Contribution to robotised micromanipualtion : an automatic tool changer for micro-assembly
Contribution à la micromanipulation robotisée : un système de changement d'outils automatique pour le micro-assemblage
Résumé
Micromanipulation tasks, transfer and assembly of very small objets are
among the main issues of micro-robotics. Micromanipulation deals with the
manipulation of objects with 1 micrometer to 1 mm in size and requires a
positioning accuracy in regard with the considered dimensions. Micro-assembly
consists in a sequence of elementary tasks leading to the production of
micro-components composed of single parts. Manipulating each of these parts
requires to use dedicated effectors, adapted to their particularities
(geometry, dimensions, mechanical properties). To perform a micro-assembly
process, several different tools have to be used successively.
In this aim, a micromanipulation station has been developped. It is composed of
a microgripper fixed at the tip of a three degrees of freedom manipulator. A
new system allowing the exchange of the tip part of the microgripper (i.e. the
tools) has particularly been studied and designed. This system enables to fix
alternatively the tools either at the tip of the actuator of the microgripper
or in a magazine. The principle of this system is based on the used of a
thermal glue that can be liquefied by heating or solidified by cooling down.
This tools changer brings flexibility to the micromanipulation station and
enables to perform micro-assembly tasks in confined spaces such as in the
vacuum chamber of a scanning electron microscope. A compliant work plane has
also been designed to reduce competing forces during micromanipulation tasks.
It also permits to increase the chances of success for delicate operations.
among the main issues of micro-robotics. Micromanipulation deals with the
manipulation of objects with 1 micrometer to 1 mm in size and requires a
positioning accuracy in regard with the considered dimensions. Micro-assembly
consists in a sequence of elementary tasks leading to the production of
micro-components composed of single parts. Manipulating each of these parts
requires to use dedicated effectors, adapted to their particularities
(geometry, dimensions, mechanical properties). To perform a micro-assembly
process, several different tools have to be used successively.
In this aim, a micromanipulation station has been developped. It is composed of
a microgripper fixed at the tip of a three degrees of freedom manipulator. A
new system allowing the exchange of the tip part of the microgripper (i.e. the
tools) has particularly been studied and designed. This system enables to fix
alternatively the tools either at the tip of the actuator of the microgripper
or in a magazine. The principle of this system is based on the used of a
thermal glue that can be liquefied by heating or solidified by cooling down.
This tools changer brings flexibility to the micromanipulation station and
enables to perform micro-assembly tasks in confined spaces such as in the
vacuum chamber of a scanning electron microscope. A compliant work plane has
also been designed to reduce competing forces during micromanipulation tasks.
It also permits to increase the chances of success for delicate operations.
Les tâches de saisie, de manipulation et d'assemblage d'objets de très
petites dimensions sont parmi les thèmes majeurs en micro-robotique. La
"micromanipulation" s'adresse d'une manière générale à la manipulation d'objets
de dimensions globalement comprises entre 1 micromètre et 1 mm et requiert une
résolution de positionnement en rapport avec ces dimensions. Le
micro-assemblage consiste à réaliser une séquence d'opérations élémentaires
conduisant à l'obtention de micro-composants constitués de différentes pièces.
La manipulation de chacune de ces pièces nécessite d'utiliser des effecteurs
dédiés, adaptés à leurs particularités (géométrie, dimensions, propriétés
mécaniques). Différents types d'outils doivent ainsi être utilisés
séquentiellement pour réaliser un micro-assemblage.
Dans ce but, une station de micromanipulation a été réalisée. Elle est composée
d'une micropince montée sur un manipulateur à trois degrés de liberté. Un
système permettant de changer automatiquement l'extrémité de la micropince
(i.e. les outils) a plus particulièrement été étudié et réalisé. Il permet de
fixer alternativement les outils à l'actionneur de la micropince ou à un
magasin en utilisant une colle thermique. Celle-ci est liquéfiée par chauffage
ou solidifiée par refroidissement.
Ce système de changement d'outils apporte une flexibilité notablement accrue à
la station de micromanipulation et permet de réaliser des opérations de
micro-assemblage dans des espaces restreints comme par exemple la chambre d'un
microscope électronique à balayage. Un plan de travail compliant a également
été réalisé. Il permet de limiter les efforts en jeu pendant les opérations de
micromanipulation et d'améliorer ainsi le taux de réussite des opérations
délicates.
petites dimensions sont parmi les thèmes majeurs en micro-robotique. La
"micromanipulation" s'adresse d'une manière générale à la manipulation d'objets
de dimensions globalement comprises entre 1 micromètre et 1 mm et requiert une
résolution de positionnement en rapport avec ces dimensions. Le
micro-assemblage consiste à réaliser une séquence d'opérations élémentaires
conduisant à l'obtention de micro-composants constitués de différentes pièces.
La manipulation de chacune de ces pièces nécessite d'utiliser des effecteurs
dédiés, adaptés à leurs particularités (géométrie, dimensions, propriétés
mécaniques). Différents types d'outils doivent ainsi être utilisés
séquentiellement pour réaliser un micro-assemblage.
Dans ce but, une station de micromanipulation a été réalisée. Elle est composée
d'une micropince montée sur un manipulateur à trois degrés de liberté. Un
système permettant de changer automatiquement l'extrémité de la micropince
(i.e. les outils) a plus particulièrement été étudié et réalisé. Il permet de
fixer alternativement les outils à l'actionneur de la micropince ou à un
magasin en utilisant une colle thermique. Celle-ci est liquéfiée par chauffage
ou solidifiée par refroidissement.
Ce système de changement d'outils apporte une flexibilité notablement accrue à
la station de micromanipulation et permet de réaliser des opérations de
micro-assemblage dans des espaces restreints comme par exemple la chambre d'un
microscope électronique à balayage. Un plan de travail compliant a également
été réalisé. Il permet de limiter les efforts en jeu pendant les opérations de
micromanipulation et d'améliorer ainsi le taux de réussite des opérations
délicates.
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Automatique / Robotique
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