Series elastic actuators (SEAs) have numerous benefits for force controlled robotic applications. This thesis presents the design and assembly of a set of compact, lightweight, low-friction linear SEAs for the legs of the Tactical Hazardous Operations Robot (THOR). The THOR SEA pairs a ball screw driven linear actuator with a configurable titanium leaf spring. A removable pivot changes the effective cantilever length, setting the compliance to either 372 or 655 kN/m. Unlike typical SEAs which measure actuator load through spring deflection, an in-line axial load cell directly measures actuator forces up to the commandable peak of 2225 N. The continuous operating range of the actuator is computed, along with an evaluation of the range of motion and torque profiles for the parallel hip and ankle joints. With a focus on a large power-to-weight ratio and small packaging size, the THOR SEAs are well-suited for accurate torque control of the parallel joints on the robot. Linearly actuated joints, especially ones driven through a crank arm, tend to suffer from a loss of mechanical advantage toward the ends of its limited range of motion. To augment the range of motion and mechanical advantage profile on THOR, an inverted Hoeken's linkage straight line mechanism is paired with a linear SEA at the hip and knee pitch joints on the robot. The resulting linkage assembly is capable of delivering nearly constant peak torque of 115 Nm across its 150 degree range of motion. The mechanical advantage profile of the Hoeken's linkage actuator is computed for the nominal case, as well the deviation resulting from maximum deflection of the titanium beam. / Master of Science

This thesis explores the design, implementation and performance of a new concept for a low-cost, high-resolution, lightweight, compact and highly-portable tactile display. This tactile device is intended to be used in a novel visuo-tactile sensory substitution/supplemen-tation electronic travel aid (ETA) for the blind/visually impaired.Based on the psychophysiology of touch and using Shape Memory Alloys (SMAs) as the actuation technology, a mechatronic device was designed and prototyped to stimulate the sense of touch by creating sensations of contact on the fingertips.The prototype consists of an array of 64 elements spaced 2.6 mm apart that vertically actuates SMA based miniature actuators of 1.5 mm diameter to a height range of 1.4 mm with a pull force of 300 mN up to a 1.5 Hz bandwidth. The full display weights 200 g and its compact dimensions (a cube of 8 cm side-length) make it easy for the user to carry. The display is capable of presenting a wide range of tactile binary information on its 8 x 8 matrix. Moreover, both mechanical and electronic drive designs are easily scalable to larger devices while still being price attractive.Human psychophysics experiments demonstrate the effectiveness of the tactile information transmitted by the display to sighted people and show feasibility in principle of the system as an assistive technology for the blind/visually impaired.

Thesis (MScEng (Mechanical and Mechatronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2008. / Low Cost Automation (LCA) is of immense importance to industry, and even more so for small scale industries. In implementing LCA determining cost effective and efficient actuator alternatives present challenges for design engineers. Most often decisions are experiential or entirely based on manufacturer recommendations. Experience based decisions are most often biased with respect to the engineers’ knowledge. Similarly, manufacturer recommendations are restricted to their own products and are as such also biased. Either way, sub-optimum drive alternatives may sometimes be chosen. This demonstrates the need for making better informed decisions based on more than experience and what is available for use. This thesis reports the development of an electric actuator selection procedure and aid for use in the early layout design phase. It provides readily accessible information on technically viable actuator options. Experiential knowledge of experts in the field, commercial information, as well as data obtained from experimentation was used in its development. Being orientated towards LCA, the procedure has been targeted at the application of electric motors and their associated control technologies but can be extended to hydraulic, pneumatic and other actuators. In achieving a wider applicability of the selection aid, a generic set of actuator properties descriptive of most actuators was formulated. An AC drives control evaluation was conducted for developing the selection procedure and aid. It provided a means to validate some selection aid rules associated with actuator controllability. Quantitative data on speed and positioning accuracies of common AC three phase motors and their associated inverter technologies were the targeted results of the experimentation.

Η προσομοίωση της κίνησης των ζώων αποτελεί αντικείμενο έρευνας στον τομέα της ρομποτικής από το 1960. Έκτοτε έχουν κατασκευαστεί πολλά ρομπότ τα οποία εξομοιώνουν πλήρως την κίνηση των θηλαστικών, των πτηνών και των ερπετών και συμπεριφέρονται ακριβώς όπως αυτά. Συγκεκριμένα στον τομέα των ερπετών ο Hirose το 1972 παρουσίασε το τον ACMIII, το πρώτο φίδι ρομπότ, το οποίο μπορούσε να κινηθεί μόνο σε λεία επιφάνεια, προσομοιώνοντας την κίνηση του φιδιού. Εν συνεχεία, με την πρόοδο της τεχνολογίας και τον πνευματικό κόπο χιλιάδων επιστημόνων, κατασκευάστηκαν διάφορα εξελιγμένα μοντέλα ρομπότ-φιδιών με τεράστιες δυνατότητες. Αποτελεί, πλέον, πραγματικότητα η ύπαρξη ρομπότ-φιδιών, που μπορούν να κινηθούν σε οποιαδήποτε επιφάνεια. Στη διπλωματική αυτή πραγματοποιήθηκε η κατασκευή και η λειτουργία ενός σύνθετου ενεργοποιητή αποτελούμενου από μια συστοιχία πνευματικών μυών πεπιεσμένου αέρα και ελεγχόμενου μέσω ενός προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC). Τα έμβολα συνδέονται μεταξύ τους είτε με σταθερή είτε με ελεύθερη άρθρωση επιτρέποντας στη συστοιχία να κινηθεί ευθύγραμμα ή καμπυλόγραμμα αντίστοιχα. Κατά την ευθύγραμμη κίνηση η κατασκευή αποτελείται από 7 τεχνητούς μύες, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με σταθερή άρθρωση και τροφοδοτούνται από ψηφιακές βαλβίδες. Επίσης, η συστοιχία είναι εφοδιασμένη με μια συμπαγή σιδερένια κατασκευή ως ουρά και έναν αυτοσχέδιο μηχανισμό φρένων. Ο χρήστης, αφού φορτώσει το αντίστοιχο πρόγραμμα στην CPU του PLC, με το πάτημα ενός μπουτόν ξεκινά την κίνηση της διάταξης. Στο πρόγραμμα αυτό χρησιμοποιείται ένα πλήθος από χρονομετρητές οι οποίοι καθορίζουν πότε πραγματοποιείται η διαστολή και η συστολή των εμβόλων ρυθμίζοντας έτσι τη συμπεριφορά του πνευματικού ενεργοποιητή. Στην παρούσα διπλωματική αναλύθηκαν 3 μοτίβα ευθύγραμ-μης κίνησης. Στο πρώτο μοτίβο η συστολή και η διαστολή είναι ανεξάρτητες, στο δεύτερο έχουμε διαδοχική συστολή/διαδοχική διαστολή και στο τρίτο η διαστολή επικαλύπτει τη συστολή. Η διακοπή της κίνησης γίνεται μέσω του μπουτόν λήξης. Για το σενάριο της οφιοειδούς και της πλάγιας κίνησης η κατασκευή αποτελείται από 5 τεχνητούς πνευματικούς ενεργοποιητές. Οι 4 χρησιμοποιούνται ως ενεργό μέρος της συστοιχίας, ενώ ο πέμπτος ως κεφαλή. Ανάμεσα στα έμβολα υπάρχει αρθρωτή ζεύξη με δυνατότητα κίνησης. Έτσι, κατά τη συστολή και την διαστολή των μυών δημιουργείται μια γωνία μεταξύ τους. Ρυθμίζοντας αυτή τη γωνία κατάλληλα μέσω της πίεσης επιτυγχάνουμε την οφιοειδή κίνηση του σύνθετου πνευματικού ενεργοποιητή. Ο χρήστης μέσω μπουτόν έχει τη δυνατότητα να ελέγχει την κίνηση της συστοιχίας. Επιλέγει την έναρξη και τη λήξη της κίνησης καθώς και το αναποδογυρίζει. Στην ευθύγραμμη κίνηση εστιάσαμε την προσοχή μας στην εύρεση του βέλτιστου πλάνου κίνησης ώστε να επιτευχθεί το γρηγορότερο αποτέλεσμα. Από την άλλη μεριά στην καμπυλόγραμμη κίνηση τα πράγματα δεν ήταν τόσο απλά. Κύριο ζητούμενο εδώ ήταν η προσομοίωση της οφιοειδούς κίνησης. Η αδυναμία εφαρμογής του θεωρητικού υπόβαθρου που ήδη υπάρχει για τα φίδια-ρομπότ, εξαιτίας της ασυμμετρίας της κατασκευής, της αδυναμίας να επιτευχθούν οι επιθυμητές γωνίες λόγω παραμόρφωσης του σκελετού και της μη γραμμικής συμπεριφοράς της, οδήγησαν στη διενέργεια πολλών πειραμάτων ώστε να υπερκεραστούν οι δυσκολίες και να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Παράλληλα, στην πλάγια κίνηση μελετήθηκε η ικανότητα μετακίνησης της συστοιχίας σε ανισόπεδα τερέν. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων παρουσιάστηκε μια πληθώρα προβλημάτων τα οποία έπρεπε να αντιμετωπιστούν τόσο στην ευθύγραμμη όσο και στην οφιοειδή κίνηση. Λόγω της μεγάλης δύναμης που ασκούν οι μύες κατά την εκτόνωσή τους και του μικρού συντελεστή τριβής του εδάφους του εργαστηρίου, η συστοιχία κατά τη διαστολή των εμβόλων ολίσθαινε προς τα όπισθεν, δημιουργώντας έτσι σημαντική καθυστέρηση στην συνολική μετακίνηση της συστοιχίας. Για την αντιμετώπιση του φαινομένου αυτού χρησιμοποιήθηκε ένα σιδερένιο βαρίδιο και ένα αυτοσχέδιο φρένο στην “ουρά” της συστοιχίας, που συγκρατούσαν τη συστοιχία κατά τη διαστολή των μυών και την ωθούσαν προς τα εμπρός. Αυτή η μεγάλη δύναμη των μυών ήταν πρόβλημα και για την καμπυλόγραμμη κίνηση, καθώς προκαλούσε παραμόρφωση του σκελετού, εισάγοντας έτσι σημαντικούς περιορισμούς στη μέγιστη πίεση των μυών. Ταυτόχρονα, οδηγούσε σε “χαλάρωση” των βιδών που συγκρατούσαν την κινούμενη άρθρωση. Εκτός αυτών, ένα επιπλέον εμπόδιο που παρουσιάστηκε ήταν η παρακώλυση της κίνησης από τους σωλήνες που τροφοδοτούσαν τα έμβολα. Αυτό το θέμα ήταν μείζονος σημασίας για την οφιοειδή κίνηση, καθώς αν δεν ομαδοποιούνταν κατάλληλα οι σωλήνες, η μετακίνηση της συστοιχίας ήταν μηδενική. Τέλος, οι βαλβίδες έπρεπε να είχαν τη δυνατότητα της εύκολης μετακίνησης, καθώς, λόγω του περιορισμένου μήκους σωλήνων, εισάγονταν περιορισμοί στο διάστημα που μπορούσε να διανύσει η συστοιχία. Τα θέματα αυτά αντιμετωπίσθηκαν με πρακτικούς τρόπους ώστε η μεταφορά των βαλβίδων να γίνεται εύκολα και με ασφάλεια, χωρίς να παρενοχλείται η κίνηση. Εν κατακλείδι, το αποτέλεσμα της προσπάθειας αυτής ήταν να δημιουργηθεί ένας σύνθετος ενεργοποιητής, ο οποίος έχει τη δυνατότητα να κινείται πλάγια, ευθύγραμμα, καθώς και να προσομοιώνει την κίνηση του φιδιού σε πολύ ικανοποιητικό βαθμό με μικρό όμως αποτέλεσμα ως προς την ταχύτητα. Η χρήση αισθητήρων για μέτρηση της γωνίας που δημιουργείται μεταξύ των εμβόλων και η κατασκευή πιο ανθεκτικού σκελετού, ώστε να αντέχει στη μεγάλη δύναμη που ασκούν οι μύες, θα οδηγούσαν σε ένα καλύτερο αποτέλεσμα αλλά θα ξέφευγε από τα όρια της εργασίας αυτής. / --

Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2010. / ENGLISH ABSTRACT: This thesis describes the first project relating to the Control Surfaces in Confined Spaces (CoSICS) project at Stellenbosch University. The aim of CoSICS project is to reduce the size of control surface actuators, and this thesis considers the aileron system of commercial aircraft such as the Airbus A320 and A330. Specifically the project aims to reduce the aileron hinge moment, as this will result in smaller actuators. Possible methods are discussed where aerodynamic forces are used to reduce the aileron hinge moment through the use of a wing-aileron-tab configuration. In order to examine the use of the configuration, first order aerodynamic modelling is performed using two-dimensional thin-aerofoil theory, which is also extended to a basic three-dimensional approximation. To determine the maximum reduction in hinge moment several optimisations are performed where only the tab chord length is varied, both tab and aileron chord lengths are varied, and finally the tab chord length and aileron span are varied. The optimisation methods used, namely the gradient-based sequential quadratic programming (SQP) and a real-encoded genetic algorithm (REGA) are discussed in detail and include general implementations which are then applied to the problem. The optimisations performed are dual-layered where optimal deflection angles are determined as well as the optimal geometry. The results of the optimisation are tested using a roll manoeuvre in a specially developed Simulink simulation environment for this purpose. The study produces results where new hinge moment values are an order of magnitude smaller than those of the old configuration, while maintaining suitable lift and rolling moment coefficients. The optimisation and simulation infrastructure developed in this thesis provides a platform for higher-fidelity models and components being developed in future work to provide higher fidelity results. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie tesis beskryf die eerste projek in die Control Surfaces in Confined Spaces-projek1 (CoSICS-projek) uitgevoer by die Universiteit Stellenbosch. Die doel van die COSICs-projek is om die grootte van beheervlak aktueerders te minimeer en hierdie tesis handel oor die aileron stelsel van kommersiële vliegtuie soos die Airbus A320 en A330. Die doel van hierdie tesisis om die skarnier draaimoment van die aileron te minimeer deur aërodinamiese kragte in te span in ’n vlerk-aileron-hulpvlak konfigurasie. Eerste-orde aërodinamiese modelle is afgelei met behulp van twee-dimensionele dunvlerkteorie en is gebruik om die konfigurasie te analiseer. ’n Eerste orde drie-dimensionele benadering is ook ontwikkel. Om die maksimum vermindering in die skarnier draaimoment te bepaal, is verskeie optimerings uitgevoer waar eers die hulpvlak se koordlengte gevarieer word, daarna beide die aileron en hulp-vlak se koordlengtes en laastens die hulp-vlak se koordlengte en wydte. Die twee optimerings metodes wat gebruik is, nl. ’n sekwensiële kwadratiese programmerings (SKP) tegniek, en ’n reële getal-geënkodeerde genetiese algoritme (RGGA), word bespreek en ontwikkel voor hulle toegepas word op die probleem. Twee-vlak optimerings word uitgevoer waar beide die optimale defleksiehoeke en die optimale geometrie bepaal word. Die resultate van die optimering word daarna getoets deur middel van ’n rol maneuver wat uitgevoer word in ’n Simulink simulasie omgewing wat daarvoor geskep is. Hierdie studie lei tot goeie resultate met skarnier draaimoment waardes ’n ordegrootte kleiner as dié van die vorige stelsel, terwyl goeie waardes van rol-moment en verheffingskrag koëffisiënte behou word. Die optimering en simulasie infrastruktuur wat hier ontwikkel word verskaf ’n platform vir meer akkurate modelle en komponente wat ontwikkel word in toekomstige projekte om meer akkurate resultate te lewer.

Cette thèse décrit le développement d'actionneurs piézoélectriques miniaturisés pour le contrôle actif d'écoulement à haute vitesse. L'objectif est de retarder la transition laminaire turbulente par le contrôle actif des ondes de Tollmien-Schlichting par introduction d'ondes artificielles à phase inversée. Le premier concept étudié dans cette thèse est un actionneur amplifié mécaniquement avec une structure de type levier élastique situé au-dessus d'une céramique piézoélectrique. Les avantages de cet actionneur sont le contrôle direct, la fonction de transfert linéaire, et le temps de réponse très rapide, ce qui facilite l'intégration dans un système asservi. Le deuxième concept est basé sur l'utilisation d'une membrane conique actionnée par un anneau piézoélectrique dans un mode propre axisymétrique. La géométrie conique focalise les ondes générées par l'anneau piézoélectrique vers le centre ou les amplitudes sont le plus importantes. Pour le control des ondes de Tollmien-Schlichting, la modulation d'amplitude est appliquée pour atteindre une gamme de fréquence large ou la fréquence porteuse est délivrée par les modes propres. Cet actionneur à l'avantage d'utiliser une membrane robuste fermée et une intégration simple. L'effet des actionneurs sur l'écoulement a été mesuré avec des capteurs film chaud dans une soufflerie en boucle ouverte. Pour les dimensions des actionneurs adaptés sur l'écoulement, l'effet désiré pour le contrôle actif de la transition a été observé. Enfin, il a été démontré que la modulation d'amplitude est une alternative intéressante si la fréquence porteuse est sélectionnée de manière optimale pour qu'elle n'agisse pas sur l'écoulement (> 40kHz).

L'aboutissement aux Commandes de Vol Électriques (CDVE) des avions civils actuels s'est fait par étapes, après une longue maturation des différentes technologies mises en place. La prochaine étape est l'utilisation de communications intégralement numériques et d'actionneurs intelligents. Cette thèse propose de nouvelles architectures, en rupture avec l'état de l'art, avec de nouvelles répartitions des fonctions intelligentes entre l'avionique centrale (calculateurs de commandes de vols) et l'avionique déportée (électroniques locales des actionneurs) dont l'avantage est d'exiger moins de ressources par rapport aux architectures conventionnelles tout en satisfaisant les mêmes exigences de sécurité et de disponibilité ainsi que les exigences croissantes en fiabilité opérationnelle de la part des compagnies aériennes. La sûreté de fonctionnement et la robustesse des nouvelles architectures proposées ont été validées respectivement sous OCAS/Altarica et Matlab/Simulink. / The current civil aircraft's electrical flight control has been changed to take benefit of technical improvements. New technologies, when mature, can be incorporated in aircrafts. Evolutions are considered towards a digital communication and intelligent actuators. This thesis is aiming at proposing alternative architectures with distribution of system functionality between flight control computers and actuators with less hardware and software resources. New architectures must meet the same safety and availability requirements with additional operational reliability (required by airlines). Dependability and robustness of new architectures have been validated trough respectively OCAS / AltaRica and Matlab / Simulink

Materiais piezocompósitos laminados são compostos por camadas de material piezelétrico, metálico e compósito (matriz epóxi com fibras de carbono ou de vidro), que possibilitam obter vantagens em relação aos materiais piezelétricos convencionais, permitindo obter características superiores que não podem ser conseguidas pelos seus componentes de forma isolada como, por exemplo, maior flexibilidade e resistência mecânica ou menor peso. Sob esse enfoque, este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de Estruturas Piezocompósitas Laminadas (EPLA) que consistem basicamente em estruturas multicamadas, através do projeto da sua resposta transiente e harmônica visando aplicações dinâmicas. Entre as potenciais aplicações dessas estruturas, tem-se atuadores, motores, sonares e dispositivos de coleta de energia (\"energy harvester\"), sendo de muito interesse a melhora das suas características dinâmicas e o seu desempenho. O projeto dinâmico de uma EPLA é complexo, porém pode ser sistematizado utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT). O MOT é um método baseado na distribuição de material num domínio de projeto fixo com o objetivo de extremizar uma função de custo sujeita às restrições inerentes do problema, combinando algoritmos de otimização e de elementos finitos. A formulação de MOT para o projeto dinâmico de EPLA pretende determinar tanto a topologia ótima dos materiais nas diferentes camadas quanto o sinal de polarização do material piezelétrico e o ângulo da fibra na camada compósita, tendo como finalidade a maximização da amplitude de vibração em pontos determinados (em atuadores) ou da geração de energia elétrica a partir de excitações mecânicas (em coletores de energia). Além disso, é formulado um problema combinando os enfoques harmônico e transiente com o intuito de customizar a resposta da EPLA, de modo que, o nível da resposta seja o mesmo perante diferentes tipos de onda de excitação (transdutores multi-entrada). O trabalho inclui as etapas de projeto, simulação, fabricação e caracterização de protótipos. / Laminated piezocomposite materials are composed by layers of piezoelectric, metal and composite material (epoxy matrix with carbon or glass fiber), which have advantages over conventional piezoelectric materials, because of their superior characteristics, which cannot be achieved by any of its components isolated, for example, more flexibility and strength and less weight. Under this approach, this work aims at the development of Laminated Piezocomposite Structures (LAPS) what primarily consist of multi-layer structures, through the transient and harmonic response design aiming at dynamic applications. Among the potential applications of these structures it can be cited actuators, motors, sonar devices and energy harvester, being of great interest the improvement of its dynamic characteristics and performance. The dynamic design of a LAPS is complex however it can be systematized by using the Topology Optimization Method (TOM). The TOM is a method based on the distribution of material in a fixed design domain with the aim of extremizing a cost function subject to constraints inherent to the problem by means of combining the optimization algorithms and the finite element method (FEM). The TOM formulation for the LAPS dynamic project aims to determine together the optimal topology of the materials for different layers, the polarization sign of the piezoelectric material and the fiber angle of the composite layer, in order to maximize the vibration amplitude at certain points (in actuators), or the generation of electrical energy from mechanical excitations (in energy harvesters). In addition, a TOM problem combining harmonic and transient approaches is formulated with the purpose of customizing EPLA response so that the response level is the same for different excitation waveforms (multi-entry transducers). The work includes design, simulation, manufacturing and characterization of prototypes.

Esta tese de Doutorado busca contribuir na formação de subsídios científicos tanto para o projeto de uma prótese antropomórfica para membros superiores, quanto para a criação de um ambiente de treinamento, ou seja, um ambiente virtual de ação e realimentação das sensações, que poderá incorporar os mecanismos, atuadores, sensores ou estimuladores desenvolvidos. Ao final desta pesquisa, foram projetados e testados os mecanismos, sensores e alguns dispositivos de realimentação que farão parte do desenvolvimento de uma prótese de mão, a Mão de São Carlos, que possuirá características antropomórficas, para reproduzir os movimentos naturais da mão humana com um controle simplificado para o paciente. A motivação principal deste trabalho é diminuir o índice de rejeição das próteses para membros superiores, facilitando seu processo de treinamento e controle / This Doctoral thesis should contribute to the gathering of scientific subsidies for the project of a multifunction anthropomorphic upper limb prosthesis, in special the artificial hand, and for the creation of a training software, i.e., a software for the sensory's action and feedback. At the end of this research, the mechanisms, sensors, actuators and some feedback devices were designed and tested, that will be part of the development of a hand prosthesis, the São Carlos Hand, which will possess anthropomorphic characteristics, a simplified control for the patient and will reproduce the natural movements of the human hand. The main motivation of this work is to reduce the rejection index of the upper limb prosthesis, facilitating training process and control

Les polymères ferroélectriques et plus récemment les matériaux électrostrictifs ont attiré l’attention de la communauté scientifique en raison de leur capacité de conversion d’une excitation électrique en une réponse mécanique et vice versa. La synergie entre les propriétés électro actives de ces polymères et leurs propriétés physico-chimiques intrinsèques (souplesse, légèreté, grande résistance mécanique, facilité de mise en œuvre etc.) en font des candidats de choix pour des applications de types capteurs et actionneurs souples. Cette thèse vise à déterminer de façon systématique le comportement électromécanique des terpolymères P (fluorure de vinylidène-trifluoréthylène-chlorotrifluoroéthylène) [P (VDF-TrFE-CTFE)] par des techniques de cristallisation et de technologies additives et entend étendre ces terpolymères à l'application des dispositifs de type capteur de force électromécanique. L'influence du traitement thermique sur la réponse électromécanique et la microstructure des terpolymères a d'abord été étudiée. Il a été mis en évidence que la déformation électrostrictive transversale S31 pour chaque terpolymère traité thermiquement suit une loi quadratique avec le champ électrique. Par ailleurs il a été démontré que la déflexion d’un actionneur unimorphe est maximisée pour une fraction de phase cristalline de 39,3%. La dynamique moléculaire des terpolymères cristallisés a également été étudiée par spectroscopie diélectrique à large bande. Une dynamique segmentaire contrainte a été observée dans le terpolymère contenant la fraction cristalline la plus élevée pour laquelle une distribution étroite du temps de relaxation a été mise en évidence. En outre, il a été démontré que l’ajout d’agent plastifiant permet d’augmenter de manière significative la réponse électromécanique des terpolymères fluorés, ouvrant la voie vers de nouveaux matériaux électrostrictifs hautes performances fonctionnant sous faible champ électrique. De plus, la réponse diélectrique et électromécanique accrue du terpolymère dopé a été étudiée par microscope à force atomique et spectroscopie diélectrique dynamique. Ces analyses ont permis de lier l’augmentation de la réponse électromécanique de ces mélanges à un effet de polarisation interfaciale intensifié lors de l’augmentation de mobilité moléculaire de la phase amorphe rigide de ces terpolymères fluorés. Enfin, des dispositifs électromécaniques basés sur le polymère ferroélectrique P (VDF-TrFE) et le terpolymère électrostrictif P (VDF-TrFE-CTFE) ont été élaborés. Un procédé de fabrication additive utilisant la technologie d'impression jet d'encre a permis de concevoir et valider la faisabilité de réalisation de capteurs de force dynamique. Il a alors été démontré que les propriétés pseudo-piézoélectriques du terpolymère électrostrictif sont équivalentes à celles du copolymère ferroélectrique pour un faible champ électrique de biais de 7,5 V /μ / Electromechanical coupling effect has been paid the increasing attention due to ability to realize conversion between electric excitation and mechanical response and vice versa. Thanks to their flexibility, light weight, relatively low mechanical strength, ease of processability into large-area films, and ability to be molded into desirable geometric dimensions, polymers materials which possess an electromechanical coupling effect have been emerging recently. This thesis aims to systematically determine the electromechanical behavior of the P(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene) [P(VDF-TrFE-CTFE)] terpolymers via crystallization and additive technology approaches and intend to extend such terpolymers to the electromechanical force sensor devices application. The influence of the thermal processing on the electromechanical response and microstructure of the terpolymers were firstly investigated. Cantilever unimorph bending measurement found the tip displacement δ and transverse strain S_31 for each thermally treated terpolymer followed a quadratic correlation with the electric field. δ was maximized at a 39.3% crystal content, instead of S_31 peaking at lowest crystal content, showing an exponential decay against the crystal fraction increasing. The dynamics of crystallized terpolymers were additionally studied via broadband dielectric spectroscopy. Constrained segmental dynamics was observed in the terpolymer containing the highest crystal fraction for which a narrow relaxation time distribution was found. Moreover, the enhanced dielectric and electromechanical response of DEHP doped terpolymer were interpreted via morphology microstructure and molecular mobility analysis. Interfacial polarization shifted to the high frequency by one decade because of dopant DEHP. Finally, electromechanical devices based on ferroelectric P(VDF-TrFE) and electrostrictive P(VDF-TrFE-CTFE) towards the dynamic force sensor implementation were designed and fabricated via inkjet printing technology. The bias electric field for terpolymer sensor was much lower than the poling electric field for a copolymer sensor. And the piezoelectric properties equivalent to the corresponding copolymer sensor can be obtained for a bias as low as 7.5 V/μ