La cinématique des mécanismes spatiaux et ses applications à l'origami rigide

Kinematics of spatial linkages and its applications to rigid origami

• Auteur / Autrice : Huijuan Feng
• Direction : Grigore Gogu, Jian S. Dai, Yan Chen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 30/05/2018
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Qinchuan Li
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Belhassen Chedi Bouzgarrou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Qinchuan Li, Damien Chablat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanismes

Cinématique

Mots clés libres

Cinématique

Origami rigide

Mécanisme sphérique

Mécanisme spatial sur-contraint

Mécanisme de Bricard à symétrie plane

Bifurcation

Origami de la waterbomb

Origami à panneau épais

Kinematics

Rigid origami

Spherical linkage

Spatial overconstrained linkage

Planesymmetric Bricard linkage

Bifurcation

Waterbomb origami

Thick-panel origami

Résumé

La thèse conduit une analyse cinématique des mécanismes spatiaux allant de mécanismes sphériques aux mécanismes spatiaux sur-contraints basés sur la méthode matricielle D-H et l’applique pour explorer le comportement rigide de pliabilité et de mouvement des modèles d’origami. Dans ce processus, la pliabilité rigide du motif origami en torsion triangulaire est d’abord examinée sur la base de la cinématique du réseau de mécanismes 4 R sphériques et de nouveaux mécanismes 6 R sur-contraints dérivés par la technique du kirigami. Ensuite, la cinématique du mécanisme de Bricard 6 R plan-symétrique est analysée et ses variations de bifurcation sont discutées. Après cela, les résultats sont appliqués pour étudier le pliage symétrique de l’origami de la waterbomb à six plis à panneau épais, qui est modélisé sous laforme d’un réseau de mécanismes de Bricard 6 R plan-symétriques. Le comportement de mouvement de sa tessellation correspondante de feuille de zéro-épaisseur est démontré par unréseau de mécanismes 6 R sphériques. Enfin, le comportement de mouvement de la forme cylindrique fermée de l’origami de la waterbomb est analysé à travers une étude paramétrique, en le modélisant comme un réseau fermé de mécanismes 6 R sphériques. Ces études aident à approfondir la compréhension de la cinématique des mécanismes spatiaux et du mouvement rigide de l’origami, et à jeter les bases des applications techniques des mécanismes spatiaux et des motifs d’origami rigides.

This dissertation conducts kinematic analysis of spatial linkages ranging from spherical linkages to overconstrained linkages based on the D-H matrix method, and applies it to explore the rigid foldability and motion behaviour of origami patterns. In this process, the rigid foldability of triangle twist origami pattern is firstly examined based on the kinematics of spherical 4 R linkage network and new overconstrained 6 R linkages are derived by kirigami technique. Then the kinematics of the plane-symmetric Bricard 6 R linkage is analyzed and its bifurcation variations are discussed. After that, the results are applied to study the symmetric folding of six-crease thick-panel waterbomb origami, which is modelled as a network of planesymmetric Bricard 6 R linkages. The motion behaviour of its corresponding tessellation of zerothickness sheet is demonstrated by a network of spherical 6 R linkages. Finally, the motion behaviour of the closed cylindrical form of waterbomb origami is investigated through a parametric study, by means of modelling it as a closed network of spherical 6 R linkages. These studies help to deepen the understanding of spatial linkage kinematics and rigid origami motion, and lay the foundation for engineering applications of spatial linkages and rigid origami patterns.