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Asservissement en position d'un manipulateur robotique pour l'échographie 3D des artères des membres inférieurs

Yen, Andy Kar Wah (2011). Asservissement en position d'un manipulateur robotique pour l'échographie 3D des artères des membres inférieurs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La maladie occlusive artérielle périphérique requiert une imagerie en trois dimensions des vaisseaux sanguins pour le diagnostic, la localisation et le traitement des sténoses. Le système d’imagerie échographique 3D est une alternative non invasive et non dispendieuse comparativement aux systèmes conventionnels. Cette reconstruction en trois dimensions peut être obtenue via la combinaison d’images échographiques planaires dont la position de chaque capture est connue. Le robot échographique ETS 3D-US de l’École de technologie supérieure est conçu pour accomplir cette imagerie. Il effectue les déplacements de la sonde en contact avec le patient pour la capture des images tout en mesurant la position de ces dernières. Ce mémoire expose la conception et la mise en oeuvre d’un système de commande de position de premier niveau pour ce robot. Grâce à la modélisation du robot, aux faibles vitesses d’opération et à des réducteurs de vitesse à ratio élevé, la loi de commande par couple pré-calculé est linéaire et décentralisée. Cette dernière est couplé de manière sérielle avec une loi de commande de type proportionnel-intégral-dérivée (PID). Lorsqu’estimée à partir des erreurs d’asservissement des moteurs, les résultats expérimentaux montrent une précision en position de 0.5 mm et en orientation de 0.3°, ce qui satisfait les exigences du cahier de charge. Par conséquent, nous concluons que cette approche constitue un système de commande de premier niveau valable si la structure mécanique du robot présente de faibles erreurs géométriques. Donc, un étalonnage géométrique sera nécessaire pour assurer une précision adéquate.

Titre traduit

Position control of a robotic manipulator for 3D-ultrasound imaging of lower peripheral arteries

Résumé traduit

Peripheral arterial disease requires a three-dimensional representation of the blood vessels for the diagnosis, the location and the treatment of the stenosis. Three-dimensional ultrasound imaging is a non-invasive and low cost alternative to conventional imaging systems. This 3D reconstruction can be obtained by combining planar ultrasound images where their positions are known. The robot ETS 3D-US of École de technologie supérieure is designed to follow this method by moving the probe in contact with the patient to capture images and their positions. This thesis presents the design and implementation of a first-level position control system for this robot. With modeling of the robot, low operating speed and high-ratio gearbox, the control law through computed torque is linear and decoupled. The computed torque control law is combined with a proportional–integral–derivative (PID) controller. Experimental results show a control with accuracy of 0.5 mm in position and 0.3° in orientation estimated from the motors’ position. This satisfies the precision requirements of an examination. Therefore, we can conclude this approach is a valid first-level position controller if the mechanical robot structure has small geometric errors. Hence, a geometric calibration will be needed to ensure adequate accuracy.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée". Bibliogr. : f. [67]-70.
Mots-clés libres: Sténose Échographie. Membres inférieurs. Robots. Modèles mathématiques. 3D, Artère, Asservissement, PID
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bigras, Pascal
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Bonev, Ilian
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 16 mai 2011 14:48
Dernière modification: 02 mars 2017 01:44
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/871

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