Mobilité Sans Limites : Moteurs Pour Membres Prothétiques

Les membres prothétiques ont toujours été des appendices fixes offrant à leurs porteurs des mouvements limités ou inexistants. Bien que les prothèses actuelles soient fabriquées à partir de matériaux de haute technologie, ces prothèses passives, comme leurs prédécesseurs en bois, ne permettent toujours pas aux utilisateurs de se déplacer avec une démarche normale.

Cependant, de nouvelles chevilles et de nouveaux genoux prothétiques contrôlés par microprocesseur tirent parti de la technologie des moteurs miniatures à courant continu pour donner aux utilisateurs la possibilité de marcher d'une manière très proche du mouvement naturel. Ces prothèses actives offrent aux personnes amputées une mobilité, une sécurité et un confort accrus.

LES SYSTÈMES ACTIFS PERMETTENT UNE LOCOMOTION STABLE ET EFFICACE

Les tendons et les muscles constituent le système d'amortissement naturel du corps. À chaque pas qu'une personne fait, ils adaptent le mouvement de ses membres pour un déplacement correct. Cette opération est effectuée rapidement et automatiquement par le corps, en fonction du poids de la personne, de son équilibre et du type de mouvement, comme la course ou l'escalade. Les systèmes de prothèses passives sont incapables de reproduire la même sensation naturelle, de sorte que les personnes amputées se fatiguent rapidement lorsqu'elles marchent et éprouvent des difficultés à maintenir une routine quotidienne normale.

Les systèmes actifs offrent une meilleure option. Équipées d'un microprocesseur intelligent, les prothèses actives offrent des caractéristiques technologiques avancées telles qu'une stabilité accrue et une meilleure conscience de la situation. Ces prothèses de genoux ou de chevilles intelligentes permettent aux marcheurs de se déplacer sur de nombreux terrains différents, voire difficiles, avec stabilité et efficacité, quelle que soit leur vitesse. Les systèmes actifs peuvent également intégrer la technologie de charge par induction pour éliminer le besoin de câbles, et leur construction durable permet un fonctionnement fiable jusqu'à 5 000 heures ou deux ans. Résultat : une plus grande commodité et facilité d'utilisation pour le porteur.

CONCEPTIONS TYPIQUES DE SYSTÈMES DE PROTHÈSES ACTIVES

Les prothèses actives sont beaucoup plus complexes que les dispositifs passifs. En plus du microprocesseur, elles intègrent généralement des composants mécaniques et électriques, notamment un moteur, un système d'amortissement et une batterie, couplés à l'interface du membre pour obtenir une démarche plus naturelle.

Le microprocesseur reçoit des données en direct sur la phase de mouvement à partir de capteurs d'angle et de pression haute résolution. À partir de ces informations, il adapte le mécanisme d'amortissement hydraulique, qui utilise un moteur miniature à courant continu haute performance pour ajuster mécaniquement et en temps réel la force des ressorts d'amortissement. La conception de prothèses actives du genou et de la cheville nécessite un système de mouvement miniature offrant les caractéristiques suivantes :

Taille et poids réduits pour le confort de l'utilisateur final et un mouvement plus équilibré
Faible inertie pour une réponse rapide
Capteur de retour d'information
Fonctionnement peu bruyant
Résistance aux chocs et aux vibrations
Durée de vie d'environ 5 000 heures (ou deux ans)

Malgré leur complexité, les jambes et les pieds prothétiques doivent également être économiques afin qu'un maximum de personnes amputées puissent les utiliser. Pour répondre à tous ces besoins, les prothèses actives intègrent généralement un système de mouvement comprenant un moteur à courant continu, un réducteur et un codeur.

LES MOTEURS À COURANT CONTINU À BALAIS SANS FER OFFRENT DES PERFORMANCES ÉLEVÉES DANS UN FORMAT COMPACT

Bien qu'un moteur à courant continu à balais à noyau de fer puisse être un choix économique pour cette application, la technologie de moteur à courant continu à balais sans fer avec commutation en métal précieux peut offrir les mêmes performances dans un format plus petit et plus léger. Avantages des moteurs à courant continu à balais pour les prothèses actives :

Une conception compacte. Un moteur petit et léger rend le membre prothétique plus confortable pour le porteur. Les moteurs à courant continu à balais sans fer sont disponibles dans des tailles jusqu'à 30 % plus petites que leurs homologues à noyau de fer.
Une rotation fluide. Sans l'effet de cogging typique des moteurs à noyau de fer, les moteurs à courant continu à balais sans fer fonctionnent de manière fluide et silencieuse tout en offrant à l'utilisateur un meilleur contrôle.
Une intégration aisée. Les moteurs à courant continu à balais sans fer peuvent être combinés avec un réducteur et un codeur, créant ainsi un ensemble plus compact qui peut facilement s'insérer dans l'espace requis.
Une efficacité accrue du système. Les utilisateurs de prothèses actives ne veulent pas recharger leurs appareils au cours de leur journée. Grâce à leur faible consommation de courant et à l'absence de pertes fer, les moteurs à courant continu à balais sans fer fonctionnent une journée entière sur une charge de batterie pour éviter ce désagrément.
Une construction robuste. Ces moteurs permettent aux membres prothétiques actifs de résister aux chocs et aux vibrations lors de leur utilisation quotidienne.

Les concepteurs de systèmes de prothèses actives peuvent tirer parti de ces avantages grâce à la solution économique de Portescap, composée du moteur à courant continu à balais sans fer 13N combiné à un réducteur R13 et un codeur magnétique. Le moteur 13N offre un couple continu allant jusqu'à 3,3 mNm, et le réducteur fournit un couple de crête pouvant aller jusqu'à 0,5 Nm. La technologie de moteur sans fer, associée au réducteur planétaire, présente une densité de puissance exceptionnelle pour sa taille miniature de 13 mm de diamètre et un rendement élevé de 75 % afin de prolonger la charge de la batterie pour un fonctionnement plus long.

Il est également durable. Le moteur miniature à courant continu 13N est doté d'un corps tubulaire en métal usiné, d'un système de commutation robuste pour une durée de vie prolongée et d'un réducteur entièrement métallique, plus durable que les options en plastique. Le codeur magnétique intégré offre une meilleure résistance aux conditions difficiles qu'une version optique. En outre, cette solution peut fonctionner sur une large plage de températures allant de -15 à +85 °C et peut supporter les chocs et les vibrations liés à une utilisation quotidienne. Les roulements haute performance et le fonctionnement fluide à faible vitesse réduisent considérablement le bruit, ce qui fait de cette solution un choix idéal pour les prothèses avancées.

Lors de la sélection d'une combinaison moteur-réducteur-codeur pour votre application de membre prothétique, veillez à travailler en étroite collaboration avec le fabricant de votre moteur miniature. Non seulement il vous suggérera le meilleur moteur pour répondre à vos exigences en matière de couple, mais adaptera également votre moteur à vos besoins avec des fils conducteurs, des diamètres et des longueurs d'arbre de sortie, des fixations d'arbre personnalisés, ainsi que des bobines modifiées et des boîtiers spéciaux.

RÉSOUDRE LES PROBLÈMES DE MOBILITÉ DES PERSONNES AMPUTÉES

Les moteurs et les produits de mouvement de Portescap offrent une combinaison idéale de compacité, de réduction de bruit et de poids, de densité de puissance élevée, d'efficacité, de fiabilité et de coût qui permet aux fabricants de prothèses de développer des genoux et des chevilles innovants équipés de microprocesseurs. Les avantages d'un dispositif de mouvement reposant sur la technologie des moteurs à courant continu à balais sans fer, combinés à la charge par induction simple et sûre et à la construction robuste d'une prothèse active, atténuent les nombreuses difficultés auxquelles les personnes amputées sont confrontées avec les prothèses traditionnelles et contribuent à une meilleure qualité de vie.

CONTACTER UN INGÉNIEUR

Figure 2. Le moteur à courant continu à balais sans fer 13N de Portescap (à gauche), associé au réducteur planétaire R13 (à droite), offre une densité de puissance et une efficacité élevées afin de prolonger le fonctionnement de la batterie pour les membres prothétiques actifs.
Figure 3. Un moteur à courant continu à balais sans fer, un réducteur et un codeur magnétique constituent une solution durable et compacte qui peut facilement s'intégrer à la prothèse.