Soutenance de thèse de Vimalesh MURALIDHARAN

Vimalesh MURALIDHARAN doctorant au sein de l’équipe ReV, présentera sa thèse intitulée :

Conception et analyse de manipulateurs inspirés par la tenségrité / Design and analysis of tensegrity-inspired manipulators

Elle aura lieu le 06.12.23 à 14h, Amphi S, École Centrale de Nantes

Lien visio: https://ec-nantes.zoom.us/j/97069897397

La soutenance sera suivie d’un pot dans la salle xxxx, auquel vous êtes toutes et tous convié(e)s.

Jury :

• Directeur de thèse : Philippe WENGER
• Rapporteurs : Clément GOSSELIN (Professeur d’université, Université Laval, Québec, Canada); Marc GOUTTEFARDE (Directeur de recherche, CNRS, LIRMM, Montpellier, France)
• Invités : Pierre RENAUD (Professeur d’université, INSA, Strasbourg, France); Quentin BOEHLER (Ingénieur de recherche, ETH Zurich, Zurich, Switzerland); Christine CHEVALLEREAU

Résumé : Cette thèse étudie les articulations et les manipulateurs inspirés de la tenségrité, équipés de ressorts et actionnés de manière redondante par des câbles antagonistes. La
redondance de l’actionnement est exploitée pour moduler leur rigidité dans une configuration donnée. La condition pour obtenir une corrélation positive entre les forces d’actionnement et la rigidité est obtenue pour une articulation générale à un seul degré de liberté (1-DDL). Ce phénomène, appelé coactivation dans les articulations biologiques, permet d’améliorer l’efficacité énergétique. Parmi les articulations à pivot (R) et les mécanismes symétriques à quatre barres, l’antiparallélogramme (X) offre la plus grande amplitude de mouvement avec coactivation. C’est pourquoi un manipulateur planaire 2-DDL avec deux articulations X est conçu. Deux schémas d’actionnement avec quatre et trois câbles, respectivement, sont examinés pour ce manipulateur. Les performances en termes d’espace de travail, de vitesse, de force et de rigidité sont comparées pour les deux schémas. Les considérations de conception de ce manipulateur, à savoir les limites des articulations, la faisabilité mécanique des ressorts et la resistance des barres, sont abordées. L’optimisation de la conception et la comparaison des manipulateurs 2-X et 2-R sont effectuées avec des spécifications identiques en matière de charge utile et d’espace de travail. Enfin, une articulation X modifiée est développée avec
seulement des articulations sphériques, et un manipulateur spatial 3-X inspiré de la tenségrité est construit.

Mots-clés : Tenségrité, conception bio-inspirée, anti-parallélogramme, actionnement antagoniste, espace de travail, conception optimale

Abstract : This thesis studies tensegrity-inspired joints and manipulators equipped with springs and redundantly actuated by antagonistic cables. The actuation redundancy is leveraged to modulate their stiffness at a given configuration. The condition to achieve a positive correlation between actuation forces and stiffness is derived for a general single-degree-of-freedom (1-DoF) joint. This phenomenon is called coactivation in biological joints, which leads to energy efficiency. Among the revolute joint (R-joint) and symmetric four-bar mechanisms, the anti-parallelogram (X-joint) offers the maximum range of movement with coactivation. Hence, a planar 2-DoF manipulator with two X-joints is conceived. Two actuation schemes with four and three cables, respectively, are examined for this manipulator. The workspace, velocity, force, and stiffness performances are compared for the two schemes. The design considerations for these manipulators, namely, the joint limits, mechanical feasibility of springs, and safety of bars, are addressed. Design optimization and comparison of 2-X and 2-R manipulators are performed with identical payload and workspace specifications. Finally, a modified X-joint is developed with only spherical joints, and a spatial 3-X tensegrity-inspired manipulator is constructed.

Keywords: Tensegrity, bio-inspired design, anti-parallelogram, antagonistic actuation, workspace, optimal design