Academic literature on the topic 'Système haptique à retour d’effort'

Les interfaces haptiques à retour d'effort sont des dispositifs robotiques capables deproduire des forces à destination de l'utilisateur en téléopération et en réalité virtuelle. L'utilisation d'interface à retour d'effort en Conception Assistée par Ordinateur (CAO) offre de nouvelles perspectives pour la création et la conception de formes 3D grâce à une interactivité à la fois visuelle et kinesthésique. Elles permettent à la fois de visualiser, de manipuler en temps réel des objets virtuels et d'en ressentir les efforts (liés aux contacts, à la déformation, etc.).Les travaux présentés dans cette thèse contribuent au développement d'interfaces àretour d'effort pour répondre au mieux aux besoins de la CAO. Dans ce mémoire, l'accent est placé sur la problématique de la stabilité et son exploitation pour la commande de l'interface mais aussi pour la conception électromécanique. L'ensemble des travaux porte sur une interface à un degré de liberté.Dans un premier temps, différents facteurs liés au système mécanique (amortissement, modes vibratoires) et à l'environnement virtuel (échantillonnage, retard. . .) agissant sur la stabilité d'une interface sont mis en évidence à l'aide de critères fréquentiels. Ensuite, la conception d'une interface (choix et dimensionnement des composants) est ramenée sous forme d'un problème d'optimisation incluant une contrainte liée à la stabilité (en termes de domaine d'utilisation) et un critère de maximisation de la transparence (en termesd'inertie du dispositif).Dans un second temps, l'architecture de commande des dispositifs haptiques est étudiée. À l'aide d'une nouvelle condition de stabilité asymptotique pour les systèmes en temps discret à retard variable et en utilisant un observateur d'état augmenté comme alternative à l'utilisation standard de la méthode des différences finies arrières, la synthèse d'une nouvelle architecture de commande est proposée.La dernière partie du mémoire aborde la description du banc d'essai expérimental développé pendant le travail de thèse ainsi que les résultats des tests réalisés.

Les processus de conception industriels font de plus en plus appel à l’utilisation de maquettes numériques. La manipulation d’objets complexes requiert alors l’utilisation d’interfaces à retour d’effort afin de rendre l’interaction plus intuitive. D’autre part, ces processus de conception et de développement s’inscrivent de plus en plus dans une démarche de travail collaboratif. Dans ce contexte, nous proposons d’étudier une architecture distribuée en vue de manipuler des objets dans un environnement virtuel. Afin de garantir la stabilité du système, nous détaillons ensuite deux méthodes dérivées du domaine de la téléopération. La première repose sur les couplages virtuels proportionnels dérivés dans le cas de retards faibles. La seconde est basée sur les variables d’onde quelque soit le retard. Nous proposons, enfin, d’enrichir le retour d’effort en ajoutant de l’haptique événementielle que nous nous proposons d'évaluer.

L'apparition de la télé-échographie à la fin des années 1990 a largement contribué à l'améliorationdes capacités de prise en charge des patients. Aujourd'hui, le laboratoire PRISME bénéficie d'unsavoir faire reconnu dans la conception de systèmes de télé-échographie robotisée. L'objectif deces travaux de thèse est d'apporter une contribution scientifique et technique au projet ANR-PROSIT,qui vise à la mise en oeuvre d'un robot de télé-échographie innovant. Une étude du geste du praticienen milieu clinique a été menée afin d'en déterminer les caractéristiques cinématiques. Réalisée àl'aide du système de capture de mouvement Vicon Nexus, cette analyse a contribué à l'établissementdes spécifications du futur robot. Sa structure mécanique a fait l'objet d'une attention particulière. Unearchitecture parallèle sphérique a été sélectionnée, étudiée puis optimisée via un algorithmegénétique en fonction des critères d'espace de travail, de dextérité et de compacité. L'architectureainsi obtenue est ensuite analysée sur des aspects de collisions et d'inaccessibilité. Pour le contrôlede ce robot, l'utilisation d'une interface haptique à l'aspect proche d'une sonde d'échographie estproposée. Dotée d'un système de retour d'effort et d'une centrale inertielle fiabilisée par un filtre deKalman adaptatif, cette nouvelle interface a été testée et validée par le système Vicon Nexus.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l 'étude d'un micro-robot destiné à la mise en oeuvre d'une technique de chirurgie mini-invasive pour le traitement des anévrismes de l'artère aorte abdominale. Ce micro-robot placé à l'extrémité d'un cathéter, rendant ce dernier actif, permettra la navigation à l'intérieur de l'artère en évitant les contacts avec les parois de celle-ci. Le système sera destiné à l'apprentissage du geste chirurgical et à l'assistance du chirurgienpendant l'opération. De par sa structure et ses propriétés physiques, le micro-robot, pouvantêtre composé de plusieurs modules élémentaires, entre dans la catégorie des robots continuum. Dans notre étude, un module élémentaire est considéré comme étant un robot parallèle. Lesmodèles géométriques et cinématiques inverses ont alors été établis en utilisant les techniques dela robotique parallèle. L'approche de modélisation proposée permet de faire ressortir explicitement du modèle les paramètres géométriques du micro-robot. Une étude sur l'identificationde ces paramètres a été effectuée par le calibrage du modèle géométrique inverse. Des résultatsde simulation sont présentés validant d'une part les modèles développés et d'autre part la méthode de calibrage proposée. Afin de mettre nos modèles en situation, nous avons développé unsimulateur tridimensionnel intégrant le modèle d'un segment de l'artère, le modèle du micro-robotet un syntaxeur à retour de force. La mise en place d'une navigation active, planifiée etguidée dans ce simulateur permet de contraindre les gestes du chirurgien lors de la navigation du micro-robot à l'intérieur de l'artère

Après la transmission de l'image et du son à travers les réseaux télécoms, il était logique de s'intéresser à la transmission du geste. Le « toucher 3D » est en train de révolutionner la façon de travailler des utilisateurs de la 3D sur ordinateur. Il permet aux gens de manipuler directement des objets et des données numériques de la même façon que dans la réalité en utilisant leur sens du toucher. Il existe des systèmes à retour d'effort, représentés par des manches munis de moteurs pilotés par des logiciels. Ils renvoient dans la main de l'utilisateur des sensations de forces, de vibrations, ils sont programmables en fonction d'une certaine tâche à effectuer dans le monde virtuel. Lors d'un toucher distant, d'un télégeste, nous sommes confrontés au problème de l'instabilité de la boucle haptique (homme-système à retour d'effort-réseau-retour de la force dans la main du manipulateur). Cette instabilité est provoquée par le retard introduit par la latence incompressible du réseau de télécommunication. Idéalement on désirerait obtenir une réponse instantanée (inférieure à la milliseconde), or l'élaboration d'une telle réponse est irréalisable car elle est non causale. Afin de contrer le retard introduit par le réseau nous avons utilisé des prédicteurs dans le but d'obtenir une réponse simultanée à la sollicitation du manipulateur du système à retour d'effort. Cette amélioration d'ergonomie du télégeste est réalisée grâce à la pertinence statistique du modèle de l'algorithme de prédiction.