Dissertation--Leiden--Universiteit, 2005. / Résumé en néerlandais. Notes bibliogr.

Le poignet, complexe articulaire situé entre l'avant-bras et la main, est sujet aux traumatismes. Par exemple, une chute sur le poignet suite à la pratique d'un sport de glisse ou tout simplement dans un accident de la vie quotidienne peut entraîner une lésion du ligament scapho-lunaire. Cette lésion, difficile à diagnostiquer sur une simple radiographie, évolue toujours vers l'arthrose du poignet. Si le diagnostic est fait pendant la phase aigue, proche du traumatisme, la réparation du ligament ou des techniques conservatrices sur parties molles sont possibles. Si la lésion n'est pas détectée à temps, celle-ci engendre une instabilité du carpe évoluant vers l'arthrose.. A ce stade, des techniques plus radicales incluant des arthrodèses partielles ou totales sont bien connues. Cependant, ces techniques de fusion des os engendrent une perte conséquente de mobilité du poignet. L'objectif de la thèse est de définir une méthode de conception et le dimensionnement d'un implant dont le but est de rétablir la cinématique du carpe après une lésion ligamentaire. Ce dispositif devra remplacer la partie dorsale du ligament scapho-lunaire lorsque celui-ci n'est plus réparable et avant apparition de l'arthrose. / ScaphoLunate interosseous ligament (SLIL) lesion can occur when falling on an outstretched, pronated hand and lead to carpal instability. If SLIL tears are detected early, the ligament can be repaired. However, if the ligament is left untreated, SLIL instability can evolve into carpal arthritis called ScaphoLunate Advanced Collapse (SLAC). Well-known SLAC treatments include arthrodeses. These techniques modify the carpal kinematics and involve a range of motion (ROM) loss. Different prostheses are proposed for patients with arthritis. However, these prostheses do not make an acceptable compromise between the ROM allowed and their mechanical strength. This thesis presents an implant to replace the dorsal part of SLIL when the ligament is not repairable and before the apparition of SLAC. The implant must restore normal kinematics and the mechanical behavior of the carpus. Each step of its design is presented. Kinematic constraints of the implant were derived from measured bone displacements. Using a 3D best-fit method, their mean values and uncertainties were determined. The mechanical behavior of the implant was defined by SLIL stiffness and elongation. Strain energy of the native ligament was a characteristic relevant to the implant behavior design. Surgical and anatomical constraints lead to a small amount of space availaible; hence, the design was driven by strain energy distribution. Using an material capability index, the choice of suitable material is discussed. Finally, the implant design and its method are presented, which satisfy all previous constraints. FEA of the most critical case of kinematic constraints was performed to validate the proposed implant design.

Oxylane, groupe industriel fondé en 1976, a pour objectif de rendre accessible le plaisir du sport au plus grand nombre. Chaque année en France, il est estimé à plus de 900 000 le nombre de recours aux urgences liés aux accidents sportifs. Ils représentent en 2001 plus d’un accident de la vie courante sur trois pour les 15-25 ans. Face à l’importance de ces accidents, Oxylane doit concilier la conception de produits sportifs à la sécurité de leurs usagers. Des projets de recherche sont ainsi dédiés à la protection du corps humain lors de la pratique sportive. L’objectif du travail présenté ici est de réaliser un état des lieux de l’efficacité des protections et cibler le sportif accidenté. / Thesis

Ce doctorat s'est intéressé à l'organisation fonctionnelle du cortex moteur primaire (M1) impliqué dans une synergie musculaire interarticulaire. La question de recherche était de savoir si le contrôle d'une synergie proximo-distale était assuré par les connexions synaptiques facilitatrices existant entre zones M1 contrôlant les muscles proximaux et distaux. L'originalité du travail repose sur le fait que cette question est traitée pour la première fois au cours d'une tâche motrice dynamique. Le modèle expérimental utilisé est le maintien de la pince pouce/index pendant des mouvements cycliques de flexion/extension du poignet. L'hypothèse de travail propose que la pince et la flexion du poignet, forment une synergie proximo-distale assurée par les connexions entre zones M1 des muscles fléchisseurs du poignet et du muscle abducteur de l'index, (FDI, First Dorsal Interosseus préactivé pour le maintien de la pince). Le recrutement de ces connexions augmenterait l'excitabilité corticale du FDI, potentialisant ainsi l'efficacité de la commande motrice distale. Les simples et doubles stimulations magnétiques transcrâniennes de M1 ont permis de tester l'excitabilité corticospinale et le niveau d'inhibition intracorticale (SICI) du FDI chez des personnes en santé (études 1 et 2) et chez une patiente désafférentée (étude 3). Les résultats des études 1 et 2 indiquent respectivement que l'excitabilité corticospinale du FDI est augmentée et que sa SICI est réduite pendant la flexion du poignet comparativement à l'extension, que les mouvements soient actifs ou passifs. Comme la SICI teste des processus strictement corticaux, il est proposé que la facilitation observée (fléchisseurs du poignet - FDI) s'organise en partie dans les circuits de M1. De plus, la facilitation observée en passif suggère une contribution des afférences proprioceptives du poignet. Les résultats de l'étude 3 (désafférentation) où l'effet n'est observé qu'en actif, suggèrent que les seules informations proprioceptives n'expliquent pas la facilitation proximo-distale et qu'une combinaison avec la commande motrice proximale est requise. Ces observations appuient l'idée du contrôle moteur cortical intégré de la pince pouce/index au cours de mouvements cycliques du poignet. Cette tâche dynamique serait une synergie musculaire fonctionnelle représentée au sein de M1 et contrôlée par la perméabilité phase-dépendante des informations sensorielles liées au mouvement.

Cette thèse présente un robot hybride parallèle spatial combiné avec (6+3) degrés de liberté, composé d'un robot de base fondamental et d'un ensemble poignet-pince intégré à 3 degrés de liberté (3-DOF). L'objectif principal del'intégration du mécanisme poignet-pince à 3 degrés de liberté est d'utiliser les degrés de liberté redondants du robot de base, étendant ainsi son espace de rotation. De plus, l'inclusion d'une pince améliore les capacités de manipulation du robot, en faisant un système polyvalent et puissant adapté à diverses applications. Pour atteindre cet objectif, le Chapitre 1 présente un poignet parallèle surcontraint à 2 degrés de liberté, mettant en avant la rigidité, la vitesse et un design léger et compact. Des solutions analytiques pour les cinématiques inverse et directe, dérivées géométriquement, facilitent l'analyse desingularité, révélant une plage de mouvement significative exempte de singularité. Les résultats de simulation dans MSC Adams valident la précision des modèles, soulignant la couverture spatiale supérieure et la masse plus légère du poignet proposé par rapport à un mécanisme comparable. De plus, une analyse d'interférence de contact est effectuée dans un logiciel CAO, et l'espace de travail pratique du mécanisme proposé est comparé à celui de l'Omni-Wrist III de dimensions similaires. Le Chapitre 2 présente un robot parallèle spatial à pince poignet à 3 degrés de liberté conçu pour la manipulation de précision dans des environnements industriels. La conception compacte du mécanisme comprend un poignet à deux rotations sphériques pures (ESPR) à torsion nulle à 2 degrés de liberté et une pince à 1 degré de liberté. Le robot démontre une grande plage de mouvement exempte de singularité grâce à des paramètres soigneusement conçus. Les résultats desimulation valident la précision des modèles cinématiques inverse et directe, avec de petites erreurs quadratiques moyennes. Ce robot, capable d'une large gamme d'orientations et de manipulation précise, offre des applications potentielles dans des contextes industriels exigeant une haute précision et une grande exactitude. Dans le Chapitre 3, un robot hybride parallèle kinématiquement redondant avec (6+3) degrés de liberté est présenté. En s'appuyant sur l'ensemble poignet-pince introduit dans le Chapitre 2, une version modifiée est intégrée à un robot hybride parallèle de base avec (6+3) degrés de liberté pour améliorer l'espace de rotation et les capacités de préhension. Le vaste mouvement exempt de singularité du poignet à 2 degrés de liberté permet une manipulation fluide et précise des objets dans diverses orientations, applicable à des tâches diverses telles que l'assemblage, la prise et le placement, et l'inspection. Des solutions analytiques pour la cinématique inverse du robot sont dérivées à l'aide d'une méthode géométrique, avec une validation réalisée via MSC Adams. Un schéma de contrôle de position PD simple est suggéré pour le contrôle du robot. Ensuite, un prototype physique est construit, et la validation expérimentale met en évidence l'efficacité du contrôleur proposé. En conclusion, le robot hybride parallèle (6+3) degrés de liberté proposé dans cette étude présente un potentiel significatif pour améliorer l'efficacité et l'adaptabilité des manipulateurs robotiques dans un large éventail d'applications industrielles et de recherche. / This thesis introduces a combined spatial hybrid parallel robot with (6+3) degrees of freedom, comprising a foundational base robot and an integrated 3-degree-of-freedom (3-DOF) wrist-gripper assembly. The primary aim of incorporating the 3-DOF wrist-gripper mechanism is to use the redundant degrees of freedom in the base robot, there by extending its rotational workspace. Additionally, the inclusion of a gripper enhances the robot's manipulation capabilities, making it a versatile and powerful system suitable for various applications. To achieve this objective, Chapter 1 presents a dexterous overconstrained 2-DOF parallel wrist, showcasing stiness, speed, and a compact lightweight design. Closed-form solutions for inverse and forward kinematics, derived geometrically, facilitate singularity analysis, revealing a signicant singularity-free range of motion. Simulation results in MSC Adams validate the accuracy of the models, emphasizing the proposed wrist's superior workspace coverage and lighter mass compared to a comparable mechanism. Furthermore, a contact interference analysis is performed in a CAD software, and the practical workspace of the proposed mechanism is compared to that of the Omni-Wrist III with similar dimensions. Chapter 2 introduces a spatial 3-DOF wrist-gripper parallel robot designed for precision manipulation in industrial settings. The compact design of the mechanism includes a zero-torsion 2-DOF equal spherical pure rotations (ESPRs) wrist and a 1-DOF gripper. The robot demonstrates a large singularity-free range of motion through carefully designed parameters. Simulation results validate the accuracy of both inverse and forward kinematics models, with small root mean square errors. This robot, capable of a wide range of orientations and precise manipulation, holds potential applications in industrial contexts requiring high precision and accuracy. In Chapter 3, a (6+3)-DOF kinematically redundant hybrid parallel robot is presented. Building upon the wrist-gripper assembly introduced in Chapter 2, a modied version is integrated into a base (6+3)-DOF hybrid parallel robot to enhance rotational workspace and grasping capabilities. The extensive singularity-free motion of the 2-DOF wrist enables seamless and accurate manipulation of objects in various orientations, applicable to diverse tasks such as assembly, pick-and-place, and inspection. Analytical solutions for the robot's inverse kinematics are derived using a geometric method, with validation conducted through MSC Adams. A simple PD position control scheme is suggested for robot control. Subsequently, a physical prototype is constructed, and experimental validation showcases the e cacy of the proposed controller. In conclusion, the (6+3)-DOF hybrid parallel robot proposed in this study exhibits signicant potential for improving the e ciency and adaptability of robotic manipulators across a broad spectrum of industrial and research applications.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre.

On assiste depuis quelques années à l'émergence d'une robotique médicale proposée pour accroître la précision des actes, améliorer les conditions de travail de l'équipe chirurgicale et le confort du patient. Nos recherches s'inscrivent dans le projet national EndoXiroB du RNTS dont l'objectif est la réalisation d'un ensemble robotisé de chirurgie mini-invasive. Elles sont dédiées à la conception et à la réalisation, en s'appuyant sur les technologies microsystèmes, d' une instrumentation chirurgicale poly-articulée équipée d'outils terminaux intégrés permettant une mesure des efforts et une découpe thermo-coagulante des tissus vivants. Nous présenterons une description complète de notre proposition qui consiste en une articulation poly-articulée innovante, proche du type « corps de serpent ». Cette articulation, commandée par quatre ou six fils, est composée de liaisons rotules plastiques accompagnées par plusieurs fils métalliques assurant à l'ensemble une rigidité en torsion et flexion. Nous décrirons nos travaux sur la conception microsystème d'un capteur d'effort deux axes pour mesurer des forces de tiraillement sur les tissus. Le microsystème utilise deux niveaux de silicium intégrant un corps d'épreuve à quatre branches orthogonales et un ensemble d'électrodes capacitives inter-digitées.Nous exposerons nos premières études sur la conception de lames thermo-chauffantes pour la découpe et la coagulation des tissus. Ces études sont basées sur la réalisation de lames en technologie silicium. Au-delà de la simple découpe et de la mesure des efforts, on peut imaginer d'intégrer d'autres micro-capteurs sur les outils chirurgicaux. Il serait ainsi possible d'augmenter la sécurité de l'acte chirurgical en évaluant, par exemple, la présence d'artères, de vaisseaux ou de nerfs à proximité de l'outil de chirurgie. Pour finir, nous proposerons une réflexion plus prospective basée sur la miniaturisation d'un robot portable intégrant un dispositif compact pour actionner l'a rticulation terminale de l'instrument chirurgical. Au-delà de cette réflexion, une solution extrême consisterait dans le futur à transférer tous les degrés de liberté d'un système robotisé à l'intérieur de la cavité opératoire.