Conception, fabrication et commande d'un microrobot dédié à la phonomicrochirurgie

Design, fabrication and control of a microrobot for laser phonomicrosurgery

• Auteur / Autrice : Sergio Andrée Lescano
• Direction : Nicolas Andreff, Micky Rakotondrabe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 23/06/2015
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Jury : Président / Présidente : Jocelyne Troccaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Andreff, Micky Rakotondrabe, Jocelyne Troccaz, François Pierrot, Jérôme Szewczyk, Nicolas Chaillet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Pierrot, Jérôme Szewczyk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chirurgie laser

Microrobots

Mots clés libres

Microrobotique

Chirurgie

Cordes vocales

Laser

Vocal folds

Microrobotic

Surgery

Laser

Résumé

Cette thèse présente la conception, la fabrication et la commande d’un microrobot parallèle à deux Degrés de liberté (rotations θ1 et θ 2) qui est dédié pour la microchirurgie laser des cordes vocales.Ce travail a été développé dans le cadre du projet européen “Micro-Technologies and Systems for Robot-Assisted Laser Phonomicrosurgery” intitulé μRALP. D’une part, les aspects médicaux et biologiques ont permis d’extraire un cahier des charges pour le microrobot. D’autre part, l’ état de l’art a permis d’identifier et d’apporter une solution aux verrous technologiques pour satisfaire toutes les requêtes. Ce travail a proposé le développement de deux microrobots indépendants avec des structures parallèles. Bien qu’ayant le même objectif qui consiste à guider deux faisceaux lasers de manière précise vers les cordes vocales, chaque microrobot aune structure cinématique différente. Un miroir placé sur la plateforme de chacun des microrobots permet le guidage des faisceaux, en effectuant la réflexion et le changement de direction. La technique“Smart Composite Microstructures” a été utilisée pour microfabriquer les deux microrobots. En outre, les mouvements ont été réalisés grâce a à l’utilisation d’actionneurs piézoélectriques. Enfin, la précision attendue par la chirurgie des cordes vocales a été atteinte en associant la commande par asservissement visuel et la pré-compensation des non linéarités et des oscillations mal amorties

This thesis reports the design, fabrication and control of a parallel microrobot with two degrees offreedom in rotation, that is destined to perform laser microsurgery on vocal folds. This work has beendeveloped in the frame and in the context of the European project Micro-Technologies and Systemsfor Robot-Assisted Laser Phonomicrosurgery entitled μRALP.On the one hand, needs and limits of medical aspects have been abstracted to create the microrobotspecifications. On the other hand, the state-of-the-art has identified the technological stumblingblocks and has allowed to led to our proposition to satisfy the specifications. This work has envisagedthe fabrication of two independent parallel microrobotic structures. Each proposed microrobot hasa different kinematic structure, however they have the same objective that is to guide a laser beamonto the vocal folds. To this purpose, a mirror is placed on the end-effector of both microrobots inorder to reflect and guide the laser beam. Smart Composite Microstructures fabrication techniquewas used to fabricate the two microrobots. Moreover, piezoelectric cantilever actuators have beenused to generate the required rotations. Finally, the expected precision for laser microsurgery of thevocal folds was reached by coupling the feedforward compensation of nonlinearities and vibrations ofthe actuators with visual feedback control of the parallel kinematic mechanism.