Modeling, characterization and trajectory planning of a planar micro-conveyance device based on a digital actuator array - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Modeling, characterization and trajectory planning of a planar micro-conveyance device based on a digital actuator array

Modélisation, caractérisation et génération de trajectoires d'un dispositif planaire de micro-convoyage basé sur un réseau d'actionneurs électromagnétiques numériques

Simon Duque Tisnes
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1091987

Résumé

The increased demand for compact, intelligent and multi-functional products is met by miniaturizing components like sensors, actuators and processors. Therefore, the manufacturing systems must adapt, which draws attention to the subject of microfactories. This research investigates a modular array of digital electromagnetic actuators based on the Lorentz force principle as a microconveyor device for the microfactory. A dynamic model of the array is developed and used in a feed-forward, open-loop scheme inside a trajectory controller. The dynamic model is derived from analytical studies of the electromagnetic, magnetic, friction and contact mechanics forces present on the array. The trajectory controller uses adapted A* and Theta* pathfinding algorithms. The resulting controller computes the optimal path to transport the object on the array between the target positions, minimizing energy consumption, displacement time and trajectory error, whilst avoiding collisions. Experimental tests on a microfabricated array prototype with a 5 x 5 matrix of microactuators are held to validate the dynamic model and evaluate this array’s performance. The tests use two cameras and image processing software to measure the displacement of loads from 0.2 to 9 g at speeds up to 2 mm/s. The dynamic model predicts the array’s behavior with low root-mean-square and mean-absolute errors. The results show that the array is a viable alternative to the microconveyors for the microfactory.
La demande accrue de produits compacts, intelligents et multifonctionnels est satisfaite par la miniaturisation des composants tels que les capteurs, les actionneurs et les processeurs. Par conséquent, les systèmes de fabrication doivent s'adapter, ce qui attire l'attention sur le sujet des microfabricants. Cette recherche étudie un ensemble modulaire d'actionneurs électromagnétiques numériques basés sur le principe de la force de Lorentz comme dispositif de microconvoyeur pour la micro-usine. Un modèle dynamique de l'ensemble est développé et utilisé dans un schéma à boucle ouverte et à action anticipée à l'intérieur d'un contrôleur de trajectoire. Le modèle dynamique est dérivé d'études analytiques des forces électromagnétiques, magnétiques, de friction et de mécanique de contact présentes sur le réseau. Le contrôleur de trajectoire utilise des algorithmes de recherche de trajectoire A* et Theta* adaptés. Le contrôleur qui en résulte calcule la trajectoire optimale pour transporter l'objet sur le réseau entre les positions cibles, en minimisant la consommation d'énergie, le temps de déplacement et l'erreur de trajectoire, tout en évitant les collisions. Des essais expérimentaux sur un prototype de réseau microfabriqué avec une matrice de microactionneurs 5 x 5 sont effectués pour valider le modèle dynamique et évaluer les performances de ce réseau. Les tests utilisent deux caméras et un logiciel de traitement d'images pour mesurer le déplacement de charges de 0,2 à 9 g à des vitesses allant jusqu'à 2 mm/s. Le modèle dynamique prédit le comportement du réseau avec de faibles erreurs quadratiques moyennes et absolues moyennes. Les résultats montrent que le réseau est une alternative viable aux microconvoyeurs pour la micro-usine.
Fichier principal
Vignette du fichier
Duque_Tisnes_Simon_phd_thesis.pdf (135.81 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03152256 , version 1 (25-02-2021)
tel-03152256 , version 2 (26-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03152256 , version 1

Citer

Simon Duque Tisnes. Modeling, characterization and trajectory planning of a planar micro-conveyance device based on a digital actuator array. Engineering Sciences [physics]. Université de Technologie de Compiègne (UTC), 2020. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03152256v1⟩

Collections

ANR
140 Consultations
27 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More