Structures origami pour une nouvelle robotique reconfigurable – OrigaBot

Le projet OrigaBot a commencé par un kick-off meeting à Marseille en février 2019 de manière à mener une réflexion commune entre tous les partenaires sur les structures origamis géométriques 3D susceptibles d’être intéressantes pour le projet et de manière aussi à envisager leur actionnement. Dans le large catalogue des origamis géométriques, nous avons privilégié les origamis 3D dits tubulaires de manière à mettre en œuvre à terme un robot capable de rouler ou de voler en changeant sa forme. Pas moins de 7 réunions de projet ont été menées depuis le début du projet. Nous avons mis aussi en place des réunions tous les 15 jours environ entre les doctorants impliqués dans le projet.

Nous avons caractérisé la poussée max disponible pour un rotor (environ 350 grammes) et un banc pour évaluer la stabilité dynamique du prototype en cours de finalisation (figure 2). Le banc de test sera répliqué à Strasbourg (ICube) et à Marseille (ISM) de manière à développer les lois de commande de stabilisation et à tester l’actionnement de la structure origami et son influence sur l’aérodynamique du rotor. La modélisation de la cinématique de la tour de Kresling par ICube a donné lieu à une publication. Nous avons travaillé sur un nouveau type de structure Origami (Bendy Straw) multistable reproduisant pour la première fois en origami la cinématique de la liaison de la paille tubulaire flexible (accordéon, cf. figure 3). Cette structure dont les propriétés mécaniques sont très prometteuses sera envisagée pour la conception du futur robot OrigaBot à locomotion multimodale. Ce travail fait l’objet d’une publication soumise à la revue Journal of Mechanical Design.Pour l’actionnement embarqué du robot OrigaBot, nous nous focalisons sur l’intégration d’actionneur alliage à mémoire de forme (AMF) en montage antagoniste. Les travaux d’un doctorant au sein FEMTO-ST se concentrent dans un premier temps sur la prise en main des différents modèles disponibles dans la littérature et l’évaluation des performances de ces modèles sur la prédiction des performances. Un article de synthèse intitulé « A Review of SMA-based Actuators For Bidirectional Torsional Motion: Application To Origami Robots » a été soumis à la revue Frontiers in Robotics and AI dans un special issue « Origami Robots: Design, Materials and Applications ».
Pour assurer une densité d’énergie optimale et une compacité indispensable à l’application visée, nous avons choisi des actionneurs AMF en torsion en montage antagoniste. L’utilisation du modèle de Lagoudas et sa validation par un modèle éléments finis nous permettent de concevoir des actionneurs en torsion en forme complexe.

Un banc de test sera répliqué à Strasbourg (ICube) et à Marseille (ISM) de manière à développer les lois de commande de stabilisation et à tester l’actionnement de la structure origami et son influence sur l’aérodynamique du rotor. La stabilisation de premier OrigaBot en configuration mono-spinner devra être mise en oeuvre pour l'été 2021 avec une publication soumise à la rentrée 2021. Un second prototype complet capable de rouler et de voler et avec une structure Origami actionnée sera prévu pour fin 2022 - début 2023 avec une publication dans une revue de très haut rang prévue fin 2023.

- E. Bernardes and S. Viollet (2021) Design of an origami bendy straw for robotic multistable structures, J. of Mechanical Design, submitted.
- Kejun Hu, Kanty Rabenorosoa and Morvan Ouisse, A Review of SMA-based Actuators For Bidirectional Torsional Motion: Application To Origami Robots, Frontiers in Robotics and AI, submitted.
- J. Berre, F. Geiskopf, L. Rubbert, P. Renaud
Origami-Inspired Design of a Deployable Wheel, MTM & Robotics 2020, Timisoara, Romania, Springer, Mechanisms and Machine Science, Volume 88, octobre 2020, doi:https://doi.org/10.1007/978-3-030-60076-1_11
- S. Viollet (2021), Multimodal locomotion in robotics : an origami approach, International Workshop on Embodied Intelligence, march 2021.