Contribution à l’actionnement des robots origamis reconfigurable par desmateriaux actifs

Contributing to smart material based-actuators for reconfigurable origamirobots

• Auteur / Autrice : Kejun Hu
• Direction : Kanty Rabenorosoa, Morvan Ouisse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 28/06/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-2024)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Viollet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kanty Rabenorosoa
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Doaré, Micky Rakotondrabe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recherche

Matériaux

Actionneurs

Mots clés libres

Robots origamis

Conception mécatronique

Alliage à mémoire de forme (AMF)

Charatérisation

Actionneur en torsion bidirectionnelle

Origami robots

Mechatronic designs

Shape-Memory-Alloy (SMA)

Characterization

Bidirectionnel torsion-Based actuator

Résumé

Le concept d’ingénierie inspiré de l’origami est un secteur relativement peu connu qui a récemment démontré des résultats spectaculaires. Ce travail de thèse contribue à l’actionnement d’un robot reconfigurable inspiré de l’origami dans le cadre du projet ANR «Origabot». Basé sur un motif d’origami non-rigide «Kresling», une nouvelle conception de robot multifonctionnel appelé «Origabot» composé d’une structure bistable à base de matériaux d’ingénierie capable de changer de forme et de bloquer la forme, entraîné par un actionnement basé sur l’effet de mémoire de forme (EMF), est proposée. Une méthode est développée pour l’identification de cahier du charge de l’actionnement basé sur les caractérisations expérimentales et numériques afin d’étudier son comportement complexelors du pliage et du déploiement. Une méthode de conception consistant à modéliser et à caractériser différents AMFs en torsion sous forme antagoniste est introduite et appliquéesur le cahier de charge identifié. Un ensemble de modèles sont étudiés puis enfin validés pour décrire le EMF de torsion à l’échelle millimétrique tout en complétant un état de l’art riche mais incomplet sous différents aspects. Un prototype d’Origabot est proposé pour démontrer la capacité de changement de forme du robot.

Origami-inspired engineering concepts in modern science and technology are a relatively not very well-known sector that has achieved great success. This thesis work contributes to the actuation of an origami-inspired reconfigurable robot introduced by project ANR «Origabot». Based on a non-rigid «Kresling» origami pattern, a new multi-functional robot composed of an engineering-material-based bistable mechanism capable of self-shape-changing and shape-locking, actuated by shape memory effect (SME), is proposed. A method for the identification of actuation requirements is developed based on experimental and numerical characterizations to study its complex folding and deployment behavior. A design method consisting in modeling and characterizing different torsional SMAs in antagonistic form is introduced and applied to to actuators for the bidirectional rotational motion (BRM). A set of models are studied then finally validated to describe the torsion EMF at the millimeter scale while completing a rich but incomplete state of the art in different aspects. A prototype of Origabot is proposed to demonstrate the shape-shifting capability of the robot.