Titre : Dispositif d’orientation

Domaine technique

L’invention porte sur un dispositif d'orientation et, plus particulièrement, sur un dispositif d'orientation de petite taille.

Les dispositifs d'orientation permettent, par exemple, d'orienter un miroir apte à réfléchir un faisceau laser, l'orientation du miroir permettant de guider le faisceau laser réfléchi sur des zones cibles. Le faisceau laser peut être utilisé notamment pour le marquage ou la gravure laser, pour le scan tridimensionnel, dans le domaine de la (micro)robotique (vision par laser par exemple), dans le domaine des télécommunications (par exemple pour un atténuateur optique variable ou un commutateur optique), ou pour des applications médicales (chirurgie endoscopique peu invasive, chirurgie au laser, exploration optique avec ou sans biopsie... ).

Arrière plan

Dans le domaine de microchirurgie par laser des cordes vocales, ou phonochirurgie, la technique traditionnelle pour diriger le laser chirurgical consiste à utiliser un manipulateur mécanique et un microscope chirurgical positionné de manière à visualiser les cordes vocales à traiter. Le manipulateur mécanique ainsi que la source laser sont situés à l'extérieur du corps du patient, à environ 400 mm des cordes vocales, le faisceau laser passant par la bouche ouverte du patient. Plusieurs difficultés associées à l'utilisation du manipulateur mécanique sont liées à l’ergonomie du dispositif. En particulier, le chirurgien doit manier avec précision et délicatesse le manipulateur mécanique pour orienter précisément le laser chirurgical, sans avoir de moyens pratiques pour stabiliser sa main manipulatrice. En outre, certaines parties des cordes vocales ne sont pas accessibles par le laser chirurgical.

Plus récemment, ont été développés des systèmes chirurgicaux télé-opérés utilisant un microrobot en tant que système terminal d’un endoscope souple réglable (ou laryngoscope souple dans le cas des cordes vocales) pour insérer le microrobot et des caméras à l'intérieur du corps du patient, éliminant le besoin du microscope chirurgical, et permettant d’accéder avec précision aux zones non accessibles par la technique précédente. La publication scientifique de la thèse de Sergio Lescano "Design, Fabrication and Control of a Microrobot for Laser Phonomicrosurgery", désignée ci-après le "document No. 1", divulgue un système basé sur la réflexion d’un laser à l’aide d’un miroir. Le faisceau laser est réfléchi par un miroir plan situé sur la plateforme d’un dispositif d'orientation appelé microrobot. Le faisceau laser est amené par une fibre optique de l'extérieur jusqu'à l'extrémité distale du laryngoscope. Un autre miroir permet de focaliser le faisceau laser et, en même temps, de le refléter sur la plateforme du microrobot. Sur la plateforme, un miroir plan reflète à son tour ce faisceau laser sur les cordes vocales. L'orientation du miroir plan est guidée par le microrobot et elle est réalisée par une commande à distance. Ainsi, le microrobot dirige le laser sur les cordes vocales.

Un microrobot de ce type doit remplir a minima deux fonctions, à savoir l’orientation du miroir selon deux axes de rotation au moins, dans la plage angulaire recherchée, et l’actionnement à distance desdites rotations pour atteindre la plage angulaire recherchée.

En outre, il doit répondre, dans la mesure du possible, aux nombreuses contraintes qu’une telle intervention chirurgicale soulève et, par exemple, à une ou plusieurs des contraintes suivantes :

- permettre d'intervenir sur l’ensemble des cordes vocales qui ont une longueur moyenne allant d'environ 17 mm à environ 20 mm ;

- pour une distance de référence de 20 mm entre la tête du laryngoscope souple et les cordes vocales, la portée minimale à développer correspond à une plage angulaire d'au moins ± 12,5°, idéalement d'au moins ± 20°, pour chaque axe de rotation du miroir ;

- avoir une résolution du balayage laser sur la corde vocale meilleure que 100 pm. Cela équivaut à environ 0,15° de résolution dans chaque angle de rotation du miroir à la distance de référence de 20 mm ;

- la vitesse de déplacement du faisceau et donc du miroir doit être suffisante pour ne pas risquer d’endommager les tissus sains des cordes vocales. En effet, le laser étant un système d'ablation des cellules à traiter et ayant une puissance élevée, il ne doit pas rester longtemps au même endroit pour ne pas abîmer les cellules voisines qui pourraient être des cellules saines ;

- avoir un système de mise au point : le spot laser sur les tissus des cordes vocales doit présenter un certain diamètre pour permettre une bonne détection du spot laser par les caméras et permettre une bonne résolution sur les cordes vocales, par exemple un diamètre de 200 pm ;

- la taille du microrobot doit être suffisamment faible. Par exemple, le microrobot doit être inclus dans un cube inférieur à 10 x 10 x 10 mm3.

Bien qu'il donne satisfaction, le microrobot du document No. 1 a pour inconvénient d’avoir une plage de fréquence d’excitation peu étendue jusqu’à un maximum de 200Hz alors qu’une fréquence maximale de 400Hz est souhaitable pour pouvoir réaliser un balayage très rapide des zones à traiter lors d’une chirurgie des cordes vocales. Toutefois, le microrobot du document No. 1 ne peut être excité au-delà d'une fréquence de 200Hz sans entrer en résonance et ainsi risquer la destruction. Il existe donc un besoin pour un dispositif d’orientation qui puisse présenter essentiellement les mêmes avantages que le microrobot du document No. 1 , sans en présenter les inconvénients.

Présentation générale

Le dispositif d'orientation selon l’invention comprend un organe terminal relié par trois bras articulés à une base (ou support) de manière à pouvoir orienter l'organe terminal dans l'espace par rotation autour des trois axes X, Y, Z, d'un repère de référence (O, X, Y, Z) associé à la base.

Chaque bras articulé comprend une partie fixe fixée à la base, une partie proximale, une partie distale, une première liaison pivot d'axe P1 reliant la partie fixe et la partie proximale, une deuxième liaison pivot d'axe P2 reliant la partie proximale et la partie distale, et une troisième liaison pivot d'axe P3 reliant la partie distale et l'organe terminal. Les axes P1 , P2, P3, des première, deuxième et troisième liaisons pivot se croisent au point d'origine O du repère de référence (O, X, Y, Z).

Chaque bras articulé est entrainé en mouvement par un bras d'actionnement. Chaque bras d'actionnement est configuré pour transformer le déplacement linéaire d'un actionneur en un mouvement de rotation de la partie proximale du bras articulé autour de l'axe P1 de la première liaison pivot (i.e. en un mouvement de rotation relatif entre la partie fixe et la partie proximale du bras articulé).

Cette configuration particulière du dispositif d'orientation permet notamment d'accroître la plage de fréquences d’excitation admissible et de modifier la fréquence de résonance du dispositif, comparativement au dispositif d'orientation du document No. 1. En particulier, il est possible d'exciter un tel dispositif d'orientation au-delà d'une fréquence de 200Hz sans entrer en résonance et, ainsi, sans risquer la destruction du dispositif.

Dans certains modes de réalisation, chaque bras d'actionnement s'étend entre un actionneur et la base, et comprend une première portion entrainée par l'actionneur en déplacement linéaire (par rapport à la base), une deuxième portion reliée à la première portion par une première liaison flexible articulée selon un premier axe F1 , une troisième portion reliée, d'une part, à la deuxième portion par une deuxième liaison flexible articulée selon un deuxième axe F2 et, d'autre part, à une portion fixe par une troisième liaison flexible articulée selon un troisième axe F3. La portion fixe est fixée à la base et les premier, deuxième et troisième axes F1 , F2, F3, sont parallèles entre eux.

Dans certains modes de réalisation, la troisième portion et la portion fixe sont communes au bras d'actionnement et au bras articulé, au moins une partie de la troisième portion du bras d'actionnement faisant partie intégrante de la partie proximale du bras articulé et la portion fixe du bras d'actionnement correspondant à la partie fixe du bras articulé.

La portion fixe du bras d'actionnement (ou partie fixe du bras articulé) est généralement une partie distincte de la base et fixée sur celle-ci par collage ou tout autre moyen approprié. En variante, la portion fixe (ou partie fixe) peut faire partie de la base, auquel cas elle est tout de même considérée comme "fixée à la base" au sens de l'invention.

Cette configuration des bras d'actionnement permet de transformer le déplacement linéaire d'un actionneur en un mouvement de rotation de la partie proximale de chaque bras articulé autour de l'axe P1 de la première liaison pivot. De plus, elle permet d'associer à une amplitude de déplacement linéaire imposée par l'actionneur utilisé, une amplitude de rotation maximale, afin de maximiser le mouvement d'orientation de l'organe terminal.

On notera que, pour faciliter leur identification, les liaisons mobiles des bras articulés sont appelées liaisons pivot tandis que les liaisons mobiles des bras d'actionnement sont appelées liaisons flexibles. Les liaisons flexibles et les liaisons pivot désignent toutefois la même chose : une liaison autorisant un mouvement de rotation relatif des pièces qu'elle relie, la rotation se faisant autour de l'axe de la liaison. Dans certains modes de réalisation, les bras d’actionnement, les bras de transmission et l'organe terminal appartiennent à une même pièce formée d'un seul tenant. En d'autres termes, aucune division n'existe entre ces différentes parties du dispositif. Ceci permet, notamment, de réaliser un dispositif d'orientation de taille suffisamment faible et capable de supporter des fréquences d'excitation élevées sans risquer la destruction. Par exemple, le dispositif d'orientation peut être inclus dans un cube inférieur à 10 x 10 x 10 mm3.

Dans certains modes de réalisation, les actionneurs sont des actionneurs piézoélectriques. Par exemple, il s'agit d'actionneurs en forme de poutre. Cette forme est bien adaptée pour loger le dispositif d'orientation dans un espace étroit comme l'extrémité d'un endoscope. La poutre peut présenter une structure bimorphe et comprendre, par exemple, du titanate de zirconate au plomb.

Dans certains modes de réalisation, l'organe terminal comprend une plateforme centrale ayant la forme générale d'un disque de faible épaisseur et comprend trois doigts qui s’étendent radialement à partir de plateforme centrale, les trois bras articulés étant respectivement reliés aux trois doigts. En particulier, chaque bras articulé est relié à un bord latéral (un bord qui s’étend plutôt radialement) d'un des doigts.

Dans certains modes de réalisation, l'organe terminal est plat et une partie des bras articulés est située dans le même plan que l'organe terminal au repos. Cette partie des bras articulés forme un arc de cercle.

Dans certains modes de réalisation, le point d'origine O du repère de référence (O, X, Y, Z) est situé dans l’épaisseur et au centre de l'organe terminal, en particulier dans l’épaisseur et au centre de la plateforme centrale.

Le dispositif d'orientation peut faire partie d'un dispositif médical comprenant un endoscope ayant une extrémité libre, ou extrémité distale, dans laquelle est logé le dispositif d'orientation. Le dispositif médical peut comprendre, en outre, une fibre optique permettant d'amener un faisceau laser jusqu'à l'extrémité distale de l'endoscope, et un miroir fixé sur l'organe terminal du dispositif d'orientation et adapté pour réfléchir le faisceau laser vers l'extérieur de l'endoscope. L'orientation de l'organe terminal est réalisée à distance et permet d'orienter le faisceau laser réfléchi. Le dispositif médical peut comprendre un autre miroir permettant de focaliser le faisceau laser amené par la fibre optique et de le refléter sur le miroir du dispositif d'orientation. Même si de nombreuses autres applications sont possibles, le dispositif d'orientation proposé se révèle particulièrement adapté pour la microchirurgie par laser des cordes vocales, ou phono-chirurgie, avec pour objectif de guider un faisceau laser de manière précise vers les cordes vocales. La phono-chirurgie est définie comme l'ensemble des procédures chirurgicales qui maintiennent, rétablissent ou améliorent la voix humaine, ou encore la science de manipuler les éléments vibratoires du larynx afin de restaurer la fonction vocale. La phonochirurgie comprend l'excision au laser de la masse tissulaire qui pourrait être une masse bénigne ou une lésion cancéreuse.

Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif proposé. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.

Brève description des dessins

Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas nécessairement à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Les dessins comprennent les figures suivantes:

[Fig 1] Cette figure représente en perspective un exemple de dispositif d'orientation.

[Fig 2] Cette figure représente le détail d’une liaison flexible, ou liaison pivot, du dispositif de la figure 1 .

[Fig 3A] Cette figure représente le dimensionnement d’une liaison flexible.

[Fig 3B] Cette figure représente le dimensionnement d’une liaison flexible courbée. [Fig 4A] Cette figure représente la première étape d’un exemple de procédé de fabrication d’une liaison flexible.

[Fig 4B] Cette figure représente la deuxième étape d’un exemple de procédé de fabrication d’une liaison flexible.

[Fig 4C] Cette figure représente la troisième étape d’un exemple de procédé de fabrication d’une liaison flexible.

[Fig 4D] Cette figure représente la quatrième étape d’un exemple de procédé de fabrication d’une liaison flexible.

[Fig 4E] Cette figure représente la liaison flexible fabriquée.

[Fig 5A] Cette figure représente une première articulation.

[Fig 5B] Cette figure représente une deuxième articulation.

[Fig 5C] Cette figure représente une troisième articulation. [Fig 6A] Cette figure représente un premier exemple de bras d’actionnement dans une première position.

[Fig 6B] Cette figure représente le bras d’actionnement de la figure 6A dans une deuxième position.

[Fig 7A] Cette figure représente un deuxième exemple de bras d’actionnement dans une première position.

[Fig 7B] Cette figure représente le bras d’actionnement de la figure 7A dans une deuxième position.

[Fig 8] Cette figure représente en perspective un autre exemple de dispositif d’orientation.

[Fig 9] Cette figure représente un exemple d'actionneur.

[Fig 10] Cette figure représente partiellement un exemple de dispositif médical incluant le dispositif d'orientation.

Description détaillée d'exemples

Des exemples de réalisation du dispositif d’orientation proposé sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.

La Figure 1 illustre un exemple de dispositif d’orientation 1 comprenant un organe terminal 30 relié par trois bras articulés 10 à une base 2. Dans cet exemple, l'organe terminal 30 comprend une plateforme centrale 31 ayant la forme générale d'un disque de faible épaisseur (i.e. l'épaisseur du disque est nettement inférieure à son diamètre, par exemple au moins dix fois plus petite). Le mouvement des bras articulés 10 permet d'orienter l'organe terminal 30 dans l'espace par rotation autour des trois axes X, Y, Z, d'un repère de référence (O, X, Y, Z) associé à la base 2. La base 2 sert de support pour les bras articulés 10 et est considérée comme la partie fixe du dispositif 1 . La base 2 peut être formée en une ou plusieurs parties et chaque partie peut supporter un ou plusieurs bras articulés 10. Le repère (O, X, Y, Z) est fixe par rapport à la base 2. La base 2 est représentée schématiquement sur la Figure 1 .

Dans l'exemple, le repère (O, X, Y, Z) est orthogonal. L'origine O du repère est située au centre et à la moitié de l'épaisseur de l'organe terminal 30 et l'axe Z est orthogonal à la surface de l'organe terminal 30 lorsque celui-ci est au repos. L'axe X est, par exemple, orienté suivant l'axe d'une des liaisons pivot reliant un bras articulé 10 à l'organe terminal 30, lorsque ce dernier est au repos.

L'organe terminal 30 comprend trois doigts 32, qui s'étendent radialement à partir de la plateforme 31 et qui sont disposés à 120° les uns des autres. Bien entendu, d'autres formes pourraient être envisagées pour l'organe terminal 30.

En référence à la Figure 10, un miroir (200) peut être fixé, par collage ou tout autre moyen de fixation, sur la plateforme 31 . Lorsque le dispositif d’orientation 1 est utilisé dans un dispositif chirurgical comme un dispositif de phono-chirurgie, le miroir fixé sur la plateforme 31 peut être utilisé pour réfléchir un faisceau laser 210 et le dispositif d’orientation 1 peut être monté dans l'extrémité distale 251 d'un laryngoscope 250 (représenté en pointillés). Un faisceau laser 210 peut être amené par une fibre optique 220 jusqu'à l'extrémité distale 251 du laryngoscope. Dans ce cas, un autre miroir 230 peut être utilisé pour focaliser le faisceau laser 210 et, en même temps, le refléter sur le miroir 200 de la plateforme 31. Le miroir 200 de la plateforme 31 reflète à son tour le faisceau laser 210 en direction des cordes vocales 240 du patient. L'orientation de la plateforme 31 , et donc du miroir 200 qu'elle porte, permet de diriger le faisceau laser 210 à l'endroit souhaité sur les cordes vocales 240.

Les trois doigts 32 de l'organe terminal 30 sont reliés, respectivement, par les trois bras articulés 10 à la base 2. Les trois bras articulés 10 sont eux-mêmes reliés, respectivement, à trois actionneurs 9 par l'intermédiaire de trois bras d'actionnement 8.

Chaque actionneur 9 a pour fonction d'entraîner en mouvement un bras d'actionnement 8 qui lui-même entraîne en mouvement un bras articulé 10 qui lui- même entraîne en mouvement l'organe terminal 30. Le mouvement transmis par l'actionneur 9 à une partie du bras d'actionnement 8 est un déplacement linéaire. Le bras d'actionnement 8 et le bras articulé 10 se déforment sous l'action de l'actionneur 9. Les déplacements combinés des trois bras articulés 10 permettent d'orienter l'organe terminal 30 dans la position souhaitée. Le mouvement de l'organe terminal 30 est un mouvement dit sphérique, ou mouvement de rotule, autour du point O.

Chaque bras articulé 10 comprend une partie fixe 11 , une partie proximale 12 et une partie distale 13. La partie fixe 11 est fixe par rapport à la base 2 : elle est fixée à la base 2 par collage ou tout autre moyen approprié. La partie fixe 11 et la partie proximale 12 sont reliées entre elles par une première liaison pivot d'axe P1 . La partie proximale 12 et la partie distale 13 sont reliées entre elles par une deuxième liaison pivot d'axe P2. La partie distale 13 et l'organe terminal 30 sont reliés entre eux par une troisième liaison pivot d'axe P3. Les axes P1 , P2 et P3 se croisent au point d'origine O du repère de référence (O, x, y, z).

Sur la Figure 1 , les axes P1 , P2 et P3 sont représentés en pointillés et ne sont représentés que pour un des bras articulés 10. Dans cet exemple, les axes P2 et P3 sont situés dans le plan médian de l'organe terminal 30 (lorsque ce dernier est au repos). Ce plan médian est perpendiculaire à l'axe Z et passe par le point O. La configuration représentée sur la Figure 1 dans laquelle les axes P2 et P3 sont situés dans un même plan et le point O est au centre de la plateforme 31 a pour avantage de supporter des fréquences d'excitation élevées.

En référence aux Figures 1 , 6A et 6B, chaque bras d'actionnement 8 s'étend entre un actionneur 9 et la base 2. Chaque bras d'actionnement 8 comprend : une première portion 80 entrainée par l'actionneur 9, une deuxième portion 81 reliée à la première portion 80 par une première liaison flexible 851 articulée selon un premier axe F1 , et une troisième portion 82 reliée, d'une part, à la deuxième portion 81 par une deuxième liaison flexible 852 articulée selon un deuxième axe F2 et, d'autre part, à une portion fixe 83 (ou quatrième portion) par une troisième liaison flexible 853 articulée selon un troisième axe F3. Les premier, deuxième et troisième axes F1 , F2, F3, sont parallèles entre eux. La portion fixe 83 est fixe par rapport à la base 2 ; elle est fixée à la base 2 par collage ou tout autre moyen approprié. Sur la Figure 1 , les axes F1 , F2, F3 sont représentés en pointillés et ne sont représentés que pour un seul des bras articulés 10.

La troisième portion 82 et la portion fixe 83 du bras d'actionnement 8 font également partie du bras articulé 10: la troisième portion 82 du bras d'actionnement 8 fait partie intégrante de la partie proximale 12 du bras articulé 10 et la portion fixe 83 du bras d'actionnement 8 correspond à la partie fixe 11 du bras articulé 10. La troisième liaison flexible 853 du bras d'actionnement 8 correspond donc à la première liaison pivot du bras articulé 10 et les axes F3 et P1 de ces liaisons sont confondus (cf. Figure 1).

Dans l'exemple, la portion fixe 83 (ou partie fixe 11 ) est une partie distincte de la base 2. En variante, la portion fixe 83 pourrait faire partie de la base 2, auquel cas la troisième liaison flexible 853 (ou première liaison pivot) relierait la troisième portion 82 du bras d'actionnement 8 (ou la partie proximale 12 du bras articulé 10) à la base 2. Lorsque la portion fixe 83 (ou partie fixe 11 ) fait partie de la base 2, elle est considérée comme "fixée à la base" au sens de l'invention.

Dans l'exemple des Figures 1 , 6A et 6B, la première portion 80 de chaque bras d’actionnement 8 comprend deux segments rigides 801 , 802 reliés entre eux par une liaison rigide 841 , la seconde portion 81 comprend un segment rigide 810, la troisième portion 82 comprend deux segments rigides 821 , 822 reliés entre eux par une liaison rigide 842, et la quatrième portion, ou portion fixe 83, comprend un segment rigide 831 fixé à la base 2. Les liaisons rigides 841 , 842, imposent un angle, ici 90°, entre les segments qu'elles relient. Les portions 80, 81 , 82, 83, sont reliées entre elles par les liaisons flexibles 851 , 852, 853 qui forment des liaisons pivot.

Dans l'exemple des Figures 1 , 6A et 6B, la partie fixe 11 des bras articulés 10 est formée par un segment rigide. La partie proximale 12 est formée par trois segments rigides reliés entre eux par deux liaisons rigides. Deux de ces trois segments correspondent aux segments 821 , 822 de la troisième portion 82 du bras d'actionnement 8. Le dernier segment est relié au segment 821 par une autre liaison rigide 171. La partie distale 13 des bras articulés 10 est formée par un segment rigide. Les parties 11 , 12, 13 sont reliées entre elles par des liaisons flexibles (dont la liaison 853) qui forment les liaisons pivot d'axes P1 , P2 et P3. Chaque bras d'actionnement 8 permet de transformer le déplacement linéaire DL d'un actionneur 9 en un mouvement de rotation R de la troisième portion 82 du bras d'actionnement 8 autour de l'axe F3, et donc de la partie proximale 12 de chaque bras articulé 10 autour de l'axe P1 , comme représenté sur les Figures 6A, 6B, 7A, 7B. Le mouvement de rotation R est caractérisé par l'angle de rotation R1 de la troisième portion 82 (donc de la partie proximale 12) autour de l'axe F3 (ou P1 ). La configuration des bras d'actionnement 8 est généralement choisie pour associer à une amplitude de déplacement linéaire DL, imposée par l'actionneur 9, une amplitude de rotation R maximale, afin de maximiser le déplacement induit de l'organe terminal 30.

Les Figures 7A et 7B représentent un autre exemple de réalisation des bras d’actionnement 8. L'actionneur 9 et la base 2 ne sont pas représentés sur ces Figures. Cet exemple diffère de celui des Figures 6A et 6B par la configuration de la troisième portion 82 du bras d'actionnement 8. En effet, au lieu d'être orthogonaux comme sur la Figure 6A, les segments rigides 821 , 822 sont parallèles et reliés entre eux par une liaison rigide 842 formée ici par une couche intermédiaire entre les segments 821 , 822. Cette configuration particulière de la troisième portion 82 permet d'augmenter l'amplitude de la rotation R de la troisième portion 82 autour du troisième axe F3, c’est-à-dire d'augmenter l'amplitude de rotation R de la partie proximale 12 du bras articulé 10 autour de l'axe R1 , tout en limitant l'encombrement du bras d'actionnement 8.

L'actionneur 9 est généralement choisi en fonction de l'amplitude de son déplacement linéaire DL et en fonction d'autres critères comme, par exemple, son énergie d'entrée, ses critères de résolution, sa densité énergétique, la bidirectionnalité de l’actuation, son temps de réponse, son efficacité, sa compatibilité dans le domaine biomédical, etc.

Lorsque le dispositif d’orientation 1 est utilisé dans un dispositif chirurgical comme un dispositif de phono-chirurgie, le choix d’utiliser un actionneur piézoélectrique se justifie pour des raisons de densité énergétique (on souhaite maximiser l’énergie disponible dans un encombrement restreint), de temps de réponse (le dispositif d'orientation doit pouvoir atteindre des fréquences d'excitation de 400Hz) et de compatibilité biomédicale.

En particulier, l'actionneur 9 peut être en forme de poutre, cette forme étant bien adapté à l’encombrement restreint disponible à l'extrémité d'un endoscope. Un tel actionneur est représenté schématiquement sur la Figure 8. Cet actionneur 9 est fixé sur la base 2 de sorte que le déplacement linéaire DL de l'actionneur 9 est mouvement relatif à la base 2. Lorsqu'on applique un champ électrique à l'actionneur 9, celui-ci se déforme mécaniquement comme représenté en pointillés sur la Figure 9 et l'extrémité libre 91 de l'actionneur 9 se déplace selon un mouvement considéré comme linéaire. Ce type d'actionneur (en l'occurrence un micro-actionneur) permet d’obtenir des déplacements linéaires DL de l’ordre de ± 300pm.

La Figure 8 représente un autre exemple de réalisation du dispositif d'orientation 1. Cet exemple diffère de celui de la Figure 1 par la forme des bras articulés 10 : les bras articulés 10 sont plus allongés suivant l'axe Z du repère de référence que sur la Figure 1 . On notera qu'un des bras articulé 10 n'a pas été représenté dans son intégralité sur la Figure 8 pour rendre la figure plus lisible. Pour la même raison, la base 2 et les actionneurs 9 ne sont pas représentés. Chaque bras articulé 10 comprend une partie fixe 11 , une partie proximale 12 et une partie distale 13. La partie fixe 11 est fixe par rapport à la base 2 : elle est fixée à la base 2 par collage ou tout autre moyen approprié. La partie fixe 11 et la partie proximale 12 sont reliées entre elles par une première liaison pivot d'axe P1 . La partie proximale 12 et la partie distale 13 sont reliées entre elles par une deuxième liaison pivot d'axe P2. La partie distale 13 et l'organe terminal 30 sont reliées entre eux par une troisième liaison pivot d'axe P3. Les axes P1 , P2 et P3 se croisent au point d'origine O du repère de référence (O, X, Z, Z).

Dans cet exemple, la partie fixe 11 des bras articulés 10 est formée par un segment rigide. La partie proximale 12 est formée par deux segments rigides 121 , 122 reliés entre eux par une liaison rigide 172. La partie distale 13 des bras articulés 10 est formée par deux segments rigides 131 , 132 reliés entre eux par une liaison rigide 181 permettant de former un angle, ici de 90°, entre les segments. Les parties 11 , 12, 13 sont reliées entre elles par des liaisons flexibles qui forment les liaisons pivot d'axes P1 , P2 et P3. Sur la Figure 8, les axes P1 , P2 et P3 sont représentés en pointillés et ne sont représentés que pour un seul des bras articulés 10.

Chaque bras d'actionnement 8 s'étend entre un actionneur 9 (non représenté) et la base 2 (non représentée). Chaque bras d'actionnement 8 comprend : une première portion 80 entrainée par l'actionneur 9 en translation par rapport à la base 2, une deuxième portion 81 reliée à la première portion 80 par une première liaison flexible d'axe F1 , et une troisième portion 82 reliée, d'une part, à la deuxième portion 81 par une deuxième liaison flexible d'axe F2 et, d'autre part, à une portion fixe 83 (ou quatrième portion) par une troisième liaison flexible d'axe F3. Les premier, deuxième et troisième axes F1 , F2, F3, sont parallèles entre eux et, ici, parallèles à l'axe Z du repère de référence. La portion fixe 83 est fixe par rapport à la base 2 ; elle est fixée à la base 2 par collage ou tout autre moyen approprié. Sur la Figure 8, les axes F1 , F2, F3 sont représentés en pointillés et ne sont représentés que pour un seul des bras d'actionnement 8.

La troisième portion 82 et la portion fixe 83 du bras d'actionnement 8 font également partie du bras articulé 10. En effet, la troisième portion 82 du bras d'actionnement 8, plus précisément un des deux segments de la portion 82, fait partie intégrante de la partie proximale 12 du bras articulé 10. De plus, la portion fixe 83 du bras d'actionnement 8 correspond à la partie fixe 11 du bras articulé 10. La troisième liaison flexible d'axe F3 du bras d'actionnement 8 correspond donc à la première liaison pivot d'axe P1 du bras articulé 10, les axes F3 et P1 étant confondus.

La configuration représentée sur la Figure 8 dans laquelle l'axe P1 s'étend suivant l'axe Z diffère ce celle de la Figure 1 par son encombrement, moins important dans le plan (X, Y), mais plus important dans selon l'axe Z. On notera que l'exemple de la Figure 1 permet généralement d'atteindre des fréquences de fonctionnement plus élevées que l'exemple de la Figure 8.

Les bras d'actionnement 8, les bras articulés 10, l'organe terminal 30 et les liaisons entre ces différents éléments, peuvent appartenir à une même pièce formée en un seul tenant. Cette pièce est alors constituée d’un ensemble de segments, ou parties, reliés par des liaisons. Cette pièce peut être fabriquée à plat (en "2D") et être déformée pour lui donner sa forme finale (en "3D"). Dans l’exemple des Figures 1 et 8, la forme en arc de cercle d'une partie des bras articulés 10 (la partie la plus proche de l'organe terminal 30) facilite le passage de la forme 2D à la forme 3D.

Un exemple de réalisation des segments et des liaisons est décrit ci-après. Les segments se présentent sous la forme de plaques et sont obtenus par superposition de couches. Les liaisons flexibles, ou liaisons pivot, entre les segments sont obtenues, par exemple, par usinage de certaines de ces couches. Ainsi, la Figure 2 illustre un exemple de liaison flexible ou de liaison pivot. La liaison flexible est une charnière de flexion formée par une partie plus mince 40b d’une pièce, de sorte à fournir une rotation relative entre deux parties ou segments rigides 40a de la même pièce, adjacents à la partie plus mince 40b.

Dans l’exemple illustré, la pièce comprend une couche flexible 43 en polyimide, prise en sandwich entre deux couches rigides 41 , 42 en fibres de carbone. La partie flexible 40b correspond à largeur de la couche flexible 43 en polyimide qui n’est pas prise entre les deux couches rigides 41 , 42. Cela correspond à un évidement qui a été pratiqué sur les couches rigides 41 et 42, comme cela est expliqué plus loin.

Les Figures 3A et 3B illustrent le dimensionnement d’un exemple de liaison flexible. La liaison flexible, ou liaison pivot, peut être dimensionnée en jouant sur l'écart E qui correspond à la largeur de la couche flexible 43 qui n’est pas prise entre les deux couches rigides 41 et 42 et sur la somme de l’épaisseur LCR d’une couche rigide 41 et de l’épaisseur LCF de la couche flexible 43. L’angle a maximum (a_max) pouvant être développé par le joint pliable 43 dépend de E et de LCR selon la formule suivante : E = (a_max (LCR+LCF))/2f où LCR est l’épaisseur d’une couche de matériau rigide, LCF l’épaisseur de la couche flexible et f est le facteur de risque pris en compte pour éviter que la charnière ne se bloque en cas de défaut de fabrication. Le facteur f est généralement fixé à 1 ,1. L'épaisseur LCF de la couche flexible n'est généralement pas prise en compte car elle est souvent négligeable devant l’épaisseur LCR de la couche rigide. Ainsi, ces liaisons flexibles peuvent être aisément dimensionnées pour obtenir l’angle a maximum à développer.

Les Figures 4A à 4E illustrent un exemple de procédé de fabrication de la liaison flexible de la Figure. 2. Le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes : a) positionnement d’une première couche rigide 41 , par exemple une couche de fibre de carbone d’une épaisseur de 130 pm, sur un premier support 46, et d’une deuxième couche rigide 42, par exemple une couche de fibre de carbone d’une épaisseur de 130 pm, sur un second support 47, comme illustré en Figure 4A; b) micro-usinage de chaque couche rigide 41 , 42 afin de créer un évidement 41 a, 42a sur toute l’épaisseur de la couche rigide de carbone LCR et sur une largeur donnée E identique pour les deux couches rigides 41 , 42, comme illustré en Figure 4B; c) fixation, par exemple par collage, d’une couche flexible 43, par exemple une couche de polyimide de 10 pm d'épaisseur, sur la première couche rigide 41 évidée, comme illustré en Figure 4C; d) ajustement de la seconde couche rigide 42 évidée sur la couche flexible 43 fixée sur la première couche rigide 41 de manière à ce que les évidements 41a et 42a des deux couches rigides 41 et 42 se trouvent en vis-à-vis puis fixation, par exemple par collage, de la seconde couche rigide 42 sur la couche flexible 43, comme illustré en Figure 4D; e) micro-usinage de la structure composite 40 ainsi obtenue de manière à la libérer des supports 46 et 47, comme illustré en Figure 4E.

La structure composite 40 ainsi obtenue peut s’articuler selon un axe de rotation comme le montre les Figures 3A et 3B et constitue un exemple de liaison flexible, ou liaison pivot, au sens de l'invention. Une telle technique de fabrication permet d'obtenir des angles de flexion importants selon un degré de liberté.

Chaque couche rigide 41 , 42 de fibre de carbone peut être obtenue par durcissement d’une feuille de fibre de carbone à l'aide d'une résine thermodurcissable chauffée dans un four. Entre les étapes e) et f), la structure composite 40 obtenue peut être placée dans un four et chauffée de manière à être solidifiée, et pendant cette étape une pression peut être appliquée à la structure pour maintenir la nouvelle structure unie et pour éviter les ondulations.

On utilise avantageusement le micro-usinage laser par sa capacité à fabriquer avec précision une grande variété de matériaux : la plupart des métaux, des céramiques, des plastiques, des fibres de carbone. On peut utiliser par exemple un laser femtoseconde, ou un laser DPSS pour "Diode-pumped solid-state". En focalisant le faisceau laser, le rayon laser est focalisé sur un point de la pièce. Ensuite, le point laser est déplacé dans les axes x, y ou z pour permettre de vaporiser des portions du matériau constitutif de la pièce. Cette méthode est plus directe et rapide que la méthode de projection sur un masque, dans laquelle un motif de masque est placé entre la source laser et la pièce à usiner. Cette dernière méthode permet de vaporiser uniquement les pièces non cachées.

Les Figures 5A à 5C représentent différentes configurations d'articulations faisant intervenir une combinaison et un arrangement particulier de plusieurs liaisons flexibles. Ces articulations remplacent avantageusement des liaisons conventionnelles, dans des dispositifs de dimensions millimétriques.

Comme illustré sur la Figure 5A, une liaison pivot à un degré de liberté (rotation selon l’axe x) est assurée par une seule liaison flexible telle que précédemment décrite en lien avec les Figures 3A-3B. Comme illustré sur la Figure 5B, une liaison rotule à doigt ou de type cardan à deux degrés de liberté (rotations selon les axes x et y) est assurée par un système combinant une première liaison flexible 44a assurant une articulation selon l’axe x entre la première partie rigide 41 et une partie rigide intermédiaire 44b, et une deuxième liaison flexible 44c selon l’axe y entre la partie rigide intermédiaire 44b et la seconde partie rigide 42. En d’autres termes, il s’agit de deux liaisons flexibles 44a, 44c orientées chacune selon l’un des deux axes de rotations x et y. Comme illustré sur la Figure 5C, une liaison rotule ou sphérique à trois degrés de liberté (rotations selon les axes x, y et z) est assurée par un système combinant une première liaison flexible 45a assurant une articulation selon l’axe y entre la première partie rigide 41 et une première partie rigide intermédiaire 45b, une deuxième liaison flexible 45c selon l’axe x entre la première partie rigide intermédiaire 45b et une seconde partie rigide intermédiaire 45d, et une troisième liaison flexible 45e selon l’axe z entre la seconde partie rigide intermédiaire 45d et la seconde partie rigide 42. En d’autres termes, il s’agit de trois simples liaisons flexibles orientées chacune selon l’un des trois axes de rotations x, y et z. On notera que les axes x, y et z précités sont sans rapport avec les axes du repère de référence (O, X, Y, Z).

La base 2 qui supporte les bras d'actionnement 8, les bras articulés 10 et les actionneurs 9 peut être fabriquée, par exemple, par stéréolithographie (STL), cette technique permettant d’obtenir une bonne précision de fabrication (précision à 10pm). On notera que la base 2 ne supporte pas (i.e. pas directement) l'organe terminal 30 ; l'organe terminal 30 n'est supporté (directement) que par les bras articulés 10.

Les exemples ou modes de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces exemples ou modes de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention.

En particulier, une personne du métier pourra facilement envisager des variantes ne comprenant qu'une partie des caractéristiques des exemples ou modes de réalisation précédemment décrits, si ces caractéristiques à elles seules suffisent pour procurer un des avantages de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques de ces exemples ou modes de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un exemple ou mode de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre exemple ou mode de réalisation.