Planification et mise en oeuvre de mouvements de micromanipulation dextre

Planning and implementation of dexterous micromanipulation movements

• Auteur / Autrice : Jean-Antoine Séon
• Direction : Michaël Gauthier, Redwan Dahmouche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 17/05/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Jury : Président / Présidente : Youcef Mezouar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michaël Gauthier, Redwan Dahmouche, Youcef Mezouar, Yassine Haddab, Daniel Sidobre, Quan Zhou, Anne Delettre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yassine Haddab, Daniel Sidobre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micromanipulation

Mots clés libres

Micromanipulation

Dextérité

Planification de trajectoires

Micro-manipulation

Dexterous manipulation

Trajectory planning

Résumé

Les systèmes développés actuellement nécessitent de plus en plus de fonctionnalités dans des volumes de plus en plus réduits, augmentant ainsi leurs complexités. Pour répondre à ce besoin, des composants de taille micrométrique (compris entre 1µm et 1mm) peuvent être assemblés afin de former un microsystème complexe.Cependant, l'assemblage de micro-composants demeure une étape mal contrôlée et très limitée. Plus particulièrement à des opération de prise-dépose pour des composants de formes simples telles que des sphères ou des cubes. Ces tâches d'assemblage sont également, en grande partie, réalisées de manière télé-opérée. Ces éléments constituent donc un véritable frein au développement de microsystèmes. Ces limitations sont en grande partie dues au comportement physique observable à l'échelle micrométrique. En effet, passé sous la barre du millimètre, les forces volumiques (poids, inertie) ne sont plus prépondérantes tandis que les effets de surface (capillarité, Van der Waals, etc.) gagnent en importance. De ce fait, le paradigme de la manipulation change radicalement puisque des phénomènes d'adhésion entre le préhenseur et l'objet deviennent visibles. Ces phénomènes, considérés comme perturbateurs, empêchent de reproduire les opérations de manipulation telles que réalisées à l'échelle de l'homme. Il est ainsi nécessaire et indispensable de mettre en oeuvre des stratégies de manipulation novatrices permettant de réaliser des opérations de micromanipulation dextres et donc des micro-assemblages complexes. Les travaux développés au cours de cette thèse, à savoir l'automatisation de tâches de micromanipulation dextre à l'aide d'une micro-main, répondent clairement à ces attentes. Un planificateur de trajectoires des doigts de la micro-main prenant en compte les effets d'adhésion, spécifiques à l'échelle micrométrique, a ainsi été développé. Les trajectoires de manipulation obtenues permettent de mettre en lumière que les effets de l'adhésion sont particulièrement utiles pour saisir des objets complexes et simplifient également le processus de la manipulation. La méthode développée permet de manipuler et d'orienter n'importe quelle forme d'objet dans un plan. Les trajectoires de manipulation obtenues ont été validées aussi bien en simulation qu'expérimentalement, ouvrant ainsi la voie à la réalisation de micro-assemblages tridimensionnels.

Nowadays, microsystems require more and more functionality in increasingly smaller volumes.However, assembly of microcomponents remains a poorly controlled step and limited to pick andplance operations for simple shaped components. These limitations are largely due to the physicalbehavior existing at the micrometric scale. In fact, below the millimeter, the surface forces (capillarity,van der Waals, etc.) become more important. As a result, the paradigm of manipulation changesradically since adhesion between the gripper and the object become visible. Thus, it is necessaryto implement original manipulation strategies enabling dexterous micromanipulation operations. Thework developed during this thesis, namely the automation of dexterous micromanipulation tasks,clearly fulfills these expectations. A trajectory planner taking into account the adhesion forces, specificto the micrometric scale, has been developed. The developed approach allows to automaticallygenerate optimal trajectories for the fingers of a micro-hand. The obtained trajectories demonstratethat the adhesion forces are particularly useful for grasping complex objects and also simplify themanipulation process. The developed method allows to manipulate and rotate any shape of objectin a plan. Also, the trajectories have been validated experimentally and thus open the way to therealization of three-dimensional micro-assemblies.