Le bon sens veut qu’une distance émotionnelle sépare l’humain de l’objet inerte, surtout si celui-ci est une chose fabriquée à des millions d’exemplaires et destinée à un usage quotidien et banal. Sauf exception, l’individu adulte n’est pas porté à développer un sentiment d’empathie pour une théière, une lavette, un rouleau à peinture ou une épingle à linges, tous des objets que l’on pourrait retrouver dans une scène de théâtre d’objets. Le théâtre d’objets, pourtant, s’efforce de créer de l’empathie entre l’humain et l’inanimé, de sorte que le spectateur en vienne à développer un rapport affectif avec le personnage-objet lorsque celui-ci est animé par un acteur-manipulateur (un manipul’acteur). Cette thèse de maîtrise se penche sur le phénomène de dénégation dans le théâtre d’objets et sur les façons dont l’acteur-manipulateur permet ou facilite l’adhésion du spectateur à la fiction scénique. Dans un premier temps, une étude de la littérature savante permettra de distinguer le théâtre de marionnette du théâtre d’objets, mais aussi d’examiner le rôle qu’y joue le manipulateur dans sa relation à l’objet et au public. Dans un second temps, il s’agira de mettre à l’épreuve ce savoir par un laboratoire expérimental de théâtre d’objets qui évaluera l’importance de la présence visible de l’acteur-manipulateur ainsi que de l’anthropomorphisation de l’objet dans le processus de dénégation du public et de son adhésion empathique pour l’inanimé. Nous déterminerons que c’est notamment par transfert mimétique du manipulateur vers l’objet que cette adhésion se fait.

Actuellement, les médecins utilisent l'échographie pour visualiser la prostate lors de la biopsie. La technique actuelle de biopsie offre un taux de détection du cancer contenant entre 20 et 36 % de résultats faux négatifs, ce qui retarde le traitement du cancer. Ces faux négatifs sont causés en partie par le manque de perceptibilité sous échographie des tumeurs ayant un diamètre inférieur à 5 mm. L'imagerie par résonnance magnétique (IRM) pourrait résoudre ce problème puisque cette technique d'imagerie offre une meilleure résolution et une perceptibilité des tumeurs meilleures que celles obtenues avec l'échographie. Toutefois, l'intervention sous IRM est peu sécuritaire et peu ergonomique pour le médecin en raison de l'intense champ magnétique nécessaire à l'imagerie et de l'accès restreint au patient. Le présent travail présente le développement d'un prototype de manipulateur robotisé permettant aux médecins d'effectuer des interventions précises et rapides à la prostate à l'intérieur même du scanner IRM. Le manipulateur est conçu de manière à ne pas influencer ou être influencé par le champ magnétique de l'IRM, soutenir les forces induites par l'insertion de l'aiguille dans le patient, atteindre une cible avec précision et être suffisamment petit pour être introduit avec le patient dans l'IRM. L'architecture du manipulateur utilise une approche binaire moyennée élastiquement dans une architecture parallèle. Chacun des actionneurs compte seulement deux états discrets. Les actionneurs retenus sont des muscles pneumatiques en raison de la forte densité de force qu'ils génèrent. De plus, ces actionneurs permettent d'éliminer les joints complexes nécessaires à la construction de manipulateur parallèle en utilisant l'élasticité intrinsèque des actionneurs. Un prototype a été construit dans le but d'étudier l'erreur de positionnement obtenue avec le manipulateur et valider l'atteinte des requis cliniques. La justesse a été mesurée à 3,3 mm et la précision a été mesurée à 0,5 mm. La raideur a aussi été mesurée et atteint ~1,14 N/mm au bout de l'aiguille pour s'assurer que le manipulateur est en mesure de soutenir l'insertion d'aiguille sans trop dévier de la trajectoire prévue. Une preuve de concept de valve pneumatique compatible à l'IRM a été prototypée. La valve utilise un actionneur de polymère diélectrique rotatif en raison de la grande compatibilité à l'IRM de cette technologie. Les travaux montrent que la solution proposée est viable et très prometteuse. Le robot est simple, peu couteux et est capable de rencontrer les requis cliniques. Néanmoins, plusieurs travaux sont encore à faire sur le manipulateur, car seulement l'orientation de l'aiguille a été traitée. De plus, l'assemblage des muscles pneumatiques a été réalisé à l'aide de tubes offerts commercialement. Plusieurs modifications pourraient améliorer les performances du manipulateur, dont notamment, mouler les muscles pneumatiques.

La technologie de fabrication additive a été identifiée comme l'une des innovations numériques majeures qui a révolutionné non seulement le domaine de l'industrie, mais aussi celui de la construction. D'un point de vue de recherche, la fabrication additive reste un sujet d’actualité. C’est un procédé automatisé de dépôt de matériaux couche par couche afin d'imprimer des maisons ou des structures de petites dimensions pour un montage sur site. Dans la fabrication additive, l'étape de dépôt des matériaux est généralement suivie d'une étape de contrôle de la qualité d'impression. Cependant, le contrôle de qualité des objets imprimés ayant des surfaces funiculaires est parfois complexe à réaliser avec des robots rigides, ne pouvant atteindre des zones mortes. Dans cette thèse, un manipulateur souple et hyper-redondant a été modélisé et commandé cinématiquement, placé comme un effecteur d'un manipulateur rigide et mobile, afin d'effectuer une inspection des structures imprimées par des techniques de la fabrication additive. En effet, les manipulateurs souples peuvent fléchir et du coup suivre la forme géométrique de surfaces funiculaires. Ainsi, une approche hybride a été proposée pour modéliser la cinématique du robot souple et hyper-redondant, combinant une approche analytique pour la génération des équations cinématiques et une méthode qualitative à base des réseaux de neurones pour la résolution de ces dernières. Les performances de l'approche proposée sont validées à travers des expériences réalisées sur le robot "compact bionic handling arm" (cbha). / Additive manufacturing technology has been identified as one of the major digital innovations that has revolutionized not only industry, but also building. From a research point of view, additive manufacturing remains a very relevant topic. It is an automated process for depositing materials layer by layer to print houses or small structures for on-site assembly. In additive manufacturing processes, the deposition of materials is generally followed by a printing quality control step. However, the geometry of structures printed with funicular surfaces is sometimes complex, as robots with rigid structures cannot reach certain areas of the structure to be inspected. In this thesis, a flexible and highly redundant manipulator equipped with a camera is attached to the end-effector of a mobile manipulator robot for the quality inspection process of the printed structures. Indeed, soft manipulators can bend along their surounded 3D objects; and this inherent flexibility makes them suitable for navigation in crowded environments. As the number of controlled actuators is greater than the dimension of the workspace, this thesis can be summarized as a trajectory tracking of hyper-redundant robots. In this thesis, a hybrid approach that combines the advantages of model-based approaches and learning-based approaches is developed to model and solve the kinematics of soft and hyper-redundant manipulators. The principle is to develop mathematical models with reasonable assumptions, and to improve their accuracy through learning processes. The performance of the proposed approach is validated by performing a series of simulations and experiments applied to the compact bionic handling arm (cbha) robot.

Th.--Sci., autom.--Rennes 1, 1982. N°: 358.

En raison de l'augmentation continuelle des coûts en santé, il est profitable de détecter et traiter tôt les cancers afin de diminuer les coûts de traitement à long terme. La problématique s'applique particulièrement au cancer de la prostate, qui constitue 25 % des nouveaux cas de cancer chaque année. Afin de pouvoir détecter avec un niveau de confiance élevé les petites tumeurs durant les premiers stades de développement, l'Imagerie par résonance magnétique (IRM) peut être utilisée en raison de la qualité de son imagerie des tissus mous. Cependant, les IRM offrent un accès limité au patient (diamètre < 70 cm), limitant ainsi les possibilités d'interventions intra-IRM.En combinant la précision et la polyvalence d'un système robotique et la précision de l'imagerie par IRM, il serait donc possible de pouvoir détecter et traiter tôt les petites tumeurs pour augmenter les chances de survie des patients, et ainsi, réduire une partie des coûts en santé. Les interventions visées incluent la biopsie (prélèvement), la cryothérapie (brûlure par le froid), la curiethérapie (dépôt de pastilles émettrices de radiations) et l'ablation thermique par laser. La compatibilité IRM (qui exige le fonctionnement sous un champ magnétique de plus de 7 teslas) et l'espace confiné sont les deux principaux défis de la robotique en IRM, et nécessitent l'implantation de nouveaux types d'actionneurs. Le mémoire présente la conception et la fabrication de muscles pneumatiques de polymère et leur application à un manipulateur robotisé pour le cancer de la prostate. L'intégration des muscles pneumatiques dans des structures de polymère permet de simplifier leur fabrication, en plus d'assurer plus de précision en diminuant les erreurs liées à la fabrication. Une méthode de conception est développée, utilisant un modèle de manipulateur et quatre modèles de muscles. La modélisation des muscles débute par un modèle géométrique et est suivie d'un raffinement géométrique par éléments finis. Les éléments finis servent également à valider l'hypothèse de déformation uniaxiale du muscle qui sert de prémisse au troisième modèle, un modèle 1-D analytique qui prédit les performances du muscle. Enfin, le muscle est modélisé en se basant sur une caractérisation expérimentale. Les muscles pneumatiques, intégrés dans une architecture parallèle, permettent d'améliorer la précision des interventions intra-IRM tout en maintenant un rapport efficacité-coût élevé. Les performances des muscles pneumatiques et du manipulateur sont validées expérimentalement et permettent d'atteindre les requis cliniques de l'application de détection et traitement du cancer de la prostate. Les expériences en laboratoire et en IRM ont en effet permis de démontrer une erreur en boucle fermée inférieure à 0.5 mm, une rigidité adéquate de 0.32 N/mm et une absence d'impact du manipulateur sur la qualité des images d'IRM. Enfin, les performances des muscles pneumatiques intégrés ouvrent la porte à de nouvelles applications et à un changement de paradigme pour la conception de robots binaires précis à faible coût.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la classification et l'analyse des manipulateurs 3R à axes orthogonaux. Le but final est de proposer une classification exhaustive de ces manipulateurs selon leur topologie d'espace de travail. On définit une topologie d'espace de travail par un couple (nombre de points cusps, nombre de nœuds). Ces points particuliers apparaissent sur les surfaces de singularités. Notre étude se décompose en 4 parties. La première partie de ce travail est consacrée à une étude bibliographique de quelques notions liées à la cinématique et à la conception des manipulateurs sériels et plus particulièrement leurs singularités. Dans la deuxième partie de ce travail, nous établissons une classification exhaustive de toutes les topologies d'espace de travail d'une famille de manipulateurs 3R à axes orthogonaux telle que r3 = 0 en fonction des paramètres de DHm. Pour chaque topologie d'espace de travail, nous donnons toutes les propriétés cinématiques décrites dans la première partie. Une nouvelle condition nécessaire et suffisante pour qu'un manipulateur soit cuspidal (peut changer de posture sans franchir une singularité) a été établie sous forme d'une relation entre les paramètres de DHm. La troisième partie a été consacrée à étendre la classification réalisée dans la partie précédente à une famille de manipulateurs orthogonaux plus large (r3 <> 0). La quatrième partie a été consacrée à l'analyse des manipulateurs selon deux critères de performance. Le premier est relatif aux conditionnements maximum et moyen. Le second permet de calculer les proportions des régions à 2 et 4 solutions au MGI ainsi que tout le domaine accessible par rapport à une sphère centrée sur l'origine et englobant l'espace de travail. Les résultats proposés dans ce travail constituent une aide intéressante pour la conception de mécanismes innovants. En effet, en utilisant ce travail, nous pouvons choisir la topologie d'espace de travail la mieux adaptée à la tâche souhaitée. Nous venons ensuite ajuster les paramètres de DHm du manipulateur satisfaisant les critères proposés.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude géométrique et cinématique des manipulateurs pleinement parallèles. Cette étude a pour objectifs finaux la détermination des domaines d'unicité et la caractérisation des domaines parcourables de l'espace de travail. Notre étude se décompose en 5 parties. La première partie de ce travail est consacrée à une étude bibliographique des manipulateurs pleinement parallèles et plus particulièrement le calcul de leur espace de travail et de leurs configurations singulières. La deuxième et la troisième partie de ce rapport sont consacrées à la caractérisation des aspects pour les manipulateurs pleinement parallèles possédant une et plusieurs solutions au modèle géométrique inverse respectivement. Ainsi, nous définissons les plus grands domaines de l'espace de travail sans configuration singulière. Puis, nous définissons les plus grands domaines d'unicité, c'est-à-dire les domaines où il est possible d'établir une bijection entre l'espace de travail et l'ensemble articulaire à l'aide des modèles géométriques direct et inverse. En effet, dans un aspect, il est possible de changer de mode d'assemblage sans rencontrer de singularité. La quatrième partie traite du problème des collisions internes et externes. La définition des aspects est étendue en aspects libres pour tenir compte de ces collisions. La cinquième partie porte sur l'analyse de la parcourabilité de l'espace de travail en vue de réaliser des trajectoires discrètes et continues. Cette étude pourra être utilisée dans les logiciels de CAO-robotique pour permettre une meilleure utilisation des manipulateurs parallèles. En effet, la détermination des domaines d'unicité et l'analyse de la parcourabilité dans l'espace de travail sont des outils intéressants pour la planification de trajectoires ainsi que la conception et le placement des manipulateurs parallèles.

Dans cette thèse nous étudions, d'une part, la poursuite de trajectoires pour des systèmes mécaniques soumis à des contraintes unilatérales sans frottement. L'analyse de stabilité prend en compte le caractère hybride et discontinu de la dynamique de ces systèmes. Les différences qu'il y a entre la poursuite de trajectoires pour des systèmes contraints ou non, sont expliquées en termes de trajectoires de références et de signaux de contrôles. Ce travail présente les conditions de stabilité des contrôleurs proposés. Il est montré que la conception des phases de transitions est un point clef dans l'analyse de stabilité. La robustesse de ces lois est étudiée sur quelques simulations numériques. Finalement nous présentons quelques extensions possibles de ce contrôleur aux impacts multiples. La seconde partie de ce travail traite du double impact d'un bipède avec le sol. Nous déterminons quelles sont les conditions nécessaires pour avoir une marche en double support.

GENERALITES SUR LE PROBLEME POSE PAR L'ASSEMBLAGE AUTOMATIQUE D'OBJETS. LE PROBLEME DE LA MAITRISE DE L'ESPACE: MODELISATION DE L'UNIVERS DU MANIPULATEUR, LES DEPLACEMENTS DU ROBOT, LA REPRESENTATION GRAPHIQUE. LE PROBLEME DE LA MAITRISE DES FORCES: LE CONTACT PONCTUEL, DETERMINATION D'UNE ARETE, LES DEPLACEMENTS DE L'ORGANE TERMINAL DU ROBOT. LE MATERIEL MIS EN OEUVRE: LE MANIPULATEUR ET SA COMMANDE, LE POIGNET-CAPTEUR D'EFFORT, LE MINICALCULATEUR. LE LOGICIEL: L'INTERPRETEUR, LA GESTION DES MICROPROCESSEURS. EXPERIMENTATION: CALIBRAGE, RECONNAISSANCE DES ANGLES D'UNE PIECE, SUIVI D'UNE PAROI

L'évolution autonome d'un robot dans un environnement évolutif nécessite qu'il soit doté de capacités de perception, d'action et de décision suffisantes pour réaliser la tâche assignée. Une tâche essentielle en robotique est la manipulation d'objets et d'outils. Elle intervient non seulement pour un robot seul mais également dans des situations d'interaction avec un humain ou un autre robot quand il s'agit d'échanger des objets ou de les manipuler conjointement. Cette thèse porte sur la planification de tâches de manipulation d'objets pour un robot autonome dans un environnement humain. Une architecture logicielle susceptible de résoudre ce type de problèmes au niveau géométrique est proposée. Généralement, une tâche de manipulation commence par une opération de saisie dont la qualité conditionne fortement la réussite de la tâche et pour laquelle nous proposons un planificateur basé sur les propriétés inertielles de l'objet et une décomposition en éléments quasi-convexes tout en prenant en compte les contraintes imposées par le système mobile complet dans un environnement donné. Les résultats sont validés en simulation et sur le robot sur la base d'une extension des outils de planification développés au LAAS-CNRS. Le modèle géométrique 3D de l'objet peut être connu a priori ou bien acquis en ligne. Des expérimentations menées sur un robot manipulateur mobile équipé d'une pince à trois points de contacts, de capteurs de force et d'une paire de caméras stéréoscopiques ont montré la validité de l'approche.