Cette thèse présente les travaux de recherche doctorale en génie mécanique de Louis-
Alexis Allen Demers effectués au Laboratoire de robotique de l’Université Laval sous la
supervision du professeur Clément Gosselin. Cette étude comporte la synthèse, l’optimisation
et le prototypage d’une main robotique sous-actionnée à cinq doigts. Le principe du sousactionnement
mécanique est utilisé pour développer une main robotique qui a des capacités
de préhension similaires à la main humaine, tout en limitant le nombre d’actionneurs requis
pour la commander. Cette main a des dimensions semblables à la main humaine de manière à
ce qu’elle soit fonctionnelle dans un milieu conçu pour les humains. De plus, une adaptation
de la prise de la main est possible, autant en modifiant la force de préhension que la position
des doigts et du pouce.
L’analyse statique d’un doigt sous-actionné est d’abord effectuée. Plus particulièrement,
les conditions permettant d’atteindre une prise stable pour laquelle toutes les forces de contact
sont positives sont obtenues. Ainsi, les valeurs optimales pour les dimensions des poulies
sont déterminées en fonction des longueurs des phalanges et des distributions élémentaires
de forces établies. En utilisant ces deux distributions complémentaires efficacement, l’éjection
de l’objet à saisir par un doigt à trois phalanges et deux réseaux de tendons est évitée.
Par la suite, le problème général de positionnement d’un axe de rotation permettant d’obtenir
des poses initiale et finale imposées est résolu. Cette analyse géométrique permet de
concevoir un système de rotation du pouce afin d’obtenir les différentes configurations typiques
de la main humaine. Un système d’abduction des doigts soit complètement plan, soit
un hybride sphérique-plan est ensuite couplé à ce mécanisme. Ces architectures sont analysées
afin de s’assurer d’obtenir les amplitudes d’abduction imposées ainsi que de minimiser
l’erreur de coordination entre les métacarpiens. En dernier lieu, les différents mécanismes
conçus dans cette thèse sont fabriqués, en plus d’un prototype de poignet et de système de
sous-actionnement entre les doigts. Le prototype de main intégrant toutes ces parties est finalement
utilisé pour prendre différents types d’objets. / This thesis presents the doctoral research in Mechanical Engineering of Louis-Alexis
Allen Demers completed at the Laboratoire de robotique of Université Laval under the supervision
of Prof. Clément Gosselin. This project covers the synthesis, optimization and prototyping
of a five-finger robotic hand. The principles of mechanical underactuation are used to
develop a robotic hand that has grasping capabilities similar to that of the human hand, while
limiting the number of actuators required to control it. This hand has dimensions similar to
those of the human hand in order to be functional in an environment designed for humans. In
addition, an adaptation of the hand grip is possible, either by changing the grasping force or
by varying the position of the fingers and thumb.
A static analysis of an underactuated finger is first performed. In particular, the conditions
for achieving stable grasp in which all contact forces are positive are obtained. Thus, the optimal
values for the dimensions of the pulleys as a function of the lengths of the phalanges
and the primary force distributions established are determined. Using these two complementary
distributions effectively, the ejection of the object to be grasped by a finger with three
phalanges and two tendon networks is avoided. Then, the general problem of positioning an
axis of rotation to obtain initial and final prescribed poses is solved. This geometric analysis
allows to design a system of rotation of the thumb in order to obtain the various typical
configurations of the human hand. A system of abduction of the fingers, first completely planar,
than a hybrid planar-spherical mechanism is then coupled with this mechanism. These
architectures are analyzed in order to ensure that they can provide the prescribed abduction
amplitudes and that the coordination error between the metacarpals is minimized. Finally,
the various mechanisms designed in this thesis are built, in addition to a prototype of a wrist
and the mechanism of underactuation between the fingers. The prototype hand integrating all
these parts is ultimately used to grasp different types of objects.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QQLA.2011/28357 |
| Date | 08 1900 |
| Creators | Allen Demers, Louis-Alexis |
| 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 | application/pdf |
| Rights | © Louis-Alexis Allen Demers, 2011 |
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