Le contexte de cette thèse est la conception d'assistants robotiques aux gestes chirurgicaux guidés par IRM. Cette conception est rendue délicate par l’environnement qui impose des contraintes de compacité, de légèreté et de compatibilité. La présence du patient dans cet environnement impose également des impératifs de sécurité qui limitent les architectures robotiques viables. Cette thèse vise à évaluer le potentiel applicatif des mécanismes de tenségrité, et plus généralement des systèmes précontraints, qui présentent de nombreuses propriétés intéressantes qui justifient d’envisager leur emploi dans ce contexte, notamment pour leur capacité de raideur variable bénéfique à la sécurité du patient. Afin de juger de la pertinence de leur utilisation, nous nous concentrons sur l’analyse, la conception et la commande de ces systèmes peu connus des roboticiens, étapes nécessaires à leur évaluation. Nos contributions incluent le développement d’outils numériques pour permettre leur analyse, de méthodes de synthèse pour générer des architectures à raideur variable adéquates, et de stratégies de commande pour piloter leur configuration et leur raideur. / This thesis is focused on the design of robotic assistants for MRI-guided surgeries. This design is submitted to several constraints due to the MR-environment, such as compactness, lightness, or compatibility. Safety issues related to the patient within the scanner also restrict the choice of suitable robotic solutions. This thesis thus aims at evaluating the applicative potential of tensegrity mechanisms, and more generally prestressed systems, that exhibit numerous interesting properties for this context. In particular, their stiffness can be adjusted, which is opportune for the patient safety. The relevance of our approach is assessed through the analysis, the design and the control of these systems that are required to fulfil their evaluation. Our contributions include the development of numerical tools for their analysis, synthesis methods for the generation of suitable variable stiffness designs, and control strategies for the simultaneous control of their configuration and their stiffness.

En radiologie interventionnelle, l’assistance robotisée permet de limiter l’exposition du praticien aux rayons X et d’apporter plus de précision pour effectuer des opérations complexes. La présence de robots dans un environnement humain pose alors la question de la sécurité du patient et de l’équipe médicale, que ce soit lors d’interactions ou de manipulations. Dans cette thèse, nous nous intéressons dans un premier temps aux problématiques de sûreté. Une structure d’actionnement intrinsèquement sûre est proposée. Le prototype réalisé permet d’effectuer des tâches de positionnement en mode automatique. Parallèlement, une stratégie de guidage basée sur une approche passive est proposée. Un système à raideur variable permet d’imposer un effort résistif variable à l’utilisateur en vue de contraindre son geste. Dans une deuxième partie, nous étudions la possibilité d’intégrer de tels systèmes sur un dispositif à plusieurs degrés de liberté, répondant au problème de placement d’aiguille. / In the context of interventional radiology, robotic-assisted surgery limits practitioners’ exposure to radiations and brings more accuracy to perform complex interventions. However, the presence of robot in the environment is a potential danger for the patient and the medical staff in case of unexpected interactions and manipulations.In this PhD thesis, we first focus on safety problems. An intrinsically safe mechanism is proposed. The achieved prototype allows to follow both planned trajectories and moving environments.Secondly, a guidance mechanism based on a passive approach is suggested. With a variable stiffness system, using a compliant mechanism, a resistive force is applied to the user which allows him to be guided in his gesture.Based on medical needs, we then study the possibility to integrate and generalize such systems to multiple degrees of freedom.