Thèse Contribution à la Conception et à la Commande d'Interfaces Haptiques Macro-Minis H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : INSA Lyon
École doctorale : EEA - Electronique, Electrotechnique, Automatique de Lyon
Laboratoire de recherche : Laboratoire Ampère
Direction de la thèse : Minh Tu PHAM ORCID 0000000167995899
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59

L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologique de co-conception d'interfaces haptiques macro-mini dans le cadre de la simulation haptique pour l'apprentissage du geste technique (interaction complexe entre un utilisateur et un environnement au moyen d'un outil). Les travaux menés devront permettre de :
(1) Définir les caractéristiques et performances des systèmes haptiques macro-minis
(2) Repositionner ces systèmes dans le cadre d'étude théorique de la redondance d'entrée développé au laboratoire Ampère
(3) Proposer une approche de co-conception des systèmes haptiques macro-minis et de leur commande lié au cahier des charges de l'apprentissage du geste technique.

Les travaux récents du laboratoire Ampère se s'intéresse à l'apprentissage de l'acte chirurgical à travers de simulateurs médicaux [1,2,3]. La simulation haptique vise à reproduire le toucher en environnement virtuel et possède de nombreuses applications. L'idéal est une interface totalement transparente où seules les forces virtuelles sont ressenties [4]. Cet idéal supposerait une interface sans masse ni frottements, ce qui est impossible en pratique [5]. Les concepteurs doivent donc viser un compromis entre grand espace de travail, rigidité élevée et faibles inertie et frottements.
Ces exigences contradictoires rendent la conception d'interfaces haptiques complexes. Une piste étudiée est l'usage de structures mécaniques macro-mini.
Ces systèmes comportent deux sous-systèmes en série aux propriétés dynamiques différentes.
La partie macro assure de grands mouvements, tandis que la mini permet des actions rapides et précises. Leur complémentarité améliore fortement les performances robotiques dans divers domaines exigeants [6, 6b, 7, 8]. Pourtant, leur potentiel reste peu étudié pour les interfaces haptiques. Leur redondance cinématique permettrait d'optimiser les performances via la commande et les degrés de liberté supplémentaires [9, 10].
Exploiter pleinement ces avantages nécessite une co-conception intégrant à la fois structure mécanique et stratégie de commande.

L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologique de co-conception d'interfaces haptiques macro-mini dans le cadre de la simulation haptique pour l'apprentissage du geste technique (interaction complexe entre un utilisateur et un environnement au moyen d'un outil). Les travaux menés devront permettre de :
(1) Définir les caractéristiques et performances des systèmes haptiques macro-minis
(2) Repositionner ces systèmes dans le cadre d'étude théorique de la redondance d'entrée développé au laboratoire Ampère
(3) Proposer une approche de co-conception des systèmes haptiques macro-minis et de leur commande lié au cahier des charges de l'apprentissage du geste technique.

Année 1 :
- Etat de l'art et bibliographie :
sur les systèmes haptiques et l'apprentissage du geste
sur les systèmes macro-minis
sur la redondance d'entrée et l'allocation de commande
- Définir le cahier des charges de l'interface et le banc de test expérimental en lien avec les autres projets de la thématique robotique du laboratoire.
Année 2 :
- Concevoir et fabriquer un prototype de système haptique macro-mini pour une tâche médicale donnée qui sera judicieusement choisie.
- Proposer et implémenter des lois de commande susceptibles d'améliorer le réalisme de la simulation haptique
Année 3 :
- Organiser des essais avec utilisateurs dans le but de comparer les performances de différentes lois de commande.
- Rédiger le rapport de thèse et préparer la soutenance.

Pendant ces trois années, le/la doctorant.e devra rédiger des articles scientifiques faisant état de son avancement en vue de publications dans des conférences internationales (ICRA, IROS, EMBC) et dans des revues scientifiques (IEEE TRMB, IEEE TBME, IEEE ToH).

Étudiant.e ayant un Master 2 ou un diplôme d'ingénieur, spécialisé.e en mécanique et mécatronique ;
- Intérêt marqué pour les interfaces pluridisciplinaires entre mécanique, automatique et informatique industrielle ;
- Autonomie, rigueur expérimentale et esprit critique appréciés ;
- Des connaissances en simulation numérique, fabrication additive, instrumentation, Matlab-Simulink seront un plus
Les candidat.e.s devront manifester un fort intérêt pour la recherche expérimentale à l'interface de plusieurs disciplines, ainsi que d'autonomie et de rigueur scientifique dans la réalisation des expériences.