In this paper, a remote optical method to localize and track a mobile micro-conveyor is presented. The principle of the proposed method consists of detecting a laser beam that is reflected by the micro-conveyor and analyzing this optically received signal to obtain the corresponding positions of the micro-conveyor. The main elements of the system are a corner cube retroreflector, a steering mirror, and a beam splitter. The corner cube retroreflector is placed onto the micro-conveyor in order to allow the optical signal to be reflected back in its incident direction. The steering mirror aids in scanning the surface with the laser. The beam splitter is used to guide the reflected laser beam towards a quadrant photodiode, which interprets the optical signal to corresponding output voltages. In this work, a micro-conveyor is successfully localized and tracked with a resolution better than 55 μm, over a surface of 100 mm×100 mm, with a displacement velocity of 30mm/s.

In this work, a closed loop control system is developed to optically localize and track micro-robots with high precision. These micro-robots (i.e., micro-conveyors) are in motion simultaneously across a smart surface.The developed method’s primary objectives are to optimize their trajectories, avoid collisions between them, and control their position with micrometric resolution. This article presents and characterizes the tracking of a single micro-conveyor, and the method works similarly when multiple micro-robots move over the surface. Our tracking method starts with a scanning phase, where a 2D steering mirror, placed above the smart surface, reflects a laser beam toward the conveying surface seeking for the target. Localization occurs when this light beam reaches the micro-conveyor. By adding a retro-reflective element, that reflects the light in the same direction of the the incident light, onto the surface of the micro-conveyor, the light will be reflected towards a photodetector. Depending on the feedback from the photodetector, the steering mirror rotates to track the trajectory of the micro-conveyor. The tip-tilt angular values of the steering mirror allows the micro-conveyor position to be obtained via calibrated localization system. The aim of this work is to regulate the micro-conveyor, within a closed-loop control system, to reduce the positional error between the actual and desired position. The actual position value is measured in real-time application using our developed optical sensor. Results for tracking in the x-and y-axis have validated the proposed method, with an average tracking error less than 30 µm within a range 150 mm × 150 mm.

Localisation optique de micro-convoyeurs mobiles sur une surface active: Dans le contexte de la micro-robotique, cette thèse vise à développer une méthode de localisation et de suivi optique de micro-convoyeurs se déplaçant sur une surface. Le principe de la méthode de localisation proposée consiste à détecter un faisceau réfléchi sur le micro-convoyeur et à analyser ce signal optique pour obtenir les positions correspondantes. Les principaux éléments du système sont un rétroréflecteur à coin cube placé sur un micro-convoyeur et qui permet de réfléchir le signal optique dans sa direction incidente, un miroir MEMS qui permet de balayer la surface avec un éclairement laser, un séparateur de faisceau qui est un composant optique utilisé pour guider la lumière réfléchie vers un photodétecteur utilisé pour assurer la localisation et le suivi à travers l’exploitation du signal détecté par ce dernier. L’importance de la localisation est d’optimiser la trajectoire suivie par les micro-convoyeurs en contrôlant leur position et leur vitesse pour finalement pouvoir localiser les micro-convoyeurs avec une grande précision et éviter d’éventuelles collisions entre eux. Pour faire des tests expérimentaux et évaluer le capteur développé, la surface utilisée est une surface de micro-convoyage basée sur un principe électromagnétique, développée au laboratoire Roberval. Une calibration du système, en utilisant l’homographie, a été effectuée afin d’assurer la localisation et le suivi du micro-convoyeur pour après contrôler sa trajectoire et sa vitesse. Une localisation et un suivi simultané de deux micro-convoyeurs en utilisant un multiplexage temporel a été également développé et validé dans ce travail.