Proposition de thèse

Sujet : développement et commande des mécanismes de tenségrité pour des applications en radiologie interventionnelle

Lieu de la thèse : LIRMM, Montpellier, France
Directeur de thèse : Philippe Poignet, Professeur, Université de Montpellier
Encadrant : Salih Abdelaziz, Maître de Conférences, Université de Montpellier
Début et durée de la thèse : à partir d’octobre 2017 (3 ans)
Mots clé : radiologie interventionnelle, assistance robotique, conception, modélisation, identification et commande

1. Contexte

Les mécanismes de tenségrité, une classe particulière des systèmes pré-contraints, intéressent de plus en plus la communauté robotique. Ce sont des assemblages mécaniques d’éléments sollicités en compression, des barres, et d’autres en traction, des câbles. L’actionnement de ces mécanismes se fait à travers ses câbles ou ses barres. Ces mécanismes présentent plusieurs propriétés intéressantes, notamment un large espace de travail et un bon rapport charge utile sur poids. De plus, ils offrent la possibilité de déporter les actionneurs moyennant l’utilisation de câbles longs. Cette possibilité est d’un grand intérêt pour améliorer la compacité de ces mécanismes et en particulier lorsqu’il s’agit de développer un assistant robotique dédié aux interventions percutanées sous IRM. En effet, ce dernier impose des contraintes fortes de compacité et de compatibilité pour la conception. Par ailleurs, un atout supplémentaire qu’offre ces mécanismes est la capacité à adapter leur niveau de raideur. Une propriété intéressante pour concevoir, par exemple, des dispositifs à rigidité variable capables de réaliser des gestes sur des organes tels que le foie sans risque de lacération sous l’action des mouvements physiologiques.

2. Objectif de la thèse

Les nombreuses propriétés susmentionnées n’ont d’intérêt que si elles sont bien exploitées. Cette exploitation passe nécessairement par le contrôle du comportement de ces mécanismes. Dans le cadre de cette thèse, nous portons un intérêt particulier à la commande des mécanismes de tenségrité. En effet, très peu de travaux existent aujourd’hui sur cette thématique. Dans la littérature, deux approches de commande pour piloter de façon simultanée la position et la raideur d’un mécanisme de tenségrité plan à 1 degré de liberté ont été développées [1]. Elles sont basées sur une inversion du modèle statique et exploitent des algorithmes de gestion coordonnée des tensions dans les câbles, inspirés de la commande des robots à câbles classiques [2]. Les résultats en terme de suivi de trajectoire pour ces approches sont satisfaisants mais uniquement pour des trajectoires lentes. Pour des dynamiques importantes, les performances de suivi sont très médiocres, limitant ainsi la pertinence de ces approches de commande. Concernant la commande en raideur, cela a été rendu possible grâce à la géométrie plane du mécanisme. En revanche, pour des architectures spatiales à plusieurs degrés de liberté, cela requiert le développement d’approches plus élaborées.

L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles approches de commande des mécanismes de tenségrité dans le but d’améliorer leurs performances. Pour cela, le thésard a pour mission de :

  • proposer une formulation générique du modèle dynamique des mécanismes de tensérgités ;
  • développer une méthode d’identification des paramètres de ce modèle ;
  • élaborer une approche de commande avancée basée modèle ;
  • étendre la commande de la raideur des mécanismes plans à des mécanisme spatiaux ;
  • évaluer ces approches de commande en position et en raideur sur un prototype à développer.

3. Compétences requises

Le candidat doit être titulaire d’un diplôme de Master 2 (ou équivalent) en octobre 2017 en robotique, en automatique ou en mécatronique. Il doit avoir une solide expérience en robotique, en commande, et en programmation C/C++ temps réel. Une expérience en conception mécanique est appréciée et une bonne maitrise de la langue anglaise scientifique est attendue.

4. Contact

Pour candidater, envoyez un email accompagné d’un CV, d’une lettre de motivation et des notes de master à Salih Abdelaziz et Philippe Poignet : salih.abdelaziz@lirmm.fr, poignet@lirmm.fr.

Références

[1]  Q. Boehler S. Abdelaziz, M. Vedrines, P. Poignet and P. Renaud, From Modelin to Control of A Variable Stiffness Device Based on A Cable-driven Tensegrity Mechanism. Mechanism And Machine Theory, Vol. 102, Page 1-12, 2017

[2]  M. Gouttefarde, J. Lamaury, C. Reichert, T. Bruckmann, "A Versatile Tension Distribution Algorithm for n-DOF Parallel Robots Driven by n+2 Cables," IEEE Transactions on Robotics, Vol. 31, No. 6, pp. 1444-1457, 2015. 

Dernière mise à jour le 07/03/2017