Approche intégrée matériau-procédé appliquée à la conception de doigts souples pour la manipulation dextre

Integrated material-process approach applied to the design of soft fingers for dexterous manipulation

• Auteur / Autrice : Baptiste Kraehn
• Direction : Olivier Piccin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : SIAR robotique
• Date : Soutenance le 12/12/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Damien Chablat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Meylheuc, Pascal Seguin, Frédéric Chapelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Chablat, Faïz Ben Amar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mains artificielles

Robotique molle

Mots clés libres

Matériaux et conception de robots souples

Effet Mullins

Robots souples en silicone

Injection basse-pression

Manipulation dextre

Soft Robot Materials and Design

Mullins effect

Silicone soft robots

Low-pressure injection

Dexterous Manipulation

Résumé

Ce travail de thèse propose une approche intégrée pour le développement de doigts pneumatiques en silicone destinés à la manipulation dextre. Basée sur une démarche comparative entre l'expérimentation et la prédiction numérique, l'identification des modèles de comportement du silicone permet de prédire le comportement du doigt pneumatique. La conception de celui-ci est alors guidée par simulation, avec pour objectif de réduire la dépendance du comportement du doigt à l'effet Mullins. La méthode de fabrication retenue, l'injection basse pression, permet la mise en place d'un processus de fabrication robuste par surmoulage des renforts rigides et de la base du doigt. La conception du doigt et de l'outillage est définie de manière à permettre la production de l'assemblage complet en une unique étape d'injection.

This thesis proposes an integrated approach to the design of pneumatic silicone fingers for dexterous manipulation. Based on a comparative approach between experimentation and numerical prediction, the identification of silicone behavioral models allows the prediction of pneumatic finger behavior. The design is then guided by simulation with the aim of reducing the finger's dependence on the Mullins effect. The chosen manufacturing method, low-pressure injection molding, allows a robust overmolding process for the rigid reinforcements and the base of the finger. The finger and tooling are designed to enable production of the complete assembly in a single injection step.