Cobotique, Bio-Ingénierie & Robotique pour l’Assistance – CoBRA

Chercheurs et enseignants-chercheurs

Amir Trabelsi

(2021 - en cours). Sujet de thèse : « Contribution à la conception d'un système multi-robots pour la chirurgie mini-invasive afin de réaliser des expériences sur le modèle cadavérique ». Direction : M. A. Laribi, A. Mlika, J. Sandoval, S. Lahouar


 

C’est une thèse en cotutelle entre l'Université de Sousse et l'Université de Poitiers. L'objectif est de développer et de mettre en capacité opérationnelle un système expérimental multirobots de porte-outils et d’interfaces haptiques pour réaliser expérimentalement des tâches de chirurgie mini-invasives tout en maintenant la cohabitation sécurisée entre les différentes composantes présentes dans le bloc opératoire.

 

Contact : trabelsi.amir@eniso.u-sousse.tn

Ferdaws Ennaiem

(2018 - en cours). Sujet de thèse : « Approche optimale pour la synthèse des robots à câbles dédiés à la rééducation fonctionnelle ». Direction : M. A. Laribi, A. Mlika, L. Romdhane


 

La rééducation fonctionnelle est une phase inévitable dans le traitement des patients atteints d’un déficit moteur. A cet égard, la robotique médicale vient pour assister la tâche des thérapeutes et garantir une meilleure qualité du protocole de rééducation suivi. Parmi les dispositifs développés, les robots parallèles à câbles prennent une place considérable grâce aux caractéristiques qu’ils présentent. De ce fait, l’objectif de cette thèse est le développement d’une plateforme robotisée à câbles pour la rééducation des membres supérieurs.

 

Contact : ferdaws.ennaiem@univ-poitiers.fr

Inès Ben Hamida

(2017 - en cours). Sujet de thèse : « Synthèse typologique et dimensionnelle des mécanismes à chaînes cinématiques fermées : application aux robots parallèles ». Direction : M. A. Laribi, S. Zeghloul, L. Romdhane


 

Les travaux menés dans le cadre de cette thèse portent sur la conception optimale des robots parallèles. Les deux aspects de la synthèse des mécanismes sont évoqués : la synthèse typologique et la synthèse dimensionnelle.

Une approche de synthèse qui traite les deux aspects est proposée et élaborée. Elle consiste en un algorithme d’optimisation qui permet à la fois le choix de la typologie optimale et la détermination de ses dimensions pour une application donnée. Cette méthode a été illustrée sur un robot parallèle à câbles dédié à la rééducation physique du membre supérieur.

 

Contact : ines.ben.hamida@univ-poitiers.fr

Alizée Koszulinski

(2021 - 2022). Sujet de stage : « Assistant robotique pour la chirurgie cervicale avec couplage visuel extéroceptif »


 

Alizée Koszulinski a obtenu sa licence en Sciences et Génie des Matériaux de l’Université de Pau, France, en 2019. Elle est actuellement étudiante en Master Ingénierie de Conception, parcours Biomécaniques, à l’université de Poitiers. Son stage de fin d’étude, effectué au sein de l’équipe CoBRA et en collaboration avec le laboratoire international associé Franco-Taiwanais RACeS, consiste à développer une plateforme robotique pour la chirurgie du rachis cervical. L’assistance fournie par le comanipulateur vise à améliorer la précision et à réduire les taux de complications de l’acte chirurgical.

 

Contact : alizee.koszulinski@etu.univ-poitiers.fr

Aya Gouiaa

(2021 - 2022). Sujet de stage : « Modélisation et commande d'un robot parallèle à câbles plan (RPCP) dédié à la rééducation des membres supérieurs »


 

Tunisienne, élève ingénieur en mécatroniques et étudiante en Master 2 Perception Artificielle et Robotique. En double diplomation entre l’école Nationale d’ingénieurs de Sousse (ENISo) et SIGMA CLERMONT / université Clermont Auvergne.

Actuellement stagiaire au sein de l’équipe CoBRA. Mon sujet porte sur la co-manipulation homme-robot : l’intégration d’un capteur d’effort à 6 axes dans une plateforme à câbles parallèle plan ainsi que sa modélisation et son commande. Ce Prototype est destiné pour la rééducation des membres supérieurs.

 

Contact : aya.gouiaa@sigma-clermont.fr

Elie Gautreau

(2021 - 2022). Sujet de stage : « Conception d’un premier module mécatronique bio-inspiré »


 

Elie est titulaire d'un DUT en Génie Mécanique et Productique de l'Université de Rennes, France, 2018 et actuellement étudiant en Master Ingénierie de Conception, parcours Génie Mécanique à l'Université de Poitiers. Il effectue un stage de fin d'études dans l'équipe CoBRA dans le cadre du projet ANR DRAGON 2. Son travail porte sur la conception d'un robot serpent bio-inspiré. Le premier objectif est d'extraire et de traiter la locomotion de la nage du serpent à partir d'essais expérimentaux sur diverses espèces terrestres et aquatiques.  Ces données sont transférées à un robot serpent bio-inspiré pour reproduire leurs mouvements afin d'apporter des réponses aux biologistes sur la compréhension du retour à une vie aquatique des serpents.

 

Contact : elie.gautreau@etu.univ-poitiers.fr

Aurélien Thomas

(2021 - 2022). Sujet de stage : « Intégration et validation expérimentale d’une plateforme cobotique hyper-redondante »


 

Actuellement étudiant en Master 2 Ingénierie de Conception Parcours Systèmes Automatisés et Robotique Avancée à l’université j’effectue mon stage au sein de l’institut Pprime. Mon stage porte sur la mise en œuvre d’une plateforme robotique redondante développée au sein de Pprime. La plateforme est destinée à la réalisation d’échographies téléopérées, il faut donc développer les différentes stratégies : gestion de la redondance, compliance.

 

Contact : aurelien.thomas@etu.univ-poitiers.fr

 

(2016 - 2019) Célestin Préault, « Contribution à la conception et la mise en œuvre d’un robot d’assistance aux gestes chirurgicaux »,  soutenue le 13/12/2019. Direction : M. Arsicault, M. A. Laribi
(2016 - 2019) Camille Mizera, « Développement d’un préhenseur multi-digital marinisé dans un contexte de télémanipulation à retour d’efforts », soutenue le 18/12/2019. Direction : J.P. Gazeau, S. Zeghloul, M. A. Laribi
(2015 - 2018) Younsse Ayoubi, « Contribution au développement d’un dispositif de sécurité intelligente pour la cobotique », soutenue le 10/07/2018. Direction : S. Zeghloul, M. A. Laribi
(2012 - 2015) Houssem Saafi, « Contribution à la conception mécatronique et à l'optimisation des systèmes haptiques : application à la télémanipulation », soutenue le 01/12/2015. Direction : S. Zeghloul, M. A. Laribi

  • Hanén El Golli (2020) - PHC Utique

  • Houssem Saafi (2015 - 2017), ANR SISCob

  • Carl Nelson, Professeur à l’University of Nebraska-Lincoln (USA), invité en 2016 et 2020

  • Elena De Momi, Professeur au Politecnico di Milano (Italie), invitée en 2019

  • Terence Essomba, Professeur à The National Central University (Taiwan), invité en 2018 et 2019

  • Giuseppe Carbone, Professeur à l’University of Calabria (Italie), invité en 2017 et 2018

  • Lotfi Romdhane, Professeur à l’American University of Sharjah (UAE), invité en 2015

Activités de recherche

Les recherches de l’équipe CoBRA consistent à développer des approches optimales de synthèse de mécanismes pour faire émerger de nouvelles cinématiques pour des dispositifs haptiques et systèmes multi-robots innovants en vue d’applications médicales. Ces recherches s’appuient sur l’expertise des praticiens hospitaliers et un environnement composé par du matériels de pointes tel que la technologie SimLife permettant de simuler des situations réalistes d’un bloc opératoire.

 

Un intérêt particulier sera porté sur l’optimisation des mécanismes poly-articulés collaboratifs et l’aspect sécurité à travers l’exploitation de la compliance passive et active ainsi que l’hyper-redondance. Il s’agira en même temps de consolider des approches de conception développé pour ces dispositifs mécatroniques complexes.

 

Les activités de recherche de l'équipe s’articulent autour des 2 thèmes suivants :

Conception optimale de systèmes mécatroniques complexes


Ce thème concerne le développement d’approches optimales de synthèse de mécanismes afin de faire émerger de nouvelles cinématiques pour des dispositifs haptiques et systèmes multi-robots innovants, notamment collaboratifs. Ces recherches s’appuient sur l’expertise de praticiens hospitaliers et d’un environnement composé par du matériel de pointe tel que la technologie SimLife, développée au sein de l'ABS Lab (Laboratoire d'Anatomie, de Biomécanique et de Simulation) de l'Université de Poitiers.

Étude, évaluation et commande pour la robotique collaborative et d’interaction (pHRI)


Ce thème souhaite répondre à un certain nombre d’enjeux sociétaux et de problématiques scientifiques propres à la robotique collaborative et d’assistance à la personne. Ces recherches s’inscrivent dans le cadre d’un projet de recherche international soutenu par le CNRS (IRP-RACes) et de plusieurs collaborations nationales et internationales.

Projets de recherche

HaBiSan - Développement d'une plateforme robotique collaborative permettant à un robot d'assister le praticien dans ses gestions chirurgicaux


Dans l’objectif de mettre en œuvre une plateforme robotique de télé-opération et tester l’interaction d’un cobot avec son environnement, lors de l’exécution de tâches, nous avons développé deux interfaces haptique. La première interface à 6 degrés de liberté résulte de l’association d’une interface du commerce à 3 degrés de liberté (d.d.l) de translation avec une centrale inertielle pour les 3 d.d.l de rotation. La deuxième interface à 4 d.d.l possède une architecture innovante et en adéquation avec le cahier des charges de l’application de chirurgie mini invasive.

 

Nous avons programmé des tâches en mode téléopéré comme cela est prévu dans le cadre de l’approche proposée pour réaliser des tâches en télé-opération pour des applications médicales.

 

Des expérimentations d’interaction homme-robot ont été conduites avec succès, à l’aide de cette plateforme robotique en chirurgie mini-invasive, échographie doppler et neurochirurgie.

 

- Échographie Doppler :

 

L’examen complet d’échographie Doppler est réalisé par le praticien angiologue en mode téléopéré. Le praticien contrôle le cobot et module à distance les efforts exercés à travers la manipulation de l’interface de commande à retour d’effort et en interaction avec son environnement. Les efforts ressentis par le cobot au niveau de la sonde d’échographie sont restitués au praticien par l’intermédiaire du retour haptique de l’interface de commande.

Figure 1 : (a) Examen d’échographie Doppler en mode télé-opération (b) Interface à 6 ddl

 

On peut observer sur la Figure 1 le praticien qui manipule l’interface de commande à retour d’effort à distance du robot qui exécute les tâches générées par le praticien sous un contrôle permanant. Les efforts mis en jeu dans l’interaction du robot avec l’environnement, ici la sonde en contact avec la carotide, l’aorte et le membre inférieur, sont reproduits au niveau de l’interface de commande. Grâce à ce retour haptique, le praticien module les efforts exercés sans être obligé d’exercer des efforts conséquents, comme c’est le cas sans utilisation d’assistant robotique.

 

Dans un premier temps, grâce à l’utilisation d’un système robotique téléopéré aucune planification préopératoire de la trajectoire ne sera nécessaire car le chirurgien contrôle directement le cobot à l’aide d’un dispositif de commande pour réaliser une craniotomie. L’interface de contrôle haptique a permis non seulement de commander un cobot pour effectuer l’intervention de neurochirurgie, mais également de fournir un retour d’effort. L’utilisation de l’outil robotique a permis d’améliorer la précision et a réduit les complications inhérentes à cette tâche.

 

Dans un second temps, l’utilisation du cobot en mode comanipulation avec l’utilisation d’un capteur d’effort additionnel installé au niveau de son organe terminal a permis de mesurer d’une manière précise l’amplitude des efforts d’interactions du trépan chirurgical avec le crâne humain.

 

Toutes les opérations sont réalisées dans un environnement médical exploitant les outils de simulation en santé très réaliste en particulier le modèle cadavérique et le système « SimLife ».

Figure 2 : (a) Plateforme de neurochirurgie, (b) Robot collaboratif avec un capteur d’effort à son organe terminal

 

- Chirurgie mini-invasive :

 

Une solution téléopérée complète pour la chirurgie mini-invasive par cœlioscopie est proposée. Cette solution comporte un dispositif de commande composé de deux interfaces maîtres à retour d’effort et une unité opératoire composée de deux robots esclaves. Les deux robots esclaves sont équipés chacun d’un préhenseur instrumenté permettant d’accueillir / manipuler des outils standards.

 

Une nouvelle interface haptique à architecture innovante adaptée au cahier des charges de l’application de chirurgie mini-invasive est proposée. La nouvelle architecture est optimisée et ses modèles associés sont développés.

Figure 3 : (a) Représentation simplifiée de l’interface et son espace de travail, (b) CAO de l’interface à 4 d.d.l

 

Les interfaces et les préhenseurs n’ont pas pu être réalisés pour des raisons de délais non tenus relatifs à l’exécution du présent programme.

Production scientifique :

  1. Sandoval Arévalo, J.S.; Laribi, M.A.; Zeghloul, S.; Arsicault, M. On the Design of a Safe Human-Friendly Teleoperated System for Doppler Sonography. Robotics 2019, 8, 29. https://doi.org/10.3390/robotics8020029
  2. Préault, C., Saafi, H., Laribi, M., & Zeghloul, S. (2019). Optimal design and evaluation of a dexterous 4 DoFs haptic device based on delta architecture. Robotica, 37(7), 1267-1288. https://doi.org/10.1017/S0263574718000929
  3. Ayoubi, Y.; Laribi, M.A.; Zeghloul, S.; Arsicault, M. V2SOM: A Novel Safety Mechanism Dedicated to a Cobot’s Rotary Joints. Robotics 2019, 8, 18. https://doi.org/10.3390/robotics8010018
  4. Saafi, H., Laribi, M. A., Zeghloul, S., and Arsicault, M. (April 11, 2018). "On the Development of a New Master Device Used for Medical Tasks." J. Mechanisms Robotics. August 2018; 10(4): 044501. https://doi.org/10.1115/1.4039590
  5. Ayoubi, M.A. Laribi, F. Courrèges, S. Zeghloul, M. Arsicault “Complete design methodology of biomimetic safety device for cobots’ prismatic joints” Robotics and Autonomous Systems, Volume 102, 2018, Pages 44-53. https://doi.org/10.1016/j.robot.2018.01.008
  6. Nouaille, M.A. Laribi, C.A. Nelson, S. Zeghloul, G. Poisson « Review of kinematics for minimally invasive surgery and tele-echography robots », ASME. J. Med. Devices. 2017;11(4), (14 pages):040802-040802-14. https://doi.org/10.1115/1.4037053
  7. Lamine, M. A. Laribi, S. Bennour, L. Romdhane and S. Zeghloul, « Design study of a Cable-Based Gait Training Machine », Journal of Bionic Engineering Volume 14, Issue 2, April 2017, Pages 232–244. https://doi.org/10.1016/S1672-6529(16)60394-3

 

La Région et l'Union européenne soutiennent le projet "HABISAN : Développement d'une plateforme robotique collaborative permettant à un robot d'assister le praticien dans ses gestions chirurgicaux" dans le cadre du "Programme Opérationnel FEDER/FSE 2014-2020" et s'accompagne de l'emblème de l'Union européenne du FEDER et de la Région.

In progress....

Robotic Assisted system for safe Cervical Surgery (2021-2025)

In progress...

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