Assembly of 3D reconfigurable microsystems based on force control : application to hybrid MOEMS.
Assemblage de microsystèmes 3D reconfigurables par contrôle en force : application aux MOEMS hybrides.
Résumé
The thesis proposes a concept of reconfigurable free space micro-optical bench (3D hybrid MOEMS) based on micro-assembly of microparts (holders and substrate) using a robotic station : these new optical benches combine the advantages of microrobotic assembly and silicon microfabrication. The fine positioning of holder on a substrate is performed by a constrained constrained motion named guiding task. Achieving this task at the microscale is a major contribution. It required several steps. First, the lack of reliable models and available measures of pull-off force for planar contact which is a very common type of contact in micro-assembly, lead us to develop a robotic test bench to evaluate the pull-off force. Next, a two-sensing-finger microgripper has been used to simultaneously measure the gripping force and the lateral contact force acting on the grasped micropart during the guiding task. A model of the gripping force evolution according to the lateral contact force is presented and validated with a finite element modeling and experimental results. Finally, a guiding strategy is established by taking into account the stability of the grasped micropart and the specifities of the microworld. A hybrid force/position control is chosen to achieve automated guiding task. It has been performed successfully on a microrobotic system.
La thèse propose un concept de microbancs optiques reconfigurables (MOEMS 3D hybrides) à base d'éléments microfabriqués et assemblés à l'aide d'une station robotique : ces nouveaux bancs optiques combinent les avantages du micro-assemblage robotique et des techniques de microfabrication sur silicium. Le positionnement fin des supports optiques sur un substrat s'effectue par une tâche de guidage. La réalisation d'une telle tâche à l'échelle micrométrique est une contribution majeure de la thèse. Elle a nécessité plusieurs avancées. L'absence de modèles fiables et de mesures disponibles pour des contacts plan/plan, un type de contact très fréquent en micro-assemblage, nous a conduit au développement d'un banc de mesure robotisé pour évaluer la force de pull-off. Ensuite, un système robotique équipé de préhenseur à deux doigts de serrage instrumentés a été mis en oeuvre pour mesurer simultanément la force de serrage et la force de contact latéral qui agit sur le micro-objet manipulé durant le guidage. Un modèle de l'évolution de la force de serrage lors de l'apparition de la force de contact latéral est présenté et confronté à une modélisation par éléments finis ainsi qu'à des résultats expérimentaux. Enfin, une stratégie de guidage est établie en prenant en compte la stabilité de la saisie et les spécificités du micromonde. Une commande hybride force/position est choisie pour automatiser le guidage par deux doigts instrumentés (GDDI). Elle a été mise en oeuvre avec succès sur un système robotique.
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