Équipe AVR - Automatique Vision et Robotique

Sujets de stages

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Conception et fabrication d’une aiguille chirurgicale à flexibilités contrôlables

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La description complète du travail est à consulter ici.

  • Période : 5-6 mois, à partir de févier/mars 2019 (à convenir)
  • Encadrement : L. Rubbert et P. Renaud
  • Mots clés : Conception mécanique, mécanisme compliant, impression 3D
  • Description

Dans le cadre du projet européen SPIRITS (Smart Printed Interactive Robots for Interventional Therapy and Surgery, http://spirits.icube.unistra.fr), un dispositif d’aide à l’insertion d’aiguille est développé. Il permet de contrôler l’orientation de l’aiguille. Cependant, il peut être difficile pour le radiologue de maîtriser cette orientation pour respecter une précision de l’ordre du millimètre au niveau de la cible, alors que l’insertion est réalisée sur 60 à 80 mm de profondeur. L’objectif est ici de compléter le système robotique par une aiguille rendant possible un ajustement fin de sa position durant l’insertion. Dans ce projet, nous proposons d’utiliser une approche passive, sans actionneur dans l’aiguille, en développant une aiguille spécifique se déformant sous l’effet de l’interaction avec les tissus. Pour ce faire, nous souhaitons augmenter la sensibilité de l’aiguille volontairement, par un travail sur sa structure, pour rendre l’approche efficace même avec des tissus mous. Rendre l’aiguille anisotrope, c.-à-d. avec un comportement différent selon les directions de l’espace, pourrait alors permettre de contrôler la trajectoire si l’on ajuste en même temps profondeur et orientation de l’aiguille autour de son axe. Concevoir un corps d’aiguille flexible pose d’évidents problèmes dimensionnels et technologiques. Pour les résoudre, nous privilégierons dans le projet l’usage de technologies d’impression 3D, et notamment les capacités récemment démontrées de d’impression sur verre, permettant d’associer liberté de forme et résolution micrométrique. L’objectif du stage est finalement de concevoir, réaliser et tester une aiguille suivant le principe énoncé.

  • Profil des candidats

Le travail relève de la modélisation mécanique, de la conception, de la simulation numérique et de l’expérimentation, incluant l’impression 3D de structures. Le candidat sélectionné devra avoir un goût marqué pour ces disciplines. La maîtrise d’outils de CAO et de simulation numérique est indispensable par ailleurs. Enfin, la nature collaborative du travail impose d’avoir le sens du contact et la curiosité scientifique nécessaires à un travail également pluridisciplinaire. La nature du projet permet de le proposer à des étudiants en dernière année d’école d’ingénieurs et/ou de Master 2 en robotique.

  • Pour candidater

La candidature doit se faire par envoi de CV, lettre de motivation et relevés de notes des deux derniers semestres par e-mail (pierre.renaud at insa-strasbourg.fr)

Sujets en Vision par Ordinateur / Deep Learning (CAMMA: Computational Analysis and Modeling of Medical Activities)

We are looking for motivated and talented students with knowledge in computer vision and/or machine learning who can contribute to the development of our computer vision system for the operating room.

Please feel free to contact Nicolas Padoy if you are interested to do your master's thesis or an internship with us (funding of ~500Euros/month will be provided during 4 to 6 months). The successful candidates will be part of a dynamic and international research group hosted within the IRCAD institute at the University Hospital of Strasbourg. They will thereby have direct contact with clinicians, industrial partners and also have access to an exceptional research environment. The CAMMA project is supported by the laboratory of excellence CAMI, the IdEx Unistra and the MixSurg Institute.

Topics:

  • Deep Learning for Activity Recognition in Large Video Databases
  • Multi-view Human Body Tracking for the Operating Room using RGBD Cameras

More information about CAMMA

Links:



Master internship in modeling and planning for continuum robots

  • Training period: 5-6 months, between January and August 2019
  • Supervisor: B. Rosa (b.rosa_at_unistra.fr) and F. Nageotte
  • Keywords: continuum robots, cosserat rod theory, planning, medical robotics
  • Context:

Continuum robots and systems (e.g. endoscopes) are increasingly used in minimally invasive surgery for the unparalleled deported access and dexterity abilities they provide to the surgeon [1]. Mechanical models have been developed in order to compute the shape of such robots given kinematic inputs, using Cosserat Rod theory or minimum energy formulations. Recent studies have shown that those models allow computing compliance matrices explicitely, without resorting to finite difference methods [2,3]. This internship will investigate the properties and use of compliance matrices for safe planning of robot movement inside delicate anatomy.

The work will mainly first consist in analyzing the properties of the compliance matrices and identifying possible solutions to simplify its use and computation. Depending on the strengths of the candidate, several tracks may be considered :

    • Development of a numerically-efficient software package for continuum robot shape and compliance computation
    • Experimental validation on a concentric tube robot prototype
    • Development of a compliance-based planning algorithm for safe deployment of continuum robots in simulation
  • Profile of candidates: We're looking for talented master students with major in mechanical engineering, electrical engineering, or robotics. Strong analytical skills are essential, as well as a good command of a high-level programming language such as C++ or Python. Proficiency in English or in French is required. To apply, please send a CV and a cover letter, if possible with grades from the master semesters already finished, to b.rosa@unistra.fr, with the following key appearing in the email subject: “[MAPP_2019]”. Applications not respecting this formatting will not be considered.
  • References

[1] J. Burgner-Kahrs et al, 2015. Continuum robots for medical applications: A survey. IEEE Transactions on Robotics, 31(6), 1261-1280. [2] G. Smoljkic et al, 2014. Compliance computation for continuum types of robots. IEEE IROS 2014 Proceedings, pp 1066-1073. [3] DC. Rucker et al, 2011. "Computing Jacobians and compliance matrices for externally loaded continuum robots." IEEE ICRA 2011 Proceedings


Identification et commande d'un robot à câbles en tenant compte des flexibilités des câbles

English version

Contexte

Les robots parallèles à câbles sont des dispositifs originaux permettant de manipuler des charges sur un espace de travail de grande taille avec une structure légère. Ils sont envisagés pour différentes applications comme la construction aéronautique et navale. Le laboratoire ICube s'intéresse à la commande de tels dispositifs en tenant compte des flexibilités des câbles et plus précisément des effets inertiels des déplacements transverses des câbles. Un modèle dynamique d'un robot plan à 4 câbles a été obtenu en utilisant l’équation d’Euler-Lagrange en s'appuyant sur l'hypothèse des modes supposés [1]. A partir d'une version linéarisée de ce modèle, une loi de commande de type H-infinie a été synthétisée et validée en simulation.

Objectifs du stage

L'objectif de ce stage est de contribuer à la validation expérimentale des approches développées sur un démonstrateur expérimental disponible au laboratoire (robot INCA). Dans un premier temps, vous serez en charge d'estimer les paramètres du modèle de manière à rapprocher son comportement du dispositif expérimental. Cela passera par la réalisation d'expériences permettant d'exciter les paramètres. Dans un second temps, vous serez en charge d'implémenter les lois de commande développées et de concevoir des expériences permettant de les évaluer.

Durée de stage: 4 à 6 mois

Cadre de travail

Le stage se déroulera sur le campus de Strasbourg-sud (à Illkirch) très bien desservi en tram (à 20 minutes du centre-ville) dans l'équipe Automatique-Vision-Robotique du laboratoire ICube. Vous rejoindrez une équipe de 5 personnes aux profils complémentaires qui seront disponibles pour vous accompagner.

Profil et candidature

Actuellement en dernière année d'une école d’ingénieurs ou d'un master, vous disposez d'une solide formation en automatique qui vous permettra de proposer et de mettre en oeuvre des méthodes d'estimation des paramètres et de comprendre les méthode de commande mises en oeuvre dans le projet. Vous êtes à l'aise dans l'utilisation du logiciel Matlab qui sera utilisé pour programmer l'estimation des paramètres. Vos compétences en informatique industrielle vous permettront d'intervenir sur le code de commande afin de réaliser les essais demandés. Enfin, vous disposez d'une expérience concluante dans les aspects expérimentaux qui vous permettra d'être rapidement opérationnel sur le robot INCA utilisé pour les essais.

Votre candidature, comprenant un CV et une lettre de motivation, sera adressée à laroche@unistra.fr et à rsaadaoui@unistra.fr.

[1] J. Ayala Cuevas, E. Laroche, O. Piccin, "Assumed-mode-based dynamic model for cable robots with non-straight cables", Third International Conference on Cable-Driven Parallel Robots, Québec, Canada, Springer, Mechan. Machine Science, Volume 53, août 2017, doi:10.1007/978-3-319-61431-1_2