Conception d’un réseau de micro-actionneurs électromagnétiques numériques à trois directions de déplacement

Smart Conveyance Surfaces are significantly used in many industries in accordance to the growing manufacturing demands. They are used to transfer the parts from one manufacturing station to another and can contribute to the assembly of the different parts or during the inspection and logistics operations. This technology is emerging at macro and micro levels and is the backbone to automate manipulation tasks. Several researches are in progress the industrial sector to upgrade or adapt the new trend of Industry 4.0. Miniaturization is also in high demand to obtain cost effective and high precision products with a footprint of few cubic centimetres. To realize this smart conveyance surfaces, various actuation architectures and physical principles can be used. This thesis presents the development of a micro-conveyance device based on an array of digital electromagnetic actuators. The main originality of the proposed work lies in its hexagonal architecture and the ability of each actuator to reach twelve discrete positions distributed at two different levels along z-axis. The proposed device comprises seven actuators assembled in honeycomb architecture to realize conveyance in a collaborative or elementary manner with 4-DOF (three translation and one rotation along z-axis). Each actuator of an architecture consists of mobile part able to switch with the help of electromagnetic Lorentz force. Each actuator can be elementary controlled and exhibits different displacement strokes ranging from 0.5mm to 1.00 mm. The overall dimension of the device is 90x90mm and it is capable of achieving planar motion of a conveyed object due to stick-slip and lift-mode approach. The device has been designed and sized with the help of magnetic and electromagnetic force models. Several prototypes have then been realized using both rapid prototyping and micro-fabrication techniques. These prototypes have then been tested and their ability to realize conveyance tasks has been characterized. A novel compact design of the array with 19 actuators arranged in a honeycomb architecture has also been designed.Les surfaces de transport intelligentes (smart surfaces) sont de plus en plus utilisées dans de nombreuses industries. Elles permettent de transférer des pièces d’une station de fabrication à une autre et de contribuent ainsi à l’assemblage de différentes pièces ou peuvent être utilisés lors d’opérations d’inspection et de logistique. Cette technologie émerge aux échelles macroscopique car elle représente un élément clé pour assurer une forte automatisation des tâches de manipulation. Plusieurs recherches sont en cours pour moderniser ou adapter cette nouvelle tendance de l’Industrie 4.0. La miniaturisation de ces surfaces est présente également un intérêt fort dans le but d’obtenir des microproduits ayant un coût de fabrication maîtrisé et une grande précision tout en assurant un encombrement de quelques centimètres cubes. De nombreuses architectures et principes physiques peuvent être utilisés pour réaliser ces surfaces de convoyage intelligentes. Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse portent sur le développement d’un système de micro-convoyage basé sur un réseau d’actionneurs électromagnétique numériques. La principale originalité du travail proposé porte sur l’architecture hexagonale des actionneurs qui leur permet d’atteindre douze positions discrètes réparties sur deux niveaux selon l’axe z. Le système proposé comprend sept actionneurs numériques assemblés dans une architecture en nid d’abeilles pour réaliser des tâches de convoyages de manière individuelle ou collaborative avec quatre degrés de liberté (trois translations et une rotation autour de l’axe z). Chaque actionneur comprend une aimant permanent mobile capable de se déplacer à l’aide d’un effort électromagnétique de Laplace et présente plusieurs courses comprises entre 0,5 et 1,0 mm. Les dimensions totales du système sont de 90x90 mm and ce dernier est capable de générer des mouvements plans d’un objet convoyé à l’aide d’un principe stick-slip. Le système a été conçu et dimensionné à l’aide d’un modèle magnétique et électromagnétique. Plusieurs prototypes ont été réalisés en utilisant différents moyens de production tels que des techniques de prototypage rapide et de micro-fabrication. Ces prototypes ont ensuite été testés et leur capacité à réaliser des tâches de convoyage a été caractérisée. A la fin du manuscrit, une conception plus compacte du réseau comprenant 19 actionneurs organisés dans une architecture en nid d’abeilles a également été conçue