INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
En complément des indications précédentes il convient de rappeler que, lors de l’intervention, les articulations de la structure support (S) ont été bloquées au préalable dans les configurations voulues par les dispositifs électromécaniques actionnés par le praticien. Ensuite, au niveau de la partie robot, certaines articulations sont aussi bloquées par le système de commande. C’est le cas des articulations RSA1 à RSA8 du bras porte-accessoires (RS) dès que l’étrier (ET) a été mis en place. Seules les articulations du mini-bras de l’étrier (ET) lui-même (RSA9, RSA10 et RSA11) ne sont pas bloquées. Chacune de ces dernières articulations du mini-bras de l’étrier est pourvue d’un capteur de position angulaire très précis afin d’enregistrer tous les déplacements de l’étrier (ET) provoqués par d’éventuels mouvements du patient. Ce sont les indications fournies par ces capteurs qui permettent d’enregistrer les déplacements du “système de référence dent” avec le “zéro dent ” (notion explicitée précédemment) et de procéder aux corrections de trajectoires d’outil lors du taillage automatique de la dent. L’analyse, par le système, des dérivées des fonctions déplacement en fonction du temps découlant des indications de ces capteurs permet de déterminer la brutalité des mouvements. Au niveau du porte-outil (PO), toutes les articulations restent commandées pendant l’intervention. Les articulations ROA1 et ROA2 sont plus particulièrement actionnées pour des déplacements longitudinaux de plus de 20 mm ou des mouvements angulaires de plus de 10°. Les articulations ROA3 et ROA4 sont plus particulièrement actionnées pour des déplacements longitudinaux de plus de 5 mm ou des mouvements angulaires de plus de 5° et les articulation ROA5 et ROA6 sont plus particulièrement actionnées pour des déplacements longitudinaux de moins de 5 mm et des mouvements angulaires de moins de 5°. Un petit ressort de rappel de torsion est fixé au niveau de l’articulation ROA6 du bloc-support de l’outil (PO), ressort qui, en l’absence d’alimentation en courant du moteur de l’articulation, assure un très léger dégagement vertical de l’outil, entre 2 et 5 mm, de la dent du patient. Cette disposition de sécurité permet d’éviter toute interférence avec la dent du patient en cas de mouvement brusque de ce dernier au moment d’un arrêt d’urgence.
Dans une configuration préférentielle de l’invention, au niveau de l’ensemble porte-accessoires (PS), le mini-bras de l’étrier (ET) est doté d’un dispositif électromécanique s’apparentant à un dispositif haptique permettant une forme de compliance dont le but est d’améliorer le confort du patient en limitant les risques d’à-coups au niveau de l’outil de taillage sans créer de situation de gène excessive dans le fonctionnement sans à-coups. En effet, comme il a déjà été précisé, les déplacements de l’outil de taillage sont modifiés en fonction des mouvements de l’étrier (ET), ce dernier suivant les mouvements des maxillaires du patient, en particulier au niveau de la dent à traiter. Il s’agit donc à la fois de ralentir et de limiter l’amplitude des éventuels mouvements des maxillaires du patient et d’atténuer fortement tout éventuel mouvement brutal, comme mentionné ci-dessus. Pour ce faire, le moteur miniature à courant continu associé à chacune des trois articulations (RSA9, RSA10 et RSA11) du min-bras de l’étrier (ET) est doté d’un branchement électrique interne en rhéostat (fonctionnement en dynamo). Ainsi, une fois l’étrier mis en place et les motorisations des articulations principales du bras porte-accessoires (RS) bloquées, le fonctionnement en rhéostat des moteurs à courant continu des trois articulations (RSA9, RSA10 et RSA11) du mini-bras est actionné. Cette disposition préférentielle crée donc une légère contrainte qui freine et ralentit les mouvements du maxillaire concerné du patient et en limite l’amplitude. Ceci permet au système informatique de pilotage et de contrôle de disposer de plus de temps pour ajuster les trajectoires de l’outil et donc d’éliminer les à-coups. Il s’en suit une amélioration très significative de la précision du taillage.
Dans une autre configuration préférentielle de l’invention, la séquence de taillage définie par le système consiste d’abord à élaborer des étapes pour le taillage successif de chacune des cinq faces de la dent - face occlusale, face vestibulaire, face linguale, face mésiale et face distale -, avec prise en compte d’un rebord prédéfini de 0,14 à 0,22 mm et ensuite à procéder au taillage effectif de chacune des faces selon le protocole suivant : taillage de la face jusqu’à un pourcentage de 50% à 66% du taillage complet, interruption du taillage (arrêt de la rotation de l’outil, arrêt de l’arrosage, dégagement de l’outil par déplacement vertical sur quelques millimètres), comparaison des images 3D du taillage réel au stade de l’arrêt avec les images théoriques au même stade, définition des corrections éventuelles de trajectoire d’outil, reprise du taillage jusqu’à 100% avec prise en compte de éventuelles corrections.
L’ensemble des caractéristiques de base détaillées précédemment permettent au dispositif robotisé de l’invention d’effectuer, de façon totalement automatique et dans de bonnes conditions, des opérations délicates telles que le taillage de dents directement dans la bouche du patient.
Les deux configurations préférentielles explicitées apportent encore des améliorations sensibles qui confèrent à l’ensemble une sureté de fonctionnement déterminante.
Après les descriptions précédentes détaillant les caractéristiques techniques de l’invention et les avantages qui en découlent, la chronologie des actions relatives à une intervention sur un patient au moyen du dispositif robotisé peut être précisée.
Tout d’abord il convient de rappeler que, bien évidemment, le dispositif robotisé de l’invention ne peut être mis en fonction qu’après la réalisation d’un certain nombre d’actions préliminaires, actions effectuées directement par le praticien, avec éventuellement le concours du prothésiste ou avec l’aide d’un système informatique plus ou moins avancé conçu à cet effet, ces actions sont les suivantes : Examen du patient. Prise d’images 3D de l’état initial de la zone concernée dans la bouche du patient avec une caméra 3D éventuellement différente de celle qui équipe le dispositif robotisé. Définition du traitement adéquat. Conception de la prothèse nécessaire et élaboration des fichiers correspondants d’images 3D. Définition du taillage nécessaire de la dent et élaboration des fichiers correspondants d’images 3D, avec élaboration des étapes de taillage pour chacune des cinq faces à tailler correspondant chacune à l’orientation du plan de coupe : face occlusale, face vestibulaire, face linguale, face mésiale et face distale et avec, pour enfin prise en compte du rebord prédéfini de 0,14 à 0,22 mm. La définition est réalisée sous forme de fichiers informatiques d’images 3D permettant le contrôle pendant l’opération. Introduction du jeu de fichiers informatiques élaborés dans les actions précédentes dans le système de pilotage et de contrôle du dispositif robotisé objet de l’invention.
A la fin de ces premières étapes, ou même pendant leur réalisation, le praticien procède à l’installation du patient sur le fauteuil et au positionnement de la structure-support. Ensuite, une fois la position requise atteinte, le blocage des trois articulations de la structure-support se fait par un système électro-mécanique commandé de façon centralisée par le praticien, ce système actionne, pour chacune des articulations de la structure-support, un pion d’indexage qui s’ajuste dans un alésage précis. L’indexage de la structure-support permet ainsi de placer le manchon (S3) de référence porte robot dans quatre positions précises prédéterminées : Position “MIG” pour traiter une dent du maxillaire inférieur du patient côté gauche : le manchon porte bras de robot de la structure-support est placé à gauche de la tête du patient et son orientation verticale est telle que le bras porte-outil est en position basse et le bras porte-accessoires en position haute. Position “MSD” pour traiter une dent du maxillaire supérieur du patient côté droit : le manchon porte bras de robot de la structure-support est placé à droite de la tête du patient et son orientation verticale est telle que le bras porte-outil est en position haute et le bras porte-accessoires en position basse. Position “MID” pour traiter une dent du maxillaire inférieur du patient côté droit : le manchon porte bras de robot de la structure-support est placé à droite de la tête du patient et son orientation verticale est telle que le bras porte-outil est en position basse et le bras porte-accessoires en position haute. Position “MSG” pour traiter une dent du maxillaire supérieur du patient côté gauche :le manchon porte bras de robot de la structure-support est placé à gauche de la tête du patient et son orientation verticale est telle que le bras porte-outil est en position haute et bras porte-accessoires en position basse.
Le praticien place ensuite, au moyen du bras porte-accessoires de la partie robot, l’étrier (ET) sur la dent de son choix du patient et procède aux premières prises de vues de la bouche du patient par la caméra 3D (CA) du dispositif robotisé. Ces images concernent donc la même zone que celle qui a fait l’objet des premiers examens opérés par le praticien, mais elles sont différentes puisque prises par une caméra différente dans une position différente. Il s’agit donc maintenant d’établir une corrélation entre les premières images 3D prises lors de l’examen initial et ces nouvelles images 3D qui vont servir de base pour toute l’intervention du dispositif robotisé. C’est la raison pour laquelle, comme indiqué précédemment, la partie relative au traitement des données dans le système informatique de l’invention est dotée d’une fonction particulière permettant la conversion de fichiers pour que ceux-ci soient directement utilisables par le système de pilotage et de contrôle de la partie robot. Ainsi, avant le début de l’opération de taillage, les opérations suivantes sont réalisées automatiquement par le système de la partie robot après introduction, au point 6 précédent, des fichiers du point 5 : Analyse des fichiers d’images 3D prises antérieurement (point 2 précédent) de l’état initial de la zone concernée de la bouche du patient. Analyse des fichiers d’images 3D prises dans l’immédiat par la caméra du dispositif robotisé de la même zone concernée de la bouche du patient. Il est à noter que ces images de la même zone sont toutefois différentes des précédentes (point 2 précédent) puisque la caméra est différente et que son positionnement est également différent. Elaboration de lois de corrélation permettant de relier les points significatifs des deux jeux d’images 3D : images du point 2 précédent et images du point 8. Analyse des fichiers d’images 3D préétablis (point 4 précédent) de définition du taillage de la dent, images qui ont été établies précédemment à partir du premier fichier (point 2 précédent) de l’état initial de la bouche du patient. Application des lois de corrélation élaborées précédemment (point 9) pour créer un nouveau fichier de définition de taillage de la dent correspondant au nouveau fichier d’images 3D (point 8) de l’état initial de la bouche du patient prises par la caméra 3D du dispositif robotisé.
Enfin, les fichiers d’images 3D de taillage ayant été spécifiquement élaborés (point 11 précédent) pour le système informatique du dispositif robotisé et étant bien en correspondance avec le fichier initial d’images 3D (point 5 précédent) de définition initiale du taillage, les opérations sur le patient peuvent être réalisées. Le système informatique du dispositif réalise alors les opérations suivantes à partir de ce fichier ainsi élaboré (point 11) : Détermination des étapes de l’opération de taillage avec, pour chaque étape, définition des trajectoires, des vitesses de rotation, de couple et des efforts à appliquer à l’outil ainsi que des débits de lubrification/aspersion. Application de ces paramètres pour le taillage effectif de la dent face par face. Surveillance du taillage de chaque face de la dent en temps réel au moyen de la caméra 3D avec comparaison à chaque étape des images réelles et des images théoriques élaborées précédemment correspondant à l’étape considérée. A chaque étape cette comparaison nécessite au préalable l’interruption du taillage et de la lubrification/aspersion. En cas d’écart supérieur à l’écart maximum prédéfini : arrêt du taillage et correction de trajectoire, de vitesse de rotation, de couple et d’efforts à appliquer à l’outil. Reprise du taillage de la face concernée avec lubrification/aspersion. En fin de taillage de l’ensemble des faces, arrêt du taillage et de la lubrification/aspersion, retrait de l’outil de taillage, prise des images 3D du taillage dans sa configuration finale. Retrait de l’étrier et de la caméra 3D. Replis des deux bras de robot dans leur configuration de stockage.
Dans le cas d’un robot, il est également important de pouvoir définir ces deux systèmes de coordonnées, mais il est beaucoup plus difficile de réunir les conditions de rigidité et de stabilité nécessaires pour obtenir une très grande précision dans l’exécution des tâches effectuées par le robot. La localisation précise du “zéro pièce” par rapport au “zéro machine” constitué par la base fixe du robot est souvent très délicate. En effet, au niveau de la configuration matérielle, les robots sont généralement constitués d’un ou plusieurs bras, chaque bras comprenant un certain nombre de segments plus ou moins longs reliés entre eux par des articulations. Et en bout de bras on trouve l’organe destiné à réaliser la fonction de manipulation ou d’usinage. Les articulations sont de deux types : les articulations rotoïdes et les articulations prismatiques. L’articulation rotoïde est une articulation de type pivot qui permet la rotation autour d'un axe qui leur est commun. La situation relative entre les deux éléments reliés est donnée par l'angle autour de cet axe. Une des difficultés est la réalisation matérielle d’une articulation rotoïde sans jeu dit de déversement. Un tel jeu entraine un décalage entre les axes de rotation des deux éléments de l’articulation et donc une grande imprécisions dans les mouvements. L’articulation prismatique est une articulation de type glissière, le mouvement entre deux éléments est donc une translation le long d’un axe commun, ce qui signifie qu’il se produira un déplacement linéaire mesuré par une distance le long de cet axe. Là encore il est difficile d’obtenir une articulation prismatique sans jeu, la solution souvent utilisée est d’augmenter la longueur de la glissière ce qui alourdit sensiblement l’ensemble considéré. La base du robot qui constitue le point de départ des mouvements, le “système de coordonnées machine” avec le “zéro machine”, est le plus souvent éloignée des embouts de segments sur lesquels sont placés les outils ou les organes de manipulation, organes qui sont en contact avec la pièce où se situe le “zéro pièce”. Ainsi, en plus des problèmes de jeux dans les différentes articulations, tous les organes du robot qui se trouvent entre la base et la pièce à manipuler sont soumis à de multiples contraintes de traction, compression, flexion et/ou torsion qui génèrent des déformations et même parfois des oscillations et des vibrations des différents organes. Le problème est d’autant plus aigu que ces organes sont de grandes longueurs. La localisation du “zéro pièce” par rapport au “zéro machine” est ainsi souvent assez peu précise et le contrôle rigoureux des mouvements et des efforts en bout de bras de robot est rendu compliqué. Ceci a pour conséquence le fait que l’utilisation de robots de manière entièrement automatisée pour des tâches nécessitant un très haut niveau de précision est en général très délicate.
Bien sûr, dans bien des applications, comme par exemple les manipulations d’objets peu fragiles, un niveau de précision moins élevé reste compatible avec les impératifs de l’application et il est alors possible de faire travailler le robot de manière entièrement automatique. A l’opposé, il est bien évident que pour des applications spécifiques et limitées, dans le domaine de la recherche ou du spatiale par exemple, des robots très particuliers peuvent être conçus pour être pilotés et contrôlés de manière totalement automatisée. Mais la conception, le développement, la fabrication et la mise au point de ces robots aboutissent à des coûts qui sont sans comparaison par rapport à ce qu’il est possible d’envisager dans les autres domaines. Mais pour les applications qui nécessitent un très haut niveau de précision dans le domaine industriel général ou même le domaine médical dit “grand public” l’utilisation de robots fonctionnant de façon entièrement automatique reste sinon impossible du moins assez problématique.
C’est en particulier le cas pour les robots dans les applications dentaires. Et ce d’autant plus que, dans ce domaine, le socle de base du robot qui constitue le “système de référence” est, pour des raisons pratiques, très souvent assez éloigné de la zone d’intervention. Ceci nécessite donc de grands bras de robot constitués de segments de grande longueur entre les articulations . Il s’en suit des porte-à-faux importants provoquant, avec le poids des articulations et celui des segments eux-mêmes, une amplification des jeux internes des pièces, des déformations élastiques, des oscillations et des vibrations comme déjà évoqué. Il faut également noter que cette géométrie à grands bras de robot complique et rend très onéreuse la réalisation concrète du système robotisé, non seulement du fait des dimensions importantes des éléments constituant la partie robotisée mais également parce que le système de contrôle doit être particulièrement élaboré pour tenter de pallier au moins partiellement les imprécisions liées à la géométrie et aux masses en jeu, sans toutefois pouvoir les compenser totalement.
Certaines solutions ont été proposées pour tenter de limiter ces problèmes d’imprécision. Par exemple, une option consiste à encore amincir les segments et à réduire la taille des articulations dans le but de limiter les masses et ainsi les efforts qui y sont liés et les déformations qui s’en suivent. Mais une telle solution aboutit à réduire les moments d’inerties des pièces concernées et ne permet donc pas de diminuer significativement les déformations . Une autre option consiste à faire l’inverse, c’est-à-dire à avoir des segments plus gros et des articulations plus volumineuses afin de réduire les déformations. Mais il s’en suit alors une augmentation importante des efforts à mettre en œuvre pour les déplacements ainsi que des inerties dynamiques liées aux mouvements et n’améliore pas vraiment le niveau de précision. Bien sûr des progrès importants ont été enregistrés dans le domaine des moyens informatiques de pilotage et de contrôle des robots, progrès qui permettent tout de même des progrès certains amis cependant insuffisants pour éliminer de façon significative les problèmes précités.
Une autre solution quelques fois utilisée consiste à fixer à la mandibule du patient une large structure qui comprend souvent un rail semi circulaire sur lequel circule un minirobot qui tient l’outil de taillage, une caméra de prise de vues dont la position est décalée par rapport à l’outil de taillage et éventuellement également un étrier qui vient se positionner sur une dent du patient. Cette structure constitue le système de référence “zéro machine”, très proche de la zone d’intervention, par rapport auquel les déplacements des têtes de robot sont ainsi définis, pilotés et contrôlés.
Dans le but d’améliorer le niveau de précision, il convient également de limiter les problèmes de déformation mentionnés précédemment. Mais ceci ne peut être fait qu’à condition que la structure soit suffisamment rigide, ce qui ne va pas sans un encombrement et donc un poids important. Ainsi, une telle solution présente quelques inconvénients. Tout d’abord elle fait courir certains risques de blessure au patient qui doit de plus être en mesure de supporter le poids assez conséquent d’un tel équipement fixé à son maxillaire, ensuite elle entraine, également pour le patient, un inconfort certain et enfin le temps d’adaptation, de mise en place, de réglage et de retrait de cette structure est très probablement relativement long. De plus, du fait de la géométrie et des encombrements, les possibilités de déplacement du robot porte-outil de taillage, de la caméra et de l’étrier sont probablement assez limitées. En particulier, la face extérieure et le dessus de la dent sont facilement accessibles mais pour accéder aux autres parties de la dent d’autres dispositions doivent être prises et d’autres dispositifs doivent être ajoutés. Enfin, l’enregistrement direct d’images de la totalité de la zone de travail pendant le déroulement de l’opération se complique sensiblement .
Il a aussi été proposé de fixer une structure complexe et encombrante à la tête du patient . Une telle solution présente pratiquement les mêmes inconvénients que la solution précédente sans apporter des améliorations vraiment significatives.
En conclusion, même si les progrès au niveau des systèmes de pilotage et de contrôle permettent de diminuer les incertitudes au niveau de la localisation et du guidage de l’outil, il demeure encore certaines imprécisions en bout de bras de robot qui limitent les possibilités d’utilisation des robots pour l’exécution automatisée des tâches qui sont nécessaires pour une opération d’implant dentaire. En particulier le taillage de dents qui est une intervention délicate que les praticiens redoutent souvent car elle nécessite une extrême concentration, elle prend beaucoup de temps et les risques d’erreur sont nombreux.
Présentation de l’invention Le but de l’invention est d’apporter des améliorations déterminantes au niveau du robot dentaire et ainsi de proposer un dispositif robotisé permettant de réaliser, directement dans la bouche du patient et de manière entièrement automatisée, les opérations de taillage de dents nécessaires à la pose d’éléments prothétiques partiels (inlay, onlay facette) ou totaux (couronne). Ce système est schématisé sur la [ ], il est constitué : d’une plateforme de base placée au sol (B) , d’un fauteuil instrumenté fixé à la plateforme de base et qui est pourvu d’un repose tête avec têtière pour installation et maintien du patient (F) , d’une structure-support très rigide (S) , fixée à la plateforme de base (B) et placée sur un coté du fauteuil, à proximité du repose tête et qui comprend une colonne verticale (SO), deux segments horizontaux articulés (S1) et (S2) et, en bout, un court manchon pivotant (S3) qui se bloque à deux positions verticales à 180°, aucune des articulations de cette structure-support n’étant motorisée, des deux bras de la partie robotisée , le bras porte-outil de taillage (RO) et le bras porte-accessoires (RS) portant l’étrier (ET) et la caméra 3D (CA), chacun des bras étant fixé à une extrémité du manchon vertical (S3) de la structure-support (S) par une articulation rotoïde motorisée à axe vertical, du système informatique de traitement des informations, de pilotage et de contrôle de la partie robotisée (I).
C’est donc la caméra 3D (CA) montée sur le bras porte-accessoires (RS) de la partie robot qui assure les prises de vue qui permettent d’une part de fournir les images 3D couleur servant de base pour le pilotage automatique et le contrôle des tâches robotisées et d’autre part d’afficher ces images 3D sur écran pour que le praticien puisse suivre les opérations des bras de robot et intervenir si nécessaire.
Il convient aussi de souligner que la conception de la partie robot en double bras présente l’avantage de n’avoir que l’outil de taillage fixé en bout de bras porte-outil (RO). Ceci permet de limiter notablement le poids de ce sous-ensemble, bloc-support (PO) et outil (OT), et, ainsi, en limiter les efforts à supporter par chaque bras de robot, d’améliorer sensiblement la précision des mouvements.