Contribution to Digital Microrobotics: Modeling, Design and Fabrication of Curved Beams, U-shaped Actuators and Multistable Microrobots
Contribution à la microrobotique numérique : modélisation, conception et fabrication de poutres bistables, d'actionneurs en U et de microrobots multistables.
Résumé
A number of topics concerning digital microrobotics were addressed in this thesis. A new generation
of the digital microrobot ”DiMiBot” was proposed with several advantages making the DiMiBot more
accurate, more controllable and smaller. The new structure consists of only two multistable modules
which adds some important features such as increasing the number of positions with smaller size
and the ability to realize complex trajectories in the workspace. The principle of the new multistable
module combines the advantages of the stepping microactuators in terms of the principle and of
the digital concept in terms of the repeatability and robustness without feedback. The accuracy
is ensured with an accurate positioning mechanism that compensate the fabrication tolerances. In
parallel, analytical models was developed for the main components in the DiMiBot: preshaped curved
beams and U-shaped electrothermal actuators. Subsequently, design methods were developed that
allow choosing the optimal dimensions that ensure the desired outputs and respecting the design
specifications and limitations. Multistable module prototypes, fabricated in the clean room MIMENTO,
showed a proper functioning in the experiments.
Un nombre de sujets concernant la microrobotique num´ eriques ont été abordés dans le cadre de
cette thèse. Une nouvelle génération du microrobot numérique ”DiMiBot” a été proposé, ce qui rend le
DiMiBot plus précis, plus contrôlable et plus petit. La nouvelle structure est formée de deux modules
multistables seulement, ce qui ajoute des fonctionnalités importantes comme l’augmentation du
nombre de positions avec une taille plus réduite et la capacité de réaliser des trajectoires complexes
dans l’espace de travail. Le principe du nouveau module multistable combine les avantages des
microactionneurs pas à pas en termes du principe et du concept numérique en termes de la
répétabilité et la robustesse en boucle ouverte. Un mécanisme de positionnement précis, capable de
compenser les incertitudes de fabrication a été développé et utilisé pour assurer un positionnement
précis. En parallèle, des modèles analytiques ont été développés pour les principaux composants
dans le DiMiBot : poutres flambées préformées et actionneurs électrothermiques en U. Des méthodes
de conception ont été développées par la suite qui permettent de choisir les dimensions optimales
garantissant les performances requises en respectant les spécifications et limites de design. Des
prototypes de modules multistables, fabriqués dans la salle blanche MIMENTO, ont monté un bon
fonctionnement dans les expériences.
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