Author: Pierre Maillet
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Languages : fr
Pages : 336

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De nombreuses procédures chirurgicales en orthopédie, neurochirurgie, maxillo-facial ou ORL sont confrontées de façon récurrente à l'exigence de fraiser, aléser, percer ou encore couper des tissus osseux avec précision. Ces interventions sont traditionnellement effectuées à l'aide d'instruments motorisés qui sont positionnés, dirigés et maintenus par le chirurgien. La précision avec laquelle la cavité osseuse est réalisée, ainsi que la qualité des états de surface obtenus, sont par conséquent dépendantes de la dextérité du chirurgien. Ce manuscrit présente les travaux de développement d'un robot pour la chirurgie orthopédique et une méthodologie pour sa mise en oeuvre. Après avoir défini les contraintes chirurgicales liées à ce type de chirurgie et les solutions existantes pour assister le geste des chirurgiens, le dispositif BRIGIT (Bone Resection Instrument Guidance by Intelligent tool) est présenté en détail. Son architecture matérielle et logicielle, ses performances ainsi qu'une technique chirurgicale pour la pose de prothèse de genou sont décrites. La dernière partie est consacrée à la recherche du placement optimal du BRIGIT par rapport au patient. Deux méthodes de recherche sont proposées, l'une fournissant des solutions ponctuelles, l'autre calculant un espace de solutions.

Author: Fabrice Bazile
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Languages : fr
Pages : 174

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La pose de PTG est une chirurgie devenue très précise et très sûre. Cependant, le taux de complications et de reprises demeure conséquent. Ces complications sont liées dans la quasi-totalité des cas à un mauvais positionnement des implants. Aujourd'hui, les ancillaires classiques semblent être arrivés à leur limite et ne permettent plus une amélioration de la pose. Les erreurs de positionnement semblent être inhérentes à ces outils : prédétermination de certains angles alors que chaque genou est unique. Dans ces conditions, l'utilisation d'un robot chirurgical semble être une évolution majeure. En effet, la procédure passe par l'acquisition d'un scanner préopératoire autorisant la représentation tridimensionnelle de l'articulation. Ces images transférées à une station de travail (ORTHODOC®) permettent le positionnement optimisé des implants par le chirurgien. Ces informations transmises au robot (ROBODOC®), celui-ci va pratiquer des coupes optimisées. Dans cet exposé, l'auteur étudie de façon rétrospective 9 cas afin d'évaluer le résultat clinique et compare les résultats radiologiques à ce qui avait été prévu lors de la planification. Il en ressort que les résultats sont très satisfaisants, comparables voire supérieurs à ce qui est retrouvé dans la littérature et que le robot a une précision extrême, de l'ordre de 0,4 mm, ce qui est supérieur à n'importe quelle méthode actuelle. La technique robotisée permet donc une pose réellement optimisée. Cette optimisation semble s'accompagner d'amélioration fonctionnelle avec les limites de l'étude et devrait permettre un allongement de la survie des PTG. Cela reste cependant à prouver par des travaux ultérieurs. Ce système reste bien évidemment perfectible et évolutif. Il est prévu d'être couplé à la navigation. Il ne prend pas pour l'instant le paramètre de la balance ligamentaire. Cependant, cette avancée technologique a comme corollaire des inconvénients majeurs que nous avons essayé de mettre en évidence : lourdeur de la logistique, complexité de la procédure, allongement du temps opératoire, formation continue des acteurs et surtout coût prohibitif de la maintenance du système avec dépendance totale d'une société outre atlantique. Ce dernier point soulève l'intégration de ce système dans un budget hospitalier et dans un climat d'économie de santé particulièrement délicat. Pour cette raison, le développement d'une telle machine ne semble devoir être développé à l'avenir que dans le cadre d'un budget spécifique. Il sera démontré par ailleurs que le niveau conceptuel français en matière de robotique chirurgicale est un des plus élevé au monde mais qu'il reste aux industriels français et européens d'investir à hauteur des enjeux.

Author: Laurent Fryziel
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Languages : fr
Pages : 0

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Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l 'étude d'un micro-robot destiné à la mise en oeuvre d'une technique de chirurgie mini-invasive pour le traitement des anévrismes de l'artère aorte abdominale. Ce micro-robot placé à l'extrémité d'un cathéter, rendant ce dernier actif, permettra la navigation à l'intérieur de l'artère en évitant les contacts avec les parois de celle-ci. Le système sera destiné à l'apprentissage du geste chirurgical et à l'assistance du chirurgienpendant l'opération. De par sa structure et ses propriétés physiques, le micro-robot, pouvantêtre composé de plusieurs modules élémentaires, entre dans la catégorie des robots continuum. Dans notre étude, un module élémentaire est considéré comme étant un robot parallèle. Lesmodèles géométriques et cinématiques inverses ont alors été établis en utilisant les techniques dela robotique parallèle. L'approche de modélisation proposée permet de faire ressortir explicitement du modèle les paramètres géométriques du micro-robot. Une étude sur l'identificationde ces paramètres a été effectuée par le calibrage du modèle géométrique inverse. Des résultatsde simulation sont présentés validant d'une part les modèles développés et d'autre part la méthode de calibrage proposée. Afin de mettre nos modèles en situation, nous avons développé unsimulateur tridimensionnel intégrant le modèle d'un segment de l'artère, le modèle du micro-robotet un syntaxeur à retour de force. La mise en place d'une navigation active, planifiée etguidée dans ce simulateur permet de contraindre les gestes du chirurgien lors de la navigation du micro-robot à l'intérieur de l'artère.

Author: Bérengère Bardou
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Languages : fr
Pages : 134

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Les années 2000 ont vu l'apparition d'une nouvelle approche chirurgicale par les voies naturelles et donc sans cicatrice visible. Cette technique prometteuse s'est rapidement heurtée aux limites du matériel médical à disposition. En effet, les premières opérations de ce type ont été réalisées avec un endoscope flexible traditionnel issu de la gastroentérologie. Le manque de degrés de liberté, l' absence de triangulation entre les instruments, les difficultés de manipulation sont autant de freins au développement de cette nouvelle technique. La première partie de la thèse présente le prototype endoscopique qui, grâce à l'ajout de bras articulés de part et d'autre de la tête de l'endoscope, offre davantage de degrés de liberté et la triangulation souhaitée par les chirurgiens. En contrepartie, le système a été complexifié et certains problèmes liés à sa manipulation ont été accentués. Une solution robotique, sous la forme maître/esclave, a été mise en place pour permettre à un seul chirurgien de télémanipuler le robot esclave depuis l'interface maître. La combinaison des mouvements articulaires nécessaires à la réalisation de la tâche est calculée par ordinateur à l' aide des modèles géométrique et cinématique. Bien que représentatifs du comportement général du robot, les modèles établis ne permettent pas de tenir compte des non-linéarités inhérentes à la transmission mécanique par câbles utilisée pour commander le système. A défaut de pouvoir mettre en œuvre une solution mécanique, une compensation logicielle, basée sur une mesure externe, a permis d'améliorer le comportement du système.

Author: Omar Al Assad
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Languages : en
Pages : 185

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This PhD thesis deals with the problem of the modeling and the control of poly-articulated robots used for medical imaging systems. The methodologies of modeling and the control issues are considered particularly in the case of the vibration reduction. This work proposes a bottom-up approach, where a monoaxis robot case a studied in order to address the theoretical issues and understand the solutions’ impact. Then, the concept is extended to cover the multiaxis robot case. The proposed modeling approach consists of modeling the robot gantry as well as the drive chains. Besides, modeling the drive chain irreversibilities and the structural and the structural flexibilities was considered so as to create a complete simulation environment of the medical robot. The developed robot models formed the base for the control laws development and validation. The study focused on the trajectories generation, the anticipation action, and the controller design. A considerable part of this work dedicated to the experimental validation of the elaborated models as well as the control laws validation.

Author: Mahmoud Almasri
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Languages : fr
Pages : 0

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La robotique occupe une place grandissante dans des secteurs très variés allant de l'agriculture à l'industrie. Son développement s'est vu favorisé par l'intérêt pour l'Homme de disposer d'entités autonomes capables de l'aider pour la réalisation d'actions difficiles voire impossibles, soit de par leur pénibilité, soit de par leur dangerosité. La robotique mobile, l'une des filières de la robotique, poursuit cet objectif grâce aux avancées technologiques et scientifiques dans des domaines tels que la mécanique, l'électronique, l'automatique et l'informatique. Ces robots évoluent de manière autonome dans des environnements complexes et sur de longues durées. Leurs algorithmes garantissent une certaine robustesse face à des situations prévues. Cependant, dans certaines situations (dysfonctionnement d'un composant physique du robot, absence d'un signal GPS dans le cadre d'une tâche de suivi de trajectoire, ...), l'apparition d'un défaut rendra impossible la tâche qui incombait au robot.Afin d'éviter ce type de situation, le diagnostic en temps réel des défauts d'un robot intégrant dans sa boucle de détection comme de proposition de solutions un opérateur humain apparait être une solution possible et potentiellement efficace.Les travaux décrits dans ce mémoire visent cet objectif. Ils proposent, d'une part, un système de supervision du diagnostic de défauts d'un robot mobile et, d'autre part, un ensemble d'outils de modélisation, de paramétrage et d'adaptation des méthodes de diagnostic aux défauts potentiels d'un robot.La première partie des contributions est composée de deux modules. Le premier module présente une méthode hybride de diagnostic mettant en œuvre plusieurs approches et types d'approche de diagnostic de défauts. Cette méthode permet de diagnostiquer une liste définie de défauts en temps réel. Le second décrit un module d'interaction homme/robot permettant l'intégration de l'opérateur dans la boucle de diagnostic en proposant/validant des solutions mais aussi en corrigeant, si nécessaire, les décisions prises par la méthode hybride proposée. Ce module intègre une base de connaissances et un système de raisonnement à partir de cas permettant de conserver l'historique des décisions prises par l'opérateur, considéré expert, afin d'améliorer sa performance en continu.La deuxième partie détaille la démarche amont et hors ligne de la mise en œuvre de la méthode hybride de diagnostic. Cette démarche comprend les étapes de caractérisation des défauts considérés, de définition et d'adaptation des méthodes de diagnostic capables de diagnostiquer les défauts identifiés. Cette adaptation consiste à définir les modèles, à paramétrer les méthodes et, dans certains cas, à recueillir des données d'entraînement.Du point de vue expérimental, les développements théoriques sont validés sur des données issues d'un robot réel sans train directeur et de simulations.Littérairement, ce mémoire détaille ces travaux en cinq chapitres. Le premier chapitre introduit le contexte de la thèse. Le second définit la problématique, les hypothèses proposées et décrit l'état de la littérature sur les méthodes de diagnostic de défauts. Les développements théoriques portant sur le système de supervision du diagnostic de défauts robot et sur les outils aboutissant à son paramétrage sont décrits dans les deux chapitres qui suivent.Les résultats de la mise en œuvre des développements théoriques en simulation et sur un cas réel de robot sont montrés et discutés dans le cinquième chapitre.Enfin, une conclusion et les perspectives envisageables de ces travaux sont présentées.

Author: Clément Larose
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Languages : fr
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Depuis les années 2000, la chirurgie robotique est devenue une technique chirurgicale qui se développe dans de nombreux centres à travers le monde. En parallèle de cette ère d'innovation, et comme toutes nouvelles technologies, la question d'une formation se pose. L'évolution de notre société accompagnée de sa judiciarisation croissante, nous incite à acquérir une formation initiale de qualité et une évaluation des compétences qui prendrait la forme d'une certification ou d'un diplôme. MÉTHODE : Recherche dans PubMed les rubriques éthique, bioéthique, robotique, entraînement et chirurgie. RÉSULTATS : 49 articles ont été sélectionnés pour élaborer une réflexion sur la robotique, en insistant sur son impact dans la santé en abordant les questions éthiques entourant la formation et l'utilisation de robot en chirurgie. La chirurgie robotique et son développement doivent intégrer les principes éthiques de bienfaisance, non malfaisance, d'autonomie et de justice en prenant compte des défis de demain que sont l'expérimentation animale et l'intelligence artificielle. CONCLUSION : La chirurgie robotique est une réalité dans de nombreux établissements, ce qui rend indispensable la réflexion éthique sur la nécessité d'instaurer une formation initiale de qualité et une certification des compétences du chirurgien pour la sécurité des patients.

Author: Zhou Zhou (Auteur de Design and analysis of a novel kinematically redundant parallel robot with all actuators located at the base)
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Category : Parallel kinematic machines
Languages : en
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Cette thèse propose et analyse un nouveau robot parallèle cinématiquement redondant (KRP) avec tous les actionneurs situés à la base. La structure de base du robot provient de travaux antérieurs, c'est-à-dire que trois jambes avec 3 degrés de liberté (ddls) chacune sont attachées à la plate-forme mobile par trois liaisons redondantes, ce qui donne un robot KRP avec (6+3) degrés de liberté. Cette thèse se concentre sur quatre thèmes. Tout d'abord, un nouveau robot parallèle à 3 ddls utilisé comme jambe du robot KRP est proposé, et tous les actionneurs sont situés à la base afin de réduire l'inertie des parties mobiles. De plus, les actionneurs sont placés près les uns des autres pour minimiser l'encombrement et produire un espace de travail relativement grand. Les problèmes cinématiques tels que la modélisation cinématique, le problème inverse/direct, l'analyse des singularités et l'espace de travail sont analysés en détail. En outre, pour simplifier l'analyse de l'espace de travail et agrandir l'espace de travail, une conception améliorée du robot à 3 ddls est proposée. L'établissement de modèles dynamiques pour les robots parallèles est un défi en raison des relations complexes entre les vitesses et les forces induites par leur structure en boucle fermée. Cette thèse propose plusieurs méthodes de modélisation simplifiées pour les robots parallèles. Le premier type est dérivé de l'approche lagrangienne et l'idée centrale est de réduire la complexité des expressions représentant l'énergie pour le robot. Par conséquent, ces méthodes ont une bonne généralité et sont disponibles pour divers robots parallèles. Cependant, pour certains robots parallèles (par exemple, le robot à 3 ddls proposé), même en utilisant la méthode simplifiée, les calculs d'énergie sont légèrement complexes. Compte tenu de cela, une autre méthode de modélisation simplifiée basée sur l'approche de Newton-Euler est proposée et analysée. Étant donné que le nouveau robot KRP a une structure similaire à celle des robots KRP précédents, la plupart des méthodes analysées dans les travaux précédents peuvent être directement utilisées. Par conséquent, cette thèse ne résout que brièvement le problème inverse/direct, explique la singularité du point de vue de la force, donne le modèle dynamique et montre la structure et le modèle CAO du prototype du nouveau robot KRP. Enfin, cette thèse propose une méthode générale de contrôle de préhension par laquelle le robot KRP peut faire fonctionner à distance une pince pour générer les forces de préhension requises tout en déplaçant la plate-forme, toutes les actions étant pilotées par les mêmes actionneurs. Le modèle de contrôle de préhension se compose d'un modèle de contrôle du mouvement des jambes et d'un modèle de contrôle de la force des jambes, où la force de préhension peut être contrôlée indépendamment. En conséquence, le modèle de contrôle en force utilise un contrôleur en boucle ouverte, simple à mettre en œuvre et efficace.

Author: Carole Martin
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Depuis son apparition la robotique chirurgicale s'avère bénéfique pour les patients et pour les praticiens car elle améliore la qualité des opérations. Ces travaux de thèse portent sur la conception, la modélisation et la planification de mouvements d'un système robotique destiné à réséquer une tumeur cérébrale. La définition des contraintes liées à la tâche de résection de tumeur (adaptabilité aux différentes formes de tumeurs et espace de travail restreint et évolutif) met en évidence la problématique liée à la conception du robot et à sa stratégie de résection. La conception modulaire retenue utilise des câbles et dispose de sept degrés de liberté. Une modélisation géométrique de la solution est proposée. La planification de trajectoire du robot redondant dans un environnement dynamique qui dépend de sa trajectoire est basée sur un principe de génération interactive. Elle utilise un découplage des degrés de liberté du robot et définit des procédures élémentaires qui pourront être choisies et assemblées par le neurochirurgien. Une méthode par discrétisation est proposée pour déterminer l'espace des procédures adaptées au robot et limiter le choix du chirurgien aux procédures effectivement réalisables. Une simulation montre que la solution robotique associée à la méthode interactive de génération de trajectoire permet de réséquer une grande partie d'une tumeur témoin, et la réalisation d'un démonstrateur offre des perspectives d'expérimentations en conditions simulées.

Author: Selma Kchir
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Languages : fr
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L'un des challenges des roboticiens consiste à gérer un grand nombre de variabilités. Ces dernières concernent les concepts liés au matériel et aux logiciels du domaine de la robotique. Par conséquent, le développement des applications de robotique est une tâche complexe. Non seulement, elle requiert la maîtrise des détails de bas niveau du matériel et du logiciel mais aussi le changement du matériel utilisé dans une application entraînerait la réécriture du code de celle-ci. L'utilisation de l'ingénierie dirigée par les modèles dans ce contexte est une voie prometteuse pour (1) gérer les problèmes de dépendance de bas niveau des applications des détails de bas niveau à travers des modèles stables et (2) faciliter le développement des applications à travers une génération automatique de code vers des plateformes cibles. Les langages de modélisation spécifiques aux domaines mettent en oeuvre les techniques de l'ingénierie dirigée par les modèles afin de représenter les concepts du domaine et permettre aux experts de celui-ci de manipuler des concepts qu'ils ont l'habitude d'utiliser. Cependant, ces concepts ne sont pas suffisants pour représenter tous les aspects d'une application car ils très généraux. Il faudrait alors s'appuyer sur une démarche pour extraire des abstractions à partir de cas d'utilisations concrets et ainsi définir des abstractions ayant une sémantique opérationnelle. Le travail de cette thèse s'articule autour de deux axes principaux. Le premier axe concerne la contribution à la conception d'un langage de modélisation spécifique au domaine de la robotique mobile (RobotML). Nous extrayons à partir d'une ontologie du domaine les concepts que les roboticiens ont l'habitude d'utiliser pour la définition de leurs applications. Ces concepts sont ensuite représentés à travers une interface graphique permettant la représentation de modèles afin d'assurer une facilité d'utilisation pour les utilisateurs de RobotML. On offre ainsi la possibilité aux roboticiens de représenter leurs scénarios dans des modèles stables et indépendants des plateformes cibles à travers des concepts qu'ils ont l'habitude de manipuler. Une génération de code automatique à partir de ces modèles est ensuite possible vers une ou plusieurs plateformes cibles. Cette contribution est validée par la mise en oeuvre d'un scénario aérien dans un environnement inconnu proposé par l'ONERA. Le deuxième axe de cette thèse tente de définir une approche pour rendre les algorithmes résistants aux changements des détails de ba niveau. Notre approche prend en entrée la description d'une tâche de robotique et qui produit : un ensemble d'abstractions non algorithmiques représentant des requêtes sur l'environnment y compris le robot ou des actions de haut niveau , un ensemble d'abstractions algorithmiques encapsulant un ensemble d'instructions permettant de réaliser une sous-tâche de la tâche étudiée , algorithme générique configurable défini en fonction de ces abstractions. Ainsi, l'impact du changement du matériel et des stratégies définies dans les sous-tâches n'est pas très important. Il suffit d'adapter l'implantation de ces abstractions sans avoir à modifier l'algorithme générique. Cette approche est validée sur six variantes d'une famille d'algorithmes de navigation appelée Bug.