Etude des capteurs tactiles à fibres de carbone : application à l'assemblage de pièces mécaniques par robot

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Etude des capteurs tactiles à fibres de carbone :

application à l’assemblage de pièces mécaniques par

robot

Alain Pruski

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Alain Pruski. Etude des capteurs tactiles à fibres de carbone : application à l’assemblage de pièces

mé-caniques par robot. Autre. Université Paul Verlaine - Metz, 1984. Français. �NNT : 1984METZ004S�.

�tel-01775663�

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THE SE

p r é s c n t é c

à I ' U n i v c r s i r c ;

_{d c M c t z p c l u r o b r c n i r l c g r a c l c d c}

D O C T E U R D E T R O I S I E N { E C Y C L E

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A l a i n

P R U S K I

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D E C A P T E U R S

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D E C A R B O N E

.

A P P L I C A T I O N

A L ' A S S E M B L A G E

D E P I E C E S

M E C A N I Q U E S

PA R ROBOT

.

.

'*:-:-;---S o u t c n u c

l c l É i y u i n l9 u 4 d c v a n r la

M M . F . LHOTE

A . J U T A R D

B . H U B E R

B . L E P L E Y

B . M U T E L

c o m m i s s io n c l ' c x a r n c n ,

P r é s i d e n t

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E x a m i n a t e u rs

A V A N T P R O P O S

c e t t e é t u d e _{a é t é e f f e c t u é e d a n s l e c a d r e d e s activités d e r o b o t i} -o t r a  r r T a L r n r : + a

Y q ç u u ! o u v ! o u u i r e d r A u t o m a t i q u e e t d ' E l - e c t r o n i q u e I n d u s t r i e l l e s _{d e M e t z ( L A E I ) .} Q u ' i l m e s o i t p e r m i s d ' e x p r i m e r _{à M . M L n E L , d i r e c t e u r d u L a b o r a t o i r e , l e t é m o i} -g n a -g e d e m a p r o f o n d e reconnaissance pour ses conseils précieux, _{s o n a i d e e t l a} c o n f i a n c e q u ' i r _{n ' a c e s s é d e n o u s a c c o r d e r a u c o u r s d e c e t t e é t u d e .} N o u s s o r u n e s très reconnaissant _{e n v e r s M . L H o T E , p r o f e s s e u r à I ' E N S I 4 M} d e B e s a n ç o n e t c o - r e s p o n s a b l e _{d u p ô I e M é c a n i q u e et Technologie d u p r o g r a m m e} d ' A u t o m a t i s a t i o n _{e t d e R o b o t i q u e A v a n c é e ( A R À ) , d ' a v o i r} a c c e p t é d e p r é s i d e r l e J u r y . _{N o u s s o r f f n e s e x t r ê m e m e n t sensible ) I ' a c c u e i t q u , i l} n o u s a r é s e r v é e t à l r i n t é r ê t q u ' i l _{a v o u l , u p o r t e r à n o t r e t r a v a i l .} N o u s t e n o n s à r e m e r c i e r M . J U T A R D , p r o f e s s e u r _{à l t r N S A d e L y o n p o u r} 1 ' h o n n e u r e t l - e p l a i s i r q u ' 1 1 n o u s f a i t e n p a r t i c i p a n t à c e j u r y .

N o u s s o m r n e s t r è s honorés par la participation a u j u r y d e M . H U B E R , c h e f d u s e r v i c e _{R o b o t i q u e d u centre de conpétence en Robotique de pont-à-Moussorr,} e t p a r l r i n t é r ê t q u ' i l _{a a c c o r d é à n o s r e c h e r c h e s .}

Q u e M - L E P L E Y , p r o f e s s e u r à I ' u n i v e r s i t é _{d e M e t z t r o u v e i c j 1 ' e x p r e s} -s i o n d e n o -s r e m e r c i e m e n t -s pour avoir accepté de prendre connai-s-sance de ce t;::r-v a i l _{e t p o u r s o n a i m a b l e p a r t i c i p a t i o n a u j u r y .}

N o u s e x p r i m o n s n o t r e sincère gratitude _{à t o u s l e s c a m a r a d e s du} labora-t o i r e _{p o u r I ' a t m o s p h è r e a m i c a r e q u ' i r s o n t c o n t r i b u é à y f a i r e}

r è g n e r .

Nous tenons à remercier t'Ime BOMBARDIER _{pour le soin et la compétence} a v e c l a q u e l l e e l r e a a s s u r é r a d a c t y l o g r a p h i - e _{d e c e m é m o i r e .}

2

-I N T R O D U C T -I O N P R E M T E R E P A R T I E C H A P I T R E I : GENERAL]TES 1 - I n t r o d u c t i o n . 2 - L e m o d è _ l _ e h u m a i n . 3 - E t a t d e l , a r t . 4 - C o n c . l " u s i o n C H A P I T R E I I _{: L E C A P T E U R TACTILE} I n t r o d u c t i o n . L e c a p t e u r t a c t i l _ e . 2 . 1 , . L e s f i b r e s d e c a i . b o n e . 2 . 2 . P r i n c i p e d u c a p t e u r . 2 . 3 . C o n c e p t i o n d u c a p t e u r . 2 . 3 . I . p r i n c i p e . 2 . 3 . 2 . A l _ i m e n t a t i o n . 2 . 4 . E x p é r i m e n t a t i o n . 2 . 4 . L . L e s f e u t r e s t i s s é s e t a i g u i l l e t é s . ? . 4 . 2 . _{L e s f e u t r e s ' , L E CARBONE} L O R R A I N E , , . 2 . 4 . 3 . p r o p r i é t é s _{e t c a r a c t é r i s t i q u e s .} 2 . 4 . 3 . 1 - . C o n s i d é r a t i o n s o h m i q u e s . 2 . 4 . 3 . 2 . _{L a s t a b i l i t é d e s m e s u r e s .} 2 . 4 . 3 . 3 . _{L a f i d é l i t é d u c a p t e u r .} 2 . 4 . 3 . 4 . L ' h y s t é r é s i s . ? . 4 . 3 . 5 . _{A s p e c t s m é c a n i q u e s .} 2 . 4 . 3 . 6 . _{A u t r e s p r o p r i é t é s .} 2 . 5 . C o n c l u s i o n . 3 - L e c a p t e u r m a t r i c i e l . 3 . 1 . I n t r o d u c t i o n . 3 . 2 . p r i n c i p e s . 3 . 2 . I . _{C o n c e p t i o n m a t r i c i e l l e} p a r c e l l u l e s 3 . 2 . 2 . _{C a p t e u r à p u i t s d e c o u r a n t .} 3 . 2 . 3 . A l _ i m e n t a t i o n m a t r i c i e l - l _ e . 4 - C h a î n e d e m e s u r e . 1 a

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q ô 5t_ 5 1 5 1 i n d é p e n d a n t e s . 5 1 R ?

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5 -4 . 1 - . I n t r o d u c t i o n . 4 . 2 . P r i n c i p e . 4 . 3 . C o n c l u s i o n . L e g l i s s e m e n t . 5 . 1 . I n t r o d u c t i o n . q _{2 P n i n n i n a} 5 . 3 . T r a i t e m e n t d u 5 . 4 . C o n c l u s i o n . C o n c l u s i o n .

3

-s i g n a l p o i n t d a n s l r e s p a c e . v e c l e u r . v e c t e u r d a n s u n e c h a î n e p o i - n t d a n s une chaîne 6 1 o - L 6 3 6 3 64 64 6 7 D E U X I E M E P A R T ] E C H A P I T R E II I : M O D E L I S A T I O N E T C O M M A N D E D U R O B O T D ' A S S E M B L A G E 6 8 1 - I n t r o d u c t i o n . 2 - L e r o b o t . 3 - M o d é l i s a t i o n . 3 . 1 . I n t r o d u c t i _ o n . 3 . 2 . L o c a l i s a t i o n d ' u n 3 . 3 . 0 r i e n t a t i o n d r u n 3 . 4 . O r i e n t a t i o n d ' u n 3 . 5 . L o c a l i s a t i o n d r u n 4 - C o m m a n d e d ' u n r o b o t . 4 . I . G é n é r a ] i t é s . d e n o n À n a c d e r e p è r e s . o v

7 0

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8t-Ô J 8 3 84 a 7 8 8 8 9 9 1 Y - L q ?

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9 3

4 . 2 . C o m m a n d e e n v i t e s s e . 4 , 3 , C o n d u i t e d u m o u v e m e n t . 4 . 3 . L . _{C a f c u l d u m o u v e m e n t e n t e m p s r é e l} 4 . 3 . 2 . C o m m a n d e d i f f é r é e . 5 - C o n c f u s i o n . C H A P I T R E I V : S T R A T E G I E D ' A C T I O N 1 - I n t r o d u c t i o n . 2 - L ' o r g a n e d e s a i s i e . 2 . 7 . L ' o r g a n e d e p r é h e n s i o n . 2 . 2 . L e c a p t e u r t a c t i l e . 2 . 3 . L e s y s t è m e d e c o m m a n d e d u p r é h e n s e u r . 2 . 3 . L . _{L a c o m m a n d e d e I a p i n c e .}

4 -4 5 6 7 -C O N -C L U S I O N ANNEXES ANNEXE ]-ANNEXE 2 ANNEXE 3 ANNEXE 4 ANNEXE 5 B I B L I O G R A P H ] E 2 . 3 . 2 . L e 1 o g i c i e l . 2 . 4 . L e s y s t è m e i n f o r m a t i q u e . M e s u r e d e s a c t i o n s . L e s a s s e r v i s s e m e n t s . L e s h e u r i s t i q u e s . 5 . 1 . L a m i s e e n c o n t a c t . 5 . 2 . D é t e c t i o n d ' a r ê t e . 5 . 3 . C o n t a c t p l a n s u r a r ê t e . 5 . 4 . I n s e r t i o n . E x p é r i m e n t a t i o n C o n c l - u s i o n 9 6 9 7 1 0 0 1 0 4 1 0 6 1 0 6 1 1 0 7L4 L I 7 1 2 0 1 ' A L26 R e p r é s e n t a t i o n e t m o d é l i s a t i o n . l - . N o t a t i o n s . 2 . E q u a t i o n s d e m o d é l i s a t i o n . 3 . D é t e r m l n a t i o n _{d e l _ a m a t r i c e J a c o b i e n n e .} R é s o l u t i o n d u s y s t è m e . O r i e n t a t i o n _{d e I a p i è c e m a n j _ p u l é e .} C h o i x d e s p a r a m è t r e s d ' o r i e n t a t i o n . L e l o g i c i e J - . J - J . L

r32

| . 1 / 1 . 3 2 I JIl I40 L43 145 I 4 7

L e s p r e m i e r s m a r i i p u l a t e u r s , _{d e s t i n é s à i n t e r v e n i r e n m l l i - e u} h o s t i l - e , _{o n t f o r t e m e n t c o n t r l b u é a u d é v e l - o p p e m e n t d e l a r o b o t i q u e . La} r n u t a t i o n t e c h n o J - o g i q u e e t i e s p r o g r è s s c i e n t i - f i q u e s _{o n t p e r m i s d ' é t a b l i - r} 1 e c o n c e p t a c t u e l - d r : r o b o t i n d u s t r i e l , c a p a b l e d ' e f f e c t u e r d e s t â c h e s r é p é t i t i v e s _{d e m a n i è r e a u t o n o m e .} L e s i m p é r a t i f s _{é c o n o m i - q u e s c l e c o m p é t i t i - v i t é l a i s s e n t e n t r e} -v o i r u n a c c r o i - s s e m e n t d e l a r n i s e e n p l a c e d e s robots dans les entreprises. D e p a r s a p r o g r a m m a b i l i t é , _{I e r o b o t e s t u n e m a c h i n e v e r s a t i _ l e q u r p e r _} r n e t I ' e x é c u t i o n d e t â c h e s v a r i é e s . _{C e t t e p r o p r l é t é t r o u v e t o u t e s a d 1 m e n} -s i o n c i a n -s 1 e -s î l - o t -s d e p r o d u c t i o n o ù l e -s m o d i f i c a t i o n -s d e s a c t i o n s à g é n é r e r s o n t f r é q u e n t e s . U n e s i m p l e r e c o n f i g u r a t i o n _{d u p r o g r a m m e p e r m e t} a u r o b o t i n d u s t r i e l - d e s ' a d a p t e r a u x i m p é r a t i f s d e f a b r i c a t i _ o n . O u t r e l e s i n t é r ê t s _{é c o n o m i q u e s , 1 ' a s p e c t h u m a i n n r e s t a u j o u r} -d ' h u i p r u s à n é g l i g e r -d a n s f r e s s o r -d e l a r o b o t i q u e . L e s t â c h e s p é n i b l e s , d a n g e r e u s e s o u e f f e c t u é e s _{e n a m b i a n c e n o c i v e s o n t d é s o r m a i - s p r i s e s e n} c h a r g e p a r l e s r o b o t s ou manipul_ateurs. L e s r e c h e r c h e s e n t r e p r i s e s e n r o b o t i q u e s e d i r i g e n t v e r s 1 ' é t u -d e -d e r o b o t s c a p a b l e s -d e s ' a -d a p t e r à u n e n v i r o n n e m e n t évolutif. L e s p r o -g r a m m e s d e c o m m a n d e ti - e n n e n t c o n r p t e , en 1i-gne, des informations prove_ n a n t d e c a p t e u r s d é c r i v a n t _{d e m a n i è r e l o c a l e o u g l o b a l e I ' u n i v e r s d e}

u a d v 4 I I .

c e s p r o g r a m m e s o n t u n e s t r u c t u r e _{q u i i n t è g r e t r o i s a s p e c t s :} J - a p e r c e p t i o n , _{I a p r i s e d e d é c i s i o n , I ' a c t i o n .}

7 -a c t i o n n e u r s a f i n d ' e x é c u t e r _{l - e s m o u v e m e n t s e n a c c o r d a v e c t a p r i s e d e} d é c l s i o n ; - 1 a p r i s e d e d é c i s i o n c o n s i s t e à d é t e r m i n e r d ' a p r è s u n m o d è l e c o n n u d e f ' e s p a c e l - a m a n i è r e d ' a t t e i _ n d r e un objectif f i x é ; r e , . a t i v e s , ; : : " : " . : " : : : ï , : : : : : : " : ; a c q u é r i r t o u t e s l e s i n r o r m a t i o n s L a p e r c e p t i o n _{r e p r é s e n t e u n a x e d e r e c h e r c h e i . m p o r t a n t e n} r o b o t i q u e . _{L e s t e c h n i q u e s u t i l i s é e s t e n d e n t à r e p r o d u i r e} l - e s f o n c t i o n s s e n s o r i e l l e s _{h u m a i n e s . L e s p l u s p e r t i n e n t e s e t p l u s u t i l j - s é e s} e n r o b o -t i q u e i n d u s -t r l e l f e _{s o n t l e s s e n s a t i o n s v i s u e f l - e s e t t a c t i l e s .} L e d é v e l o p p e m e n t d e s s y s t è m e s o p t i q u e s a f a v o r i s é fes recher-c h e s s u r 1 a p e r recher-c e p t i o n v i s u e l - 1 e . C e t t e t e recher-c h n i q u e p e r m e t d , a recher-c q u é r i r I , é t a t d ' u n e s c è n e a v e c u n e b o n n e r é s o l u t i o n . _{E r l _ e a 1 ' a v a n t a g e d e n e p a s p r é _} s e n t e r d e c o n t a c t d i - r e c t e t a i n s i n e p e r t u r b e p a s la scène anal_vsée. L e s a p p l i - c a t i o n s e n e n v i r o n n e m e n t _{o p a q u e n e p e r m e t t e n t p a s} I ' u t l l i s a t i o n _{d e s t e c h n i q u e s o p t i q u e s . D e m ê m e , I ' a n a r y s e d e s i n t e r a c _} t i o n s _{e n t r e I ' e r o b o t e t u n o b j e t n é c e s s i t e f i n t r o d u c t i o n} d e t e c h n i q u e s d e p e r c e p t i - o n t a c t i f e . _{E m p l o y é e s d e u i f f é r e n t e s m a n i è r e s , e l l e s p e r m e t} -t e n -t : - p a r a n a l y s e d ' e m p r e i n t e s , d e s u r u n e s u r f a c e tactil_e afin de renseigner d e s a i s i e _; - . d ' a n a l y s e r l - e r e l i e f e t l e s o b j e t . _{C e t t e t e c h n i q u e a L ' a v a n t a g e d e d é I} d i m e n s i o n s v é r i t a b l e s _; s i t u e r _{I e s o b j e t s d é p o s é s} l - e r o b o t s u r L e s p o s s i b i l i t é s f o r m e s p o u r r e c o n n a î t r e u n i v r e r u n e i n f o r m a t i o n _{e n t r o l s} - d ' a n a r y s e r l e s a c t i o n s d e c o n t a c t s u r r e s o b j e t s en prise d a n s l e s m o r s d ' u n e p i n c e d e r o b o t . L r o b j e t _{d e n o t r e t r a v a i r c o n s i s t e à c r é v e l o p p e r u n c a p ï e u r} s e n s o r i e l t a c t i l e à f e u t r e d e f i b r e s _{d e c a r b o n e p e r m e t t a n t d e r e c o n n a î} -t r e d e s f o r m e s é l é m e n -t a i r e s , d ' a p p r é c i e r r a q u a l i -t é d , u n e s a i s i e e-t de d é f i n i r l - e s j - n t e r a c t i o n s _{p i è c e - r o b o t . L ' é t u d e d u c a p t e u r e s t compl-étée} p a r u n e a p p l i c a t i o n _{d a n s r e d o m a i n e d e r - ' a s s e m b l a g e p a r r o b o t .}

L a p r é s e n t a t i o n _{d e n o t r e t r a v a i l s e d i v i s e} e n q u a t r e c h a p i t r e s L e p r e m i e r c h a p i t r e _{p e r m e t , a p r è s a v o i r e f f e c t u é u n s u r v o l _} d e l a p e r c e p t i o n t a c t i l - e _{c h e z l - r h o m m e , d e f a i r e l e p o l n t s u r l e s d i f f é _} r e n t e s t e c h n i q u e s u t i l i s é e s _{a c t u e l - l - e m e n t d a n s l e d é v e l o p p e m e n t d , u n} caD-t e u r caD-t a c caD-t i l e . L e d e u x i è m e c h a p i t r e _{e s t c o n s a c r é à 1 ' a s p e c t c o n s t i t u t i _ o n} d u c a p t e u r a i n s i q u ' à s e s p r o p r i é t é s _{e t c a r a c t é r i s t i q u e s . N o u s d é v e l o p _} p o n s é g a l e m e n t l e s d i f f é r e n t - e s c o n c e p t i o n s matricielles p e r m e t t a n t I ' a n a -l y s e d ' u n e r é p a r t i t i o n d ' e f f o r t s . _{L ' a s p e c t é l e c t r o n i q u e d e l _ , a c q u i s i - _} t i o n d e s d o n n é e s s e r a é g a l e m e n t t r a j _ t é . L ' a p p l i c a t i o n _{q u e n o u s a v o n s d é v e l o p p é e c o n s i s t e à effectuer} u n a s s e m b r a g e d e p i è c e s p r i s m a t i q u e s . _{D a n s 1 e t r o i s i è m e c h a p i t r e ,} n o u s n o u s i n t é r e s s o n s _{a u x p r o b l è m e s d e c o m m a n d e e t m o d é ] i - s a t i o n d'un robot.} N o u s a v o n s m u n i c e d e r n i e r d ' u n e p i n c e à mors paraltèle recouverte d,un c a p t e u r s e n s o r l e l t a c t i l e _{a f i n d e r é a l i s e r u n e c o m m a n d e p a r r e t o u r d ,} e f f o r t s .

N o u s a b o r d o n s dans re quatrième chapitre les fonctions du l o g j - c i e l d é f i n i s s a n t _{l a s t r a t é g i e d ' a c t i o n}

q u i v a n o u s p e r m e t t r e d e m e n e r à b i e n n o t r e a s s e m b l - a s e .

chapiËne

_I

1 1 -1 . I N T R O D U C T I O N . L a c a p a c i t é d ' a d a p t a t i o n _{d u r o b o t à u n e t â c h e e s t r i é e à} 1 ' e n s e m b l e d e s c a p t e u r s s e n s o r j _ e l s d o n t i 1 e s t D o u r v u . L a p r e m i è r e p a r t i - e d e ce chapitre _{m o n t r e , a u t r a v e r s} d e 1 ' a n a l y s e d e I ' e x e m p l e h u m a i n , I ' i m p o r t a n c e d e 1 a d i v e r s i f i c a t i o n d e s c a p t e u r s d e s e n s a t i o n s m é c a n i q u e s q u i d é f i n i s s e n t _{l - e r r t o u c h e r " . C e t t e} n o t i o n r a s s e m b l e p l u s i e u r s _{a s p e c t s d o n t l - a s e n s i b i l i - t é t a c t l l e q u e n o u s} é t u d i e r o n s p l u s p a r t i c u l i è r e m e n t . U n e s e c o n d e p a r t i e , _{c o n s a c r é e à u n s u r v o l d e 1 ' é t a t a c t u e ]} d a q n a n h a n a h a ' _{v r r v e , e s t d e s t i n é e à f a i r e} ' l _{e n o i n t q r t n I e s t e c h n i n r r e q c m n l n - , r 6 o q} u r r t ç ç q I q r t ç 1 9 _{l J u r r l u} D U - r s , . . l r e t à s i t u e r l e c a p t e u r d é c r i t d a n s c e t t e é t u d e . L e s d i f f é r e n t e s t e c h n o -l o g i e s p e r m e t t e n t I ' u t i I j - s a t i o n _{d e s c a p t e u r s t a c t i l - e s d a n s f e s d o m a l n e s} a - l - r a n t d e l - a s é c u r i t é , d e I ' u t i l - i s a t e u r _{e t d u m a t é r i e l , p a r e m p l o i _ d ' é} -l é m e n t s t o u t o u r i e n , j u s q u ' à _{l - a s t é r é o g n o s i e ( r e c o n n a i s s a n c e d e f o r m e} e t v o l u m e p a r i n f o r m a t i o n s t a c t i l e s ) a 1 ' a i d e d e c a p t e u r s p e r n e t t a n t 1 ' é v a r u a t i o n _{d ' u n e r é p a r t i t i o n d ' e f f o r t s s u r d e s s u r f a c e s p r a n e s o u} c o u r b e s .

2 . L E X 1 O D E L E H U M A I N . L ' h o m m e e s t p o u r v u d e q u i l u i _ confèrent _{u n e g r a n d e facul}

1 2

-c a p t e u r s d e p e r -c e p t i o n s mé-caniques t é d ' a d a p t a t i o n . o u m é c a n o r é c e p t e u r s L - e s c a p t e u r s d e s s e n s a t i o n s mécanj.ques s e d i v i s e n t _{e n t r o i s c a t é g o r i e s} I p S n I : d o u f e u r ; - l e s c a p t e u r s de s é c u r i t é _{l i é s} a u x n o t i o n s d e c h a f e u r et - l e s c a p t e u r s proprioceptifs q u i d o n n e n t l e s e n s des attl_ t u d e s e t m o u v e m e n t s p e r m e t t e n t _{r - a d é t e c t i o n} d e p h é n o m è n e s t e l s q u e 1a v i - t e s s e , 1 ' a m p r i - t u d e d e r a t e n s i o n des rigaments _{e t m u s c r _ e s . c e s m é c a n o _} r é c e p t e u r s p r é c i s e n t _{r , e s i n f o r m a t i o n s} d r o r d r e _{s p a c i a J _ | B R r 7 7 1 .} L r e n s e m b l e d e c e s m é c a n o r é c e p t e u r s a p p e l l e p l u s c o m m u n é m e n t le toucher. _{L e s e n s d u} s i e u r s n o t i _ o n s : _ _ L a s e n s i b i l i t é _{t h e r m j _ q u e ,} _ - L a s e n s i b i l i t é _{à l a d o u J _ e u r ,} _ l a s e n s i b i l i t é _{t a c t i l e .} L a ' s e n s l b i l i t é _{t a c t i l - e} à r a q u e l J - e n o u s n o u s attacherons p l u s p a r t i c u r - i - è r e m e n t e s t r a c o n s é q u e n c e d , u n contact réger r é s u r t a n t d r u n e d é f o r m a t i o n d e 1 ' é p i d e r m e . _{L e s e u i l d e r - a s e n s i _ b i r i t é} a i n s i q u e l - e n o m b r e d e s m é c a n o r é c e p t e u r s _{e s t f o n c t i o n} d e r - a r o c a r l s a t i o n _{s u r r - e} : : " : : , t ;

" " " " i b i l i t é e s t d e 2 ^ s / ^ ^ 2 s u r ta pulpe des doigts _{e t a t t e i n t} r c m g , / m m - s u r r a face dorsale des d o i g t s . _{L a d i s c r i m i n a t i o n}

d e s p e r c e p _ t i o n s t a c t i l e s v a d e 2 m m s u r l a p u r p e dcs do'gts jusqu,à _{q u e r q u e s c e n _} t ' m è t r e s _{d a n s l e s r é g i o n s p e u s p é c i f i q u e s} à r a s e n s a t i o n t a c t i r _ e _{I n n r z z l .} _ I e s c a p t e u r s extéroceptifs q u i _ d e s c o n t a c t s e t d e l - a déformation _{d e l - a z o n e} L e c o r p s irumain s u r l - e p l a n f o n c t i o n n e l q u e d i v e r s i t é _{d e s c a p t e u r s m a i s} p e r m e t t e n t _{I a d é t e c t i o n} s u p e n f i c i e l l e _{d u c o r p s .} c o m p o s e n t c e q u e I ' o n t c ; u c h e r r a s s e m b l e p 1 u _ e s t p o u r v u d e n o m b r e u x mécanorécepteurs _{t a n t} s u r l - e p J - a n q u a n t i t a t i . f . Il faut noter l a é g a l e m e n t l e r e c o u v r e m e n t _{d e s f o n c t i o n n a l i t é s}

1 3

-e t i n f l u -e n c -e s s p a c i a l e s q u i . r e n d e n t l e s i n f o r m a t i o n s r e d o n d a n t e s . L o i n d ' ê t r e _{n é g a t i v e , c e t t e r e d o n d a n c e a c c r o î t l a s é c u r i t é e t l a v a l e u r d e} 1 | i - n f o r m a t i o n r e c u e l l l i - e .

3 . E T A T D E L ' A R T .

L e s r é a l i s a t i o n s _{d a n s l - e d o m a i n e d e s c a p t e u r s t a c t i l e s} s - ' n t a s s e z l i m i t é e s _{e t s o u v e n t d e c o n c e p t i - o n s i m p l e . N o u s p o u v o n s e n} d i s t i n g u e r _{d e u x t y p e s . L e s o r e m i e r s c o n s t i t u e n t l e s c a p t e u r s d e p e r} -c e p t i o n s p a r c o n t a c t d i r e c t q u i p r e n n e n t I ' i n f o r m a t i o n d i r e c t e m e n t a u c o n t a c t d e s o b j e t s . L e s s e c o n d s n é c e s s i t e n t u n o r g a n e i n t e r m é d i a i r e t r a -d u i s a n t I ' e f f o r t _{d e c o n t a c t e n g r a n d e u r r n e s u r a b l e ( e x : j a u g e d e c o n} -t r a i n -t e ) . L e s c a p t e u r s t a c t i l - e s s e c f a s s e n t e n t r o i s c a t é s o r j - e s s e l o n l e t y p e d ' i n f o r m a t i o n d é I i v r é 2

" lgg_93q!gyr:_!r131t99

:

C o n s t i t u é s e n g é n é r a l d ' u n i n t e r r u p t e u r à c o n t a c t s m é c a n i -q u e s I B O L 7 3 ] o u d e t o u t s y s t è m e f o n c t i o n n a n t e n t o u t o u r i e n . L ' i n f o r -m a t i o n p e u t ê t r e e n r l c h i e _{I L A R 7 6 ] p a r I ' i n t r o d u c t i o n} d ' u n r e s s o r t d o n t l a c o n n a i s s a n c e d e f a r a i d e u r p e r m e t d e d é f i n i r u n s e u j - l - d ' e f f o r t ( f i g . l ) I I O s i F ) k x

TN

NS

F i g u r e I : I n t e r r u p t e u r à s e u i l

1 4 -c e s -c a p t e u r s s o n t u t i f i s é s _{d a n s r e d o m a i n e d e l a s é c u r i t é} e t d e l a d é t e c t i o n d ' o b j e t s .

" ls:_9gqlggr:_lglÉtggg: :

L a s o c i é t é _{U n i m a t i - o n a é t u d i - é u n s y s t è m e constitué d,une} p o i n t e l i é e m é c a n i q u e m e n t à u n e r o u e c o d e . l s " _{I H e n g f ] . L , i n f o r m a t i o n} d r e f f o r t _{e s t t r a d u i t e} p , : r l e d é p l a c e m e n t d e la pointe.

" 1gg_9ee!:yr:_elelggrggg:

:

L e s j a u g e s d e c o n t r a i n t e s _{d e p a r l e u r f i a b i r _ i t é} e t r e u r p r é c i s i o n _{o n t é t é i n t r o d u i t e s} p a r d e n o m b r e u x l a b o r a t o i r e s _{l e o r z a 1} I B A R s 1 ] I R O S 7 5 ] I A B R 7 7 ] l c u r 8 3 ]. t-s constituent _{d e s c a p t e u r s à} c o n t a c t i n d i r e c t n é c e s s i t a n t _{l a f i x a t i o n s u r u n e s t r u c t u r e} m é c a n i . q u e d é f o r m a b ' l - e . L a m e s u r e d e 1 ' e f f o r t _{e s t d é d u i t e d e ' e x p r e s s i o n} ^ R ^ l R r - . I l - i a n t 1 a v a r i a t i o n _{d e l a r é s i s t a n c e é l e c t r i q u e} d e g e m e n t , S u i v a n t l - ' u t i l i s a t i o n , _{c e s c a p t e u r s s o n t} d u r o b o t , s u r ] e p o i g n e t , _{s u r o r g a n e t e r m i n a l} o u l a j a u g e à son al_l-on-I o c a l i s é s _{s u r I a b a s e} s u r l r e n v i r o n n e m e n t .

D e s r e c h e r c h e s o n t é t é menées dans r-e domaine d e 1 , e x p 1 0 i - _ t a t i o n

d e s s y s t è m e s o p t i q u e s . s w o R D et HrLL ont réarisé _{u n e p i n c e p o u r _} v u e d ' é r - é m e n t s s e n s i b l e s _{I c o r r g 1 ] . u n é c r a n v i e n t o c c u l t e r plus}

o u m o j - n s u n f a i s c e a u d e l - u m i è r e émis par une diode él-ectroluminescente. _{L e} f a i - s c e a u r é s u r t a n t _{e s t r e c u e i l J - i p a r u n p h o t o t r a n s i s t o r .} L r e f f o r t m e s u _ r é s e r a f o n c t j - o n d e l _ a p o s i t i o n d e l _ , é c n a n ( f i g . _{Z ) .} - B o u l o n p r i n c i p e - - ; l ' f l ,.,on --r_-_--_1- -- - -ff I r a n ! t l l o r O r o d e é m r s s r v e B o v t o n s t e n ! r b l e l

DÔ

F i g u r e _{2 : C a p t e u r d e SWORD e t}

H r L L I C O r F 8 1 ]

U n s y s t è m e s i m i l a i r e _{à b a s e d e} p a r l a s o c i é t é S o u r i a u . f i b r e s o p t i q u e s a é t é r é a l i s é L e P V F 2 ( p o l y f J _ u o r u r e d e v i n y l i d è n e ) _{e s t u n p o l y m è r e q u i} p r é s e n t e ' _{a p r è s u n t r a i t e m e n t} m é c a n i q u e , t h e r m i q u e e t é J - e c t r i q u e n un c o e f f i c i e n t p i é z o é l e c t r i q u e _{i m p o r t a n t .} c e m a t é r i a u s e p r é s e n t e s o u s for-m e d e f e u i r l - e s d e d i f f é r e n t e s é p a i s s e u r s I D A R g 2 _{] I D A R} g 3 _{J . L a m e s u r e} d e f a q u a n t i t é _{d e c h a r g e s d é p l a c é e s p a r 1 a p o l a r i s a t i o n} p e r m e t d e d é d u i _ r e l - a p r e s s i o n e x e r c é e s u r l - e m a t é r i a u ( f i g . 3 ) . Ce re1evé a L , a v a n r a s e d ' ê t r e l - in é a i r e . C e r t a j - n s c r i s t a u x n a t u r e l s , a r t i f i c i e l - s o u m i q u e s s e p o r a r i s e n t _{s o u s f i n f r u e n c e d ' u n e c o n t r a i n t e} I ' e f f e t p i é z o é I e c t r i q u e I M I C 8 2 l . M a l g r é q u e l q u e s d i f f i c u l t é s m e s u r e s , I e s p o l y m è r e s p i é z o é l e c t r i q u e s c h a m p d r a p p l i c a t i o n i m p o r t a n t ( c a p t e u r m i t é . . . ) [ D A R 8 3 l . c e r t a i n e s c é r a -m é c a n i q u e : c ' e s t d ' e x p l o i . t a t i o n é l e c t r o n i q u e _{d e s} c o n s t l t u e n t _{u n m a t é r i a u a y a n t u n} t a c t i l - e , _{d e c o n t a c t , d e p r o x i} -f e u i L l e d e P V F 2 c o n n e x i o n c i r c u i t i m p r i m é b j e t à r e c o n n a î t r e F i g u r e 3 : C a p t e u r p i é z o é l e c t r i q u e I D A R g 2 l

L e s m a t é r i a u x é f a s t i q u e s _{c o n d u c t e u r s é t u d i é s} l a b o r a t o i r e s _{d e r e c h e r c h e s s e r a p p r o c h e n t d u m o c t è r e de 1a}

p a r p l u s i e u r s p e a u h u m a i n e .

L e L A A S d e T o u l o u s e a d é v e l o p p é u n capteur tacti-re à efforts r é p a r t i s _{à b a s e d ' u n é l - a s t o m è r e c h a r g é d e p a r t i c u l - e s conductrices} I c L O g 2 ] c e c a p t e u r e s t b a s é s u r r e s v a r i a t i o n s _{d e 1 a r é s i s t a n c e é r e c t r i q u e e n t r e} d e u x . p o i n t s d e I ' é I a s t o m è r e _{( f i g . 4 ) .} En.qa aldqmx F i g u r e 4

L

: C a p t e u r à

l"

H

R A I B E R e t T A N N E R _{I R A r 8 2 ]} d é v e l o p p e m e n t d e c e c a p t e u r e n f i x a n t g r é V L S I p e r m e t t a n t a i n s i d e r é a l - i s e r n é e s , I e t r a i t e m e n t e t l - a t r a n s m i s s i o n i é l a s t o m è r e c o n d u c t e u r I g R ] s o n t a l l _ é s p l u s l o i n d a n s l e I e m a t é r i . a u s u r u n c i - r c u i t i n t é _ d i r e c t e m e n t I ' a c q u i s i t i o n _{d e d o n _} d e s i n f o r m a t i o n s t a c t i l - e s . P U R 8 1 ] q u i m e t t e n t d e u x c o r d e s d e c a o u t

-l

,

D ' a u t r e s _{t e c h n i q u e s s o n t d é v e l o p p é e s} I e n j e u l a v a r i a t i o n _{d e l a s u r f a c e d e c o n t a c t e n t r e} c h o u c a u s i l j _ c o n e c r o i s é e s s o l l i c i t é e s ( f i g . 5 ) . c a o u t c h o u c a u s i l _ i c o n e V a r i a t i o n d e d e c o n t a c t _I r é s i s t a n c e p a r P U R 8 1 l l;'\ \ H r ô r r F ô h . ^ f é 3 s . v v v a i r a t i o n _{d e s u r f a c e}

1 7

-U n e a u t r e t e c h n i q u e d é v e l o p p é e par HILLIS _I u n s u p p o r t c o n d u c t e u r s u r l e q u e ] il dépose un maillage f e u l r l e _{d e c a o u t c h o u c c o n d u c t e u r r e c o u v r e re tout. une} à I ' e n s e m b l - e déforme -r-e caoutchouc, augmente r-a surface J - e s u p p o r t e t d i m i n u e l - a r é s j . s t a n c e R (fig. 6). H I L 8 1 ] u t i l i s e r s o l - a n t . U n e p r e s s l o n l m p o s é e e n c o n t a c t a v e c d ' e x p l o i -d e f i b r e s é t u d l é e n c a o u t c h o u c u s i f i c o n e

s u p p o r t

c o n d u c t e u r i s o f a n t F i g u r e 6 : C a p t e u r d e H I L L I S _{[ H r l a f ]} D a n s 1 ' e n s e m b r e , r e s c a o u t c h o u c s conducteurs présentent c e r t a i n s i n c o n v é n i e n t s : I H A R g 1 ] - b r u i t s ' _{n o n l i n é a r i t é s , h y s t é r é s i s ,} f a t i g u e , _{c o n s t a n t e d e} t e m p s l o n g u e . A R L a r c o m b e I L A R g 1 ] m e t e n é v i d e n c e l a p o s s i b i l i t é t a t i o n _{d e r a p r o p r i é t é} d e c o n d u c t i o n é l e c t r i q u e _{d , u n e n s e m b l e} d e c a r b o n e . c e ' m a t é r i a u _{q u e n o u s a v o n s c h o i s i d,utiliser} s e r a d é t a i l _{d a n s l _ e c h a p i t r e s u i v a n t .} 4 . C O N C L U S I O N . C e c h a p i t r e a p e r m i s d e s t e c h n o l o g i e s _{e m p l o y é e s d a n s l} -s e m b l e d e -s t e c h n i q u e -s d é c r i t e -s n e d e c o n s t a t e r _{u n e g r a n d e d i v e r s i f i c a t i o n} ' é l a b o r a t i o n d ' u n c a p t e u r t a c t i l - e . L ' e n _ c o n s t i t u e _{p a s u n e l _ i s t e e x h a u s t i v e .}

1 8

-D e s r e c h e r c h e s s u r 1 ' e x p l o i t a t i . o n _{d r a u t r e s p r i n c i p e s p h y} -s l q u e -s c o m m e ] a p i é z o r é -s i -s t i v i t é _{d a n s l - e s s e m i - c o n d u c t e u r s , r a m a g n é} -t o é l a s -t j - c i -t é o u l a m a g n é t o r é s i s t i v i t é , _{s o n t a c t u e l l - e m e n t e n t r e p r i s e s}

f s r n s e ] f u n c

s s ]

eha piËne

II

2 0

-1 . ] N T R O D U C T I O N .

L ' é t u d e e n t r e p r i s e _{v i s e à c o n c e v o j - r u n c a p t e u r tactil-e dont} I e s p r o p r ' i é t é s

s e r a p p r o c h e n t d e c e l - l e s d e l a p e a u humaine. Les capteurs à c a o u t c h o u c c o n d u c t e u r p r é s e n t e n t une ana]ogie avec cefle_ci par l e u r s o u p l e s s e e t r - e u r r é s i s t a n c e m é c a n i q u e . Le pri.ncipe _{e m p l o y é e s t s i m p J _ e} e t n e n é c e s s i t e p a s u n i - n t e r f a c a g e électronique complexe. M a l h e u r e u s e -m e n t , c e -m a t é r i a u p r é s e n t e d e s i-nconvénients co-m-me nous l,avons é v o q u é a u b h a p i t r e p r é c é d e n t .

L a r c o m b e I L A R 7 1 ] a é t u d i - é l e s p r o p r i é t é s e t c a r a c t é r i s t i - - - - ' - - l , . . q u e s d e s m a t é r i a u x p o u v a n t constituer un capteur tactil-e. _{S e s t r a v a u x}

l - ' o n t c o n d u i t à c l r e s s e r l - a 1 i s t e sui-vante : C e s m a t é r i a u x d o i v e n t - a v o i r u n e r é s i s t a n c e s t a b l e , - ê t r e s o l i d e s e t f l e x i b l e s . - r é s i s t e r à d e f o r t e s c o n t r a i - n t e s , - ê t r e c ' o m p a c t s de préférence, faminaires _{o u f i l - a m e n r e u x .} _ s ' a d a p t e r s u r une surface quelconque,

- p e r m e t t r e d ' a t t e i n d r e _{d e s r é s o l u t i o n s d e I ' o r d r e d u m i l l i} -m è t r e . _ ) D a n s n o t r e é t u d e , n o u s u t i l i s e r o n s l e f e u t r e d e f i b r e s d e c a r b o n e q u i p r é s e n t e u n e g r a n d e p a r t des caractéristiques _{é n o n c é e s .} I 2 . L E C A P T E U R T A C T I L E .

a 1 L

-2 . r

L e s f i b r e s d e c a r b o n e . L e s f i b r e s _{d e c a r b o n e s o n t f a b r i q u é e s à p a r t l r c r e f i b r e s} a c r y l i q u e s _{s o u s p y r o l y s e c o n t r ô l - é e a v e c d e s p J - a g e s d e t e m p é r a t u r e s pou_} v a n t s ' é l - e v e r j u s q u ' à 3 O O O o C _{I C A R ] I C O U 8 1 1 .}

-1

T r o i s s t a d e s d e f a b r i c a t i o n s _{s o n t n é c e s s a i - r e s} . l - a c a r b o n i s a t i o n e t l a g r a p h i t a t i o n . U n t r a i t e m e n t p h y s i c o _ c h i m i q u e _{d e s s u r f a c e s e n} r a t i o n _{a m é l i o r e 1 e s q u a l - l t é s m é c a n i q u e s .} L e p r o d u i t a i n s i c o n s t i t u é s e p r é s e n t e f i l a m e n t s _{g r o u p é s e n m è c h e s , a y a n t q u e l q u e s m i c r o n s} r é s l s t i v i - t é a l l a n t _{d e 5 O O à 1 5 O O u f , L c m .} : I ' o x y d a t i o n , f i n d ' é l a b o -H a b i t u e l l e m e r : t , _{c e p r o d u i t e n t r e d a n s 1 a} m a t é r i a u _{c o m p o s i - t e e n c o m b i n a n t r-es mèches avec une} q u e s , v e r r e s , _{c é r a m i q u e s , m é t a u x o u a u t r e s f ô r m e s d e} s o u s f o r m e d e I o n g s d ' é p a i s s e u r e t u n e c o m p o s i t j _ o n d ' u n r é s i n e , d e s p l a s t i -c a r b o n e . L e s p r o d u i t s i - n d u s t r i e l s _{à b a s e d e f i b r e s d e c a r b o n e s e p r é _} s e n t e n t s o u s p l u s i e u r s _{f o r m e s d o n t :} * l _ e s r u b a n s tissés correspondant à n o t a m m e n t I e r e n f o r c e m e n t _{d e s m a t é r i a u x l _ a m i n é s} d i f f é r e n t e s u t i l i - s a t i o n s p l a s t i q u e s . * , I e s s o c i é t é L I B E L T E X l o n g u e s ( q u e l q u e s f e u t r e s : - l - e s f e u t r e s a i g u i l l e t é s , 1 ( B e l g i q u e ) l c o n s t i t u e n t u n 2 c e n t i m è t r e s ) n o t a r n m e n t p a r l a e n c h e v ê t r é d e f i b r e s

[ - ^ ^ , , . * ^

g / r v q u r u è e n s e m b l - e - I e s f e u t r e s d i s t r i b u é s . p a r L O R R A I N E " s o n t formés par un amalgame de fj.bres ( 2 , 5 à 5 m m ) d i s p o s é e s a l _ é a t o i r e m e n t et formant

I a s o c i é t é _{" L E C A R B O N E} d e c o u r t e s d i m e n b i - o n s u n e n s e m b l e c o m p a c t .

d e l a d e l - a

2 2

-L e p r i n c i p e d u c a p t e u r t a c t i l e e s t r é s i s t a n c e _{é J _ e c t r i q u e , e n d e u x p o r n t s d u} p r e s s i o n à 1 a q u e l l e i _ l _ e s t s o u m j - s . b a s é s u r 1 a v a r i a t i o n m a t é r j , a u , e n f o n c t i o n L e s r u b a n s t i s s é s o u f e s f e u t r e s rassembfent plusleurs _{c e n} -t a i - n e s d e f i b r e s _{q u i s o n t e n l i a i s o n é l e c t r i q u e p a r y i n t e r m é d i a r r e} d e s c o n t a c t s i n t e r f i b r e s . _{L a c a r a c t é r i s t l q u e d e l - a r é s i s t a n c e} d , u n e i n t e r -s e c t i o n _{e s t d u t y p e " d e u x é t a t s " ( i n t e r r u p t e u r )} m a i - s a y a n t u n e v a l e u r o h r n i q u e é l - e v é e ' L ' a p p l i c a t i o n _{d ' u n e p r e s s i o n s u r 1 ' e n s e m b r e a c c r o î t l a} d e n s l t é d e c o n t a c t s . L a v a r i a t i o n _{d e r - a r é s i s t a n c e g l o b a l e , q u i e s t 1 e} r é s u l t a t _{d e 1 a s u p p e r p o s i t i o n d e s d i f f é r e n t s , r i n t e r r u p t e u r s , ,} s e c a r a c -t é r i s e _{p a r u n e f o n c t i o n m o n o t o n e de la pression exercée} I l a n z o 1 . P - f r / D \ L ' e x p é r i m e n t a t i o n _{m o n t r e I l e n a r ] q . , u r e s p r e s s i o n s éf evées} m e t t e n t e n j e u 1 e s p r o p r i é t é s _{é l a s t i q u e s d u m a t é r i a u .} L a s u r f a c e d e c o n -t a c -t _{e n t r e d e u x f i b r e s c r o i s é e s s o l r i c i t é e s} v a r i e e n f o n c t i o n _{d e r _ a} p r e s s i o n

e x e r c é e ' u n a c c r o i s s e m e n t d e l - a surface engendre une diminut1on d e l a r é s i s t a n c e é l e c t r i o u e . 2 . 3 . C o n c e p t i o n d u c a p t e u r .

2 . 3 . 1 . ltÏgteg.

L e c a p t e u r e s t r é a . i s é à p a r t i r _{d ' u n é c h a n t i r - r - o n d e} d e f i - b r e d e c a r b o n e ( F . F . C . ) m é t a l l i s é s u r c h a q u e face à I,aide f e u i l l e s c o n d u c t r i c e s

e n a l u m i n i u m . L e c o u r a n t e s t mené sur res f a c e s a u t r a v e r s d ' é I e c t r o d e s e n c u i v r e ( f i g . 7 ) . m é _{t a l - I i s a t i o n} f e u t r e d e f e u t r e d e u x I é l - e c t r o d e s e n c u i v r e F j - g u r e 7 : C o n s t l t u t i o n _{d , u n c a p t e u r} f i b r e s _{d e c a r b o n e}

I I d a i r e s l e s u n s L a f i x a t i o n d e s p a r c o l J - a g e à I

- 2 3 _

e s t n é c e s s a i r e q u e l e s d i f f é r e n t s é l é m e n t s s o i e n t s o l i -d e s a u t r e s a f i n -d e -d i m i n u e r r e s r é s i s t a ' c e s d e c o n t a c t s é l e c t r o d e s _{e t d e s f e u i l l e s d r a r u m i - n i u m e s t e f f e c t u é e} ' a i d e : - s o i t p a r u n e c o l - l e c o n d u c t r i c e au silicone nécessirant u n e p o l y m é r i s a t i o n _{à c h a u d .} - s o r t p a r u n e r é s i n e c o n d u c t r i c e à I ' a r s e n t .

L e c a p t e u r q u e nous venons de décrire met en jeu t i b i l i t é _{t r a n s v e r s a t - e . | r r e s t p o s s i - b l e d e c o n s i d é r e r u n a u t r e} c o n d u c t i o n s i n o u s J i r " n t o n s n o t r e é c h a n t i l l o n p a r u n e m ê m e m e l e m o n t r e l a f i e u r e 8 . L a c o n d u c -t y p e d e f n a a ^ ^ m -F i g u r e 8 : C a p t e u r e n c o n d u c t i b i l _ i t é f e u t r e d e f i b r e s c a r b o n e m é t a l f i - s a t i o n l o n g i t u d i n a l e . d e a l - im e n t a t i o n L a p r e s s i o n e s t a l o r s d é d u i t e d e l a c o n d u c t i b i l i t é l o n g i t u d i n a l e , d e l a m e s u r e d e I a v a r i a t i o n C e s d e u x t y p e s d e c o n d u c t i o n o n t

2 - 3 . 2 . llrlgllgltgl:

é t é e x p é r j - m e n t é s .

2 4

-L e t y p e d ' a l - i m e n t a t i o n p e r m e t d e c h o l s i r l a f o r m e s o u s I a q u e l l e s e r a v é h i c u l é e f i n f o r m a t i o n d e l _ a p r e s s r o n . * a f i m e n t a t i o n e n c o u r a n t ( f i g . g ) : F i g u r e 9 : A l i m e n t a t i o n _{e n c o u r a n t .} u n c o u r a n t c o n s t a n t a p p l i q u é _{a u c a p t e u r g é n è r e u n e d i f f é} -r e n c e d e p o t e n t i e l - l - e p -r o p o -r t i o n n e l f e _{à l - a r é s i s t a n c e R . L ' a m p l i f i c a} -t e u r d e -t e n s i o n i d é a l A p e r m e -t à 1 a f o l s 1 ' a d a p -t a -t i o n de J-'impédance a j - n s i q u e J - e c h o i - x d e la gamme des tensions à traiter.

x a l i m e n t a t i o n e n t e n s i o n ( f i g . 1 0 ) :

1 ' t l _f(

U n

T I n é < r r ' l i - a - f_{v q r r u t} c o n v e r t i s s e u r

2 5

-g é n é r a t e u r d e t e n s i o n V s u p p o r t d e I ' i n f o r m a t i o n c o u r a n t - t e n s i o n T , I a l - i m e n t e 1e capteur. Le courant e s t t r a d u i t e n t e n s i o n p a r l e L a t e n s i o n V ^ o b t e n u e e s t e t à l - ' i n v e r s e d e I a r é s i s t a n c e R . p r o p o r t i o n n e ] - 1 e a u c o u r a n t I ' 1 4 r e p r é s e n t a n t _{I e s t r a c é s p o u r u n e g a m m e} c o n f i r m e n t _{l _ e s c o n s t a t a t i o n s} p r é c é c i e m m e n t 2 . 4 . E x p é r i m e n t a t i o n

2 . 4 . I . !g:_I:y!fg:_!fllis et aiguirletés

L e s e s s a i s d e v a r i a t i - o n s d e l a r é s i s t a n c e e n f o n c t i o n de la p r e s s i - o n a p p l i q u é e o n t é t é e f f e c t u é s sur Les différents t y p e s d e F F C r e n c o n t r é s s u r l - e m a r c h é . L e s c o u r b e s d e s f i g u r e s 1 1 e t 1 2 r e p r é s e n t e n t l a variation d e l a r é s i s t a n c e _{t r a n s v e r s a l - e r e s p e c t i v e m e n t p o u r I e s f e u t r e s t i s s é s} p u i s a i g u i l l e t é s . _{L a g a m m e d e s p r e s s i o n s v a r i e d e o à t o k g / c n 2 . c e s} t r a c é s r é v e l l e n t d e s f l u c t u a t i o n s a l é a t o i r e s _{d e L a r é s j - s t a n c e q u i s o n t} i - n c o m p a t i b l - e s a v e c 1 e t y p e d e c a p t e u r q u e n o u s désirons concevoir. N é a n m o i n s , 1 a v a r i a t i o n i m p o r t a n t e _{d a n s 1 a z o n e d e s b a s s e s} p r e s s i ' o n s n o u s p e r m e t t r a i t _{d ' e m p l o y e r c e m a t é r i a u d a n s 1 ' é l a b o r a t r o n} d ' u n c a p t e u r d u t y p e " i n t e m u p t e u r à s e u i l ' r . L e s d e p r e s s i o n s d e é t a b l i e s .

f i - g u r e s 13 et

, 2

u a l R g l c m ,

2 . 4 . 2 .

_{l g : _ I g g t r e s}

_{" L E C A R B O N E}

_{L O R R A I N E ' ,}

L ' e x p é r i m e n t a t l o n _{q u e n o u s a v o n s m e n é e s u r} s o c i - é t é " L E C A R B O N E L O R R A T N E , _{a a b o u t i à d e s r é s u l t a t s} r e r . i . u . d e l a

p l u s p r o m e t t e u r s .

-26-N E o r. C)

â.

tr) \c_) v) a

..-{

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p J C) r-l I .l -l I OI trl tl hnl '11 '-l q)

-27-C\l E O è!

Ç

o n. \a) q) _1 _1 |'o ..1 a b! .-t (d a I o I Nl r_l I I ol trl al hnl -al

:-|

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c)

o , 5

F i g u r e 1 3 : F e u t r e t i s s é .

2 4

-ô q_{- t "} F e u t r e a i g u i l l e l ; é . c l l

)

K g l c m

2

K E / cm

\

F i g u r e 1 4 : P e n

2 9

-L a f i , g u r e 1 5 r e p r é s e n t e l - a v a r i a t i o n v e r s a l e _{d ' u n f e u t r e a l i m e n t é e n c o u r a n t .} L e t r a c é t r e u n b r u i t d e m e s u r e n é g 1 i g e a b l e . d e l a r é s i s t a n c e t r a n s -o b t e n u f a i t a p p a r a î

-E n a n a l y s a n t c e t t e c o u r b e , n o u s constatons une variation de l a r é s i s t a n c e _{t r è s m a r q u é e d a n s r - a z o n e d e b a s s e s p r e s s i o n s , ce qul cor_} r e s p o n d à I ' a u g m e n t a t i o n _{d e l a d e n s i t é d e c o n t a c t s i n t e r f i - b r e .}

c e p h é _ n o m è n e t e n d à se stabir-iser à p a r t i r _{d e 1 . k g / c r n 2 . o r . , - d " } à de cette va_} l e u r , l a v a r i a t i o n _{d e r a r é s i s t a n c e e s t p r o v o q u é e e s s e n t i e r l e m e n t} p a r l a m o d i f i c a t i o n _{d e s s u r f a c e s d e c o n t a c t e n t r e f i b r e s d u e à l , é l a s t i c l t é} d u m a t é r i a u . L a p r o p r i é t é é r a s t i q u e _{d e s f i b r e s d e c a r b o n e n , é t a n t p a s} t r è s i m p o r t a n t e ' _{n o u s c o n s t a t o n s u n e d é t é r i o r a t i o n} r a p i d e d u f e u t r e . L r a l i m e n t a t i . o n _{d u c a p r e u r p a r u n e s o u r c e} d é l - i v r e _{u n e i n f o r m a t i o n i n v e r s e m e n t p r o p o r t i o n n e r r - e} à ( c h a p i t r e _{I I - : 2 . 3 . 2 . ) .} L e t r a c é e x p é r i m e n t a L a p e r m i s I a c o u r b e o b t e n u e e s t p r o c h e d r u n r é s u _ l _ t a t l_inéaire ( d e t e n s i c n n o u s l a r é s i s t a n c e d e c o n s t a t e r q u e f i e . 1 6 ) . L e s e s s a i s e n c l - u s i o n s s i m i l a i r e s . N o u s m i n u é ( f i g . 1 5 b . . = 1 6 b ) . c o n d u c t i _ b i l i t é _{l _ o n g i t u d i n a l _ e d o n n e n t d e s c o n _} c o n s t a t o n s c e p e n d a n t q u e l _ a s e n s i b i l i t é _{a d i _ _}

2 . 4 . 3 .

l f g e l f É l g : "t caractérist:-ques.

2 . 4 . 3 . 1 . _{C o n s i d é r a t i o n s o h m i q u e s .} L a c o n n a i s s a n c e d e I a p l a g e J - e c a p t e u r e s t f o n d a m e n t a l e p u i s q u ' e L l _ e d r a r n p l i f i c a t i o n s _{e t d ' i n t e r f a c a g e a v e c} d o n n é e s . D e u x c a s s e d i s t i _ n s u e n t : L a c o n d u c t i b i r i t é t r a n s v e r s a r e _{p r é s e n t e u n e r é s i _ s t a n c e} h o r s p r e s s i o n v a r i a n t _{d a n s u n e f o u r c h e t t e} d e 1 4 à 1 5 o h m s p o u r u n c e n _ t i - m è t r e c a * é _{d e s u r f a c e . L o r s d e 1 ' a p p l i c a t i o n} d , u n e p r e s s l o n d e ) 1 0 k g / c m - n o u s a t t e i g n o n s u n e v a r e u r avoisinant 4 à g ohms. d e s v a l e u r s _{o h m i - q u e s p r j - s e s p a r} v a c o n d i t i o n n e r ] e s c i r c u i t s I ' é l e c t r o n i q u e d ' a c q u i s i t i o n _{d e s}

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-L a c o n d u c t i b i r - i t é l o n g i t u d i n a l e _{q u i m e t à c o n t r i b i t o n r a} f o r t e c o n d u c t i v i t é i n t r l n s è q u e _{d e s f i b n e s e s t p l u s é r e v é e . L a v a r _ e u r} o h m i - q u e à c h a r g e n u r r - e e s t d e r - , o r d r e de 4 ohms et n,attei-nt qu,un à d e u x o h m s à u n e p i ' e s s i o n d e 1 0 k g / c ^ z . Le capteur ayant permi-s d,éta-b L i r c e s m e s u r e s e s t r e p r é s e n t é p a r 1a fieure 17.

F F C

S u p p o r t s

c o n d u c t e u r s

'/".-i F '/".-i g u r e 17\ capteur en conduct'/".-ib'/".-i r '/".-i té r nno'/".-i '/".-i-,rÀ.'/".-i-^r ^

. , v v + v r r é r u q u l t l d ' t c

L a c o n c l u s i o n à t i r e r l a d i s p a r i t é _{d e s v a l _ e u r s o h m i q u e s} u n c o m p o s a n t dont la fabrication s i t é s d e p r o b a b i l i t é _{d e c o n t a c t .} d e s e s s a i s p r é l i m i n a i r e s _{c o n s t i t u e} d r u n f e u t r e à I ' a u t r e . L e F . F . C . e s E L u i c o n f è r e une inhomogénéité des den_

L a f i g u r e _{1 g r e p r é s e n t e r e t r a c é d ' u n cycre de mise sous} c o n t r a i n t e _{d e p l u s j - e u r s é c h a n t i 1 1 o n s .} L e s p r e s s i o n s s o n t l i m i t é e s à ) 2 o o g r / c n - _{a f i n d e r é d u i r e l a d é t é r i o r a t i o n} d u f e u t r e . _{u n e a n a r y s e c o m _} p a r a t i v e _{f a i t a p p a r a î t r e} q u e l e s c o u r b e s n e d i f f è r e n t _{q u e p a r u n e t r a n s _} l - a t i o n a u - d e l à d e 1 0 Er/cnZ. U n e a p p r o x i m a t i o n _{d e I a c a r a c t é r i s t i q u e} f o n c t i o n _{m a t h é m a t i q u e de la forme :} I

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-f a i t a p p a r a î t r e d e s v a l e u r s i d e n t i q u e s _{p o u r l e s c o n s t a n t e s a e t b . S e u f} c , d é f i n i s s a n t u n e t r a n s l _ a t i o n , e s t m o d i f i é . a = J I U _ 2 h - { t t l c r r : n i p d a 6 à Q 2 . 4 . 3 . 2 . L a s t a b i l i t é d e s m e s u r e s . L ' é t u d e d e I a s t a b i l i t é _{d e s m e s u r e s p o r t e s u r p l u s i e u r s} ^ ^ - ^ ^ + ^ 4 ù P g U U > . - s t a b i - f i t é _{d ' u n p o j _ n t d e m e s u r e a u c o u r s d u t e m p s :} L ' e s s a i _{d e m a i n t i . e n d r u n e c o n t r a i n t e c o n s t a n t e s u r u n é c h a n} -t i l l - o n d e f e u t r e _{r é v è l - e u n e f a i b l - e v a r i a t i _ o n de l-a rési-stance}

au cours du temps tf:6rc1

.

c e t t e v a r i a t i o n e s t f o n c t i o n _{d e 1 ' a m p l i , t u d e d e l a p r e s s l o n} a p p r i q u é e ( f i € i \ ' 2 0 ) . _{A u x v a L e u r s d e p é r e v é e s , l a m o b i l i t é} r e l - a t i v e d e s f i b r e s e s t r i m i t é e , é v i t a n t a i n s i u n e f o r t e d é r i v e d e 1 a r é s i s t a n c e . - s t a b i l i t é d e I a c a r a c t é r i s t i q u e _{R = f ( p ) e n f o n c t i o n d u} n o m b r e d e c y c l e s . E n e f f e c t u a n t _{u n e m i s e s o u s c o n t r a i n t e c y c l i q u e , n o u s r e _} m a r q u o n s u n e d é r i v e d e l a c a r a c t é r i s t i q u e _{R = f ( p ) . A} c h a q u e c y c l e d e m e s u r e , r a r é s i s t a n c e _{d u F F C d i m r n u e , t a n t} e n c o n d u c t i b i - 1 i t é l o n g i t u d i n a l e q u e t r a n s v e r s a r e ( f i g . - p - _{, z z ) .} N o u s a t t r i - b u o n s c e t t e v a r i a t i o n _{à d e u x c a u s e s :} . l a p r e m i è r e r é s i d e d a n s r e c h o i x d e s g a m m e s de pressions ô ( 0 à 1 0 k g / c m ) . L e f e u t r e r é s i s t e m a r a u x c o n t r a i n t e s r a d i a -l e s q u i - b r i s e n t l e s f i b r e s e n t r a î n a n t u n e v a r i a t i o n d e r a r é s i s t a n c e g l o b a l e . _{c e t t e c o n s t a t a t i o n n o u s o b r i g e à d i m i n u e r}

t e n m n F ' i o r r n a 1 Q 5 V a r i a t i o n _{a u c o u r s d u t e m p s .}

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A 2 2 r e p o u r u n e p r e s s i o n d e 1 O 0 g / c m e s t d e 5 % e n m o y e n n e d e l a v a r i a -t i o n t o t a l e p o u r 1 a c o n d u c t i b i l i t é t r a n s v e r s a f e . D a n s l e s m ê m e s c o n d i -t i o n s d e m e s u r e , I ' e r r e u r e n c o n d u c t i b i l i t é l o n g j , t u d i n a l e a t t e i n t 1 0

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C e s d i s p a r i t é s d e s m e s u r e s p r o v i e n n e n t n o t a m m e n t d e s i m p r é -c i s i o n s d u c a p t e u r m a i s é g a l e m e n t d e s c o n d i t i o n s e x p é r i m e n t a l e s p u i s -q u e I a p r e s s i o n a p p l i -q u é e n r e s t p a s r e p r o d u i t e , r i g o u r e u s e m e n t d e I a m ê m e m a n i è r e . L ' e n s e m b l e d e s m e s u r e s e f f e c t u é e s p e r m e t d e c o n s t a t e r q u e I e s c a p t e u r s u t i l i s a n t 1 a c o n d u c t i b i l i t é t r a n s v e r s a l e s o n t p l u s f i d è I e s . L a f i g u r e 2 5 r e p r é s e n t e l a r e p r o d u c t i b i l i t é p o u r l e s d e u x t y p e s d e c o n -d u c t i b i l i t é . 2 . 4 . 3 . 4 . L ' h v s t é r é s i s . L e s c a p t e u r s t a c t i l e s , n o t a m m e n t c e u x c o n ç u s à p a r t i r - d ' u n é l - a s t o m è r e c o n d u c t e u r s o n t e m p r e i n t s d ' u n h y s t é r é s i s _{f r y + n - A i l .} P o u r I e c a p t e u r F F C , f ' é c a r t m a x i m u m e n r e g i s t r é e n t r e I a c a r a c t é r i s t i q u e R = f ( P ) , ] - o r s d ' u n e v a r i a t i o n p o s i t i v e d e O à Z S O g r / c n Z r l e l a n n a c c i n n o l l a m ê m e c a r a c t é r i s t i q u e , p o u r u n e v a r i a t i o n n é g a t i v e d e 2 5 0 à o g r / c m , e s t d e 2 à 3 % p a r r a p p o r t à r ' e x c u r s i o n t o t a l - e d e r a r é s i s t a n c e ( f i g . 2 6 ) . C e t t e h y s t é r é s i s e s t t o u j o u r s i n f é r i e u r e a u x e r r e u r s j n t r o -d u i t e s p a r l e s . s t a b i l - i t é s e t l a r e p r o d u c t i b i l i t é d e s m e s u r e s . A i n s i , d a n s n o s a p p l i c a t i o n s , n o u s I a n é g l i g e o n s . 2 . 4 . 3 . 5 . A s p e c t s m é c a n i q u e s . - R é s i s t a n c e m é c a n i q u e : L ' é t u d e d e s c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s d u f e u t r e d é f i n i e 1 e s c o n d i t i o n s d ' u t i l i s a t i o n d u c a p t e u r .

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4 7 -L ' e x p é r i - m e n t a t i o n _{p e r m e t d e c o n s t a t e r q u e I e F F C r é s i s t e} m a l - a u x f o r t e s p r e s s i o n s . _{L e s f i b r e s d e c a r b o n e s e b r i - s e n t} s o u s I ' i n f l u e n c e d e c o n t r a i n t e s r a d i a r e s _{c e q u i a p o u r e f f e t} d e m o d i f i e r L r a l l u r e d e l a c a r a c t é r i s t i q u e R = f ( p ) ( f i s _ . 2 7 ) . ]' D e s e s s a i s d ' a m é f i o r a t i o n s _{d e l a t e n u e m é c a n i q u e p a r i n j e c} -t i o n d ' u n r i a n -t ( l a t e x , _{c a o u t c h o u c a u s i r i c o n e d i l u é , c o l J - e ,} e t c . . . ) n ' o n t p a s d o n n é d e r é s u L t a t s s a t i s f a i s a n t s . L e r i a n t a f f e c t e _{l a c o n d u c t i o n é l - e c t r i q u e d e d i v e r s e s m a n i è r e s :} . n o n c o n d u c t e u r , i l e n r o b e l e s f i b r e s r e n c l a n t l e f e u _ t r e i - s o I a n t . . t r o p r i g i d e , i l d i r n i n u e l _ e s v a r i a t i o n s d e r é s i s t a n _ c e s e n f o n c t i o n d e ] a p r e s s s i o n . . t r o p é I a s t i q u e , i l d é c h i r e l _ e f e u t r e s o u s c o n t r a i n t e . . i I i n t r o d u i t u n h y s t é r é s i s ( f i p < / Z } ) . . i l - c r é e u n b r u i t d e m e s u r e i m p o r t a n t . - Raideur du feutre : L a f i g u r e 2 9 r e p r é s e n t e r ' é c r a s e m e n t d u f e u t r e e n f o n c t i o n d e s c o n t r a i n t e s a p p l i q u é e s . L ' i n h o m o g é n é i t é _{d u F F C f a i t} a p p a r a î t r e u n e d i s p a r i t é d e s c o u r b e s d ' u n é c h a n t i l - l o n à l - 'a u t r e . 2 . 4 . 3 . 6 . A u t r e s p r o p r i é t é s , - Impédance :

U n e é t u d e d u c o m p o r t e m e n t du FFC soumis à une tension sinu-s o r d a l - e m o n t r e q u e I ' i m p é d a n c e c o m p l e x e sinu-s e r é sinu-s u m e à l a p a r t i e r é e r l e . c e t a s p e c t p h y s i q u e p e r m e t d e c o n s t a t e r q u e l e t e m p s d e r é p o n s e él_ec-t r i q u e e s t n u l - . - Tenue en température : D e s e s s a i s d e t e n u e e n t e m p é r a t u r e d e 2 0 à 1 o o o c m e t t e n t e n é v i d e n c e u n e s t a b i l i t é d e I a m e s u r e . I - J

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4 9 -F i s u r e 2 8 : H v s t é r é s i s i n t r o d u i t s v D n a n I c I e f e vP a r r ç f o u g ^ . d e d i l u t i o n l a t e x d a n s 1 ' e a u d e

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F i g u r e 2 9

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150

: E c r a s e m e n t d u c a p t e u r .