Etude, Réalisation, Caractérisation et Commande d'une Micropince Piézoélectrique. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Study, Fabrication, Characterization and Control of a Piezoelectric Microgripper.

Etude, Réalisation, Caractérisation et Commande d'une Micropince Piézoélectrique.

Joël Agnus
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 855020

Résumé

"Micromanipulation" is being increasingly important in a number of domains like microparts assembling (microgear, optical microlens, hybrid microcomponents, ...) or manipulation of biological elements for medecine or biotechnology (micro-organismes, cells, ...). The work presented in this thesis leads us to achieve a new two-fingered microgripper, each finger being able to move independently from the other in two orthogonal directions. The microgripper has therefore four degrees of freedom and is able to grip, hold, tilt and release submillimetric-sized objects. The functionning principle of one finger is based on a piezoelectric beam with local electrodes, called "duo-bimorph", for which a static modelling has been established. Such a microgripper presents a stroke of open/close motion and up/down motion of, respectively, 320 microns and 400 microns for 100 V as well as blocking forces of 55 mN in gripping (open/close) and 10 mN in insertion (up/down) for 100 V. This thesis reports several experimentations like the potential assembling of a watch microgear, the manipulation of cubic objects (300 microns square) under a binocular and the manipulation of quasi-spherical objects (200 microns in diameter) under a scanning electron microscope. In order to control this kind of microgripper, and more generally piezoelectric actuators, a new control method is proposed, thus allowing a fine positioning in open loop of the actuator displacement. It is based on the juxtaposition of a constant charge control and a constant voltage control. The hysteresis is thus reduced to a factor of ten.
La "micromanipulation", c'est-à-dire la saisie, le maintien, le déplacement, l'orientation et la dépose de dimensions globalement comprises entre 1 micron et 1 mm concerne de plus en plus de secteurs d'activité tels que l'assemblage de pièces micromécaniques rigides (microroues dentées, microlentilles optiques, circuits hybrides, etc...) ou 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, ces mobilités autorisent notamment le centrage et 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 microns et 400 microns pour 100 V et des forces de blocage d'environ 55 mN en serrage et 10 mN en montée/descente pour 100 V. Ce mémoire rapporte plusieurs expérimentations dont l'assemblage potentiel d'un pignon de montre, la micromanipulation de cubes de 300 microns de côté sous une binoculaire ou d'objets sphériques de 200 microns de diamètre dans un microscope électronique à balayage. Afin de commander cette micropince, et plus généralement les actionneurs piézoélectriques, une nouvelle commande est proposée permettant un contrôle fin en boucle ouverte des déplacements de l'actionneur. Elle est fondée sur la juxtaposition d'une commande à charge électrique constante et une commande à tension constante. Une réduction de l'hystérésis d'un facteur dix est ainsi obtenue.
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Dates et versions

tel-00366808 , version 1 (09-03-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00366808 , version 1

Citer

Joël Agnus. Etude, Réalisation, Caractérisation et Commande d'une Micropince Piézoélectrique.. Automatique / Robotique. Université de Franche-Comté, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00366808⟩
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