Un système de tenségrité correspond à un assemblage de composants qui sont chargés
de manière axiale. Ce faisant, des câbles ou des ressorts peuvent être utilisés pour les
composants en tension ce qui réduit la masse et l’inertie du système. Par conséquent,
des mécanismes de tenségrité sont introduits dans cette thèse comme des alternatives
aux mécanismes plus conventionnels pour certains types d’application.
Les objectifs principaux de la thèse sont le développement et l’analyse de nouveaux
mécanismes. La nécessité pour les mécanismes de tenségrité de toujours se retrouver
dans des configurations où leurs câbles et leurs ressorts sont soumis à des forces de
tension complique passablement leur développement. Par conséquent, une approche
novatrice fondée sur l’utilisation de ressorts est proposée pour surmonter cette difficulté.
Pour faciliter l’utilisation de cette approche, des règles qui s’appliquent à la quantité
de ressorts utilisée dans une architecture sont présentées. À partir de ces règles et en
s’inspirant de systèmes de tenségrité existants, deux mécanismes plans, trois mécanismes
spatiaux et deux mécanismes modulaires sont développés.
Chaque mécanisme est modélisé dans le but d’analyser sa cinématique, sa statique
et sa dynamique. Étant donné la présence de degrés de liberté non contraints dans
les architectures des mécanismes, les relations entre leurs variables d’entrée et de sortie
dépendent des chargements externes, gravitationnels et inertiels qui leur sont appliqués.
En supposant un régime quasi-statique, de telles relations peuvent être calculées avec
une approche numérique. Toutefois, pour le cas spécifique où les mécanismes ne sont pas
soumis à des chargements, des solutions analytiques sont trouvées. Ces solutions sont
ensuite exploitées dans le calcul des frontières des espaces atteignables des mécanismes.
Les degrés de liberté non contraints des mécanismes de tenségrité leur permettent
de se déformer sous l’application de chargements externes. Une attention particulière
est alors portée au calcul de la raideur des mécanismes ainsi que des limites des chargements
pouvant être résistés sans perte de stabilité ou de tension dans les câbles.
Des observations sont également faites concernant l’amortissement des vibrations des
mécanismes dans les directions des degrés de liberté non contraints. / A tensegrity system corresponds to an assembly of components that are subjected
only to axial loads. As a consequence, cables or springs can be used for the tensile
components thus considerably reducing the mass and inertia of the system. With the
goal of benefiting from these interesting properties, this thesis introduces tensegrity
mechanisms as alternatives to more conventional type mechanisms for certain types of
applications.
The main objectives of the thesis are the development and analysis of novel mechanisms.
The need for tensegrity mechanisms to remain in configurations where their
cables and springs are subjected to tensile loads complicates their development signi-
ficantly. Consequently, a new approach based on the use of springs is proposed to
overcome this difficulty. In order to facilitate the use of this approach, certain rules
pertaining to the quantity of springs used in a given architecture are formulated. Based
on these rules, two planar mechanisms, three spatial mechanisms and two modular
mechanisms are developed using existing tensegrity systems.
Each new mechanism is modeled with the goal of analyzing its kinematics, statics
and dynamics. Due to the presence of unconstrained degrees of freedom in the mechanisms’
architectures, relations between their input and output variables are influenced
by any external, gravitational or inertial loads that might be acting. By assuming a
quasi-static regime, such relations can be computed using a numerical approach. However,
for the specific case where the mechanisms are not subjected to any loads, analytical
solutions are found. These solutions are then exploited in order to compute the boundaries
to the mechanisms’ workspaces.
The mechanisms’ unconstrained degrees of freedom allow them to deform under
the application of external loads. Special attention is thus given to the stiffness of the
mechanisms as well as the limits of the external loads that they may resist without losing
their stability or the tension in their cables. Observations are also made regarding the
damping of the mechanisms’ vibrations along the unconstrained degrees of freedom. / Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QQLA.2006/24049 |
| Date | 11 1900 |
| Creators | Arsenault, Marc |
| Contributors | Gosselin, Clément |
| Publisher | Université Laval |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | text/html, application/pdf |
| Rights | © Marc Arsenault, 2006 |
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