Contributions à la commande d'un comanipulateur sériel au contact avec un environnement mobile

En chirurgie à coeur battant les mouvements des organes peuvent entraver les gestes du patricien. Dans l'idéal, un robot chirurgical devrait être capable de capter les mouvements physiologiques et de les compenser automatiquement. Les solutions actuelles pour la chirurgie sur le coeur sont imparfaites notamment à cause de l'impossibilité de modéliser de manière adéquate l'organe. L'objectif principal de cette thèse est de proposer des commandes robotiques pour minimiser l'application de forces non désirées sur l'organe tout en permettant la réalisation du geste médico-chirurgical sans perturbation. Dans ce manuscrit, la solution proposée qui consiste à apprendre un modèle de l'intéraction instrument/environnement sans connaissances a priori de la nature de ce contact a été évaluée en simulation. Ensuite, la conception, réalisation et caractérisation d'un instrument à 1 dof du type "hand-held" pour la chirurgie à coeur battant a permis la mise en évidence du problème de la régulation de l'effort appliqué par l'utilisateur en interaction avec un instrument à impédance nulle. Ainsi, nous avons proposé une commande en admittance avec retour d'effort qui est adaptée à la comanipulation sérielle d'un tel instrument. L'évaluation expérimentale de cette stratégie nous a conduit à constater l'importance de la façon dont l'opérateur régule l'impédance de son bras dans l'efficacité dans la réalisation du geste chirurgical. Nous avons finalement analysé des aspects de biomécanique liés à la régulation d'impédance du membre supérieur chez l'humain. Nous avons trouvé des pistes pour la conception de stratégies de commande d'interaction homme/instrument/environnementIn beating heart surgery, organs motions may hamper the surgeon's gesture. Ideally, surgical robots should sens physiological motions and compensate them automatically. The solutions available in the literature are unable to do so mainly because the difficulty of successfully modeling the organ's behavior. The main objective of this thesis is to propose some control strategies to minimize undesired force application over an organ but at the same time allowing an operator to perform its surgical gesture without disturbance in the context of beating heart surgery. in this manuscript, the proposed solution consisting of learning an interaction model between instrument and environment without any a priori knowledge of the nature of such contact is evaluated in simulation. Then, by designing, building and characterizing a hand-held 1 dof instrument meant for beating heart surgery, the problem of how operator regulates the force he applies with an ideally null impedance instrument became evident. Therefore, we proposed an admittance control strategy with force feedback which is suitable for serial comanipulation of such a device. Experimental validation of this strategy drove us to notice of the importance of the way that an operator regulates his arm's impedance to the efficiency of the surgical gesture. Finally, we analysed some biomechanical aspects of impedance regulation of the human arm. We were able to propose some recommendations for the design of interaction control strategies between the human, the instrument and the environment.PARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF