Conception et commande de mécanismes de tenségrité pour des applications en radiologie interventionnelle

Design and control of tensegrity mechanisms for interventional radiology applications

• Auteur / Autrice : Jr Martin Jurado realpe
• Direction : Philippe Poignet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : SYAM - Systèmes Automatiques et Micro-Électroniques
• Date : Soutenance le 29/06/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Wenger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Poignet, Philippe Wenger, Pierre Renaud, Guillaume Morel, Salih Abdelaziz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Renaud, Guillaume Morel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande prédictive

Radiologie interventionnelle

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

Radiologie interventionnelle

Irm

Mécanismes de tenségrité

Commande prédictive

Suivi de trajectoire

Raideur variable

Interventional radiology

Mri

Tensegrity mechanisms

Predictive control

Trajectory tracking

Variable stiffness

Résumé

Ce travail de thèse propose un assistant robotique aux gestes hépatiques percutanés guidés par IRM. L'objectif principal pour cet assistant est de faciliter ces gestes et de satisfaire les différentes contraintes de compatibilité, de légèreté et de compacité imposées par l'environnement IRM. Une exigence supplémentaire pour cet assistant est l'adaptation des mouvements physiologiques de l'organe pendant les cycles respiratoires. La limitation des assistants robotiques de l'état de l'art en matière d'adaptation aux mouvements nous a motivé à proposer dans ce manuscrit l'exploitation des mécanismes de tenségrité et de leurs propriétés inhérentes de reconfiguration et de variation de raideur afin de surmonter les divers défis de conception.Nos contributions incluent la conception, la modélisation et la commande des mécanismes de tenségrité. Deux approches de commande pour asservir la position et la raideur du dispositif sont introduits. La première approche est basée sur l'implémentation d'un algorithme de gestion coordonnée des tensions des câbles. La deuxième est fondée sur un contrôleur prédictif linéaire. Une validation des performances de suivi de trajectoire et de modulation de raideur est menée sur deux versions de prototype en utilisant les stratégies de commande proposées.

This thesis proposes a robotic assistant for MRI-guided percutaneous liver interventions. The main objective for this assistant is to facilitate the surgical procedures and fulfill the constraints of compatibility, lightness and compactness imposed by the MRI environment. An additional requirement for this assistant is its adaptation with the physiological motion of organs produced during the breathing cycle. The limitation of the state-of-the-art robotic assistants to cope with the additional requirement motivated us to propose in this thesis the use of tensegrity mechanisms and their inherent capacity of reconfiguration and stiffness variation in order to overcome the various design challenges.Our contributions include the design, the modeling and the control of tensegrity mechanisms. Two approaches to control the position and the stiffness of the robot are introduced. The first one is based on the implementation of a tension distribution algorithm. The second one is based on a linear model predictive controller. The position tracking and the stiffness modulation performances are evaluated on two versions of the prototype using the proposed control approaches.