1 - TENSÉGRITÉ, ROBOTIQUE ET BIOMÉCANIQUE

• 1.1 - Origines, définitions et principales utilisations
  Figure 2 - Exemples de tenségrités. En haut, structure 3D élémentaire. En bas, assemblage par empilement de structures élémentaires (d’après http://kennethsnelson.net/category/sculptures/towers/) Figure 3 - Configuration de non-tenségrité (à gauche), configuration de tenségrité (au centre), structure de tenségrité (à droite) [32] Figure 4 - Gauche : Structure de tenségrité de classe 2 ; droite : structure de tenségrité de classe 3 [32] Figure 5 - Pont construit sur le principe de tenségrité : le Kurilpa Bridge de Brisbane
• 1.2 - Avantages et inconvénients
• 1.3 - Tenségrité en biomécanique
• 1.4 - Tenségrité en robotique

2 - QUELQUES INFORMATIONS BIOLOGIQUES SUR LE COU DES OISEAUX

• 2.1 - Le cou : lien entre le tronc et la tête
• 2.2 - Description de la colonne cervicale
  Figure 6 - Le cou des oiseaux a une forme en S. Il est toujours long, le plus court est celui des perroquets, comme cet ara. La partie près de la tête est fléchie ventralement, le milieu fléchi dorsalement et la partie près du tronc est presque droite Figure 7 - Les vertèbres du cou de l’oiseau
• 2.3 - Les muscles, un système en parallèle
  Figure 8 - Schéma de la musculature du vautour (modifié à partir de [5]). La musculature du cou est formée de couches superposées qui joignent plusieurs vertèbres qui peuvent être distantes
• 2.4 - Hypothèse de fonctionnement

3 - ARCHITECTURE MATÉRIELLE

• 3.1 - Choix des modules
  Figure 9 - Le module R Figure 10 - Le module X Figure 11 - Évolution de P X et P R pour différentes valeurs de α pour les modules R (en bleu) et X (en rouge), pour L = 0,1 m, b = 0,05 m Figure 12 - Évolution des longueurs des câbles et ressorts en fonction de α pour les modules R (en bleu) et X (en rouge) Figure 13 - Évolution des coefficients R 1 en fonction de α pour les modules R (en bleu) et X (en rouge). Pour le module X, ces valeurs sont positives assurant que la cocontraction augmente la raideur de l’articulation, ce qui n’est pas le cas du module R Tableau 1 - Longueurs des câbles et ressorts en fonction de α pour les modules R et X
• 3.2 - Empilement de modules X
  Figure 14 - Le prototype est un empilement de modules numérotés de 1 à N de la base vers l’extrémité Figure 15 - Introduction de décalages entre deux modules et au niveau de l’effecteur (en gris)
• 3.3 - Actionnement par câbles
  Figure 16 - Les différents passages de câbles étudiés Figure 17 - Câblage du prototype à trois modules avec Nf = 4 moteurs

4 - MODÉLISATION

• 4.1 - Modélisation dynamique
  Figure 18 - Valeurs prises par les éléments de la matrice Z(α) en fonction du câblage pour un module tel que L = 0,1 m, b = 0,05 m et pour des poulies de rayon r = 0,0045 m
• 4.2 - Extension pour des modules de tailles différentes

5 - PROTOTYPAGE

• 5.1 - Dimensionnement du prototype
  Figure 19 - Flexions principales du cou de l’oiseau représentées sur le manipulateur
• 5.2 - Espace de travail statique
  Figure 20 - Espace de travail pour l’actionnement à Nf = N + 1 moteurs
• 5.3 - Réalisation du prototype
  Figure 21 - Photo du prototype et détail sur les rangées de poulies utilisées pour passer les câbles Figure 22 - Boucle de commande du prototype Tableau 2 - Caractéristiques des motoréducteurs

6 - IDENTIFICATION DU PROTOTYPE

• 6.1 - Problèmes amenant à l’identification
  Figure 23 - Forces appliquées sur un module en expérience (courbes bleue et rouge), en comparaison des forces estimées par le modèle dynamique (courbes jaune et violette) Figure 24 - En haut : forces appliquées en boucle ouverte sur le module, les deux forces sont identiques, ce qui implique que le module ne bouge pas. En bas : estimations …
• 6.2 - Modèle de frottements
• 6.3 - Élasticité du câble
• 6.4 - Évaluation des orientations des modules
• 6.5 - Identification
• 6.6 - Reconstruction de l’orientation des modules basée sur les modèles élastiques de câbles
  Figure 25 - En haut : reconstruction de α en utilisant l’équation (91). En bas : reconstruction de α en utilisant l’équation (93). Les courbes vertes (respectivement bleue et rouge) correspondent au modèle de câble inélastique (respectivement aux modèles de câble à raideur constante et à raideur variable). Les courbes noires montrent αIP mesuré par traitement d’image
• 6.7 - Simulateurs
  Figure 26 - Comparaison des forces appliquées en expérience et en simulation pour le cable 4

7 - LOIS DE COMMANDE

• 7.1 - Commande dynamique dans l’espace articulaire
• 7.2 - Suractionnement et choix de la tension dans les câbles
• 7.3 - Trois lois de commande

8 - EXPÉRIMENTATIONS

• 8.1 - Trajectoires testées
  Figure 27 - Les principales configurations de la trajectoire des tests de commande à 0, 4, 7 et 10 secondes
• 8.2 - Analyse des résultats
  Figure 28 - Orientations des modules pendant le test de la première commande (frottements et élasticité des câbles négligées) Figure 29 - Orientations des modules durant le test de la seconde commande (les frottements sont pris en compte mais les câbles sont supposés rigides) Figure 30 - Orientations des modules durant le test de la troisième commande (avec les frottements et le modèle élastique des câbles) Figure 31 - Forces appliquées pendant les tests des commandes 1, 2 et 3 (de haut en bas) Figure 32 - Erreur e α entre … Figure 33 - Erreur e entre …

9 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

10 - GLOSSAIRE