Développement d'un muscle artificiel pour une prothèse de main robotique souple

Development of an artificial muscle for a soft robotic hand prosthesis

• Auteur / Autrice : José Luis Ramirez Arias
• Direction : Olivier Polit, Laurent Gallimard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 09/12/2016
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energétique Mécanique Electromagnétisme (Nanterre)
• Jury : Président / Présidente : Yannick Aoustin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Polit, Laurent Gallimard, Yannick Aoustin, Thomas Wallmersperger, Philippe Wenger, Cecilia Laschi, Nicolas Jouandeau, Michele D'Ottavio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Wallmersperger, Philippe Wenger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Préhenseurs (ingénierie)

Préhension humaine

Automatisation

Muscles

Conception et construction

Mains artificielles

Mots clés libres

Prothèse de main robotique

Robotique molle

Matériaux intelligents

Muscle artificiel

Mécanisme d’actionnement

Modélisation cinématique et dynamique

Robotic hand prosthesis

Soft robotics

Smart materials

Artificial muscle

Driving mechanism

Kinematic and dynamic modelling

Résumé

Le thème central de cette thèse est la conception d’actionneurs doux à partir de matériaux intelligents et d’une prothèse de main robotique souple. Notre approche prends en compte les différents points qui peuvent influer sur le développement d’une stratégie d’actionnement ou d’un muscle artificiel : i) Les mécanismes et la fonctionnalité de la main humaine afin d’identifier les exigences fonctionnelles pour une prothèse de main robotique en matière de préhension. ii) L’analyse et l’amélioration des mécanismes de la main robotique pour intégrer un comportement souple dans la prothèse. iii) L’évaluation expérimentale de la prothèse de main robotique afin d’identifier les spécifications du système d’actionnement nécessaire au fonctionnement cinématique et dynamique du robot. iv) Le développement et la modélisation d’une stratégie d’actionnement utilisant des matériaux intelligents.Ces points sont abordés successivement dans les 4 chapitres de cette thèse1. Analyse du mouvement de la main humaine pour l’identification des exigences technologiques pour la prothèse de main robotique.2. Conception et modélisation de la prothèse de main robotique à comportement souple.3. Evaluation mécatronique de la prothèse de main.4. Conception d’un muscle artificiel basé sur des matériaux intelligents.

In the field of robotic hand prosthesis, the use of smart and soft materials is helpful in improving flexibility, usability, and adaptability of the robots, which simplify daily living activities of prosthesis users. However, regarding the smart materials for artificial muscles, technologies are considered to be far from implementation in anthropomorphic robotic hands. Therefore, the target of this thesis dissertation is to reduce the gap between smart material technologies and robotic hand prosthesis. Five central axes address the problem: i)identification of useful grasping gestures and reformulation of the robotic hand mechanism, ii) analysis of human muscle behavior to mimic human grasping capabilities, iii) modeling robot using the hybrid model DHKK-SRQ for the kinematics and the virtual works principle for dynamics, iv) definition of actuation requirements considering the synergy between prehension conditions and robot mechanism, and v) development of a smart material based actuation system.This topics are addressed in four chapters:1. Human hand movement analysis toward the hand prosthesis requirements2. Design and modeling of the soft robotic hand ProMain-I3. Mechatronic assessment of Prosthetic hand4. Development of an artificial muscle based on smart materials