Modélisation et utilisation de la compliance des robots continus : application aux robots à tubes concentriques.

Continuum robots compliance modeling and exploitation : application to concentric tubes robots

• Auteur / Autrice : Guillaume Lods
• Direction : Bernard Bayle, Florent Nageotte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 10/12/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Boyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Rosa, Mohamed Taha Chikhaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Laurent, Christine Prelle
• DOI : 10.70675/9ad26798zd9b2z4c98z9452z436ca2732b84

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robotique

Mots clés libres

Robots continus

Robots à tubes concentriques

Théorie de Cosserat

Compliance généralisée

Méthode par propagation de dérivées

Estimation d’efforts

Continuum robots

Concentric tubes robots

Cosserat theory

Generalized Compliance

Derivative propagation method

Force sensing

Résumé

Initialement développés pour automatiser les industries manufacturières, les robots sont désormais utilisés pour réaliser des interventions chirurgicales. Avec la volonté de minimiser le traumatisme des patients, les robots continus, flexibles et hautement miniaturisables, sont devenus un sujet de recherche très actif. La plupart des algo- rithmes de commande de ces robots utilisent des modèles analytiques construits à partir de la théorie de Cosserat. Cette thèse reconsidère le concept de compliance des robots continus en proposant une nouvelle définition : la matrice de compliance généralisée. Cette dernière est calculée grâce à une méthode littérale dite de ''pro- pagation de dérivées bas-niveau'', spécialement conçue pour permettre un calcul rapide. Ce concept de compliance généralisée est ensuite utilisé pour estimer les efforts d’interaction entre le robot et son environnement, élément indispensable pour garantir la sûreté de l’intervention. Tout au long de cette thèse, les contributions dévelop- pées pour les robots continus sont systématiquement appliquées au cas particulier des robots à tubes concentriques, à travers des simulations et des essais expérimentaux.

First developed to automate production in manufacturing industries, robots are now used to assist surgical procedures. Flexible and highly miniaturizable continuum robots, allowing for the reduction of patient trauma, have raised significant interest in this field. Their study has then become an active research field. Most control algorithms developed for these robots are based on literal models derived from the Cosserat theory. This thesis reconsiders the concept of compliance for continuum robots by introducing the concept of generalized compliance matrix. This matrix is computed using a “low-level derivative propagation method” specifically designed for efficient computation. This concept of generalized compliance is then applied to estimate the interaction forces between the robot and its environment, a crucial issue for guaranteeing safe interventions. In this thesis, the contributions described for continuum robots are systematically transferred to the concentric tubes robots through simulations and experimental studies.