Etudes théorique et expérimentale de moteurs piézo-électriques utilisant des ondes de Rayleigh ou de Lamb : Application à une station de micro-convoyage

par Philippe Helin

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Christian Druon.

Soutenue en 1997

à Valenciennes .


  • Résumé

    L’émergence des micro-systèmes au cours de cette dernière décennie a conduit à la création d'un groupement de recherche micro-systèmes par le centre national de la recherche scientifique (CNRS). Son but est de concevoir des démonstrations dans les principaux domaines d'applications des micro-systèmes. Ce travail s'inscrit dans le cadre du thème « composants électromécaniques pour la microrobotique ». Après avoir présenté l'intérêt des micro-systèmes, nous passons en revue plusieurs dispositifs de déplacement utilisant différents principes d'actionnement. Parmi ceux-ci, nous nous sommes plus particulièrement intéressés au moteur à ondes acoustiques de surface utilisant la friction sèche. Ces ondes influent directement sur l'obtention du déplacement du mobile. La génération de celles-ci, à partir de transducteurs à peignes interdigités, dans un substrat piézo-électrique constituant le stator du moteur est donc étudiée. Plusieurs types de stator ont été réalisés et caractérisés dans le but de déterminer la configuration optimale. Nous proposons ensuite un travail novateur sur la modélisation de ce type de moteur. Ce modèle est basé sur la théorie de Hertz associé à la loi de Coulomb dans l'approximation d'un plan vibrant. Il permet de mettre en évidence les paramètres pertinents intervenant dans le mécanisme du transfert d'énergie du stator au mobile. Il apparait que ce mécanisme est de type intermittent. Les résultats obtenus, et validés par les expériences, montrent l'intérêt de ce modèle pour l'optimisation de l'interface de contact. Ces études nous ont permis de concevoir et de réaliser un nouveau micro-convoyeur (XY#z) ayant pour principales caractéristiques un déplacement d'un mobile de taille millimétrique avec une vitesse de l'ordre de 18 cm/s dans une aire de 10 cm#2 avec une résolution nanométrique et une rotation allant jusque 360 pour une résolution inférieure au degré. Le contrôle du déplacement se fait par modulation de la durée du signal électrique d'excitation appliqué aux transducteurs. Enfin, la conception d'une station de micro-convoyage incorporant ce moteur, des dispositifs préhenseurs et un système de localisation embarqué est proposé et les premiers éléments fabriqués sont étudiés.

  • Titre traduit

    Theoretical and experimental studies of ultrasonic motors using Rayleigh or Lamb waves : Application to a micro-conveying station


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Informations

  • Détails : 1 vol. (122 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury.
  • Annexes : Bibliogr. f.115-122.

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  • Cote : MF-1997-HEL
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