Etude et réalisation d'un module de locomotion pour microrobot d'inspection intratubulaire. Actionnement par fils AMF d'un cadre forcé en post-flambement à deux états d'équilibre stable - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2001

Study and realization of a locomotion module for an in-tube inspection microrobot. A two-stable equilibrium state post-buckled frame actuated by Shape Memory Alloy wires

Etude et réalisation d'un module de locomotion pour microrobot d'inspection intratubulaire. Actionnement par fils AMF d'un cadre forcé en post-flambement à deux états d'équilibre stable

Résumé

The work presented here constitutes an outline of the various studies necessary to develop a new autonomous in-tube exploration microrobot. Constituted by five identical locomotion modules, the future microrobot shall inspect networks of industrial tubes, of diameter lower than 15 mm, and presenting bends and forks. Judicious actuation of the various modules will allow its progression inside the tube, with the manner of the earth-worm. Our efforts focused on the study, the manufacture and the development of the locomotion module, while seeking to optimize the parameter 'displacement speed' of the future microrobot. This actuator, of original design, is constituted by a postbuckled frame, presenting two states of stable equilibrium, and whose rock up from one state to the other is controlled by shape memory alloy wires (SMA). A theoretical study of the equilibrium state and a simplified static model using the finite elements method, taking into account large postbuckling displacements, during the loading driving to the rock, helped us to size the frame and to choose the material. Then, mechanical characterization tests carried out on a higher scale prototype of the module, were necessary to adjust educated SMA wires. Joule effect being the means of heating which was retained to generate the shortening of these wires, we evoke some aspects related to the module control, and to the checking of SMA transformation by the measurement of their electric resistance. Lastly, an experimental study of the contact behavior of one module allows us to evaluate the influence of various parameters on the support conditions of the robot inside a vertical tube. We then deduce the possibilities of embarked load by the future microrobot, in the purpose to fit it with sensors and electric power generators necessary to its autonomy.
Le travail présenté dans ce mémoire constitue une ébauche des différentes études nécessaires au développement d'un microrobot d'exploration intratubulaire autonome inédit. Constitué d'un assemblage de cinq modules locomoteurs identiques, le futur microrobot devra inspecter des réseaux de tubes industriels de diamètre inférieur à 15 mm, présentant des coudes et des bifurcations. L'actionnement judicieux des différents modules permettra sa progression dans le tube, à la manière du lombric. Nos efforts se sont portés sur l'étude, la fabrication et la mise au point du module locomoteur, en cherchant à optimiser le paramètre 'vitesse de déplacement' du futur microrobot. Cet actionneur, de conception originale, est constitué d'un cadre forcé en postflambement, à deux états d'équilibre stable, dont le basculement d'un état à l'autre est commandé par des fils en Alliage à Mémoire de Forme (AMF). Une étude théorique à l'état d'équilibre, puis un modèle statique simplifié aux éléments finis, prenant en compte les grands déplacements de post-flambement lors du chargement menant au basculement, ont facilité le dimensionnement du cadre et le choix du matériau. Ensuite, des tests de caractérisation mécanique réalisés sur un prototype du module, à une échelle supérieure, ont été nécessaires pour l'adaptation de fils AMF éduqués. L'effet Joule étant le moyen de chauffage qui a été retenu pour engendrer la contraction de ces fils, nous évoquons quelques aspects liés à la commande d'un module, et au contrôle de la transformation des AMF par la mesure de leur résistance électrique. Enfin, une étude expérimentale du comportement au contact d'un module nous permet d'évaluer l'influence de différents paramètres sur les conditions de maintien du robot dans un tube vertical. Nous en déduisons alors les possibilités de charge embarquée par le futur microrobot, dans l'optique de le munir de capteurs et de sources d'énergie nécessaires à son autonomie.
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Dates et versions

tel-00743582 , version 1 (19-10-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00743582 , version 1

Citer

Christine Rotinat-Libersa. Etude et réalisation d'un module de locomotion pour microrobot d'inspection intratubulaire. Actionnement par fils AMF d'un cadre forcé en post-flambement à deux états d'équilibre stable. Génie mécanique [physics.class-ph]. Université de Poitiers, 2001. Français. ⟨NNT : 2001POIT2277⟩. ⟨tel-00743582⟩
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