Conception, modélisation et commande d'une surface de manipulation sans contact à flux d'air induit. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Conception, modeling and control of a contacless induced air flow surface.

Conception, modélisation et commande d'une surface de manipulation sans contact à flux d'air induit.

Résumé

This thesis presents the design, the modeling and the control of a pneumatic manipulator based on an original aerodynamic traction principle. A horizontal air flow is induced by strong vertical air jets in order to manipulate objects without contact. The objects are maintained in constant levitation on an aire cushion. Three degrees of freedom positioning of the objects can be realized thanks to the right combination of distributed air jets. The design of an original manipulator using this aerodynamic principle is detailed. The device has been integrated in an experimental setup in order to validate the manipulation principle : objects can reach velocity of 180 mm/s. Several models of the system have been established. A first model, based on experimental date, gives the evolution of the 1 DOF-position of an object on the device. Two other models, based on a fundamental aerodynamic study, respectively give the evolution opf the 2- and 3-DOF position of the objet. The three models have been validated experimentally. In order to control the position of the object, different controllers have been designed : a PID one and a robust H1 one. The cotrol of one and two degrees of freedom of the device gives good performances : settling time of around 2 s and overshoot less than 5% in most of the cases. We have also studied a micro-manipulator that is able to position millimetre sized objects, in two directions, thanks to inclined aire jets. Objects can reach velocity of 123 mm/s, and the resolution of the positioning is less than 0.4 μm..
Ce mémoire décrit la conception, la modélisation et la commande d'un manipulateur pneumatique, fondé sur un principe de traction aérodynamique original. De puissants jets d'air verticaux permettent de créer un flux d'air horizontal pour manipuler des objets sans contact. Les objets sont maintenus en constante lévitation sur la surface grâce à un coussin d'air, et peuvent être positionnés selon trois degrés de liberté du plan, grâce à la combinaison adéquate et distribuée de jets d'air verticaux. Nous détaillons la conception d'un prototype original de manipulateur exploitant ce principe fluidique. Ce prototype a été intégré dans une plate-forme expérimentale afin de valider le principe de manipulation : le système permet de déplacer des objets à une vitesse atteignant 180 mm/s. Nous avons modélisé le fonctionnement de la surface selon plusieurs méthodes. Un premier modèle comportemental, fondé sur des données expérimentales, a été établi. Il permet de simuler l'évolution de la position d'un objet sur la surface, selon un degré de liberté. Deux modèles de connaissance, fondés sur une étude aérodynamique fondamentale, donnent l'évolution de la position de l'objet selon respectivement deux et trois degrés de liberté du plan. Chacun des modèles a été validé expérimentalement. Nous avons synthétisé différents contrôleurs afin d'asservir la position de l'objet : un premier, de type PID, et un second, de type robuste (méthode H1). La commande de un, puis deux degrés de liberté du système, a permis d'atteindre de bonnes performances : temps de réponse d'environ 2 s et dépassement souvent inférieur 'a 5%. Nous avons également étudié un micro-manipulateur pneumatique permettant de déplacer des objets de taille millimétrique selon deux directions, grâce à des jets d'air inclinés. Ces objets peuvent atteindre des vitesses de 123 mm/s. La résolution du positionnement est inférieure 'a 0.4 μm.
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Dates et versions

tel-00720959 , version 1 (26-07-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00720959 , version 1

Citer

Anne Delettre. Conception, modélisation et commande d'une surface de manipulation sans contact à flux d'air induit.. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Franche-Comté, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00720959⟩
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