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OUBELLIL Raouia

”Modélisation et commande d'un système nano-robotique dédié à des applications sous MEB et actionné avec des actionneurs piézoélectriques stick-slip”.

 

Directeur de thèse :     Alina VODA

École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (eeats)

Spécialité : Automatique Traitement du signal et des images

Structure de rattachement : Grenoble-INP

Établissement d'origine : ENS Cachan

Financement(s) : Contrat doctoral

 

Date d'entrée en thèse : 01/10/2013

Date de soutenance : 12/12/2016

 

Composition du jury :
M. Olivier Sename : Professeur, Grenoble INP.
M. Antoine Ferreira : Professeur, Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Bourges.
M. Philippe Lutz : Professeur, Université de Franche-Comté.
M. Micky RAKOTONDRABE : Maître de conférences, Université de Franche-Comté.
M. Mokrane BOUDAOUD : Maître de conférences, Université Pierre et Marie Curie.
Mme. Alina VODA : Maître de conférences, Université Joseph Fourier.
M. Stéphane REGNIER: Professeur, Université Pierre et Marie Curie.

 

Résumé : La capacité de réaliser des tâches robotiques dextres à l’échelle nanométrique dans un microscope électronique à balayage (MEB) est un enjeu crucial pour les nanotechnologies. Les systèmes nano-robotiques dédiés à des applications sous MEB ont ainsi émergé dans de nombreux laboratoires de robotique. Ils peuvent être composés d’un ou de plusieurs actionneurs intégrés à des plateformes nano-robotiques avec un ou plusieurs effecteurs. L'actionneur Piézoélectrique Stick-Slip (PSS) est l’un des meilleurs candidats pour actionner les systèmes nano-robotiques dédiés à des applications sous MEB car il est capable d’effectuer un positionnement grossier avec une plage de déplacement millimétrique et un positionnement précis avec une plage de déplacement de quelques micromètres. La modélisation des actionneurs PSS est complexe notamment en raison de leur mode de fonctionnement hybride. La commande est également difficile à cause de plusieurs caractéristiques liées aux actionneurs PSS, soient le frottement, l'hystérésis et les vibrations non-amorties, qui dégradent leur performances en termes de précision et de vitesse. Ce travail porte sur la modélisation et la commande d’un système nano-robotique à 3 axes dédié à des applications sous MEB et actionné par des actionneurs piézoélectriques de type stick-slip. Chaque élément et caractéristique des actionneurs PSS ont été analysés et modélisés afin d'établir par la suite un modèle dynamique complet capable de décrire les deux modes de fonctionnement, à savoir le mode balayage et pas à pas. Pour chacun de ces deux modes, des lois de commande ont ainsi été développées pour les actionneurs PSS. Des stratégies de commande robuste ont été synthétisées pour des objectifs de positionnement rapide et à haute résolution en mode balayage. De telles performances sont fondamentales dans plusieurs tâches micro-/nano-robotique tels que le nano-assemblage rapide et précis et la nano-caractérisation des matériaux. Une commande proportionnelle en fréquence et en amplitude est synthétisée pour effectuer un déplacement millimétrique en mode pas à pas. Ceci est motivé par les applications robotiques pour lesquelles une large plage de déplacement est requise, tels que le scan de grandes surfaces et les phases d'approche d'une sonde d'un échantillon à manipuler. Une stratégie de commutation qui combine les modes balayage et pas à pas, est alors proposée pour remédier au manque de précision en mode pas à pas, lors de passage d'un grand à un petit déplacement. Ce travail a donné lieu à des résultats qui ouvrent de nouvelles perspectives pour l’utilisation des actionneurs PSS dans les systèmes nano-robotiques dédiés à des applications sous MEB. Mots clef: nano-robotique, microscope électronique à balayage, actionneurs piézoélectriques stick-slip, modélisation et identification, commande robuste, commande proportionnelle en fréquence et en amplitude, commande par commutation.


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