Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du projet ANR NEMRO, visant à étudier le lien entre déficience olfactive et maladies neurodégénératives. A cet effet, une biopsie optique de l’épithélium olfactif doit être réalisée. Son accès est cependant impossible, aujourd’hui, avec les outils conventionnels. Pour résoudre ce problème, nous proposons l’utilisation d’un robot à tubes concentriques (RTC). Sa synthèse est réalisée à partir d’images médicales. Elle prend en compte les critères de stabilité, la variabilité inter-sujet, et est associée à un déploiement ALFI (A La File Indienne). Le dispositif étant porté par le sujet, il doit être léger et compact. Une séquence de déploiement spécifique simplifie alors l’unité d’actionnement, et une implémentation est réalisée par fabrication additive multimatériaux. L’évaluation préliminaire d’un déploiement ALFI et des éléments de technologie clés a permis de valider l’approche retenue dans le projet NEMRO, ainsi que sa faisabilité. / This PhD thesis is part of the ANR NEMRO project, whose goal is to study the hypothetical correlation between olfactory deficiency and neurodegenerative diseases. For this purpose, an optical biopsy of the olfactory epithelium must be performed. However, this area is not accessible today with conventional tools. To go beyond this limitation, we propose to investigate the use a concentric tube robot (CTR). Its synthesis is performed from medical images. It takes into account the stability criteria, inter-subject variability, and is associated to a FTL (Follow-The-Leader) deployment. As the device is mounted on the subject, it has to be compact and lightweight. Thus, a specific deployment sequence simplifies the actuation unit, and an implementation is proposed using multimaterial additive manufacturing. Preliminary evaluations of the FTL deployment capabilities and the key components of the device allowed to validate the approach chosen for the NEMRO project, and its feasibility.

Les robots à tubes concentriques deviennent de plus en plus populaires dans la communauté de la robotique médicale. Dans cette thèse, un état de l’art général des travaux existants et qui couvre les thématiques de recherche en robots à tubes concentriques (RTC) est présenté dans un premier temps. Les modélisations géométrique (directe et inverse) et cinématique des RTC sont détaillées car elles servent de base pour les contributions de cette thèse. La première contribution consiste en une étude de concept d’utilisation des RTCs pour la résection des tumeurs profondes situées au niveau du lobe frontal du cérveau. ‘Grid searching’a été utilisée comme méthode d’optimisation pour la conception des tubes des RTCs. Cette méthode permet d’éviter le problème crucial de présélection des coefficients de pondération, cette pondération étant nécessaire dans toutes les méthodes de scalarisation existantes dans la litérature. La méthode de ‘grid searching’ utilisée dans ce travail permet la sélection des paramères optimaux avec l’aide d’une illustration graphique de la distribution des résultats de calcul concernant les critères de séléction. La stabilité élastique due aux interactions destubes en flexion et en torsion est incluse dans les critères de séléction et est évaluée avec une nouvelle approche introduite dans ce travail. La deuxième contribution de cette thèse repose sur la synthèse d’une loi de commande qui permet de faire face aux incertitudes cinématiques dans le contrôle de mouvement des RTCs. L’étude réalisée a montré qu’un contrôle au niveau des couples moteurs avec un retour dans l’espace opérationnel et une matrice Jacobienne approchée, ce contrôle assure une robustesse en présence des incertitudes cinématiques au niveau de la matrice Jacobienne et permet d’obtenir des bonnes performances de contrôle en terme d’erreur de poursuite. / Concentric Tube Robots (CTR) are becoming more and more popular in medical robotics community. In this thesis, a general literature survey on existing works covering the research topics of CTR is first presented. The kinematics of CTR is more specifically detailed since it is the basics of the main contributions of this thesis. The first contribution is a concept study of exploiting CTR for resection of deep brain tumors located at the frontal lobe. Grid searching has been used as the optimization method for the CTR tubes design. This method allows to avoid the crucial problem of weights preselection which is required in all scalarizationmethods existing in literature. Instead, the grid searching method used in this work allows to choose the optimal parameters with the help of graphical illustration of calculation results distribution with respect to the selection criteria. The elastic stability dues to the bending and torsion interaction between tubes is considered and evaluated with a new approach introduced in this work. The second contribution then is to deal with the kinematic uncertainties in motion control of CTR. The proposed control method designed at the actuator level shows that the control design of actuator input with task-space feedback and approximate Jacobian matrix provides robustness in handling inaccuracy in kinematic model and maintains good control performance at the same time.