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Développement d'une interface haptique hybride à centre de rotation fixe pour la robotique de téléopération : application à la chirurgie mini invasive

Cette thèse porte sur l’interaction homme-robot appliquée à la chirurgie mini-invasive. Les robots jouent un rôle croissant dans le domaine médical, notamment pour l’assistance chirurgicale, la rééducation et les soins aux personnes âgées. Leur intégration nécessite de garantir sécurité, éthique et confiance, en particulier lorsqu’ils collaborent directement avec les praticiens. Les interfaces haptiques constituent un élément essentiel de cette interaction. Elles permettent de percevoir et manipuler des objets à distance grâce à un retour d’efforts réaliste, indispensable lorsque la vision et la mobilité du chirurgien sont limitées par les petites incisions caractéristiques de la chirurgie mini-invasive. Elles améliorent ainsi la précision gestuelle, l’évaluation des forces appliquées aux tissus et le confort de manipulation des instruments. La distance entre les instruments et la zone opérée constitue l’un des principaux défis de cette chirurgie. Les systèmes de téléopération robotique représentent une solution efficace : en contrôlant des bras robotisés via une interface haptique, le chirurgien bénéficie d’une meilleure dextérité, d’une réduction des tremblements et d’un retour tactile simulé. Cette thèse vise à développer une interface haptique hybride destinée à la téléopération chirurgicale. Réalisé en cotutelle entre l’École Nationale d’Ingénieurs de Sousse et l’institut Pprime, ce travail prolonge les recherches de l’équipe CoBRA, tout en apportant des améliorations à l’architecture initiale du système maître. Le mémoire s’articule en trois chapitres. Le premier présente les dispositifs à centre de rotation fixe utilisés en médecine, puis les principes de la chirurgie mini-invasive et de la téléopération. Le second expose la cinématique de l’interface haptique hybride, ses modèles géométriques et l’optimisation de ses paramètres afin d’améliorer la répartition de la dextérité dans l’espace de travail. Pour éviter les singularités, une solution intégrant des capteurs supplémentaires dans la partie sérielle est proposée. Le troisième chapitre décrit l’évaluation expérimentale de l’interface, comparée à un dispositif de référence. Les résultats montrent une amélioration notable de la précision, de la fluidité et du retour d’efforts en téléopération. En conclusion, cette thèse propose une interface haptique optimisée permettant de renforcer la performance et la sécurité des systèmes de chirurgie robotique. Les perspectives incluent l’amélioration de la précision et de la réactivité pour des interventions toujours plus fiables.

Mots-clés libres : interfaces haptiques, chirurgie mini-invasive, problèmes d’optimisation, contrôle/commande, validation expérimentale.

Rameau (langage normalisé) :
• Robotique en médecine
  
• Chirurgie mini-invasive
  
• Optimisation des structures
  
• Robots -- Systèmes de commande
  
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