Simulation Interactive basée Physique du Phénomène de Succion

Interactive Physically-based Simulation of the Suction Phenomenon

• Auteur / Autrice : Antonin Bernardin
• Direction : Maud Marchal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/01/2021
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires / IRISA
• Jury : Président / Présidente : Bruno Arnaldi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maud Marchal, Bruno Arnaldi, Miguel A. Otaduy, Fabrice Jaillet, Paul G. Kry, Sheldon ANDREWS, Christian Duriez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Miguel A. Otaduy, Fabrice Jaillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robotique

Manipulation

Simulation, Méthodes de

Simulation

Variétés de contact

Mécanique du contact

Aspiration (technique)

Mots clés libres

Succion

Contact

Déformable

Simulation Physique

Manipulation

Robotique

Suction

Contact

Deformable

Physics simulation

Manipulation

Robotics

Résumé

Cette thèse porte spécifiquement sur la modélisation ainsi que la simulation du phénomène de succion en raison de ses vertus très intéressantes vis-à-vis de la manipulation, surtout dans le domaine de la robotique.Au sein de nos recherches, nous faisons la distinction entre la succion active (pression d'air contrôlée directement par une pompe à air par exemple) et la succion passive (cas d'une ventouse traditionnelle).En termes de contributions, nous avons proposé un modèle de succion composé de deux composants principaux : un algorithme de détection de cavités et une contrainte de pression d'air.L'algorithme de détection de cavités permet de localiser et identifier les géométries des poches d'air qui surviennent lorsqu'une ventouse (ou objet similaire) rentre en contact avec un autre objet.Quant à la contrainte de pression d'air, celle-ci est couplée avec les contraintes traditionnelles de contact et de frottement.Afin d'accélérer la simulation, la distribution de la pression d'air à l'intérieur des cavités est représentée au sein de notre modèle sans pour autant simuler le comportement complexe des dynamiques du fluide d'air.Au delà de la conception de notre modèle de succion, nous avons réalisé plusieurs expérimentations physiques et virtuelles :Nous avons mesuré les forces nécessaires pour détacher des ventouses dans le contexte de la succion active puis de la succion passive.Nous avons lancé ces expérimentations en utilisant plusieurs élasticités de matériaux au niveau de la ventouse.Par rapport à la succion passive, nous avons en plus fait varier la courbure de la surface contre laquelle la ventouse est appuyée.En outre, nous avons mis en place plusieurs scénarios illustratifs pour mesurer les performances de calcul, et aussi des scénarios de test pour analyser les capacités de notre modèle de succion.

This thesis focus on the modeling and physics simulation of the suction phenomenon in regards to its very interesting features related to manipulation, especially in the robotics context.In our research, we distinguish active suction (air pressure value is directly controlled by a vacuum pump for instance) from passive suction (case of a traditional suction cup).In terms of contributions, we proposed a suction model composed of two main features: a cavity detection algorithm and a novel air pressure constraint.The cavity detection algorithm allows to locate and identify the geometries of air cavities which may arise when a suction cup (or similar object) collides with another object.As for the air pressure constraint, it is coupled with the traditional contact and friction constraints.In order to speed up the simulation, the air pressure distribution inside the cavities is represented in our model without simulating the complex behavior of air dynamics.In addition our elaborated suction model, we made several physical and virtual experiments:We measure the necessary forces to detach suction cups in the context of active and passive suction.We ran these experiments using different elasticities regarding the suction cup material.About passive suction, we additionally varied the degrees of curvature of the surface onto which the suction cup is pushed. Furthermore, we performed different illustrative to test time-performances and also benchmarking scenarios to test the abilities of our suction model.