RÉSUMÉ
Les préhenseurs font partie des éléments critiques en robotique, notamment lorsqu’ils sont
amenés à saisir des objets de formes et de grandeurs différentes. L’utilisation typique d’un
actionneur pour chaque degré de liberté (DDL) constitue un système complexe nécessitant
généralement l’utilisation de plusieurs capteurs et d’algorithmes de contrôle évolués. Les
concepts sous-actionnés, pour leur part, ne nécessitent généralement pas ces éléments. Ils
suscitent donc un intérêt grandissant et font l’objet de plus en plus d’études, le coût et le
poids devenant des enjeux inévitables.
La plupart des mécanismes sous-actionnés n’utilisent pas plus d’un actionneur agissant sur
les mêmes DDL. Pour les doigts sous-actionnés, sujet de ce mémoire, l’utilisation d’un seul
actionneur peut limiter les performances. L’objectif de la présente étude est de quantifier les
avantages de l’actionnement multiple, c’est-à-dire l’utilisation de plusieurs actionneurs. Deux
cas sont étudiés. Le premier porte sur l’amélioration des performances du point de vue de la
saisie d’objets. Le deuxième porte sur le contrôle de la trajectoire de fermeture, c’est-à-dire
le mouvement libre du doigt sans qu’il y ait contact avec un objet.
Dans le premier cas, l’amélioration des performances de la prise englobante, c’est-à-dire enveloppant
l’objet en maximisant le nombre de contacts, est évaluée pour différentes combinaisons
d’actionneurs, après une optimisation de la géométrie pour chacune d’entre elles. Deux
architectures sont étudiées, une pour laquelle un maximum de trois couples d’actionnement
sont distribués à l’intérieur du mécanisme, et l’autre pouvant accueillir deux actionneurs dans
la paume. Pour la première, une amélioration marquée de la performance est observée, alors
que pour la deuxième, la différence est plutôt modeste.
Dans le deuxième cas, l’architecture comportant deux actionneurs dans la paume est optimisée
pour obtenir deux trajectoires de fermeture différentes. L’actionnement du doigt par un
des actionneurs occasionne une trajectoire analogue à une prise englobante alors que l’utilisation
du second en occasionne une pour laquelle la phalange distale demeure perpendiculaire
à la paume. Un prototype de ce doigt ayant le comportement escompté est présenté.
À la lumière de cette étude, il est clair qu’il y a avantage à utiliser plusieurs actionneurs sur
un doigt sous-actionné, que ce soit pour améliorer les performances de la saisie d’objets ou
pour permettre le contrôle de la trajectoire de fermeture.----------ABSTRACT
Grippers are one of the critical elements in robotics, especially when they get to grasp differently
shaped and sized objects. Typical use of one actuator per degree of freedom (DOF) leads
to complex mechanisms generally needing many sensors and advanced control algorithms.
However in most cases, underactuated designs do not need those components. Therefore, underactuated
grippers are the focus of a growing number of works as cost and weight become
inescapable issues.
Most underactuated mechanisms use no more than one actuator for a set of DOF. As for
underactuated fingers, topic of this work, using a single actuator can limit their performance.
The main objective of this work is to quantify the advantages of multiple drive actuation,
i.e., using several actuators. Two cases are studied. The first focuses on grasp performance
augmentation. The second one is about motion control.
In the first study case, grasp performance augmentation is assessed for various combinations
of actuators, geometry being optimized for each one. Two architectures are studied, one for
which a maximum of three torques inputs are distributed throughout the mechanism, and
another able to accommodate two actuators in the palm. For the first one, a significant
performance amelioration is observed, while for the second one, the difference is modest.
In the second study case, the architecture using two actuators in the palm is optimized in
order to obtain two distinct closing motions. Driving the finger with one actuator leads to a
enveloping grasp like motion, while using the second one leads to a pinch grasp preshaping,
i.e., a closing motion for which the distal phalanx remains perpendicular to the palm. A
prototype showing the expected behaviour is presented.
In the light of this study, it is clear that using several actuators on an underactuated finger is
an advantage, whether it be for grasp performance augmentation or to allow motion control