Modélisation de corps mous appliquée à la commande de procédé robotisé de découpe anatomique de muscles

Soft material modeling applied to the control of robotized technology of deboning and muscle separation in meat cutting

• Auteur / Autrice : Nabil Essahbi
• Direction : Grigore Gogu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 13/12/2013
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal
• Jury : Président / Présidente : Alexis Beakou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Martinet, Philippe Poignet, Belhassen Chedi Bouzgarrou, Benjamin Gilles
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Martinet, Philippe Poignet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots industriels

Muscles

Viande -- Coupe

Mots clés libres

Caractérisation et modélisation dynamique de corps mous

Modélisation de découpe anatomique

Génération dynamique de trajectoires de coupes robotisées

Soft material caracterization and dynamical modeling

Anatomical cutting modeling

Dynamic generation and updating of robotized cutting trajectories

Résumé

Cette thèse intervient dans le cadre du projet ANR ARMS. L'objectif est de concevoir un système robotisé multi-bras pour la découpe anatomique de muscles. Ce travail vise à développer les modèles mécaniques nécessaires à la mise en place de la stratégie de commande. Il expose le cycle de développement d'un modèle mécanique faisant intervenir la construction de modèles géométriques à partir d'images IRM, l'identification expérimentale des paramètres rhéologiques des matériaux modélisés en passant par les étapes de maillage, de paramétrage, d'implémentation et de validation de tels modèles. Il présente une nouvelle méthode de modélisation dynamique de structures intitulée modèle masse-ressort non-linéaire isotrope transverse, une méthode qui témoigne d'un comportement mécanique alliant réalisme et interactivité. Il intervient aussi dans l'identification dynamique des trajectoires de coupe robotisée en proposant de nouvelles approches de modélisation de la découpe de corps mous et en développant un nouvel algorithme basé sur le calcul de courbures. Cette thèse aborde, aussi, le problème de variabilité des muscles bovins et propose une méthode de recalage dimensionnel du modèle géométrique générique par le biais de transformations géométriques définies par optimisation multicritère d'une fonction objectif. Enfin, en vue de synchroniser le flux d'informations entre les différents modules de commande de la cellule robotisée, une combinaison de la méthode des éléments finis avec la technique de condensation statique de Guyan a permis de développer un modèle mécanique quasi-statique réduit permettant de prédire rapidement l'évolution de la trajectoire de coupe robotisée.

This PhD thesis is done within the framework of the ANR ARMS project. The global objective is to study the robotization of deboning and muscle separation in meat cutting and transformation processes applied to beef rounds. This work aims to develop the necessary mechanical models feeding the process control strategy. It outlines the development cycle of a mechanical model involving the construction of geometrical models using MRI techniques, the experimental identification of rheological parameters of materials while going through the steps of meshing, parameterization, implementation and validation of such models. It presents and tests a new way to fix the parameters of the mass-spring model whilst taking into account material anisotropy. The new approach is entitled « non-linear transversally isotropic mass-sping model » and sets the model in non-linear mechanical behavior mode which therefore increases the realism of the simulations performed. It is also involved in the dynamical estimation of the cutting guideline by proposing new approaches for soft materials cutting and by developing a new algorithm based on vision perception and curvature estimation of 3D surfacic meshes. This work addresses also the problem of muscles variability and provides a readjustement method of the generic geometrical model based on a multicriteria optimization of an objective function. Finally, in order to synchronize the information flow between the control modules of the robotic cell, a combination of the finite element method with Guyan static condensation technique allowed developing a reduced quasi-static mechanical model rapidly predicting the evolution of the cutting trajectory.