Contribution à la micromanipulation : étude, réalisation, caractérisation et commande d'une micropince piézoélectrique

• Auteur / Autrice : Joël Agnus
• Direction : Alain Bourjault, Nicolas Chaillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et informatique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piézoélectricité

Micromanipulation

Résumé

La ''micromanipulation'', c'est à dire la saisie, le maintien, le déplacement et la dépose d'objets en trois dimensions de dimensions comprises entre 1 µm et 1 mm, concerne de plus en plus de secteurs d'activité comme par exemple l'assemblage de pièces micromécaniques rigides (microroues dentées, microlentilles optiques, circuits hybrides, etc. . . ), poussée par la miniaturisation des produits, ou encore la manipulation d'éléments biologiques pour la médecine ou les biotechnologies (micro-organismes, cellules, etc. . . ). Les travaux présentés dans ce mémoire ont permis d'aboutir à la mise au point d'une nouvelle micropince à deux doigts de serrage, chacun étant capable de se mouvoir indépendamment dans deux directions perpendiculaires, offrant ainsi quatre degrés de liberté articulaires à la pince. En plus de l'ouverture/fermeture des doigts de la pince, ses mobilités autorisent notamment le centrage des objets manipulés ainsi que l'orientation des objets entre les mors. Le principe d'actionnement d'un doigt repose sur un actionneur de type poutre piézoélectrique à électrodes répartie, appelé duo-bimorphe, pour lequel un modèle statique de comportement a été établi. Les micropinces développées présentent des courses d'ouverture/fermeture et de montée/descente de, respectivement, 320 µm et 400µm pour 100 V et des forces de blocage d'environ 50 mN en serrage et 10 mN en montée/descente pour 100 V également. Ce mémoire rapporte plusieurs expérimentations dont l'assemblage potentiel d'un pignon de montre, la micromanipulation de cubes de 300 µm de côté sous une binoculfaire ou d'objets sphériques de 200 µm de diamètre dans un microscope électronique à balayage. Ce travail traite également de la commande des actionneurs piézoélectriques. A ce sujet, un nouveau type de commande qui assure un contrôle fin en boucle ouverte des déplacements de l'actionneur est proposé. Le principe repose sur la juxtaposition d'une commande à charge électrique constante et d'une commande à tension constante. Une réduction de l'hystérésis d'un facteur dix est ainsi obtenue.