Exosquelette Mécanique

Exosquelette mécanique

Exosquelette Mécanique

Les troubles musculosquelettiques (TMS) apparaissent très fréquemment au travail et il est nécessaire de les prévenir pour empêcher des lésions parfois irréversibles au travailleur. La manutention et notamment le maintien de charges lourdes en position statique est à l’origine d’un certain nombre de ces TMS. L’objectif du stage était de concevoir un mécanisme d’exosquelette qui interviendrait lors de cette phase pour faciliter le travail des manutentionnaires et diminuer le risque de TMS. Elisa, désormais ingénieur en conception mécanique chez MECAGINE, nous présente son travail.

Pourquoi concevoir un exosquelette 100% mécanique ?

Ma mission découle de l’observation de l’augmentation du nombre de troubles musculosquelettiques diagnostiqués dans le monde du travail ces 50 dernières années. Ces troubles sont dus à des contraintes biomécaniques provoquées par des efforts intenses ou répétés. Certaines contraintes biomécaniques, à l’origine des TMS, peuvent être limitées par les exosquelettes, c’est pourquoi le marché mondial des exosquelettes a fortement augmenté ces dernières années et devrait poursuivre sa croissance.

MECAGINE étant positionné sur le marché de la mécanique de pointe, il était intéressant d’enrichir ses connaissances sur ce milieu innovant. J’ai ainsi été chargée de concevoir un exosquelette permettant à l’utilisateur de maintenir une charge en l’air.

Les TMS sont l’ensemble des affections qui peuvent toucher les muscles, les tendons, les os ou les nerfs à la suite d’efforts trop importants ou répétés. Une grande partie des TMS observés chez les travailleurs sont localisées dans les membres supérieurs, notamment au niveau des poignets, du dos et des épaules. Nous avons donc décidé que l’exosquelette agirait sur les membres supérieurs.

L’activité de manutention est l’une des activités provoquant le plus de TMS chez les travailleurs puisqu’elle implique à la fois un effort intense et soutenu tout le long du transport de la charge. Il existe déjà de nombreux exosquelettes sur le marché qui agissent sur la phase de pose et de dépose de la charge mais ceux permettant de la maintenir en l’air sans nécessiter de réglages spécifiques sont peu nombreux.

Pour se démarquer de ces exosquelettes, le nôtre n’a donc pas pour but d’aider l’utilisateur à soulever la charge mais seulement à la maintenir en l’air une fois soulevée sans fournir d’efforts supplémentaires. Notre exosquelette devait permettre de maintenir des charges de masses différentes sans réglages intermédiaires. De plus pour se démarquer encore davantage des produits existants et limiter le poids du système, nous avons fait le choix d’un exosquelette entièrement mécanique.

Présentation du stage :

Mon stage était divisé en quatre phases.

Une phase de pré-études durant laquelle j’ai précisé le besoin à l’aide d’un état de l’art et recherché différentes solutions pour y répondre par un brainstorming et des matrices de comparaison. Le choix a été fait de prototyper une solution par adhérence, car elle présente les avantages d’être compacte, simple, de permettre de nombreux états de fonctionnement et de limiter les à-coups et jeux perçus par l’utilisateur.

Une phase de design préliminaire durant laquelle une première version de la solution de frein a été conçue, prototypée et validée.

Une phase de design définitif durant laquelle la solution de frein a été optimisée et la structure générale du reste du prototype conçue.

Et enfin une phase de prototypage durant laquelle les différentes parties du prototype ont été fabriquées.

Durant toute la durée du stage, un point hebdomadaire avec Nathan, le responsable technique de MECAGINE, permettait d’échanger quant aux différents choix techniques et de valider les avancées du projet.

Le prototype :

J’ai réalisé un prototype d’exosquelette permettant de bloquer le mouvement de flexion extension du coude lors du port d’une charge allant jusqu’à vingt-cinq kilogrammes.

L’ensemble des pièces de la structure ont été réalisées en impression 3D par dépôt de matière. Le plastique utilisé est du PETG car il permet une impression facile et il a de meilleures caractéristiques mécaniques que le PLA (matière plastique d’origine végétale). Cette méthode de réalisation permet d’avoir des pièces à géométrie complexe mais légères et peu coûteuses.

Les pièces du système de frein ont été usinées masse dans de l’acier 100Cr6. Cet acier présente une bonne résistance à l’usure et à la fatigue et il se déforme peu après une trempe. Puis les pièces ont été trempées pour avoir une dureté superficielle de 62-63HRC. Ce type de trempe est souvent utilisé pour les roulements et permet donc à notre système d’être moins susceptible de se déformer et de s’user et ainsi de limiter les jeux.

Ce projet était très complet et m’a permis d’expérimenter toutes les étapes de conception d’un produit innovant. J’ai ainsi pu appliquer les différentes techniques vues lors de mon cursus à Grenoble INP en apprenant à les adapter au monde professionnel, ce qui était très formateur.

Je suis contente de continuer chez MECAGINE où il me sera possible de travailler sur des projets variés et ainsi de continuer à expérimenter et à acquérir de nouvelles compétences.