Fingertip modeling in a grasping context : numerical and experimental approaches
Modélisation du doigt dans un contexte de manipulation fine : une approche éléments finis et expérimentale
Résumé
A fingertip model enabling realistic contact simulations would be an attractive feature in the virtual reality field and could help the design process of new products. Furthermore, such a tool would allow investigating fundamental research questions associated with prehension (assessment of the efficiency of a grasp, choice of a grasping strategy,…).Existent fingertip models exhibit various material properties and geometries but none of them stand out in the prediction of the mechanical behavior of the fingertip.The main topic of this PhD work is to propose general guidelines for the development of fingertip models dedicated to fine manipulation tasks. First a hyperslastic behavior law is identified, being both as simple as possible and enough complex to reproduce the non-linear behavior of the soft tissue. Then, a geometrical study permits to determine a set of geometric markers enabling the development of an idealized geometrical model. Finally, an MRI innovative experimental campaign of fingertip loading tests is performed (on 8 subjects) to expand the existent experimental database and validate the modeling assumptions made concerning the behavior law and the geometrical approach
Disposer d’un modèle numérique de doigt permettant de simuler le contact de façon réaliste serait un atout pour les domaines d’applications de la réalité virtuelle et de l’aide à la conception adaptée de matériel. De plus, savoir simuler un contact « biofidèle » entre les doigts et un objet permettrait de répondre à des questions de recherche fondamentale concernant la préhension (évaluation de la qualité d’une prise, choix de stratégies de préhension…).Les modèles existants dans la littérature sont variés en termes de propriétés matériaux et de géométrie mais aucun modèle ne s’impose pour prédire de façon satisfaisante le comportement mécanique de la pulpe des doigts. Cette thèse a pour objectif de proposer des lignes directrices pour le développement d’un modèle éléments finis de l’extrémité du doigt orienté vers la simulation de la manipulation fine.Dans un premier temps, la loi de comportement la plus simple possible mais rendant bien compte du comportement hyperélastique des tissus est identifiée. Ensuite, l’étude de modèles géométriques simplifiés permet de proposer un jeu de marqueurs géométriques permettant de construire un modèle idéalisé. Enfin, une campagne expérimentale innovante de chargements mécaniques sur le doigt sous IRM (8 sujets) permet d’enrichir la base de données des essais existants et de valider les hypothèses de modélisation faites en termes de loi de comportement et de géométrie
Origine : Version validée par le jury (STAR)
Loading...