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Auteur(s)
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Mehdi BOUKALLEL
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En microrobotique, la mesure de forces issue du monde des objets micrométriques constitue une problématique scientifique à forte dominante. En raison des échelles de travail considérées ainsi que des résolutions de mesure attendues, la conception et la réalisation de capteur de forces performants se heurte à plusieurs difficultés. Solutionner ces problèmes en proposant de nouveaux concepts de réalisation constitue l’un des enjeux actuels du microroboticien.
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4. Performances et caractéristiques techniques du dispositif de mesure de forces
4.1 Raideur
Le capteur de micro- et nanoforces peut être représenté sur un plan mécanique comme étant l’association de plusieurs ressorts, de raideurs variables Kx, Ky et Kz, supportant la tige tubulaire en verre. La caractéristique force versus déplacement est linéaire suivant les directions de mesure y et z et reste fortement non linéaire suivant la direction x principalement à cause de l’influence des forces diamagnétiques. La figure 6 présente un exemple de la caractéristique force versus déplacement suivant la direction y du capteur de micro- et nanoforces. La raideur du capteur de micro- et nanoforces peut être modifiée en changeant l’écartement entre les aimants porteurs.
La figure 7 illustre l’évolution des raideurs Kx, Ky et Kz en fonction de l’écartement D entre les aimants porteurs.
pour un espacement D de 48 mm entre les aimants porteurs, il est possible de mesurer des forces de l’ordre de ± 10 nN pour un déplacement de la tige tubulaire de ± 1 µm selon la direction y.
Le capteur sous sa forme actuelle est instrumenté pour effectuer uniquement des mesures de forces suivant y. Les déplacements suivant cette direction sont mesurés à l’aide d’un capteur de position laser de 1 µm de résolution et de 4 mm de plage de mesure.
4.2 Étendue de la plage de mesure de forces
La configuration du capteur de micro- et nanoforces permet de faire sustenter la tige tubulaire lorsque celle-ci est déplacée sur plusieurs millimètres suivant toutes les directions de mesure de forces. Ainsi, il est possible d’envisager des mesures de forces produisant des déplacements millimétriques de la tige tubulaire sous réserve que le capteur servant à mesurer les déplacements soit capable de détecter des grandeurs du même ordre avec une résolution élevée.
Le changement de l’espacement entre les aimants porteurs a pour effet de modifier l’étendue...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CHAILLET (N.) - La microrobotique : Rencontre de la robotique et des microsystèmes - . Proc. des Journées Nationales de la Recherche en Robotique-JNRR 99, Montpellier, France, 1999.
-
(2) - GAUTHIER (M.) - Conception et commande d’un dispositif magnétique de micromanipulation par poussée - . Thèse de doctorat, Université de Franche-Comté, 2002.
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(3) - GAUTHIER (M.), PIAT (E.) - Biomicromanipulation par poussée - . Techniques de l’Ingénieur, [IN 17], traité Analyse et Caractérisation, 2004.
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(4) - EARNSHAW (S.) - On the nature of the molecular forces which regulate the constitution of the luminiferous ether - . Transactions of Camb. Phil. Soc., 7: 97-112, 1842.
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(5) - MOSER (R.), SANDTNER (J.), BLEULER (H.) - Diamagnetic suspension system for small rotors - . Journal of Micromechatronics, 1(2): 131-137, 2001.
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