Conception et optimisation de mécanismes compliants pour la locomotion et la saisie

Les mécanismes compliants sont utilisés en robotique depuis relativement peu de temps, les avancées en termes d'impression 3D ont permis une intégration plus poussée ces dernières années. Il reste toutefois beaucoup à faire dans ce domaine tant sur l'intégration que sur l'optimisation aux mécanismes déjà existants. Dans ce travail de recherche, deux thèmes distincts sont abordés du point de vue de l'utilisation des mécanismes compliants. Le premier aborde le thème de la locomotion, plus précisément l'analyse et l'optimisation d'une version compliante de la patte de Klann spécialement conçue pour distribuer de façon efficace la puissance nécessaire au mouvement d'un robot tout au long d'un cycle de pas, évitant ainsi les pics d'énergie demandés à la batterie. Bien que le mécanisme de Klann soit un mécanisme simple ayant un seul degré de liberté, il est intéressant de combiner la génération de la trajectoire complexe en bout de patte compatible avec un mouvement de pas avec une charge et décharge en énergie potentielle pour obtenir une patte efficace en termes de puissance. De plus la patte de Klann étant pourtant bien connue, une revue de littérature montre qu'elle ne fait l'objet que de peu de travaux de recherche. Pour combler ce manque, une étude cinématique complète utilisant la théorie des visseurs plans suivie de l'étude des singularités, de la relation force-déplacement et d'une partie optimisation ont été réalisées dans ce mémoire. Pour finir, une validation expérimentale est présentée montrant clairement l'amélioration de l'efficacité en puissance. L'amplitude maximale des pics de courant du moteur sur la patte optimisée étant réduite de 2.5 par rapport à une patte avec la même géométrie mais non-compliante. Le second thème aborde la saisie avec l'optimisation et la conception d'un doigt robotique compliant à raideur variable (deux modes). Directement inspiré des doigts à Fin Ray Effect (FRE) de Festo, le doigt conçu a été optimisé de telle sorte à maximiser l'écart de raideur entre les deux modes de raideur possibles. Ceux-ci sont accessibles par l'engagement ou non d'une barre interne modifiant la cinématique du doigt et donc sa raideur. Une technique de clips, novatrice dans le domaine des mécanismes à raideur variable, a été utilisée permettant de changer facilement de mode. Comme auparavant, une étude cinématique suivie du calcul de la relation force-déplacement ont été réalisées pour mener à bien l'optimisation par un algorithme génétique. Une validation expérimentale et une caractérisation du doigt conçu ont ensuite pu être faites montrant une différence de raideur de l'ordre de 450% entre les deux modes. Au final ce travail de recherche montre à travers deux applications robotiques concrètes des mécanismes compliants, comment leurs caractéristiques peuvent être mises à profit pour améliorer l'efficacité et la versatilité d'un système.