Conception d'interfaces haptiques basées sur des moteurs à induction double face (DSIMs) pour la micro-téléopération

Design of haptic interfaces based on Double-Sided Induction Motors (DSIMs) for micro-teleoperation

• Auteur / Autrice : Georges Daher
• Direction : Stéphane Régnier, Sinan D. Haliyo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 17/06/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des systèmes intelligents et de robotique (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Hubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maya Hage Hassan, Florence Ossart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Clévy, Betty Lemaire-Semail

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes microélectromécaniques

Moteurs électriques -- Commande électronique

Toucher

Télécommande

Interaction homme-robot

Mots clés libres

Moteurs à induction double face (DSIMs)

Conception de moteur

Interface haptique

Micro-téléopération

Micro-monde

DSLIM

Motor design

Haptic device

Teleoperation

Micro-world

Résumé

La téléopération avec retour haptique est un moyen prometteur pour interagir avec la micro/nano échelle. Pour assurer une bonne intégration de l'opérateur humain dans la boucle de contrôle, l'interface haptique doit être bien conçue pour transmettre à l'opérateur avec grande fidélité les forces et la dynamique du monde micro/nano. Cette thèse aborde les moyens de concevoir des interfaces haptiques basées sur des moteurs à induction double face à faible inertie, le DSLIM (Double-Sided Linear Induction Motor) et le Axial-DSIM (Double-Sided Induction Motor), spécifiquement conçus pour interagir avec le micro-monde. Des simulations utilisant l'analyse par élément fini (FEA) de différentes conceptions de moteurs ont été réalisées, ainsi que des montages expérimentaux, afin d'optimiser la conception du moteur et de son alimentation électrique pour améliorer la qualité de la force rendue. La force et le couple produits par le DSLIM et l'Axial-DSIM se sont avérés intéressants pour les applications haptiques, en particulier pour l'interaction avec le micro-monde, en raison de leur faible inertie, de leur temps de réponse rapide et de leur capacité à fournir un retour kinesthésique et tactile.

Teleoperation with haptic feedback is a promising way to interact with the micro/nano-scale. To ensure a smooth integration of the human operator into the control loop, the interface between the micro-robotic system and the human operator must be well designed to transmit with very high fidelity the forces and high dynamics coming from the micro/nano world. This thesis addresses the means of designing haptic interfaces based on low inertia Sheet-DSIMs (Double-Sided Linear Induction Motors) specifically designed for interaction with the micro-world, the DSLIMs (Double-Sided Linear Induction Motors) providing a linear force and the Axial-DSIM (Double-Sided Induction Motor) providing torque. Simulations using Finite Element Analysis (FEA) of different motor designs have been carried out along with experimental setups to optimize the design of the motor and its power supply in order to improve the quality of the rendered force. The force and torque produced by both the DSLIM and the Axial-DSIM have proven to be interesting for haptic applications, especially for interaction with the micro-world due to their low inertia, fast response time, and ability to render both kinesthetic and tactile feedback.