Intégration et optimisation d’une plateforme de micro-pince souple à base d’actionneurs polymères ioniques avec interface de commande intuitive

Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies (IEMN UMR CNRS 8520) site de valenciennes sur le campus du Mont Houy de l’Université Polytechnique Hauts-de-France

Contexte et problématique : Les actionneurs polymères ioniques-électroactifs (IEAP) constituent une solution prometteuse pour le développement de microsystèmes souples dédiés à la micro-préhension et à la micro-manipulation, notamment dans des applications biomédicales et robotiques miniaturisées (Fig1). Leur capacité à générer des déformations importantes sous de faibles tensions les rend particulièrement adaptés à l’intégration dans des micro-pinces souples bioinspirées.

Dans le cadre de précédents projets pédagogiques (PLP23INT18 et PLP24INT15), une carte électronique de commande multi-voies a été développée et validée, permettant le pilotage indépendant de plusieurs actionneurs. En parallèle, des micro-pinces souples à deux et trois doigts, basées sur ces actionneurs polymères, ont été conçues, simulées et partiellement intégrées.

Plus récemment, un plateau-projet a porté sur le développement d’une interface de commande de type joystick, visant à offrir un contrôle directionnel intuitif et ergonomique des actionneurs via une carte Arduino.

Cependant, ces développements restent encore partiellement découplés. Le passage à un système intégré, robuste et ergonomique, combinant la micro-pince, l’électronique de puissance, l’interface de commande intuitive, ainsi que l’optimisation de la conception du système mécanique et de ses connectiques, constitue une étape clé vers un démonstrateur fonctionnel exploitable dans des scénarios réels de micro-manipulation.

 

Objectifs du stage : L’objectif principal du stage est de concevoir, intégrer et optimiser une plateforme complète de micro-préhension souple, en assurant la cohérence entre :

• les micro-actionneurs polymères,
• la carte électronique de commande,
• et une interface utilisateur intuitive de type joystick.

Plus spécifiquement, le stage visera à :

1. Capitaliser sur les travaux existants
   1. Prendre en main la carte électronique développée lors des précédents PLP.
   2. Analyser les micro-pinces existantes (géométrie, encastrement, performances).
   3. Étudier l’interface joystick déjà réalisée et ses limites.
2. Intégrer la chaîne complète de commande
   1. Assurer l’interfaçage fiable entre joystick, carte de commande et actionneurs.
   2. Mettre en œuvre un mapping ergonomique entre les mouvements du joystick et l’activation des actionneurs (amplitude, polarité, fréquence).
   3. Permettre le pilotage simultané de deux à trois actionneurs.
3. Améliorer les performances du système
   1. Optimiser la précision, la réactivité et la stabilité du pilotage.
   2. Améliorer la robustesse des connexions mécaniques et électriques.
   3. Étudier des stratégies de commande adaptées aux non-linéarités des actionneurs polymères.
4. Réaliser un démonstrateur expérimental
   1. Développer une micro-pince souple fonctionnelle pilotée par joystick.
   2. Mettre en place une campagne de tests expérimentaux (déplacements, forces, répétabilité).
   3. Évaluer l’ergonomie et la facilité de prise en main du système.
5. Ouverture (selon l’avancement)
   1. Développement d’une interface graphique de supervision (visualisation, réglages).
   2. Intégration d’un retour capteur (force ou déplacement) pour un contrôle semi-fermé.
   3. Application à des cas d’usage ciblés (orientation de micro-caméra, dispositifs biomédicaux).

Travail attendu :

• Analyse de l’existant (hardware, software, mécanique).
• Conception et intégration mécatronique.
• Développement logiciel embarqué (Arduino ou plateforme équivalente).
• Tests expérimentaux et analyse des performances.
• Rédaction d’un rapport de stage de niveau Master et présentation des résultats.

Compétences requises:

• Électronique et systèmes embarqués
• Automatique / commande
• Mécatronique
• Programmation (Arduino, éventuellement Python/Matlab)
• Intérêt pour les microsystèmes et les dispositifs bioinspirés