Development and analysis of a robotic device for transiluminal surgery

Les années 2000 ont vu l'apparition d'une nouvelle approche chirurgicale par les voies naturelles et donc sans cicatrice visible. Cette technique prometteuse s'est rapidement heurtée aux limites du matériel médical à disposition. En effet, les premières opérations de ce type ont été réalisées avec un endoscope flexible traditionnel issu de la gastroentérologie. Le manque de degrés de liberté, l' absence de triangulation entre les instruments, les difficultés de manipulation sont autant de frins au développement de cette nouvelle technique. La première partie de la thèse présente le prototype endoscopique qui, grâce à l'ajout de bras articulés de part et d'autre de la tête de l'endoscope, offr davantage de degrés de liberté et la triangulation souhaitée par les chirurgiens. En contrepartie, le système a été complexifié et certains problèmes liés à sa manipulation ont été accentués. Une solution robotique, sous la forme maître/esclave, a été mise en place pour permettre à un seul chirurgien de télémanipuler le robot esclave depuis l'interface maître. La combinaison des mouvements articulaires nécessaires à la réalisation de la tâche est calculée par ordinateur à l' aide des modèles géométrique et cinématique. Bien que représentatifs du comportement général du robot, les modèles établis ne permettent pas de tenir compte des non-linéarités inhérentes à la transmission mécanique par câbles utilisée pour commander le système. A défaut de pouvoir mettre en œuvre une solution mécanique, une compensation logicielle, basée sur une mesure externe, a permis d'améliorer le comportement du système.Flexible endoscopes have been recently used for new surgical procedures through natural orifices and without visible scars. However, the movements of conventional flexible endoscopes are limited and surgeons can only perform basic tasks with these systems. In order to increase the number of degrees of fredom and the workspace, we propose a new device which is made up of a classical endoscope basis with two additional arms. Given the high number of degrees of fredom, the manipulation of the system is difficult. The robotization of such a device is a solution to make its manipulation more intuitive. The main objective is to propose a teleoperated system where the final motion is a combination of several basic movements computed from the kinematic models. But the presence of important backlash induced by the cable transmission raises many difficulties wh en robotizing and controlling su ch systems. Because of these strong non linearities, controlling the instrument position with only the kinematic model proved to be inaccurate and difficult. At first, the addition of an external sensor for closing the control loop allows improving control but is not sufficient. The association with a software compensation method has given encouraging results and improved the system behavior