Ces travaux de thèse apportent plusieurs contributions à la conception de dispositifs d'assistance robotisés pour la réalisation de procédures d'insertion d'aiguille sous imageur à rayons X. Partant de la tâche de positionnement et d'orientation d'une aiguille, plusieurs architectures mécaniques inédites à quatre degrés de liberté ont été proposées. Un algorithme de synthèse dimensionnelle a été conçu pour calculer les paramètres structuraux de ces mécanismes en étudiant leurs singularités, tout en tenant compte des contraintes antagonistes de compacité du système, de capacité d'actionnement et de taille d'espace de travail. Une décomposition modulaire du dispositif d'assistance a permis de proposer des solutions pour un outil dédié à l'insertion d'aiguille avec retour d'effort. Cet outil comporte un dispositif d'insertion, un système de préhension d'aiguille et un capteur d'effort spécifique pour le retour d'effort. / This thesis focuses on finding solutions for the design and the technological bottlenecks involving development of a slave robotic assistant for needle insertion procedures. The needed functionalities for the slave device were sought to be achieved by adopting a modular approach. This required the design and the development of different devices which satisfy targeted functionalities. A study of needle positioning devices was carried out which led to the synthesis of novel mechanisms for the task of needle axis translation and the needle axis orientation. A novel dimensional synthesis algorithm was developed to calculate the structural parameters of these mechanism while studying their singularities and considering the antagonistic constraints of system compactness, actuation torques and workspace size. The modular decomposition also allowed to offer solutions for an insertion tool dedicated to needle insertion with force feedback. This insertion tool consists of a device for inserting the needle, a device for grasping the needle and a force sensor for force feedback.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'amélioration des modèles de raideur pour les robots sériels et parallèles possédant des articulations passives. Contrairement aux travaux précédents, la raideur du robot est évaluée en présence de chargement en vérifiant les équations d'équilibre du système. Cette modélisation prend en compte les chargements externes ainsi que les pré-charges internes et des charges distribuées comme les forces dues à la gravité. Il est ainsi possible d'écrire la relation entre la charge et le déplacement de l'effecteur en tout point de l'espace de travail et de la linéariser en prenant en compte les modifications de la matrice jacobienne à cause du chargement. Ceci permet au concepteur de robot d'évaluer les contraintes critiques qui peuvent engendrer un comportement non linéaire de la raideur comme une défaillance soudaine due à une instabilité élastique (flambement) qui n'a jamais été étudiée dans la littérature robotique. Il est supposé que l'élasticité du robot est décrite par un modèle avec des flexibilités localisées, qui se compose d'une chaîne de corps rigides reliés par des ressorts virtuels à 6 degrés de liberté. Chaque ressort caractérise la flexibilité du corps correspondant ou de l'articulation actionnée et tient compte à la fois de leur souplesse translation / rotation et du couplage entre eux. Pour augmenter la précision du modèle, les raideurs des ressorts sont évaluées en utilisant une technique d'identification basée sur une modélisation par éléments finis. Avec cette méthode, il est possible d'obtenir une précision proche de celle des modélisations par éléments finis, mais réduit drastiquement les temps de calcul en éliminant les remaillages répétitifs lorsque l'on change la position de l'effecteur ainsi que la taille des matrices à inverser.