[PDF] Conception de mécanismes compliants pour la robotique chirurgicale

View - Download Conception de mécanismes compliants pour la robotique chirurgicale

Previous PDF

Next PDF

UNIVERSITÉDESTRASBOURG

ÉCOLEDOCTOR ALE

MATHÉMATIQUES,SCIENCESDEL'INFORMATION

ETDE L'INGÉN IEUR

THÈSE

pourobte nirlegradede

Docteur

del 'UniversitédeStrasbourg

Spécialité:ROBOTIQUE

Présentéepar

LennartRUBBERT

Conceptiondemécanismes

compliantspourlarobotique chirurgicale

Thèsedirigée parJacquesGANGLOFF

eten cadréeparPierreRENAUD PréparéeauLaboratoire desScie ncesdel'Image, del 'InformatiqueetdelaTélédétec tion

Soutenuepubliquementle 11décembre2012

Jury:

UNIVERSITÉDESTRASBOURG

ÉCOLEDOCTOR ALE

MATHÉMATIQUES,SCIENCESDEL'INFORMATION

ETDE L'INGÉN IEUR

THÈSE

pourobte nirlegradede

Docteur

del 'UniversitédeStrasbourg

Spécialité:ROBOTIQUE

Présentéepar

LennartRUBBERT

Conceptiondemécanismes

compliantspourlarobotique chirurgicale

Thèsedirigée parJacquesGANGLOFF

eten cadréeparPierreRENAUD PréparéeauLaboratoire desScie ncesdel'Image, del 'InformatiqueetdelaTélédétec tion

Soutenuepubliquementl e11décembre2012

Jury:

Remerciements

Jeti enstoutd'abordà remercierle Ministèredel'Enseignementsupéri euret dela Recherc hedem'avoirattribuéunealloc ati onderechercheetain sim 'avoir permisderéaliserm athè sedansdetrèsbonnesconditions. Jeti ensensuiteàreme rcierMicheldeMathe li n,alorsresponsabled'équipe AutomatiqueVisionetRobotique,qu iamisàmadispositi onunenvironnement detr availdetrèsgrandequalitéetqui at oujourstrouvédesfinancementspourle matérieletlesdéplacemen tsauxc onférenc es. Jere mercieensuitemondirecteu rdethèseJacquesGangl offquim' alaisséune trèsgrande libertédanslamanièred'a bordermontra vaildethèse.Jeleremercie égalementpoursadisp onibilité,ses conseils etsesremarquestoujours trèsperti- nentes. Jere mercietoutparticulièrem entmonencadr antdethèsePierreRenaudav ec quij' aidéjàeulachanc edetravail lerdura ntmonsta gedeMaster.Eneffet, son encadrementtrèspédagogique etd'untrès hautniveauscientifiquem'aperm isde progressersurleplandelaméthodol ogie,del arecher cheetdesconnais sances scientifiques.Deplus,j'aiprisungrand plaisir àtravaillerav ecluigrâceàs aper- sonnalitéagréableetsonouv erture. Jere mercieJean-PierreMerletd el'INRIAetNicolasAndreffdeFEMTO d'avoiracceptédera pportersurmontravaildethè se ainsiqueJe an-MarcBreguet duCS EMd'avoirpartic ipéàmonjurydethèsee ntantqu'examinateurextérieur . Jere mercieégalementStéphaneC arodel'IRCCyNavecquij'aicollaborésur dela robotiquequec ellesabordéesdans notre laboratoire.J'aiprisun trèsgrand plaisiràtravailler ave cluietmeréjouisdestravauxfutursquenousréaliserons ensemble.Jeleremercieégal ementd'a voiraccept édeparticiperàmasou tenan ce dethè seentantquemembr einvité . Jere mercietrèschaleureusemen ttouslesmemb resdel'équipeAut omatique VisionetRobotiqu epourl eurdisponibilitéetleurbonn ehumeur.Jeremerci een particulierLaureEstevenyquiétai tuneformidablecoll èguedeb urea u.Jeremer- cieégalemen tLoïcCuvillonqu im'adonnéun boncoupdemainlorsdelapha se d'expérimentationetquim'aaccompagnélorsdelaprépara tiondestr avauxpra - tiquesdanslecad redemonmonitor at.J eremercieXavierW eberetY vanJ anin pourle urstravauxréal isésenstagedeMaster quiontcomplétéme stravaux. Je remerciebeaucoupFabri ceBuhldel'INSAdeStrasbourg quiausinéledisposi tif expérimental. Enfin,jeremerc ieénor mémentmafamilleetmesami squim'ontsoutenueten- couragé.Jeremercietou tparticu lièrementMariaquim 'acontinuellementsoutenu etqu i,parsonaffectio n,alarg ementcontri buéàcetravaildethè se.

Tabledesmatiè res

1Introduction1

2Positionnementetcontributions5

2.1Introduc tion.............................5

2.2Sta bilisationcardiaquepourlepontagecoronarien.........5

2.3Last abilis ationcardiaqueactive:principe,avantagesetlimites..7

2.3.1Limita tionsdesstabilisateurscardiaquespas sifs......7

2.3.2Lesass istancesrobot iquesproposées...........7

2.4Deuxv oiesdedéveloppe mentdesstabili sat eursactifs.......14

2.4.1Intégrat iondumécanismedecompensationdansl etube .14

2.4.2Réduction delatailledumécanism edec ompensati onen

amontdelatige .......................17

2.5Problé matiquesdeconceptionenrobotiquechirurgicale......20

2.6Mét hodedeconceptiondeméc anis mescompliants........21

2.6.1Optimi sationtopologique.................22

2.6.2Approchede constructionparbloc sél émentaires.....24

2.6.3Approcheci nématiquedeconcept iondemécanismescom-

pliants............................26

2.7Contri butionsdelathèse......................28

3Optimisationdemécanismescompliants29

3.1Optim isationparalgorithmedecoloniedefourmis........29

3.1.1Lesmét hodesd'optimisa tiondemécanismesc ompliants.30

3.1.2Principe del'algorithmedecoloniedefour mi sproposé..30

3.2Applic ationdelaméthodedeconception..............34

3.2.1Démarc he..........................34

3.2.2Sélect iond'unmécanisme.................36

3.2.3Modélisa tiondumécanismecompliant..........39

3.2.4Optimis ationdumécanisme................44

3.2.5Résult atsetdiscussion...................48

3.2.6Valida tiondesperformancesparundémonstrat euràunde-

grédelibe rté ........................55

3.3Conclus ion.............................56

quasiplane61

4.1Introduc tion.............................61

ivTabledesmatiè res

4.2Séle ctiond'unearchitecturedemécanis mepourl'or ientation...63

4.3Modéli sationdumécanisme3-RRRcompliantpla n........66

4.3.1Modèlegéom étriqueinverse dumanipulateur3-RRR...66

4.3.2Modélisa tiondelaraideurenrotationduméca-

nisme3-RRRcompli ant..................67

4.3.3Modélisa tiondelaraideurentranslationduméc a-

nisme3-RRRcompl iant..................69

4.3.4Estima tiondescontraintesmécaniques..........72

4.4Opti misation............................72

4.4.1Ledomaine desolutions ..................73

4.4.2Contrai ntesd'optimisation.................73

4.4.3Évaluat iondesperformances................74

4.5Résul tatsetdiscussion.......................76

4.5.1Résulta ts..........................76

4.5.2Discuss ion.........................78

dessing ularitésparallèles81

5.1Proposi tiond'unedémarchedeconceptiondem écanism escom-

5.2Manipul ateurparallèle3-US....................85

5.3Analys edesingularitésavec l' algèbredeGrassmann-Cayley...88

5.3.1Principe delaméthode...................88

5.3.2Système d'effortsglobaldumanipulat eurparallèle3-US.90

5.3.3Analysedé tailléedesconditionsde singularitépourlepr e-

miermoded'a ctionneme nt.................94

5.3.4Analysede ssingularitéspourlesa utresm odesd'actionne-

ment............................98

5.3.5Degrésde mobilitégagnéspourlesci nqm odesd'action-

nement...........................98

5.4Concept iondumécanismecompliantà tr oismobilitésRRP....100

5.4.1Choixdel 'architect ure...................100

5.4.2Concepti onpréliminairedumécanis mecompliant.....101

5.4.3Analyse desmobilitésdumécani sme3-UU compliant..10 2

5.5Inté grationetévaluationpréliminair ed'unnouvea ustabilisateur.103

5.5.1Choixd'unm écanismed'a ctionnem ent..........104

5.5.2Intégrat iondesmécanismes3-RRRet3-UUc ompliants .105

5.5.3Intégrat ionetévaluationdumécanismedec ompensati on

complet...........................107

5.6Conclus ion.............................113

Tabledesmatiè resv

6Conclusion115

Listesdespublica tions119

B.1Modè legéométrique........................125 B.2Modé lisationdesraideurs......................128

B.3Ana lysestatique...........................129

B.4Calcu ldescontraintes mécaniqu es.................133 B.5Expr essionexactedel'airedelasecti ondelaliaisoncompliante.135

C.1Intr oduction.............................139

C.2Anal ysestatique...........................140

C.3Expr essiondelaraideurenrotationd' unejam bedumé canisme.144 C.4Expr essiondelaraideurenrotationdu mécan isme........145

Bibliographie147

CHAPITRE1

Introduction

Laro botiquechirurgicalevise,gr âceàl'utilisationdesystèmesrobotique sen salled'opérat ion,àaméliorerl'efficacitéclinique,à réd uirelescoûts etglobale- mentàcontr ibu eràaméliorerl'efficacitédusystè mede santé.Un robotch irurgical estavan ttoutuneassis tancerobotiséep ourlechir urgienquire mplitsoitdesfonc- tionstrèssimplesetsansr isquespourlepatientsoitre produitleges teduchir urgien quies talorsbeauc ouppluscomplexe[Taylor2003].En effet,i lestgénéralement considéréquelarobotique peutcontri buermédi calementenapportantlarépéta- bilitépropreauxsystèm esrobotiqueset peutperm ettred'améliorerlescapacités duchi rurgien,parexempleenfiltrant sestr emblementsouenlere ndantcapable d'effectuerdesgestesàdeséchellesa utreme ntinaccessibles. Laro botiquechirurgicalecontrib ueégalementàouvrirdenouvellesapproches chirurgicales.Àl'heureactuelle,lachirur gi eàtrocartuniquepeutbé néficier dela possibilitédeproposerdesoutilsrobotisé sm iniatures,contrôlésdemanièreai sée parlechi rurgien.U ndesverrousdanscedéveloppement résidedans lacapa citéà concevoiretproduiredesdi spo sitifsdontlacompacitédevientcruciale .Ledéfiest d'autantplusdifficile quel'util isationenmilieumédical encon traintfortementla conception:lesdispositifs ro botisés doiventêtrecompactspo urnepaspertur ber lech irurgienetl'ensembleduperso nnelen salled'opération,et l'ase psiedesou- tilsdo itpouvoirêtr eassurée.Enfin,com menousl'av onspréciséprécédemmen t, laro botiquechirurgicaleviseàcon tribuerdemanièregénéraleàlarédu cti ondu coûtdessoin s.Parcon séquent,lecoûtdessyst èmesrobo tiquesdoitlui -mêmeê tre contrôlé. Actuellement,pourunsystèmerobotiquetelqueleDaVi ncidédiéàlachirurgie minimalementinvasive,laconcep tionpasseparl'assemblaged'é lémentsdetaille millimétriquedanslesoutilsrobotisés.Nousqualifi eronsdanslasui tecett eéchelle dem ésoscopique,entrelemondemacroscopique( centimétrique)etmi croscopique (micrométrique).Àcetteéchelle,lamaîtrise des jeuxrésultantdel'ass emblage est délicate,avecuneusureenfonctionne mentquipeutinciter àcontournerlepro- blèmeenconsidér antless ystèmesàusageunique.L'emploidemécanismescom- pliantsconstitueunevoie pertinentepourpallierces diffi cultés.Lesmécanismes compliantssontdesstructuresmo nolithiquesq uiexpl oitentl' élasticitédelama- tièrepourg énérerdesmob ilités.Associerdansunemêm econceptionrobotique cesmécan ismesetunactionnementpiézo élect riquees tparticulièrementintéres- sant.Ilest,ene ffet,p ossibledep roposer desdispositifsdehaut eprécision,c ar

2Chapitre1.Introduction

sansjeuda nslastruct uremécanique oudans l'actionneur,etdontlecaractèremo- quipui ssentêtredégradéspar unprocessusdestér ilisation. Unex empledanscettevoieest leCardiolock,unstabilisateurcardiaqueactif. Cedi spositifrobotisédoitfaciliter laréalisationdugestedu pontage coronariensur coeurbattant .LeCardiolockrépondàunbesoinm édi cal,ma ismanqueaujourd'hui dela compacit ésouhaitéepouruneintégrationoptimaledansunesalled'opération. Danscettet hèse,nousnousin téressonsàcedispo sitif,etsouhaitonsenproposer unenouve lleversionquisoitsa tisfaisanteenterme decom pacité. Lapr oblématiqueintroduiteconcernedemanière généralelesdi spositifsrobo- tiqueschirurgica uxconçusàbasesdemécanismescomp liants.Da nscettethèse,quotesdbs_dbs12.pdfusesText_18

[PDF] invitation - Rencontre des Mines et Carrières en Algérie - Inondation

[PDF] invitation - Réseau BIBLIO du Québec

[PDF] Invitation - Rotary Club Dijon Téméraire

[PDF] invitation - Salon gravelines

[PDF] invitation - T. Mattei Autosport SA

[PDF] invitation - Tactichien - Anciens Et Réunions

[PDF] Invitation - Une saison de Nobel

[PDF] Invitation - Università degli Studi di Sassari - France

[PDF] INVITATION - Université de Nîmes

[PDF] Invitation - Université de Rouen

[PDF] invitation - Université Jean Monnet

[PDF] Invitation - Université Ouverte de la Fédération Wallonie

[PDF] invitation - UTL

[PDF] Invitation - Valerie Rauchbach - Anciens Et Réunions

[PDF] invitation - Ventes Privées