Microsyst` emes pluri-ddl ou ` a grande course

3.2.2.1 Microsyst`emes `a 1ddl et grande course

En rotation : les microsyst`emes rotatifs `a grande course sont tr`es nombreux. On retrouve d’abord les micromoteurs ´electrostatiques [Tri89] [Bar89] [Mil94] [Yas99] qui furent d’ailleurs les premiers micromoteurs. Ils n´ecessitent une tension d’alimentation ´

elev´ee. En revanche, lorsque les dimensions deviennent extrˆemement petites, la densit´e d’´energie disponible augmente. L’attraction des poussi`eres par le champs ´electrique ainsi que le risque de claquage font partie des probl`emes des micromoteurs ´electrostatiques.

Les micromoteurs magn´etiques sont ´egalement utilis´es [Wag92] [Ahn93] [Guc93] [DC99](Fig. 3.13-a), le succ`es qu’ils connaissent dans le macromonde ne se retrouve pas dans le micromonde. En effet, les forces g´en´er´ees diminuent d’un facteur entre 2 et 4 lors de la r´eduction des dimensions [DC99].

Enfin, d’autres proc´ed´es sont utilis´es par exemple dans les micromoteurs ultraso- niques [Mor96] [Don03], `a fluide ´electrohydrodynamique [Yos] ou thermiques [Fu01] (Fig. 3.13-b).

(b) (a)

Fig. 3.13 – a : un micromoteur `a r´eluctance variable [Guc93]. b : un minimoteur rotatif utilisant le principe du moteur de Wankel [Fu01].

En translation : les r´ealisations de microsyst`emes lin´eaires `a grande course dans la plupart des cas bas´es sur les principes de d´eplacement pr´esent´es `a la Section pr´ec´e- dente. [DB98]propose par exemple un micromoteur lin´eaire `a base de microactionneurs magn´etostrictifs monobloc (Fig. 3.14). Le terme micromoteur peut lui ˆetre attribu´e vu les performances fournies. En effet, il fonctionne en mouvement inch-worm et permet d’avoir des pas en dessous de 1, 2µm. La vitesse maximale est de 800µm/s tandis que la force maximale d´eveloppable est de 10N . Par ailleurs, sa course est th´eoriquement illimit´ee.

3.2 D´eveloppement du microsyst`eme `a 2ddl pour la station 53

[Bre00a]propose un autre microsyst`eme lin´eaire `a grande course fond´e sur des mi- croactionneurs pi´ezo´electriques fonctionnant en stick-slip. La vitesse du microsyst`eme peut atteindre 5mm/s et la course est de ±15mm.

Dans [Ebe99a], le principe du robot marcheur est utilis´e pour obtenir une longue course. Les microactionneurs utilis´es sont ´electrothermiques et les performances obtenues sont int´eressantes : vitesse jusqu’`a 6mm/s, charge maximale jusqu’`a 2, 5kg (30 fois le poids `a vide du microrobot).

3.2.2.2 Microsyst`emes pluri-ddl et grande course

Le microrobot pr´esent´e par [Ber04]poss`ede 3ddl, translation dans le plan et rotation autour de l’axe Z. Plusieurs exemplaires ont ´et´e utilis´es en coop´eration pour des stations de micromanipulation [Tho01] [Bru05]. Ce robot, de quelques cm3 de dimensions, est autonome. En effet, il poss`ede une batterie et un module ´electronique embarqu´es pour le traitement des signaux associ´es aux capteurs et aux actionneurs, pour la communication par infra-rouge et pour le contrˆoleur PID. Sa vitesse maximale est de 0, 4mm/s. Un syst`eme de positionnement en rotation et un outil qui peut ˆetre une micropince sont plac´es sur le microsyst`eme afin d’atteindre jusqu’`a 5ddl. Ce microrobot mobile est connu sous le nom de MICRON (Fig.3.15-a) et son principe de fonctionnement repose sur le principe stick-slip.

Unité de positionnement Unité de manipulation

IR Transceiver

Power pack module: Batteries or coil

(a) (b)

Locomotion module: Stick-slip piezo actuator Tool module:

AFM scanner + AFM probe Rotative actuator: Walking piezo actuator Electronics module: analog and digital (ASIC)

Target for Moiré-based positioning system

Fig. 3.15 – a : le microrobot MICRON [Ber04]. b : le microrobot MINIMAN [Fat95]. LaFig.3.15-bpr´esente le robot MINIMAN : un autre microsyst`eme `a 3ddl ´equip´ee d’un module de micromanipulation et qui est ´egalement bas´e sur le stcik-slip [Fat95]. Il se compose d’un module de positionnement et d’un module de micromanipulation. Le module de positionnement est une petite plate-forme support´ee par trois pieds pi´ezo- ´

electriques cylindriques et qui peuvent fl´echir lorsqu’on les alimente. Ce module a une r´esolution de 10nm,une pr´ecision de positionnement de 3µm et une vitesse allant jus- qu’`a 5cm/s. Le module de micromanipulation est compos´e d’une sph`ere `a 3ddl qui peut

porteur une micropince. La sph`ere repose sur trois pieds pi´ezo´electriques qui, une fois aliment´es, font tourner celle-ci. L’ensemble MINIMAN offre 5ddl.

Le principe de l’impact-drive a ´et´e ´egalement utilis´e pour r´ealiser un microsyst`eme `a 3ddl, c’est-`a-dire, translation XY et rotation Z [Wol95]. Sa vitesse atteint 1mm/s pour un poids de 57g. Il pr´esente un pas maximum de 3, 4µm en translation et de 0, 4mrad en rotation et les facteurs de pas sont respectivement de 0, 73 et de 0, 81.

[Mar01]pr´esente un microrobot marcheur `a trois pieds pi´ezo´electriques qui travaille ´

egalement dans le plan. Sa vitesse peut atteindre 2cm/s et son pas varie entre 30nm et 50µm.

Enfin, une autre approche est pr´esent´ee dans [Var06]. Les mouvements X et θ dans le plan du microsyst`eme sont g´en´er´es par les forces centrip`etes cr´e´es par deux masses en rotation. Sa vitesse lin´eaire atteint 1, 5mm/s.

Dans l’industrie, les produits de la soci´et´e PI [PI] sont les plus utilis´es. Il s’agit de syst`emes de positionnement lin´eaire, pr´esentant des courses de quelques centim`etres avec des r´esolutions submicrom´etriques, et de positionnement angulaires. Les soci´et´es Elliptec [ell], Piezomotor [pie]et Kleindiek [kle](Fig.3.16) sont d’autres exemples.

1 cm

Fig. 3.16 – Photographie d’un syst`eme de micropsitionnement `a 3ddl de la soci´et´e Kleindiek [kle].