Conception et analyse d'un robot flexible à rigidité active au moyen d'un alliage à mémoire de forme

Design and analysis of a compliant robot with active stiffness by means of shape memory alloy

• Auteur / Autrice : Adel Mekaouche
• Direction : Xavier Balandraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 08/03/2016
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme) - Institut Pascal
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Szewczyk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Balandraud, Grigore Gogu, Frédéric Chapelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Shabnam Arbab Chirani, Stéphane Caro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages à mémoire de forme

Robotique

Mots clés libres

Robotique flexible

Rigidité statique active

Alliages à mémoire de forme

Cartes de compliance

Identification

Reconfigurabilité

Compliant robotics

Active static stiffness

Shape memory alloys

Stiffness maps

Identification

Reconfigurability

Résumé

La rigidité est un des objectifs de performance les plus importants pris en compte lors de la conception de systèmes robotiques. Le contrôle de la raideur physique en cours de tâche est une problématique scientifique en plein essor dans le cadre de la conception innovante de robots à forte polyvalence. L’association d’une structure robotique compliante et d’un composant en alliage à mémoire de forme (AMF) est réalisée dans le but d’obtenir des cartes de compliance variables dans le temps sur un même espace de travail. Les AMF sont en effet des matériaux actifs qui possèdent des caractéristiques comportementales pouvant être exploitées dans cette application. La structure considérée pour l’étude n’a pas de degré de liberté interne mais sa déformation permet de créer un pseudo-espace de travail. Celui-ci diffère selon l’état activé/non-activé de l’AMF. L’intersection des deux espaces obtenus représente alors les positions de l’effecteur où il est possible d’avoir des valeurs de compliance différentes. Les cartes obtenues montrent des caractéristiques intéressantes pour la perspective de la conception de robots polyvalents ayant une nouvelle forme de reconfigurabilité basée sur le changement de propriétés matérielles.

The rigidity is one of the most important performance targets which is taken into account for the design of robotic systems. The control of the physical stiffness during industrial tasks is a scientific issue which is rapidly expanding in the context of the innovative design of highly polyvalent robots. The combination of a compliant robotic structure and a shape memory alloy (SMA) component is carried out in the aim of obtaining variable compliance maps over time and in the same workspace. SMAs are actually active materials with specific thermomechanical properties which can be used in this application. The considered structure has no internal degree of freedom, but the deformation of the arms allows the creation of a “Pseudo-Workspace” (PWS). This PWS varies as a function of the activated/non-activated state of the SMA component. The intersection of the two obtained PWSs represents the effector’s positions where it is possible to have different compliance values. Generated maps show interesting characteristics in the perspective of the design of polyvalent robots based on a new type of reconfigurability (change of material properties).