouleau pour diminuer encore plus le bruit m canique associ e un accouplement flexible e L ajout d interfaces d di es pour des entrainements sp cifiques afin de faciliter l utilisation e Rendre le syst me transportable pour suivre les athl tes dans leurs camps d entrainement 98 LISTE DES R F RENCES 1 Masse L C
109. l athl te ou l utilisateur F16 et tre convivial F25 Le code pr voit aussi la possibilit d interaction avec les syst mes externes F15 Les sp cifications associ s S14 S15 1 S15 2 S16 et S25 sont ainsi respect es 17 Avant tout test ou entrainement il importe d abord de s assurer que les param tres sp cifiques l athl te et son fauteuil correspondent sa condition actuelle ent te Figure 5 18 Information sur l athl te et sa configuration X FERMER Masse athlete kg CdA Coeff Frotstatique _ 4 To L APPLICATION 63 4023 0 01 source Masse fauteuil kg Coeff frot dynamique s m 5 6 Calibration Simulation piste Entrainement libre Debug Param tres systeme Statut simulation m vema siman 55 MALAUS ei Arr t manuel de la simualtion Distance m Temps s 0 0 00 0 Slide E ge Path 2 3 cidatatessail det el Vitesse km h Ploto PAYA Condition d part 0 D part arr t Vd part km h D part lanc 325 Condition arr t Amplitude Distance SR m Temps s Vitesse du vent km h Figure 5 18 Interface utilisateur pour simulation de piste 5 6 1 Calibration Cet onglet a d j fait l objet d une description dans le sous syst me de rouleaux asservis de l ergom tre Section 5 2 4 5 6 2 Simulation de piste Ce mode reproduit les conditi
110. la performance des changements des diff rents param tres de positionnement d un fauteuil roulant de course 1 2 D finition du projet de recherche Le groupe PERSEUS s tait fix les objectifs suivants l gard du programme de recherche et de d veloppement Sur la piste de la performance dans son ensemble e Trouver une configuration optimale du fauteuil de course pour un athl te et une discipline donn e permettant un gain en performance de 4 ou plus e Fabriquer 3 fauteuils roulants de course pour les athl tes e Valider les performances sur la piste e tablir un protocole pour permettre aux autres athl tes canadiens de b n ficier des retomb es du projet Les mesures sur le terrain sont probl matiques 2 niveaux Le manque de contr le sur les param tres environnementaux ex vent pluie temp rature route rend leur r p titivit difficile De plus les mesures sur le terrain soul ve plusieurs d fis techniques tels la pr cision plus faible des instruments de mesures qui peuvent tre utilis s le grand volume physique de mesure couvrir puisque la position de l athl te n est pas fixe la n cessit de mesures sans fil etc La r ussite des objectifs globaux et en particulier l objectif de configuration optimale passait donc n cessairement par des mesures en laboratoire mais qui se devaient d tre repr sentatives des mesures sur le terrain de la course en fauteuil roulant La question
111. le 1 de 1 2 1 5150 0 025 E 115 0 04 110 0 4x 7 A TRAVERS TOUT M8x1 0 6H A TRAVERS TOUT 131 0 500 12 70 SCH Royon Imm COUPE A A Dimensions en mm sauf pouce Dote Fait por f 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Disque moteur FRACTION t 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE t 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 6061T6 A R057 01 02 0 chelle1 2 Feuille 1 de 1 2 1 0 003 0 250 0 001 Y 0 500 2x 0 201 V 1 000 1 4 20 UNC 0 500 4 x 0 201 A TRAVERS TOUT 0 385 X 82 108 4 25 N so N N 4 x D 0 217 5 50 TRAVERS TOUT 8 Dimensions en pouce sauf mm gt e Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessord ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Plaque arriere moteur FRACTION 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 6061 T6 A R057 01 02 07 1 2 pouce pais chelle 1 2 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 1 132 25 0 CL 1 0 0 000 0 250 0 002 0 500 2 x 0 266 A TRAVERS TOUT 3 000 S z 2 x 0 159 A TRAVERS TOUT x 1
112. le sugg rent Veeger et al 4 Figure 2 3 Mesure de la cin matique des membres sup rieurs en fauteuil roulant Figure de Leveque 17 montrant les marqueurs standards sur l paule le coude et le poignet Les forces en jeu sont aussi un l ment fr quemment mesur En tout temps dans le cycle de pouss e les forces internes ex couple au coude et externes ex couple la roue qui agissent sur l utilisateur sont valu es par des mod les de dynamique inverse et des cellules de charges respectivement 13 Pour bien comprendre de quoi il s agit il importe de d crire les forces impliqu es dans le mouvement d un fauteuil roulant Vanlandewijck et al 2 illustrent la Figure 2 4 les forces en jeu o e force totale e F composante radiale de e F composante tangentielle de Foz e F Fy forces dans le r f rentiel global o x est ant rieur y est lat ral et z est inf rieur M couple appliqu par le poignet Mun couple appliqu a la roue Notez que ce mod le ne consid re pas le frottement n cessaire entre la main et le cerceau qui est n cessaire pour obtenir une composante tangentielle ni les efforts au coude et l paule Cooper 18 a d velopp une roue instrument e qui permet de mesurer le couple et l orientation des forces appliqu es par l athl te sur les roues i e F F de m me que Fm dio lat ral Cette technologie est int ressante car elle
113. liqu es par l athl te sur les roues en plus d offrir la possibilit de configurer la g om trie du fauteuil et ainsi changer la position de l athl te L utilisation de servomoteurs permet la simulation de la force de r sistance au roulement de la r sistance l air et de l inertie de l ensemble athl te fauteuil Tout comme l ergom tre rouleaux le fait d avoir un syst me stationnaire facilite la prise de mesure Veeger et al 29 utilisent galement cet quipement et capturent les donn es 100Hz L quipement reproduit alors un fauteuil sport type basketball et la vitesse maximale atteinte par les athl tes est de l ordre de 15km h La faiblesse d un simulateur de fauteuil r side dans son incapacit recevoir un athl te dans son propre fauteuil de piste Il devient alors tr s difficile d obtenir une mesure de r f rence fiable de la configuration actuelle de l athl te car la reproduction de sa position peut s av rer inexacte Notons en particulier que les fauteuils de performance sont construits sur mesure et que l assise doit correspondre l anthropom trie exacte de l athl te Une telle reproduction requiert du temps et des ressources mat rielles importantes ce qui n est pas souhaitable lors d une premi re valuation d un athl te ou lorsque les ressources sont limit es 2 4 Protocoles d essais de r f rence Dans leur chapitre sur les caract ristiques de performance d essais de sprint en fauteuil ro
114. m des essais sur piste versus ergometre 400m p p Essai 1 Essai 2 Essai 3 Moyenne Ecart type t test Wilcoxon Piste 57 75 58 75 55 67 57 39 1 57 0 152 0 109 T s Ergom tre 53 63 56 34 55 15 55 04 1 36 Piste 29 70 28 72 29 31 29 24 0 49 0 327 0 285 een km h Ergom tre 30 31 29 27 29 13 29 57 0 64 Piste 122 130 118 123 3 6 1 0 094 0 109 Nhouss es Ergom tre 120 124 110 118 0 7 2 Piste 13 20 12 53 13 08 12 94 0 36 0 778 1 000 6 m Ergom tre 12 57 11 90 15 24 13 24 1 77 89 6 4 2 Comparaison des performances obtenues sur l ergom tre avec le fauteuil de l athl te versus le fauteuil configurable La Figure 6 6 et la Figure 6 7 pr sentent les profils de vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 100m et de 400m respectivement comparant le fauteuil de piste et le fauteuil configurable sur l ergom tre Ici aussi les profils de vitesse sont pr sent s en fonction de la distance parcourue 100m vitesse en fonction de la distance parcourue Vitesse km h Athlete 1 Athlete 2 Athlete 3 10 20 30 40 50 60 70 30 90 100 Distance parcourue m Figure 6 6 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour les essais de 100m sur ergom tre avec le fauteuil de l athl te versus le fauteuil configurable 90 400m Vitesse en fonction de la distance parcourue Vitesse km h co M A AE Athlete 1 Athlete 2 thlete 3 ENEE eese Re
115. m h mmm Consigne accel Info Position m Vitesse Km h 4 98805 Accel m s 430 82 013 Coefficients fichier ini PO 0 104792 Nouveaux Polyfit 7 Force fct V z EN osm Eb 8 PL PL 4 ie 0 0368189 0 0383186 52 5 p2 P2 2 0 00273304 000223 P3 P3 0 000103861 0 000111251 Temps s Figure 5 6 Interface pour la s quence de calibration La premi re phase est une acc l ration du syst me en appliquant un couple constant jusqu l obtention de la valeur maximale de la plage de vitesse de calibration d sir e La deuxi me phase est une d c l ration du syst me avec une consigne de couple 0 jusqu la valeur minimale de la plage de vitesse de calibration d sir e Le syst me enregistre les donn es pendant cette phase Figure 5 6 vitesse en fonction du temps La force de frottement est calcul e partir de la d c l ration instantan e du syst me et l inertie des l ments tournants d fini dans les param tres du syst me Un graphique de la force de frottement en fonction de la vitesse est d termin Une r gression polynomiale d ordre 3 est faite sur les points de la courbe et permet de d finir 64 les coefficients du polyn me P P B P A titre de v rification l interface Figure 5 6 permet de comparer les valeurs des coefficients de la calibration pr c dente enregistr es dans le fichier de calibration et les
116. n LN de Plage d ajustement de 11 15 anthropo F23 de carrossage U S23 J l angle de carrossage des Inclinom tre Z min Section 3 1 3 1 l angle de degr s des roues roues et Site Top carrossage end Ajuster la Plage Plage d ajustement de la Ruban 1 et F24 hauteur de U S24 d ajustement de hauteur de l assise partir us 7 5cm min rad 3 1 l athl te la hauteur de la position de r f rence pet Section 3 1 Interagir avec les F13 utilisateurs et les U 3 1 syst mes externes 100m 200m 5 N 400m F14 ES u U S14 Type de course ne REES Encodeur 800m CIP 3 1 s quences de test simuler 1500m 5000m marathon Donner une Fr quence minimale de F16 r troaction en U S16 Fr quence de rafraichissement pour Compteur 30Hz mus Utilisateur 2 l temps r el rafraichissement l affichage d une nouvelle logiciel l athl te donn e Temps maximal de Interagir avec Synchronisation d calage des donn es d Taux Compteur SES F15 des syst mes de U S15 1 analogique ou une erreur de EU lms max d acquisition 3 1 SE A logiciel mesure externes num rique synchronisation donn es S5 analogiques ou num riques Temps maximal de Synchronisation ss dana saa Compteur s15 2 une erreur de Itrame max Utilisateur 1 vid o mS 2 logiciel synchronisation donn es vid os 114 Sp cification F Fonction Type d ing nierie D finition Mesure Niveau Flexib
117. n d application de la force est aussi une source de variation 11 Typiquement les sujets non handicap s ne sont pas recommand s selon Brown et al 5 car il y a des diff rences physiologiques et biom caniques importantes qui affectent l efficacit m canique La fa on dont les forces sont appliqu es est aussi tr s diff rente avec des pointes de force plus basses chez les utilisateurs exp riment s 6 Le projet qui nous concerne a vit les probl mes reli s aux sujets non exp riment s puisqu un groupe important d utilisateurs exp riment s y ont particip Le groupe sous la supervision de l entraineur de Sherbrooke est compos de 9 athl tes 2 femmes et 7 hommes De ce groupe 3 athl tes taient particuli rement cibl s pour acc der au podium aux jeux paralympiques d t de 2012 D autres athl tes de haut niveau provenant d ailleurs au Canada ont aussi t sollicit s lorsque le moment tait jug opportun 2 3 Ergom trie en fauteuil roulant L ergom trie soit la mesure du travail des muscles pendant l effort 7 est largement r pandue dans les laboratoires s interrogeant sur les caract ristiques et sp cificit s de la propulsion en fauteuil roulant Les prochains paragraphes d crivent les variables typiquement mesur es exp rimentalement sur le terrain et ou en laboratoire et les quipements utilis s par la communaut scientifique pour simuler l imp dance m canique en laboratoire 2 3 1 Varia
118. n d un ergometre et d un fauteuil configurable pour l valuation des performances en fauteuil roulant de course Les fonctions de 2 ordre de l arbre fonctionnel font ressortir les sous syst mes de l ergom tre qui inclut d ailleurs le fauteuil configurable On distingue donc 5 sous syst mes principaux soient e Syst me rouleaux asservis de l ergom tre F38 e Systeme d acquisition de l ergom tre F2 e Structure de l ergom tre F39 e Structure du fauteuil configurable F42 e Interface usager de l ergom tre F13 4 3 Cahier des charges fonctionnel L analyse fonctionnelle est suivie par l laboration du cahier des charges fonctionnel CdCF dans lequel on traduit les fonctions en sp cifications d ing nierie Ce tableau est pr sent l annexe B 51 52 CHAPITRE 5 CONCEPTION Ce chapitre d crit les concepts retenus pour le syst me global et chaque sous syst me selon l arbre fonctionnel d fini au Chapitre 4 Les sous syst mes ne sont pas compl tement ind pendants c est pourquoi on retrouvera des r f rences crois es entre les sous syst mes Les choix de conception sont faits de mani re r pondre au cahier des charges fonctionnel lequel refl te les besoins des clients Il ne s agit donc pas d un manuel d utilisation ou d un guide de d pannage On retrouvera cependant l Annexe C tous les plans de d tails m caniques et lectriques Puisque la programmation a t faite avec le l
119. n totale est donc F F F durant la pouss e 3 2 0 durant la r cup ration 38 La courbe force vitesse F est approxim e comme une simple droite Figure 3 7 d finie par la force maximale statique Fmax en N et la vitesse maximale pour laquelle les membres sup rieurs de l athl te ne sont plus capables de produire un travail positif Vmax en m s La force statique maximale a t mesur e exp rimentalement selon le protocole de test de force statique pr sent la section 3 3 La vitesse maximale est une approximation qui a t faite selon la perception de l athl te de la vitesse maximale ot il peut suivre le mouvement du cerceau sans l acc l rer ou le ralentir F 3 3 max F mi Pus M v max Fmax f LL 0 Vitesse Vmax Figure 3 7 Courbe de la force de propulsion F en fonction de la vitesse de d placement La force de propulsion est soumise l influence de la position de la main de l athl te sur le cerceau selon une courbe tension longueur comme pr sent par Winter 34 Cette courbe de tension longueur passe un maximum 100 de F 9 au point 2 Figure 3 8 situ entre le point de contact au d but de la pouss e point 1 et le point de d sengagement la fin de la pouss e point 3 Pour mod liser cette variation de force en fonction de la position angulaire sur le cerceau Fo une simple fonction sinuso dale est utilis e Figure 3
120. nalit s du syst me Le r sultat final est illustr la Figure 5 2 Le concept r pond la fonction primaire du syst me F1 valuer la performance d athl tes en fauteuil roulant Il rencontre galement les sp cifications associ es cette fonction S1 1 cat gories d athl te qu il peut accueillir et S1 3 simulation de course Il ne rencontre cependant pas la sp cification 1 2 vitesse de course avec une vitesse maximale mesurable de 43 km h La limitation provient de la bande passante de transmission des pulses de l encodeur Cependant cette valeur est jug e suffisante pour les besoins actuels Une description de chaque sous syst me suit dans les prochaines sections 57 5 2 Syst me rouleaux asservis de l ergom tre F38 Simuler limp dance m canique dans diff rentes conditions d utilisation La s lection de concept de ce sous syst me est importante car elle a de l influence sur presque tous les autres sous syst mes La section pr c dente a d ailleurs annonc la nature du concept retenu Les rouleaux 1 sont coupl s directement via un accouplement flexible 2 un servomoteur contr l 3 permettant non seulement de s opposer au mouvement mais galement de l aider selon le type d essai ex cuter Figure 5 3 Un encodeur optique haute r solution 4 donne une r troaction de la position des rouleaux Un ch ssis 5 en aluminium extrud supporte les composantes entre elles F
121. nimale de de Compteur Giacomin F7 moteur S7 A puissance de l ergom tre 150Hz min 3 2 E contr le P logiciel 42 fluidement assurant une sensation sans secousse l athl te Rotation du fauteuil permise par rapport l axe Permettre l effet Rotation du des roues pour simuler Mesure en F Inc tr 5 2 5 2 8 lt Wheely gt 98 fauteuil l effet lt wheely gt d au EE degr s laboratoire d placement du centre de masse Mesurer la F2 puissance de B 2 pouss e Mesurer F3 l asym trie Transf r e au projet de maitrise sur l acquisition de donn es en fauteuil roulant de course 3 3 gauche droite Mesurer la Taux Taux d acquisition minimal Conteur F5 puissance nette S5 OR pour enregistrer la 1kHz min Cooper 24 3 2 Gg d acquisition er logiciel transf r e puissance nette transf r e 112 Fonction Type Se az tion Mesure Source NIC NDT d ing nierie Niveau Flexibilite Temps d acquisition Enregistrer les maximal pour lequel il faut donn es sur avoir l espace m moire Fiche TD u F28 U S28 Espace m moire 120min min marathon du 3 1 disque pour post pour enregistrer les technique CIP analyse donn es lors de tests pour analyse en post traitement Supporter Masse supporter Gordon 37 F39 l athl te dans son U S39 Masse Athl te masculin 95 Calcul 98kg max Spungen 38 3 1 fauteuil percentile et son fauteuil Client
122. nt la fatigue de l athl te associ e la phase d acc l ration Permet dans une 2 phase du projet d innover sur des m thodes d entrainement en survitesse La Figure 5 4 pr sente sch matiquement l interaction et l change d information entre les composantes ainsi que les traitements effectu s 59 Force nette de propulsion appliqu e la surface des rouleaux Enco M Rouleau 2 u Rouleau 1 Amplificateur Pulses de puissance Sortie analogique pulses contr le de couple encodeur Module NI 9514 Calcul position Conversion unit Calcul vitesse Euler backward filtre LP 20 hz Syst me CRIO de National instrument Calcul acc l ration Euler backward filtre LP 20 gt FPGA boucle 2khz EN Calcul compensation inertie Commande force y S rialisation des donn es Synchronisation Interruption D s rialisation des donn es Synchronisation Calcul forces a rodynamque Calcul r sistance au roulement sur piste Contr leur boucle 500 HZ Calcul frottement interne du syst me Calcul pente Enregistrement des donn es Transfert donn es Entr es pour affichage clavier et souris
123. ntage LES SAR E Qu u S ah Mig de OR lee lew de GL Boag 53 5 2 Syst me rouleaux asservis de l ergom tre F38 Simuler l imp dance m canique dans diff rentes conditions d utilisation ss 58 5 2 1 F6 Reproduire l inertie du systeme athl te fauteuil 61 5 2 2 F9 Reproduire les forces a rodynamiques ss 61 5 2 3 F10 Reproduire la r sistance au roulement sur piste 62 5 2 4 F41 Compenser le frottement interne du systeme eee 63 5 2 5 40 R sister ou aider le movement es etes 66 5 2 6 F7 Commander le moteur fluidement aa 66 5 2 7 Permettre Teme ENEE 67 5 3 Syst me d acquisition de l ergom tre F2 Mesurer la puissance de pouss e 67 3 3 1 Mesure A A e Mam EE Mee e 68 2 52 1 Mesure de Vitesse na usus ga Uu RI eps e ae u at A eee 70 5 3 3 Geiger 72 5 4 Structure de l ergom tre 9 Supporter l athl te dans son fauteuil 73 5 5 Structure du fauteuil configurable F42 Supporter l athl te dans un fauteuil RENE AAA assit pt een es di to UN iS edle 74 5 6 Interface usager de l ergom tre F13 Interagir avec les utilisateurs et les syst mes O E O A A 1 0012 0 eebe 17 3 6 1 Calibration E 78 5 6 2 Simulation de piste eege QR Cot vet End 78 5 6 3 Entrainement ME 79 5 6 4 Param tres EME Ea MA suqu EES 80 CHAPITRE 6 VALIDATION uiis dei ei a IR Ib 8l ON AAA 81
124. ntement Annexe E approuv par le comit d thique du CSSS IUGS 6 3 M thodologie 6 3 1 preuves L athl te s lectionn est typiquement un sprinter et peu enclin aux preuves d endurance Pour cette raison et pour minimiser la fatigue les preuves de r f rence pour la validation sont le 100m et le 400m 81 6 3 2 Variables mesur es Pour quantifier la performance quatre indicateurs sont utilis s e Temps total de la course e Vitesse maximale atteinte e Nombre total de pouss es e Constante de distance La Figure 6 1 illustre ces indicateurs de performance l exception du temps total de la course T Ce dernier tant simplement le temps n cessaire pour franchir la distance de l preuve 100 ou 400m La vitesse maximale Vmax et le nombre de pouss es Npouss es sont obtenus directement des donn es brutes de vitesse en prenant simplement le maximum atteint et en comptant manuellement chaque pouss e sur le profil de vitesse ou sur vid o Finalement la t constante de distance est similaire la constante de temps d une fonction y A 1 e o lorsque le temps 1 est gal la constante de temps 0 634 A tant le maximum l tat d stable Pour d terminer la constante de distance on utilise donc v V 1 La constante de distance est donc la distance parcourue d lorsque v 63 de la vitesse maximale atteinte Vmax 82 Vitesse en fonction de la distance parcourue 100m es
125. oient enregistr es sur audiocassette ou sur vid ocassette et que des photographies soient prises Notez qu il n est cependant pas n cessaire de consentir ce volet pour participer au pr sent projet de recherche Nous autorisez vous utiliser vos photographies ou vos enregistrements des fins de formation et ou de pr sentations scientifiques et les conserver pour une dur e de 30 ans avec vos donn es de recherche OUI O NON O D sirez vous que l on ne puisse pas identifier votre visage sur les photographies oul O NON O TUDE ULT RIEURE Il se peut que les r sultats obtenus suite cette tude donnent lieu une autre recherche Dans cette ventualit autorisez vous les chercheurs responsables de ce projet de recherche vous contacter et vous demander si vous seriez int ress e participer une nouvelle recherche OUI NON UTILISATION DES QUIPEMENTS est possible que nous vous fabriquions un quipement de comp tition lors de ce projet L utilisation de cet quipement est assujettie votre acceptation de l utiliser uniquement dans des conditions similaires aux conditions de comp tition Acceptez vous cette condition OUI NON MODIFICATION DES QUIPEMENTS Vous ne devez en aucun cas faire des modifications qui pourraient de pres ou de loin affecter la structure d un fauteuil d velopp dans le cadre de ce projet Acceptez vous cette condition OUI NON Initial
126. on choisie dans les param tres du syst me cette compensation peut galement tre activ e ou non 5 2 2 F9 Reproduire les forces a rodynamiques La reproduction des forces a rodynamique se fait selon l quation suivante similaire celle pr sent e par Fuss 36 5 2 F PV C A Pe Avec p 1 e V vitesse instantan e en m s calcul e avec la d riv e de la position selon m la m thode d Euler lt backward gt 5 points suite un filtre Butterworth 20Hz de 4 ordre 61 sans d calage de phase V vitesse du vent en m s et C A 0 21 0 23m2 selon les essais effectu s soufflerie avec les athl tes La valeur de F est calcul e par le contr leur du Compact RIO dans la boucle 500Hz La force r sultante calcul e est donc fonction de la vitesse Cette force est somm e avec les autres forces calcul es dans le contr leur avant d tre transf r e au FPGA Comme le FPGA boucle 2kHz alors que le contr leur boucle 4 fois plus lentement la derni re valeur de force transf r e au FPGA sera dupliqu e jusqu l obtention d une nouvelle valeur La force peut tre positive ou n gative aider ou r sister le mouvement selon le signe de la soustraction v V Selon l option choisie dans les param tres du syst me cette compensation peut galement tre activ e ou non Le calcul des forces a rodynamique respecte la sp cification S9 5 2 3 F10 Reproduire la r sistance au r
127. onction de l angle des roues Rouleaux plats noir et rouleaux inclin s blanc Source Faupin et al 26 Access ramp EMEN Figure 2 9 Ergom tre avec rouleaux inclinables et frein lectromagn tique Source Faupin et al 26 19 En compl ment d information sur les ergom tres rouleaux mentionnons que pour tudier la pouss e sur un fauteuil roulant de course Cooper 24 utilise un ergom tre rouleaux muni d un tachym tre chantillonn 1kHz Il y mesure des temps de pouss e aussi petit que 0 16 seconde haute vitesse D autre part il est important de noter que la calibration de l ergom tre rouleaux est un point cl pour obtenir des r sultats pr cis DiGiovine et al 27 proposent une fa on dynamique de calibrer un syst me rouleaux d inertie Cette m thode consiste appliquer des chelons de voltage l armature du moteur DC et d enregistrer le couple et la vitesse en fonction du temps Un mod le math matique permet de calculer par la suite les param tres d int r ts Simulateur de fauteuil la connaissance de l auteur seul Niesing et al 22 pr sentent un simulateur de fauteuil Figure 2 10 Figure 2 10 Simulateur de fauteuil pr sent par Niesing et al 22 De Groot et al 28 utilisent ce type d quipement dans leurs travaux sans toutefois donner de d tails techniques sur l quipement Cet arrangement rassemble les avantages de mesurer les 20 forces app
128. ons de piste et permet de sp cifier diff rents types d valuation de course Il est notamment possible de d finir la condition de d part du test et la condition d arr t tel qu illustr la Figure 5 18 78 Condition de d part Deux conditions de d part sont possibles d part arr t ou d part lanc Dans un d part arr t l indicateur du statut de simulation tourne au jaune apr s avoir appuy sur d marrer la simulation avec la mention lt vos marques gt L indicateur tourne au vert avec l indication GO gt apr s un d lai al atoire de 5 7 secondes tel que lors d une vraie course L enregistrement des donn es d bute ce moment Dans un d part lanc l indicateur du statut de simulation tourne au jaune apr s avoir appuy sur d marrer la simulation avec la mention lt vos marques gt Pendant cette p riode aucune force inertielle Fp a rodynamique Fp ou de r sistance au roulement Fr n est appliqu e pour faciliter l acc l ration du syst me jusqu la vitesse de d part L indicateur tourne au vert avec l indication GO lorsque la vitesse de d part prescrite est atteinte L enregistrement des donn es d bute ce moment Condition d arr t Deux conditions d arr t de la simulation sont possibles distance parcourue ou temps coul L enregistrement se terminera d s que la condition d arr t prescrite est remplie 5 6 3 Entrainement libre Ce mode est utile pour l chauf
129. orce a rodynamique par qu zs lt 2 min 3 1 2 a rodynamique validation Chapitre 6 a rodynamiques simulation apparente Reproduire la Pr cision de la T m r sistance au force de Prison de s gt cd dapes de Fuss 36 et FIO U S10 la force de frottement par gt lt 5 min mp o l roulement sur frotttement validation Chapitre 6 simulation piste apparente 111 F Fonction Sp cification d ing nierie D finition Mesure Niveau Flexibilite Source NIC NDT Compenser le Temps n cessaire pour frott T d der librati N pa na S41 es P Ban Chronom tre 5min max Utilisateur 3 2 interne du calibration du syst me suite une syst me modification mile Force maximale que l unit F40 R sister ou aider S40 1 de l unit de de puissance de Cellule de 114N imin Mod lisation 3 2 le mouvement l ergom tre devra fournir charge Section 3 4 puissance tangentiellement la roue Busen Puissance maximale que imal Ges Fich Mod lisati S40 2 nn l unit de puissance de ann 450W min aai 1 l unit de technique Section 3 4 l ergom tre devra fournir puissance Pui RM t Puissance RMS S a ee uis Fiche Mod lisation S40 3 de l unit de Eeer 210W min 1 puissance de l ergom tre technique Section 3 4 puissance devra fournir Fr quence de contr le Commander le Fr quence de mi
130. oulement sur piste De fa on similaire au mod le de production de puissance Section 3 4 les forces de r sistance au roulement sont mod lis es comme F Mg k Mgv 5 3 2 o 4 0 01 et k 5x10 tel qu utilis par Fuss 36 et o m repr sente la masse de l athl te et du fauteuil en kg et g 9 81m s repr sente l acc l ration gravitationnelle La masse est entr e dans les param tres de l athl te et de son fauteuil alors que les autres constantes sont dans les param tres syst mes Comme la force a rodynamique la valeur de F est calcul e par le contr leur du Compact RIO dans la boucle 500Hz et est fonction de la vitesse Elle est aussi somm e avant d tre transf r e au FPGA Cette force est positive Selon l option choisie dans les param tres du syst me cette compensation peut galement tre activ e ou non Lorsqu activ e cette compensation rencontre la sp cification S10 sur la pr cision de la simulation de la force de frottement condition d avoir une configuration similaire celle de l tude de Fuss 36 62 5 2 4 F41 Compenser le frottement interne du syst me Une proc dure d talonnage a t tablie pour connaitre le frottement interne du syst me en fonction de la vitesse La proc dure doit tre simple et rapide car elle est ex cut e chaque fois qu un fauteuil y est mont puisque le frottement variera selon l alignement obtenu le type de pneus la pression d
131. our estimer la force de pouss e produite par un athl te dans le temps devrait permettre de faire une bonne valuation des conditions d utilisation 3 4 1 Objectif Connaitre les caract ristiques du cycle d utilisation de l unit de puissance requis pour l ergom tre en fonction des diverses preuves afin que l ergom tre puisse reproduire les conditions que l on retrouve sur la piste 37 3 4 2 Composantes du mod le Le mod le s appuie sur quelques hypoth ses e Les diagrammes des corps libres de la Figure 3 6 sont pos s pour les phases de pouss e et de recouvrement o F repr sente la force nette appliqu e par le sol sur l ensemble athl te fauteuil F repr sente la force de r sistance au roulement due au frottement F repr sente la train e a rodynamique et F la force inertielle lors de l acc l ration et de la 414 Z 2 d c l ration a en m s respectivement Figure 3 6 Diagramme des corps libres des phases de pouss e haut et de recouvrement bas Source Fuss 36 e L quation diff rentielle r soudre est donc et par substitution 3 1 F F F F selon le diagramme de la Figure 3 6 e Les muscles des membres sup rieurs de l athl te produisent une force de propulsion Fp F4 qui est soumise l influence de la vitesse Fp et l influence de la position angulaire de la main sur la roue F La force de propulsio
132. peut tre utilis e autant en piste qu en laboratoire On peut facilement enregistrer le temps de pouss e PT le temps de r cup ration RT et le temps de cycle CT partir de la mesure du couple appliqu Cependant inertie accrue des roues rend cette technique inutilisable en comp tition La marque de commerce du produit est SmartWheel 19 Bien que la litt rature mentionne que Cooper 18 a d velopp une version pour les fauteuils roulants de course des communications avec l entreprise indiquent que cette version n est pas disponible de facon commerciale Aussi plusieurs tudes cherchent valuer l implication de muscles particuliers lors des diff rentes phases de la propulsion La technique d lectromyographie EMG est largement utilis e pour mesurer cette activit musculaire 9 13 15 14 Shoulder Elbow 5 l f Figure 2 4 D finition des forces Source Vanlandewijck et al 2 En terminant l tude de Coutts 20 apparait int ressante dans sa m thodologie Il a compar le profil de vitesse et d acc l ration en fonction du temps pour des athl tes en fauteuil de course et en fauteuil de basketball Cette m thode de comparaison des profils de vitesse et d acc l ration est en effet transf rable l analyse d un changement de position de l athl te ou de configuration du fauteuil 15 2 3 2 quipements utilis s pour simuler l imp dance m canique en
133. piste ergom tre et fauteuil athl te configurable Chapitre 6 7 2 R sultats et contribution originale Tous les indicateurs indiquent qu il n y a pas de diff rence lorsqu on mesure la performance sur 100m entre la piste et l ergom tre C est la situation initialement souhait e Ceci indique que les r sultats de tests effectu s en laboratoire pourront tre directement transpos s en r sultats sur la piste La situation est semblable au 400m L ergom tre ne simule cependant pas la r alit des virages de la piste et l athl te choisi est relativement inexp riment sur 400m montrant des difficult s garder son corridor Malgr le fait qu aucune diff rence significative n ait t d tect e une tendance vers des temps de course plus courts et un nombre de pouss es moindre sur l ergom tre ont t d montr s Il est donc possible qu un plus grand nombre d essais ou un plus grand nombre de participants puisse mettre en vidence une diff rence significative Ceci dit la diminution de la variabilit globale des r sultats sur ergom tre en liminant les virages et la n cessit de maintenir une ligne droite diminuera le nombre d essais r aliser pour tre en mesure de distinguer statistiquement une diff rence entre deux configurations La deuxi me s rie de tests de validation la comparaison des performances entre le fauteuil de l athl te et le fauteuil configurable montre galement qu il n y a pas de diff r
134. preuve ou la condition d entrainement 3 2 2 Participants Des enregistrements de mesures GPS ont t pris lors du camp d entrainement de l quipe canadienne en Floride en mars 2010 D autres mesures ont aussi t prises Sherbrooke lors d entrainements et de comp titions Au total c est sept membres d Athl tisme Canada une femme et six hommes qui ont particip aux mesures du profil de vitesse Cet chantillonnage inclut des sprinters et des sp cialistes du demi fond et du marathon parmi les meilleurs au Canada 3 2 3 M thodologie Un assistant personnel IPAQ travel companion de la compagnie Hewlett Packard Palo Alto CA www hp com muni d un enregistreur GPS 1Hz a d abord t utilis pour r colter les donn es position et vitesse L enregistreur tait fix directement sur le fauteuil et de fa on ce qu un maximum de signal satellite lui soit accessible L enregistreur tait d marr quelques secondes minutes avant l preuve de l athl te afin de ne pas nuire sa concentration Les donn es taient recueillies la fin de l preuve et trait es avec une routine sous Matlab Cette routine permet d illustrer les donn es par rapport un r f rentiel s lectionn typiquement la ligne d arriv e de la piste La mesure de vitesse est obtenue directement par le GPS et non par d rivation de la position La mesure d acc l ration est obtenue par d rivation de la vitesse selon la m thode centr e 3 points
135. r l ensemble athl te fauteuil en temps r el ex frottement a rodynamique variable L article de revue de Vanlandewijck et al 2 couvre bien l utilisation de ce type d quipement Fauteuil sur rouleaux Plusieurs tudes se font sur ergom tre stationnaire rouleaux Le r f rentiel fixe par rapport la roue du fauteuil facilite l analyse du mouvement Puisque le fauteuil est maintenu le syst me ne consid re pas le mouvement du centre de gravit des membres sup rieurs du tronc 17 et de la t te par rapport au fauteuil lors du cycle de propulsion Aussi la plupart des montages emp chent la rotation du fauteuil selon l axe des roues arri res causant la lev e de la roue avant wheely lors de la pouss e Il en r sulte une capacit accrue pour appliquer une force de propulsion sur les roues peu importe la position du centre de gravit des athl tes par rapport l axe des roues Plusieurs ergom tres rouleaux utilisent des rouleaux libres i e aucune force de r sistance n y est simul e La mod lisation des conditions externes comme la r sistance de roulement sur la piste et les forces a rodynamiques telles que d fini par Niesing et al 22 n y est donc pas respect e Devillard et al 23 ont par contre valid un ergom tre rouleaux permettant de recevoir les fauteuils de diff rents sports Figure 2 7 Il s agit d un ergom tre rouleaux quip de freins hyst r sis Ce frein permet donc de s
136. recte du fauteuil de l athl te F27 permet d valuer rapidement la performance d un athl te dans sa configuration d usage actuelle Il y a un gain de temps substantiel par rapport un fauteuil configurable car la reproduction exacte de l assise requiert une p riode minimale de mesure et de mise au point non n gligeable d une journ e L exp rimentation dans le fauteuil de l athl te sert donc de r f rence et nous pouvons facilement tester des l ments qui ne sont pas reli s la configuration du fauteuil comme les surfaces des gants Pour r pondre cette fonction un module de support pour fauteuil a t concu Figure 5 14 Constitu de profil s d aluminium extrud la colonne principale 1 et les longerons 2 s adaptent tous les types de fauteuils Le syst me retient le fauteuil par l axe reliant les roues avec l aide de colliers de serrage 3 Cette m thode de fixation permet de lib rer la rotation selon l axe des roues permettant ainsi l effet wheely F8 Le syst me rencontre les sp cifications S26 rampe d acc s S27 type d essieu et S39 masse associ es ce sous syst me 73 Figure 5 14 Support pour le fauteuil de l athl te Les composantes sont 1 la colonne principale 2 les longerons 3 les colliers de serrage 5 5 Structure du fauteuil configurable F42 Supporter l athl te dans un fauteuil configurable L utilisation d un fauteuil configurable m me s il n cessite
137. requis 26 1 48 0 1 37 pour podium Michel Filteau 0 0 1 4min T 54 4 1 Temps requis 1h22 pour podium La colonne lt Bonus gt indiquait une projection de m dailles suppl mentaires que le projet dans son ensemble pourrait apporter Le gain en performance n cessaire pour ce bonus de m dailles tait typiquement sous les 4 tel que pond r selon le potentiel d am lioration valu par M Laroche Ce gain de 4 tait donc la cible minimum atteindre par le biais du programme de recherche Sur la piste de la performance 1 1 2 Approche PERSEUS Les chercheurs du groupe PERSEUS estimaient qu une avenue d am lioration potentielle r sidait dans une combinaison optimale des param tres de configuration de l athl te et de son fauteuil selon la discipline Ils estimaient de plus que ce positionnement optimal n etait pas atteint par la plupart des athl tes canadiens Dans cette optimisation de la configuration de l quipement nous voyions deux approches permettant de maximiser les performances 1 maximiser le transfert de puissance de l athl te l quipement 2 minimiser les pertes d nergie Puisque beaucoup de travail avait d j t fait sur les pertes d nergie du c t des fabricants minimisation de l inertie qualit des 3 roulements etc nous estimions que le principal gain de performance se ferait via la maximisation du transfert de puissance La d marche de maximisation du transfert de pui
138. roits ni ne lib rez les chercheurs responsables Own The Podium OTP le Centre National Multisport de Montr al CNMM ou l tablissement de leur responsabilit civile et professionnelle IDENTIFICATION DES PERSONNES RESSOURCES Si vous avez des questions concernant le projet de recherche ou si vous prouvez un probleme que vous croyez reli votre participation au projet de recherche vous pouvez communiquer avec les chercheurs responsables aux num ros suivants 819 780 2220 poste 45308 C cile Smeesters ou 819 821 8000 poste 61346 Denis Rancourt Pour toute question concernant vos droits en tant que sujet participant ce projet de recherche ou si vous avez des plaintes ou des commentaires formuler vous pouvez communiquer avec le secr tariat du Comit d thique de la recherche du CSSS IUGS au 819 780 2220 poste 45320 SURVEILLANCE DES ASPECTS THIQUES DU PROJET DE RECHERCHE Le Comit d thique de la recherche du CSSS IUGS a approuv ce projet de recherche et en assure le suivi administratif De plus il approuvera au pr alable toute r vision et toute modification apport e au formulaire d information et de consentement et au protocole de recherche Initiales du sujet de recherche Page 6 de 8 Version 2 6 mars 2010 186 Formulaire d information et de consentement Sur la piste de la Performance CONSENTEMENT ENREGISTREMENT AUDIO VID O ET OU PRISE DE PHOTOGRAPHIES Il est possible que certaines s ances s
139. rs de performances montrent qu il n y a pas de diff rence statistique p gt 0 061 entre une preuve de 400m effectu e avec le fauteuil de l athl te et avec le fauteuil configurable Tableau 6 5 R sum des essais avec le fauteuil de l athl te versus configurable 400m mm Era Configurable 59 18 54 40 54 41 56 00 2 76 Configurable 28 43 30 83 30 81 30 02 1 38 Configurable 130 117 7 Configurable 12 25 13 59 12 62 12 82 6 5 Conclusion Pour toutes les s ries de tests les indicateurs affichent une similarit des r sultats C est donc dire qu il est possible de simuler les performances effectu es sur piste en laboratoire avec l ergom tre S1 3 Aussi le fauteuil configurable imite suffisamment bien le fauteuil de l athl te pour que les r sultats des preuves effectu es avec un ou l autre des fauteuils soient similaires 92 Il est maintenant possible d effectuer une tude exp rimentale du positionnement sur l ergom tre avec le fauteuil configurable En prenant en compte les deux tudes nous pouvons conclure que les r sultats seront transposables directement sur la piste condition d tre en mesure de fabriquer un fauteuil identique la configuration retenue avec le fauteuil configurable Par contre puisque l ergom tre ne peut simuler une courbe et est limit une trajectoire rectiligne l athl te n a pas g rer la direction du fauteuil L ergom tre n est donc pas un outil permet
140. rte dans le Chapitre 2 Elle couvrira entre autres les sp cificit s de la course en fauteuil roulant le groupe de sujets l ergom trie en fauteuil roulant les protocoles d essais de r f rence et l influence du positionnement sur la propulsion en fauteuil roulant de course e Effectuer des mesures pr liminaires permettant de d terminer l anthropom trie des athl tes et des fauteuils roulants de course les profils de vitesse sur piste et les forces efficaces de d placement Les mesures pr liminaires sont couvertes dans le Chapitre 3 Les mesures anthropom triques ont permis de d terminer les dimensions g n rales de l ergom tre et du fauteuil configurable et de s lectionner les composantes ajustables du fauteuil configurable Les profils de vitesse et les forces efficaces ont permis quant eux de s lectionner les sp cifications de l ergom tre afin qu il simule ad quatement les conditions de piste e D velopper un mod le th orique de la production de puissance d un athl te en fauteuil roulant afin de d terminer les param tres importants pour la simulation des conditions de piste Le Chapitre 3 inclut galement un mod le sur la production de puissance en fauteuil roulant de course Ce mod le est au c ur m me de la capacit de l ergom tre reproduire en laboratoire les conditions que l on retrouve lors d une course sur piste Il inclut des l ments tels que l inertie de l ensemble athl te fauteuil variable d
141. s During the Wingate Anaerobic Test International Journal of Sports Medicine 06 02 82 85 32 Foster C et Maud P 2008 Physiological Assessment of Human Fitness 2nd Edition Carl Foster Peter Maud http www humankinetics com products all products physiological assessment of human fitness 2nd edition 24 septembre 2012 100 33 Santos E L Novaes J S Reis V M et Giannella Neto A 2010 Low sampling rates bias outcomes from the Wingate test International Journal of Sports Medicine 31 11 784 789 34 Winter D A 1990 Biomechanics and Motor Control of Human Movement 2nd Edition 2nd Edition John Wiley amp Sons Canada Ltd 35 International Paralympic Committee 2011 IPC Athletics Classification Rules and Regulations 36 Fuss F K 2009 Influence of mass on the speed of wheelchair racing Sports Engineering 12 1 41 53 37 Gordon C C Churchill T Clauser C E Bradtmiller B et McConville J T 1989 Anthropometric Survey of U S Army Personnel Methods and Summary Statistics 1988 38 Spungen A M Wang J Pierson R N et Bauman W A 2000 Soft tissue body composition differences in monozygotic twins discordant for spinal cord injury Journal of Applied Physiology 88 4 1310 1315 39 Proulx D IMC 156 M thodologie de conception D partement de g nie m canique Universit de Sherbrooke 40 Langtange H P 2012 Finite difference methods for first order ODEs Cen
142. sai 1 sur ergometre Vmax 63 Vmax Vitesse km h paa 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Cte di Distance parcourue m istance Figure 6 1 Graphique de la vitesse en fonction de la distance parcourue pour l essai 1 du 100m sur l ergom tre Les lignes vertes montrent le calcul de la constante de distance partir des donn es filtr es 1Hz les lignes bleues les donn es brutes et le compte de pouss es et la ligne noire la vitesse maximale atteinte sur les donn es brutes 6 3 3 S quences La premi re tape du test consistait v rifier la similitude entre les r sultats obtenus sur la piste versus sur l ergom tre avec le fauteuil de piste de l athl te Figure 6 2 Pour cette tape des essais ont t faits sur trois jours Comme il est impossible de connaitre l avance la vitesse du vent l ext rieur les essais sur piste pr c daient toujours les essais en laboratoire pour pouvoir ainsi simuler les m mes conditions sur l ergom tre 83 Figure 6 2 Essais de validation sur piste versus sur ergom tre avec le fauteuil de l athl te La s quence d essais r p t e sur 3 jours tait la suivante 1 AM approximativement 11h sur la piste ext rieure de l Universit de Sherbrooke fauteuil de l athl te O O O O chauffement 15 min Mesurer les conditions de course ex vitesse du vent preuve 100 m moins de 1 minute Repos 15 min P riode d activation 2 a
143. ssance comporte trois volets 1 Optimisation du transfert de puissance par exp rimentation 2 Optimisation du transfert de puissance par mod lisation 3 Optimisation des p riph riques gants stabilit a rodynamisme etc D une part l optimisation des p riph riques est l objet du projet de maitrise de M Frangois Marcou D autre part l optimisation du transfert de puissance par exp rimentation et par mod lisation est l objet du projet de doctorat de Mme Genevi ve Masson Pour nous aider avec les prises de mesures sur le terrain et en laboratoire un ing nieur lectrique M Jean Philippe Pelland Leblanc fait galement un projet de maitrise sur l acquisition de donn es en fauteuil roulant de course Finalement puisqu il n y avait aucun ergom tre commercial qui pouvait r pondre ad quatement au volet d optimisation du transfert de puissance par exp rimentation le groupe PERSEUS a donn naissance ce projet de maitrise Conception et validation d un ergom tre incluant un fauteuil configurable pour la simulation et l valuation des performances de la course en fauteuil roulant Ce projet visait donc contribuer au volet d optimisation du transfert de puissance par exp rimentation via la conception d un ergom tre qui simulerait les conditions de course auxquelles les athl tes sont soumis sur le terrain De plus il devait inclure la conception d un fauteuil configurable qui permettrait d valuer l effet sur
144. ssard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Support bloc de roulement FRACTION t 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFIC ATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Aluminium 6061 T A R057 01 03 04 chelle 1 5 Feuile 1 de 1 5 4 3 2 l 141 nd s Qo PS en 1840 n d 1075 m d DEC COSME D oz 4 N O Q N I g _ 355 1355 _ E gt Dimensions en mm souf pouce Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Plancher motorisation FRACTION 0 5mm ANGULAIRE CINTRAGE t 2 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 300mm 3 CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 025mm MAT RIAU DIM DWG NO REV Panneau fibre de A ROS7 01 04 verre 1 4 po pais Echelle 1 20 Feuille 1 de 1 5 4 3 2 142 DESSIN Titre QTE 2 RO57 02 02 00 Ch ssis avant 5 4 3 143 Date Fait par 2013 02 05 Jean Luc Lessard ing SAUF INDICATION CONTRAIRE Titre DIMENSIONS SONT EN POUCES TOLERANCES Support rove avant FRACTION t 0 032 ANGULAIRE CINTRAGE DEUX CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 015 TROIS CHIFFRES SIGNIFICATIFS 0 001 MATERIAU DIM DWG NO REV A RO57 02 00 Echelle 1 10 Feuille 1 de 1 2 1 330 1600 144 Dimensions en mm sauf pouce Dot e 2013 0
145. sse de d placement 39 Figure 3 8 Positions d application de la force 1 point de contact au d but de la pouss e 2 force maximale 3 d sengagement la fin de la pouss e 40 Figure 3 9 Pourcentage de la force maximale en fonction de la 40 Figure 3 10 Profils de vitesse obtenus par mod lisation et par mesure exp rimentale GPS pour une course de ZOOM ansehen nalen 43 Figure 3 11 Force instantan e qu aura produire l unit de puissance en fonction du temps pour simuler r alistement les conditions de course d un 200m 44 ix Figure 3 12 Puissance nette d velopp e par l unit de puissance en fonction du temps obtenu par mod lisation d une preuve de 200m esee 44 Figure 4 1 Arbre fonctionnel pour la conception d un ergom tre et d un fauteuil configurable pour l valuation des performances en fauteuil roulant de course 50 Figure 5 1 Sch ma g n ral de l ergom tre et de ses sous syst mes 56 Figure 5 2 Ergom tre et fauteuil configurable montage actuel 37 Figure 5 3 Concept du syst me rouleaux asservis de l ergome tre 58 Figure 5 4 Sch ma d interaction des composantes du syst me rouleaux asservis de O 60 Figure 5 5
146. t Droite Gauche Position assis 107 108 ANNEXE B CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL ET NOTES LA CONCEPTION 109 110 Cahier des charges fonctionnel F amp Fonction S D finition Mesure Source NIC NDT d ing nierie Niveau Flexibilite Cat gorie des athl tes qui Lens auront acc s l ergom tre performance Cat gorie Classification 51 52 _ Fl athl tes en U SLT uns du 53 54 a SEA E EE Comit International Paralympique CIP Mesure GPS S1 2 Vitesse de Plage des vitesses atteintes Tachym tre 0 45km l EET Section 3 2 1 course en course v locim tre Mod lisation Section 3 4 Simuler r alistement les S1 3 conditions qui pr valent Ge SS Chapitre 6 3 courses validation sur la piste Simuler l imp dance m canique dans os diff rentes Uu gt 2 conditions d utilisation L athl te doit ressentir une 5 Plus petite Reproduire force de r action lorsqu il l inertie du Forces inertielles pousse quivalente ce Proc dure de m F6 U S6 is p ds 48kg 1kg cibl e 3 3 syst me athl te apparentes qu il ressent sur la piste validation Section 3 4 et fauteuil due l inertie de Chapitre 6 l ensemble athl te fauteuil ap Reproduire les Precision de la Pr cision de l estimation de P force Proc dure de Fuss 36 et F9 forces U S9 la f
147. tant d entrainer un athl te diriger pr cis ment son fauteuil D un autre cot l absence de fluctuation due aux erreurs de direction est un facteur de moins qui contribue la variation des performances et permet une meilleure r p tabilit facilitant l optimisation du positionnement de l athl te 93 94 CHAPITRE 7 CONCLUSION 7 1 tendue des travaux de recherche Suite la revue de litt rature Chapitre 2 les travaux de recherche ont d but par une campagne de mesures anthropom triques des athl tes et de leurs performances sur piste Chapitre 3 Rapidement un premier constat s impose la variabilit des handicaps des athl tes exige une adaptation tr s personnalis e de leur quipement Comme il n y a pas de guide de r f rence pour le positionnement chaque athl te utilise sa propre recette Les co ts lev s des modifications et les difficult s techniques pour modifier les fauteuils font en sorte que les athl tes exp rimentent tr s peu de configurations diff rentes La campagne de mesures pr liminaires Chapitre 3 m ne galement un deuxi me constat les mesures de performance sur la piste sont difficiles mettre en place car on ne ma trise pas les conditions ext rieures et la prise de mesure est beaucoup plus difficile et moins pr cise pour un fauteuil en mouvement Ce constat confirme la n cessit de concevoir l ergom tre et le fauteuil configurable Toujours dans une phase pr limina
148. ter for Biomedical Computing Simula Research Laboratory 41 Lu X et Khonsari M M 2005 On the Lift off Speed in Journal Bearings Tribology Letters 20 3 4 299 305 42 Giacomin J et Onesti C 1999 Effect of Frequency and Grip Force on the Perception of Steering Wheel Rotational Vibration p 17 19 101 102 ANNEXE A MESURES ANTRHOPOM TRIQUES 103 104 Mesures Optotrak x 13 Dessus t te 12 Acromion 11 Coude pycondyle ext 10 Ulnar styloid 9 m tacarpo phalangien 8 Majeur 7 Poitrine lat ral 6 Cr te iliaque 5 Grand trochanter 4 Condyle f moral 3 Mall ole 2 Talon 1 Orteil Droite Position couch e sur le dos main en pronation Gauche 105 10 Mesures Optotrak 2 4 Acromion 2 9 Poitrine 8 Abdomen 7 Grand tronchanter ha Certus 6 Haut cuisse 3 Ref poitrine 2 Bei abdomen 5 Condyle f moral 1 Ref banc 2 l Position assise 8 Acromion 4 Dessus roue 7 Grand tronchanter 6 Condyle f moral 5 Mall ole 3 Axe roue 2 Cerceau 1 Base roue 9 Axe roue Mesures gauche et droite x y 106 Mesures manuelles circonf rences 1 2 Sommet t te C7 11 Front 9 Bras aisselle 8 Mi bras 7 Coude 6 Avant bras 4 Poitrine 3 Taille 5 Poignet 2 Mi cuisse 1 Mi molle
149. ues de notre groupe de sujet et le cahier des charges fonctionnel pour la conception de l ergom tre et du fauteuil configurable 3 1 Mesures anthropom triques La premi re tape consistait obtenir un maximum d information sur les athl tes membres d Athl tisme Canada qui monteront potentiellement sur l ergom tre Les mesures anthropom triques des athl tes et de leurs fauteuils ont t recueillies 3 1 1 Objectif L objectif tait de relever les mesures anthropom triques des athl tes et de leur fauteuil respectif qui auraient le potentiel d influencer le cahier des charges fonctionnel pour la conception de l ergom tre et du fauteuil configurable 3 1 2 Participants Neuf athl tes ont particip la prise de mesures Sept athl tes masculins et deux athl tes f minines Le groupe inclut des athl tes lites et des athl tes en d veloppement Il s agit d un nombre limit de candidats mais qui demeure repr sentatif par rapport l ensemble des athl tes canadiens selon l entraineur car on retrouve Tableau 3 1 e Des athl tes des deux sexes hommes et femmes e Diff rentes sources d handicap parapl gique l sion m dullaire spina bifida poliomy lite amput e Trois cat gories de classification d handicap T52 T53 et T54 e Diff rents profils de comp titeurs interm diaire lite sprinteur longue distance Les donn es sont d nominalis es par souci de confidentialit 27 Tableau
150. ulant Lees et Arthur 30 proposent deux essais Un premier essai All out 30 secondes i e dont la consigne est de tout donner pendant une p riode de 30 secondes Ce test s apparente au test de Wingate bien connu dans le domaine sportif et qui sera expliqu dans le paragraphe suivant Lees propose galement un test de vitesse maximale sans r sistance o l athl te atteint typiquement son sommet en moins de 10 secondes Il conclut que ces deux essais ana robiques donnent des r sultats qui sont repr sentatifs des r sultats sur piste et qu ils peuvent tre utilis s pour diagnostiquer l volution de la performance d un athl te Le test de Wingate 31 sert d terminer la puissance ana robique maximale d un athl te Il utilise typiquement un v lo stationnaire comme ergom tre Monark Vansbro Su de La version populaire est le test de 30 secondes o une r sistance m canique de freinage bas e sur 21 le poids de l athl te force de r sistance poids de l athl te 0 075 est appliqu e sur la roue Apr s une p riode d chauffement l athl te doit p daler aussi rapidement que possible sans charge pendant 5 secondes La charge est alors appliqu e et l athl te doit continuer p daler pleine puissance pendant 30 secondes Selon Fauster et Maud 32 la r sistance optimale peut varier selon le groupe tudier La vitesse de la roue d inertie est enregistr e sur des intervalles de 1 5 secondes pour cal
151. un athl te l autre et les pertes d nergie a rodynamique et de roulement Etablir la liste des besoins la liste des fonctions et les sp cifications de l ergom tre et du fauteuil configurable Le Chapitre 4 couvre quant lui l analyse des besoins l analyse fonctionnelle et le cahier des charges fonctionnel de l ergom tre et du fauteuil configurable e S lectionner les concepts r pondants aux fonctions et sp cifications de l ergom tre et du fauteuil configurable Le Chapitre 5 pr sente les concepts retenus pour chacun des sous syst mes de l ergom tre et du fauteuil configurable afin de r pondre aux fonctions et sp cifications tablies pr c demment e Valider les performances de l ergom tre et du fauteuil configurable Finalement le Chapitre 6 couvre la validation de l ergom tre et du fauteuil configurable En particulier il confirme que les performances obtenues en laboratoire sur l ergom tre sont repr sentatives de celles obtenues sur la piste Il confirme aussi que les performances obtenues sur l ergom tre avec le fauteuil configurable sont repr sentatives de celles obtenues sur l ergom tre avec un r el fauteuil roulant de course 1 4 Contributions originales Dans la litt rature Masse et al 1 indiquent clairement que le positionnement affecte les performances des athl tes mais que des recherches venir devront d finir la fa on de trouver la meilleure position selon chaque individu Nos
152. us dans votre int r t si vous ne respectez pas les consignes du projet de recherche ou s il existe des raisons administratives d abandonner le projet de recherche Si vous vous retirez ou si vous tes retir e du projet de recherche l information d j obtenue dans le cadre de ce projet de recherche sera conserv e aussi longtemps que n cessaire pour assurer votre s curit et celles des autres sujets de recherche et rencontrer les exigences Toute nouvelle connaissance acquise durant le d roulement du projet de recherche qui pourrait affecter votre d cision de continuer d y participer vous sera communiqu e sans d lai verbalement et par crit Initiales du sujet de recherche Page 4 de 8 Version 2 6 mars 2010 184 Formulaire d information et de consentement Sur la piste de la Performance CONFIDENTIALIT Durant votre participation ce projet de recherche les chercheurs responsables ainsi que son personnel recueilleront et consigneront dans un dossier de recherche les renseignements vous concernant Seuls les renseignements n cessaires pour r pondre aux objectifs scientifiques de ce projet de recherche seront recueillis Ces renseignements comprendront les informations et les r sultats de tous les tests examens et proc dures que vous aurez subir durant ce projet de recherche Votre dossier peut aussi comprendre d autres renseignements tels que votre nom votre sexe votre date de naissance et votre adresse Tous

conception et validation d`un ergomètre, incluant un fauteuil

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