Concours CPGE 2026 - Banque PT - Épreuve de Sciences Industrielles A - Exosquelette d’assistance du poignet

L'industrie de la boucherie est un secteur fortement touché par les TMS, en particulier les travailleurs de la découpe de viande. La découpe et le désossage nécessitent des gestes précis, répétitifs et pénibles qui ne peuvent être automatisés. Ces actions entraînent des exigences particulièrement élevées en termes d'effort du poignet, ce qui est corroboré par la forte prévalence des TMS du poignet chez ces travailleurs. Les interventions ergonomiques classiques sont insuffisantes dans ce cas pour permettre une diminution significative des contraintes biomécaniques subies par l'opérateur. Un moyen de diminuer les contraintes subies est d'assister l'opérateur dans son travail. Ainsi, un exosquelette assistant les mouvements du poignet pourrait permettre de réduire les efforts nécessaires à la réalisation de tâches de découpe.

Partie A - Étude mécanique de l'ensemble main, poignet et avant-bras lors d'un travail de découpe

Objectif : Définir et quantifier le couple d’assistance que doit fournir l’exosquelette au niveau de la déviation radio-ulnaire pour une tâche de découpe représentative de l’activité de l’opérateur

A.1 Anatomie du bras

A.1.1 Simplifications anatomiques

A.1.2 Paramétrage de l'ensemble {avant-bras, poignet, main}

A.2 Étude du couple de déviation radio-ulnaire lors d'un travail de découpe

Partie B - Étude de la configuration mécanique de l'exosquelette

Objectif : Déterminer les conditions cinématiques permettant de rendre compatible le mouvement du bras avec celui de l’exosquelette

B.1 Composition de l'exosquelette

B.1.1 Description des pièces mécaniques

B.1.2 Paramétrages de la main et de l'exosquelette

B.2 Réglage de l'orthèse par rapport au bras de l'opérateur

B.2.1 Hypothèse d'un encastrement main/gant et avant-bras/brassard

B.2.2 Recherche d'un modèle isostatique

B.3 Étude des longueurs des muscles lors de l'orientation du gant vis-à-vis du brassard

B.3.1 Points d'ancrage des actionneurs pneumatiques

B.3.2 Loi entrée-sortie lors d'un mouvement de flexion-extension

B.3.3 Loi entrée-sortie dans le cas général

B.3.4 Méthodes numériques

Partie C - Étude de l'actionnement mécanique d'une articulation

Objectif : Déterminer le couple d’assistance fourni par l’exosquelette à l’opérateur, en fonction de la plage angulaire de travail. Déterminer le modèle dynamique d’une articulation actionnée par des muscles antagonistes

C.1 Caractérisation des actionneurs

C.2 Modèle dynamique de l'actionnement musculaire

Partie D - Étude de l'asservissement des mouvements de déviation radio-ulnaire

Objectif : Établir une régulation en effort lors des mouvements de déviation radio-ulnaire

D.1 Chaîne fonctionnelle de l'asservissement d'effort

D.2 Asservissement d'effort lors d'un mouvement de déviation radio-ulnaire

D.2.1 Structure de l'asservissement

D.2.2 Modélisation de l'asservissement du mouvement de déviation radio-ulnaire

D.2.2.1 Modélisation du manodétendeur

D.2.2.2 Modélisation de l'interface main/gant

D.2.3 Performances de l'asservissement en effort

D.2.3.1 Cas de la correction proportionnelle

D.2.3.2 Cas de la correction proportionnelle intégrale

D.2.3.3 Cas d'une correction PIDf

Partie E - Étude du groupe pneumatique

Objectif : Valider les performances de la source d’énergie pneumatique

E.1 Structure du groupe pneumatique

E.2 Étude du compresseur

Le sujet et le corrigé de cette épreuve sont également disponibles sur le site de l’UPSTI (Union des Professeurs de Sciences et Techniques Industrielles) :

https://www.upsti.fr/espace-etudiants/annales-de-concours