Sûreté de fonctionnement et robotique médicale Club SEE L. URBAIN 30 Novembre 2000 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE Sommaire Problématique du domaine Stratégies de sûreté de fonctionnement Méthodologie proposée par SINTERS Débat 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Problématique LA SECURITE Problématique Stratégie Méthodologie C'est pour répondre à quelle question que nous étudions la sécurité des robots dans le domaine médical? Quels sont les éléments internes ou externes du système que nous devons prendre en compte (et qui constituent des données d'entrées à l'analyse de sécurité) ? 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Problématique Stratégie Méthodologie 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) 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Présence humaine Patient Opérateur Problématique Stratégie Méthodologie Présence humaine Patient Opérateur 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Environnement Hostile Problématique Stratégie Méthodologie Environnement Hostile Espace de travail Espace de la tâche Surfaces de contact CEM 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Nature des tâches Niveau de performances (tâches ciblées) Problématique Stratégie Méthodologie Nature des tâches Niveau de performances (tâches ciblées) Précision (espace de travail ciblé) Répétitivité (améliorer le diagnostic) Temps de réponse (télé-médecine) Criticité des défauts Non génériques Invasives / Non invasives au contact Nb Degré de liberté Flexibilité nulle Complexité des systèmes et convivialité Multiplication des systèmes par rapport à l'interopérabilité 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Contraintes de construction Problématique Stratégie Méthodologie 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 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Psychologie / Responsabilité Problématique Stratégie Méthodologie Psychologie / Responsabilité Médecin / Opérateur Patient Situation Inter-opérabilité Convivialité 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Stratégie Redondances Testabilité Sécurité intrinsèque Problématique Stratégie Méthodologie Stratégie Redondances Testabilité Sécurité intrinsèque Fiabilité / Sécurité 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Redondances Mise en parallèle ou en série de composants Coûts Problématique Stratégie Méthodologie Redondances Mise en parallèle ou en série de composants Coûts Complexité intrinsèque Fiabilité mécanique (moteur, capteurs de positions, pièces de structure) électronique (variateurs, contacteurs, interrupteurs, lignes électriques, watchdog) logiciel (processus parallèles et fonctions distinctes écrites différemment pour calcul identique) 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Limitations opérationnelles Problématique Stratégie Méthodologie Limitations opérationnelles Volume de travail Vitesse d’intervention Configurations des manipulateurs Degrés de liberté Fonctionnalités Limitation du volume pour éviter les dérapages, les débordements cinématiques de l'effecteur Couplage du volume à d'autres informations (vision, scanner, réalité augmentée, radio, autres) en ligne ou non 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Problématique Stratégie Méthodologie Prévention des pannes anticiper la panne pour préparer la séquence d’arrêt Testabilité 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Problématique Stratégie Méthodologie 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 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Démarche SINTERS Basée sur notre démarche utilisée en aéronautique Problématique Stratégie Méthodologie Démarche SINTERS Basée sur notre démarche utilisée en aéronautique Notion de mode de pannes Notion d ’arbres de panne Consolidation multicritères Probabilité que 2 composants tombent simultanément en panne est très faible Conséquence d'une pièce en panne ne doit pas provoquer une succession de pannes provoquant le risque de type 0 ou 1. SW , DO178B, DOD MIL-STD 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Problématique Stratégie Méthodologie Analyse Mécanique Décomposition fonctionnelle des constituants de la chaîne poly-articulée Décomposition fonctionnelle des constituants de la chaîne poly-articulée Potence Robot Σ Axes 1 à N Capteur d’effort Porte Sonde - Sonde Homme 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Décomposition des blocs Problématique Stratégie Méthodologie Décomposition des blocs Roulement à bille Résolveur Moteur i Potence Robot Limiteur de couple i Réducteur Axe i Résolveur Axe i Moteur i Résolveur Axe i Butée mécanique 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Analyse des blocs Problématique Stratégie Méthodologie 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Classement des événements redoutés Problématique Stratégie Méthodologie 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 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Arbre de Panne Basculement du robot Problématique Stratégie Méthodologie Arbre de Panne Basculement du robot Structure dont le centre de gravité est le bras du polygone de sustentation Rupture de potence Surcharge extérieure 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Analyse électrique Problématique Stratégie Méthodologie 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Schéma de principe de l ’ensemble sécurité Problématique Stratégie Méthodologie Schéma de principe de l ’ensemble sécurité 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Décomposition des blocs Problématique Stratégie Méthodologie Décomposition des blocs Résolveur axe i Convertisseur résolveur/codeur i Résolveur moteur i Convertisseur Fréquence moteur i Carte d ’axes Translateur i Moteur i Watchdog Frein axe i Carte relais 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Événements électriques redoutés Problématique Stratégie Méthodologie 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 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Événements logiciels redoutés Problématique Stratégie Méthodologie Événements logiciels redoutés Niveau 1 Mauvaise utilisation IHM Arrêt d ’un processus Calcul erroné des modèles 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Problématique Stratégie Méthodologie 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 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Consolidation multicritères Problématique Stratégie Méthodologie 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 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Analyse multicritères Problématique Stratégie Méthodologie Analyse multicritères 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE Synthèse Structures à réaliser fortement dépendantes du domaine applicatif Adéquation forte communauté médicale / Constructeurs de robots 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE

Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE Synthèse Robotique Télé-opérée Robotique de ré-éducation fonctionnelle Outils d ’analyse basés sur des méta-modèles 20/10/00 Sûreté de fonctionnement et robotique médicale / Club SEE