UPThèses

Les robots parallèles à câbles sont des manipulateurs dont l'organe terminal est relié à la base fixe uniquement via des câbles. Ils sont ainsi flexibles, transportables, légers et possèdent un grand espace de travail translationnel. Cependant, leur précision est affectée par les vibrations des câbles, les incertitudes du modèle du robot et la configuration de la position initiale de l'organe terminal. De plus, leur espace de travail rotationnel est limité à cause du risque de collision entre ses éléments en mouvement et de la nature unidirectionnelle des câbles. Cette thèse, s'inscrivant dans le cadre d'un projet PHC-Utique entre la Tunisie et la France, vise le développement optimal et le contrôle des robots parallèles à câbles dédiés à la rééducation fonctionnelle du membre supérieur. Ce manuscrit détaille donc les étapes suivies pour aboutir à la fabrication des prototypes, à savoir, l'étude du geste de rééducation, les formulations des problèmes d’optimisation, le contrôle/commande des robots et enfin la validation expérimentale du travail. Des solutions aux principaux défauts de cette famille de robots tels que son espace de travail rotationnel restreint et son imprécision sont ainsi proposées.

L'objectif de ce travail est de concevoir une nouvelle interface haptique en vue de son exploitation pour la chirurgie mini-invasive. La technique d'anastomose ciblée consiste à réunir deux parties désolidarisées d'une artère par des sutures et des nœuds. Ceci est effectué par des outils chirurgicaux introduits à travers de petites incisions. Une étude expérimentale de cette tâche a été effectuée en collaboration avec des chirurgiens afin de caractériser leurs gestes. L'enregistrement de l'opération par un système de capture de mouvement a permis d'identifier la nature et les gestes canoniques de cette technique. Une structure parallèle sphérique a été ensuite adoptée comme base de l'interface haptique. Cette architecture présente un centre fixe de rotation semblable au point d'incision réel et offre les trois degrés de liberté de rotation nécessaires autours de ce point. Une étude détaillée de cette architecture suivie d'une phase d'optimisation, a permis d'adapter la structure à l'application chirurgicale. L'optimisation, basée sur un algorithme générique, a porté dans un premier lieu sur l'espace de travail de la tâche. La dextérité de la structure a été ensuite prise en compte. Une phase de conception basée sur les paramètres résultants de cette optimisation a aboutie à la réalisation d'un premier prototype. L'influence des erreurs de fabrication sur l'orientation de la plateforme a été aussi traitée dans ce travail afin de déterminer les plages des défauts admissibles. Une modélisation, utilisant les torseurs de petits déplacements, a été élaborée. La dernière partie de ce travail porte sur la commande a retour d'effort de l'interface. Un banc d'essais à 1 degré de liberté a été réalisé afin de tester les différents schémas de contrôle pour la téléopération. Les essais en simulation on permit de dresser une vue comparative de ces schémas.

L'objectif principal de ce travail est l'étude de la planification de trajectoires pour les robots parallèles en prenant en considération les collisions et les singularités. Les développements ont été intégrés dans le logiciel SMAR du LMS. Ce logiciel, à l'origine limité aux robots sériels, a été enrichi en changeant sa structure pour permettre la modélisation et l'analyse des robots parallèles. Une étude des robots parallèles et des notions qui s'y rapportent, ainsi que les différentes structures de robots et les types de maillons et de liaisons qui les composent sont décrites. Les chaînes fermées sont modélisées à l'aide de différents types de contraintes entre maillons. Une méthode pour générer les équations du modèle cinématique en séparant les variables actives, passives et opérationnelles est présentée. Une méthode de planification de trajectoires permettant d'éviter les singularités et les collisions internes et externes est proposée. Cette méthode combine deux modes: un mode de recherche en profondeur et un mode de recherche en largeur. Un exemple de robot 3-RPR est traité pour illustrer les développements de cette méthode. Des résultats expérimentaux sont présentés pour valider le modèle. La première expérimentation est réalisée sur le robot translateur conçu au LGM Monastir et construit au L.M.S. La seconde expérience a été conduite à l'Université de Cassino sur un robot à câbles. Enfin, la dernière expérimentation est originale puisqu'elle a été menée sur un robot chien, qui a été traité comme un robot parallèle. Les résultats obtenus ont servi à valider les modèles développés dans la thèse.