Méthode des blocs sensitifs pour la synthèse optimale de mécanismes flexibles à mesure piézoélectrique intégrée

Sensing building blocks method for the optimal design of flexible mechanisms with integrated piezoelectric sensors

¹ CEA LIST, Laboratoire de Robotique et Mésorobotique, 18 route du Panorama, 92260 Fontenay-aux-Roses, France
² Institut Femto-ST, Département AS2M, UMR CNRS 6596, UFC, ENSMM, UTBM, 32 avenue de l'Observatoire, 25000 Besançon, France

Auteur de correspondance : roba.el-khoury-moussa@cea.fr

Reçu : 20 Avril 2009

Résumé

Cet article présente une méthode de synthèse optimale pour la conception préliminaire de mécanismes flexibles monolithiques piézoélectriques. La construction d'un tel mécanisme, selon cette méthode baptisée FlexIn, est basée sur l'agencement de blocs flexibles piézoélectriques élémentaires qui peuvent être structurels, actionneurs et/ou capteurs, sélectionnés respectivement dans trois bibliothèques. Cet article décrit plus particulièrement l'approche utilisée pour établir le modèle aux éléments finis multi-physiques des blocs capteurs piézoélectriques, de type treillis de poutre, en vue de son intégration dans le logiciel de synthèse optimale. Les résultats obtenus présentent un écart de quelques pourcents avec ceux issus d'un code aux éléments finis commercial. À titre d'exemple, le modèle capteur est appliqué à une micropince monolithique existante; le résultat de mesure est d'un ordre de grandeur satisfaisant. Ces résultats permettent de dresser les perspectives de la méthode de synthèse optimale proposée dans le cadre général de la conception de structures intelligentes pour la microrobotique.

Abstract

This paper presents an optimal synthesis method for the preliminary design of monolithic piezoelectric flexible smart mechanisms. The design of such a mechanism, according to this method known as FlexIn, is based on the assembly of structural, active and/or sensing elementary piezoelectric flexible blocks, selected respectively out of three block libraries. This paper presents more particularly the approach used to establish the mixed finite element model of the truss type piezoelectric sensing blocks, for its integration in the optimal synthesis software. The obtained results present a negligible error comparing to those given by a commercial finite element software. To illustrate, the sensor model is applied to an existing piezoelectric microgripper; the sensing measurement result achieved is satisfying. These results will lead to drawing up the prospects of the proposed sensing method for the design of smart structures in microrobotics.