Kinematics of spatial linkages and its applications to rigid origami

par Huijuan Feng

Thèse de doctorat en Génie Mécanique

Sous la direction de Grigore Gogu, Jian S. Dai et de Yan Chen.

Soutenue le 30-05-2018

à Clermont Auvergne , dans le cadre de École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme) (laboratoire) .

Le président du jury était Qinchuan Li.

Le jury était composé de Belhassen Chedi Bouzgarrou.

Les rapporteurs étaient Qinchuan Li, Damien Chablat.

  • Titre traduit

    La cinématique des mécanismes spatiaux et ses applications à l'origami rigide


  • Résumé

    La thèse conduit une analyse cinématique des mécanismes spatiaux allant de mécanismes sphériques aux mécanismes spatiaux sur-contraints basés sur la méthode matricielle D-H et l’applique pour explorer le comportement rigide de pliabilité et de mouvement des modèles d’origami. Dans ce processus, la pliabilité rigide du motif origami en torsion triangulaire est d’abord examinée sur la base de la cinématique du réseau de mécanismes 4 R sphériques et de nouveaux mécanismes 6 R sur-contraints dérivés par la technique du kirigami. Ensuite, la cinématique du mécanisme de Bricard 6 R plan-symétrique est analysée et ses variations de bifurcation sont discutées. Après cela, les résultats sont appliqués pour étudier le pliage symétrique de l’origami de la waterbomb à six plis à panneau épais, qui est modélisé sous laforme d’un réseau de mécanismes de Bricard 6 R plan-symétriques. Le comportement de mouvement de sa tessellation correspondante de feuille de zéro-épaisseur est démontré par unréseau de mécanismes 6 R sphériques. Enfin, le comportement de mouvement de la forme cylindrique fermée de l’origami de la waterbomb est analysé à travers une étude paramétrique, en le modélisant comme un réseau fermé de mécanismes 6 R sphériques. Ces études aident à approfondir la compréhension de la cinématique des mécanismes spatiaux et du mouvement rigide de l’origami, et à jeter les bases des applications techniques des mécanismes spatiaux et des motifs d’origami rigides.


  • Résumé

    This dissertation conducts kinematic analysis of spatial linkages ranging from spherical linkages to overconstrained linkages based on the D-H matrix method, and applies it to explore the rigid foldability and motion behaviour of origami patterns. In this process, the rigid foldability of triangle twist origami pattern is firstly examined based on the kinematics of spherical 4 R linkage network and new overconstrained 6 R linkages are derived by kirigami technique. Then the kinematics of the plane-symmetric Bricard 6 R linkage is analyzed and its bifurcation variations are discussed. After that, the results are applied to study the symmetric folding of six-crease thick-panel waterbomb origami, which is modelled as a network of planesymmetric Bricard 6 R linkages. The motion behaviour of its corresponding tessellation of zerothickness sheet is demonstrated by a network of spherical 6 R linkages. Finally, the motion behaviour of the closed cylindrical form of waterbomb origami is investigated through a parametric study, by means of modelling it as a closed network of spherical 6 R linkages. These studies help to deepen the understanding of spatial linkage kinematics and rigid origami motion, and lay the foundation for engineering applications of spatial linkages and rigid origami patterns.


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