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Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE
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Sûreté de fonctionnement et robotique médicale
Club SEE
L. URBAIN
30 Novembre 2000
20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE
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20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE
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Sommaire
• Problématique du domaine
• Stratégies de sûreté de fonctionnement
• Méthodologie proposée par SINTERS
• Débat
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Problématique
LA SECURITE
Problématique Stratégie Méthodologie
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Modes de Panne
• Niveau 0 : Décès de plusieurs patients ou Opérateurs (Catastrophique)
• Niveau 1 : Décès Patient ou Opérateur (Très grave) • Niveau 2 : Blessure Patient ou Opérateur (Grave) • Niveau 3 : Désagrément Patient ou Opérateur
(Tolérable)
Problématique Stratégie Méthodologie
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Présence humaine
• Patient
• Opérateur
Problématique Stratégie Méthodologie
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Environnement Hostile
• Espace de travail• Espace de la tâche• Surfaces de contact• CEM
Problématique Stratégie Méthodologie
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Nature des tâches
• Niveau de performances (tâches ciblées)
• Précision(espace de travail ciblé)
• Répétitivité (améliorer le diagnostic)
• Temps de réponse (télé-médecine)
Problématique Stratégie Méthodologie
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Contraintes de construction
• Solution technique complexe à assembler pour répondre aux besoins du cahier des charges
• Problème de fabrication spécifique des composants matériels répondant aux besoins de sûreté de fonctionnement (Coûts, délais)
• Certification
Problématique Stratégie Méthodologie
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Psychologie / Responsabilité
• Médecin / Opérateur• Patient
• Situation• Inter-opérabilité• Convivialité
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Stratégie
• Redondances• Testabilité• Sécurité intrinsèque• Fiabilité / Sécurité
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• Mise en parallèle ou en série de composants– Coûts
– Complexité intrinsèque
– Fiabilité
Redondances
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Limitations opérationnelles
• Volume de travail• Vitesse d’intervention• Configurations des
manipulateurs• Degrés de liberté• Fonctionnalités
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Prévention des pannes
anticiper la panne pour préparer la séquence d’arrêt
• Testabilité
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Sécurité intrinsèque
• Capacité à diminuer le niveau maximum de risque par construction
• Possibilité de perte de fiabilité au profit d’une augmentation de la sécurité
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Démarche SINTERS
Basée sur notre démarche utilisée en aéronautique
• Notion de mode de pannes
• Notion d ’arbres de panne
• Consolidation multicritères
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Analyse Mécanique
Décomposition fonctionnelle des constituants de la chaîne poly-articulée
Problématique Stratégie Méthodologie
Potence Robot
Σ Axes 1 à N
Capteur d’effort
Porte Sonde - Sonde
Homme
Décomposition fonctionnelle des constituants de la chaîne poly-articulée
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Décomposition des blocs
Problématique Stratégie Méthodologie
Potence Robot
Moteur iLimiteur de
couple iRéducteur
Axe iRésolveur
Axe i
Butée mécanique
Résolveur Axe i
Résolveur Moteur i
Roulement à bille
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Analyse des blocs
Panne Descriptif de la Panneet effet
Evaluation de l’Effet de lapanne sur le système
Criticité
Pas detransmission
de couple
Limiteur ne transmet plusde couple
Mouvement libre de l’axesans puissance moteur
C3
Transmissionintégrale du
couple
Limiteur transmet latotalité du couple
Puissance moteur totaletransmise. Couple
transmis= couple maxmoteur
C2
Rupturemécanique
Pas de couple transmis.Axe soumis à la gravité
Mouvement libre de l’axesans puissance moteur
C3
Problématique Stratégie Méthodologie
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Classement des événements redoutés
• Niveau 1– Basculement du robot
• Niveau 2– Chute de la sonde– Chute d’un élément du robot
• Niveau 3– Vibration du robot
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Arbre de Panne
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Basculement du robot
Rupture de potence Surcharge extérieure
Structure dont le centre de gravité est le bras du polygone de
sustentation
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Analyse électrique
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Schéma de principe de l ’ensemble sécurité
Problématique Stratégie Méthodologie
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Décomposition des blocs
Problématique Stratégie Méthodologie
Carte d ’axes
Carte relais
Moteur iTranslateur i
Frein axe i
Convertisseur Fréquence moteur i
Résolveur moteur i
Convertisseur résolveur/codeur i
Résolveur axe i
Watchdog
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Événements électriques redoutés
• Niveau 1– Électrocution patient ou opérateur
• Niveau 2– Étranglement Patient (statique sur effort)– Choc patient ou opérateur (Contrôle non
maîtrisé du déplacement)
• Niveau 3– Effort statique sur patient
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Événements logiciels redoutés
• Niveau 1– Mauvaise utilisation IHM– Arrêt d ’un processus– Calcul erroné des modèles
Problématique Stratégie Méthodologie
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Gestion des pannes
• Décélération du bras jusqu’à immobilisation de celui-ci et/ou annulation de l’action en cours
• Mise en position d’attente du système, bras immobile jusqu’à la suppression du problème
• Mise en arrêt d’urgence et coupure générale de la puissance. Immobilisation du bras et arrêt asservissement du robot. Suit une procédure d ’initialisation des variables et remise en puissance possible après disparition du problème
Problématique Stratégie Méthodologie
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Consolidation multicritères
Objectif :Diminuer le niveau de criticité des pannes en considérant l ’action
combinée de chaque partie constituant le système
Conséquence :Peu de redondance locale dans chacune des parties du système
(mécanique, électrique ou logicielle)
Interaction des éléments entre eux
Problématique Stratégie Méthodologie
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Analyse multicritères
Panne Descriptif Panne et effet Evaluation de l’Effet surle système
Criticité
Effort >Seuil
Seuil de la force + 30%>Norme de la force > Seuil
de la force
Immobilisation du bras etattente suppression de la
cause
C3
Efforts > 1.3x Seuil
Norme de la force > Seuilde la force + 30%
Déclenchement dessécurités, coupure de la
puissance
C3
DMS Inactif Le signal devient inactifpendant l’appui sur la
pédale
Décélération du bras s’ilétait en mouvement et
action en cours annulée
C3
Problématique Stratégie Méthodologie
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Synthèse
• Structures à réaliser fortement dépendantes du domaine applicatif
• Adéquation forte communauté médicale / Constructeurs de robots
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Synthèse
• Robotique Télé-opérée
• Robotique de ré-éducation fonctionnelle
• Outils d ’analyse basés sur des méta-modèles
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